JP3423533B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
子写真方式等の作像プロセスを利用した画像形成装置に
関し、特に複数の画像担持体上の顕像化像を、受像部材
へ多重転写する画像形成装置に関するものであり、電子
写真複写装置のみならず様々なプリンター、ファクシミ
リ等に具現化しうる。
型化、高機能化、カラー化が進められてきているが、他
方では信頼性の向上、システム展開、メンテナンスフリ
ー、人や環境に優しい、等の要求が高まってきており、
それらの要求を満たすべく様々な画像形成装置が提案さ
れてきている。
ために感光体を複数個積載して、転写紙をベルト状の搬
送手段で搬送しながら、順次トナー像を多重転写する装
置の提案がなされている。
によるエコロジー対応のため転写残トナーを回収して再
利用する現像同時クリーニング方式を採用したプリンタ
ー等が実用化されてきている。
を用いた従来のカラー複写機の一例を図7に挙げて、説
明をしていく。本例では、4個の画像形成ユニットを有
し、各画像形成ユニットを縦貫して転写材搬送手段であ
る転写ベルトが配設されている。このような方式を用い
た画像形成装置にて、その構成、動作を説明すると、各
画像形成ユニットUM、UC、UY、UBk(以下、4
色分の各々のユニットは全て同一なので、それらをUC
にて代表して説明する)には、静電潜像担持体としての
円筒型の感光体110Cが、矢印a方向へ回転移動され
る。112Cは一次帯電器で、感光体110Cを均一に
帯電する。114Cは画像露光部で感光体110Cを露
光して静電潜像を形成する。116Cは現像器で、例え
ば磁性キャリア粒子と粉砕法にて製造された非磁性トナ
ー(以下、本文中では粉砕トナーと略す)の混合剤によ
って構成される2成分現像剤を内包し、静電潜像を現像
してトナー像を感光体110C上に形成する。118
は、転写材としての複写紙であり、給紙部120によっ
て転写ベルト130に供給される。転写ベルト130
は、駆動ローラ131及び支持ローラ132にて架張さ
れ感光体110Cの回転と同期して、転写紙118を搬
送する。搬送された転写紙118に対して、転写帯電器
125Cによって、転写ベルト130の背面から転写電
荷が与えられ、転写ベルト130と感光体110Cとの
間に形成される転写電界の作用にて、感光体110上の
トナー像が転写紙118に転写される。
行ない、各感光体上に形成されたトナー像が、転写ベル
ト130に保持された転写紙118に対してM(マゼン
タ)、C(シアン)、Y(イエロー)、Bk(ブラッ
ク)の順で順次多重転写される。多重転写される際に、
例えば2色目の多重転写時は既に転写紙118上には、
1色目のトナーが存在していて、その上に2色目のトナ
ーを転写させるためには、1色目の転写バイアスより大
きな転写電界を作用させなければ、十分な2色目の転写
性が維持できない。同様なことが3色目、4色目の転写
時にもあてはまり、多重転写においては、転写バイアス
を順次に大きくしていく手法が一般的にとられており、
例えばドラム方向転写電流の1色目T1が15μAで、
以下17μA、19μA、22μAと大きくなり前色に
対する転写電流のアップ率(Ti+1/Ti)は10数%と
大きくなっている。このようにして、4色分のトナー像
が転写された転写紙118は、転写ベルト30により定
着器138に供給されて、熱や圧力に作用にて複写紙1
18上に定着される。
は、感光体110C上に残った転写残トナーをクリーナ
115Cにて回収され、前露光ランプ113Cにて電位
を均一に除電され、画像形成に再び供される。また、複
写紙118を定着器138に供給し終えた転写ベルト1
30は、ベルトクリーナ151にてその表面を清掃され
る。
の感光ドラムを用いたフルカラー複写機においては、上
述したように転写紙上に4色分のトナーを順次多層化し
て転写させるため、転写バイアスを順次大きくしていか
なければならない。しかしながら、このように転写バイ
アスを大きくしていくために、その弊害として第1ドラ
ムから転写材上に一度転写された第1の色のトナーは、
静電的に転写材に吸引されているが、次以降の搬送方向
下流の第2の色のトナーを転写材へ多重転写する際に、
既に転写材上に転写されていた第1の色のトナーの一部
が第2のドラムに転移してしまう再転写という現象が生
じてしまうことがある。
画像ムラや濃度低下、そしてカラーバランスのずれ等が
発生するという問題が生じるが、従来のクリーナのある
画像形成装置では、その再転写トナーを転写残トナーと
共にクリーニングしてしまえば、次の画像形成時にはあ
まり影響を及ぼさなかった。
同時クリーニングを行う方式で多重転写によって多色画
像を形成する場合上述したような再転写が発生すると、
画像ムラや濃度低下、カラーバランスのズレばかりでは
なく、更に搬送方向上流側の再転写した第1の色のトナ
ーが、第2の色トナー用の現像器内に回収されてしま
い、現像器内での第1と第2の色トナーの混色という問
題が発生する。この現像器内での混色は、多色画像形成
においては色味を変えてしまうという致命的な欠陥を引
き起こすという欠点を有していた。
方式を用いる場合、転写電流の増加率を低く抑える画像
形成装置を提供することである。
る場合、いったん転写材へ転写されたトナーが次の像転
写中に像担持体へ戻されることを防ぐ画像形成装置を提
供することである。
現像器内に他の色のトナーが入り混色することを防止す
る画像形成装置を提供することである。
い、画像形成のプロダクティビティを向上させた画像形
成装置を提供することである。
数の画像形成手段を有し、この複数の画像形成手段のそ
れぞれは、像担持体と、この像担持体の静電像を現像す
る現像装置と、前記像担持体から受像部材へトナー像を
転写する転写手段と、を備える画像形成装置において、
前記複数の画像形成手段のそれぞれにおいて前記現像装
置は、前記像担持体から残留トナーをクリーニングする
ことができ、受像部材へのi番目,(i+1)番目の色
のトナー像転写を行なうi番目,(i+1)番目の転写
手段の転写電流をそれぞれTi,Ti+1とすると、受
像部材へN色のトナー像を形成する場合、i=1,2,
・・・,N−1のいずれにおいても1.0<Ti+1/
Ti<1.1を満たし、トナーの球形度SF={(トナ
ーの最大径)2/トナーの投影面積}×(π/4)は、
1.0≦SF≦1.3を満たすことを特徴とするもので
ある。
について、以下図面を参照しながら説明していく。
し、各画像形成ユニットを縦貫して転写材搬送手段であ
る転写ベルトが配設されており、重合法によって形成さ
れた球状トナー(以下、本文中では、重合トナーと略
す)を用い、特別なクリーニング装置をもたないドラム
クリーナレスで現像同時クリーニングする画像形成プロ
セス方式を採用している。
って、クリーナレス、現像同時クリーニングによるトナ
ー再利用プロセスが達成できる理由を図2を用いて、ト
ナーと感光体との付着力という側面から説明する。
電位)によって感光体に付着すると、感光体表面に接触
したトナーに働く主な力としては、鏡映力とファンデル
ワールス力がある。鏡映力は、電荷量とその距離に大き
く依存する。従来のトナーである粉砕トナーは、その表
面形状には凹凸があり摩擦帯電により、凸部が集中的に
帯電される。
形若しくは球形に近い形状を有するため、表面が均一に
帯電される。粉砕トナーに於ては、凸部が接触し、非常
に近接した領域に多くの電荷が存在するために、鏡映力
は増大する。これに対して、重合トナーのように球形を
していると、接触状態は殆ど点状になり、かつ近接領域
の電荷量も少なく、前記に比べて鏡映力も小さい。ファ
ンデルワールス力は、より最近接領域が影響し平面で接
触する様な状態では非常に大きくなる。
ーの中には上記の様な図2に示す様な状態で接触するト
ナーが多数存在し、この場合にはファンデルワールス力
は非常に大きくなる。これに対して、重合トナーは表面
形状が球状であるためトナーは殆ど点で接触する。よっ
て、ファンデルワールス力も重合トナーの方が小さくな
る。
場合、感光体に対する鏡映力、ファンデルワールス力、
つまり付着力が小さくなり転写に於ける転写残トナーが
少なく、且つ、現像同時クリーニング時の現像器へのト
ナーの回収効果が大きくなり、クリーナレス、現像同時
クリーニングが可能となる。更に、トナー自体の流動性
や帯電性の制御のため重合トナーにシリカなどの外部添
加剤を加えておくとよい。
像同時クリーニング方式を用いたカラー複写機の一例を
図1に挙げて、説明をしていく。
説明する。
UC(シアン色)、UY(イエロー色)、UBk(ブラ
ック色)(以下、4色分のユニットをUCにて代表して
説明する)には、静電潜像担持体としての円筒型の感光
体10Cが矢印a方向に160mm/secにて回転移
動される。
するように設置されている。14Cは画像露光部で帯電
ローラ12Cに対し、感光体10Cの回転方向下流側で
感光体10Cを露光する。16Cは現像兼クリーニング
装置で、感光体10Cの露光位置より更に下流側に、感
光体10Cと隣接するように設置されている。18は、
受像部材としての転写紙である。20は給紙部で、転写
紙18を供給するものである。
接触してa方向に感光体10Cと等速で駆動されてい
る。転写ベルト30は、機械的強度、可撓性を有するポ
リカーボネイト等の樹脂やゴムの基材に、カーボンなど
の導電性粒子を分散させた無端状のベルトであり、抵抗
値としては109〜1013Ω、厚さは0.1〜1mmに
調整したものがよい。
写ベルト50を架張し駆動する駆動手段である。25C
は、転写ブレードであり転写位置でブレード25Cと感
光体10Cとの間に転写搬送ベルト30をはさむように
設置されている。転写ブレード25Cは基材を109〜
1011Ωcmの半導体層で形成され、感光体10C側の
表面層を、表面粗さ、摩擦係数が小さく耐摩耗性に優れ
た材料、例えばフッソ樹脂、ナイロン樹脂などで構成し
たものが適切である。
の駆動ローラ31に隣接して配置される。13Cは前露
光ランプであり、感光体移動方向において転写ブレード
25Cより下流側でかつ一次帯電器12Cより上流側に
設置されている。
像形成ユニットの動作について、ユニットUCを用いて
説明する。(他のユニットUM、UY、UBkもユニッ
トUCと構成が同等である)
の導電性基体のドラム表面に光導電層を有し、矢印b方
向へ回転している。そして帯電ローラ12Cにより、表
面を一様にマイナス帯電された後、画像露光部14Cに
より露光が行われて、原稿と対応した静電潜像が形成さ
れる。
で生成され、マイナス帯電した重合トナーを用いて反転
現像を行い、静電潜像と対応したトナー像を感光体10
C表面に形成する。感光体10Cの表面に形成されたト
ナー像は、給紙部20により感光体10Cの回転速度に
よる画像形成と同期して、転写ベルト30へ向かって供
給される複写紙18に転写される。
C、UY、UBkにおいて行い、各感光体上に形成され
たトナー像が、転写ベルト50に保持された転写紙18
に順次多重転写される。フルカラーモードの場合は、転
写紙18に対してM、C、Y、Bkの順で転写され、単
色モードや、2〜3色モードの場合も選択された色の画
像形成ユニットが同様に前記の順で、必要な色のトナー
が転写紙18上に多重転写される。
ルト30により定着器38に供給されて、トナー像は熱
と圧力の作用にて複写紙18上に定着される。
上に残った転写残トナーは帯電ローラ12Cにて帯電極
性がマイナスに揃えられて現像−クリーニング装置16
Cにて現像動作中に同時に装置16C内へ回収され、画
像形成に再び供される。また、複写紙18を定着器38
に供給し終えた転写ベルト30は、ベルトクリーナ51
にてその表面を清掃される。
スリーブには現像同時クリーニングを行なうためのバイ
アス電圧が印加される。このバイアス電圧は、感光体1
0Cに形成された静電潜像の暗部電位と明部電位との間
の電位とされ、現像スリーブから感光体の明部へトナー
を現像する電界が形成されるのと同時に感光体の暗部か
ら現像スリーブへ残留トナーを回収する電界が形成され
る。
像形成の動作について、図3、4を用いて多重転写と再
転写について詳しく説明する。転写部以前の画像形成に
ついては、前述と同様なためここでは省略する。
転写電流(電源から転写部材に供給する電流)の依存性
を従来例との比較において示したグラフである。先ず、
図3の従来例の粉砕トナーを用いた場合、1色目のトナ
ーの転写効率は、図中Aのラインで示したように、転写
電流T1の増加に従って転写効率が上昇し転写電流がT
1=15μAでピークに達し、その後T1の増加と共に
下降線を辿る。
ように、転写電流の少ないときは、トナーに働く転写力
が潜像電界や感光ドラムとの付着力より小さいために転
写残りが発生しており、転写電流の増加に伴い転写効率
が増大していく。しかし、転写電流が大きくなり過ぎる
と感光体と転写材の分離時に剥離放電が発生して、トナ
ーの一部の帯電極性を通常の極性と反転させて転写残り
香再び増加に転じたり、多重転写を行なう場合にはいっ
たん転写材へ転写されたトナーが感光ドラムへ戻される
再転写を発生させたりするために変化すると考えられ
る。
の転写を妨げる力と、剥離放電によりトナーの帯電極性
の反転化のしやすさのバランスで決定される事がわか
る。
図3のBのラインで示したように転写効率の曲線が転写
電流に対して2μA程大きな方へシフトして、転写効率
のピークがT2=17μAにて最大となる。つまり多重
転写する場合、十分な転写効率を得るためには1色目よ
りも2色目、2色目よりは3色目というように、多重転
写の下流側になるほど大きな転写電流を与えなければな
らないことがわかる。
に、転写すべきトナーとトナーを受ける転写紙の間に既
に転写されているトナーが介在していて、より大きな転
写電界が必要になり、且つトナー最上層のトナーが感光
体と接触しているため、前述したように付着力の大きな
粉砕トナーを感光体から転写させるのに見合った転写力
が必要になるためである。
を17μAに設定すると、転写紙18に既に転写されて
いた1色目のトナーが、転写剥離時の剥離放電によって
図3のラインCにあるように5%再転写してしまう(2
色目の感光ドラムへ戻される)事がわかった。
トナーを用いて多重転写を行った場合、2色目のトナー
の転写効率のピークを得る転写電流値T2は、1色目の
トナーの転写効率のピークを得る転写電流値T1に対し
て10数%程度大きくなることを見いだした。
のトナーが5%程再転写してしまう。これらの傾向は全
ての実験結果に共通していて、多重転写時の電流が大き
くなるに連れて再転写も増大して行く傾向にあり、特に
多重転写時転写電流アップ率Ti+1/Tiが1.1を越え
て増加するあたりから、急激に再転写が増大していく傾
向があった。
流、Ti+1は、(i+1)番目の色のトナーの転写電流
である。
ても同じ傾向を示すので説明は省略する。
得られる重合法(水性懸濁重合法)で形成した重合トナ
ーを用いて上述した粉砕トナーを用いた実験と同様な実
験を行ってみると、図4中のラインDにあるように、1
色目のトナー転写効率はT1′=12μAにてピークと
なり粉砕トナーを用いた場合より小さくなった。また、
2色目のトナーの多重転写時に転写効率がピークとなる
転写電流値T2′は図4中のラインEのように12.5
μAとなり、1色目の転写電流T1に対して約4%のア
ップに留まり、図4中ラインFにあるように再転写は殆
ど発生しないレベルに低減した。同様に3、4色目の多
重転写においても同じ傾向を示すので説明は省略する。
写電流アップ率の関係を調べるために、球形度を変化さ
せたトナーを用意して実験を重ね、更に再転写の発生と
の関係を調べた結果を図5に示す。
に、球形度SFを以下のように定義し測定、定量化し
た。
ョン走査電子顕微鏡S−800により、トナーをランダ
ムに300個以上抽出し、ニレコ社製の画像処理装置L
uzex3を用いて、次式によって導かれる形状係数を
求めることで行った。
A)×(π/4) MX LNG:トナーの最大径 AREA :トナーの投影面積
と多重時転写電流アップ率には相関があり、球形度が1
よりずれる、つまり形状が不定形になるほど、良好な転
写効率を得るための多重時転写電流のアップ率が大きく
なる。またそれに伴って、再転写が発生し増加して行く
ことがわかる。
時の転写電流アップ率が1.1となるのは、球形度SF
が約1.3を越えたあたりに相当することがわかった。
状トナーを用いることによって、その低い付着性により
1.0<Ti+1/Ti<1.1とすることができ再転写が
殆ど発生せず、画像劣化や混色のない安定した多色画像
を得ることが出来た。
図6を参照して説明する。
に、感光ドラム、一次帯電器、露光装置、現像兼クリー
ニング装置、前露光装置を一体とした画像形成ユニット
を、各トナー色分(マゼンタ、シアン、イエロー、ブラ
ック)のUM、UC、UY、UBkの4個を有する構成
になっている。また、トナーとしては、重合法にて形成
された球径度SFがほぼ1.0で真球に近い球状トナー
を用いている。
で、感光ドラム上トナーを現像器−クリーニング器で現
像同時クリーニングするプロセスによって画像形成する
ものである。
構成上においては、転写ベルト上に受像部材としての転
写紙を担持搬送させて転写紙上に、各色トナー像を多重
転写するのではなく、各感光ドラムから受像部材として
の中間転写体へトナー像を転写した後、中間転写体から
転写紙へトナー像を転写することである。受像部材とし
てのベルト状の中間転写体50は駆動ローラ31、支持
ローラ及びバックアップローラ27で張架され、各感光
ドラムから中間転写体上に各色トナー像を多重転写し、
中間転写体上に形成された重畳トナー像を給紙ローラ2
0で供給された転写紙18に対して、バックアップロー
ラ27及び2次転写ローラ26にて転写され、転写紙に
転写されたトナー像は定着器38にて転写紙に定着され
る。各感光ドラムの回転速度は80mm/secであ
る。
3〜104Ωcm)の表面に誘電体層としてのPTFE
(ポリテトラフルオルエチレン)層(1014Ωcm以
上)を形成した可撓性の無端状ベルトにて構成されてい
る。第1の実施例と同じ番号を符す他の構成要素は、第
1の実施例とほぼ同様なので、ここでの説明は割愛す
る。
作用について説明する。
形成ユニットUMにて形成されたトナー像の転写効率が
ピークとなる転写電流T1は8μAであり、次の画像形
成ユニットUCにて形成されたトナー像が多重転写され
るときの転写効率がピークとなる転写電流T2は8.5
μA、次のUYの時の転写電流T3が9μA、そして最
後のUBkの時の転写電流T4が9.5μAとなり、各
色の転写電流のアップ率Ti+1/Tiが1.07以内とな
り、再転写が増大する転写電流のアップ率が1.1より
小さいので、再転写は殆ど発生せず画像劣化や、混色の
ない安定した画像が得られた。また、転写電流のアップ
率Ti+1/Tiが従来よりも少なくて済む事からバイアス
電源が大型化、高出力化せずにすみ、更に、分離等も安
定して行うことができるようになった。なおトナーの球
形度SFは1.0〜1.3とすればTi+1/Tiを1.1
より小さくできる。
得られた球状トナーを用いたが、乳化重合法など他の重
合法を用いても構わないし、さらに粉砕法で得られたト
ナーを球形化処理して球形度を1.0〜1.3にしたも
のでも同様な効果が得られる。
全てがクリーナレス、現像同時クリーニングによる画像
形成を行っているが、どれか一つの画像形成ユニットが
クリーナレス、現像同時クリーニングであれば、この方
法は有効であろうし、また画像形成ユニットが4個なく
ても、少なくても2個以上であれば適応可能である。例
えばi+a番目の色の画像形成ユニットに現像兼クリー
ニング装置を用い、その他の画像形成ユニットに従来の
ように現像装置とクリーニング装置を別々に用いること
ができ、1.0<Ti+1/Ti<1.1とすれば良い。
状のトナーを用いて多重転写時の転写電流のアップ率を
従来より小さくできることにより、再転写の発生を抑制
し、現像兼クリーニングを行う場合において、現像器内
混色を防止することができ、混色のない安定した画像を
得る事ができる。
濃度低下、カラーバランスのズレなども防止できた。
像担持体や転写材担持体からの転写材の分離も容易にな
り転写材の搬送性が安定化した。また電源が大型化、高
出力化せずにすみ、コストダウンが図れるといった効果
を有する。
形成装置の概略断面図。
関係の説明図。
転写の関係を説明するグラフ。
効率、再転写の関係を説明するグラフ。
及び再転写の関係を説明する図。
形成装置の概略断面図。
Claims (7)
- 【請求項1】 受像部材へ複数の色のトナー像を形成す
る複数の画像形成手段を有し、この複数の画像形成手段
のそれぞれは、像担持体と、この像担持体の静電像を現
像する現像装置と、前記像担持体から受像部材へトナー
像を転写する転写手段と、を備える画像形成装置におい
て、 前記複数の画像形成手段のそれぞれにおいて前記現像装
置は、前記像担持体から残留トナーをクリーニングする
ことができ、受像部材へのi番目,(i+1)番目の色
のトナー像転写を行なうi番目,(i+1)番目の転写
手段の転写電流をそれぞれTi,Ti+1とすると、受
像部材へN色のトナー像を形成する場合、i=1,2,
・・・,N−1のいずれにおいても1.0<Ti+1/
Ti<1.1を満たし、トナーの球形度SF={(トナ
ーの最大径)2/トナーの投影面積}×(π/4)は、
1.0≦SF≦1.3を満たすことを特徴とする画像形
成装置。 - 【請求項2】 前記受像部材は転写紙であることを特徴
とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 【請求項3】 前記受像部材は、前記画像形成装置に設
けられた中間転写体であり、この中間転写体に形成され
たトナー像は、転写材へ転写されることを特徴とする請
求項1に記載の画像形成装置。 - 【請求項4】 前記画像形成装置は、前記受像部材を前
記複数の画像形成手段の各々の像転写位置へ担持搬送す
る受像部材担持体を有することを特徴とする請求項2に
記載の画像形成装置。 - 【請求項5】 前記受像部材担持体は、ベルト状である
ことを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。 - 【請求項6】 前記トナーは、重合法によって得られた
重合トナーであることを特徴とする請求項1乃至5いず
れか1項に記載の画像形成装置。 - 【請求項7】 前記複数の画像形成手段のそれぞれにお
いて前記現像装置は、現像動作と同時にクリーニング動
作を行なえることを特徴とする請求項1乃至6いずれか
1項に記載の画像形成装置。
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