JP2003241542A

JP2003241542A - 画像形成方法および画像形成装置

Info

Publication number: JP2003241542A
Application number: JP2002041063A
Authority: JP
Inventors: Akira Kumon; 明九門
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【課題】低価格印字装置、高画質の出力装置を実現す
る。【解決手段】トナーの帯電極性と同一の極性の電荷
で、記録用紙を予め帯電することによって、記録用紙が
転写工程近傍の空隙に差しかかった時点で、空隙におけ
る放電現象を最小限度に抑え、トナーの飛翔を抑え、ま
た、放電によって生じる、記録用紙の過帯電を防止し
て、転写工程で記録用紙から像担持体にトナーが移る逆
転写現象を抑えることが可能となる。これにより、小型
化可能な装置と、カラーの場合には、混色のない画像形
成装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、ファクシミ
リ、プリンタに係り、特に像担持体上に形成された像の
記録用紙への転写技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プリンタの像形成技術は、近年、より高
精細画像の再現と、より低価格化のため、構成部品の削
減を目指した簡略印字プロセスの開発に注力されてい
る。

【０００３】特開２０００−０１９８１３号公報には、
画像形成方法として、カラー画像形成の際に使用する中
間転写体上におけるトナーの飛散りや、耐久での転写性
維持、再転写の防止する画像形成方法が開示されてい
る。特開２０００−０１９８１３では、イエロー、マゼ
ンタ、シアン及びブラックの各現像器を有し、各現像剤
で静電画像を反転現像方により静電画像担持体上にトナ
ー画像を形成し、静電画像担持体上に形成されたトナー
画像を中間転写体へ転写し、中間転写体上のトナー画像
を記録材上に転写し、熱加圧定着法において、画像を形
成する。この際、一色目及び、２色目の転写電圧をそれ
ぞれ、V1,V2とすると、V1<V2、また、V2-V1=50〜500を
満足させ、トナー粒子表面に付着させる外添粒子の帯電
性を０±１０ｍC/kgとすることで、所望の性能が得られ
るとしている。また、特開２０００−０１９８９３号公
報には、カラー画像形成の際に、転写ローラの周速を１
面目の画像転写時よりも、2面目以降の転写速度を２〜
５％速めることによって、良好な画像転写と、両面印字
への対応が開示されている。また、特開２０００−１２
２４４４号公報には、上担持体から、トナー像を記録体
に転写させる際に、転写位置の記録体移動上流側に不要
な電界を発生させないために、中間転写ベルトを介し
て、該上流側に電界を集中させる電極を設けて、電界集
中を抑え、良好な転写性能を得る内容が開示されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開２０００
−０１９８１３号公報に開示されている方法は、転写の
電圧条件や、トナーに含まれる外添剤に制限を加え、多
重記録を安定に行うことを目的としているが、こうした
粒子の帯電は、機械の中の攪拌条件に左右され、とりわ
け、湿度に影響されやく、安定に性能を得ることに課題
がある。また、このような多重転写を行う場合には、先
行して記録用紙上に転写されたトナー像が、2色目、3色
目と転写を重ねる際に、記録用紙から像担持体側へ戻
る、所謂、“逆転写”が発生する課題が開示されている
（特開２０００−３１５０２３）。複数の記録ユニット
を直列配置した、タンデムエンジンは、高速印字が可能
であるという利点を有するものの、潜像形成の為の光学
装置が複雑化、あるいは、大型化する。さらに、各記録
ユニットは、夫々、像担持体周辺に部品を配置する為、
大型化が避けられない。そこで、像担持体の周辺を簡素
化して小型化することが試みられている。その中でも、
像担持体の表面から転写で残ったトナーを除去するため
のクリーナを取り外した、“クリーナレス方式”が検討
をされている。クリーナレス方式では、タンデム方式に
おける像担持体間距離を短縮できる為に、光学系の設計
裕度が増す、また、各像担持体間が減少するため記録用
紙の搬送が安定し、色ずれになり難いなどの多くの利点
を有する。しかし、一方で、前述したように、先行して
記録用紙に転写されたトナーが、後続の転写において、
逆転写を起こす不具合も生じる。この逆転写が続くと、
現像剤を供給する現像装置に混色を起こし、色再現範囲
が変化して画像品質を低下させる課題を有する。

【０００５】画質を改善する目的でなされた、特開２０
００−０１９８９３号公報に開示されるように、転写ロ
ーラの速度を可変させる方法では、単色印字の場合に
は、問題ないが、多色印字の場合には、各色の画像位置
を記録体上で重ね合わせる場合に、課題が残る。さら
に、特開２０００−１２２４４４号公報に開示される方
法では、記録体の抵抗値の規定や、電界を抑制するため
の新たな電源や部材の追加など、コストアップの原因と
なる。

【０００６】本発明は、これらの課題に鑑みてなされた
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の画像形成方法は、像担持体の表面を帯電
する工程と、前記像担持体表面に潜像を形成する工程
と、帯電したトナーを前記像担持体表面に供給し、前記
潜像に応じてトナーを静電的に付着させ顕像化する工程
と、記録用紙を前記像担持体に近接させる前に予め帯電
させる工程と、前記記録用紙を前記顕像に近接させ静電
力によって、前記像担持体の表面に付着するトナーを前
記記録用紙に移動させる工程と、を具備し、前記帯電工
程における記録用紙の帯電極性は、前記トナーの帯電極
性と同一に設定されていることを特徴とする。

【０００８】以下、本発明の作用について説明する。

【０００９】まず、像担持体から、帯電したトナーが記
録用紙に転写される際の電荷の授受について説明する。

【００１０】例として、像担持体の表面は負極性に帯電
しており、露光によって表面の電荷が漏洩され、その漏
洩部分に、主に負極性に帯電したトナーによって現像さ
れた、反転現像方式の場合を考える。記録用紙への転写
は、像担持体上のトナーの帯電極性と反対の極性の電圧
を印加された、転写部材を記録用紙の背面から、記録用
紙が像担持体に接触するように配置して、静電的な引力
によって行う。通常、像担持体は、ドラム形状のものを
用いる為、像担持体と転写部材との間に記録用紙を挿入
する際に、必ず、電界の存在する微小な空隙空間ができ
る。この例の場合では、転写部材にトナーの帯電極性と
反対の正極性電圧を印加するため、電界は、転写部材側
から像担持体方向に向いて形成される。パッシェンの法
則から、数百μｍの空隙に10⁷V/m以上の電界が形成され
ると、空気の絶縁破壊が生じて、正負のイオンが生成さ
れる。このイオンは、電界の向きに沿って、負イオンは
転写部材側、正イオンは像担持体側に移動する。もし
も、像担持体と転写部材間に記録用紙が存在すれば、記
録用紙は、電界の向きから表面が負に帯電することにな
る。この空隙、および、像担持体と記録用紙が接触する
領域で、電界に引かれたトナーが記録用紙に移動する。
空隙におけるトナーの移動が激しい場合は、トナーが飛
び散り、画像品質を劣化させることとなる。

【００１１】本発明は、上述した記録用紙の空隙におけ
る放電現象を最小限度に抑え、トナーの飛翔を抑えるこ
とによって画質を劣化させない為になされたものであ
る。すなわち、記録用紙が、前述した転写部位に到達す
る以前に、予め、トナーの主な帯電極性と同極性に帯電
させておく。この例の場合では、トナーの主な帯電極性
は、負極性であるから、記録用紙を負極性に予め帯電さ
せる。この帯電した記録用紙が転写部位の近接領域に到
達すると、トナーの帯電極性と反対の極性電圧を印加さ
れた転写部材と帯電した記録用紙との間では、強い電界
が形成されるが、帯電した記録用紙と像担持体上のトナ
ーとの間に形成される電界は、トナーの帯電極性と記録
用紙の帯電極性は同一であるので、この間の空隙に形成
される電界が弱まり像担持体上のトナーが空隙に向かっ
て飛翔して生じる飛散が抑えられることとなる。

【００１２】なお、本発明は、像形成手段を複数有す
る，いわゆるタンデム配列のカラー画像形成装置にも好
適であり、以下、説明する。

【００１３】タンデム配列のカラー画像を出力する装置
では、記録用紙上にトナーが乗った上に、さらに、重ね
てトナーをのせる必要がある。したがって、一旦、記録
用紙上にトナー像が転写されても、上述したような、転
写前における放電による電荷授受の影響を受けることと
なる。この状況を詳しく説明する。像担持体、および、
トナーの帯電極性は上述した場合と同様である。タンデ
ム配列は、像担持体が記録用紙の搬送路に沿って直列に
配置されている。第１色目は、上述と同じ電荷授受状況
であるが、２色目以降は、記録用紙上に、トナーが乗っ
た状態で、上記に説明した電荷授受が発生する。すなわ
ち、2色目以降では、像担持体と記録用紙間での放電に
よって、本願説明の極性配置では、記録用紙上のトナー
が、さらに、負帯電を増すこととなる。一度、記録用紙
に移したトナーが、像担持体に戻る“逆転写”は、放電
により電荷量を増した記録用紙上のトナーが、転写領域
で、像担持体に押し付けられたときに、像担持体の表面
に発生する鏡像力による引力によって、記録用紙上のト
ナーが、像担持体側に引き戻されることにより発生する
と考えられる。本願では、記録用紙を転写部位に到達す
る前に、予め、放電を起こし難い極性に帯電することに
よって、この逆転写現象を抑えることが可能となる。

【００１４】通常、タンデム方式の印字装置の個々の色
のユニットにおける像担持体には、転写工程で残留した
トナーを像担持体の表面から清掃するクリーナが装備さ
れている。前述したように、像担持体の周辺を簡素化し
て小型化する目的で、このクリーナを取り外した、“ク
リーナレス方式”が検討をされている。その場合、ここ
で説明した逆転写現象が発生すると、二色目以降のユニ
ットでは、異なる色のトナーが交じり合う、所謂“混
色”が発生する。この混色が、続くようであると、カラ
ー印字装置として、色再現範囲が狭まり著しく、品質を
低下させることとなる。しかしながら、本願に示したよ
うに、記録用紙をトナーの主な帯電極性と同極性に、予
め帯電させることによって、逆転写現象は低減するの
で、仮に、クリーナレス方式を採用しても、画像品位を
劣化させることがない。

【００１５】また、本発明の画像形成装置は、像担持体
と、像担持体の表面を帯電する帯電手段と、前記像担持
体表面に潜像を形成する光学手段と、前記像担持体に帯
電した現像剤を供給する現像剤供給手段と、記録用紙を
前記像担持体に近接させる前に予め帯電させる予備帯電
手段と、前記予備帯電手段に電圧を印加する電源と、前
記記録用紙を前記顕像に近接させ静電力によって、前記
像担持体の表面に付着するトナーを前記記録用紙に移動
させる転写手段とを具備し、前記記録用紙を予め帯電す
るための前記予備帯電手段に印加する電圧極性を、前記
トナーが主に帯電している帯電極性と同一極性になるよ
うに設定されていることを特徴とする。

【００１６】本発明の画像形成装置によれば、上述した
画像形成方法と同様に、記録用紙と像担持体間の空隙
に、両者の電位差によって生じる放電現象を最小限度に
抑え、トナーの飛翔を抑える、あるいは、この放電によ
って生じるトナーの帯電を最小限そすることとによっ
て、逆転写を抑え、画像品位を劣化させないクリーナレ
ス方式の搭載可能な、小型印字装置を提供するものであ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明の第一
の実施例における画像形成装置の構成概略を示す断面図
である。本実施例の記載の中に、特に、軸方向手の寸法
を明記していないが、本実施例では、Ａ４サイズの記録
体（幅、197mm）に対応し、特に断りのない限り、210〜
230mm程度の軸を用いるものとする。図１において、１
２は像担持体、また、１４は、帯電ローラ、１６は、現
像剤供給手段としての現像器で、現像ローラ１７、現像
剤規制ブレード１８、現像剤供給ローラ１９からなる。
１５は現像剤としてのトナーである。像担持体１２、帯
電ローラ１４、現像ローラ１７は、自在の直径のローラ
が選びうるが、本実施例では、それぞれ、24mm、12mm、
20mmの直径のものを使用した。像担持体１２は、有機感
光体（ＯＰＣ）を用い、厚み0.8mmのアルミニウム素管
上に約15〜20μmの感光層を設けたものを用いた。２０
は、像担持体１２の表面をレーザにて像様に走査するた
めの光学装置である。図1では、レーザ光学系を記載し
たかが、ＬＥＤアレーヘッドなども使用可能である。

【００１８】帯電ローラ１４は、像担持体１２に、約5
Ｎ〜10Ｎgの圧力で接触させ、像担持体１２と同一方向
に回転させる。帯電ローラ１４は、金属の軸の周囲に、
導電性の弾性層を設けた構成で、金属軸より電圧を印加
して像担持体１２の表面を所望の電位に帯電させる。本
実施例では、6mmの金属軸に抵抗10⁶Ω・ｃｍ、3mm厚み
の弾性層を設けて使用した。印加電圧は、直流、交流、
あるいは、これらを重畳したものを用いることができ
る。本実施例では、直流電圧1000Ｖを印加し、像担持体
１２の表面電位を約500Ｖで使用した。

【００１９】現像剤供給手段１６を構成する現像ローラ
１７については前述したが、現像剤規制ブレード１８
は、ウレタンなどの弾性体を現像ローラ１７に線状に押
圧し、現像ローラ１７上に現像剤を均質に付着せしめ
る。線圧は、0.05〜0.25Ｎ／ｃｍである。また、現像剤
供給ローラ１９は、金属軸の上に弾性スポンジ層を設け
たものを用いた。金属軸の直径は6mm、弾性スポンジ層
の厚みは、3mm位、硬度は、スポンジ硬度（アスカーCで
30〜70度）のものを用いたが、これに、限定されるもの
ではなく、弾性スポンジ層に、導電性のフィラーを混入
させ、弾性スポンジ層の抵抗を10⁶〜10¹⁰Ω・ｃｍ程度
にして、現像剤を積極的に帯電する構成としてもよい。
さらに、現像ローラ１７と現像剤供給ローラ１９間に電
位差を設けて、帯電のみならず、現像剤の現像ローラ１
７上への付着量を制御することも可能である。現像剤供
給ローラ１９は、現像ローラ１７に対して、約1mm食い
込ませ、現像ローラ１７と同一方向に回転させる。本実
施例では、トナー１５は、主に、負極性に帯電し、単位
グラム当たりの帯電量は、10〜40^-6クーロンであった。
また、本実施例では、一成分系の現像方法について記載
したが、これに限らず、二成分系の現像システムも、も
ちろん採用できる。

【００２０】２４は、記録用紙を後述する転写前に予め
帯電するための予備帯電手段としての予備帯電ローラ、
２５は予備帯電対向ローラ、２７は、予備帯電ローラ２
４に電圧を印加するための予備帯電用電源である。予備
帯電ローラ２４は、導電性の材料から構成される。本実
施例では、直径10mmの金属軸の上に、抵抗値1×10⁶〜10
¹⁰Ωのウレタン材質の弾性層2mmを設けた。弾性層は、
記録用紙を予備帯電対向ローラ２５との間で確実に保持
する為に有効であり、高度は、50〜75度が適当である。
また、予備帯電ローラ２４の抵抗は、ローラを接地され
た板に荷重10Nをローラの軸の両端に加え、金属軸に1ｋ
Vを印加して測定した値である。適正な抵抗値は、予備
帯電対向ローラ２５との間に、予備帯電ローラ２４に電
圧を加えたときにリークが生じない値に設定される。予
備帯電用電源２７は、予備帯電ローラ２４に電圧を加
え、予備帯電ローラ２４と予備帯電対向ローラ２５との
間を通過する、記録用紙に放電によって帯電させるため
のものである。本実施例では、記録用紙の表面を、トナ
ー15の主な帯電極性である、負極性と同一にし、さら
に、約マイナス1kＶ〜2kＶの間に帯電させるために、1k
Ｖ〜3kＶの電圧が印加、また、0.1〜2Ａの電流が流せる
電源とした。

【００２１】２８は、転写手段としての転写ローラであ
る。２９は、転写ローラ２８に電圧印加するための転写
電源である。転写ローラ２８は、金属軸の上に、半導電
性の弾性層を設け、像担持体１２に押圧される。本実施
例では、直径10mmの金属軸に、10⁶〜10⁸Ωのウレタンな
どの弾性層を、5mm厚で設け、ローラの直径を20mmとし
た。この転写ローラ２８を像担持体１２に、3〜20Ｎの
荷重で押圧する。２９の転写電源は、転写ローラ２８に
電圧印加を行うためのものであり、トナー１５の主な帯
電極性、本実施例では、300〜1500Ｖ、電流が10〜100×
10^-6Ａ印加して転写する。転写手段は、転写ローラ２８
の方式に限定されるものではなく、直接、イオン電荷を
記録用紙背面に供給するコロトロン方式、導電性ブラ
シ、導電性のシートなどを記録用紙の背面から押し当て
るものなどを用いることもできる。

【００２２】次に、図１を用いて動作を説明する。像担
持体１２を帯電ローラ１４にて表面を負極性に帯電させ
る。続いて露光装置２０で、像担持体１２表面を像様に
走査して潜像を形成する。潜像は、現像器１６によって
供給されるトナー１５により、顕像化される。一方、記
録用紙は、像担持体１２の像形成に合わせて、記録用紙
の供給カセット(図示せず)より給紙され予備帯電ローラ
２４と予備帯電対向ローラ２５間を通過する。この際、
予備帯電ローラ２４および、予備帯電対向ローラ２５の
回転を制御して、像担持体１２上の画像先端と合致させ
るべくタイミングをとってもよい。予備帯電ローラ２４
には、予備帯電用電源２７によって、トナー１５の主な
帯電極性と同じ極性の電圧（負極性）を印加し、記録用
紙が予備帯電ローラ２４と予備帯電対向ローラ２５間を
通過する際に、用紙を負極性に帯電させる。帯電した記
録用紙は、転写ローラ２８と像担持体１２との接触部位
に到達すると、近傍の空隙では、記録用紙の負電荷と転
写ローラ２８に印加された正極性電圧との間で、強い電
界が形成される一方、像担持体１２および、像担持体１
２の上のトナー１５と記録用紙との間には、双方とも帯
電極性が同一であるので、空隙に加かる電界が弱めら
れ、放電や、トナー１５の不要な飛翔が回避される。し
たがって、転写ローラ２８近傍での像乱れがなく、良好
なトナー像が記録用紙上に形成される。トナー像を有す
る記録用紙は、定着装置３０を通過して、熱および圧力
によってトナーが記録用紙に融着し定着され、機外に排
出される。

【００２３】（実施例２）図２は、第二の実施例の構成
の概略を示す断面図である。第１図では、単色の印字を
行う装置構成を示したが、図２では、カラー印字を行う
ために、単色の印字ユニットを直列に配置したタンデム
構成を示している。図２において、図の右側から、イエ
ロー、マゼンタ、シアン、黒の印字ユニットを配置して
いる。各ユニットの構成物は、図１に図示したものと同
一であるが、予備帯電ローラ２４、予備帯電対向ローラ
２５、ならびに、定着装置３０は、１組ずつ配置してい
る。印字記録動作も、各色を順次記録用紙に重ねていく
以外、図１と同様であるが、本願における転写部位近傍
での放電防止効果が顕著に現れることについて説明して
おく。

【００２４】実施例1では、説明を省略したが、転写工
程を経てると像担持体１２の上には、わずかであるが記
録用紙に転写できないトナー１５が残っている。実施例
１では、専用のクリーナを配置せずに、現像器１６に回
収する、“クリーナレス”方式を採用している。しか
し、実施例２で示すように複数の色の異なるユニットを
直列に配置すると、たとえば、マゼンタユニットの転写
工程を経ると、マゼンタ色のトナーと、イエロー色のト
ナーが像担持体にわずかであるが残る。イエロートナー
がマゼンタ色のユニットで、このイエロートナーがマゼ
ンタ色に混ざる現象は、像担持体と記録用紙間での放電
によって、本願説明の極性配置では、記録用紙上のトナ
ーが、さらに、負帯電を増すこととなり、転写領域で、
像担持体に押し付けられたときに、像担持体の表面に発
生する鏡像力による引力によって、記録用紙上のトナー
が、像担持体側に引き戻されることにより発生すると考
えられる。本願では、記録用紙を転写部位に到達する前
に、予め、放電を起こし難い極性に帯電することによっ
て、この逆転写現象を抑えることができ、実施例２に示
すような、クリーナを持たないユニットを直列に配した
タンデム方式でも、現像器１６に、異なる色のトナーが
混じり込んで、色再現範囲を狭めるようなことがなく、
小型で、廃トナーの発生しないカラー画像形成装置を得
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明は、トナーの帯電極
性と同一の極性の電荷で、記録用紙を予め帯電すること
によって、記録用紙が転写工程近傍の空隙に差しかかっ
た時点で、空隙における放電現象を最小限度に抑え、ト
ナーの飛翔を抑え、また、放電によって生じる、記録用
紙の過帯電を防止して、転写工程で記録用紙から像担持
体にトナーが移る逆転写現象を抑えることが可能とな
る。これにより、小型化可能な装置と、カラーの場合に
は、混色のない画像形成装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例における画像形成装置の
構成概略を示す断面図

【図２】本発明の第二の実施例における画像形成装置の
構成概略を示す断面図

【符号の説明】

１２像担持体１４帯電ローラ１６現像剤供給装置１７現像ローラ２４予備帯電ローラ２５予備帯電対向ローラ２７予備帯電用電源２８転写ローラ２９転写電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体の表面を帯電する工程と、前記像担持体表面に潜像を形成する工程と、帯電したトナーを前記像担持体表面に供給し、前記潜像
に応じてトナーを静電的に付着させ顕像化する工程と、記録用紙を前記像担持体に近接させる前に予め帯電させ
る工程と、前記記録用紙を前記顕像に近接させ静電力によって、前
記像担持体の表面に付着するトナーを前記記録用紙に移
動させる工程と、を具備し、前記帯電工程における記録用紙の帯電極性は、前記トナ
ーの帯電極性と同一に設定されていることを特徴とする
画像形成方法。
【請求項２】像担持体と、像担持体の表面を帯電する帯電手段と、前記像担持体表面に潜像を形成する光学手段と、前記像担持体に帯電した現像剤を供給する現像剤供給手
段と、記録用紙を前記像担持体に近接させる前に予め帯電させ
る予備帯電手段と、前記予備帯電手段に電圧を印加する電源と、前記記録用紙を前記顕像に近接させ静電力によって、前
記像担持体の表面に付着するトナーを前記記録用紙に移
動させる転写手段とを具備し、前記記録用紙を予め帯電するための前記予備帯電手段に
印加する電圧極性を、前記トナーが主に帯電している帯電極性と同一極性にな
るように設定されていることを特徴とする画像形成装
置。