JP2005292533A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 像担持体上に形成された、重合トナーによるトナー像を中間転写体に転写する際、粗大粒子のトナー、キャリア、その他の混入による画像白抜け発生のない、安定した画像を出力する画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 像担持体上に形成された、重合トナーによるトナー像を中間転写体に一旦転写し、当該中間転写体から記録紙に一括転写する転写手段を有する画像形成装置において、前記像担持体から前記中間転写体に転写される各色のトナー量が、前記像担持体上に形成されたトナー像の各色のトナー量に対して、８５〜９５％の転写効率が確保されような領域でそれぞれの転写出力値を決定することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に重合法にて作成したトナーを使用し、ローラ転写方式の画像形成装置に関する。

図２は、本発明に係わる転写ローラによる転写領域を示す。

図３は、転写電流と転写効率の関係を示す図である。

中間転写体、像担持体上を転写ローラに電圧を印加することで中間転写体に転写させる手段を有する画像形成装置においては、図３（ａ）に示す、曲線（１）のような転写効率のピーク値がＰ１となるような曲線となる。したがって、一般的には転写効率がピークのある領域Ａで出力するように選択されている。

ところが、図２（ａ）は粒子の大きさが揃ったトナーの転写領域を示しているが、図２（ｂ）で示すように、感光体上に粗大粒子が存在する場合、粗大粒子の周辺部分では画像上に白抜けが発生する場合がある。

重合法によって作られた重合トナーには好ましくない大きさのトナーが混入することがある。通常平均粒径６．５μｍとすると１０〜１００μｍの大径トナーが混入する。さらに２成分現像剤の場合には粒径２０〜８０μｍ程のキャリアがあり、それが感光体上に付着すると粗大粒子として核となる。さらには、現像器にトナーを補給するトナーボトルやホッパといった部分でトナーを攪拌混合する際に粗大粒子が形成される場合もある。

白抜け現象は、像担持体（感光体／中間転写体）と転写体（中間転写体／記録紙）の間に粗大粒子（キャリア、大径トナー、埃、紙粉等）が存在することで粗大粒子の周辺部分の密着性（像担持体と転写体との）が悪くなりトナーが転写されにくいため発生する。この現象には、粗大粒子の粒径、トナー帯電量、トナー外添剤量、転写電界の大きさ、像担持体および転写体の電気抵抗値、転写体の厚さ、像担持体に対する転写体の押圧力等が関係している。従って、基本的にはこれらの条件を最適化することでこの白抜け現象を軽減できる。一般的には初期トナーの帯電量やトナーの外添剤量、転写体の電気抵抗値等で最適化する。しかし初期的にこれらのパラメータを最適化し、白抜けが発生しない条件に設定できたとしても、プリントの量が進むに従って、耐久的に性能を満足できないことが多い。さらにトナーの帯電量や転写体の電気抵抗値などは白抜け性能だけから最適化できるパラメータではない場合が多い。したがって、粗大粒子を含む現像手段を有する画像形成装置においては、これまでは様々な環境下において白抜けが全く発生しない条件を設定することは不可能である。

そこで、転写体である記録紙等への画像転写開始後の転写部位における転写電圧または転写電流を検出し、その検出値に基づいて転写手段に印加する転写バイアスを補正する方法（例えば、特許文献１参照）や、転写器に供給する電流値を転写効率が最大となるときよりも大きい値に規定する方法（例えば、特許文献２参照）や、転写時におけるトナーの飛び散りや転写不良を減少させるため、特定の粒子形状のトナーを使用して、転写器のコロナ放電ワイヤに流す電流値を、転写効率が最大値になるときよりも大きな値に設定する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２０００−３３０４０１号公報 特開２００３−１３１４９６号公報 特開２００３−１６７３７０号公報

しかしながら、上記提案は、コロナ転写方式、転写紙への転写、転写時の電圧や電流をモニタする等に限定し、中間転写体への転写に関しては触れていない。

本発明は、像担持体上に形成された、重合トナーによるトナー像を中間転写体に転写する際、粗大粒子を含む重合トナー、キャリア、その他の混入による画像白抜け発生のない、安定した画像を出力する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は、以下の構成によって達成することができる。

（１）像担持体上に形成された、重合トナーによるトナー像を中間転写体に一旦転写し、当該中間転写体から記録紙に一括転写する転写手段を有する画像形成装置において、前記像担持体から前記中間転写体に転写される各色のトナー量が、前記像担持体上に形成されたトナー像の各色のトナー量に対して、８５〜９５％の転写効率が確保されような領域でそれぞれの転写出力値を決定することを特徴とする画像形成装置（第１の発明）。

（２）重合トナーを用い、現像バイアスでトナー付着量を調整する方式によって感光体上に形成されたトナー像を一旦中間転写体に転写する画像形成装置において、転写出力に対して転写率がピークに達する点を出力１とし、転写率がピークから降下する点を出力２とすると、画像形成時の転写出力を出力２より大きくしたことを特徴とする画像形成装置（第２の発明）。

（３）重合トナーを用い、現像バイアスでトナー付着量を調整する方式によって感光体上に形成されたトナー像を一旦中間転写体に転写する画像形成装置において、転写出力に対して転写率がピークに達する点を出力１、転写率が当該ピークから降下する点を転写出力２とすると、現像材投入直後の最適画像出力時の現像バイアス値Ｖ１に対する画像採取時の現像バイアス値Ｖ２の値によって転写出力２にプラスする値を決定し、当該転写出力２にプラスする値で画像形成時の転写出力を決定することを特徴とする画像形成装置（第３の発明）。

転写率の最も高い転写出力領域を採用せず、所定の出力領域に限定することによって、画像白抜けの発生を回避することができる。

はじめに、本発明の画像形成装置について説明する。

本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により技術範囲が限定されることはない。

図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。

図１において、１０は像形成体である感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２はデジタル式像露光手段である書込装置、１３は現像手段である現像器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５は感光体１０のクリーニング用のブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写体である中間転写ベルトを示す。画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写手段である転写ローラ２５、転写補助ローラ２５Ａ、クリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。

中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。

感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光層（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時計方向に回転する。

読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は、レーザの光信号に変換され、書込装置１２によって感光体１０上に投光される。

現像器１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有し、当該現像器１３には不図示のバイアス電源から重合トナーと反対極性のバイアス電圧が印加され、感光体１０へのトナーの移行を制御している。

図１に戻って、中間転写ベルト２０は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの樹脂シート状で、強度を有した非弾性素材の無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．１〜１．０ｍｍの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層構成のシームレスベルトである。したがって、この素材のベルトは、転写時に中間転写体２０と感光体１０の間に粗大粒子が存在すると、粒子周辺の中間ベルト２０は感光体１０に密着しなくなる。

転写ローラ２５には、重合トナーと反対極性の直流が印加され、中間転写ベルト２０を感光体１０に押圧し、感光体１０上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。なお、本発明に係わる転写機能については後述する。

２６はアースローラ２２から当接および当接解除可能な転写ローラで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を記録媒体である転写紙Ｐに再転写する。

２８はクリーニング装置で、ベルトクリーニング用のブレード２９が中間転写ベルト２０を挟んで従動ローラ２４に対向して設けられている。

トナー像を転写紙Ｐに転写後、中間転写ベルト２０はトナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加された除電ローラ２７によって残留トナーの電荷が弱められ、ブレード２９によって周面上の残留トナーが清掃される。

４０は定着装置で、加熱ローラ４１と圧着ローラ４２を有している。

前記加熱ローラ４１は薄手のアルミから形成された円筒状のもので、内側から所定の温度まで加熱するハロゲンヒータ４７等を有し、その温度は、前記加熱ローラ４１に設置された不図示の接触温度センサにより検出され、制御部Ｂで温度制御される。

次に、図１に基づいて画像形成プロセスを説明する。

画像記録のスタートと同時に不図示の感光体駆動モータの始動により色信号Ｙの感光体１０は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始される。

感光体１０は電位を付与されたあと、書込装置１２によってＹの画像データに対応する画像の書込みが開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。

前記の静電潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じＹのトナー像が感光体１０上に形成される。

当該感光体１０上に形成されたＹのトナー像は、Ｙの転写ローラ２５の作用により、中間転写ベルト２０上に転写される。

次いで、書込装置１２によってＭ（マゼンタ）の色信号すなわちＭの画像データに対応する画像書き込みが行われ、感光体１０の表面に原稿画像のＭの画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像は、Ｍの現像器１３により感光体１０上にＭのトナー像となり、Ｍの転写ローラ２５において、中間転写ベルト２０上の前記Ｙのトナー像と同期が取られ、前記Ｙのトナー像の上に重ね合わされる。

同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｃ（シアン）のトナー像が、Ｃの転写ローラ２５において、前記のＹ、Ｍの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされる。次に、すでに形成されているＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｋのトナー像が、Ｋの転写ローラ２５において、前記のＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫの重ね合わせトナー像が形成される。

重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト２０は矢印Ｗ方向に送られ、転写紙Ｐが紙カセット７２より、紙送り出しローラ７０によって送り出され、搬送ローラ７３を経て、タイミングローラ７１へ搬送され、当該タイミングローラ７１の駆動によって、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと反対極性の直流電圧が印加されている転写ローラ２６（中間転写ベルト２０に当接状態にある）の転写領域Ｓに給送され、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像が転写紙Ｐに転写される。

その後、中間転写ベルト２０は走行し、除電ローラ２７によって残留トナーの電荷が弱められ、クリーニング装置２８で当該中間転写ベルト２０に当接したブレード２９により清掃され、次の画像形成サイクルに入る。

掻き落とされたトナーはクリーニング装置２８内に溜められ、不図示の搬送スクリューの回転によって軸方向（図において紙表面から紙裏面方向）に搬送し、不図示の廃棄管を介して貯留箱に溜められる。

重ね合わせトナー像が転写された転写紙Ｐは、更に定着装置４０へと送られ、加熱ローラ４１と加圧ローラ４２に加熱、加圧され、定着される。トナー像が定着された転写紙Ｐは、排紙ローラ８１によって排紙皿８２へ搬送される。

次に、本発明の転写機能について説明する。

重合法によって作られたトナーには、粗大粒子のトナーが混入することがあり、現像器内で当該粗大粒子のトナーおよびキャリア、埃、紙粉等が混合し、現像時にこれらの粗大粒子が感光体上にのトナー像に付着する画像上に白抜けが発生する場合があることは前述した。

本発明では、粗大粒子が存在しても、転写条件によって画像上に白抜けの発生を抑えることができる点を特徴としている。

本発明者は、図３（ａ）に示す転写出力である転写電流と転写効率を調べる中で、図３（ｂ）に示すように記録紙に転写される直前のトナー量が、像担持体上のから中間転写体への転写効率が最大値なる９５％以上の領域Ａ領域を避け、８５％以上、９５％未満が確保されるの領域Ｂに対応する転写電流を決定すると、画像上に白抜けの発生を抑えることができることを実験１により確認した。すなわち、転写効率８５％以上、９５％未満の領域Ｂに対応する転写電流値で、Ａ領域に対応する転写電流値より大きい転写電流値を決定する（第１の発明）。

表１にその実験結果を示す。

実験条件として、領域Ａ、領域Ｂに対応する転写電流が２５μＡ、４０μＡとして、２０万コピーの実写を行った結果、表１のようなデータが得られた。

表１において、○：合格レベル、△×：不満足、×：不合格を表す。

表からわかるように、転写電流４０μＡでは、白抜けは合格レベルにあり、２５μＡでは、合格レベルには達していないことがわかる。

したがって、領域Ｂに対応する転写電流を選択するのが好ましい。

次に、図３（ｂ）において、転写効率がピークに達する点Ｑ１に対応する転写電流をポイント１とし、転写効率がピークから降下する点Ｑ２に対応する転写出電流をポイント２とすると、画像作成時の転写電流をポイント２より大きくすることによって画像白抜けを回避できる（第２の発明）。

ここで、（点Ｑ２における転写電流）＋（点Ｑ２における転写電流−Ｑ１における転写電流）／２＝Ｅなる計算式で算出する点Ｑ３をポイント３とすると、ポイント１：２０μＡ、ポイント２：３０μＡ、ポイント３：｛３０＋〔３０−２０）／２｝μＡ＝３５μＡの転写電流で実験２（コピー数：２０万）を行った結果、表２のようなデータが得られた。

表２において、○：合格レベル、△○：不満足なるが合格レベル、△×：不満足、×：不合格を表す。

表２からわかるように、点Ｑ３に対応する転写電流３５μＡでは白抜けは合格レベルにあり、２０〜３０μＡでは、合格レベルには達していないことがわかる。

したががって、計算式Ｅで求めた転写電流に対応する転写効率は９０％が確保でき、且つ、白抜けも合格レベルとなることがわかる。

次に、本画像形成装置では現像バイアスでトナー付着量を調整する方式によって感光体上に形成されたトナー像のトナー濃度を調整している。

すなわち、現像材はコピー量が進むに従って劣化するので、トナーの摩擦帯電効率も変化するので、現像バイアスを劣化に応じ変化させるとともに、転写時の
転写電流を変える必要がある。

なお、現像バイアスに対する最適の転写電流についてのプログラムは、制御部Ｂのメモリ基板に記憶され、当該制御部Ｂは、現像バイアスに対応した転写電流を出力するように不図示の高圧電源ユニットに指令する方式がとられている。

第３の発明は、転写出力である転写電流に対して転写率がピークに達する点を出力１（Ｉ１）、転写率が当該ピークから降下する点を転写出力２（Ｉ２）とすると、現像材投入直後の最適画像出力時の現像バイアス値Ｖ１に対する画像採取時の現像バイアス値Ｖ２の値によって転写出力２（Ｉ２）にプラスする値を決定し、当該転写出力２（Ｉ２）にプラスした値で画像形成時の転写出力（Ｉｔ）を決定することを特徴とする。

図３（ｂ）において、点Ｑ１に対応する転写電流をＩ１、点Ｑ２に対応する転写電流Ｉ２、現像材投入直後（攪拌がされていない現像材）に印加される現像バイアス値をＶｂｆ、画像形成時の現像バイアス値をＶｂ、最低現像バイアス値をＶｂｍｉｎとし、画像形成時の転写電流Ｉｔ＝Ｉ２＋｛（Ｖｂ−Ｖｂｍｉｎ）／Ｖｂｆ−Ｖｂｍｉｎ）｝×（Ｉ２−Ｉ１）として、実験３（コピー数：２０万）を行った結果、表３のようなデータが得られた。

表３において、○：合格レベル、△×：不満足、×：不合格を表す。
表３からわかるように、転写効率のピーク領域に対応する転写電流では、すべて不合格レベルの白抜けが発生しているが、現像バイアス値によりトナー付着量を調整する機械においては、転写効率が８５％以上が確保でき、且つ画像白抜けが発生しないことが判明した。

以上、本発明によって、粗大粒子を含むトナー（現像材）を使用する画像形成装置における画像白抜けの発生が回避できることが判明した。

なお、本実施の形態では、転写出力を電流値で説明したが、電圧値でも同じことがいえる。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 本発明に係わる転写ローラによる転写領域を示す。 転写電流と転写効率の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 感光体
１３ 現像器
１６ 現像スリーブ
２０ 中間転写ベルト
２５ 転写ローラ
２５Ａ 転写補助ローラ

Claims (5)

1. 像担持体上に形成された、重合トナーによるトナー像を中間転写体に一旦転写し、当該中間転写体から記録紙に一括転写する転写手段を有する画像形成装置において、前記像担持体から前記中間転写体に転写される各色のトナー量が、前記像担持体上に形成されたトナー像の各色のトナー量に対して、８５〜９５％の転写効率が確保されような領域でそれぞれの転写出力値を決定することを特徴とする画像形成装置。
2. 重合トナーを用い、現像バイアスでトナー付着量を調整する方式によって感光体上に形成されたトナー像を一旦中間転写体に転写する画像形成装置において、
   転写出力に対して転写率がピークに達する点を出力１とし、転写率がピークから降下する点を出力２とすると、画像形成時の転写出力を出力２より大きくしたことを特徴とする画像形成装置。
3. 重合トナーを用い、現像バイアスでトナー付着量を調整する方式によって感光体上に形成されたトナー像を一旦中間転写体に転写する画像形成装置において、転写出力に対して転写率がピークに達する点を出力１、転写率が当該ピークから降下する点を転写出力２とすると、現像材投入直後の最適画像出力時の現像バイアス値Ｖ１に対する画像採取時の現像バイアス値Ｖ２の値によって転写出力２にプラスする値を決定し、当該転写出力２にプラスする値で画像形成時の転写出力を決定することを特徴とする画像形成装置。
4. 前記転写手段は、ローラにバイアスを印加するローラ転写方式であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記中間転写体は、弾性体的特質をもたない、伸縮性のない樹脂シートであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images