JP2006106540A

JP2006106540A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006106540A
Application number: JP2004295853A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sojo; 義弘荘所; Tadahiro Yokogawa; 忠弘横川; Akinori Nishida; 昭憲西田
Original assignee: Murata Machinery Ltd
Current assignee: Murata Machinery Ltd
Priority date: 2004-10-08
Filing date: 2004-10-08
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】本発明は、正帯電性重合トナーを用いてクリーナーレス方式で画像形成を行う場合に最適な電位差を設定して安定した画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】重合トナーを用いて画像形成を行う場合、ＬＥＤプリントヘッド２５により露光されない感光体ドラム２３の未露光部分の表面電位を７５０Ｖ以下で現像ローラ２８に印加される現像電圧よりも高く設定するとともに、未露光部分の表面電位と現像ローラ２８との間に１００Ｖ〜４００Ｖの電位差を生じるように、帯電器２２に印加する帯電電圧及び現像ローラに印加される現像電圧を制御するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置としては、像担持体として例えば感光体ドラムを用いて、その表面を帯電して露光することで静電潜像を形成し、静電潜像にトナーを付着させて可視像化し用紙に転写するといった画像形成を行うものが知られている。こうした画像形成装置では、トナーを用紙に転写した後に感光体ドラムに残留する残留トナーの取り扱いが問題となる。残留トナーをそのまま放置しておくとトナー像を形成する領域以外に残留トナーが付着したまま用紙に転写されて画質の品質を著しく低下させる。そのため、残留トナーを感光体ドラムから除去するクリーニング機構を設けることが行われているが、クリーニング機構を追加するため装置が大型化しコストアップとなる。

そこで、クリーニング機構を設けることなく、残留トナーを感光体ドラムから現像器に回収するクリーナーレス方式の画像形成装置が開発されている。例えば、特許文献１では、感光体の露光部に現像剤搬送部材から現像剤を付着させると同時に感光体の非露光部に付着している現像剤を現像剤搬送部材に回収する現像清掃手段と、転写手段によって被転写材上に転写が行われた後に感光体に残留した残留現像剤を撹乱する撹乱手段とを備えた記録装置が記載されている。

こうしたクリーナーレス方式の画像形成装置では、現像器において感光体ドラムへのトナーの付着及び感光体ドラムからの残留トナーの回収を同時に行う必要があるため、感光体ドラムの帯電電位及び現像器の現像電圧を調整して両者の間の電位差をバランスよく設定しなければならない。例えば、特許文献２では、感光体の表面電位を測定して、接触帯電部材と感光体表面の摩擦帯電電位差を求める摩擦帯電評価方法が記載されており、特許文献３では、感光体表面層中のケイ素原子の含有量と、感光体表面電位と帯電部材の電位との差である帯電電位差とを所定の関係式で関連付けられたクリーナーレスかつ接触帯電方式の画像形成装置が記載されている。
特公平８−１４７３６号公報特開２００３−１５６９２５号公報特開２００３−２０７９８４号公報

上述したように、クリーナーレス方式の画像形成装置では、感光体ドラムの帯電電位及び現像器の現像ローラに印加する現像電圧を調整して両者の間の電位差をバランスよく設定する必要がある。図３には、感光体ドラムの未露光部分の表面電位Ｖ₀及び露光部分の表面電位Ｖ_L並びに現像ローラに印加する現像電圧Ｖ_Bの関係を示している。この例では、正極性に感光体ドラムが帯電されており、現像電圧Ｖ_Bは、未露光部分の表面電位Ｖ₀より低く、かつ露光部分の表面電位Ｖ_Lよりも高く設定されるように印加される。また、使用されるトナーは、正極性に帯電されている。

感光体ドラムの未露光部分に付着した残留トナーＡは、正極性に帯電されており、未露光部分の表面電位Ｖ₀と現像電圧Ｖ_Bとの間の電位差により現像ローラに引き寄せられる電気的な力が作用し、現像ローラに転移するようになる。一方、現像ローラに担持されるトナーＢは、正極性に帯電されており、現像電圧Ｖ_Bと露光部分の表面電位Ｖ_Lとの間の電位差により露光部分に引き寄せられる電気的な力が作用し、露光部分に転移するようになる。

このように、感光体ドラムの未露光部分の表面電位Ｖ₀及び露光部分の表面電位Ｖ_L並びに現像ローラに印加する現像電圧Ｖ_Bがバランスよく設定されていないと、未露光部分からの残留トナーの回収と露光部分へのトナー像の形成を同時に行うことが難しい。特に、未露光部分の表面電位Ｖ₀と現像電圧Ｖ_Bとの電位差が十分確保されていないと残留トナーの回収を確実に行うことができないため、一般に未露光部分の表面電位Ｖ₀を高く設定することが行われている。例えば、未露光部分の表面電位Ｖ₀を＋９００Ｖ、現像電圧Ｖ_Bを＋３５０Ｖ、露光部分の表面電位Ｖ_Lを＋１００Ｖに設定することで、残留トナーの回収及びトナー像の形成がバランスよく行われるようになる。

ところが、こうした電位差の設定は、使用するトナーの特性に依存したものであることを本発明者らは種々の実験結果により知得した。すなわち、トナーは、粉砕法により得られる粉砕トナーと、重合法により得られる重合トナーとに大別されるが、粉砕トナーは、熱可塑性樹脂を着色剤等の添加剤成分と溶融混練した後粉砕して得られるもので、一般に感光体ドラムに残留しやすい性質を持っている。そして、上述したクリーナーレス方式の画像形成装置は、こうした粉砕トナーの残留しやすい特性を前提に設計されたものであると考えられる。

これに対して重合トナーは、重合性単量体と着色剤等の添加剤とを含有する重合性単量体組成物を水系媒体中で重合して得られるもので、トナーの特性が均一で球形で粒径が揃っているという特徴を有する。そのため、重合トナーは転写効率がよく、転写後に感光体ドラム表面に残留することが少ない。また、近年、画像形成に対して高解像度及び高画質の要求水準が高まるにつれて、トナーの粒径をより小さくする傾向が強まっているが、重合トナーでは、体積平均粒径が数μｍ程度のものを容易に製造することができることから、重合トナーを用いた画像形成装置の開発が進められているが、上述した電位差の設定は、このような重合トナーの残留特性やその小径化に対応したものではない。本発明者らの実験によれば、重合トナーを用いて上述した電位差の設定により感光体ドラムの現像を行うと、図３のトナーＣの場合のように、現像ローラで逆極性に帯電した重合トナーが感光体ドラム表面に転移する、いわゆる逆カブリの現象が生じていたことが判明した。

そこで、本発明は、重合トナーを用いてクリーナーレス方式で画像形成を行う場合に最適な電位差を設定して安定した画像形成を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体の表面を正極性に帯電させる帯電手段と、前記像担持体の帯電表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体表面に形成された静電潜像に現像ローラを接触させることで正極性に帯電した重合トナーを付着させて可視像化するとともに前記像担持体表面に付着した残留トナーを回収する現像手段と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を用紙に転写させる転写手段と、前記像担持体を回転制御するとともに用紙に画像形成するように前記各手段を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、前記制御手段は、前記露光手段により露光されない前記像担持体の帯電領域の表面電位が７５０Ｖ以下で現像電圧よりも高く設定されるとともに前記現像ローラとの間に１００Ｖ〜４００Ｖの電位差を生じるように前記現像手段及び前記帯電手段に印加する電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えていることを特徴とする。

上記のような構成を有することで、露光手段により露光されない像担持体の帯電領域の表面電位が、従来のクリーナーレス方式の画像形成装置における表面電位よりも低下して７５０Ｖ以下となることで、重合トナーに対応した表面電位とすることができる。すなわち、重合トナーは一般に付着力が弱く、小径化も相俟って帯電すると電気的な力により転移しやすい特性を有しており、そのため像担持体の表面電位を低下させることで、重合トナーの不安定な状態が改善される。そして、このように像担持体の表面電位を低下させた状態で、現像ローラとの間に１００Ｖ以上で４００Ｖ以下の電位差を生じるように設定することで、像担持体への逆カブリ現象を抑止することができる。すなわち、従来のように粉砕トナーを前提とした電位差では重合トナーのように小径化されてくると、逆極性に帯電されたトナーが像担持体に転移してしまうことになるが、１００Ｖ以上で４００Ｖ以下の電位差に設定することで、逆極性の重合トナーの転移を抑えることができる。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は本発明に係る画像形成装置全体の概略断面図である。画像形成装置１の上部には原稿読取部２が配置され、その下部には、底面から給紙部３、記録部４が配されている。

原稿読取部２では、原稿カバー１０が設けられた原稿トレイ１１に載置された原稿が原稿搬送装置１２により読取手段５に対向する位置に搬送されて原稿読取動作が行われ、原稿排紙トレイ１３に排出される。書籍等を読み取る場合には、原稿カバー１０を上方に回動してフラットベッドプラテン１４に書籍等の被読取部分を配置し読取手段により読取動作が行われる。

給紙部３では、給紙カセット１５が配置されており、フラッパ１６に所定のサイズの用紙が複数枚積載されている。給紙カセット１５の端部（図１の右端部）には、ピックアップローラ１７が配置されている。そして、フラッパ１６は、積載された用紙の上面がピックアップローラ１７に圧接するように上方に付勢されている。この状態でピックアップローラ１７が回転駆動すると、摩擦力により用紙が一枚ずつ用紙搬送路に給紙されるようになる。

給紙された用紙は、まずフィードローラ１８及びプレスローラ１９により記録部４に搬送される。記録部４では、搬送された用紙に記録するために、現像器２０、回転ブラシ２１、帯電器２２、感光体ドラム２３、転写ローラ２４、ＬＥＤプリントヘッド２５及び定着ローラ２６が備えられている。

感光体ドラム２３は、円筒状で、外周面に感光体として所定膜厚の光導電膜が設けられている。感光体ドラム２３はメインモータにより回転駆動され、帯電器２２、ＬＥＤプリントヘッド２５及び現像器２０によってその表面に像形成が行われる。帯電器２２は、放電ワイヤからのコロナ放電により感光体ドラム２３の外周面を一様に帯電するように作用する。

現像器２０は、供給ローラ２７及び現像ローラ２８によってトナーを感光体ドラム２３表面に転移して表面に形成された静電潜像を可視像化する。トナーとしては、重合トナーが用いられる。現像ローラ２８には、図３で説明したように、現像電圧が印加されており、感光体ドラム２３の表面電位と現像電圧との間の電位差によって現像ローラ２８の表面に付着したトナーが移動してトナー像が形成されるとともに感光体ドラム２３の未露光部分に付着した残留トナーが現像ローラ２８に回収される。

転写ローラ２４は、高電圧の転写電圧が印加されてその電界吸引力により感光体ドラム２３の表面に現像されたトナーを移動させる。感光体ドラム２３と転写ローラ２４との間に用紙が存在している場合には用紙にトナーが転写されるようになる。用紙がない場合には感光体ドラム２３の表面に転写ローラ２４が当接した状態になっている。用紙に転写されたトナーは図示せぬ除電ブラシにより電荷が除かれる。

回転ブラシ２１は、転写ローラ２４の下流側に配置されており、感光体ドラム２３の表面に接触して表面に付着している紙粉を除去したり、転写されずに表面に残留したトナーを感光体ドラム２３の表面で分散させるように作用する。回転ブラシ２１には、一定の電圧が印加されており、残留トナーを効率よく分散させて現像ローラ２８への回収を容易にするようにしている。

転写されたトナー像は、定着ローラ２６及びプレスローラ２９によって狭持されて加熱・プレスされ用紙に定着される。定着ローラ２６内にはヒータランプが設けられており、ヒータランプを発熱させて加熱する。定着された用紙は、排紙ローラ３０及びプレスローラ３１の間に狭持されて用紙排出トレイ３２に搬出される。

図１において、給紙部３から用紙排出トレイ３２までを一点鎖線で示したのが、用紙搬送路である。また、装置本体１の側面には、反転搬送ユニット４０が着脱自在に装着されており、その装着側面には、用紙搬出口４１及び用紙搬入口４２が形成されている。搬送ユニット４０内には、フィードローラ４３及びプレスローラ４４、フィードローラ４５及びプレスローラ４６の２対の搬送ローラが上下に配設されている。そして、図１の二点鎖線で示すように反転搬送路が、排紙ローラ３０と定着ローラ２６との間の用紙搬送路から分岐して、２対の搬送ローラ４３及び４４、４５及び４６の間を通り、ローラ対１８及び１９とピックアップローラ１７との間の用紙搬送路に合流するように形成される。

図３は、記録部４における回路構成を示す概略図である。上述したように感光体ドラム２３の周囲には、その回転方向に沿って帯電器２２、ＬＥＤプリントヘッド２５、現像器２０、転写ローラ２４及び回転ブラシ２１が順に配列されている。

帯電器２２には、帯電電圧印加回路５０が接続されており、帯電電圧が印加される。記録部コントローラ１１０からの制御信号に基づいて帯電電圧印加回路５０が帯電電圧を帯電器２２に印加すると感光体ドラム２３の表面は正極性の所定の帯電電位に一様に帯電された状態となる。ＬＥＤプリントヘッド２５には、記録部コントローラ１１０から画像情報に基づく記録信号が送信され、ＬＥＤにより感光体ドラム２３の表面を照射し、感光体ドラム２３の一様に帯電された表面を露光して画像情報に対応した静電潜像を形成する。

現像器２０内の供給ローラ２７、現像ローラ２８及びブレード３５には現像電圧印加回路５１が接続されており、記録部コントローラ１１０からの制御信号に基づいて現像電圧印加回路５１がそれぞれに電圧を印加する。供給ローラ２７には所定の供給電圧が印加されて、現像器２０内のトナーを正極性に帯電させながら現像ローラ２８に供給する。現像ローラ２８には所定の現像電圧が印加され、感光体ドラム２３の表面に接触しながら露光部分との電位差を利用してトナーを感光体ドラム２３の表面に転移させるとともに感光体ドラム２３の表面に付着した残留トナーを回収する。また、ブレード３５には所定のバイアス電圧が印加され、現像ローラ２８の表面に対して弾性力によって圧接し現像ローラ２８の表面に付着したトナー層の層厚を均一にする。

転写ローラ２４には転写電圧印加回路５２が接続されており、記録部コントローラ１１０からの制御信号に基づいて転写電圧印加回路５２が転写電圧を転写ローラ２４に印加し、感光体ドラム２３の表面に形成されたトナー像を電界吸引力により用紙に転写する。

回転ブラシ２１には分散電圧印加回路５５が接続されており、記録部コントローラ１１０からの制御信号に基づいて分散電圧印加回路５５が分散電圧を回転ブラシ２１に印加し、感光体ドラム２３表面の残留トナーを効率よく分散させるようにする。

記録部コントローラ１１０は、主モータ５６及び副モータ５７に対して制御信号を送信して駆動制御を行う。主モータ５６は、記録部コントローラ１１０からの制御信号に基づいて、ピックアップローラ１７、フィードローラ１８、回転ブラシ２１、感光体ドラム２３、供給ローラ２７、現像ローラ２８、定着ローラ２６、プレスローラ２９を回転駆動させる。また、排紙ローラ３０は、主モータ５６からの回転駆動力によりクラッチを介して用紙を排紙する方向に回転されるようになっている。副モータ５７は、記録部コントローラ１１０からの制御信号に基づいて、フィードローラ４３及び４５を回転駆動するとともに、排紙ローラ３０をクラッチを介して用紙を反転搬送する方向に回転駆動する。

以上説明した画像形成装置において、重合トナーとして公知の正帯電性重合トナーを用い、感光体ドラムの感光体として従来使用しているＯＰＣ正帯電感光体を用いて、感光体ドラムの表面電位Ｖ₀と現像電圧Ｖ_Bとの間の電位差による画質の変化に関する実験を行った。画質の変化は、感光体ドラムへの逆カブリの発生の程度を５段階（ランク１が逆カブリの発生がひどいレベル（カブリが悪いレベル）を示し、ランク５が逆カブリの発生がないレベル（カブリの良いレベル）を示し、その間のレベルを３つに分けてランク２〜４とした）に分けて検証した。また、画像濃度についてマクベス濃度計により測定した。表１に実験結果を示す。

この実験では、現像電圧Ｖ_Bと感光体ドラムの露光部分の表面電位Ｖ_Lは、現像ローラから感光体ドラムの露光部分への現像が最適に行われるように、現像電圧Ｖ_B＝＋３５０Ｖ、表面電位Ｖ_L＝＋１２０Ｖで一定とした。表１の結果をみると、未露光部分の表面電位が７５０Ｖ以下になると逆カブリの発生の程度がランク４以上となり、ほとんど発生していない状態となっている。そして、電位差（Ｖ₀−Ｖ_B）が１００Ｖ〜４００Ｖの範囲では、逆カブリの発生はみられず、画像濃度についても良好な状態が維持されている。

そして、電位差（Ｖ₀−Ｖ_B）が１００Ｖより小さいと、逆カブリは発生しないものの画像濃度が悪化していく。すなわち、感光体ドラムの表面電位Ｖ₀が低下すると、その分露光部分の表面電位Ｖ_Lも低下するようになり、結果として電位差（Ｖ_B−Ｖ_L）が大きくなるため、現像トナーの消費量が増大して画像濃度が濃くなりすぎて悪化するようになる。また、未露光部分の表面電位が７５０Ｖを超えて電位差（Ｖ₀−Ｖ_B）が４００Ｖを超えると、逆カブリの発生がひどくなっていくことがわかる。

したがって、正帯電性重合トナーを用いてクリーナーレス方式で画像形成を行う場合には、未露光部分の表面電位Ｖ₀を７５０Ｖ以下に低下させるとともに電位差（Ｖ₀−Ｖ_B）が１００Ｖ〜４００Ｖの範囲となるように、帯電器に印加する帯電電圧及び現像ローラに印加する現像電圧を制御するようにすれば、逆カブリの発生を抑止して良好な画像濃度の画像形成を行うことができる。

本発明に係る実施形態に関する画像形成装置全体の概略断面図である。図１の記録部におけるブロック構成図である。感光体ドラムの表面電位と現像電圧との関係を説明する図である。

符号の説明

１装置本体
２原稿読取部
３給紙部
４記録部
５読取手段

Claims

像担持体と、前記像担持体の表面を正極性に帯電させる帯電手段と、前記像担持体の帯電表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記像担持体表面に形成された静電潜像に現像ローラを接触させることで正極性に帯電した重合トナーを付着させて可視像化するとともに前記像担持体表面に付着した残留トナーを回収する現像手段と、前記像担持体の表面に形成されたトナー像を用紙に転写させる転写手段と、前記像担持体を回転制御するとともに用紙に画像形成するように前記各手段を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、前記制御手段は、前記露光手段により露光されない前記像担持体の帯電領域の表面電位が７５０Ｖ以下で現像電圧よりも高く設定されるとともに前記現像ローラとの間に１００Ｖ〜４００Ｖの電位差を生じるように前記現像手段及び前記帯電手段に印加する電圧を制御する印加電圧制御手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。