JP2006106560A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二次転写前の中間転写体上のトナー像の電位を補正し、良好な二次転写画像を得るための除電手段において、中間転写体ベルトの線速が大きくなっても十分な除電効果が得られる除電手段を提供する。
【解決手段】 中間転写体に沿った一次転写手段と二次転写手段との間で、中間転写体が平面状に支持される位置にスコロトロン除電器を配設し、除電器のグリッドに対向する中間転写体の裏側に、導電性ブラシで構成される対向電極を配設し、導電性ブラシは中間転写体に接し、かつ接地されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、画像形成装置に関する。特に中間転写体を有していて、該中間転写体上にトナー像を転写する画像形成装置に関する。

中間転写体を用いた画像形成装置としては、像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に転写し、該中間転写体上のトナー像を転写材に転写するものが知られている。この画像形成装置では、像担持体上に形成された所定極性に帯電しているトナー像を静電気力を利用して中間転写体に転写した後、該中間転写体上のトナー像を静電気力を利用して転写材上に転写する。

特に、上記中間転写体を用いた画像形成装置は、像担持体上に形成したトナー像を中間転写体上に重ね合わせることができるので、カラー画像を転写材上に形成するカラー画像形成装置に広く応用されている。このカラー画像形成装置では、像担持体に形成した各色のトナー像を中間転写体に重ね合わせて転写した後、この重ね合わせトナー像を静電気力を利用して転写材に一括転写される。

トナー１粒子当たりの帯電量はほぼ均一であることから、中間転写体上のトナー層電位は所定面積内でのトナー付着量によって決まり、カラー画像形成装置では中間転写体上のトナー像のうち複数色のトナーが重ね合わされた部分の帯電電位は、１色のトナーのみが付着している部分の帯電電位よりも大きくなる。また例えば、上記中間転写体上のトナー像がベタ部及びハーフトーン部を有する場合、ベタ部の帯電電位はハーフトーン部よりも大きくなる。

また、像担持体から中間転写体へトナー像を転写する一次転写部を通過した後のトナー像内での帯電電位のばらつきは、環境によっても発生する場合がある。

このように中間転写体上のトナー像の電位のばらつきが大きいと、転写特性が互いに異なる部分が同一トナー像内に存在することになる。この転写特性の異なるすべての部分を同じ転写条件下で転写材に転写しようとすると、中間転写体から転写材への二次転写時に様々な画像不良が発生しやすい。

近年、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの機能を合わせ持つ複合機等においてカラー化が進み、また重合トナー、小粒径トナーの採用により、転写プロセスにおいても高画質化への要求が大きくなってきている。また、前記画像形成装置の高速化も進んでいる。これらのことに対し、良好な画像を得るためには、一次転写の回数や環境などによって変化する中間転写体上のトナー電位を略均一になるように補正し、二次転写性能を向上させる必要がある。

上記課題を解決するために、中間転写体上に一次転写され転写材に転写する前のトナー像を帯電する転写前帯電手段を設け、該帯電手段は帯電器と該帯電器の電極に対向する中間転写体裏側に導電性ローラー部材を配設し対向電極とした構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法により、中間転写体上に一次転写されたトナー像に対してＡＣ，ＤＣ等のコロナ放電による帯電が行われ、帯電量が略均一化される。

また、転写前帯電手段による帯電位置を通過する中間転写体の表面移動速度に応じて、転写前帯電手段による帯電条件を制御する制御手段を設けることが提案されている。（例えば、特許文献２参照）
特開平１０−２７４８９２号公報 特開平１１−１４３２５５号公報

特許文献１及び２に記載の方法では、中間転写体上のトナーの帯電量が大きい値に均一化されているので、低湿環境や、両面コピーモードでの２面目での転写時で、用紙の抵抗が高い場合には、用紙の電位上昇による放電での画像不良が生じ易く、かかる画像不良を防ぐために転写電圧を低く抑えると、トナー層総電荷の大きい部分は転写電界不足となり、濃度ムラが発生してしまう。

また、前記帯電手段の、帯電器に対向する中間転写体裏側に導電性ローラー部材を配設し対向電極とした構成では、画像形成装置が高速化し中間転写体の線速が大きくなると十分な帯電効果を得るのが難しくなる。また、中間転写体の線速に応じて、帯電条件を制御する等構成が複雑になる。

本発明は、中間転写体上のトナー層総電荷の大きい箇所に対してはトナー像電位を抑えるようにし、ハーフトーン部などの低トナー付着量部にはトナー像電位がそのまま保持されて、二次転写が良好に行われ、画像荒れやトナー飛散が生じない、良好な二次転写画像が得られる除電器を設けた画像形成装置において、画像形成の高速化が図られて中間転写体の線速が大きくなっても、簡単な構成で十分な除電を可能とし、二次転写性能を向上し良質な画像を得ることを可能と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、下記の構成により達成される。
（請求項１）
画像形成部により形成されたトナー像を担持する像担持体と、無限ベルト状に構成され、支持部材によりその一部が平面状に支持された中間転写体と、前記像担持体に形成されたトナー像を前記中間転写体上に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を転写材に転写する二次転写手段と、二次転写手段の前記中間転写体が移動する上流側において中間転写体上のトナー像を除電するための放電電極とグリッドを有するスコロトロン除電器とを有する画像形成装置において、
前記スコロトロン除電器は、前記中間転写体が平面状に支持される位置に配設され、
前記スコロトロン除電器に対向する前記中間転写体の裏面に当接する導電性ブラシを有することを特徴とする画像形成装置。
（請求項２）
前記導電性ブラシが、接地されてい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）
前記導電性ブラシが、抵抗素子を介して接地されてい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）
前記導電性ブラシの中間転写体移動方向の長さをＬ１、前記スコロトロン除電器を構成するグリッドの中間転写体移動方向の長さをＬ２、前記グリッドと前記中間転写体表面との距離をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ２＋２×Ｌ３であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。

請求項１に記載の発明によれば、以下のような作用が得られる。

中間転写体が平面状に支持される部分にスコロトロン除電器を配設することで、中間転写体とスコロトロン除電器を構成するグリッドとの距離をある範囲に保ちながらスコロトロン除電器の有効幅を大きくすることができ、トナー電荷の適切な制御が可能となる。

更に、対向電極として導電性ブラシを中間転写体裏側に当接するように配設することにより中間転写体に負荷を与えることなく、十分なトナー像除電効果を得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、スコロトロン除電器の対向電極構成を簡易化し、除電装置系の変動要因を減少させるとともにメンテナンス性向上を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、スコロトロン除電器の対向電極の電位を調整可能とし、導電性ブラシの個体差、導電性ブラシと中間転写体との接触圧及び接触抵抗等対向電極と中間転写体の変動要因を吸収し、除電の安定性向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、導電性ブラシの中間転写体進行方向の長さを、スコロトロン除電器のグリッドよりも十分に大きくすることにより、スコロトロン除電器の有効領域全てを使用可能となるため、除電効率向上を図ることができる。

以下に本発明を、実施の形態を用いて説明するが、本発明は以下に説明する実施の形態に限られるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと、中間転写ユニットと、給紙搬送装置及び定着装置８を有する。

イエロー色の画像を形成する画像形成部２０Ｙは、像担持体としての感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写手段５Ｙ及びクリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部２０Ｍは、像担持体としての感光体１Ｍの周囲に配置された帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ、一次転写手段５Ｍ及びクリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部２０Ｃは、像担持体としての感光体１Ｃの周囲に配置された帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ、一次転写手段５Ｃ及びクリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部２０Ｋは、像担持体としての感光体１Ｋの周囲に配置された帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写手段５Ｋ及びクリーニング手段６Ｋを有する。

半導電性であり、ベルト状の中間転写体７は、複数のローラー７０１ａ、７０１ｂ、７０１ｃ、７０１ｄ、７１等により巻回され、循環移動可能に支持される。本実施の形態では、中間転写体７は、ローラー７０１ｄとローラー７１との間が平面状に支持されている。すなわち、ローラー７０１ｄとローラー７１とが支持部材として機能するものである。

帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ及び現像装置４Ｙからなる像形成手段により、帯電、露光及び現像が感光体１Ｙに対して行われ、感光体上にイエロートナー像が形成される。同様に、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ及び現像装置４Ｍからなる像形成手段により、マゼンタトナー像が感光体１Ｍ上に形成され、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ及び現像装置４Ｃからなる像形成手段により、シアントナー像が感光体１Ｃ上に形成され、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ及び現像装置４Ｋからなる像形成手段により、黒トナー像が感光体１Ｋ上に形成される。これらの単色トナー像は転写ローラー５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより中間転写体７に転写され、重ね合わされて多色トナー像が形成される。

感光体１としては、ＯＰＣ感光体やａＳｉ感光体等の周知のものが用いられるが、ＯＰＣ感光体が好ましく、特に、負帯電性のＯＰＣ感光体が好ましく本実施の形態では、負帯電性のＯＰＣが用いられる。

帯電装置２としては、スコロトロン、コロトロン等のコロナ放電装置が用いられるが、スコロトロン放電装置が好ましく用いられる。

露光装置としては、レーザ、ＬＥＤアレイ等、画像データに従って発光する発光素子が用いられる。

現像装置４としては、キャリアとトナーとを主成分とする二成分現像剤を用いる現像装置またはキャリアを含まず、トナーを主成分とする一成分現像剤を用いる現像装置が用いられるが、前記二成分現像装置が好ましい。また、正規現像で現像を行うものまたは反転現像を行うものを現像装置に用いることができるが、現像スリーブ４ａに感光体１の帯電と同極性の現像バイアスを印加し、感光体の帯電と同極性に帯電されたトナーで現像を行う反転現像が好ましく、本実施の形態では、負帯電トナーを用いた反転現像により現像が行われる。

高画質を維持し、かぶりの発生防止の観点からトナーとしては、体積平均粒径が３〜６μｍのものが好ましい。

体積平均粒径は、体積基準の平均粒径であって、湿式分散機を備えた「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ」又は「コールターマルチサイザー」（いずれもコールター社製）により測定した値である。

このようなトナーにより高解像力を有する高画質の画像を形成することができる。

また、本発明においては、球形トナーが望ましく、球形化度は現像装置内で強いストレスを受けず、かぶりやトナー飛散が発生しにくく、またクリーニング性能を高く維持できる０．９４以上０．９８以下が好ましい。

球形化度は、下記式によって求められる。

球形化度＝（粒子投影像と同一面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
前記球形化度は、５００個の樹脂粒子について、走査型電子顕微鏡又はレーザ顕微鏡により５００倍に拡大した樹脂粒子の写真を撮影し、画像解析装置「ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＩＭＡＧＥ ＡＮＡＬＹＳＥＲ」（日本電子社製）を使用して写真画像の解析を行って円形度を測定し、その算術平均値を求めることにより算出することができる。また簡便な測定方法としては、「ＦＰＩＡ−１０００」（東亜医用電子株式会社製）により測定することができる。

前記のような小粒径、且つ、球形化度の高いトナーには重合トナーを用いることが望ましい。

重合トナーは、トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状がバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られるトナーを意味する。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られるトナーを意味する。重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一なトナーが得られる。

具体的には懸濁重合法により作製されるものや、乳化液を加えた水系媒体の液中にて単量体を乳化重合して微粒の重合粒子を製造し、その後に、有機溶媒、凝集剤等を添加して会合する方法で製造することができる。会合の際にトナーの構成に必要な離型剤や着色剤などの分散液と混合して会合させ調製する方法や、単量体中に離型剤や着色剤などのトナー構成成分を分散した上で乳化重合する方法などがあげられる。ここで会合とは樹脂粒子および着色剤粒子が複数個融着することをいう。

５Ａは二次転写手段であり、導電性のゴムローラーからなる転写ローラー５ＡＲ及び電源５ＡＥからなる。

６Ａは中間転写体７をクリーニングする中間転写体クリーニング手段、８は転写材Ｐにトナー像を定着する定着装置である。

中間転写体７は、ポリアミドあるいはポリイミド等を材料とする単層又は多層ベルトで、体積抵抗率１０⁷〜１０¹²Ωｃｍ、本実施例では１０⁹Ωｃｍのものが用いられている。

一方、転写ローラー５Ａにより転写材Ｐに二次転写後、中間転写体７は、中間転写体クリーニング手段６Ａを通過し、クリーニングされる。

本実施の形態においては、中間転写体７に沿った一次転写手段５Ｋと二次転写手段５Ａとの間で、中間転写体が平面状に支持される位置に二次転写前除電手段であるスコロトロン除電器９が配設されている。スコロトロン除電器９の詳細について、図２を用いて説明する。

図２は、図１のスコロトロン除電器９の概略構成を示した断面図である。スコロトロン除電器９は放電電極９１，グリッド９２，サイドプレート９３よりなり、グリッド９２は中間転写体７のベルト面とＬ３の間隔をもって対向配置されていて、サイドプレート９３は図示しない回路によりグリッド９２と同電位に接続されている。

グリッド９２は、ワイヤグリッドや、板金にエッチング等によってパターン形成された板状グリッドなどを用いることができるが、本実施の形態では金メッキが施された板状グリッドを採用している。またグリッド９２は、中間転写体７の移動方向（矢示Ｘ方向）にＬ２の幅を有する。

放電電極９１は、直径が２０〜１５０μｍのタングステン、ステンレス、金などの線材を用いることができるが、特に表面が金で形成されていることが好ましい。線材そのものを金で作製するか、あるいは、ステンレス鋼やタングステン等の基材の表面を金で被覆しても良い。金被膜の厚さは、オゾン等の放電生成物の除去効率や製造コスト、放電効率の観点から、平均膜厚で１μｍ〜５μｍが好ましい。

スコロトロン除電器９に対向する中間転写体の裏側に、導電性ブラシ１２ａ及び導電性ブラシ１２ａを支持する支持部材１２ｂで構成される対向電極１２が配設され、導電性ブラシ１２ａは、中間転写体裏側に当接し、また対向電極１２は抵抗１２ｃを介して接地されている。

導電性ブラシ１２ａは、素材はアクリル、ナイロン、ポリエステル等の導電性樹脂素材で構成され、線径はＩＳＯにより提唱された番手法による計量単位で０．１１１テックス乃至０．７７８テックス、ブラシ密度は１２０００本／ｃｍ²乃至７７０００本／ｃｍ²、原糸抵抗値は１０⁰乃至１０⁵Ωｃｍで構成されることが好ましい。また導電性ブラシ１２ａは、中間転写体７の移動方向（矢示Ｘ方向）にＬ１の幅を有する。

本実施の形態においては、放電電極９１にはトナーと逆極性の放電がなされる直流のバイアス電圧０〜＋５ｋＶの直流電圧が、グリッド９２には０〜ー３００Ｖの電圧が印加できる構成となっている。

本実施例では、スコロトロン除電器９の放電電極９１に＋４ｋＶの電圧を、グリッド９２にー５０Ｖの電圧を印加し、グリッドの長さＬ２を４０ｍｍ、スコロトロン除電器９と中間転写体７表面との距離Ｌ３を１ｍｍ、導電性ブラシの長さＬ１を４５ｍｍとしている。

スコロトロン除電器９の作用について、図２を用いて説明する。

図２は、電圧が印可されたスコロトロン除電器９を通過前後での中間転写体７上のトナー層電位の変化を示す模式図である。なお、図１に示したものと同一の構成には、同じ符号を付して説明を省略する。

トナー付着量電位の高いフルカラー部分Ｆ１の電位Ｖ１は除電器９を通過することでＶ３に低下するが、トナー付着量電位の低いハーフトーン部分Ｈ１の電位Ｖ２はそのまま維持される。

以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

＜実施例１＞
本実施例では、図１及び図２に示したスコロトロン除電器９及び対向電極１２を配設した画像形成装置で画像を形成した。

図１に示した画像形成装置の主な構成は以下の通りである。

中間転写体７：ポリイミドベルト（体積抵抗率１０⁹Ωｃｍ）、線速は２２０ｍｍ／秒。
スコロトロン除電器９：グリッド９２の長さＬ２は４０ｍｍ、中間転写体７のベルト面との間隔Ｌ１は１ｍｍ、放電電極９１に＋４ｋＶの直流電圧印加、グリッド９２にー５０Ｖの直流電圧印加。
対向電極１２：東レ製導電性アクリル素材（原糸抵抗値は１０²Ωｃｍ、線径は０．３３テックス、毛長は３ｍｍ）を３１０００本／ｃｍ²の密度で植毛した長さＬ１が４５ｍｍの導電性ブラシ１２ａ、１ＭΩの抵抗素子１２ｃを介して接地。
トナー：体積平均粒径４．５μｍ、球形化度０．９６の重合トナー。
帯電装置２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ：帯電電圧Ｖ０は−７００Ｖ（可変：左記は標準値）。
露光装置３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ：半導体レーザ（波長７８０ｎｍ）、露光時の像形成体表面電位Ｖｉは−５０Ｖ。
現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ：現像スリーブ４ａの電位Ｖｄｃは−５００Ｖ（可変：左記は標準値）、現像バイアス電圧交流成分Ｖａｃは１ｋＶｐ−ｐの矩形波（周波数５ｋＨｚ）。

＜実施例２＞
実施例１において、対向電極１２の導電性ブラシ１２ａの長さＬ１を６０ｍｍに変更した以外は全て同じ条件で画像を形成した。

＜実施例３＞
実施例１において、対向電極１２の導電性ブラシ１２ａの長さＬ１を３０ｍｍに変更した以外は全て同じ条件で画像を形成した。

＜比較例１＞
実施例１で使用した図１の画像形成装置に代えて、図３に示した画像形成装置で画像を形成した。

図３に示した画像形成装置は、図１の画像形成装置の対向電極１２が導電性ブラシ１２ａで構成されているのに代えて、対向電極を中間転写体ベルトを懸架するローラー７１と兼用するものである。その構成にするため、図１に示した画像形成装置対して導電性ブラシ１２ａで構成される対向電極１２を削除し、対向電極となるローラー７１の位置にスコロトロン除電器９を移動し、それに伴い表面電位計１１を図３に示す位置に移動した。また、グリッドの長さは４０ｍｍで、ローラー７１の径はφ３０であり、ローラー７１は接地されている。

前記変更以外の構成は、実施例１で示した図１の画像形成装置と共通である。

＜比較例２＞
比較例１において、グリッドの長さを２０ｍｍに変更した以外は全て同じ条件で画像を形成した。

＜比較例３＞
実施例１で示した図１の画像形成装置において、放電電極９１及びグリッド９２に電圧を印可しない、すなわち除電機能無しの状態で画像を形成した。

＜評価方法及び評価基準＞
低温低湿環境下（１０℃，２０％（ＲｅＨ））においてマゼンタとシアンの重ね合わせベタ両面画像を出力し、裏面の転写ムラを目視で評価し、下記のようにランク判定した。得られた結果を表１に示す。

（判定レベル）
○：転写ムラは発生していない、またはほとんど認識できない状態。

△：転写ムラは多少発生しているが、実用上問題ない状態。

×：転写ムラが、明らかに認識でき実用上問題となる状態。

表１の結果のように、実施例１及び実施例２においては、二次転写前除電手段を中間転写体ベルトが平面に支持される部位に配設し、対向電極として導電性ブラシを用い、導電性ブラシを中間転写体に当接させ、かつ導電性ブラシ１２ａの長さＬ１をＬ１＞Ｌ２＋２×Ｌ３の条件を満たすことによって、中間転写体ベルトの線速が大きい場合にもトナー除電効果が確保され、良好な画像を得ることができた。

実施例３においては、導電性ブラシ１２ａの長さＬ１はＬ１＞Ｌ２＋２×Ｌ３の条件を満たさず除電極幅より短いこととなり、転写ムラは多少発生しているが、実用上問題ない除電効果を得ることができた。

比較例１及び２においては、対向電極がローラー７１であり曲率を持つため、グリッド９２と中間転写体７のベルト面の間隔をある範囲に保つことができず十分な除電効果を得ることができず、得られた画像は、実用上も問題となる転写ムラが発生した。

本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。 本発明に係るスコロトロン除電器及び導電性ブラシの概略構成を示す断面図と、スコロトロン除電器通過前後のトナー層電位の変化を示す模式図である。 比較例１及び２に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体
５Ａ 二次転写手段
７ 中間転写体
９ スコロトロン除電器
１１ 表面電位計
９１ 放電電極
９２ グリッド
１２ 対向電極
１２ａ 導電性ブラシ
１２ｂ 支持部材
１２ｃ 抵抗素子

Claims (4)

1. 画像形成部により形成されたトナー像を担持する像担持体と、無限ベルト状に構成され、支持部材によりその一部が平面状に支持された中間転写体と、前記像担持体に形成されたトナー像を前記中間転写体上に転写する一次転写手段と、前記中間転写体上のトナー像を転写材に転写する二次転写手段と、二次転写手段の前記中間転写体が移動する上流側において中間転写体上のトナー像を除電するための放電電極とグリッドを有するスコロトロン除電器とを有する画像形成装置において、
   前記スコロトロン除電器は、前記中間転写体が平面状に支持される位置に配設され、
   前記スコロトロン除電器に対向する前記中間転写体の裏面に当接する導電性ブラシを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記導電性ブラシが、接地されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記導電性ブラシが、抵抗素子を介して接地されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記導電性ブラシの中間転写体移動方向の長さをＬ１、前記スコロトロン除電器を構成するグリッドの中間転写体移動方向の長さをＬ２、前記グリッドと前記中間転写体表面との距離をＬ３とすると、Ｌ１＞Ｌ２＋２×Ｌ３であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の画像形成装置。

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