JP2006301248A - カラー画像形成装置 - 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、かつ接地されていて、中間転写体を支持するローラのうち少なくとも１つのローラは太鼓状ローラとする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を併せ持つ電子写真方式を用いたカラー画像形成装置に関わり、特に中間転写体を有していて、該中間転写体上にカラートナー像を重ね合わすようにしたカラー画像形成装置に関する。

中間転写体を用いた電子写真方式のカラー画像形成装置では、感光体である像担持体上に形成したトナー像を中間転写体上に転写し、その中間転写体上のトナー像を転写材（記録紙又は用紙ともいう）上に転写するものが知られている。かかるカラー画像形成装置では、像担持体上に順次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一次転写手段によって重ね合わせて転写した後、その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二次転写手段によって一括して転写している。

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。

一次転写後の中間転写体上の電位のバラツキが大きいと、二次転写時に様々な画像不良が生じ易い、特許文献１，２では、二次転写前に中間転写体上のトナー像をＡＣ，ＤＣなどのコロナ放電によって帯電することにより、中間転写体上のトナーの帯電量を均一化して、均一な二次転写を行うことが提案されている。

かかる提案では、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。しかし、トナー層電位が高い場合には転写電荷不足による濃度むらが生じ易く、転写電荷を大きくしたときは放電による画像の乱れ等が生じやすい。そこで、本発明者らは、二次転写前に中間転写体上のトナー像を除電して帯電量を均一化することを行っている。

中間転写体上のトナー層は１層から多層までさまざまな場合があり、あらゆる場合に対して、トナーを除電しすぎず適正な電荷にするのに本発明者らはスコロトロン放電によって均一な除電を行っている。

スコロトロン放電は、中間転写体（ベルト）に対して１ｍｍ程度の間隔をもって電圧が印加されたグリッドが配設され、その背後からワイヤ等を用いた放電電極による放電が行われる。また、グリッドが配設された中間転写ベルトの背面には対向電極が配設されている。

対向電極てしては、中間転写ベルトを巻回する接地したローラ等が、中間転写ベルトの負荷を小さくする点で優れているが、高速機で中間転写ベルトの線速が大となるときは、放電効果を得るため中間転写ベルトに対向するグリッド幅を大きくとる必要がある。しかし、ローラのような曲率をもった箇所を対向電極とした場合には、中間転写ベルトとグリッドとの間隔をある範囲に保ちながら電極の幅を大きくするには限界があり、トナー電荷を制御しきれないという問題がある。

従って、回動する中間転写ベルトの平面部分に対向して接地した対向電極を設置することがなされる。

前記の特許文献１，２には、帯電量を均一化する技術は開示されているが、対向電極に関する記載はない。
特開平１０−２７４８９２号公報 特開平１１−１４３２５５号公報

回動する中間転写ベルトの平面の部分に対向して対向電極を設置するときは、対向電極は固定となって、対向電極は中間転写ベルトの背面からベルト面を摺擦することとなる。対向電極には、導電性ブラシや導電性スポンジが用いられるが、対向電極を通じて導通をとるためには接触状態を良好とするために、ある程度の荷重をかけてベルト背面を押圧することが必要である。中間転写ベルトはテンションをかけた状態で回動しているが、ベルト幅が３００ｍｍ以上あるため、中央部と端部とでは移動方向に対しての応力の差が生じ、その結果対向電極によって押圧された場合にベルト中央部が押されてグリッド側に盛り上がってしまうという現象が生じる。ベルトの幅方向の位置が変化すると、中間転写ベルト表面とグリッドとの間の間隔が変化し、ベルトの中央部と端部とで除電効率が変化してしまい、除電制御が不可能となる。

本発明は、中間転写ベルト上のトナーの除電を行うために、二次転写前除電にスコロトロン電極を用い、高速機においては除電幅を広くとるために、対向電極を中間転写ベルトの平面部で均一な状態で接触し、高い除電効果が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決し、目的を達成するために、本発明は以下のように構成されている。
（請求項１）
像担持体と、
該像担持体上にトナー像を形成する画像形成部と、
複数のローラによって張架された中間転写ベルトと、
前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写ベルト上に転写する一次転写手段と、
前記中間転写ベルト上のトナー像を転写材に転写する二次転写手段と、
二次転写部の上流側において前記中間転写ベルト上のトナーの除電を行う放電電極とグリッドとより成るスコロトロン除電極と、
該スコロトロン除電極に対向して前記中間転写ベルトの平面状に支持されたベルトの背面に接する弾性体電極と、を有していて、
前記複数のローラのうち、少なくとも１つのローラは太鼓状ローラであることを特徴とするカラー画像形成装置。
（請求項２）
前記太鼓状ローラは前記中間転写ベルトのベルト両端近傍に対して、中央近傍において張力の付加がなされるよう作用する形状であることを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
（請求項３）
前記太鼓状ローラの設置位置は、最下流側の一次転写手段と前記弾性体電極との間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー画像形成装置。
（請求項４）
前記太鼓状ローラの設置位置は、前記弾性体電極と前記二次転写手段との間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー画像形成装置。
（請求項５）
前記弾性体電極は、接地された導電性のブラシ材であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のカラー画像形成装置。
（請求項６）
前記弾性体電極は、接地された導電性のスポンジ材であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のカラー画像形成装置。

請求項１，２記載の発明によるときは、中間転写ベルトを張架する複数のローラのうち、少なくとも１つのローラを太鼓状ローラとすることによって、中間転写ベルトの幅方向における各部の張力が適切に調整されて、ベルトの背面から押圧する弾性体の対向電極によっても、ベルトの平面性は維持されて、ベルト表面とグリッドとの間隔も所定の間隔が維持されて、良好な除電効果が得られて、良好な転写画像が得られることとなる。

請求項３，４記載の発明によるときは、太鼓状ローラを最下流側の一次転写手段と弾性体電極との間、もしくは弾性体電極と二次転写手段との間に設けることによって、中間転写ベルトのベルト内の張力関係が微細に調整されて、除電範囲の平面性は極めて良好に維持されて、請求項１，２の効果を更に高めることとなる。

請求項５，６記載の発明によるときは、弾性体電極に導電性ブラシ材又はスポンジ材を用いることによって、弱い押圧力をもってしても、中間転写ベルトに対して良好な導通状態が維持されて請求項１，２の効果を更に高めることとなる。

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、一次転写手段５Ｋとローラー７１との間が平面状に支持されている。

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５ＹＲ、５ＭＲ、５ＣＲ、５ＫＲ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ベルト幅３２０ｍｍの単層又は多層ベルトで、体積抵抗率１０⁷〜１０¹²Ωｃｍ、本実施例では１０⁹Ωｃｍ、表面抵抗が１０¹¹Ω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のベルト面と本実施例では１ｍｍ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）に本実施例では３０ｍｍ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。

また、放電電極９１としては、線材を用いた電極以外に、針状電極であってもよい。

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（本実施例では、０．３３テックス）、ブラシ密度は１２０００本／ｃｍ²乃至７７０００本／ｃｍ²（本実施例では３１０００本／ｃｍ²）、原糸抵抗値は１０⁰乃至１０⁵Ωｃｍ（本実施例では１０²Ωｃｍ）で構成されることが好ましい。

なお、対向電極１２としては、導電性ブラシに代えて導電性スポンジを用いることによっても同様の効果を得ることができる。導電性スポンジには、カーボンブラックを混入したエーテル系ポリウレタンなどのウレタンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ヒドリンゴム、シリコンゴム等を使用することができ、体積抵抗率は１０³〜１０⁹Ω・ｃｍで、厚さ例えば５ｍｍのものが用いられる。

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〜−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−５０Ｖの電圧を印加している。

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。

本発明は、中間転写体７を張架する複数のローラのうち、少なくとも１つのローラを太鼓状ローラとしていて、特に好ましい太鼓状ローラの配置位置として、最下流側の一次転写手段５Ｋとスコロトロン除電器９との間、またはスコロトロン除電器９と二次転写手段５Ａとの間に接地されていることがあげられる。

図１に示したのは第１の実施例であって、スコロトロン除電器９の対向電極１２と二次転写手段５Ａとの間にあって、中間転写体７を張架するローラ７１を太鼓状ローラとしている。太鼓状ローラは、アルミ材料を用いたローラで中央部においてφ２６ｍｍ、両端部においてφ２４ｍｍの太鼓形状をしている。そして、対向電極１２の導電性ブラシ１２ａは食い込み量１ｍｍで、中間転写材７の背面からベルトに押圧し摺擦している。

図３に示したのは第２の実施例であって、最下流側の一次転写手段５Ｋとスコロトロン除電器９の対向電極１２との間に新たに太鼓状ローラ７２を設け、太鼓状ローラ７２は回動する中間転写体７の背面に押圧しながら従動回転する構成としている。太鼓状ローラ７２はアルミ材料を用いたローラで、中央部においてφ２６ｍｍｍ、両端部においてφ２４ｍｍの太鼓形状をしている。そして対向電極１２の導電性ブラシ１２ａは食い込み量１ｍｍで、中間転写体７の背面から押圧し摺擦している。

実施例１，２の効果を比較するために、次の比較例１，２の条件設定を行っている。

比較例１では、図１を用いて説明した実施例１のローラ７１を平行ローラとしたもので、その他については実施例１と同じに設定している。即ち、対向電極１２の導電性ブラシ１２ａの食い込み量は１ｍｍとし、中間転写体７の背面から押圧し摺擦する構成としている。

比較例２では、図１を用いて説明した実施例１のローラ７１を平行ローラとし、対向電極１２の導電性ブラシ１２の食い込み量は０．５ｍｍとし、比較例１より弱い押圧力をもって中間転写体７の背面から押圧し摺擦する構成としている。

実施例１，２及び比較例１，２について、本発明の効果を確認する方法として次の２つの測定を行っている。

第１の測定は、レーザー変位計を用い、グリッド９２と中間転写体７のベルト背面との間隔をベルトの幅方向について手前側、中央部及び奥側の３個所について測定した。測定結果と評価を示した物が表１である。

上記の評価に先立って、グリッド９２と中間転写体７のベルト背面との間隔と画像との対応について別途確認を行ったところ、間隔を１ｍｍに設定したのに対し、間隔が０．７ｍｍ以下になると単色ハーフトーン画像の個所についてトナー散りによる画像不良が発生することが認められている。

第２の測定は、導電性ブラシ１２ａを用いての除電効果が得られているか否かを認定するため、マゼンタとシアンの重ね合わせたベタ両面画像について、スコロトロン除電器９による除電後の電位をベルト幅方向について手前側、中央部及び奥側の３個所について電位計１１によって測定した。測定結果と評価を示したのが表２である。

上記の評価に先立って、除電後の電位と画像との対応を確認したところ、除電後電位が−１４０Ｖ以下（絶対値）の時には良好な画像が得られることが認められている。上記のテストで除電性能不足の場合には、低温低湿環境下で裏面画像の出力時に転写むらが発生する。

上記のテスト結果から、本発明によるときは対向電極１２の押圧による中間転写体７の位置変動が防止され、有効な除電が行われて、ハーフトーン画像のトナー散り及び２色ベタ重ね合わせ画像での裏面転写時のむら画像が生じることのない良好な画像が得られることとなる。

本発明（実施例１）の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。 本発明（実施例２）の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
７２ 太鼓状ローラ

Claims (6)

1. 像担持体と、
   該像担持体上にトナー像を形成する画像形成部と、
   複数のローラによって張架された中間転写ベルトと、
   前記像担持体上に形成されたトナー像を前記中間転写ベルト上に転写する一次転写手段と、
   前記中間転写ベルト上のトナー像を転写材に転写する二次転写手段と、
   二次転写部の上流側において前記中間転写ベルト上のトナーの除電を行う放電電極とグリッドとより成るスコロトロン除電極と、
   該スコロトロン除電極に対向して前記中間転写ベルトの平面状に支持されたベルトの背面に接する弾性体電極と、を有していて、
   前記複数のローラのうち、少なくとも１つのローラは太鼓状ローラであることを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 前記太鼓状ローラは前記中間転写ベルトのベルト両端近傍に対して、中央近傍において張力の付加がなされるよう作用する形状であることを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
3. 前記太鼓状ローラの設置位置は、最下流側の一次転写手段と前記弾性体電極との間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー画像形成装置。
4. 前記太鼓状ローラの設置位置は、前記弾性体電極と前記二次転写手段との間にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のカラー画像形成装置。
5. 前記弾性体電極は、接地された導電性のブラシ材であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のカラー画像形成装置。
6. 前記弾性体電極は、接地された導電性のスポンジ材であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載のカラー画像形成装置。

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