JP2009103806A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写チリの発生を増やすことなく、転写されたトナー像に虫喰いが発生することを効果的に抑えることのできる画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】感光体３と中間転写ベルト４の転写ニップの内部・あるいは近傍でトナー転移のための電界を付与させる転写ローラ１３と、その転写ローラ１３により転写電界が印加される場所の上流で、かつ転写電界位置に近接する部分にて、転写電界の印加される直前のタイミングで磁界を形成する磁石４１，４２とを設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式により形成されたトナー像を担持する転写元像担持体と、該転写元像担持体に形成される転写ニップにて、当該転写元像担持体に密着し、かつ同方向へ移動する転写先像担持体とを有する画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ、或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される上記形式の画像形成装置は周知である。転写元像担持体と転写先像担持体は、場合に応じて各種の形態で構成される。例えば、感光体に形成されたトナー像を、最終転写材としての記録材に直に転写する形式の画像形成装置においては、感光体が転写元像担持体であり、記録材が転写先像担持体となる。また、感光体に形成されたトナー像を中間転写体に転写し、その中間転写体上のトナー像を記録材に転写する形式の画像形成装置では、感光体と中間転写体との関係においては、感光体が転写元像担持体を構成し、中間転写体が転写先像担持体を構成する。さらに、中間転写体と記録材との関係においては、中間転写体が転写元像担持体であり、記録材が転写先像担持体となる。

かかる画像形成装置においては、転写電界は転写元から転写先へトナーを転写させるものであるが、トナーの非電気的付着力が強い場合などではうまく転写ができないことがある。例えば、感光体から中間転写体へ転移する際へは、感光体との付着力が強いときは転写ができないので、感光体にステアリン酸亜鉛などの金属石鹸類を薄く塗布して、実質的な接触面積を減らすようにすることも多々行われている。

また、転写先がザラ紙のように表面の平滑度が低い場合、転移元から転移先へのギャップが増えるため、転写電界が減ってしまうなどの現象も多い。さらに、中間転写方式カラー機の場合、４色の作像を中転ベルト上に重ね合わせる時に凝集力がアップしやすくなる。例えば、転写ニップ内の除電電極の追加については、圧力の点ではトナーを押し固めることになる。これにより、トナー像の一部のトナーが欠除する虫喰いとも称せられる画像異常が発生する可能性がある。

以上、画像品質上、転写元と転写先が密接していない状況で転写電界がトナーに働いてしまうと、画像品質を悪化させることがある。特に、中間転写ベルトのような中抵抗ベルトでは、中抵抗における電流漏洩や入口電位の変化がおこりやすく、画像品質が悪化しやすい。

そこで、転写バイアスで転写電界を形成する前に、トナーに電界以外をかけて、トナーの転移を助けるのが望ましい。例えば、特許文献１には中間転写体に重ねて転写し、その重ねトナー像を、転写ローラにバイアス電圧を印加することによって、記録材に転写する際、超音波振動子によって中間転写体とトナーとの付着力を弱めることが開示されている。

かかる画像形成装置では、機械的な振動によってトナーを横シフトすることができ、虫食いの発生を抑えられるが、この方法であると、高い保持力のトナーだけでなく弱い保持力のトナーを振動させてしまうことで転写チリが増える確率が高くなる問題があった。、

特開２００６−１６２７０４号公報

本発明は、上述した新規な認識に基づきなされたものであり、その目的とするところは、転写チリの発生を増やすことなく、転写されたトナー像に虫喰いが発生することを効果的に抑えることのできる画像形成装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、電子写真方式により形成されたトナー像を担持する転写元像担持体と、該転写元像担持体に形成される転写ニップにて、当該転写元像担持体に密着し、かつ同方向へ移動する転写先像担持体とを有する画像形成装置において、前記転写ニップの内部・あるいは近傍でトナー転移のための電界を付与させる転写電界付与手段と、該転写電界付与手段により転写電界が印加される場所の上流で、かつ転写電界位置に近接する部分にて、転写電界の印加される直前のタイミングで磁界を形成する磁界付与手段と、を有することを特徴とする画像形成装置を提案する。

なお、本発明は、前記磁束付与手段による磁界の向きが前記転写電界と同方向か、または転写電界の方向と１８０°逆転させた方向であると、効果的である。
さらに、本発明は、前記磁束付与手段が磁界発生手段とその磁界を収束する収束手段とを収めた１つのユニットであると、効果的である。

また、上記の目的を達成するため、本発明は、電子写真方式により形成されたトナー像を担持する転写元像担持体と、該転写元像担持体に形成される転写ニップにて、当該転写元像担持体に密着し、かつ同方向へ移動する転写先像担持体とを有する画像形成装置において、前記転写ニップの内部・あるいは近傍でトナー転移のための電界を付与させる転写電界付与手段と、該転写電界付与手段により転写電界が印加される場所の上流で、かつ転写電界位置に近接する部分にて、転写電界と同方向の磁束を作用せしめる磁束付与手段と、該磁束付与手段をして、磁界を当てている局部を高速で逆回転させる手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提案する。

なお、本発明は、前記磁界を当てている局部を高速で逆回転させる手段が、トナー搬送物体の駆動方向と逆転させると、効果的である。
さらに、本発明は、前記磁束形成手段が、平面状の電磁石と保持する回転体と、同磁石を回転駆動する回転駆動体と、同磁石を磁気駆動するバイアス源とその制御回路とで構成すると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記磁束形成手段が、バー状磁石を複数個保持した回転体と、該回転体周囲にて、磁束をガイドするように配置された高透磁率のガイドとを有すると、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記磁束付与手段の複数個が転写電界印加部の上流から印加部直下部までの間に配置されていると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記磁束付与手段の周囲はさらに透磁率の高い材質で覆うと、効果的である。

さらにまた、本発明は、非磁性球形トナーを用いると、効果的である。
さらにまた、本発明は、トナーのアスペクト比を０．８以上とすると、効果的である。

さらにまた、本発明は、転移空間を貫く複数の磁束印加装置と同印加装置へのバイアスを制御可能な駆動回路を選択して駆動させ、発生磁束をある方向に一様に回動させる制御する制御部を備えると、効果的である。

さらにまた、本発明は、分割可能な磁束付与素子を密着部分に設置すると、効果的である。
さらにまた、本発明は、前記磁束付与素子の表面を中抵抗素材で覆うと、効果的である。

さらにまた、本発明は、前記磁束付与素子を介して磁極ガイド全体にバイアスを印加すると、効果的である。

本発明によれば、トナーにおいて横シフト力を、個々のトナーの帯電電荷量に応じて発生させることができ、帯電量の低いトナーも高いトナーも転写を容易に行うことができる。しかも、バイアスも上げる必要が無いため、転写バイアスを低く保つことができ、剥離放電などによる放電跡やベタ周囲チリなどの異常画像の発生を抑えられる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
図１は、本発明を適用できる画像形成装置の一例を示す概略図である。ここに示した画像形成装置は、４本のドラム状の感光体３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｋを有し、その各感光体の周面には、イエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像及びブラックトナー像がそれぞれ形成される。かかる感光体３Ｙ乃至３Ｋに対向して無端ベルト状に形成された中間転写体４が設けられている。この中間転写体４は、支持ローラ５，６，７に巻き掛けられて、矢印Ａ方向に走行駆動され、各感光体３Ｙ乃至３Ｋ上のトナー像が中間転写体４上に重ねて転写される。

各感光体３Ｙ乃至３Ｋにトナー像を形成する構成と、そのトナー像を中間転写体４に転写する構成は全て同一であるので、感光体３Ｙにトナー像を形成し、これを中間転写体４に転写する構成だけを説明する。この感光体３Ｙは図１における反時計方向に回転駆動され、このとき帯電ローラ９によって感光体３Ｙが所定の極性に帯電される。ここでは、この帯電極性がマイナス極性であるとする。次いで、感光体３Ｙの帯電面に露光装置１０から出射する光変調された書き込み光Ｌ（図の例ではレーザ光）が照射され、これによって感光体に静電潜像が形成され、その静電潜像が反転現像方式の現像装置１１によってイエロートナー像として可視像化される。図示した現像装置１１は、現像バイアスの印加された現像ローラ８を有し、この現像ローラ８に担持された乾式現像剤によって、静電潜像がトナー像として可視像化される。乾式現像剤としては、トナーとキャリアを有する二成分系現像剤、又はキャリアを有さない一成分系現像剤が用いられ、いずれの場合もそのトナーが所定の極性（図の例ではマイナス極性）に帯電されており、かかるトナーが感光体３Ｙに形成された静電潜像に静電的に移行して、その静電潜像が可視像化される。

一方、中間転写体４を挟んで、感光体３Ｙにほぼ対向する位置には、転写部材としての転写ローラ１３が配置され、この転写ローラ１３に、感光体３Ｙ上のトナーの帯電極性と逆極性（図の例ではプラス極性）のバイアス電圧が印加され、これによって感光体３Ｙのトナー像が、矢印Ａ方向に走行駆動される中間転写体４上に転写される。転写ローラ１３は、中間転写体４の裏面に当接しながら回転する。トナー像転写後に感光体３Ｙ上に付着する転写残トナーはクリーニング装置１４によって除去され、またトナー像転写後の感光体は、図示していない除電ランプによってその表面電位が初期化され、次の作像工程に備える。

上述したところと全く同様にして、図１に示した他の感光体３Ｃ，３Ｍ，３Ｋ上にシアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像がそれぞれ形成され、これらのトナー像がイエロートナー像の転写された中間転写体４上に順次重ねて転写される。このようにして、中間転写体４上には４色の重ねトナー像が形成される。

また、中間転写体４の下方には、トナー像の二次転写用の転写部材としての転写ローラ２０が設けられ、図１に示した例では、転写ローラ２０が、中間転写体４の表面に当接しながら矢印Ｄ方向に回転する転写ローラにより構成されている。さらに、その転写ローラ２０の下方には給紙装置１５が配置され、その給紙装置１５から矢印Ｂ方向に送り出された転写紙又は樹脂フィルムなどから成る最終転写ローラとしての記録材Ｐは、レジストローラ対１２の回転によって、所定のタイミングで、矢印Ｃで示すように中間転写体４と転写ローラ２０との間に送り込まれる。このようにして記録材Ｐが転写ローラ２０を通過するとき、その転写ローラ２０には、中間転写体４上のトナー像のトナー帯電極性と逆極性（図の例ではプラス極性）のバイアス電圧が印加され、これによって中間転写体４と記録材Ｐとの間に電界が形成され、中間転写体４のトナー像が記録材Ｐに静電的に転写される。トナー像転写後の中間転写体４上に付着する転写残トナーは、クリーニング装置１６によって除去される。

トナー像を転写された記録材Ｐは、搬送装置１８によって搬送されて定着装置２を通過し、このとき熱と圧力の作用によって、転写されたトナー像が記録材Ｐ上に定着される。定着装置２を通過した記録材Ｐは排紙部に排出される。このようにして、フルカラー画像の形成された記録材Ｐが得られる。

図１に示した画像形成装置においては、感光体３Ｙ乃至３Ｋがドラム状に構成されているが、複数のローラに巻き掛けられて走行駆動される無端ベルト状の感光体を用いることもできる。同様に、無端ベルト状の中間転写体４の代りに、ドラム状に構成された中間転写体を採用することもできる。

かかる画像形成装置において、虫喰い等の画像異常の発生を抑えるには転写バイアスで転写電界を形成する前に、トナーに電界以外をかけて、トナーの転移を助けるのが望ましい。

そこで、本実施形態では図２に示すように、転写電界を形成する直前の限定された位置を磁束が中間転写ベルトを横切る磁石４１と磁石４２を設けている。この磁石４１，４２は、プラスチックマグネットを用いているが、それ以外のフェライト系でも良いし、希土系磁石でも良い。感光体３の内部は一般的には切削性からアルミが用いられるため、渦電流などはの発生は鉄などよりも少なく、しかも元々直流分のみであるため、渦も出にくい。

横切った磁束Ｂについてはローレンツ力が発動する。
ローレンツ力は、式：Ｆ＝ｑ（Ｅ＋Ｂ×Ｖ）によって示される力である。
ｑは帯電物体の電荷量
Ｅは電荷物体がある場所での電場の量
Ｂは磁束密度、Ｖは帯電物体そのものの速度である。
太字はベクトルを示す。

前半のＦ＝ｑＥは一般的である。トナーｑは小さいが、Ｅは空気中で絶縁破壊ぎりぎりまで高めると、１０^６Ｖ／ｍの電界となる。「以下、ＳＩ単位である」故に、１μＣ電荷（これはトナー集合体を想定、１個１個では当然小さくなる）では与えられる力は１Ｎとなる。

次に、Ｆ’＝Ｂ×Ｖの項を検討すると、動く帯電物体（静電荷でも動電荷でもよい。微分して電流としても良い）に対し磁束を与え、帯電物の速さと外積を取るものである。実機における、中間転写ベルト４の回動速度からＶは既に０．１ｍ〜０．２ｍ／ｓが一般的である。また、磁石の磁束密度Ｂの最大値は大体、市場に売られている磁石を見ると、現在フェライト系で３００ｍＴ以上、プラマグで２００ｍＴ以上が一般に市販されている。この磁束を珪素鋼板などで囲い、さらに集中させると、おそらく磁石単体と同等かｓそれ以上に強い磁束密度が転写ニップ付近に絞りつつ集めてやると、数倍に増幅させることも可能である。

よって、Ｆ＝ｑＥとほぼ同じオーダの力をトナーに対して与えることができるが、この力は長い距離（例として空間ギャップ）の間、続けて印加されえない。磁束は実際には弱まってしまう。ただ、この弱まりは非常に有益であって、トナーが磁束付与装置の近くにある時にだけ、強く横向きの力を帯電物体にあたえるが、離れると力が２乗オーダで小さくなるものである。よって、正規の転写電界の方向を邪魔しにくい。

なお、図２に示す磁石４１と４２は、例えば全長が３０ｃｍで、断面が５ｃｍ×１ｃｍ程度の棒状の磁石であって、プラスチック樹脂などで全体接着または溶着でによって支持されている。また、難しい着磁方向は自然磁石を用いたため、長辺の方をＮ極、もう一方の長辺をＳ極になるように着磁している。

さらに、磁石４１，４２は電磁石化してバイアスの元で磁力を制御するのも可能で、例えば、特に転写しにくい紙種を用いるように、使用を選択することが可能になる。

また、本実施形態において、磁石４１，４２は転写ローラ１３の対向ローラである感光体３、もしくは転写ローラ２０の対向ローラ７の内部に、磁束付与手段を埋め込むことが可能である。この場合、感光体３及び対向ローラ７は、切削しやすいアルミの円筒部材とし、軸をつけた蓋を両端にはめ込むという製造を取ればよい。そして、外側に中抵抗以下のごく薄いゴム層を形成するのが通常で、内部に非回転する部材を入れることも可能である。

以上、トナーと像担持体間の付着力を緩めるのに役立つ。なお、電荷量の特に高いトナーに対しても、この磁界から誘導される力はより強くなるため、やはり密な付着状態を緩和され、紙出力時の虫喰いやぼそつきなどの画像異常を改善できる。

図３は、図２に示す実施形態の変形例であって、本例では磁石５１と磁石５２の向きを向かい合わせに配置して使用する。このように構成すると、２倍の磁束を通過時に与えることができる。

図４は、本発明の実施形態を示す磁石６３を１つのユニットにまとめた例を示している。
図４において、磁石６３はプラスチックマグネットであり、符号、６１，６２は珪素鋼板の積層などで作られた磁束集中用の重ねヨークである。この磁束の向きはヨークの先端で逆転する。

これにより、トナーには水平方向から垂直までのゆさぶりが掛かるが、主に重要なのは水平方向の揺さぶりになるだろう。これらのユニットは感光体３の内に配置される。

さて、上記した実施形態において、ローレンツ力をして、トナーを横に転がす力として活用する際、トナーの形状が不定形な切削したトナー等ではこのような移動はさせにくい。よって、使用するトナーは重合トナー等で、球形トナー、例えば真円度０．９５以上のものを使用することでころがりが生じやすくなる。

ところで、上記実施形態の場合、トナーに相対速度を与えていないため、よほど磁界が強くないと達成しにくい。
しかし、磁束密度Ｂは物質により限界があるため、強い磁石・強い電磁石は特別の材質が必要になり、作成が困難になる。

つぎに、かかる問題を解消することができる実施形態を、図５〜図１３を用いて説明する。
図５は、本発明の他の実施の形態におけるフルカラー画像形成装置の概略構成を図５に示す。

本実施例に係るフルカラー画像形成装置は、像担持体ユニットであるところの４色分の作像装置１００Ｙ（イエロー）、１００Ｃ（シアン）、１００Ｍ（マゼンダ）、１００Ｋ（黒）が対応する画像形成ステーションに着脱自在になっており、レーザー光を照射可能な露光手段としての光学ユニット１２０、中間転写体ユニット１３０，給紙ユニット１４０、及び定着ユニット１５０等を備えている。

各作像装置１００Ｙ、１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｋの構造は同一であり、それぞれ像担持体としての感光体ドラム１０２、これに作用するプロセス手段として、感光体ドラムを帯電する帯電装置１０３，感光体ドラムに残留した現像剤等を除去するクリーニング装置１０４が一体的に構成されており、これに感光体ドラムに形成された潜像を現像する現像装置１０５が連結する構成になっている。また、各作像装置は、後述する開閉式面板の開閉方向に（感光体の回転軸方向）に画像形成装置本体に対して着脱自在な構成になっている。

中間転写体ユニット１３０は、転写媒体（中間転写体）としての転写ベルト１３１，該転写ベルト１３１を回転可能に支持する４つのローラ１３２，１３３，１３４，１３５、各感光体ドラム１０２に形成されたトナー像を転写ベルト１３１に転写する一次転写ローラ１３６，及び転写ベルト３０１上に転写されたトナー像を更に記録材Ｐに転写する二次転写ローラ１３７を備えている。

給紙ユニット１４０は、給紙カセット１４１或いは手差し給紙トレイ１４２から記録材Ｐを二次転写領域に搬送する給紙ローラ１４３，レジストローラ１４４等を備えている。

定着ユニット１５０は、定着ローラ１５２と加熱ローラ１５３に巻き掛けられた定着ベルト１５１と、該定着ベルト１５１を介して定着ローラ１５２に圧接される加圧ローラ１５４を備え、記録材Ｐ上のトナー像に熱と圧を加えることで定着を行う。

上記構成において、まず１色目、イエローの作像装置１００Ｙにおいて、感光体ドラム１０２が帯電装置１０３によって一様に帯電された後、光学ユニット１２０から照射されたレーザー光によって潜像が現像装置１０５によって現像されてトナー像が形成される。

感光体ドラム１０２上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ１３６の作用によって転写ベルト１３１上に転写される。一次転写が終了した感光体ドラム１０２はクリーニング装置１０４によってクリーニングされ、次の画像形成に備える。クリーニング装置１０４によって回収された残留トナーは、作像装置の取り出し方向（感光体ドラムの回転軸方向）に設置された廃トナー回収ボトル（図示せず）に貯蔵される。廃トナー回収ボトルは満杯になると交換できるように画像形成装置本体に対し着脱自在になっている。

同様の画像形成工程がＣ、Ｍ、Ｋ用の各作像装置１００Ｃ、１００Ｍ、１００Ｋにおいても行われて各色のトナー像が形成され、先に形成されたトナー像に順次重ねて転写される。

一方記録材Ｐが給紙カセット１４１，又は手差し給紙トレイ１４２によって二次転写領域に搬送され、二次転写ローラ１３７の作用によって転写ベルト１３１上に形成されたトナー像が前記記録材Ｐに転写される。トナー像を転写された記録材Ｐは定着ユニット１５０に搬送され、該定着ユニット１５０の定着ベルト１５１と加圧ローラ１５４のニップ部にてトナー像が定着され、排紙ローラ１５５によって排紙トレイ１５６に排紙される。

本実施形態を構成する各要素を図６により説明する。
二次転写ユニット１６０について説明する。
対向バイアスローラ１３５は未図示の制御装置に基づく、電流設定のバイアス源１６１により一定電流をバイアスを軸に印加される電荷供給ローラである。表層は体積抵抗１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍとなる抵抗である。材質は、カーボンブラックなどの導電分散材を含んだ樹脂またはＥＰＤＭなどのゴムである。軸の上にディッピングまたはコーティングで成型されるか、または層部分だけを別に作っておきそれを軸にはめ込まれる。なお、対向バイアスローラ１３５は中間転写体の駆動ローラをかねているため、表層は固くＪＩＳ・Ａ硬度で４０度以上に作られる。

転写ローラ１３７は対向バイアスローラや像担持体に電荷を与え、所定電位に上昇させる。ここでは記録材Ｐである紙の密着などを担当するため、転写ローラ１３７は直径６〜１６ｍｍの軸に３〜６ｍｍ肉厚の発泡ローラである。ゴムまたは高分子の複数層に作れられ、導電材としてカーボンブラックや酸化亜鉛、またはイオン伝導材としてリチウム、ナトリウムイオンを混入して、体積抵抗１０^７〜１０^９Ω・ｃｍに調整されたローラである。アスカーＣ硬度で４０度以下に設定される。なお、圧力をさらに減らすために、非接触転写手段も一般に考えられる。

中間転写ベルト１３１は、厚み４０〜１００μｍのポリイミド単層ベルトか、もしくは複層の弾性ローラである。カーボンブラックなどの導電剤を分散させることで、体積抵抗を１０^６〜１０^１２Ω・ｃｍに調節されている。この抵抗は十分な精度が必要である。表層状態としては、トナーを上に乗らせるために、適当な摩擦力が必要で、高精度に回転させられる。なお、中間転写ベルト自体が磁性にアクティブだと磁束を邪魔してしまうことになる。例えば渦電流などが発生してしまえば、これも磁束を弱めてしまうことになる。幸い、体積抵抗１０^６Ω・ｃｍ以上では、渦電流は無視できる。同様に紙も磁性については無視できる。

次に、トナーに対する磁束付与手段について説明する。
最初に磁束付与手段２１０、２１１のメカニズムを、図７により説明する。
電磁気学では、電荷を持つ各々のトナーが磁束面を通過する際、トナーを横シフトさせる力が生じる。
まず下記の緒元を定義する。

Ｂ ： 磁束 （正しくは磁束密度）、転写電界と同じ方向
ｑ ： 電荷 トナーの個々の所持電荷
Ｖ ： 速度 トナーと磁束との係合的速度 ＝ ベルト駆動速度＋磁束の運動（相対速度）
Ｅ ： 電界 ＝０

ここで、磁束を運動・回動させる必要があり、その方法の１つとして実際に磁石を運動・回動させる方法がある。これは実際に磁束が変化していくのでわかりやすい。また、もう１つの方法として、回転磁界を形成する。これは、モーター内で電極子の切替で行われていることと同じである。いずれにせよ、磁束回転は磁束最大磁束密度を有する、磁極間の中心の移動速度で示される。この運動を本来のトナーの搬送の方向に逆転させることにより、相対的なトナー粒子の速度を高め、横シフト力を強める。

本実施形態では、磁束付与素子はいずれも転写ニップ上流側に配置されるため、最初の電界は０である。ただ、当然、電界を与えても良い。なお、ベルト残存電荷などはありえるが、大きな影響は無いと考える。

ここで、トナーの受ける横シフト力：Ｆは下記のローレンツの法則で示される。

Ｆ＝ｑ｜Ｅ＋Ｂ×Ｖ｜＝ｑ｜Ｂ×Ｖ｜

この横シフト力は、トナーを乗せるベルト転移元の表面方向に生じて、トナーを横にシフトさせる力となる。一般に、高帯電量トナーは鏡像力が高く、転写元の面（＝中間転写体表面）との間に大きな力が与えられている。また、そのようなトナー同士でもトナー表面での帯電分散のばらつきがあると、相互に強力な付着力を発生させる。この力は、トナーの粒子に作用する。トナーそれ自体に移動力を持たせることができれば、また、高電荷を持つトナーに独自に低付着力化できる。

従来、強力に付着したトナーを剥がすためには、転写電界をより強化する対策もあったが、これは効果が薄かった。一般には、トナーの凝集をほぐすためには、電界以外の力をとらざるをえなくなる。転写電界を強化すると、軽く付着しているトナーには放電が多く発生するため、電荷過多になりやすく、これらはハーフトーンなどの転写不良を引き起こす。

他に、転写ローラと中間転写ベルト間の速度に微小な差を与えることで与えてきたが、例えば厚紙やまた薄紙では微妙に差があり、また定着ローラ間やレジストローラ間の紙のたわみ状況などにより、紙が搬送方向上で上流または下流に引っ張られてあり、強く圧力を受けるなどの、設計の難しさがあった。

しかし、本実施形態では、該横シフト力を個々のトナーの持つ帯電電荷量に応じて発生させるため、帯電量の低いトナーなどでも、無理な転写をさない。まず、転写バイアスもアップさせる必要が無く、転写バイアスを低く保つことができるため、剥離放電などによる放電跡やベタ周囲チリなども発生させにくい。

なお、方向として最も能率が良いのは、トナーの方向とは完全に１８０°逆転する方向である。
これは図６や図８のようにして実現できる。

続いて、本発明の他の実施形態を説明する。まず、磁石自体を回動させる実施形態を図８に示す。
図８は通常の磁石類を配置した例を示し、各構成を図９に示す。

磁石２５０は、フェライト系・Ｓｍ−Ｃｏ（サマリウム・コバルト系）・Ｎｄ−Ｆｂ−Ｂ（ネオジム−鉄−ボロン系）で作られるバー状平面磁石である。Ｎ面とＳ面を軸２５１上に交互に配置し、磁界域幅Ｗのバーとして、非磁性金属による回転軸２５１の上に、エポキシなどの非磁性の充填材２５２で固定される。このローラは実際にはベルト裏面などに触らないため、特に軸やローラ表面の工作精度は高くなくても良い。

さて、本回転体はまた、図示していない駆動系により、同回転軸２５１に時計方向の回転駆動を与えられる。紙Ｐと中間転写ベルト１３１を挟む相手磁極２５３とのギャップＧは、１ｍｍ程度を確保される。この相手磁極２５３への磁束は、別のリターン磁極２５４から戻される。これにより、磁界を有効に用いることができる。なお、図では４極だが、さらに磁極を増やし、ピッチを詰めても良い。また、この磁束方向は紙の画像面から裏側、もしくはそれと逆転側と、交番する。これは横シフト力に問題は生じさせない。

これらの装置は転写上流で、しかも紙−中間転写体が十分に密着しているところに置かれるべきである。そうすると、この横シフトが起きても、画像への影響は少なくて済む。

また、漏れ磁界がひどい場合は磁気シールドである充填材２５２が役に立つ。
図８に記載の方法は、制御装置が不要であるのが利点だが、磁石という重い部品を回すことが問題である。磁束漏れが大きい場合、磁気シールドでも効果が薄いことがある。

そこで、電磁石ブロック２５８を用いる案を図１０に示す。
ここでは平面状コイル・アレイ２６０と、各電極２６１にしたものを示す。電極２５９の形状と位置を工夫すれば、電磁石作用をある一方向に限定することができる。

さらに、回転機能は、磁束に逆転速度を与えることに必要となるので、これを電気的な制御シーケンスに置き換える実施形態を図１１に示す。
図１１は磁束付与素子３２０の単体を示す。磁束付与素子３２０の材質は、厚さ０．２〜１ｍｍで、かつ高透磁率・高い飽和磁束密度などの特性が求められる。従来からトランスや磁気ヘッドに使われる材質として、パーマロイ・センダスト・ケイ素鋼・フェライト・鉄基及びコバルト基非晶質合金などを製造性から吟味して使用できる。なお、比較的良好な特性を持つとされる鉄基非晶質合金でも、約１．５Ｔ（テスラ）の高い飽和磁束密度を持つが透磁率が数千のオーダー。コバルト基非晶質合金の透磁率は数万だが、飽和磁束密度は１Ｔ以下である。これらは複数個集積する。なお、形状はくちばし状になる。材質から来る磁束密度の制限をまかなうために、磁束密集箇所では断面積が必要なため、図１１のような輪郭が望ましい。断面図に示すように、先端は薄くすることが可能であり、これは後述の複数の素子の集積に役立つ。

コイル３２２で発生した磁束は、同材質内をガイドされ、図１１に示すように、ギャップでは垂直な磁束線となる。同ギャップは、紙の厚み最大２５０μｍ＋ベルト材の厚み最大６００μｍ＋トナー厚み最大４０μｍほどから、１ｍｍ程度が望ましい。広いと磁束漏れが生じるため好ましくない。幅ｗはＡ３サイズの記録材を想定すると、３３０ｍｍ以上となる。

なお、図１１において駆動部３２１はＤＣ電源をスイッチＳＷで制御する。ダイオードは逆起電力による破損防止用である。例えばＤＣの変わりにＡＣを与えても良い。これはトナーの力の向きが変るだけである。なお、周囲への漏れ磁界対策や、電流が相当増えることが課題となるが、設計可能である。

図１２は、図１１の磁束付与素子３２０を複数個連結した図を示す。
図示していないが、駆動に組込用コンピュータを用いて制御を行う。コンピュータの出力がアクティブになると、バッファ−制限抵抗−ダーリントン型トランジスタを介して、最終的にはコイル電流が流れ、磁束が発生する。出力をノン−アクティブにすれば、コイルの磁力は消滅する。

なお、紙がジャムした場合や中間転写ベルトユニット交換時に、このくちばし形状が非常に邪魔になることが予想される。これは磁束線を十分確保するためには、分解可能とするのが良い。図１３に示すように、コイル形成部３２０とくちばし部３３０を分割しておくことによりメンテナンス性が良い。

本実施形態ではトナーに横シフト力を与える。従って、転がりやすいトナーの場合には効果が大きく、そうでない場合は効果が少ない。よって、ここではトナーを球形に限定する。技術的には球形トナーが過去文献より、トナーのアスペクト比が０．８以上が球形トナーと見なされる。これは通常の粉砕トナーを丸め処理を過度に行っても実現できる。

他に近接する高電圧部材（例：転写ローラ）などからの放電を受けると、この磁気駆動部は暴走する危険がある。よって、図１２に示すように、表面に中抵抗材質２２０を塗布しあるいは付着させておく。これにより集中的な放電が生じにくい。これは機械他への安定にも欠かせない。

さらに一歩すすんで、図１２に示すように、この磁束付与構成因子に電圧源３２３により、バイアスを与えて、より放電を防止する。このバイアスの極性は周囲の電極により異なり、この実施機では、−３００Ｖ前後になる。これは気中放電が起きない放電ある。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略断面図である。 その画像形成装置の転写部の一実施形態を示す構成図である。 図２の変形例を示す構成図である。 転写部の他の実施形態を示す構成図である。 本発明に係る画像形成装置の別の例を示す概略断面図である。 その画像形成装置の二次転写部の一実施形態を示す構成図である。 図６の磁束付与手段のメカニズムを説明する説明図である。 回転する磁石の配置例を示す構成図である。 図８の磁石の構成を示す説明図である。 電磁石を用いる実施形態を示す説明図である。 磁束付与素子の単体を示す説明図である。 図１１の磁束付与素子を複数個連結した説明図である。 変形例の磁束付与素子を複数個連結した説明図である。

符号の説明

３，１０２ 感光体ドラム
４，１３１ 中間転写ベルト
１３，１３６ 転写ローラ
１３７ 二次転写ローラ
４１，４２，５１，５２，６３，２１０，２１１，２５０ 磁石
２６０，３２０ 電磁石

Claims (15)

1. 電子写真方式により形成されたトナー像を担持する転写元像担持体と、該転写元像担持体に形成される転写ニップにて、当該転写元像担持体に密着し、かつ同方向へ移動する転写先像担持体とを有する画像形成装置において、
   前記転写ニップの内部・あるいは近傍でトナー転移のための電界を付与させる転写電界付与手段と、
   該転写電界付与手段により転写電界が印加される場所の上流で、かつ転写電界位置に近接する部分にて、転写電界の印加される直前のタイミングで磁界を形成する磁界付与手段と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、前記磁束付与手段による磁界の向きが前記転写電界と同方向か、または転写電界の方向と１８０°逆転させた方向であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記磁束付与手段が磁界発生手段とその磁界を収束する収束手段とを収めた１つのユニットであることを特徴とする画像形成装置。
4. 電子写真方式により形成されたトナー像を担持する転写元像担持体と、該転写元像担持体に形成される転写ニップにて、当該転写元像担持体に密着し、かつ同方向へ移動する転写先像担持体とを有する画像形成装置において、
   前記転写ニップの内部・あるいは近傍でトナー転移のための電界を付与させる転写電界付与手段と、
   該転写電界付与手段により転写電界が印加される場所の上流で、かつ転写電界位置に近接する部分にて、転写電界と同方向の磁束を作用せしめる磁束付与手段と、
   該磁束付与手段をして、磁界を当てている局部を高速で逆回転させる手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記磁界を当てている局部を高速で逆回転させる手段が、トナー搬送物体の駆動方向と逆転させることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記磁束形成手段が、平面状の電磁石と保持する回転体と、同磁石を回転駆動する回転駆動体と、同磁石を磁気駆動するバイアス源とその制御回路とで構成することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記磁束形成手段が、バー状磁石を複数個保持した回転体と、該回転体周囲にて、磁束をガイドするように配置された高透磁率のガイドとを有することを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記磁束付与手段の複数個が転写電界印加部の上流から印加部直下部までの間に配置されていることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項４に記載の画像形成装置において、前記磁束付与手段の周囲はさらに透磁率の高い材質で覆うことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１または４に記載の画像形成装置において、非磁性球形トナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１１に記載の画像形成装置において、トナーのアスペクト比を０．８以上とすることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項４、５、６、７及び９の何れかに記載の画像形成装置において、転移空間を貫く複数の磁束印加装置と同印加装置へのバイアスを制御可能な駆動回路を選択して駆動させ、発生磁束をある方向に一様に回動させる制御する制御部を備えることを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１２に記載の画像形成装置において、分割可能な磁束付与素子を密着部分に設置することを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項９に記載の画像形成装置において、前記磁束付与素子の表面を中抵抗素材で覆うことを特徴とする画像形成装置。
15. 請求項９における画像形成装置において、
    前記磁束付与素子を介して磁極ガイド全体にバイアスを印加することを特徴とする画像形成装置。

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