JP2010054952A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静電潜像担持体上の各色トナーに放電及び除電を繰り返し、カラー画像を重畳形成することによるトナー飛散を根本的に解決でき、また、非接触現像の特長であるドット再現性の良好な画像を併せ持つ高画質画像を得るタンデム型画像形成装置を提供する。
【解決手段】タンデム型画像形成装置２０は、現像スリーブ１２からのトナーを担持するトナー供給部材１３と、トナー供給部材１３と対向する位置に離間配置された静電潜像担持体４ａと、トナー供給部材１３と静電潜像担持体４ａとの間に両者から離間して設置されかつ直流電圧と交流電圧を重畳させた電位が付与されるトナークラウド発生用電極５ａとを有し、トナー供給部材１３から供給されたトナーを、静電潜像担持体４ａ上の静電潜像上に、電位の付与によって飛翔させ、静電潜像担持体４ａ上の静電潜像上に現像を行う現像部３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置あるいはそれらの複合機である画像形成装置において、非接触クラウド現像における画質を向上する画像形成装置に関するものである。

従来の電子写真方式による画像形成装置（中間転写方式の場合）では、静電潜像担持体上に形成されたトナーを、静電潜像担持体と中間転写ベルトで形成されるニップ内でトナーに圧力と電気力を作用させることにより中間転写ベルト上に転写を行い、その後、紙等の記録部材上に２次転写を行い、加圧及び加熱による定着作業を経た後、最終画像を得る。
高品位な最終画像を得るためには、トナーを静電潜像担持体上の静電潜像に忠実に現像する必要がある。ところが、現在、一般的な２成分現像剤を用いた現像プロセスでは、トナー現像時にキャリアによる既現像トナーの掻き取り等のため、静電潜像に忠実な現像は困難である。
また、１成分現像の場合、キャリアによる掻き取りはないが、現像域に帯電トナーを搬送する現像ローラと静電潜像担持体が接触して現像を行う場合には、同様な問題が発生する。かかる問題を解消するために、従来から種々の技術が提案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。
特許文献１には、上述のような、現像済みトナーに与えるストレスを低減させることで、高画質化を図る手段として、クラウド現像方式による非接触現像方式が開示されている。特許文献２には、非接触タンデム構成は特許文献１と同じであるが、クラウド現像ではない、ジャンピング現像を用いた画像形成装置の例が開示されている。

また、特許文献３には、トナー供給部材に設置された電極の、電圧位相を制御することで、トナーをホッピングさせる非接触現像装置が開示されている。さらに、特許文献４には、不要なクラウド発生を抑え、画像汚れを防ぐ技術が開示されている。
クラウド現像方式では、静電潜像担持体と対向離間して設置されるトナー供給部材上のトナーを、両者の間に離間して設けられた電極に、直流電圧と交流電圧を重畳して印加することにより、遊離させ、前記電極近傍にクラウド状のトナー集団を形成し、前記電極電位と静電潜像担持体上の画像部電位との差を利用して、静電潜像担持体上の画像部のみに現像を行う。
このため、静電潜像担持体上に現像後トナーが受けるストレスは、接触現像方式に比べて小さく、良好なトナー像を静電潜像担持体上に形成することができる。
また、静電潜像担持体とトナー供給部材間にある電極によりトナー供給部材表面より遊離したトナーを静電潜像担持体上に現像するため、静電潜像担持体上へトナー画像を形成するのに必要な現像バイアスは、同じく非接触現像である、特許文献２に開示のジャンピング現像に比べて小さくて済む利点がある。
さらに、特許文献３の技術のように、トナー供給部材に設置された電極の、電圧位相を制御することで、トナーをホッピングさせる非接触現像装置も各種提案されているが、電極設置や制御が複雑でコストが掛かる。
このように、クラウド現像方式では、比較的簡単な構成で、非接触現像を行える利点がある。そして、その利用形態は、静電潜像担持体上への現像済みトナーへの現像工程でのストレスが殆どないことを鑑みて、単一静電潜像担持体上に複数色トナーを重ねて画像形成を行う画像形成装置に特化されている。
特開昭５７−１９８４７０号公報 特開２００６−５８３６５公報 特開２００７−１３３３７６公報 特開平０７−１４０７８９号公報

しかしながら、現像時に既現像トナー像に掛かるストレスの少ない、優れた現像方式と言える上述のようなクラウド現像方式は、このクラウド現像方式により、カラー画像を形成する際には、静電潜像担持体上でのトナー飛散を抑えることが困難である。この欠点について、以下、図を用いて説明する。
図８はクラウド現像方式を用いた画像形成装置の一般的な現像過程に関する主要部材を簡略して示す概略図である。図９は図８の画像形成装置の現像工程を順に示す概略図である。
図８及び図９を参照して、この画像形成装置では、静電潜像担持体４上への画像形成は以下の手順で行われる。まず、図８中、Ａ方向に回転する静電潜像担持体４は、添え字ａを有する画像形成ステーションで帯電装置１ａを用いて、例えば、トナーと同極性に一様に帯電される。次に、レーザ等の除電装置２ａを用いて、画像部分を除電して潜像を形成する。
その後、現像装置３ａ中のトナー供給部材により現像部に供給されたトナーは、トナークラウド発生用電極５ａによりクラウド化され、静電潜像担持体４上の画像部分（除電された部分）に現像される。この工程を順次繰り返す（図８中添え字ｂ→ｃ→ｄの順）ことで、静電潜像担持体４上にはカラー画像が重畳形成される。

ここで、例えば、負帯電トナーを用いて、既にトナーが存在する部分に重ねて別色のトナー画像を現像するプロセスを考える。図９にこの過程を示す。図９（ａ）は既に或る現像部で静電潜像担持体４上にトナー画像７が形成された状態を示す。ここで、図９（ａ）の静電潜像担持体４下の符号６は、帯電工程により形成された負電荷の分布を示している。
図９（ａ）のトナー画像７上に、次現像部でトナー画像を形成する場合（例えば、イエロートナー上にマゼンタトナーを重ねて赤色を形成する場合など）、既に形成されたトナー画像７を含んだ、静電潜像担持体４上に帯電（負極性）が行われる。この際、トナー上にも負極性電荷が加えられ、トナー帯電量が増加する。
このため、トナー間の静電反発力が増し、結果としてトナー画像７の一部は静電潜像担持体４上へ飛散し、地汚れとなる（図９（ｂ））。また、図９（ｃ）のように、この帯電過程でトナー飛散が発生しない場合でも、続く除電過程により、もともとトナーに保持されていた電荷まで除電されてしまい、静電吸着力が失われ、トナー飛散が発生する（図９（ｄ））。

このように、これまでのクラウド現像方式を用いた画像形成装置では、単一の静電潜像担持体４上の各色トナー画像上に放電及び除電を繰り返して、トナー画像層を形成するために上述したトナー飛散による地汚れを解消することが困難である。とくに多色画像でトナー積層量が多くなるほど地汚れは顕著となる。
特許文献４のように不要なクラウド発生を抑え、画像汚れを防ぐことも提案されているが、上述したように、静電潜像担持体４上でのトナー飛散の根本的な原因は、静電潜像担持体４上に各色トナーが放電及び除電を受けながら、積層形成されることであり、クラウド発生量の調節では、トナー飛散の抑制は困難である。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、静電潜像担持体上の各色トナーに放電及び除電を繰り返し、カラー画像を重畳形成することによるトナー飛散を根本的に解決でき、また、非接触現像の特長であるドット再現性の良好な画像を併せ持つ高画質画像を得る画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、現像スリーブからのトナーを担持するトナー供給部材と、該トナー供給部材と対向する位置に離間配置された静電潜像担持体と、前記トナー供給部材と前記静電潜像担持体との間に両者から離間して設置されかつ直流電圧と交流電圧を重畳させた電位が付与されるトナークラウド発生用電極とを有し、前記トナー供給部材から供給されたトナーを、前記静電潜像担持体上の静電潜像上に、前記電位の付与によって飛翔させ、前記静電潜像担持体上の前記静電潜像上に現像を行う現像部を有する画像形成装置において、前記現像部及び前記静電潜像担持体を画像形成に用いるトナー色ごとに配置するとともに、前記静電潜像担持体が担持するトナー画像を転写する中間転写ベルトを備えてタンデム型とした画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、これまでの静電潜像担持体上の各色トナーに放除電を繰り返し、カラー画像を重畳形成することによるトナー飛散を根本的に解決でき、また、非接触現像の特長であるドット再現性の良好な画像を併せ持った高画質画像を出力する、すなわち、静電潜像担持体上の静電潜像通りにトナー画像形成を行う画像形成装置を提供することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。但し、以下の実施の形態に用いられている、構成部品の配置、種類等は本発明の範囲を限定しない。
図１は本発明による画像形成装置の一実施の形態の要部構成を示す概略図である。図２は図１の現像装置をさらに詳細に示す概念図である。
図１の実施の形態は４つの画像形成ステーション２１ａ〜２１ｄを持ったタンデム型の画像形成装置２０で、各ステーションでは、異なる色の画像形成が行われ、最終的にカラー画像が得られる。以下、画像形成に関する説明を行う。
図１及び図２を参照して説明する。電気的に接地された芯金上に有機感光体層を形成した各静電潜像担持体４ａ〜４ｄは矢印Ａ１〜Ａ４方向に回転可能に保持されており、各コロナ放電装置１ａ〜１ｄで表面を均一に負帯電される。
その後、図示してない各レーザダイオードからなる発光手段２ａ〜２ｄにより、各色に対応する画像部分に光照射が行われ、各静電潜像担持体４ａ〜４ｄ上に静電潜像が形成される。現像装置３ａ〜３ｄには、それぞれ、異なる色のトナーがそれぞれ負帯電状態で、キャリアとともに保持されている。

図２に示すように、現像装置３（ここでは、上述した現像装置３ａ〜３ｄの構成は同じであるのでａ〜ｄの符号は省略する）中のトナー１８はキャリアとともにスクリュ１０で攪拌帯電後、パドル１１で汲み上げられ、現像スリーブ１２上に磁気穂１２’を形成する。この磁気穂１２’上のトナーはトナー供給ローラ１３と現像スリーブ１２に与えられる電圧の電位差（ＶＴ−ＶＲ）により、トナー供給ローラ１３上に移動する。
以後の現像工程を第１ステーション２１ａ（図１中の最上流ステーション）について説明する。トナー供給ローラ１３（図２）上のトナーは、直流電圧と交流電圧を重畳印加されたクラウド発生用電極５ａとトナー供給ローラ１３との間の電位差変動によりクラウド化される。
クラウド化されたトナーはクラウド発生用電極５ａ（図１）近傍に浮遊する。対向面に静電潜像担持体４ａ（図１）上の画像部潜像が接近すると、この浮遊トナーは、画像部電位とクラウド発生用電極５ａの電位との電位差によって、静電潜像担持体４ａの画像部分に付着しかつ画像形成が行われる。
そして、後述する１次転写ニップ近傍で行われる中間転写ベルト９上への画像形成後に、静電潜像担持体４ａ上に残ったトナーはクリーニング装置７ａ（図１）で除去される。図１には、さらに、クラウド発生用電極用の電位発生装置６ａ〜６ｄ、１次転写ローラ８ａ〜８ｄ、中間転写ベルト９が示されている。

図３はクラウド発生用電極の設置位置を示す概略回路図である。図４は本発明（評価用画像出力機）の現像部に関わるプロセス条件を表の形で示す図である。
図３に示すように、クラウド発生用電極５ａはトナー供給ローラ１３から最近接距離ｄｃに、すなわち、静電潜像担持体４ａ面から最近接距離（ｄｇ−ｄｃ）に設置されている。
電極としてタングステンワイヤが２〜４本、１ｍｍ間隔で、静電潜像担持体４ａの回転方向と垂直に形成されている。また、クラウド発生用電極５ａには、上述したトナー現像を行うために直流電圧（電位Ｖｃ）と交流電圧（電位Ｖｐｐ）が重畳印加されている。
他のステーション（図１の２１ｂ〜２１ｄ）でも静電潜像担持体（４ｂ〜４ｄ）上に同様な過程を経て、各色トナー画像の形成が行われる。静電潜像担持体（４ａ〜４ｄ）上に形成されたトナー画像は、上流から順に中間転写ベルト９上に、各静電潜像担持体４ａ〜４ｂと対応する各１次転写ローラ８ａ〜８ｄで形成される１次転写ニップ近傍で、電界と圧力により重畳転写され、カラー画像を形成する。
この後、図１中、Ｃ方向に移動する記録部材である記録紙１４上に、２次転写ローラ１５と２次転写対向ローラ１６の形成する２次転写ニップで電界と圧力を用いて転写される。記録紙１４上に転写されたトナー画像は、定着装置１７による圧力と熱によって記録紙１４上に固定され、最終画像を得る。トナー色の設置順番に制限はないが、本実施の形態では、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順とした。

このように、クラウド現像方式の現像装置を用いる場合に、静電潜像担持体４ａ〜４ｂ上で多色を重ねたために発生するチリ画像の不都合を、これらの静電潜像担持体４ａ〜４ｂをタンデム型として配置することにより非常に有用に、根本的に解決することが可能となる。
本発明の効果を検証するために、評価用画像出力機として、本出願人の製品であるＩｍａｇｉｏ Ｎｅｏ Ｃ３５５を母体とした改造機を用い、６００ｄｐｉ出力にて、評価画像の出力と画質評価を行った。
また、比較用評価機１として、図８の従来例と同様な構成を有する既所有試作機を用いた（比較例１）。さらに比較用評価機２として通常のＩｍａｇｉｏ Ｎｅｏ Ｃ３５５を用いた（比較例２）。トナーはＩｍａｇｉｏ Ｎｅｏ Ｃ３５５用トナーを共通で用いた。
システムの線速は１５０ｍｍ／秒、３００ｍｍ／秒の２種類で行った。また、各線速で、約５ｃｍ²のベタ画像で静電潜像担持体上のトナー量を測定し、付着量が各色約０．６ｍｇ／ｃｍ²となるように各々の評価機（評価用画像出力機、比較用評価機１、比較用評価機２）の現像条件を設定した。クラウド発生用電極は線速が１５０ｍｍ／秒の時には２本、高現像能力が要求される線速３００ｍｍ／秒の時には４本設置した。

図５は６００ｄｐｉの１ｂｙ３ドットパターンの評価画像としての微小ドットを示す図である。図６は６００ｄｐｉの１ｂｙ３ドットパターンの上下方向における色配列を示す図である。図７は１ｂｙ３ドットパターン及び３ドットラインの評価結果を示す図である。
図７から解かるように、本実施の形態では、評価画像として、図５に記載の６００ｄｐｉの１ｂｙ３ドットパターンをイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、青（マゼンタ＋シアン）、緑（イエロー＋シアン）、赤（イエロー＋マゼンタ）、三色ブラック（イエロー＋マゼンタ＋シアン）の順で各々記録紙搬送方向に２ｃｍ、記録紙搬送方向と垂直方向に１５ｃｍの大きさ（図６参照）で、１０００枚連続印字したものから１００枚を選んだ。各色ドット画像を１枚辺り各１０個ずつルーペで観察し、限度見本を用いて比較評価を行い、微小ドットの画質ランクを調べた。
さらに、別の評価画像として、６００ｄｐｉの３ドットラインを記録紙搬送方向と垂直方向に長さ１０ｃｍでイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック、青（マゼンタ＋シアン）、緑（イエロー＋シアン）、赤（イエロー＋マゼンタ）、三色ブラック（イエロー＋マゼンタ＋シアン）の順で配置したものを１０００枚連続で印字したものから１００枚を選び、限度見本を用いて目視により細線の画質ランクを調べた。

図７中の各色についての画質ランクは５段階で、チリやドット欠陥が全くない良好な画像を５、チリやドット欠陥がひどく画像として成立し得ないものを１としている。
図７から解かるように、実施例１では、１ｂｙ３ドットパターン及び３ドットラインとも良好な画像品質を得ることができた。これに対し、比較例１は非接触現像の特長であるドット再現性（１ｂｙ３ドットパターン）は色重ねが無い場合について良好であるが、多色画像では、トナー飛散の発生により画像品質は悪化する。
また、３ドットラインでも多色画像でトナー飛散のため良好な画質を得ることができなかった。比較例２においては、３ドットラインでは実施例１と同等な画質を得たが、ドット再現性で劣る結果となった。
以上の結果より、実施例１で記載した画像出力機は、非接触現像の単色ドットの良好な再現性と通常のタンデム電子写真方式の比較的トナー飛散に対して強い性質を兼ね備えた画像形成装置であることが解かる。

本発明によれば、画像形成装置は、トナー供給部材１３により供給されたトナーを、トナー供給部材１３と対向する位置に離間配置された静電潜像担持体４ａ上の静電潜像上に、トナー供給部材１３と静電潜像担持体４ａとの間に両者に離間して設置された、トナークラウド発生用電極５ａに直流電圧と交流電圧を重畳させて電位を与えて飛翔させ、静電潜像担持体４ａ上の静電潜像上に現像を行う現像部を有する。
画像形成装置は、現像部及び静電潜像担持体４ａを画像形成に用いるトナー色ごとに配置するとともに、静電潜像担持体４ａが担持するトナー画像を転写する中間転写ベルト９を備えてタンデム型としている。
このため、従来行われている静電潜像担持体４ａ上の各色トナーに放電及び除電を繰り返して、カラー画像を重畳形成することにより発生するトナー飛散を根本的に解決でき、また、非接触現像の特長であるドット再現性の良好な画像を併せ持った高画質画像を提供することが可能となる。また、本発明による画像形成装置は、既存の電子写真方式による画像形成装置と共通部分が多く、低コストでの装置提供も可能となる。

本発明による画像形成装置の一実施の形態の要部構成を示す概略図である。 図１の現像装置をさらに詳細に示す概念図である。 クラウド発生用電極の設置位置を示す概略回路図である。 本発明の現像部に関わるプロセス条件を表の形で示す図である。 ６００ｄｐｉの１ｂｙ３ドットパターンの評価画像としての微小ドットを示す図である。 ６００ｄｐｉの１ｂｙ３ドットパターンの上下方向における色配列を示す図である。 １ｂｙ３ドットパターン及び３ドットラインの評価結果を示す図である。 クラウド現像方式を用いた画像形成装置の一般的な現像過程に関する主要部材を簡略して示す概略図である。 図８の画像形成装置の現像工程を順に示す概略図である。

符号の説明

３ 現像部（現像装置）、４ａ 静電潜像担持体、５ａ トナークラウド発生用電極、９ 中間転写ベルト、１２ 現像スリーブ、１３ トナー供給部材、１４ 記録部材、２０ タンデム型画像形成装置 ２１ａ 画像形成ステーション

Claims (1)

1. 現像スリーブからのトナーを担持するトナー供給部材と、該トナー供給部材と対向する位置に離間配置された静電潜像担持体と、前記トナー供給部材と前記静電潜像担持体との間に両者から離間して設置されかつ直流電圧と交流電圧を重畳させた電位が付与されるトナークラウド発生用電極とを有し、前記トナー供給部材から供給されたトナーを、前記静電潜像担持体上の静電潜像上に、前記電位の付与によって飛翔させ、前記静電潜像担持体上の前記静電潜像上に現像を行う現像部を有する画像形成装置において、前記現像部及び前記静電潜像担持体を画像形成に用いるトナー色ごとに配置するとともに、前記静電潜像担持体が担持するトナー画像を転写する中間転写ベルトを備えてタンデム型としたことを特徴とする画像形成装置。

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