JP2019040141A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 クリーナレス構成を有するカラーの画像形成装置においては、混色を抑制しつつ帯電性能の低下を抑制することが困難であった。【解決手段】 帯電ローラ2は、現像手段5に収容されたトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bであって、感光ドラム1に再転写されたトナーを回収することが可能な凹部22bを表面に有する。【選択図】 図3
Description
本発明は、電子写真プロセス等を利用したカラー画像形成装置に関するものである。
電子写真方式の画像形成装置として、搬送ベルトや中間転写ベルトなどのベルトの移動方向に関して複数の画像形成部をそれぞれ配置したタンデム型の画像形成装置の構成が知られている。各色の画像形成部は、それぞれ像担持体としてのドラム状の感光体(以下、感光ドラムと称する)を有している。各色の感光ドラムに担持された各色のトナー像は、転写材搬送ベルトによって搬送される紙やOHPシートなどの転写材に転写されるか、または、中間転写ベルトに1度転写された後に転写材に転写された後に、定着手段によって転写材に定着される。
特許文献1には、各色の感光ドラムから転写材又は中間転写ベルトにトナー像の転写が完了した後に感光ドラム上に残留したトナー(転写残トナー)を回収するクリーニング手段を設けない構成(以下、クリーナレス構成と称する)が開示されている。このようなクリーナレス構成においては、転写残トナーは、感光ドラムの回転とともに移動して現像手段に回収されることで、感光ドラムから取り除かれ、清掃される。
しかしながら、特許文献1の構成においては、ベルトの移動方向に関して、上流側に配置される感光ドラムから転写材又は中間転写ベルトに転写されたトナーが、下流側に配置される感光ドラムに転写(再転写)される可能性がある。具体的には、下流側の感光ドラムとベルトとの間で発生する放電によって上流側の感光ドラムから転写材又は中間転写ベルトに転写されたトナーの極性が反転した場合に、極性が反転したトナーが下流側の感光ドラムに静電的に引き付けられ、再転写される。
クリーナレス構成においては、各色の感光ドラムにトナーを回収するクリーニング手段を別途設けていないことから、下流側の感光ドラムに再転写されたトナーは、感光ドラムに当接する帯電部材の表面に付着するか、若しくは現像手段に回収される。この時、下流側の画像形成部の現像手段に異なる色のトナーが回収されると混色が発生するおそれがあり、また、帯電部材も表面にトナーが付着すると、感光ドラムを帯電する帯電性能が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、クリーナレス構成を有する画像形成装置において、混色の発生を抑制しつつ、帯電部材の帯電性能の低下を抑制することを目的とする。
本発明は、トナー像を担持する第1の像担持体と、前記第1の像担持体に当接して第1の転写部を形成する移動可能なベルトと、前記ベルトの移動方向に関し前記第1の像担持体よりも下流側に配置され、前記第1の像担持体に担持されるトナー像と異なる色のトナー像を担持する第2の像担持体と、前記第2の像担持体を帯電する帯電部材と、トナーによって前記第2の像担持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、を備え、前記第2の像担持体と前記ベルトとが当接することで第2の転写部を形成し、トナーの正規の帯電極性である第1の極性に帯電したトナーであって、前記第2の像担持体の回転によって前記第2の転写部を通過した後に前記第2の像担持体に残留したトナーを、前記現像手段で回収することが可能な画像形成装置において、前記帯電部材は、前記現像手段に収容されたトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部であって、前記第1の転写部において前記第1の像担持体から転写された後に前記第2の転写部にて前記第2の像担持体に移動したトナーを回収することが可能な前記凹部を表面に有することを特徴とする。
本発明によれば、クリーナレス構成を有する画像形成装置において、混色の発生を抑制しつつ、帯電部材の帯電性能の低下を抑制することが可能である。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
(実施例1)
[画像形成装置の構成]
図1は、本実施例の画像形成装置100の構成を説明する概略断面図である。図1に示すように、本実施例の画像形成装置100は、a〜dの複数の画像形成部を設けている所謂タンデム型の画像形成装置である。第1の画像形成部aはイエロー(Y)、第2の画像形成部bはマゼンタ(M)、第3の画像形成部cはシアン(C)、第4の画像形成部dはブラック(Bk)の各色のトナーによって画像を形成する。これら4つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されており、各画像形成部の構成は収容するトナーの色を除いて実質的に共通である部分が多い。したがって、以下、第1の画像形成部aを用いて本実施例の画像形成装置を説明する。
[画像形成装置の構成]
図1は、本実施例の画像形成装置100の構成を説明する概略断面図である。図1に示すように、本実施例の画像形成装置100は、a〜dの複数の画像形成部を設けている所謂タンデム型の画像形成装置である。第1の画像形成部aはイエロー(Y)、第2の画像形成部bはマゼンタ(M)、第3の画像形成部cはシアン(C)、第4の画像形成部dはブラック(Bk)の各色のトナーによって画像を形成する。これら4つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されており、各画像形成部の構成は収容するトナーの色を除いて実質的に共通である部分が多い。したがって、以下、第1の画像形成部aを用いて本実施例の画像形成装置を説明する。
第1の画像形成部aは、ドラム状の感光体である感光ドラム1aと、帯電部材である帯電ローラ2aと、帯電ローラ2aに電圧を印加する帯電電源3aと、露光手段4aと、現像手段5aと、を有する。感光ドラム1aは、トナー像を担持する像担持体であり、駆動源(不図示)からの駆動力を受けて図示矢印R1方向(反時計回り)に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。なお、本実施例における画像形成部a〜dは、感光ドラム1a〜1dに当接するクリーニング部材が設けられていない、所謂クリーナレスの構成を有する。
コントローラなどの制御手段(不図示)が画像信号を受信することによって画像形成動作が開始され、感光ドラム1aは回転駆動される。感光ドラム1aは回転過程で、帯電ローラ2aにより所定の極性(本実施例では負極性)で所定の電位に一様に帯電処理され、露光手段4aにより画像信号に応じた露光を受ける。これにより、目的のカラー画像のイエロー色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像手段5aにより現像され、感光ドラム1aにイエロートナー像として可視化される。本実施例においては、現像手段5aに収容されたトナーの正規の帯電極性は負極性(第1の極性)であり、帯電ローラ2aによる感光ドラム1aの帯電極性と同極性に帯電したトナーにより静電潜像を反転現像している。しかし、これに限らず、感光ドラム1aの帯電極性とは逆極性である正極性(第2の極性)に帯電したトナーにより静電潜像を正現像する画像形成装置にも本発明を適用できる。
帯電部材としての帯電ローラ2aは、感光ドラム1aの表面に当接しており、感光ドラム1a表面との摩擦により感光ドラム1aの回転に従動して回転する。また、帯電ローラ2aは、直径5.5mmの芯金に、厚さが1.5mmで体積抵抗率が1×106Ωcm程度の導電性弾性体からなる弾性層が設けられたローラ部材である。帯電電源3aは、帯電ローラ2aの金属軸に接続されており、制御手段(不図示)によって制御され、画像形成動作に応じて所定の電圧を帯電ローラ2aに印加する。
帯電電源3aから帯電ローラ2aに−1100[V]の電圧を印加したときの感光ドラム1aの表面電位は−500[V]程度(トレック社製の表面電位計Model344で測定)であった。なお、本実施例においては、画像形成部a〜dに対してそれぞれ個々に帯電電源3a〜3dを設けたが、これに限らず、一部の画像形成部で帯電電源を共通化しても良く、また、全ての画像形成部で共通の帯電電源を用いても良い。
露光手段4aは、レーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラー、光学系レンズ等を備えており、ホストコンピュータ(不図示)から入力される画像情報に基づいてレーザ光を照射し、感光ドラム1aの表面に静電潜像を形成する。本実施例では、露光手段4aから感光ドラム1aに最大光量で露光した際の感光ドラム1aの表面電位Vlが−100[V]となるように、露光手段4aの光量を調整した。
現像手段5aは、現像部材としての現像ローラ51aと、イエロートナーと、を有し、感光ドラム1aにトナーを供給することで感光ドラム1aに形成された静電潜像をトナー像として現像する。現像ローラ51aは、感光ドラム1aに対して当接及び離間が可能であり、感光ドラム1aと所定の当接幅を持って当接した状態でトナーを供給する。現像ローラ51aは、感光ドラム1aの周速度よりも早い周速度で図示矢印R1方向と反対の方向(時計回り)に回転する。
現像ローラ51a〜51dには現像電源(不図示)が接続されており、現像ローラ51a〜51dは、画像形成動作に応じて所定の電圧(本実施例においては−300[V])を印加される。なお、本実施例においては、画像形成部a〜dに対して、共通の現像電源から各画像形成部の現像ローラ51a〜51dに電圧を印加する構成を用いたが、これに限らない。一部の画像形成部で現像電源を共通化しても良く、また、現像ローラ51a〜51dに関してそれぞれ個々に現像電源を設けても良い。
本実施例におけるトナーは、懸濁重合法で製造した非磁性一成分トナーであり、正規帯電極性が負極性で、ベックマン・コールター株式会社製のレーザ回折式粒度分布測定器LS−230で測定した体積平均粒径は6.0μm程度である。また、表面性を改質するために、トナーの重量に対して1.5%程度の酸化ケイ素粒子をトナーの表面に付着させており、酸化ケイ素粒子の体積平均粒径は20nm程度である。本実施例においては、懸濁重合法で製造したトナーを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、粉砕法や、乳化重合法等の他の重合法を用いて製造されたトナーであってもよい。
中間転写体としての中間転写ベルト10は、樹脂材料に導電剤を添加して導電性を付与した無端状で移動可能なベルトであり、張架ローラ11、12、13の3軸で張架され、各感光ドラム1a〜1dと略同一の周速度で回転駆動される。中間転写ベルト10は、感光ドラム1aと当接して1次転写部Naを形成し、感光ドラム1aに形成されたイエロートナー像は、1次転写部Naを通過する過程で感光ドラム1aから中間転写ベルト10に1次転写される。
中間転写ベルト10の内周面側には、中間転写ベルト10を介して感光ドラム1aと対向する位置に転写部材としての金属ローラ14aが設けられており、金属ローラ14aには電位形成手段としての1次転写電源15が接続されている。金属ローラ14aは、中間転写ベルト10の移動方向に関して、感光ドラム1aの下流側に配置されている。また、金属ローラ14aは、外径6mmのストレート形状のニッケルメッキされたSUS丸棒で構成され、中間転写ベルト10の移動方向と直交する長手方向の所定領域に亘って中間転写ベルト10と接触し、中間転写ベルト10の回転に伴って従動回転する。
画像形成動作に応じて、1次転写電源15は金属ローラ14aに500[V]電圧を印加する。これにより、導電性の中間転写ベルト10に電位が形成され、感光ドラム1aから中間転写ベルト10にイエロートナー像が1次転写される。なお、本実施例においては、金属ローラ14a〜14dに共通の1次転写電源15から電圧を印加する構成を用いたが、これに限らず、金属ローラ14a〜14dに電圧を印加する転写電源をそれぞれ個々に設けても良く、若しくは一部だけ共通化しても良い。
以下、同様にして、第2,3,4の画像形成部b、c、dによって第2色のマゼンタトナー像、第3色のシアントナー像、第4色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト10上に順次重ねて1次転写される。これにより、中間転写ベルト10には、目的のカラー画像に対応した4色のトナー像が形成される。その後、中間転写ベルト10に担持された4色のトナー像は、2次転写ローラ16と中間転写ベルト10が接触して形成する2次転写部を通過する過程で、給送手段40により給送された紙やOHTなどの転写材Pの表面に一括で2次転写される。
2次転写部材としての2次転写ローラ16は、外径6mmのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗率108Ω・cm、厚み6mmに調整したNBRとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径18mmのものを用いている。なお、発泡スポンジ体のゴム硬度は30°(アスカー硬度計C型)である。2次転写ローラ16は、中間転写ベルト10の外周面に接触しており、中間転写ベルト10を介して対向部材としての対向ローラ13に約50Nの加圧力で押圧して2次転写部を形成している。2次転写ローラ16には、2次転写電源17が接続されており、2次転写電源17が2次転写ローラ16に電圧を印加することで、2次転写部において中間転写ベルト10から転写材Pにトナー像が2次転写される。なお、2次転写電源17は、100〜4000[V]の範囲の電圧を出力することが可能であり、本実施例においては、2500[V]の電圧を印加することで2次転写部において中間転写ベルト10から転写材Pにトナー像を2次転写した。
2次転写部において中間転写ベルト10に担持されていた4色のトナー像を転写された転写材Pは、その後、定着手段30に導入され、加熱および加圧されることにより4色のトナーが溶融混色して転写材Pに固定される。2次転写後に中間転写ベルト10に残ったトナーは、クリーニング手段18により清掃、除去される。クリーニング手段18は、中間転写ベルト10を介して対向ローラ13に対向して設けられ、中間転写ベルト10に残ったトナーを回収する回収手段である。また、クリーニング手段18は、中間転写ベルト10の外周面に接触するクリーニングブレードと、クリーニングブレードによって中間転写ベルト10から除去されたトナーなどを収容する廃トナー容器と、を有する。
なお、本実施例の画像形成装置100は、1次転写部Naを通過した後に感光ドラム1aに残ったトナーが、帯電ローラ2aと感光ドラム1aとが接触する帯電部に到達するまでの間に、感光ドラム1aに当接してトナーを回収する当接部材を設けていない。より具体的には、感光ドラム1aの回転方向に関して、1次転写部Naから帯電部までの間に、感光ドラム1aに当接するクリーニングブレードなどの回収部材を有していない、所謂クリーナレスの構成を有している。したがって、感光ドラム1aから中間転写ベルト10にトナー像を1次転写した後に感光ドラム1aに残った転写残トナーは、帯電部を通過した後に現像手段5aに回収される。このとき、感光ドラム1aは、帯電ローラ2aと露光手段4aとによって再び帯電、露光されることにより、感光ドラム1aの表面には画像情報に従った静電潜像が形成される。
現像手段5aと感光ドラム1aとが当接する位置に到達した転写残トナーは、ほぼ負極性である。したがって、感光ドラム1aの表面電位(非露光部が−500[V]、露光部が−100[V])と現像ローラ51aに印加される電圧(−300[V])との差により形成される電界で、負極性の転写残トナーの一部は現像手段5aに回収される。言い換えると、非露光部においては、電界の向きは負極性トナーを感光ドラム1aから現像ローラ51aに移動させる方向であるため、転写残トナーは感光ドラム1aから現像ローラ51aに移動し、現像手段5aに回収される。
一方で、露光部における電界の向きは、負極性トナーを現像ローラ51aから感光ドラム1aに移動させる方向であるため、現像ローラ51aに担持された負極性トナーが感光ドラム1aに移動し、感光ドラム1aの露光部にトナー像が現像される。このとき、感光ドラム1aに残留している転写残トナーも静電潜像の現像に使用される。このように、本実施例の現像手段5aは、感光ドラム1aに形成された静電潜像を現像するのとともに感光ドラム1aに付着した負極性のトナーを回収することが可能である。
本実施例の画像形成装置においては、以上の動作により、フルカラーのプリント画像が形成される。
[再転写トナー]
画像形成装置100のように、中間転写ベルト10の移動方向に関して、それぞれが異なる色のトナー像を担持する複数の感光ドラム1a〜1dを設けたタンデム式の画像形成装置においては、クリーナレス構成を用いる事によって再転写という現象が発生する。ここで、再転写とは、上流側の感光ドラム1a〜1cから中間転写ベルト10に転写されたトナー像が下流側の感光ドラム1b〜1dと中間転写ベルト10とが接触する位置を通過する際に、下流側の感光ドラム1b〜1dに移動する現象である。
画像形成装置100のように、中間転写ベルト10の移動方向に関して、それぞれが異なる色のトナー像を担持する複数の感光ドラム1a〜1dを設けたタンデム式の画像形成装置においては、クリーナレス構成を用いる事によって再転写という現象が発生する。ここで、再転写とは、上流側の感光ドラム1a〜1cから中間転写ベルト10に転写されたトナー像が下流側の感光ドラム1b〜1dと中間転写ベルト10とが接触する位置を通過する際に、下流側の感光ドラム1b〜1dに移動する現象である。
以下、画像形成部aと、中間転写ベルト10の移動方向に関して画像形成部aよりも下流側に設けられる画像形成部bを用いて、再転写が発生する機構と、再転写されたトナーを回収する構成について説明する。図2(a)は、イエロー(Y)のトナー像を担持する感光ドラム1a(第1の像担持体)から中間転写ベルト10に転写されたトナーが、マゼンタ(M)のトナー像を担持する感光ドラム1b(第2の像担持体)に再転写される機構を説明する模式図である。図2(b)は、感光ドラム1bに再転写されたイエロートナーが帯電ローラ2bによって回収されている状態を説明する模式図である。
図2(a)に示すように、1次転写部Na(第1の転写部)において感光ドラム1aから中間転写ベルト10に転写されたイエローのトナー像は、中間転写ベルト10の移動にともなって画像形成部bの1次転写部Nb(第2の転写部)に到達する。1次転写部Nbでは、感光ドラム1bと中間転写ベルト10との間の電位差によって放電が発生する場合があり、中間転写ベルト10に転写されたイエローのトナー像がこの放電によって帯電されると、トナーの帯電極性が反転することがある。この時、帯電極性が反転して正極性に帯電した一部のトナーは、中間転写ベルト10と感光ドラム1bとの間の電位差によって、負極性に帯電した感光ドラム1bに再転写される。
中間転写ベルト10から感光ドラム1bに再転写されたイエロートナーは、現像手段5bに回収されてしまうと、現像手段5bに収容されたマゼンタトナーとは異なる色であるイエロートナーが混入することによって、混色が発生するおそれがある。そこで、本実施例においては、図2(b)に示すように、1次転写部Nbにおいて中間転写ベルト10から感光ドラム1bに再転写されたイエロートナーを帯電ローラ2bによって回収し、混色の発生を抑制している。
なお、感光ドラム1bに再転写されたイエロートナーを帯電ローラ2bによって回収する構成においては、正極性に帯電したトナーは、画像形成部bの帯電部を通過する度に帯電ローラ2bに回収される。即ち、画像形成動作を繰り返していくと、帯電ローラ2bに回収されるトナーが蓄積していく。
帯電ローラ2bの表面にトナーが付着した場合、感光ドラム1bと帯電ローラ2bとの接触面積が変化することによって帯電ローラ2bが感光ドラム1bを帯電する帯電性能が変化する。これによって、感光ドラム1bに形成される表面電位が変化し、画像濃度にムラが生じることで画像不良を招いてしまう。そこで、本実施例においては、帯電ローラ2a〜2dの構成を、表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部を有する構成とすることにより、混色の発生を抑制しつつ帯電部材の帯電性能の低下を抑制している。
[帯電部材の構成]
次に、本実施例の帯電ローラ2a〜2dの構成について、図3(a)〜(b)を用いて説明する。なお、帯電ローラ2a〜2dの構成は共通であるため、以下の説明においては各帯電ローラ2a〜2dをまとめて帯電ローラ2と称する。
次に、本実施例の帯電ローラ2a〜2dの構成について、図3(a)〜(b)を用いて説明する。なお、帯電ローラ2a〜2dの構成は共通であるため、以下の説明においては各帯電ローラ2a〜2dをまとめて帯電ローラ2と称する。
図3(a)は、本実施例における帯電部材としての帯電ローラ2の概略断面図であり、図3(b)は、帯電ローラ2の表面形状を説明する概略的な模式図である。図3(a)に示すように、帯電ローラ2は、芯金21と、芯金21の表面に形成された弾性層22とを有する。また、図3(b)に示すように、弾性層22は、球状粒子22aと、球状粒子22aに粗面化されることによって弾性層22の表面に形成された凹部22bと、を有する。なお、芯金21は、導電性を有し、弾性層22を支持することが可能であって、且つ、帯電ローラ2の強度を維持することが可能なものであればよい。
次に帯電ローラ2の製造方法について、その概略を説明する。
まず、弾性層22を構成する導電性ゴム組成物と弾性層22の表面を粗面化するための球状粒子22aを含む未加硫ゴム組成物を調製する。弾性層22の表面を粗面化する球状粒子22aとしては、樹脂粒子や熱膨張性のマイクロカプセル粒子を用いる事ができ、本実施例においては、トナーよりも大きな粒子径の樹脂粒子を用いた。なお、本実施例の構成においては、球状粒子22aの粒子径は6μm以上30μm以下のものが好ましい。
また、樹脂粒子の材質は特に限定されるものではないが、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂等から選ばれる少なくとも一つの樹脂でできた球状樹脂粒子や、シリカ、アルミナ、ジルコニアから選ばれる少なくとも一つの無機物からできた球状無機微粒子等が好ましい。
その後、適度に粗面化された表面形状を形成するため、この未加硫ゴム組成物を、クロスヘッド押出成形機を用いて成形する。クロスヘッド押出成形機とは、所定の長さの芯金21と、未加硫ゴム組成物とを同時に送り込むことによって、芯金21の外周に所定の厚さの未加硫ゴム組成物が均等に被覆された未加硫ゴムローラがクロスヘッドの出口から押し出される成形機である。クロスヘッド押出成形機にて成形した未加硫ゴム組成物は、芯金21の長手方向の中央部の外径が端部の外径よりも大きく、所謂クラウン形状に成形される。この時、未加硫ゴムローラの表面には、帯電ローラ2の表面を粗面化するために添加した球状粒子22aが露出している。
このようにして得られた未加硫ゴムローラは、ギアオーブンによる熱風炉加熱や遠赤外線による加硫などの加熱処理によって加熱され、帯電ローラ2が得られる。なお、未加硫ゴムローラに加熱処理を行って得たローラの表面に対しては、更に加熱処理や、紫外線照射処理や、電子線照射処理等の表面処理を行ってもよく、表面に保護層を形成するなどして多層構成の帯電ローラ2としても良い。
本実施例の帯電ローラ2は、その表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bを有しており、その表面形状は、JIS B0671−2:2002に準じて測定される各種の値から、下記式1によって規定した。
Rpk+Rk≧D・・・(式1)
なお、Rpkは帯電ローラ2の表面の突出山部高さであり、Rkはコア部のレベル差、Dはトナーの体積平均粒径である。Rpk及びRkの値は、JIS B0671−2:2002に準じ、表面粗さ計(サーフコーダーSE3400、小坂研究所社製)を使用して、以下の測定条件のもと測定を行った。
Rpk+Rk≧D・・・(式1)
なお、Rpkは帯電ローラ2の表面の突出山部高さであり、Rkはコア部のレベル差、Dはトナーの体積平均粒径である。Rpk及びRkの値は、JIS B0671−2:2002に準じ、表面粗さ計(サーフコーダーSE3400、小坂研究所社製)を使用して、以下の測定条件のもと測定を行った。
<測定条件>
測定機:表面粗さ計(商品名:サーフコーダーSE3400、小坂研究所社製)
測定長さL:8.0mm
カットオフ波長λc:0.8mm
測定速度:0.5mm/sec
測定機:表面粗さ計(商品名:サーフコーダーSE3400、小坂研究所社製)
測定長さL:8.0mm
カットオフ波長λc:0.8mm
測定速度:0.5mm/sec
図4は、帯電ローラ2の突出山部高さRpkと、コア部のレベル差Rkの測定を行う際の測定位置を説明する模式図である。図4に示すように、本実施例においては、芯金21の幅方向に関して、中心部Cに対応する測定位置m1と、中心部Cと一端部E1との間に対応する測定位置m2と、中心部Cと他端部E2との間に対応する測定位置m3の3カ所の表面形状をそれぞれ測定した。更に、帯電ローラ2の周方向に関して、測定位置m1〜m3の3カ所とは異なる位置で、測定位置m1〜m3にそれぞれ対応する位置の表面形状を測定した。このようにして、合計6カ所で測定された突出山部高さRpk(μm)、コア部のレベル差Rk(μm)の値の平均値を、帯電ローラ2の突出山部高さRpk(μm)、コア部のレベル差Rk(μm)とする。ここで、本実施例の帯電ローラ2は、突出山部高さRpkが4.0μm、コア部のレベル差Rkが8.5μmであった。本実施例において用いたトナーの体積平均粒径Dは6.0μmであるので、帯電ローラ2は式1の関係を満たしている。
[作用と効果]
本実施例では、上述した式1の関係を満たす帯電ローラ2の構成によって、再転写トナーを帯電ローラ2に付着させつつ帯電ローラ2の帯電性能の低下を抑制しており、以下、比較例1と比較例2とを用いて、本実施例の作用と効果について詳細に説明する。なお、本実施例及び比較例1、比較例2においては、感光ドラム1の周速度を100mm/secに設定して画像形成を行った。
本実施例では、上述した式1の関係を満たす帯電ローラ2の構成によって、再転写トナーを帯電ローラ2に付着させつつ帯電ローラ2の帯電性能の低下を抑制しており、以下、比較例1と比較例2とを用いて、本実施例の作用と効果について詳細に説明する。なお、本実施例及び比較例1、比較例2においては、感光ドラム1の周速度を100mm/secに設定して画像形成を行った。
<比較例1>
図5(a)は、比較例1の画像形成装置101の構成を説明する概略断面図である。図5(a)に示すように、比較例1は、感光ドラム1に対して接触することなく感光ドラム1を帯電する、非接触式の帯電部材であるコロナ帯電器23a〜23dを用いている。なお、コロナ帯電器23a〜23dの構成は各画像形成部a〜dにおいて共通であるため、以下の説明においては各コロナ帯電器23a〜23dをまとめてコロナ帯電器23と称する。
図5(a)は、比較例1の画像形成装置101の構成を説明する概略断面図である。図5(a)に示すように、比較例1は、感光ドラム1に対して接触することなく感光ドラム1を帯電する、非接触式の帯電部材であるコロナ帯電器23a〜23dを用いている。なお、コロナ帯電器23a〜23dの構成は各画像形成部a〜dにおいて共通であるため、以下の説明においては各コロナ帯電器23a〜23dをまとめてコロナ帯電器23と称する。
ここで、コロナ帯電器23とは、電流が供給されることによって放電を行う放電電極(不図示)と、導電性シールド(不図示)と、グリッド電極(不図示)と、を備えたスコロトロン・タイプの放電装置である。コントローラ回路などの制御手段(不図示)は、画像形成時に感光ドラム1の表面電位(非露光部の電位)が−500[V]となるようにコロナ帯電器23に印加する電圧を制御する。より具体的には、制御手段は、放電電極に−1000μAの電流を流して定電流制御を行い、グリッド電極へのDC印加電圧を制御することでコロナ帯電器23の帯電電位を調整し、感光ドラム1の表面を帯電している。なお、比較例1の画像形成装置101のその他の構成は実施例1と同様であるため、共通する部分に関しては実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。
<比較例2>
図5(b)は、比較例2の画像形成装置102の構成を説明する概略断面図である。図5(b)に示すように、比較例2は、感光ドラム1に対して接触する接触式の帯電部材であって、表面の形状が実施例1の帯電ローラ2a〜2dと異なる帯電ローラ24a〜24dを用いている。なお、帯電ローラ24a〜24dの構成は各画像形成部a〜dにおいて共通であるため、以下の説明においては各帯電ローラ24a〜24dをまとめて帯電ローラ24と称する。
図5(b)は、比較例2の画像形成装置102の構成を説明する概略断面図である。図5(b)に示すように、比較例2は、感光ドラム1に対して接触する接触式の帯電部材であって、表面の形状が実施例1の帯電ローラ2a〜2dと異なる帯電ローラ24a〜24dを用いている。なお、帯電ローラ24a〜24dの構成は各画像形成部a〜dにおいて共通であるため、以下の説明においては各帯電ローラ24a〜24dをまとめて帯電ローラ24と称する。
帯電ローラ24は、弾性層に表面を粗面化するための樹脂粒子や熱膨張性のマイクロカプセルからなる球状粒子を含有しておらず、実施例1と同様の測定方法で測定される突出山部高さRpkは1.5μm、コア部のレベル差Rkは3.0μmであった。この測定結果によれば、実施例1の帯電ローラ2とは表面形状が異なり表面に凹凸形状が形成されていない比較例2の帯電ローラ24は、前述した式1の関係を満たしていないことが分かる。なお、比較例2の画像形成装置102のその他の構成は実施例1と同様であるため、共通する部分に関しては実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。
表1は、実施例1と比較例1に関して、5000枚の転写材Pを連続して通紙した時の混色による色味変動の測定結果を説明する表である。混色による色味変動については、画像形成部cの1次転写部Ncにおいて感光ドラム1cに再転写されたイエロートナーが現像手段5cに回収される場合を想定し、現像手段5cのシアン(C)トナーの色味を測定して評価を行った。シアントナーを収容する現像手段5cにイエロートナーが回収される際の色味変動を評価する理由としては、イエロートナーとシアントナーが混色した際に最も色味変動が大きくなり、画像に与える影響が大きくなるためである。
色味変動の測定には、Gretag Macbeth社製のSpectrolinoを用いて、5000枚の転写材Pを連続して通紙した後の現像手段5cに収容されたシアントナーの色味と、混色していないシアントナーの色味との間の色差ΔEを算出した。そして、色味変動の評価としては、算出された色差ΔEの値が3以下かどうかを基準に判定した。これは、色差ΔE≦3が、日本色彩研究所が指定するA級許容差、すなわち、人がほとんど感じない色差だからである。
比較例1の構成は、感光ドラム1の表面の帯電を非接触式のコロナ帯電器23を使用して行うため、画像形成部cの感光ドラム1cに再転写された再転写トナーは、帯電部を通過する際に、コロナ帯電器23cからの負極性の放電を受けて負極性に帯電される。そして、負極性に帯電された再転写トナーは、現像手段5cの現像ローラ51cと感光ドラム1cとが接触する位置に到達した際に、転写残トナーと同様に感光ドラム1cから現像ローラ51cに移動して現像手段5cに回収される。その結果、現像手段5cにはシアントナーと異なる色のトナーが混入することで混色が発生し、表1に示すように、比較例1の構成において算出された色差ΔEの値は4.5であり、基準値の3を上回っていた。
これに対し、実施例1の構成においては、表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bを形成した接触式の帯電ローラ2cを用いており、感光ドラム1cに再転写された再転写トナーを帯電ローラ2cの凹部22bによって回収することが可能である。これにより、再転写トナーが現像手段5cに回収されることによって発生する混色を抑制することができる。表1に示すように、実施例1の構成において算出された色差ΔEの値は1.5であり、基準値の3を下回る結果となった。
表2は、実施例1と比較例2に関して、5000枚の転写材Pを連続して通紙する前と通紙した後の感光ドラム1cの表面電位の変化量を説明する表である。ここで、感光ドラム1cの表面電位の変化量は、実施例1の帯電ローラ2c及び比較例2の帯電ローラ24cに関して、5000枚の転写材Pを連続して通紙する前後の表面電位をそれぞれ測定し、その差を取ることで求めた。各感光ドラム1a〜1dの表面電位が変化してしまうと、現像時の非露光部電位及び露光部電位が変わってしまうため、画像濃度変動が起きてしまう。基準としては、表面電位が10v変化すると、特にハイライト領域において人の目でも画像濃度変動が視認できるレベルとなる。なお、感光ドラム1cの表面電位の測定は、トレック社製の表面電位計Model344を使用して行った。
実施例1及び比較例2では、接触式の帯電部材を用いていることから、感光ドラム1cに再転写された再転写トナーは、実施例1又は比較例2の帯電部において、感光ドラム1cから帯電ローラ2c又は帯電ローラ24cにそれぞれ回収される。これにより、画像形成動作を繰り返す度に、感光ドラム1cの回転に伴って、再転写トナーが帯電ローラ2c又は帯電ローラ24cに回収され、蓄積されていく。
ここで、比較例2の帯電ローラ24cは、弾性層に表面を粗面化する球状粒子を含んでおらず、表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部が形成されていない。従って、帯電ローラ24cに回収された再転写トナーが蓄積された場合に、帯電ローラ24cの表面が再転写トナーで覆い尽くされてしまう。これにより、感光ドラム1cと帯電ローラ24cとが当接する領域を十分に確保することが困難となることで、帯電ローラ24cによって感光ドラム1cを十分に帯電することが困難となる。表2に示すように、比較例2における感光ドラム1cの表面電位の変化量は13[V]であり、基準値である10[V]を上回っていた。これは、帯電ローラ24cに蓄積された再転写トナーによって帯電ローラ24cの帯電性能が低下し、感光ドラム1cの表面電位が変化してしまったためである。
これに対し、実施例1の帯電ローラ2cの構成においては、感光ドラム1cの表面電位の変化量は5[V]であり、基準値である10[V]を下回っていた。これは、実施例1の帯電ローラ2cが、トナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bを有することによって、再転写トナーを凹部22bに回収することが可能であるためである。この構成により、再転写トナーを回収する際に、帯電ローラ2c表面の凹部22bで再転写トナーを回収し、球状粒子22aによって形成される凸部によって、感光ドラム1cと帯電ローラ2cとが当接する領域を十分に確保することができる。その結果、比較例2と比べて、帯電ローラ2cの表面に再転写トナーが蓄積していくことによる帯電ローラ2cの帯電性能の低下を抑制することが可能となる。
なお、比較例1の構成は非接触式のコロナ帯電器23を用いているため、再転写トナーを帯電部材で回収することができず、感光ドラム1cの表面電位は変動しない。
以上説明したように、本実施例の構成によれば、クリーナレス構成の画像形成装置100において、帯電ローラ2の表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bを形成することで、混色の発生を抑制しつつ帯電ローラ2の帯電性能の低下を抑制できる。
[再転写トナーの吐き出し]
図6(a)〜(c)は、本実施例における帯電ローラ2bに回収された再転写トナー(イエロートナー)の吐き出し動作を説明する模式図であり、図7は、帯電ローラ2bから再転写トナーを吐き出す際のシーケンスを説明する図である。本実施例においては、帯電ローラ2bの帯電性能の低下をより抑制するために、画像形成動作を行わないタイミング、例えば後回転工程等において、帯電ローラ2bに回収された再転写トナーの吐き出しを行っている。以下、図6(a)〜(c)、図7を用いて、再転写トナーの吐き出しについて説明する。
図6(a)〜(c)は、本実施例における帯電ローラ2bに回収された再転写トナー(イエロートナー)の吐き出し動作を説明する模式図であり、図7は、帯電ローラ2bから再転写トナーを吐き出す際のシーケンスを説明する図である。本実施例においては、帯電ローラ2bの帯電性能の低下をより抑制するために、画像形成動作を行わないタイミング、例えば後回転工程等において、帯電ローラ2bに回収された再転写トナーの吐き出しを行っている。以下、図6(a)〜(c)、図7を用いて、再転写トナーの吐き出しについて説明する。
図6(a)に示すように、帯電ローラ2bからの再転写トナーを吐き出し動作は、まず、現像ローラ51bによって感光ドラム1bに形成された静電潜像の現像が完了した後に現像ローラ51bを感光ドラム1bから離間させることによって開始される。その後、図7に示すように、各画像形成部a〜dから中間転写ベルト10に転写されたトナー像の後端が最下流の画像形成部dの1次転写部Ndを通過した時刻T1において、1次転写電源15から金属ローラ14bに印加する電圧を切り替える。本実施例においては、1次転写電源15から金属ローラ14bに印加する電圧を、500[V]から−900[V]に切り替えた。
次に、帯電ローラ2bに印加する電圧を0[V]に切り替えることにより、帯電ローラ2bと感光ドラム1bとの間に形成される電界の向きを画像形成時に形成される電界の向きと逆方向にする。帯電ローラ2bに回収された再転写トナーは正極性に帯電しているため、正極性の再転写トナーが帯電ローラ2bから感光ドラム1bに静電的に引き寄せられる電界を形成することで、帯電ローラ2bに回収した再転写トナーを吐き出すことができる。
ここで、帯電ローラ2bと感光ドラム1bとの間の放電開始電圧をVa[V]とする。この時、再転写トナーを吐き出す際に帯電ローラ2bに印加する電圧は、帯電ローラ2bと感光ドラム1bとの間に形成する電位差の絶対値が100[V]以上Va[V]以下となる電圧であることが好ましい。帯電ローラ2bと感光ドラム1bとの間に形成する電位差の絶対値が100[V]未満となる場合には、正極性に帯電した再転写トナーを帯電ローラ2bから感光ドラム1bに静電的に移動させるのに十分な強さの電界が形成されない。また、帯電ローラ2bと感光ドラム1bとの間に形成する電位差の絶対値がVa[V]を超える場合には、帯電ローラ2bと感光ドラム1bとの間で放電が発生することで再転写トナーの極性が反転し、感光ドラム1bに静電的に移動できない可能性が生じる。
帯電ローラ2bから感光ドラム1bに吐き出された正極性の再転写トナーは、その後、図6(b)に示すように、現像手段5bと感光ドラム1bとが対向する位置を通過する。この時、現像ローラ51bは感光ドラム1bから離間しているため、再転写トナーは現像手段5bに回収されず、感光ドラム1bの回転にともなって1次転写部Nbに到達する。
1次転写部Nbでは、感光ドラム1bの表面電位(−500[V])と金属ローラ14bに印加された電圧(−900[V])との間の電位差により、画像形成時に1次転写部Nbに形成される電界の向きと逆方向の電界の向きが形成されている。これにより、図6(c)に示すように、正極性に帯電した再転写トナーは、感光ドラム1bから中間転写ベルト10bに静電的に移動する。その後、中間転写ベルト10に移動した再転写トナーは、中間転写ベルト10の移動に伴って2次転写部を通過し、クリーニング手段18により清掃、除去される。
本実施例においては、以上の工程により帯電ローラ2bに回収した再転写トナーの吐き出し動作を行っている。なお、本実施例においては、再転写トナーの吐き出しを行う際に一時的に帯電ローラ2bに印加する電圧を0[V]にしているが、図7に示すように、帯電ローラ2bに印加する電圧を0[V]にしても、感光ドラム1bの表面電位がほぼ変化しない。
ここで、感光ドラム1bの表面電位の暗減衰速度は約1.3V/sec、帯電ローラ2bの径は約7.0mm、感光ドラム1bの周速度は100mm/sec、帯電ローラ2bから再転写トナーを吐き出す際の帯電ローラ2bの回転数は約1〜3回転である。即ち、再転写トナーを吐き出す際に帯電ローラ2bに印加する電圧を0[V]とする時間は1sec以下、若しくはそれ前後である。したがって、帯電ローラ2bに印加する電圧を−1100[V]から0[V]にした場合であっても、感光ドラム1bの表面電位はほぼ変化せず、その影響は無視できる程度である。
また、本実施例においては、再転写トナーの吐き出しを行う場合、感光ドラム1bと帯電ローラ2b及び、感光ドラム1bと金属ローラ14bとの間に形成される電界の向きを画像形成時に形成される電界の向きとは逆方向にしている。このため、帯電ローラ2bから再転写トナーを吐き出す動作は画像形成を行っていない非画像形成時に行う必要があり、本実施例では、画像形成動作の終了処理工程である後回転工程において、再転写トナーの吐き出し動作を行っている。しかし、これに限らず、非画像形成時であれば再転写トナーの吐き出し動作を行うことが可能である。
更に、帯電ローラ2bの帯電性能の低下をより抑制するために、帯電ローラ2bに所定以上の量の再転写トナーが蓄積する前に、吐き出し動作を行うことがより好ましい。本実施例においては、連続して画像形成を行う場合には、50枚の転写材Pに連続して画像形成を行う毎に1回、再転写トナーの吐き出し動作を行う構成とした。
なお、以上の説明において、例として画像形成部bを用いて再転写トナーの回収動作及び吐き出し動作について説明したが、中間転写ベルト10の移動方向に関して、最上流の画像形成部aを除く画像形成部b〜dにおいても再転写トナーは発生する。そして、本実施例の帯電ローラ2の構成を用いる事によって、これらの画像形成部b〜dに関しても、混色の抑制及び帯電性能の低下を抑制することが可能である。
図8は、本実施例の変形例としての画像形成装置200の構成を説明する模式図である。本実施例においては、中間転写ベルト10を用いた中間転写方式の画像形成装置100について説明したが、これに限らない。図8に示すように、転写材Pを搬送する搬送ベルト210を有する直接転写方式の画像形成装置200に本実施例の帯電ローラ2を用いることで、本実施例と同様の効果を得ることが可能である。
(実施例2)
実施例1では、帯電ローラ2の弾性層22に樹脂粒子である球状粒子22aを含ませることによって、表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bが形成された帯電ローラ2の構成について説明した。これに対し、実施例2では、図9(a)〜(b)に示すように、帯電ローラ202の弾性層222に熱膨張性のマイクロカプセル粒子である球状粒子222aを含ませる点で実施例1と異なる。なお、実施例2の構成は、帯電ローラ202の弾性層222の表面に形成する凹部222bの形成方法が異なる点を除いて実施例1と同様であり、同一の部材及び構成に関しては同一の符号を付して説明を省略する。
実施例1では、帯電ローラ2の弾性層22に樹脂粒子である球状粒子22aを含ませることによって、表面にトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部22bが形成された帯電ローラ2の構成について説明した。これに対し、実施例2では、図9(a)〜(b)に示すように、帯電ローラ202の弾性層222に熱膨張性のマイクロカプセル粒子である球状粒子222aを含ませる点で実施例1と異なる。なお、実施例2の構成は、帯電ローラ202の弾性層222の表面に形成する凹部222bの形成方法が異なる点を除いて実施例1と同様であり、同一の部材及び構成に関しては同一の符号を付して説明を省略する。
図9(a)は、本実施例における帯電部材としての帯電ローラ202の概略断面図であり、図9(b)は、帯電ローラ202の表面形状を説明する概略的な模式図である。図9(a)に示すように、帯電ローラ2は、芯金221と、芯金221の表面に形成された弾性層222とを有する。また、図9(b)に示すように、弾性層222は、熱膨張性のマイクロカプセル粒子である球状粒子222aと、球状粒子222aに粗面化されることによって弾性層222の表面に形成された凹部222bと、を有する。なお、芯金221は、導電性を有し、弾性層222を支持することが可能であって、且つ、帯電ローラ202の強度を維持することが可能なものであればよい。
熱膨張性のマイクロカプセル粒子とは、コアシェル構造を有する粒子であり、ガス透過性の低い樹脂のシェル材料に、加熱により気化するコア材料を内包し、所定の温度で加熱されることによって熱膨張して内部が中空のバルーン状の粒子となる。本実施例においては、球状粒子222aとして、熱膨張後の粒子径が6μm以上30μm以下になる熱膨張性のマイクロカプセル粒子を用いた。
熱膨張性マイクロカプセル粒子のシェル材料の樹脂としては、アクリロニトリル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メタクリロニトリル樹脂等から選ばれるガス透過性の低い樹脂を用いる事が好ましい。また、加熱により気化するコア材料としては、シェル材料の軟化点以下の温度でガス化する物質が好ましく、炭素数3〜10程度の炭化水素等を用いる事が好ましい。なお、球状粒子222aの含有量は、弾性層222を構成する導電性ゴム組成物に対して、1体積%〜30体積%となる量が好ましい。
次に帯電ローラ202の製造方法について、その概略を説明する。
まず、弾性層222を構成する導電性ゴム組成物と、弾性層222の表面を粗面化するための球状粒子222aと、を含む未加硫ゴム組成物を調製する。その後、適度に粗面化された表面形状を形成するため、実施例1と同様に、未加硫ゴム組成物をクロスヘッド押出成形機を用いて成形し、未加硫ゴムローラを得る。この時、未加硫ゴムローラの表面には、帯電ローラ202の表面を粗面化するために添加した球状粒子222aが露出している。
そして、未加硫ゴムローラを加熱することによって、熱膨張性のマイクロカプセル粒子が熱膨張した加硫ゴムローラを得る。その後、加硫ゴムローラの表面を研磨することで、熱膨張マイクロカプセル粒子が熱膨張することによって弾性層222に形成された空間に由来する凹部222bを有する帯電ローラ202を得る。
次に、実施例1と同様に、本実施例の帯電ローラ202に関して、JIS B0671−2:2002に準じ、表面粗さ計(サーフコーダーSE3400、小坂研究所社製)を用いてRpk及びRkの値を測定した。その結果、本実施例の帯電ローラ202は、突出山部高さRpkが4.0μm、コア部のレベル差Rkが5.0μmであった。本実施例において用いたトナーの体積平均粒径Dは6.0μmであるので、帯電ローラ202は、実施例1の帯電ローラ2と同様に式1の関係を満たす。したがって、本実施例の帯電ローラ202もトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部222bを有しており、本実施例の構成においても実施例1と同様の効果を得ることが可能である。
(実施例3)
実施例1では、帯電ローラ2の弾性層22に球状粒子22aを含ませることによって弾性層22の表面に凹部22bを形成する構成について説明した。これに対し、実施例2においては、帯電ローラ2の弾性層22に絶縁性の球状粒子22aを含ませる構成について説明する。なお、本実施例の構成は、弾性層22に含ませる球状粒子22aが絶縁性を有する点を除いて実施例1と同様であり、同一の部材及び構成に関しては同一の符号を付して説明を省略する。
実施例1では、帯電ローラ2の弾性層22に球状粒子22aを含ませることによって弾性層22の表面に凹部22bを形成する構成について説明した。これに対し、実施例2においては、帯電ローラ2の弾性層22に絶縁性の球状粒子22aを含ませる構成について説明する。なお、本実施例の構成は、弾性層22に含ませる球状粒子22aが絶縁性を有する点を除いて実施例1と同様であり、同一の部材及び構成に関しては同一の符号を付して説明を省略する。
本実施例の帯電ローラ2は、実施例1と同様に、芯金21と、芯金21の表面に形成された弾性層22とを有し、弾性層22は、絶縁性の球状粒子22aと、球状粒子22aに粗面化されることによって弾性層22の表面に形成された凹部22bと、を有する。絶縁性の球状粒子22aとしては、絶縁性の樹脂粒子や絶縁性の熱膨張性のマイクロカプセル粒子を用いることができる。
また、本実施例の帯電ローラ2に関して、JIS B0671−2:2002に準じ、表面粗さ計(サーフコーダーSE3400、小坂研究所社製)を用いてRpk及びRkの値を測定したところ、実施例1の帯電ローラ2と同様の結果が得られた。即ち、本実施例の帯電ローラ2は、突出山部高さRpkが4.0μm、コア部のレベル差Rkが8.5μmであり、本実施例において用いたトナーの体積平均粒径Dは6.0μmであることから、帯電ローラ2は式1の関係を満たしていた。したがって、本実施例の構成においても実施例1と同様の効果を得ることが可能である。
再転写トナーを帯電ローラ2で回収する場合、トナー自身の電気抵抗の影響によって帯電ローラ2の電気抵抗が変動する可能性があり、再転写トナーの回収量によって帯電ローラ2の電気抵抗が変動してしまうと、帯電性能が変化してしまうおそれがある。本実施例においては、絶縁性の球状粒子22aを有する帯電ローラ2を用いる事によって、帯電ローラ2の表層抵抗を高くすることがかのうである。これにより、再転写トナーによる帯電ローラ2の電気抵抗の変動を抑制することができ、その結果、帯電性能の変化が抑制され、帯電ローラ2によって再転写トナーを回収しつつ感光ドラム1の表面を均一に帯電することが可能となる。
(実施例4)
実施例1では、各画像形成部a〜dのそれぞれに対応して設けられる各金属ローラ14a〜14dに対して共通の1次転写電源15から電圧を印加することにより各感光ドラム1a〜1dから中間転写ベルト10にトナー像を1次転写する構成について説明した。これに対し、実施例4の画像形成装置400は、図10に示すように、各画像形成部a〜dの1次転写電源と、2次転写電源を共通化した転写電源317によって1次転写及び2次転写を行う構成を有する。なお、本実施例の画像形成装置400の構成は、転写電源417から2次転写ローラ16に電圧を印加することによって1次転写を行う点と、定電圧素子としてのツェナーダイオード415を設ける点を除いて実施例1と同様である。したがって、実施例1と共通する部材及び構成に関しては実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。
実施例1では、各画像形成部a〜dのそれぞれに対応して設けられる各金属ローラ14a〜14dに対して共通の1次転写電源15から電圧を印加することにより各感光ドラム1a〜1dから中間転写ベルト10にトナー像を1次転写する構成について説明した。これに対し、実施例4の画像形成装置400は、図10に示すように、各画像形成部a〜dの1次転写電源と、2次転写電源を共通化した転写電源317によって1次転写及び2次転写を行う構成を有する。なお、本実施例の画像形成装置400の構成は、転写電源417から2次転写ローラ16に電圧を印加することによって1次転写を行う点と、定電圧素子としてのツェナーダイオード415を設ける点を除いて実施例1と同様である。したがって、実施例1と共通する部材及び構成に関しては実施例1と同一の符号を付して説明を省略する。
図10は本実施例における画像形成装置400の構成を説明する概略断面図である。図10に示すように、転写電源417は2次転写ローラ16に接続され、2次転写ローラ16は、中間転写ベルト410、対向部材としての対向ローラ13、定電圧素子としてのツェナーダイオード415を介してアースに電気的に接続されている。また、金属ローラ14は対向ローラ13と電気的に接続され、ツェナーダイオード415を介してアースに電気的に接続されている。
定電圧素子としてのツェナーダイオード415は、電流が流れることにより所定の電圧(以下、降伏電圧と称する)を維持する素子であり、一定以上の電流が流れた際にカソード側に降伏電圧が発生する。本実施例においては、ツェナーダイオード415のカソード側(一端側)を対向ローラ13と金属ローラ14に接続し、アノード側(他端側)をアースに電気的に接続した。
本実施例の構成において、転写電源417から2次転写ローラ16に電圧を印加すると、導電性の中間転写ベルト410と対向ローラ13を介して2次転写ローラ16からツェナーダイオード415に電流が流れる。この時、ツェナーダイオード415に所定の値以上の電流が流れると、ツェナーダイオード415のカソード側に降伏電圧が発生し、対向ローラ13及び金属ローラ14がツェナーダイオード415の降伏電圧に維持される。これにより、金属ローラ14から感光ドラム1に1次転写電流が流れ、感光ドラム1から中間転写ベルト410にトナー像が1次転写される。
このように、本実施例のように1次転写電源と2次転写電源を共通化した構成においても、安定した1次転写性及び2次転写性を得ることが可能である。この構成により、1次転写電源を減らすことができ、電源基版の簡略化及び小サイズ化や、コストダウンを図ることが可能となる。
ここで、本実施例においては、安定した1次転写性を得るために、中間転写ベルト410として、表面抵抗率が106〜108Ω/□の、比較的電気抵抗が低い中間転写ベルトを用いている。なお、表面抵抗率の測定は、三菱化学株式会社のHiresta−UP(MCP−HT450)に、リングプローブのタイプUR100(型式MCP−HTP16)を用いて行う。その際、印加電圧10V、測定時間10秒の測定条件で、室内温度23℃、室内湿度50%の測定環境のもと行う。
本実施例の構成においては、1次転写を行うために中間転写ベルト410に電流が供給されると、より電気抵抗の低い中間転写ベルト410には一様な電位が形成される。これにより、中間転写ベルト410の移動方向に関して、1次転写部Nの上流において感光ドラム1と中間転写ベルト410との電位差によって放電(以下、上流放電と称する)が発生しやすくなる。この上流放電により、感光ドラム1と中間転写ベルト410が当接する1次転写部Nにおける感光ドラム1の電位が低下して、1次転写部Nを通過するトナーの極性を反転させる放電の発生が抑制される。その結果、再転写トナーの発生が抑制される。
したがって、本実施例の構成によれば、再転写トナーの発生を抑制することが出来るため、帯電ローラ2によって回収される再転写トナーの量を少なくすることができる。即ち、本実施例の構成においては実施例1と同様の効果が得られるだけでなく、混色の発生及び帯電ローラ2の帯電性能の低下を、より抑制することが可能である。
なお、本実施例においては、金属ローラ14と対向ローラ13を電気的に接続し、金属ローラ14から中間転写ベルト410を介して感光ドラム1に電流を流す構成とした。しかし、これに限らず、金属ローラ14を設けずに、対向ローラ13から中間転写ベルト410の周方向に電流を流すことで、感光ドラム1から中間転写ベルト410にトナー像を転写する構成でも同様の効果を得ることができる。この時、降伏電圧に維持された対向ローラ13から中間転写ベルト410の周方向に電流が流れる。
1 感光ドラム(第1の像担持体、第2の像担持体)
2 帯電ローラ(帯電部材)
5 現像手段
10 中間転写ベルト
N 1次転写部(第1の転写部、第2の転写部)
22b 凹部
2 帯電ローラ(帯電部材)
5 現像手段
10 中間転写ベルト
N 1次転写部(第1の転写部、第2の転写部)
22b 凹部
Claims (12)
- トナー像を担持する第1の像担持体と、前記第1の像担持体に当接して第1の転写部を形成する移動可能なベルトと、前記ベルトの移動方向に関し前記第1の像担持体よりも下流側に配置され、前記第1の像担持体に担持されるトナー像と異なる色のトナー像を担持する第2の像担持体と、前記第2の像担持体を帯電する帯電部材と、トナーによって前記第2の像担持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、を備え、前記第2の像担持体と前記ベルトとが当接することで第2の転写部を形成し、トナーの正規の帯電極性である第1の極性に帯電したトナーであって、前記第2の像担持体の回転によって前記第2の転写部を通過した後に前記第2の像担持体に残留したトナーを、前記現像手段で回収することが可能な画像形成装置において、
前記帯電部材は、前記現像手段に収容されたトナーの体積平均粒径以上の大きさの凹部であって、前記第1の転写部において前記第1の像担持体から転写された後に前記第2の転写部にて前記第2の像担持体に移動したトナーを回収することが可能な前記凹部を表面に有することを特徴とする画像形成装置。 - 前記帯電部材に前記第1の極性の電圧を印加する電源を備え、前記電源から前記帯電部材に電圧を印加することにより、前記帯電部材は前記第2の像担持体を帯電しつつ、前記第1の転写部において前記第1の像担持体から転写された後に前記第2の転写部において前記第2の像担持体に移動したトナーを回収することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記第1の転写部において前記第1の像担持体から転写されたトナーは、前記第2の転写部にて発生する放電によって前記第1の極性とは逆の極性である第2の極性に帯電した場合に、前記第2の像担持体に移動した後に前記帯電部材に回収されることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記ベルトに移動したトナーを回収する回収手段を備え、前記現像手段は前記第2の像担持体に対して当接又は離間が可能な現像部材を有し、前記第2の像担持体にトナー像を形成しない非画像形成時において、前記現像部材を前記第2の像担持体から離間させた状態で、前記第2の極性に帯電したトナーを、前記帯電部材から前記第2の像担持体に移動させた後に前記第2の転写部にて前記第2の像担持体から前記ベルトに移動させ前記回収手段によって回収することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記第2の像担持体の回転方向に関して、前記第2の転写部から前記帯電部材と前記第2の像担持体とが接触する位置までの間に、前記第2の像担持体に当接する当接部材を有さないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記帯電部材は、トナーの体積平均粒径以上の大きさの球状粒子を表面に含む弾性層を有するローラ部材であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記球状粒子は、絶縁性の樹脂粒子であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記帯電部材は、熱膨張性のマイクロカプセル粒子が膨張することによってトナーの体積平均粒径以上の大きさの空間が表面に形成された弾性層を有するローラ部材であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記ベルトは中間転写ベルトであり、前記第1の像担持体及び前記第2の像担持体に担持されたトナー像は、前記第1の像担持体及び前記第2の像担持体から前記中間転写ベルトに1次転写された後に前記中間転写ベルトから転写材に2次転写されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記中間転写ベルトの外周面に当接する2次転写部材と、前記2次転写部材に電圧を印加する転写電源と、を備え、前記転写電源から前記2次転写部材に電圧を印加して前記中間転写ベルトに電位を形成することにより、前記第1の転写部及び前記第2の転写部において前記中間転写ベルトにトナー像を1次転写し、前記2次転写部材と前記中間転写ベルトが当接する位置において前記中間転写ベルトから転写材にトナー像を2次転写することを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
- 前記ベルトは、転写材を搬送する搬送ベルトであり、前記第1の像担持体及び前記第2の像担持体に担持されたトナー像は、前記搬送ベルトによって搬送される転写材に順次重ねて転写されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- JIS B0671−2:2002に準じた表面粗さ計を用いて、JIS B0671−2:2002に準じて前記帯電部材の表面の形状を測定した場合に得られる突出山部高さRpkと、コア部のレベル差Rkが、トナーの体積平均粒径Dに対して、下記(式1)の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
Rpk+Rk≧D・・・(式1)
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