JP2020140125A - 画像形成装置 - Google Patents

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幸治 安
真史 片桐
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真史 片桐
裕子 横山
Hiroko Yokoyama
裕子 横山
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Shuichi Tetsuno
修一 鉄野
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Abstract

【課題】転写残トナーの発生を抑えることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】空気中の水分量が第1状態よりも高い第2状態である場合に、現像ローラ電圧Vdcと現像ブレード電圧Vbとの電位差ΔVb=|Vb−Vdc|(現像剤層厚規制部材コントラスト)が第1状態における電位差ΔVbの値より大きくなるように現像ブレード電圧および現像ローラ電圧の少なくとも一方を変更し、さらに電位差ΔVtr=|Vtr−Vl|の値が第1状態のときの電位差ΔVtrの値より大きくなるように電位差ΔVbの変化に応じて転写電圧Vtrと露光後電位Vlの少なくとも一方を変更する処理と、を行う。【選択図】図1

Description

記録材に画像を形成する電子写真プリンター、電子写真複写機などの画像形成装置に関するものである。
画像形成装置において、現像剤担持体(以下、現像ローラとする)を有する現像装置、又はこの現像装置と像担持体(以下、感光ドラムとする)を有するプロセスカートリッジを画像形成装置に着脱可能とする構成が知られている。
電子写真画像形成プロセスを用いた画像形成装置では、まず、感光ドラムに当接させた帯電部材に電圧を印加して感光ドラムの帯電を行った後、露光によって感光ドラム上に静電潜像を形成する。次に、現像ローラの表面にトナー(現像剤)を付着させ、トナー層厚規制部材によって現像ローラ上のトナーの層厚に規制する。そして、像担持体上に形成された静電潜像を現像ローラ上に担持されたトナーで現像し、トナー像(現像剤像)として可視化した後、それを被転写体(記録材等)に転写し、定着器でトナー像を被転写体に定着させる。
また、画像形成を行う上では、環境変化に依存して、電圧や転写速度等の制御パラメータを変更することも多い。そして環境変化の代表例が空気中の水分量である。一般的に、空気中の水分量が増加すると、トナーの帯電量が低下してしまう。これは、トナーのトリボ分布がポジ側に移ることを意味し、感光ドラム−現像ローラ間の電位差による静電気力影響を受けず、感光ドラム−トナー間の鏡映力等により感光ドラムに移動してしまうトナーの比率が増加してしまう。また、トリボ分布における非正規極性に帯電したトナーの比率も増え、これらにより、本来トナーを転移させたくない感光ドラム上の非画像部にも、トナーが転移し、本来白であるところにトナーが載り黒にみえてしまうカブリと呼ばれる現象が発生していた。特に、高温高湿環境下において、このような不具合が発生しやすい。
そして、従来、上記不具合に対して、制御パラメータの一つであるトナー層厚規制部材の電圧を増加させることで問題を解決していた(特許文献1)。また、空気中の水分量が増加したときに、一次転写電圧を低下させるような従来技術も知られている。これは感光ドラムのインピーダンスが下がることに起因し、転写電流を一定に保つ為である。
一方最近では、環境への配慮やコストの削減から、残トナーを回収して再利用するなどのクリーナーレス構成も実施されている。この場合も、クリーニング装置を有している場合と同様に、空気中の水分量の増加に伴い、一次転写電圧を低下させていた。
特開2009−288539号公報
しかしながら、高湿高温の場合に現像ローラとトナー層厚規制部材との電圧差(現像剤層厚規制部材コントラスト)(以下ΔVbと記載する)の絶対値を大きくした場合、以下の不具合が発生することが発明者の鋭意検討によって発見された。
トナーはトナー層厚規制部材に擦られることによって摩擦帯電するが、小粒径のトナーのほうが電荷をもちやすい。そのため、ΔVbを大きくした場合に、静電力により現像ローラに対する付着力が増すことで、トナー層厚規制部材で粒径の小さなトナーがトナー層厚規制部材で規制されにくくなる。その結果、感光ドラム上へ現像されるトナーの粒径が小さくなり転写性が悪化してしまう。即ち、転写後における感光ドラム上の転写残トナーが増加する。
転写残トナーが増加すると、例えば、クリーナーレスシステムでは、転写残トナーが帯電ローラに付着してしまい、帯電ローラの放電を阻害するなどの不具合が発生する。また、クリーニング装置が設けられている場合でも、廃トナーボックスに多くの残トナーが回収されるので、廃トナーボックスの大型化を招いたり、或いは廃トナーボックスを大型化しなくとも、その交換頻度を高くする必要に迫られる。即ち、ユーザビリティーを低下させてしまう。
本発明における画像形成装置は、現像剤を担持する像担持体と、現像剤像を形成するための現像剤を、外周面上に保持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に当接して、現像剤を所定の層厚に規制する現像剤層厚規制部材と、前記像担持体上の前記現像剤像を被転写体に転写する転写手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤担持体に電圧Vdcと、前記現像剤層厚規制部材に電圧Vbと、前記転写手段に転写電圧Vtrと、を印加する電圧印加手段と、前記像担持体に光を照射する露光手段と、空気中の水分量特性を検知する検知手段と、前記露光手段の露光による露光後電位Vlを制御する制御手段と、を有しており、前記制御手段は、前記検知手段により検知された空気中の水分量が第1状態よりも増加した第2状態である場合に、前記電圧印加手段を制御し、前記電圧Vdcと前記電圧Vbとの電位差ΔVb(=|Vb−Vdc|)が、前記第1状態における前記電位差ΔVbの値より大きくなるように、前記電圧Vbおよび前記電圧Vdcの少なくとも一方を変更し、更に、前記制御手段は、前記電圧印加手段或いは前記露光手段を制御し、転写電圧Vtrと露光後電位Vlの少なくとも一方を変更し、電位差ΔVtr(=|Vtr−Vl|)の値が第1状態の電位差ΔVtrの値より大きくさせることを特徴とする画像形成装置。
本願発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、なるべく転写残トナーの発生を抑えることを目的とする。
実施例1における水分量変化による電圧変化のタイミングチャートを示す図 実施例1に係る画像形成装置の構成を示す断面図 画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図 実施例1に係る現像ユニットを説明する断面図 トナー粒径分布を説明する図 比較例に係る水分量変化による電圧変化のタイミングチャートを示す図 実施例1に係る連続的に水分量が変化した場合の電圧変化のタイミングチャートを示す図 実施例2における水分量変化による電圧変化のタイミングチャートを示す図 実施例2に係る一次転写と二次転写の電源を共通とした場合の画像形成装置の構成を示す断面図 実施例2に係る連続的に水分量が変化した場合の電圧変化のタイミングチャートを示す図 直接転写方式を用いた画像形成装置の構成を説明する断面図
[実施例1]
<画像形成装置の説明>
まず、電子写真画像形成装置(以下、画像形成装置)の全体構成について説明する。図2は、実施例1に係る画像形成装置の構成を示す断面図である。図3は画像形成装置のハードウェア構成を示すブロック図である。図2、3を用いて本実施例の画像形成装置の構成及び動作、制御を説明する。
本実施例の画像形成装置100は、インライン方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザープリンタである。画像形成装置100は、画像情報にしたがって、記録材P(例えば、記録用紙、プラスチックシート)にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像読み取り装置、或いは、画像形成装置100に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置100に入力される。
画像形成装置100は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を形成するための第1、第2、第3、第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdを有する。本実施例では、第1〜第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。なお、第1〜第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdの構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。したがって、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字a、b、c、dは省略して、総括的に説明する。
本実施例では、各プロセスカートリッジは、感光ドラム1(1a、1b、1c、1d)を有する。各感光ドラム1は、図示しない駆動手段(駆動源)により回転駆動される。また各感光ドラム1の周囲には、帯電ローラ2(2a、2b、2c、2d)、スキャナユニット(露光装置)3(3a、3b、3c、3d)、現像ユニット(現像装置)4(4a、4b、4c、4d)が配置されている。帯電ローラ2は、感光ドラム1の表面を均―に帯電する帯電手段である。また、スキャナユニット3は、入力された画像情報に基づくレーザー照射を感光ドラム1上に行い、静電像(静電潜像)を形成する露光手段である。現像ユニット4は、静電像を現像剤(以下、トナー)像として現像する現像手段である。また上記現像剤は、非磁性の一成分現像剤であり、本実施例の場合、非磁性一成分トナーは負帯電特性である。そして、感光ドラム1と、感光ドラム1に作用するプロセス手段としての帯電ローラ2、現像ユニット4は一体化され、プロセスカートリッジSを形成している。プロセスカートリッジSは、画像形成装置100に設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置100に着脱可能となっている。
また、4個の感光ドラム1に対向して、感光ドラム1上のトナー像を記録材Pに転写するための移動可能な中間転写体としての中間転写ベルト10が配置されている。無端状のベルトで形成された中間転写ベルト10は、すべての感光ドラム1に当接し、図示矢印R3方向(時計方向)に循環移動(回転)する。中間転写ベルト10は、複数の支持部材として、二次転写対向ローラ13、駆動ローラ11、テンションローラ12に掛け渡されている。なお、本実施例では、一例として、画像形成装置100は、プロセススピード148mm/sec、A4サイズ紙対応のプリンターとなっており、感光ドラム、中間転写ベルト10もこれに対応して動作する。
中間転写ベルト5の内周面側には、各感光ドラム1に対向するように、一次転写手段としての、4個の一次転写ローラ14(14a、14b、14c、14d)が並設されている。
一次転写ローラ14は、中間転写ベルト10を感光ドラム1に向けて押圧し、中間転写ベルト10と感光ドラム1とが当接する一次転写部を形成する。そして一次転写ローラ14に、一次転写電圧印加手段としての一次転写電源15(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される。これによって、感光ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト10上に一次転写される。フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、第1〜第4のプロセスカートリッジSa、Sb、Sc、Sdにおいて順次に行われ、中間転写ベルト10上に各色のトナー像が次に重ね合わせて一次転写される。そして、一次転写工程後に感光ドラム1上に残留した一次転写残トナーは、後述のクリーナーレス方式によって除去、回収される。
また、中間転写ベルト10の外周面側において二次転写対向ローラ13に対向する位置には、二次転写手段としての二次転写ローラ20が配置されている。二次転写ローラ20は、中間転写ベルト10を介して二次転写対向ローラ13に圧接し、中間転写ベルト10と二次転写ローラ13とが当接する二次転写部を形成する。
そして、二次転写ローラ20に、二次転写電圧印加手段としての二次転写電源21(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される。そして、搬送ローラ50によって搬送されてきた記録材Pにトナー像が転写される。これによって、トナー像が転写された記録材Pは、定着手段としての定着装置30に搬送される。定着装置30において記録材Pに熱及び圧力が加えられることで、記録材Pにトナー像が定着され、画像形成装置100から排出される。
また、画像形成装置100は、所望の一つの画像形成部のみを用いて、又は、幾つか(全てではない)の画像形成部のみを用いて、単色又は、マルチカラーの画像を形成することもできるようになっている。
<画像形成装置のブロック図>
本画像形成装置全体の制御を行うコントローラ200を含むブロック図について図3を参照して説明する。図3に示すように、コントローラ200は、CPU150、ROM151およびRAM152を内蔵する。CPU150はROM151に格納されている制御プログラムに応じて、各ブロックを制御する。各ブロックには図示されるように、トナー層厚規制部材電源19、一次転写電源15、二次転写電源21、環境センサ206、現像電源203、水分量特性204、帯電電源が少なくとも含まれる。ROM151は、例えば環境制御テーブルや紙厚制御テーブル等などを格納しており、CPU150は適宜それら情報を読み込み制御に用いる。RAM152は、制御データを一時的に保持し、また制御に伴う演算処理の作業領域として用いられる。
コントローラ200は、ホストコンピュータ(不図示)から画像情報と印字命令を受信すると、受信した命令を基に、各ユニットを制御し画像形成動作を画像形成装置に実行させる。ここで各ユニットには、一次転写電源駆動回路201、二次転写電源駆動回路202、現像電源駆動回路203、露光制御部204、帯電電源駆動回路205等が含まれる。ここで、電源制御について、より具体的に説明すると、CPU150は、各電源に含まれる電源駆動回路を制御する。各電源駆動回路には、図示されるように、トナー層厚保規制部材電源駆動回路207、一次転写電源駆動回路201、二次転写電源駆動回路202、現像電源駆動回路203、帯電電源駆動回路205が含まれる。更に具体的には、CPU150は、各電源駆動回路内のスイッチング素子のON・OFFを制御し、デューティ比を変化させ、電源内コンデンサにより平滑化される電圧の大小を調整する。
<プロセスカートリッジの構成>
次に、本実施例の画像形成装置100に装着されるプロセスカートリッジSの全体構成について説明する。各色用のプロセスカートリッジSは、図示しない識別部等を除き、同一形状を有し、各色用のプロセスカートリッジSの現像ユニット4内には、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナーが収容されている。なお、現像ユニット4は、現像剤の一例として非磁性一成分トナーを用いた。
プロセスカートリッジSは、感光ドラム1、回転可能な帯電ローラ2を備えた感光体ユニットと、回転可能な現像ローラ22等を備えた現像ユニット(現像装置)4と、を一体化して構成される。
感光ドラム1は、図示しない駆動手段(駆動源)の駆動力が感光体ユニットに伝達されることで、画像形成動作に応じて図示矢印R1方向(反時計方向)に回転駆動される構成としている。帯電ローラ2は、導電性ゴムのローラ部が感光ドラム1に加圧接触し、従動回転する構成とされている。
一方、現像ユニット4は、図4に示すように、トナーTを担持する現像ローラ22と、現像ブレード23(トナー層厚規制部材)と、これらを固定する現像枠体24と、を有している。現像枠体24は、現像ローラ22が配置された現像室24aと、現像室24aから外界へつながる現像開口(開口部)を封止する吹き出し防止シート24bと、を備えている。現像ブレード23の一端は現像枠体24に固定された固定部材25に固定され、現像ブレード23の他端が現像ローラ22に当接させられ、現像ローラ22上のトナーコート量規制と電荷付与が可能な構成とされている。また、現像ローラ64にトナーを供給する役割をもつ供給ローラ26と、を備えている。現像ローラ22は現像開口部に配置され、感光ドラム1に当接可能とされている。
本実施例では、現像ローラ22と感光ドラム1は、対向部において各々の表面が同方向(本実施例では重力方向上方からから下方に向かう方向)に移動するようにそれぞれ回転させる。なお、本実施例では、現像ローラ22は、感光ドラム1に接触して配置されているが、現像ローラ22は、感光ドラム1に対して所定間隔を開けて近接配置される構成であってもよい。
<一次転写について>
画像形成時で述べた一次転写工程に関して、本件の特徴に係る電位関係について詳細に説明する。まず感光ドラム1の表面は帯電ローラ2によって一様に所定の電位である被帯電電位Vdに帯電される。なお、被帯電電位Vdのことを暗部電位Vdと呼ぶこともできる。次に、ホスト機器から入力された画像情報に基づいてスキャナユニット3から光照射されたレーザー光で帯電した感光ドラム1の表面を走査露光し、感光ドラム1上に画像情報に従った静電像が形成される。ここで感光ドラム1においてスキャナユニット3によってベタ黒画像を印字するための露光された部分の表面電位、露光後電位Vl(本実施例では−100V)が形成される。その際はまた、コントローラ200が露光制御部204を制御し、レーザーの光量を調整することで、露光後電位Vlを変化させる(レーザーの光量が強いほどレーザー照射された露光後電位Vlは低下する)。なお露光後電位Vlのことを先に説明した暗部電位Vdに対し明部電位Vlと呼ぶこともある。
次に、感光ドラム1の外周面上に形成された静電像は、後述の現像ローラ電圧Vdcと露光後電位Vlとの電位差(現像コントラストΔVcont=Vl−Vdc)によって、トナー像として現像される。そして、一次転写ローラ14に、一次転写電圧印加手段としての一次転写電源15(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の所定の電位以上の直流電圧である一次転写電圧Vtrが印加される。このとき、VtrとVlの電位差(一次転写コントラストΔVtr=|Vtr−Vl|)が一次転写電界になり、感光ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト10上に一次転写される。本実施例においては被帯電電位Vd=−700v、現像ローラ電圧Vdc=−350vである。なお、露光後電位Vlと一次転写電圧Vtrに関しては本実施例の特徴に関する部分なので後ほど詳細に述べる。
次に、感光ドラム1上に形成された静電像は、後述の現像ローラ電圧Vdcと露光後電位Vlとの電位差(現像コントラストΔVcont=Vl−Vdc)によってトナー像として現像される。そして、一次転写ローラ14に、一次転写電圧印加手段としての一次転写電源15(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の所定の電位以上の直流電圧である一次転写電圧Vtrが印加される。このとき、VtrとVlの電位差(一次転写コントラストΔVtr=|Vtr−Vl|)が一次転写電界になり、感光ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト10上に移動し一次転写される。
<クリーナーレス方式>
本実施例では、画像形成装置100は、クリーナーレス方式(クリーナーレスシステム)を採用しており、一次転写後の感光ドラムの表面に若干量残留する残留トナーを除去する専用の像担持体クリーニング装置を具備していない。
一次転写後の感光ドラム2の表面の残留トナーは、引き続く感光ドラム2の回転に伴い帯電部、露光部を通って現像部に搬送される。負極性に帯電した転写残トナーは、帯電部において電位差の関係(帯電ローラ2より感光ドラム1の表面電位のほうが高電位)で帯電ローラ2には付着せず通過することになる。
そして、現像装置4を通過する感光ドラム2の表面の残留トナーは、電圧の高いほうに移動するため(感光ドラム1の表面電位より現像ローラ22の電圧のほうが高電位)、静電力の関係により、感光ドラム1の表面の残トナーは現像装置4に回収される。残トナーを回収するクリーニング装置が感光ドラム1表面に対向して設けられている場合に比べ、殆ど全て(少なくとも50%以上)の残トナーが現像装置に回収される。そして、回収された残留トナーは、現像装置4内のトナーと混合されて使用される。
<現像ユニットについて>
プロセスカートリッジで述べた現像ユニットに関して、本件の特徴に係る電位関係などについて詳細に説明する。
現像ローラ22は、図4の通り、例えば金属芯金22aにシリコンからなる基層22b、ウレタンからなる表層22cが順次積層され構成を有するローラであり、同図中の矢印の方向R4へ回転駆動するように配置されている。本実施例では、所定の直流電圧を現像ローラ22に印加し(現像ローラ電圧Vdc)、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが感光ドラム1に接触する現像部において、静電潜像を顕像化し、トナー像を形成している。
現像ブレード23は、図4の通り、現像ローラ22に対してカウンター方向を向くようにして当接しており、トナーのコート量の規制及び電荷付与を行っている。本実施例では、トナー層厚規制部材である現像ブレード23として、厚さ50〜120μmの板バネ状のSUS板の支持部材(不図示)を用い、支持部材のバネ弾性を利用して、ブレード部の表面を現像ローラ22に当接させている。ブレード部は、短手方向において、一端にブレード部が形成され、他端が現像枠体24に固定されて、支持された構成とされている。一方、ブレード部は、支持部材の表面に導電性のウレタン樹脂からなる薄膜を被覆して形成したものを用いている。さらに、現像ブレード23に所定直流電圧を印加し(現像ブレード電圧Vb)、現像ローラ22に印加する電圧(現像ローラ電圧Vdc)との電位差(現像ブレードコントラスト)ΔVbを制御することで、トナー帯電量をコントロールしている。ΔVbは、ΔVb=|Vb−Vdc|と定義される。
現像ブレード電圧Vb(トナー層厚規制部材の電圧)及び現像ブレードコントラスト(現像剤層厚規制部材コントラスト)ΔVbに関しては本実施例の特徴に関する部分なので後ほど詳細に述べる。
<タイミングチャートの説明>
本実施例において、コントローラ200は、空気中の水分量閾値Wを予めROM151に記憶している。ここでは、一例として、21.7[g/m]が、空気中の水分量閾値Wとして、ROM151に記憶されている。
また、本実施例において、環境センサ206には、空気中の水蒸気量に応じて電気抵抗が変化する電気抵抗式のセンサを採用している。この電気抵抗式センサはセンサの感湿膜中の水分量が少なくなると抵抗値が大きくなり、水分量が多くなると抵抗値が小さくなる特性を有している。即ちこの抵抗値が空気中の水分量特性を示している。そして、環境センサ206はその抵抗値(検知結果)の変化に応じた電気信号をコントローラ200に出力する。
その後、コントローラ200は、環境センサ206から出力された電気信号から予めROM151に格納されたテーブルを参照し、空気中の水分量D[g/m]を算出する。
コントローラ200は、メモリに格納された閾値Wを読み取り算出した空気中の水分量Dと比較し、現像電源駆動回路203と、一次転写電源駆動回路201の制御を行う。
まず現像電源駆動回路203について述べる。
D<Wの第1状態であった場合、コントローラ200は、現像ブレードコントラストΔVb=200v(Vb=−550v、Vdc=−350v)となるように、現像電源駆動回路203とトナー層厚規制部材電源駆動回路207に信号を送る。そして、画像形成装置100は、コントローラ200の指示に従うバイアス設定で画像形成動作する。このことについては以下も同様である。
一方、検出された水分量が閾値を超える場合、即ち、D≧Wの第2状態であれば、コントローラ200は、現像ブレードコントラストの絶対値をD≦Wの場合より大きくする。具体的にコントローラ200は、現像ブレードコントラストΔVb=300v(Vb=−650v、Vdc=−350v)となるよう、現像電源駆動回路203とトナー層厚規制部材電源駆動回路207に信号を送る。
次に、一次転写電源駆動回路201について述べる。
D<Wの第1状態であった場合、コントローラ200は、一次転写コントラストΔVtr=300v(Vtr=200v、Vl=−100v)となるように一次転写電源駆動回路201と露光制御部204に信号を送る。
一方、検出された水分量が閾値を超える場合、即ち、D≧Wの第2状態であれば、コントローラ200は、一次転写コントラストΔVtrの絶対値をD≦Wの場合より大きく設定する。具体的にコントローラ200は、一次転写コントラストΔVtr=400v(Vtr=300v、Vl=−100v)となるように、一次転写電源駆動回路201と露光制御部204に信号を送る。
ここで、現像ブレード電圧Vbと現像ローラ電圧Vdcの電位差の絶対値を大きくすると、現像ブレード23から現像ローラ22へ静電的な力が大きく働くようになるため、現像ブレード23でのトナーTの規制力が増加する。その結果、トナーTの粒径の大きなものは現像ブレード23で規制されやすくなるため、現像ローラ22通過後のトナーTの粒径は小さくなり、感光ドラム1上へ現像されるトナーTの粒径も小さくなる(図5)。トナーTの粒径が小さいと感光ドラム1とトナーTの付着力(鏡映力)が増加する。鏡映力は粒子径の二乗に反比例するため、トナーTの粒径が小さい場合の中間転写ベルト10へのトナーTの一次転写性は著しく低下する。
そしてこの一次転写性低下に対し、一次転写コントラストΔVtr=|Vtr−Vl|を大きくするために、一次転写電圧Vtrを無条件に大きくすることは好ましくない。例えば感光ドラム1aで中間転写ベルト10に転写されたトナー像が感光ドラム1bを通過時、再転写コントラスト(ΔVrtr=Vtr−Vd)において放電量が増加してしまうからである。その結果、中間転写ベルト10上のトナー像の帯電極性が反転してしまうことで感光ドラム1b上に中間点ベルト10上のトナー像が再度転写する量(再転写量)が増加してしまう。したがって、本実施例のように、現像ブレード電圧Vbと現像ローラ電圧Vdcの電位差が大きくなった場合にのみに、一次転写電源が一次転写コントラストΔVtrを適正に変更することが望ましい。
以上のように、コントローラ200が、空気中の水分量に応じて、現像ブレードコントラストΔVbを大きくし、さらに一次転写電圧を増加させ一次転写コントラストΔVtrを大きくすることが本実施例の特徴である。これにより、トナー帯電量を適正に保ち、さらに現像ブレード23通過後のトナーTの粒径が小さい場合でも適切な転写性にすることができるようになるため、転写残トナーの発生を抑制しカブリを抑えた画像形成装置を提供することができる。
<効果確認>
実施例の効果を確認する目的で、画像形成装置100にHP Color LaserJet Pro M452dw(HP社、商品名)を、記録材PにCS−680(キヤノンマーケティングジャパン、商品名)を用いた。常温常湿環境(23℃/50%)、高温高湿環境(30℃/80%)において、実施例の構成、および比較例の構成のカブリの有無と濃度低下による画像不良の発生有無について検証を行った。なお、画像濃度の低下を定量的に測定するために、分光濃度計X−rite504(X−rite社製)による測定値も合わせて併記している。
実施例1は、空気中の水分量閾値Wを閾値に現像ブレード23と現像ローラ22の電位差ΔVbを−200vから−300vにしつつ、一次転写電圧Vtrと露光後電位Vlの電位差ΔVtrも連動させて300vから400vへ変更する構成である。
比較例は、空気中の水分量閾値Wを閾値に現像ブレード23と現像ローラ22の電位差ΔVbを−200vから−300vへと変更する。しかし、一次転写電圧Vtrと露光後電位Vlの電位差は空気中の水分量閾値Wに関わらずΔVtr=300vのままの構成である。具体的には図6のような制御を行っている。
表1に実施例1及び比較例のカブリの発生有無と画像濃度低下による画像不良(画像濃度測定値)の発生有無をまとめた。表中の○は画像不良の発生のなし、×は画像不良の発生を表している。
Figure 2020140125
実施例1は現像ブレード23と現像ローラ22の電位差ΔVbを常温常湿環境から高温高湿環境へ変更に伴い−200vから−300vへと絶対値を大きくしつつ、一次転写コントラストΔVtrを300vから400vへと連動させて変更している。現像ブレードコントラストΔVbを環境によって変更することで、トナー帯電量を適正に保つことができるようになり、カブリなどの発生を抑制することができる。また、一次転写コントラストΔVtrもΔVbの変化に連動させて変更することでトナーTの粒径の小さなものも適正に一次転写することが可能になる。その結果、画像濃度(X−rite504測定値)は常温常湿環境と高温高湿環境とで大きく変わりがなく、画像濃度を維持する結果となった。
一方、比較例の構成では、現像ブレード23と現像ローラ22の電位差ΔVbを常温常湿環境から高温高湿環境へ変更に伴い−200vから−300vへと絶対値を大きくすることでトナー帯電量を適正に保つことができるようになり、カブリの発生は抑制できる。しかしながら、一次転写コントラストΔVtrが十分ではないため感光ドラム1上へ現像されるトナーTの粒径が小さいものは中間転写ベルト10上に適正に一次転写することができなくなる。その結果、一次転写不良が発生することになる。
以上説明した通り、本実施例では、現像ブレード23に現像ブレード電圧Vbを印加し、かつ現像ブレード電圧Vbと現像ローラ電圧Vdcの電位差(現像ブレードコントラストΔVb)を大きくしてトナーの帯電量を適正に保つことで画像不良を抑制できた。
<その他の構成>
本実施例では、現像ブレード23は支持部材としてSUS板を用いたものの、上記実施例に限らず、例えばリン青銅やアルミニウム等の金属薄板を用いても良い。
また、上記実施例においては支持部材の表面に導電性のウレタン樹脂からなる薄膜を被覆して形成したものを用いているものの、上記実施例に限らず、ポリアミドエラストマーやウレタンゴムからなる導電性樹脂からなる薄膜を被覆して形成したものを用いている。あるいは、導電性の支持部材そのものを現像ブレード23として現像ローラ22に当接させてもよい。
また、図1のタイミングチャートの説明では、コントローラ200は、検出値Dが閾値W未満か否かで、ΔVbやΔVtrのバイアス制御を段階的或いはデジタル的に行っていた。しかしこれに限定されない。例えば図7のように、環境センサ206の検出値に応じて、コントローラ200が、現像ブレードコントラストΔVbの変化に、一次転写コントラストΔVtrを連動させて連続的に変化させても良い。
また、本実施例では、トナーTの正規帯電極性が負であるものを用いたものの、上記実施例に限らず、トナーTの正規帯電極性が正であるものを用いても良い。この場合は、本実施例に記載した電位関係の正負をすべて逆転させればよい。
[実施例2]
第2の実施例における構成について、実施例1と共通する部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。
実施例1は現像ブレード電圧Vbと現像ローラ電圧Vdcの電位差ΔVbが大きくなった場合に、連動させて一次転写電源駆動回路15が一次転写電圧Vtrを大きくすることで一次転写電圧Vtrと露光後電位Vlの電位差ΔVtrを大きくした。一方、実施例2では露光制御部204が露光後電位Vlの絶対値を大きくすることで一次転写電圧Vtrと露光後電位Vlの電位差ΔVtrを大きくすることが特徴である。本実施例の電位関係の特徴及び、実施例2特有の作用効果について以下で詳しく説明する。
<特徴及び作用効果>
本実施例では、実施例1と同様の理由で、現像ブレード電圧Vbと現像ローラ電圧Vdcの電位差ΔVbが大きくなった場合に、コントローラ200は一次転写電圧Vtrと露光後電位Vlの電位差ΔVtrを連動させて大きくしている。なお、本実施例における被帯電電位Vd(感光ドラム1表面上の暗部電位)はVd=−700vとする。また、実施例1と同様に、コントローラ200は、空気中の水分量閾値Wを予めROM151に記憶している。ここでも、一例として、21.7[g/m]が空気中の水分量閾値WとしてROM151に記憶されている。また、環境センサ206は実施例1と同様とする。以下、図8を説明する。
D<Wの第1状態であった場合、コントローラ200は、現像ブレードコントラストΔVb=200v(Vb=−550v、Vdc=−350v)となるように、現像電源駆動回路203とトナー層厚規制部材電源駆動回路207に信号を送る。画像形成装置100は、コントローラ200の指示に従うバイアス設定で画像形成動作する。このことについては以下も同様である。
一方D≧Wの第2状態であれば、ΔVb=300v(Vb=−750v、Vdc=−450v)となるようコントローラ200は、現像電源駆動回路203とトナー層厚規制部材駆動回路207に信号を送る。またこのとき、コントローラ200は、露光制御部204を制御し、Vl=−100から、Vl=−200に変化させている。
次に、一次転写コントラストについて述べる。
D<Wの第1状態であった場合、コントローラ200は、一次転写コントラストΔVtr=300v(Vtr=200v、Vl=−100v)となるように一次転写電源駆動回路201と露光制御部204に信号を送る。ここで、Vlを変化させる方法について詳しく説明する。具体的には、コントローラ200が露光制御部204を空気中の水分量の情報に基づいて制御し、レーザーの露光出力値(光量μJ/cm)を、露光後電位Vlが所望する値(例えば−200V)になるよう変化させる。図8の場合だと露光後電位Vlを−100vから−200vに変化させるため、コントローラ200が露光制御部204にレーザーの光量を弱くする命令(例えば0.3μJ/cmから0.2μJ/cmに光量を変更)を与え露光後電位Vlを低下させる。なお、ここでの露光後電位Vlを低下させるとは、絶対値としては大きくなっている。
また、D≧Wの第2状態であればコントローラ200は、一次転写コントラストΔVtr=400v(Vtr=200v、Vl=−200v)となるように、一次転写電源駆動回路201と露光制御部に204に信号を送る。露光制御部204は、コントローラ200の指示に従い、レーザー光量を変更する。
このとき、露光後電位Vlを変えているので、コントローラ200は、現像ローラに担持されたトナーをドラム上へ十分に現像するために、現像コントラストΔVcont=Vdc−Vlを露光後電位Vlの変化前後で一定に保つようにしている。
以上のようにして実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
次に本実施例特有の作用効果について説明する。
実施例1の項で、一次転写電圧Vtrを無条件に大きくすることは、上流側で中間転写ベルト10上に転写されたトナー像が下流側の感光ドラム1上に再度転写してしまう量(再転写量)が増加するため好ましくないことを説明した。しかしながら、本実施例のように、一次転写電圧Vtrを変えることなく露光後電位Vlのみで一次転写コントラストΔVtrを変える場合は、図8の通り、下流側における放電量(再転写コントラストΔVrtr=Vtr−Vd)は一定に保つことができる。また、本実施例においてはΔVrtr=200v−(−700v)=900vで一定としている。
以上のように、コントローラ200は、空気中の水分量に応じて、現像ブレードコントラストΔVbを大きくし、さらに露光後電位VLを増加させ一次転写コントラストΔVtrを大きくすることが本実施例の特徴である。これにより、トナー帯電量を適正に保ち、さらに現像ブレード23通過後のトナーTの粒径が小さい場合でも適切な転写性にすることができるようになるため、転写残トナーの発生を抑制しカブリを抑えた画像形成装置を提供することができた。
<その他の構成>
実施例2のその他の構成として、一次転写電圧印加手段としての一次転写電源15(高圧電源)からの出力を固定にできるため、一次転写電源15を設けずとも、転写電源として二次転写電源21を一次転写のための転写電源することもできる。すなわち、二次転写電源21を一次転写と二次転写の共通の転写電源にすることができる。具体的には、図9のように、二次転写対向ローラ13と駆動ローラ11、テンションローラを電圧維持素子であるツェナーダイオード15を介して接地させる。また、電圧維持素子は、電流供給部材から電流が供給されることによって所定の電圧を維持している。張架部材(二次転写対向ローラ13と駆動ローラ11)の間の位置には中間転写ベルト10内周面に接触する接触部材である一次転写ローラが配置されている。
このときツェナーダイオードのツェナー電圧の絶対値が一次転写電圧Vtrになるため、このツェナー電圧の絶対値を200vに設定すればよい。このようにすることで、一次転写電源15(高圧電源)を設けずとも、一次転写電圧Vtrを一定にできるようになるため、装置の小型化、低コスト化を実現できる。
なお、本実施例その他の構成において、一次転写電圧Vtrを安定化させるために、電圧安定化素子としてツェナーダイオード15を使用したが、同様の効果を得られる素子であれば、別の電圧安定化素子でも良く、たとえばバリスタなどの素子を用いても良い。
実施例1と同様に本実施例では、現像ブレード23は支持部材としてSUS板を用いたものの、上記実施例に限らず、例えばリン青銅やアルミニウム等の金属薄板を用いても良い。
また、上記実施例においては支持部材の表面に導電性のウレタン樹脂からなる薄膜を被覆して形成したものを用いているものの、上記実施例に限らず、ポリアミドエラストマーやウレタンゴムからなる導電性樹脂からなる薄膜を被覆して形成したものを用いている。あるいは、導電性の支持部材そのものを現像ブレード23として現像ローラ22に当接させてもよい。
また、実施例1で図1のタイミングチャートを図7のタイミングチャートに変更させたように、例えば図10のように、現像ブレードコントラストΔVbの連続的な変化に対して一次転写コントラストΔVtrを連動させて連続的に変えてもよい。
また、実施例1と同様に本実施例では、トナーTの正規帯電極性が負であるものを用いたものの、上記実施例に限らず、トナーTの正規帯電極性が正であるものを用いても良い。この場合は、本実施例に記載した電位関係の正負をすべて逆転させればよい。
また、実施例1及び2の画像形成装置は、画像形成装置100から感光ドラムクリーニング装置を無くし、現像装置4により現像と同時にクリーニング・回収するクリーナーレス方式を採用したものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。クリーニング装置を備えた画像形成装置に本発明を適用した場合でも同様の効果を得ることができる。
実施例1及び2では転写電圧Vtrと露光後電位Vlのどちらか一方の電圧を変更させる場合を例示した。しかし本発明の画像形成装置は、一次転写コントラストΔVtrを空気中の水分量に応じて増加させるため、転写電圧Vtrと露光後電位Vlの両方を変更させる制御を採用してもよい。
実施例1及び2では現像ブレードコントラストΔVbの増加に際して、現像ブレード電圧Vbと現像ローラ電圧Vdcの両方、もしくは現像ブレード電圧Vbのみを変化させていた。しかし、現像ローラ電圧Vdcのみを変更させ現像ブレードコントラストΔVbを増加させる制御を採用してもよい。この場合、現像コントラスト(ΔVcont=Vl−Vdc)=一定のため、Vdcが減少することに連動してVlの値も減少し、一次転写コントラストΔVtr=|Vtr−Vl|により、Vlの減少に応じて一次転写コントラストΔVtrが増加する。
なお、転写手段は各色の感光ドラム1から中間転写ベルト10に各色のトナー像を一次転写した後に、記録材Pに各色のトナー像を二次転写する中間転写方式に限らない。例えば、図11に示されるように、搬送ローラ8によって搬送される被転写体である記録材Pに感光ドラム1から直接転写する直接転写方式であってもよい。
以下に図11に示される直接転写方式による画像形成装置101の説明をする。
感光ドラム61(像担持体)は、図中矢印Rd方向に回転駆動される。帯電ローラ62によって帯電ローラ電圧Vdに帯電した感光ドラム1の表面は、露光装置63によって、画像情報に基づいた画像露光がなされ、静電潜像(静電像)が形成される。ここで感光ドラム61においてスキャナユニット63によってベタ黒画像を印字するための露光された部分の表面電位、露光後電位Vlが形成される。感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像装置64によってトナー像として現像される。現像装置4は、図4と同様に現像ローラ64a(現像剤担持体)や現像電圧を印加する手段(不図示)を有する。そして、この現像ローラ64aに、図示しない現像電源(高圧電源)から現像電圧Vdcが印加されることによって、感光ドラム61上の静電潜像に現像剤が付着されて、トナー像として現像(顕像化)される。本実施例では、一様に帯電された後に露光されることで電位の絶対値が低下した露光部に、感光ドラム61の帯電極性と同極性に帯電したトナーを付着させる反転現像方式で、トナー像が形成される。
一方、被転写体である記録材Pは、記録材カセット66に収納されており、給送ローラ67によって1枚ずつ送り出され、搬送ローラ68によって転写ニップ69に搬送され、記録材Pにトナー像が転写される。
感光ドラム61上に形成されたトナー像は、転写ローラ65に転写電圧Vtrが印加されることで被転写体である記録材Pに転写される。
また現像ローラ部に関して、図4のような現像ブレード(現像剤層厚規制部材)を有している形式であってもよい。
水分量を検知する環境センサ70は空気中の水分量を測定する。測定結果をもとに、
コントローラ300は、実施例1、2と同様に図3に示されるように各駆動回路の制御を行うことで上述した現像電圧Vdc、帯電ローラ電圧Vd、転写電圧Vtr、露光後電位Vlの少なくとも一方を空気中の水分量の状態に応じて変化させる。
100 画像形成装置
101 直接転写方式による画像形成装置
Sa、Sb、Sc、Sd プロセスカートリッジ
1a、1b、1c、1d 感光ドラム(感光体)
2a、2b、2c、2d 帯電ローラ
3a、3b、3c、3d 露光装置
4a、4b、4c、4d 現像装置
10 中間転写ベルト
11 駆動ローラ
12 テンションローラ
13 二次転写対向ローラ
14a、14b、14c、14d 一次転写ローラ
15a、15b、15c、15d 一次転写電源
16 電圧維持素子
19 トナー層厚規制部材電源
20 二次転写ローラ
21 二次転写電源
22 現像ローラ
23 現像ブレード
23a 支持部材
23b ブレード部
24a 現像室
26 供給ローラ
61 感光ドラム
62 帯電ローラ
63 露光装置
64 現像装置
64a 現像ローラ
65 転写ローラ
70 環境センサ
T トナー
P 記録材
La、Lb、Lc、Ld レーザー光
201 一次転写電源駆動回路
202 二次転写電源駆動回路
203 現像電源駆動回路
204 露光制御部
205 帯電電源駆動回路
206 環境センサ
207 トナー層厚規制部材電源駆動回路

Claims (9)

  1. 現像剤を担持する像担持体と、現像剤像を形成するための現像剤を、外周面上に保持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に当接して、現像剤を所定の層厚に規制する現像剤層厚規制部材と、前記像担持体上の前記現像剤像を被転写体に転写する転写手段と、を有する画像形成装置において、
    前記現像剤担持体に電圧Vdcと、前記現像剤層厚規制部材に電圧Vbと、前記転写手段に転写電圧Vtrと、を印加する電圧印加手段と、
    前記像担持体に光を照射する露光手段と、
    空気中の水分量特性を検知する検知手段と、
    前記露光手段の露光による露光後電位Vlを制御する制御手段と、を有しており、
    前記制御手段は、前記検知手段により検知された空気中の水分量が第1状態よりも増加した第2状態である場合に、前記電圧印加手段を制御し、前記電圧Vdcと前記電圧Vbとの電位差ΔVb(=|Vb−Vdc|)が、前記第1状態における前記電位差ΔVbの値より大きくなるように、前記電圧Vbおよび前記電圧Vdcの少なくとも一方を変更し、
    更に、前記制御手段は、前記電圧印加手段或いは前記露光手段を制御し、転写電圧Vtrと露光後電位Vlの少なくとも一方を変更し、電位差ΔVtr(=|Vtr−Vl|)の値が第1状態の電位差ΔVtrの値より大きくさせることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記転写手段は、
    前記像担持体に形成された前記現像剤像が転写される前記被転写体であるところの中間転写体と、
    前記中間転写体の内周面で前記像担持体に対向する側から接触する複数の接触部材と、
    前記中間転写体を張架する複数の張架部材と、
    前記中間転写体に接触し前記中間転写体に電流を供給する電流供給部材と、
    少なくとも一つの前記張架部材と前記接触部材に接続される電圧維持素子と、
    を有し、
    前記電流供給部材から前記中間転写体に流れる電流によって、所定の電位以上を維持し前記複数の接触部材に前記転写電圧Vtrが印加されるよう構成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記制御手段は、空気中の水分量が前記第2状態である場合に、前記電圧Vbの絶対値を前記第1状態のときよりも大きくすることで層厚規制部材コントラストを大きくすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御手段は、空気中の水分量が前記第2状態である場合に、前記電圧Vdcの絶対値を前記第1状態のときよりも小さくすることで層厚規制部材コントラストを大きくすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  5. 前記制御手段は、空気中の水分量が前記第2状態である場合に、前記転写電圧の絶対値を前記第1状態のときよりも大きくすることで転写コントラストを大きくすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  6. 前記制御手段は、空気中の水分量が前記第2状態である場合に、前記露光後電位の絶対値を前記第1状態のときよりも大きくすることで転写コントラストを大きくすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  7. 前記制御手段は、空気中の水分量を検知する環境センサをさらに備え、前記環境センサの検知結果に基づいて、前記電圧Vbと前記電圧Vdcと前記転写電圧Vtrと前記露光後電位Vlの少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  8. 転写後に前記像担持体に残留した現像剤を現像剤担持体で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。
  9. 前記現像剤は一成分現像剤であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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