JP4955492B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
フルカラー画像を含む前記のようなカラー画像の画質向上と低コスト化は、近年のフルカラー画像形成機器の需要の伸びでも顕著に表れているが、像担持体としての感光体上に重ね合わせ現像を実現することで、前記画質向上と低コスト化が可能となる。その理由は、単一の感光体に画像を形成するために転写の回数を低減することが可能となるので画質の劣化を抑制できることであり、もう一つの理由は単一の感光体に画像を形成するために感光体の数を減らすことが可能となるので、感光体のコストとさらに感光体の数の減った分による機械本体の容量低減がコスト低減に寄与すると考えられている。
特許第3250851号公報記載の技術は、感光体上に複数色のトナー顕像を形成する時に次色のプロセスでの帯電電位を前色と異ならせて、トナー顕像の形成された表面電位が付着していない感光体の電位以下にするもので、帯電電位形成条件を変更することでトナー混色を防止しようとしたものである。
そして、後述の実施形態および実施例等に記載の実験を多数行い鋭意研究を重ねる中で、2色目以降の画像形成時に適正な現像ポテンシャル(露光後電位−現像バイアス)を確保すべく、多色のトナー像形成時に露光による光透過性を確保しつつ現像を行うために感光体上のトナー層の充填率を比較的低い状態に維持するトナー層低充填率化手段と、転写定着時にトナー層充填率の比較的低い状態で均一な画像を得るための転写定着手段、すなわち重ね合わされた多色のトナー像を所定の圧延率で圧延させる圧延率調整手段との課題解決手段を確立するに至った。
請求項1記載の発明は、少なくとも2色の現像剤を用い、単一の像担持体上に帯電、露光、現像を繰り返し、前記像担持体上に少なくとも2色のトナー像を重ね合わせて多色のトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を担持した前記像担持体に接触して前記トナー像が転写される転写定着部材と、前記転写定着部材に圧接してシート状記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、前記トナー像を担持した前記転写定着部材およびシート状記録媒体を加熱する加熱手段と、前記像担持体上への前記トナー像によるトナー層形成時に、前記露光による光透過性を有するように、かつ、比較的低い所定のトナー層充填率となるように前記トナー層を形成させるトナー層低充填率化手段とを有し、前記転写定着部材への前記トナー像の転写時に、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、前記トナー像を所定の圧延率で圧延することを特徴とする画像形成装置である。
請求項1記載の発明によれば、前記構成により、再帯電時のトナー電位増加の抑制、トナー層に起因する透過光低減の抑制により像担持体(感光体)の電位制御が可能で、かつ、転写定着部材におけるトナー圧延効果で均一画像を形成することが可能となる。
なお、単一の像担持体としては、ドラム状の感光体1に限らず、無端ベルトからなる感光体も用いられる。
上記画像形成ユニットは、具体的には、図中時計回りに回転する感光体1の周りに以下の順に配置された、1色目に対応して感光体1表面を一様に帯電する第1の帯電器2−1、帯電された感光体1表面上に静電潜像を形成する第1のレーザ光3−1、静電潜像を形成された感光体1表面上に1色目成分のトナー像を付着・現像する第1の現像装置4−1と、2色目に対応して感光体1表面を一様に帯電する第2の帯電器2−2、帯電された感光体1表面上に静電潜像を形成する第2のレーザ光3−2、静電潜像を形成された感光体1表面上に2色目成分のトナー像を付着・現像する第2の現像装置4−2とから主に構成されている。
ここで、本実施形態で用いられる第1および第2の帯電器2−1、2−2では、感光体1の表面電位が2色目以降高くなり過ぎる場合は、逆極性の帯電器を併設してもよい。
以下、第1および第2の帯電器2−1、2−2、光走査装置からの第1および第2のレーザ光3−1、3−2、第1および第2の現像装置4−1、4−2は、トナーの色に対応しての機能が異なるだけで、実質的に同様の構成であるため、共通する機能・構成の説明の場合には、符号の「−」(ハイフォン)以降の添え字を省略するとともに、第1、第2の名称を省略して説明することとする。
転写定着ベルト6は、転写バイアスローラ7と加熱ローラ8との間に所定の張力を持って掛け渡されている。
このブラックトナー現像後における感光体1上のトナー付着部上の電位は、付着しているトナーの電荷で上昇するが、混色防止のためには不十分であるので、引き続き第2の帯電器2−2で負極性の帯電を行う。
次に、マゼンタ画像に対応する第2次露光としてレーザ光3−2の照射が行われて、そのレーザ光3−2の照射された感光体1の被画像部位を光減衰させ、これにより、第2の静電潜像が形成される。この第2の静電潜像を負極性のマゼンタトナーを用いた第2の現像装置4−2で、反転現像して感光体1上にブラックトナー像とマゼンタトナー像との2色のトナー像を形成する。
本実施形態では、上記したように感光体1上に顕像化されたトナー像におけるトナー層は、後述するトナー層低充填率化手段による働き・作用によって、トナー付着量が比較的少なく、トナー層として存在してもその後の露光工程で十分に光透過性が得られる状態であり、現像工程を経て感光体1上でトナー層が重ね合わされて多色画像を形成することを一つの特徴としている。
そして、転写工程後の感光体1表面は、クリーニング装置5と対向する位置で、感光体1上に残存する未転写トナーが回収・クリーニングされる(クリーニング工程)。その後、感光体1は図示しない除電部を通過して、感光体1における一連の作像プロセスが終了する。
詳しくは、シートSの転写定着面がニップ部Nに至る前までの間に加熱ローラ8によって長時間加熱されることで、トナー像のトナーTが所定の圧延率で溶融・圧延される(トナー圧延工程)とともに、ニップ部Nにおける加熱ローラ8を介しての直接的な熱も加わることにより、溶融されたトナー像がさらに加熱・溶融され、加えてニップ部Nの圧力によってトナー像がシートSの転写定着面に定着される。
上述したように、本実施形態では、感光体1上へのトナー像によるトナー層形成時に、露光としてのレーザ光3−1、3−2による光透過性を有するように、かつ、比較的低い所定のトナー層充填率となるようにトナー層を形成させるトナー層低充填率化手段と、転写定着ベルト6へのトナー像の転写時に、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させる圧延率調整手段とを有することを特徴としている。
また、CPU71は、ROM72から呼び出した動作プログラムや関係データを参照しつつ、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させるべく、トナー層圧延条件としてのヒータ9の加熱温度を使用してトナー像を所定の圧延率をもって制御を行うべく、ヒータ回路69を制御する第2の制御手段としての制御機能を有する。
DR=E/(IRQ−IRII)
また、本実施例では規制ブレード406と磁気ブラシローラ403の現像スリーブ408の間の最近接部における間隔が500μmに設定され、また規制ブレード406に対向した磁石部材407の磁極N1を、規制ブレード406との対向位置よりも磁気ブラシローラ403の回転方向上流側に数度傾斜して位置している。これにより、ケーシング401内における現像剤13の循環流を容易に形成することができる。
また、トナー供給領域A2における搬送部材402と磁気ブラシローラ403の現像スリーブ408とのギャップは、1.1mmに設定した。
トナー供給領域A2では、磁気ブラシローラ403に担持された現像剤13のうちのトナーTのみが分離されて搬送部材に転移する。磁気ブラシローラ403には、ACバイアスの電圧が印加されている。
搬送基板100は、ベース基板(支持基板)101上に3本の電極(搬送電極)102a、102b、102c(以下、これらを「電極102」とも総称する)を1セットとして、所定の間隔で、トナー移送方向(図5および図6において、トナー進行方向、トナー移動方向ともいい、図5および図6に示す矢印方向とする)に沿ってトナー移送方向と略直交する方向に繰り返し形成配置し、この上に搬送面を形成する絶縁性の搬送面形成部材となり、電極102の表面を覆う保護膜となる、無機または有機の絶縁性材料で形成した表面保護層103を積層したものである。なお、ここでは、表面保護層103が搬送面を形成しているが、表面保護層103上にさらに粉体(トナー)との適合性に優れた表面層を別途成膜することもできる。
要するに、パルス状駆動波形のローレベルの電位を潜像の画像部の電位と非画像部の電位との間の電位に設定することで、非画像部へのトナーの付着を防止し、高品質の現像を行うことができる。
本実施例では、図1に示したように、感光体1上の付着トナーの付着量(以下、単に「付着量」ともいう)に比例的であり、それ故に付着量とみなせるトナーの反射濃度IDを、反射タイプの濃度検出装置である反射濃度センサ65で検出し、図14に示すようにトナー層付着状態、すなわち付着量に応じた反射濃度センサ65の出力電圧が反比例することを利用して、一意的に決まることで付着量の情報・データを得る。反射濃度センサ65は、光源を内蔵した光反射型の光学センサからなり、以下のデータを取得する際には、オムロン株式会社製のEE−SY110(反射型フォトセンサ)を用いた。
ここで、トナー層充填率との関係は、トナー層の高さ、付着量のデータが必要となるのでトナー粒径と形状が決まればトナー層充填率を求めることができる。
図18に示すように、トナー帯電量とトナー層充填率の関係を表したもので、これで制御することが可能である。同図から、トナー粒径によりトナー帯電量とトナー層充填率の関係が変化することが分かる。
ここで、図1に示したように、CPU71は、ROM72から呼び出した動作プログラムや関係データを参照しつつ、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、トナー像を所定の圧延率で圧延させるべく、トナー層圧延条件としてのヒータ9の加熱温度を使用してトナー像を所定の圧延率をもって制御を行うべく、ヒータ回路69を制御することとなる。
第2の方法としては冷却ローラ内はヒートパイプとなっており、端部に放熱面積を増したフィンにより空冷することも有効である。
また、図29に示すように、冷却ローラ24は冷却降下の点から高熱伝導な金属が好ましいため、転写定着ベルト6の表面を除電するバイアスを印加することで、画像の安定化を冷却と同時に図ることができるように構成してもよい。図28および図29において、25は、ベルトを加熱する加熱手段としての熱源を示している。
すなわち、トナー層充填率が50%以下の範囲で、トナー層充填率と圧延率とは、圧延率[倍]>−0.075×トナー層充填率[%]+4.7の関係を満たしている。これにより付着量が少なく、トナー層充填率が十分でなくても図1に示した転写定着手段60によるトナーの圧延効果で均一な画像を得ることができる。横軸のトナー層充填率は、前記のトナー層充填状態の説明で正方充填で約50%を越えてしまうが、50%を越えると感光体再帯電時のトナー層帯電が発生し、光透過性が低下し十分な現像ポテンシャルを確保することができなくなる。さらにトナー層充填率が35%以下の範囲で図21に示す結果が得られている。
また本実施例の他の目的は、潜像担持体上で色重ねができて位置ズレのない高画質のフルカラー画像を得ることができる現像装置および画像形成装置を提供することにある。
転写定着手段60Aは、転写定着ベルト6、ヒータ9を内蔵した加熱ローラ8、加圧ローラ10、加熱装置57、均しローラ58等で構成されている。転写定着ベルト6は、転写バイアスローラ7、複数のローラ部材56C、56B、加熱ローラ8、均しローラ58に回転自在に張架・支持されている。
その後、転写定着ベルト6上に担持されたトナー像のトナーTは、転写定着ベルト6の熱で圧延され、加圧ローラ10とのニップ部Nの位置で、加熱装置57によって加熱されたシートS上に転写と共に加熱溶融・定着される。
2、2−1、2−2 帯電器(トナー像形成手段、帯電装置)
3、3−1、3−2 レーザ光(トナー像形成手段、露光装置)
4、4−1、4−2 現像装置(トナー像形成手段、現像装置)
6 転写定着ベルト(転写定着部材)
7 転写バイアスローラ(転写装置、転写手段)
9 ヒータ(加熱手段)
10 加圧ローラ(加圧部材)
13 現像剤
50、50A トナー像形成手段
60、60A 転写定着手段
65、65−1、65−2 反射濃度センサ(濃度検出手段)
70 制御装置(制御手段)
71 CPU(制御手段)
72 ROM(記憶手段)
N ニップ部
S シート(シート状記録媒体)
T トナー
Claims (7)
- 少なくとも2色の現像剤を用い、単一の像担持体上に帯電、露光、現像を繰り返し、前記像担持体上に少なくとも2色のトナー像を重ね合わせて多色のトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記トナー像を担持した前記像担持体に接触して前記トナー像が転写される転写定着部材と、
前記転写定着部材に圧接してシート状記録媒体が搬送されるニップ部を形成する加圧部材と、
前記トナー像を担持した前記転写定着部材およびシート状記録媒体を加熱する加熱手段と、
前記像担持体上への前記トナー像によるトナー層形成時に、前記露光による光透過性を有するように、かつ、比較的低い所定のトナー層充填率となるように前記トナー層を形成させるトナー層低充填率化手段と、
を有し、
前記転写定着部材への前記トナー像の転写時に、前記トナー層低充填率化手段により設定されたトナー層充填率に応じて、前記トナー像を所定の圧延率で圧延することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
前記トナー層低充填率化手段は、
前記像担持体上の前記トナー層の濃度を検出する濃度検出手段と、該濃度検出手段からの信号に基づいて、帯電電位、前記露光による光量および現像バイアスのうちの少なくとも一つを使用して現像ポテンシャルの制御を行う制御手段とを備えていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2記載の画像形成装置において、
前記トナー層充填率と前記圧延率とは、該トナー層充填率が50%以下の範囲で、
圧延率[倍]>−0.075×トナー層充填率[%]+4.7の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2記載の画像形成装置において、
前記トナー層充填率と前記圧延率とは、該トナー層充填率が35%以下の範囲で、
圧延率[倍]>−0.075×トナー層充填率[%]+4.7の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし4の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像に使用する現像装置が、前記像担持体上に前記トナーを付着させて該像担持体上の潜像を現像するための現像装置であって、前記像担持体に対向して配置され、前記トナーを移動させる進行波電界を発生させるための複数の電極を有する搬送部材を備えていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし4の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像に使用する現像装置が、前記像担持体に対向して配置され、トナー担持体上に絶縁層を介して空間周期的な電極パターンが設けられており、ある電極を起点にした奇数番目の電極の集合体と偶数番目の電極の集合体との間に時間周期的な電位差を形成することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし6の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記現像剤のトナーの体積平均粒径が、5μm以上であることを特徴とする画像形成装置。
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