(57)【要約】【課題】湿度センサを設けることなく、両面画像形成時に表裏共に良好なトナー像の転写が行われる。【解決手段】転写手段は弾性ゴムローラを転写材を介して像担持体に押圧し、バイアス電圧を印加してトナーを転写材上に転写するもので、該転写手段の抵抗値は４Ｎ荷重で電極に押圧し２ｋＶ印加したとき１×１０７〜１×１０８Ωの転写手段で、転写材が前記転写手段に到達する以前に、転写材の含水率を８〜１２％とする含水率調整装置８０を設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上のトナーを転写手段を用いて転写材上に転写し、定着して画像形成を行う画像形成装置において、
前記転写手段は弾性ゴムローラを転写材を介して像担持体に押圧し、バイアス電圧を印加してトナーを転写材上に転写するもので、該転写手段の抵抗値は４Ｎ荷重で電極に押圧し２ｋＶ印加したとき１×１０７〜１×１０８Ωの転写手段で、
転写材が前記転写手段に到達する以前に、転写材の含水率を８〜１２％とする含水率調整装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
該画像形成装置には湿度検知手段を設けないことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
該画像形成装置は、転写材の表面にトナーを転写し定着してから、転写材の裏面にトナーを転写し定着する両面画像形成を可能とす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。
【請求項４】
前記定着を行う定着手段は対向するローラによって加熱と加圧を行って定着を行うもので、上下ローラの表面温度は共に１６０〜２００℃であり、上下ローラで形成されたニップ部を通過するに要する時間は２０〜４０ｍｓ、上下ローラの押圧力は２〜３Ｎ／ｃｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転写方式の画像形成装置に係わり、電子写真感光体、中間転写体等の像担持体の表面に適宜の作像プロセス手段でトナー像を形成担持させ、そのトナー像を転写材上に転写してプリント画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転写手段はバイアス電圧を印加して像担持体上のトナー像を転写材である用紙に転写することを行っている。この際良好な転写が行われるためには一般に用紙の含水率が３〜８％の間に保たれていることが好ましい条件とされている。
【０００３】
用紙の含水率が３％以下となると紙の抵抗率が極端に高くなり、転写時にバイアス電圧によって印加された電荷は用紙の表面方向への流れがなくなり厚さ方向に電荷リークが発生し、電界が用紙を貫通して貫通箇所を囲む微小領域については転写ができない“白プチ”の現象が発生する。
【０００４】
用紙の含水率が３％以上で８％以下の場合には転写時にバイアス電圧によって印加された電荷は用紙の表面方向に流れ一カ所に集中することがなくなって、“白プチ”が発生するという問題は解消する。
【０００５】
用紙の含水率が８％を越えると転写時にバイアス電圧によって印加された電荷は用紙の表面を伝って外部に流出し、トナーは転写されないようになる。
【０００６】
用紙の含水率が３％を下回ると上記の問題が発生するのに加えて、紙に与えた電荷によって剥離放電が生じて画像乱れとなったり、転写紙の搬送経路の一部において静電的に吸着したりして紙搬送に悪影響を与える。
【０００７】
転写材の表面にトナーを転写し定着してから転写材の裏面にトナーを転写し定着を行うようにした画像形成装置では、転写材の表面のトナーを加熱と加圧によって定着する際、転写材に含まれていた水分は奪われて、転写材の含水率は３％以下となることが多く、転写材の裏面のトナー転写時には紙の含水率が極端に低いことに基づく前記の欠陥が生じるようになる。
【０００８】
そこで、用紙の搬送経路であって、転写工程の前には用紙に適当とする水分を付与する方法や、裏面転写時の電流値を微妙に制御して対策しているケースが多い。
【０００９】
特許文献１には、トナー像が転写される前に転写材のほぼ全面に接触して転写材に水分を付与する水分付与部材を設けることが記載されている。画像形成装置には湿度センサが設けられていて、湿度情報を受信し、基準湿度と現在の湿度とを比較し、基準湿度以上であるか以下であるかによって用紙に水分を付与するか付与しないかの決定を行うことが記載されている。
【００１０】
また特許文献２には、転写紙収納トレイから取り出された転写紙を転写紙含水率測定装置によって１枚ずつ含水率の測定を行い、測定された含水率が基準値以上であるときは転写紙加湿装置は作動しない。測定された含水率が基準値以下であるときは転写紙加湿装置は作動し、転写紙の含水率が基準値に保持されることが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２０００−６６５３１号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開平６−３２４５４４号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の転写工程の前段で用紙に水分を付与する場合には、用紙の含水率を検知し、或いは周辺雰囲気を検知してから水分付与を行うことがなされている。このためには湿度センサを設ける必要がある。しかし湿度センサを配置する場所によっては用紙の含水率を正確に把握できないケースがある。湿度センサによって水分付与の条件を変更する場合には制御系も複雑となる。またこのような制御を実施してもあらゆる環境や紙種に対して良好な転写がなされることは殆ど不可能であった。
【００１４】
本発明は、湿度センサ等を設けて用紙に含まれる水分の制御を行うことなしに、特に両面画像形成時で用紙の裏面に転写を行う際も前記の“白プチ”等が発生しないで、用紙の表裏共に良好な転写がなされる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の本発明の目的は、下記の画像形成装置によって達成される。
【００１６】
１．像担持体上のトナーを転写手段を用いて転写材上に転写し、定着して画像形成を行う画像形成装置において、
前記転写手段は弾性ゴムローラを転写材を介して像担持体に押圧し、バイアス電圧を印加してトナーを転写材上に転写するもので、該転写手段の抵抗値は４Ｎ荷重で電極に押圧し２ｋＶ印加したとき１×１０７〜１×１０８Ωの転写手段で、
転写材が前記転写手段に到達する以前に、転写材の含水率を８〜１２％とする含水率調整装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【００１７】
２．該画像形成装置には湿度検知手段を設けないことを特徴とする１に記載の画像形成装置。
【００１８】
３．該画像形成装置は、転写材の表面にトナーを転写し定着してから、転写材の裏面にトナーを転写し定着する両面画像形成を可能とすることを特徴とする１又は２に記載の画像形成装置。
【００１９】
４．前記定着を行う定着手段は対向するローラによって加熱と加圧を行って定着を行うもので、上下ローラの表面温度は共に１６０〜２００℃であり、上下ローラで形成されたニップ部を通過するに要する時間は２０〜４０ｍｓ、上下ローラの押圧力は２〜３Ｎ／ｃｍであることを特徴とする１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（１）実施の形態の説明に先立って本発明の説明を行う。
【００２１】
図４は両面画像形成を行う際の用紙表面について測定された含水率と、その含水率をもった用紙が表面の画像が転写・定着を終えてから続いて行われる裏面画像の転写を行う直前における含水率との関係を示している。含水率は表面に較べ定着を行うことによって裏面では明らかに低下している。上記の関係は定着条件によって若干の相違はあるが、用紙が薄手の場合には厚手と較べて含水率の低下も顕著である。
【００２２】
図示したグラフは定着手段として一般に用いる熱ローラ定着で、上下ローラの表面温度は共に１６０〜２００℃で、上下ローラで形成されたニップ部を通過するに要する時間は２０〜４０ｍｓで、上下ローラの押圧力は２〜３Ｎ／ｃｍに管理されて定着されたときの含水率についてのテスト結果である。上記グラフからも用紙表面を転写する際の含水率が８％のときは転写・定着を終えた用紙裏面の転写前含水率は３．５％以上が確保されることを示している。
【００２３】
本発明では用紙の含水率が８％以上であっても良好な転写がなされる弾性ゴムローラにバイアス電圧を印加するようにした転写手段が用いられる。
【００２４】
弾性ゴム等を用いた転写ローラにバイアス電圧を印加して像担持体上のトナーを用紙に転写する転写方式では、転写ローラの抵抗値設定の最適化を行うことによって、バイアス電圧印加によって生じた転写電界が常に保たれているようになって、電荷が用紙表面から流出してもトナーの転写は可能である。本発明者らのテスト結果によれば、転写ローラの抵抗値が１×１０７Ω未満であると、用紙の微妙な抵抗値のバラツキが原因となって電流ムラとなり画像中に濃度ムラとして顕れる。適切な転写ローラの抵抗値は１×１０７〜１×１０８Ωの間にあり、好ましくは５×１０７〜１×１０８Ωの間にある。転写ローラの抵抗値が１×１０８Ω以上となると、転写電源は定電流方式であるか定電圧方式であるかに関係なく８ｋＶ以上の電圧電源が必要となり大幅なコストアップとなる。また転写電源から転写ローラまでの経路にリークが発生し易くなるため特別なリーク対策が必要となってくる。転写ローラの抵抗値が１×１０７〜１×１０８Ωのローラを用いて転写を行うときは用紙の含水率が８〜１２％の間にあっても良好な転写が行われる。
【００２５】
本発明にあっては、用紙の含水率が８〜１２％の間にあるような水分付与を行う含水率調整装置を、給紙カセットから用紙が１枚宛排出されて転写手段に到達するまでの給紙経路に設置する。
【００２６】
本発明はかかる構成とすることによって、湿度センサ等を設けることなしに良好な両面画像形成が可能となる。
【００２７】
（２）本発明が適用される両面画像形成を可能とした画像形成装置について説明する。
【００２８】
本発明の一実施形態として示すカラー画像形成装置は、複数の像担持体上にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）トナーから成るトナー像をそれぞれ形成し、複数の像担持体上に形成されたトナー像を、中間転写体を介して、或いは直接に転写材上に重ね合わせて形成されるタンデム型のカラー画像形成装置である。
【００２９】
図１の断面図に示すカラー画像形成装置は、像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体上に重ね合わせて転写し、重ね合わせたトナー像を一括して転写するタンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋと、中間転写ユニット７と、給紙搬送手段及び定着装置２４とから成っている。
【００３０】
イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体（感光体ドラム）１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像手段４Ｙ、一次転写手段５Ｙ、クリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体（感光体ドラム）１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像手段４Ｍ、一次転写手段５Ｍ、クリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体（感光体ドラム）１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像手段４Ｃ、一次転写手段５Ｃ、クリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体（感光体ドラム）１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像手段４Ｋ、一次転写手段５Ｋ、クリーニング手段６Ｋを有する。図２は１組の画像形成部１０を取り出して示した断面図である。
【００３１】
各画像形成部１０を構成する感光体ドラム１は、有機半導体層としてフタロシアニン顔料をポリカーボネイトに分散したものを接地された金属製のシリンダ状の基板上に塗布してあり、電荷輸送層を含めた感光体層の膜厚２５μｍであって、ドラム径φ６０ｍｍで矢示方向に２２０ｍｍ／ｓの周速で駆動回転される。
【００３２】
２は回転する感光体ドラム１の周囲を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電手段である。
【００３３】
３はレーザ走査方式をとった像露光手段で、半導体レーザ（ＬＤ）を用い、その出力パワーは３００μＷである。像露光手段３はレーザビームを出射して感光体ドラム１の一様に帯電した表面を走査露光し、静電潜像を形成する。
【００３４】
像露光手段３の下流側で現像装置４の上流には感光体表面の電位を測定する電位センサＳＰが設けられていて、感光体の非画像部の電位は電位センサＳＰの検出電位に基づいてフィードバック制御（本実施例では制御可能範囲は−５００Ｖ〜−９００Ｖ）がなされ、全露光電位は−５０〜０Ｖとなる。
【００３５】
現像装置４は、感光体ドラム１上の静電潜像をトナー像として現像する。接触或いは非接触による現像が、イメージ露光と反転現像との組み合わせで現像が行われる。２成分現像剤が用いられ、現像器内でのトナー濃度は４質量％に維持される。
【００３６】
本実施の形態に係る画像形成装置の現像装置４はトナーとキャリアを含有する２成分現像剤を用いて現像を行う。
【００３７】
トナーとしては、個数平均粒径が３〜８μｍの重合トナーが好ましい。重合トナーを用いることにより、高解像力であり、濃度が安定しかぶりの発生が極めて少ない画像形成装置が可能となる。
【００３８】
重合トナーは次のような製造方法により製造される。
トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状とがバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られる。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られ、重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一なトナーが得られる。
【００３９】
トナーは形状係数の変動係数が１６％以下であり、個数粒度分布における個数変動係数が２７％以下であることが好ましい。
【００４０】
個数平均粒径が３μｍを下回ると、かぶりの発生やトナー飛散が起こりやすくなる。上限８μｍは本実施の形態が目標とする高画質を形成することを可能する粒径の上限である。
【００４１】
５は弾性層を有する回転体形状の接触帯電部材として一次転写ローラを用いた一次転写手段であって、本実施例ではローラ径φ２０ｍｍ、抵抗１×１０６Ωの発泡ゴムローラで、材質にはエピクロルヒドリンを使用し、硬度３０度（アスカーＣ）、感光体へ中間転写体７０を介して０．５Ｎをもって押圧し、感光体ドラム１と中間転写体７０との間で一次転写ニップ部（転写位置）Ｎ１を形成している。
【００４２】
中間転写体７０はシームレスの無端状の転写ベルトであって、半導電樹脂製のベルトで、体積抵抗率が１×１０８Ω・ｃｍのものが用いられる。
【００４３】
感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、一次転写ニップ部Ｎ１において２５μＡの定電流制御がなされ、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順に重ね合わせて中間転写体７０上に一次転写が行われる。
【００４４】
トナー像の中間転写体７０への転写後の感光体ドラム１の表面はクリーニング装置６により転写残トナーの清掃が行われる。本実施例においてはクリーニング手段としてウレタンゴム製のブレードが用いられ、クリーニングブレードはカウンタタイプに感光体ドラム１周面に摺接して清掃を行っている。クリーニング装置６を通過して表面が清掃された感光体ドラム１周面は、帯電前露光（ＰＣＬ）手段２Ａによって照射がなされ、残留電位を低下して次の画像形成サイクルへと移行する。
【００４５】
中間転写体７０上のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの一次転写位置Ｎ１間の間隔は９５ｍｍに保持されていて、中間転写体７０には、外径３１．６ｍｍ（９５ｍｍ／３）の駆動ローラ７２、バックアップローラ７３、テンションローラ７４が内接し、テンション５Ｎで張架して矢示方向に回転する。
【００４６】
一方、転写材Ｐは給紙カセット２０から紙送り出しローラ２１によって１枚宛送り出され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを経て、レジストローラ２３へと搬送される。本実施形態の画像形成装置にあっては、転写材Ｐの給紙路に用紙の含水率を８〜１２％となるように水分付与を行う含水率調整装置８０が設置されていて、転写材Ｐは８〜１２％の含水率をもって二次転写ニップ部Ｎ２へと搬送されることとなる。含水率調整装置８０の構成については後に説明する。
【００４７】
二次転写ローラ５Ａは半導電ローラで、紙背面から中間転写体７０を挟み込むようにしたバックアップローラ７３によって狭持している。接地されたバックアップローラ７３の抵抗値は１×１０６Ωであり、二次転写ローラ５Ａの抵抗値は５×１０７Ωで、転写時には二次転写バイアスとして８０μＡの定電流が印加される。
【００４８】
給紙部より給紙された８〜１２％の含水率をもった転写材Ｐは、レジストローラ２３によって中間転写体７０上に形成されたトナー像と同期して給紙がなされ、二次転写ニップ部（転写位置）Ｎ２においてトナー像の用紙表面への一括転写を受ける。二次転写ニップ部Ｎ２を通過した転写材Ｐは、中間転写体７０の面から分離され、定着装置２４へ搬送される。
【００４９】
定着装置２４は内部にヒータを配置した加熱ローラ２４ａと加圧ローラ２４ｂとより成り、１９０℃±５℃に温度管理され、２．５Ｎ／ｃｍの線圧で押圧されてニップ幅６ｍｍを形成し、トナー像を保持した転写材Ｐは加熱ローラ２４ａと加圧ローラ２４ｂとの間で加熱・加圧がなされて定着し、用紙の表面にトナー像が定着された転写材Ｐは排紙ローラ２５によって機外の排紙トレイ上に排出される。
【００５０】
両面画像形成がなされる場合は、定着装置２４で用紙の表面にトナー像の定着がなされた転写材Ｐは、反転搬送路２６Ａ、２６Ｂを経て用紙の表裏を反転してレジストローラ２３へと搬送され、中間転写体７０上に形成された裏面のトナー像と同期して搬送されて、二次転写ニップ部Ｎ２において二次転写が行われる。表面画像の定着前においては含水率調整装置８０を通過することによって８〜１２％の含水率を有していた転写材Ｐも、定着後は含水率が低下しているが、なお３．５％以上の含水率を有していて、裏面画像の二次転写においても良好な転写が行われ、“白プチ”等の現象が生じることはない。
【００５１】
二次転写ニップ部Ｎ２で裏面画像の転写を終えた転写材Ｐは定着装置２４で用紙裏面のトナー像の定着がなされたのち、排紙ローラ２５によって機外の排紙トレイ２５上に排出される。
【００５２】
（３）図１に示した本発明の含水率調整装置８０は、その装置を通過することによって転写材Ｐの含水率を８〜１２％となるよう水分付与を行う手段であれば、その方式は何であっても差し支えない。このような水分を付与する手段としては、吸水ローラ対に対して転写材を通過させる手段、インクジェットヘッドで水分を転写材に付与する手段、給紙カセット２０内に設けた加湿器で転写材に水分を付与する手段等が存在する。
【００５３】
図３は、吸水ローラ対に対して転写材を通過させて８〜１２％の含水率となるよう水分付与を行う吸水ローラ方式の含水率調整装置８０の断面図を示している。
【００５４】
容器８４内には水Ｗが貯蔵されている。水Ｗとしては純水又はイオン交換水が用いられ、消費された水Ｗに対しては補充が行われて容器８４内の水面は常に一定に保つことがなされている。
【００５５】
８１、８２は同形の吸水ローラで、芯金８１Ａ、８２Ａの外周に発泡ウレタン等の弾性ゴム材を用いて円筒状とした吸水層８１Ｂ、８２Ｂが設けられている。本実施例の吸水ローラ８１、８２では芯金８１Ａ、８２Ａの外径はφ１６ｍｍ、吸水層８１Ｂ、８２Ｂの外径はφ３０ｍｍとしている。吸水層８１Ｂ、８２Ｂのスポンジは、スポンジ体積に対しての水が占め得る体積の比率（空隙率）は３０〜７０％のスポンジで、例えば日東工業製の高抵抗ルピセル等が用いられる。下側の吸水ローラ８１の一部は水Ｗに漬かった位置にあって転写紙Ｐの通過時にはローラ周速２２０ｍｍ／ｓをもって回転している。上側の吸水ローラ８２は圧力Ｐ１をもって吸水ローラ８１にニップ部Ｎ３で押圧し、吸水ローラ８２には吸水ローラ８１を介して水分が供給される。
【００５６】
また回転する吸水ローラ８１のニップ部Ｎ３の上流には、掻き落としローラ８３がＰ２の押圧力をもって吸水ローラ８１に当接してニップ部Ｎ３へと供給される水分の量を制限している。
【００５７】
本実施例ではＰ１＝２Ｎ、Ｐ２＝５Ｎに押圧力を設定することにより、ニップ部Ｎ３でのスポンジ材の変形量Ｖ１と、掻き落としローラ８３によるスポンジ材の変形量Ｖ２との間ではＶ２＞Ｖ１の関係が保持されて、ニップ部Ｎ３を通過する転写材Ｐは８〜１２％の水分が全面にわたって保持された状態となる。
【００５８】
本発明は、かかる含水率調整装置８０を転写材給紙路に設けることによって、両面画像形成時にも、湿度検知手段を設けて制御することなしに良好なトナー画像の転写がなされ、画像形成が行われる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によるときは、湿度センサ等を設けて用紙に含まれる水分を制御することなしに、即ち複雑な制御系によることなしに、両面画像形成時に用紙の表裏へのトナー画像の転写が良好に行われる画像形成装置が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラー画像形成装置の断面図。
【図２】画像形成部の断面図。
【図３】含水率調整装置の断面図。
【図４】表面画像と裏面画像との転写前の含水率を示すグラフ。
【符号の説明】
１（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）　像担持体、感光体ドラム
２（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）　帯電手段
３（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）　露光手段
４（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）　現像手段
５（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）　一次転写手段
５Ａ　二次転写ローラ
１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）　画像形成部
２４　定着装置
７０　中間転写体
８０　含水率調整装置
【図１】
2004144820.tif 000003
【図２】
2004144820.tif 000004
【図３】
2004144820.tif 000005
【図４】
2004144820.tif 000006