(57)【要約】      （修正有）【課題】転高圧レス構成において、飛び散りが起こらない画像形成装置を提供する。【解決手段】トナー像を担持する複数の像担持体と、少なくとも低抵抗層を有する回転可能な無端状の中間転写体と、前記中間転写体を支持する複数の張架部材と、複数の像担持体上のトナー像を中間転写体に転写する複数の像担持体に対応した複数の１次転写部と、中間転写体上のトナー像を一括して記録材上へ転写する２次転写部と、２次転写部から供給された電流が中間転写ベルトの周方向に流れることで、複数の１次転写部で像担持体から中間転写ベルトにトナー像が１次転写される構成を持つ画像形成装置において、トナーの凝集度が40以上80以下という特徴を持つ画像形成装置。【選択図】図７
2017026778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する複数の像担持体2Y、2M、2C、2Bkと、
少なくとも低抵抗層を有する回転可能な無端状の中間転写体7と、
前記中間転写体を支持する複数の張架部材8、9、10と、
前記複数の像担持体上のトナー像を中間転写体に転写する前記複数の像担持体に対応した複数の１次転写部1Y、1M、1C、1Bkと、
前記中間転写体上のトナー像を一括して記録材P上へ転写する２次転写部11と、
前記２次転写部から供給された電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることで、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写される構成を持つ画像形成装置において、
トナーの凝集度が40以上80以下という特徴を持つ画像形成装置。
【請求項２】
トナーのトリボxと凝集度Aの関係が、
0.8x+8.0≦A≦80
で表されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機やレーザープリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式のカラー画像形成装置においては、高速に印刷するために各色の画像形成部を独立して有し、各色の画像形成部から順次中間転写ベルトに画像を転写、更に中間転写ベルトから記録媒体に一括して画像を転写する構成が知られている。
【０００３】
各色の画像形成部はそれぞれの像担持体としての感光ドラムを有している。さらに各画像形成部は、感光ドラムを帯電する帯電部材、感光ドラムにトナー像を現像する現像装置を有している。各画像形成部の帯電部材は、それぞれ感光ドラムに所定の圧接力で接触し、帯電用の電源電圧から印加される帯電電圧によって各感光ドラムの表面を所定の極性、電位に均一に帯電する。
【０００４】
画像形成部の現像装置は、それぞれ感光ドラム上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像(可視化)する。
【０００５】
各画像形成部の感光ドラムに現像されたトナー像は、各感光ドラムに中間転写ベルトを介して対向する1次転写部材である1次転写ローラによって、中間転写ベルトに1次転写される。各1次転写ローラは、それぞれ1次転写用の電圧電源を有している。
【０００６】
中間転写ベルトに1次転写されたトナー像は、2次転写部材によって転写材に2次転写される。2次転写部材である2次転写ローラには、2次転写専用の電圧電源が接続されている。
【０００７】
上記のような中間転写体を有するタンデム方式の画像形成装置には、構成点数の増加による大型化や、コストアップが課題となっていた。特許文献１においては、中間転写ベルトの体積抵抗率を106Ωcm程度として2次転写部の高圧を1次転写部にも利用することにより、高圧電源と1転部のバックアップ部材を取り除き小型化とコストダウンを実現している(1転高圧レス構成)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２５９６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、先行技術は、中間転写ベルトが等電位となることにより1次転写ニップの上流からトナーに電界がかかる系となっている。これにより、トナーがプレ転写し、飛び散りが起こることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る画像形成装置は、
トナー像を担持する複数の像担持体と、
少なくとも低抵抗層を有する回転可能な無端状の中間転写体と、
前記中間転写体を支持する複数の張架部材と、
前記複数の像担持体上のトナー像を中間転写体に転写する前記複数の像担持体に対応した複数の１次転写部と、
前記中間転写ベルト上のトナー像を一括して記録材上へ転写する２次転写部と、
前記２次転写部から供給された電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることで、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写される構成を持つ画像形成装置において、
トナーの凝集度が40以上80以下という特徴を持つ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る画像形成装置によれば、1転高圧レス構成において、1転上流飛び散りを軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における画像形成装置の構成
【図２】1転ローラ有りの画像形成装置における転写コントラストとドラム上転写残濃度の関係
【図３】1転高圧レス系の画像形成装置におけるニップ上流電界と飛び散り指数の関係
【図４】実施例１の画像形成装置における1次転写部の転写コントラストとドラム上転写残濃度の関係
【図５】1次転部ニップ上流電界と飛び散り指数の関係
【図６】トナーの円形度、外添量と凝集度の関係
【図７】実施例１におけるトナーA、B、Cの凝集度
【図８】実施例１におけるトナーA、B、Cの凝集度と飛び散り指数の関係
【図９】1転高圧レス系と１転ローラ有りの系におけるトナーの凝集度と飛び散り指数と中抜けの関係
【図１０】トナーのトリボと飛び散り指数の関係
【図１１】飛び散り指数の目標値を達成するトナーのトリボと凝集度の関係
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照して、この発明の実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、この発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００１４】
(画像形成装置)
まず、本発明における1転高圧レス構成の画像形成装置について説明する。
【００１５】
図1は4ドラム系のカラー画像形成装置の構成図である。画像形成装置は、イエローの画像形成部1Y、マゼンタの画像形成部1M、シアンの画像形成部1C、ブラックの画像形成部1Bkという４つの画像形成部を有している。
【００１６】
各画像形成部1Y、1M、1C、1Bkにはそれぞれ像担持体である感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkが配置されている。感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkは径30mmの有機感光体であり、アルミニウム製の基体上に感光体層を有しており、不図示の駆動装置によって105mm/sのプロセススピードで回転駆動される。
【００１７】
感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkの周囲には、帯電部材である帯電ローラ3Y、3M、3C、3Bk、露光装置4Y、4M、4C、4Bk、現像装置5Y、5M、5C、5Bk、クリーニング装置6Y、6M、6C、6Bkがそれぞれ設置されている。
【００１８】
各画像形成部の対向する位置に、回転可能な無端状の中間転写ベルト7が設置されている。中間転写ベルト7は、2転内ローラ8、テンションローラ9、駆動ローラ10によって張架されている(以上3本のローラを「張架ローラ」と呼ぶ)。駆動ローラ10には不図示のモータが接続されており、中間転写ベルト7を矢印の方向へ回転させる。駆動ローラ10は径30mmであり、その表層には摩擦の高いゴム層が設けられている。また体積抵抗率105Ωcm以下の導電性を有する。テンションローラ9は金属ローラであり、約10kgfの張力を中間転写ベルト7に付与する。2転内ローラ8は径22mm、表層にゴム層を有しており、中間転写ベルト7を介して2転外ローラ11と当接して2次転写部を形成している。
【００１９】
3本の張架ローラは、各々同じ容量100Vのツェナーダイオード12を介して接地されている。
【００２０】
2転外ローラ11としては径が20mm、体積抵抗率が107~108Ωcmの弾性ゴムローラを用いた。2転外ローラ11は中間転写ベルト7を介して2転内ローラ11に対して7kgfの力で押圧され、更に中間転写体7の回転に伴い、従動して回転する。2転外ローラ11には、2次転写用電源14から電圧の印加が可能となっている。
【００２１】
中間転写ベルト7の外側には、中間転写ベルト7の表面に残った転写残トナーを除去して回収するクリーニング装置15が設置されている。また、中間転写ベルト7のプロセス進行方向において、2転外ローラ11と2転内ローラ8とが当接する2次転写部の下流側には、加圧ローラ16aと定着ローラ16bを有する定着装置が設置されている。
【００２２】
(画像形成動作)
次に、画像形成動作について説明する。
【００２３】
コントローラから画像形成動作を開始するための信号が発せられると、カセットから転写媒体が1枚ずつ送り出される。一方、画像形成部1Y、1M、1C、1Bkでは開始信号が発せられると、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkが所定のプロセススピードで回転し始める。各感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkはそれぞれ帯電ローラ3Y、3M、3C、3Bkによって一様に帯電される。本実施例では帯電の極性は負とする。そして、露光装置4Y、4M、4C、4Bkがレーザー光を照射することにより感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bk上に静電潜像を形成する。更に感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bk上に形成された静電潜像に対して、同じく負の極性に現像電圧が印加された現像装置5Y、5M、5C、5Bkにより負に帯電したトナーを付着させ、トナー像として可視化する。
【００２４】
感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bk上のトナー像は、回転している中間転写ベルト7上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で1次転写され、重ね合わせられる。これにより、中間転写ベルト7上にはフルカラーのトナー像が形成される。
【００２５】
本実施例の図1では各色の1次転写部1Y、1M、1C、1Bkにおいて、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkが中間転写ベルト7を介して対向する位置には何も設けられてはいない。しかし、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkと中間転写ベルト7が形成するニップ部をより安定化させるために、感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bkが中間転写ベルト７を介して対向する位置や、中間転写ベルト7の内側の各1次転写部の間にバックアップ部材を設ける実施例も考えられる。
【００２６】
その後、中間転写ベルト7上のフルカラーのトナー像の先端が2次転写部に移動するタイミングに合わせて、不図示のレジストローラにより転写媒体が2次転写部に搬送される。中間転写ベルト7上のフルカラーのトナー像は、2次転写電圧が印加された2転外ローラ11により記録媒体Pに一括転写される。2次転写によりフルカラーのトナー像が形成された記録媒体Pは、定着装置に搬送される。定着装置は、加圧ローラ16aと定着ローラ16bがなす定着ニップ部でトナー像を記録媒体に加熱加圧、その後記録媒体Pは本体外へ排出される。
【００２７】
本実施例の中間転写ベルト7は厚み100μmのPPS樹脂にカーボンを分散させて、体積抵抗率106Ωcm程度になるように電気抵抗を調節したものを基層としている。なお、使用される樹脂はPI、PEEK、PEN等でもよい。さらに本実施例における中間転写ベルト7は多層構造であり、該層の表面に厚さ1~3μm程度の高抵抗アクリルコート層を有している。表層の高抵抗層には、2次転写部での長手方向で通紙域と非通紙域の電流差を少なくすることで、小サイズ紙の2次転写性が良化する効果がある。
【００２８】
基層の体積抵抗率が106Ωcm程度まで低いと、2次転写部の高圧電源からの電流が各1次転写部に流れる。また、3本の張架ローラがツェナーダイオード12を介して接地されているため、中間転転写ベルト7は等電位となる。したがって1次転写部は、ツェナーダイオード12により決定される中間転写ベルト7の電位と、各感光体ドラム2Y、2M、2C、2Bk表面電位との電位差(転写コントラスト)によりトナーの移動が起こり、転写が行われる。なお本実施例においては画像形成装置のコストダウンを図り、各感光体ドラムの表面電位は共通とする。
【００２９】
(転写コントラストの設定)
次に、転写コントラストの設定方法について説明する。
【００３０】
図２は従来の画像形成装置での一般的な転写コントラストとドラム上転写残濃度の関係を示した模式図である。この場合、転写コントラストが大きくなるとドラム上の転写残が小さくなる一方で、上流の画像形成部において既に中間転写ベルト上に転写されているトナーがドラム上に戻ってしまう再転写が増加してくる。したがって転写コントラストは転写、再転写のドラム上の残トナーが最も少なくなる領域に設定することになる。
【００３１】
図３は1転高圧レス構成における、一般的な転写コントラストとドラム上転写残濃度の関係を示した模式図である。1転高圧レス構成は中間転写ベルトが等電位となることにより、1次転写部のニップ上流部から電界がかかる系である。これにより、1次転写部ニップ内やニップ下流では放電が起こりにくい。その結果、上流側の1次転写部で転写された中間転写ベルト上のトナーの電荷(トリボ)が反転することによる再転写が起こりにくくなる。
【００３２】
図４は本実施例における画像形成装置を用いて、NN環境(室温23℃、湿度50%)での各1次転写部におけるドラム上転写残濃度を示した図である。感光体ドラム上のトナーが中間転写ベルトに転写される割合(転写効率)が95%以上となる転写残濃度0.05以下の領域で転写コントラストを設定する場合、各色のトリボ差によって設定可能な転写コントラストのラチチュードは異なる。しかし上記のように1転高圧レス構成においては再転写が抑制されるので、転写コントラストをある程度高めに設定することが可能である。したがって本実施例のように各感光体ドラムの表面電位を共通化する場合には、各色の中で最も高い転写コントラストが必要な色で設定すれば良い。この場合はマゼンタの転写残濃度が0.05以下となる転写コントラスト600Vで設定する。
【００３３】
一方で、1次転写部上流から電界がかかる系であるため、プレ転写による飛び散りが発生する。図５は本実施例における1転高圧レス構成と、従来よく知られている1次転写ローラを有する構成について、1次転写部ニップ上流電界と飛び散り指数の関係を示した図である。この図からも、1転高圧レス構成が、ニップ上流から強い電界がかかる系であり、飛び散りも発生してことが分かる。さらに、前述の通り、転写コントラストは各色の転写ラチチュードの中で最も大きな値で設定するため、電界が必要以上にかかることになる。これにより、プレ転写に拍車がかかり、飛び散りに対してはより一層厳しい条件となる。
【００３４】
(トナー)
次に本実施例における2成分現剤に用いられるトナーについて説明する。具体的には、トナーとしては結着樹脂及び着色剤を少なくとも含有するトナー粒子、外添剤およびシリカ粒子からなる。シリカ粒子は平均粒径50nm以上であり、トナー粒子100質量部に対して0.5質量部以上添加される。使用可能な結着樹脂としては、トナー用結着樹脂として、公知の樹脂が使用可能である。着色剤としては次のものが挙げられる。ブラックトナー用着色剤としては、カーボンブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンのトナー用着色剤を用いて黒色に着色したものが利用される。また、カラートナーとしては公知の顔料および染料を使用することができる。着色剤としては、顔料を単独で使用することもできるが、鮮明度を上げるため染料と顔料を併用するのが望ましい。具体的に着色剤の使用量は、結着樹脂が100質量部に対して、0.1~15質量部である。また、トナーの離型剤を添加することも可能である。
【００３５】
次に、トナーの製造方法について説明する。
【００３６】
まず、混合機によって結着樹脂及び離型剤、さらに顔料や染料などの着色剤、必要に応じてその他の添加材などを十分混合する。次に熱混練機を用いて融解混練し、得られた混練物を冷却する。その後、粉砕手段によって混練物を粗粉砕し、その後、微粉砕・分級を行う。また、粉砕後に球形化処理を行うことも可能である。本実施例に用いられるトナーは、平均粒径が3.0μm以上7.0μm以下の範囲が望ましい。粒径が3.0μm以下であると、トナーの凝集が著しくなり、転写効率や濃度の低下という問題が生じる。一方粒径7.0μm以上になると、ドットまたは細線の再現が不十分となり、高解像・高精細の達成が困難となる。
【００３７】
円形度、外添量(Wt%)を変えながら作成したトナーの凝集度は図６のようになった。円形度や、外添量の調節によりトナーの凝集度は変更することができる。
【００３８】
(飛び散り指数測定方法)
飛び散り指数の測定方法について説明する。
【００３９】
飛び散り指数はPIASのBlur値を用いる。PIASはラインを読み取り、濃度が90%以下10%以上の幅をラインのぼやけ具合として数値化する。本実施例においては、読み取るラインとしてはシアンの10dotラインとしている。
【００４０】
(凝集度測定方法)
トナーの凝集度の測定方法について説明する。
【００４１】
凝集度の測定にはパウダーテスター(ホソカワミクロン社製)を用いた。45μm、75μm、150μmの粗さの目のふるいを下から順に並べ、最上段にトナーをセットし、ふるいを振幅1mmで60秒振動させる。その後A0と投入したトナー量、A1を上段のトナー量、A2を中段のトナー量、A3を下段のトナー量として、下記の数式から凝集度を算出した。
凝集度＝（A1+A2*（3/5）+A3*（1/5））*100/A0
(円形度測定方法)
トナーの円形度の測定方法について説明する。
【００４２】
円形度の測定にはフロー式粒子像測定装置FPIA-3000(シスメックス社製)を用いて、下記の数式から円形度を算出する。
円相当径=(粒子投影面積/π)^(1/2)*2
円形度=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
「粒子投影面積」とは、ニ値化されたトナー粒子像の面積である。「粒子投影像の周囲長」とは、トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さで定義される。円形度はトナー粒子の凸凹度合いを示す指標であり、トナー粒子が球体の場合に１となり、表面形状が複雑になるほど小さくなる。
【００４３】
(トナーの凝集度と飛び散りの関係)
トナーの凝集度と飛び散りの関係について説明する。
【００４４】
ここで図７に示すような、凝集度の異なる３種類のトナー(A、B、C)を用意し、本実施例における画像形成装置を用いて飛び散り指数を調べた。現像剤は磁性キャリアに前記トナーを、現像剤に対するトナーの質量比(TD比)が8~12%の割合で混合し構成される。
【００４５】
図８に凝集度と飛び散り指数の関係を示す。トナーの帯電量(トリボ)はTD比を調節することにより40μC/gに合わせている。このことからトナーの凝集度を上げることにより飛び散り指数が小さくなることが分かる。したがって飛び散りを良化させるためには凝集度は大きい方が有利であることが分かる。
【００４６】
一方で、凝集度の大きいトナーを用いると「中抜け」が起こる懸念がある。中抜けとは、特にプロセス進行方向10dot以下の細線端部において、1次転写時にトナーに圧が加わり凝集することでトナーがドラム上に残り、転写されないという現象である。本実施例においては1転ローラが無いため、1次転写部がローラ有りの画像形成装置に比べて低圧となる。このことにより中抜けは起こりにくい。
【００４７】
図9にNN環境におけるトナーの凝集度と飛び散り、中抜けの関係を示す。中抜けは、Bk単色で、プロセス進行方向の2dotラインを普通紙に印刷した場合に、中抜けが発生した場合は×としている。なお1転ローラ有りの画像形成装置は、本実施例の中間転写ベルトを体積抵抗率109Ωcm程度のPEEK単層とし、各感光体ドラムの中間転写ベルトを挟んだ対向側から1次転写ローラを900gfの荷重で押し付け、前記1次転写ローラの芯金に接続された電源から高圧を印加することで1次転写を行うものである。1次転写ローラはφ16のスポンジゴムローラであり、芯金はφ8である。
【００４８】
図9によれば、1転ローラ有りの画像形成装置に凝集度の最も低いトナー(凝集度20)を用いた場合の飛び散り指数は43である。この値を飛び散りの目標値とする。さらに図9より、1転高圧レス系で飛び散り指数の目標値を達成するためには凝集度は40以上必要であることが分かる。また、1転高圧レスにおいては凝集度80以上のトナーを用いた場合に中抜けが発生している。
【００４９】
以上のことから1転高圧レス系においては凝集度40以上80以下のトナーを用いることで良好な転写を行うことができることが分かる。
【実施例２】
【００５０】
画像形成装置本体は実施例１と同様である。
【００５１】
(トリボと飛び散り指数)
図10はトリボと飛び散り指数の関係を示したものである。この結果によれば凝集度に関わらず、トナーのトリボが上昇することにより飛び散り指数は大きくなっている。したがって、トナーのトリボによって飛び散り指数の目標値を達成する凝集度の値は異なる。
【００５２】
また、図11は飛び散り指数の目標値を達成するトナーの凝集度とトリボの関係を示した図である。トリボx、凝集度yとするとその関係は以下のようになる。
y=0.8x+8
したがって、あるトリボxの場合には凝集度が0.8x+8.2以上ならば飛び散りの目標値は達成可能である。一方で前述の通り、1転高圧レス系においては凝集度80以上のトナーを用いると中抜けが発生する。以上のことから、トリボがxの場合に飛び散りの目標値を達成し、なおかつ中抜けの発生しないトナーの凝集度Aの範囲は以下の通りである。
0.8x+8 ≦  A  ≦  80
なお、トナーは円形度、外添量、キャリア、TD比等の条件が同じでも、用いる顔料や染料によってトリボが異なる場合がある。したがってひとつの画像形成装置において、各色のトリボに合わせて凝集度を変えてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
1Y，1M，1C，1Bk  画像形成部、2Y，2M，2C，2Bk  感光体ドラム、
3Y，3M，3C，3Bk  帯電ローラ、4Y，4M，4C，4Bk  露光装置、
5Y，5M，5C，5Bk  現像装置、6Y，6M，6C，6Bk  クリーニング装置
【図１】
2017026778.tif 000003
【図２】
2017026778.tif 000004
【図３】
2017026778.tif 000005
【図４】
2017026778.tif 000006
【図５】
2017026778.tif 000007
【図６】
2017026778.tif 000008
【図７】
2017026778.tif 000009
【図８】
2017026778.tif 000010
【図９】
2017026778.tif 000011
【図１０】
2017026778.tif 000012
【図１１】
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