JP2004341421A - カラー画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乾式トナーによって、被転写体上に可視像を形成するためのカラー画像形成装置の小型化と効率的な使用を図ることを目的とする。
【解決手段】カラー画像形成装置において、黒画像は従来の電子写真方式を使用して黒トナーで可視化を行い、カラー画像は微小開口に印加する電圧に応じてトナー粒子を飛翔させる方式でカラートナーを用いて可視化する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙などの被転写体上に可視像を形成するためのカラー画像形成装置に関するものである。
【０００２】
特に、染料や顔料を樹脂中に分散し微粒子にした、いわゆる乾式トナーによって、被転写体上に可視像を形成するためのカラー画像形成装置であって、その小型化と効率的な使用を図る目的を両立することに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、普通紙などの被転写体上に可視像を形成するためのカラー画像形成装置には、インクジェット方式と電子写真方式が一般的に使用されている。
【０００４】
インクジェット方式は、一般的に溶媒の主成分が水の液体インキを使用する。普通紙は、繊維が絡み合って構成されているので、繊維の絡み方により、普通紙はインキの吸収にムラが生じる。したがって、普通紙を使用する場合は、インキのにじみが発生しやすく、画質が劣り易くなる。
【０００５】
また、普通紙はインキの吸収が遅いので、カラーのように４色ものインキを使用すると、普通紙上に液状の大量のインキがのることになる。したがって、普通紙上ではインキが乾燥しない状態が長く続くので、表面に接触するものを置けない。高速化すると、さらにインキが乾燥しにくいので、高速化も難しい。
【０００６】
特殊な紙を使用すれば、インキの吸収を比較的均一にでき、かつ吸収も速くできるので、画質は大幅に向上するが、特殊紙は格段に高価である。
【０００７】
インクジェット方式の他の欠点は、最近改良されてきているが、インキ中の染料が、紫外線や空気中の窒素酸化物などで劣化しやすく早く色が褪せてくるという根本的な欠点である。インクジェット方式の印刷物の長期保存には、ラミネートなど別の対策を講じる必要がある。
【０００８】
電子写真方式は、樹脂が主成分のトナーを熱で被転写体上に定着するために、保存性が良く、高速化も容易であり、画質も優れている。また、長期保存性にも優れている。
【０００９】
しかしながら、電子写真方式はインクジェット方式に比べてプロセスが複雑であり、インクジェットほど小型化するのが難しく、しかも比較的高価である。
【００１０】
これらインクジェット方式と電子写真方式の組み合わせを提案した例として、特開平７−２７６７８２号公報がある。これは、電子写真方式で白黒画像を形成した後、インクジェット方式でカラー画像を形成するハイブリッド方式のものである。
【００１１】
しかしながら、このハイブリッド方式では、普通紙を転写用紙として使用すると、カラー画像においては、インクジェット方式と同じ欠点を有することになる。また、液体のインクが転写用紙にのると、転写用紙は伸びる一方、樹脂が主成分のトナーを加熱定着させると、転写用紙が縮むという全く逆の作用をするので、印字精度が大きく悪化するという構成上の問題点もある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電子写真方式、ひいてはトナーの長所を生かし、かつ使いやすい小型で安価なカラー画像形成装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、白黒画像を電子写真方式で形成し、カラー画像はトナーを電界によって飛翔させて形成した後、被転写体に一括して転写させ、次いで被転写体に一括して定着させるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、黒トナーを用いた電子写真方式の画像形成方法について説明する。
【００１５】
電子写真方式のうち、帯電と露光、現像のプロセスは、従来から使用されているプロセスを使用しているため詳細な説明は省略する。
【００１６】
黒トナーは、従来から非磁性トナーと磁性トナーを用いる方法があるが、定着性を考えると非磁性トナーの方が好ましい。
【００１７】
現像方法としては、磁性トナーでは、いわゆるジャンピング現像の構成が簡単であり、かつ現像器が長寿命と言うメリットがある。
【００１８】
非磁性トナーを使用した現像方法は、磁性のキャリア粒子を使用した２成分磁気ブラシ現像方法や１成分接触現像方法がある。
【００１９】
感光体上に形成されたトナー像は、中間転写体への転写部に至る。ここで、感光体と接触して回動する中間転写体に背後から電圧を印可し、感光体上から中間転写体へトナーを移動させる電界を形成し、中間転写体の表面にトナーが転写される。
【００２０】
転写電界の形成は、中間転写体の背後に設置した導電性ローラにバイアス電圧を印加して達成される。
【００２１】
一方、カラー画像は次のように形成される。
【００２２】
このプロセスのより詳しい説明は、特開２０００−５２５８８号公報や特開平１１−１７９９５１号公報などにある。
【００２３】
使用する色トナーは、非磁性トナーである。トナーに均一に電荷を保持させて、この電荷によって回転するローラ上にトナー粒子の均一な薄層を形成し、微少な開口部の直下に搬送する。
【００２４】
微少な開口部の周囲には、電極（制御電極と呼ぶ）を形成し、画像信号に応じてこの制御電極に電圧を印加する。
【００２５】
トナーを保持しているローラと中間転写体の間には、トナーを中間転写体に引きつける電界を形成する。
【００２６】
トナーが負極性の電荷を保持している場合、制御電極に正極性のバイアス電圧、前述の中間転写体に正極性のバイアス電圧を印加すると、トナーは制御電極のバイアス電圧によって、保持されているローラ上から離れて、微少な開口部を通過し、中間転写体とローラ間の電気力線に沿って、中間転写体上に到達する。
【００２７】
このとき、制御電極と中間転写体との距離は、おおよそ数百μｍに設定する。
【００２８】
トナーが負極性の電荷を保持している場合、制御電極に負極性のバイアス電圧を印加し、前述の中間転写体は正極性のバイアス電圧が印加されていると、ローラ上のトナー粒子はローラと制御電極の作る電界によって、ローラから離れない。
【００２９】
このようにして、制御電極に印加する電圧によって、ローラ上のトナー粒子は中間転写体上に飛翔したり、飛翔しなかったりする。したがって、制御電極に画像信号に応じてバイアス電圧を印加すると画像信号に応じたトナー像が中間転写体上に形成される。
【００３０】
この方式は、カラーの３色で像形成するので、通常の電子写真方式と同様のシアン・マゼンタ・イエローの３色で行うため、３カ所のステーションを使用し、シアン・マゼンタ・イエローの３色のトナーを使用する。
【００３１】
トナーは、電子写真方式に使用するトナーと基本的には変わらない非磁性であり、均一な電荷を持つように、工夫されている。
【００３２】
このようにして、中間転写体上には、黒トナーと色トナーによるカラー画像が形成される。
【００３３】
上記の例では、中間転写体上に先に黒トナーを転写し、ついでカラートナー像を形成した後、一括して転写用紙にトナー像を転写した。しかしながら、中間転写体上に黒トナーがのった状態で、カラートナーステーションに来ると、黒トナーの電荷が適正でないと、前記カラートナーが飛翔してくる開口部の周囲を黒トナーで汚染する場合がある。
【００３４】
このような不具合を生じさせないために、先に中間転写体上にカラートナー像を形成し、次いでこの中間転写体上に黒トナーを転写した後、転写用紙にトナー像を転写する方法が有効である。
【００３５】
この方法では、中間転写体上のカラートナーが黒トナーのステーションを汚染する場合があるが、その逆の場合と比較すると、不具合の発生は少ない。
【００３６】
また、他の方法として、先に中間転写体上にカラートナー像を形成し、次いでこの中間転写体上のカラートナーを転写用紙に転写し、次いで黒トナーは直接感光体から転写用紙に転写する方法である。
【００３７】
この方法でも、カラートナーが黒トナーのステーションに混じる可能性があるが、黒トナーだけを使用して印刷するときは、スループットが早くなると言うメリットがある。
【００３８】
さらなる改良系として、黒トナーと色トナーは、同じような組成であるが、若干帯電電位が異なるので、コロナ帯電器などによって強制的にトナーに電荷を付与する。
【００３９】
この後、中間転写体上のトナーは、紙などの被転写体と接触させて、かつバイアス電圧を印加した転写ローラで背後から押圧することで、黒トナーと色トナーは被転写体上に転写される。次いで、被転写体上の黒トナーと色トナーは、定着器において紙などの被転写体に一括して定着される。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（本発明の第１の実施例）
図１は、本発明を使用した第１の実施例である。
１は、電子写真部で、ブラックトナーを用いて通常の電子写真方式で画像形成を行う。
【００４１】
帯電ローラ６により、感光体１８例えばＯＰＣ（有機感光体）表面を負極性の一定電位に帯電する。次いで、レーザ光７により、感光体を露光する。このレーザ光７は、画像信号に応じて、オンオフし、画像信号に応じた潜像を形成する。
【００４２】
次いで、現像器８で、前記潜像をブラックトナーで現像し可視化する。ここでは感光体１８の帯電極性と同極性のマイナス極性に帯電したトナーで反転現像を行った。そしてこの感光体上のブラックトナーを中間転写ベルト３に転写する。この時、中間転写ベルト３の背後には半導電性の一次転写ローラ９が配置されており、中間転写ベルト３は一次転写ローラ９によって感光体１８に押圧するようになっている。半導電性の一次転写ローラ９には、トナーの帯電極性と逆極性のプラスの電圧が印加され、感光体１８上に形成されたブラックのトナー像は中間転写ベルト３上に圧力と電圧によって転写される。転写工程が終了した後、クリーニング装置１９により感光体１８上にある転写残トナーや紙粉等は除去される。
【００４３】
２は、カラー画像形成部で、制御電極に印加する電界の作用によりトナーを中間転写ベルト３上に飛翔させて、カラー画像形成を行うものである。図１に示す様に、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナーをそれぞれ充填したステーション１０Ｙ、１１Ｍ、１２Ｃを形成し、ステーション１０Ｙ、１１Ｍ、１２Ｃにより中間転写ベルト３上にカラートナーの画像形成を行う。その画像形成方法は後で図２を用いて説明する。
【００４４】
カラー画像を形成する場合は、ブラックのトナー像が中間転写ベルト３上に電子写真部１により形成された後、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナー画像がカラー画像形成部２により、転写ベルト上にブラックのトナー像と重ね合わされた状態で形成される。そして、二次転写部で転写ベルト上のブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの４色のトナー画像は、所定のタイミングで二次転写位置へと搬送される転写用紙Ｐ上に、中間転写ベルト３を支持するバックアップローラと半導電性の二次転写ローラ１７との圧力と電圧によって転写される。半導電性の二次転写ローラ１７には、トナーの帯電極性と逆極性のプラスの電圧が印加される。
【００４５】
白黒画像を形成する場合は、ブラックのトナー像が中間転写ベルト３上に電子写真部１により形成された後、カラー画像形成部２は作動せず、中間転写ベルト３上に一次転写されたブラックのトナー像が転写用紙Ｐに二次転写される。
【００４６】
その転写用紙は図１に示す様に、画像形成部の下部にある給紙カセット４から給紙される。給紙された転写用紙Ｐは搬送ローラ１５及びレジストローラ１６によって、所定のタイミングで中間転写ベルト３の二次転写位置まで搬送される。
【００４７】
その中間転写ベルト３上からトナー像が転写された転写用紙Ｐは、中間転写ベルト３から分離された後、定着器５へと搬送され、この定着器５の加熱ローラと加圧ローラの熱と圧力が転写用紙Ｐに加えられて、転写用紙Ｐにトナー画像が定着される。
【００４８】
２０は中間転写ベルト３のクリーニング装置で、中間転写ベルト３に当接されたクリーニングブレードにより、中間転写ベルト３上の転写残トナーや紙粉等の付着物を除去する。
【００４９】
中間転写ベルトの材質は、ポリカーボネートにカーボンなどの導電性物質を分散させたフィルムを選択しており、抵抗値が１０^５〜１０^１０Ωｃｍになるように調節している。この中間転写ベルト３の厚さは０．１５ｍｍに設定されている。
【００５０】
カラー画像形成部２について、図２を用いて説明する。 図２はカラー画像を形成するステーション１０Ｙ、１１Ｍ、１２Ｃの内の１つを詳細に示したものである。 ステーション１０Ｙ、１１Ｍ、１２Ｃの３つの構成は、充填しているトナーだけが異なり、基本的な構成は同じである。イエロー・マゼンタ・シアン３色のトナーの帯電極性は、ブラックのトナーと同様にマイナス極性である。
【００５１】
図２において、３１は現像ローラ、３７は規制ブレードで、現像ローラ３１上のトナー３２は規制ブレード３７により現像ローラ３１上のトナーを１〜３層に制御されて、帯電される。３８は供給ローラで、矢印の方向に現像ローラ３１の周速の１５０％で回転することにより、現像ローラ３１にトナーを供給すると共に、現像ローラに残った現像済みのトナーを剥ぎ取る。３３はトナー制御基板で、トナー通過孔３５が形成されるとともにその周囲に制御電極３４が配置されている。制御電極３４には制御電源３６から画像信号に対応するパルス形状の電圧が印加される。１３は対向電極で、３０は対向電極の電源である。３は対向電極１３上を移動する中間転写ベルトである。
【００５２】
現像ローラ３１上に担持されたトナーを対向電極１３方向に飛翔させる場合には、制御電極３４に＋３００Ｖの電圧を印加する。一方、現像ローラ３１上のトナーを飛翔させない場合は、制御電極３４に０Ｖの電圧を印加する。
【００５３】
トナー制御基板３３はフレキシブルなポリイミド基板で構成されており、現像ローラ３１の移動方向と直交する方向に多数のトナー通過孔３５が２００ｄｐｉで４列の千鳥構成で配設されている。画素ピッチは１２７μｍである。トナー通過孔は円形をしていて、直径が１００〜２００μｍ程度に設定している。そしてそのフレキシブルなポリイミド基板の上面にはトナー通過孔３５の周囲を取り囲むように制御電極３４が、１０〜２０μｍ厚程度の銅にてパターン形成されている。制御電極３４上には絶縁層３９が形成されていて、制御電極３４と制御電極の電線の間との絶縁性、制御電極３４と現像ローラ３１との絶縁性及び現像ローラ３１と対向電極１３との絶縁性が確保されている。絶縁層は例えば厚さ３０μｍのポリイミド樹脂から構成されている。
【００５４】
トナー制御基板３３は、制御電極３４側が現像ローラ３１と相対するように固定保持され、対向電極１３と平行に設置されている。対向電極１３と現像ローラ３１の外周面との距離は８００μｍに設定され、対向電極１３には、印刷時に＋１５００Ｖの電圧が印加される。一方、現像ローラ３１の外周面とトナー制御基板３３との距離は１００μｍに設定されている。
【００５５】
以上の構成において、カラー画像の形成について説明する。供給ローラ３８及び現像ローラ３１を矢印方向に回転させることにより、規制ブレード３７にて現像ローラ３１上に一様なトナー層を形成して搬送を行う。その状態で、対向電極１３に電圧（＋１５００Ｖ）を印加し、中間転写ベルトを移動させつつ、その移動に同期して制御電極３４に対して駆動ＩＣ等の制御電源３６にて画像信号に対応するパルス形状の電圧（印字時＋３００Ｖ、非印字時０Ｖ）を印加すると、現像ローラ３１上のトナーが画像信号に応じてトナー通過孔３５を通って中間転写ベルト３上に飛翔して付着し、色トナーの画像が形成される。
【００５６】
残り２つのカラー画像のステーションも同様にして、トナー画像の形成が行われて、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナー画像が中間転写ベルト３上に形成される。
【００５７】
（本発明の第２の実施例）
図３は、本発明を使用した第２の実施例である。
【００５８】
本実施例の画像形成装置は、図３に示すように中間転写ベルトを用いたカラー画像形成装置であって、中間転写ベルト３の移動方向上流側に、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナーをそれぞれ充填したカラー画像形成のステーション２を形成している。これらのステーションは制御電極に印加する電界の作用によりトナーを中間転写ベルト３上に飛翔させて、カラー画像形成を行う。
【００５９】
次いで、そのカラー画像形成部２の下流に、ブラックトナーを充填した電子写真部１が設置されていて、通常の電子写真方式で中間転写ベルト上にブラックのトナー画像の形成を行う。
【００６０】
本実施例において、画像形成装置の他の構成は、実施例１の画像形成装置と同様であり、重複する説明なので省略する。
【００６１】
第１の実施例では、中間転写ベルト３上に先に黒トナーを転写し、ついでカラートナー像を形成した後、一括して転写用紙にトナー像を転写した。しかしながら、中間転写体上に黒トナーがのった状態で、カラートナーステーションに来ると、黒トナーの電荷が適正でないと、前記カラートナーが飛翔してくる開口部の周囲を黒トナーで汚染する場合がある。しかし、第二の実施例では、先に中間転写ベルト上にカラートナー像を形成し、次いでこの中間転写ベルト３上に黒トナーを転写した後、転写用紙Ｐにトナー像を転写するため、このような不具合が生じない。
【００６２】
（本発明の第３の実施例）
図４は、本発明を使用した第３の実施例である。
【００６３】
本実施例の画像形成装置は、図４に示すように電界の作用によりカラートナーを中間転写ベルト３上に飛翔させるカラー画像形成部２とブラックトナーを用いた通常の電子写真方式の画像形成部１とを分離して配置している。
【００６４】
中間転写ベルト３上に、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナーを充填したカラー画像形成のステーション２を形成している。このステーションは制御電極に印加する電界の作用によりトナーを中間転写ベルト３上に飛翔させて、カラー画像形成を行う。
【００６５】
カラー画像を形成する場合は、先ず中間転写ベルト３上にイエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナー画像がカラー画像形成部２により、転写ベルト上に重ね合わされた状態で形成される。一方、転写用紙Ｐは所定のタイミングでレジストローラ１６により、図４に示すＢ経路に仕分けられて、二次転写位置へ搬送される。そして二次転写部で転写ベルト３上のイエロー・マゼンタ・シアン３色のトナー画像は、中間転写ベルト３を支持するバックアップローラと半導電性の二次転写ローラ１７との圧力と電圧によって転写用紙Ｐに転写される。半導電性の二次転写ローラ１７には、トナーの帯電極性と逆極性のプラスの電圧が印加される。次いで、イエロー・マゼンタ・シアンの３色のトナー画像が転写された転写用紙Ｐは、ブラックトナーを充填した電子写真部１に搬送されて、感光体１８から直接、ブラックのトナー画像が転写される。
【００６６】
白黒画像を形成する場合は、転写用紙Ｐは所定のタイミングで搬送ローラ１６により、図４に示すＡ経路に仕分けられて、カラー画像形成部２を通らないで、ブラックトナーを用いた電子写真方式の画像形成部１に直接送られる。そして、ブラックのトナー像は、電子写真部１の感光体から直接、転写用紙Ｐに転写される。カラー画像形成部２及び中間転写ベルト３は作動しない。
【００６７】
本実施例において、画像形成装置の他の構成は、実施例１の画像形成装置と同様であり、重複する説明なので省略する。
【００６８】
第１の実施例及び第２の実施例では、１つの中間転写ベルト３上にカラー画像形成部２とブラックトナーを用いた電子写真方式の画像形成部１とがあり、白黒画像だけを印刷するときも一度、中間転写ベルト３上にブラックのトナー像を転写してから、転写用紙Ｐ上に二次転写するため、白黒画像の印刷にも時間がかかった。
【００６９】
しかし、第３の実施例では、白黒画像を印刷するときは、中間転写ベルト３を経由しないで、ブラックのトナー像が電子写真部１の感光体から直接、転写用紙Ｐに転写されるため、第１の実施例及び第２の実施例と比べて、白黒画像の印刷速度を速くすることができる。
【００７０】
【発明の効果】
このように本発明を適用することで、カラー画像形成装置を使いやすい小型で安価なカラー画像形成装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したカラー画像形成装置の第一の実施例である。
【図２】本発明に用いたトナーを電界によって飛翔させて形成する構成例である。
【図３】本発明を適用したカラー画像形成装置の第二の実施例である。
【図４】本発明を適用したカラー画像形成装置の第三の実施例である。
【符号の説明】
１ 電子写真方式の画像形成部
２ カラー画像形成部
３ 中間転写ベルト
４ 給紙カセット
５ 定着器
６ 帯電ローラ
７ レーザ光
８ 現像器
９ 一次転写ローラ
１０Ｙ イエローの画像形成ステーション
１１Ｍ マゼンタの画像形成ステーション
１２Ｃ シアンの画像形成ステーション
１３ 対向電極
１４ テンションローラ
１５ 用紙搬送ローラ
１６ レジストローラ
１７ ２次転写ローラ
１８ 感光体
１９ クリーニング装置
２０ 中間転写ベルト用クリーニング装置
３０ 対向電極用電源
３１ 現像ローラ
３２ トナー
３３ トナー制御基板
３４ 制御電極
３５ トナー通過孔
３６ 制御電源
３７ 規制ブレード
３８ 供給ローラ
３９ 絶縁層
Ｐ 転写用紙

Claims (6)

1. 樹脂中に染料・顔料を分散したトナー粒子により可視化する画像形成装置において、
   黒画像は従来の電子写真方式を使用して黒トナーで可視化を行い、
   カラー画像は微小開口に印加する電圧に応じてトナー粒子を飛翔させる方式でカラートナーを用いて可視化することを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 黒画像は感光体上に帯電・露光した後、黒トナーで現像し、次いで中間転写体に転写する一方、色画像は画像信号に応じて、色トナーを上記中間転写体上に飛翔させて画像を形成し、中間転写体上のトナー像は一括して被転写体上に転写し、その後一括して被転写体上に定着することを特徴とする請求項１のカラー画像形成装置。
3. まず、複数のカラー画像は画像信号に応じて、複数のカラートナーを上記中間転写体上に飛翔させてカラー画像を形成し、次いで黒画像は感光体上に帯電・露光した後、黒トナーで現像した後、前記中間転写体上に転写し、さらにこの中間転写体上のトナー像を一括して被転写体上に転写し、その後一括して被転写体上に定着することを特徴とする請求項１のカラー画像形成装置。
4. 黒画像は感光体上に帯電・露光した後、黒トナーで現像し、次いで被転写体に転写する一方、色画像は画像信号に応じて、色トナーを中間転写体上に飛翔させて画像を形成し、この中間転写体上のトナー像を被転写体上に転写し、その後一括して被転写体上に定着することを特徴とする請求項１のカラー画像形成装置。
5. 色トナーは、少なくてもシアン・マゼンタ・イエローの３色であることを特徴とする請求項２のカラー画像形成装置。
6. 中間転写体上のトナーの電荷を調整するために、中間転写体上に形成されたトナーに、電荷を与える手段を有することを特徴とする請求項２、３、４のカラー画像形成装置。

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