JP2007057902A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低転写消費電力で転写効率の良い定着装置を搭載する画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】中間転写体上のトナー画像を転写材に転写する２次転写部を備える画像形成装置において、前記２次転写部で転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ電界振動を付与しながら転写バイアスを印加することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真、静電複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に、中間転写体上のトナー画像を転写材に転写する２次転写部を備える画像形成装置に関する。

画像形成機構から転写材へトナーを効率良く転写するために、特開２００３−２９５４８号公報には、画像形成機構と被印刷材料との間の領域で直流電圧を用いることで、トナーを画像形成機構から被印刷材料へ転写する方法において、直流電圧に少なくとも一時的に交流電圧を重畳することを特徴とするトナーを転写する方法が開示されている。
特開２００３−２９５４８号公報

しかしながら、高湿度環境下では、転写材の抵抗は低くなる。画像領域では、高抵抗トナー層があるので高抵抗になるが、非画像領域ではトナー層がなく転写材のみであるので低抵抗となる。このため、従来技術の転写方法では、交流電圧のピーク電圧の時、大電流が転写材に流れるため、転写消費電力が増加するという問題を有する。

本発明は、前記課題を解決する、低転写消費電力で転写効率の良い定着装置を搭載する画像形成装置を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、中間転写体上のトナー画像を転写材に転写する２次転写部を備える画像形成装置において、前記２次転写部で転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ電界振動を付与しながら転写バイアスを印加することを特徴とする。

本第２発明は、本第１発明の画像形成装置において、前記２次転写部において、前記中間転写体を中間転写ベルトとし、転写ヘッドを圧電トランスで形成し、前記転写ヘッドを前記中間ベルトの外側に配置し、前記転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ交流電圧重畳転写バイアスを印加することを特徴とする。

本第３発明は、本第２発明の画像形成装置において、前記圧電トランスを複数千鳥状に配置することを特徴とする。

本第４発明は、本第１発明の画像形成装置において、前記２次転写部において、前記中間転写体を中間転写ベルトとし、転写ヘッドを圧電トランスで形成し、前記転写ヘッドを前記中間転写ベルトの内側に配置し、前記転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ交流電圧重畳転写バイアスを印加し、前記中間転写ベルト及びトナーに同極性の電荷を注入し、前記転写ベルト上のトナーを静電反発により転写することを特徴とする。

本第５発明は、本第４発明の画像形成装置において、前記中間転写ベルトにモリブデン金属粒子を混入することを特徴とする。

本発明の中間転写体上のトナー画像を転写材に転写する２次転写部を備える画像形成装置において、前記２次転写部で画像情報に基づきトナー存在領域にのみ転写ヘッドから電界振動を付与しながら転写バイアスを印加する構成により、転写効率を向上することができ、且つ、非画像領域での転写消費電力を低減することができる。
２次転写部において、前記中間転写体を中間転写ベルトとし、転写ヘッドを圧電トランスで形成し、前記転写ヘッドを前記中間ベルトの外側に配置し、前記転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ交流電圧重畳転写バイアスを印加する構成により、転写効率を向上することができ、転写ヘッドへの供給電圧を低くでき、高湿度環境での非画像領域での転写電流の増加を防止でき、転写消費電力を低減することができる。
圧電トランスを複数千鳥状に配置する構成により、中間転写ベルトの画像領域の全てに交流電圧重畳転写バイアスを印加できる。
２次転写部において、前記中間転写体を中間転写ベルトとし、転写ヘッドを圧電トランスで形成し、前記転写ヘッドを前記中間転写ベルトの内側に配置し、前記転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ交流電圧重畳転写バイアスを印加し、前記中間転写ベルト及びトナーに同極性の電荷を注入し、前記中間転写ベルト上のトナーを静電反発により転写する構成により、中間転写ベルト上のトナーを静電反発により飛翔させることができるので、一層転写効率を向上でき、転写消費電力も低減できる。
中間転写ベルトにモリブデン金属粒子を混入する構成により、中間転写ベルトへの電荷注入効率を高めることができる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明の転写装置を搭載した画像形成装置の概略図である。

図１に示されるように、画像形成装置には、画像形成ユニット３０と、中間転写体ユニット３１とが配備されている。画像形成ユニット３０には、感光体ドラム１１（矢印Ａ方向に回転）の周囲に、感光体ドラム１１をほぼ一様に帯電する帯電器１２と、感光体ドラム１１にレーザービームを照射して静電潜像を書き込むレーザービーム走査部１３と、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のトナーを収容する現像器１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋとが備えられている。

中間転写体ユニット３１には、駆動ロール１７、アイドラロール１８、１９、２０、１次転写ロール４２によって張架された中間転写ベルト１６が備えられており、中間転写ベルト１６は駆動ロール１７によって駆動され、矢印Ｂ方向に回転するようになっている。

画像形成装置本体１の下部には、転写材である用紙２３を収容する給紙カセット２１と
、この給紙カセット２１から用紙２３を一枚ずつ取り出して搬送する給送ロール２２と、
用紙２３を中間転写ベルト１６との対向位置にタイミングを合わせて搬送するレジスト
ロール２８が配置される。

そして、中間転写ベルト１６と転写材２３とが対向する転写位置に、転写材２３の裏面側に転写ヘッド２４が配置されている。

さらに、用紙上に転写されたトナー像を定着する定着器２６と、定着後の用紙を搬出するトレイ２７とが配置されている。

コンピュータから送られたＲＧＢの画像信号は画像信号処理され、ここでＹＭＣＫ（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）の画像信号に変換されると共に、必要に応じて画像信号処理部１０の内部に設けられたメモリに一時記憶される。

感光体ドラム１１は、帯電器１２によって所定の負電位に一様に帯電された後、レーザ
ービーム走査部１３によって静電潜像の形成が行われる。レーザービーム走査部１３は、
画像信号処理部１０から順次出力されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）
、ブラック（Ｂｋ）の各色の画像データに応じたレーザービームを像担持体ドラム１１上
に走査することにより、画像露光を行い、これにより感光体ドラム１１上に静電潜像が
形成される。

感光体ドラム１１上に形成された静電潜像は、現像器１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ
で現像され、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ
）の各色のトナー像が形成される。各色のトナーは負に帯電しており、像担持体ドラム１
１上のレーザービームが照射された領域に付着する。なお、像担持体ドラム１１が１回転
する毎に１色分のトナー像が形成され、４回転で４色分のトナー像が形成される。

感光体ドラム１１が１回転する毎に形成された１色分のトナー像は、その都度、中間転
写体ベルト１６上に転写され、これを４回繰り返すことにより中間転写ベルト１６上に
４色分のトナー画像が重ね合わされる。

次に、転写材２３が給紙カセット２１より搬送され、２次転写部において転写ヘッド２４により、中間転写ベルト１６上のフルカラートナー画像が転写材２３に転写される。最後に高温の定着装置２６を通過し、最終画像を得る。

図２により、本発明の実施例１の２次転写部について説明する。本発明の実施例１の転写ヘッド２４は、中間転写ベルト１６の外側に配置される。転写ヘッド２４は、基体１００に圧電トランス１２０が取り付けられ、基体１００は荷重ＦＨで、中間転写ベルト１６のアイドラロール１９である対向部材に押圧される。矢印Ｃ方向に転写材２３が搬送され、矢印Ｂ方向に回転移動してきた中間転写ベルト１６上のトナー１５０が圧電トランス１２０による局所電界により転写される。

図３は、転写ヘッド２４の下面図である。圧電トランス１２０が画像領域の全てを網羅できるように千鳥配置になっている。

図４は、圧電トランス１２０の詳細図である。圧電トランス１２０は、平板状の圧電素子１２１の半分側表裏を挟むように入力電極上側１２２と基準電極１２３を形成する。平板状の圧電素子１２１の他端に出力電極１２４を形成する。入力側（入力電極上側１２２と基準電極１２３間）に交流電圧を印加すると矢印ＰＡ方向（逆方向）に振動が励起される。それが、矢印ＰＢ方向（逆方向）の振動に変換され、振動に応じた交流高電圧が出力される（出力電極１２４と基準電極１２３間）。転写ヘッド２４は、出力電極１２４を転写材２３側に向けて配置する（矢印ＰＰ方向）。入力電極上側１２２と基準電極１２３を２組設けて、出力電圧／入力電圧の比を高める圧電トランスであってもよい。

転写ヘッド２４に圧電トランス１２０を使用することにより下記の利点がある。
○転写ヘッド２４へ供給する電圧を低くすることができ、複数の圧電トランス１２０用の電源装置と制御回路の低消費電力化が図れる。
○転写材２３が高湿度環境で低抵抗化→転写ヘッド２４からの転写電流の増加→圧電トランス１２０の入力抵抗増大→転写ヘッド２４からの転写電流の増加が瞬時に抑えられる。（高電圧金属電極を転写ヘッドに用いると、転写電流の増加を抑えることが困難、また、電流リミッターを設けると電源回路が複雑になり消費電力が増加する。）
○巻き線タイプのトランスよりもかなり小型化できる。
○巻き線タイプのトランスよりも出力電圧／入力電圧の比を高く取れる。

交流電圧重畳転写の利点は、転写効率が向上することであるが、交流電圧重畳転写の課題は、電圧ピーク時に多量の電流が転写材２３に流入するため、消費電力が増加することである。そのため、本発明の実施例１の２次転写部では、トナーの存在している部分のみに局所的に交流電圧重畳バイアスをかけて、転写効率向上と低消費電力の両立を図る。

図５は、中間転写ベルト１６上に形成されたトナー画像の一部である。トナー画像分割処理を行い、トナー１５０のある個所に対応する圧電トランス１２０にのみ転写バイアスを印加する。ＧＯは中間転写ベルト１６の進行方向である。トナー１５０で描いた画像が１５１、トナー不在の場所が１５２である。進行方向に時間分割、幅方向に圧電トランス１２０対応分割をする。圧電トランス番号は、図３の圧電トランス番号に対応している。

図６は、各圧電トランス１２０に交流電圧重畳転写バイアスを印加させるタイミングチャートである。点線が交流電圧重畳転写バイアスを印加する期間、実線は印加しない期間である。例えば、番号４の圧電トランス１２０は分割時間５（分割時間６）のときに、図５、圧電トランス番号４のところのトナー画像が存在する場所、時間分割番号５（時間分割番号６）が、図２のニップＮＡに来るので、このタイミングで交流電圧重畳転写バイアス印加、転写を行う。以上、説明したようにトナー画像のある場所だけ転写を行うので、印字デューティの少ない画像を転写する時は消費電力の削減が可能になる。

本発明の実施例１の仕様は次のとおりである。
圧電トランス１２０は、東光株式会社製の特注品。
入出力電圧は図７記載の通り。交流パルス周波数は、１９０ｋＨｚ。
幅９．６(ｍｍ)、厚み０．６(ｍｍ)、高さ１１(ｍｍ)を、図３のような千鳥状に５００個並べて配置し、転写ヘッド２４を形成。
転写ヘッド２４への荷重ＦＨは５ｋｇ
中間転写ベルト１６は、ＰＥＴ材質にカーボンブラックを分散した表面抵抗１０¹⁰（Ω／ｃｍ²）、厚み５００um
アイドラロール１９は、φ９シャフトに厚み８（ｍｍ）の導電性ウレタンフォーム（ウレタンフォームにカーボンブラック分散）を形成したもの、アースに接続している。
なお、各々の部材の有効長は３４０（ｍｍ）である。

図８に転写ヘッド２４の制御回路を示す。コンピュータからの画像信号を図５で示したような、圧電トランス番号と時間分割番号で分割処理をする。それを制御回路と各圧電素子に接続された高周波電源群を通じ、図６に示したように個々の圧電トランスに所定タイミングで交流電圧重畳パルス印加を行う。
比較例は転写ヘッド２４の代わりに、φ９シャフトに厚み８（ｍｍ）の導電性ウレタンフォーム（ウレタンフォームにカーボンブラック分散）を形成した転写ローラ２５を使用。
図７の出力交流電圧重畳と同じ転写バイアスを印加した（直流１０００Ｖ、交流ピーク間電圧(４０００Ｖ)、周波数１９０ｋＨｚ）。
また、転写ローラ２５を転写材２３を介してアイドラロール１９に荷重ＦＪ（６ｋｇ）で押圧した。

実施例１（比較例１）は、高周波電源群（高周波電源）に電力を供給するＡＣ１００Ｖ電源に電力計を接続して、電力を測定した。
図１に示した画像形成装置を用い、５％印字デューティの文字画像と全面写真画像の２種類で転写消費電力を測定した。
環境湿度は、１０％と６５％の２水準とった。
画像サイズはＡ４、通紙速度はＡ４横４０ｐｐｍである。
表1に結果を示す。

表1より、本発明により印字デューティの少ない画像を転写する時は消費電力の削減ができた。さらに、高湿度のときはその効果が大きい。

図１５により、本発明の実施例２の２次転写部の説明をする。本発明の実施例２における転写ヘッド２４は、中間転写ベルト１６の内側に配置される。転写ヘッド２４は、基体１００に圧電トランス１２０が取り付けられ、基体１００は荷重ＦＫで、対向部材に押圧される。矢印Ｃ方向に転写材２３が搬送され、矢印Ｂ方向に回転移動してきた中間転写ベルト１６と中間転写ベルト１６上のトナー１５０が圧電トランス１２０による同極性の電荷注入を受け、静電反発力で転写材２３に転写される。

先ず、トナー１５０の形成する電界につて説明する。図１０は、中間転写ベルト１６上に帯電したトナー粒子１５０がある状態である。図中１５１は、トナー鏡像電荷であり、PMは電界観測点である。トナー粒子１５０の電荷とトナー鏡像電荷１５１から成る双極子の作る電界を観測する。Ｒは、双極子と観測点PMの距離である。

図１１に双極子の作る電界と距離の関係を示す。これは、一般の電磁気学の教科書から計算できる。例えば、「電気磁気学／電気学会通信教育会 著／第４版／昭和５６年２月１０日発行／株式会社 オーム社書店」の４８ページに理論式がある。

図１１より、距離が増加すると急激に電界が減少する。それは、トナー粒径が小さいほど著しい。これは、距離が離れるほど、トナー粒子１５０の電荷とトナー鏡像電荷１５１は、プラスマイナス相殺し、中間転写ベルト１６上に帯電したトナー粒子１５０が乗っていないように見えることを示す。すなわち、トナー粒径の１０倍以上厚みのある、中間転写ベルト１６、または、転写材２３を介して、トナー粒子１５０を中間転写ベルト１６から引き剥がすには、かなり、高い転写バイアスが必要である。

図１２は、転写ヘッド２４より中間転写ベルト１６に、矢印ＥＰ方向に電子１５２が電荷注入された模式図である。

図１３は、さらにトナー１５０に矢印ＥＴ方向に電子１５２が電荷注入された模式図である。

図１４は、トナー１５０中の電子１５２と中間転写ベルト１６中の電子１５２が静電反発し、矢印ＦＴ方向に飛翔した模式図である。

トナー１５０中の電子１５２と、中間転写ベルト１６中の電子１５２は非常に距離が小さいために、低電圧低電界でトナー１５０を飛翔転写することができる。よって、転写の消費電力の大幅な削減が可能になる。

本発明の実施例２の２次転写部は、図２と異なる点は、転写ヘッド２４を中間転写ベルト１６の内側に配置することであり、中間転写ベルト１６を介し、転写ヘッド２４と対向するように対向部材２６を配置し、アースに接続する。転写ヘッド２４は、転写材２３を介して対向部材２８に矢印ＦＫ方向に荷重５ｋｇをかけている。さらに、中間転写ベルト１６には、電荷注入効率を高めるためにモリブデン金属粒子が追加添加されている。

図１６は、実施例２の入出力電圧である。トナー１５０と同極性電荷注入を行うため、直流成分はマイナスになっている。交流パルス周波数は１９０ｋＨＺ。
比較例２は実施例１と同一。

実施例２（比較例２）は高周波電源群に電力を供給するＡＣ１００Ｖ電源に電力計を接続して、電力を測定した。
図１に示した画像形成装置を用い、５％印字デューティの文字画像と全面写真画像の２種類で転写消費電力を測定した。
環境湿度は、１０％と６５％の２水準とった。
トナー粒径は６ｕｍと３ｕｍの２水準とった。
なお、比較例２では、トナー粒径が小さくなると転写効率が低下するため、図７で示す交流電圧重畳転写バイアスを３０％増加させて、転写効率をトナー粒径は６ｕｍ並に維持した。
画像サイズはＡ４、通紙速度はＡ４横４０ｐｐｍである。
表2に結果を示す。

発明の実施例２により、さらに、転写消費電力の削減ができた。
その効果は、トナー粒径が小さくなるほど大きい。

本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態を示す図である。

符号の説明

１：画像信号処理部、１１：感光体ドラム、１２：帯電器、１３：レーザービーム走査部、１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋ：現像器、１６：中間転写ベルト、１７：駆動ロール、１８，１９、２０：アイドラロール、２１：給紙カセット、２２：給紙ロール、２３：転写材、２４：転写ヘッド、２６：定着器、２７：トレイ、４２：一次転写ロール、１００：基体、１２０：圧電トランス、１５０：トナー、１５１：トナー鏡像電荷、１５２：電子

Claims (5)

1. 中間転写体上のトナー画像を転写材に転写する２次転写部を備える画像形成装置において、前記２次転写部で画像情報に基づきトナー存在領域にのみ転写ヘッドから電界振動を付与しながら転写バイアスを印加することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記２次転写部において、前記中間転写体を中間転写ベルトとし、転写ヘッドを圧電トランスで形成し、前記転写ヘッドを前記中間ベルトの外側に配置し、前記転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ交流電圧重畳転写バイアスを印加することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記圧電トランスを複数千鳥状に配置することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記２次転写部において、前記中間転写体を中間転写ベルトとし、転写ヘッドを圧電トランスで形成し、前記転写ヘッドを前記中間転写ベルトの内側に配置し、前記転写ヘッドから画像情報に基づきトナー存在領域にのみ交流電圧重畳転写バイアスを印加し、前記中間転写ベルト及びトナーに同極性の電荷を注入し、前記転写ベルト上のトナーを静電反発により転写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. 前記中間転写ベルトにモリブデン金属粒子を混入することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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