JP3717381B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は画像形成装置に関し、とくに、白色トナーを用いて中間調画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、所望の画像濃度の中間調を得るために、白トナーと黒トナーを混合したトナーを用いて、原稿濃度または現像電位に対して全トナーあたりの黒トナーの比率を設定するもの（例えば、特開平２−２８７３７０号公報参照）や、軟調モードと硬調モードを持つ電子写真方式の画像形成装置において、軟調モードが指定された際に、現像スリーブ上に指定量の白トナーが供給され、滑らかなハーフトーンを形成するようにしたもの（例えば、特開平３−４２５９号公報参照）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者では、画像濃度それぞれに対して白トナーの混合比率を変えているが、安定した混合状態になるまで時間がかかり、高速化もしくは高解像度化には不向きである。さらに、白・黒トナーの混合過程は極めてアナログ的であり、定量化された安定画質は望めない。
【０００４】
また、後者においても、軟調モード、硬調モードという大雑把な画質切り替えしかできず、白色トナーの供給も、モードに合わせて現像スリーブに供給するだけなので、細かな階調再現や高画質化には不向きである。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、白色トナーを転写時に分散させることにより、細かな階調印字を可能とする画像形成装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、静電潜像担持体と、静電潜像担持体に光を照射して静電潜像を形成する光書き込み部と、静電潜像担持体に白色および有色トナーを供給してそれぞれ対応する静電潜像をトナー像として現像する現像部と、静電潜像担持体と被転写体との間に気中放電を発生させその気中放電により白色トナー像を被転写体へ分散させて転写する放電転写部と、有色トナー像を前記気中放電が生じないように静電的に被転写体へ転写する静電転写部とを備えた画像形成装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明における静電潜像担持体には、従来公知のもの、例えばドラム状やベルト状の感光体を用いることができる。
また、光書き込み部とは、例えばレーザー光源やＬＥＤ光源からの光ビームを印字データ（２値信号）で変調して出射する手段であり、これには従来公知のものを用いることができる。
【０００７】
この発明における現像部には、有色トナー現像用と白色トナー現像用の現像器がそれぞれ使用されるが、各現像器には従来のものを用いることができる。
また、トナーへの帯電は、現像器内での撹拌による摩擦帯電により行われる。
【０００８】
なお、有色トナーとは白色以外の色を有するトナーを意味し、例えば、シアン，マゼンダ，イエロー，およびブラックなどの色を有するトナーを挙げることができる。
被転写部材は、例えば転写紙，ＯＨＰ用フィルムのように画像が直接形成される記録媒体や、静電潜像担持体と記録媒体との間に介在して静電潜像担持体から一旦転写されたトナー像を前記記録媒体へ再転写する中間転写体などを含む。
【０００９】
被転写部が転写紙であるとき、白色トナーは転写紙上で最上層に転写されることが好ましい。
白色トナーを最上層に転写することにより、有色トナーが隠蔽され、階調性が向上する。
【００１０】
静電潜像担持体が独立した白色印字用および有色印字用静電潜像担持体であってもよい。
放電転写部が、転写ローラと、静電潜像担持体および転写ローラの間に放電用電圧を印加する直流電源から構成できる。
静電転写部と放電転写部は、１つの転写ローラと、静電転写用および放電用電圧をそれぞれ出力する２つの直流電源と２つの直流電源の出力を選択して静電潜像担持体と転写ローラとの間に印加する切換部で構成されてもよい。
【００１１】
白色トナーは、粒径が3μｍ以上有色トナー粒径未満であることが好ましい。
3μｍ以下の粒径では小さすぎて、凝集力が働き、散らすことが困難となる。一方、有色トナー以上の粒径では、白色トナーの存在が目立ち、階調再現性が向上しない。
【００１２】
白色トナーは母材と白色材からなり、母材としてはポリエステル系樹脂又はポリメチルメタクリレート系樹脂を用いることができる。
白色トナー用母材は、白色材の発色を妨げないように、透明性の高い樹脂を選択することが望ましい。
【００１３】
白色トナーは母材と白色材からなり、白色材の含有量が10ｗｔ％〜30ｗｔ％であることが好ましい。
トナーの重量に対して10重量％以上の白色材を加えることによって、白色トナーとして十分に発色し、薄層で白色トナー層の形成が可能であり、下地の有色トナーの隠蔽も十分である。また、30ｗｔ％を越えるとトナーとしての帯電特性および定着特性が低下する。
【００１４】
（実施例）
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
モノクロ画像形成装置
図1は白色トナーと有色トナーとを用いたこの発明のモノクロ画像形成装置の説明図である。図1に示すように、接触型又は放電型の帯電器２ａを用いて、矢印Ｒ方向に回転するドラム状の感光体１ａの表面を一様に帯電し、光書き込み部３ａからの光ビームを用いて感光体１ａ上に静電潜像を書き込み、現像器４ａから感光体１ａに有色トナーを供給して静電潜像に付着させ現像（顕像化）する。ここで得られたトナー画像を非接触チャージャーもしくは接触転写器等の転写手段５ａを用いて、矢印Ａ方向に移動する転写紙Ｐに静電的に転写する。
【００１６】
その後さらに、接触型又は放電型の帯電器２ｂを用いて、矢印Ｒ方向に回転するドラム状の感光体１ｂの表面を一様に帯電し、光書き込み部３ｂからの光ビームを用いて感光体１ｂ上に静電潜像を書き込み、現像器４ｂから感光体１ｂに白色トナーを供給して静電潜像に付着させ現像（顕像化）する。その後、すでに有色トナーの転写された転写紙Ｐ上に白色トナー画像を転写ローラ５ｂを用いて放電転写する。
【００１７】
さらに、定着手段６を通過させることによって、転写トナーを転写紙Ｐ上に定着させる。定着手段６は、非接触定着方式もしくは接触定着方式のどちらを用いてもよい。クリーニング部材７ａ，７ｂは感光体１ａ，１ｂ上に残った未転写トナーを回収する。
【００１８】
カラー画像形成装置
図２は白色トナーと各種有色トナーを用いたこの発明のカラー画像形成装置の説明図である。図２に示すように矢印Ｒ方向に回転するドラム状の感光体１ｃの表面を帯電器２ｃを用いて一様に帯電し、光書き込み部３ｃからの光ビームを用いて感光体１ｃ上に静電潜像を書き込む。
【００１９】
次に、現像器Ｗから感光体１ｃに白色トナーを供給して静電潜像に付着させ白色トナー画像を形成し、ローラ６により支持されて矢印Ｓ方向に移動する帯状の中間転写体（例えば、厚さ７５〜１００μｍのＰＶＤＦ製フィルム）９上に転写ローラ５ｃにより放電転写する。次に、クリーニング部材７ｃにより感光体ドラム１ｃに残った未転写トナーを回収する。このようにしてまず白色トナー画像の中間転写体９への転写工程を終了させる。
【００２０】
同様にして、感光体１ｃ上にシアン，マゼンダ，イエローおよびブラック印字用の静電潜像を光書き込み部３ｃで書き込む工程と、現像器Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｂによりシアン，マゼンダ，イエローおよびブラックのトナーにより現像する工程をくり返して各色トナー画像を転写ローラ５ｃにより順次中間転写体９へ静電的に転写する。
【００２１】
この時点で、中間転写体９上には、最下層に白色トナー層が印字され、その上にシアン，マゼンダ，イエローおよびブラックのトナー層が印字されたカラー画像が形成される。
【００２２】
次に、形成されたカラー画像を矢印Ａ方向に移動する転写紙Ｐ上に転写器５ｄを用いて一度に転写する。そして、定着手段６を通過させることによって、転写紙Ｐ上に転写トナーを定着させる。
なお、ドラム状の感光体１ａ，１ｂ，１ｃには、アルミニウム製パイプの外周面にＯＰＣ、アモルファスシリコン又はセレンの感光層を形成したものが使用される。また、転写ローラ５ｂ，５ｃには金属製シャフトの外周面をＥＰＤＭ又はウレタンゴムのような弾性層で被覆したものが用いられる。
【００２３】
白色トナーによる階調制御
２値画像の場合、有色トナーのみで、例えば図３に示すような隣接する４つの画素を１単位として、それに図４〜図７に示すように印字すれば、それぞれ１／４階調，２／４階調，３／４階調，４／４階調を表わすことができる。
【００２４】
しかしながら、このような有色トナーのみによる２値画像印字の場合図１８の曲線（ａ）に示すように、人の眼が感じる画像濃度は、入力階調データ（０〜１）が１／２階調以上になると、急峻な立ち上がりを示し、滑らかな階調再現ができない。
【００２５】
そこで、この発明では、高濃度となる印字データが送られてきた場合には、２値で印字された有色トナー画像の最上層に図８、図９に示すように白色トナーを分散して印字することによって、入力階調データに対する濃度が図２０の曲線（ｂ）のように滑らかになるように制御する。つまり、図５、図６に対応する曲線（ａ）上の画像濃度Ａ１，Ａ２を、図８、図９に対応する曲線（ｂ）上の画像濃度Ｂ１，Ｂ２まで低下させるようにして階調制御を行う。
その上、この発明の階調制御は図8、図9のように白色トナーを細かく分散させることによって行われるので、粒状感のない滑らかな画像を得ることができる。
【００２６】
白色トナーの印字順序
図１０にこの発明の白色トナーと有色トナーの印字順序を示す。転写紙Ｐの上には有色トナー層Ｔｃを印字したあとに、白色トナー層Ｔｗを印字する。それによって、有色トナー層Ｔｃを確実に白色トナー層Ｔｗで隠蔽でき、再現性のよい多値の階調表現が可能となる。
【００２７】
放電転写
この発明の特徴である白トナーの放電転写について次に説明する。図１１および図１２は、それぞれ図１および図２の要部拡大図である。
図１１に示すように転写ローラ５ｂは直流電源Ｐ１に接続され、感光体１ｂは接地されている。また、図１２に示すように転写ローラ５ｃはスイッチＳを介して直流電源Ｐ１，Ｐ２に接続され、感光体１ｃは接地されている。
【００２８】
図１に示す装置においては、図１１に示すようにニップ部（感光体と被転写部材との接触部）Ｎの直前で感光体１ｂと転写紙Ｐとのギャップｄｇが所定値以下になると気中放電するように電源Ｐ１の出力電圧Ｅ１が設定されている。そして、図１３の状態にある白色トナーＴは、その放電により空間を乱れて移動するため、転写紙Ｐに到着した際には、図１５に示すように飛び散ったトナー画像が形成される。
【００２９】
また、図２に示す装置においては、白トナーを中間転写体９へ転写するときには、図１２においてスイッチＳにより電源Ｐ１に感光体５ｃに接続され、放電電圧Ｅ１が印加されて上述と同様に放電による転写が行われる。そして、有色トナーを中間転写体９へ転写するときには、スイッチＳにより電源Ｐ２が感光体５ｃに接続され、通常の転写電圧Ｅ２が印加される。それによって、有色トナーＴは図１３の状態から乱れることなく図１４に示すように中間転写体９へ静電的に移動する。
【００３０】
ここで、放電転写を行う条件について説明する。
微小ギャップでの気中放電は一般的にパッシェン放電と呼ばれており、微小ギャップの電位差とパッシェン曲線が交わるポイントから放電が開始される。図１１、図１２に示すギャップｄｇ（μｍ）の電位差Ｖｇ（Ｖ）は式（１）で表すことができる。
【００３１】
【式１】

【００３２】
ここで、Ｅ：感光体と転写ローラ間印加電圧、Ｖｏ：感光体帯電電位、Ｖｔ：トナー帯電電位、Ｖｐ：転写ローラ帯電電位、ｄｐ：転写材厚み、ｄｔ：トナー厚み、ｄｏ：感光体厚み、εｐ：転写材比誘電率、εｔ：トナー比誘電率、εｏ：感光体比誘電率である。
【００３３】
また、ギャップｄｇが１気圧の空気中にある場合、パッシェン曲線は、式（２）で表される。
Ｖｇ＝３１２＋６．２ｄｇ ……（２）
従って、式（１）と式（２）の交点が放電開始ギャップｄｇであるがわかる。
【００３４】
図１６と図１７に、印加電圧Ｅ＝２０００ＶとＥ＝１２００Ｖの場合について、式（１）を曲線（ｂ），（ｃ）として、式（２）を直線（ａ）としてグラフ化した図を示す。
【００３５】
図１６、図１７はＶｏ＝５０Ｖ、Ｖｔ＝５０Ｖ、Ｖｐ＝０Ｖ、ｄｐ＝１００μｍ、ｄｔ＝２０μｍ、ｄｏ＝２０μｍ、εｐ＝３、εｔ＝２．５、εｏ＝３として求めた。
【００３６】
図１６のグラフより、印加電圧Ｅが２０００Ｖではギャップｄｇが２２０μｍで放電が始まることがわかる。また、図１７から約１２００Ｖ以下の印加電圧ではギャップｄｇの大きさの如何にかかわらず放電が起きないことがわかる。
【００３７】
図１６に示すようにＥ＝２０００Ｖ、ギャップｄｇ＝２２０μｍの条件で放電が開始されると、ギャップｄｇにおいてマイナスイオンとプラスイオンが発生する。ここで発生したイオンはそれぞれの持つ極性と反対の極性に向かって移動するため、ギャップｄｇの電界が弱まっていく。つまり、式（１）においてＶｐおよびＶｔに電荷が蓄積されることになり、図１６の曲線（ｂ）は、最終的には曲線（ｄ）のようになり、約６０μｍ程度のギャップｄｇで放電が終了する。
つまり、ｄｇが２２０μｍから６０μｍになるまで放電が起き、その間、白色トナーが被転写部材の方に移動する。
【００３８】
従って、図１１と図１２においては、有色トナーを転写する印加電圧Ｅ２は１２００Ｖより低くに設定し、白色トナーを転写する印加電圧Ｅ１は１２００Ｖ以上に設定すればよいことが分かる。
【００３９】
白色トナー母材
トナーのベース材料（母材）としては、スチレンアクリル系とポリエステル系が挙げられる。一般的にポリエステル系は樹脂の透明度が高いため、カラー画像等の色再現性の高い画質を目指す場合に用いられる。一方スチレンアクリル系は、乳白色であるため、透過性が低下するが、黒トナーなどの無彩色トナーに使用される。
【００４０】
白色トナーは、有色トナーの隠蔽を行うことが目的であるため、下地色の透過を妨げ、かつ、有色トナーの色再現に影響を与えないという効果を持つものが良い。つまり、母材としては無色透明が適しており、白色材のみで、隠蔽を行うことが適していると考えられる。よって白色トナーの母材としては、透明性の高い樹脂であるポリエステル系が適している。また、ポリエステルと同様の効果をもつ、ポリメチルメタクリレートも母材として用いることができる。
【００４１】
白色トナー材
白色トナー材の含有率としては１０％以上３０％未満が適している。１０％以下の場合では、母材樹脂の透明度が高いため、下層の有色トナーを隠蔽できない。また、３０％より多くなると、トナーとしての特性が維持できず、帯電むらや、定着不良を起こすため画質や現像特性が大幅に低下する。よって、最適な白色トナーの含有率はトナー重量に対して、１０重量％以上３０重量％以下である。また、白色材としては、白色度の高い酸化チタンを好適に用いることができる。
【００４２】
白色トナーの粒径
一般的に粒径が小径になるほど、凝集力が働くため、転写時の飛び散りが起こりにくくなる。また、転写時に飛び散る白色トナーが、他の有色トナーより大きいと、散った白色トナーが目立ち、粒状感が荒くなる。よって、白色トナーの粒径としては、凝集力が弱まる３μｍ以上で、有色トナーの粒径未満が適している。
【００４３】
【発明の効果】
この発明によれば、白色トナーを放電によって転写することにより、有色トナー画像上に白色トナーが分散して転写されるので、粒状感のない滑らかな中間調画像を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に係る画像形成装置の一例を示す構成説明図である。
【図２】この発明の実施例に係る画像形成装置の他の例を示す構成説明図である。
【図３】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図４】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図５】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図６】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図７】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図８】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図９】この発明の実施例における中間調画像の画素を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施例におけるトナーの転写紙への転写順序を示す説明図である。
【図１１】図１の要部を拡大して示す説明図である。
【図１２】図２の要部を拡大して示す説明図である。
【図１３】この発明の実施例における転写時のトナーの状態を示す説明図である。
【図１４】この発明の実施例における転写時のトナーの状態を示す説明図である。
【図１５】この発明の実施例における転写時のトナーの状態を示す説明図である。
【図１６】放電ギャップと放電電圧との関係を示すグラフである。
【図１７】放電ギャップと放電電圧との関係を示すグラフである。
【図１８】階調入力データと画像濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ 感光体ドラム
１ｂ 感光体ドラム
１ｃ 感光体ドラム
２ａ 帯電器
２ｂ 帯電器
２ｃ 帯電器
３ａ 光ビーム
３ｂ 光ビーム
３ｃ 光ビーム
４ａ 現像器
４ｂ 現像器
５ａ 転写手段
５ｂ 転写ローラ
５ｃ 転写ローラ
５ｄ 転写手段
７ａ クリーニング部材
７ｂ クリーニング部材
７ｃ クリーニング部材
９ 中間転写体
Ｐ 転写紙

Claims (4)

1. 静電潜像担持体と、静電潜像担持体に光を照射して静電潜像を形成する光書き込み部と、静電潜像担持体に白色および有色トナーを供給してそれぞれ対応する静電潜像をトナー像として現像する現像部と、静電潜像担持体と被転写体との間に気中放電を発生させその気中放電により白色トナー像を被転写体へ分散させて転写する放電転写部と、有色トナー像を前記気中放電が生じないように静電的に被転写体へ転写する静電転写部とを備えた画像形成装置。
2. 静電潜像担持体が独立した白色印字用および有色印字用静電潜像担持体からなる請求項１記載の画像形成装置。
3. 放電転写部が、転写ローラと、静電潜像担持体および転写ローラの間に放電用電圧を印加する直流電源からなる請求項１記載の画像形成装置。
4. 静電転写部と放電転写部が、１つの転写ローラと、静電転写用および放電用電圧をそれぞれ出力する２つの直流電源と、２つの直流電源の出力を選択して静電潜像担持体と転写ローラとの間に印加する切換部を備える請求項１記載の画像形成装置。

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