JP4301187B2 - カラー画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、及びこれらの機能を併せ持つ電子写真方式を用いたカラー画像形成装置に係わり、特に中間転写体を有していて、該中間転写体上にカラートナー像を重ね合わすようにしたカラー画像形成装置に関する。

中間転写体を用いた電子写真方式のカラー画像形成装置では、感光体である像担持体上に形成したトナー像を中間転写体上に転写し、その中間転写体上のトナー像を転写材（記録紙又は用紙ともいう）上に転写するものが知られている。かかるカラー画像形成装置にあっては、一次転写の回数や環境条件等によって中間転写体上のトナー帯電量が変化するため、広くばらついた帯電量のトナー像を保持した中間転写体から、転写材への二次転写時には様々な画像不良が発生しやすい。

特許文献１，２では、二次転写前に中間転写体上のトナー像を帯電することにより、中間転写体上のトナーの帯電量を均一化して、均一な二次転写を行うことが提案されている。
特開平１０−２７４８９２号公報 特開平１１−１４３２５５号公報

特許文献１，２では、中間転写体上のトナーの帯電量が大きい値に均一化されているので、環境湿度が低い場合や、厚紙等の抵抗値の高い転写材に二次転写を行う場合には、転写材の電位上昇による放電での画像不良が生じ易く、かかる画像不良を防ぐために転写電圧を低く抑えると、トナー層総電荷の大きい部分は転写電界不足となり、濃度むらや画像周りへのトナー飛散が発生してしまう。

これに対し、本発明者らはトナー付着量が多くトナー層電位が高い場合に発生する転写電荷不足による濃度むらや電荷を大きくしたときの放電などを防止するため、２次転写の前に中間転写体上トナー像の除電を行うことを提案し実施している。

しかし、転写材の厚みなどに応じてシステムスピードが複数水準ある場合、中間転写体の速度によって中間転写体上のトナー像の除電効率が変化してしまい、特にトナー付着量が多い画像部に対して除電不足、除電過剰などの問題が生じてしまう。

また、環境によってもトナー層電荷の除電効率が様々に異なるため、それによっても除電後のトナー電荷量が違ってきて、２次転写に対して良好なトナー電荷とすることが難しい。

本発明は、システムスピードや環境の変化があったときも、その変化した条件に対応して、最良の二次転写がなされる二次転写前除電バイアス設定を可能としたカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決し、かつ目的を達成するために、本発明は下記のように構成されている。
（請求項１）
像担持体の周線に画像形成手段を設けて該像担持体上にトナー像を形成する画像形成部を中間転写体に沿って複数組配設し、一次転写手段によって各画像形成部で形成したトナー像を前記中間転写体上に重ね合わすようにして転写し、重ね合わしたトナー像をバイアス電圧を印加した二次転写手段によって転写材上に一括転写する制御部を有したカラー画像形成装置において、
前記中間転写体に沿った前記一次転写手段とその下流側に位置した前記二次転写手段との間にはグリッド機能をもつスコロトロン形式の除電手段を設け、
該除電手段の放電電極にはトナーと逆極性の直流電圧を印加し、グリッドにはトナーと同極性の直流電圧を印加し、
前記除電手段の対向電極に流れる除電電流を検知する検知手段を設け、
検知した除電電流値に応じて前記放電電極に印加する印加電圧の制御を行うことを特徴とするカラー画像形成装置。
（請求項２）
二次転写前除電の調整を行う調整モードを有していて、該調整モードではテスト用トナー画像の除電電流値から、前記放電電極に印加する印加電圧の設定を行うことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
（請求項３）
該カラー画像形成装置のプロセス速度の変更を行う際は、前記調整モードによる二次転写前除電の調整を行うことを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成装置。
（請求項４）
該カラー画像形成装置内には湿度計を有していて、制御部は前回の二次転写前除電調整時の湿度を記憶していて、前記湿度計による検知湿度が所定の湿度差よりも大となったときは、再度二次転写前除電の調整を促すことを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成装置。

本発明では、除電手段の対向電極に流れる除電電流を検知する検知手段を設けている。二次転写前除電によってトナー層電荷が減少した分に比例して対向電極に除電電流が流れるので、この除電電流を検知手段によって検知することでトナー層電荷の除電量を知ることができることから、本発明においては、除電効率の変動を、除電手段対向電極に流れる除電電流を検知し、検知した除電電流の変動に応じて放電電極（ワイヤ）への印加電圧を変更することにより、環境やシステムスピードの変動に対応して良好な除電効率を得ることができ、良好な転写画像が得られることとなる。

以下に本発明を実施の形態を用いて説明するが、本発明は以下に説明する実施の形態に限られない。

図１は、本発明の実施の形態に係るカラー画像形成装置を示す図である。

このカラー画像形成装置は、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２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋと、中間転写ユニットと、給紙搬送装置及び定着装置８を有する。

イエロー色の画像を形成する画像形成部２０Ｙは、像担持体としての感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写手段５Ｙ及びクリーニング手段６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部２０Ｍは、像担持体としての感光体１Ｍの周囲に配置された帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ、一次転写手段５Ｍ及びクリーニング手段６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部２０Ｃは、像担持体としての感光体１Ｃの周囲に配置された帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ、一次転写手段５Ｃ及びクリーニング手段６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部２０Ｋは、像担持体としての感光体１Ｋの周囲に配置された帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写手段５Ｋ及びクリーニング手段６Ｋを有する。

半導電性であり、ベルト状の中間転写体７は、複数のローラにより巻回され、循環移動可能に支持される。

帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ及び現像装置４Ｙからなる像形成手段により、帯電、露光及び現像が感光体１Ｙに対して行われ、感光体上にイエロートナー像が形成される。同様に、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ及び現像装置４Ｍからなる像形成手段により、マゼンタトナー像が感光体１Ｍ上に形成され、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ及び現像装置４Ｃからなる像形成手段により、シアントナー像が感光体１Ｃ上に形成され、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ及び現像装置４Ｋからなる像形成手段により、黒トナー像が感光体１Ｋ上に形成される。これらの単色トナー像は転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより中間転写体７に転写され、重ね合わされて多色トナー像が形成される。

感光体１としては、ＯＰＣ感光体やａＳｉ感光体等の周知のものが用いられるが、ＯＰＣ感光体が好ましく、特に、負帯電性のＯＰＣ感光体が好ましく本実施の形態では、負帯電性のＯＰＣが用いられる。

帯電装置２としては、スコロトロン、コロトロン等のコロナ放電装置が用いられるが、スコロトロン放電装置が好ましく用いられる。

露光装置としては、レーザ、ＬＥＤアレイ等、画像データに従って発光する発光素子が用いられる。

現像装置４としては、キャリアとトナーとを主成分とする二成分現像剤を用いる現像装置又はキャリアの含まず、トナーを主成分とする一成分現像剤を用いる現像装置が用いられるが、小粒径トナーを用いた二成分現像装置が好ましい。また、正規現像で現像を行うもの又は反転現像を行うものを現像装置に用いることができるが、現像スリーブ４ａに感光体１の帯電と同極性の現像バイアスを印加し、感光体の帯電と同極性に帯電されたトナーで現像を行う反転現像が好ましく、本実施の形態では、負帯電トナーを用いた反転現像により現像が行われる。

小粒径トナーとしては、体積平均粒径が３〜６μｍのものが好ましい。

体積平均粒径は、体積基準の平均粒径であって、湿式分散機を備えた「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ」又は「コールターマルチサイザー」（いずれもコールター社製）により測定した値である。

このような小粒径トナーにより高解像力を有する高画質の画像を形成することができる。体積平均粒径が６μｍより大のトナーでは、高画質の特徴が弱まる。

体積平均粒径が３μｍよりも小さいトナーを用いた場合、かぶり等による画質の低下が起きやすくなる。

また、本発明においては、球形トナーが望ましく、その球形化度が０．９４以上、０．９８以下であることが望ましい。

球形化度＝（粒子投影像と同一面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
前記球形化度は、５００個の樹脂粒子について、走査型電子顕微鏡又はレーザ顕微鏡により５００倍に拡大した樹脂粒子の写真を撮影し、画像解析装置「ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＩＭＡＧＥ ＡＮＡＬＹＳＥＲ」（日本電子社製）を使用して写真画像の解析を行って円形度を測定し、その算術平均値を求めることにより算出することができる。また簡便な測定方法としては、「ＦＰＩＡ−１０００」（東亜医用電子株式会社製）により測定することができる。

球形化度が０．９４より小の場合は、現像装置内で強いストレスを受ける結果、粉砕され、カブリやトナー飛散が発生し易くなる。また、球形化度が０．９８よりも大の場合には、クリーニング性能を高く維持することが困難になる場合がある。

前記のような小粒径、且つ、球形化度の高いトナーには重合トナーを用いることが望ましい。

重合トナーは、トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状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トナーを意味する。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るトナーを意味する。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。

具体的には懸濁重合法により作製されるものや、乳化液を加えた水系媒体の液中にて単量体を乳化重合して微粒の重合粒子を製造し、その後に、有機溶媒、凝集剤等を添加して会合する方法で製造することができる。会合の際にトナーの構成に必要な離型剤や着色剤などの分散液と混合して会合させ調製する方法や、単量体中に離型剤や着色剤などのトナー構成成分を分散した上で乳化重合する方法などがあげられる。ここで会合とは樹脂粒子および着色剤粒子が複数個融着することをいう。

５Ａは二次転写手段であり、導電性のゴムローラからなる転写ローラ５ＡＲ及び電源５ＡＥからなり、本実施例では＋５ｋＶのバイアス電圧を印加して、中間転写体７上のトナー像を転写材上への転写を行う。

中間転写体７は、ポリイミド等を材料とする単層又は多層ベルトで、体積抵抗率１０⁷〜１０¹²Ωｃｍのものが用いられ、本実施例においては体積抵抗率１０⁹Ω・ｃｍのものを用いている。

６Ａは中間転写体７をクリーニングする中間転写体クリーニング手段、８は転写材Ｐにトナー像を定着する定着装置である。

一方、転写ローラ５Ａにより転写材Ｐに二次転写後、中間転写体７は、中間転写体クリーニング手段６Ａを通過し、クリーニングされる。

９はスコロトロン帯電器からなる二次転写前除電手段（以下、単に除電手段ともいう）であり、帯電電極９１及びグリッド９２を有する。

本実施形態のカラー画像形成装置では、中間転写体７に沿った一次転写手段５Ｋと二次転写手段５Ａとの間に設けた除電手段９があって、グリッド９２は中間転写体７のベルト面と１ｍｍの間隔をもって対向していて、中間転写体７の背後には電流計１１を介して接地した支持ローラ７１が設けられている。

放電電極９１にはトナーと逆極性の放電がなされる直流のバイアス電圧、グリッド９２及びサイドプレートには中間転写体７上の最大トナー濃度表面電位と、トナーが付着していない部分の中間転写体表面電位との間の電位になるようバイアス電圧が設定され、それらのバイアス電圧は、環境湿度によって変動するよう制御される。

図２に示すのは、バイアス電圧が印加された除電手段９を通過前後での中間転写体７上のトナー層電位の変化を示す模式図である。トナー付着量電位の高いフルカラー部分の電位は低下するが、トナー付着電位の低いハーフトーン部分の電位はそのまま維持されることを示している。かかる制御によりグリッド電位より電位の高い高トナー付着部のトナー電荷が低下して二次転写性能が向上すると共に、グリッド電位より電位の低いトナー低付着部のトナー電荷は低下しないことによって、転写条件の向上した除電処理が行われる。

しかし、環境やシステムスピードによってトナー層電荷を除電できる効率が変化することから、本発明においては、除電効率の変動を、除電手段対向電極である支持ローラ７１に流れる除電電流を電流計１１によって検知し、検知した除電電流の変動に応じて放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧を変更している。

図３には、電流計１１によって検知される対向電極に流れる電流と、除電によるトナー層電位の低下量との関係が比例関係にあることを示している。

本発明者らは、低温低湿の環境（１０℃，ＲＨ２０％）下で、図１に示したカラー画像形成装置を用い、グリッド電位は−５０Ｖに設定し、プロセス速度を３水準に変化させ、放電電極９１（６０μｍタングステンワイヤー使用）への印加電圧を制御して、対向電極に流れる除電電流と、放電電極９１への印加電圧、画像不良の関係をテストしている。

なお、テストに当たっては、裏面をＢＬＵＥとした記録紙（６４ｇ紙）上に重ね合わせたベタ画像を出力し、転写ローラ５Ａへの印加電圧を＋５ｋＶとして転写を行い、色ムラを目視によって確認した。また、同じ画像上にＣｙａｎ１色の細線部分も作成してトナー散りの状態についても確認し評価を行った。同時に除電手段９と二次転写手段５Ａとの間には電位計（図示せず）を設置し、２層ベタ画像の電位もモニターした。なお除電を行わない場合の２層ベタトナー層電位は−１９０Ｖであった。

表１から明らかなことは、プロセス速度の変更に応じて、標準除電条件での対向電極に流れる電流値が変化する。そして、対向電極に流れる電流６．５〜９．０μＡに対し、トナー散り、色ムラの両方が良好となる放電電極（ワイヤ）９１に印加する印加電圧値が異なることが判明した。

即ち、除電電流９．０μＡに対しては放電電極（ワイヤ）９１に印加する印加電圧は４ｋＶを適当とし、除電電流７．５μＡに対しては印加電圧４ｋＶ又は４．５ｋＶを適当とし、除電電流６．５μＡに対しては印加電圧４．５ｋＶ又は５ｋＶのバイアス電圧を印加するのが適当としていることを示している。この実験結果から、対向電極に流れる電流計１１で検知される除電電流値に応じて放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧設定を変えることが、細線部のトナー散りがなく、色ムラのない画像を得るには必要であることが判明した。

なお、上記実験で、細線部トナー散りは、除電過剰の場合にトナー帯電量が小さくなり、中間転写体７とトナーとの間の付着力が小さくなり、二次転写のニップ前にトナーの飛び散りが発生することによって生じる。また２層ベタ部の色ムラは、除電が不足するとトナー帯電量が大きいため、２層ベタ部の総電荷量が大きく充分な二次転写効率が得られないことが原因となっている。

本発明においては、二次転写前除電の調整を行う調整モードを有していて、調整モードでは電流計１１で検知されるテスト用トナー画像の除電電流値から、放電電極（ワイヤ）９１への適正印加電圧テーブル表２を用いて、放電電極（ワイヤ）９１に印加する印加電圧の設定を行っている。

図４は、電気制御系の概要を示すブロック図である。１１０は演算制御処理を行うＣＰＵで、ＲＯＭ１１１，ＲＡＭ１１２、不揮発メモリ１１３が接続されている。ＲＯＭ１１１には、演算基礎データをはじめ、画像形成モードプログラム、二次転写前除電条件調整プログラム等を記憶していて、不揮発性メモリ１１３には、表２で示した除電電流−湿度−ワイヤへの印加電圧の関係を示すテーブルが格納されている。ＣＰＵ１１０はインターフェース１２０を介して外部機器に接続されている。

インターフェース１２０の入力側には、除電電流を検知する電流計１１や、装置内にあって環境湿度を計測する湿度計１２等が入力ボードに接続されている。また、インターフェース１２０の出力側には、画像形成手段のほか、除電手段９のグリッド電源９２Ｅ、放電電極９１の電源９１Ｅと二次転写手段５Ａの電源５ＡＥ等の各々が出力ポートに接続されている。

図１に示したカラー画像形成装置には、操作・表示部が設けられていて、プロセス速度の設定を行い、使用記録紙のサイズやプリント枚数を入力したのち、プリント動作の開始を指示するスタート釦を押釦すると、ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１１から画像形成モードプログラムを呼び出して、メモリに記録された画像データについて設定枚数の画像形成が設定されたプロセス速度で行われる。

本実施形態においては、ウォーミングアップ時や、プロセス速度が変更された時点では、ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１１に記憶された二次転写前除電条件調整プログラムを呼び出して、放電電極（ワイヤ）９１へのバイアス電圧の設定が行われる。

ＣＰＵ１１０は、放電電極（ワイヤ）９１に印加するバイアス電圧を標準除電条件の＋４．５ｋＶに設定し、不揮発メモリ１１３に記録されたテスト用画像パターンを呼び出して画像形成を行い、中間転写体７上にテストプリントのトナー像を形成する。テスト用画像パターンとしては、２色のベタ画像が重ね合わされた高濃度パターンを用いている。

このプロセスと前後して、ＣＰＵ１１０は湿度計１２による環境湿度を読み込み、検知した湿度値をＲＡＭ１１２に記録すると共に、表２で示したテーブルの低湿（〜３０％）、中湿（３０％〜６０％）、高湿（６０％〜）の何れのテーブルを使用するかの判定を行っている。

ＣＰＵ１１０は、このテスト用画像パターンが除電手段９を通過時の電流計１１が計測した除電電流値を用い、表２に示したテーブルの先に選択した湿度条件でのテーブルを呼び出し、検知した除電電流値から、ワイヤ印加電圧値を決定し、放電電極（ワイヤ）９１へのバイアス電圧値として設定する。

上記の二次転写前調整プログラムを実行することによって、その後のプリント動作において色ムラやトナー散りのない良好な転写画像が得られることとなる。

かかる二次転写前調整プログラムを実行後も、ＣＰＵ１１０は適時湿度計１２による検知湿度を読み取り、読み取った湿度値が先にＲＡＭ１１２に記録された湿度値と、予め設定された湿度差（本実施例においては３０％）以上であるか否かのチェックを行っていて、設定された温度差以上のときはＣＰＵ１１０は操作・表示部に二次転写前調整を行うことが必要である旨の表示を行う。

ユーザが表示に従って二次転写前調整を行うことによって、環境湿度の変動に関係なく、すべてのプリント動作において色ムラやトナー散りのない良好な転写画像が得られることとなる。

カラー画像形成装置の構成図。 除電手段通過前後のトナー層電位の変化を示す模式図。 対向電極に流れる電流と除電によるトナー層電位低下量の関係を示すグラフ。 電気制御系の概要を示すブロック図。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体
５Ａ 二次転写手段
７ 中間転写体
９ 除電手段
１１ 電流計
１２ 湿度計
９１ 放電電極
９２ グリッド

Claims (4)

1. 像担持体の周線に画像形成手段を設けて該像担持体上にトナー像を形成する画像形成部を中間転写体に沿って複数組配設し、一次転写手段によって各画像形成部で形成したトナー像を前記中間転写体上に重ね合わすようにして転写し、重ね合わしたトナー像をバイアス電圧を印加した二次転写手段によって転写材上に一括転写する制御部を有したカラー画像形成装置において、
   前記中間転写体に沿った前記一次転写手段とその下流側に位置した前記二次転写手段との間にはグリッド機能をもつスコロトロン形式の除電手段を設け、
   該除電手段の放電電極にはトナーと逆極性の直流電圧を印加し、グリッドにはトナーと同極性の直流電圧を印加し、
   前記除電手段の対向電極に流れる除電電流を検知する検知手段を設け、
   検知した除電電流値に応じて前記放電電極に印加する印加電圧の制御を行うことを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 二次転写前除電の調整を行う調整モードを有していて、該調整モードではテスト用トナー画像の除電電流値から、前記放電電極に印加する印加電圧の設定を行うことを特徴とする請求項１に記載のカラー画像形成装置。
3. 該カラー画像形成装置のプロセス速度の変更を行う際は、前記調整モードによる二次転写前除電の調整を行うことを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成装置。
4. 該カラー画像形成装置内には湿度計を有していて、制御部は前回の二次転写前除電調整時の湿度を記憶していて、前記湿度計による検知湿度が所定の湿度差よりも大となったときは、再度二次転写前除電の調整を促すことを特徴とする請求項２に記載のカラー画像形成装置。

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