JP4400388B2 - 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、環境湿度が高い場合や、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。

本発明は、中間転写体上のトナー層総電荷の大きい箇所に対してはトナー像電位を抑えて、転写材の抵抗値の大小や、環境湿度の大小に影響されることなく、良好な二次転写画像が得られる除電手段を設けたカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的は、請求項１、２に記載された第１発明と、請求項３，４に記載された第２発明とによって達成される。
（請求項１）
像担持体の周囲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、重ね合わせ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ことによりカラー画像を形成する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てトナー層電位の調整を行い、
温湿度計によって検出された環境湿度に応じて前記放電電極及び前記グリッドに印加する電圧を、該放電電極及び該グリッドに印加する電圧のそれぞれに対して環境湿度と電圧との関係を関連付けたテーブルを参照して、設定する制御部を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
（請求項２）
前記放電電極の電源は、前記二次転写手段の転写用電源と兼用とした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）
像担持体の周囲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、重ね合わせ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ことによりカラー画像を形成する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交流電圧を印加し、グリッドにはトナーと同極性の直流電圧を印加してトナー層電位の調整を行い、
温湿度計によって検出された環境湿度に応じて前記放電電極及び前記グリッドに印加する電圧を、該放電電極及び該グリッドに印加する電圧のそれぞれに対して環境湿度と電圧との関係を関連付けたテーブルを参照して、設定する制御部を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
（請求項４）
前記放電電極の電源は、二次転写後の転写材除電に用いる転写材除電用電源と兼用としたことを特徴とする請求項３に記載のカラー画像形成装置。

請求項１に記載の第１発明によるときは、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て中間転写体上の高電位のトナー層電位箇所を二次転写に適当な値にまで低下するよう調整し、放電電極及びグリッドに印加するバイアス電圧は、環境湿度によって最適とする条件に調整がなされるので、トナー画像濃度のばらつきや転写材の抵抗値等に関係なく常に良好な二次転写が行われることとなる。

更に、除電手段と二次転写手段とが近接して位置し、ＯＮ／ＯＦＦ動作も殆ど同時になされるので、請求項２に記載された、放電電極の電源と二次転写手段の電源とを兼用とすることによって、コストアップや電源スペース増を抑えることが可能となる。

請求項３に記載の第２発明によるときは、除電手段の放電電極には交流電圧を印加し、グリッドにはトナーと同極性の直流電圧を印加して、中間転写体上のばらついたトナー層電位を一様な適当とする電位になるよう調整し、放電電極及びグリッドに印加する電圧は、環境湿度によって最適とする条件に調整がなされるので、トナー画像濃度のばらつきや転写材の抵抗値等に関係なく、常に良好な二次転写が行われることとなる。

更に、除電手段と二次転写後の分離除電手段が近接して位置し、ＯＮ／ＯＦＦ動作も殆ど同時になされるので、請求項４に記載された、放電電極の電源と分離除電手段の電源とを兼用することによって、コストアップや電源スペース増を抑えることが可能となる。

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、又はキャリアを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、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。

〔実施の形態１〕（第１発明）
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ので画像荒れなどの画像不良は発生しない。

二次転写を行うのに最適とするグリッド９１に印加するグリッド電圧は、環境湿度と関連して変化し、図４のグラフに示すような関係となっている。また、二次転写手段５Ａに印加する最適とする二次転写電圧も環境湿度と関連して変化し、図５のグラフに示すような関係となっている。これらの関係をテーブル表示したのが表１である。

本実施形態において、放電電極９１に印加するバイアス電圧は、二次転写手段５Ａに印加するバイアス電圧と同極性で、略同電圧であり、ＯＮ／ＯＦＦタイミングも略合致していることから、放電電極電源９１Ｅと二次転写手段電源５ＡＥとを同じ単一の電源として、電源をＯＮするトータル時間を短くしている。

図３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設定プログラム等を記憶していて、不揮発メモリ１１３には、表１に示した湿度−グリッド・放電電極印加電圧が格納されている。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、環境湿度を計測する温湿度計１２等が入力ポートに接続されている。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と二次転写手段５Ａとの共通の電源９１Ｅ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、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、環境湿度がウォーミングアップ時と所定値以上大きく変動したと温湿度計１２が検知したとき、ＣＰＵは不揮発メモリ１１３に記録された表１に示したテーブルを用い、二次転写前除電条件設定プログラムによって放電電極電源９１Ｅ、グリッド電源９２Ｅ、及び放電電極９１と同電源である二次転写手段電源５ＡＥの設定を行う。

かかる制御処理を行うことによって、画像荒れやトナー飛散などのない良好な二次転写画像が得られることとなる。

〔実施の形態２〕（第２発明）
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には放電がなされる交流のバイアス電圧、グリッド９２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６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。トナー層電位が均一化され、トナー付着量電位の高いフルカラー部分の電位は低下し、トナー付着量電位の低いハーフトーン部分の電位は上昇す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し、二次転写むら等のない良好な画像が得られる。

二次転写を行うのに最適とするグリッド９１に印加するグリッド電圧は、環境湿度と関連して変化し、図８のグラフに示すような関係となっている。また、二次転写を終えた転写材の分離を促す転写材分離手段５Ｂに印加する最適とする交流電圧も、二次転写手段５Ａに印加する最適とする二次転写電圧も環境湿度と関連して変化し、図９，１０のグラフに示すような関係となっている。これらの関係をテーブル表示したのが表２である。

本実施形態においては、放電電極９１に印加するバイアス電圧は、転写材分離手段５Ｂに印加するバイアス電圧と同じ高電圧の交流電圧であり、ＯＮ／ＯＦＦタイミングも略合致していることから、放電電極電源９１Ｅと転写材分離手段電源５ＢＥとを同じ単一の電源として、電源をＯＮするトータル時間を短くしている。

図７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設定プログラム等を記憶していて、不揮発メモリ１１３には、表２に示した湿度−グリッド・放電電極・二次転写印加電圧が格納されている。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、環境湿度を計測する温湿度計１２等が入力ポートに接続されている。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と転写材分離手段５Ｂとの共通の電源９１Ｅ、二次転写手段電源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、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、環境湿度がウォーミングアップ時と所定値以上大きく変動したと温湿度計１２が検知したとき、ＣＰＵは不揮発メモリ１１３に記録された表２に示したテーブルを用い、二次転写前除電条件設定プログラムによって放電電極電源９１Ｅグリッド電源９２Ｅ，放電電極９１と同電源である転写材分離手段電源５ＢＥ，及び二次転写手段電源５ＡＥの設定を行う。

かかる制御処理を行うことによって、画像荒れやトナー飛散などのない良好な二次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。 実施形態１の除電手段通過前後のトナー層電位の変化を示す模式図。 実施形態１の電気制御系の概要を示すブロック図。 最適とするグリッド電位と湿度との関係を示すグラフ。 最適とする二次転写電圧と湿度との関係を示すグラフ。 実施形態２の除電手段通過前後のトナー層電位の変化を示す模式図。 実施形態２の電気制御系の概要を示すブロック図。 最適とするグリッド電位と湿度との関係を示すグラフ。 最適とする分離ＡＣ電圧と湿度との関係を示すグラフ。 最適とする二次転写電圧と湿度との関係を示すグラフ。

符号の説明

１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ 感光体
５Ａ 二次転写手段
５Ｂ 転写材分離手段
７ 中間転写体
９ 除電手段
１２ 温湿度計
９１ 放電電極
９２ グリッド

Claims (4)

1. 像担持体の周囲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、重ね合わせ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ことによりカラー画像を形成する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てトナー層電位の調整を行い、
   温湿度計によって検出された環境湿度に応じて前記放電電極及び前記グリッドに印加する電圧を、該放電電極及び該グリッドに印加する電圧のそれぞれに対して環境湿度と電圧との関係を関連付けたテーブルを参照して、設定する制御部を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 前記放電電極の電源は、前記二次転写手段の転写用電源と兼用とした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. 像担持体の周囲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、重ね合わせ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ことによりカラー画像を形成する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交流電圧を印加し、グリッドにはトナーと同極性の直流電圧を印加してトナー層電位の調整を行い、
   温湿度計によって検出された環境湿度に応じて前記放電電極及び前記グリッドに印加する電圧を、該放電電極及び該グリッドに印加する電圧のそれぞれに対して環境湿度と電圧との関係を関連付けたテーブルを参照して、設定する制御部を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
4. 前記放電電極の電源は、二次転写後の転写材除電に用いる転写材除電用電源と兼用としたことを特徴とする請求項３に記載のカラー画像形成装置。

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