JP5019607B2 - 転写装置、及びこれを用いた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は感光体ベルトや中間転写ベルト等のトナー像担持体に対向してコロナ転写手段を設け、前記トナー担持体上に形成されたトナー像を前記トナー像担持体と前記コロナ転写手段との間の転写領域に搬送された記録媒体上に転写する転写装置に関し、また、この転写装置を用いた画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置においては、感光体や中間転写体等のトナー像担持体上に形成されたトナー画像を記録媒体上に転写し、定着機により記録媒体面に溶融・固着する。

図１２に、従来の転写装置における、感光ベルトや中間転写ベルト上に形成されたマイナス帯電トナーを、表面に凹部を有する用紙に転写する場合の問題点を説明する概略図を示す。

図１２（ａ）は、低価格な粗面紙や、第１面へのトナー像定着時の熱によって用紙変形を生じた用紙の第２面のように、凹部１５が存在する用紙に転写する場合を示す。このような種類の用紙では、凹部１５の深さｄは３０〜５０μｍ、幅Ｗｈが８〜１０ｍｍである。なお、感光ベルト３２の表面は感光体層３２ａ、電極層３２ｂからなる。

コロナ転写手段である転写器１６によって用紙１４の裏面に付与されたプラス電荷１８と、感光ベルト３２の電極層３２ｂとの間に働く静電電界により、マイナス帯電のトナー１９（１９ａ，１９ｂ）が用紙１４面に引きつけられる必要がある。その場合、用紙１４の平坦部では、用紙面とトナー像が密着するため、トナー１９ａには十分な転写電界が働く。そのため、トナー１９ａの転写性は良い。一方、用紙１４表面の凹部１５に対向するトナー１９ｂには、用紙表面の空隙である凹部１５の深さｄにより、トナー１９ｂに働く転写電界が小さくなり、トナー１９ｂの転写性が低下して画像欠陥が生じる。

図１２（ｂ）は、コート紙に梨地、布目、絹目等のエンボス（浮き出し）加工が行われ、人工的に凹凸を形成した用紙（エンボス紙）の表面に、中間転写ベルト１７上に形成されたカラートナー画像を転写する場合を示す。エンボス紙は、チケットやカタログ、パンフレットなどの表紙に使用される。エンボス紙の表面に形成された凹部１５の深さｄは１０〜３０μｍ、幅Ｗｈは０．２〜０．４ｍｍである。この場合、中間転写ベルト１７上に形成された２〜３層のカラートナーを一括して、より幅の狭い凹部１５内部に転写する必要がある。

図１２（ａ）の場合と同様、凹部１５に対向するトナーに対しては、転写電界が小さく転写性が低下する。さらに、カラートナー画像の場合、トナーは多層となり、中間転写ベルト１７面と接触する側のトナー２０ａ，２１ａ，２２ａには転写電界が作用しにくく、これらトナーの転写性がさらに低下する。

図１３は、静電転写時にトナーに働く力を説明する図である。

図１３（ａ）は、感光ベルトや中間転写ベルト等のトナー担持体３７表面に形成されたトナー１９を、転写器１６を用いて用紙１４に転写する場合に、トナー１９に働く力について説明した図である。トナー１９のトナー担持体３７面への付着力は、鏡像力Ｆ_Ｍとファンデルワールス力Ｆ_ｆの和である。一方、トナー１９を用紙１４に引きつける力は、用紙１４の裏面に付与されたプラス電荷１８（トナーの帯電電荷と逆極性）に基づく静電気力Ｆ_Ｅである。

この鏡像力Ｆ_Ｍとファンデルワールス力Ｆ_ｆに打ち勝ってトナー１９を用紙１４に転写するためには、静電気力Ｆ_Ｅを大きくする必要がある。このため、転写器１６に印加する電圧／電流値を高くして用紙裏面に付与するプラス電荷１８のコロナ電荷量を増加し、転写電界Ｅを高める方法がある。しかし、転写電界を高くしすぎると局部的な電界集中により、トナーの飛び散り等の画質劣化が発生する。

これを防ぐ方法として、トナー１９のトナー担持体３７面への付着力（鏡像力Ｆ_Ｍとファンデルワールス力Ｆ_ｆ）の低減、そして、トナーを用紙の方向に向かわせる新たな力をトナーに付与することが考えられる。

鏡像力Ｆ_Ｍは、トナーの帯電電荷とトナー担持体に生じた鏡像電荷との間に働く静電気力で、トナーの粒径とトナーの帯電電荷、トナー担持体の誘電率と厚みに依存する。一方、ファンデルワールス力Ｆ_ｆは非静電的な力であり、次式で与えられる。

Ｆ_ｆ＝Ａ×Ｒ／（６×Ｄ^２） ・・・・・・（１）
ここで、ＡはHamaker定数で、トナーとトナー担持体を構成する物質に依存する。Ｒはトナーの半径、Ｄはトナーとトナー担持体面との分離距離である。（１）式からわかるように、Ｆ_ｆはトナーの半径Ｒに比例し、トナーとトナー担持体面との分離距離Ｄの２乗に反比例する。

トナーの感光体面への付着力を低減するため、図１３（ｂ）に示すように、トナー担持体３７の裏面にトナー担持体を加振する加振手段３８を設置する方法がある。トナー担持体３７を上下に振動させることによりトナー１９に慣性力Ｆ_Ｂを付与し、Ｆ_Ｅと合わせてトナー担持体からのトナー１９の離脱力を増加し、トナー１９を電気的かつ機械的に用紙の凹部１５内に入り込ませ転写させる。なお、慣性力Ｆ_Ｂは、トナーの重量と振動周波数、振動振幅に依存する。これにより、表面に凹凸のある用紙１４へのモノクロトナー画像の転写（図１２（ａ））や、多層トナー像の転写（図１２（ｂ））が可能となる。

上記したトナー担持体の裏側から振動エネルギーを付与する加振手段として、電磁振動子や超音波振動子を用いる方法が提案（特許文献１）され、超音波振動子を用いる方式が実用化されている。

図１３（ｂ）に示したように、圧電体の縦振動（ｄ_３３モード）を利用した超音波振動子３８ｂとホーン３８ａを組み合わせて周波数２０〜１００ｋＨｚ、振動振幅が数μｍの共振器を構成している。ホーン３８ａの振動先端部を、感光ベルトや中間転写ベルト等のトナー担持体の裏面に接触させることにより、トナー担持体を介してトナーに振動エネルギーを付与してトナーの付着力を低減し、トナーの用紙への転写性を向上するものである。

プリンタや複写器等の画像形成装置においては、広幅印刷のニーズが増加しており、印刷幅は、カット紙プリンタではＡ３サイズ幅、連続紙プリンタで２０インチ幅までサポートされている。このため、トナー担持体の幅も広くなり、加振手段による振動エネルギー付与領域も４２０ｍｍ〜５００ｍｍ超となっている。

一方、一つの共振器でカバーできる加振手段としての幅は、超音波振動子とホーンとの共振特性から決まり、対応可能な幅は２〜３インチである。このため、２０インチ幅をサポートするには、７〜１０個の共振器を横一列に配列する必要があるが、一方で、複数個の共振器を駆動する時の相互干渉（クロスカップリング現象）が課題となる。そのため、隣接するホーンを接触させないようにした構成が知られている（特許文献２）。

また、共振器を複数個配列した場合、相互干渉により個々の共振器の振動特性（主に振動速度）が均一とならず、特に両サイドで振動速度が低下する傾向がある。このため、振動特性が均一となるように、中央部と両サイド部で駆動電圧を変える必要があり、それぞれの共振器の駆動を別々の大きさの電圧で駆動する等の対策が提案されている（特許文献３）。

特公昭５５−２０２３１号公報 特開平４−２３４０７６号公報 特開平４−２３４０８２号公報

しかしながら、特許文献２に示された、隣接するホーン同士を接触させない構成では、隣接ホーン間はトナー担持体に振動エネルギーを付与出来ない。

また、特許文献３のように、中央部と両サイド部で駆動電圧を変える構成は、複数の電源が必要となる。

その他に超音波振動子として、ボルト締めランジェバン型振動子がある。この素子の駆動には、駆動電圧が２００〜３００Ｖ、周波数が２０ｋＨｚ以上の高周波・高電圧電源が必要であり、２０インチ幅をサポートする投入電力は、数百〜１ｋＷとなってしまう。

加えて、従来の圧電バイモルフ素子構成（片持ち支持構造）の加振手段では、素子の幅を広くすると幅方向の屈曲振動の共振と長手方向の屈曲振動の干渉が生じるため、長手方向の振動が不安定となり、目的とする広幅の加振源としての機構を充分確保できない。

本発明は、上記従来技術の課題点に鑑み、数ｋＨｚで、低電圧の電源で対応できる高効率な加振手段を用いて、表面に凹凸を有するエンボス紙や粗面紙への転写や、両面印刷の第２面のような凹部のある用紙の転写において、画像欠陥のない良好な転写を可能とする転写装置及びこれを用いた画像形成装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、トナー像を一時的に担持するトナー担持体と、該トナー担持体に対向して設けられ、該トナー担持体との対向領域である転写領域に搬送される記録媒体に前記トナー担持体上に形成されたトナー像を静電的に転写する転写手段と、前記トナー担持体を挟んで前記転写手段と対向する位置に前記トナー担持体へ振動エネルギーを付与する加振手段とを備えた転写装置において、前記加振手段は、各圧電体表面に振動の長手方向に平行な複数の短冊形状電極部を有する一対の圧電体を、導電性弾性部材の両面に分極方向を同方向にして貼り合わせた構造の圧電バイモルフ素子を有し、且つ前記一対の圧電体の振動長手方向の一端側を固定部材により支持固定した片持ち支持構造体であって、前記各圧電体の振動長手方向の他端側に形成される圧電バイモルフ素子の振動長Ｌｂよりも、前記短冊形状電極の幅Ｌｋが短いことを特徴とする。

また、隣接する短冊形状電極部間の各々の距離Ｌｓは、各前記圧電体の厚さｔｋよりも長いことを特徴とする。

また、前記一対の圧電体の各表面に形成される電極は、前記複数の短冊形状電極部と、これらが連結される共通電極部とで構成される櫛歯状電極であることを特徴する。

また、前記導電性弾性部材は櫛歯形状であり、該櫛歯形状と前記圧電体の櫛歯状電極とが重なるように前記圧電体が貼り合わされることを特徴とする。

また、前記複数の短冊形状電極部の各々の幅Ｌｋは、前記圧電バイモルフ素子の振動長Ｌｂに対し、Ｌｂ／４≦Ｌｋ≦Ｌｂ／２であることを特徴とする。

また、前記固定部材はその一部に開口部を有し、且つ前記共通電極部表面を覆うように設置され、前記圧電バイモルフ素子を駆動するための給電線が、前記共通電極部から前記開口部を通して引き出されることを特徴とする。

また、前記圧電体は、圧電セラミックス板又は圧電フィルムの表面及び裏面に分極処理をするための全面電極を形成し、両電極間に直流高電圧が印加されて分極処理された後、エッチング処理により電極が形成されることを特徴とする。

また、前記圧電バイモルフ素子は、少なくとも記録媒体への転写領域幅と同じか、それ以上の幅の導電性弾性部材の両面に、櫛歯形状電極部が表面に形成された一対の圧電体を所定の隣接間距離Ｌｐを設けて幅方向に配列して貼り合わせた複数組の圧電バイモルフユニットから構成され、電圧印加時のそれぞれの圧電体の伸張と収縮を導電性弾性部材を共通とした屈曲振動として取り出す圧電バイモルフ素子であることを特徴とする。

また、トナー像が表面に形成されたトナー担持体と、回動する前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー像を前記記録媒体上に静電的に転写する転写部を備える画像形成装置において、前記転写部として上記した転写装置を用いたことを特徴とする。

さらに、前記トナー担持体は、中間転写ベルト又は感光ベルトの何れかであることを特徴する。

本発明の転写装置では、幅方向の振動が抑制されるため、長手方向の均一な振動が広い幅にわたって得られ、従って、表面に凹凸を有するエンボス紙や粗面紙への転写や、両面印刷の第２面のような凹部のある用紙の転写において、画像欠陥のない良好な転写を可能とする。

初めに、従来構成となる一般的な圧電バイモルフ素子の構成について説明する。

図９は、従来の圧電バイモルフ素子の構成を示す図である。圧電バイモルフ素子は、導電性弾性部材４（以下、シム材と称する）の両側に、ＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸塩）等の圧電セラミックスからなる２枚の圧電体１，５を、それぞれの自発分極２ａ，２ｂの分極方向を同方向にして接着剤を用いて貼りつけたものである。接着層での電位分担によるロスを考慮すると、接着剤としては導電性接着剤を用いることが望ましい。

圧電体１，５の表面の電極３，６から、それぞれ、給電リード線１３ａ，１３ｂが、また、シム材４からは給電リード線１３ｃが引き出される。給電リード線１３ａ，１３ｂが接続された端子Ｓ１と給電リード線１３ｃの端子Ｓ２間に電圧を印加すると、逆圧電効果により、圧電体１，５のＸ方向及びＹ方向に電界（電圧）に比例した伸縮が生じる。端子Ｓ２をアース電位とし、端子Ｓ１にプラス電圧を印加すると、電界の方向と各圧電体の分極方向との関係から、圧電体１はＸ，Ｙのいずれの方向も収縮し、圧電体５はＸ，Ｙのいずれの方向も伸張する。この結果、圧電バイモルフ素子７Ａは圧電体５側を凸にして反り返った形状となる。一方、端子Ｓ１にマイナス電圧を印加すると圧電体１側を凸にして反り返った形状となる。

図１０に、圧電バイモルフ素子の動作原理を示す。

図１０（ａ）は、圧電バイモルフ素子７の形状を示したもので、Ｘ方向の長さＬｃをＹ方向の幅Ｌｗよりも充分長くしたもので、Ｘ方向の逆圧電効果がＹ方向の逆圧電効果よりも大きく出る形状である。

図１０（ｂ），図１０（ｃ）は、Ｚ方向の断面において、図１０（ａ）に示した圧電バイモルフ素子７のＸ方向の一端を、固定部材９ａ，９ｂで挟持した片持ち支持構成とし、直流電源３６により電圧を印加した時の動作原理を示す。

端子Ｓ１にプラス電位、端子Ｓ２をアース電位とした場合は図１０（ｂ）のように、圧電体１はＸ軸（長手方向）に収縮、圧電体５はＸ軸（長手方向）に伸張する。この結果、圧電バイモルフ素子７はシム材４を中心軸として上方向に変位Ｕで屈曲する。一方、端子Ｓ１にマイナス電圧を印加した場合は、図１０（ｃ）のように、バイモルフ素子７は下側方向に変位Ｕで屈曲する。従って、圧電バイモルフ素子７に交流電圧を印加すると、図１０（ｂ）と図１０（ｃ）の状態を交互に繰り返して上下（Ｚ軸方向）に往復振動する。

圧電バイモルフ素子７の変位Ｕ、共振周波数ｆ及び最大発生力Ｆ_Ｗは次式で与えられる。

変位Ｕ＝３×ｄ_３１×（Ｌｂ／ｔ_ｔ）^２×（１＋ｔｓ／ｔ_ｔ）×α×Ｖ （ｍ） ・・・・・・（２）
共振周波数ｆ＝０．１６２×（ｔ_ｔ／Ｌｂ^２）×√（Ｙ_ｎ／ρ） （Ｈｚ） ・・・・・・（３）
最大発生力Ｆ_Ｗ＝（Ｌｗ／４）×（ｔ_ｔ／Ｌｂ）^３×Ｕ×Ｙ_ｎ （Ｎ） ・・・・・・（４）
ここで、Ｌｂは圧電バイモルフ素子の振動長、ｔ_tは圧電体１，５及びシム材４を合わせたトータル厚み、ｔ_ｓはシム材の厚み、また、αは非線形補正係数定数で２である。Ｙ_ｎは、バイモルフ素子（圧電体とシム材含む）としてのヤング率、ρは密度である。

圧電バイモルフ素子７は、超音波振動子に比べて振動周波数は数ｋＨｚ以下と低いものの、変位Ｕは数百μｍ〜数ｍｍであり、超音波振動子の１０μｍ以下に比べて、数桁大きく取れることが特長で、加えて消費電力が小さく、電磁的雑音が発生しない等の長所がある。

本発明では、図１３（ｂ）に示した従来構成の超音波振動子３８ｂとホーン３８ａとからなる加振手段に代えて、圧電バイモルフ素子を用い、トナー担持体３７の裏面に振動エネルギーを加えてトナーに慣性力Ｆ_Ｂを付与し、トナーとトナー担持体との付着力を低減させることを考える。このときの慣性力Ｆ_Ｂは次式で与えられる。

Ｆ_Ｂ＝４π^２ｆ^２・Ｕ・ｍ （Ｎ） ・・・・・・（５）
ここで、ｆは圧電バイモルフ素子の振動周波数、ｍはトナー１個の重量である。

（５）式から分かるように、慣性力Ｆ_Ｂは振動周波数ｆの２乗、変位Ｕ，ｍの１乗に比例する。慣性力Ｆ_Ｂを大きくするには、２乗で寄与する振動周波数ｆを高くするのが効率的であり、式（３）から振動長Ｌｂを短くする必要がある。

また、一定の張力を持って保持されたトナー担持体３７を加振するためには、圧電バイモルフ素子７の振動時の最大発生力Ｆ_Ｗを大きくする必要があり、このために、式（４）からＬｗを大きくしなければならないことが分かる。

図１１に、Ｌｗを大きくした場合の圧電バイモルフ素子及びこれを用いた加振手段を示す。

図１１（ａ）は、圧電バイモルフ素子の形状を示し、Ｌｗ＞＞Ｌｃである。圧電バイモルフ素子７をＸ方向の一端で固定部材９ａ，９ｂで挟持した片持ち支持構成を考える。振動長ＬｂはＬｃよりも更に短くなる。矩形波交流電源１２により駆動した時、Ｘ方向（長手方向）で生じる屈曲振動３５ａに加えてＹ方向（幅方向）で生じる屈曲振動３５ｂの影響が加わるため、互いに干渉して不安定な振動となり、トナー担持体３７の裏面に均一な振動エネルギーを加えるという目的を達成できない。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明の転写装置の特徴である、加振手段の要部構成を説明する。

本発明に用いる加振手段には、相互干渉（クロスカップリング）が生ずる縦振動（ｄ_３３モード）を利用した共振器方式ではなく、圧電体の横効果振動（ｄ_３１モード）を利用したバイモルフ素子方式を用いる。

図５は、加振手段に用いられる圧電バイモルフ素子７の構造を説明する図である。

図５（ａ−１），図５（ａ−２）に、圧電バイモルフ素子７を構成する圧電体１を示す。図５（ａ−１）は、圧電体１の上側の電極３ａを示し、図５（ａ−２）は、電極３ａ面と反対側の面に設けられる電極３ｂの形状を示す。電極３ａ，３ｂの説明の為に個別に示したものであり、実際の圧電体１は、電極３ａ，３ｂの双方が設けられた構成となる。なお、圧電体１の寸法は、長さＬｃ、幅Ｌｗである。電極３ａは、幅Ｌｋ１、長さＬｆの複数の短冊型形状部３ａＫと、短冊型電極部が連結される共通電極３ａＬからなる櫛歯状電極である。一方、裏面の電極３ｂは全面電極である。

図５（ｂ）に、シム材４の形状を示す。シム材４の材質としては、燐青銅、Ｆｅ−４２Ｎｉ、ステンレス等を用いることができる。

図５（ｃ−１），図５（ｃ−２）に、圧電体５の上側と下側の電極６ａ，６ｂの形状を示す。電極６ａは全面電極、電極６ｂは幅Ｌｋ２、長さＬｆの複数の短冊型形状部６ｂＫと、短冊型電極部が連結される共通電極６ｂＬからなる櫛歯状電極である。隣接する短冊型電極部間のスペースはＬｓ２である。基本的に、Ｌｋ１＝Ｌｋ２、Ｌｓ１＝Ｌｓ２であることが望ましい。

図５（ｄ）は、圧電体１，シム材４，圧電体５の順に、接着剤８を用いて張り合わせてなる圧電バイモルフ素子７を示す図である。このとき、電極３ａのパターンと電極６ｂのパターンとが重なるように張り合わせる。この結果、シム材４を共通にして、圧電バイモルフ素子要素７ｅ１，７ｅ２，７ｅ３，７ｅ４が４個並列に構成されることになる。各圧電バイモルフ素子要素は、幅Ｌｋ（＝Ｌｋ１＝Ｌｋ２）となる。

隣接する短冊型電極部間のスペースをＬｓ１（Ｌｓ２）、圧電体の厚みをｔｋとした時、隣接する短冊型形状電極間の圧電体領域には電圧が印加されないようにＬｓ１＞ｔｋ、Ｌｓ２＞ｔｋとするのが望ましい。

なお、圧電体１，５は上記電極部の櫛歯状加工に関わらず加工は行わない。寧ろ積極的に各櫛歯電極部が圧電体で連結された構造とする。このことにより、振動の均一性を保つ効果が得られる。

また、圧電体の素材としてＰＺＴを用いる場合は加工の困難性を伴うが、この点についても新たな加工を必要としないという利点もある。

図７は、図５（ｄ）に示した圧電バイモルフ素子７を、長さＬｈの固定部材９ａ，９ｂを用いて片持ち支持構成としたもので、振動長Ｌｂ（＝Ｌｃ−Ｌｈ）の加振手段２３である。また、振動領域の先端部には、トナー担持体の裏面と接触して圧電バイモルフ素子の屈曲振動エネルギーを、トナー担持体に付与するための突起部材１１を設けた。突起部材１１は、アルミニウム等の金属やポリアセタールやベークライト等の樹脂材を用いることができる。

高い周波数で駆動するには、１／４≦Ｌｋ／Ｌｂ≦１／２とすることが望ましい。その理由として、自由長（長さＬｂ）方向の運動に比べて、幅方向（Ｌｋ）の運動の影響を小さくするためには、幅方向（Ｌｋ）をＬｂよりも小さくする。程度としては、Ｌｋ／Ｌｂ≦１／２程度が良い。

一方、バイモルフ素子の振動時の発生圧力は（４）式で与えられる。発生圧力はＬｗ（Ｌｋと同じ）に比例、Ｌｂに逆比例する。ベルトを振動させるためには、発生圧力を確保する必要があり、Ｌｗが小さくなるとベルトを押し上げる力が低下する。このため、Ｌｋ／Ｌｂの下限が存在する。その下限値としては１／４以上であると良い。図８に、圧電バイモルフ素子の幅Ｌｋ／自由長Ｌｂと発生力Ｆｗとの関係図を示す。

固定部材９ａの一部に切り込み部１０ａを設け、ここから給電リード線１３ａを共通電極領域３ａＬに導電性ペーストを用いて接続し、同様に固定部材９ｂの一部に設けた切り込み部１０ｂ（図示せず）から、給電リード線１３ｂを共通電極領域６ｂＬに接続した。また、給電リード線１３ｃをシム材４に接続した。

振動長Ｌｂ＞＞Ｌｋであるので、圧電バイモルフ素子要素７ｅ１，７ｅ２，７ｅ３，７ｅ４では、長手方向の振動が優勢となる。このため、Ｌｗ＞Ｌｂであるにも関わらず、従来構成（図１０（ａ）の形状）の圧電バイモルフ素子と同じ振動モードとなる。

すなわち、本実施例の圧電バイモルフ素子の構成を広幅の圧電バイモルフ素子に適用し、且つ振動長Ｌｂを短くして高い周波数で駆動したとしても、屈曲振動３５ａを主振動とする均一な振動の加振手段が得られ、本加振手段を転写手段に用いることで転写性向上に寄与出来る。

図６は、図５を用いて説明した実施例１とは別構成となる圧電バイモルフ素子の構成を示す。

図６（ａ−１），図６（ａ−２）は、それぞれ、圧電体１の上側と下側の電極３ａ，３ｂの形状を示す。図５との違いは、下側の電極３ｂも幅Ｌｋ３、長さＬｆの複数の短冊型電極部３ｂＫと、短冊型電極部が連結される共通電極３ｂＬからなる櫛歯状電極とした点である。

さらに、図６（ｂ）に示すように、シム材４の形状も幅Ｌｋ４、長さＬｆの図６（ｃ−１），図６（ｃ−２）は、圧電体２の上側と下側の電極６ａ，６ｂの形状を示す。図５との違いは、電極６ａも幅Ｌｋ５、長さＬｆの複数の短冊型電極部６ａＫと、短冊型電極部が連結される共通電極６ａＬからなる櫛歯状電極としたことである。

図６（ｄ）に、圧電体１，シム材４，圧電体５をこの順に、電極３ａ，３ｂ、シム材４、電極６ａ，６ｂの形状が重なるように接着剤８で張り合わせた圧電バイモルフ素子７を示す。シム材４を共通にして、幅Ｌｋ（＝Ｌｋ１＝Ｌｋ２＝Ｌｋ３＝Ｌｋ４＝Ｌｋ５）、およびそれぞれの間隔Ｌｓ（＝Ｌｓ１＝Ｌｓ２＝Ｌｓ３＝Ｌｓ４＝Ｌｓ５）、長さＬｆの圧電バイモルフ素子要素７ｅ１，７ｅ２，７ｅ３，７ｅ４が４個並列に構成される。圧電バイモルフ素子７に駆動電圧が印加された際、圧電体１，５に働く電界は圧電体面に完全垂直となり、隣接する短冊型電極間の圧電体領域には電界は働かない。このため、本構成の圧電バイモルフ素子を用いることで、さらに安定な均一振動の加振手段が得られる。従って、実施例１の素子（図５）に比べて、さらに振動の安定化を図ることが可能となる。

次に、広幅圧電バイモルフ素子、及びこれを用いた加振手段について説明する。

図１は、本発明の転写装置に用いる広幅圧電バイモルフ素子を用いた加振手段の説明図である。

図１（ａ）は、広幅圧電バイモルフ素子７Ａの構成を示す。本広幅実施例１として図５（ｄ）で示した７ｅ１，７ｅ２，７ｅ３，７ｅ４の圧電バイモルフ素子要素が４個並列に配置された圧電バイモルフ素子ユニットをシム材４を共通部材として４組（７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ）構成したものである。７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの４組の圧電バイモルフ素子ユニットからなる幅Ｌが５１１ｍｍ、長さＬｃが３０ｍｍ（この内、シム材４の端子幅Ｌｔは５ｍｍ）の広幅圧電バイモルフ素子７の形状を示す。

図１（ｂ−１）は、シム材４の形状を示す。厚み５０μｍ、長さＬｍが３０ｍｍ、幅Ｌが５１１ｍｍの燐青銅板である。このシム材を共通部材として４組の圧電バイモルフ素子ユニットを形成する。

この圧電バイモルフ素子ユニット７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを、実施例１で用いた図５により説明する。

圧電体１，５は、圧電定数ｄ_３１が３００×１０^−１２（ｍ／Ｖ）のＰＺＴで、厚みｔ_ｋが３００μｍ、幅Ｌｗが１２７ｍｍ、長さＬｃが２５ｍｍである。焼結・成形されたＰＺＴ板の分極処理は、圧電体の両面全域にメッキや焼き付け、蒸着等により電極を形成し、１００℃前後の絶縁油の中で両電極間に２〜３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、数十分間保持することにより行われ、圧電体の面に直角方向に分極２ａが形成される。

圧電体１については、上側の電極面はエッチング処理により、図５（ａ−１）に示すような電極領域３ａＬ，３ａＫを残して除去することにより、櫛歯状の電極３ａを形成した。一方、下側の面は処理せず、電極３ｂとなる。同様の方法で、圧電体５の分極処理、及び電極６ａ，６ｂの形成を行った。

これらの４組の圧電体１，５を、図１（ｂ−１）のシム材４の両面に、それぞれの分極方向２ａ，２ｂを同方向（下向き）に、かつ、隣接する圧電体間距離Ｌｐを１ｍｍとして接着剤を用いて接着し、広幅圧電バイモルフ素子７Ａとして組み立てた。なお、圧電体間距離Ｌｐを設けたのは、素子駆動時に隣接する圧電体同士が接触するのを防止するためである。

図１（ｃ）は、図１（ａ）の広幅圧電バイモルフ素子７Ａを用いた加振手段２３を示す。圧電バイモルフ素子７の一端に、ポリアセタール樹脂製の突起部材１１を接着剤を用いて貼り付けた。突起部材１１の断面形状は台形で、高さ（Ｚ方向）は３ｍｍである。また、長さＬｈが１５ｍｍの固定部材９ａ，９ｂを用いて、前記バイモルフ素子を挟持した。そして、給電リード線１３ａを、固定部材９ａに設けた切り込み部１０ａ１，１０ａ２，１０ａ３，１０ａ４から、上側の各圧電体のそれぞれの共通電極に接続する。同様に、給電リード線１３ｂを、固定部材９ｂに設けた切り込み部１０ｂ１，１０ｂ２，１０ｂ３，１０ｂ４（図示せず）から下側の各圧電体の共通電極に接続する。

給電リード線１３ａ，１３ｂを纏めて、駆動電源１２の高圧側に、シム材４への給電リード線１３ｃをアース側に接続する。振動長Ｌｂは１０ｍｍである。駆動電源１２により、圧電バイモルフ素子７に交流電圧を印加すると、先端に設けられた突起部材１１が上下に振動する。

図２は、図１（ｃ）に示す広幅圧電バイモルフ素子からなる加振手段２３を用いた本発明の転写装置を説明する図である。ポリイミド樹脂からなる中間転写ベルト１７上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色のマイナス帯電のトナー（１９，２０，２１，２２）からなるカラー画像を用紙１４としてエンボス紙の表面に転写する。

回動する中間転写ベルト１７の裏面側に加振手段２３を配置した。用紙１４の裏面には、コロナ転写手段である転写器１６により、プラス電荷１８を付与する。加振手段２３により、ベルト１７に振動エネルギーを与え、トナーに慣性力を生じさせる。用いたトナーの粒径は９μｍである。

振動長Ｌｂは１０ｍｍである。波高値±４０Ｖ、周波数１．１ｋＨｚの矩形波交流を印加すると突起部材１１は約±２５０μｍの振幅で上下に振動した。これにより、中間転写ベルト１７上のトナーには約１０ｎＮの慣性力が働く。

トナー１９ｂ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂは、プラス電荷１８による静電気力の他に、上記慣性力が加わり、ファンデルワールス力による束縛から逃れて用紙１４の凹部１５および平坦部に飛翔する。これにより、表面の凹凸の大きなエンボス紙である用紙１４に画像欠陥のない良好なトナー転写が可能となる。広幅圧電バイモルフ素子７Ａの幅Ｌは５１１ｍｍであり、２０インチ幅の連続用紙に対応することができる。

なお、広幅圧電バイモルフ素子７Ａの幅は変更可能であり、Ａ３サイズの横送りの場合、４２０ｍｍ幅とすれば良い。エンボス紙以外の粗面紙や第１面へのトナー像定着時の熱による用紙変形（シワ等）により生じた用紙第２面の凹部にも画像欠陥のない良好な転写を行うことができる。また、圧電体として圧電セラミックスであるＰＺＴを用いて説明してきたが、ＰＶＤＦ等の圧電性プラスチックを用いることも可能である。

実施例２にて説明した圧電バイモルフ素子を用いた広幅圧電バイモルフ素子、及びこれを用いた加振手段について説明する。

図１（ｂ−２）は、実施例３で用いたシム材とは異なる形状のシム材４を示す。シム材４は、厚み５０μｍ、幅Ｌが５１１ｍｍ、長さＬｍが３０ｍｍのＦｅ−４２Ｎｉ板を櫛歯状に加工したものである。幅Ｌｗは１２７ｍｍ、Ｌｐは１ｍｍ、Ｌｋ４は３１ｍｍ、Ｌｓ４は１ｍｍである。

シム材４を共通部材として、４組の圧電バイモルフ素子ユニットを形成した。なお、使用した圧電体１，５は、実施例２で説明した圧電体１，５と同じものである。実施例２にて説明したように、圧電バイモルフ素子ユニットは、圧電体１の上下の電極３ａ，３ｂ、シム材４、圧電体５の上下の電極６ａ，６ｂは、いずれも櫛歯状電極であり、それぞれの寸法を合わせ、それぞれが重なった構造とする。

実施例３では、シム材４の形状が平板であったため隣接電極間で圧電体に斜め電界が働いたが、本実施例４の構造の圧電バイモルフ素子では、電圧印加時に圧電体１，５に加わる電界は圧電体面に完全垂直となり、短冊型電極部間の圧電体領域の電界はゼロとなる。このため、実施例３に比べて、隣接する圧電バイモルフ素子の振動の影響を無くすことができる。特に、高周波領域で駆動する際に、安定した振動形態の広幅圧電バイモルフ素子が得られることを確認した。この圧電バイモルフ素子を用いた加振手段の外観は、実施例３（図１（ｃ））と略同様である。なお、広幅圧電バイモルフ素子の幅Ｌがさらに広くなっても振動の安定性に優れた加振手段性能が得られる。

図３は、本発明の転写装置を用いた画像形成装置の構成を示す図である。

Ｋトナー画像形成部２９ａ、Ｃトナー画像形成部２９ｂ、Ｍトナー画像形成部２９ｃ、Ｙトナー画像形成部２９ｄは、現像剤が異なるだけで基本的に同じ構成である。そのため、Ｋトナー画像形成部２９ａで構成と機能を説明する。

ＯＰＣの感光ドラム２６ａを帯電器２４ａで帯電後、レーザ光学系やＬＥＤ等の露光部２５ａで印刷画像に対応した光パターンを露光して静電潜像を形成し、現像機２７ａにて感光ドラム２６ａ上にＫトナー画像を形成する。トナーはマイナス帯電トナーであり、上記トナー画像は正極性の電圧が印加された転写ロール２８ａにより、中間転写ベルト１７面に転写される。

回動する中間転写ベルト１７面上に、Ｃトナー画像、Ｍトナー画像、Ｙトナー画像が順次転写され、中間転写ベルト１７上に、フルカラー画像が形成される。中間転写ベルト１７の外側にコロナ転写器１６、内側に実施例１で説明した加振手段２３を配置した。駆動電源１２は矩形波交流電源であり、圧電バイモルフ素子７の突起部材１１が下方に変位した時に、中間転写ベルト１７の裏面に接触してトナーに慣性力を付与する。慣性力を付与されたトナー１９ｂ，２０ｂ，２１ｂ，２２ｂは、中間転写ベルト１７面とのファンデルワールス力に打ち勝って、プラス電荷１８に基づく静電気力により飛翔し、転写部に搬送されたエンボス紙のカット紙である用紙１４に転写される。

転写されたトナーは、ヒートロール３１ａとバックアップロール３１ｂから構成されるヒートロール定着装置により、用紙１４上に溶融固着される。加振手段２３の駆動は、用紙種に応じて選択することができ、コート紙や表面の比較的平坦な上質紙の場合にはコロナ転写だけで行い、エンボス紙等の表面に凹凸のある用紙の場合にのみ、加振手段２３を動作させても良い。もちろん、用紙種に係わらず動作させればトナーに慣性力が付加される分、転写性能が向上することは言うまでもない。

また、用紙の搬送系を連続紙対応に変更すれば、連続紙にも対応できることはいうまでもない。

図４は、本発明の転写装置を用いた画像形成装置の別の構成を示す図である。

本実施例では、連続紙である用紙１４に印刷する。回動するＯＰＣの感光ベルト３２に対向して、Ｋトナー画像形成部２９ａ、Ｃトナー画像形成部２９ｂ、Ｍトナー画像形成部２９ｃ、Ｙトナー画像形成部２９ｄを配置する。ＯＰＣの感光ベルト３２を、帯電器２４ａで帯電後、レーザ光学系やＬＥＤ等の露光部２５ａで、Ｋトナー画像に対応した光パターンを露光して静電潜像を形成し、現像機２７ａで感光ベルト３２上にＫトナー画像を形成する。

次に、帯電器２４ｂで感光ベルト面を再帯電し、露光部２５ａによる露光で帯電電位の下がった領域の電位を回復させる。そして、Ｃトナー画像に対応した光パターンを露光部２５ｂで露光して静電潜像を形成し、現像機２７ｂにて感光ベルト３２上にＣトナー画像を形成する。このように、順次、Ｍトナー画像、Ｙトナー画像を形成することにより、感光ベルト３２上にカラー画像が形成される。

少なくとも４つの現像機のうち、現像機２７ａを除く、現像機２７ｂ，２７ｃ，２７ｄは、現像ロール上の磁気ブラシが感光ベルト面と接触しない非接触現像機とする。これは前段の現像機にて形成されたトナー画像を磁気ブラシ（図示せず）で掻き取らないためである。

回動する感光ベルト３２の外側に転写器１６を、内側に１組の加振手段２３ａ，２３ｂを配置する。両加振手段２３ａ，２３ｂは、実施例４で説明した構成の圧電バイモルフ素子を用いた加振手段で、それぞれ駆動電源１２ａ，１２ｂにより駆動される。ここで、駆動電源１２ａ，１２ｂの波形は、例えば矩形波を用い、その位相差を１８０度とした。

圧電バイモルフ素子７ａ，７ｂの突起部材１１ａ，１１ｂが上下方向に振動し、中間転写ベルト１７裏面に衝撃を与えた時、トナーは中間転写ベルト１７面から離脱するための慣性力を受ける。ボックス紙やロール紙等の連続紙である用紙１４が、トラクタ３３ａと３３ｂとにより転写部に搬送される。

ここで、転写部は、用紙案内ガイド３４、転写器１６から構成される。感光ベルト３２上のトナー像は、用紙１４裏面に与えられたプラス電荷により、用紙１４に転写される。ヒートロール３１ａとバックアップロール３１ｂとから構成されるヒートロール定着装置により、トナーは用紙に溶融固着される。連続紙対応の画像装置では、用紙の高速搬送が可能であるために印刷速度の高速化が進み、現在ではプロセス速度１．７ｍ／ｓ機が実用化されている。

本実施例では、２つの加振手段２３ａ，２３ｂを設け、両突起部材１１ａ，１１ｂが交互に振動するため、駆動周波数をｆとすると、中間転写ベルト３２の振動周波数は２ｆとなり、実質的に１秒間にベルト上のトナー画像に慣性力を付与する回数を２倍に増加させることができる。このため、画像形成装置の高速化、高精細化に対応することが可能となる。本実施例では矩形波交流電源を用いたが、正弦波交流電源も使用することができる。また、用紙の搬送系をカット紙対応に変更すれば、カット紙にも対応できることはいうまでもない。

実施例５の中間転写ベルトと同様、感光ベルト３２がトナー担持体となる。このように、可撓性を有するトナー像担持体から記録媒体にトナー像を転写する場合に、本発明の転写装置を適用することができる。また、実施例４，５では、４色のトナーを用いたカラー印刷の場合を示したが、モノクロ画像の場合にも適用できることは言うまでもない。

上記したように、本発明の転写装置に用いる圧電バイモルフ素子は、電極形状に特徴があり、高い周波数で駆動するために、振動長を短くしても長手方向の屈曲振動が均一で、転写性の向上に寄与する。また、駆動電圧は±数十Ｖと低電圧で、且つ、消費電力は数Ｗ以下と、超音波振動子を用いる方式に比べて、大幅な低消費電力化を図ることができる。

さらに、本発明の転写装置に用いた圧電バイモルフ素子構造は、圧電体の表面に形成する電極形状に特徴を有し、圧電体の大きさには関係しない。このため、複数個の圧電体を導電性弾性部材（シム材）の両面に貼り合わせた広幅構成とすることが可能である。

また、優れた振動特性が得られる加振手段により、表面に凹凸を有するエンボス紙や粗面紙への転写や、両面印刷の第２面のような凹部のある用紙の転写において、画像欠陥のない良好な転写装置が得られる。従って、画像形成装置に本発明の転写装置を適用することにより、画像欠陥の無い良好な印刷を行うことが可能となる。

本発明の転写装置に用いる圧電バイモルフ素子を用いた加振手段の実施例を示す構成図。 本発明の転写装置の実施例を示す構成図。 本発明の画像形成装置の構成図。 本発明の別の画像形成装置の構成図。 本発明の圧電バイモルフ素子を説明する分解図。 本発明の別の圧電バイモルフ素子を説明する分解図。 本発明の圧電バイモルフ素子を用いた加振手段の構成図。 圧電バイモルフ素子の幅Ｌｋ／振動自由長Ｌｂの比と発生力Ｆｗとの関係を表す図。 従来の圧電バイモルフ素子の構成図。 圧電バイモルフ素子の動作特性を示す説明図。 従来の圧電バイモルフ素子を用いた加振手段の問題点を説明する図。 表面に凹部を有する用紙への静電転写の課題の説明図。 静電転写時にトナー担持体上のトナーに働く力と超音波振動装置を用いた従来の転写装置の説明図。

符号の説明

１，５：圧電体、２：自発分極、４：シム材、３，６：電極、７：圧電バイモルフ素子、８：接着剤、９：固定部材、１０：切り込み部、１１：突起部材、１２：駆動電源、１４：用紙、１５：凹部、１６：転写器、１７：中間転写ベルト、１９，２０，２１，２２：トナー、２３：加振手段、３４：用紙案内ガイド、３７：トナー担持体、３８：超音波振動子。

Claims (10)

1. トナー像を一時的に担持するトナー担持体と、該トナー担持体に対向して設けられ、該トナー担持体との対向領域である転写領域に搬送される記録媒体に前記トナー担持体上に形成されたトナー像を静電的に転写する転写手段と、前記トナー担持体を挟んで前記転写手段と対向する位置に前記トナー担持体へ振動エネルギーを付与する加振手段とを備えた転写装置において、
   前記加振手段は、各圧電体表面に振動の長手方向に平行な複数の短冊形状電極部を有する一対の圧電体を、導電性弾性部材の両面に分極方向を同方向にして貼り合わせた構造の圧電バイモルフ素子を有し、且つ前記一対の圧電体の振動長手方向の一端側を固定部材により支持固定した片持ち支持構造体であって、前記各圧電体の振動長手方向の他端側に形成される圧電バイモルフ素子の振動長Ｌｂよりも、前記短冊形状電極の幅Ｌｋが短いことを特徴とする転写装置。
2. 隣接する短冊形状電極部間の各々の距離Ｌｓは、各前記圧電体の厚さｔｋよりも長いことを特徴とする請求項１記載の転写装置。
3. 前記一対の圧電体の各表面に形成される電極は、前記複数の短冊形状電極部と、これらが連結される共通電極部とで構成される櫛歯状電極であることを特徴する請求項１または２に記載の転写装置。
4. 前記導電性弾性部材は櫛歯形状であり、該櫛歯形状と前記圧電体の櫛歯状電極とが重なるように前記圧電体が貼り合わされることを特徴とする請求項３記載の転写装置。
5. 前記複数の短冊形状電極部の各々の幅Ｌｋは、前記圧電バイモルフ素子の振動長Ｌｂに対し、Ｌｂ／４≦Ｌｋ≦Ｌｂ／２であることを特徴とする請求項４記載の転写装置。
6. 前記固定部材はその一部に開口部を有し、且つ前記共通電極部表面を覆うように設置され、前記圧電バイモルフ素子を駆動するための給電線が、前記共通電極部から前記開口部を通して引き出されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の転写装置。
7. 前記圧電体は、圧電セラミックス板又は圧電フィルムの表面及び裏面に分極処理をするための全面電極を形成し、両電極間に直流高電圧が印加されて分極処理された後、エッチング処理により電極が形成されることを特徴とする請求項６記載の転写装置。
8. 前記圧電バイモルフ素子は、少なくとも記録媒体への転写領域幅と同じか、それ以上の幅の導電性弾性部材の両面に、櫛歯形状電極部が表面に形成された一対の圧電体を所定の隣接間距離Ｌｐを設けて幅方向に配列して貼り合わせた複数組の圧電バイモルフユニットから構成され、電圧印加時のそれぞれの圧電体の伸張と収縮を導電性弾性部材を共通とした屈曲振動として取り出す圧電バイモルフ素子であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の転写装置。
9. トナー像が表面に形成されたトナー担持体と、回動する前記トナー担持体に対向して配置され、前記トナー像を前記記録媒体上に静電的に転写する転写部を備える画像形成装置において、前記転写部として請求項８記載の転写装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
10. 前記トナー担持体は、中間転写ベルト又は感光ベルトの何れかであることを特徴する請求項９記載の画像形成装置。

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