JP4613672B2 - 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、形成されるカラー画像は、１色のハーフトーンから３色のベタ重ね合わせまでの様々なトナー層（付着量）が存在するが、通常、二次転写条件は１色ベタのトナー付着量に合わせて設定している。しかし２色重ね合わせベタ等でトナー付着量が多い場合には、最下層トナーの転写率が低く、色ムラが発生し易い。

かかる現象への対策として、重ね合わせトナー層の電位を、１層ベタトナー層の電位まで落とすことにより良好な転写性能が得られることが分かっている。そしてその手段として、二次転写前に中間転写体上のトナー層電位をコロナ放電により除電を行うもので、特に、トナー層電位を所定の電位にするためには、スコロトロン電極を用いた除電手段が有効である。

但し、トナー層除電は、除電しすぎると中間転写体へのトナー付着力が弱くなり、トナー散りによる画像不良が発生するため、適正とするトナー層電位とすることが必要である。

特許文献１，２には、二次転写前にトナー像の帯電を行う技術が記載されている。但し、転写前帯電を目的としているので、放電電極（ワイヤ）にはトナーと同極性の電圧を印加する構成となっている。
特開平１０−２７４８９２号公報 特開平１１−１４３２５５号公報

トナー層電位はトナー付着量の他にトナー帯電量も関係するために、環境や使用状況によって異なっていて、二次転写で良好な転写性を得るためには、どのようなトナー層電位に対しても二次転写前に設けた除電手段による除電後は適当とするトナー層電位であることが必要である。

本発明は、トナー帯電量を推定し、これによって二次転写前の除電手段の制御を行い、二次転写が良好に行われてトナー飛散や色ムラのない画像が得られる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、本発明は以下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、
前記中間転写体に沿っては中間転写体上のトナー付着量を検出する画像濃度センサを設け、
画像調整モード時には、前記画像濃度センサの出力に応じて前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
（請求項２）
前記画像濃度センサの出力は、前記像担持体上に形成した同一濃度のトナー像に対し、前記一次転写手段による転写条件を変化させて転写されたトナー像に対して行われる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）
前記画像濃度センサの出力からテーブルを用いて前記放電電極への印加電圧を決定する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。

本発明の請求項１〜３によるときは、一次転写条件を変化させたときの二次転写体上のトナー付着量を検出することによってトナー帯電量を推定することができることから、トナー付着量を検出する画像濃度センサの出力からトナー帯電量を推定し、その結果に応じて除電手段の放電電極（ワイヤ）への印加電圧を設定することにより、トナー帯電量が異なる場合においても、除電手段による除電を制御することによって常に適当とするトナー層電位を得ることができ、それによってトナー付着量の多い場合に生じていた色ムラ画像となって転写されるのを防止し、またトナー付着量の少ない場合もトナー飛散することなく、良好な画像形成がなされる画像形成装置を提供することとなった。

（１） 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。

なお、一次転写手段である転写ローラ５Ｙ（Ｍ、Ｃ、Ｋ）には、一次転写電源５Ｙ（Ｍ、Ｃ、Ｋ）Ｅが転写電流を検知する電流計５Ｙ（Ｍ、Ｃ、Ｋ）Ａを介して接続されていて、画像形成時には所定の転写電流値のもとで一次転写が行われる。本実施例においては、転写電流３０μＡの転写条件で転写が行われ、効率の良いトナー像の中間転写体７への転写がなされる。

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３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。

中間転写体７に沿っては、発光素子と受光素子とより成る拡散光タイプの画像濃度センサＳＩＤが設けられていて、中間転写体７上に付着したトナー付着量の検出を行っている。

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ている。。

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。

（２） 本発明者らは、本発明に先だって、図１に示したカラー画像形成装置を用い、下記の実験を行っている。

トナー帯電量が分かっている現像剤３種を用い、低温低湿の１０℃、ＲＨ２０％の環境下で、除電手段９のグリッド電位は−５０Ｖに設定し、放電電極（ワイヤ）９１（６０μｍタングステンワイヤ使用）への印加電圧を変えて、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、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、１層、２層のベタ画像の電位もモニターした。

表１から明らかなことは、トナー帯電量４０〜６０μＣ／ｇのトナーに対し、トナー散り、色ムラの両方について良好な評価が得られる放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧は異なることが判明した。即ち、帯電量４０μＣ／ｇのトナーに対してはワイヤ印加電圧４ｋＶを適当とし、帯電量５０μＣ／ｇのトナーに対してはワイヤ印加電圧４〜４．５ｋＶを適当とし、帯電量６０μＣ／ｇのトナーに対してはワイヤ印加電圧４．５〜５ｋＶを適当としている。このことは、トナーの帯電量に応じて放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧を変更することが必要であることを示している。

次に、トナー帯電量の分かっている現像剤３種（４０，５０，６０μＣ／ｇ）を用いて同じトナー付着量のベタ画像の現像を行い、感光体１上に形成されたトナー像を一次転写電流を３通り（１５，２０，３０μＡ）変化させて転写を行い、中間転写体７上でのトナー付着量を画像濃度センサＳＩＤによって測定した。なお、一次転写電流３０μＡの転写電流は、画像形成時に用いている良好な転写率が得られる条件である。トナー帯電量と一次転写電流値、画像濃度センサＳＩＤ出力の関係を示したのが表２である。

この状態を図示したのが図３である。図においては、トナー帯電量を異にした感光体１上に形成されたベタ画像に対して同じ一次転写電流（Ａ、Ｂ）で転写を行ったときの転写率を示している。

図５には放電電極（ワイヤ）９１電圧の設定を行ったときの、除電前トナー電位と除電後のトナー層電位との関係を示すグラフである。

図上でワイヤへの印加電圧はグリッド９２に印加するグリッド電圧（Ｖｇ）以上について斜線をもって表示され、ワイヤへの印加電圧を高電圧（Ｖ２）とするときは、低電圧（Ｖ１）に較べて傾きが小さくなる。

ワイヤへの印加電圧を固定の値とした場合、低電圧（Ｖ１）に設定したときは、２層ベタが低帯電時には除電後のトナー層電位は適正な状態にあるが、２層ベタが高帯電時には、除電不足となって色ムラが生じる。また、高電圧（Ｖ２）に設定したときは、２層ベタが高帯電時にも除電後のトナー層電位は適正な状態にあるが、１層ベタが低帯電量時には除電過多となって散りが発生する。従って、ワイヤへの印加電圧は低帯電量時には低電圧（Ｖ１）設定、高帯電量時には高電圧（Ｖ２）設定というようにトナーの状態によってワイヤへの印加電圧を制御することが必要であることを示している。

（３） 表２では、同一濃度のトナー像に対して良好な転写率が得られる一次転写電流３０μＡに較べて、低い一次転写電流で転写を行うときは転写率がトナー帯電量によって相違していることを示している。このことから、通常の画像形成時より低い一次転写電流に設定して、転写された中間転写体７上のトナー付着量を画像濃度センサＳＩＤで検出することによってトナー帯電量を推定することが可能となる。

また、表１から、トナー帯電量が判明しているときは、これに対応した放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧を設定することによって、トナー層が１層であるか２層であるかに関係なく、トナー散りや色ムラのない良好な転写画像が得られることとなる。

上記の検討結果をまとめることで、次のことが導かれる。

感光体１上に形成された所定のトナー像に対して、通常より低い一次転写電流で中間転写体７上に転写を行い、転写された中間転写体７上の画像濃度を画像濃度センサＳＩＤで検知し、画像濃度センサＳＩＤの出力から、予め設けたテーブル〔画像濃度センサ出力−（トナー帯電量）−ワイヤ印加電圧値〕を用いて除電手段９の放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧値を設定することによって良好な転写画像が得られる。

なお、所定のトナー像に対して、一次転写電流を１５μＡとして転写を行い、画像濃度センサＳＩＤの出力を用いて放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧を設定するのには、表１，２のテスト結果から得られる表３のテーブルが用いられる。

（４） 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設定プログラム等を記憶していて、不揮発性メモリ１１３には、表３で示したＳＩＤセンサ出力−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、画像濃度センサＳＩＤ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、一次転写手段５Ｙ（Ｍ、Ｃ、Ｋ）の電源５Ｙ（Ｍ、Ｃ、Ｋ）Ｅ、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等の画像調整モード時には、ＣＰＵ１１０はＲＯＭ１１１に記憶された二次転写前除電条件設定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。

図６に示すのは、画像調整モード時の二次転写前除電条件をプログラムに沿って設定するフローを示している。

ＣＰＵ１１０は、プログラムに沿って、帯電装置２によって一様帯電を行った感光体１上に露光装置３によって露光を行ったのち、現像装置４によって現像することによって、所定の均一濃度のマット画像を形成する（Ｓ１）。

ＣＰＵ１１０は、一次転写手段５の電源５Ｅを駆動して、通常の一次転写電流値（本実施例では３０μＡ）より低い一次転写電流値（本実施例では１５μＡ）に電流計５Ａを用いて制御を行い、マット画像の中間転写体７上への転写を行う（Ｓ２）。

ＣＰＵ１１０は、画像濃度センサＳＩＤを用いて中間転写体７上のマット画像の濃度検出を行い（Ｓ３）、不揮発性メモリ１１３から〔ＳＩＤセンサ出力−ワイヤ印加電圧〕テーブルを呼び出し、画像濃度センサＳＩＤのセンサ出力から除電手段９の放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧を求める（Ｓ４）。

ＣＰＵ１１０は、新たに画像調整がなされるまでの間は、画像形成に当たって放電電極（ワイヤ）９１への印加電圧はテーブルを用いて求めた電圧値に設定する（Ｓ５）。なお本実施例では、除電手段９のグリッド９２には画像濃度センサＳＩＤのセンサ出力に関係なく、−５０Ｖに設定している。

上記の画像調整のプロセスを経ることによって、画像形成に当たっては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。 異なるトナー帯電量の画像について、一次転写電流値と転写率と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。 ワイヤへの印加電圧と除電前後のトナー層電位の関係を示すグラフ。 フローを示すブロック図。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体
５Ａ 二次転写手段
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５ 一次転写手段、転写ローラ
７ 中間転写体
９ 除電手段
９１ 放電電極
９２ グリッド
ＳＩＤ 画像濃度センサ

Claims (3)

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、
   前記中間転写体に沿っては中間転写体上のトナー付着量を検出する画像濃度センサを設け、
   画像調整モード時には、前記画像濃度センサの出力に応じて前記放電電極への印加電圧を制御することを特徴とするカラー画像形成装置。
2. 前記画像濃度センサの出力は、前記像担持体上に形成した同一濃度のトナー像に対し、前記一次転写手段による転写条件を変化させて転写されたトナー像に対して行われる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. 前記画像濃度センサの出力からテーブルを用いて前記放電電極への印加電圧を決定する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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