高速デジタルカラー MFP の高画質形成プロセス技術（コニカミノルタ 8050)
The Superior Color Performance of the Konica Minolta 8050 High-Speed Multifunctional Peripherals (MFP)

片柳秀敏＊

Katayanagi, Hidetoshi

宮坂裕＊

Miyasaka, Yutaka

要旨

西田聡＊

Nishida, Satoshi

三保広晃＊Miho, Hiroaki

省スペースを求める声が強くなってきている。

コニカミノルタ8050はPOD市場で要求される高速、高画質、高耐久、低コストを実現するために開発された当このような市場環境の中、コニカミノルタ8050は・成長が期待される POD 市場に参入できる高速、高画社の最高速デジタルカラーM F P （M u l t i f u n c t i o n a lPeripherals）である。以下のプロセスで新規技術を開発

質、高耐久、低コストを実現するをコンセプトとして開発し、'03.９月に上市した。

し高画質化を達成した。

プロセス開発にあたっては、POD市場でより要求され１）現像プロセスる高画質化を達成するために、従来技術の問題点と各プ一循環現像剤供給方式の採用による高印字率対応
２）転写プロセスロセスで必要となる技術の洗い出しを進め、改善・画質向上を図った。以下に新規開発技術について紹介する。

感光体への滑剤塗布による中抜け防止技術
中間転写ベルト抵抗とnip条件の最適化によるトナー飛び散り防止と転写均一化対応
３）定着プロセス
ワックス含有重合トナー対応のオイルレス定着技術
本稿ではコニカミノルタ8050に採用した高画質形成プロセス技術のポイントについて報告する。

２

コニカミノルタ 8050 のエンジン構成とプロセス概略

コニカミノルタ8050のエンジン構成はFig.１に見られるように縦型タンデム方式を採用している。
これにより省スペース化を図り、51CPM/Ａ４ヨコの出力スピードを実現している。またBlackを４色の最後に設Abstract

けることによりファーストコピータイム7.6秒を達成し

The Konica Minolta 8050 is a digital, color, Multifunctional Peripherals (MFP) designed to offer the print-on-

た。さらに中間転写方式の採用により斤量・紙種など幅広いメディアへの対応を可能とした。

demand (POD) market high speed, high print quality, highdurability, and low cost. To achieve superior color performance, we developed exceptional technologies in threeareas. In the development process, we introduced a single
circulation developer supply system for higher toner coverage. In the transfer process, lubrication of thephotoconductor prevents partial transfer defects, while
optimization of belt resistance and roller nip conditions reduces toner scattering and obtains uniform toner images.
And in the fixing process, oil-less fixing technology allows
the use of an emulsion polymerized toner containing wax.
These technologies are discussed here.

１Fig.1 エンジン構成

はじめに

近年、オフィス市場においてカラー化が急速に浸透しプロセス概略は、上からYellow、Magenta、Cyan、カラー機の設置台数が増加傾向にある。一方で、カラーBlackの感光体画像形成部が配置される。個々の感光体上プロダクション市場においては各社とも高速カラーMFPで帯電・露光・現像プロセスを行い、一次転写工程で中を投入しているが、高画質・高耐久を備え、より安価で間転写ベルト上に４色のトナー像が重ね合わされる。二＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部 機器第１開発センター 第 12 開発部

次転写部で用紙上にベルト上トナー像が一括転写され定着に至る。また感光体上の１次転写残トナー及び中間転KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1（2004）

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写ベルト上の２次転写残トナーはそれぞれクリーニング

戻りトナー補給されずに現像に再利用される場合があ部でウレタンブレードによりかきとられる。

る。この為現像部でのトナー濃度の不安定が発生し、ページ内やページ間の濃度が不均一になることがあっ３た。これに対しコニカミノルタ8050では当社独自の一循現像

３．１

環現像攪拌方式を採用し、従来現像構成の欠点である現現像装置の基本構成像部でのトナー濃度不安定を解決、更に高速且つ高印字現像装置は6.5µm 重合トナー対応であり、２成分軽接触率にも対応している。

AC現像方式と現像剤の流れを一方向とした当社独自の一詳細な断面図をFig.４に示す。本現像器は前述の通り感循環現像攪拌方式、更に小粒径キャリアを用いた現像剤光体上の潜像を顕像化する現像部、現像部で使用した現に最適な攪拌構成を確立した。これにより高速高画質か像剤を回収する回収部、回収した現像剤にトナーを補給

つ高印字率に対応した現像を実現している。

し混合攪拌する攪拌部、混合攪拌された現像剤を現像部

基本現像構成をFig.２に示す。主に現像部、回収部、攪に供給する供給部から構成される。本現像器は回収部に特徴があり、現像ローラ上の現像剤を確実に剥ぎ取り回拌部、供給部から構成される。

収部に現像剤を搬送する剥ぎ取りローラと、剥ぎ取った現像剤を攪拌部に送る回収スクリューから構成される。
剥ぎ取りローラ上の現像剤を確実に剥がし、常時現像剤がない面で現像ローラ上の現像剤を確実に剥ぎ取るようにする為に、剥ぎ取りローラの回転方向を現像ローラの回転方向と逆回転としている。これにより現像に使用された現像剤は確実に回収部に回収され、現像ローラには攪拌混合されたフレッシュな現像剤が供給される。このため環境やコピー条件等に依存しない常に安定した均一画像が確保されるようになっている。又前述の通り、本方式は供給部でのトナー濃度を常に一定にコントロール

Fig.2 現像装置 概略図

することが可能であり、ページ内の画像濃度を均一化す
２成分現像剤のトナー濃度制御方法は、供給部の下流る構成として優れている。

近傍に設置した透磁率センサによりトナー濃度を検出し、攪拌部の上流でトナー補給することによって、供給部のトナー濃度が常に一定となるようにコントロールしている。
３．２

一循環現像攪拌構成の概要

Fig.３に従来現像器とコニカミノルタ8050現像器の比較
構成図を示す。当社カラープリンタコニカ3015が採用していた従来の現像攪拌方式では、現像に使用された現像剤は、攪拌部に戻りトナー補給される場合と、回収部にFig.4 現像装置断面図

しかしその一方で現像剤の供給方向が一方向となる為、供給部の搬送スクリュー下流側で現像剤が枯渇し、現像ローラに適正な量の現像剤が搬送されず、濃度不均一となる問題が発生しやすいといった欠点を持っている。
これを解決するために､現像ローラの線速，現像ローラ上の現像剤搬送量，攪拌部／供給部の搬送スクリューの径／ピッチ／回転数，現像ローラと供給部搬送スクリュー間の距離といった条件の適正化を行い、同時に現像剤のトナー濃度安定化を図ることによって、常に安定Fig.3 攪拌構造比較

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した現像ローラ上の現像剤搬送を実現した。

KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.1（2004）３．３

トナー濃度安定化式である。基本構成はFig.１に示す様に感光体を縦に４個本装置に採用した現像剤は、画質向上を狙ってキャリ配置し、この感光体上各色トナーを中間転写ベルト上にアの小粒径化を行っている。本現像剤は従来の接触現像順次重ね合わせる１次転写部、その後中間転写ベルト上方式の現像装置に採用している現像剤に比べて、流動性トナーを一括して用紙に転写する二次転写部から構成さが劣る為、従来のトナー濃度センサでは十分なトナー濃れる。１次、２次転写共にオゾン発生や紙の搬送性を考度制御が行われず、高印字率時のページ内濃度が不均一慮してゴムローラ方式を採用している。中間転写ベルトとなる問題が発生した。これはトナー濃度センサの感度は本機のコンセプトを満たすために機械的強度、抵抗値特性（トナー濃度１w t ％に対するセンサ出力変化幅）

安定性、環境変動はもちろん、現状最も耐久性の高い材が、従来の現像剤に比べて約50%低下する為であった。こ料を選定している。の問題を解決する為に、現像剤搬送スクリュー径を見直中間転写方式を採用した理由は、多様な紙種に対し、した結果、従来装置の感度特性に比べて、約1.5倍まで改その紙上でトナーを重ねるよりも特性変化の少ない中間善することができた。また回収部からの現像剤の影響を転写ベルト上でトナーを重ねる方が画質劣化が少ないと受けない位置に、トナー濃度センサを取り付けることに考えたからである。しかしながら、感光体から中間転写

よって、画像印字率に関係なく、トナー濃度が一定に制ベルトへトナーを移す１次転写が４回、中間転写ベルト御されるようになっている。

から紙へ移す２次転写が１回ありトナーは最大で５回もの転写工程を通過することとなる。更に中間転写ベルト上で重ね合わせるトナー量は従来モノクロ機の約３倍であるため転写によるトナー像劣化が容易に予想できた。
従ってコニカミノルタ8050の転写としての課題は、感光体上トナー像を忠実に紙に移すことである。この課題達成のため①トナー飛び散り、②中ヌケ、③均一性の３点に注目し開発を行った。
４．２

Fig.5 センサ感度特性

トナー飛び散りトナーの飛び散りは、転写ニップ前に電界が作用しト３．４

ページ内画像均一性の到達性能

ナーが空間を移動することで発生し易い。特に２色目以コニカミノルタ8050の現像装置は、前述で説明した一降の１次転写部におけるトナー同士の重ね合わせ時に顕循環現像攪拌構成の採用と現像剤のトナー濃度安定化を著である。これに対しコニカミノルタ8050では、トナー図ることによって、印字率80％原稿に対して、Fig.６に示担持体と転写体を確実に密着させてから電界を形成してすように、当社カラープリンタコニカ3 0 1 5 に比べて、いる。Fig.７に１次転写構成を示す。

ページ内画像濃度均一性の大幅な改善が図れている。

Fig.7 １次転写部拡大図

本機ではベルトと感光体接触ポイントよりもローラを下流側に配置することに加え、ニップ形成ローラを設け積極的に前ニップを形成している。これにより、転写Fig.6 ページ内最大濃度差ローラに与えた電荷が転写ニップ前に及ばないような構４成となっている。更に中間転写ベルトの抵抗値もトナー転写４．１の飛び散りに大きく影響している。ベルト抵抗値が小さ

転写の基本構成いと転写で付与した電荷がニップ前に作用してトナーのコニカミノルタ8050の転写は、50CPM以上の機械とし飛び散りになってしまう。このため後述の転写ムラと併ては当社初となる中間転写ベルトを採用した接触転写方

せベルトの表面抵抗率及び体積抵抗率を最適化してい

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る。転写付与電荷がニップ前に作用しない抵抗値に設定することでトナーの飛び散り性能を達成している。

４．４

均一性

均一性は各種転写ムラを抑制することで得られる。中間転写ベルトを用いた転写ムラはそのほとんどが放電現

４．３

中ヌケ象である。１次転写を例にとると、トナーを担持する中中ヌケは転写部で、転写ローラの押圧によりトナーの間転写ベルトと感光体間との剥離の際の放電が支配的で凝集が発生し、電界で転写されにくい場合に発生する。

ある。Fig.10に示す通りこの放電現象に関与する電位は転電界により転写されにくい凝集トナー魂は、これを保持写後感光体表面電位（感光体電位＋転写残トナー電位）する担持体と転写しようとする転写体の表面自由エネルと転写後ベルト電位（転写トナー電位＋ベルト電位）でギーの関係により転写性が決定される。１次転写、２次ある。この両者の電位差と距離がある値以上になると放転写共に寄与する中間転写ベルトの材料特性は非常に重電が発生し画像ムラとなる。この画像上に顕れる放電の要となるが、コニカミノルタ8050で採用している感光体模様やピッチ等は電位の極性や絶対値に関係している。と中間転写ベルトの表面自由エネルギーはほぼ等しく、場合によっては理想の関係が逆転することがある。この場合、１次転写での中ヌケが支配的である。そこで感光体に潤滑剤を塗布することで感光体表面エネルギーを低下させている。これによりトナーが凝集しても感光体から中間転写ベルト、中間転写ベルトから用紙へスムーズに転写される様になる。更に感光体上転写残トナーのクリーニング性向上にも寄与している。（Fig.８参照）

Fig.10 １次転写剥離放電に関わる電位

転写後ベルト電位は、ベルト抵抗率の選択、及び転写出力（電圧や付与する電荷）によって比較的適正な範囲内に制御可能である。一方転写後感光体表面電位は、ベルト抵抗率や転写出力がある範囲内であれば影響はないが、ある値を越えたベルト抵抗率や転写出力を選択すると感光体表面電位に影響を与える。これは転写付与電荷が過剰なために転写ポイントにて感光体上トナーや感光体へ電荷を注入しているためであるが、このように感光体やトナーへの電荷注入の系になると次色の１次転写にFig.8 接触角推移おける再転写が発生し、全体としての転写率低下となる。
コニカミノルタ8050は、縦型タンデム構成、感光体径

従って、感光体やトナーへの電荷注入を起こさず、感φ60mm、１次転写間距離95mmのコンパクト設計である

光体とベルトとの放電を発生させない様にベルト抵抗率ため感光体クリーニング部のスペースが小さい。感光体や転写出力を選択する必要がある。

への潤滑剤塗布はブラシを介して行うが、このブラシやFig.11に中間転写ベルトの体積抵抗率と表面抵抗率に対潤滑剤を最小限の形状とし、クリーニングトナーの搬送する諸問題発生領域の関係を表す。コニカミノルタ8050

性を阻害しないレイアウトとしている。又初期から交換

では本図に示す様なベルトを採用し、又四角で囲まれたサイクルまで確実に性能を発揮する押圧条件や回転数設定とした。
Fig.９に最適化前と最適化後の文字拡大写真を示す。

最適化前

最適化後

Fig.9 中ヌケ比較

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Fig.11 体積抵抗率と表面抵抗率の関係

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ベルト抵抗率のラチチュードを確保できた。更にこれにに非接触で輻射熱検知型の温度センサを設置し、最大幅対応して転写出力値を最適化している。

サイズ非通紙領域に異常検知用の接触温度センサを設置している。小幅紙通紙時の非通紙部の温度上昇を抑制す５るために、加熱ロールの内側に設置したハロゲンランプ

定着５．１

は、異なる配熱分布の２本で構成し、前述した温度セン定着装置の基本構成サの情報を元に点灯制御を行っている。従来機コニカ

定着装置は、当社製の乳化重合トナー対応のオイルレ3015で非通紙領域に設置した接触温度センサを使用してス定着装置であり、熱ロール定着方式を採用している。

いたのに比べて温度制御性は向上している。また加熱

この重合トナーは粒子中に離型剤である高級脂肪酸エスロールと加圧ロールの圧着によりロール非回転時に塑性テル（ワックス）が分散して存在するものであり、当社変形しないように自動圧着解除機構を設けている。Fig.13のトナー製法の特性を生かして、当社従来機コニカ3015

及びTable １に従来機コニカ3015との比較を示す。

等に搭載して来た粉砕トナーに比べて、粒子表面に殆ど離型剤を析出することなしに粒子中の離型剤総量を数倍にしたものである。このため、離型剤により感光体等の画像形成部の機能部品表面が汚染することなく、定着ニップ中でトナーのバインダ樹脂と加熱ロールの界面に離型剤を相当量しみ出させることが可能になり、さらに定着装置の構成パラメータのチューニングにより、コニ
カ3015等に搭載していたシリコ−ンオイル塗布機構を廃止することが出来た。

Fig.13 従来定着器との構成比較図

Table 1 従来定着器との構成比較表

Fig.12 トナーの違い

主な構成部品としては、加熱ロール（HR）、加圧ロール（PR）、清掃ロール、ウエブ、用紙剥離板、ハロゲンランプ、温度センサ、温度過上昇防止用のサーモスタットがある。加熱ロール表面の通紙領域に固定接触物を配置した場合には、加熱ロール表面が部分的に磨耗したり傷５．２

定着ロール仕様が入ることによる縦すじ状の光沢むらや、加熱ロールと加熱ロールと加圧ロールの基本構造は同じであり、ア固定接触物の間に溜まったトナーや紙粉、離型剤等が吐ルミニウムの芯金に弾性層としてLTVシリコーンゴムをき出されることによる画像汚れ及び光沢むらが発生して設け、接着層を介して最表面に離型層としてPFAを被覆しまう。加圧ロールに対して同じことを考えた場合、そしたものである。離型層については、シリコーンゴムの影響は加熱ロールに比べて小さいが、両面プリント時ロールを成型した後に、接着層を介してディスパージョに第1面の温度がトナーが溶ける温度以上に達する限りはン状態のPFAを塗装した後、焼成し表面平滑処理を施し両面プリント画質にも影響を及ぼす。そこで、本定着装たものを使用している。PFA樹脂自体が離型性が高いこ

置では、加熱ロール及び加圧ロール表面の通紙領域にはとに加えて、P F A チューブを被覆したものに対して、紙分離手段や温度センサ、ウエブを接触させない構成とロール表面しわが発生し難く、用紙剥離性能に優れるメし、固定接触物を無くした。

リットが認められた。これは、表面層の伸び縮み追従性

加熱ロール及び加圧ロールの内側にはハロゲンランプがPFAチューブより良好なために、しわが発生し難く、を設置している。また外周面には最小幅サイズ通紙領域

またニップでのゴムの歪み−解放の挙動が表面に反映さ

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れ易いことにより用紙剥離性能に優れているものと推定のようにすることにより、スペースを取らずにウエブとしている。

清掃ロールの接触幅を広く稼ぐことが出来て清掃能力を２つのロールの主な相違点は、シリコーンゴムの厚み確保することが出来た。

であり、加熱ロールの方が、厚く設定されている。外部

加熱ロール表面にオフセットしたワックスの高さは液加熱の手段追加は機構を複雑にするため、熱供給はロー状であるが故に非常に低い。これを効果的に清掃するにル内側からの熱伝導のみで対処することとし、連続プリは、清掃ロールの表面粗さを平滑に抑える必要がある。

ント中の温度低下やプリント後のオーバシュートなどの清掃ロールに対する他の要件として、加熱ロール表面に温度変化を出来るだけ小さくするために、加熱ロールの比べてワックスに対する濡れ性が良いこと、ウエブ摺擦ゴムの熱伝導率を従来定着器より向上させ、かつ厚みをに対して耐磨耗性の高いこと、耐熱性があることが挙げ出来るだけ薄くした。薄いゴム厚でも定着ニップ幅を確られ、そのような観点から、清掃ロールとしては、アル保出来るように、ゴム硬度も従来定着器より低硬度に設

ミパイプ芯金にアルマイト処理と特殊加工を施し表面を定している。定着ニップ断面形状が加熱ロール側にやや研磨処理したものを採用した。

凸になり、加熱ロールの温度変化を小さく抑えてトナーからの離型剤しみ出しが安定するようになることによ５．４

画像到達性能り、シリコーンオイルを塗布したり、接触用紙剥離部材到達性能としてFig.15に連続プリント中の画像光沢変化を設置することなく用紙剥離性能を確保することが出来を示す。紙自体の光沢の低いカラーPPC用紙に対しては、た。ゴム厚設計の説明をFig.14に示す。各種性能を満足すぎらつきのない程良い光沢となっており、またＡ４紙るようにゴム厚を設計している。

51CPMの高速であっても光沢変化が小さく抑えられている。また紙自体の光沢の高い電子写真用コート紙（光沢値：約60）に対しては、プロセス速度条件を変えることにより、ホットオフセットを発生させることなく、紙光沢以上の光沢も出せるようになっている。

Fig.14 ゴム厚と各種性能の関係

５．３

清掃手段

コストやスペースを考慮すると清掃手段レスが望まし

Fig.15 カラー画像光沢変化

いが、重合トナーを使いこなすに当たって、加熱ロール表面にオフセットしたワックスが光沢むらを引き起こす等新たな課題も生じた。そこで、ワックスやトナー、紙６まとめ粉などを清掃する手段が必要となり、前述したように加コニカミノルタ8050において現像プロセスでは高印字

熱ロールに対してウエブのような固定物を接触させない率画像のページ内均一性、転写プロセスでは中抜け、トことを前提に、清掃ロール方式を採用した。

ナー飛び散りの防止と転写均一化、定着プロセスでは清掃ロールを単独で使用する方式は、コニカ7040等にワックス含有重合トナー対応のオイルレス定着を図るこ搭載された加熱とともに架橋が進むような熱硬化性のあとによりPOD市場で要求される高画質化を達成した。

るトナーを使用するならば、清掃ロール上にトナー固着が進行しトナー吐き出し等の現象は起こり難い。しかしながら、採用した重合トナーは熱可塑性であるため、清掃ロールをさらに清掃する手段が必要であり、ウエブを今後も更なる高画質化に向け継続的に開発を図っていきたいと考える。
最後に本開発にあたり、ご協力いただいた多くの関係者の方々に感謝する。

当接させる手段を採用した。清掃ロールへのウエブの当接は、スポンジロールなどの押圧部材を使用せず、ウエブのテンションで清掃ロールに当接するようにした。こ70

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