JP2005141108A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常紙ばかりでなく、ハガキや封筒といったマテリアル紙についても中抜けを確実に防止できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 プリンタ１のハウジング２の内部には、記録媒体搬送ベルト８に沿って、マゼンタ用の画像形成部３０Ｍ、シアン用の画像形成部３０Ｃ、イエロー用の画像形成部３０Ｙ、及びブラック用の画像形成部３０Ｂがタンデムに配置されている。記録媒体がマテリアル紙の場合、ブラックトナー用の感光体ドラム４と記録媒体搬送ベルト８との線速度差は記録媒体が通常紙である場合よりも大きい。カラートナー用感光体ドラム４についても通常紙モード以上に線速度差を大きくする場合は、ブラックトナー用感光体ドラム４の線速度差をカラートナー用感光体ドラム４の線速度差よりもさらに大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録媒体（通常の場合、紙）にトナーを転写し、定着する画像形成装置に関する。

トナーにより文字や画像を形成する画像形成装置にあっては、文字を形成する線、あるいは画像中の輪郭線などの細線の中央部分のトナーが記録紙に転写されず、この部分が白く抜けてしまう、いわゆる「中抜け」が発生する場合がある。この「中抜け」の問題を解決するため、これまでにも様々な取り組みがなされている。例えば特許文献１には、外添剤にステアリン酸亜鉛微粉体とチタン酸化物を含有させて中抜けの解消を図ったトナーが記載されている。特許文献２には、感光体の周速と記録媒体の搬送速度を異ならせた電子写真記録装置が記載されている。特許文献３には、転写材担持体（ベルト）の移動速度が像担持体の周速度よりも速くなるように制御するとともに、像担持体相互間においては、転写材担持体の移動方向に関し下流側に位置する像担持体ほど周速度が速くなるように制御する画像形成装置が記載されている。
特開平８−２７２１３２号公報（第３頁、図１） 特開平６−４３７７１号公報（第２−３頁、図１） 特開２００３−２９４８９号公報（第３−５頁、図１）

外添剤の成分を変えて中抜けを防止しようとすると、感光体上の非印字部にトナーが付着する、いわゆる「かぶり」現象が発生する。特許文献１では、外添剤にチタン酸化物を加えてかぶり現象を防止しようとしているが、この手法で完全にかぶり現象をなくすのは難しい。またトナー設計の自由度が小さくなってしまう。

像担持体の線速度（周速度）と記録媒体の線速度（搬送速度）との間に差をつけて中抜けを防止しようとするやり方は、記録媒体が通常紙以外であるとき、問題が生じる可能性がある。すなわちハガキ、封筒などの場合（このような記録媒体を本明細書では「マテリアル紙」と呼ぶ）、ベルトとの間の静電吸着力が弱い。いきおい像担持体の方に追随しがちになり、必要な線速度差を得られないことがある。

本発明は上記の点を解決するためになされたものであり、通常紙ばかりでなく、マテリアル紙についても中抜けを確実に防止できる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明では、画像形成装置を次のように構成した。

（１）タンデム配置された複数の画像形成部を記録媒体が順次通過し、各画像形成部の像担持体より、異なる色のトナー像が前記記録媒体に順次重ねられる画像形成装置において、記録媒体が通常紙である場合には、記録媒体搬送ベルトと前記像担持体との線速度差を全像担持体について等しくし、記録媒体がマテリアル紙である場合には、ブラックトナーの像担持体の前記線速度差を通常紙のときよりも大きくした。

（２）前述のように構成された画像形成装置において、記録媒体がマテリアル紙の場合、すべての前記像担持体について通常紙の場合よりも前記線速度差を大きくし、且つ、ブラックトナーの像担持体についてはそれ以外のトナーの像担持体よりもさらに線速度差を大きくした。

（３）前述のように構成された画像形成装置において、記録媒体がマテリアル紙である場合、ブラック以外の全トナーについて前記像担持体の前記線速度差を等しくした。

（４）前述のように構成された画像形成装置において、前記像担持体における潜像形成タイミングに、前記線速度差を反映した調整を加えるものとした。

（１）記録媒体がマテリアル紙である場合には、ブラックトナーの像担持体と記録媒体搬送ベルトとの線速度差を通常紙の場合よりも大きくしたから、中抜けの目立ちやすいブラックトナーについて、記録媒体がマテリアル紙であっても、中抜け防止に必要な線速度差を確保できる。これにより、記録媒体の種類を問わず、中抜けの目立たない印刷物を得ることが可能になる。

（２）記録媒体がマテリアル紙の場合、すべての前記像担持体について通常紙の場合よりも前記線速度差を大きくしたから、記録媒体がマテリアル紙であっても、画像の全領域にわたり中抜け防止に必要な線速度差を確保できる。また、ブラックトナーの像担持体の線速度差はそれ以外のトナーの像担持体の線速度差よりもさらに大きいから、中抜けの目立ちやすいブラックトナーの中抜けを防止し、画像品質を高めることができる。

（３）ブラック以外の全トナーについて、記録媒体搬送ベルトと像担持体との線速度差を等しくしたので、回転力伝達システムや制御システムを簡素化できる。

（４）前記像担持体における潜像形成タイミングに、前記線速度差を反映した調整を加えるから、トナー像を記録媒体に転写するときの位置が常に一定になり、色重ねにずれが生じない。

以下、本発明の実施形態を図１、２に基づき説明する。図１は画像形成装置の模型的垂直断面図、図２は画像形成部の概略構造を示す模型的断面図である。

画像形成装置として例示するのはタンデム方式のフルカラープリンタである。プリンタ１においては、外部コンピュータからの原稿画像データの色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力の何れかが選択される。画像出力速度はフルカラーの場合でもモノクロの場合でもＡ４サイズで２０枚／分とされている。なお本明細書には画像出力速度以外にも寸法、比率、速度、電圧、温度等の具体的な数値が登場するが、これらの数値は一つの好適例の例示である。

プリンタ１のハウジング２の内部には記録媒体搬送ベルト８が配置されている。記録媒体搬送ベルト８は原動プーリ１０と従動プーリ１１に巻き掛けられ、記録媒体を図１において右方から左方へと水平に搬送する。記録媒体搬送ベルト８の記録媒体受入側には給紙装置１２と記録媒体搬送路１３が配置される。記録媒体搬送ベルト８の記録媒体排出側には定着装置５０、記録媒体搬送路１５、及び排出部１６が配置される。排出部１６はハウジング２の上面に設けられる。

記録媒体搬送ベルト８の上には計４台の画像形成部が記録媒体搬送方向の上流側から下流側に向けて直列に配置される。４台の画像形成部とは、上流側から順に、マゼンタ用の画像形成部３０Ｍ、シアン用の画像形成部３０Ｃ、イエロー用の画像形成部３０Ｙ、及びブラック用の画像形成部３０Ｂである。

画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂの構造を図２に示す。各画像形成部とも構造は共通なので、「Ｍ」「Ｃ」「Ｙ」「Ｂ」の識別記号を省き、「３０」の符号のみ置いている。

画像形成部３０の中で像担持体として機能するのはアモルファスシリコンを感光体とする感光体ドラム４であり、その周囲に主帯電器５、ＬＥＤプリントヘッドユニット６、現像装置３、及びクリーニング装置２０が配置されている。また図１に見られるように、転写ローラ９が記録媒体搬送ベルト８を隔てて感光体ドラム４に対峙する。転写ローラ９は記録媒体搬送ベルト８を支持し、感光体ドラム４に当接させる役割も担う。転写ローラ９には−１．５ｋＶの電圧が印加されている。

現像装置３はマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーとフェライトキャリアを５：９５の重量比で混合したトナーを収容する。トナーはコールターカウンタによるメジアン径（体積基準）が９μｍ、フェライトキャリアは平均粒径が７０μｍとなっている。現像装置３には固定磁石（図示せず）を内蔵した現像スリーブ３ａが設けられている。

感光体ドラム４と現像スリーブ３ａとは０．５ｍｍの隙間を隔てて対峙し、対向する表面同士が同方向に移動する向きに回転する。感光体ドラム４の周速度は概ね１００ｍｍ／ｓｅｃ、現像スリーブ３ａの周速度は２００ｍｍ／ｓｅｃである。現像スリーブ３ａの表面にはトナーにより磁気ブラシが形成される。またトナーはキャリアとの摩擦により正に帯電する。現像スリーブ３ａに対しては図示しない穂切板が設けられる。穂切板と現像スリーブ３ａとの隙間は０．５ｍｍである。現像スリーブ３ａには＋３００Ｖの現像バイアス電圧が印加される。

現像により、現像装置３の中のトナーが消費される。消費したトナーを補うため、画像形成部３０Ｂ、３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍに対応してトナー供給容器７Ｂ、７Ｙ、７Ｃ、７Ｍを設け、図示しない搬送手段によりトナーを補給する。これにより、現像装置３は常に適量のトナーを内部に保有することになる。

クリーニング装置２０は感光体ドラム４に接触するゴム製のクリーニングローラ２１、記録媒体に転写されなかったトナーを感光体ドラム４からかき落とすクリーニングブレード２２、及びトナーを図示しない回収容器に排出する排出スパイラル２３を有する。なおクリーニング装置２０のカバーは図１においては図示を省略してある。

ハウジング２の内部には制御装置４０が配置される。制御装置４０はプリンタ１の全体制御を司るものである。

プリンタ１は次のように画像出力動作を行う。

感光体ドラム４の表面は主帯電器５により一様に＋４００Ｖに帯電せしめられている。外部のコンピュータなどから原稿画像データが入力されると、ＬＥＤプリントヘッド６が原稿画像データに対応するＬＥＤ光を感光体ドラム４の表面に照射する。感光体ドラム４の表面は、ＬＥＤ光の照射された露光部の電圧が＋２５Ｖにまで減衰し、非露光部の＋４００Ｖの部分と合わせて静電潜像が形成される。現像スリーブ３ａに印加された＋３００Ｖの現像バイアス電圧により、トナー中の正帯電トナーが前記露光部に付着し、静電潜像がトナーで可視化される。

記録媒体搬送ベルト８は、給紙装置１２から供給された記録媒体を載せ、感光体ドラム４の表面の移動方向と同じ方向に、１００ｍｍ／ｓｅｃで走行している。感光体ドラム４の周速度はこれに近いが、全く同じという訳ではない。これについては後で詳しく述べる。記録媒体上の所定位置からトナーの転写が開始されるよう、ＬＥＤプリントヘッド６による感光体ドラム４の露光タイミングが設定される。

記録媒体搬送ベルト８上の記録媒体が感光体ドラム４の下を通過する際、転写ローラ９に印加された−１．５ＫＶの電圧により、感光体ドラム４に付着したトナーが記録媒体に引きつけられる。これにより、トナーが記録媒体に転写される。

記録媒体に転写されなかったトナーはクリーニングブレード２２によりかき落とされ、排出スパイラル２３により図示しない回収容器に排出される。クリーニングローラ２１はトナー転写後の感光体ドラム４の表面を整える。

画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂでマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーを順次転写され、未定着ではあるもののトナーによりカラー画像を形成された記録媒体は記録媒体搬送ベルト８を出て定着装置５０に引き込まれる。そして定着装置５０の内部で定着ローラによりトナーを定着された後、記録媒体搬送路１５を経て排出部１６に排出される。

制御装置４０は、中抜け防止のため、画像形成部３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂの各感光体ドラム４の線速度（ドラムの周速度）と記録媒体搬送ベルト８の線速度（ベルト移動速度）との間に差が生じるように制御を行う。そして制御部４０は、記録媒体が通常紙であるかマテリアル紙であるかによって、線速度差の態様を異ならせる。

記録媒体が通常紙である場合には、記録媒体搬送ベルト８と感光体ドラム４との線速度差は、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色について等しくする。

記録媒体がマテリアル紙である場合には、ブラックトナー用の感光体ドラム４のみ、記録媒体搬送ベルト８との線速度差を通常紙の場合よりも大きくする。

このように、記録媒体搬送ベルト８とブラックトナー用の感光体ドラム４の線速度差が、記録媒体がマテリアル紙であるときの方が通常紙であるときよりも大きくなるようにしたから、通常紙に比べ記録媒体搬送ベルト８への吸着力が弱く、感光体ドラム４に追随しがちになるマテリアル紙についても、所定の線速度差を確保し、中抜けを確実に防止することができる。ブラックトナーは特に中抜けが目立ちやすいので、このようにブラックトナーの中抜けを防止することにより、画像に中抜けが生じているという印象を大幅に弱めることができる。

ブラック以外のマゼンタ、シアン、イエローの各色のトナー（以後「カラートナー」と呼ぶ）については、中抜けがブラックトナーほど目立たないので、マテリアル紙の場合の線速度差を通常紙の場合より大きくする必要性はブラックトナーほど大きくはない。しかしながら、カラートナー用の感光体ドラム４についても、記録媒体がマテリアル紙であるときの方が通常紙であるときよりも記録媒体搬送ベルト８との線速度差が大きくなるように設定することにより、画質をさらに高めることができる。

記録媒体がマテリアル紙であるときに通常紙のときよりもカラートナー用の感光体ドラム４の線速度差を大きくする場合、次の条件が満たされるように設定するものとする。第１の条件は、ブラックトナー用の感光体ドラム４の線速度差がカラートナー用の感光体ドラム４の線速度差よりもさらに大きいことである。第２の条件は、カラートナー用の感光体ドラム４相互間においては、マゼンタ、シアン、イエローの各色とも線速度差を等しくすることである。

上記第１の条件により、ブラックトナーの中抜けをカラートナーよりも一層目立たなくすることができる。また第２の条件により、カラートナー用感光体ドラム４の回転力伝達システムや制御システムを簡素化できる。

感光体ドラム４の円周上の１点は、潜像形成部（ＬＥＤプリントヘッド６がＬＥＤ光を照射する箇所）から転写部（転写ローラ９がトナーを記録媒体に引きつける箇所）まで、円周に沿って所定距離を走行する。線速度差が変化したにもかかわらず、すなわち感光体ドラム４の回転速度が変化したにもかかわらず、潜像形成タイミングをそのままにしておいたのでは、転写部に潜像（この時点では顕像のトナー像になっている）が到達するタイミングが狂い、色重ねにずれが生じることになりかねない。

そこで、潜像形成のタイミングに、線速度差を反映した調整を加える。すなわち感光体ドラム４の線速度が記録媒体搬送ベルト８の線速度よりもα％速い場合には
（潜像形成部から転写部までのドラム円周上の距離×α／１００）÷ドラム線速度
の式によって求められる時間だけ潜像形成タイミングを遅らせる。これにより、転写部に潜像が到着するタイミングは、線速度差ゼロの場合と同じになる。

感光体ドラム４の線速度が記録媒体搬送ベルト８の線速度よりもα％遅い場合には
（潜像形成部から転写部までのドラム円周上の距離×α／１００）÷ドラム線速度
の式によって求められる時間だけ潜像形成タイミングを早める。これにより、転写部に潜像が到着するタイミングは、線速度差ゼロの場合と同じになる。

上記αの値は、記録媒体が通常紙であるかマテリアル紙であるかによって異なる。通常紙の場合をα１とし、マテリアル紙の場合をα２とすれば、α１＜α２である。

図３は中抜け防止の実験結果の表である。実験には、マテリアル紙としてハガキを使用した。表中Ｖｂとあるのはブラックトナー用感光体ドラムの線速度差である。これは、通常紙モードにおけるブラックトナー用感光体ドラムの線速度を１００とし、１００に対する変動量を％の形で表したものである。

例えば、通常紙モードの線速度が１００ｍｍ／ｓｅｃである場合、ハガキモードの線速度差が０．２％であるということは、感光体ドラムの線速度を１００．２ｍｍ／ｓｅｃ又は９９．８ｍｍ／ｓｅｃにしたということである。

Ｖｂは記録媒体搬送ベルトと感光体ドラムとの線速度差を直接表すものではないが、通常紙モードにおける記録媒体搬送ベルトとブラックトナー用感光体ドラムとの線速度差は一定なので、その一定速度からの変動量であるＶｂによって線速度差を表すことができる。

同様に、表中Ｖｃとあるのはカラートナー用感光体ドラムの線速度差である。これも記録媒体搬送ベルトと感光体ドラムとの線速度差を直接表したものではない。通常紙モードにおけるカラートナー用感光体ドラムの線速度を１００とし、１００に対する変動幅を％の形で表したものである。通常紙モードにおける記録媒体搬送ベルトとカラートナー用感光体ドラムとの線速度差は一定なので、Ｖｃによって線速度差を表すことができる。マゼンタ、シアン、イエローの各色について、等しく線速度差Ｖｃが適用される。

表中の「文字中抜け」欄において、「Ａ」とあるのは中抜け発生レベルが非常に良いこと、すなわち中抜けが全く発生していないか、発生していても殆ど目立たないことを表す。「Ｂ」は中抜け発生レベルが良いこと、すなわち「Ａ」ほどではないが中抜けが目立たないことを表す。「Ｃ」は中抜け発生レベルが許容範囲であること、すなわち中抜けの発生はある程度認められるが、画質にそれほど大きな影響を与えていないことを表す。

実施例１では、Ｖｂ＝０．２（％）、Ｖｃ＝０．１（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝０．１（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は７０μｍであった。文字の中抜けに関してはブラック、カラーともに「Ｂ」であった。

実施例２では、Ｖｂ＝０．５（％）、Ｖｃ＝０．１（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝０．４（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は７５μｍであった。文字の中抜けは、ブラックは「Ａ」、カラーは「Ｂ」となった。

実施例３では、Ｖｂ＝１．０（％）、Ｖｃ＝０．１（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝０．９（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は９０μｍであった。文字の中抜けは、ブラックは「Ａ」、カラーは「Ｂ」となった。

実施例４では、Ｖｂ＝１．１（％）、Ｖｃ＝０．１（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝１．０（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は１１０μｍであった。文字の中抜けは、ブラックは「Ａ」、カラーは「Ｂ」となった。

実施例５では、Ｖｂ＝０．５（％）、Ｖｃ＝０．２（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝０．３（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は８５μｍであった。文字の中抜けは、ブラックは「Ａ」、カラーは「Ｂ」となった。

実施例６では、Ｖｂ＝０．２（％）、Ｖｃ＝０．０（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝０．２（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は７０μｍであった。文字の中抜けは、ブラックは「Ｂ」、カラーは「Ｃ」となった。

実施例７では、Ｖｂ＝０．５（％）、Ｖｃ＝０．０（％）とした。Ｖｂ−Ｖｃ＝０．５（％）となった。形成した画面の最大色ずれ量は７５μｍであった。文字の中抜けは、ブラックは「Ａ」、カラーは「Ｃ」となった。

表には比較例も示す。比較例１では、Ｖｂ＝０．０（％）、Ｖｃ＝０．０（％）とした。当然、Ｖｂ−Ｖｃ＝０．０（％）である。形成した画面の最大色ずれ量は７０μｍであった。文字の中抜けに関しては、ブラックは「Ｃ」、カラーも「Ｃ」であった。

比較例２では、Ｖｂ＝０．１（％）、Ｖｃ＝０．１（％）とした。当然、Ｖｂ−Ｖｃ＝０．０（％）である。形成した画面の最大色ずれ量は７５μｍであった。文字の中抜けに関しては、ブラックは「Ｃ」であった。カラーは「Ｂ」であった。

実験結果によれば、記録媒体がマテリアル紙である場合、ブラックトナーの像担持体と記録媒体搬送ベルトとの線速度差を通常紙の場合よりも大きくし（Ｖｂをゼロより大きくする）することにより、ブラックトナーについて「Ａ」又は「Ｂ」レベルの中抜け防止効果が得られることがわかった。

また、カラートナーについても記録媒体搬送ベルトと像担持体との線速度差を通常紙の場合よりも大きくする（Ｖｃをゼロより大きくする）ことにより、「Ｂ」レベルの中抜け防止効果が得られることがわかった。

このように、記録媒体がマテリアル紙である場合、記録媒体搬送ベルトと像担持体との線速度差を通常紙の場合よりも大きくすることにより、満足すべき中抜け防止効果を得ることができる。ただし線速度差はどれだけ大きくても良いというものではない。最大色ずれ量が許容範囲に収まる程度にとどめる。

以上本発明の一実施形態につき説明したが、この他、発明の主旨から逸脱しない範囲で種々の改変を加えて実施することができる。

本発明は、トナーにより画像を形成する電子写真方式の画像形成装置全般に利用可能である。

画像形成装置の模型的垂直断面図 画像形成部の概略構造を示す模型的断面図 実験結果の表

符号の説明

１ プリンタ
２ ハウジング
４ 感光体ドラム
６ ＬＥＤプリントヘッドユニット
８ 記録媒体搬送ベルト
９ 転写ローラ
３０Ｍ、３０Ｃ、３０Ｙ、３０Ｂ 画像形成部
４０ 制御装置

Claims (4)

1. タンデム配置された複数の画像形成部を記録媒体が順次通過し、各画像形成部の像担持体より、異なる色のトナー像が前記記録媒体に順次重ねられる画像形成装置において、
   記録媒体が通常紙である場合には、記録媒体搬送ベルトと前記像担持体との線速度差を全像担持体について等しくし、記録媒体がマテリアル紙である場合には、ブラックトナーの像担持体の前記線速度差を通常紙のときよりも大きくすることを特徴とする画像形成装置。
2. 記録媒体がマテリアル紙の場合、すべての前記像担持体について通常紙の場合よりも前記線速度差を大きくし、且つ、ブラックトナーの像担持体についてはそれ以外のトナーの像担持体よりもさらに線速度差を大きくしたことを特徴とする画像形成装置。
3. 記録媒体がマテリアル紙である場合、ブラック以外の全トナーについて前記像担持体の前記線速度差を等しくしたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記像担持体における潜像形成タイミングに、前記線速度差を反映した調整が加えられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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