JP2012237974A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】像担持体31のトナー像を担持している面に当接して転写ニップを形成する転写部材36と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録材Pに対して前記像担持体上のトナー像を転写するために電圧(転写バイアス)を出力する電源39とを有し、記録材に対して像担持体上のトナー像を転写する際に、トナー像を像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と、転写方向の電圧と逆極性の電圧とを交互に切り替え、電圧の時間平均値(Vave)を、トナー像を像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に設定し、かつ、電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも転写方向寄りに設定し、トナーの劣化状態を判断するトナー劣化情報に基づき、電源39から出力される電圧の周期回数を変更する
【選択図】図1
Description
特許文献2では、異なる2種以上の用紙判別手段から転写材の凹凸を検知し、表面凹凸に応じて適切なトナー付着量を制御している。
特許文献1に記載の構成では、データベース内に存在しない転写材を扱ったときに対応できないといった問題がある。特許文献1,2では、トナーの付着量を制御しているが、付着量を制御することで記録材上のトナー付着量を増やすことはできても、転写率自体は改善されないため、画像の濃度ムラを改善することは難しく、また潜像担持体である感光体或いは中間転写体上に多量のトナーが残ってしまい、効率的では無いといった課題がある。
また、トナーが画像形成に消費されずに画像形成装置内に長時間留まっていると、様々なストレスによってトナーの帯電性の変化、トナー表面に付着している外添剤の埋もれや分離による流動性の低下等、トナーの劣化が生じてしまう。通常の直流電圧による転写では、トナーが劣化していない場合でも凹凸のある記録材の転写性が悪いが、トナーが劣化すると転写性が大幅に低下してしまう。
本発明は、記録材表面の凹部と凸部とでそれぞれ十分な画像濃度を得ながら、白点の発生を抑え、かつトナーが劣化した場合でも凹凸のある転写材の転写性を向上させて、画像のムラや白抜け画像の無い高品質な画像を得られる画像形成装置を提供することを、その目的とする。
本発明者らは、2次転写ニップN内におけるトナーの挙動を観測するために、特殊な観測実験装置を製造した。図12は、その観測実験装置を示す概略構成図である。この観測実験装置は、透明基板210、現像装置231、Zステージ220、照明241、顕微鏡242、高速度カメラ243、パーソナルコンピュータ244などを備えている。透明基板210は、ガラス板211と、これの下面に形成されたITO(Indium Tin Oxide)からなる透明電極212と、透明電極212の上に被覆された透明材料からなる透明絶縁層213とを具備している。この透明基板210は、図示しない基板支持手段によって所定の高さ位置で支持されている。この基板支持手段は、図示しない移動機構によって図12中上下左右方向に移動可能に構成されている。図示の例では、透明基板210が金属板215を載置したZステージ220の上に位置しているが、基板支持手段の移動により、Zステージ220の側方に配設された現像装置231の真上に移動することも可能である。なお、透明基板210の透明電極212は、基板支持手段に固定された電極に接続され、この電極は接地されている。
図16は、図1に示したプリンタの制御系の一部を示すブロック図である。同図において、転写バイアス出力手段の一部を構成する制御部60は、演算手段たるCPU60a(Central Processing Unit),不揮発性メモリたるRAM60c(Random Access Memory),一時記憶手段たるROM60b(Read Only Memory)、フラッシュメモリ60d等を有している。プリンタ全体の制御を司る制御部60には、様々な構成機器やセンサ類が通信可能に電気的に接続されているが、図16においては、本プリンタの特徴的な構成に関連する構成機器だけを示している。
凹凸紙で良好な画像を得るのに必要な転写バイアス条件は、上述のように下記1〜3を満たす条件である。
1.必要最低限のピーク値Vr
2.絶対値が十分大きい、時間平均電圧Vave
3.放電開始電圧以下の送りピーク値Vt
この3つの条件の中で十分絶対値の大きな2次転写バイアスの交流成分における電圧の時間平均値Vaveを確保することがもっとも重要となる。その理由としては、凹凸をもつ記録材にトナーを転写させる場合、凹部、凸部両方にトナーをより多く転写させる転写性は時間平均値Vaveに依存し、必要最低限のピーク値Vrと送りピーク値Vtは直接影響しないことが発明者らの実験により明らかとなっている。一方で、記録材の凹部にトナーをより多く転写させる転写性は、中間転写ベルト31と凹部との空隙が大きいため、必要最低限のピーク値Vrがある値以上なければ転写性は著しく悪化するが、必要最低限のピーク値Vrがある値以上確保できた場合には転写性は凸部と同じく電圧の時間平均値Vaveに依存するという特性があるためである。
[実験1]
本発明者らは、実施形態に係るプリンタと同様の構成のプリント試験機を用意した。そして、このプリント試験機を用いて各種のプリントテストを行った。感光体や中間転写ベルト31の線速であるプロセス線速については、176[mm/s]に設定した。また、2次転写バイアスの交流成分の周波数fについては周波数を500[Hz]に設定した。また、記録紙Pとしては、特殊製紙株式会社製のレザック66(商品名) 175kg紙(四六版連量)を使用した。レザック66は、「さざ波」よりも紙表面の凹凸の度合いが大きい紙である。紙表面の凹部の深さは最大で100[μm]程度である。Mベタ画像とCベタ画像との重ね合わせによる青ベタ画像を、様々な2次転写バイアスの条件でそれぞれレザック66に出力した。2次転写バイアスの実験条件を下記に示す。なお、試験環境は、10℃15%の環境で行なった。
そして出力された青ベタ画像を凹部・凸部ともに下記評価基準で評価した。表1に示すような様々なピークツウピーク電圧値Vpp及び時間平均値Vaveにおける評価結果を図27から図35に示した。
ランク5:凹部内が完全にトナーで埋まっている。
ランク4:凹部内がほぼトナーで埋まっているが、凹部における深さの大きい箇所では僅かに紙地肌が見える。
ランク3:凹部における深さの大きい箇所で明らかに紙地肌が見える。
ランク2:ランク3より悪く、且つ後述するランク1より良い。
ランク1:凹部にトナーが全く付着していない。
また、黒ベタ画像の紙表面の凸部上における画像濃度を次のようにして評価した。
ランク5:濃度ムラが全くなく、良好な画像濃度が得られている。
ランク4:僅かに濃度ムラがあるものの、薄い箇所でも問題ない画像濃度が得られている。
ランク3:濃度ムラがあり、薄い箇所の画像濃度が許容レベルを超えて不足している。
ランク2より悪く、且つ後述するランク1より良い。
ランク1:全体的に画像濃度不足。
○:凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク4以上。
△:凹部と凸部のどちらかの画像濃度の評価結果がランク3以下。
×:凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク3以下。
バイアス印加手段となる電源は、ファンクションジェネレーター(横河電機FG300)で波形を作り、それをアンプ(Trek High Voltage Amplifir Model10/40)で1000倍に増幅して図10の2次転写裏面ローラ33に印加した。なお凹部・凸部ともに○と●を○、□と△を△、×を×として、様々なピークツウピーク電圧値Vpp及び時間平均値Vaveにおいて図27から図35に示した。
(AC波形の説明)
〔比較例1〕
図11で説明した交流成分として従来の正弦波を使用したもので、図17は比較例の波形を示す。比較例1では、戻し時間は50%とし、この時の効果を図27に示す。このとき図17に示す全てのピークツウピーク電圧値Vpp及び時間平均値Vaveにおいて、交流成分の中心電圧値Voff=時間平均値Vaveであった。
〔実施例1〕
交流成分としては、戻し方向側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きを、転写方向側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きよりも小さくした。すなわち、中心電圧値Voffよりも転写方向寄りの値の電圧の出力時間となる転写方向側の時間をA、中心電圧値Voffよりも転写方向とは逆極性寄りの値の電圧の出力時間となる戻り時間をBとしたとき、A>Bとなるように設定した。このときの波形を図18に示す。戻し時間は40%とし、その効果は図28に示す。
ピークツウピーク電圧値Vpp=12kV
電圧の時間平均値Vave=−5.4kVのとき
交流成分の中心電圧値Voff=−4.0kV であった。
〔実施例2〕
交流成分として、戻し側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きを、転写側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きよりも小さくした。このとき出力電圧の波形は、電圧が転写方向の電圧のピーク値から中心電圧値Voffへと移行するまでの時間をt1、電圧が中心電圧値Voffから転写方向の電圧と逆極性の電圧のピーク値へと移行するまでの時間をt2としたとき、t2>t1である。このときの波形は図19に示す。戻し比率は40%とし、その効果は図28に示す。この方法によって、電圧の時間平均値Vaveを、電圧の最大値と最小値の中心電圧値Voffよりも転写方向寄りに設定できる。
〔実施例3〕
交流成分の中心電圧値Voffを挟んで転写方向側の面積よりも、戻し方向側の面積のほうが小さい波形にするもう別な手段としては、図20に示すように戻し方向側の時間Bを、転写方向側の時間Aよりも短くする手法がある。この方法によって、転写方向側の時間Aに対する戻し時間Bを小さくすることができる。
〔実施例4〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図21に示す。戻し時間は45%とし、その効果は図29に示す。
〔実施例5〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図22に示す。戻し時間は40%とし、その効果は図30に示す。
〔実施例6〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図23に示す。戻し時間は32%とし、その効果を図31に示す。
〔実施例7〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図24に示す。戻し時間は16%とし、その効果を図32に示す。
〔実施例8〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図25に示す。戻し時間は8%とし、その効果を図33に示す。
〔実施例9〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図25と同様であるので省略する。戻し時間は4%とし、その効果を図34に示す。
〔実施例10〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くし、波形を丸くしたもの。このときの波形は図26に示す。戻し時間は16%とし、その効果を図35に示す。
ピークツウピーク電圧値Vpp=12kV
電圧の時間平均値Vave=−5.4kVのとき
中心電圧値Voff=−2.4kVであった。
本実施例においては周波数500Hzで画像評価を行ない、周期的な画像ムラは発生しなかった。
[実験2]
2次転写ニップNにおいては、記録紙Pに対してある程度の転写電流が流れないと、トナーを良好に転写することができない。そして、当然ながら、厚紙に対しては、一般的な厚みの紙よりも転写電流が流れ難い。普通の厚みの和紙に対しても、肉厚の和紙に対しても、紙表面の凸部や凹部にそれぞれトナーを良好に付着させることが望ましい。2次転写バイアスをどのように制御すれば、それを実現するのに有利であるのかを調べるために、実験2を行った。
プロセス線速v=282[mm/s]
記録紙:レザック66の175kg紙
テスト画像:A4版サイズの黒ベタ画像
戻し時間比=40[%]
オフセット電圧(中心電圧値)Voff:800〜1800[V]
ピークツウピーク電圧Vpp:3〜8[kV]
周波数f=500[Hz]
環境条件:23℃50%
画像評価方法は上記のランク1−5と●、○、△、×
次に、記録紙Pを、レザック66の175kg紙ではなく、それよりも厚いレザック66の215kg紙に代えて、同様の実験を行った。そして、オフセット電圧(中心電圧値)Voffとピークツウピーク電圧Vppとの組合せについて、実験に適用した全ての組合せの中から、レザック66(175kg紙)とレザック66(215kg紙)との両方で、●(凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク5以上)という結果が得られたものや、○(凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク4以上)という結果が得られたものを抽出した。その結果、両方の紙で●という結果が得られる前記組合せは存在しなかった。また、両方の紙で○という結果が得られる前記組合せは、ピークツウピーク電圧値Vpp=6[kV]、オフセット電圧(中心電圧値)Voff=−1200±100[V](中心値±9%)というものであった。
[実験3]
電源39として、オフセット電圧(中心電圧値)Voffをそれぞれ定電流制御で出力するものを用いた。その出力の目標値(オフセット電流Ioff)については、−30〜−70μAに設定した。これら以外の条件の他は、実験2と同様にして実験を行った。この結果、凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク5以上という結果(●)が得られるピークツウピーク電圧値Vppとオフセット電流Ippとの組合せは、Vpp=7kV、Ioff=−45±9[μA](中心値±20%)というものであった。また、両方の紙で○という結果が得られる前記組合せは、Vpp=7kV、オフセット電流Ioff=−49±14[μA](中心値±29%)。
<劣化トナーに関する実験>
[実験4]
10℃15%環境において、記録材Pの凹凸部で均一な画像を得る条件として、周波数500Hz、duty比(戻し時間B)16%、Vave=−6.6kV、Vpp=14kV、Vr=5.2kV、Vt=−8.8kV、Voff=−1.8kVを選択し、連続通紙を行なった。
まず、転写バイアスを、Voff=−2.6kV、Vpp=10.0kV、周波数を400Hz、線速を176mm/sに設定して、白抜け画像が見られなくなるまでベタ画像を連続出力した。次に、転写バイアスをVoff=−2.6kV、Vpp=10.0kV、線速を176mm/sのまま、周波数を400Hzから2000Hzまで200Hz刻みで設定して、文字やライン、写真等が混在した画像の転写性を評価した。
電源39、画像濃度センサ38、画像濃度センサ13Y、13M、13C、13K及び駆動モータ40は、トナーが劣化したか否かを判定してトナー劣化情報を出力して周期回数の変更するトナー劣化判定手段70に信号線を介して接続されている。トナー劣化判定手段70は所謂、コンピュータ回路で構成されていて、画像濃度センサ38や画像濃度センサ13Y、13M、13C、13Kで測定したトナー濃度が入力され、入力されたトナー濃度からトナーの劣化状態を判定するとともに、その判定結果に基づいて二次転写ニップN中の交番電界の周期回数を変更するように機能する。トナー劣化判定手段70には、予め劣化判定用の閾値Z1と、交番電界の周期回数を変更する設定値T、T1が設定されている。設定値Tはトナーが劣化していないときに用いる設定値で有り、設定値T1はトナーが劣化しているときに用いる設定値で有る。設定値T1となると、設定値Tの時よりも交番電界の周期回数は増加するように設定されている。
(文献1)特開2007‐304316号公報
(文献2)特開2004‐240369号号公報
(文献3)特開平06‐003913号公報
(文献4)特開平08‐227201号公報
(文献5)特開2006‐251409号公報
そこで、本実施形態において、一次転写における転写率によってトナーの劣化を判定する方法を適用した場合について述べる。
転写率によってトナーの劣化が判定され、交流電圧の周波数の設定を変更する制御のフローチャートを図37に示す。この制御はトナー劣化判定手段70によって行われる。
このように、トナーが劣化している場合には劣化度合いに応じて電圧の周期回数が変更されるため、トナーが劣化した場合でも劣化していない場合と同様に記録材Pの凹部での高転写性が得られ、かつ白点の発生を抑制することができため、凹凸の大きな記録材Pでも平滑な記録材と同様に高画質な画像が得られる。
このような設定キー51と操作キー52の手動操作に応じて、周波数を変更するようにすると、オペレータの好みに応じた高画質なプリントを得ることができるともに、トナー劣化検知のためのセンサ類を不要となる。
13Y〜13K トナー劣化検知手段
18Y〜18K 画像形成手段
31 像担持体
35Y〜35K 一次転写手段
36 転写部材
38 トナー劣化検知手段
39 電源
70 トナー劣化判定手段
N 転写ニップ
P 記録材
Vave 電圧の時間平均値
Voff 電圧の最大値と最小値の中心値
X 電圧
Z、Z1 閾値
Claims (14)
- トナーにより現像されたトナー像を像担持面で担持する像担持体と、前記像担持面に当接して転写ニップを形成する転写部材と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録材に対して前記像担持面のトナー像を転写するために電圧を出力する電源とを有し、
前記電圧は、前記記録材に対して前記像担持体上のトナー像を転写する際に、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と、前記転写方向の電圧と逆極性の電圧と、が交互に切り替わるものであり、
前記電圧の時間平均値(Vave)が、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に設定され、かつ、前記電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも前記転写方向寄りに設定されていて、
前記トナーの劣化状態を判断するトナー劣化情報に基づき、前記電源から出力される電圧の周期回数を変更するモードを有することを特徴とする画像形成装置。 - トナーにより現像されたトナー像を像担持面で担持する像担持体と、前記像担持面に当接して転写ニップを形成する転写部材と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録材に対して前記像担持面のトナー像を転写するために電圧を出力する電源と、
前記トナーが劣化したか否かを判定し、劣化時にトナー劣化情報を出力するトナー劣化判定手段を備え、
前記電圧は、前記記録材に対して前記像担持体上のトナー像を転写する際に、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と、前記転写方向の電圧と逆極性の電圧と、が交互に切り替わるものであり、
前記電圧の時間平均値(Vave)が、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に設定され、かつ前記電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも前記転写方向寄りに設定されていて、
前記トナー劣化判定手段からのトナー劣化情報に基づき、前記電源から出力される電圧の周期回数を変更することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2記載の画像形成装置において、
前記トナー劣化情報がある場合の電圧の周期回数を、前記トナーの劣化情報がない場合の電圧の周期回数よりも多くすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし4の何れか1に記載の画像形成装置において、
前記電圧の周期回数の変更は、前記電源の周波数を変更することである特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし4の何れか1に記載の画像形成装置において、
前記電圧の周期回数の変更は、プロセス線速を変更することである特徴とする画像形成装置。 - 請求項2乃至5の何れか1に記載の画像形成装置において、
前記トナー劣化判定手段は、前記トナー像の画像濃度を検出し、その検出結果が所定の閾値以下であるときに、トナーが劣化したと判定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2乃至6の何れか1つに記載の画像形成装置において、
潜像が形成される潜像担持体と、
前記潜像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記潜像担持体上のトナー像を前記像担持体である中間転写体に転写する一次転写手段を備え、
前記トナー劣化判定手段は、前記一次転写手段による転写率を検出し、その転写率の変化からトナーの劣化を判定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至7の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記電圧は、前記中心値(Voff)よりも前記転写方向寄りの値の電圧の出力時間をA、前記中心値(Voff)よりも前記転写方向とは逆極性寄りの値の電圧の出力時間をBとしたとき、
A>Bとなるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至7の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記電圧が前記転写方向の電圧のピーク値から前記中心値(Voff)へと移行するまでの時間をt1、
前記電圧が前記中心値(Voff)から前記転写方向の電圧と逆極性の電圧のピーク値へと移行するまでの時間をt2としたとき、
t2>t1であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項9に記載の画像形成装置において、
前記電圧は、X=B/(A+B)としたとき、0.05<X<0.45となるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10に記載の画像形成装置において、
前記電圧は、X=B/(A+B)としたとき、0.10<X<0.40となるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし11の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記電源は、直流成分と交流成分を重畳したものを前記電圧として出力するものであり、前記直流成分を定電流制御で出力するように構成されていることを特徴とする画像形成装置。 - トナーで現像されたトナー像を像担持体の像担持面で担持し、前記像担持体の像担持面に転写部材を接触させて転写ニップを形成し、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録材に対して前記像担持面のトナー像を転写するために電源から電圧を出力する画像形成方法において、
前記記録材に対して前記像担持体上のトナー像を転写する際に、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と前記転写方向の電圧と逆極性の電圧とを交互に切り替え、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に電圧の時間平均値(Vave)を設定し、かつ、前記電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも転写方向寄りに設定した電圧を電源から出力するとともに、前記トナーの劣化状態を判断するトナー劣化情報に基づき、前記電源から出力される電圧の周期回数を変更することを特徴とする画像形成方法。 - トナーで現像されたトナー像を像担持体の像担持面で担持し、前記像担持体の像担持面に転写部材を接触させて転写ニップを形成し、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録材に対して前記像担持面のトナー像を転写するために電源から電圧を出力し、
前記トナーが劣化したか否かを判定し、劣化時にトナー劣化情報をトナー劣化判定手段から出力する画像形成方法において、
前記記録材に対して前記像担持体上のトナー像を転写する際に、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と前記転写方向の電圧と逆極性の電圧とを交互に切り替え、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に電圧の時間平均値(Vave)を設定し、かつ、前記電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも転写方向寄りに設定した電圧を電源から出力するとともに、前記トナー劣化判定手段からのトナー劣化状態に基づき、前記電源から出力される電圧の周期回数を変更することを特徴とする画像形成方法。
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