JP5003181B2 - 記録材帯電装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
そこで、凹凸模様が形成された記録材に良好な画像を形成するための技術として、例えば、有色トナーによる画像形成を行う前に、予め白色または透明トナーを用いて、用紙の表面粗さを少なくしておくもの(例えば、特許文献1参照)や、トナー像の用紙への転写時に振動を与えるもの(例えば、特許文献2参照)等が知られている。
さらに、転写前帯電手段は、記録材に接触しながら記録材を帯電するロール部材で構成されたことを特徴とすることができる。特に、転写前帯電手段は、弾性硬度がアスカーC(SRIS 0101)にて15°以上30°以下のロール部材で構成されたことを特徴とすることができる。
本発明の請求項2によれば、転写部にて記録材の含水量や環境湿度等に応じた電荷量を記録材に保持することができる。
本発明の請求項4によれば、本発明を適用しない場合に比べて、記録材の凹部への帯電を効果的に行うことができる。
本発明の請求項5によれば、本発明を適用しない場合に比べて、記録材の凹部の深さにかかわらず、記録材の凹部への帯電を効果的に行うことができる。
本発明の請求項7によれば、本発明を適用しない場合に比べて、転写時における転写ズレによる画像欠陥の発生を抑制することができる。
本発明の請求項9によれば、本発明を適用しない場合に比べて、転写部での記録材の凹部への転写率を高める電荷量の保持を可能とする。
本発明の請求項10によれば、本発明を適用しない場合に比べて、トナー像保持体から転写前帯電手段へのトナー飛散を抑えることができる。
[実施の形態1]
図1は、本実施の形態が適用される画像形成装置1の構成の一例を示した図である。図1に示す画像形成装置1は、所謂タンデム型のデジタルカラープリンタであり、各色の画像データに対応して画像形成を行う画像形成プロセス部20、画像形成装置1の動作を制御する制御部60、例えばパーソナルコンピュータ(PC)3や画像読取装置4等の外部装置から受信された画像データに対して所定の画像処理を施す画像処理部22、処理プログラム等が記録される例えばハードディスク(Hard Disk Drive)にて実現される主記憶部90、各部に電力を供給する電源部95を備えている。
画像形成ユニット30は、矢印A方向に回転しながら静電潜像が形成されるトナー像保持体の一例としての感光体ドラム31、感光体ドラム31の表面を所定電位で一様に帯電する帯電ロール32、感光体ドラム31上に形成された静電潜像を現像する現像器33、一次転写後の感光体ドラム31表面を清掃するドラムクリーナ34を備えている。
現像器33は、各画像形成ユニット30において、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、黒(K)の各色トナーを現像する現像器33Y,33M,33C,33Kとして構成されている。各現像器33は、各色トナーと磁性キャリアとからなる二成分現像剤を現像ロール上に保持し、現像ロールに直流電圧、または交流電圧に直流電圧を重畳した現像バイアスを印加することにより、感光体ドラム31上の静電潜像を現像する。また、各現像器33は、各色トナーを貯蔵するトナー容器35Y,35M,35C,35Kとトナー搬送路(不図示)で連結され、トナー搬送路中に設けられた補給用スクリュー(不図示)によりトナーが補給されるように構成されている。
ドラムクリーナ34は、ウレタンゴム等で構成された清掃部材(クリーニングブレード)が、感光体ドラム31の回転方向と対向する向き(所謂「カウンタ方向」)に感光体ドラム31の軸方向に亘って接触するように構成されている。そして、一次転写されずに感光体ドラム31表面に残留したトナーを除去する。
定着器80は、内部に加熱源を備える定着ロール82と、この定着ロール82に対して圧接配置される加圧ロール83を備えている。そして、定着ロール82と加圧ロール83との間のニップ領域に未定着トナー像を保持した用紙Pを通過させて、用紙Pにトナー像を定着する。
なお、用紙Pは、両面搬送路R2や手差し用用紙保持部75からの搬送経路R3からもレジストロール74に搬送される。
重畳トナー像が用紙Pに静電転写されると、用紙Pは中間転写ベルト41から剥離され、定着器80まで搬送される。定着器80に搬送された用紙P上の未定着トナー像は、定着器80によって熱および圧力による定着処理を受けることで用紙P上に定着される。そして定着画像が形成された用紙Pは、画像形成装置1の排出部に設けられた用紙積載部91に搬送される。一方、二次転写後に中間転写ベルト41に付着しているトナーは、中間転写ベルト41に当接されたベルトクリーナ45によって除去され、次の画像形成サイクルに備えられる。
このようにして、画像形成装置1での画像形成は、指定された枚数分だけ繰り返して実行される。
図2は、レジストロール74と二次転写部T2との間の領域の構成を説明する図である。図2に示したように、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150とは、レジストロール74の用紙P搬送方向下流側であって、かつ、二次転写部T2よりも上流側の用紙P搬送経路上の位置に配置されている。また、転写前帯電ロール100は、用紙Pの二次転写面(二次転写部T2にて中間転写ベルト41に接する面)側に配置され、転写前加熱ロール150は、その裏面(二次転写部T2にて二次転写ロール40に接する面)側に配置されている。そして、レジストロール74から搬出された用紙Pは、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150との間のニップ領域を通過した後に、二次転写部T2での転写処理が行われるように構成されている。
また、転写前帯電ロール100は、電源部95内に設けられた電圧供給手段の一例としての転写前帯電電源951からトナー極性とは反対極性のバイアスの供給を受ける。それにより、転写前帯電ロール100は用紙Pの二次転写面をトナー極性とは反対極性の所定電位に帯電する。
さらに、パイプロール151は接地されており、転写前加熱ロール150は、転写前帯電ロール100の対向電極としても機能する。
さらには、転写前帯電電源951から転写前帯電ロール100に供給されるバイアス、および転写前ヒータ電源952からハロゲンヒータ152に供給される電力は、制御部60(図1参照)による制御の下で、それぞれ調整が可能なように構成されている。それにより、転写前帯電ロール100から用紙Pに供給される帯電量および転写前加熱ロール150の表面温度は、それぞれ設定変更が可能である(後段の実施の形態3も参照)。
ところが、レザック66等のような特殊紙は、高級感を出すため、エンボス加工等により表面に凹凸模様が形成されている。そのため、従来の画像形成装置では、このような凹部にまで充分にトナー像を転写することが困難であり、画像に濃度ムラが生じ易いという不都合があった。すなわち、凹凸模様が形成された用紙Pの凹部では、二次転写部T2において転写電界が極端に弱くなり、中間転写ベルト41からのトナーの転写率が低下する。このようなトナーの転写率の低下の程度は、トナーの粒径や帯電量、像保持体である中間転写ベルト41の材質等によっても差が生じるが、大きくは凹部の大きさや深さに依存する。凹部の深さが例えば5〜10μm程度であれば、転写率の低下による画像品質への影響は大きくないが、例えばレザック66のような深さが80μm程度の凹部を有するものでは、転写不良による画像品質の低下は看過できない程度となる。また、中間転写ベルト41を用いた所謂タンデム方式の画像形成装置1では、各画像形成ユニット30での一次転写によりトナー像が大きな帯電量を持つことから、中間転写ベルト41との付着力が強く、そのために、凹部での転写率の低下を大きなものとする傾向がある。
このようなことから、凹凸模様を有する用紙Pを使用した場合に、一様な濃度の画像が形成されるべき領域において、凹部での転写率が低下することによる凹部に沿った低濃度部分(濃度ムラ)が生じ、その結果として、画像品質の低下をもたらす場合があった。
本実施の形態の転写前帯電ロール100は、上記したように、弾性硬度が30°(アスカーC:SRIS 0101)程度と柔らかく構成されている。そのため、転写前帯電ロール100の表面は用紙Pの凹凸模様に倣って変形し易く、凹部の内部にまで侵入させることができる。それにより、転写前帯電ロール100は、用紙Pの凹部においても、転写前帯電ロール100の表面からの放電距離を近接させることで、凹部の内部にまで充分な帯電量を供給する。
図4(a)に示したように、転写前帯電ロール100の硬度が高い(例えば、硬度が35°程度以上)場合には、紙の凹部における転写前帯電ロール100の変形量が少ないために放電距離が大きくなって、凹部において効率よく電荷を付与することができない。その一方で、図4(b)に示すように、転写前帯電ロール100の硬度が低い(例えば、硬度が30°以下)場合には、紙の凹部における転写前帯電ロール100の変形量が大きいために放電距離が小さくなって、凹部の内部にまで効率よく電荷を付与する。
なお、弾性硬度が30°(アスカーC:SRIS 0101)を超える例えば35°(アスカーC:SRIS 0101)以上のロール部材を用いた場合には、上記したような放電距離を短くするような作用が働き難いことから、特に深さの深い凹部に対して、後段の図6で示した凹部での転写率85%を実現する帯電電荷を付与するには至らない。
また、転写前帯電ロール100は、弾性硬度が30°(アスカーC:SRIS 0101)以下であれば、上記のメカニズムにより凹部の内部にまで充分な帯電量を供給するが、製造上の観点から弾性硬度は15°(アスカーC:SRIS 0101)以上であることが好ましい。
例えば、日本の梅雨時等のように湿気の多い季節には、用紙Pの含水率は、用紙保持部71にて保持されている間に6%程度にまで高まる場合がある。このような湿気を含んだ用紙Pをそのまま用いると、転写前帯電ロール100により用紙Pを充分に帯電できないケースが頻発する。そうすると、転写前帯電ロール100により用紙Pを帯電したとしても、二次転写部T2において、用紙Pの凹部にまで充分にトナー像を転写することができる帯電量を凹部にて保持できないこととなる。
そこで、本実施の形態の画像形成装置1においては、用紙Pに対して、転写前帯電ロール100による帯電と、転写前加熱ロール150による加熱とを同時に行っている。なお、転写前加熱ロール150を転写前帯電ロール100よりも上流側であって、レジストロール74よりも下流側に配置し、転写前帯電ロール100による帯電前に、転写前加熱ロール150による加熱を行うように構成することもできる。
本実施の形態の画像形成装置1では、紙に保持される電荷の減衰が速いことを考慮して、レジストロール74と二次転写部T2との間の搬送経路中に、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150とを配置している。それにより、転写前帯電ロール100により帯電された用紙P上の電荷が減衰する前に、用紙Pが二次転写部T2に到達できる構成を実現している。
まず、図5は、転写前帯電ロール100により帯電された用紙Pの表面電位(用紙表面電位)の時間推移を示した図である。図5では、転写前帯電ロール100により用紙Pを3500Vに帯電した場合において、表面温度が145℃に設定された転写前加熱ロール150より用紙Pを加熱処理した場合と、用紙Pを加熱処理しない場合とにおける用紙Pの表面電位の時間推移を示している。また、使用した用紙Pは、レザック66の151g/m2紙であって、当初の含水率は6%である。さらには、用紙Pの表面電位は、接地された金属板の上に用紙Pを密着させて置いた状態で、用紙Pの表面電位を計測する方法で求めたものである。
図5に示したように、加熱処理されていない用紙Pは、数msec程度で3500Vからほぼ0Vにまで減衰する。また、145℃で加熱処理された用紙Pにおいても、加熱処理されていない用紙Pとは減衰速度は格段に低下するが、秒(sec)単位での減衰が生じる。画像形成装置1の二次転写部T2は定着器80に近接しているため、定着器80にて用紙Pを加熱した際の水蒸気により湿度が比較的高く、さらには、レザック66等のような表面に凹凸模様が形成されている用紙Pは、表面積が広いために、短時間で湿気を吸収し易いこと等を考慮すると、図5の結果から、用紙Pが二次転写部T2にて充分な帯電量を保持するようにコントロールするには、用紙Pが二次転写部T2に進入する1〜2秒程度前に転写前帯電ロール100により用紙Pを帯電することが条件となる。
用紙Pの凹部での画像濃度とその周辺領域での画像濃度との差が目視により目立たず、問題ないレベルとなる凹部の転写率は、経験則により85%以上の領域であることが分かっている。本実施の形態の画像形成装置1において凹部での転写率85%を実現するには、図6から、転写前帯電ロール100への印加電圧を2800V〜4700Vに設定することが条件となる。その場合には、用紙Pを転写前加熱ロール150による加熱処理を行って所定範囲の抵抗値に設定することが必要である。なお、図6から、転写前加熱ロール150よる加熱処理を受けない状態では、凹部での転写率85%を実現することはできない。
そこで、本実施の形態の画像形成装置1においては、二次転写部T2に近接して配置され、中間転写ベルト41上の重畳トナー像が二次転写部T2に搬送されるタイミングに同期して、用紙Pを二次転写部T2に向けて搬送するレジストロール74の下流側に、転写前帯電ロール100および転写前加熱ロール150を配置している。
それにより、二次転写部T2での用紙Pの搬送力が転写前帯電ロール100および転写前加熱ロール150での搬送力よりも大きくなり、転写前帯電ロール100および転写前加熱ロール150により用紙Pの搬送速度にムラを生じさせるような力が作用しても、二次転写部T2での用紙P搬送力によりその影響が転写画像に現れないように設定している。
図7に示したように、加熱処理しない場合には、レザック66の151g/m2紙が含水率4%に設定された場合以外は、すべて凹部における転写不良が看過できないレベルとなる画像欠陥が生じた。また、125℃に加熱処理する状態では、レザック66の203g/m2紙が含水率6%に設定された場合、およびレザック66の250g/m2紙にて、同様の画像欠陥が生じた。これは、転写前加熱ロール150による125℃の加熱処理では、これらの用紙P中の含有水分を充分に蒸発できず、二次転写部T2において、用紙Pの凹部にトナー像を転写する充分な電荷を維持するような用紙Pの抵抗値を実現できないためと考えられる。
これに対して、転写前加熱ロール150を145℃に加熱処理する状態では、試験に用いたすべての用紙Pについて、凹部における転写不良が目立たない良好な画像品質が得られた。
したがって、転写前加熱ロール150は、145℃以上に加熱する設定を採用することが好ましい。
また、本実施の形態の転写前帯電ロール100は、用紙Pとして、凹凸が形成されていない例えば普通紙が用いられる場合等には、不図示の移動機構により、搬送経路から離隔した位置に退避させることができるように構成することもできる。
また、転写前帯電ロール100および転写前加熱ロール150の用紙P搬送方向上流側に、用紙Pの表面粗さを計測する表面粗さ計測手段を設け、用紙Pの表面粗さが所定値以上と計測された場合に、転写前帯電ロール100での帯電処理および転写前加熱ロール150での加熱処理を行うように制御することもできる。この場合に、表面粗さ計測手段としては、例えば用紙Pに光を照射する発光部と、その反射光を計測する受光部を備え、受光部にて計測する光量により、用紙Pの表面粗さを計測する方式を用いることができる。
それにより、凹凸を有する用紙Pの凹部にまでトナー像を充分に転写することが可能となり、濃度ムラの少ない良好な画像を提供することができる。
実施の形態1では、レジストロール74と二次転写部T2との間の搬送経路において、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150とを固定配置する構成について説明した。実施の形態2では、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150とが搬送経路に沿って可動する構成について説明する。なお、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
そして、本実施の形態の画像形成装置1では、例えば相対湿度が高い環境である場合や、含有水分を充分に蒸発し難い厚手の用紙Pを用いる場合等に、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150とを、用紙P搬送経路に沿って二次転写部T2側方向に移動させる。それにより、上記した図5に示したような用紙Pの電位減衰の程度が小さくなる位置に移動させて、転写前帯電電源951から転写前帯電ロール100に供給するバイアスを高めることを不要とするか、または、バイアスを低減している。そのため、安価で小型な転写前帯電電源951の使用を可能としている。
それにより、遮蔽部材180は、転写前帯電ロール100が用紙P搬送経路に沿って二次転写部T2側方向に移動された場合に、転写前帯電ロール100と中間転写ベルト41との距離が近接することにより、中間転写ベルト41に保持されたトナーがトナー極性とは反対極性のバイアスの供給を受ける転写前帯電ロール100に転移することを抑えている。
そのため、転写前帯電ロール100が用紙P搬送経路に沿って二次転写部T2側方向に移動された場合に、転写前帯電ロール100に転移したトナーが用紙Pの二次転写面を汚し、画像欠陥が発生することが抑制される。
図9に示したように、遮蔽部材180を配置しない構成では、中間転写ベルト41と転写前帯電ロール100との間の距離が6mm以下では、転写前帯電ロール100へのトナー飛散による画像欠陥が発生した。これは、転写前帯電ロール100の表面と中間転写ベルト41との間に形成されてしまう意図しない電界が距離に依存しており、かかる距離が6mm以下では中間転写ベルト41上のトナーに働くクーロン力が大きいか、または放電を起こしている等の理由からトナーが飛び散ってしまう。それに対し、かかる距離が8mm以上ではクーロン力が小さいか、または放電が発生しない等の理由からトナーの飛び散りが発生しないと考えられる。その一方で、遮蔽部材180を配置した構成では、中間転写ベルト41と転写前帯電ロール100との間の距離が2mmでも、転写前帯電ロール100へのトナー飛散による画像欠陥は生じなかった。
また、図9に示した試験では、いずれの条件においても、用紙Pの凹部における転写不良が目立たない良好な画像品質が得られた。
それにより、転写前帯電電源951から転写前帯電ロール100に供給するバイアスを高めることを不要とするか、または、バイアスを低減できるため、安価で小型な転写前帯電電源951の使用を可能としている。また、中間転写ベルト41から転写前帯電ロール100へのトナーの転移を抑え、トナー飛散による画像欠陥の発生を抑制している。
実施の形態1では、レジストロール74と二次転写部T2との間の搬送経路において、転写前帯電ロール100と転写前加熱ロール150とを配置する構成について説明した。実施の形態3では、転写前帯電電源951から転写前帯電ロール100に供給するバイアス、および転写前ヒータ電源952から転写前加熱ロール150のハロゲンヒータ152に供給する電力を調整する構成について説明する。なお、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
そこで、本実施の形態の画像形成装置1においては、転写前加熱ロール150と二次転写ロール40との間に熱遮蔽部材190を配置し、転写前加熱ロール150から放射された熱が二次転写ロール40に伝わり難いように構成している。それにより、ハロゲンヒータ152に供給する電力を高めても、二次転写ロール40の温度上昇を抑え、二次転写ロール40の抵抗値の変動に起因する転写ムラの発生を抑制している。
また、図11に示した表面温度が125℃に設定された試験では、熱遮蔽部材190を配置した構成と、配置しない構成とのいずれにおいても、用紙Pの凹部における転写不良は目立たない良好な画像品質が得られた。
それにより、例えば相対湿度が高い環境である場合や、含有水分を充分に蒸発し難い厚手の用紙Pを用いる場合等においても、用紙Pの凹部においてトナー像を転写する充分な転写電界を形成する下限値が二次転写部T2にて維持されるように設定することを可能としている。また、二次転写ロール40の温度上昇を抑え、二次転写ロール40の抵抗値の変動に起因する転写ムラの発生を抑制している。
Claims (10)
- トナー像保持体に保持されたトナー像を凹凸を有する記録材に転写する転写手段と当該転写手段に当該記録材を搬送する最も当該転写手段に近接して配置された搬送手段との間に配置され、当該転写手段に搬送される当該記録材を帯電する転写前帯電手段と、
前記転写前帯電手段に対して、前記トナー像保持体に保持されたトナー像の帯電極性と反対極性の電圧を供給する電圧供給手段と、
前記転写手段と前記搬送手段との間であって、前記転写前帯電手段に対向する位置または当該転写前帯電手段よりも当該搬送手段側に配置され、当該転写手段に搬送される前記記録材を加熱する転写前加熱手段と
を備えたことを特徴とする記録材帯電装置。 - 前記転写前帯電手段および前記転写前加熱手段は、前記転写手段と前記搬送手段との間で前記記録材の搬送方向に沿って移動可能に構成されたことを特徴とする請求項1記載の記録材帯電装置。
- 前記転写前帯電手段および前記転写前加熱手段は、前記記録材から非接触となる位置に移動可能に構成されたことを特徴とする請求項1記載の記録材帯電装置。
- 前記転写前帯電手段は、前記記録材に接触しながら当該記録材を帯電するロール部材で構成されたことを特徴とする請求項1記載の記録材帯電装置。
- 前記転写前帯電手段は、弾性硬度がアスカーC(SRIS0101)にて15°以上30°以下の前記ロール部材で構成されたことを特徴とする請求項4記載の記録材帯電装置。
- トナー像を保持するトナー像保持体と、
前記トナー像保持体に保持されたトナー像を凹凸を有する記録材に転写する転写手段と、
前記転写手段に対して前記記録材を搬送する最も当該転写手段に近接して配置された搬送手段と当該転写手段との間に配置され、当該転写手段に搬送される当該記録材を前記トナー像保持体に保持されたトナー像の帯電極性と反対極性に帯電する転写前帯電手段と、
前記転写手段と前記搬送手段との間であって、前記転写前帯電手段に対向する位置または当該転写前帯電手段よりも当該搬送手段側に配置され、当該転写手段に搬送される前記記録材を加熱する転写前加熱手段と
を備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記転写前帯電手段および前記転写前加熱手段は、当該転写前帯電手段と前記記録材との静止摩擦係数をμ1、当該転写前加熱手段と当該記録材との静止摩擦係数をμ2、前記トナー像保持体と当該記録材との静止摩擦係数をμ3とした場合に、μ1<μ2<μ3なる関係が生じるように構成されたことを特徴とする請求項6記載の画像形成装置。
- 前記転写前加熱手段から前記転写手段に熱が伝達することを抑える熱遮蔽部材をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載の画像形成装置。
- 前記転写前帯電手段は、当該転写前帯電手段により帯電された前記記録材が、前記転写手段の配置位置に搬送された時点での当該記録材の電位が所定電位以上を維持するような位置に配置されたことを特徴とする請求項6記載の画像形成装置。
- 前記転写前帯電手段と前記トナー像保持体との間を遮蔽する遮蔽部材をさらに備えたことを特徴とする請求項6記載の画像形成装置。
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