JP2015194783A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、画像形成装置において用いられる記録媒体(記録材、記録用紙、転写材、転写紙、用紙の概念を含む)として、多種多様な用紙が用いられ、高級感を備えた皮革模様をイメージしたものや和紙調のもの等が市販され、多彩な表現を有する印刷物の形成を可能としている。
これらの記録用紙は、高級感を出すため、エンボス加工等により表面に凹凸が存在している。凹部は凸部に比べてトナーが転写しにくく、特に凹凸の大きい記録用紙にトナーを転写させる場合、凹部にトナーが充分に転写せず画像の抜けが発生するといった問題がある。
しかしながら、このような方法を用いても、凹凸が大きい部分では十分な転写性を得ることはできない。
従来の画像形成装置の中には、直流電圧に交流電圧を重畳することで転写率の向上や中抜けなどの異常画像の改善を狙ったものがある(特許文献2、3、4、5参照)。
特許文献3では、転写バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳したものを用い、交流電圧のピーク間電圧(が、直流電圧の2倍以下になるように交流電圧を重畳することを特徴としている。
特許文献4では、中間転写体の表面にフッ素樹脂を用い、転写バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳したものを用い、交流電圧のピーク間(Peak-to-Peak)電圧が、直流電圧の2.05倍以上になるように交流電圧を重畳することを特徴としている。
特許文献5では、転写バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳したものを用い、交流電圧の周波数が4kHz以下で転写ニップ中での周期回数が20回以上となるように交流電圧を重畳することを特徴としている。
本発明者らが鋭意検討を行った結果、転写バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳したものを用い、交流電圧のピーク間電圧値が、前記直流電圧の絶対値の4倍よりも大きな値とすることで凹凸紙の転写性を良好にすることができることを見出した。
しかしながら、この方法(電圧が一定になるようにする定電圧制御)を用いた場合、交流電圧を印加する電圧が高いため、抵抗が変動した場合の電流値の変動が大きい。
そのため、環境変化による部材の抵抗変化や、経時による抵抗変化が発生した場合、適正値から電圧がずれてしまい良好な画像を得ることができないといった課題がある。
また、前述した特許文献1〜5においても、環境による部材抵抗の変化等については認識されておらず、同様の問題を抱えている。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の画像形成装置において、前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、前記交流成分のピーク間電圧と、前記直流成分の電圧とを制御することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の画像形成装置において、前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、該検出用バイアスの電圧値の絶対値が大きいほど、前記交流成分のピーク間電圧の値を大きくするとともに、前記直流成分の電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1または2に記載の画像形成装置において、前記転写バイアス出力手段は、前記直流成分が定電流制御されて前記交流成分が定電圧制御される転写バイアスを出力し、前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、前記交流成分の電圧が制御されることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の画像形成装置において、前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、該検出用バイアスの電圧値の絶対値が大きいほど、前記交流成分のピーク間電圧を大きくするとともに、デューティ値を減少することを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、前記像担持体の非画像領域が前記転写位置にあるタイミングであることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、印刷ジョブ終了後のタイミングであることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、前回制御時から所定の時間経過後のジョブ開始前のタイミングであることを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、初期設定時の前記検出用バイアスの電圧値を記憶しておき、印刷動作直前の検出値が、初期設定時の値と所定以上の差となった時に、前記交流成分の電圧又は前記直流成分の電圧を制御することを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、請求項1〜14の何れか1つに記載の画像形成装置において、前記交流成分のピーク間電圧は、前記直流成分の電圧の絶対値の4倍よりも大きいことを特徴とする。
請求項16に記載の発明は、請求項1〜15の何れか1つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加手段は、前記転写バイアスとして、前記交流成分の周波数をf[Hz]、前記転写ニップにおける前記像担持体の表面移動方向の長さであるニップ幅をd[mm]、前記像担持体の表面移動速度をv[mm/s]とするとき、
f>(4/d)×v
の関係を満たすものを出力するように構成されていることを特徴とする。
直流成分を電流印加に使用し、交流成分のみを電圧にすることで制御の簡略化を図ることができる。
請求項2記載の発明によれば、抵抗に応じて適正な電圧を印加することが可能となる。
請求項5記載の発明によれば、より良い条件において画像を印字することが可能となる。
請求項7記載の発明によれば、電圧値のピークが高くなることを抑制し、放電による異常画像の発生を防ぐことができる。
請求項9記載の発明によれば、画像転写前に常に条件を精査することで良好な転写を得ることができる。
請求項10記載の発明によれば、長時間のジョブ中であっても条件を調整し、画像不良が発生しないようにできる。
請求項11記載の発明によれば、制御をジョブ開始前に行わず、前ジョブの終了時に行うことで、次ジョブの印刷開始前の待機時間を短くすることができる。
請求項12記載の発明によれば、短い時間に何度も制御することなく、効率よく電圧制御することが可能となる。
請求項13記載の発明によれば、制御する必要の無い微小な変化に対して補正をかける動作をする必要がないため、CPUの負荷を抑えることができる。
請求項14記載の発明によれば、温湿度の変化によって部材の抵抗値は大きく変わるため、温湿度に対して適切な電圧設定にすることが可能となる。
請求項15記載の発明によれば、表面凹凸がある記録材において良好な画像を得ることができる。
請求項16記載の発明によれば、周波数によるムラが発生しない良好な画像を得ることができる。
まず、図1に基づいて本実施形態に係る画像形成装置としての電子写真方式のカラープリンタ(以下、単に「プリンタ」という)の基本的な構成について説明する。
このプリンタは、イエロー(Y)、マゼンダ(M)、シアン(C)、ブラック(K)のトナー像を形成するための4つの画像形成ユニット1Y、M、C、Kと、転写装置としての転写ユニット30と、光書込ユニット80と、定着装置90と、給紙カセット100と、レジストローラ対101とを備えている。
4つの画像形成ユニット1Y、M、C、Kは、画像形成物質として、互いに異なる色のY、M、C、Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時に交換される。
Kトナー像を形成するための画像形成ユニット1Kを代表して詳細に説明する。図2に示すように、潜像担持体たるドラム状の感光体2K、ドラムクリーニング装置3K、除電装置(不図示)、帯電装置6K、現像装置8K等を備えている。これらの装置が共通の保持体に保持されてプリンタ本体に対して一体的に脱着することで、それらを同時に交換できるようになっている。
本実施形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に一様帯電せしめる。帯電バイアスとしては、直流電圧に交流電圧を重畳したものを採用している。帯電ローラ7Kは、金属製の芯金の表面に導電性弾性材料からなる導電性弾性層が被覆されたものである。帯電ローラ等の帯電部材を感光体2Kに接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。
一様帯電せしめられた感光体2Kの表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザー光によって光走査されてK用の静電潜像を担持する。このK用の静電潜像は、図示しないKトナーを用いる現像装置8Kによって現像されてKトナー像になる。そして、後述する中間転写ベルト31上に1次転写される。
上記除電装置は、ドラムクリーニング装置3Kによってクリーニングされた後の感光体2Kの残留電荷を除電する。この除電により、感光体2Kの表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。
第1スクリュウ部材10Kを収容している第1搬送室と、第2スクリュウ部材11Kを収容している第2搬送室とは、仕切り壁によって仕切られているが、仕切壁におけるスクリュウ軸線方向の両端箇所には、それぞれ両搬送室を連通させる連通口が形成されている。第1スクリュウ部材10Kは、螺旋羽根内に保持している図示しないK現像剤を、回転
駆動に伴って回転方向に撹拌しながら、図中の紙面に直交する方向の奥側から手前側に向けて搬送する。第1スクリュウ部材10Kと、後述する現像ロール9Kとは互いに向かい合う姿勢で平行配設されているため、このときのK現像剤の搬送方向は、現像ロール9Kの回転軸線方向に沿った方向でもある。そして、第1スクリュウ部材10Kは、現像ロール9Kの表面に対してK現像剤をその軸線方向に沿って供給していく。
第2搬送室内において、ケーシングの下壁には図示しないトナー濃度センサが設けられており、第2搬送室内のK現像剤のKトナー濃度を検知する。Kトナー濃度センサとしては、透磁率センサからなるものが用いられている。Kトナーと磁性キャリアとを含有するK現像剤の透磁率は、Kトナー濃度と相関関係があるため、透磁率センサは、Kトナー濃度を検知していることになる。
本プリンタには、Y、M、C、K用の現像装置の第2収容室内にY、M、C、Kトナーをそれぞれ個別に補給するための図示しないY、M、C、Kトナー補給手段が設けられている。そして、プリンタの制御部は、RAMに、Y、M、C、Kトナー濃度検知センサからの出力電圧値の目標値であるY、M、C、K用のVtrefを記憶している。Y、M、
C、Kトナー濃度検知センサからの出力電圧値と、Y、M、C、K用のVtrefとの差が所定値を超えた場合には、その差に応じた時間だけY、M、C、Kトナー補給手段を駆動する。これにより、Y、M、C、K用の現像装置における第2搬送室内にY、M、C、Kトナーが補給される。
現像スリーブには、トナーと同極性であって、感光体2Kの静電潜像よりも大きく、且つ感光体2Kの一様帯電電位よりも小さな現像バイアスが印加されている。これにより、現像スリーブと感光体2Kの静電潜像との間には、現像スリーブ上のKトナーを静電潜像に向けて静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと感光体2Kの地肌部との間には、現像スリーブ上のKトナーをスリーブ表面に向けて移動させる非現像ポテンシャルが作用する。それら現像ポテンシャル及び非現像ポテンシャルの作用により、現像スリーブ上のKトナーが感光体2Kの静電潜像に選択的に転移して、静電潜像をKトナー像に現像する。
画像形成ユニット1Y、M、C、Kの上方には、潜像書込手段たる光書込ユニット80が配設されている。この光書込ユニット80は、パーソナルコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光により、感光体2Y、M、C、Kを光走査する。この光走査により、感光体2Y、M、C、K上にY、M、C、K用の静電潜像が形成される。具体的には、感光体2Yの一様帯電した表面の全域のうち、レーザー光が照射された箇所は、電位を減衰せしめる。これにより、レーザー照射箇所の電位が、それ以外の箇所(地肌部)の電位よりも小さい静電潜像となる。なお、光書込ユニット80は、光源から発したレーザー光Lを、図示しないポリゴンモータ
によって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。LEDアレイの複数のLEDから発したLED光によって光書込を行うものを採用してもよい。
ローラ35Y、M、C、K、ニップ形成ローラ36、ベルトクリーニング装置37、電位センサ38などを有している。
中間転写ベルト31は、そのループ内側に配設された駆動ローラ32、2次転写裏面ローラ33、クリーニングバックアップローラ34、及び4つの1次転写ローラ35Y、M、C、Kによって張架されている。そして、図示しない駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ32の回転力により、同方向に無端移動せしめられる。
中間転写ベルト31としては、次のような特性を有するものを用いている。即ち、厚みは20[μm]〜200[μm]、好ましくは60[μm]程度である。また、体積抵抗率は1e6[Ωcm]〜1e12[Ωcm]、好ましくは約1e9[Ωcm]程度である(三菱化学製ハイレスタ−UP MCP HT45にて、印加電圧100Vの条件で測定)。また、材料は、カーボン分散ポリイミド樹脂からなる。
1次転写ローラ35Y、M、C、Kには、図示しない転写バイアス電源によってそれぞれ1次転写バイアスが印加されている。これにより、感光体2Y、M、C、K上のY、M、C、Kトナー像と、1次転写ローラ35Y、M、C、Kとの間に転写電界が形成される。Y用の感光体2Y表面に形成されたYトナーは、感光体2Yの回転に伴ってY用の1次転写ニップに進入する。そして、転写電界やニップ圧の作用により、感光体2Y上から中間転写ベルト31上に1次転写される。
このようにしてYトナー像が1次転写せしめられた中間転写ベルト31は、その後、M、C、K用の1次転写ニップを順次通過する。そして、感光体2M、C、K上のM、C、Kトナー像が、Yトナー像上に順次重ね合わせて1次転写される。この重ね合わせの1次転写により、中間転写ベルト31上には4色重ね合わせトナー像が形成される。
即ち、外形は16[mm]である。また、心金の径は10[mm]である。また、接地された外径30[mm]の金属ローラを10[N]の力でスポンジ層に押し当てた状態で、1次転写ローラ心金に1000[V]の電圧を印加したときに流れる電流Iから、オームの法則(R=V/I)に基づいて算出したスポンジ層の抵抗Rは、約3E7Ωである。このような1次転写ローラ35Y、M、C、Kに対して、1次転写バイアスを定電流制御で印加する。
なお、1次転写ローラ35Y、M、C、Kに代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。
これにより、中間転写ベルト31のおもて面(トナー像を担持している表面)と、ニップ形成ローラ36とが当接する転写ニップとしての2次転写ニップが形成されている。ニップ形成ローラ36は接地されているのに対し、2次転写裏面ローラ33には、転写バイアス出力手段(=転写バイアス印加手段)としての2次転写バイアス電源39によって2次転写バイアスが印加される。
これにより、2次転写裏面ローラ33とニップ形成ローラ36との間に、マイナス極性のトナーを2次転写裏面ローラ33側からニップ形成ローラ36側に向けて静電移動させる2次転写電界が形成される。
このようにして表面にフルカラートナー像が形成された記録紙Pは、2次転写ニップを通過すると、ニップ形成ローラ36や中間転写ベルト31から曲率分離する。
2次転写裏面ローラ33は、次のような特性を有している。即ち、外径は約24[mm]である。また、芯金の径は約16[mm]である。芯金の表面には、導電性のNBR系ゴム層が被覆されており、その抵抗Rは1e6[Ω]〜1e12[Ω]、好ましくは約4E7[Ω]である。抵抗Rは、1次転写ローラと同様の方法によって測定された値である。
また、ニップ形成ローラ36は、次のような特性を有している。即ち、外径は約24[mm]である。また、芯金の径は約14[mm]である。
芯金の表面には、導電性のNBR系ゴム層が被覆されており、その抵抗Rは1E6Ω以下である。抵抗Rは、1次転写ローラと同様の方法によって測定された値である。
2次転写バイアス電源39の出力端子は、2次転写裏面ローラ33の芯金に接続されている。2次転写裏面ローラ33の芯金の電位は、2次転写バイアス電源39からの出力電圧値とほぼ同じ値になる。また、ニップ形成ローラ36については、その芯金を接地(アース接続)している。
なお、重畳バイアスを2次転写裏面ローラ33の芯金に印加しつつ、ニップ形成ローラ36の芯金を接地する代わりに、重畳バイアスをニップ形成ローラ36の芯金に印加しつつ、2次転写裏面ローラ33の芯金を接地してもよい。
これに対し、2次転写裏面ローラ33を接地し、且つ重畳バイアスをニップ形成ローラ36に印加する場合には、直流電圧としてトナーとは逆のプラス極性のものを用いて、重畳バイアスの時間平均の電位をトナーとは逆のプラス極性にする。重畳バイアスを2次転写裏面ローラ33やニップ形成ローラ36に印加する代わりに、直流電圧を何れか一方のローラに印加するとともに、交流電圧を他方のローラに印加してもよい。
但し、ザラ紙のような表面凹凸の大きなものを用いるときには、転写バイアスを、直流電圧だけからなるものから、重畳バイアスに切り替える必要がある。
本実施形態では、10mmsec毎に8回測定を行い、単純平均を以って検出電圧としている。
2次転写バイアス電源39は、定電流制御を行ったとき、電圧検出手段40において検出された電圧値を制御装置41に伝え、制御装置41はそれを元に必要な交流電圧、直流電圧を演算し、演算結果を2次転写バイアス電源39に送ることで、2次転写の制御を行う。
ニップ形成ローラ36の近くには、温湿度検知手段としての温湿度検知センサ42が設置されており、2次転写周りの温湿度を検知している。
検知された結果は制御部41に送られ、検知結果より現在環境を判断する。
電位センサ38は、中間転写ベルト31のループ外側に配設されている。そして、中間転写ベルト31の周方向における全域のうち、接地された駆動ローラ32に対する掛け回し箇所に対して、約4[mm]の間隙を介して対向している。そして、中間転写ベルト31上に1次転写されたトナー像が自らとの対向位置に進入した際に、そのトナー像の表面
電位を測定する。なお、電位センサ38としては、TDK(株)社製のEFS−22Dを用いている。
定着装置90内に送り込まれた記録紙Pは、その未定着トナー像担持面を定着ローラ91に密着させる姿勢で、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーが軟化せしめられて、フルカラー画像が定着せしめられる。定着装置90内から排出された記録紙Pは、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。
モノクロ画像を形成する場合には、転写ユニット30におけるY、M、C用の1次転写ローラ35Y、M、Cを支持している図示しない支持板を移動せしめて、1次転写ローラ35Y、M、C、Kを、感光体2Y、M、Cから遠ざける。
これにより、中間転写ベルト31のおもて面を感光体2Y、M、Cから引き離して、中間転写ベルト31をK用の感光体2Kだけに当接させる。この状態で、4つの画像形成ユニット1Y、M、C、Kのうち、K用の画像形成ユニット1Kだけを駆動して、Kトナー像を感光体2K上に形成する。
かかる電位差の時間平均値は、本実施形態のように、トナーとしてマイナス極性のものを用いる構成では、その極性がマイナスになった場合に、ニップ形成ローラの電位を2次転写裏面ローラの電位よりもトナーの帯電極性とは逆極性側(本例ではプラス側)に大きくすることになる。よって、トナーを2次転写裏面ローラ側からニップ形成ローラ側に静電移動させることになる。
同図において、オフセット電圧Voffは、2次転写バイアスの直流成分の値である。
また、ピーク間電圧Vppは、2次転写バイアスの交流成分のピーク間電圧である。本実施形態に係るプリンタにおいては、既に述べたように、2次転写バイアスは、オフセット電圧Voffとピーク間電圧Vppとを重畳したものであり、その時間平均値はオフセット電圧Voffと同じ値になる。
また、本実施形態に係るプリンタにおいては、既に述べたように、2次転写バイアスを2次転写裏面ローラの芯金に印加し、且つニップ形成ローラの芯金を接地している(0V)。
同図に示すように、本実施形態に係るプリンタでは、オフセット電圧Voffとして、マイナス極性のものを採用している。2次転写裏面ローラ33に印加される2次転写バイアスのオフセット電圧Voffの極性をマイナスにすることで、2次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーを2次転写裏面ローラ33側からニップ形成ローラ36側に相対的に押し出すことが可能になる。2次転写バイスの極性がトナーと同じマイナス極性になっているときには、2次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーを2次転写裏面ローラ33側からニップ形成ローラ36側に静電的に押し出す。
これにより、中間転写ベルト31上のトナーを記録紙P上に転移させる。一方、2次転写バイアスの極性がトナーとは逆のプラス極性になっているときには、2次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーをニップ形成ローラ36側から2次転写裏面ローラ33側に向けて静電的に引き寄せる。これにより、記録紙Pに転移させたトナーを中間転写ベルト31側に再び引き寄せる。
但し、2次転写バイアスの時間平均値(本例ではオフセット電圧Voffと同じ値)がマイナス極性であるので、相対的には、トナーは2次転写裏面ローラ33側からニップ形成ローラ36側に静電的に押し出されるのである。なお、同図において、戻り電位ピーク値Vrは、トナーとは逆極性であるプラス側のピーク値を示している。
図4は、本実施形態において、2次転写裏面ローラに直流電圧を印加した場合にニップ形成部に流れる電流値を各環境でプロットしたものである。図4にあるように、低温低湿環境(以下「LL環境」と称する)の場合、抵抗が上昇するため、常温常湿環境(以下「MM環境」と称する)に比べ、印加した電圧に対して流れる電流値は低くなる。
一方、高温高湿環境(以下「HH環境」と称する)においては、抵抗が低くなるため、MM環境に比べて流れる電流値は大きくなる。
そのため、同電圧を印加した場合でも、LL環境では転写電流値が低くなるため、像担持体上にあるトナーが記録材へ転写しにくくなる。また、HH環境では、転写電流値が大きくなるため過電流による放電が発生する可能性がある。
電流と電圧の関係はV=RIで表されるため、環境による適正電圧の差は各環境で抵抗が変化したものだとわかる。
また、抵抗が変動する別原因としては、経時による抵抗上昇がある。
図5は、ニップ形成ローラ36の抵抗の経時変動を表したものである。図5より、通紙を繰り返すことでローラの抵抗は変動していくことがわかる。
このように、2次転写部の抵抗値は種々の要因で変動しているため、適正な電圧値というものはその時々で変化している。しかし、本発明によれば、画像出力前に、2次転写裏面ローラ33からニップ形成ローラ36に流れる電流が一定になるように定電流制御を行い、この定電流制御で得られた(検出された)電圧を元に直流電圧、交流電圧の値を適正値に変更することで常に良好な画像を得ることができる。
更に、ジョブエンド後に上記制御を行っておくことで、次回のジョブ前に制御を行う必要がなく、印刷前の待機時間を短縮することができる。
また、上記制御に関して、検出される電圧値は環境が同じならばほぼ同じ値が検出されるが、全く同じ値が必ずしも検出されるわけではない。そのため、微小に変化した場合にも制御を行うとすると制御部41への負荷が大きくなる。そのため、検出電圧の基準値を設け、電圧検出した際に、基準値から一定の差がある場合のみ電圧制御を執り行い、その時の検出電圧を新たな基準値とすることで制御上の負荷を軽減させることができる。
また、部材の抵抗が変動する主な要因は前述したように環境の変化によるものなので、温湿度検知センサ42で検知された温湿度から、環境変動を読み取り、一定以上の変動が合った場合に電圧制御を執り行うようにしても良い。
まず、電圧制御する際の基準値を事前に調査する。本制御において必要な基準値は、常温常湿環境での電流(-20μA)印加時の検出電圧値、及び凹凸紙への印刷における交流電圧のピーク間電圧値、直流電圧値の中心値である。
図4より、本実施形態では、-20μA印加時の検出電圧を基準値として採用し、その時の電圧:Vdef=-0.85[kV]を用いる。なお、本発明において、印加する電流値は該実施形態に限定されない。
次に、本実施形態において、(株)NBSリコー製のFC和紙タイプ<さざ波>と呼ばれる厚みが約130μm、凹凸差が最大で約70μm程度の用紙を用いて、交流電圧、直流電圧を振って黒のベタ画像を印刷し、評価を行う。
凹部の濃度再現性については、次のようにして評価した。即ち、表面凹凸の凹部内に対して十分量のトナーを進入させていることから、凹部において十分な画像濃度が得られている場合をランク5として評価した。また、凹部内のごく僅かな領域を白く抜けた領域にしているか、あるいは、凹部の画像濃度が平滑部よりも僅かに低い状態になっている場合を、ランク4として評価した。また、ランク4よりも、白抜けの領域が大きい場合、あるいは濃度低下が目立つ場合を、ランク3として評価した。また、ランク3に比べ、さらに白抜けの領域が大きい場合、あるいは濃度低下が目立つ場合をランク2として評価した。
また、凹部が全体的に白く、全体的に溝の状態がはっきりと認識できる場合や、さらに悪い場合をランク1として評価した。参考までに、各ランクの黒ベタ画像を図6に示す。ユーザーに提供できる画質の許容レベルとしては、ランク4以上である。
図9より、本実施形態において許容できる電流の幅は、交流電圧4〜8[kV]、直流電圧が-0.9〜-1.5[kV]である。
本実施形態においては、図9より交流電圧の中心値:Vacdef=6[kV]、直流電圧の中心値:Vdcdef=-1.2[kV]と設定した。
(補正方法A)
補正方法Aでは、検出した電圧が大きいほど、交流電圧のピーク間電圧値を大きくするとともに、直流電圧の絶対値を大きくするようにしている(直流電圧の絶対値=電圧の時間平均値の絶対値)。
まず、2次転写ニップに用紙が無い状態(非通紙状態)において定電流-20μAを印加し、その時の電圧Vaを計測する。
上記で検出された電圧Vaとあらかじめ登録されている基準値Vdefを用いて、交流電圧、直流電圧を以下のように補正する。
交流電圧のPeak-to-Peak:Vacdef×(Va/Vdef)
直流電圧:Vdcdef×(Va/Vdef)
(補正方法B)
また、交流電圧、直流電圧の制御は以下のように交流電圧のDutyを変化させる方法を用いても良好な画像を得ることができる。
補正方法Bでは、検出した電圧が大きいほど、交流電圧のピーク間電圧値を大きくするとともに、Dutyを変更することにより電圧の時間平均値の絶対値を大きくするようにしている。
交流電圧のPeak-to-Peak:Vacdef×(Va/Vdef)
交流電圧のDuty:50+(Vdcdef×(Va/Vdef-1))/(Vacdef×Va/Vdef)×100
図10のようにDutyを変化させることで、交流電圧の時間平均電圧が変化するため、直流電圧を変化させた時と同様の意味をなす。
なお、図10ではDutyを変化させるため、矩形波を用いているが、正弦波に対しても、Dutyを変化させるのと同様に非対称波形に変化させることで同様の効果を得ることができる。
図3よりVtは、正規の極性に帯電しているトナーを像担持体側からニップ形成部材側に移動させる方向の電界を前記ニップ内に形成する方のパルスのピーク値を、Vrは正規の極性に帯電しているトナーをニップ形成部材側から、像担持体方向に移動させる方向の電界を前記ニップ内に形成する方のパルスのピーク値をそれぞれ表している。
Vrの役割は、2次転写ニップ内において、マイナス極性のトナーをニップ形成ローラ36側から2次転写裏面ローラ33側に向けて静電的に引き寄せる。
しかしながら、種々の環境で実験を行った結果、抵抗変動による交流電圧、直流電圧の変化において、Vrの変動はVtのそれよりも小さくなることが、本発明者らの実験によって明らかになった。
これは、Vt、Vrには直流電圧の変動も加味されるため、交流、直流それぞれが変化した時VtとVrの変化量が異なってくるためである。
本実施形態では、本発明者らの実験結果を元に、上記と同様に、検知電圧Vaと基準値Vdefを用いてVt_new、Vr_newの値を以下のように算出する。
Vt_new: Vt×(Va/Vdef)
Vr_new: Vr×(Va/Vdef)×0.8
そして、Vtの値がVt_new、Vrの値がVr_newとなるように、交流成分のピーク間電圧と直流成分の電圧とを以下のように補正する。
交流電圧のPeak-to-Peak:Vt_new+Vr_new[kV]
直流電圧:(Vt_new+Vr_new)/2[kV]
このように補正することで良好な画像を得ることができる。
図11は、本実施形態における電圧印加のタイミングチャートである。図11より、印刷前の非通紙部において、定電流を印加し、通紙部では直流電圧、交流電圧を印加する。
図12は連続通紙時における電圧印加のタイミングチャートである。図12では、5枚通紙ごとに定電流を印加し、電圧補正を行っている。このように制御することで、連続通紙においても良好な画像を得ることができる。なお、該実施形態は5枚出力毎に制御することに限定するものではないのは明らかである。
また、定電流制御を行うタイミングの別例を図13、14に示す。
図13は、通紙終了後に定電流制御を行う時のタイミングチャートである。図13のように印刷ジョブ終了後に定電流制御を行うことで、次回のジョブ開始時に制御を行う必要がなくなる。
そのため、印刷開始前の待機時間を短くし、素早く印刷動作に移ることができる。
また、短いジョブが続いた際に、毎回定電流制御を行ったとしても、前回検出時と殆ど結果が変わらない。そこで、図14に示す例では、一度検出を行った後、規定時間T[s]が経過した後のジョブ開始前に定電流制御を行うようにする。このようにすることで、短時間に何度も制御を行うような事態が発生せず、効率よく電圧制御することが可能となる。
そこで、本実施形態では、検出電圧が現在基準値より±0.05[kV]以上の差がついた時にのみ定電流制御を行い、検出した電圧及び補正した電圧値を新たな基準値とする。
図15は実際に制御を行ったときのタイミングチャートを示している。
図15より、この場合では、最初は検出電圧が-0.87[kV]であり、基準値±0.05[kV]の範囲にあるため、電圧制御を行わない。次に検出した際は-0.91[kV]となり、基準値±0.05[kV]の範囲外になるため、補正を実行し、-0.91[kV]を検出電圧の新たな基準値とする。
次回の検出電圧は-0.93[kV]となり、基準値±0.05[kV]の範囲内のため、電圧制御は行わない。
このようにすることで、微小な変化で何度も電圧を変更する必要がなく、制御への負荷を低減することが可能となる。
なお、該実施形態はこの形態に限定されるものではなく、変動量の規定は別の値にしても良い。
本実施形態では、温湿度の水準として、絶対湿度を用いる。絶対湿度は、温度と相対湿度から求めることができ、下記式で表される。
なお、該実施形態はこの形態に限定されるものではなく、例えば温度、相対湿度がそれぞれ一定以上変動した場合に制御を行う形態でも問題は無い。また、変動量に関しても基準値±2と定めるものではなく、他の基準を用いても良い。
(実施例1〜3)
次に本発明者らが実際に行った実験について説明する
本発明者らは、本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、種々のプリントテストを実施した。各種のプリントテストにおいては、現像剤としては、平均粒径が6.8[μm]であるポリエステル系の粉砕法によるトナーと、平均粒径が55[μm]である表面に樹脂層を被覆した磁性キャリアとからなるものを使用した。
基準となる定電流印加時の検出電圧、および直流電圧、交流電圧の値は以下のように前項に述べた値を用いる。
検出電圧の基準値:-0.85[kV]
直流電圧の基準値:-1.2[kV]
交流電圧のPeak-to-Peakの基準値:6.0[kV]
上記より、Vt:-4.2[kV]、Vr:1.8[kV]となる。
|検出電圧|>|基準値|であれば、直流電圧のPeak-to-Peak、交流電圧の絶対値が増加し、Dutyは50%より減少する。
|検出電圧|<|基準値|であれば、直流電圧のPeak-to-Peak、交流電圧の絶対値が減少し、Dutyは50%より増加する。
図4より、例えば低温低湿環境において、-20μA印加時の検出電圧は-1.4[kV]となった場合、補正方法Aであれば、交流電圧、直流電圧はそれぞれ、
Vac’=6×(-1.4/-0.85)≒9.8[kV]
Vdc’=-1.2×(-1.4/-0.85)≒-1.98[kV]
に補正される。
補正方法Bであれば、交流電圧のPeak-to-Peak、Dutyはそれぞれ、
Vac’=6×(-1.4/-0.85)≒9.8[kV]
Duty=50+(-1.2×(-1.4/-0.85-1))/(8×-1.4/-0.85)×100≒44.1
に補正される。
また、補正方法Cであれば、
Vt_new: -4.2×(-1.4/-0.85)≒-6.9[kV]
Vr_new: 1.8×(-1.4/-0.85)×0.8≒2.4[kV]
交流電圧のPeak-to-Peak:|-6.9|+2.4=9.3[kV]
直流電圧:(-6.9+2.4)/2=-2.25[kV]
に補正される。
また、図4より、例えば高温高湿環境において、-20μA印加時の検出電圧は-0.45[kV]となった場合、補正方法Aであれば、交流電圧、直流電圧はそれぞれ、
Vac’=6×(-0.45/-0.85)≒3.2[kV]
Vdc’=-1.2×(-0.45/-0.85)≒-0.64[kV]
に補正される。
補正方法Bであれば、交流電圧のPeak-to-Peak、Dutyはそれぞれ、
Vac’=6×(-0.45/-0.85)≒3.2[kV]
Duty=50+(-1.2×(-0.45/-0.85-1))/(8×-0.45/-0.85)×100≒63.3
に補正される。
また、補正方法Cであれば、
Vt_new: -4.2×(-0.45/-0.85)≒-2.2[kV]
Vr_new: 1.8×(-0.45/-0.85)×0.8≒0.8[kV]
交流電圧のPeak-to-Peak:|-2.2|+0.8=3.0[kV]
直流電圧:(-2.2+0.8)/2=-0.7[kV]
に補正される。
また、電圧制御に関しては、図12と同様のタイミングチャートを用いる。ただし、連続通紙時の電圧補正のタイミングは、10枚出力ごととする。
通紙条件として、周波数を500[Hz]、線速を282mm/sに固定し、記録用紙Aに黒単色のベタ画像を出力し、目視による画像評価を行った。
なお、記録用紙Aとしては、(株)NBSリコー製のFC和紙タイプ<さざ波>と呼ばれる厚みが約130μm、凹凸差が最大で約70μm程度の用紙を用いている。
電圧印加手段として、制御を行わず、常に一定の交流電圧、直流電圧を印加した場合(比較例1)、電圧補正方法として、補正方法Aを用いて補正を行った場合(実施例1)、補正方法Bを用いて補正を行った場合(実施例2)、補正方法Cを用いた場合(実施例3)でそれぞれ通紙を低温低湿環境(以下LL環境)、高温高湿環境(以下HH環境)、常温常湿環境(以下MM環境)でそれぞれ行った。
また、サンプルは各条件において各100枚ずつ印刷を行い、最もランクの悪いもので画像評価を行った。なお、評価基準に関しては前述した凹部の濃度再現性、凸部(平滑部)の濃度再現性、及び放電に起因する白点の出現性の3項目を評価し、それぞれ図5〜7に示されたランクをもって行った。
図17より、比較例1に比べて実施例1、2、3では、それぞれ溝へのトナーの埋まり具合がLL、HH環境で通紙したときに改善されており、本発明は効果があることが示されている。
次に、実施例1と同じ構成において、以下の実験を行った。
通紙条件として、実施例1と同様に、周波数を500[Hz]、線速を282mm/sに固定し、記録用紙Aに黒単色のベタ画像を出力し、目視による画像評価を行った。
また、印刷条件として、1ジョブ100枚を印刷し、それを1000回連続で繰り返し印刷を行い、100ジョブ毎に目視による画像評価を行う。電圧補正方法としては、実施例1における補正方法Aを用いる。
定電流制御方法として、それぞれ、図14、15、16で示したタイミングチャートをそれぞれ用いる。
制御方法として、制御を行わず、常に一定の交流電圧、直流電圧を印加した場合(比較例2)、定電流制御方法として、一定時間経過毎に制御を行った場合(実施例4)、検出電圧が所定の値以上変動した場合に制御を行う場合(実施例5)、温湿度が一定以上変動した場合に制御を行う場合(実施例6)でそれぞれ通紙を行う。実験環境は、開始時は23℃50%の常温常湿環境とし、時間経過で10℃15%の低温低湿環境に変化するように設定している。
実施例4における制御間隔時間:T=10[min]
実施例5における検出電圧の変動量:±0.05[kV]以上変動した場合に制御を行う
実施例6における温湿度変化:絶対湿度で±2以上変動した場合に制御を行う
図18は画像評価のうち、凹部の濃度再現性に対する結果を示している。
図18より、比較例2では、温度の変動するにつれて、ランクが下がっているが、実施例4、5、6では、ランクの変動があまり無く、安定しており、効果があることが示されている。
次に、直流成分を定電流印加した場合の実施例を述べる。
本実施形態の構成は図1で示したものと同様である。従来定電流制御時に用いている電流印加装置を、画像印刷時の直流成分としても用いる。直流成分を電流印加にすることで、直流成分に関しては、抵抗変動による補正をする必要が無くなり、交流電圧のみを補正する。
交流電圧の補正方法は、上述した補正方法の交流電圧部分のみを用い、直流電圧部分は使用しない。
また、電圧制御に関しては、実施例1同様に、図12と同様のタイミングチャートを用いる。ただし、連続通紙時の電圧補正のタイミングは、10枚出力ごととする。
直流電流としては、図4より、常温常室環境において約-1.2[kV]となる-26[μA]を印加する。
通紙条件として、実施例1と同様に、周波数を500[Hz]、線速を282mm/sに固定し、記録用紙Aに黒単色のベタ画像を出力し、目視による画像評価を行った。
電圧印加手段として、実施例1と同様、制御を行わず、常に一定の交流電圧を印加した場合(比較例3)、及び電圧補正方法として、補正方法Aを用いて補正を行った場合(実施例7)でそれぞれ通紙をLL環境、HH環境、MM環境でそれぞれ行った。
図19に評価結果を示す。
図19より、比較例3に対して、実施例7では、放電による白抜け、溝へのトナーの埋まり具合が改善しており、直流成分を定電流にしたとしても、本発明は効果があることが示されている。
33 転写部材としての2次転写裏面ローラ
36 ニップ形成部材としてのニップ形成ローラ
39 転写バイアス出力手段としての2次転写バイアス電源
42 温湿度検知手段としての温湿度検知センサ
P 記録材
請求項3に記載の発明は、表面にトナー像を担持する像担持体と、転写バイアスを出力する転写バイアス出力手段とを備え、該転写バイアス出力手段が出力する転写バイアスにより転写部で記録材に対して前記像担持体上のトナー像を転写する画像形成装置において、前記転写バイアス出力手段は、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、直流成分と交流成分とからなり前記直流成分と前記交流成分とのうちの少なくとも一方が定電圧制御される転写バイアスを出力し、かつ、記録材へのトナー像の転写時以外の所定のタイミングで検出用バイアスを出力し、前記検出用バイアスを出力したときの電流と電圧の関係から得られる前記転写部の抵抗が高いほど、正規の極性に帯電しているトナーを前記像担持体側から記録材側へ移動させる方向の電界を前記転写部に形成する方の前記転写バイアスの第一のピーク値(Vt)の絶対値を増加させるとともに、正規の極性に帯電しているトナーを記録材側から前記像担持体側へ移動させる方向の電界を前記転写部に形成する方の前記転写バイアスの第二のピーク値(Vr)の絶対値を増加させ、かつ、第一のピーク値(Vt)の絶対値を増加させる割合は、第二のピーク値(Vr)の絶対値を増加させる割合よりも大きいことを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス出力手段は、前記検出用バイアスを出力するときに交流成分の出力をオフにすることを特徴とする。
Claims (16)
- 表面にトナー像を担持する像担持体と、該像担持体のトナー像を担持している表面に当接して転写ニップを形成するニップ形成部材と、前記転写ニップにバイアスを出力する転写バイアス出力手段とを備え、該転写バイアス出力手段が出力するバイアスにより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体上のトナー像を転写する画像形成装置において、
前記転写バイアス出力手段は、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、直流成分と交流成分とからなり前記直流成分と前記交流成分とのうちの少なくとも一方が定電圧制御される転写バイアスを出力し、
かつ、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以外の所定のタイミングで定電流制御される検出用バイアスを出力し、
該定電流制御中に検出した検出用バイアスの電圧値に基づいて、前記転写バイアスの前記直流成分と前記交流成分とのうちの少なくとも一方の電圧が制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1に記載の画像形成装置において、
前記検出用バイアスの電圧値と、あらかじめ設定された基準値とを比較して、その結果に基づいて前記直流成分と前記交流成分とのうちの少なくとも一方の電圧が制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2に記載の画像形成装置において、
前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、前記交流成分のピーク間電圧と、前記直流成分の電圧とを制御することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3に記載の画像形成装置において、
前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、該検出用バイアスの電圧値の絶対値が大きいほど、前記交流成分のピーク間電圧の値を大きくするとともに、前記直流成分の電圧の絶対値を大きくすることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2に記載の画像形成装置において、
前記交流成分の、正規の極性に帯電しているトナーを前記像担持体側から前記ニップ形成部材側に移動させる方向の電界を前記転写ニップ内に形成する方のパルスのピーク値をVt、正規の極性に帯電しているトナーを前記ニップ形成部材側から前記像担持体側に移動させる方向の電界を前記転写ニップ内に形成する方のパルスのピーク値をVrとしたとき、前記検出用バイアスの電圧値に基づいてVrおよびVtの所定値を算出し、VrおよびVtの値が前記所定値になるように、前記交流成分のピーク間電圧と前記直流成分の電圧とを制御することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2に記載の画像形成装置において、
前記転写バイアス出力手段は、前記直流成分が定電流制御されて前記交流成分が定電圧制御される転写バイアスを出力し、
前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、前記交流成分の電圧が制御されることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2または6に記載の画像形成装置において、
前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、前記交流成分のピーク間電圧と、デューティ値とを変更することを特徴とする画像形性装置。 - 請求項7に記載の画像形成装置において、
前記検出用バイアスの電圧値に基づいて、該検出用バイアスの電圧値の絶対値が大きいほど、前記交流成分のピーク間電圧を大きくするとともに、デューティ値を減少することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、前記像担持体の非画像領域が前記転写位置にあるタイミングであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、所定数の記録材に対して前記像担持体上のトナー像を転写するごとのタイミングであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、印刷ジョブ終了後のタイミングであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、前回制御時から所定の時間経過後のジョブ開始前のタイミングであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、初期設定時の前記検出用バイアスの電圧値を記憶しておき、印刷動作直前の検出値が、初期設定時の値と所定以上の差となった時に、前記交流成分の電圧又は前記直流成分の電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜8の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記転写ニップ周辺の温湿度を検知する温湿度検知手段を有し、前記定電流制御を行う前記所定のタイミングは、前記温湿度検知手段による検知結果が、所定量の温度変化以上になった際に、前記交流成分の電圧又は前記直流成分の電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜14の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記交流成分のピーク間電圧は、前記直流成分の電圧の絶対値の4倍よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1〜15の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記転写バイアス印加手段は、前記転写バイアスとして、
前記交流成分の周波数をf[Hz]、前記転写ニップにおける前記像担持体の表面移動方向の長さであるニップ幅をd[mm]、前記像担持体の表面移動速度をv[mm/s]とするとき、
f>(4/d)×v
の関係を満たすものを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。
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