JP2015225099A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図1は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。同図において、実施形態に係るプリンタは、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を備えている。また、転写装置としての転写ユニット30、光書込ユニット80、定着装置90、給紙カセット100、レジストローラ対101等も備えている。
図3は、2次転写バイアス電源39から出力される重畳バイアスからなる2次転写バイアスの波形の一例を示す波形図である。同図において、2次転写バイアスは、上述したように、2次転写裏面ローラ33の芯金に印加される。電圧出力手段たる2次転写バイアス電源39は、2次転写バイアスを印加する転写バイアス印加手段として機能している。また、上述したように、2次転写裏面ローラ33の芯金に2次転写バイアスが印加されると、第1部材たる2次転写裏面ローラ33の芯金と、第2部材たるニップ形成ローラ36の芯金との間に、電位差が発生する。よって、2次転写バイアス電源39は、電位差発生手段としても機能している。なお、電位差は、絶対値として取り扱われることが一般的であるが、本稿では、極性付きの値として取り扱うものとする。より詳しくは、2次転写裏面ローラ33の芯金の電位から、ニップ形成ローラ36の芯金の電位を差し引いた値を、電位差として取り扱うことにする。かかる電位差の時間平均値は、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、次のようになる。即ち、ニップ形成ローラ36の電位を2次転写裏面ローラ33の電位よりもトナーの帯電極性とは逆極性側(本実施形態ではプラス側)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33側からニップ形成ローラ36側に静電移動させることになる。
2次転写バイア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上のトナーを記録シート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、記録シート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。
制御手段である制御部200は、演算手段であるCPU200a、不揮発性メモリであるRAM200c、一時記憶手段であるROM200bなどから構成される。装置全体の制御を行う制御部200には、様々な機器やセンサ類が接続されているが、図4においては、簡単のため、主な機器やセンサ類のみ示している。
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、種々のプリントテストを実施した。プリントテストでは、2次転写バイアスの交流成分について、Voff=−0.8[kV]、Vpp=5.0[kV]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[Hz]や、プロセス線速vについては、適宜変更した。
プロセス線速が282[mm/s]で、2次転写バイアスの交流成分を50〜700[Hz]の範囲で振った各条件について、普通紙からなる記録シートP(紙表面の凹凸が殆どない)にテスト用の黒ベタ画像を出力し、出力された画像について、それぞれ目視により2段階で評価を行った。具体的には、2次転写バイアスの交流成分のの周波数に同期する濃度ムラ(ピッチムラ)が視認されない場合を○、視認される場合を×として評価した。
中間転写ベルト31の表面は、副走査方向(感光体やベルトの表面移動方向)において、ページの先頭を基準にして、50画素分ずつの領域毎に理論上の区分けがなされる。そして、その区分けされた各区画(以下、「50ライン区画」という)には、それぞれ主走査方向に、画素の集合からなる画素ラインが、50ラインずつ含まれている。それぞれの画素ラインについては、全画素数に対する画像部(重ね合わせトナー像)の画素数の割合が画像面積率として求められる。50個の画素ラインそれぞれの画像面積率について平均した値が、「50ライン区画」における画像面積率となる。なお、各区画は50画素分ずつに区分けするようにしたが、これに限らず、もっと細かくしても、粗くしてもよい。
図6は、その実験装置を示す概略構成図である。この実験装置は、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酸化インジウムスズ(ITO)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中上下左右方向に移動することが可能である。図示の例では、透明基板210が金属版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。
θi=(Ai/A0)×100
Rm=[(Ai−Ar)/Ai]×100
図3のような方形波の場合、「デューティ比」は、パルス幅をパルス周期で割ったもの、つまり、「1周期」に対する「戻し時間」の割合である。図3に示す波形では、交流波形全体の面積(オフセット電圧値Voffを挟んで、転写方向側の面積と、戻し方向側の面積との和)に占める、オフセット電圧Voffを挟んで戻し方向側の面積の割合が「デューティ比」に等しくなっている。したがって、2次転写バイアスの時間平均値Vaveが転写方法に大きくなるようにするためには、デューティ比が50[%]よりも低くなるようにすればよい。
本発明者らは、ベタ画像、ハーフトーン画像と、画像面積率が異なる場合において、2次転写バイアスの交流成分のデューティ比を50%よりも下げたときの、記録シートの表面の凹部における画像濃度への影響を調べるために、「第2転写実験」を実施した。本実験はプリンタ試験機によって行い、2次転写バイアス電源39によって2次転写裏面ローラ33の芯金に印加される2次転写バイアスには、直流成分の電圧Voffが−1.2[kV]、交流成分の周波数fが500[Hz]、ピークツウピーク電圧Vppが7[kV]で、波形は矩形波のものを用いた。また、記録シートとして、特殊製紙株式会社製のレザック66(商品名)260kgを用いた。
2次転写バイアスの交流成分のデューティ比が50[%]、30[%]、10[%]のそれぞれの場合において、K色の全面ベタ画像(画像面積率100[%])、K色の1by1の全面ハーフトーン画像(画像面積率25[%])、幅0.3mmのライン画像(画像面積率1[%])の各画像を、それぞれ記録シートに形成させたものを評価した。評価結果は、記録シート上の凹部の画像濃度の優劣(以下、「凹部濃度ランク」という)を、1.0〜5.0(0.5刻み)の10段階(数値が大きいほど画質が良い)で示した。
次に、本実施形態における2次転写バイアスの波形の変形例について説明する。
本実施形態における2次転写バイアスの波形は、図3に示した矩形波に限るものではなく、戻し時間が転写時間よりも短いもの、つまりデューティ比が50%以下になるものであれば、どのような波形であってもよい。図10〜15は、本実施形態における2次転写バイアスの波形の変形例を示したものである。
図10、10は台形波によるもの、図12〜13は台形波と三角波を組み合わせたもの、図15は、図13の波形を丸くしたものである。デューティ比は、図10では40[%]、図11では45[%]、図12では32[%]、図13では16[%]、図14では8[%]、図15では16[%]と、いずれも50[%]以下になるようにしている。
(態様A)
トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体に当接して転写ニップを形成するニップ形成部材と、前記像担持体上のトナー像を前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写するために、直流成分と交流成分とを含む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た画像形成装置において、画像面積率に応じて、転写バイアスの交流成分の最小値と最大値との中心値を挟んで、トナーを前記像担持体側に戻す方向側の交流波形の面積の、交流波形全体の面積に占める割合の切り替えを行う制御部を有し、前記制御部において、転写バイアスの交流成分の最小値と最大値との中心値を挟んで、トナーを前記像担持体側に戻す方向側の交流波形の面積の、交流波形全体の面積に占める割合が、画像面積率が低くなるほど小さくなるように、転写バイアスの波形を制御した。
転写バイアスの交流成分の最小値と最大値との中心値を挟んで、トナーを前記像担持体側に戻す方向側の交流波形の面積の、交流波形全体の面積に占める割合を小さくすると、転写バイアスの時間平均値Vaveが転写方向に大きくなり、トナーの転写のために必要な電界を強くすることができる。画像面積率が低くなるにしたがって、転写バイアスの交流成分の最小値と最大値との中心値を挟んで、トナーを前記像担持体側に戻す方向側の交流波形の面積の、交流波形全体の面積に占める割合が小さくなるようにすることで、記録シートの表面の凹部にトナーの転写がしにくい画像面積率の低い画像の形成においても、記録シートの表面の凹部上に十分なトナー濃度を確保することができる。
態様Aにおいて、画像面積率に応じて、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧Vpp、または、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のオフセット電圧Voffの切り替えを行う制御部を有するようにした。
一般的にトナー付着量が多い画像ほど、VppやVoffは大きくする必要があるため、画像面積率が高い場合はVppやVoffが大きくする。また、ライン画像など画像面積率が非常に低い場合には、記録シートの凹部におけるトナーの転写性が悪くなるので、Vppを大きくしトナーの往復運動のための転写電界を強くして、記録シートの凹部におけるトナーの転写性を確保する必要がある。画像面積率が低くなるにしたがって転写バイアスの時間平均値Vaveが転写方向に大きくなるように転写バイアスの波形を制御するとともに、画像面積率に応じて、VppやVoffの切り替えをすることにより、ハーフトーン画像でもベタ画像でも、記録シートの凹部におけるトナーの転写性をさらに良好にすることができる。
態様Bにおいて、画像面積率が、ベタ画像の画像面積率の値よりも低いある値以下の範囲にあるときに、画像面積率が低くなるほど、前記転写バイアスにおける交流成分のオフセット電圧Voffの絶対値に対する、前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧Vppの比率が大きくなるように、ピークツウピーク電圧Vppとオフセット電圧Voffとの切り替えを行うようにした。
ライン画像など画像面積率が非常に低いときは、記録シートの凹部におけるトナーの転写性が悪くなるので、Voffの絶対値に対する、Vppの比率を大きくして、トナーを転写するために必要となる電界を強くする必要がある。これにより、記録シートの凹部におけるトナーの転写性を良好にすることができる。
31:中間転写ベルト(像担持体)
36:ニップ形成ローラ(ニップ形成部材)
39:2次転写バイアス電源(転写電界形成手段)
80:光書込ユニット(トナー像形成手段の一部)
P:記録シート
Claims (3)
- トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記像担持体に当接して転写ニップを形成するニップ形成部材と、
前記像担持体上のトナー像を前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに転写するために、直流成分と交流成分とを含む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た画像形成装置において、
画像面積率に応じて、転写バイアスの交流成分の最小値と最大値との中心値を挟んで、トナーを前記像担持体側に戻す方向側の交流波形の面積の、交流波形全体の面積に占める割合の切り替えを行う制御部を有し、前記制御部において、転写バイアスの交流成分の最小値と最大値との中心値を挟んで、トナーを前記像担持体側に戻す方向側の交流波形の面積の、交流波形全体の面積に占める割合が、画像面積率が低くなるほど小さくなるように、転写バイアスの波形を制御した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、
画像面積率に応じて、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧Vpp、または、前記ニップ形成部材に印加する前記転写バイアスにおける交流成分のオフセット電圧Voffの切り替えを行う制御部を有することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2に記載の画像形成装置において、
画像面積率が、ベタ画像の画像面積率の値よりも低いある値以下の範囲にあるときに、画像面積率が低くなるほど、前記転写バイアスにおける交流成分のオフセット電圧Voffの絶対値に対する、前記転写バイアスにおける交流成分のピークツウピーク電圧Vppの比率が大きくなるように、ピークツウピーク電圧Vppとオフセット電圧Voffとの切り替えを行うことを特徴とする画像形成装置。
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