JP5672525B2 - 転写装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
また、請求項2の発明は、請求項1の転写装置において、前記交流成分として、前記立ち上がりパルスの持続時間と前記立ち下がりパルスの持続時間との和に対する前記他方のパルスの持続時間の割合を10[%]よりも高く且つ50[%]よりも低くしたものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の転写装置において、前記交流成分として、前記他方のパルスの持続時間を0.2[ms]以上にしたものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかの転写装置において、前記交流成分として、周波数f[Hz]と、前記転写ニップの像担持体表面移動方向の長さであるニップ幅d[mm]と、前記像担持体の表面移動速度v[mm/s]とについて「f>(4/d)×v」という関係を具備するものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかの転写装置において、前記直流成分を定電流制御で出力する処理を実施するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の転写装置において、前記交流成分のピークツウピーク電流の出力値を定電流制御する処理を実施するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体の表面上のトナー像を記録材に転写する転写装置とを備える画像形成装置において、前記転写装置として、請求項1乃至6の何れかの転写装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項7の画像形成装置において、上記記録材が表面に凹凸を有するものであることを特徴とするものである。
また、本発明においては、立ち上がりパルスと立ち下がりパルスとのうち、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のパルス(以下、送りパルスという)の持続時間を、他方のパルス(以下、戻しパルスという)の持続時間よりも長くしていることで、それら持続時間の長さを互いに同じにする場合に比べて、送りパルスのピーク値をより低くすることが可能になる。具体的には、送りパルスについては、ベタ画像出力時など、多量のトナーを転写ニップに進入させた場合であっても、その多量のトナーを像担持体からニップ形成部材側の記録材に良好に転移させ得る条件に設定する必要がある。送りパルスの持続時間を比較的短くした場合、多量のトナーを像担持体から記録材に短時間で転移させ得る条件にしなければならないことから、送りパルスのピーク値を比較的大きくする必要がある。これに対し、送りパルスの持続時間を比較的長くした場合、多量のトナーを像担持体上から記録材に転移させるのに十分な時間がとれることから、送りパルスのピーク値を比較的小さくすることが可能になる。このため、送りパルスの持続時間を戻しパルスの持続時間よりも長くすることで、両者を同じ長さにする場合に比べて、送りパルスのピーク値をより低くすることが可能になるのである。戻しパルスについては、両パルスの持続時間を互いに同じにする場合に比べて、ピーク値を高くする必要が生ずるが、その量は、送りパルスのピーク値を低減する量よりも少なくて済む。送りパルスによって記録材に転移したトナーについては、戻しパルスによってその全量を像担持体上のトナー層に戻す必要はなく、ある程度の量をトナー層に衝突させれば足りるからである。このため、送りパルスの持続時間を戻しパルスの持続時間よりも長くすることで、送りピーク値と戻しピーク値との和であるピークツウピーク電圧をより小さくすることが可能になる。
以上のように、本発明においては、従来に比べて、ピークツウピーク電圧をより小さくすることが可能になるので、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、白点の発生を抑えることができる。
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3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。
本発明者らは、2次転写ニップ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5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212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9は、本プリンタの電気回路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。装置全体の制御を司る制御部60には、様々な機器やセンサが接続されているが、本プリンタの特徴的な構成に関連する機器やセンサだけを示している。
[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、173[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1000[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。そして、出力された青ベタ画像のM成分の画像濃度(ID)と、C成分の画像濃度(ID)とを、それぞれX−Rite社製 X−Rite938によって測定した。そして、それら2つの画像濃度の和を、青色の画像濃度として求めた。青色は、画像濃度(ID)が2.7以上で、殆どの観察者が十分な色合いであると認識する。そこで、青色の画像濃度(ID)の目標値を2.7以上とした。すると、青色の画像濃度を目標の2.7以上にすることができる2次転写バイアスの条件は、比較的限られてしまうことがわかった。
戻し時間比=20[%]、戻し時間比=50[%]の2通りの条件において、それぞれ、先のテストプリントで最も高い画像濃度(青色のID)を得ることができたオフセット電圧Voffを中心にして、オフセット電圧Voffを1[kV]の範囲で細かく変化させ、それぞれの条件で青ベタ画像を出力した。そして、先の実験1と同様にして、それぞれの青ベタ画像について青色の画像濃度(ID)を測定した。画像濃度(ID)としては、紙表面の凸部上での画像濃度と、凹部上での画像濃度とをそれぞれ測定した。この結果を、図11、図12、図13、図14に示す。
本発明者らは、2次転写ニップ内で、紙表面の凹部内に進入したトナーをベルト上に有効に戻すことができる立ち上がり時間t1の最小値を調べた。具体的には、戻し時間比=20[%]、50[%]の条件にてそれぞれ、2次転写バイアスの交流成分の周波数f、オフセット電圧Voff、及びピークツウピーク電圧をそれぞれ適宜変化させて、それぞれの条件における青ベタ画像の凹部上の画像濃度を測定した。この実験によって得られたIDmax値と交流成分の周波数fとの関係を、図15に示す。
交流成分のピークツウピーク電圧Vpp=2500[V]、オフセット電圧Voff=−800[V]、戻し時間比=20[%]の条件にて、交流成分の周波数fと、プロセス線速vとを変化させながら、それぞれのf及びvの条件で青ベタ画像を普通紙に出力した。出力されたベタ画像を目視で観察した。そして、2次転写ニップ内の交番電界の影響と思われる画像濃度ムラ(ピッチムラ)の有無を評価した。すると、同じ周波数fの条件では、プロセス線速vを速くするほどピッチムラを発生させ易くなり、同じプロセス線速vの条件では、周波数fを低くするほどピッチムラを発生させ易くなることがわかった。これらの結果は、2次転写ニップ内で、トナーをある程度の回数(以下、ニップ内往復回数Nという)だけベルトと紙表面の凹部との間で往復移動させないと、ピッチムラを発生させてしまうことを示している。v=282[mm/s]且つf=400[Hz]という条件では、ピッチムラは認められなかったが、V=282[mm/s]で且つf=300[Hz]という条件ではピッチムラが認められた。2次転写ニップのベルト移動方向の長さである2次転写ニップ幅dは3[mm]である。よって、前記条件におけるニップ内往復回数Nは約4回(3×400/282)と計算され、この値であればピッチムラをギリギリで回避することができることになる。また、v=141[mm/s]で且つf=200[Hz]という条件では、ピッチムラは認められなかったが、V=141[mm/s]で且つf=100[Hz]という条件ではピッチムラが認められた。v=141[mm/s]で且つf=200[Hz]という条件も、v=282[mm/s]で且つf=400[Hz]という条件と同様に、ニップ内往復回数Nは約4回(3×200/141と計算される。よって、「周波数f>(4/d)*v」という条件を具備することで、ピッチムラのない画像を得ることができると言える。
2次転写ニップにおいては、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5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Voff:800〜1800[V]
・ピークツウピーク電圧Vpp:3〜8[kV]
・周波数f=500[Hz]
・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。
・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5以上。
・○:凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク4以上。
・▲:凹部の画像濃度の評価結果だけがランク3以下。
・△:凸部の画像濃度の評価結果だけがランク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。
2次転写電源39として、オフセット電圧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〜−60μAに設定した。これら以外の条件の他は、実験5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Vppとオフセット電流Ippとの組合せは、Vpp=7kV、Ioff=−42.5±7.5[μA](中心値±18%)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=−47.5±12.5[μA](中心値±26%)。
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次転写電源(転写バイアス出力手段)
Claims (8)
- 像担持体のトナー像を担持しているおもて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有する転写装置において、
前記転写バイアスとして、
矩形状の立ち上がりパルスと矩形状の立ち下がりパルスとの繰り返しからなり、
前記記録材を前記転写ニップに通している間にバイアス極性を複数回切り替え、
前記立ち上がりパルスと前記立ち下がりパルスとのうち、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である一方のパルスの持続時間を、正規の極性に帯電しているトナー像をニップ形成部材側から像担持体側に移動させる他方のパルスの持続時間よりも長くし、
且つ、前記一方のパルスの持続時間、前記一方のパルスの大きさ、前記他方のパルスの持続時間、及び前記他方のパルスの大きさの組み合わせが、前記転写ニップ内で正規の極性に帯電しているトナーを相対的に像担持体側からニップ形成部材側に移動させる組み合わせであるものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とする転写装置。 - 請求項1の転写装置において、
前記交流成分として、前記立ち上がりパルスの持続時間と前記立ち下がりパルスの持続時間との和に対する前記他方のパルスの持続時間の割合を10[%]よりも高く且つ50[%]よりも低くしたものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とする転写装置。 - 請求項2の転写装置において、
前記交流成分として、前記他方のパルスの持続時間を0.2[ms]以上にしたものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とする転写装置。 - 請求項1乃至3の何れかの転写装置において、
前記交流成分として、周波数f[Hz]と、前記転写ニップの像担持体表面移動方向の長さであるニップ幅d[mm]と、前記像担持体の表面移動速度v[mm/s]とについて「f>(4/d)×v」という関係を具備するものを出力するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とする転写装置。 - 請求項1乃至4の何れかの転写装置において、
前記直流成分を定電流制御で出力する処理を実施するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とする転写装置。 - 請求項5の転写装置において、
前記交流成分のピークツウピーク電流の出力値を定電流制御する処理を実施するように、前記転写バイアス出力手段を構成したことを特徴とする転写装置。 - トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体の表面上のトナー像を記録材に転写する転写装置とを備える画像形成装置において、
前記転写装置として、請求項1乃至6の何れかの転写装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項7の画像形成装置において、
上記記録材が表面に凹凸を有するものであることを特徴とする画像形成装置。
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