JP5900794B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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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つの作像ユニット1Y,M,C,Kと、転写手段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102とを備えている。
[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。プロセス線速については、352[mm/s]に設定した。記録シートPとしては、株式会社リコー社製のマイペーパー A4サイズを使用した。実験室の環境を、通常環境(温度23℃、湿度50%)に設定した条件で、両面プリントモードにて、記録シートPの第1面、第2面にそれぞれマゼンタの単色ベタ画像を形成した。このとき、第1面、第2面ともに、転写バイアスとして、直流電圧だけからなる直流バイアスを採用した。直流バイアスについては、−1〜−6[kV]の範囲で−0.1[kV]刻みで徐々に大きくしていき、それぞれの電圧値で両面プリントを実施した。そして、記録シートPの第2面に形成されたマゼンタの単色ベタ画像について、ベタ部周囲のトナー散りと、ベタ部における白点とについて、ランクを評価した。
実験室の環境を、低温低湿環境(温度10℃、湿度15%)に設定した他は、実験1と同様の条件で白点及びトナー散りを評価した。この実験2の結果を、図5に示す。図示のように、トナー散りだけに着目すれば、直流バイアスの値(絶対値)を−4.2[kV]以下に設定することで、許容レベルであるランク4以上の成績を得ることができる。また、白点だけに着目すれば、直流バイアスの値(絶対値)を−5.9[kV]以上にすることで、許容レベルであるランク4以上の成績を得ることができる。しかしながら、トナー散り及び白点の両方をランク4以上にする電位値は存在しなかった。低温低湿の環境下では、第1面定着時の記録シートからの水分蒸発により、第2面転写時の記録シートの電気抵抗が高まり過ぎて、記録シートの画像部に転写電流が非常に流れ難くなることから、トナー散りを許容範囲に留め得るレベルまで直流バイアスの値を高めると、電位差が大きくなり過ぎて放電による白点が許容レベルを超えて発生してしまうからである。
プロセス線速については、352[mm/s]に設定した。記録シートPとしては、株式会社リコー社製のマイペーパー A4サイズを使用した。実験室の環境を、低温低湿環境(温度10℃、湿度15%)に設定した条件で、両面プリントモードにて、記録シートPの第1面、第2面にそれぞれマゼンタの単色ベタ画像を形成した。2次転写バイアス電源39として、ファンクションジェネレーター(横河電機社製 FG300)で生成した波形を、アンプ(Trek社製 High Voltage Amplifir Model10/40)によって1000倍に増幅するものを用いた。そして、記録シートPの第2面にトナー像を転写する際には、転写バイアスとして、周波数f=500[Hz]、ピークツウピーク電圧Vpp=6[kV]の交流電圧に、直流電圧としてのオフセット電圧Voffを重畳した重畳バイアスを採用した。重畳バイアスについては、オフセット電圧Voffの調整により、時間平均電圧Vaveを−0.6〜−4.6[kV]の範囲において−0.4[kV]刻みで徐々に大きくしていき、それぞれの条件で両面プリントを実施した。そして、記録シートPの第2面に形成されたマゼンタの単色ベタ画像について、ベタ部周囲のトナー散りと、ベタ部における白点とについて、ランクを評価した。また、ベタ部の画像濃度(ID)を測定した。
2次転写バイアスとして、実験2のように直流バイアスを用いた場合、図7に示すように、直流バイアスの値(絶対値)をある程度大きくすることで、1.4以上の画像濃度(ID)を実現することができる。また、2次転写バイアスとして、実験3のようの重畳バイアスを用いた場合、図8に示すように、その時間平均電圧Vaveを適切な値に設定することで、1.4以上の画像濃度(ID)を実現することができる。但し、その適切な値は、図示のように、トナー送り側のデューティ比によって変化する。実験3では、上述したように、交流電圧として、トナー送り側のデューティ比が50[%]であるものを用いたが、50[%]以下にした場合、その適正範囲は、図示のように広くなる。そこで、実験3とは異なる前記デューティ比の条件で、同様の実験を行うことにした。
実験5においては、重畳バイアスの交流電圧として、ピークツウピーク電圧Vpp=6[kV]、トナー戻し側のデューティ比=32%、周波数f=500[Hz]、波形=矩形波であるものを採用した。重畳バイアスについては、オフセット電圧Voffの調整により、時間平均電圧Vaveを−0.6〜−6.6[kV]の範囲において−0.4[kV]刻みで徐々に大きくしていき、それぞれの条件で両面プリントを実施した。かかるバイアス条件の他は、実験4と同様の条件にて(環境=10℃、15%)、第2面のマゼンタの単色ベタ画像について、トナー散り及び白点のランクを評価するとともに、IDを測定した。この結果を、図11に示す。図示のように、重畳バイアスの時間平均電圧Vaveを−2.6〜−4.2[kV]の範囲に設定した条件において、白点及びトナー散りを何れも許容範囲のランク4以上にするとともに、IDを許容範囲の1.4以上にすることができた。
実験6においては、重畳バイアスの交流電圧として、ピークツウピーク電圧Vpp=7[kV]、トナー戻し側のデューティ比=16%、周波数f=500[Hz]、波形=矩形波であるものを採用した。重畳バイアスの時間平均電圧については、オフセット電圧Voffの調整によって適宜変化させ、それぞれの条件で両面プリントを実施した。かかるバイアス条件の他は、実験5と同様の条件にて(環境=10℃、15%)、第2面のマゼンタの単色ベタ画像について、トナー散り及び白点のランクを評価するとともに、IDを測定した。この結果を、図12に示す。図示のように、重畳バイアスの時間平均電圧Vaveを−3.8〜−4.6[kV]の範囲に設定した条件において、白点及びトナー散りを何れも許容範囲のランク4以上にするとともに、IDを許容範囲の1.4以上にすることができた。
実験7においては、重畳バイアスの交流電圧として、ピークツウピーク電圧Vpp=8[kV]、トナー戻し側のデューティ比=8%、周波数f=500[Hz]、波形=矩形波であるものを採用した。重畳バイアスの時間平均電圧については、オフセット電圧Voffの調整によって適宜変化させ、それぞれの条件で両面プリントを実施した。かかるバイアス条件の他は、実験6と同様の条件にて(環境=10℃、15%)、第2面のマゼンタの単色ベタ画像について、トナー散り及び白点のランクを評価するとともに、IDを測定した。この結果を、図13に示す。図示のように、重畳バイアスの時間平均電圧Vaveを−3.8〜−4.2[kV]の範囲に設定した条件において、白点及びトナー散りを何れも許容範囲のランク4以上にするとともに、IDを許容範囲の1.4以上にすることができた。
(1)ニップ形成部材に重畳バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材をアース接続する。
(2)ニップ形成部材に重畳バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材に直流バイアスを印加する。
(3)ニップ形成部材に交流成分だけからなる交流バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材に直流バイアスを印加する。
(4)ニップ形成部材をアース接続し、且つ、裏面当接部材に重畳バイアスを印加する。
(5)ニップ形成部材に直流バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材に重畳バイアスを印加する。
(6)ニップ形成部材に直流バイアスを印加し、且つ、裏面当接部材に交流成分だけからなる交流バイアスを印加する。
[第1実施例]
先に示した図3において、制御部200には、I/Oインターフェース201を介して、操作表示部300が接続されている。この操作表示部300は、図示しない液晶ディスプレイや、複数のタッチキーからなる図示しないキー操作部などを有している。そして、液晶ディスプレイに各種の画像や文字情報を表示したり、キー操作部に対するキー操作によってユーザーからの入力情報を受け付けたりする。
図3において、制御部200には、I/Oインターフェース201を介して、湿度検知センサ301が接続されている。この湿度検知センサ301は、機内の湿度を検知して、その結果をデジタルデータで制御部200に送信するものである。既に述べたように、環境が常温常湿(温度23℃、湿度50%)ある場合には、第2面転写時において、2次転写バイアスとして直流バイアスを採用しても、白点やトナー散りを許容レベルに留めつつ、1.4以上のIDを得ることが可能である。にもかかわらず、2次転写バイアスとして重畳バイアスを採用すると、2次転写ニップ周囲の部材の劣化を無駄に早めたり、無駄なエネルギー消費を引き起こしたりする。
図3において、制御部200には、I/Oインターフェース201を介して、シート抵抗測定器302が接続されている。このシート抵抗測定器302は、2次転写ニップに供給される前の記録シートの電気抵抗を測定して、その結果をデジタルデータとして出力するものである。かかるシート抵抗測定器302としては、レジストローラ対よりも上流側で、互いに当接する金属ローラ対と、この金属ローラ対のローラ間に一定の電圧をかけながら両ローラ間に流れる電流量を測定する電流測定手段とを有するものを例示することができる。レジストローラ対に挟み込まれる前の記録シートをそれら金属ローラ間に挟み込んだときに前記両ローラ間に流れる電流に基づいて、記録シートの電気抵抗を測定することが可能である。
[第1変形例]
図18は、第1変形例に係るプリンタにおける作像ユニット1の一部を示す構成図である。このプリンタは、単色のトナー像を作像するための作像ユニット1を1つだけ備えている単色機である。同図において、像担持体としての感光体2は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。
図19は、第2変形例に係るプリンタにおける作像ユニット1の一部と、紙搬送ベルトユニット210とを示す構成図である。このプリンタは、単色のトナー像を作像するための作像ユニット1を1つだけ備えている単色機である。同図において、像担持体としての感光体2は、図示しない駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。
図20は、第3変形例に係るプリンタにおける各色の作像ユニットの一部と、転写ユニット300とを示す構成図である。同図では、各色について、作像ユニットとして、感光体(2Y,M,C,K)だけを示しているが、感光体の周りには、図2で示されている作像ユニットと同様に、ドラムクリーニング装置、除電装置、帯電装置K、現像装置等が配設されている。
図21は、第4変形例に係るプリンタの要部を示す要部構成図である。同図において、K用の作像ユニット1Kは、感光体2Kの周りに、除電ランプ14K、ドラムクリーニング装置3K、帯電装置6K、潜像書込ユニット15K、現像装置8Kなどを有している。潜像書込ユニット15Kは、LEDアレイを用いて、感光体2Kの表面に静電潜像を光書込するものである。Y,M,C用の作像ユニット1Y,M,Cも、K用の作像ユニット1Kと同様の構成になっている。
[態様A]
態様Aにおいては、表面にトナー像を担持する中間転写ベルト31等の像担持体と、前記表面にトナー像を形成する例えば作像ユニットや転写ユニットなどからなる像形成手段と、前記表面に当接して転写ニップを形成するニップ形成ローラ36等のニップ形成部材と、2次転写バイアス電源39等の電位差発生手段によって前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に電位差を発生させた状態で、前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに対して前記像担持体の表面上のトナー像を転写する転写ユニット30等の転写手段と、前記転写ニップを通過した後の記録シートに対してトナー像の定着処理を施す定着装置90等の定着手段と、前記転写ニップ及び前記定着手段を順次通過したことにより、第1面及び第2面のうち、前記第1面だけにトナー像が転写及び定着された記録シートを、面の向きを反転せしめながら前記転写手段に向けて再送する反転再搬送装置105等の再送手段とを備え、前記電位差発生手段が、前記像担持体の表面上のトナー像を前記第1面に転写する際の前記電位差である第1面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させる一方で、前記像担持体の表面上のトナー像を前記第2面に転写する際の前記電位差である第2面転写時電位差として、直流成分及び交流成分を含むものを発生させる処理を実施するものである画像形成装置において、前記第2面転写時電位差の単位時間あたりにおける平均の絶対値を、前記第1面転写時電位差の絶対値よりも小さくする処理を実施するように、前記電位差発生手段を構成する。かかる構成では、第2面転写時電位差の単位時間あたりにおける平均の絶対値を、直流成分だけからなる第1面転写時電位差の絶対値よりも小さくすることで、白点、トナー散り、及び画像濃度不足の全ての発生を従来よりも確実に抑えることができる。
態様Bにおいては、重畳バイアスなどの前記第2面転写時電位差として、交流成分の周波数f[Hz]と、転写ニップにおける記録シート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発生させる処理を実施するように、2次転写バイアス電源39等の電位差発生手段を構成する。かかる構成では、既に説明したように、転写ニップ内のシート表面と像担持体表面との間のトナーの往復移動回数が不足することによる周期的な濃度ムラの発生を回避することができる。
態様Cにおいては、重畳バイアス等の第2面転写時電位差として、交流成分のトナー戻し側のデューティ比が50[%]未満であるものを発生させる処理を実施するように、2次転写バイアス電源39等の電位差発生手段を構成する。かかる構成では、既に説明したように、デューティ比が50[%]以上であるものを発生させる場合に比べて、直流成分の絶対値をより小さくして所望の画像濃度が得られるようになるため、より低エネルギーで所望の画像濃度を得ることができる。
態様Dにおいては、第2面転写時電位差として、交流成分のトナー戻し側のデューティ比が、8[%]以上であるものを発生させる処理を実施するように、2次転写バイアス電源39等の電位差発生手段を構成する。かかる構成では、既に説明したように、デューティ比を8[%]以上にすることで、所望の波形の電位差を確実に発生させることができる。
態様Eにおいては、像担持体として、無端状の中間転写ベルトを用いるとともに、前記中間転写ベルトの裏面に当接しながら、前記中間転写ベルトを介してニップ形成ローラ36等のニップ形成部材と対向する2次転写裏面ローラ33等の対向部材と、前記ニップ形成部材とのうち、何れか一方に印加するための転写バイアスを出力することで電位差を発生させる処理を実施するように、2次転写バイアス電源39等の前記電位差発生手段を構成する。かかる構成では、転写バイアスを出力することで、ニップ形成部材と対向部材との間に、トナー像転写用の電位差を発生させることができる。
態様Fにおいては、2次転写バイアス等の転写バイアスを2次転写裏面ローラ33等の対向部材とニップ形成ローラ36等のニップ形成部材とのうち、対向部材だけに印加する構成を採用する。かかる構成では、記録シートに直接接触するニップ形成部材に転写バイアスを印加する場合に比べて、記録シートの電気抵抗の変動による転写電流量の変動を小さくして、転写性を安定させることができる。
態様Gにおいては、2次転写バイアスなどの第2面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させるのか、あるいは、直流成分及び交流成分を含むものを発生させるのかを、ユーザーからの命令に基づいて選択する選択処理を実施するように、2次転写バイアス電源39などの電位差発生手段を構成する。かかる構成においては、第1実施例に係るプリンタと同様に、第2面に転写される画像の高画質化よりも、省エネを希望するユーザーに対しては、省エネ用のプリント動作を提供することができる。
態様Hにおいては、湿度センサ301などの環境を検知する環境検知手段を設けるとともに、2次転写バイアスなどの第2面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させるのか、あるいは、直流成分及び交流成分を含むものを発生させるのかを、環境検知手段による検知結果に基づいて選択する選択処理を実施するように、2次転写バイアス電源39などの電位差発生手段を構成する。かかる構成においては、第2実施例に係るプリンタと同様に、直流成分だけからなる第2面転写時電位差を採用しても、記録シートの第2面において、白点やトナー散りを許容レベルに留めつつ、所望の画像濃度が得られるほど、機内の湿度が低い場合には、第2面転写時電位差として直流成分だけからなるものを出力して、省エネルギー化を図るとともに、2次転写関連の部材の劣化を抑えることができる。
態様Iにおいては、シート抵抗測定器302などの記録シートの電気抵抗を検知する抵抗検知手段を設けるとともに、第2面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させるのか、あるいは、直流成分及び交流成分を含むものを発生させるのかを、抵抗検知手段による検知結果に基づいて選択する選択処理を実施するように、2次転写バイアス電源39などの電位差発生手段を構成する。かかる構成においては、第3実施例に係るプリンタと同様に、直流成分だけからなる第2面転写時電位差を採用しても、記録シートの第2面において、白点やトナー散りを許容レベルに留めつつ、所望の画像濃度が得られるほど、記録シートの電気抵抗が低い場合には、第2面転写時電位差として直流成分だけからなるものを出力して、省エネルギー化を図るとともに、2次転写関連の部材の劣化を抑えることができる。
2Y,M,C,K:感光体(潜像担持体)
30:転写ユニット(像形成手段の一部、転写手段の一部)
31:中間転写ベルト(像担持体)
33:2次転写裏面ローラ(裏面当接部材)
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(電位差発生手段)
80:光書込ユニット(像形成手段の一部)
90:定着装置(定着手段)
104:切換爪(再送手段の一部)
105:反転再搬送装置(再送手段の一部)
200:制御部(像形成手段の一部、転写手段の一部、再送手段の一部)
Claims (9)
- 表面にトナー像を担持する像担持体と、
前記表面にトナー像を形成する像形成手段と、
前記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、
電位差発生手段によって前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に電位差を発生させた状態で、前記転写ニップに挟み込んだ記録シートに対して前記像担持体の表面上のトナー像を転写する転写手段と、
前記転写ニップを通過した後の記録シートに対してトナー像の定着処理を施す定着手段と、
前記転写ニップ及び前記定着手段を順次通過したことにより、第1面及び第2面のうち、前記第1面だけにトナー像が転写及び定着された記録シートを、面の向きを反転せしめながら前記転写手段に向けて再送する再送手段とを備え、
前記電位差発生手段が、前記像担持体の表面上のトナー像を前記第1面に転写する際の前記電位差である第1面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させる一方で、前記像担持体の表面上のトナー像を前記第2面に転写する際の前記電位差である第2面転写時電位差として、直流成分及び交流成分を含むものを発生させる処理を実施するものである画像形成装置であって、
前記電位差発生手段が、前記第2面転写時電位差として、その単位時間あたりにおける平均の絶対値を、前記第1面転写時電位差の絶対値よりも小さくしたものを発生させるものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置であって、
前記電位差発生手段が、前記第2面転写時電位差として、前記交流成分の周波数f[Hz]と、前記転写ニップにおける記録シート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発生させるものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2の画像形成装置であって、
前記電位差発生手段は、前記第2面転写時電位差として、前記交流成分のトナー戻し側のデューティ比が50[%]未満であるものを発生させるものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3の画像形成装置であって、
前記電位差発生手段は、前記第2面転写時電位差として、前記交流成分のトナー戻し側のデューティ比が、8[%]以上であるものを発生させるものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至4の何れかの画像形成装置であって、
前記像担持体として、無端状の中間転写ベルトを備えるとともに、
前記電位差発生手段が、前記中間転写ベルトの裏面に当接しながら、前記中間転写ベルトを介して前記ニップ形成部材と対向する対向部材と、前記ニップ形成部材とのうち、何れか一方に印加するための転写バイアスを出力することで前記電位差を発生させるものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5の画像形成装置において、
前記転写バイアスを前記対向部材と前記ニップ形成部材とのうち、前記対向部材だけに印加する構成を採用したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至6の何れかの画像形成装置において、
前記第2面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させるのか、あるいは、直流成分及び交流成分を含むものを発生させるのかを、ユーザーからの命令に基づいて選択する選択処理を実施するように、前記電位差発生手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至6の何れかの画像形成装置において、
環境を検知する環境検知手段を設けるとともに、
前記第2面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させるのか、あるいは、直流成分及び交流成分を含むものを発生させるのかを、前記環境検知手段による検知結果に基づいて選択する選択処理を実施するように、前記電位差発生手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至6の何れかの画像形成装置において、
前記記録シートの電気抵抗を検知する抵抗検知手段を設けるとともに、
前記第2面転写時電位差として、直流成分だけを含むものを発生させるのか、あるいは、直流成分及び交流成分を含むものを発生させるのかを、前記抵抗検知手段による検知結果に基づいて選択する選択処理を実施するように、前記電位差発生手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。
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