JP6160908B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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また、本発明は、像担持体の表面に有色トナーからなるトナー像を形成するトナー像形成工程と、前記像担持体にニップ形成部材を当接させて転写ニップを形成するニップ形成工程と、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成工程と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シートに対して前記像担持体上のトナー像を転写する転写工程とを実施して記録シートに画像を形成する画像形成方法において、前記転写電界形成工程にて、前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成し、且つ、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域における有色トナー像の周囲領域だけに対して透明トナー層を形成する透明トナー層形成工程を実施することを特徴とするものである。
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5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、透明(T),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5つの画像形成ユニット1T,Y,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20、図示しない光書込ユニット、タンデム画像形成部10、転写ユニット20、紙搬送ユニット39、定着装置40、再送装置50なども備えている。
本発明者らは、5つの画像形成ユニット1T,Y,M,C,Kのうち、4つの画像形成ユニット1Y,M,C,Kだけを備える点の他は、実施形態に係るプリンタと同様の構成のプリンタ試験機を用意した。このプリンタ試験機における2次転写電源82としては、次のようなものを用いた。即ち、直流電圧のみならず、様々な波形の繰り返しパルスも出力可能とするように、トレック社製交直両用アンプリファイア(10/40a)、とエヌエフ回路ブロック社製任意波形発生装置(WF1974)110Bとを組み合わせたものを用いた。
2次転写バイアスとして、直流電圧だけからなるものを2次転写裏面ローラ33に印加しながら、黒ベタ画像を出力した。マイナス極性の直流電圧の値(絶対値)を徐々に大きくしていきながら、それぞれの電圧値の条件で出力した黒ベタ画像の画像濃度を測定した。すると、直流電圧を大きくしていくに従って画像濃度も増加した。画像濃度は、直流電圧−2500[V]まで上げた時点で最大になった。このようにして直流電圧を徐々に上げていく過程で、直流電圧を大きくし過ぎると、2次転写ニップ内で激しい放電が発生して画像が得られなくなった。また、得られた黒ベタ画像は、何れもシート表面の凸部は黒く視認できるものの、凹部には殆どトナーが付着していなかった。つまり、シート表面の凹部において著しい画像濃度不足が認められた。
次に、2次転写バイアスとして、図2に示されるような正弦波状の波形が得られる重畳バイアスからなるものを2次転写バイアス電源から出力しながら、黒ベタ画像を形成した。重畳バイアスの直流成分であるオフセット電圧Voffについては、−2000[V]に設定した。また、交流成分の周波数については、500[Hz]に設定した。また、ピークツウピーク電圧Vppについては、1000、2000、3000、4000[V]の4通りを採用した。何れの場合においても、オフセット電圧Voffが−2000[V]であることから、転写バイアスの1周期内において、極性がプラスになることはない。転写バイアスの値は、マイナス極性の値であるか、あるいは0になる。このような2次転写バイアスでは、2次転写ニップのトナー粒子に対して、ベルト側からシート表面側に向かう静電気力のみを付与し、シート表面側からベルト側に向かう静電気力を付与することはない。
2次転写バイアスの波形や周波数については、第2プリントテストと同様に設定した。オフセット電圧Voffについては、第2プリントテストよりも小さい−1000[V]に設定した。また、ピークツウピーク電圧については、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000、10000[V]の8通りを採用した。何れの場合においても、ピーク値の絶対値よりもオフセット電圧Voffの絶対値(1000)が小さいことから、1周期内において、2次転写バイアスの値がマイナス極性とプラス極性とで切り替わる。よって、1周期内において、2次転写ニップのトナー粒子に対して、ベルト側からシート表面側に向かう静電気力と、シート表面側からベルト側に向かう静電気力との両方を切り替えて付与することになる。1周期内における平均電位は、オフセット電圧Voffと同じ−1000になり、これはマイナス極性の値であることから、1周期全体としては、トナーに対して、ベルト側からシート表面側に向かう静電気力を付与する。これにより、トナー粒子がベルト表面からシート表面に転移する。
本発明者らは、特殊な転写実験装置を作製した。図7は、この転写実験装置を示す概略構成図である。同図において、転写実験装置は、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。
2次転写バイアスとして直流電圧だけからなるものを採用した第1プリントテストでは、次のような現象が認められた。即ち、マイナス極性の直流電圧の絶対値を徐々に大きくしていく過程で、絶対値を2000まで大きくした時点で(直流電圧=−2000V)、シート表面の凸部の画像濃度が許容レベルまで上昇した。これは、シート表面の凸部で十分な画像濃度を得るためには、直流電圧の絶対値を2000[V]以上にする必要があったことを意味する。これに対し、2次転写バイアスとして重畳バイアスを採用した第3プリントテストでは、次のような現象が認められた。即ち、直流成分であるオフセット電圧Voffの絶対値を2000[V]の半分である1000[V](Voff=−1000V)にした条件であっても、シート表面の凸部で十分な画像濃度が得られた。これは、シート表面の凸部においても、トナー粒子の往復移動に伴ってトナー層から凸部に転移するトナー粒子の数が増加していくからだと考えられる。
(1)シート表面の凸部で十分な画像濃度を得るために、オフセット電圧Voffの絶対値をある程度大きくする。
(2)シート表面の凹部で十分な画像濃度を得るために、戻しピーク値Vrの絶対値をある程度大きくする。
(3)送りピーク値Vtの絶対値を、白点を発生させない程度の小さな値にする。
これまで説明してきた第1プリントテスト〜第4プリントテストは、中温中湿環境(温度23℃、湿度50%)で行ったが、第5プリントテストは、低温低湿環境(温度10℃、湿度15%)で行った。第4プリントテストと同様に、シート表面の凸部で十分な画像濃度が得られるオフセット電圧Voffを調べた。具体的には、ピークツウピーク電圧Vppを7000Vに設定した。また、オフセット電圧Voffを、0〜−6000[V]の範囲で、−500[V]ずつ変化させ、それぞれの条件で黒ベタ画像を出力してその画像濃度を測定した。
そこで、本発明者らは、2次転写バイアスとして、図8のような矩形波を採用してみた。この矩形波は、立ち上がり矩形パルスと、これの立ち上がり量と同じ立ち下がり量で立ち下がる立ち下がり矩形パルスとからなる交流成分に対して、直流成分であるオフセット電圧Voffを重畳することによって得られたものである。立ち上がり及び立ち下がりの組み合わせからなる1周期における立ち下がり矩形パルスのデューティ比が50[%]を超えていることから、50[%]の場合とは異なり、オフセット電圧Voffは、1周期における平均電位にはならない。平均電位Vaveは、オフセット電圧Voffよりも、マイナス極性側にシフトしている。デューティ比が50[%]を超える立ち下がり矩形パルスの極性がマイナス極性だからである。
そこで、本発明者らは、図5に示される実施形態に係るプリンタと同様に、4つの画像形成ユニット1Y,M,C,Kに加えて、T用の画像形成ユニット1Tを具備するプリンタ試験機を用意した。そして、このプリンタ試験機を用いて、非画像部に透明トナー層を形成した場合と、形成しない場合とで、線画像のエッジのぼやけ度合いを比較した。
次に、T用の画像形成ユニット1Tにより、感光体2T表面における非画像部のほぼ全域に透明トナー層を形成し、これを、中間転写ベルト21上に1次転写した。また、K用の画像形成ユニット1Kで感光体2K表面にKトナー像を形成し、これを透明トナー層が形成された中間転写ベルト21上に転写した。そして、第7プリントテストと同様の2次転写条件で、中間転写ベルト21上のKトナー像及び透明トナー層をレザック66の260kg紙に2次転写した。すると、レザック66の260kg紙の凹部においても、文字画像や線画像のエッジにぼけが全くない画像が得られた。
次に、T用の画像形成ユニット1Tにより、感光体2T表面の非画像部における全域のうち、文字画像や線画像を含むKトナー像の周囲領域にだけに透明トナー層を形成し、これを、中間転写ベルト21上に1次転写した。また、K用の画像形成ユニット1Kで感光体2K表面にKトナー像を形成し、これを透明トナー層が形成された中間転写ベルト21上に転写した。そして、第7プリントテストと同様の2次転写条件で、中間転写ベルト21上のKトナー像及び透明トナー層をレザック66の260kg紙に2次転写した。この場合も第8プリントテストと同様に、レザック66の260kg紙の凹部においても、文字画像や線画像のエッジにぼけが全くない画像が得られた。このように、非画像部の全域のうち、有色トナー画像の周囲のみに透明トナー層を形成すると、特に文字画像や線画像等、画像占有面積率の低い画像の場合は、透明トナー層を非画像部全面に形成する場合に比べて、透明トナーの消費量を低減することができる。
次に、2次転写バイアスの交流成分として、図8のような矩形波のものを用いてプリントテストを行った。具体的には、実験室の環境を低温低湿環(10℃15%)に設定した。プリンタ試験機のプロセス線速=173[mm/s]、2次転写バイアスの周波数=500[Hz]に設定した。記録シートとしては、特殊製紙株式会社製の「レザック66」175[kg]紙を用いた。M用の画像形成ユニット1Mで感光体1M上に文字や線を含んだMトナー像を形成し、Mトナー像を中間転写ベルト21上に転写した。また、C用の画像形成ユニット1Cで感光体2C上にMトナー像と同じ形状のCトナー像を形成し、中間転写ベルト21のMトナー像の上にCトナー像を転写して青トナー像を形成した。そして、この青トナー像を2次転写ニップでレザック66の175kg紙に2次転写した。このとき、2次転写バイアスとしては、交流成分の波形=矩形波、周波数=500[Hz]、戻し比率(1周期内でプラス極性になっている割合)=40[%]、平均電位Vave=−5[kV]、交流成分のピークツウピーク値Vpp=12[kV]のものを用いた。すると、レザック66の175kg紙の表面凹部上の文字画像や線画像においてエッジのぼやけの目立つ画像になってしまった。
次に、T用の画像形成ユニット1Tにて、中間転写ベルト21上に青トナー像の非画像部に対応する透明トナー層を形成した点の他は、第9プリントテストと同様にして青トナー像をレザック66の175kg紙に形成した。すると、レザック66の175kg紙の凹部においても文字画像や線画像のエッジにぼやけのない良好な画像が得られた。
以上の実験結果に鑑みて、実施形態に係るプリンタにおいては、2次転写電源82として、トナーに対する交番電界を2次転写ニップに形成し得る条件の重畳バイアスからなる2次転写バイアスを出力するものを採用している。かかる構成では、既に何度も説明したように、2次転写ニップ内でトナー粒子を記録シート表面とベルト表面との間で往復移動させることで、記録シートとして表面凹凸に富んだものを用いる場合であっても、シート表面の凹部で十分な画像濃度を得ることができる。
[態様A]
像担持体(例えば中間転写ベルト21)と、前記像担持体の表面に有色トナーからなるトナー像を形成するトナー像形成手段(例えば画像形成ユニット1T,Y,M,C,Kや転写ユニット20)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(例えば2次転写ローラ26)と、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成手段(例えば2次転写電源82など)とを備え、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シート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、前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成するように前記転写電界形成手段を構成し、且つ、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域、に対して透明トナー層を形成する透明トナー層形成手段(例えば画像形成ユニット1Tや転写ユニット20)を設けたことを特徴とするものである。
態様Bは、態様Aにおいて、ディーティ比の異なる非正弦波状の出力特性を有する交流バイアスと、直流バイアスとをそれぞれ前記転写ニップの近傍に導くことで前記転写ニップに前記交番電界を形成するように前記転写電界形成手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、既に説明したように、低温低湿環境下であっても、記録シート表面の凸部及び凹部の両方で十分な画像濃度を得つつ、白点の発生を抑えることができる。
態様Cは、態様A又はBにおいて、前記像担持体における有色トナー像を付着させない領域のうち、有色トナー像の周囲領域だけに前記透明トナー層を形成する処理を実施するように、前記透明トナー層形成手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、有色トナー像を付着させる領域の全てに透明トナー層を形成する場合に比べて、透明トナーの消費量を減らして低コスト化を図ることができる。
態様Dは、態様A〜Cにおいて、使用される記録シートの種類情報を取得する情報取得手段を設け、前記情報取得手段による取得結果に基づいて、前記透明トナー層を形成するか否か決定する処理を実施するように、前記トナー層形成手段を構成したことを特徴とするものである。かかる構成では、使用される記録シートが、文字画像や線画像のエッジのぼやけを発生させ難い種類のものである場合に、透明トナー層の形成を省略することで、透明トナー層の不要な消費を回避することができる、なお、情報取得手段としては、例えばユーザーからの入力操作を受け付けるテンキー等からなる操作部などが挙げられる。
態様Eは、態様Dにおいて、前記情報取得手段として、前記転写ニップに送り込まれる前の記録シートの表面凹凸性を検知する表面凹凸性検知手段を用いたことを特徴とするものである。かかる構成では、記録シートの種類情報をユーザーに入力してもらうことなく、表面凹凸性検知手段による検知結果に基づいて、使用される記録シートについてエッジのぼやけを引き起こし易い種類であるか否かを把握することができる。
態様Fは、像担持体の表面に有色トナーからなるトナー像を形成するトナー像形成工程と、前記像担持体にニップ形成部材を当接させて転写ニップを形成するニップ形成工程と、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成工程と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シートに対して前記像担持体上のトナー像を転写する転写工程とを実施して記録シートに画像を形成する画像形成方法において、前記転写電界形成工程にて、前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成し、且つ、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域に対して透明トナー層を形成する透明トナー層形成工程を実施することを特徴とするものである。
1T:画像形成ユニット(透明トナー層形成手段の一部)
2T,Y,M,C,K:感光体
20:転写ユニット(トナー像形成手段や透明トナー層形成手段の一部)
21:中間転写ベルト(像担持体)
24:2次転写対向ローラ(転写電界形成手段の一部)
26:2次転写ローラ(ニップ形成部材、転写電界形成手段の一部)
82:2次転写電源(転写電界形成手段の一部)
Claims (6)
- 像担持体と、前記像担持体の表面に有色トナーからなる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、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成手段とを備え、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シート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、
前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成するように前記転写電界形成手段を構成し、
且つ、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域における有色トナー像の周囲領域だけに対して透明トナー層を形成する透明トナー層形成手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体と、前記像担持体の表面に有色トナーからなる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、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成手段とを備え、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シート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、
前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成するように前記転写電界形成手段を構成し、
使用される記録シートの種類情報を取得する情報取得手段を設け、
且つ、前記情報取得手段による取得結果に基づいて、透明トナー層を形成するか否かを判定し、形成するという決定をした場合に、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域、に対して前記透明トナー層を形成する透明トナー層形成手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
前記情報取得手段として、前記転写ニップに送り込まれる前の記録シートの表面凹凸性を検知する表面凹凸性検知手段を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載の画像形成装置において、
デューティ比の異なる非正弦波状の出力特性を有する交流バイアスと、直流バイアスとをそれぞれ前記転写ニップの近傍に導くことで前記転写ニップに前記交番電界を形成するように前記転写電界形成手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体の表面に有色トナーからなるトナー像を形成するトナー像形成工程と、前記像担持体にニップ形成部材を当接させて転写ニップを形成するニップ形成工程と、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成工程と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シートに対して前記像担持体上のトナー像を転写する転写工程とを実施して記録シートに画像を形成する画像形成方法において、
前記転写電界形成工程にて、前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成し、
且つ、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域における有色トナー像の周囲領域だけに対して透明トナー層を形成する透明トナー層形成工程を実施することを特徴とする画像形成方法。 - 像担持体の表面に有色トナーからなるトナー像を形成するトナー像形成工程と、前記像担持体にニップ形成部材を当接させて転写ニップを形成するニップ形成工程と、前記像担持体と前記ニップ形成部材との間に転写電界を形成する転写電界形成工程と、前記転写ニップ内に挟み込んだ記録シートに対して前記像担持体上のトナー像を転写する転写工程とを実施して記録シートに画像を形成する画像形成方法において、
前記転写電界形成工程にて、前記転写電界として、トナーに対して像担持体側からニップ形成部材側に向かう静電気力を付与する電界と、トナーに対してニップ形成部材側から像担持体側に向かう静電気力を付与する電界とを交互に出現させる交番電界からなるものを形成し、
使用される記録シートの種類情報を取得する情報取得工程を設け、
且つ、前記種類情報の取得結果に基づいて、透明トナー層を形成するか否かを判定し、形成するという決定をした場合に、前記像担持体の表面のうち、少なくとも、前記転写ニップに進入する前の領域であって、且つ前記トナー像を構成する有色トナーを付着させない領域における有色トナー像の周囲領域だけに対して透明トナー層を形成する透明トナー層形成工程を実施することを特徴とする画像形成方法。
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