JP6209312B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、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、白点の発生を抑えられて良好な画像を得られる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを、その目的とする。
本発明者らは、2次転写ニップN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12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12中上下左右方向に移動可能に構成されている。図示の例では、透明基板210が金属板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。
[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機器構成を下記の設定として各種のプリントテストを行った。
・2次転写バイアスの交流成分の周波数f 周波数を500[Hz]
・記録紙P 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)
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を凹部・凸部ともに○と●を○、□と△を△、×を×として、様々なピークツウピーク電圧値Vpp及び時間平均値Vaveにおいて図27から図35に示した。
バイアス印加手段となる電源は、ファンクションジェネレーター(横河電機FG300)で波形を作り、それをアンプ(Trek High Voltage Amplifir Model10/40)で1000倍に増幅して図10の2次転写裏面ローラ533に印加した。
〔比較例1〕
図11で説明した交流成分として従来の正弦波を使用したもので、図17は比較例の波形を示す。比較例1では、戻し時間は50%とし、この時の効果を図27に示す。このとき図17に示す全てのピークツウピーク電圧値Vpp及び時間平均値Vaveにおいて、交流成分の中心電圧値Voff=時間平均値Vaveであった。
〔実施例1〕
交流成分としては、戻し方向側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きを、転写方向側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きよりも小さくした。すなわち、中心電圧値Voffよりも転写方向寄りの値の電圧の出力時間となる転写方向側の時間をA、中心電圧値Voffよりも転写方向とは逆極性寄りの値の電圧の出力時間となる戻り時間をBとしたとき、A>Bとなるように設定した。このときの波形を図18に示す。戻し時間は40%とし、その効果は図28に示す。
ピークツウピーク電圧値Vpp=12kV
電圧の時間平均値Vave=−5.4kVのとき
交流成分の中心電圧値Voff=−4.0kV であった。
〔実施例2〕
交流成分として、戻し方向側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きを、転写方向側の電圧の立ち上がり及び立下りの傾きよりも小さくした。このとき出力電圧の波形は、電圧が転写方向の電圧のピーク値から中心電圧値Voffへと移行するまでの時間をt1、電圧が中心電圧値Voffから転写方向の電圧と逆極性の電圧のピーク値へと移行するまでの時間をt2としたとき、t2>t1である。このときの波形は図19に示す。戻し比率は40%とし、その効果は図28に示す。この方法によって、電圧の時間平均値Vaveを、電圧の最大値と最小値の中心電圧値Voffよりも転写方向寄りに設定できる。
〔実施例3〕
交流成分の中心電圧値Voffを挟んで転写方向側の面積よりも、戻し方向側の面積の方が小さい波形にする別な手段としては、図20に示すように戻し方向側の時間Bを、転写方向側の時間Aよりも短くする手法がある。この方法によって、転写方向側の時間Aに対する戻し時間Bを小さくすることができる。
〔実施例4〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図21に示す。戻し時間は45%とし、その効果は図29に示す。
〔実施例5〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図22に示す。戻し時間は40%とし、その効果は図30に示す。
〔実施例6〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図23に示す。戻し時間は32%とし、その効果を図31に示す。
〔実施例7〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図24に示す。戻し時間は16%とし、その効果を図32に示す。
〔実施例8〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図25に示す。戻し時間は8%とし、その効果を図33に示す。
〔実施例9〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くした。このときの波形は図25と同様であるので省略する。戻し時間は4%とし、その効果を図34に示す。
〔実施例10〕
交流成分として、戻し時間Bを転写方向側の時間Aよりも短くし、波形を丸くした。このときの波形は図26に示す。戻し時間は16%とし、その効果を図35に示す。
ピークツウピーク電圧値Vpp=12kV
電圧の時間平均値Vave=−5.4kVのとき
中心電圧値Voff=−2.4kVであった。
[実験2]
本発明者らは、2次転写ニップN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=50[%]、の条件にて2次転写バイアスの交流成分の周波数fを適宜変化させて、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凹部のIDmax値と交流成分の周波数fとの関係を、図36示す。
[実験3]
交流成分のピークツウピーク電圧Vpp=2500[V]、中心電圧値としてのオフセット電圧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、それぞれの周波数f及びプロセス線速vの条件で青ベタ画像を普通紙に出力し、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N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。
プロセス線速V=282[mm/s]で且つ周波数f=300[Hz]という条件ではピッチムラが認められた。
プロセス線速V=141[mm/s]で且つ周波数f=100[Hz]という条件ではピッチムラが認められた。プロセス線速v=141[mm/s]で且つ周波数f=200[Hz]という条件も、プロセス線速v=282[mm/s]で且つ周波数f=400[Hz]という条件と同様に、
ニップ内往復回数nは、(3mm×200Hz/141mm/s)=約4回と計算される。よって、「周波数f>(4/d)*v」という最低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。
[実験4]
2次転写ニップN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、一般的な厚みの記録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。そこで、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、この実験4を行った。
・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]
以上の条件で出力した黒ベタ画像の紙表面の凹部上おける画像濃度を、次のようにして評価した。
・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
また、黒ベタ画像の紙表面の凸部上における画像濃度を次のようにして評価した。 ・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
そして、次のようにして、凹部上における画像濃度の評価結果と、凸部上における画像濃度の評価結果とを統合した。
・●: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
次に、記録紙Pを、レザック66の175kg紙ではなく、それよりも厚いレザック66の215kg紙に代えて、同様の実験を行った。そして、オフセット電圧(中心電圧値)Voffとピークツウピーク電圧Vppとの組合せについて、実験に適用した全ての組合せの中から、レザック66(175kg紙)とレザック66(215kg紙)との両方で、●(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たものや、○(凹部、凸部の画像濃度の評価結果が何れもランク4以上)という結果が得られたものを抽出した。その結果、両方の紙で●という結果が得られる前記組合せは存在しなかった。また、両方の紙で○という結果が得られる前記組合せは、Vpp=6[kV]、オフセット電圧Voff=−1100±100[V](中心値±9%)というものであった。
[実験5]
2次転写用の電源39として、オフセット電圧(中心電圧値)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4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%)。
〔実施例11〕
二次転写ニップNの静電容量を170pF(ピコファラド)、抵抗を17MΩと想定したもの。このときの波形を図37に示す。このときの戻し比率は12%であった。その効果を図38に示す。
〔実施例12〕
二次転写ニップNの静電容量を120pF(ピコファラド)、抵抗を15MΩと想定したもの。このときの波形は図38に示す。このときの戻し比率は12%であった。その効果を図39に示す。
抵抗値
2次転写裏面ローラ33:6.0〜8.0LogΩで好ましくは7.0〜8.0LogΩ
2次転写ローラ36 :6.0〜12.0LogΩ(あるいはSUS)で好ましくは4.0LogΩ
中間転写ベルト31の表面抵抗:9.0〜13.0LogΩで、好ましくは10.0〜12.0LogΩC・m
中間転写ベルト31の体積抵抗:6.0〜13LogΩC・mで、好ましくは7.5〜12.5LogΩC・mより好ましくは約9LogΩC・m
中間転写ベルト31の厚み
20〜200μm 好ましくは60μm程度
測定方法
(2次転写ローラ36の体積抵抗測定)
回転測定
加重:5N/片側,バイアス印加:転写ローラ軸に印加(1KV)印加し、1min測定間にローラ1回転の抵抗測定し、平均値を体積抵抗とする。
(ベルト表面抵抗率抵抗測定)
ハイレスタ HRSプローブ(三菱化学製) 500V、10sec値
(ベルト体積抵抗率抵抗測定)
ハイレスタ HRSプローブ(三菱化学製) 100V、10sec値
転写ユニットの構成としては、図1のものに限定されるものではなく、以下に説明するものであってもよい。
図41に示す転写ユニット30Aでは、画像形成ユニット1Y、1M、1C、1Kに対向配置した像担当持体である中間転写ベルト31の内側ループ内に配置された2次転写裏面ローラ33に、転写部材として2次転写搬送ベルト36Cを対向配置して接触させたものである。この形態では中間転写ベルト31の移動方向が図1とは逆方向となっている。
36、36C、310、352、353 転写部材
39 電源
50 情報取得手段
60 変更手段
P 記録材
N、N(1−3)転写ニップ
X 電圧
Vave 電圧の時間平均値
Voff 電圧の最大値と最小値の中心値
Claims (14)
- 像担持体のトナー像を担持している面に当接して転写ニップを形成する転写部材と、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電圧を出力する電源とを有し、
前記電圧として、表面凹凸が所定より大きな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、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と、前記転写方向の電圧と逆極性の電圧と、がゼロボルトを境に交互に切り替わるものであり、かつ、
前記電圧の時間平均値(Vave)が、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に設定され、かつ、前記電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも前記転写方向寄りに設定されたものを出力す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、
前記電圧は、前記中心値(Voff)よりも前記転写方向寄りの値の電圧の出力時間をA、前記中心値(Voff)よりも前記転写方向とは逆極性寄りの値の電圧の出力時間をBとしたとき、
A>Bとなるように設定されてい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、
前記電圧は、X=B/(A+B)としたとき、0.04≦X<0.40となるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2または3に記載の画像形成装置において、
前記電源は、前記電圧における、前記転写方向側への電圧と逆極性の電圧の印加時間が、0.03msec以上となるように前記電圧を出力することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2ないし4の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記電源は、周波数をf[Hz]、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をd[mm]、前記像担持体の表面移動速度をv[mm/s]としたとき、
「f>(4/d)×v」を満たすように、前記電圧を出力することを特徴とする像形成装置。 - 請求項2ないし5の何れか1つに記載の画像形成装置において、
前記電源は、直流成分と交流成分を重畳したものを前記電圧として出力するものであり、前記直流成分を定電流制御で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。 - 請求項6記載の画像形成装置において、
前記電源は、前記交流成分の最大値から最小値までの電流(ピークツウピーク電流)の出力値を定電流制御して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。 - 請求項5または6記載の画像形成装置において、
前記像担持体の表面移動速度の情報を取得する情報取得手段と、
前記情報取得手段による取得結果に応じて、予め設定された前記直流成分の出力電流の目標値を変更する変更手段を有することを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体のトナー像を担持している面に当接して転写ニップを形成する転写部材と、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電圧を出力する電源とを有し、
表面凹凸が所定より大きな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、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の電圧と前記転写方向の電圧とは逆極性の電圧とをゼロボルトを境に交互に切り替え、前記トナー像を前記像担持体側から記録材側に転写させる転写方向の極性に電圧の時間平均値(Vave)を設定し、かつ、前記電圧の最大値と最小値の中心値(Voff)よりも転写方向寄りに設定した電圧を電源から出力することを特徴とする画像形成方法。 - 請求項9に記載の画像形成方法において、
前記中心値(Voff)よりも転写方向寄りの値の電圧の出力時間をA、中心値(Voff)よりも転写方向とは逆極性寄りの値の電圧の出力時間をBとしたとき、A>Bとなるように設定した電圧を前記電源から出力することを特徴とする画像形成方法。 - 請求項1に記載の画像形成装置において、
前記電圧として、表面凹凸が所定より小さな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、直流電圧だけからなるものを出力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、
前記電圧は、X=B/(A+B)としたとき、0.04≦X≦0.32となるように設定されてい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、
前記電圧は、X=B/(A+B)としたとき、0.08≦X≦0.32となるように設定されてい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、
前記電圧は、X=B/(A+B)としたとき、0.08≦X≦0.16となるように設定されていることを特徴とする画像形成装置。
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