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技術 画像形成装置

出願人 株式会社リコー
発明者 河内直人田中真也水谷武英
出願日 2015年12月25日 (5年4ヶ月経過) 出願番号 2015-253847
公開日 2017年6月29日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2017-116801
状態 特許登録済
技術分野 電子写真における帯電・転写・分離 電子写真における制御・管理・保安
主要キーワード 直流駆動回路 先端用 相互誘導電圧 四通り 発熱器 散らせる 重畳電源 電圧出力値
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

表面凹凸に富んだ記録シート表面平滑性に優れた記録シートの何れにおいても、シートの先端部の画像濃度不足を抑える。

解決手段

トナー像転写ベルト3から記録シートSの先端部に二次転写するときの二次転写バイアス直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に二次転写するときの二次転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、直流二次転写バイアスにおける先端部用電圧を本体部用電圧よりも高くし、且つ、重畳二次転写バイアスにおける先端部用電圧を本体部用電圧で除算した値を、直流転写バイアスにおける先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値よりも小さくする制御を実施するように、制御部を構成した。

概要

背景

従来より、像担持体上のトナー像記録シート転写するための転写バイアスを、直流電圧だけからなる直流転写バイアスと、直流及び交流重畳電圧からなる重畳転写バイアスとで切り替え画像形成装置が知られている。

例えば、特許文献1に記載の画像形成装置は、転写ニップ内で和紙のような表面凹凸に富んだ記録シートにトナー像を転写するときには、シート表面の凹部に十分量のトナー転移させるために重畳転写バイアスを用いる。重畳転写バイアスの交流成分によってトナーを往復運動させることにより、記録シートの凹部内に十分量のトナーを転移させることが可能になる。一方、普通紙のような表面平滑性に優れた記録シートにトナー像を転写するときには、トナーを往復運動させなくても十分量のトナーをシート表面に転移させることが可能であることから、直流転写バイアスを用いる。

概要

表面凹凸に富んだ記録シート、表面平滑性に優れた記録シートの何れにおいても、シートの先端部の画像濃度不足を抑える。トナー像を転写ベルト3から記録シートSの先端部に二次転写するときの二次転写バイアスの直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に二次転写するときの二次転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、直流二次転写バイアスにおける先端部用電圧を本体部用電圧よりも高くし、且つ、重畳二次転写バイアスにおける先端部用電圧を本体部用電圧で除算した値を、直流転写バイアスにおける先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値よりも小さくする制御を実施するように、制御部を構成した。

目的

即ち、先端部用電圧(Vx1’,Vx1)や本体部用電圧(Vx2’,Vx2)を定電流制御で出力する際の目標値の設定だけで、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させることが難しいという課題である

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

像担持体ニップ形成部材との当接による転写ニップ内に進入した記録シートに前記像担持体上のトナー像転写するための転写バイアスを出力する転写電源と、前記転写電源から出力される転写バイアスを直流電圧だけからなる直流転写バイアス直流及び交流重畳電圧からなる重畳転写バイアスとで切り替える制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、トナー像を記録シートの先端部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧よりも高くし、且つ、前記重畳転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値を、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値よりも小さくする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

請求項2

請求項1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、且つ、低温、低湿、又は低温低湿になるにつれて前記直流転写バイアスの前記先端部用電圧を高くする一方で、低温、低湿、又は低温低湿になるにつれて前記重畳転写バイアスの前記先端部用電圧を低くする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

請求項3

請求項1又は2の画像形成装置において、使用される記録シートの表面平滑性の情報を取得する情報取得手段を設け、且つ、前記重畳転写バイアスについて、使用される記録シートの表面平滑性が低くなるにつれて、前記先端部用電圧を低くする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

請求項4

請求項1乃至3の何れかの画像形成装置において、前記直流転写バイアス、前記重畳転写バイアスのそれぞれについて、記録シートの先端を前記転写ニップに進入させるのに先立って直流電圧を定電圧制御立ち上げた後、定電圧制御から定電流制御に切り替えて前記先端部用電圧や前記本体部用電圧を出力する制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

請求項5

請求項4の画像形成装置において、前記重畳転写バイアスの直流電圧の出力制御と前記直流転写バイアスの出力制御とで、定電圧制御によってバイアスの立ち上げを開始する時点を、記録シートの先端を前記転写ニップに進入させる時点から互いに同じ時間だけ遡った時点にし、且つ、前記立ち上げを開始した時点から出力制御を定電流制御に切り替える時点までの時間については、前記直流転写バイアスの前記時間よりも前記重畳転写バイアスの前記時間を短くするように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

請求項6

請求項1乃至5の何れかの画像形成装置において、前記重畳転写バイアスについて、前記先端部用電圧に重畳する交流電圧ピークツウピーク値を前記本体部用電圧に重畳する交流電圧のピークツウピーク値よりも大きくする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

請求項7

像担持体とニップ形成部材との当接による転写ニップ内に進入した記録シートに前記像担持体上のトナー像を転写するための転写バイアスを出力する転写電源と、前記転写電源から出力される転写バイアスを直流電圧だけからなる直流転写バイアスと直流及び交流の重畳電圧からなる重畳転写バイアスとで切り替える制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、トナー像を記録シートの先端部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧よりも高くし、且つ、前記重畳転写バイアスについて、前記先端部用電圧に重畳する交流成分のピークツウピーク値を前記本体部用電圧に重畳する交流成分のピークツウピーク値よりも大きくする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とする画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は画像形成装置に関するものである。

背景技術

0002

従来より、像担持体上のトナー像記録シート転写するための転写バイアスを、直流電圧だけからなる直流転写バイアスと、直流及び交流重畳電圧からなる重畳転写バイアスとで切り替える画像形成装置が知られている。

0003

例えば、特許文献1に記載の画像形成装置は、転写ニップ内で和紙のような表面凹凸に富んだ記録シートにトナー像を転写するときには、シート表面の凹部に十分量のトナー転移させるために重畳転写バイアスを用いる。重畳転写バイアスの交流成分によってトナーを往復運動させることにより、記録シートの凹部内に十分量のトナーを転移させることが可能になる。一方、普通紙のような表面平滑性に優れた記録シートにトナー像を転写するときには、トナーを往復運動させなくても十分量のトナーをシート表面に転移させることが可能であることから、直流転写バイアスを用いる。

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、かかる構成では、表面凹凸に富んだ記録シート、表面平滑性に優れた記録シートの何れにおいても、シートの先端部で画像濃度不足を引き起こし易いという課題があった。

課題を解決するための手段

0005

上述した課題を解決するために、本発明は、像担持体とニップ形成部材との当接による転写ニップ内に進入した記録シートに前記像担持体上のトナー像を転写するための転写バイアスを出力する転写電源と、前記転写電源から出力される転写バイアスを直流電圧だけからなる直流転写バイアスと直流及び交流の重畳電圧からなる重畳転写バイアスとで切り替える制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、トナー像を記録シートの先端部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧よりも高くし、且つ、前記重畳転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値を、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値よりも小さくする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

発明の効果

0006

本発明によれば、表面凹凸に富んだ記録シート、表面平滑性に優れた記録シートの何れにおいても、シートの先端部の画像濃度不足を抑えることができるという優れた効果がある。

図面の簡単な説明

0007

第一実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示す概略構成図。
同画像形成装置の電気回路の一部を示すブロック図。
同画像形成装置の二次転写電源回路を示す回路図。
同二次転写電源から出力される重畳二次転写バイアス波形の一例を示す波形図。
直流成分の先端部用電圧を比較的高い値に設定した重畳二次転写バイアスの一例を示す波形図。
直流成分の出力制御方式として定電流制御だけを採用した重畳二次転写バイアスにおける定電流制御の出力目標値経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフ
同画像形成装置における直流二次転写バイアスの定電圧制御や定電流制御における出力目標値の経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフ。
同画像形成装置における重畳二次転写バイアスの定電圧制御や定電流制御における出力目標値の経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフ。
変形例に係る画像形成装置における直流二次転写バイアスの定電圧制御や定電流制御における出力目標値の経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフ。
同画像形成装置における重畳二次転写バイアスの定電圧制御や定電流制御における出力目標値の経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフ。
第二実施形態に係る画像形成装置の重畳二次転写バイアスにおける先端部用の波形を、比較例に係る構成の重畳二次転写バイアスにおける先端部用の波形とともに示す波形図。
矩形波状の交流成分を採用した重畳二次転写バイアスの波形の一例を示す波形図。

実施例

0008

以下、本発明を適用した画像形成装置の第一実施形態について説明する。
まず、第一実施形態に係る画像形成装置の基本的な構成について説明する。図1は、第一実施形態に係る画像形成装置100の概略構成を示す概略構成図である。同図において、画像形成装置100は、記録シートSにトナー像を転写するための中間転写体たる転写ベルト3、用紙Pを転写ベルト3に向けて供給する給紙装置1、転写ベルト3上にトナー像を形成する画像形成部4などを備えている。また、画像形成部4の感光体40を光走査する光走査装置5、転写ベルト3上のトナー像を二次転写ニップN2に当接する二次転写ニップN2で記録シートSに二次転写するための転写搬送装置6なども備えている。また、熱と圧力とを利用して記録シートSトナー像を定着させる定着装置7、二次転写ニップN2で記録シートSに転写されずに転写ベルト3上に残留したトナーをベルトから除去するベルトクリーニング装置8なども備えている。更には、記録シートSを二次転写ニップN2に向けて送り出すレジストローラ対12なども備えている。

0009

画像形成部4は、イエロー(Y),マゼンタ(M),シアン(C),黒(K)のトナー像を作像するための作像ユニット4Y,4M,4C,4Kを有している。これらの作像ユニットは使用するトナーの色が異なる点の他は、ほぼ同様の構成になっている。以下、Kトナー像を作像する作像ユニット4Kについて説明を行うが、他色用の作像ユニット4Y,4M,4Cも同様の構成になっている。

0010

作像ユニット4Kは、図中矢印A方向に回転する潜像担持たる感光体40、感光体40を一様に負極性帯電させる帯電部41、感光体40を除電する除電部となどを有している。また、光走査装置5によって感光体40に書き込まれた静電潜像現像してトナー像を得る現像部42も有している。更には、転写ベルト3と感光体40との当接による一次転写ニップNを通過した後の感光体40に付着している転写残トナークリーニングするクリーニング装置43も有している。

0011

画像形成部4の上方に配置された光走査装置5は、画像情報に応じて変調したレーザー光を感光体40に向けて照射することで、感光体40の表面に静電潜像を書き込む。

0012

感光体40は、除電部による除電で表面電位初期化された後、帯電部41によって負極性に一様に帯電される。一様に帯電した感光体40の表面は、光走査装置5によって光走査されて静電潜像を担持する。

0013

現像部42は、感光体40の表面に形成された静電潜像にトナーを付着させることで静電潜像を現像してKトナー像を得る。感光体40の回転に伴って現像部42との対向位置を通過したKトナー像は、感光体40と転写ベルト3との当接による一次転写ニップNに進入する。そして、一次転写ニップNには、感光体40との間に転写ベルト3を挟み込んでいる一次転写ローラ421にプラス極性一次転写バイアス印加されていることで、転写電界が形成されている。この転写電界とニップ圧の作用により、感光体40上のKトナー像が転写ベルト3のおもて面一次転写される。

0014

クリーニング装置43は、一次転写ニップNを通過した後の感光体40の表面に付着している転写残トナーを感光体40の表面から除去する。

0015

転写ベルト3は、そのループ内側に配設された駆動ローラ31、テンションローラ32、支持ローラ34及び斥力ローラ35によって張架された状態で、図中矢印B方向い無端移動する無端状のベルトである。なお、駆動ローラ31、テンションローラ32、支持ローラ34及び斥力ローラ35のそれぞれは、アルミニウム製の円筒状の芯と、円筒外周に形成されたシリコーンゴム層とを有している。

0016

駆動ローラ31が駆動源によって回転駆動されるのに伴って図中矢印B方向に無端移動する転写ベルト3の構造は、多層構造単層構造の何れでも構わないが、第一実施形態では表面層ベース層とを有する多層構造を採用している。多層構造であればベース層を例えば伸びの少ないフッ素樹脂PVDFシート、ポリイミド系樹脂で構成し、記録シートSと二次転写ニップN2において当接する側の面に、表面層としてフッ素系樹脂等の平滑性のよいコート層を設けることが好ましい。また、単層であればPVDF、PC、ポリイミド等の材質を用いるのが好ましい。

0017

給紙装置1は、トレイ上に収納して保持された記録シートSを、レジストローラ対12に向けて搬送する給紙ローラ11を有している。

0018

レジストローラ対12は、給紙装置1から供給された記録シートSをローラ間に挟み込むと駆動を一旦停止した後、記録シートSを二次転写ニップN2内で転写ベルト3上のトナー像と同期させるタイミングで駆動を再開して記録シートSを送り出す。

0019

転写搬送装置6は、無端状の二次転写ベルト60、二次転写ベルト60のループ内側でベルトを張架する二次転写ローラ62及び分離ローラ61、二次転写ベルト60の寄りを戻すように修正するための寄り修正手段などを有している。二次転写ベルト60の材質などのその他の構成は、転写ベルト3と同様である。

0020

二次転写ベルト60のループ内側に配設された二次転写ローラ62は、転写ベルト3のループ内側に配設された斥力ローラ35との間にそれら二つのベルトを挟み込みながら回転駆動することで二次転写ベルトを図中矢印C方向に無端移動させる。前述の挟み込みによって二つのベルトが当接している領域が二次転写ニップN2である。

0021

円筒状のローラからなる分離ローラ61は、二次転写ベルト60に連れ回るようになっており、二次転写ベルト60の進行方向を自らの曲率によって急激に変化させることで、二次転写ベルト60のおもて面に保持される記録シートSをベルトから分離する。分離された記録シートSは、定着装置7へ向けて移送される。

0022

定着装置7は、記録シートSを加熱するために内部にヒーターなどの熱源を備えた加熱ローラ71と、加熱ローラ71と当接して定着ニップを形成する加圧ローラ72とを有している。また、加熱ローラ71は、アルミニウム製の円筒ローラと、円筒外周に形成されたシリコーンゴム層と、円筒内部に配設された発熱器としてのハロゲンヒータとを有している。加圧ローラ72の構成は、その他の駆動ローラ31、テンションローラ32、支持ローラ34及び斥力ローラ35などのローラと同様であるため説明を省略する。

0023

ベルトクリーニング装置8は、二次転写ニップN2を通過した後の転写ベルト3上に付着している転写残トナーを除去する。ベルトクリーニング装置8に具備されるウレタン等で構成されたブレード形状クリーニングブレード21は、転写ベルト3に付着した転写残トナーを掻き取るものである。クリーニング部材として、クリーニングブレード21に代えて例えば導電性ファーブラシを用いて、転写残トナーを静電クリーニング方式で除去するようにしてもよい。

0024

画像形成装置100に接続された端末から画像情報が与えられると、光走査装置5がその画像情報に基づいてY,M,C,K用の感光体40を光走査して静電潜像を形成する。それらの静電潜像は、現像部42によって現像されてY,M,C,Kトナー像になった後、一次転写ニップNで転写ベルト3のおもて面に重ね合わせて一次転写される。なお、モノクロモードの場合には、Y,M,C用の感光体40から離間するように転写ベルト3の張架姿勢が変更された状態で、K用の作像ユニット4Kだけが駆動して、転写ベルト3のおもて面にKトナー像だけが形成される。

0025

転写ベルト3のおもて面にトナー像が形成されるのと並行して、給紙トレイに格納された記録シートSが給紙ローラ11の回転によってレジストローラ対12まで搬送される。レジストローラ対12は、記録シートSを転写ベルト3上のトナー像に同期させる適切なタイミングで二次転写ニップN2に向けて送り出す。

0026

二次転写ニップN2には、斥力ローラ35に印加される二次転写バイアスによって二次転写電界が形成されている。転写ベルト3上のトナー像は、二次転写電界やニップ圧の作用により、二次転写ニップN2内に送り込まれた記録シートS上に二次転写される。二次転写ニップN2を通過した記録シートSは、分離ローラ61によって二次転写ベルト60から剥離されると、搬送路に沿って定着装置7へと搬送される。

0027

定着装置7内に送り込まれた記録シートSは、定着ニップ内で加熱ローラ71と加圧ローラ72とによって加熱されるとともに加圧される。かかる加圧・加熱工程により、記録シートSの表面に保持されたトナー像が画像として定着される。

0028

画像を定着された記録シートSは、排紙ローラによって画像形成装置100の機外へと排紙される。なお、画像形成装置100は、定着後の記録シートSを裏表反転させ、レジストローラ対12へと再送するための両面印刷用の搬送路を設けても良い。

0029

図2は、第一実施形態に係る画像形成装置100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、制御手段たる制御部150は、演算手段たるCPU150b(Central Processing Unit)や、記憶手段たるRAM150c(Random Access Memory)を有している。また、記憶手段たるROM150a(Read Only Memory)や、フラッシュメモリ150d等も有している。画像形成装置全体の制御を司る制御部150には、光走査装置5、一次転写電源151Y,151M,151C,151K、オペレーターパネル152、環境センサー153、二次転写電源200などが接続されている。それらの他にも、制御部150には様々な構成機器センサー類電気的に接続されているが、同図においては、主要なものだけを示している。

0030

一次転写電源151Y,151M,151C,151Kは、Y,M,C,K用の一次転写ローラに印加するための一次転写バイアスを個別に出力するものである。

0031

オペレーターパネル152は、タッチパネルや各種入力キーなどから構成され、タッチパネルに画像を表示させたり、ユーザーパネルタッチ操作やキー入力操作等により、ユーザーの命令受け付けることができる。制御部150は、市販されている様々な記録シートSの銘柄商品名)と、凹凸紙なのか平滑紙なのかを示す種別と、表面の平滑度(JIS P8155)とを関連付けるシートデータテーブルを記憶している。凹凸紙は、和紙調の用紙やエンボス加工が施された用紙などである。ユーザーは、オペレーターパネル152のタッチパネルに表示される記録シートSの銘柄のうち、給紙装置1にセットした記録シートSの銘柄をタッチすることで、制御部150にその銘柄を通知することができる。また、制御部150は、前述のシートデータテーブルを用いて、ユーザーのタッチ操作によって把握した記録シートSの銘柄について、凹凸紙なのか平滑紙なのかを特定したり、その表面の平滑度を特定したりすることができる。よって、オペレーターパネル152と制御部150との組み合わせは、記録シートSの表面平滑性の情報を取得する情報取得手段として機能している。

0032

図3は、第一実施形態に係る画像形成装置100の二次転写電源200の回路を示す回路図である。同図において、直流電源210には、電源制御部342からDC(−)_PWM信号及び切替信号が入力され、切替回路229に入力される。切替回路229は、切替信号が定電圧制御(CV)への切り替えを指示する場合(第一実施形態では、切替信号がHighの場合)、DC(−)_PWM信号を電流制御回路222(コンパレータ)に出力する。また、切替回路229は、切替信号が定電流制御(CC)への切り替えを指示する場合(切替信号がLowの場合)、DC(−)_PWM信号を電圧制御回路221(コンパレータ)に出力する。

0033

電流制御回路222に出力されたDC(−)_PWM信号は、積分されて電流制御回路222に入力される。積分されたDC(−)_PWM信号の値は、電流制御回路222における基準電圧となる。また、直流電流検出回路228は、二次転写電源200の出力ライン上で直流電源210が出力した直流電流を検出し、検出した直流電流の出力値を電流制御回路222に入力する。そして電流制御回路222は、基準電圧に対し直流電流が小さい場合には直流高圧トランス直流駆動回路223を積極的に駆動させ、基準電圧に対し直流電流が大きい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路223の駆動を規制する。これにより、直流電源210は、定電流性を確保している。

0034

電圧制御回路221に出力されたDC(−)_PWM信号は、積分されて電圧制御回路221に入力される。積分されたDC(−)_PWM信号の値は、電圧制御回路221における基準電圧となる。また、直流電圧検出回路226は、直流電源210が出力した直流電圧を検出し、検出した直流電圧の出力値を電圧制御回路221(コンパレータ)に入力する。そして電圧制御回路221は、基準電圧に対し直流電圧の出力値が小さい場合には直流高圧トランスの直流駆動回路223を積極的に駆動させ、直流電圧の出力値が基準電圧(上限)に達した際には、直流高圧トランスの直流駆動回路223の駆動を規制する。これにより、直流電源210は、定電圧性を確保している。また、直流電圧検出回路227は、直流電圧検出回路226により検出された直流電圧の出力値をFB_DC(−)信号として電源制御部342にフィードバックする。

0035

電流制御回路222及び電圧制御回路221の制御に従った直流駆動回路223の駆動により、直流高圧トランスの1次側巻線N1_DC(−)224及び直流高圧トランスの2次側巻線N2_DC(−)225にて出力が生成される。この出力は、ダイオード及びコンデンサによって平滑された後、直流電圧として交流電源入力部257から交流電源240に入力され、交流高圧トランスの2次側巻線N2_AC256に印加される。

0036

交流電源240には、電源制御部342からAC_PWM信号が入力され、電圧制御回路251(コンパレータ)に入力される。入力されたAC_PWM信号の値は、電圧制御回路251における基準電圧となる。また、交流電圧検出回路262は、交流高圧トランスの1次側巻線N3_AC255によって生じる相互誘導電圧から交流電圧の出力値を予測し、予測した交流電圧の出力値を電圧制御回路251に入力する。これは、交流電圧は直流電圧と重畳されるため、交流電源240自身の出力(交流電圧)のみを二次転写電源200の出力ライン上で検出することが困難なためである。そして電圧制御回路251は、基準電圧に対し交流電圧が小さい場合には交流高圧トランスの交流駆動回路253を積極的に駆動させ、基準電圧に対し交流電圧が大きい場合には交流高圧トランスの交流駆動回路253の駆動を規制する。これにより、交流電源240は、定電圧性を確保している。

0037

また、交流電流検出回路260は、二次転写電源200の出力ラインである交流バイパス用コンデンサ259の低圧側で交流電流を検出し、検出した交流電流の出力値を電流制御回路252(コンパレータ)に入力する。そして電流制御回路252は、交流電流の出力値が上限に達した際には、交流高圧トランスの交流駆動回路253の駆動を規制する。また、交流電流検出回路261は、検出した交流電流の出力値をFB_AC信号として電源制御部342にフィードバックする。

0038

交流高圧トランスの交流駆動回路253は、電源制御部342から入力されるAC_CLK信号と電圧制御回路251及び電流制御回路252とのAND論理に従って駆動し、AC_CLKと同一の周期を持つ出力を生成する。

0039

交流駆動回路253の駆動により、交流高圧トランスの1次側巻線N1_AC254にて交流電圧が生成される。この交流電圧は、2次側巻線N2_AC256に印加されている直流電圧に重畳されて、高圧出力部258から重畳二次転写バイアスとして出力されて斥力ローラ35に印加される。但し、交流電源240が駆動していない場合は、2次側巻線N2_AC256に印加されている直流電圧がそのまま高圧出力部258から直流二次転写バイアスとして出力されて斥力ローラ35に印加される。

0040

出力異常検出回路271は、二次転写電源200の出力ライン上で電線地絡等による出力異常を検知し、SC信号を電源制御部342に出力する。

0041

このような回路構成により、二次転写電源200は、二次転写バイアスを直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで切り替えることができる。また、直流二次転写バイアスの直流電圧や、重畳二次転写バイアスの直流成分の出力制御を、定電圧制御と定電流制御とで切り替えることもできる。なお、第一実施形態に係る画像形成装置100では、トナー像を記録シートSに二次転写するときには、直流二次転写バイアスの直流電圧や、重畳二次転写バイアスの直流成分を二次転写電源200から定電流制御で出力させるようになっている。

0042

図2に示される制御部150は、ユーザーのタッチ操作によって把握した記録シートSの銘柄に基づいて、給紙装置1にセットされている記録シートSについて凹凸紙であるのか、平滑紙であるのかを把握することが可能である。そして、給紙装置1にセットされている記録シートSが平滑紙である場合には、二次転写時に二次転写電源200から直流二次転写バイアスを出力させる。これ対し、凹凸紙である場合には、二次転写時に二次転写電源200から重畳二次転写バイアスを出力させる。

0043

図4は、二次転写電源200から出力される重畳二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、オフセット電圧Voffは、重畳二次転写バイアスの直流成分の値である。また、ピークツウピーク値Vppは、重畳二次転写バイアスの交流成分のピークツウピーク電圧である。図示のような正弦波の波形の重畳二次転写バイアスでは、オフセット電圧Voffが交流一周期内における電圧の平均値平均電位)になる。

0044

図示のように交流成分の一周期内で極性を一回反転させる重畳二次転写バイアスを斥力ローラ35に印加すると、二次転写ニップ内でトナー粒子を往復運動させる。具体的には、重畳二次転写バイアスの極性をトナーの帯電極性と同じマイナス極性にしているときに、二次転写ニップ内で転写ベルト3の表面上のトナー粒子を記録シートSの表面の凹部内に転移させる。これに対し、トナー粒子の帯電極性とは逆のプラス極性にしているときに、二次転写ニップ内で記録シートSの表面の凹部内に転移していたトナー粒子をベルト表面に戻す。

0045

同図において、送りピーク値Vtは、二次転写ニップ内でトナー粒子をベルト表面側からシート表面側に送る方向に静電移動させるマイナス極性におけるピーク値である。また、戻しピーク値Vrは、二次転写ニップ内でトナー粒子をシート表面側からベルト表面側に戻す方向に静電移動させるプラス極性におけるピーク値である。

0046

二次転写ニップ内において、最初に転写ベルト3の表面から記録シートSの表面の凹部内(シート表面凹部)に転移するトナー粒子の数はそれほど多くなく、転移せずに転写ベルト3の表面に留まっているトナー粒子の数の方が圧倒的に多い。その後、シート表面凹部内のトナー粒子が転写ベルト3の表面に戻る際、同表面に残留しているトナー粒子にぶつかることで、そのトナー粒子の付着力を弱める。これにより、次の交流周期では、最初よりも多くのトナー粒子がシート表面凹部内に転移する。トナー粒子が往復運動を繰り返すにつれて、シート表面凹部内に転移するトナー粒子の数が増えていき、最終的に二次転写ニップを通過したシート表面凹部には十分量のトナー粒子が転移している。これにより、凹凸紙からなる記録シートSを用いた場合の画像濃度ムラを抑えることができる。

0047

なお、二次転写ニップ内でトナー粒子を往復運動させると、画像部の周囲にトナー粒子を飛び散らせる転写チリと呼ばれる現象を引き起こし易くなる。凹凸紙からなる記録シートSを用いる場合、転写チリによる画質劣化よりも、シート表面凹部に十分量のトナー粒子が転移せずに画像濃度ムラを引き起こすことによる画質劣化の方が深刻になる。このため、凹凸紙からなる記録シートSが用いられる場合には、重畳二次転写バイアスを用いて二次転写ニップ内でトナーを往復運動させるようにしている。一方、表面凹部のない平滑紙からなる記録シートSが用いられる場合には、十分量のトナー粒子が凹部に転移しないことによる画像濃度ムラが発生しない。このため、直流二次転写バイアスを用いて転写チリの発生を抑えるようにしている。交流電圧を出力しないことで、省エネルギー化を図ったり、交流回路長寿命化を図ったりすることもできる。

0048

ところが、かかる構成においては、平滑紙からなる記録シートS、凹凸紙からなる記録シートSの何れにおいても、記録シートSの先端部で画像濃度不足を発生させ易くなることが本発明者らの実験によって判明した。

0049

次に、第一実施形態に係る画像形成装置100の特徴的な構成について説明する。
本発明者らは、平滑紙からなる記録シートSの先端部で画像濃度不足を発生させ易くなる原因について鋭意研究を行ったところ、次のような現象を見出した。即ち、記録シートSの先端部を二次転写ニップに進入させるときには、二次転写ニップ内において記録シートSの先端部を挟み込んでいる領域と、挟み込んでいない領域とが発生し、電気抵抗のより低い後者の領域に電流が集中して流れ込む。この流れ込みにより、記録シートSの先端部に流れる二次転写電流が不足して画像濃度不足を引き起こし易くなることがわかった。

0050

そこで、プリンタ試験機を用いて、トナー像を記録シートSの先端部に二次転写するときと、先端部よりも後側の本体部に二次転写するときとで、二次転写バイアスの直流電圧の値を異ならせる実験を行った。この実験において、トナー像を記録シートSの先端部に二次転写するときの直流電圧である先端部用電圧を、トナー像を記録シートSの本体部に二次転写するときの直流電圧である本体部用電圧よりも高くした。すると、平滑紙からなる記録シートSにおいて、先端部の画像濃度不足を有効に抑えることができた。

0051

ところが、意外なことに、凹凸紙からなる記録シートSでは、先端部の画像濃度不足を抑えることができなかった。そこで、その原因について鋭意研究を行ったところ、次のようなことが判明した。即ち、凹凸紙からなる記録シートSを用いる場合には、既に説明したように、重畳二次転写バイアスを用いることで、二次転写ニップ内においてトナー粒子をベルト表面とシート表面凹部との間で往復運動させる。このとき、ベルト表面とシート表面凸部との間においても、微小な往復運動を発生させている。それらの往復運動により、トナー粒子同士やトナー粒子とベルト表面との付着力を弱めている。このため、記録シートSの先端部にトナーを転写するための先端部用電圧をそれほど大きくしなくても、トナーをシート表面凹部やシート表面凸部に転移させることが可能である。にもかかわらず、先端部用電圧を直流二次転写バイアスのものと同等の値まで高めると、トナー粒子の往復運動不良により、シート表面凹部及びシート表面凸部の両方でシート先端部の画像濃度不足を引き起こしてしまうことがわかった。

0052

前述のトナー粒子の往復運動不良について詳述する。先に示した図4において、戻しピーク値Vrの絶対値と、送りピーク値Vtの絶対値とを同じ値にしたとする。すると、二次転写ニップ内で単純にトナー粒子を往復運動させるだけで、記録シートSの表面にトナー粒子を転移させることができなくなる。送りピーク値Vtの絶対値を戻しピーク値Vrの絶対値よりも大きくすることで、トナー粒子を往復運動させつつ、相対的にはベルト表面側からシート表面側に静電移動させて記録シートSの表面に転移させることが可能になる。ベルト表面からシート表面にトナー粒子を転移させるためには、送りピーク値Vtの絶対値をある程度大きくする必要があるが、逆もまた然りである。即ち、シート表面からベルト表面にトナー粒子を戻すためには、戻しピーク値Vrの絶対値をある程度大きくする必要がある。図4に示される重畳二次転写バイアスのように、送りピーク値Vt、戻しピーク値Vrのそれぞれについて絶対値を比較的大きく確保していれば、二次転写ニップ内においてベルト表面とシート表面との間でトナー粒子を良好に往復運動させることができる。

0053

ところが、記録シートSの先端部にトナーを二次転写するときの直流電圧(Voff)である先端部用電圧については、本体部にトナーを二次転写するときの直流電圧である本体部用電圧よりも絶対値を大きくしている。このような先端部用電圧を交流電圧に重畳した重畳二次転写バイアスでは、図5に示されるように、送りピーク値Vtの絶対値をかなり大きくする代わりに、戻しピーク値Vrの絶対値をかなり小さくする。このような戻しピーク値Vrでは、シート表面凹部に転移したトナー粒子や、シート表面凸部に転移したトナー粒子を、ベルト表面に戻すことができず、トナー粒子の往復運動不良を引き起こしてしまう。このため、記録シートSの先端部において、シート表面凸部、シート表面凹部の両方で画像濃度不足を引き起こしていたことがわかった。

0054

そこで、重畳二次転写バイアスの先端部用電圧を、直流二次転写バイアスの先端用電圧よりも小さくしてみた。具体的には、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件にしてみた。この式において、Vx1’は、重畳二次転写バイアスの先端部用電圧である。また、Vx2’は、重畳二次転写バイアスの本体部用電圧である。また、Vx1は、直流二次転写バイアスの先端部用電圧である。また、Vx2は、直流二次転写バイアスの本体部用電圧である。このような条件を採用したところ、凹凸紙からなる記録シートSにおいても、先端部の画像濃度不足を有効に抑えることができた。

0055

この実験結果に鑑みて、第一実施形態に係る画像形成装置100の制御部150は、直流二次転写バイアスにおける先端部用電圧を本体部用電圧よりも高くする制御を実施して、平滑紙からなる記録シートSの先端部の画像濃度不足を抑えるようになっている。また、重畳二次転写バイアスについては、その「Vx1’/Vx2’」を、直流二次転写バイアスの「Vx1/Vx2」よりも小さくする制御を実施して、凹凸紙からなる記録シートSの先端部の画像濃度不足を抑えるようになっている。このように、第一実施形態に係る画像形成装置100は、凹凸紙からなる記録シートS、平滑紙からなる記録シートの何れにおいても、シートの先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0056

第一実施形態に係る画像形成装置100とは異なり、二次転写電源として、直流二次転写バイアスのための直流電源回路と、重畳二次転写バイアスのための重畳電源回路とを個別に設けたものを用いるとする。かかる構成において、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させるためには、単純にそのような条件になるように定電流制御の目標値を設定すればよい。具体的には、重畳二次転写バイアスの本体部用電圧Vx2’と、直流二次転写バイアスの本体部用電圧Vx2とについては、定電流制御の目標値を互いに同じにする。そして、重畳二次転写バイアスの先端部用電圧Vx1’については、その定電流制御の目標値を、直流二次転写バイアスにおける先端部用電圧Vx1の定電流制御の目標値よりも小さくすればよい。

0057

しかしながら、第一実施形態に係る画像形成装置100のように、二次転写電源200として、直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで直流電源回路を共用するものにおいては、次のような不具合がある。即ち、先端部用電圧(Vx1’,Vx1)や本体部用電圧(Vx2’,Vx2)を定電流制御で出力する際の目標値の設定だけで、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させることが難しいという課題である。

0058

以下、その理由について説明する。
図3において、交流バイパス用コンデンサ259は、交流電源240から出力された交流出力が直流電源210に回り込むことを防止するために交流出力を一部蓄電するものである。また直流出力に対しては非常に高いインピーダンスを有するため交流電源240に低損失で直流出力を重畳させることが出来る。但し、直流電源210の起動時には、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷蓄積されていない。このため、交流バイパス用コンデンサ259のインピーダンスは非常に低く、直流電源210から出力された直流電圧は、交流バイパス用コンデンサ259に流れ込んでしまう。このため、直流電源210は、交流バイパス用コンデンサ259内に電荷が蓄積されるまで、二次転写部対向ローラ63に十分な電力を供給することができず、電圧の立ち上がり速度が比較的遅くなってしまう。

0059

このような二次転写電源200において、記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる前に、直流電圧の定電流制御の目標値を、記録シートSの本体部用の目標値よりも値の大きな先端部用の目標値に変更したとする。このとき、記録シートSはまだ二次転写ニップN2に進入しておらず、二次転写ニップN2において導電性の転写ベルト3と導電性の二次転写ベルト60とが互いに直接接触している状態であることから、両者間で良好に電流が流れる。このため、二次転写電源200からの出力電圧値をそれほど大きくしなくても、先端部用の目標値と同じ値の二次転写電流を二次転写ニップN2に流すことができる。その後、高抵抗の記録シートSの先端部が二次転写ニップN2に進入する。すると、ベルト間の電気抵抗が急激に高まることから、二次転写電源200からの出力電圧値をそれまでよりもかなり大きくしないと、先端部用の目標値と同じ値の二次転写電流を流すことができなくなる。ところが、二次転写電源200の出力電圧の立ち上がり速度が遅いことから、図6に示されるように、記録シートSの先端部を二次転写ニップN2に通す間に、出力電圧値を先端部で必要な値まで立ち上げることができなくなる。これにより、記録シートSの先端部で画像濃度不足を発生させてしまう。

0060

そこで、制御部150は、図7に示されるように、記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる前の基準時点で、直流二次転写バイアスの直流電圧を定電圧制御で立ち上げる処理を実施する。このとき、定電圧制御における出力電圧の目標値については、直流電源210が出力可能最大電圧である−10[kV]にする。これにより、制御可能な最大速度で直流電圧を立ち上げる。なお、基準時点は、記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる時点よりも50[ms]だけ早い時点である。

0061

また、制御部150は、基準時点にて定電圧制御による直流電圧の立ち上げを開始してから、直流二次転写バイアス用の切り替え時間である第一切り替え時間T1が経過した時点で、直流電圧の出力制御を定電圧制御から定電流制御に切り替える。その時点では、二次転写電源200からの直流電圧の出力値はまだ目標値(−10[kV])には達していない。このとき、制御部150は、定電流制御による出力電流の目標値を、後述する本体部用の出力目標値よりも高い先端部用の出力目標値に設定する。直流電圧の制御が定電圧制御から定電流制御に切り替えられたことで、図示のように、二次転写電源200からの直流電圧の出力値が急激に立ち下がり始める。その後、記録シートSの先端が二次転写ニップN2に進入した直後に、前記出力値が記録シートSの先端部で必要な電圧値とほぼ同じ値まで立ち下がり、以降はその値に維持される。これにより、記録シートSの先端部における画像濃度不足が有効に抑えられる。

0062

その後、制御部150は、記録シートSの先端部の後端が二次転写ニップN2から排出されるタイミングで、直流電圧の定電流制御の目標値を、先端部用の出力目標値から、それよりも低い本体部用の出力目標値に切り替える。これにより、記録シートSの本体部を二次転写ニップN2内に進入させているときに、直流電圧の出力値(電圧出力値)を不要に高くすることによる無駄なエネルギー消費を回避することができる。

0063

図7を用いて、直流二次転写バイアスの直流電圧の出力制御について説明したが、重畳二次転写バイアスの直流成分についても、図8に示されるように、基準時点で定電圧制御にて立ち上げを開始するようになっている。重畳二次転写バイアスの直流成分の出力制御についても、直流二次転写バイアスの直流電圧の出力制御の場合と同じく、基準時点は記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる時点よりも50[ms]だけ早い時点である。その後、重畳二次転写バイアス用の切り替え時間である第二切り替え時間T2が経過した時点で、直流電圧の出力制御を定電圧制御から定電流制御に切り替える。その時点では、二次転写電源200からの直流電圧の出力値はまだ目標値(−10[kV])には達していない。この時点で、定電流制御による出力電流の目標値を重畳二次転写バイアスの先端部用の出力目標値に設定する。その値は、後述する重畳二次転写バイアスの本体部用の出力目標値よりも高く、且つ直流二次転写バイアスにおける先端部用の出力目標値よりも低い値である。

0064

前述の第二切り替え時間T2は、第一切り替え時間T1よりも短いことから、定電圧制御から定電流制御に切り替わった時点において、直流成分は直流二次転写バイアスの場合に比べてより低い値で立ち下がり始める。すると、直流成分の出力電圧値が記録シートSの先端部に必要な値よりも立ち下がって時点で、記録シートSの先端が二次転写ニップN2に進入する。但し、この時点における出力電圧値はある程度大きな値になっていることから、その後、出力電圧値はすぐに、記録シートSの先端部に必要な値まで立ち上がる。

0065

その後、制御部150は、記録シートSの先端部の後端が二次転写ニップN2から排出されるタイミングで、直流成分の定電流制御の目標値を、先端部用の出力目標値から、それよりも低い本体部用の出力目標値に切り替える。これにより、記録シートSの本体部を二次転写ニップN2内に進入させているときに、直流成分の出力値(電圧出力値)を不要に高くすることによる無駄なエネルギー消費を回避することができる。

0066

制御部150は、環境がほぼ一定であれば、直流二次転写バイアスの直流電圧を定電流制御で出力するときにおける本体部用の出力目標値と、直流二次転写バイアスの直流成分を定電流制御で出力するときにおける本体部用の出力目標値をほぼ同じ値に設定する。これに対し、直流二次転写バイアスの直流電圧を定電流制御で出力するときにおける先端部用の出力目標値については、直流二次転写バイアスの直流成分を定電流制御で出力するときにおける先端部用の出力目標値よりも高い値に設定する。

0067

以上のように、第一実施形態に係る画像形成装置100では、直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで、直流電圧の出力を定電圧制御から定電流制御に切り替えるタイミングや、定電流制御における先端部用の出力目標値を変えている。これにより、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させている。第一実施形態においては、直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで、その切り替え時間を異ならせるという比較的簡易な制御により、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させることができる。また、定電流制御における先端部用の出力目標値を調整することにより、より確実に、狙いの電圧値Vx1’およびVx1をシート先端部で出力することができる。

0068

なお、第二切り替え時間T2が比較的短い値(例えば5msec)であると、定電圧制御から定電流制御に切り替わる時点で直流成分の電圧値が比較的低い値から立ち下がり始める。このため、記録シートSの先端が二次転写ニップN2に進入する前に、直流成分の電圧値がシート先端部で必要な値まで下がることが多くなる。すると、記録シートSの先端部を二次転写ニップN2に進入させている際の直流成分の電圧値は、主に定電流制御の先端部用の出力目標値に依存する。一方、第二切り替え時間T2が比較的長い値(例えば40msec)であると、定電圧制御から定電流制御に切り替わる時点で直流成分の電圧値が比較的高い値から立ち下がり始める。このため、記録シートSの先端が二次転写ニップN2に進入する時点で、直流成分の電圧値がシート先端部で必要な値よりも少し高くなっていることが多くなる。

0069

次に、第一実施形態に係る画像形成装置における一部の構成を他の構成に置き換えた変形例について説明する。なお、以下に特しない限り、変形例に係るプリンタの構成は第一実施形態と同様である。
[変形例]
図9は、変形例に係る画像形成装置における直流二次転写バイアスの定電圧制御や定電流制御における出力目標値の経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフである。また、図10は、同画像形成装置における重畳二次転写バイアスの定電圧制御や定電流制御における出力目標値の経時変化と、直流成分の出力値の経時変化とを示すグラフである。変形例に係る画像形成装置は、直流二次転写バイアス、重畳二次転写バイアスともに、直流成分の定電流制御における先端部用の出力目標値と本体部用の出力目標値とを互いに同じ値にしている。そして、直流二次転写バイアス用の切り替え時間である第一切り替え時間T1と、重畳二次転写バイアス用の切り替え時間である第二切り替え時間T2とを互いに異ならせることで、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させるようになっている。直流二次転写バイアス、重畳二次転写バイアスともに、基準時点を第一実施形態よりも早い時点に設定している。なお、直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで、互いに基準時点を同じにしているが、直流成分の立ち上がりや立ち下がりの特性によっては、互いの基準時点を異ならせてもよい。

0070

記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させた時点から、記録シートSの先端部と本体部との境界を二次転写ニップN2に進入させる時点までは、直流電圧を経時的に低下させていくが、後者の時点で先端部に必要な電圧が確保されていればよい。図9図10に示されるように、直流二次転写バイアスの先端部用電圧Vx1や、重畳二次転写バイアスの先端部用電圧Vx1’については、何れも記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させた時点の値とする。また、直流二次転写バイアスの本体部用電圧Vx2や、重畳二次転写バイアスの本体部用電圧Vx2’については、何れも記録シートSの先端部と本体部との境界を二次転写ニップN2に進入させた時点の値とする。記録シートSの先端が二次転写ニップN2へ進入した後には、電圧値が先端部用の値から本体部用の値に向けて一定の割合で減衰する。よって、先端進入時の電圧(Vx1、Vx1’)を境界進入時の電圧(Vx2、Vx2’)で除算した値について、直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで比較して、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させればよい。こうすることで、重畳二次転写バイアスにおける先端部用電圧Vx1’の時間平均値を本体部用電圧Vx2’で除算した値を、直流転写バイアスにおける先端部用電圧Vx1の時間平均値を本体部用電圧Vx2で除算した値よりも小さくすることが可能になる。

0071

次に、第一実施形態に係る画像形成装置100に、より特徴的な構成を付加した各実施例の画像形成装置について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係る画像形成装置の構成は、第一実施形態と同様である。

0072

[第一実施例]
本発明者らは、第一実施形態に係る画像形成装置100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複数のプリントテストを行った。複数のプリントテストにおいて、記録シートSの種類、切り替え時間(T1又はT2)、及び環境(温湿度)の組み合わせを互いに異ならせた。記録シートSの種類としては、平滑紙、凹凸紙の二種類を採用した。また、切り替え時間としては、5[msec]、10[msec]、20[msec]、40[msec]の四通りを採用した。また、環境としては、23℃50%と、10℃15%との二通りを採用した。

0073

なお、平滑紙にブルーベタ画像を二次転写するための直流二次転写バイアスの直流電圧を定電流制御で出力する際の先端部用の出力目標値については、本体部用の出力目標値よりも大きくしている。但し、直流二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける先端部用の出力目標値については、直流二次転写バイアスを用いる複数のプリントテストのそれぞれで同じ値にした。また、直流二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける本体部用の出力目標値についても、直流二次転写バイアスを用いる複数のプリントテストのそれぞれで同じ値にした。

0074

また、凹凸紙にブルーベタ画像を二次転写するための重畳二次転写バイアスの直流成分を定電流制御で出力する際の先端部用の出力目標値についても、本体部用の出力目標値よりも大きくしている。但し、重畳二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける先端部用の出力目標値については、重畳二次転写バイアスを用いる複数のプリントテストのそれぞれで同じ値にした。また、重畳二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける本体部用の出力目標値についても、重畳二次転写バイアスを用いる複数のプリントテストのそれぞれで同じ値にした。更に、重畳二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける本体部用の出力目標値と、直流二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける本体部用の出力目標値とについては、互いに同じ値にした。また、重畳二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける先端部用の出力目標値を、直流二次転写バイアスを用いるプリントテストにおける先端部用の出力目標値よりも低い値にした。

0075

それぞれのプリントテストにおいて、Mベタトナー像とCベタトナー像との重ね合わせによるブルーベタ画像を作像し、そのブルーベタ画像におけるシート先端部の画像濃度を評価した。シート本体部と同じ画像濃度である場合を○と評価した。また、シート本体部よりも僅かに薄いものの、ぎりぎり許容範囲内である場合を△と評価した。また、シート本体部よりも薄く、画像濃度不足が視認されてしまう場合を×と評価した。このプリントテストの結果を、次の表1に示す。

0076

表1に示されるように、直流二次転写バイアスを用いて平滑紙に画像を二次転写する場合には、環境にかかわらず、第一切り替え時間T1を長くするほど、記録シートSの先端部の画像濃度不足を抑えることができた。これは、第一切り替え時間T1を長くするほど、記録シートSの先端部を二次転写ニップN2に進入させているときの直流電圧の出力値を高くするからである。

0077

直流二次転写バイアスを用いて平滑紙に画像を二次転写する場合において、環境と第一切り替え時間T1との関係に着目すると、次のようなことが解る。即ち、23℃50%の環境の方が、10℃15%の環境に比べて、先端部で十分な画像濃度が得られる切り替え時間T1の値が短くなる。具体的には、その値は、23℃50%で20[msec]、10℃15%で40[msec]である。このような差が生ずるのは、23℃50%の環境の方が10℃15%の環境よりも平滑紙の電気抵抗値が低くなることから、より低い値の直流電圧でシート先端部に十分量の二次転写電流を流すことができるからである。

0078

一方、重畳二次転写バイアスを用いて凹凸紙に画像を二次転写する場合には、直流二次転写バイアスを用いる場合とは逆に、環境にかかわらず、第二切り替え時間T2を長くするほど、記録シートSの先端部の画像濃度を薄くしてしまう。これは、第二切り替え時間T2を長くするほど、記録シートSの先端部を二次転写ニップN2に進入させているときの戻しピーク値Vrを低くしてしまうからである。

0079

重畳二次転写バイアスを用いて凹凸紙に画像を二次転写する場合において、環境と第二切り替え時間T2との関係に着目すると、次のようなことが解る。即ち、23℃50%の環境の方が、10℃15%の環境に比べて、先端部で十分な画像濃度が得られる切り替え時間T2の値が長くなる。具体的には、その値は、23℃50%で10[msec]、10℃15%で5[msec]である。10℃15%の環境では、23℃50%の環境に比べて凹凸紙の電気抵抗値が高くなることから、定電流制御が有効に機能した状態では、直流成分の出力電圧値が比較的高い値になって戻しピーク値Vrの不足を引き起こし易くなる。このため、10℃15%の環境では、23℃50%の環境に比べて、第二切り替え時間T2を短くして、記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる瞬間の出力電圧値をより低くする必要があるのである。

0080

このプリントテストの結果に鑑みて、制御部150は、次のような制御を実施するように構成されている。即ち、低温低湿になるにつれて直流二次転写バイアスの先端部用電圧Vx1を高くする一方で、低温低湿になるにつれて重畳転写バイアスの先端部用電圧Vx1’を低くする制御を実施するように構成されている。具体的には、低温低湿化することを把握するために、温度の検知結果及び湿度の検知結果に基づいて絶対湿度を算出し、その算出結果が小さくなるにつれて先端部用電圧Vx1を高くしたり、先端部用電圧Vx1’を低くしたりする。そのために、絶対湿度が小さくなるにつれて、第一切り替え時間T1を長くするとともに、第二切り替え時間T2を短くする。

0081

かかる構成では、環境変動にかかわらず、平滑紙や凹凸紙の先端部における画像濃度不足の発生を抑えることができる。

0082

なお、環境センサー153に代えて、温度センサーを設け、低温になるにつれて、重畳転写バイアスの先端部用電圧Vx1’を低くする制御を実施するように制御部150を構成してもよい。また、環境センサー153に代えて、湿度センサーを設け、低湿になるにつれて、重畳転写バイアスの先端部用電圧Vx1’を低くする制御を実施するように制御部150を構成してもよい。

0083

[第二実施例]
本発明者らは、上述したプリント試験機を用いて複数の第二プリントテストを行った。複数の第二プリントテストにおいて、記録シートSの種類、及び切り替え時間(T1又はT2)の組み合わせを互いに異ならせた。記録シートSの種類としては、表面の平滑度=22[sec]の凹凸紙A、平滑度=10[sec]の凹凸紙B、及び平滑度=6[sec]の凹凸紙Cの三種類を採用した。また、切り替え時間としては、5[msec]、10[msec]、15[msec]、20[msec]、30[msec]、40[msec]の六通りを採用した。環境については、23℃50%に固定した。

0084

なお、凹凸紙の平滑度については、JIS P8155に従って、水柱型王研式平滑度試験機を用いて測定した。また、環境については、23℃50%に固定した。また、それぞれの凹凸紙にブルーベタ画像を二次転写するための重畳二次転写バイアスの直流成分を定電流制御で出力する際の先端部用の出力目標値を、本体部用の出力目標値よりも大きくした。

0085

それぞれの第二プリントテストにおいて、Mベタトナー像とCベタトナー像との重ね合わせによるブルーベタ画像を作像し、そのブルーベタ画像におけるシート先端部の画像濃度を上述したプリントテストと同様に○、△、×の三水準で評価した。この第二プリントテストの結果を、次の表2に示す。

0086

表2に示されるように、重畳二次転写バイアスを用いて凹凸紙にトナー像を二次転写する場合には、紙表面の平滑度が高くなるにつれて、シート先端部で十分な画像濃度を得ることが可能な第二切り替え時間T2の値が長くなる。平滑度が高くなるにつれて、凹凸紙の性質が平滑紙に近づいていくことから、シート先端部で必要な直流成分の電圧値が高くなるからである。換言すると、平滑度が低くなるにつれて、凹凸紙としての性質がより際だってくることから、シート先端部で必要な直流成分の電圧値が低くなる。このため、凹凸紙を用いる場合には、その表面の平滑度が低くなるにつれて、第二切り替え時間T2を短くする必要がある。

0087

この第二プリントテストの結果に鑑みて、制御部150は、次のような制御を実施するように構成されている。即ち、オペレーターパネル152に対するユーザーの入力操作によって取得した記録シートSの銘柄に対応する平滑度を、上述したシートデータテーブルの中から特定する。そして、その平滑度(表面平滑性)が低くなるにつれて、重畳二次転写バイアスの直流成分の先端部用電圧を低くする制御である。具体的には、平滑度が低くなるにつれて、第二切り替え時間T2を短くすることで、前記先端部用電圧を低くしている。かかる構成では、凹凸紙からなる記録シートSを用いる場合に、その記録シートSの表面平滑性にかかわらず、シート先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0088

なお、第一実施形態、変形例、及び各実施例において、記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる直前で二次転写バイアスの直流電圧を定電圧制御で出力することは、本発明の必須の構成ではない。記録シートSの先端を二次転写ニップN2に進入させる直前で、二次転写バイアスの直流電圧を定電流制御で立ち上げてもよい。このとき、定電流制御における出力電流の目標値を十分に大きな値に設定すればよい。こうすることで、シート先端部を二次転写ニップN2に進入させる時点で十分に大きな直流電圧を出力させることが可能になるので、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させることが可能である。

0089

また、第一実施形態、変形例、及び各実施例において、二次転写バイアスの先端部用の直流電圧や本体部用の直流電圧を定電圧制御で出力してもよい。

0090

次に、本発明を適用した第二実施形態の画像形成装置について説明する。なお、以下に特筆しない限り、第二実施形態に係る画像形成装置の構成は、第一実施形態と同様である。

0091

第二実施形態に係る画像形成装置の制御部150は、直流二次転写バイアスや重畳二次転写バイアスとして、次のようなものを二次転写電源200から出力させる。即ち、互いの先端部用電圧を同じ値(Vx1=Vx1’)にし、且つ互いの本体部用電圧を同じ値(Vx2=Vx2’)にしたものを二次転写電源200から出力させる。また、直流二次転写バイアスの第一切り替え時間T1と、重畳二次転写バイアスの第二切り替え時間T2とを互いに同じ値にする。即ち、直流二次転写バイアスと重畳二次転写バイアスとで、直流電圧(直流成分)の制御を定電圧制御から定電流制御に切り替えるタイミングを同じにする。直流電圧(直流成分)の定電流制御における制御目標値については、第一実施形態と同様に、「直流二次転写バイアスの先端部用電圧Vx1>重畳二次転写バイアスの先端部用電圧Vx1’」という関係にしている。

0092

このような構成だけでは、平滑紙の先端部に十分量の二次転写電流を流してその先端部での画像濃度不足を抑えることが可能であるが、凹凸紙の先端部では戻しピーク値Vr不足による画像濃度不足を引き起こしてしまう。

0093

そこで、制御部150は、重畳二次転写バイアスの交流成分として、先端部用交流成分と、本体部用交流成分とを切り替えて二次転写電源200から出力させる。先端部用交流成分については、直流成分の先端部用電圧と組み合わせて出力させる。また、本体部用交流成分については、直流成分の本体部用電圧と組み合わせて出力させる。

0094

図11は、第二実施形態に係る画像形成装置の重畳二次転写バイアスにおける先端部用の波形を、比較例に係る構成の重畳二次転写バイアスにおける先端部用の波形とともに示す波形図である。比較例に係る構成は、重畳二次転写バイアスについて先端部用交流成分と本体部用交流成分とを区別せずに、シート先端部、本体部とで同じピークツウピーク値Vppの交流成分を用いる。これに対し、第二実施形態に係る画像形成装置は、既に述べたように、先端部用交流成分と本体部用交流成分とを繰り替えて二次転写電源200から出力する。先端部用交流成分のピークツウピーク値Vpp’は、本体部用交流成分のピークツウピーク値Vppよりも大きくなっている。

0095

比較例に係る構成では、直流成分の先端部用電圧Vx1’を本体部用電圧Vx2’よりも高くしているにもかかわらず、先端部と本体部とで同じピークツウピーク値の交流成分を用いている。このため、図示のように、凹凸紙の先端部で戻しピーク値Vrが不足することから、先端部で画像濃度不足を発生させてしまう。

0096

これに対し、第二実施形態に係る画像形成装置では、先端部用交流成分のピークツウピーク値Vpp’を本体部用交流成分のピークツウピーク値Vppよりも大きくしていることから、図示のように、先端部の戻しピーク値Vrを必要な値まで大きくしている。このため、凹凸紙の先端部で十分な画像濃度を得て、先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0097

なお、第一実施形態や各実施例において、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させるために、第一切り替え時間T1、第二切り替え時間T2、定電流制御の出力目標値などを調整することに加えて、次のようにしてもよい。即ち、重畳二次転写バイアスの先端部用交流成分のピークツウピーク値Vpp’を、本体部用交流成分のピークツウピーク値Vppよりも大きくしてもよい。特に、かなりの低温低湿の環境下や、平滑度が著しく低い凹凸紙を用いる場合に、第二切り替え時間T2を比較的短くするだけでなく、ピークツウピーク値Vpp’を比較的大きくすることで、先端部の画像濃度不足を有効に抑えることが可能になる。

0098

また、重畳二次転写バイアスの交流成分として、波形が正弦波であるものを用いる例について説明したが、波形が矩形波状であるものを用いてもよい。この場合、交流成分の一周期において、トナーをベルト側からシート側に転移させる極性(本例ではマイナス)にしている時間と、トナーをシート側からベルト側に戻す極性(本例ではプラス側)にしている時間とを異ならせてもよい。

0099

図12は、矩形波状の交流成分を採用した重畳二次転写バイアスの波形の一例を示す波形図である。この例では、交流成分の一周期において、ベルト側からシート側に向かう転写方向の時間Aを、シート側からベルト側に戻す戻し時間Bよりも大きくしている。但し、ここに示した波形は一例であり、転写方向の時間Aと戻し時間Bとの比率を適宜設定可能である。

0100

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
[態様A]
態様Aは、像担持体(例えば転写ベルト3)とニップ形成部材(例えば二次転写ベルト60)との当接による転写ニップ(例えば二次転写ニップN2)内に進入した記録シート(例えば記録シートS)に前記像担持体上のトナー像を転写するための転写バイアス(例えば二次転写バイアス)を出力する転写電源(例えば二次転写電源200)と、前記転写電源から出力される転写バイアスを直流電圧だけからなる直流転写バイアス(例えば直流二次転写バイアス)と直流及び交流の重畳電圧からなる重畳転写バイアス(例えば重畳二次転写バイアス)とで切り替える制御を実施する制御手段(例えば制御部150)とを備える画像形成装置(例えば画像形成装置100)において、トナー像を記録シートの先端部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧よりも高くし(例えばVx1>Vx2)、且つ、前記重畳転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値を、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧で除算した値よりも小さくする(例えばVx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2)制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

0101

かかる構成においては、表面平滑性に優れた記録シートにトナー像を転写する際に用いる直流転写バイアスとして、先端部用電圧を本体部電圧よりも大きくするものを転写電源から出力することで、その記録シートの先端部の画像濃度不足を抑えることができる。具体的には、記録シートの先端部を転写ニップに進入させているときには、転写ニップ内に、像担持体とニップ形成部材とを直接当接させている領域と、像担持体とニップ形成部材との間に電気抵抗の高い記録シートの先端部を介在させている領域とが生ずる。すると、電気抵抗のより低い前者の領域に転写電流の流れを集中させて、記録シートの先端部で転写電流の不足による画像濃度不足を起こし易くなる。そこで、直流転写バイアスについて、記録シートの先端部にトナー像を転写するときの先端部用電圧を、記録シートの本体部にトナー像を転写するときの直流電圧である本体部用電圧よりも高くする。これにより、記録シートの先端部を進入させた転写ニップ内において、像担持体とニップ形成部材とを直接当接させている領域だけでなく、記録シートの先端部を挟み込んでいる領域にも十分量の転写電流を流して、その先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0102

また、態様Aにおいては、次に説明する理由により、表面凹凸に富んだ記録シートの先端部においても、画像濃度不足の発生を抑えることができる。即ち、前述したように、表面平滑性に優れた記録シートを用いる場合には、直流転写バイアスの先端部用電圧を本体部用電圧よりも大きくすることで、記録シートの先端部の画像濃度不足を抑えることができる。このときの先端部用電圧をVx1、本体部用電圧をVx2で示すと、「Vx1/Vx2」は1よりも大きな値になる。一方、表面凹凸に富んだ記録シートにトナー像を転写する際における重畳転写バイアスの直流成分の先端部用電圧と本体部用電圧との比率を直流転写バイアスと同じ値に設定したとする。このときの先端部用電圧をVx1’、本体部用電圧をVx2’で示すと、「Vx1’/Vx2’」を「Vx1/Vx2」と同じ値にするのである。本発明者らは実験により、この条件では、表面凹凸に富んだ記録シートの先端部で画像濃度不足を発生させてしまうことを見出した。その原因は、転写ニップ内でトナーを十分に往復運動させることができなくなるからである。トナーを十分に往復運動させるためには、像担持体表面からシート表面に転移したトナーを、シート表面から像担持体表面に戻す必要がある。ところが、重畳転写バイアスの直流成分の先端部用電圧Vx1’を直流転写バイアスと同様に比較的大きな値にすると、トナーをシート表面から像担持体表面に戻す方向の電界強度が不足してトナーを像担持体表面に良好に戻せなくなる。これにより、表面凹凸に富んだ記録シートにトナー像を転写する際に重要になるトナーの往復運動を十分に生起せしめることができずに、その記録シートの先端部で画像濃度不足を引き起こしてしまうことが解った。そこで、態様Aでは、重畳転写バイアスの直流成分の先端部用電圧Vx1’を比較的低い値にして、表面凹凸に富んだ記録シートを用いる場合の「Vx1’/Vx2’」を、表面平滑性に優れた記録シートを用いる場合の「Vx1/Vx2」よりも小さくする。かかる構成では、転写ニップ内で表面凹凸に富んだ記録シートの先端部にトナー像を転写する際に、像担持体とシート先端部との間におけるトナーの往復運動不良を抑えて、シート先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0103

[態様B]
態様Bは、態様Aにおいて、環境を検知する環境検知手段(例えば環境センサー153)を設け、且つ、低温、低湿、又は低温低湿になるにつれて前記直流転写バイアスの前記先端部用電圧(例えばVx1)を高くする一方で、低温、低湿、又は低温低湿になるにつれて前記重畳転写バイアスの前記先端部用電圧(例えばVx1’)を低くする制御を実施するように、前記制御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、第一実施例で説明したように、環境にかかわらず、表面凹凸に富んだ記録シートの先端部や、表面平滑性に優れた記録シートの先端部で発生し易い画像濃度不足を抑えることができる。

0104

[態様C]
態様Cは、態様A又はBにおいて、使用される記録シートの表面平滑性の情報を取得する情報取得手段(例えばオペレーターパネル152と制御部150との組み合わせ)を設け、且つ、前記重畳転写バイアスについて、使用される記録シートの表面平滑性が低くなるにつれて、前記先端部用電圧を低くする制御を実施するように、前記制御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、第二実施例で説明したように、表面凹凸に優れた記録シートを用いる場合に、その表面平滑性の程度にかかわらず、シート先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0105

[態様D]
態様Dは、態様A〜Cの何れかにおいて、前記直流転写バイアス、前記重畳転写バイアスのそれぞれについて、記録シートの先端を前記転写ニップに進入させるのに先立って直流電圧を定電圧制御で立ち上げた後、定電圧制御から定電流制御に切り替えて前記先端部用電圧や前記本体部用電圧を出力する制御を実施するように、前記制御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、実施形態で説明したように、転写電源として、直流電源回路の出力を直流転写バイアスと重畳転写バイアスとで併用したものを用いても、シート先端部を転写ニップに進入させる際に、直流電圧を必要な値まで十分に立ち上げることができる。

0106

[態様E]
態様Eは、態様Dにおいて、前記重畳転写バイアスの直流電圧の出力制御と前記直流転写バイアスの出力制御とで、定電圧制御によってバイアスの立ち上げを開始する時点を、記録シートの先端を前記転写ニップに進入させる時点から互いに同じ時間だけ遡った時点にし、且つ、前記立ち上げを開始した時点から出力制御を定電流制御に切り替える時点までの時間については、前記直流転写バイアスの前記時間よりも前記重畳転写バイアスの前記時間を短くするように、前記制御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、先端部用と本体部用とで定電流制御の出力目標値を異ならせなくても、前記時間の調整だけで、「Vx1’/Vx2’ < Vx1/Vx2」という条件を満足させることが可能になる。

0107

[態様F]
態様Fは、態様A〜Eの何れかにおいて、前記重畳転写バイアスについて、前記先端部用電圧に重畳する交流電圧のピークツウピーク値を前記本体部用電圧に重畳する交流電圧のピークツウピーク値よりも大きくする制御を実施するように、前記制御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、著しい低温低湿の環境下である場合や、表面凹凸の度合いが著しい記録シートを用いる場合であっても、シート先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0108

[態様G]
態様Gは、像担持体とニップ形成部材との当接による転写ニップ内に進入した記録シートに前記像担持体上のトナー像を転写するための転写バイアスを出力する転写電源と、前記転写電源から出力される転写バイアスを直流電圧だけからなる直流転写バイアスと直流及び交流の重畳電圧からなる重畳転写バイアスとで切り替える制御を実施する制御手段とを備える画像形成装置において、トナー像を記録シートの先端部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である先端部用電圧と、トナー像を記録シートの先端部よりも後側の本体部に転写するときの転写バイアスの直流電圧である本体部用電圧とについて、前記直流転写バイアスにおける前記先端部用電圧を前記本体部用電圧よりも高くし、且つ、前記重畳転写バイアスについて、前記先端部用電圧に重畳する交流成分のピークツウピーク値を前記本体部用電圧に重畳する交流成分のピークツウピーク値よりも大きくする制御を実施するように、前記制御手段を構成したことを特徴とするものである。

0109

かかる構成では、態様Aと同様の理由により、表面平滑性に優れた記録シートの先端部の画像濃度不足を抑えることができる。また、表面凹凸に富んだ記録シートを用いる場合に、シート先端部にトナー像を転写する際の重畳転写バイアスの交流成分のピークツウピーク値を、シート本体部にトナー像を転写する際の重畳転写バイアスの交流成分のピークツウピーク値よりも大きくする。これにより、転写ニップ内で像担持体表面からシート表面に転移したトナーを像担持体表面に戻す方向の電界強度を不足させ易い、シート先端部へのトナー像の転写の際にも、電界強度不足を抑えてトナーを像担持体表面とシート表面との間で良好に往復運動させる。このように、表面凹凸に富んだ記録シートにトナー像を転写する際に重要になる転写ニップ内におけるトナーの往復運動を、シート先端部でも良好に生起せしめることで、そのシート先端部の画像濃度不足を抑えることができる。

0110

3:転写ベルト(像担持体)
60:二次転写ベルト(ニップ形成部材)
100:画像形成装置
150:制御部(制御手段、情報取得手段の一部)
152:オペレーターパネル(情報取得手段の一部)
200:二次転写電源(転写電源)
N2:二次転写ニップ(転写ニップ)
S:記録シート

先行技術

0111

特開2014−232127号公報

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