(57)【要約】      （修正有）【課題】現像剤を粒子として転写部の挙動を解析するものと比較して、計算量を少なくすることができる解析装置及びプログラムを提供する。【解決手段】解析装置は、電圧が印加された転写部に記録媒体１８を挟んで記録媒体１８にトナー画像を転写する画像形成装置の解析装置であって、前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体１８の凹部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第一の計算手段と、前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体１８の凹部よりも突出している凸部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第二の計算手段と、前記第一の計算手段による第一の結果と前記第二の計算手段による第二の計算結果とを出力する出力手段と、を有する。【選択図】図４
2017142323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加された転写部に記録媒体を挟んで記録媒体にトナー画像を転写する画像形成装置の解析装置であって、
前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第一の計算手段と、
前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部よりも突出している凸部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第二の計算手段と、
前記第一の計算手段による第一の計算結果と前記第二の計算手段による第二の計算結果とを出力する出力手段と、
を有する解析装置。
【請求項２】
前記第一の計算手段及び前記第二の計算手段は、前記転写部に印加する電圧を変化させて静電力を計算する請求項１記載の解析装置。
【請求項３】
前記出力手段は、前記第一の計算手段により計算された静電力と前記第二の計算手段により計算された静電力との差が最小となる転写部の電圧を出力する請求項２記載の解析装置。
【請求項４】
前記出力手段は、前記第一の計算手段により計算された最大となる静電力と、この静電力が最大となる電圧値で前記第二の計算手段により計算され静電力との差を出力する請求項２記載の解析装置。
【請求項５】
電圧が印加された転写部に記録媒体を挟んで記録媒体に現像剤を転写する画像形成装置の解析をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第一の計算ステップと、
前記現像剤を層とみなして前記記録媒体の凹部よりも突出している凸部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第二の計算ステップと、
前記第一の計算ステップによる第一の計算結果と前記第二の計算ステップによる第二の計算結果とを出力する出力ステップと、
を有するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、解析装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、電位分布に影響を及ぼすパラメータに応じた電位分布を算出する電位分布解析方法において、計算領域を分割して複数のセルを形成する計算領域分割工程と、計算領域分割工程で得た各セルの電位を算出する電位算出工程と、計算領域分割工程で得た各セルに流入または流出する電荷量を算出する移流電荷量算出工程と、計算領域分割工程で得た各セルに流入または流出する電荷量を算出する電位差移動電荷量算出工程と、計算領域分割工程で得た各セルに流入または流出する電荷量を算出する放電電荷量算出工程と、を有し、電位算出工程、移流電荷量算出工程、および電位差移動電荷量算出工程の少なくとも１つは、セル形状変換演算子を考慮した差分法による計算を実行することを特徴とする発明を開示する。
【０００３】
特許文献２は、メッシュ分割されたシミュレーションモデルの第１の面上の各節点と第２の面上の各節点との電位差を、予め定められた各節点の放電前の電荷量および前記シミュレーションモデルの各要素の誘電率に基づいて算出する電位差算出ステップと、前記算出された電位差のうち、前記各節点間の距離から定まるパッシェン電圧を上回る電位差が求められた節点対に関する情報を前記メモリに記憶する記憶ステップと、前記記憶された節点対に関する情報および前記各節点の放電前の電荷量に基づいて、放電によって移動する電荷量および放電後の電位分布を解析し、前記メモリに格納する解析ステップと、を有することを特徴とする発明を開示する。
【０００４】
非特許文献１は、濃度ムラの発生モデルとして、用紙の凹凸に対応する転写電界の分布によって生じる転写率のムラに起因するモデルを提示し、用紙の表面形状を考慮した3次元転写挙動シュミュレーションにより検証したことを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６２６１７号公報
【特許文献２】特開２００５−３４５１２０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】中村圭吾他２名、「紙上転写における印刷濃度ムラ現象の解析」、Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｊａｐａｎ  ２０１２論文集、２０１２年６月、ｐ．１９３〜１９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記先行技術文献に示した技術においては、現像剤粒子の運動解析や、現像剤粒子の大きさに見合った細かいメッシュによる電界計算等を含み、計算量が多いという問題点がある。
【０００８】
本発明の目的は、現像剤を粒子として転写部の挙動を解析するものと比較して、計算量を少なくすることができる解析装置及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る本発明は、電圧が印加された転写部に記録媒体を挟んで記録媒体にトナー画像を転写する画像形成装置の解析装置であって、前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第一の計算手段と、前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部よりも突出している凸部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第二の計算手段と、前記第一の計算手段による第一の計算結果と前記第二の計算手段による第二の計算結果とを出力する出力手段と、を有する解析装置である。
【００１０】
請求項２に係る本発明は、前記第一の計算手段及び前記第二の計算手段は、前記転写部に印加する電圧を変化させて静電力を計算する請求項１記載の解析装置である。
【００１１】
請求項３に係る本発明は、同じ印加電圧において、前記出力手段は、前記第一の計算手段により計算された静電力と前記第二の計算手段により計算された静電力との差が最小となる転写部の電圧を出力する請求項２記載の解析装置である。
【００１２】
請求項４に係る本発明は、前記出力手段は、前記第一の計算手段により計算された最大となる静電力と、この静電力が最大となる電圧値で前記第二の計算手段により計算され静電力との差を出力する請求項２記載の解析装置である。
【００１３】
請求項５に係る本発明は、電圧が印加された転写部に記録媒体を挟んで記録媒体にトナー画像を転写する画像形成装置の解析をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第一の計算ステップと、前記トナー画像を層とみなして前記記録媒体の凹部よりも突出している凸部における前記トナー画像に対する静電力を計算する第二の計算ステップと、前記第一の計算ステップによる第一の計算結果と前記第二の計算ステップによる第二の計算結果とを出力する出力ステップと、を有するプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る本発明によれば、現像剤を粒子として転写部の挙動を解析するものと比較して、計算量を少なくすることができる解析装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に係る本発明によれば、請求項１に係る本発明の効果に加え、転写部の電圧変化に応じた解析を行うことができる。
【００１６】
請求項３に係る本発明によれば、請求項２に係る本発明の効果に加え、濃度ムラを最小とすることができる転写部の電圧を提示することができる。
【００１７】
請求項４に係る本発明によれば、請求項２に係る本発明の効果に加え、濃度ムラを評価することができる。
【００１８】
請求項５に係る本発明によれば、現像剤を粒子として転写部の挙動を解析するものと比較して、計算量を少なくすることができるプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の解析装置の対象となる画像形成装置の転写装置の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る解析装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態における画像形成装置の転写装置の構造解析図である。
【図４】本発明の実施形態において、トナーを層とした場合の画像形成装置の転写装置を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係る解析装置において、濃度ムラを解析するためのプラグラムを示すフローチャートである。
【図６】用紙凹部の静電力変化を示すグラフである。
【図７】バイアス電圧を変化させた場合の用紙凹部及び凸部それぞれの静電力最大値変化を示すグラフである。
【図８】バイアス電圧を変化させた場合の濃度ムラ指標の変化を示すグラフである。
【図９】バイアス電圧を変化させた場合の用紙凹部静電力の最大値変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１は、解析対象となる画像形成装置の転写装置１０の一例を示す概略図である。
【００２２】
転写装置１０は、転写ロール１２とバックアップロール１４とが対向して設けられている。転写ロール１２とバックアップロール１４との間には、中間転写ベルト１６が配置されている。用紙（記録媒体）１８は、転写ロール１２とバックアップロール１４とが対向するニップ（転写部）２０に向けて搬送され、ニップ２０において中間転写ベルト１６と転写ロール１２との間に挟まれる。
【００２３】
中間転写ベルト１６は、転写装置１０の上流側において、図示しない感光体から転写されたトナー画像を搬送する。トナーは、例えばマイナスに帯電し、図１においては、中間転写ベルト１６の下面に静電力をもって付着している。
【００２４】
転写ロール１２にはプラスのバイアス電圧が印加され、バックアップロール１４はアースされている。転写ロール１２と中間転写ベルト１６との間には電界が生じ、記録媒体１８がニップ２０を通過する過程で中間転写ベルト１６に付着しているトナーが静電力（クーロン力）により記録媒体１８に移動して転写される。
【００２５】
転写ロール１２は、ステンレス等の心金１２ａの周囲に発泡シリコーンゴム等のゴム層１２ｂが形成されている。ゴム層１２ｂは、カーボンブラック等の導電材が分散されている。
【００２６】
バックアップロール１４は、ステンレス等の心金１４ａの周囲に硬質シリコーンゴム等の導電層１４ｂが形成されている。導電層１４ｂには、転写ロール１２と同じくカーボンブラック等の導電材が分散されている。
【００２７】
中間転写ベルト１６は、ポリイミド等にカーボンブラック等の導電材が分散して構成されている。
【００２８】
転写ロール１２とバックアップロール１４との間には、互いに向き合う方向の圧力がかけられている。この圧力により転写ロール１２のゴム層１２ｂが弾性変形されている。この明細書においては、転写ロール１２が弾性変形されている部分をニップ２０と定義する。
【００２９】
上記のような転写装置１０においては、用紙上に転写された画像に濃度ムラが発生することがある。濃度ムラが発生する原因のひとつに、用紙の凹凸が考えられる。用紙の凹部と凸部とでは、電界が異なるため、トナーに作用する静電力に差を生じ、このトナーに作用する静電力の差が濃度ムラとなる。
【００３０】
解析において，用紙の凹凸は、用紙の種別が特定されている場合には、既知の値を用いることができるし、用紙の種別が特定されていない場合は、通気度試験や表面粗さ試験により求めた値を用いてもよい。
【００３１】
次に濃度ムラを解析する解析装置について説明する。
【００３２】
図２は、解析装置２４を示すブロック図である。
解析装置２４は、例えばコンピュータから構成されている。即ち、解析装置２４は、ＣＰＵ２６、一時的にデータを保存可能なＲＡＭ２８、フラッシュメモリ等のＲＯＭ３０、入力インターフェイス３２及び出力インターフェイス３４が制御バス３６を介して接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ２６は、ＲＯＭ３０に格納された制御プログラムに基づいて予め定められた処理を実行して、解析装置２４を制御する。入力インターフェイス３２には、マウスやキーボードから構成された入力装置３８が接続されている。出力インターフェイス３４には、ディスプレイやプリンタから構成された出力装置４０が接続されている。
【００３４】
濃度ムラの解析にあたっては、予めニップ２０周辺の構造解析を行う。
構造解析は、図３に示すように、転写ロール１２、バックアップロール１４、中間転写ベルト１６及び用紙１８を微細なセルに分割し、転写ロール１２の径、ゴム層１２ｂの厚さ及び体積弾性係数並びにバックアップロール１４の径、等を入力し、例えば有限要素法を用いて解析する。この構造解析結果（各層ごとの位置に対するエアギャップデータ、テーブルとしてもよい）は、前述したＲＡＭ２８に記憶される。
【００３５】
また、計算に必要な数値を入力装置３８により入力しておく。計算に必要な数値として、バイアス電圧Ｖｂ、各層の体積抵抗率ρi、各層の誘電率εi等がある。これらバイアス電圧Ｖ、体積抵抗率ρ、誘電率ε等はＲＡＭ２８に記憶される。
【００３６】
この濃度ムラの解析にあたっては、トナーは粒子としてではなく、層として扱い、層構成の静電力解析を行う。静電力解析は積層方向（プロセス方向とは垂直なｙ方向）の一次元解析である。ただし、プロセス方向（ｘ方向）についてスキャンし、二次元的に解析することができる。静電力解析は、用紙の凹部と凸部に対してそれぞれ１回ずつ行う。
【００３７】
即ち、図４に示すように、トナーは中間転写ベルト１６に対向する層とし、用紙の凹部（例えばトナー層とのギャップが１０μｍ）の場合と、用紙の凸部（例えばトナー層とのギャップが１μｍ）の場合とでそれぞれ静電力解析を行う。
【００３８】
図５は、解析装置２４のプログラムを示すフローチャートである。
【００３９】
まず、ステップＳ１０において、ＲＡＭ２８に記憶されている入力データ（バイアス電圧Ｖｂ、体積抵抗率ρ、誘電率ε等）を読み込む。
【００４０】
次のステップＳ１２においては、ＲＡＭ２８に記憶されているエアギャップデータ（テーブル）を読み込む。
【００４１】
次のステップＳ１４は、主に電界・放電計算を実行する。
即ち、まずステップＳ１２で読み込んだエアギャップデータを参照するか、幾何学計算により各層厚を算出する。特にトナー層と用紙との間の距離、用紙と中間転写体ベルトとの距離などエアギャップを算出する。
次に開始時刻ｔ０（ニップ突入時刻よりも予め定められた時間前の時刻）又は開始位置ｘ０（ニップ突入位置よりも予め定められた間隔前の位置）におけるｙ方向の電界計算を実施する。電界計算には、（１）式で示す一次元のポアソン（Ｐｏｉｓｓｏｎ）方程式を解く。
ｄＥ（ｙ）/ｄｙ＝ρ/ε・・・・・（１）
同時に層内の電荷の流れを求めるために、各層境界に電荷保存則を適用する(境界に流れ込む電流密度、出ていく電流密度の和は境界電荷密度の時間微分に等しい。このとき層内ではオームの法則が成り立っている（層内電流密度は電界に比例、比例定数は導電率=１/体積抵抗率）と仮定する。
電荷保存則から、第i層と第i＋１層の境界の電荷密度σi,i+1の時間変化は、その前後の層の電流密度Jの差に等しい。ここで第i層の電流密度Jiは、第i層の導電率をγiと書くと、オームの法則から、
【数１】
2017142323.tif 000003
と書けるから、電荷保存則は式（３）のように表される。
【数２】
2017142323.tif 000004
また、放電計算には、（４）式で示すパッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）則を用いて計算する。
【数３】
2017142323.tif 000005
ただし、Ｖpasはトナー層と用紙との間の放電電位、ｄはトナー層と用紙との間のギャップである。
そして、（５）式で示すクーロンの法則を用いてトナー層に作用する静電力を求める。Qt(t)，Et(t)をそれぞれトナー層の電荷、トナー層の電界(たとえばトナー層中央部として)とすると静電力は（５）式のように表わされる：
Ｆ(t)＝Ｑt(t)Ｅt(t)・・・・・（５）
【００４２】
次のステップＳ１６においては、最終時刻又は最終位置まで計算したか否かを判定する。最終時刻とは、ニップを出た時刻よりも予め定められた時間後の時刻であり、最終位置とは、ニップを出た位置よりも予め定められた間隔後の位置である。
このステップＳ１６において、最終位置前であると判定された場合は、ステップＳ１４に戻り、次の時刻又は位置における電界・放電計算を実行する。
即ち、
ｔ＝ｔ０、ｔ＝ｔ０＋Δｔ、ｔ＝ｔ０＋２Δｔ、
又はｘ＝ｘ０、ｘ＝ｘ０＋ｖΔｔ、ｘ＝ｘ０＋ｖ２Δｔ（ｖはプロセススピード）
と次々と最終位置まで繰り返し計算し、計算結果をＲＡＭ２８に記憶する。
【００４３】
ステップＳ１６において、最終位置まで計算を終了したと判定された場合は、次のステップＳ１８に進む。ステップＳ１８においては、電流（電荷量の積分値）Ｊを算出する。
【００４４】
次のステップＳ２０においては、そもそも定電流計算に設定されているか否かを判定する。定電流計算に設定されていると判定された場合は、次のステップＳ２２に進む。ステップＳ２２においては、Ｊ≒設定値であるか否かを判定する。電流Ｊが設定値と略一致する場合は、バイアス電圧が適正であると判定されるが、電流Ｊが設定値とは離れた値となるのはバイアス電圧が適正ではなかったため、次のステップＳ２４でバイアス電圧を修正し、ステップＳ１４、ステップＳ１６、ステップＳ１８、ステップＳ２０、ステップＳ２２及びステップＳ２４のループを回し、電流値Jがほぼ定電流値となるまで実行される。
【００４５】
ステップＳ２０において、定電流計算に設定されていないと判定された場合、及びステップＳ２２において、電流Ｊ≒設定値と判定された場合は、ステップＳ２６に進み、出力装置４０に計算結果を出力する。ステップＳ２６における計算結果としては、電荷、電界、電位差等の解析結果が含まれる。
【００４６】
次に出力に関する実施形態について説明する。
【００４７】
第一の実施形態においては、次の手順で最も濃度ムラが少ないバイアス電圧を求める。
１．バイアス電圧Ｎ水準(Ｖ１，・・・・ＶＮ)に対して用紙凹部（ｇａｐ＝δμｍ）の電界計算を実施する(δ＞１μｍ，ここではδ=１０μｍとする)。
２．それぞれのバイアス電圧水準でトナーに作用する静電力(ニップ内最大値)を算出する。図６は、用紙凹部であって圧が４ｋＶの場合の（位置（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｍｍ）と静電力（静電力Ｆｃ  Ｎ/ｍ3）との関係を示している。ここで、ニップ内の最大値をＦ１０＿ｍａｘとして記憶させ、これを各バイアス電圧水準でプロットしたのが図７の実線で示したものである。
即ち、Ｆｅ（Ｖｉ，１０）max＝[（Ｑ10＋δＱ）×Ｅ10]maxとして計算される。
３．バイアス電圧Ｎ水準(Ｖ１，・・・・ＶＮ)に対して用紙凸部(密着部，ｇａｐ＝１μｍ)の電界計算を実施する。
４．それぞれのバイアス電圧水準でトナーに作用する静電力(ニップ内最大値)を算出する。これを図７の一点鎖線で示す。
即ち、Ｆｅ（Ｖｉ，１）max＝[（Ｑ1＋δＱ）×Ｅ1]maxとして計算される。
５．ムラの指標をｉｎｄｅｘ＿ｍｏｔｔｌｅ＝[Ｆｅ（Ｖｉ，１）max−Ｆｅ（Ｖｉ，１０）max]／Ｆｅ（Ｖｉ，１）maxとし，ｉｎｄｅｘ＿ｍｏｔｔｌｅが最小となるバイアス電圧を最適値とする（図８参照）。
【００４８】
第二の実施形態においては、次の手順により濃度ムラを評価する。
１．バイアス電圧Ｎ水準(Ｖ１，・・・・ＶＮ)に対して用紙凹部（ｇａｐ＝δμｍ）の電界計算を実施する(δ＞１μｍ，ここではδ=１０μｍとする)。
２．それぞれのバイアス電圧水準でトナーに作用する静電力(ニップ内最大値)を算出する。この結果を図９に示す。
即ち、Ｆｅ（Ｖｉ，１０）max＝[（Ｑ＋δＱ）×Ｅ]maxとして計算される。
３．Ｆｅ（Ｖｉ，１０）maxが最大となるバイアス電圧を最適値とする(この場合は図９から２．７５ｋＶ)。
４．用紙凸部に対してＦｅ（２．７５ｋＶ，１）maxを算出する。
５．Ｆｅ（２．７５ｋＶ，１）max−Ｆｅ（Ｖｉ，１０）maxまたは[Ｆｅ（２．７５ｋＶ，１）max−Ｆｅ（Ｖｉ，１０）ma]／Ｆｅ（２．７５ｋＶ，１）maxをムラ指標とする。
【００４９】
第三の実施形態においては、次の手順により最適転写構成を算出する。
１．前述した転写ロール１２のゴム層１２ｂの抵抗若しくは厚さ、又はバックアップロール１４の導電層１４の抵抗若しくは厚さ等を変えながら、第一又は第二の実施形態で示した最適なバイアス電圧を算出する。
２．濃度ムラ指標が最小となるような転写ロール１２のゴム層１２ｂの抵抗若しくは厚さ、又はバックアップロール１４の導電層１４の抵抗若しくは厚さ等を求めることにより最適転写構成が得られる。
【００５０】
なお、上記実施形態以外に、例えばトナーの供給量又は帯電量を変えたりして濃度ムラを評価することができる。また、中間転写ベルトの抵抗又は厚さを変えることにより最適転写構成をえることもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１０      ：転写装置
１２      ：転写ロール
１２ｂ    ：ゴム層
１４      ：バックアップロール
１４ｂ    ：導電層
１６      ：中間転写ベルト
１８      ：記録媒体
２０      ：転写部
２４      ：解析装置
２６      ：ＣＰＵ
３８      ：入力装置
４０      ：出力装置
【図１】
2017142323.tif 000006
【図２】
2017142323.tif 000007
【図３】
2017142323.tif 000008
【図４】
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【図５】
2017142323.tif 000010
【図６】
2017142323.tif 000011
【図７】
2017142323.tif 000012
【図８】
2017142323.tif 000013
【図９】
2017142323.tif 000014