JP2005266247A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で２次転写部における転写成立領域を広げ、良好な転写性を得ることのできる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 中間転写体から用紙への２次転写部を、中間転写ベルト１１と、これを挟んで対向配置される２次転写ローラ２１及び対向ローラ１５で構成する。対向ローラ１５の電気抵抗が２次転写ローラ２１よりも充分に高くなるように設定する。これにより、２次転写部において、対向ローラ１５が抵抗支配的となり、印加した転写バイアスに対してベルト−用紙界面電位の勾配がなだらかになり、転写成立領域が広がる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真複写機等の画像形成装置においては、感光体等の像担持体上に形成されたトナー像を転写紙等の転写材に転写する方法として、その感光体上のトナー像を一旦中間転写体上に１次転写させた後、あらためて中間転写体上のトナー像を転写紙上に２次転写させて記録画像を得るという方法が知られている。例えば、カラー電子写真装置の場合には、異なる色成分ごとに感光体上に個別に形成された異なる色のトナー像を、中間転写体上に重ねて１次転写して合成トナー像を得て、その合成トナー像を１枚の転写紙上に２次転写するように構成される。

このようなトナー像を転写紙上に２次転写するプロセスにおいて、トナーの移動に充分な転写電界を得るために、２次転写部材に電圧（２次転写バイアス）を印加している。例えば、特開２００３−８４５８４号公報（特許文献１）、特開２００２−７２７１５号公報（特許文献２）には、転写バイアスを印加した２次転写部における転写性改善を目的とした画像形成装置が開示されている。

さて、２次転写部材に電圧を印加するとき、転写電界が過多になると転写部で放電現象が起こり、その結果、得られた画像には放電跡が発生してしまう。逆に、転写電界が不足していると転写不充分となり、ベタ部ボソツキなどの異常画像が発生する。つまり、転写を過不足なく行なうには必要充分な転写電界が必要である。

この転写が過不足なく行なわれる状態にある領域を転写成立領域とすると、転写成立領域は転写部材の抵抗によって決定されることが分っている。転写部材が高抵抗だと転写電流に対して電圧の勾配が急となり、転写成立領域が極端に狭くなるか、あるいは存在しなくなってしまう。逆に、転写部材が低抵抗だと必要な転写電界を得るために大電流が必要となってしまう。

設計上、転写部材抵抗から転写プロセス設定値（例えば転写電流）を決定するわけだが、部材の抵抗公差や環境変動・経時変動などで部材抵抗が大きく変動した場合にはプロセス設定値がずれてしまい、抵抗の高い場合と低い場合とで共通する転写プロセス設定値がなくなってしまうことがある。

そのため、従来は転写部材抵抗を厳しく管理することで対応していた。例えば転写部材の製造時の抵抗公差を半桁以内に抑えたり、抵抗の環境変動や経時変動の少ない材料や製法を選択するなどしていた。

特開２００３−８４５８４号公報 特開２００２−７２７１５号公報

しかしながら、部材抵抗を厳しく管理するには限界があり、また製造コストが高くなるという問題があった。また、部材抵抗を制御するのみでは、２次転写部における各問題を必ずしも解決することはできない。

本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、簡単な構成で２次転写部における転写成立領域を広げ、良好な転写性を得ることのできる画像形成装置を提供することを課題とする。

前記の課題は、本発明により、像担持体から中間転写体を介してトナー像を記録材に転写する画像形成装置において、前記中間転写体から記録材への２次転写部が、少なくとも前記中間転写体と、該中間転写体に記録材を挟んで圧接される２次転写部材と、前記中間転写体の裏側で前記２次転写部材に対向配置される転写対向部材とで構成されており、前記転写対向部材の電気抵抗が前記２次転写部材の電気抵抗より充分に高いことにより解決される。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記転写対向部材の電気抵抗が１０Ｅ６．５〜１０Ｅ８．８Ωであることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記転写対向部材の電気抵抗が前記２次転写部材の電気抵抗より一桁以上高いことを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記２次転写部における転写バイアスが定電流制御であることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記中間転写体が中間転写ベルトであることを提案する。

また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記中間転写ベルトがポリイミド製であることを提案する。

本発明の画像形成装置によれば、転写対向部材の電気抵抗が２次転写部材の電気抵抗より充分に高いので、簡単な構成で転写成立領域を広げることが可能となり、低コストで良好な転写性を得ることのできる画像形成装置を提供することが可能となった。

請求項２の構成により、転写対向部材の電気抵抗が１０Ｅ６．５〜１０Ｅ８．８Ωであるので、充分な転写成立領域を得るとともに必要な転写性を確保することができる。

請求項３の構成により、転写対向部材の電気抵抗が前記２次転写部材の電気抵抗より一桁以上高いので、広い転写成立領域を得ることができる。
請求項４の構成により、２次転写部における転写バイアスが定電流制御であるので、環境依存性を抑制でき、また、部材抵抗のバラツキにも対応することができる。

請求項５の構成により、ベルト状中間転写体における転写成立領域を広げることが可能となる。
請求項６の構成により、中間転写ベルトがポリイミド製であることにより、強度に優れ抵抗値としても使いやすい材料で中間転写体を形成することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるカラー複写機の作像部付近を示す概略構成図である。本実施形態のカラー複写機は、図に示す作像部のほか、カラースキャナ部、給紙部及びこれらを制御する制御部などによって構成されている

図１に示すように、像担持体としての感光体ドラム１の周囲には、帯電手段としての帯電チャージャ２、クリーニングブレード及びファーブラシからなる感光体クリーニング装置３、現像手段としてのリボルバ現像ユニット４、中間転写ユニット１０等が配置されている。このほか、露光手段としての書き込み光学ユニット（図示せず）や定着装置５などが設けられている。

図示しない書き込み光学ユニットは、カラースキャナからのカラー画像データを光信号に変換して、帯電チャージャ２によって一様に帯電された感光体ドラム１の表面に、原稿の画像に対応したレーザ光Ｌを照射して光書き込みを行い、感光体ドラム１の表面に静電潜像を形成する。

リボルバ現像ユニット４は、黒（Ｂｋ）トナーを用いるＢｋ現像機４１，シアン（Ｃ）トナーを用いるＣ現像機４２、マゼンタ（Ｍ）トナーを用いるＭ現像機４３，イエロー（Ｙ）トナーを用いるＹ現像機４４、及びユニット全体を半時計回りに回転させる現像リボルバ駆動部（図示せず）などによって構成されている。

中間転写ユニット１０は、後述する複数のローラに張架された中間転写体である中間転写ベルト１１などで構成されている。この中間転写ベルト１１の周りには、中間転写体クリーニング手段であるベルトクリーニングブレード１８、潤滑剤塗布手段である潤滑剤塗布ブラシ１９、潤滑剤２０、２次転写ローラ２１などが配設されている。

中間転写ベルト１１は、１次転写電荷付与手段である１次転写バイアスローラ１２、ベルト駆動ローラ１３、ベルトテンションローラ１４、２次転写対向ローラ１５，クリーニング対向ローラ１６、及びアースローラ１７に張架されている。この中間転写ベルト１１は、図示しない駆動モータによって図中時計回りに回転駆動されるベルト駆動ローラ１３により、矢印方向（図中時計回り）に駆動される。２次転写ローラ２１の図において右斜め上方にはレジストローラ対２２が配置されている。また、２次転写ローラ２１の図において左方には搬送ベルト２３が配置されている。

上記のような構成において、画像形成サイクルが開始されると、感光体ドラム１は図示しない駆動モータによって矢印で示す反時計方向に回転され、中間転写ベルト１１はベルト駆動ローラ１３によって矢印で示す時計回りに回転される。その中間転写ベルト１１の回転に伴ってＢｋトナー像形成、Ｃトナー像形成、Ｍトナー像形成、Ｙトナー像形成が行われ、形成された各色画像はその都度１次転写バイアスローラ１２に印可される電圧による転写バイアスにより中間転写ベルト１１上に１次転写され、最終的にＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙの順に中間転写ベルト１１上に重ねてトナー像が形成される。

上記ベルト転写（１次転写）後の感光体ドラム１の表面に残留している若干の未転写残留トナーは、感光体ドラム１の再使用に備えて、感光体クリーニング装置３で清掃される。

このように、中間転写ベルト１１上には、感光体ドラム１上に順次形成されるＢｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙのトナー像が、同一面に順次位置合わせされて転写される。それにより、中間転写ベルト１１上には最大で４色が重ね合わされたトナー像が形成される。

上記画像形成動作が開始される時期に、転写紙が図示しない給紙カセット又は手差しトレイなどの給紙部から給送され、レジストローラ対２２のニップで待機している。２次転写対向ローラ１５及び２次転写ローラ２１によりニップが形成された２次転写部に中間転写ベルト１１上のトナー像の先端がさしかかるときに、用紙先端がこのトナー像の先端に一致するようにレジストローラ対２２が駆動され、転写紙とトナー像とのレジスト合わせが行われる。

そして、転写紙が中間転写ベルト１１上のトナー像と重ねられて２次転写部を通過する。このとき、２次転写ローラ２１に印可される電圧による転写バイアスにより、中間転写ベルト１１上の４色重ねトナー像が転写紙上に一括転写される。本実施の形態では、２次転写ローラ２１に印可する転写バイアスは停電竜制御としている。２次転写後、中間転写ベルト１１の表面に残留したトナーは、図示しない離接機構によって中間転写ベルト１１に押圧されるベルトクリーニングブレード１４によってクリーニングが行われる。

２次転写終了後の転写紙は搬送ベルト２３により定着装置５に向けて搬送される。そして、定着装置５の定着ローラと加圧ローラ間を用紙が通過するときに熱と圧力とによりトナー像が転写紙上に溶融定着され、機外に排出されて図示しない排紙トレイにスタックされる。

さて、本実施形態においては、中間転写ベルト１１から転写紙へトナー像を転写する２次転写部が、中間転写ベルト１１の裏側に配置された転写対向ローラ１５と、中間転写ベルト１１と、転写紙の裏側に位置するように設けられた転写ローラ２１とで構成されており、転写対向ローラ１５の電気抵抗が２次転写ローラ２１の抵抗よりも充分に高く設けられている。これにより、２次転写部における転写成立領域を広げることが可能になった。

この２次転写部における転写成立領域が広がるメカニズムについて、現時点で判明している点について説明する。
用紙へのトナー像転写プロセスにおいて最も重要なパラメータは紙とトナーとの界面電位である。この界面電位がトナーの用紙への移動に対して必要充分に与えられることで、良好な転写画像を得ることができる。

本実施形態と同様の２次転写部の構成を有する装置においては、図２に示すように、対向ローラ、中間転写ベルト、（トナー層：図中に太線で示す）、用紙、２次転写ローラが順に重なっている。ここで、後述する実験において対向ローラに転写バイアスを印加するので、図では対向ローラを斥力ローラとしている。また、この図において、稲妻のような印し（以下、稲妻印という）は、この２次転写部の全体抵抗に寄与のある抵抗を示すものである。

図２（ａ）は、２次転写ローラがこの系で抵抗支配的な場合であり、図２（ｂ）は、斥力ローラが抵抗支配的な場合を示している。この系に斥力ローラから転写バイアスを印加した場合を想定する。（ａ）の場合、斥力ローラ及び中間転写ベルトの抵抗が他に比べて充分低いため、斥力ローラ側から印加した転写バイアスに対して電圧降下がほとんど発生せず、印加した電圧がほぼそのまま中間転写ベルト−転写紙界面電位となる。（ｂ）の場合、斥力ローラ抵抗がこの系での大きな抵抗の割合を占めているため、印加した転写バイアスより電圧降下分だけ中間転写ベルト−転写紙界面電位が低下する。このため、転写に必要な転写電界を得るための印加電圧は（ｂ）の方が高くなる。これにより転写成立領域の高電流シフトが発生すると考えられる。

そして、（ｂ）において斥力ローラ抵抗と２次転写ローラ抵抗とをうまく配分することによって、印加した転写バイアスに対する中間転写ベルト−転写紙界面電位の勾配をなだらかにすることができ、これによって転写成立領域が広がる。ここではこれを斥力ローラ抵抗配分方式と呼ぶ。

本願発明者は、株式会社リコー製のカラー複写機：ImagioColor5105it（商品名）を改造した図３に示す実験装置を使用して次のような実験を行なった。なお、図３に示す実験装置において、図１の実施形態と同じあるいは同等の部分には同じ符号を付してある。異なる点は、対向ローラ１５に外部電源を接続し、転写電界を形成するための転写電圧を印加した。その転写バイアスの制御は定電流制御とした。２次転写ローラ２１には任意の電気抵抗を持たせたスポンジローラを使用し、芯金はアースに接続してある。

中間転写ベルト１１は、一般的に知られているポリイミドを原材料としているもので良い。ここではポリイミドの単層構造のものを使用し、表面抵抗としては１０Ｅ９〜１０Ｅ１３Ωの範囲のものが良く、望ましくは１０Ｅ１０〜１０Ｅ１２Ωの範囲である。中間転写ベルトの抵抗が低すぎると転写電流が流れやすく、転写電圧が上がらないために必要な転写電界を形成しにくい。逆に、中間転写ベルトの抵抗が高すぎると電流が流れにくいために転写電圧が上がりすぎてしまう。

２次転写ローラ２１及び対向ローラ１５の材質は特に限定されるものではない。一般的に２次転写ローラとして使用されているものなら特に問題はない。各ローラの抵抗としては、体積抵抗が１０Ｅ５〜１０Ｅ９Ωの範囲のものが良く、望ましくは１０Ｅ７〜１０Ｅ８Ωの範囲である。各ローラにおいても、中間転写ベルトと同様、抵抗が低すぎると転写電流が流れやすく、転写電圧が上がらないために必要な転写電界を形成しにくい。逆に、抵抗が高すぎると電流が流れにくいために転写電圧が上がりすぎてしまう。転写電流経路を確保するために２次転写ローラ２１をアースに接続するのが望ましいが、抵抗値によっては必須ではない。

また、実験における転写画像の評価は、基本転写性評価チャートを使用した。図示していないが、このチャートはＲＧＢグレースケール、ＲＧＢ及びＣＭＹＫベタパッチ、オレンジチャートと呼ばれるハーフトーン評価に用いるチャートなどが混在しているオリジナルのチャートである。該チャートをカラーコピーし、画像に異常がないかを判断する。

実験に使用する用紙は未調湿紙とし、両面コピー時の裏面で評価した。その理由は、近年環境問題意識の高まりから紙の両面使用が多くなり、用紙の裏面品質も保証する必要が出てきたためである。一度定着された用紙は熱が加えられて水分が蒸発するために紙の電気抵抗が上昇する。そのため、用紙裏面への転写は表面よりも困難である。

実験において、異常画像かどうかの判断は目視による段階見本評価により行なった。段階見本は転写不足によるベタ部ボソツキと、転写過多によるハーフトーン破綻について作成した。この段階見本はランク１からランク５まで設定されており、ランク４以上を合格レベルとした。段階見本の一部を図４に示す。図４の（ａ）は黒及びシアン色のベタ部ボソツキのランク１であり、（ｂ）はマゼンタ、シアン、黒各色のハーフトーン破綻のランク２である。

さて、本実験では、図３示す実験装置構成において、２次転写ローラ２１の抵抗が支配的な場合と、対向ローラ（以下、斥力ローラと記述）１５の抵抗が支配的な場合とで、それぞれ転写成立領域を調べた。両ローラの抵抗値の組み合わせは次の表１に示すとおりである。なお、ローラ抵抗は、単体抵抗測定器にて計測。２ｋｇのおもりにて加圧した状態で、５００Ｖ印加１０秒値である。なお、表中の２次転写ローラ抵抗支配的は、２次転写ローラ抵抗が斥力ローラ（対向ローラ）抵抗よりも充分に高いという条件である。また、斥力ローラ抵抗支配的は、斥力ローラ（対向ローラ）抵抗が２次転写ローラ抵抗よりも充分に高いという条件である。

各環境における２次転写ローラ２１と対向ローラ１５の抵抗値の組み合わせによる転写成立領域を図５〜７に示す。図５〜７のグラフにおいて、縦軸は両ローラ抵抗の和（logΩ）、横軸は中間転写ベルト１１から用紙への２次転写電流である。また、２次転写ローラ２１の抵抗が支配的な場合を白抜きの領域（抵抗値別の領域を結ぶ線が一点鎖線）で、対向ローラ（斥力ローラと記述）１５の抵抗が支配的な場合をハッチング付の領域（抵抗値別の領域を結ぶ線が実線）で示す。なお、上段はＡ３幅、下段ははがき幅の場合である。

これらのグラフから分るように、各環境において対向ローラが抵抗支配的な場合は、２次転写ローラが抵抗支配的な場合と比べて、同抵抗での転写成立領域が高電流側で拡大していることが分る。例えば、図６の実験室環境のＡ３幅において、合計抵抗７．５（logΩ）の場合、２次転写ローラ抵抗支配的なものは転写成立領域が−１０〜−３０（μＡ）の２０μＡの範囲であるのに対して、対向ローラ（斥力ローラ）抵抗支配的なものは−４０強〜−９０強（μＡ）の約５０μＡの範囲が転写成立領域となっている。

これらの実験結果から、対向ローラ１５の抵抗値としては、各環境で転写成立領域として１０μＡ以上の幅（領域）が得られる１０Ｅ８．５Ω以下であることが好ましい。また、下限は、図７の温度：２７℃、湿度：８０％の環境でベタ部の転写性が確保できる１０Ｅ６．５Ω以上とした。よって、対向ローラ１５の抵抗値は１０Ｅ６．５〜１０Ｅ８．５Ωの範囲とする。

次に、対向ローラ１５の抵抗を２次転写ローラ２１より充分に高くした条件で、２次転写ローラ２１の抵抗を振ったときに転写成立領域がどのように変化するかを実験した。両ローラの抵抗の組み合わせは次の表２のとおりである。

各条件での転写成立領域は、条件［１］が２８〜５５μＡの２７μＡ巾，条件［２］が２３〜４０μＡの１７μＡ巾，条件［３］が１８〜３５μＡの１７μＡ巾であり、比較用の条件［Ａ］が１０〜２０μＡの１０μＡ巾であった。

対向ローラ抵抗が２次転写ローラ抵抗より充分に高い場合、上記［１］［２］［３］のいずれの条件においても総抵抗として同程度の条件［Ａ］と比べて、広い転写成立領域を示すことが判った。また、対向ローラ抵抗と２次転写ローラ抵抗は離れている方がより転写成立領域が広い結果となった。したがって、対向ローラ抵抗が２次転写ローラ抵抗よりも１桁程度以上高ければ転写成立領域が広くなることが確認できた。

上記の如く、本発明においては、中間転写体から用紙への２次転写部において、２次転写ローラと対向ローラの抵抗値の組み合わせのみという簡単な構成で、転写成立領域を広げることが可能となり、低コストで良好な転写性を得ることのできる画像形成装置を提供することが可能となった。

また、対向ローラの抵抗を１０Ｅ６．５Ω〜１０Ｅ８．５Ωとすることで、充分な転写成立領域を得るとともに必要な転写性を確保することができる。
また、対向ローラ抵抗を２次転写ローラ抵抗よりも１桁程度以上高くすることで、広い転写成立領域を得ることができる。

さらに、２次転写部における転写バイアスを定電流制御とすることにより、環境依存性を抑制するとともに、２次転写部を構成する部材抵抗のバラツキにも対応することができる。

本発明に係る画像形成装置の一例における作像部付近を示す概略構成図である。 ２次転写部における抵抗支配的な部材の異なる例を示す模式図である。 本発明の導出に用いた実験装置を示す概略構成図である。 その実験における転写画像の評価に用いたチャートの一部を示す模式図である。 温度１０℃、湿度１５％の環境における転写成立領域を示すグラフである。 実験室環境における転写成立領域を示すグラフである。 温度２７℃、湿度８０％の環境における転写成立領域を示すグラフである。

符号の説明

１ 感光体ドラム（像担持体）
４ リボルバ現像ユニット
５ 定着装置
１０ 中間転写ユニット
１１ 中間転写ベルト（中間転写体）
１２ １次転写バイアスローラ
１５ ２次転写対向ローラ（対向部材）
２１ ２次転写ローラ（２次転写部材）
２２ レジストローラ対
２３ 搬送ベルト

Claims (6)

1. 像担持体から中間転写体を介してトナー像を記録材に転写する画像形成装置において、
   前記中間転写体から記録材への２次転写部が、少なくとも前記中間転写体と、該中間転写体に記録材を挟んで圧接される２次転写部材と、前記中間転写体の裏側で前記２次転写部材に対向配置される転写対向部材とで構成されており、
   前記転写対向部材の電気抵抗が前記２次転写部材の電気抵抗より充分に高いことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写対向部材の電気抵抗が１０Ｅ６．５〜１０Ｅ８．８Ωであることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記転写対向部材の電気抵抗が前記２次転写部材の電気抵抗より一桁以上高いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記２次転写部における転写バイアスが定電流制御であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記中間転写体が中間転写ベルトであることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記中間転写ベルトがポリイミド製であることを特徴とする、請求項５に記載の画像形成装置。