JP2005309182A - 中間転写ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写ベルトを使用する画像形成装置において、二次転写部で発生する画像中央部の散り、画像端部のぼそつきを解消する。
【解決手段】少なくとも２層以上の層をなす中間転写ベルトを用いて、二次転写部での適正転写電圧の範囲を大きくし、中間転写ベルトの抵抗を、画像中央部に較べて画像端部を大きくする。このことによって、中間転写ベルトの端部から漏れる電流を低減して、画像端部のトナー像に電界を容易に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、特に、積層型の中間転写ベルトに関するものである。

一般に、電子写真プロセスを用いて、カラー画像を形成する際に、所謂中間転写ベルトを用いる電子写真画像形成装置（画像形成装置）が知られている。この画像形成装置では、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（ＢＫ）の各色毎に、感光体ドラムを備える感光体ユニットを有している。つまり、イエロー用感光体ユニット、マゼンタ用感光体ユニット、シアン用感光体ユニット、及びブラック用感光体ユニットを有している。そして、４つの感光体ドラムに形成された静電潜像をそれぞれイエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、及びブラックトナーを用いて現像して各色のトナー像を得る。各色トナー像を中間転写ベルトに順次一次転写した後、中間転写ベルトに転写された転写像を記録媒体（用紙）に二次転写・定着して、カラー画像を得ている。

各感光体ユニットは、感光体ドラムを備えており、感光体ドラムの周囲には、帯電器（メインチャージャー）、露光ユニット、現像器、転写器（１次転写器）、クリーニングユニット、及び除電ユニット（イレーサー）が配置されている。そして、帯電器によって感光体ドラムの表面を一様に帯電させた後、露光ユニットによって感光体ドラム表面に静電潜像を形成する。その後、現像器で静電潜像を現像して感光体ドラム上にトナー像を形成して、転写器によって、感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルトに転写する。そして、感光体ドラム上に残った残トナーはクリーニングユニットで除去される。

上述のようにして、各感光体ユニットで中間転写ベルトにトナー像を１次転写像として転写した後、例えば、二次転写器を用いて記録媒体上に一次転写像を転写して二次転写像を得る。その後、定着ユニットで記録媒体上の二次転写像を記録媒体に定着させてカラー画像を得ている。

ところで、上述の画像形成装置では、一般に、中間転写ベルトとして、所定の方向に回転する無端ベルト状の転写体（以下中間転写ベルトという）を用いており、この中間転写ベルトに沿って前述の各感光体ユニットが配置されている。そして、中間転写ベルトの回転方向下流側に前述の二次転写器が配置されている。

また、上述の画像形成装置においては、一般に、二次転写器として、導電性弾性ローラ、この導電性弾性ローラに対向するローラ（以下バックアップローラという）として中間転写ユニット内に金属ローラが用いられている。バックアップローラと導電性弾性ローラとで中間転写ベルトを挟持しつつ、導電性弾性ローラに電圧を印加して、トナー像を中間転写ベルトから記録媒体に転写している。このように、２次転写器として導電性弾性ローラ、対向ローラとして金属ローラを用いた場合、画像中央部の画像の散り（以下散りという）、もしくは画像端部の転写不足（以下ぼそつきという）が発生する。

これは、二次転写部のニップ部において、記録媒体が通過する際に、記録媒体と中間転写ベルトが重なって二次転写器に対向する領域と、中間転写ベルトが直接二次転写器に対向する領域とで二次転写部の抵抗率が異なるために、電界を印加したときに、記録媒体の存在しない抵抗の低い画像端部から電流が漏れ、画像端部に電界を形成するのが困難であった。よって、端部の電界を適正値まで上げるには、二次転写ローラに印加する電圧を上げなければならない。しかしながら、二次転写ローラに印加する電圧をあげると、端部と比較して画像中央部の電界が高すぎることとなり、空気中に放電が起きて、トナーが飛散し、画像中央部の散りが発生する。

これに対して、画像端部のぼそつき（トナー像に印加される転写電界が不足するためトナー像が印字媒体に転写されない状態）は、画像中央部の散りを防止するために、二次転写ローラに印加する電圧を下げた結果、画像中央部と比較して画像端部の電界がトナーの電荷量に対して低すぎるために、転写するためのクーロン力（静電力）が不足して転写不良が発生する現象である。

前記、画像中央部の散りは、画像端部のぼそつきを防止するためにトナー像に形成される電界を上げたために発生した現象であり、散りとぼそつきはトレードオフの状態にある。

以上の課題を解決するために、Fuji Xerox Technical Report No.12 1998 においては、
バックアップロールの抵抗を低くし、二次転写ロールの抵抗を高くする方法がとられている。
Fuji Xerox Technical Report No.12 1998

解決しようとする課題は、中間転写ベルトを使用する画像形成装置において、従来は、二次転写部で発生する画像中央部の散り、画像端部のぼそつきを解消するために、バックアップロールの抵抗を低くし、二次転写ロールの抵抗を高くする方法がとられていたが、印字環境、用紙の幅、材質、含水率などの外乱の影響を受けやすいため、印字環境や記録媒体の種類や状態によって適正転写電圧を詳細に設定し、ユーザー自身が多くの記録媒体の中から印字する記録媒体を選択したり、また、二次転写部の抵抗率の検知および制御を行って転写電圧を設定したりしなければならなかったという点と、グローバル化により、記録媒体の種類は増加する一方で、商品開発の過程で、全ての記録媒体を様々な環境で評価し印字電圧を設定するというのは、非常に困難であるという点である。

画像端部のぼそつき、画像中央部の散りを防止するために、少なくとも２層以上の層をなす中間転写ベルトを用いて、二次転写部での適正転写電圧の範囲を大きくし、中間転写ベルトの抵抗を、画像中央部に較べて画像端部を大きくすることによって、中間転写ベルトの端部から漏れる電流を低減して、画像端部のトナー像に、電界を容易に形成することを最も主要な特徴とする。
より具体的には、本発明は、色毎に対応して設けた像担持体上に形成したトナー像を、電圧を印加した導電性ローラで、一旦、中間転写ベルト上に一次転写した後、該一次転写像を記録媒体に二次転写する画像形成装置に用いる中間転写ベルトであって、前記中間転写ベルトは、少なくとも２層以上の異なる材料を積層し、前記中間転写ベルトは、中央部に較べ端部の抵抗率が大きくなるように構成されたことを特徴とする。
さらに、本発明は、前記中間転写ベルトにおいて、中央部から端部へむかって抵抗率を大きくすることを特徴とする。さらに、本発明は、前記中間転写ベルトにおいて、少なくとも３層以上の異なる材料を積層し、積層部の最外層と最内層を除いた中間層の抵抗率を、中央部から端部へむかって大きくすることを特徴とする。さらに本発明は、前記中間転写ベルトは、トナー像を形成する面の硬度（ＪＩＳ・Ｋ―６３０１）を８０度以内の範囲とすることを特徴とする。さらに本発明は、前記中間転写ベルトは、前記中間転写ベルトの中央部と端部と体積抵抗率の差を１.０×１０¹¹Ωｃｍ以下とすることを特徴とする。

少なくとも２層をなす積層型の中間転写ベルトを用いることによって、二次転写に適正な電圧の設定範囲を広くすることができ、中間転写ベルトの抵抗率を中央部より端部を大きくすることによって、転写画像中央部の散り、画像端部のぼそつきを解消することができる。

二次転写部で電界形成時に画像端部で発生する電流の漏れを防止するという目的を、複数の層を積層する中間転写ベルトを用い、中間転写ベルトの抵抗率を、中央部より端部を大きくすることにより、他の構成要素を変更せずに実現した。

図１は、今回の実験に用いた中間転写ベルトが装置に組み込まれたときの部分断面図を示している。感光体ドラム２上に形成されたトナー像８は、感光体ドラム２上をＣ方向に回転しながら、一次転写ローラ３が上がり、中間転写ベルト１を感光体ドラム２の間で押圧しながら、一次転写ローラ３に電圧を印加することによって、中間転写ベルト１にトナーを一次転写する。中間転写ベルト１は、Ａ方向に進みながら、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを重ねながら所望のトナー像を形成する。中間転写ベルト１上に形成された所望のトナー層は、二次転写ローラ５とバックアップローラ４の間で押圧されながら、二次転写ローラ５に印加する電圧によって記録媒体８上に一括転写される。
記録媒体８上に一括転写されたトナーは定着器で溶融され排出される。

ここで、一次転写ローラ３と二次転写ローラ５は、ステンレス丸棒の周りに導電性の発泡ウレタンを形成したものである。バックアップローラ４はアルミニウムの中空軸で両端には樹脂を圧入している。６はブレードクリーニング部で、記録媒体に二次転写されずに残ったトナーを中間転写ベルト１から除去している、７ば、クリーニング用バックアップローラで、クリーニングブレードの押圧によって中間転写ベルト１がたわまないように支持している。中間転写ベルト１は、最外層を四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）にグラファイトとマイカを分散したコーティング材料１１、中間層をシリコーンゴム１２、最内層をポリイミド１３の３層構造とした。

表面層をコーティング層、最内層をゴム層の２層構造の中間転写ベルトにすると、各感光体ユニットで形成されたトナー像を順次中間転写ベルトに転写している関係上、各感光体ユニットで形成されたトナー像を転写する際、精度良く重ね合わすことが難しく、画像ずれ（色ずれ）及びジッタ等が発生しやすいという問題がある。また、表面層をゴム層、最内層を樹脂層の２層構造の中間転写ベルトにすると、ゴム層表面にトナー層を形成するが、ゴム層は、トナーとの離形性が悪いために、二次転写後に残存したトナーのクリーニングが困難になるためである。しかしながら、最外層のコーティングを厚くすると、一般的に樹脂層はゴム層より弾性係数が大きいため、ゴム層の弾性による転写効率の改善の効果がなくなるために、厚さを５〜５０μｍとした。

ここで、弾性による転写性の改善とは、２つある。１つが、一次転写部における「中抜け」の低減である。中抜けとは例えば、中間転写ベルトの回転方向（搬送方向）に沿って（平行に）幅１ｍｍ程度の罫線像を、中間転写ベルトに一次転写すると、罫線像の中間部分（中側）が転写されないことである。特に、中間転写ベルトと所謂多重転写画像を転写する際において、「中抜け」等の転写不良が発生することが多い。例えば、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、及びブラックトナー像の順にトナー像を中間転写ベルトに一次転写して、イエロートナー像とマゼンタトナー像とによって所謂「レッド（Ｒ）」の形成を転写する際には、中間転写ベルト上で上側に転写されるマゼンタ像に「中抜け」等の画像不良（転写不良）が発生することがある。

この「中抜け」は、感光体ドラムのトナーが、中間転写ベルト上に一次転写される際、感光体ドラム上のトナーが中間転写ベルトから受ける圧力によって感光体ドラム上に固着して、静電気力では中間転写ベルト上に転写されない現象である。特に、高温高湿条件では、トナー固着しやすいため、この「中抜け」現象は発生しやすくなる。

積層型の中間転写体１の中間層にゴム層１２を用いることによって、一般的に中間転写ベルトとして用いられる樹脂材料のポリイミド（ＰＩ）やポリカーボネイト（ＰＣ）やポリフッ化ビニルデン（ＰＶＤＦ）等より表面の硬度が低下するため、感光体ドラム上のトナーが中間転写ベルトから受ける圧力を緩和することができる。

弾性による転写性の改善の２つ目は、二次転写における適正転写設定バイアスが広がる点である。中間転写ベルトの硬度を低下させることによって、トナーと中間転写ベルト、および記録紙に発生する隙間を小さくすることができ、一次転写時の電界によって空隙で発生する放電現象が低減することによって、空気中に発生するイオンを低減でき、同様に、トナーの電荷の減少、又は電荷の反転が起こりにくくなり、２次転写における転写効率が改善される。特に、空気中で放電しやすい低温低湿環境での転写効率や転写ニップで隙間のできやすい表面粗さの大きい記録紙（ラフ紙）への転写効率が大きく改善される。

図２は、縦軸にシアントナー像とマゼンタトナー像によって所謂「ブルー（Ｂ）」の１００％印字率の画像（べた画像）を出力したときの用紙上での印字率を示している。横軸に二次転写ローラの電圧と比例した数値（以下ノッチという）を示している。サンプルは、今回実験に使用した３層に積層した中間転写ベルト（以下積層ベルトという）とポリイミド（ＰＩ）ベルトであり、ベルトの抵抗率は、ほぼ等しい。

図２より、積層ベルトは、印字率９０％以上の部分が、二次転写電圧で６０ノッチ幅があるのに対して、ポリイミド（ＰＩ）ベルトは２０ノッチ幅となり、積層ベルトを使用することによって２次転写における転写効率が改善され、べた画像の印字率が大きく改善された。ここで、二次転写ローラの電圧が低い場合は、端部のぼそつきによって印字率が低下し、二次転写ローラの電圧が高い場合は、中央部の散りによって印字率が低下しているため、印字率は最大でも９５％にとどまっている。

図３は、上部に、二次転写部の正面図を示し、上部図の位置に対応したグラフを下部に示した。上部の図のＸが、端部からの漏れ電流を示している。グラフは、縦軸（左）にブルーべた画像の印字濃度、縦軸（右）にベルト抵抗率（Ωｃm）,横軸にベルト幅方向の位置を示した。サンプルとして、ベルトの抵抗率が均一な積層ベルト１、ベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きい積層ベルト２、ベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きいポリイミド（ＰＩ）ベルトの３種類を使用した。二次転写部の電圧は、図２より、積層ベルトとポリイミド（ＰＩ）ベルトとも用紙上のブルーの印字率が９０％以上ある１５０ノッチで使用した。ここで、体積抵抗率は、三菱化学社製Ｈｉｒｅｓｔａ ＭＣＰ−ＨＴ４５０を使用して測定した。

図３より、抵抗率が均一な積層ベルトでは、両端でぼそつきが発生しているため、両端の画像濃度が低下している。これは、両端の漏れ電流によりトナー像に形成される電界が不足しているため転写できないものである。次に、ベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きいポリイミド（ＰＩ）ベルトでは、中央部の画像濃度が低下している。これは、両端の漏れ電流を防止することによって両端でぼそつきは防止することができたが、中央部ではトナー像に形成される電界が不足し、転写不良となっているためでる。これに対し、ベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きい積層ベルトでは、幅方向に均一な濃度を形成し、かつ印字率も９９％となった。これは、１）抵抗率が均一な積層ベルトと比較して、両端での漏れ電流を防止することによって両端でのぼそつきを防止することができたこと。２）ベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きいポリイミド（ＰＩ）ベルトと比較して、二次転写部のニップでのトナーとベルトに発生する空隙を減少させたため、トナーに電界が形成されやすくなるため転写性が改善するというベルト弾性効果により、トナーと二次電圧の適正範囲が大きくなったためである。そのため、ベルトの抵抗が上がり、ベルトでの電圧降下が大きくなってもトナー像に形成される実質的な電界が変わらないため、転写が正常に行われいる。

図４は、図３のグラフと同様に縦軸（左）にブルーべた画像の印字濃度、縦軸（右）にベルト抵抗率（Ωｃm）,横軸にベルト幅方向の位置を示したものである。２つのサンプルは、両方ともベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きい積層ベルトで、表面層の硬度をＪＩＳ・Ｋ―６３０１で４０度とした積層ベルト２、表面層の硬度をＪＩＳ・Ｋ―６３０１で１００度とした積層ベルト４とした。

図４より、表面層の硬度をＪＩＳ・Ｋ―６３０１で４０度とした積層ベルト２では、最大濃度と最小濃度の差は０．００８であるが、表面層の硬度をＪＩＳ・Ｋ―６３０１で１００度とした積層ベルト４では、最大濃度と最小濃度の差は０．０２５となった。これは、表面硬度が高くなって、弾性効果が低下したため、ベルト抵抗率が低い中央部でトナー像に形成される電界が大きくなり、画像の散りが発生したためである。

図５は、抵抗率が中央部より端部の方が大きい積層ベルトで、表面層の硬度を変えたときの最大濃度と最小濃度の差を示したものである。最大濃度と最小濃度の差の目標値を０．０１以下とすると、表面層の硬度は、ＪＩＳ・Ｋ―６３０１で８０度以内が望ましい。

図６は、図３のグラフと同様に縦軸（左）にブルーべた画像の印字濃度、縦軸（右）にベルト抵抗率（Ωｃｍ）,横軸にベルト幅方向の位置を示したものである。２つのサンプルは、両方ともベルトの抵抗率が中央部より端部の方が大きい積層ベルトで、両サンプルとも表面層の硬度をＪＩＳ・Ｋ―６３０１で４０度とした。積層ベルト２は、抵抗率の最大値と最小値の差を９．５×１０¹⁰Ωｃｍ、積層ベルト５は、抵抗率の最大値と最小値の差を１．０×１０¹¹Ωｃｍとした。抵抗率の最大値と最小値の差を９．５×１０¹⁰Ωｃｍの積層ベルト２では、最大濃度と最小濃度の差は０．００８となったが、抵抗率の最大値と最小値の差を３．０×１０¹¹Ωｃｍの最大濃度と最小濃度の差は０．０１となった。最大濃度と最小濃度の差の目標値を０．０１以下とすると、抵抗率の最大値と最小値の差は１．０×１０¹¹Ωｃｍ以内が望ましい。

図７は、上部に、実施例２における二次転写部の正面図を示し、上部図の位置に対応したグラフを下部に示した。上部の図のＸが、端部からの漏れ電流を示している。グラフは、縦軸（左）にブルーべた画像の印字濃度、縦軸（右）にベルト抵抗率（Ωｃｍ）,横軸にベルト幅方向の位置を示した。実施例１と異なる点は、実施例１では、ベルトの抵抗率が、端部の高抵抗部分から中央部の低抵抗部分へ、階段状に低下させているが、実施例２では徐々に低下させている点である。実施例２においても、実施例１と同様に最大濃度と最小濃度の差は０．０１以下となり効果があった。

以上のように、本発明にかかかる中間転写ベルトは、プリンター、複写機などの電子写真プロセスを用いた画像形成装置に使用できる。また、本構成は、中間転写ドラム、中間転写を行わない直接転写方式の用紙搬送ベルトにも応用できる。

積層ベルトが装置に組み込まれたときの部分断面図 積層ベルトとポリイミドベルトの印字率を比較したグラフ 上部に、二次転写部の正面図、下部に、積層ベルト１，２とポリイミドベルトの抵抗率を変えた場合の濃度の変化を比較したグラフ 積層ベルト２、４の抵抗率と濃度の関係を示したグラフ 積層ベルトの表面硬度と濃度差を示したグラフ 積層ベルト２、４の抵抗率と濃度の関係を示したグラフ 積層ベルト６の抵抗率と濃度の関係を示したグラフ

符号の説明

１ 中間転写ベルト
２ 感光体ドラム
３ 一次転写ローラ
４ バックアップローラ
５ 二次転写ローラ
６ クリーニングユニット
７ クリーニング用バックアップローラ
８ トナー像
９ 記録媒体
１０ ベルト押え
１１ 中間転写ベルトの最外層
１２ 中間転写ベルトの中間層
１３ 中間転写ベルトの最内層

Claims (6)

1. 色毎に対応して設けた像担持体上に形成したトナー像を、電圧を印加した導電性ローラで、一旦、中間転写ベルト上に一次転写した後、該一次転写像を記録媒体に二次転写する画像形成装置に用いる中間転写ベルトであって、
   前記中間転写ベルトは、少なくとも２層以上の異なる材料を積層し、
   前記中間転写ベルトは、中央部に較べて端部の抵抗率が大きくなるように構成されたことを特徴とする中間転写ベルト。
2. 前記中間転写ベルトにおいて、中央部から端部へむかって抵抗率を大きくすることを特徴とした請求項１に記載の中間転写ベルト。
3. 前記中間転写ベルトにおいて、少なくとも３層以上の異なる材料を積層し、積層部の最外層と最内層を除いた中間層の抵抗率を、中央部から端部へむかって大きくすることを特徴とする請求項２に記載の中間転写ベルト。
4. 前記中間転写ベルトは、トナー像を形成する面の硬度（ＪＩＳ・Ｋ―６３０１）を８０度以内の範囲とすることを特徴とする請求項１または２に記載の中間転写ベルト。
5. 前記中間転写ベルトは、前記中間転写ベルトの中央部と端部と体積抵抗率の差を１.０×１０¹¹Ωｃｍ以下とすることを特徴とした請求項４に記載の中間転写ベルト。
6. 請求項１から５のいずれかに記載された中間転写ベルトと、トナー像が形成される像担持体と、像担持体に形成されたトナー像を中間転写ベルトに転写する一次転写器と、中間転写ベルト上のトナー像をを記録媒体に転写する二次転写器とを有する画像形成装置。

Images