JP2005316231A - 中間転写ベルトおよび該ベルトを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間の使用後にも、ベルト外周面に外周方向に沿って周囲と表面粗さの異なる縦筋が発生しにくい中間転写ベルトを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 装置２は、トナー画像を担持する感光体ドラム１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋと、感光体ドラム上のトナー画像が外周面に一次転写され、続いて該トナー画像を用紙Ｓに二次転写する中間転写ベルト４と、を備える。使用初期状態での中間転写ベルト４の外周面の表面粗さは、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で０．６μｍ以上１．０μｍ未満に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリなどの画像形成装置に関する。本発明はまた、像担持体表面に形成したトナー画像が外周面に一次転写され、該トナー画像を記録媒体に二次転写する中間転写ベルトに関する。

従来、４つの感光体ドラムを中間転写ベルトに沿って並べたタンデム型のカラー画像形成装置が知られている。この装置では、各感光体ドラム上にシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのトナー画像をそれぞれ形成し、これらのトナー画像を中間転写ベルトに順次重ねて一次転写してカラートナー画像を得る。その後、中間転写ベルトと中間転写ベルトに圧接する二次転写ローラとの間を通過する用紙にカラートナー画像を二次転写することにより、用紙にカラー画像を出力する。

中間転写ベルトとして、該ベルトを張架する支持ローラを介して回転駆動されることで受ける繰り返し曲げ疲労などに対する耐久性を持たせるために、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を含んでなるものが、例えば特許文献１に開示されている。中間転写ベルトは例えば押出成形により製造する。感光体ドラムからトナー画像が転写されるベルト外周の表面の状態は、ベルト材料の物性と成形金型により決定される。例えば、上記ＰＰＳ樹脂を材料とする転写ベルトの成形後の表面粗さは、１０点平均粗さＲｚで０．４μｍ以下である。

なお、特許文献２には、中抜け防止等の目的で中間転写体の表面粗さをＲｚで１μｍ以上８μｍ以下にした画像形成装置が開示されている。
特開２００４−９４０９５号公報 特開２００３―２１５９４７号公報

しかしながら、平滑性の高い上記中間転写ベルトを備えた画像形成装置を長期間使用すると（印字枚数が増えると）、ベルト外周面に外周方向に沿って周囲と表面粗さの異なる縦筋が発生することがわかった。この状態で装置の使用を継続すると、用紙上に形成される画像にも通紙方向に沿った筋状のノイズが発生する。

そこで、本発明は、長期間の使用後にも上記縦筋が発生しにくい中間転写ベルト、および、該ベルトを備え良好な画像を提供する画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る中間転写ベルトは、
画像形成装置において像担持体からトナー画像が外周面に一次転写され、続いて該トナー画像を記録媒体に二次転写する中間転写ベルトにおいて、
使用初期状態での中間転写ベルトの外周面の表面粗さが、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で０．６μｍ以上１．０μｍ未満に設定されることを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置は、
トナー画像を担持する像担持体と、
像担持体上のトナー画像が外周面に一次転写され、続いて該トナー画像を記録媒体に二次転写する中間転写ベルトと、
を備え、
使用初期状態での中間転写ベルトの外周面の表面粗さが、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で０．６μｍ以上１．０μｍ未満に設定されることを特徴とする。

本発明によれば、使用時点で中間転写ベルト外周面をある程度荒れた状態にすることで、印字枚数が増えてもベルト外周面の表面状態を全面にわたってほぼ均一に保つことができるため、画像に通紙方向に沿った縦筋が発生するのを防止できる。

以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。以下の説明では、本発明をタンデム型のカラープリンタに適用した例を説明するが、本発明は、感光体ドラムと中間転写ベルトとを対向させ、中間転写ベルトの１回転毎に感光体ドラム上に形成したイエロー、マゼンタ、シアンあるいはブラックのトナー画像を中間転写ベルトに転写させ、中間転写ベルトを４回転させることでフルカラー画像を形成する、いわゆる４サイクルカラープリンタにも適用できる。また、本発明は、プリンタ以外の画像形成装置にも適用できる。なお、本願明細書では、方向を表す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、およびこれらの用語を含む別の用語）を適宜用いるが、説明に用いる図面中の方向を示すだけのものであって、これらの用語によって本発明が限定的に解釈されるべきでない。

＜画像形成装置の構成＞
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるタンデム型カラープリンタ２を示す。このプリンタ２は、その内部のほぼ中央部に中間転写ベルト４を備えている。中間転写ベルト４は、３つのローラ６、８、１０の外周部に支持されて図面反時計周り方向Ａに回転駆動されるようになっている。ローラ６は中間転写ベルト４に張力を与えるテンションローラである。ローラ１０は図示しない駆動モータに連結され、このローラ１０の回転に伴ってローラ６、８が従動回転するようになっている。

中間転写ベルト４の下部水平部の下には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色にそれぞれ対応する４つの作像部１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋが中間転写ベルト４に沿って並んで配置されている。

各作像部１２（１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ）は、像担持体として感光体ドラム１４（１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ）をそれぞれ有している。各感光体ドラム１４の周囲には、その回転方向(図面時計回り方向）に沿って順に、帯電器１６、露光装置１８、現像器２０、中間転写ベルト４を挟んで各感光体ドラム１４（１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ）と対向する一次転写ローラ２２（２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋ）、および、クリーニング装置２４がそれぞれ配置されている。

一次転写ローラ２２は、中間転写ベルト４の回転方向Ａに関して感光体ドラム１４の直ぐ下流側に位置し、これにより中間転写ベルト４を感光体ドラム１４側に押圧して、中間転写ベルト４が感光体ドラム１４に密着した状態で感光体ドラム１４と一次転写ローラ２２との間に搬送されるのを保証するようになっている。

中間転写ベルト４のローラ１０で支持された部分には、二次転写ローラ２６が圧接されている。二次転写ローラ２６と中間転写ベルト４とのニップ部は二次転写領域２８を形成している。

中間転写ベルト４のローラ８で支持された部分には、二次転写後に中間転写ベルト４上に残留するトナーを掻き取って廃トナーボックス３０内に回収するためのクリーニングブレード３２が圧接されている。代わりに、ブラシによりトナーを中間転写ベルト４から除去するようにしてもよい。

プリンタ２の下部には、給紙カセット３４が着脱可能に配置されている。給紙カセット３４内に積載収容された用紙（記録媒体）Ｓは、給紙カセット３４に積載された用紙Ｓの先端近傍に対向した位置に配置された給紙ローラ３６の回転によって最上部のものから１枚ずつ搬送路３８に送り出されるようになっている。

搬送路３８は、給紙カセット３４から、タイミングローラ対４０のニップ部、二次転写領域２８、定着装置４２および排紙ローラ対４４のニップ部を通って、プリンタ２の上面に設けた排紙トレイ４６まで延びている。

本実施形態では、中間転写ベルト４として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂にカーボンを分散させて、表面抵抗値を１×１０^７〜１０×１０^１２Ω／□に調整したものを用いる。

また、ローラ６，８，１０、一次転写ローラ２２、および／または二次転写ローラ２６は、アルミや鉄からなる金属ローラ、若しくは、ＥＰＤＭ系ゴム、ＮＢＲ系ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴムなどの弾性材料に導電粉体やカーボンを分散し、これにより抵抗値を１×１０^９Ωｃｍ以下に調整したものを芯金外周面に被覆してなるローラを用いる。

さらに、現像器２０に収容されるトナーとして、粒径７μｍ以下、好ましくは４．５μｍ以上６．５μｍ以下の重合トナーを用いる。代わりに粉砕トナーを用いてもよい。現像方式は一成分現像方式でも二成分現像方式でもよい。

＜画像形成装置の動作＞
次に、画像形成装置（プリンタ）２の概略動作について説明する。

外部装置（例えばパソコン）からプリンタ２の画像信号処理部（図示せず）に画像信号が入力されると、画像信号処理部ではこの画像信号をイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックに色変換したデジタル画像信号を作成し、この信号を各作像ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋの駆動回路（図示せず）に出力する。駆動回路は、入力されたデジタル信号に基づいて各露光装置１８に制御信号を出力する。各露光装置１８は感光体ドラム１４にレーザ光を照射して露光を行う。その結果、各感光体ドラム１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋの表面には、各色用の静電潜像がそれぞれ形成される。

各感光体ドラム１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ上に形成された静電潜像は、各現像器２０によりそれぞれ現像されて各色のトナー画像となる。そして、各色のトナー画像は、各一次転写ローラ２２Ｙ，２２Ｍ，２２Ｃ，２２Ｋの作用により、矢印Ａ方向に移動する中間転写ベルト４上に順次重ね合わせて一次転写される。

このようにして中間転写ベルト４上に形成された重ね合わせトナー画像は、中間転写ベルト４の移動にしたがって二次転写領域２８に達する。この二次転写領域２８において、重ね合わされた各色トナー画像は、二次転写ローラ２６の作用により、給紙カセット３４から搬送路３８に送り出されてタイミングローラ対４０により供給された用紙Ｓに一括して二次転写される。二次転写後に中間転写ベルト４上に残留するトナーは、クリーニングブレード３２により回収される。

トナー画像が二次転写された用紙Ｓは、搬送路３８を通って定着ローラ４２に送られ、そこでトナー画像が用紙Ｓに定着される。そして、用紙Ｓは排紙ローラ４４を介して排紙トレイ４６に排出される。

＜実験１＞
本発明者は、上述したプリンタを用いてフルカラー画像を２０万枚プリントした（実施例１，２、比較例１）。実験の条件は以下の通りである。そして、実施例、比較例において、画像品質を次のように目視評価した。
○：通紙方向に沿った筋状の画像ノイズが発生しなかった
×：通紙方向に沿った筋状の画像ノイズが発生した

（実施例１）
（１）印刷条件
プリンタ：コニカミノルタ社製ｍａｇｉｃｏｌｏｒ７３００
印刷用紙のサイズ：Ａ４
（２）トナーの種類
コニカミノルタ社製重合トナー（平均粒径６．５μｍ）
（３）中間転写ベルト
中間転写ベルトは、単軸押出機に環状ダイスを取り付け、該押出機に溶融樹脂材料を投入し、環状ダイス先端のベルトに対応した形状を有する吐出口より溶融樹脂材料を押出し、冷却用の円筒に外挿することにより樹脂を固化させて成形した。樹脂材料は、ポリフェニレンサルファイド樹脂（Ｅ２１８０、東レ社製）１００重量部、カーボン（ファーネス＃３０３０Ｂ、三菱化学社製）１６重量部、グラフト共重合体（モディパーＡ４４００、日本油脂社製）１重量部、滑材（モンタン酸カルシウム）０．２重量部とした。
押出成形した中間転写ベルトの表面粗さは１０点平均粗さＲｚで０．４μｍであった。
図２に示す研磨装置を用いて、押出成形した中間転写ベルトの表面をＲｚ０．６μｍとなるよう荒らした。研磨装置５０は、中間転写ベルト５１を張架する駆動ローラ５２および従動ローラ５４と、張架された中間転写ベルト５１を挟んで対向する研磨ブラシ５６および対向ローラ５８と、研磨剤６０を塗布する塗布部６２とを備える。研磨ブラシ５６は、繊維をパイル織りした布を軸に巻き付けてローラ状にしたものである。研磨剤６０は、例えば、チタン酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウムなどの金属石鹸である。塗布部６２で研磨剤６０を中間転写ベルト５１の外周面に塗布し、駆動ローラ５２を駆動してベルト５１を回転させるとともに研磨ブラシ５６を回転させて、ベルト４外周面をＲｚが０．６μｍとなるまで荒らした。中間転写ベルト５１と研磨ブラシ５６の回転方向は、これらの対向部分において同じ方向でも逆方向でもよい。

（実施例２）
研磨装置５０を用いて中間転写ベルトの外周面をＲｚが０．８μｍとなるよう荒らす以外は、実施例１と同じ条件で実験を行った。

（比較例１）
中間転写ベルトの外周面の表面状態を成形時のＲｚ０．４μｍのままで、実施例１と同じ条件で実験を行った。

実験結果を表１に示す。

表に示すように、使用開始時（使用初期状態）でＲｚが０．６μｍ以上の中間転写ベルトでは、２０万枚プリントしても画像には通紙方向に沿った筋が発生しなかった。使用開始時でＲｚが０．４μｍの平滑性の高い中間転写ベルトでは、１万枚プリント以後に画像に通紙方向に沿った筋が発生していた。

画像に通紙方向に沿った縦筋が発生するのは、中間転写ベルトの外周面に外周方向に沿って周囲と表面粗さの異なる縦筋が発生するためである。この縦筋の原因としては、（１）中間転写ベルトを支持するローラ（図１のローラ６，８，１０および／または２２）として金属ローラを用いた場合に該金属ローラに固着したトナー、（２）中間転写ベルトを押出成形で製造した場合に生じるベルトの微少な厚みムラ、が考えられる。（１）に関して、現像器から飛散したトナーが中間転写ベルトの内側に入り込み金属ローラの外周面に固着すると、金属ローラの回転に伴って該ローラに支持される中間転写ベルトの内側に縦筋状の傷が発生する。したがって、中間転写ベルトが金属ローラに押圧されることで外側に縦筋状の傷や凹凸として顕在化する。プリント枚数が増えるにしたがって、トナーが金属ローラ外周面に固着する可能性が高まるため、中間転写ベルト外周面に縦筋が発生し易くなる。（２）に関して、押出成形時に、溶融樹脂材料は外周方向と直交する方向（支持ローラの長軸方向に対応）に環状ダイスから押し出されるため、外周方向と直交する方向に沿って厚みが僅かに変化する。中間転写ベルトの厚みが小さな部分では、ベルト内周面に当接するローラ（ローラ６，８，１０，２２）やベルト外周面に当接する感光体ドラムのベルトに対する圧接力は弱く、プリント枚数が増えても圧接による傷は付きにくい。一方、中間転写ベルトの厚みが大きな部分では、上記圧接力が強く、プリント枚数が増えると圧接による傷が付き易い。その結果、中間転写ベルトの外周面に周囲と表面粗さの異なる縦筋状の領域が形成される。

これに対し、使用開始時に中間転写ベルトの外周面を予めＲｚが０．６μｍ以上となるよう荒らすことで、（１）や（２）による縦筋が発生しにくくあるいは縦筋が発生しても該縦筋と周囲の表面粗さの違いは小さいため（言い換えれば、ベルト外周面の表面状態は全面にわたってほぼ均一に保つことができるため）、プリント枚数を増やしても画像には通紙方向に沿った縦筋は発生しない。

なお、本実験では、一次転写ローラを中間転写ベルトの回転方向に関して感光体ドラムの直ぐ下流側に位置して、中間転写ベルトの感光体ドラムへの圧接力を調整することにより、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナーが一次転写されない中抜けを防止している（特許文献２の［００７７］参照）。

＜実験２＞
本発明者はまた、上述したプリンタを用いて感光体ドラムから中間転写ベルトにフルカラー画像を転写した後、クリーニングブレードを用いてベルト上のトナーを除去した（実施例３、比較例２，３）。実験の条件は以下の通りである。そして、実施例、比較例において、クリーニング特性を次のように目視評価した。
○：中間転写ベルト上のトナーを除去できた
×：中間転写ベルト上にトナーが残留した

（実施例３）
実験１と同様に研磨装置５０を用いて、押出成形した中間転写ベルトの外周面をＲｚが１．０μｍとなるよう荒らした。実施例１と同じトナーを用いた。

（比較例２）
研磨装置５０を用いて、押出成形した中間転写ベルトの外周面をＲｚが１．５μｍとなるよう荒らす以外は、実施例３と同じ条件で実験を行った。

（比較例３）
研磨装置５０を用いて、押出成形した中間転写ベルトの外周面をＲｚが２．０μｍとなるよう荒らす以外は、実施例３と同じ条件で実験を行った。

実験結果を表２に示す。

表に示すように、Ｒｚが１．０μｍの中間転写ベルトではクリーニング特性が良好であるが、Ｒｚが１．５μｍ以上では、表面が粗くトナーが十分除去できないことがわかった。

本実験では、小粒径化・球形化が可能で、それ故画質を安定させることのできる重合トナーを用いている。一般的に、トナーが小粒径化・球形化するとクリーニング特性が低下する。しかしながら、Ｒｚを１．０μｍより小さくすることで重合トナーを用いてもクリーニング特性を良好にできる。

以上の説明は本発明の一実施形態にかかるもので、本発明はこれに限らず種々改変可能である。例えば、中間転写ベルト４の材料として、上記実施形態で説明した以外に、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂等の樹脂や、シリコンゴム、ウレタンゴム等の弾性材料、または、これらに導体粉体やカーボンを分散させることで抵抗調整を行った材料を用い、上述したように使用開始時での外周面のＲｚを０．６μｍ以上１．０μｍ未満に調整してもよい。例えば、ポリカーボネート樹脂の場合、成形時にＲｚが２．５μｍ程度あるため、クリーニング手段によるトナーの拭き残しがないよう、表面を研磨してＲｚを１．０μｍ未満に調整する。

また、中間転写ベルト４の表面の研磨手段は、上記実験で説明したものに限らない。例えば、表面を荒らしたローラを中間転写ベルトに圧接させながら回転することにより、中間転写ベルトの表面粗さを所望の値に調整してもよい。

本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図。 図１の中間転写ベルトの外周面のＲｚを所定の値に調整するために用いる研磨装置の一例を示す概略図。

符号の説明

２ プリンタ（画像形成装置）
４ 中間転写ベルト
１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｋ 感光体ドラム（像担持体）
Ｓ 用紙（記録媒体）

Claims (4)

1. 画像形成装置において像担持体からトナー画像が外周面に一次転写され、続いて該トナー画像を記録媒体に二次転写する中間転写ベルトにおいて、
   使用初期状態での中間転写ベルトの外周面の表面粗さが、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で０．６μｍ以上１．０μｍ未満に設定されることを特徴とする中間転写ベルト。
2. 中間転写ベルトの材料にポリフェニレンサルファイド樹脂が含まれることを特徴とする請求項１の中間転写ベルト。
3. トナー画像を担持する像担持体と、
   像担持体上のトナー画像が外周面に一次転写され、続いて該トナー画像を記録媒体に二次転写する中間転写ベルトと、
   を備え、
   使用初期状態での中間転写ベルトの外周面の表面粗さが、１０点平均粗さ（Ｒｚ）で０．６μｍ以上１．０μｍ未満に設定されることを特徴とする画像形成装置。
4. トナーとして重合トナーを用いることを特徴とする請求項３の画像形成装置。
   
   

Images