JP2005338700A

JP2005338700A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005338700A
Application number: JP2004160971A
Authority: JP
Inventors: Tooru Kuzumi; 徹葛見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】ベルト中間転写体を用いた装置で、高湿環境下で装置を使用せず長時間放置した場合に、ベルト支持ローラ部で発生するベルトのクリープ変形がもとで生じる転写不良を防止する。
【解決手段】装置放置中にベルトを連続もしくは間欠回転させることでクリープ発生を抑え、転写不良を防止する。支持ローラ部近傍の環境水分量を検知する水分量検知手段をそなえ、クリープが大きい高湿環境では間欠回転の時間間隔を短く制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機またはプリンターなどの画像形成装置において、像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に転写したのち、該トナー像を記録材に転写する装置に関するものである。

１個または複数個の感光体に静電潜像を形成し該潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナーにより順次現像して各色のトナー像を形成し、それらのトナー像を、一旦、中間転写体上に重ねて転写（１次転写）したのち、つづいて記録材に一括転写（２次転写）して記録画像を得る中間転写方式のフルカラー画像形成装置が知られている。

このような装置では、画像形成ユニットや記録材搬送部などの配置が比較的自由に設定できるベルト状の中間転写体が多用される。

また、転写手段としては導電性の転写ローラ等が使われる。１次転写部では、１次転写ローラを中間転写体を挟んで感光体に圧接させ、１次転写ローラにトナーと逆極性の１次転写バイアスを印加することで中間転写体にトナー像を転写させる。同様に２次転写部では、２次転写ローラを中間転写体を挟んで中間転写体の内側に配置した導電性の対向ローラに圧接させ、記録材を圧接部に搬送し、２次転写ローラにトナーと逆極性の２次転写バイアスを印加することで記録材にトナー像を転写する。
特開平１０−１４２９６３

しかし、上記のベルト中間転写体を用いた装置において以下のような問題を生じた。

ベルトは複数の支持ローラに懸架され、かつ、一定の張力荷重を掛けて張られている。装置が使用されず長時間放置されると、支持ローラでのベルト巻き付け部においてローラ曲面に沿ってベルトに屈曲変形（クリープ）を生じ、放置後に画像形成を行った場合に、クリープ箇所でトナー像が転写されず白抜けが発生した。１次転写部では、クリープ箇所で感光体とベルト間に隙間が生じ、そのためにトナー像がベルトに転写されず上記白抜けが発生した。また、２次転写部では、クリープ箇所でベルトと記録材間に隙間が生じ、ベルト上のトナー像が記録材に転写されず白抜けが発生した。中間転写方式では中間転写体上にトナー像を転写するため、中間転写体が変形していると、ただちに転写不良をまねくことになる。

図６にクリープが発生する様子を示した。図６（ａ）は支持ローラの１つであるテンションローラ７にベルト状中間転写体５０を巻き付けている様子を示す。テンションローラ７は中間転写体５０に張力を掛けるためのローラで、不図示の荷重バネにより中間転写体５０に対し荷重Ｆを付与している。この結果、中間転写体５０の接線方向に張力Ｔが掛かっている。θは巻き付け角である。この状態で静止したまま長時間放置したのち、ベルトを支持ローラから取り外して平面上に置くと、図６（ｂ）に示すように、テンションローラ７の外周に沿ったクリープが生じる。クリープが生じる原因は、巻き付け部において、張力によりベルトの外周が内周より伸びるために生じる。特に、ベルト材質として樹脂製のものを用い高湿環境下に放置するとクリープが顕著に発生する。これは樹脂が吸湿して伸び量が増えるためである。クリープの大きさは高さｈおよび幅ｗで表すことが出来る。高さｈは巻き付け角θが大きいほど大きく、幅ｗはローラ径が大きく巻き付け角θが大きいほど大きい。白抜けの度合いはクリープの山が急峻、すなわちｈ／ｗが大きいほど顕著に発生する。従って、ローラ径が小さく、かつ、巻き付け角θが大きいほど白抜けが顕著である。

本発明の目的は、上記のクリープによる転写不良を防止し、高品質な画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するため本発明に係る画像形成装置は以下のように構成される。すなわち、本発明は、像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、複数の支持ローラに懸架されたベルト状の中間転写体と、該中間転写体を挟んで像担持体に圧接可能に設けられ、像担持体上のトナー像を中間転写体上に転写させる転写手段をそなえた画像形成装置において、画像形成を行わないスタンバイ中に、前記中間転写体を回転させるように構成する。

これにより、装置が使用されず長時間放置された場合でも、ベルトの特定箇所が長時間にわたりローラ巻き付け部に局在することがないので、クリープの成長が抑止され、クリープ箇所での白抜けを防止することができた。

以上説明したように、本発明によれば、ベルト中間転写体を用いた装置で、装置を使用せず長時間放置した場合に、ベルトの支持ローラ部で発生するベルトのクリープがもとで生じる白抜けの問題に対し、放置中にベルトを連続もしくは間欠回転させるようにしたので、クリープ発生を抑え、白抜けを防止することができた。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例を説明する。

図１は本発明を適用したカラー複写機の全体図である。装置内には第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが配置され、潜像、現像、転写のプロセスをへて各々異なった色のトナー像が形成される。

像担持体である感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは回転可動に支持され、その外周には、帯電手段である帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、現像手段である現像器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、および第１の転写手段である１次転写帯電器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられ、装置の上方にはさらに光源装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、及び図示しないポリゴンミラーなどが配設されている。

感光ドラム３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは不図示のドラムモータにより回転駆動され、帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで所定電位に帯電されたあと、光源装置５ａ〜５ｄから発せられたレーザ光を、ポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって反射し、ｆθレンズにより感光ドラム１ａ〜１ｄの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた潜像が形成される。

現像器３ａ〜３ｄには、現像剤としてそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックのトナーが、供給装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄにより所定量充填されている。現像器３ａ〜３ｄは、それぞれ感光ドラム１ａ〜１ｄ上の潜像を現像して、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として可視化する。

そして、中間転写体５０が駆動ローラ１２により回転駆動され、図示しない高圧電源により、１次転写帯電器４ａに印加されたトナーの帯電極性とは逆極性の転写電圧（本実施例では正極電圧）により、感光ドラム１ａ上の第１色目のイエロートナー像が中間転写体５０に転写される（１次転写）。以下、上記と同様に、２色目、３色目、及び４色目について潜像を形成し、それぞれの潜像をマゼンタ現像器３ｂ、シアン現像器３ｃ、ブラック現像器３ｄで現像し、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を中間転写体５０上に重ね合わせて転写して、中間転写体５０上にイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックの４色のトナー像を重畳したカラー画像が得られる。本実施例では、１次転写帯電器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとして、金属の軸棒に導電性のゴムまたはスポンジの弾性層を設けた抵抗値１０６〜１０８Ωのローラ（１次転写ローラ）を用い、１次転写ローラを中間転写体５０を挟んで感光ドラムに圧接させるとともに軸棒に１次転写バイアスを印加し、中間転写体５０に従動で回転しながら転写を行う。また、１次転写バイアスは定電圧制御されている。

トナー像転写後の感光ドラム１ａ〜１ｄの表面上には転写残トナーが残留しており、この転写残トナーは、感光ドラム１ａ〜１ｄの回転とともに移動しクリーニング装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄで除去され不図示のトナー回収容器に回収される。

中間転写体５０の材質としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリイミドなどの誘電体樹脂にカーボンブラック等の導電材を分散して抵抗調整したシートを用い、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたものか、あるいは継ぎ目を有しないシームレスベルトを用いる。本実施例では、体積抵抗１０^８〜１０^１０Ω・ｃｍ、厚さ１００μｍのポリイミドのシームレスベルトを使用した。

中間転写体５０上に形成された４色のフルカラートナー像は、記録材カセットＣから給紙され、レジストローラ１３によりタイミングをとって中間転写体５０と２次転写帯電器である２次転写ローラ１４とのニップＴ２（２次転写部）に搬送された記録材Ｐ上に一括して転写される（２次転写）。２次転写ローラ１４には１次転写ローラと同様な抵抗値１０^７〜１０^９Ωの導電ローラを用いる。また、２次転写ローラの表層にトナーが付着しにくいように離型層として、例えば、導電性のフッ素系樹脂層を設けてもよい。２次転写ローラ１４の対向位置には中間転写体５０を挟んで抵抗値１０６Ω以下のバックアップローラ１５があり、２次転写ローラ１４をバックアップローラ１５に圧接させてニップＴ２を形成している。２次転写ローラ１４は中間転写体５０の移動とともに回転し、図示しない高圧電源によりトナーの帯電極性とは逆極性の２次転写バイアス（本実施例では正極電圧）が印加され、これにより、中間転写体５０から４色のトナー像が記録材Ｐへの一括転写が行われる。２次転写バイアスは定電圧制御されている。

４色のトナー像を転写された記録材Ｐは定着装置３２へ搬送され、トナー像の溶融混色及び記録材Ｐへの固定が行われ、フルカラーのコピー画像が形成されて排紙トレイ６３に排出される。

また、中間転写体５０上に残留した未転写トナーは中間転写体５０の回転とともに移動しクリーニングブレード６２により除去され不図示の回収容器に回収される。

中間転写体５０は、駆動ローラ１２、バックアップローラ１５、および中間転写体５０に張力を掛けるテンションローラ７により張られている。本実施例で使用した各ローラの外径、巻き付け角θは以下の通りである。

駆動ローラ：φ３０ｍｍ、１４５°
バックアップローラ：φ２０ｍｍ、６０°
テンションローラ：φ１５ｍｍ、１７０°
また、張力は３．５ｋｇｆである。

本装置の場合、支持ローラのうち、テンションローラが外径が最小で巻き付け角が最大なのでテンションローラでの白抜けレベルが最も悪い。

次に、本発明の方法について述べる。

上記装置を用い、中間転写体５０に張力を掛け始めてから長時間放置し、放置時間に対する白抜けレベルを測定した結果を図２に示す。白抜けレベルは、図３に示すように、全面が均一な中間調濃度の画像をとり、白抜け発生部の濃度Ｄ０と、その周辺部の濃度Ｄ１およびＤ２の平均値との濃度差ΔＤ＝（Ｄ１とＤ２の平均値）−Ｄ０で表した。白抜けは中間調濃度において最も視覚的に目立ちやすく、その目立ちやすさは白抜け部の絶対濃度で決まるのではなく、周辺部との濃度差で決まるため、上記ΔＤを用いることにした。従って、濃度差ΔＤ＝０であれば白抜けは認識できず画像上は良好である。ΔＤを測定するための画像として濃度０．３〜０．４の中間調画像を採用した。また、放置環境は温度３０℃、湿度８０％で、テンションローラの巻き付け位置に発生する白抜けについて測定した。

図２に示すように放置時間とともに濃度差ΔＤが大きくなり白抜けが顕著になっていく。これは放置時間が長いほどベルト外周の伸び量が増えクリープが大きくなるためである。特に最初の２時間で白抜けが急激に悪化し、その後、時間経過とともに徐々に悪化が進行する。白抜けの許容限界はΔＤ＝０．０２であり、放置１時間ですでに許容限界を越えることがわかる。

本発明では、濃度差ΔＤを０．０２未満に抑えるため、前回の画像形成動作が終了して中間転写体が停止した時点を基点として放置時間をカウントし、放置時間が３０分経過した時点で中間転写体を巻き付け角θ以上だけ回転させるようにした。これにより中間転写体上の特定箇所が継続してテンションローラ位置に放置されることを回避しクリープの増大を抑止することができた。最初にテンションローラ位置にあった部分は上記回転により巻き付け領域から直線状に張られた領域に移動するため一旦形成されたクリープは減少していく。一方、新たに巻き付け領域に移動した部分はクリープが形成されるので、さらに３０分後、再び回転を行い、以降、放置が継続している間は３０分毎に間欠回転を行う。

図４に上記動作を行うための制御ブロック図を示す。タイマーにより放置時間がカウントされ、ＣＰＵにおいて、ＲＯＭに記憶された基準時間３０分と放置時間を比較し、放置時間が３０分に達すると中間転写体を回転させる駆動モータを回転させる構成である。

上記構成により、装置が使用されずに長時間放置された場合でも、ローラ巻き付け部でのクリープ増大を一定以下に抑え、クリープによる白抜けの問題を解決することができた。

上記では中間転写体を間欠回転させるようにしたが、連続回転させてもよい。その場合、クリープを抑えるために中間転写体が停止さえしなければよいので、回転速度は画像形成動作時の速度より低い低速でも十分な効果があった。

次に、第２実施例について説明する。

実施例１において、間欠回転時の１回の走行距離について制約を加えることで、さらにクリープ解消に効果的となる。すなわち、１回の走行距離Ｓが中間転写体の周長Ｌを整数ｎで割った長さＬ／ｎと異なる値に設定するとよい（Ｓ≠Ｌ／ｎ）。なぜなら、Ｓ＝Ｌ／ｎ、つまり周長ＬがＳの整数倍であるとすると、放置開始時点でテンションローラ位置にあった中間転写体上の箇所Ａがｎ回の回転後に再びテンションローラ位置に来る動作を繰り返すことになる。したがって、その箇所Ａは他の場所に比べてクリープが形成され、許容レベルではあるが、白抜けが発生した。これに対し、上述したようにＳをＬ／ｎと異なる値に設定することで、中間転写体上の特定箇所が定期的にテンションローラ位置に来ることがなくなり、さらに白抜けを軽減することができた。

次に実施例３について説明する。

上述したように、白抜けの原因となるクリープは高湿環境で顕著に発生する。このため高湿環境では頻繁に間欠回転を行う必要があるが、一方で、回転動作により電力消費が増えるという問題がある。クリープの大きさは湿度が低いほど小さくなるので、常湿および低湿環境では高湿環境ほど頻繁に回転させる必要はない。そこで、低湿環境ほど回転頻度を下げることで、使用頻度の高い環境での電力消費を少なくすることが可能である。

図５は、空気１ｃｍ^３あたりに含まれる水分量（ｇ）と、白抜けを許容レベル（ΔＤ＜０．０２）に抑えるのに必要な間欠回転の時間間隔（ｈｒ）の関係を調べた結果を示したものである。実施例１で述べたように、３０℃／８０％（水分量２１ｇ）では３０分毎に回転する必要があるが、２３℃／６０％（水分量１０ｇ）では２時間毎に、また、２３℃／５％（水分量１ｇ）では６時間毎に回転させるだけでよい。中間の環境は直線補間する。したがって、例えば常温常湿の２３℃／６０％では、３０℃／８０％に比べて放置中の間欠回転にともなう電力消費を単純に４分の１に減らすことが出来る。この関係にもとづき、装置内部の中間転写体５０近傍の水分量を検知して回転間隔を制御するようにした。

図４に制御ブロック図を示す。テンションローラ７の近傍に設けた水分量センサ８（図１）により水分量を検知し、ＲＯＭに格納した図６の関係をもとに当該環境での回転間隔を算出し、その間隔で駆動モータ９を間欠回転させる。水分量の変化を水分量センサ８により常時検知し、停止中に水分量が所定範囲を超えて上昇した場合は、時間間隔を短縮する補正を行ってもよい。同様に、停止中に水分量が所定範囲を超えて下降した場合は、時間間隔を延長してもよい。

このように、環境の水分量に応じて間欠回転の回数を必要最低限に制御することで、電力消費を出来るだけ低減させることができた。

画像形成装置の全体図。放置時間と白抜けレベルの関係。白抜け画像を示す図。間欠回転の制御ブロック図。水分量と間欠回転の時間間隔の関係。クリープ発生の様子を示す図。

符号の説明

１感光体
４１次転写ローラ
７テンションローラ
８水分量センサ
１４２次転写ローラ
５０中間転写体
Ｔ１１次転写部
Ｔ２２次転写部

Claims

像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、複数の支持ローラに懸架されたベルト状の中間転写体と、該中間転写体を挟んで像担持体に圧接可能に設けられ、像担持体上のトナー像を中間転写体上に転写させる転写手段をそなえた画像形成装置において、画像形成を行わないスタンバイ中に、前記中間転写体を回転させることを特徴とする画像形成装置。
スタンバイ中に、前記中間転写体を所定時間置きに間欠回転させることを特徴とする画像形成装置。
１回の間欠回転時の走行距離Ｓが、中間転写体の周長Ｌを整数ｎで割った長さＬ／ｎと異なることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
中間転写体近傍の雰囲気の水分量を検出する水分量検知手段を有し、該水分量検知手段で検知した水分量に応じて間欠回転の時間間隔を決定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記中間転写体が樹脂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。