JP2006030528A - 無端状ベルト搬送体および画像形成装置 - Google Patents

無端状ベルト搬送体および画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】温度や湿度が変化して使用環境条件が変化しても、均一で良好な転写性能を維持し、高画質を得る。
【解決手段】画像形成装置は、記録媒体をトナー像形成手段７に搬送してトナー像形成手段７により形成されたトナー像を上記記録媒体に転写させる無端状ベルト搬送体１を備える。上記無端状ベルト搬送体は、５００［Ｖ］を印加して１０秒後の表面抵抗率をρｓ［Ω／□］とし、２５０［Ｖ］を印加して１０秒後の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］としたとき、０．３≦（ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）≦１．３を満たす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、記録媒体をトナー像形成手段に搬送する無端状ベルト搬送体を備え、電子写真方式により上記録媒体上に画像を形成するプリンタ，複写機，ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
従来の無端状ベルト搬送体を備えた画像形成装置（例えば、特許文献１参照）において、印刷媒体への電圧印加は、無端状ベルト搬送体を介して行われるため、無端状ベルト搬送体の電気特性が問題となる。よって、高品質の画像を得るために、無端状ベルト搬送体の表面抵抗値は、所定の範囲に設定されていた。
特開平９−２９７４７２号公報
しかしながら、上記従来の無端状ベルト搬送体では、その表面抵抗値が常温常湿下で単に所定の範囲に設定されるだけなので、温度や湿度が変化して使用環境条件が変化したときに、表面抵抗値が変化して、均一な転写性能を維持できず、そのため高画質を得るには満足できるものではなかった。
本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、温度や湿度が変化して使用環境条件が変化しても、均一で良好な転写性能を維持し、高画質を得ることを目的とするするものである。
本発明の無端状ベルト搬送体は、
記録媒体を画像形成装置のトナー像形成手段に搬送して上記トナー像形成手段により形成されたトナー像を上記記録媒体に転写させる無端状ベルト搬送体において、
５００［Ｖ］を印加して１０秒後の表面抵抗率をρｓ［Ω／□］とし、２５０［Ｖ］を印加して１０秒後の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］としたとき、
０．３≦（ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）≦１．３
を満たす
ことを特徴とする。
本発明によれば、無端状ベルト搬送体の表面抵抗率ρｓと体積抵抗率をρｖが条件０．３≦（ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）≦１．３を満たすようにすることにより、温度や湿度が変化して使用環境条件が変化しても、均一で良好な転写性能を維持し、高画質を得ることができるという効果がある。
実施の形態１
図１は本発明の実施の形態１の画像形成装置の側面図である。また、図２は図１の画像形成装置においての無端状ベルト搬送装置の斜視図であり、図１と同じものには同じ符号を付してある。
図１の画像形成装置は、図２の無端状ベルト搬送装置と、４台のトナー像形成手段７と、印刷媒体供給部１７と、印刷媒体整列部１８と、定着部１９とを備えている。また、図２の無端状ベルト搬送装置は、無端状ベルト搬送体１と、ドライブローラ２と、ベルトフレーム３と、テンションローラ４と、４つの転写ローラ８とを備えている。
無端状ベルト搬送体１は、ベルトフレーム３に回転自在に支持されたドライブローラ２およびテンションローラ４により張架されている。テンションローラ４は、図示せぬ付勢部材により無端状ベルト搬送体１に張力を与えるように付勢されている。ベルトフレーム３には、それぞれ図示せぬ付勢部材により付勢された４つの転写ローラ８が回転自在に支持されている。それぞれの転写ローラ８に対向する位置には、トナー像形成手段７がそれぞれ配置されている。
トナー像形成手段７は、無端状ベルト搬送体１に沿って４台が配列されている。それぞれのトナー像形成手段７は、円筒状の感光体５と、この感光体５の表面をほぼ一様に帯電する帯電装置６と、感光体に画像情報に対応した像光を照射して潜像を形成する露光装置９と、潜像をトナーの付着により可視化する現像装置１１と、転写後の感光体表面を清掃するクリーニング装置１２とを備えている。
印刷媒体供給部１７から供給された印刷媒体は、印刷媒体整列部１８により搬送方向に整列された後、無端状ベルト搬送装置まで搬送され、無端状ベルト搬送装置の無端状ベルト搬送体１により矢印Ａ方向に搬送され、４台のトナー像形成手段７をそれぞれ通過する。４台のトナー像形成手段７のそれぞれの感光体５上に形成されたトナー像は、順次、転写ローラ８の付勢力と印加された静電気力とにより印刷媒体上に重ね合わせて転写される。さらに、トナー像が転写された印刷媒体は、無端状ベルト搬送体１により定着部１９に送られ、定着部１９で圧力と熱を加えられてトナー像が定着され、排出される。
この実施の形態１の画像形成装置は、無端状ベルト搬送装置の無端状ベルト搬送体の表面抵抗率および体積抵抗率が、以下に説明する所定の条件を満たすことを特徴するものである。
以下に、実施の形態１の無端状ベルト搬送体の特徴を導くための実験について説明する。まず、この実験においては、円形電極を用い、ＪＩＳ規格Ｋ６９１１に準じ、５００［Ｖ］を印加して１０秒後の表面抵抗率ρｓ［Ω／□］、および２５０［Ｖ］を印加して１０秒後の体積抵抗率ρｖ［Ω・ｃｍ］を測定し、下記（１）式のｘを求める。
ｘ＝ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ…（１）
ただし、ｌｏｇは常用対数である。本願において、上記（１）式のｘ（＝ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）を「階差」と称する。
図３は無端状ベルト搬送体の表面抵抗率ρｓの測定方法を説明する図であり、図４は無端状ベルト搬送体の体積抵抗率ρｖの測定方法を説明する図である。これらの図３，図４において、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。図３，図４において、表面抵抗率ρｓおよび体積抵抗率ρｖを測定する円形電極は、無端状ベルト搬送体の試料２２の表面側に配置される円盤型の電極２１および円環型の電極２３、ならびに無端状ベルト搬送体の試料２２の裏面側に配置される平板型の電極２４によって構成される。
表面抵抗率ρｓを測定するときは、図３に示すように、試料表面側の電極２１および２３を表面電極として用い、試料裏面側の電極２４をガード電極として用いて、表面電極２１，２３間に５００［Ｖ］を印加して１０秒後の表面抵抗率を測定する。また、体積抵抗率ρｖを測定するときは、図４に示すように、試料表面側の電極２１を表面電極として用い、試料表面側の電極２３をガード電極として用い、試料裏面側の電極２４を裏面電極として用いて、表面電極２１，裏面電極２４間に２５０［Ｖ］を印加して１０秒後の体積抵抗率を測定する。
無端状ベルト搬送体の材料（主材料、母材）として、耐久性や機械的特性の良好なポリアミドイミドを使用し、導電性の発現のために含有させる材料として、カーボンブラックを使用して、遠心成形により、この実験に使用する無端状ベルト搬送体を、膜厚１００［μｍ］、口径φ＝２２６［ｍｍ］の寸法に成形する。従って、この実験に使用する無端状ベルト搬送体は、単層構造からなる。
無端状ベルト搬送体の階差ｘは、ポリアミドイミドに対するカーボンブラックの含有量を変えることにより、変えることができる。カーボンブラックの含有量を増加させると、表面抵抗率ρｓよりも体積抵抗率ρｖの変化の方が大きくなるため、階差ｘの異なる無端状ベルト搬送体を作成することができる。この実験に使用する無端状ベルト搬送体として、カーボンブラックの含有量を変えて、階差ｘが０．１，０．３，０．６，０．８，１．３，１．５の６種類のものを用意した。
そして、このような階差ｘ＝０．１，０．３，０．６，０．８，１．３，１．５の６種類の無端状ベルト搬送体を用いて、階差ｘに対する印刷の転写性能を調べた。
上記転写性能を調べるにあたり、印刷媒体としては、再生率１００［％］のＡ４版媒体と、ＯＨＰ用Ａ４版媒体とを用いた。これは以下の理由による。再生率１００［％］の印刷媒体は、吸湿、乾燥しやすく、媒体としての抵抗が環境により左右されやすく、均一な転写性を維持することが難しい。一方、ＯＨＰ印刷媒体は、表面抵抗が極めて大きく、その抵抗に湿度依存性があり、均一な転写性能を維持することが難しい。上記２点の印刷媒体を用いて良好な転写性能が得られるような無端状ベルト搬送体は、普通紙に画像形成した場合は極めて良好な転写性能が得られる。
また、使用環境としては、温度１０［℃］／湿度２０［％］，温度２３［℃］／湿度５０［％］，温度２８［℃］／湿度８５［％］の３種類の環境下を、代表的な環境条件として選択した。
また、印字パターンとしては、濃度５０［％］のいわゆるハーフトーンと、濃度１００［％］のいわゆるベタを使用した。これは、以下の理由による。ハーフトーンは感光体上の単位面積当りのトナー密度が小さいため、比較的小さい電圧で転写をすることが可能である。一方、ベタは、感光体上に密度最大限にトナーが担持されるため、転写には比較的大きい電圧が必要となる。現実の印刷時には、記録媒体１枚の中に様々なパターンが混在しているため、無端状ベルト搬送体の性能は、この両方の印字パターンを鮮明に転写することが要求される。
図５は無端状ベルト搬送体の階差ｘと転写性能の関係を表す図であり、（ａ）は代表的な環境条件下で再生率１００［％］の印刷媒体を用いてハーフトーン印刷をした場合、（ｂ）は代表的な環境条件下で再生率１００［％］の印刷媒体を用いてベタ印刷をした場合、（ｃ）は代表的な環境条件下でＯＨＰ印刷媒体を用いてハーフトーン印刷をした場合、（ｄ）は代表的な環境条件下でＯＨＰ印刷媒体を用いてベタ印刷をした場合である。
図５において、「○」，「△」，「×」の記号は転写性能の度合いを示す記号であり、以下のようにして判定を行った。ハーフトーン印刷では面積率５０［％］のパターンを、ベタ印刷では面積率１００［％］のパターンを、感光体５に露光し、現像装置１１で感光体５表面にトナーを付着させ、印刷媒体上のトナー像を転写させることを１０回繰り返し、印刷媒体上に転写されたトナー像に画像欠陥があるか否かを目視により判定した。「○」は転写性能が良好であることを表し、チリ状のガサツキ、カスレ、または白抜け等の画像欠陥がみられなかったことを示す。「△」は転写性能がやや劣ることを表し、１回の転写トナー像に１箇所画像欠陥が出現したものが１回以上みられたことを示す。「×」は転写性能が劣ることを表し、１回の転写トナー像に２箇所以上画像欠陥が出現したものがみられたことを示す。ここで、１回の転写トナー像に２箇所以上画像欠陥が出現すると、転写されたトナー画像における欠陥部およびその周辺の濃度の低下が著しく、文字を含む一般的な印刷画像でも視認性が損なわれる。
階差ｘ（＝ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）が大きいと、低温低湿下において、放電により印刷媒体上のトナーが飛散することによる、チリ状のガサツキ、カスレといった画像欠陥が生じてしまう。図５において、階差ｘ＝１．５の無端状ベルト搬送体はこれに相当する。一方、階差ｘが小さいと、同様に、低温低湿下において、放電により印刷媒体上のトナーが飛散することによる、チリ状のガサツキ、カスレといった画像欠陥が生じ、高温高湿下においては、転写電流のリーク現象による白抜けといった画像欠陥が生じてしまう。図５において、階差ｘ＝０．１の無端状ベルト搬送体はこれに相当する。
図５において、階差ｘが０．３≦ｘ≦１．３の無端状ベルト搬送体では、温度１０［℃］／湿度２０［％］，温度２３［℃］／湿度５０［％］，温度２８［℃］／湿度８５［％］の全ての環境下において、再生率１００［％］の印刷媒体を用いたハーフトーン印刷およびベタ印刷、ならびにＯＨＰ印刷媒体を用いたハーフトーン印刷およびベタ印刷の全てについて、均一で良好な転写性能が得られている。
そこで、この実施の形態１の無端状ベルト搬送体は、その階差ｘが、
０．３≦ｘ（＝ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）≦１．３…（２）
を満たすことを特徴とするものである。
以上のように実施の形態１によれば、無端状ベルト搬送体の階差ｘを０．３≦ｘ≦１．３とすることにより、温度や湿度が変化して使用環境条件が変化しても、均一で良好な転写性能を維持し、高画質を得ることができる。
なお、本発明の無端状ベルト搬送体の材料は、上記実施の形態１で使用したポリアミドイミドに限定されるわけではなく、耐久性や機械的特性の観点から、無端状ベルト搬送体の駆動時の張力による変形が一定範囲である材料が望ましく、例えば、上記実施の形態１で使用したポリアミドイミドと同様に、ヤング率が２００［ＭＰａ］以上であるポリイミド，ポリカーボネート，ポリアミド等の樹脂が好適で、これらを用いても構わない。
また、導電性発現のための材料としても、金属酸化物、導電ポリマー、イオン導電剤等を、単独、若しくは組み合わせて使用しても構わない。
実施の形態２
本発明の実施の形態２の画像形成装置の構成および動作は、上記実施の形態１の画像形成装置（図１参照）と同様であり、実施の形態２の画像形成装置においての無端状ベルト搬送装置の構成および動作は、上記実施の形態１の画像形成装置においての無端状ベルト搬送装置（図２）と同様である。
上記実施の形態１の無端状ベルト搬送体は、その階差ｘが上記（２）式の条件を満たすことを特徴とするものであったが、この実施の形態２の無端状ベルト搬送体は、上記（２）式の条件を満たす無端状ベルト搬送体の内、導電性発現のための材料として、ナノカーボンを含有することを特徴とするものである。
上記ナノカーボンは、直径７０［ｎｍ］から１６０［ｎｍ］ほどで、長さ１５［μｍ］から２０［μｍ］ほどのファイバー状のもので、ナノファイバーとも言い、いわゆるカーボンファイバーといわゆるカーボンナノチューブの間くらいの直径を有するものである。この実施の形態２では、例えば直径８０［ｎｍ］から１５０［ｎｍ］のナノカーボンを使用する。
以下に、実施の形態２の無端状ベルト搬送体の効果を裏付けする実験について説明する。まず、実施の形態２の無端状ベルト搬送体として、階差ｘ＝０．６の無端状ベルト搬送体Ａと、階差ｘ＝０．８の無端状ベルト搬送体Ｂを用意した。また、比較例として、階差ｘ＝０．６の無端状ベルト搬送体ａを用意した。
なお、これらの無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂ，ａの階差ｘを求めるにあたり、５００［Ｖ］印加での１０秒後の表面抵抗率ρｓについては図３の測定方法により、２５０［Ｖ］印加での１０秒後の体積抵抗率ρｖについては図４の測定方法により、それぞれＪＩＳ規格Ｋ６９１１に従って上記実施の形態１と同様に測定した。
実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂの材料（主材料、母材）には、耐久性や機械的特性の良好なポリイミドを使用し、導電性発現のために含有させる材料には、直径８０［ｎｍ］で、長さ２０［μｍ］のナノカーボンを使用して、図６に示す合せ成形金型により、金型を回転させずに、図７に示す成形方法を用いて、膜厚１００［μｍ］、口径φ＝２２６［ｍｍ］の寸法に成形した。
図６の合せ成形金型は、円筒型の外側金型３１と円柱型の内側金型３３とによって構成されている。図６（ａ）は外側金型３１の上面図、図６（ｂ）は外側金型３１の側面図、図６（ｂ）は内側金型３３の側面図であり、図７は外側金型３１および内側金型３３の側面図である。図６（ｂ）に示すように、無体状ベルト搬送体材料３２（上記ポリイミドの溶融体または上記ポリイミドの原料を溶かした液体等）を外側金型３１の円筒中空部に注入し、さらにその円筒中空部に円柱型の内側金型３３を挿入し、外側金型３１および内側金型３３を回転させずに、外側金型３１の円筒中空部の内側面と内側金型３３の円柱側面の間に充填された無体状ベルト搬送体材料３２を、冷却または加熱等により、無体状ベルト搬送体に成形する。従って、実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂは、いずれも単層構造からなる。
一方、比較例の無端状ベルト搬送体ａは、導電性発現のために含有させる材料として窒化珪素を用いた他は、実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂと同じポリイミドを母材に使用して、実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂと同様に成形される。
そして、このような実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂおよび比較例の無端状ベルト搬送体ａについて、印刷枚数に対する無端状ベルト搬送体の表面温度特性を調べた。
上記表面温度特性を調べるにあたり、印刷媒体としては、再生率１００［％］のＡ４版媒体を用い、印字パターンとしては、濃度５０［％］のいわゆるハーフトーンを使用し、温度２８［℃］／湿度８５［％］の環境下を選択した。
図８は温度２８［℃］／湿度８５［％］の環境下で再生率１００［％］の印刷媒体にハーフトーンの印刷をしたときの無端状ベルト搬送体の表面温度と印刷枚数の関係を表す図である。
図８から判るように、実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ（ナノカーボンを含有した階差ｘ＝０．６の無端状ベルト搬送体）およびＢ（ナノカーボンを含有した階差ｘ＝０．８の無端状ベルト搬送体）は、印刷枚数を重ねても、無端状ベルト搬送体表面の温度上昇が小さい。一方、比較例の無端状ベルト搬送体ａ（窒化珪素を含有した階差ｘ＝０．６の無端状ベルト搬送体）は、印刷枚数を重ねるにつれ、無端状ベルト搬送体表面の温度が、実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂに比較して大きく上昇している。これは、実施の形態２の無端状ベルト搬送体Ａ，Ｂに含有されているナノカーボンの温度放射特性（放熱特性）が非常に良いことに起因している。
画像形成装置が置かれる温湿度環境により、および主に定着部１９からの発熱により、画像形成装置内の温度は、一般に高い状態にある。このため、無端状ベルト搬送体１の表面温度が上昇することは、以下の不具合を引き起こす。１つ目は、無端状ベルト搬送体１の表面の温度が、感光体５に伝わり、その近傍にある部品への熱膨張、熱劣化等の、機能阻害を引き起こしやすく、その結果、ガサツキ、カスレといった画像欠陥が生じてしまう。２つ目は、上記現象を低減するために温度上昇を抑えるべく、無端状ベルト搬送体１の表面温度が所定の温度まで上昇すると、その表面温度が他の所定の温度に低下するまで、印刷を一時停止する方法があるが、このような方法で大量に印刷する場合、印刷を一時停止している時間が発生するので、それだけ印刷終了までに時間がかかり、使用上望ましくない。
この実施の形態２では、無端状ベルト搬送体の導電性発現のために含有させる材料として、放熱特性に優れたナノカーボンを使用することにより、上記のような不具合を解消できる。
以上のように実施の形態２によれば、無端状ベルト搬送体の階差ｘを０．３≦ｘ≦１．３とするとともに、導電性発現のための材料としてナノカーボンを含有させることにより、無端状ベルト搬送体の表面温度上昇が抑えられ、温度や湿度が変化して、使用環境条件が変化したり、連続で印刷しても、転写性を維持し、高画質を得、かつ早く印刷物を得ることができる。
なお、上記実施の形態では、本発明を電子写真プリンタの無端状ベルト搬送体に適用した例を説明したが、本発明の無端状ベルト搬送体を、電子写真方式により記録媒体上に画像を形成する複写機やファクシミリ等の画像形成装置に適用することも可能である。
本発明の実施の形態１の画像形成装置の側面図である。 図１の画像形成装置においての無端状ベルト搬送装置の斜視図である。 無端状ベルト搬送体の表面抵抗率の測定方法を説明する図である。 無端状ベルト搬送体の体積抵抗率の測定方法を説明する図である。 無端状ベルト搬送体の階差ｘと転写性能の関係を表す図である。 本発明の実施の形態２の無端状ベルト搬送体を成形する合せ成形金型の構成図である。 本発明の実施の形態２の無端状ベルト搬送体の成形方法を説明する図であるである。 温度２８［℃］／湿度８５［％］の環境下で再生率１００［％］の印刷媒体にハーフトーンの印刷をしたときの無端状ベルト搬送体の表面温度と印刷枚数の関係を表す図である。
符号の説明
１ 無端状ベルト搬送体
２ ドライブローラ
３ ベルトフレーム
４ テンションローラ
５ 感光体
６ 帯電装置
７ トナー像形成手段
８ 転写ローラ
９ 露光装置
１７ 印刷媒体供給部
１８ 印刷媒体整列部
１９ 定着部

Claims (9)

  1. 記録媒体を画像形成装置のトナー像形成手段に搬送して上記トナー像形成手段により形成されたトナー像を上記記録媒体に転写させる無端状ベルト搬送体において、
    ５００［Ｖ］を印加して１０秒後の表面抵抗率をρｓ［Ω／□］とし、２５０［Ｖ］を印加して１０秒後の体積抵抗率をρｖ［Ω・ｃｍ］としたとき、
    ０．３≦（ｌｏｇρｓ−ｌｏｇρｖ）≦１．３
    を満たす
    ことを特徴とする無端状ベルト搬送体。
  2. 単層構造からなることを特徴とする請求項１に記載の無端状ベルト搬送体。
  3. ヤング率２００［ＭＰａ］以上の材料を母材とすることを特徴とする請求項１または２に記載の無端状ベルト搬送体。
  4. ポリアミドイミドを母材とすることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の無端状ベルト搬送体。
  5. ポリイミドを母材とすることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の無端状ベルト搬送体。
  6. ナノカーボンを含有することを特徴とする請求項１から５に記載の無端状ベルト搬送体。
  7. 遠心成形を用いて成形されたことを特徴とする請求項１から６に記載の無端状ベルト搬送体。
  8. 合せ金型を用いて成形したことを特徴とする請求項１から６に記載の無端状ベルト搬送体。
  9. 記録媒体をトナー像形成手段に搬送して上記トナー像形成手段により形成されたトナー像を上記記録媒体に転写させる無端状ベルト搬送体を備えた画像形成装置において、
    上記無端状ベルト搬送体が、請求項１から８までのいずれかに記載の無端状ベルト搬送体であることを特徴とする画像形成装置。
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