JP2007108693A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 中間転写ベルトのテンションローラ近傍を電位規制板で覆う構成において、テンションローラが移動すると、中間転写ベルト上でトナー像の飛び散りが発生する。
【解決手段】 テンションローラの移動に伴って、電位規制板を移動することが可能な構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中間転写体を用いる電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、中間転写体上のトナー像の劣化を軽減することが可能な画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式を用い、画像を形成する画像形成装置においては、多くの種類の記録材へ画像形成できることが可能であるため、中間転写ベルト（像担持ベルト）が多く用いられる。

ところが、中間転写ベルトへ転写されたトナー像が、中間転写ベルトを支持する支持ローラに達すると、中間転写ベルト上のトナーが飛び散る現象が起こる。

そこで、特開２００４−１０９７４３に示されるように、支持ローラ近傍に所定の電圧の印加される電極板を設け、電極板と中間転写ベルトの間に所望の電界を発生させる。そして、この電界の作用により、中間転写ベルト上のトナー像の飛び散りが抑えられている。
特開２００４−１０９７４３

しかしながら、中間転写ベルトに接して移動し、中間転写ベルトに所定の張力を付加する張力付加部材を設けると、中間転写ベルトの移動の軌跡が変化する。

中間転写ベルトの軌跡の変化に伴い、中間転写ベルトと電極板の位置関係が変化し、中間転写ベルトと電極版の間に所望の電界が形成されなくなる。

ここで、トナーの飛び散りを抑えることができない課題が生ずる。

本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、張力付加部材の移動により、中間転写ベルト等の像担持体ベルトの移動の軌跡が変化した場合であっても、トナーの飛び散りを軽減することである。

前記目的を達成するための本発明に係る代表的な構成は、外周面にトナー像を担持して回動する像担持ベルトと、電気的に接地又は電圧が印加され、前記像担持ベルトの内周面に接触しながら位置が変更されて、前記像担持ベルトに張力を付与する張力付与部材と、電気的に接地又は電圧が印加され、前記像担持ベルトとの間隔を保つ様に、前記張力付与部材と一体的に位置が変更される電極部材と、を有することを特徴とする。

上記張力付加部材が移動して像担持ベルトの軌跡が変化した場合であっても、支持部材と電極部材の所定の位置関係は保持され、所望の電界が像担持ベルトと電極板の間に形成される。このようにして、像担持体上のトナー像の飛び散りを抑えることができた。

〔実施例１〕
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したカラー画像形成装置の概略構成を示す。

図２は、以下に説明する中間転写ベルト９と、中間転写ベルト９を支持するローラ１２を詳細に示す図である。図１及び図２に基づき、本実施例の画像形成装置を説明する。

同図において、符号１は感光体ドラム（像担持体）である。図１中、矢線Ａ方向への回転に伴いその表面には帯電装置２によって、負極性に一様に帯電される。帯電された感光ドラム１は、画像情報に基づいて露光する露光装置３により露光され、画像情報に応じた静電像が形成される。

また、この感光体ドラム１の周囲にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｂｋ）の各色に対応した現像器４〜７を含む現像器ユニット８が配設されている。感光体ドラム１上に形成された静電像は、現像器のいずれかで現像され、トナー像が形成される。

本実施の形態では、感光体ドラム１が負極性に帯電するもので構成され、また、現像は反転現像方式にて行われる。

従って、使用されるトナーはすべて負極性に帯電するタイプのものである。

また、符号９は感光体ドラム１の表面に当接されるよう配設された中間転写ベルト（像担持ベルト）である。中間転写ベルト９は、複数のローラ（支持部材）１０、１１、５０、１２、１３、１４に支持される。中間転写ベルト９は、矢印Ｂの方向へ回動するようになっている。

本実施の形態では、ローラ１０、１１は一次転写位置の近傍に配置され中間転写ベルト９の平坦な一次転写面の形成に用いられ、中間転写ベルト９の回転に従動して回動する金属製の従動ローラである。ローラ５０はローラ１１の下流に設けられた金属製の従動ローラである。ローラ１２は中間転写ベルト９の張力を３．５Ｋｇｆに保つようにしたテンションローラ（支持部材、張力付加部材）である。テンションローラ１２はテンションアーム５１ａ、５１ｂを介して、バネ５２ａ、５２ｂにより、中間転写ベルト９の内周面９２を略１．０Ｋｇｆで押し、一定の張力を付与している。このとき、テンションローラ１２は電気的に接地されている。

ここで、テンションアーム５１ａ、５１ｂ及び、バネ５２ａ、５２ｂによりテンションローラ１２を図１中矢印Ｃ１およびＣ２方位に移動させる移動手段が形成される。

ローラ１４は中間転写ベルト９を駆動させるための駆動ローラである。ローラ１３はトナーと同極性バイアス（−１Ｋｖ〜−３Ｋｖ）が二次転写電源ＨＶ２から印加されて、中間転写ベルト９上のトナー像を転写材２０に２次転写する二次転写内ローラである。また、１６も二次転写するために電気的に接地された二次転写外ローラである。本実施の形態では、図１に示すように、張架ローラ１０、１１、５０、１２、１４は電気的に接地されている。

そして、本実施の形態では、中間転写ベルト９として、各種の材料が使用可能である。例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、塩化ビニル等の樹脂または各種ゴム等である。これらの材料に帯電防止剤としてカーボンブラックを適当量含有させ、その体積抵抗率を１Ｅ＋８〜１Ｅ＋１３［Ω・ｃｍ］、厚みを０．０７〜０．５［ｍｍ］としたものを用いている。

更に、中間転写ベルト９の感光体ドラム１に対向する一次転写位置において、中間転写ベルト９の裏面側には、一次転写ローラ１５が配設されている。

この一次転写ローラ１５に、トナーの帯電極性と逆極性の正極性の一次転写バイアス（＋５００ｖ〜１Ｋｖ）が一次転写バイアス電源ＨＶ１から印加されることで、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写ベルト９の外周面９１に一次転写されるようになっている。

符号１９は一次転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーを除去するドラムクリーナである。

更に、二次転写位置の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト９上に残留したトナーを除去するベルトクリーナ２１が設けられている。

尚、前記二次転写外ローラ１６及びベルトクリーナ２１は、中間転写ベルト９に対して接離可能に配設されている。

二次転写外ローラ１６及びベルトクリーナ２１は、複数色のカラー画像が形成される場合には、最終色前のトナー像が二次転写外ローラ１６及びベルトクリーナ２１を通過するまで中間転写ベルト９から離間するようになっている。

（図１の破線位置）
また、本実施の形態において、レジストローラ１７で一旦位置決め停止させた後所定のタイミングで２次転写位置へと転写材２０を送り込むようになっている。そして、２次転写内ローラ１３、２次転写外ローラ１６により転写材２０に未定着トナー像を形成するようになっている。

二次転写後の転写材２０を不図示の搬送部材により不図示の定着器へ搬送し、転写材２０にトナー像を溶融固着するようになっている。

符号５４は、一次転写ローラ１５の下流に設けられたローラ１１からその下流のローラ５０にかけて張架されたベルト表面を覆う電位規制板（電極部材）５４である。

電位規制板５４は、中間転写ベルト表面に対して平行に、かつ所定距離（２ｍｍ〜５ｍｍ）だけ離れて装置に固定されている。また、電位規制板５４は、電気的に接地されている。その下流には、ローラ５０からテンションローラ１２にかけて張架されたベルト表面を覆う電位規制板（電極部材）５３が設けられている。電位規制板５３の両側部５３（ａ）、５３（ｂ）は、丸孔部がローラ５０の軸端部５０ａ、５０ｂに対してベアリング５６ａ、５６ｂを介して回転可能に結合されている。また、Ｕ溝部がテンションローラの軸端部１２ａ、１２ｂに対してベアリング５７ａ、５７ｂを介して移動可能に結合されている。また、電位規制板５３は、電気的に接地されている。

中間転写ベルト９の長さは、加工によるものだけでなく、温度や湿度、耐久により変動するものである。上記構成により、電位規制板５３は、中間転写ベルト表面の移動に対して、常に平行に、かつ所定距離（２ｍｍ〜５ｍｍ）だけ離れる構成となっている。

つまり、中間転写ベルト９の表面は、テンションローラ１２の移動に伴って移動する。また、テンションローラ１２の移動に伴い、電位規制板５３も移動する。このとき、電位規制板５３は、中間転写ベルト９の表面と所定距離（２ｍｍ〜５ｍｍ）を保ちながら、移動する。これにより、テンションローラ１２が移動した場合であっても、中間転写ベルト９と電位規制版５３の位置関係は保たれ、電位規制版５３は飛び散りを抑制することができる。

このとき、電位規制板５３は回動して移動する。そして、電位規制板５３の回動の中心は、テンションローラに隣接するローラ５０の回動中心５０１と一致する。

また、電位規制板５３は薄板ＳＵＳ材などの、弾性を有する金属板で構成することが望ましい。なぜならば、前述のように、中間転写ベルト９の長さは、加工、温度、湿度、耐久等により変動するが、長さのバラツキは１本のベルトの中にも存在する。つまり、１本の中間転写ベルトの両端部でも周長が異なる可能性があるが、電位規制板５３を弾性体で構成することで、両端部でベルト周長が異なる中間転写ベルトであっても、電位規制板の捻れで、常に中間転写ベルト表面と平行を保つことができる。なお、前記ベアリング５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂには導通性のベアリングを用いているため、ローラ５０、ローラ１２と同電位（＝接地状態）となっている。

次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作像プロセスについて説明する。

まず、感光体ドラム１上に静電像の書き込みが行われる。そして、この静電像に対応した現像器によって現像される。

これは、例えば感光体ドラム１上に書き込まれた静電像がイエローの画像情報に対応したものであれば、この静電像はイエローのトナーを内包する現像器４で現像される。そして、感光体ドラム１上にはイエローのトナー像が形成される。続いて、感光体ドラム１上に形成されたトナー像は、感光体ドラム１と中間転写ベルト９とが接する一次転写位置Ｔ１で感光体ドラム１から中間転写ベルト９の表面に転写される。一方、一次転写後に感光体ドラム１上に残留したトナーはドラムクリーナ１９によって除去される。

このとき、単色画像を形成する場合には、中間転写ベルト９に一次転写されたトナー像を直ちに転写材２０に２次転写する。一方、複数色のトナー像を重ね合わせたカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム１上でのトナー像形成並びにこのトナー像の一次転写の工程が色数分だけ繰り返される。

例えば、４色のトナー像を重ね合わせたフルカラー画像を形成する場合には、感光体ドラム１上にはその一回転毎にイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が形成される。そして、これらトナー像は順次中間転写ベルト９に一次転写される。一方、中間転写ベルト９は最初に一次転写されたトナー像を担持したまま感光体ドラム１と同一周期で回動し、中間転写ベルト９上にはその一回転毎にマゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が転写される。

このようにして中間転写ベルト９に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト９の回動に伴って２次転写位置Ｔ２へと搬送される。一方、転写材２０はレジストローラ１７にて所定のタイミングで二次転写位置Ｔ２へと供給される。

トナーと同極姓の二次転写バイアスが印加された二次転写内ローラ１３に対して接地された二次転写外ローラ１６と、中間転写ベルト９が転写材２０を狭持する。

つまり、二次転写位置Ｔ２で、二次転写内ローラ１３と２次転写外ローラ１６で形成された転写電界の中を転写材２０を所定のタイミングで通過させることにより中間転写ベルト９上のトナー像を静電的に転写材２０に転写する。

一方、二次転写位置を通過した中間転写ベルト９の像担持面側は、ベルトクリーナ２１によってクリーニングされる。

第１の実施例では、前述に示した如く、一次転写ローラ１５下流に設けられたローラ１１からその下流のローラ５０にかけて張架された領域にて、中間転写ベルト９の表面は電位規制板５４に覆われる。更に、ローラ５０からテンションローラ１２にかけて張架されたベルト表面を覆う電位規制板５３を各ベルト表面に対して平行に、かつ所定距離だけ離間するように設けているため、中間転写ベルト９の電位が抑制される。

ここで、中間転写ベルト９上で発生する飛び散りのメカニズム、及び、電界規制板５３、５４の作用について述べる。

飛び散りのメカニズムは以下のように考えられる。

中間転写ベルトを用いた場合、図３が示すように、例えばトナーと逆極性の正バイアスが印加された一次転写ローラ１５と感光ドラム１で挟持された１次転写位置Ｔ１を通過した中間転写ベルト９の電位は、第１張架ローラ１１までの間で、最初上昇して減衰する。

これは図４（ａ）が示すように、一次転写位置Ｔ１を通過した直後の中間転写ベルト９が保有するマイナス電荷とポジ電荷が等量でなく余分なポジ電荷（以後余剰電荷と呼ぶ）が存在し中間転写ベルト９は見かけ上ポジに帯電している。

この余剰電荷が中間転写ベルト９で搬送され１次転写ローラ１５から遠ざかることにより、中間転写ベルト９の電位が上昇する。

これは図４（ｂ）が示すように、被帯電体をグラウンド電極から離していくと被帯電体の電位が上昇するのと同じ理由である。

つまり、離間距離が大きくなると空気層というコンデンサーの容量が小さくなるので基準電位からの電位差（被帯電体の電位）が上昇する。

これが中間転写ベルト９の電位が最初に上昇する理由である。

しかし、電位の上昇後、図３のとおり第１張架ローラ１１までの間で今度は中間転写ベルト９の電位は減衰する。

これは、中間転写ベルトが保有する前述の余剰電荷が搬送されている間に減少するからである。

例えば図５（ａ）のように余剰電荷が搬送されてきたときに搬送を停止するとその部分の中間転写ベルト９の電位は時間ともに図５（ｂ）のように減衰する。

１次転写ローラ１５表面との距離が変化しないのに中間転写ベルト９の電位が減衰するのは中間転写ベルト９が保有する前述の余剰電荷が時間と共に減少していることを意味する。

よってこれが、電位上昇後から第１張架ローラ１１までの間で中間転写ベルト９の電位が減衰する主な理由である。

このような状況下、１次転写ローラ１５と第１張架ローラ１１の距離が短い、もしくは中間転写ベルト９の搬送速度が速いと、中間転写ベルト９の電位が高い状態で接地された第１張架ローラ１１に近づくことになる。

このとき、第１張架ローラ１１との電位差が大きいと、第１張架ローラ１１近傍の電界強度が高くなり放電が発生する。そして、帯電したトナー像を拘束しているトナーと逆極性の電荷も中間転写ベルト９から過度に除電してしまい、トナーは拘束力を失い、飛び散りが発生していた。

上述が、飛び散りが発生している理由である。

そこで、電界規制版５３、５４を設けることにより、これらの電界規制版は、中間転写ベルト９の電位の基準となる。よって、中間転写ベルト９の電位が抑制される。

以上説明した飛び散り発生のメカニズム及び電界規制版５３，５４の作用に基づき、本発明における電界規制版５３、５４を用いた結果を図６、図７を用いて説明する。

なお、本実施例では、感光ドラム１の半径に４２ｍｍ、張架ローラ１１の半径に１０ｍｍ、ローラ５０の半径に１７ｍｍ電位規制板５３、５４と中間転写ベルト９との離間距離を２〜４ｍｍとして実験をおこなった。一次転写ローラ１５には外径１６ｍｍ、ＡｓｋｅｒＣ硬度（５００ｇｆ荷重）で４０±５°のものを用いた。

図７は、図６に示す位置ａ〜ｅにおける中間転写ベルト９上の電位を示す図である。電位規制板５３、５４を上記条件で配置した場合（図中破線）、電位規制板５３、５４が無い場合（図中実線）に比べ、中間転写ベルト９の電位を抑制できることが判る。

つまり、中間転写ベルト９と、ローラ１１、５０、１２との電位差が縮まり、ローラ１１、５０、１２が接触するその付近の電界強度が小さくなり、放電が抑制される。よって、帯電したトナー像を拘束しているトナーと逆極性の電荷を中間転写ベルト９から過度に除電することがなくなる。したがって、トナーの中間転写ベルト９への拘束力を失うことがないので、飛び散りが発生しなくなった。

なお、本発明では、テンションローラ１２は、矢印Ｃ１およびＣ２方位に移動するが、矢印Ｃ１方位のみ、若しくは、矢印Ｃ２方位のみに移動する画像形成装置にも適用することができる。

〔実施例２〕
図１のローラ１１、５０、１２が接地であったのに対し、図８に示す本実施例の画像形成装置の各ローラにトナーと逆極性のバイアス（＋１〜＋３ｋＶ）が電源ＨＶ３から印加される。

張架ローラ１１にバイアスが印加されると中間転写ベルト９の電位も上昇するが、電位規制板２２があるので張架ローラ１１と中間転写ベルト９の電位差はより縮まる。

中間転写ベルト９と張架ローラ１１が接触する付近の電界強度がより下げられ飛び散り防止に効果的なことが知られている。

そこで、本発明における第２の実施例では、電位規制板５３は図８、図９で示されるように、絶縁部材５５ａ、５５ｂを介して取り付けられている。

絶縁部材５５ａの一端に設けられた丸孔部はローラ５０の軸端部５０ａに対して回転可能に結合されており、かつＵ溝部がテンションローラの軸端部１２ａに対して移動可能に結合されている。

同様に、絶縁部材５５ｂの一端に設けられた丸孔部はローラ５０の軸端部５０ｂに対して回転可能に結合されており、かつＵ溝部がテンションローラの軸端部１２ｂに対して移動可能に結合されている。

電位規制板５３はこの絶縁部材５５ａ、５５ｂに結合されているため、実施例１同様、中間転写ベルト表面の移動に対して、常に平行に、かつ所定距離だけ離れる構成となっている。

また、実施例１同様に、電位規制板５３は薄板ＳＵＳ材などの、弾性を有する金属板で構成されているので、両端部でベルト周長が異なる中間転写ベルトであっても、電位規制板の捻れで、常に中間転写ベルト表面と平行を保つことができる。

なお、本実施例２においては、図８に示されるように、電位規制板５３は接地されている。

よって、実施例１同様に、中間転写ベルト９の電位を抑制できるため、中間転写ベルト９と、ローラ１１、５０、１２との電位差が縮まり、ローラ１１、５０、１２が接触するその付近の電界強度が小さくなり、放電が抑制される。従って、帯電したトナー像を拘束しているトナーと逆極性の電荷を中間転写ベルト９から過度に除電することがなくなる。このようにして、トナーの中間転写ベルト９への拘束力を失うことがないので、飛び散りが発生しなくなった。

なお、ローラ１１、５０、１２と、電界規制板５３、５４の電位の関係は、図１及び図８に示した関係に限定されない。

つまり、図１０に示すように、ローラ１１、５０、１２に電源ＨＶ３から＋１Ｋｖ〜＋３Ｋｖのバイアスが印加される。更に、電界規制板５３、５４にも、電源ＨＶ４から＋１Ｋｖ〜＋３Ｋｖのバイアスを印加することもできる。

更に、図１１に示すように、ローラ１１、５０、１２は電気的に接地する。そして、電界規制板５３、５４には、電源ＨＶ４から＋１Ｋｖ〜＋３Ｋｖのバイアスを印加することもできる。

第一の実施形態を示す断面図である。 第一の実施形態を詳細に示す側面図である。 飛び散り発生のメカニズムを説明する図である。 飛び散り発生のメカニズムを説明する別の図である。 飛び散り発生のメカニズムを説明する更に別の図である。 電位規制板の作用を説明する図である。 電位規制板の作用を説明する別の図である。 第二の実施形態を説明する図である。 第二の実施形態を詳細に説明する図である。 別の実施形態を説明する図である。 更に別の実施形態を説明する図である。

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電装置
３ 露光装置
４ 現像器（Ｙ）
５ 現像器（Ｍ）
６ 現像器（Ｃ）
７ 現像器（Ｂｋ）
８ 現像器ユニット
９ 中間転写ベルト
１０、１１、５０ ローラ
１２ テンションローラ
１３ 二次転写内ローラ
１４ 駆動ローラ
１５ 一次転写ローラ
１６ 二次転写外ローラ
１９ ドラムクリーナ
２０ 転写材（用紙）
２１ ベルトクリーナ
５３、５４ 電位規制板
５５ 絶縁部材２

Claims (2)

1. 外周面にトナー像を担持して回動する像担持ベルトと、
   電気的に接地又は電圧が印加され、前記像担持ベルトの内周面に接触しながら位置が変更されて、前記像担持ベルトに張力を付与する張力付与部材と、
   電気的に接地又は電圧が印加され、前記像担持ベルトとの間隔を保つ様に、前記張力付与部材と一体的に位置が変更される電極部材と、を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記支持部材を移動させる移動手段は、前記電極部材を移動させることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
   

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