JP2010113018A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写ベルト側の構造を複雑化したり、トナー像の飛び散りを発生したりすることなく、トナー帯電量ムラを伴うスジ状の不良画像を抑制できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】クリーニングブレード７ｂと搬送スクリュー７ｓとを備えたクリーニング装置７Ｋが内蔵されたプロセスカートリッジのクリーナ容器Ｃは、底面が中間転写ベルト５に平行に対向している。クリーナ容器Ｃを形成する樹脂材料の比誘電率εｃを２〜１０とし、中間転写ベルト５の表面抵抗率ρｓ（Ω／□）を１．０×１０^９〜５．０×１０^１３とし、底面の表面粗さＲｚ（μｍ）を１．５以下とする。そして、プロセススピード、中間転写ベルトの表面抵抗率、一次転写電圧、及び一次転写部Ｔ１からクリーナ容器Ｃまでの距離の関係を数式（ｌｎ（Ｖｔｒ）−Ｌ１／（ｖ×ｌｏｇρｓ））で規定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、カートリッジの底面に、転写部を通過した中間転写ベルトに対する対向面がある画像形成装置、詳しくは、中間転写ベルトに担持されたトナー像にスジ状の電荷ムラが形成されにくい対向面の配置に関する。

感光ドラム、帯電装置、現像装置、クリーニング装置を一体に組み立てた、現像色がそれぞれ異なるプロセスカートリッジを中間転写ベルトに沿って複数配置したフルカラー画像形成装置が実用化されている。

近年、画像形成装置全体の小型化に伴って、感光ドラムが直径３０ｍｍを割り込むまでに小型化されている。これに伴って、転写部の下流側における中間転写ベルトとプロセスカートリッジの底面との対向距離が４ｍｍを割り込むまでに接近している。

一方、画像形成装置の高速化に伴って、プロセススピード（中間転写ベルトの回転速度）は２００ｍｍを越えるようになっている。このため、一次転写部を通過する際にチャージアップした中間転写ベルトの電荷がかなり下流まで運ばれて放電現象を発生することが報告されている。

特許文献１には、転写ローラを用いたトナー像の転写部で転写ベルトが高電位にチャージアップし、転写部の下流側で転写ベルトが近接部材との間で異常放電を発生することが報告されている。そこで、転写部の下流側における搬送ベルトの内面に除電部材を設けて、搬送ベルトにチャージアップした電荷を放電させている。

特許文献２には、感光ドラムとクリーナ容器とを一体にカートリッジ化した感光ドラムカートリッジにおいて、クリーナ容器の底面と中間転写ベルトとの間で異常放電が発生することが報告されている。そこで、中間転写ベルトの内面に非接触の電位規制板を設けて、トナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加して放電を抑制している。

特許文献３には、トナー像の一次転写部の下流側で中間転写ベルトに接触する部材が接地電位に接続されていると、中間転写ベルトと部材とが異常放電を発生することが報告されている。そこで、一次転写部から部材までの距離Ｌ（ｍｍ）、中間転写ベルトの表面抵抗率、及び転写電圧を数式で最適に規定して、異常放電が起きないようにしている。

特開２００１−１９４９１８号公報 特開２００３−３４５１０６号公報 特開２００４−１１８１１４号公報

中間転写ベルトとの対向距離が４ｍｍ以下のクリーナ容器を感光ドラムの下流側に配置して一体化したプロセスカートリッジを用いて、３００ｍｍ／ｓｅｃ以上のプロセススピードで画像形成を行った。すると、図４に示すような、中間転写ベルト上のトナー帯電量ムラに起因するスジ状の不良画像が高頻度に出力されることが判明した。

そこで、このようなトナー帯電量ムラを伴う画像不良が異常放電によるものと推定して、特許文献１〜３に示すような対策を施すことが検討された。

しかし、特許文献１に示される除電部材は、特許文献３に示されるように、除電部材を通過する中間転写ベルトの電位を急変させて、担持されたトナー像を飛び散らせてしまう。また、特許文献２に示される電位規制板は、小型化された中間転写ベルトユニット内には配置するスペースが無く、電圧を印加する構成を含めて中間転写ベルトユニットの構造を複雑化する。

本発明は、中間転写ベルト側の構造を複雑化したり、トナー像の飛び散りを発生したりすることなく、トナー帯電量ムラを伴うスジ状の不良画像を抑制できる画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、感光ドラムと、前記感光ドラムにトナー像を形成する像形成手段と、前記感光ドラムに当接して回転する中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトを介して前記感光ドラムへ圧接してトナー像の転写部を形成する一次転写ローラと、前記転写部を通過した前記感光ドラムの転写残トナーを除去するクリーニング装置とを備え、前記クリーニング装置を含むカートリッジの底面が、前記転写部を通過した前記中間転写ベルトに対する対向面を有するものである。そして、前記対向面を形成する樹脂材料の比誘電率をεｃとして「２＜εｃ＜１０」の関係を満たすとともに、前記対向面と前記中間転写ベルトの対向間隔をＬ２（ｍｍ）として「２．０＜Ｌ２＜４．０」の関係を満たすとともに、前記中間転写ベルトの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、前記中間転写ベルトの表面抵抗率をρｓ（Ω／□）とし、前記一次転写ローラに印加する直流電圧をＶｔｒ（Ｖ）とし、前記転写部から前記対向面までの前記中間転写ベルトに沿った距離をＬ１（ｍｍ）として「０＜（ｌｎ（Ｖｔｒ）−Ｌ１／（ｖ×ｌｏｇρｓ））＜８．５」の関係を満たしている。

本発明の画像形成装置では、特許文献３に倣って転写部を通過した中間転写ベルトの電位変化を推定する。そして、中間転写ベルトの移動速度ｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、中間転写ベルトの表面抵抗率ρｓ（Ω／□）、転写電圧Ｖｔｒ（Ｖ）の関係を規定して、中間転写ベルトとカートリッジ底面との間に発生する電位差を異常放電が発生しない水準に制御する。

従って、中間転写ベルト側の構造を複雑化したり、トナー像の飛び散りを発生したりすることなく、トナー帯電量ムラに起因するスジ状の不良画像を抑制できる

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、転写部の下流における中間転写ベルトとカートリッジの対向間隔が４ｍｍ未満である限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、タンデム型のみならず１ドラム型のフルカラー又はモノクロ画像形成装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な構成及び制御については、図示を省略して重複する説明を省略する。また、請求項で用いた構成名に括弧を付して示した参照記号は、発明の理解を助けるための例示であって、実施形態中の該当する部材等に構成を限定する趣旨のものではない。

＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２はプロセスカートリッジの構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋを配置したタンデム型のフルカラープリンタである。

トナー像形成手段の一例である画像形成部１０Ｙでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて、中間転写ベルト５に一次転写される。画像形成部１０Ｍでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部１０Ｃ、１０Ｋでは、それぞれ感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト５のトナー像に位置を重ねて順次一次転写される。

中間転写ベルト５に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて、二次転写部Ｔ２を中間転写ベルト５に重ねて挟持搬送される記録材Ｐへ一括二次転写される。二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置９で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に外部へ排出される。

カセット１６から分離ローラ１３を用いて１枚ずつ引き出された記録材Ｐは、レジストローラ１５で待機し、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部Ｔ２へ送り出される。

ベルトクリーニング装置２０は、中間転写ベルト５にクリーニングブレードを摺擦させて、二次転写部Ｔ２を通過した中間転写ベルト５の表面に残留した転写残トナーを除去する。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、付設された現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は、ほぼ同一に構成される。以下では、画像形成部１０Ｋについて説明し、他の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃについては、説明中の符号末尾のＫを、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋに読み替えて説明されるものとする。

図２に示すように、画像形成部１０Ｋは、感光ドラム１Ｋの周囲に、帯電ローラ３Ｋ、露光装置２Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写ローラ６Ｋ、クリーニング装置７Ｋを配置している。

感光ドラム１Ｋは、アルミニウム製シリンダの外周面に、帯電極性が負極性の有機光導電体層（ＯＰＣ）を形成して構成され、３００ｍｍ／ｓｅｃ以上のプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ３Ｋは、金属性の中心軸の表面に抵抗性の弾性層を被せて形成され、感光ドラム１Ｋに圧接して従動回転する。帯電ローラ３Ｋは、電源Ｄ３から交流電圧を重畳した直流電圧を印加されることにより、感光ドラム１Ｋの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。

露光装置２Ｋは、イエローの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１Ｋの表面に画像の静電像を書き込む。

現像装置４Ｋは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、固定磁極４３の周囲で感光ドラム１Ｋとカウンタ方向に回転する現像スリーブ４２に穂立ち状態で担持して、感光ドラム１Ｋを摺擦させる。電源Ｄ４が負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４２に印加することにより、現像スリーブ４２よりも相対的に正極性となった感光ドラム１Ｋの露光部分へトナーが移動して、静電像が反転現像される。

トナー補給容器８Ｋは、の補給用イエロートナーが収納され、現像によって現像容器４１から取り出されたイエロートナーを現像装置４Ｋに補給する。

一次転写ローラ６Ｋは、金属製の中心軸の外周を導電性発泡ゴムの弾性層で覆って外径１６ｍｍに構成され、抵抗値が５×１０^７Ωに調整されている。一次転写ローラ６Ｋは、不図示の加圧バネによって鉛直方向上方へ加圧されて、感光ドラム１Ｋと中間転写ベルト５との間に一次転写部Ｔ１を形成する。

電源Ｄ１は、一次転写ローラ６Ｋに正極性の直流電圧を印加して、負極性に帯電して感光ドラム１Ｋに担持されたトナー像を、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト５へ一次転写させる。

クリーニング装置７Ｋは、クリーニングブレード７ｂを感光ドラム１Ｋに摺擦して、一次転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１Ｋの表面に付着した転写残トナーを除去する。除去された転写残トナーは、搬送スクリュー７ｓによって感光ドラム１Ｋに沿って背面側へ向かって搬送された後に、不図示の廃トナー容器に集めて回収される。

二次転写ローラ２４は、不図示の加圧バネによって鉛直方向上方へ加圧されて、対向ローラ２３側へ中間転写ベルト５を挟み込むように圧接して二次転写部Ｔ２を形成する。電源Ｄ２は、二次転写ローラ２４に正極性の直流電圧を印加して、負極性に帯電して中間転写ベルト５に担持されたトナー像を、二次転写部Ｔ２を通過する記録材Ｐへ二次転写させる。

＜感光ドラム＞
感光ドラム１Ｋは、帯電極性が負極性の有機感光体であって、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に次の第１層〜第５層を下から順に形成してある。第１層は、下引き層であり、ドラム基体上の欠陥等を均すために設けられた層で、厚さ２０μｍの導電層からなる。第２層は、正電荷注入防止層であり、ドラム基体から注入された正電荷が感光ドラム１Ｋ表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たす。

第２層は、アラミン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１×１０^６Ω・ｃｍ程度に抵抗調整した厚さ１μｍの中抵抗層からなる。第３層は、電荷発生層であり、ジアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。

第４層は、電荷輸送層であり、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。従って、感光ドラム１Ｋ表面に帯電された負電荷は、この層を移動することができず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光ドラム１Ｋ表面に輸送できる。

第５層は、電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーにＳｎＯ_２超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の絶縁フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）し、この樹脂に対して粒径０．０３μｍのＳｎＯ_２粒子を７０重量パーセント分散した材料の塗工層である。このように調合した液体をディッピング法、スプレー塗工法、ロール塗工法、ビーム塗工法等の適当な塗工法で厚さ約３μｍに塗工して、電荷注入層を形成してある。

感光ドラム１Ｋは、有機感光体としては、抵抗値が１×１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの表面層を持つものが好ましい。これにより、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、および消費電力の低減に効果があり、帯電性についても向上させることが可能となる。また、感光ドラム１Ｋは、アモルファスシリコン感光体等で代替してもよい。

＜中間転写ベルト＞
中間転写ベルト５は、図１に示す駆動ローラ２１とテンションローラ２２と対向ローラとに掛け渡して支持され、駆動ローラ２１の図中時計回りの回転駆動によって、感光ドラム１Ｙに当接して矢印Ｒ２方向に回転する。駆動ローラ２１は、金属芯金上に抵抗値が１×１０^３〜１×１０^５Ωの導電ゴム層が形成されており、芯金は接地されている。

中間転写ベルト５は、一次転写ローラ６Ｋによって感光ドラム１Ｋ表面に押圧されており、これにより、感光ドラム１Ｋと中間転写体５との間には、一次転写部Ｔ１が形成されている。

中間転写ベルト５は、厚さ８５μｍのポリイミド樹脂フィルムを基材としており、カーボンブラックを分散させて、表面抵抗率で１×１０^１２Ω／□、体積抵抗率で１×１０^９Ω・ｃｍとなるように抵抗調整している。中間転写ベルト５の周速度（プロセススピード）は、感光ドラム１Ｋの周速度とほぼ等しく設定され、３００ｍｍ／ｓｅｃである。

中間転写方式では、二次転写部の下流側に、記録材Ｐが撓むことができる十分な余裕をもって定着ニップを配置できるので、定着ニップ及び一次転写に起因して画像形成への予期せぬ影響が及ばない。

＜転写ローラ＞
一次転写ローラ６Ｋは、導電性金属からなる直径８ｍｍの円柱型の芯金部材の周囲を、抵抗値５．０×１０^６［Ω／ｃｍ］で厚さ１．０ｍｍの導電性発泡体で覆って構成される。一次転写ローラ６Ｋは、総重量３００ｇであって、芯金部材の両端部のバネよって鉛直方向上方に加圧され、総圧５ｋＰａにて中間転写ベルト５の裏面を押圧して、中間転写ベルト５の表面を感光体ドラム１Ｋに接触させる。一次転写ローラ６Ｋの位置は、感光ドラム１Ｋの中心鉛直下よりも中間転写ベルト５の回転方向の下流側へ１．５ｍｍシフトさせてある。

＜カートリッジ＞
図３は一次転写部の下流側における中間転写ベルトとプロセスカートリッジの対向状態の説明図である。

図３に示すように、プロセスカートリッジの対向面（クリーナ容器Ｃの底面）と中間転写ベルト５との距離Ｌ２は、２．５ｍｍである。クリーナ容器Ｃは、ポリカーボネート系の樹脂にて成型されている。クリーナ容器Ｃの底面の表面粗さはＲｚ＝１．５μｍに表面処理されており、エッジ部Ａは、曲率半径０．５ｍｍにてアール面加工される。

最近、各色の感光ドラムカートリッジ（プロセスカートリッジ）、クリーニングカートリッジ、補給トナーボトル等に代表されるカートリッジ化が具現化されている。また、プロセススピードを上げて生産性を高めた画像形成装置が世の中に出回ってきている。

そして、これらのカートリッジユニットを小型化するために、感光ドラム周りの部材（クリーニング部材、帯電部材、現像部材等）が小型化され、部材間の距離も縮小されている。従って、画像形成装置１００においては、中間転写ベルト５とクリーナ容器Ｃの底面との対向距離を小さくすることも、このような小型化を実現するための手段の一つである。

図２に示すように、具体的に説明すると、感光ドラム１Ｋ、現像装置４Ｋ、クリーニング装置７Ｋを含むプロセスカートリッジは、中間転写ベルト５の回転方向の長さが８０ｍｍ、高さ５０ｍｍである。そして、中間転写ベルト５の回転方向の長さが４０ｍｍのクリーナ容器Ｃの内側には、直径３０ｍｍの感光ドラム１Ｋに対向させて、長さ１０ｍｍのクリーニングブレード７ｂと直径φ＝１６ｍｍの搬送スクリュー７ｓが配置されている。従って、高さ５０ｍｍのクリーナ容器Ｃの底面を中間転写ベルト５に３ｍｍ以内にまで近付けないと、クリーニングブレード７ｂ及び搬送スクリュー７ｓの正常な機能を確保できない。そして、クリーナ容器Ｃの底面を中間転写ベルト５に近付けるほど、画像形成部１０Ｋの高さを抑制して画像形成装置（１００：図１）を小型化できる。

しかし、中間転写ベルト５とクリーナ容器Ｃの底面との距離を小さくし過ぎると、中間転写ベルト５とクリーナ容器Ｃの底面との間で異常放電が発生し易くなる。

すなわち、感光ドラム１Ｋ上のトナーを中間転写ベルト５に一次転写した後、中間転写ベルト５に余剰電荷が残って中間転写ベルト５の電位が上昇する。そして、クリーナ容器Ｃ等の中間転写ベルト５に近接した部材と中間転写ベルト５との間の電位差が大きくなると、異常放電が発生し易くなる。中間転写ベルト５とクリーナ容器Ｃとの距離が小さくなれば、異常放電がさらに発生し易くなる。異常放電が発生すると、中間転写ベルト５に転写されたトナー像の帯電量分布が乱れることがある。

また、プロセススピードが高速度化するにつれて、転写される単位面積あたりの供給電荷量が減少するため、感光ドラムのトナー像を転写させるための必要転写電流が上昇してしまう。しかし、転写電流が上昇すると中間転写ベルトの局所的な電位が更に上昇し易くなるため、異常放電が発生し易くなる。このため、中間転写ベルト５とクリーナ容器Ｃとの距離を遠ざけざるを得なくなり画像形成装置１００の大型化を招いてしまう。

＜不良画像＞
図４は不良画像の説明図、図５は不良画像部のトナー帯電量の説明図である。

上述の条件にて画像出力すると、図４に示すように、定着画像において、搬送方向に平行なスジ状の不良画像が発生した。このスジ状の不良画像は、全ての画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの転写画像でも発生しているため、以下では、ブラックの画像形成部１０Ｋに例にあげて説明する。

不良画像におけるスジ状になっている箇所は、他所に比べて画像濃度が濃くなっている。中間転写ベルト５上を停止させて二次転写後の転写残トナーを観察したところ、定着画像の濃淡と対応するようにパターンが観察され、スジ状（濃い部分）とそれ以外の部分とで二次転写ムラが発生していることが判明した。

そこで、中間転写ベルト５の転写残トナーにおいて、スジ状の部分とそれ以外の部分とでそれぞれトナーを採取して、トナー帯電量の分布測定を行った。トナー帯電量は、ホソカワミクロン（株）のＥ−ｓｐａｒｔアナライザー（商品名）を用い、採取したトナーを窒素ガスで吹き飛ばして、測定装置の測定部（測定セル）内に、サンプリング孔から導入した。そして、トナーを３０００個カウントするまで測定して、トナー帯電量の分布をグラフ出力させた。

図５に示すように、トナー帯電量の分布を測定した結果、スジ状になっている部分のトナーは、それ以外の部分のトナーに比べて、トナー帯電量が大きい傾向にあることが判明した。

また、画像形成部１０Ｋ側から中間転写ベルト５上の放電光観察を行った結果、中間転写ベルト５に転写されたトナー像がクリーナ容器Ｃの上を通過するときに火花放電が発生していることが観察された。

＜実施例１＞
図６は転写電流と転写効率の関係の説明図である。

そこで、クリーナ容器Ｃと中間転写ベルト５とが対向する間隔Ｌ２（ｍｍ）と一次転写部Ｔ１からクリーナ容器Ｃまでの距離Ｌ１（ｍｍ）とを変化させて、スジ状の画像不良が発生する条件を調べた。まず、下面の表面粗さＲｚ＝１．０μｍとして、ポリカーボネート材料を用いて形成したクリーナ容器Ｃについて調べた。ここで、中間転写ベルト５の表面抵抗率ρｓは５×１０^９（Ω／□）、移動速度ｖは３００（ｍｍ／ｓｅｃ）、エッジ部Ａの曲率半径０．５ｍｍである。また、一次転写ローラ６Ｋの抵抗値は、１×１０^７Ωであり、印加される一次転写電圧Ｖｔｒは２５００（Ｖ）である。

表１に示すように、ポリカーボネート製の場合、間隔Ｌ２が狭くて距離Ｌ１が短いほどスジ状の画像不良が発生し易い。

次に、金属材料を用いて同一形状、同一表面粗さに形成して接地電位に接続したクリーナ容器Ｃについて、同様な条件で、スジ状の画像不良が発生する条件を調べた。

表２に示すように、金属材料製の場合、ポリカーボネート製よりもスジ状の画像不良が発生し易い。

次に、各種の材料を用いて同様にクリーナ容器Ｃを形成し、間隔Ｌ２を２（ｍｍ）、距離Ｌ１を１８ｍｍに固定して、距離Ｌ１におけるクリーナ容器Ｃの表面電位を測定した。表面電位の測定は、ＴＲＥＫ社の高圧高速表面電位計 Ｍｏｄｅｌ ３４１Ｂを用いて行い、測定に際しては、プローブ先端と中間転写ベルトとの距離が２ｍｍになるように配置した。そして、同様な条件で、スジ状の画像不良が発生するか否かを調べた。

表３に示すように、比誘電率εｃが２．０を越える材料の場合、スジ状の不良画像が発生しなかった。これは、クリーナ容器Ｃがプラス側の高い電位を持つため、チャージアップした中間転写ベルトとの電位差が小さくなるように電位上昇して放電発生を抑制する効果が認められるからと考えられる。

しかし、比誘電率εｃが２．０を越えるポリカーボネート材料であっても、１０点平均の表面粗さＲｚが２．０μｍだと、クリーナ容器Ｃがマイナス側の電位を持つ測定結果となり、スジ状の不良画像も発生していた。

一方、導電性材料の場合、接地電位に接続していると誘電材料の場合に比べて中間転写ベルト５とクリーナ容器Ｃとの電位差が大きくなる。また、接地電位への接続の有無にかかわらず、スジ状の不良画像が多発する結果となった。

表３の条件で言えば、クリーナ容器Ｃの材料が誘電体の場合、間隔Ｌ２＞３．０ｍｍであればスジ状の不良画像が発生しないが、間隔Ｌ２＜３．０ｍｍでは、間隔Ｌ２が狭いほどスジ状の不良画像が高頻度に発生することが判明した。

これに対して、クリーナ容器Ｃの材料が導電性材料の場合、接地の有無に関わらず、間隔Ｌ２＜５．０ｍｍでは、スジ状の不良画像が高頻度に発生し、スジ状の不良画像を発生させないためには、間隔Ｌ２＞１０．０ｍｍにする必要があることが判明した。このため、クリーナ容器Ｃの材料が導電性材料の場合、画像形成装置１００の大型化を招いてしまう。

この現象は、通常のコンデンサーモデルで説明できる。クリーナ容器Ｃに誘電体材料を用いた場合、中間転写ベルト５と電極との間には、誘電体と空気層の二つの誘電層があることと等価である。これに対して、クリーナ容器Ｃに導電性材料を用いた場合、空気層のみが誘電層となる。このため、誘電体材料を用いた場合は、導電性材料を用いた場合に比べて、クリーナ容器Ｃと中間転写ベルト５との間の電位差が小さくなって異常放電が発生しにくい。

次に、間隔Ｌ２を２．０ｍｍ、距離Ｌ１を１８ｍｍに固定して、ポリカーボネート製のクリーナ容器Ｃの下面の表面粗さＲｚを１．０〜２．０μｍの範囲で異ならせ、その他は同様な条件に保ってスジ状の不良画像の発生状況を調べた。表面粗さＲｚの測定は、株式会社小坂研究所製の表面粗さ測定器ＳＥ−３４００を用いて行った。

表４に示すように、表面粗さＲｚが１．５μｍ以下の場合は、間隔Ｌ２を２．０ｍｍまで近付けてもスジ状の不良画像の発生を回避して良好な画像を得ることができた。これは表面粗さＲｚが大きいほど、凸部に電界集中して放電が発生し易いからである。従って、良好な画像を得るためには、クリーナ容器Ｃの底面の表面粗さＲｚを１．５μｍ未満とすることが好ましい。

次に、プロセススピード（中間転写ベルト５の移動速度ｖ）を３００、４５０、６００（ｍｍ／ｓｅｃ）の三段階に変化させて、図６に示すように、転写電流に対する転写効率の関係を調べた。ここで、転写効率とは、再転写されることなく感光ドラム１上に現像したトナー量が中間転ベルト５へ転写された比率である。再転写とは、一次転写部の下流で受ける放電によって極性反転したトナーが、下流の画像形成部の感光ドラムに逆転写する現象である。そして、再転写率とは、中間転写ベルトへ転写されたトナー量のうちで、下流の画像形成部の感光体ドラム再転写されて回収されるトナー量が占める比率である。

図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、プロセススピードが３００、４５０、６００（ｍｍ／ｓｅｃ）と上がるにつれて、転写効率を高く保つために必要な転写電流が大きくなる。

次に、一次転写ローラ６Ｋに印加する一次転写電圧Ｖｔｒ（Ｖ）の実使用領域範囲をカバーしうるように、一次転写電圧Ｖｔｒ（Ｖ）を２５００、５０００、７０００Ｖに変化させて、スジ状の不良画像の発生状況を調べた。同時に、プロセススピードｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、距離Ｌ１、及び中間転写ベルト５の表面抵抗率ρｓ（Ω／□）を異ならせて、スジ状の不良画像の発生状況を調べた。ここでは、表面粗さＲｚを１．５μｍに仕上げたポリカーボネート製のクリーナ容器Ｃを用いており、間隔Ｌ２は２ｍｍに固定して実験している。

特許文献３（特開２００４−１１８１１４号公報）に示されるように、比誘電率４．１の誘電体である中間転写ベルト５の電位は、指数関数的に減衰する。

図３に示すように、中間転写ベルト５の裏面電位は、ブラックの画像形成部１０Ｋにおいて、一次転写ローラ６Ｋに印加された一次転写バイアスＶｔｒと同電位になる。そして、一次転写部Ｔ１を通過してクリーナ容器Ｃに至るまでの時間ｔは、距離Ｌ１（ｍｍ）と、プロセススピードｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とを用いて、ｔ＝Ｌ１／ｖ（ｓｅｃ）で表せる。そして、一次転写部Ｔ１を通過してクリーナ容器Ｃに至るまでに中間転写ベルト５の電位が減衰する際の特性時間は、中間転写ベルト５の表面抵抗率ρ（Ω／□）にほぼ比例するものとみなせる。

このとき、クリーナ容器Ｃに至るまでの電位減衰を表す指標として、Ｖｔｒ×ｅｘｐ−Ｌ／（ｖ×ｌｏｇρｓ）なる指標を導入し、この自然対数、すなわちｌｎ（Ｖｔｒ）−Ｌ／（ｖ×ｌｏｇρｓ）を、減衰度と定義する。

このように定義された減衰度をそれぞれの条件について計算して表５に併せて記載した。

表５に示すように、プロセススピードｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）が高く、一次転写電圧Ｖｔｒ（Ｖ）が高く、距離Ｌ１（ｍｍ）が短く、中間転写ベルト５の表面抵抗率ρｓ（Ω／□）が高いほど、スジ状の不良画像が発生し易くなる。しかし、減衰度が以下の範囲であればスジ状の不良画像が発生していない。
０＜（ｌｎ（Ｖｔｒ）−Ｌ１／（ｖ×ｌｏｇρｓ））＜８．５

表５に明らかなように、減衰度は、距離Ｌ１が短く、プロセススピードｖが速く、中間転写ベルトの表面抵抗率ρｓが高いほど高くなって、その結果、スジ状の不良画像が発生し易くなる。しかし、減衰度が８．５以下になるような条件下では、スジ状の不良画像が発生しなかった。

このことは、クリーナ容器Ｃの材料の比誘電率εｃが「２＜εｃ＜１０」であって、距離Ｌ２が「２．０＜Ｌ２＜４．０」の場合について、同様に確認された。

例えば、プロセススピードｖが３００ｍｍ／ｓｅｃ以上の場合、これら３つの関係式の全てを満たすことで、スジ状の不良画像を回避した良好な画像を得ることができる。
２＜εｃ＜１０ ・・（１）
２．０＜Ｌ２＜４．０ ・・（２）
０＜（ｌｎ（Ｖｔｒ）−Ｌ１／（ｖ×ｌｏｇρｓ））＜８．５ ・・（３）

ここで、中間転写ベルト５の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、中間転写ベルト５の表面抵抗率をρｓ（Ω／□）とし、一次転写ローラ６Ｋに印加する直流電圧をＶｔｒ（Ｖ）としている。また、クリーナ容器Ｃを形成する樹脂材料の比誘電率をεｃとし、一次転写部Ｔ１からクリーナ容器Ｃまでの中間転写ベルト５に沿った距離をＬ１（ｍｍ）とし、クリーナ容器Ｃと中間転写ベルト５の対向間隔をＬ２（ｍｍ）としている。

また、実施例１の実験で好結果が得られた条件では、クリーナ容器Ｃがフッ素樹脂であるテフロン（登録商標）系、アクリル系、エチレン系、ポリカーボネート系の樹脂材料で形成され、以下の２つの関係を満たしている。
１．０×１０^９＜ρｓ＜５．０×１０^１３ ・・（４）
０．１＜Ｒｚ＜１．５ ・・（５）

従って、これらの関係が成立していれば、中間転写ベルト５上のトナー像のスジ状の帯電ムラが解消されて、定着画像におけるスジ状の画像不良が発生しないことが判明した。これにより、画像形成装置１００の小型化と高生産性とを両立させる構成が得られた。

＜実施例２＞
図７はクリーナ容器のエッジ部の曲率半径の説明図、図８はクリーナ容器の別の形態の説明図である。

図７に示すように、クリーナ容器Ｃの下面のエッジ部の曲率半径とスジ状の不良画像の発生との関係を調べた。エッジ部の曲率半径を０．１〜０．５の範囲で変化させる以外は実施例１の表１の場合と同様、すなわち、表５の上から２行目の条件に設定して実験した。

表６に示すように、クリーナ容器Ｃの中間転写ベルト５に対する対向面に形成された中間転写ベルト５の回転方向に対して直角な稜線の曲率半径をｒ（ｍｍ）とする。

このとき曲率半径ｒが０．２ｍｍ以下になると、スジ状の不良画像が発生し始め、さらに曲率を小さくしていくに従い不良画像の発生頻度が高まった。このことは、クリーナ容器Ｃの稜線の曲率半径ｒを小さくすることで、電束密度が大きくなり易くなり、電位上昇した中間転写ベルト５との間で放電し易くなるためと考えられる。

なお、クリーナ容器Ｃの中間転写ベルト５の搬送方向に沿って上流側にあるエッジ部の形状が、図８の（ａ）、（ｂ）に示すような形状の場合も、同様な実験結果が得られた。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 プロセスカートリッジの構成の説明図である。 一次転写部の下流側における中間転写ベルトとプロセスカートリッジの対向状態の説明図である。 不良画像の説明図である。 不良画像部のトナー帯電量の説明図である。 転写電流と転写効率の関係の説明図である。 クリーナ容器のエッジ部の曲率半径の説明図である。 クリーナ容器の別の形態の説明図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体（感光ドラム）
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 露光装置
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 帯電ローラ
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像装置
５ ベルト部材（中間転写ベルト）
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ 転写部材（一次転写ローラ）
７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ、７Ｋ クリーニング装置
１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ 画像形成部
２１ 駆動ローラ
２２ テンションローラ
２３ 対向ローラ
２４ 二次転写ローラ
Ｃ クリーナ容器
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４ 電源
Ｐ 記録材
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 感光ドラムと、前記感光ドラムにトナー像を形成する像形成手段と、前記感光ドラムに当接して回転する中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトを介して前記感光ドラムへ圧接してトナー像の転写部を形成する一次転写ローラと、前記転写部を通過した前記感光ドラムの転写残トナーを除去するクリーニング装置とを備え、前記クリーニング装置を含むカートリッジの底面が、前記転写部を通過した前記中間転写ベルトに対する対向面を有する画像形成装置において、
   前記対向面を形成する樹脂材料の比誘電率をεｃとして、２＜εｃ＜１０ の関係を満たすとともに、
   前記対向面と前記中間転写ベルトの対向間隔をＬ２（ｍｍ）として、２．０＜Ｌ２＜４．０ の関係を満たすとともに、
   前記中間転写ベルトの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とし、前記中間転写ベルトの表面抵抗率をρｓ（Ω／□）とし、前記一次転写ローラに印加する直流電圧をＶｔｒ（Ｖ）とし、前記転写部から前記対向面までの前記中間転写ベルトに沿った距離をＬ１（ｍｍ）として、
   ０＜（ｌｎ（Ｖｔｒ）−Ｌ１／（ｖ×ｌｏｇρｓ））＜８．５ の関係を満たしていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記対向面の表面粗さをＲｚ（μｍ）として、
   ０．１＜Ｒｚ＜１．５ の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. １．０×１０^９＜ρｓ＜５．０×１０^１３ の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記対向面に形成された前記中間転写ベルトの回転方向に対して直角な稜線の曲率半径をｒ（ｍｍ）として、
   ０．２＜ｒ＜１．０ の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の画像形成装置。
5. 前記樹脂材料は、フッ素樹脂系、アクリル系、エチレン系、又はポリカーボネート系の絶縁性の樹脂材料であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の画像形成装置。

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