JP2014122958A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中間転写ベルトの表面に微小な凹凸を形成するなどにより、金属プローブで測定した抵抗ρprobeと、スパッタリング電極で測定した抵抗ρsputterとの間に抵抗差を設ける。つまり、転写材に対する見かけの抵抗を高く保つ一方で、材料的な抵抗は低く抑える。また、ρprobeとρsputter間の抵抗差(ΔM)は、抵抗の環境変動(ΔE)から画像マージン(ΔI)を差し引いた量よりも大きくする。
【選択図】図11
Description
中間転写体は、所定の電気抵抗を有する導電性の樹脂組成物等で形成されており、抵抗が小さすぎると、転写電流の非画像部への漏洩が生じ、転写不良などの問題が発生する。一方、抵抗が所定の大きさを超えると、転写電流やクリーニング電流による電位メモリが生じ、ガサつきや縦スジなどの問題が発生する。このような問題への対策として、特許文献1に記載のように、中間転写体を構成する材料に導電性を付与することが考えられる。その方法として、材料中にカーボンブラック等の電子導電性を有する導電剤を添加する方法がある。しかしながら、電子導電性を付与する方式は、電子導電剤の分散条件や配合量のバラツキ等により抵抗値が変化し易く、所定の電気抵抗を得ることが難しい。また、電気抵抗の印加電圧に対する依存性も大きくなり、画像形成動作中の転写電流を安定に制御することが困難になる場合がある。
表面にトナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体と接触する一次転写部において前記像担持体上のトナー像が一次転写される回転する中間転写体と、
前記中間転写体と転写材とが接触する二次転写部で、前記中間転写体上のトナー像を転写材上に二次転写させる二次転写手段と、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部より下流側かつ前記一次転写部よりも上流側に配置され、前記中間転写体と接触する接触部で帯電する帯電手段と、
を有する画像形成装置において、
前記中間転写体は、
イオン導電性の導電剤を備え、
金属プローブを用いて測定した抵抗率とスパッタリング電極を用いて測定した抵抗率の
桁数の差をΔM、
第1の環境における抵抗率と、前記第1の環境よりも高温又は高湿である第2の環境における抵抗率の桁数の差をΔE、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部の長さをLa、
前記中間転写体の回転方向における前記接触部から前記一次転写部までの距離をLb、としたときに、
ΔM≧ΔE−Log(Lb/La)
が成立することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、
表面にトナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体と接触する一次転写部において前記像担持体上のトナー像が一次転写される回転する中間転写体と、
二次転写電圧が印加されることにより、前記中間転写体と転写材とが接触する二次転写部で、前記中間転写体上のトナー像を転写材上に二次転写させる二次転写手段と、
を有する画像形成装置において、
前記中間転写体は
イオン導電性の導電剤を有し、
金属プローブを用いて測定した抵抗率とスパッタリング電極を用いて測定した抵抗率の桁数の差をΔM、
第1の環境における抵抗率と、前記第1の環境よりも高温又は高湿である第2の環境における抵抗率の桁数の差をΔE、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部の長さをLa、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部から前記一次転写部までの距離をLc、
としたときに、
ΔM≧ΔE−Log(Lc/La)
が成立することを特徴とする。
[1.画像形成装置の全体構成]
図1は、本発明の実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す模式的断面図である。本実施例の画像形成装置100は、電子写真方式のフルカラーレーザービームプリンターである。また、本画像形成装置100は、中間転写方式を採用し、高速化のために複数個の感光体(像担持体)を列状に並べて配置したタンデム型のものである。すなわち、本画像形成装置100は、複数色成分に分解された画像情報に従って各像担持体上に形成した各色のトナー像を、中間転写体上に順次に重ね合わせて一次転写した後、転写材上に一括して二次転写することで記録画像を得る。
される。このとき、一次転写ローラ5には、正極性の一次転写電圧が、一次転写電源50により印加される。
一次転写ローラ5としては、体積抵抗率が104〜106[Ωcm]、ゴム硬度が30[°](アスカーC硬度計)の弾性ローラを用いることができる。一次転写ローラ5は、中間転写ベルト6を介して感光ドラム1に対し、総圧約9.8[N]で押圧される。また、一次転写ローラ5は、中間転写ベルト6の回転に伴い、従動して回転する。更に、一次転写ローラ5には、一次転写電源50から、0〜1.0[kV]の一次転写電圧の印加が可能となっている。通常の印字中は、500[V]が印加される。
二次転写ローラ8としては、表面セル構造を有する発泡弾性体であり、体積抵抗率が107〜109[Ωcm]、硬度が60[°]のローラを用いることができる。二次転写ロ
ーラ8は、中間転写ベルト6を介して二次転写対向ローラ62に対し、総圧約39.2[N]で押圧される。また、二次転写ローラ8は、中間転写ベルト6の回転に伴い、従動して回転する。更に、二次転写ローラ8には、二次転写電源80から、0〜4.0[kV]の二次転写電圧の印加が可能となっている。本電源は電流検知回路を備え、画像形成装置のDCコントローラ(不図示)により、所望の電流をターゲットとした定電流制御を実施することが可能である。印字中は、25[μA]をターゲットとして定電流制御が行われる。
クリーニングブラシ11としては、106〜1010[Ωcm]の導電性を有するナイロン製の繊維が密に配列されたブラシを用いることができる。前記繊維の単糸繊度は5[dtex]、長さは5[mm]、配列密度は65[F/m2]とすることができる。本実施例では、クリーニングブラシ11は固定配置され、クリーニングブラシ11の先端位置が中間転写ベルト6の表面に対して侵入量が1.0[mm]となるように設定されている。クリーニングブラシ11は、中間転写ベルト6を介して駆動ローラ61に対し当接される。本クリーニングブラシ11は、中間転写ベルト6の回転に伴って中間転写ベルト6の表面を摺擦する。また、クリーニングブラシ11には、クリーニング電源13から、0〜+2.0[kV]のクリーニング電圧の印加が可能となっている。本電源も電流検知回路を備え、画像形成装置のDCコントローラ(不図示)により、所望の電流をターゲットとした定電流制御を実施することが可能である。印字中は、35[μA]をターゲットとして定電流制御が行われる。
中間転写ベルト6は、駆動ローラ61、二次転写対向ローラ62、テンションローラ63の3軸に張架され、テンションローラ63により総圧約20[N]の張力が付与されている。厚みは40〜150[μm]程度のものを用いることができる。本実施例の中間転写ベルトは厚み65[μm]のものとしている。
中間転写ベルト6の各物性値を測定する方法について説明する。
走査型プローブ顕微鏡SPI3800(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を用いて測定される。カンチレバーはシリコーン製で、先端半径15〔nm〕以下、バネ定数15〔N/m〕、共振周波数136〔KHz〕である。測定モードには、試料を破壊することなく、ナノオーダで精度の高い像を得ることができるダイナミックフォースモードが使用される。測定周波数は、0.3〜1.0〔Hz〕である。観察視野を6〔μm〕四方とし、測定器の触針をスキャンさせ、重複しない任意の10カ所の平均値をとることで、中間転写ベルト6表面の面内平均粗さRa[nm]が求められる。
高抵抗抵抗率計Hiresta−UP(MCP−HT450)(三菱化学社製)を用いて測定される。測定用プローブとしての金属製のUR100プローブ(MCP−HTP16)が中間転写ベルト6表面に押し当てて使用され、対向板としてはレジテーブルUFL(MCP−ST03)のテフロン面(絶縁面)が使用される。印加電圧250[V]、測定時間10[s]、表面抵抗測定モードの条件で、金属プローブによる中間転写ベルト6の抵抗率ρprobe[Ω/□]が測定される。図3に本測定方法の概要を模式的に示す。
イオンスパッタ装置E−1050(日立ハイテクノロジーズ社製)を使用し、中間転写ベルト6表面に前記UR100プローブと同パターンのPt金属電極が設けられる。スパッタリング条件は放電電流が20[mA]、放電時間が40[s]である。同電極より配線を行い高抵抗計R8340A(アドバンテスト社製)に接続することで、スパッタリング電極による中間転写ベルト6の抵抗率ρsputter[Ω/□]が測定される。なお、対向板としては前記レジテーブルUFL(MCP−ST03)のテフロン面が同様に使用される。印加電圧250[V]、測定時間10[s]、表面抵抗測定モードの条件で、スパッタリング電極による中間転写ベルト6の抵抗率ρsputter[Ω/□]が測定される。図4に本測定方法の概要を模式的に示す。
中間転写ベルト6を用いた画像形成装置で発生する各画像不良について説明する。
図5は、二次転写ニップ部N2において、中間転写ベルト6上のパッチ状のトナー像Tpatchが転写材P上に転写される際の転写電流(負電流)の流れを模式的に示した図である。中間転写ベルト6の抵抗が低い場合、転写電流は抵抗が低い経路を選択的に流れる。つまり、転写電流は高抵抗のTpatch部を避けて回り込むように流れようとする。その結果、回り込み電流Iround(負電流)が生じる。一方、Tpatch内部を流れ、実際の転写性に寄与する電流Ipatch(負電流)は減少する。このような現象が転写不良を引き起こす。
τ=ε・ρ … (式1)
ε[m−3・kg−1・s4・A2]は中間転写ベルト6の誘電率、ρ[Ωcm]は中間転写ベルト6の抵抗率である。τ[s]は中間転写ベルト6の緩和時間と考えることができ、電荷−Q、Q が1/e(eは自然対数)倍にまで減衰するのに要する時間である。
ρ=k・ρprobe … (式2)
本式は、測定により得られるρprobe[Ω/□]を上式1に代入可能なρ[Ωcm]に変換するための式で、本実施例で示した各種材料の中間転写ベルト6に関して本願発明者らが検討したところ、
k=4
とするのが妥当であることが分かった。
robe_limitについて説明する。
τ≧La/Sitb … (式3)
La[mm]はN2の中間転写ベルト6回転方向における長さ、Sitb[mm/s]は中間転写ベルト6のプロセス速度である。つまり、中間転写ベルト6の緩和時間τがN2通過時間よりも長ければ、(c)の状態が生じず(又は完了せず)、(b)の状態が長く持続される。(b)の状態が持続される時間が長くなれば、Iroundの量が小さく保たれ、転写不良は生じない。
ρprobe_limit = La/(k・Sitb・ε) … (式4)
となる。
図7は、クリーニングニップ部N3で中間転写ベルト6に付与された残留電荷Qresが、一次転写ニップ部N1部(第一ステーションSaのN1a)へ移動していく様子を模式的に示した図である。中間転写ベルト6の抵抗が高い場合、残留電荷Qresは中間転写ベルト6表面に滞留したまま、N1部へ搬送される。その結果、N1部で感光ドラム1上のハーフトーントナー像Thtが一次転写される際、中間転写ベルト6上のQresによる電位ムラを拾い、Tht上に縦スジが発生する。
6の抵抗率ρsputter[Ω/□]を用いて、次のように表される。
ρ=k・ρsputter … (式5)
本式は、ρsputter[Ω/□]をρ[Ωcm]に変換するための式であり、k=4である。
τ≦Lb/Sitb … (式6)
Lb[mm]は中間転写ベルト6の移動面上におけるN3出口部からN1(N1a)入口部までの距離、Sitb[mm/s]は中間転写ベルト6のプロセス速度である。つまり、中間転写ベルト6の緩和時間τがN3からN1への移動時間よりも短ければ、移動中に(b)の状態が完了する。よって、縦スジは生じない。
ρsputter_limit = Lb/(k・Sitb・ε) … (式7)
となる。
本実施例における中間転写ベルト6の構成の詳細を、比較構成の中間転写ベルト6と比較しながら説明する。
ΔM:ρprobeとρsputterのLog値の差 (定義1)
ΔE:LL環境とHH環境間の抵抗率のLog値の差(環境変動) (定義2)
値の算出に当たっては、本実施例の画像形成装置のパラメータである、
La=0.8[mm]
Lb=47[mm]
Sitb=137[mm/s]
と共に、各構成の中間転写ベルト6に共通なパラメータである、
K=4
ε=2.7×10^−11 [m−3・kg−1・s4・A2]
を用いた。なお、Laは、染料を二次転写ローラ表面に塗り,二次転写ローラを中間転写ベルト6に当接、離間させた後に、ベルト上に付着した染料の幅を測定するという手法で求めた。
ΔI:ρprobe_limitとρsputter_limitのLog値の差(画像マージン) (定義3)
以上の説明から明らかなように、各環境において、転写不良と縦スジを両立して防止するための中間転写ベルト6の抵抗条件は、下式の通りである。
ΔM≧ΔE−ΔI … (式8)
つまり、抵抗の環境変動(ΔE)から画像マージン(ΔI)を差し引いた量よりも、ρprobeとρsputterの抵抗差(ΔM)を大きくすることが必要である。これが満たされていれば、イオン導電性の導電剤の使用量の調整により、中間転写ベルト6のρprobeをρprobe_limitより高く、ρsputterをρsputter_limitよりも低く設定することができる。
3[nm]≦Ra≦30[nm]
の範囲が適当であることを見出した。Ra<3[nm]であると、ΔMが十分な大きさとならず、転写不良と縦スジが両立して抑制されることがない。一方、Ra>30[nm]であると、二次転写部における中間転写ベルト6と転写材との密着性が損なわれ、転写効率が悪化してしまう。
ΔM≧ΔE−Log(Lb/La) … (式8)
が得られる。本式はk、εを含まず、中間転写ベルト6のパラメータΔM、ΔEと、装置構成のパラメータLa、Lbだけで成立する式となっている。
次に、本発明の実施例2について説明する。図15は、本実施例に係る画像形成装置の概略構成を模式的に示す断面図である。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施例1のものと同じである。但し、二次転写残トナーのクリーニング機構が、実施例1とは異なる。ここで特に説明しない事項については実施例1と同様であり説明は省略する。
ρsputter_limit=Lc/(k・Sitb・ε) … (式9)
Lc[mm]は中間転写ベルト6の移動面上におけるN2出口部からN1入口部までの距離であり、それ以外の記号は前述したものと同じである。
Lc=200[mm]
を用いた。
のガサつきが両立して防止される。
ΔM≧ΔE−Log(Lc/La) … (式10)
Claims (9)
- 表面にトナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体と接触する一次転写部において前記像担持体上のトナー像が一次転写される回転する中間転写体と、
前記中間転写体と転写材とが接触する二次転写部で、前記中間転写体上のトナー像を転写材上に二次転写させる二次転写手段と、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部より下流側かつ前記一次転写部よりも上流側に配置され、前記中間転写体と接触する接触部で帯電する帯電手段と、
を有する画像形成装置において、
前記中間転写体は、
イオン導電性の導電剤を備え、
金属プローブを用いて測定した抵抗率とスパッタリング電極を用いて測定した抵抗率の桁数の差をΔM、
第1の環境における抵抗率と、前記第1の環境よりも高温又は高湿である第2の環境における抵抗率の桁数の差をΔE、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部の長さをLa、
前記中間転写体の回転方向における前記接触部から前記一次転写部までの距離をLb、としたときに、
ΔM≧ΔE−Log(Lb/La)
が成立することを特徴とする画像形成装置。 - 前記帯電手段は、トナーの正規極性と逆極性の電圧が印加され、前記中間転写体上のトナーを帯電する帯電手段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。
- 表面にトナー像が形成される像担持体と、
前記像担持体と接触する一次転写部において前記像担持体上のトナー像が一次転写される回転する中間転写体と、
二次転写電圧が印加されることにより、前記中間転写体と転写材とが接触する二次転写部で、前記中間転写体上のトナー像を転写材上に二次転写させる二次転写手段と、
を有する画像形成装置において、
前記中間転写体は
イオン導電性の導電剤を有し、
金属プローブを用いて測定した抵抗率とスパッタリング電極を用いて測定した抵抗率の桁数の差をΔM、
第1の環境における抵抗率と、前記第1の環境よりも高温又は高湿である第2の環境における抵抗率の桁数の差をΔE、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部の長さをLa、
前記中間転写体の回転方向における前記二次転写部から前記一次転写部までの距離をLc、
としたときに、
ΔM≧ΔE−Log(Lc/La)
が成立することを特徴とする画像形成装置。 - 前記中間転写体の表面における面内平均粗さRaが、
3〔nm〕≦Ra≦30〔nm〕
であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 前記中間転写体は、粒子が添加されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記金属プローブを用いて測定した抵抗率は、測定用プローブとしての金属製のプローブを前記中間転写体に接触させた状態で測定した表面抵抗率[Ω/□]であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記スパッタリング電極を用いて測定した抵抗率は、前記中間転写体の表面に前記測定用プローブと同じパターンの金属電極を設けることで測定した表面抵抗率[Ω/□]であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
- 前記第1の環境は、15[℃]/10[%Rh]であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記第2の環境は、30[℃]/80[%Rh]であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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