JP2014122958A - 画像形成装置 - Google Patents

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Akimichi Suzuki
彰道 鈴木
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Abstract

【課題】中間転写体がイオン導電性を有する導電材を備える場合において、画像不良のさらなる抑制を図ることができる画像形成装置を提供する。
【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

本発明は、転写材に記録画像を形成する画像形成装置に関する。
従来、例えば、複写機やレーザービームプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置として、中間転写体を使用する方式の画像形成装置が知られている。中間転写方式の画像形成装置は、一次転写工程と二次転写工程により、転写材上にカラー画像などを形成するものである。すなわち、像担持体に形成されたトナー像を中間転写体に一次転写させ、その後このトナー像を転写材に二次転写させ、転写材上に画像を形成する。
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。
特開2004−117509号公報
これに対し、中間転写体を構成する材料中にイオン導電性を有する導電剤を添加する方法がある。本方法を用いることで、上記問題は解決することが可能である。しかしながら、中間転写体は環境変化による抵抗値の変動が大きく、転写不良、ガサつき、縦スジなどの問題を、環境を問わず、両立して抑制することが難しい。
本発明の目的は、中間転写体がイオン導電性を有する導電材を備える場合において、画像不良のさらなる抑制を図ることができる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、
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。
本発明によれば、中間転写体がイオン導電性を有する導電材を備える場合において、画像不良のさらなる抑制を図ることができる。
本発明の実施例1に係る画像形成装置の概略断面構成図 本発明の実施例1における中間転写ベルトの構成を示す図 金属プローブによる中間転写ベルトの抵抗率の測定方法を示す図 スパッタリング電極による中間転写ベルトの抵抗率の測定方法を示す図 パッチ状画像の転写不良が発生する様子を示す図 回り込み電流が変化する様子を示すモデル図 ハーフトーン画像の縦スジが発生する様子を示す図 残留電荷が減衰する様子を示すモデル図 中間転写ベルトの抵抗率と粗さの値を示す表 転写不良と縦スジが発生する抵抗率の値を示す表 本発明の実施例1における中間転写ベルトの抵抗率に関する図 比較構成Aの中間転写ベルトの抵抗率に関する図 比較構成Bの中間転写ベルトの抵抗率に関する図 比較構成Cの中間転写ベルトの抵抗率に関する図 本発明の実施例2に係る画像形成装置の概略断面構成図 転写不良とガサつきが発生する抵抗率の値を示す表 本発明の実施例2における中間転写ベルトの抵抗率に関する図 本発明における中間転写ベルトの他の構成を示す図
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。すなわち、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。
(実施例1)
[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。
画像形成装置100は、複数の画像形成部として、第1、第2、第3、第4のステーションSa、Sb、Sc、Sdを有する。本実施例では、第1〜第4のステーションSa〜Sdは、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー像を形成するためのものである。各ステーションSa〜Sdの構成及び動作については共通する部分が多い。従って、以下、区別を要しない場合には、いずれかの色用に設けられた要素であることを示すための添え字a、b、c、dは省略して説明する。
画像形成装置100は、ステーションS内に、像担持体としての感光ドラム1を有する。感光ドラム1は、駆動手段(不図示)によって図示矢印R1方向(反時計回り)に回転駆動される。感光ドラム1の表面は、帯電ローラ2により一様に帯電される。次いで、露光装置3より画像情報に従ったレーザ光Lが感光ドラム1に照射され、静電潜像が形成される。更に感光ドラム1の表面が図示矢印R1方向に進むと、現像装置4により画像情報に従って感光ドラム1上に形成された潜像がトナー像として可視化される。現像装置4は、反転現像方式にて、感光ドラム1上の潜像を現像する。すなわち、現像装置4は一様帯電された感光ドラム1上の画像部(露光部)に、感光ドラム1の帯電極性(本実施例では負極性)と同極性に帯電したトナー(負極性)を付着させて現像を行う。本実施例においては、トナーの正規極性は負極性である。
図示矢印R1で示す感光ドラム1の表面の移動方向(感光ドラム1の回転方向)において、現像位置より下流側には、中間転写体としての中間転写ベルト6が配置されている。中間転写ベルト6は、中間転写ユニット60において、駆動ローラ61、二次転写対向ローラ62及びテンションローラ63の3個のローラに張架された、円筒且つ無端ベルト状のフィルムである。中間転写ベルト6は、駆動ローラ61が図示矢印R2方向(時計回り)に回転駆動されることによって、感光ドラム1の表面の移動速度と略同じ速度で、図示矢印R3方向(時計回り)に移動(回転)する。
中間転写ベルト6を挟んで感光ドラム1と対向する位置には、一次転写ローラ5(一次転写手段)が配置されている。一次転写ローラ5は、中間転写ベルト6を感光ドラム1に向けて押圧し、感光ドラム1と中間転写ベルト6とが接触する一次転写ニップ部N1を形成している。感光ドラム1及び中間転写ベルト6の回転に伴い、感光ドラム1上に形成されたトナー像は、一次転写ローラ5の作用により、中間転写ベルト6の外周面に一次転写
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。
一次転写工程において中間転写ベルト6に転写されずに感光ドラム1上に残留した転写残トナーは、感光ドラムクリーナー7によりクリーニングされる。感光ドラムクリーナー7は、感光ドラム1の表面に当接する板状の弾性体であるクリーニングブレード71を有する。また、感光ドラムクリーナー7は、クリーニングブレード71により感光ドラム1の表面から除去されたトナーを回収するトナー容器72を有する。
以上のような帯電、露光、現像、一次転写工程を、中間転写ベルト6表面の移動方向上流側から順番に、第1〜第4のステーションSa〜Sdで、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色について行う。これにより、中間転写ベルト6上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナー像が重なったフルカラー画像が形成される。
中間転写ベルト6を挟んで二次転写対向ローラ62と対向する位置には、二次転写ローラ8(二次転写手段)が配置される。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に押圧され、中間転写ベルト6と二次転写ローラ8とが接触する二次転写ニップ部N2を形成する。中間転写ベルト6上のトナー像は、二次転写ローラ8の作用により、転写材P上に二次転写される。すなわち、転写材供給部20において、カセット21に収容されている転写材Pは、供給ローラ22により送り出された後、レジストローラ23により中間転写ベルト6と二次転写ローラ8が当接する二次転写ニップ部N2に所定のタイミングで供給される。それと略同時に、二次転写ローラ8には、正極性の二次転写電圧が、二次転写電源80により印加される。二次転写ニップ部N2で挟持搬送され中間転写ベルト6からトナー像が転写された転写材Pは、その後定着装置9に搬送される。転写材Pは、定着装置9においてトナー像が加熱・加圧されることによりトナー像が定着される。
中間転写ベルト6を挟んで駆動ローラ61と対向する位置には、クリーニングブラシ11(トナー帯電手段)が配置される。クリーニングユニット10において、クリーニングブラシ11は中間転写ベルト6と接触し、接触部としてのクリーニングニップ部N3を形成する。二次転写工程において転写材Pに転写されずに中間転写ベルト6上に残留した転写残トナーは、クリーニングブラシ11による気中放電によって正電荷が付与され、クリーニング部を通過する。クリーニングブラシ11には、クリーニング電源13により正極性(トナーの正規極性とは逆極性)のクリーニング電圧が印加される。そして、正電荷が付与された転写残トナーは、後続ページの一次転写工程と同時、あるいはページ間(紙間)や画像形成完了後(後回転)のタイミングで、一次転写ニップ部N1aで感光ドラム1aに逆転写される。又、中間転写ベルト6から逆転写されて感光ドラム1aに付着した転写残トナーは、クリーナ7aによって感光ドラム1a上から除去され、回収される。
[2.一次転写ローラ]
一次転写ローラ5としては、体積抵抗率が10〜10[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。
[3.二次転写ローラ]
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10〜10[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。
[4.クリーニングブラシ]
クリーニングブラシ11としては、10〜1010[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/m]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。
[5.中間転写ベルト]
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としては、イオン導電性の導電剤を含み、且つ、ベルト表面形状を制御するための微粒子が添加された材料で構成される中間転写ベルト6を用いることができる。
ベース樹脂材料としては、例えば、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン−1、ポリスチレン、ポリアミド、ポリサルフォン、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルニトリル、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、サーモトロピック液晶ポリマー、ポリアミド酸などの熱可塑性樹脂が挙げられる。これらは混合して2種以上使用することもできる。
イオン導電性の導電剤としては、多価金属塩や第4級アンモニウム塩などが挙げられる。第4級アンモニウム塩には、カチオン部として、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、テトライソプロピルアンモニウムイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオンなどが挙げられ、アニオン部としては、ハロゲンイオンやフルオロアルキル基の炭素数が1〜10個のフルオロアルキル硫酸イオンやフルオロアルキル亜硫酸イオン、フルオロアルキルホウ酸イオンが挙げられる。また、主としてポリエーテルエステルアミド樹脂を用い、これにパーフルオロブタンスルホン酸カリウムなどを併用して添加した構成とすることもできる。
微粒子としては、無機系粒子としては、ガラス球、クリオライト、酸化亜鉛、酸化チタン、炭酸カルシウム、クレー類、タルク、シリカ、ウォラストナイト、ゼオライト、フッ化炭素、珪藻土、けい砂、軽石粉、スレート粉、アルミナ、アルミナホワイト、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、二硫化モリブデンなどが、また、有機系粒子としては、メラミン樹脂粒子、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂粒子、三フッ化塩化エチレン樹脂粒子、四フッ化エチレン六フッ化プロピレン樹脂粒子、フッ化ビニル樹脂粒子、フッ化ビニリデン樹脂粒子、二フッ化二塩化エチレン樹脂粒子及びそれらの共重合体、シリコーン樹脂粉体粒子、シリコーンゴム粒子、などのシリコーン系の化合物ゴム粒子などの中から1種あるいはそれ以上を適宜選択することができる。微粒子の大きさとしては、平均粒径5[nm]〜300[nm]であることが好ましい。
微粒子の粒径は、走査型電子顕微鏡にて粒子の電子顕微鏡写真を撮影して測定すればよい。具体的には、微粒子同士が重なり合っていないものを無作為に50個選び、その短径および長径を測定し、(短径+長径)/2を計算し、相加平均して得られる値を粒径とすることができる。
上記した各材料成分を熔融混煉し、次いで、インフレーション成形、円筒押出し成形、インジェクションストレッチブロー成形などの成形方法を適宜選択して、樹脂組成物としての中間転写ベルト6を得ることができる。
このようにして得られた中間転写ベルト6の構成を図2に模式的に示す。図2(a)は、中間転写ベルト6の模式的断面図、図2(b)は、中間転写ベルト6の模式的正面図である。図に示すように、添加された微粒子が材料内に配置されることで、中間転写ベルト6の表面には微小な凹凸が形成される。微粒子は、一次粒子の状態で分散されていたり、凝集によって二次粒子、三次粒子の状態で分散されている場合がある。また、微粒子は、ベルト表面に完全に露出した状態では存在せず、樹脂組成物としてのベルト内に埋没している。また、微粒子は、ベルト材料によって被覆された状態となる。
[6.中間転写ベルトの物性値測定]
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。
<表面粗さ>
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。
中間転写ベルト6の抵抗率(表面抵抗率)は、下記二種類の方法で測定される。
<金属プローブで測定される抵抗率>
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。
本測定は、中間転写ベルト6表面の微小な凹凸等の影響により、中間転写ベルト6と金属プローブとの接触性が完全ではない状況の下で、両者間の物理的な接触点を介して流れる電流によって、中間転写ベルト6の見かけの電気抵抗を測定するものである。本抵抗が低いと、後述のパッチ状画像の二次転写不良が発生する。
<スパッタリング電極で測定される抵抗率>
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。
スパッタリング電極は、中間転写ベルト6表面の微小な凹凸を覆うように設けられる。すなわち、本測定は、中間転写ベルト6表面とスパッタリング電極との接触性を完全に確保した状況の下で、中間転写ベルト6の材料内を流れる電流により、真の電気抵抗を測定するものである。本抵抗が高いと、後述のハーフトーン画像の縦スジが発生する。
同じ中間転写ベルト6に対してρprobe、ρsputterを測定すると、ρsputterの値はρprobeの値に比べて小さな値となる。なお、両測定の際、中間転写ベルト6裏面にはテフロン面を配置しているため、測定電流は中間転写ベルト6の表面付近のみならず、中間転写ベルト6の厚み方向に十分に進入して流れる。従って、両測定値は、中間転写ベルト6の表面付近の抵抗率のみを測定しているのでなく、厚み方向の抵抗率をも含め、中間転写ベルト6全体の実効的な抵抗率を測定したものであると言える。
[7.画像不良]
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。
<パッチ状画像の転写不良>
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。
図6は、中間転写ベルト6が二次転写ニップ部N2内を通過中に、Iroundが変化していく様子を簡易的に示したモデル図である。本図は、二次転写ニップ部N2内における中間転写ベルト6と転写材Pの一部分(微小部分)を切り出し、電流回路として見た図である。中間転写ベルト6の上記一部分が二次転写ニップ部N2内に進入すると((a))、上記電流回路に二次転写電圧が印加される。このときIpatchとIroundが生じる。IpatchはTpatch内部を流れる電流で、中間転写ベルト6、トナー像Tpatch、転写材Pを順に通過するように流れる。本経路においてTpatchのインピーダンスは、中間転写ベルト6や転写材Pのインピーダンスよりも大きく、系全体において支配的である。
一方、IroundはTpatch外を流れる電流で、中間転写ベルト6、転写材Pを順に通過するように流れる。Ipatch、Iroundが中間転写ベルト6内を流れる際の経路の長さは、それぞれ異なる。すなわち、Ipatchが中間転写ベルト6の厚み相当分(65[μm])だけを流れるのに対し、IroundはTpatchのサイズ相当分(10[mm]程度)を流れ、Iroundの方がIpatchよりも経路長が長い。従って、Iroundの経路において中間転写ベルト6のインピーダンスは、(転写材Pのインピーダンスよりも大きく)系全体において支配的である。
ここで、Iroundが流れる経路における中間転写ベルト6のインピーダンスは、抵抗成分Rと容量成分Cの合成回路と考えることができる。中間転写ベルト6の上記一部分が二次転写ニップ部N2内に進入した当初、Iroundは抵抗成分Rと容量成分Cの両者を流れる。その後、中間転写ベルト6の上記一部分が二次転写ニップ部N2内を進行していくと((b))、容量成分Cに電荷−Q、Qが蓄積され、やがてIroundは抵抗成分Rのみを流れるようになる。このとき、Iroundの量が減少する。
なお、中間転写ベルト6と転写材Pの上記一部分は、二次転写ニップ部N2内を通過中に、互いの位置関係に僅かな「ずれ」を生じさせながら移動する。この「ずれ」は、トナー像の飛び散りやこすれ画像等の画像不良を生じさせるような大きなものではなく、微小なものである。この「ずれ」によって、中間転写ベルトと転写材との間の電気的な接触状態は随時変化していく。このとき、図6に示した電流回路に対して二次転写電圧は、断続的に印加されたり非印加となったりを繰り返す。従って、(b)の状態にある中間転写ベルト6の上記一部分が二次転写ニップ部N2内を通過している間に、二次転写電圧が非印加となるタイミングが到来する。そして、本タイミングにおいて、容量成分C内に蓄積された電荷−Q、Qが放電を開始し、緩和電流Irelが流れ始める((c))。
Irelにより電荷−Q、Qが減少するのに要する時間τは、中間転写ベルト6の抵抗率、誘電率を用い、下記の一般式で表される。
τ=ε・ρ … (式1)
ε[m−3・kg−1・s・A]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。
式1のρは、前述した金属プローブ測定による中間転写ベルト6の抵抗率ρprobe[Ω/□]を用いて次のように表される。
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。
また、上式2で使用される中間転写ベルト6の抵抗率としては、ρsputterでなくρprobeが用いられる。これは、パッチ状画像の転写不良が生じる原因となるIroundが、中間転写ベルト6と転写材Pの間の物理的な接触点を介して流れる電流であり、中間転写ベルト6と金属プローブとを組合せて測定した抵抗が本挙動を説明するのに適しているためである。
ここで、パッチ状画像の転写不良を防止するためのρprobeの下限値、つまりρp
robe_limitについて説明する。
上式1で求まるτが下式を満たすとき、中間転写ベルト6がN2を通過中に電荷−Q、Qの放電が完了しない。
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。
一方、τが式3を満たさない場合、N2通過時間内に(c)の状態が完了する。すると、中間転写ベルト6と転写材Pとの間の電気的な接触状態が回復し電流回路に再び二次転写電圧が印加されるタイミングで、再度(a)の状態が出現する。そして、(b)、(c)へと状態が変化していく。τの値が十分に小さければ、(c)の状態の後でまた(a)の状態が出現する。τの値が小さければ小さいほど、(a)→(b)→(c)→(a)→…、のサイクルが繰り返される回数が増える。このようにτが短く式3を満たさない場合、中間転写ベルト6がN2を通過中に(a)の状態が高い頻度で出現し、Iroundの量が大きく保たれる。本実施例の画像形成装置では、二次転写電源80による定電流制御が行われるため、Iroundの量が大きくなることで、相対的にIpatchの量が減少し、転写不良が生じる。
以上より、ρprobe_limitを上式1〜3を元に書き下すと、
ρprobe_limit = La/(k・Sitb・ε) … (式4)
となる。
<ハーフトーン画像の縦スジ>
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。
図8は、中間転写ベルト6がN3からN1へ移動中に、Qresが変化していく様子を簡易的に示したモデル図である。本図は、中間転写ベルト6上の一部分(微小部分)を切り出して電流回路として見た図である。中間転写ベルト6がクリーニングニップ部N3から出た直後((a))、中間転写ベルト6には電荷Qresが残留している。本電荷は、N3部でクリーニングブラシ11に印加されているクリーニング電圧によって与えられる。クリーニングブラシ11は多数の繊維で構成されるため、Qresは、中間転写ベルト6に対する各繊維の当接状態に対応した模様、つまり縦スジ状に残留している。図6の場合と同様、中間転写ベルト6は抵抗成分Rと容量成分Cの合成回路と考えることができ、QresはC部分に(−Qresと共に)蓄積される。
その後、中間転写ベルト6がN3からN1へ移動していくと((b))、C内に蓄積された電荷Qres、−Qresが放電されることによる緩和電流Irelが生じる。ここでIrelにより、電荷Qres、−Qresが減少するのに要する時間τは、中間転写ベルト6の抵抗率、誘電率を用い、前述の式1の一般式で表される。
本ケースにおいて式1のρは、前述したスパッタリング電極測定による中間転写ベルト
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。
上式5で使用される中間転写ベルト6の抵抗率としては、ρprobeでなくρsputterが用いられる。これは、次の理由による。すなわち、ハーフトーン画像の縦スジが生じる原因となるQresは、クリーニングブラシ11による気中放電に伴って与えられる。そして、同電荷が純粋に中間転写ベルト6の材料内を通って放電する挙動は、スパッタリング電極を設けて測定した材料抵抗により好適に規定され得るためである。
ここで、ハーフトーン画像の縦スジを防止するためのρsputterの上限値、つまりρsputter_limitについて説明する。
上式5で求まるτが下式を満たせば、中間転写ベルト6がN3からN1へ移動中に電荷Qresの放電が完了する。
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。
一方、τが上式6を満たさない場合、N3からN1への移動中に(b)の状態は完了しない。よって、(a)の状態が持続され、N1進入時にQresは残留したままとなる。よって、縦スジが生じる。
以上より、ρsputter_limitを、上式1、5、6を元に書き下すと、
ρsputter_limit = Lb/(k・Sitb・ε) … (式7)
となる。
[8.中間転写ベルト構成の詳細]
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。
本実施例における中間転写ベルト6として、インジェクションストレッチブロー成形方法によって得られたベルトを例にとり説明する。ベース樹脂材料としてポリエチレンナフタレート、イオン導電性の導電剤としてポリエーテルエステルアミド樹脂とパーフルオロブタンスルホン酸カリウム、微粒子としてシリカを用いている。
一方、比較構成A、B、Cの中間転写ベルト6は、微粒子を使用しないこと以外は、本実施例の構成の中間転写ベルト6と同様の材料、成形方法によって得られる。また、比較構成A、B、Cの中間転写ベルト6は、それぞれイオン導電性の導電剤の使用量が異なっており、比較構成A、B、Cの中間転写ベルト6の順に高抵抗のものとされている。
厚みは、何れの中間転写ベルトにおいても65[μm]である。
図9に、本実施例の構成及び比較構成A、B、Cの中間転写ベルト6の、HH(高温高湿)環境(30[℃]/80[%Rh])とLL(低温低湿)環境(15[℃]/10[%Rh])におけるρprobe、ρsputterと、Raの値を示す。ρprobe、ρsputterはLog値で示している。
また、図9に示されたΔM、ΔEは、下記のように定義される量である。
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)
各中間転写ベルト6はイオン導電性を有するものであり、第1の環境としてのHH環境では抵抗率が低くなり、第2の環境としてのLL環境では抵抗率が高くなる。一般に、イオン導電性を有する中間転写ベルトは、HH環境の抵抗率に対してLL環境の抵抗率が0.5桁以上高くなる傾向を示す。なお、ΔMは、LL環境、HH環境各々におけるρprobeとρsputterのLog値の差(桁数の差)を平均化したもので、ΔEは、ρprobeとρsputter各々のLL環境とHH環境におけるLog値の差(桁数の差)を平均化したものである。
図10に、ρprobe_limit、ρsputter_limitの値を示す。何れもLog値で示している。
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・s・A
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。
また、図10内に示されたΔIは、次のように定義される値である。
ΔI:ρprobe_limitとρsputter_limitのLog値の差(画像マージン) (定義3)
ここで、本実施例の構成の中間転写ベルト6と、比較構成A、B、Cの中間転写ベルト6の抵抗率を、図11〜図14に図示した。
本実施例の構成の中間転写ベルト6(図11)の抵抗率は、HH環境、すなわち、ρprobeの値が最も小さくなる環境において、ρprobeがρprobe_limitより高い値となる。また、LL環境、すなわち、ρsputterの値が最も大きくなる環境において、ρsputterがρsputter_limitよりも低い値となる。従って、各環境において、パッチ状画像の転写不良とハーフトーン画像の縦スジが両立して防止される。
一方、比較構成Aの中間転写ベルト6(図12)は、HH環境においてρprobeがρprobe_limitより高いものの、LL環境においてρsputterがρsputter_limitより高い抵抗率となっている。従って、LL環境における縦スジが発生する。
比較構成Bの中間転写ベルト6(図13)は、HH環境においてρprobeがρprobe_limitより低く、且つLL環境においてρsputterがρsputter_limitより高い抵抗率となっている。従って、HH環境における転写不良とLL環境における縦スジの両者が発生する。
比較構成Cの中間転写ベルト6(図14)は、LL環境においてρsputterがρsputter_limitより低いものの、HH環境においてρprobeがρprobe_limitより低い抵抗率となっている。従って、HH環境における転写不良が発生する。
転写不良の発生に関しては、各色100[%](ベタ)の濃度を有するマゼンタ+シアン色のパッチ状画像を、HP Multi Purpose 20 lb. LTRサイズ紙(転写材)に印字することによって確認した。また、縦スジの発生に関しては、各色25[%]ずつの濃度を有するハーフトーン画像を同じ転写材に印字することによって確認した。
[9.効果]
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。
本実施例の構成の中間転写ベルト6は、微粒子の効果により、表面にRa=10[nm]の微小な凹凸を形成することで大きなΔMが確保されており、これがΔE−ΔIに対して大きい。従って、転写不良と縦スジが両立して抑制される。
一方、比較構成A、B、Cの構成の中間転写ベルト6は、微粒子を使用しておらず、表面に微小な凹凸がなくRa=0.5[nm]であるためΔMが小さく、ΔE−ΔIに対して小さい。従って、イオン導電性の導電剤の使用量をいくら調整しても、転写不良と縦スジの何れかが発生してしまう。
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、上式8を実現するための中間転写ベルト6の粗さとしては、
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。
ここで、式4、7、及び定義3を用いて上式8を書き下し、一般化を行うと、
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。
以上説明したように、本実施例の中間転写ベルト6には、表面に微小な凹凸を形成することにより、ρprobeとρsputter間の大きな抵抗差が設けられている。つまり、各環境で、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られている。そして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されている。従って、転写不良と縦スジが両立して抑制される。
なお、本実施例では、本実施例では、環境変動を顕著に表すことができる条件として、HH環境とLL環境の具体的な条件値を、それぞれ30[℃]/80[%Rh]、15[℃]/10[%Rh]としているが、これらはあくまで一例である。HH環境、すなわち、ρprobeの値が小さくなる高温・高湿環境として典型的な条件値は、装置の仕様や使用条件等によって異なる場合があり、状況に応じて適宜設定されるものである。LL環境、すなわち、ρsputterの値が大きくなる低温・低湿環境としての典型的な条件値についても同様である。すなわち、環境変動を顕著に表すことができる数値であれば、これらの数値に限定されるものではない。
(実施例2)
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。
本実施例の画像形成装置の中間転写ベルト6は、実施例1で述べたものと同じものである。そして中間転写ベルト6を挟んで駆動ローラ61と対向する位置には、クリーナ14が配置される。二次転写工程において転写材Pに転写されずに中間転写ベルト6上に残留した転写残トナーは、クリーナ14により中間転写ベルト6上から除去され、回収される。
本実施例の画像形成装置で発生する可能性がある各画像不良について説明する。パッチ状画像の転写不良の発生条件は、実施例1の場合と同様である。一方、本実施例の画像形成装置では、実施例1で述べたハーフトーン画像の縦スジに代わり、ハーフトーン画像のガサつきが発生する可能性がある。
中間転写ベルト6の一部分(微小部分)が二次転写ニップ部N2から出た直後、中間転写ベルト6の上記一部分には電荷Qresが残留している。本電荷は、N2部で二次転写ローラ8に印加されている二次転写電圧によって与えられる。二次転写ローラ8は発泡弾性体で構成されるため、Qresは、中間転写ベルト6に対する各発泡セルの当接状態に対応した模様、つまりまだら状に残留している。これが一次転写部でガサつきを生じさせる原因となる。
本実施例の画像形成装置でハーフトーン画像のガサつきを抑制するためのρsputterの上限値、つまりρsputter_limitは次式により求められる。
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。
図16に、ρprobe_limit、ρsputter_limitの値を示す。何れもLog値で示している。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、
Lc=200[mm]
を用いた。
本実施例の構成の中間転写ベルト6の抵抗率を、図17に図示した。本実施例の構成の中間転写ベルト6は、HH環境においてρprobeがρprobe_limitより高く、LL環境においてρsputterがρsputter_limitよりも低い抵抗率となっている。従って、各環境において、パッチ状画像の転写不良とハーフトーン画像
のガサつきが両立して防止される。
本実施例における中間転写ベルト6の抵抗条件を、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、Lcだけで表すと下式となる。
ΔM≧ΔE−Log(Lc/La) … (式10)
以上説明したように、一次転写部前に中間転写ベルト6が最終的に電荷付与を受ける部位が二次転写部である画像形成装置においても、画像不良の発生を好適に抑制することができる。すなわち、環境変動(ΔE)から画像マージン(ΔI)を差し引いた値よりも、ρprobeとρsputter間に大きな抵抗差(ΔM)を中間転写ベルト6に設けることで、転写不良とガサつきが両立して抑制される。
以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の態様に限定されるものではない。
例えば、本発明の構成は、基材だけからなる単層の中間転写ベルト6以外に、複層構成を有する中間転写ベルト6についても、好適に用いることができる。つまり、前述した中間転写ベルト6を基材として、ディップコート、スプレーコート、ロールコート、スピンコート等を施すことによってコート層を設けることができる。コート層のベース材料としては、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂などの硬化性樹脂が挙げられる。本コート層に対して微粒子を添加することによっても、中間転写ベルト6表面に微小な凹凸を形成することができる。このようにして得られた中間転写ベルト6の模式図を図18に示す。図18(a)が断面模式図、図18(b)が正面模式図である。図に示すように、添加された微粒子がコート層材料内に配置されることで、中間転写ベルト6の表面には微小な凹凸が形成される。本構成によっても、ρprobeとρsputterの間の差(ΔM)を大きくすることができ、本発明の構成を好適に適用することができる。なお、本コート層としては、イオン導電性の導電剤を含むもの、含まないものの両者を使用することができる。コート層にイオン導電性の導電剤が含まれれば、必ずしも基材にイオン導電性の導電剤が含まれなくてもよい。
また、基材、コート層を問わず、電子導電性の導電剤を有する層をもった中間転写ベルト6を用いることもできる。電子導電性の導電剤としては、カーボンブラック、PAN系炭素繊維、黒鉛粉砕品などのカーボン系フィラーや、銀、ニッケル、銅、アルミニウム、ステンレス、鉄などの金属系フィラー、アンチモンドープの酸化スズ、スズドープの酸化インジウム、アルミニウムドープの酸化亜鉛などの金属酸化物系フィラーが挙げられる。このような構成であっても、中間転写ベルト6の基本的な導電性がイオン導電剤により支配され、抵抗値のばらつきや印加電圧依存性が小さく、抵抗値が環境変動するような中間転写ベルト6であれば、本発明の構成を好適に適用することができる。
なお、ρprobeとρsputterの間の大きな差(ΔM)を発現する方法としては、中間転写ベルト6に微粒子を添加する以外の方法を採用してもよい。例えば、中間転写ベルト6表面を物理的に研磨処理する方法や、凹凸形状を持った金型面を中間転写ベルト6表面に転写させてベルトを製造する方法などが挙げられる。
1…感光ドラム(像担持体)、5…一次転写ローラ(一次転写手段)、6…中間転写ベルト(中間転写体)、8…二次転写ローラ(二次転写手段)、11…クリーニングブラシ(トナー帯電手段)

Claims (9)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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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