JP2018105997A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 現像開口部の端部側から像担持体に転移したトナーが中間転写ベルトに転写されずに像担持体に残留すると、クリーニング容器の飽和を防ぐためクリーニング容器の容量に余裕を持たせる必要があり画像形成装置の小型化が困難となる。また、クリーナレス構成においては、帯電部材がトナーによって汚れてしまい、画像不良が発生する虞がある。【解決手段】 中間転写ベルト10は、基層10aと、基層10aよりも電気抵抗が低い内面層10bの少なくとも2層から構成され、中間転写ベルト10の周方向と直交する方向である幅方向に関して、内面層10bの端部は現像開口部の端部の外側に位置する。【選択図】 図6

Description

本発明は、複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関するものである。
電子写真方式のカラー画像形成装置においては、従来から、各色の画像形成部から中間転写体に順次トナー像を転写し、さらに中間転写体から転写材に一括してトナー像を転写する構成が知られている。
このような画像形成装置では、各色の画像形成部がそれぞれ像担持体としてのドラム状の感光体(以下、感光ドラムと称する)を有している。画像形成時において、感光ドラムに接触する帯電部材によって感光ドラムの表面は一様に帯電され、露光手段によって画像信号に応じた露光を受けた後に現像手段によって感光ドラムにトナー像が現像される。現像手段は、トナーを収容する現像容器と、現像容器の現像開口部に設けられる現像ローラと、を有し、トナーを担持した現像ローラが感光ドラムに当接して回転することにより、感光ドラムにトナー像が現像される。
各画像形成部の感光ドラムに形成されたトナー像は、中間転写ベルトなどの中間転写体を介して感光ドラムに対向して設けられた1次転写部材に1次転写電源から電圧を印加することによって、中間転写体に1次転写される。各色の画像形成部から中間転写体に1次転写された各色のトナー像は、2次転写部において2次転写電源から2次転写部材へ電圧を印加することによって、中間転写体から紙やOHTなどの転写材に一括して2次転写される。転写材に転写された各色のトナー像は、その後、定着手段により転写材に定着される。
特許文献1には、中間転写体として導電性を有する中間転写ベルトを使用し、電流供給部材から供給される電流を中間転写ベルトの周方向に流すことにより、複数の感光ドラムから中間転写ベルトにトナー像を1次転写する構成が開示されている。
特開2012−098709号公報
しかしながら、特許文献1の構成においては、中間転写ベルトの幅方向に関して、中間転写ベルトの幅と現像手段における現像開口部の幅との関係がどのような大小関係であるのかが開示されていない。中間転写ベルトの周方向に電流を流すことで一次転写を行う構成においては、感光ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写するための電位が中間転写ベルトの幅方向全域に形成される可能性がある。中間転写ベルトの幅方向に関して、中間転写ベルトの端部が現像開口部の端部よりも内側にある場合、以下に記すような課題が発生する場合がある。
中間転写ベルトの幅方向に関して、現像ローラの幅は画像形成領域の幅よりも広く、感光ドラムの幅は現像ローラの幅よりも広く形成されている。このような構成においては、現像開口部の端部側の現像ローラにトナーが担持されてしまうと、現像ローラ端部から感光ドラムにトナーが移動する(以下、移動したトナーを端部トナーと称する)虞がある。中間転写ベルトの端部が現像開口部の端部よりも内側にある場合、感光ドラムに転移した端部トナーは中間転写ベルトに転写されずに感光ドラムに残留する。
感光ドラムにトナーを回収するクリーニング手段が設けられている構成では、感光ドラムに残留した端部トナーはクリーニング手段に設けられるクリーニング容器に回収される。即ち、端部トナーを回収してもクリーニング容器内がトナーで飽和しないように、クリーニング容器の容量に余裕を持たせる必要があるが、クリーニング容器が大きくなると画像形成装置の小型化の達成が困難となる。
また、感光ドラムにトナーを回収するクリーニング手段が設けられていない構成では、端部トナーが感光ドラムの回転に伴って感光ドラムと帯電部材が接触する位置に到達し、帯電部材が端部トナーによって汚れ、画像不良が発生してしまう虞がある。
そこで、本発明は、中間転写ベルトの周方向に電流を流すことで1次転写を行う画像形成装置において、現像部材の端部側から感光ドラムに移動したトナーを感光ドラムから中間転写ベルトに転写することを目的とする。
本発明は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を現像する現像手段と、導電性を有し、前記像担持体と接触する無端状で回転可能な中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに接触し前記中間転写ベルトに電流を供給する電流供給部材と、前記電流供給部材に電圧を印加する電源と、を備え、前記電流供給部材から供給される電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることにより、前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像を1次転写する画像形成装置において、前記現像手段は、トナーを収容する現像容器と、前記現像容器の開口部に設けられる現像部材と、を有し、前記現像容器に収容されたトナーを担持した前記現像部材が前記像担持体と当接することにより、前記像担持体にトナー像を現像し、前記中間転写ベルトは、前記中間転写ベルトを構成する第1の層と、前記第1の層よりも電気抵抗が低い第2の層と、を有し、前記周方向と直交する方向である前記中間転写ベルトの幅方向に関して、前記第2の層の両端部が前記開口部の両端部の外側に位置することを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、中間転写ベルトの周方向に電流を流すことで1次転写を行う画像形成装置において、現像部材の端部側から感光ドラムに移動したトナーを感光ドラムから中間転写ベルトに転写することが可能である。
実施例1における画像形成装置を説明する概略断面図である。 (a)実施例1における画像形成部を拡大した模式図である。(b)実施例1における各部材の配置構成を説明する概略断面図である。 実施例1における中間転写ベルトの断面を説明する模式図である。 実施例1における、中間転写ベルトを介して像担持体に流れる電流を説明する模式図である。 実施例1における画像形成部の構成を説明する模式図である。 実施例1において、中間転写ベルトの搬送方向から見た際の現像手段の構成を説明する模式図である。 実施例1における、中間転写ベルトの幅方向に関する各部材の長手幅の関係を説明する模式図である。 変形例における中間転写ベルトの断面を説明する模式図である。 実施例2における画像形成装置の構成を説明する概略断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施例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、本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。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。
(実施例1)
[画像形成装置の構成]
図1は、本実施例の画像形成装置100の構成を示す概略断面図である。なお、本実施例の画像形成装置100は、a〜dの複数の画像形成部を設けている、いわゆるタンデム型の画像形成装置である。第1の画像形成部aはイエロー(Y)、第2の画像形成部bはマゼンタ(M)、第3の画像形成部cはシアン(C)、第4の画像形成部dはブラック(Bk)の各色のトナーによって画像を形成する。これら4つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されており、各画像形成部の構成は収容するトナーの色を除いて実質的に共通である部分が多い。したがって、以下、第1の画像形成部aを用いて本実施例の画像形成装置100の構成を説明する。
第1の画像形成部aは、ドラム状の感光体である感光ドラム1aと、帯電部材である帯電ローラ2aと、現像手段4aと、ドラムクリーニング手段5aと、を有する。
感光ドラム1aは、トナー像を担持する像担持体であり、図示矢印R1方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。現像手段4aは、イエローのトナーを収容し、感光ドラム1aにイエロートナーを現像する。ドラムクリーニング手段5aは、感光ドラム1aに付着したトナーを回収するための手段である。ドラムクリーニング手段5aは、感光ドラム1aに接触するクリーニングブレード51aと、クリーニングブレード51aによって感光ドラム1aから除去されたトナーなどを収容する廃トナーボックスと、を有する。
コントローラ等の制御手段(不図示)が画像信号を受信することによって画像形成動作が開始され、感光ドラム1aは回転駆動される。感光ドラム1aは回転過程で、帯電ローラ2aにより所定の極性(本実施例では負極性)で所定の電圧(帯電電圧)に一様に帯電処理され、露光手段3aにより画像信号に応じて露光される。これにより、感光ドラム1aには目的のカラー画像のイエロー色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像手段4aにより現像され、感光ドラム1aにイエロートナー像として可視化される。ここで、現像手段4aに収容されたトナーの正規の帯電極性は負極性であり、帯電ローラ2aによる感光ドラム1aの帯電極性と同極性に帯電したトナーにより静電潜像を反転現像している。しかし、本発明はこれに限らず、感光ドラム1aの帯電極性とは逆極性に帯電したトナーにより静電潜像を正現像する画像形成装置にも本発明を適用できる。
無端状で回転可能な中間転写ベルト10は、導電性を有し、感光ドラム1aと接触して1次転写部を形成し、感光ドラム1aと略同一の周速度で回転駆動される。また、中間転写ベルト10は、対向部材としての対向ローラ13と、張架部材としての駆動ローラ11及び張架ローラ12とで張架されている。感光ドラム1aに形成されたイエロートナー像は、1次転写部を通過する過程で、感光ドラム1aから中間転写ベルト10に1次転写される。感光ドラム1aの表面に残留した1次転写残トナーは、ドラムクリーニング手段5aにより清掃、除去された後、帯電以下の画像形成プロセスに供せられる。
1次転写時には中間転写ベルト10の外周面に接触する電流供給部材としての2次転写ローラ20から導電性の中間転写ベルト10に電流を供給している。2次転写ローラ20から供給される電流が中間転写ベルト10の周方向に流れることにより、感光ドラム1aから中間転写ベルト10にトナー像が1次転写される。本実施例の各1次転写部におけるトナー像の1次転写については、後に詳しく説明する。
以下、同様にして、第2,3,4の画像形成部b、c、dによって第2色のマゼンタトナー像、第3色のシアントナー像、第4色のブラックトナー像が形成され、中間転写ベルト10に順次重ねて転写される。これにより、中間転写ベルト10には、目的のカラー画像に対応した4色のトナー像が形成される。その後、中間転写ベルト10に担持された4色のトナー像は、2次転写ローラ20と中間転写ベルト10とが接触して形成する2次転写部を通過する過程で、給紙手段50により給紙された紙やOHPシートなどの転写材Pの表面に一括で2次転写される。
電流供給部材としての2次転写ローラ20は、外径6mmのニッケルメッキ鋼棒に、体積抵抗率10Ω・cm、厚さ6mmに調整したNBRとエピクロルヒドリンゴムを主成分とする発泡スポンジ体で覆った外径18mmのものを用いている。なお、発泡スポンジ体のゴム硬度はアスカー硬度計C型を用いて測定し、500g荷重のときで硬度30°である。2次転写ローラ20は、中間転写ベルト10の外周面に接触しており、中間転写ベルト10を介して対向部材としての対向ローラ13に対して50Nの加圧力で押圧され、2次転写部を形成している。
2次転写ローラ20は中間転写ベルト10に対して従動回転しており、転写電源21から電圧が印加されることにより、2次転写ローラ20から対向部材としての対向ローラ13に向かって電流が流れる。これにより、中間転写ベルト10に担持されていたトナー像は2次転写部において転写材Pに2次転写される。なお、中間転写ベルト10のトナー像を転写材Pに2次転写している時には、中間転写ベルト10を介して2次転写ローラ20から対向ローラ13に向かって流れる電流が一定になるように、転写電源21から2次転写ローラ20に印加される電圧は制御される。また、2次転写を行うための電流の大きさは、画像形成装置100が設置される周囲環境や転写材Pの種類により、予め決定されている。転写電源21は、2次転写ローラ20に接続しており、転写電圧を2次転写ローラ20に印加する。また、転写電源21は、100[V]から4000[V]の範囲の出力が可能である。
2次転写によって4色のトナー像を転写された転写材Pは、その後、定着手段30において加熱および加圧されることにより、4色のトナーが溶融混色して転写材Pに定着される。2次転写後に中間転写ベルト10に残ったトナーは、中間転写ベルト10の移動方向に関して、2次転写部よりも下流側において中間転写ベルト10を介して対向ローラ13に対向して設けられたベルトクリーニング手段16により清掃、除去される。ベルトクリーニング手段16は、中間転写ベルト10の外周面に接触するクリーニングブレード16aと、クリーニングブレード16aによって中間転写ベルト10上から除去されたトナー等を収容する廃トナー容器と、を有する。
本実施例の画像形成装置100においては、以上の動作により、フルカラーのプリント画像が形成される。
次に、中間転写ベルト10と、駆動ローラ11と、張架ローラ12と、2次転写ローラ20の対向部材としての対向ローラ13と、中間転写ベルト10の内周面に接触する接触部材としての金属ローラ14について説明する。
中間転写ベルト10は、樹脂材料に導電剤を添加して導電性を付与した無端状ベルトであり、駆動ローラ11、張架ローラ12、対向ローラ13の3軸で張架され、張架ローラ12により総圧60Nの張力で張架されている。
対向ローラ13は電圧維持素子としてのツェナーダイオード15を介してアースに接続されている。転写電源21から電圧が印加された2次転写ローラ20が対向ローラ13に電流を供給することにより、対向ローラ13を介してツェナーダイオード15に電流が流れる。電圧維持素子としてのツェナーダイオード15は、電流が流れることにより所定の電圧(以下、ツェナー電圧とする)を維持する素子であり、一定以上の電流が流れた際にカソード側にツェナー電圧が発生する。すなわち、ツェナーダイオード15の一端側(アノード側)はアースに接続され、他端側(カソード側)は対向ローラ13に接続され、転写電源21から2次転写ローラ20に電圧が印加されることにより、対向ローラ13はツェナー電圧に維持される。
本実施例では、ツェナー電圧に維持される対向ローラ13から中間転写ベルト10を介して各感光ドラム1a〜1dに電流が流れることにより、各感光ドラム1a〜1dから中間転写ベルト10にトナー像が1次転写される。このとき、所望の1次転写効率を得るために、本実施例においてはツェナー電圧を300[V]に設定している。
図1に示すように、中間転写ベルト10は、駆動源(不図示)からの駆動力を受けて図示矢印R2方向に回転する駆動ローラ11によって各感光ドラム1a、1b、1c、1dと略同一の周速度で回転駆動される。また、図1に示すように、感光ドラム1bと感光ドラム1cの間には、中間転写ベルト10の内周面に接触する接触部材である金属ローラ14が配置されている。
図2(a)は感光ドラム1bと感光ドラム1cの間を拡大した模式図である。図2(a)に示すように、金属ローラ14は、感光ドラム1bと感光ドラム1cの中間の位置に配置されている。また、金属ローラ14は、感光ドラム1b、1cへの中間転写ベルト10の巻きつき量を確保できるように、感光ドラム1bと感光ドラム1cが中間転写ベルト10と接触する位置を結んだ仮想線TLから感光ドラム側に侵入した位置に配置されている。
金属ローラ14は、外径6mmのストレート形状のニッケルメッキされたSUS丸棒で構成され、中間転写ベルト10の回転に伴い、従動して回転する。金属ローラ14は、中間転写ベルト10の移動方向と直交する幅方向の所定領域に亘って中間転写ベルト10と接触しており、電気的にフロートした状態で配置されている。
ここで、感光ドラム1bの軸中心から感光ドラム1cの軸中心までの距離をW、仮想線TLに対する金属ローラ14の持ち上げ高さをH1と定義する。本実施例においては、W=75mm、H1=2mmである。また、各感光ドラム1a、1b、1c、1dの間の距離全て等しく、距離W=75mmに設定されている。
図2(b)は、本実施例の1次転写部の構成を示す概略断面図である。本実施例では感光ドラム1a、感光ドラム1dに対する中間転写ベルト10の巻きつき量を確保するため、駆動ローラ11、対向ローラ13を図2(b)のように配置している。駆動ローラ11及び対向ローラ13は、各感光ドラム1a、1b、1c、1dと中間転写ベルト10が接触する位置を結んだ仮想線TLよりも感光ドラム側に侵入した位置に配置されている。この時、対向ローラ13の軸中心から感光ドラム1aの軸中心までの距離をD1、駆動ローラ11の軸中心から感光ドラム1dの軸中心までの距離をD2と定義する。また、仮想線TLに対する対向ローラ13の持ち上げ高さをH2、駆動ローラ11の持ち上げ高さをH3と定義し、本実施例においては、D1=D2=50mm、H2=H3=2mmである。
[中間転写ベルトの構成]
図3は、金属ローラ14の軸方向から見たときの、本実施例における中間転写ベルト10の断面を表す模式図である。中間転写ベルト10は、周長700mm、厚み90μmであり、基層10a(第1の層)と内面層10b(第2の層)により形成される。基層10aには、導電剤として多価金属塩や第4級アンモニウム塩などのイオン導電剤を混合した無端状のポリフッ化ビニリデン(PVdF)を用い、内面層10bには、導電剤としてカーボンを混合したアクリル樹脂を用いた。
ここで、基層とは中間転写ベルトの厚さ方向に関して、中間転写ベルトを構成する層のうち、最も厚い層であると定義する。また、本実施例においては、内面層10bは中間転写ベルト10の内周面側に形成される層であり、中間転写ベルト10の移動方向と交差する方向である厚さ方向に関して、基層10aは内面層10bよりも各感光ドラム1a〜1dに近い位置に形成される。本実施例においては、基層10aに対してスプレーコーティングを行うことにより、中間転写ベルト10の内面層10bを形成した。なお、基層10aの厚みをt1、内面層10bの厚みをt2と定義すると、t1=87μm、t2=3μmである。
本実施例では、基層10aの材料としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)を使用したが、これに限らず、例えば、ポリエステル、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)等の材料及びこれらの混合樹脂を使用しても良い。また本実施例では、内面層10bの材料としてアクリル樹脂を使用したが、他の材料でもよく、例えば、ポリエステル等の材料を使用しても良い。
また、イオン導電剤としての第4級アンモニウム塩のカチオン部としては、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。
本実施例では、基層10aと内面層10bの電気抵抗が異なる中間転写ベルト10を用いており、基層10aと比べて内面層10bの電気抵抗を低く設定している。基層10aと内面層10bとの電気抵抗と厚みの関係から、中間転写ベルト10の体積抵抗率は基層10aの電気抵抗を反映し、一方、中間転写ベルト10の内周面側の表面抵抗率は、内面層10bの電気抵抗を反映する。標準環境(温度23℃湿度50%)において、中間転写ベルト10の体積抵抗率は5×10Ω・cmであり、中間転写ベルト10の内周面側における表面抵抗率は、1.0×10Ω/□である。
中間転写ベルト10の体積抵抗率及び内周面側の表面抵抗率は、三菱化学株式会社のHiresta−UP(MCP−HT450)を用いて、温度23℃、湿度50%の測定環境のもとで測定した。体積抵抗率の測定は、リングプローブのタイプUR(型式MCP−HTP12)を使用し、中間転写ベルト10の表面側からプローブを当て、印加電圧100[V]、測定時間10秒の条件で行った。内周面側の表面抵抗率の測定は、リングプローブのタイプUR100(型式MCP−HTP16)を使用し、中間転写ベルト10の内周面側からプローブを当て、印加電圧10[V]、測定時間10秒の条件で行った。
なお、本実施例においては、中間転写ベルト10の周方向に電流を流すことにより、各画像形成部a〜dの1次転写部においてトナー像を1次転写している。このような構成においては、ツェナー電圧に維持された対向ローラ13から各感光ドラム1a〜1dまでの距離が離れており、1次転写を行うための電流が中間転写ベルト10を流れる距離が長くなる。この場合、各画像形成部a〜dの1次転写部における電圧(以下、1次転写電圧と称する)は、中間転写ベルト10の周方向に流れた電流の分だけ降下するため、1次転写電圧が中間転写ベルト10の電気抵抗の変動による影響を受けやすい。
本実施例の中間転写ベルト10は、イオン導電剤を含有しイオン導電性を有する基層10aと、電子導電剤としてのカーボンを含有し電子導電性を有する内面層10bと、を有する。イオン導電剤を含有する物質は、電子導電剤を含有する物質よりも電気抵抗の分布が均一である一方で、周囲環境によって電気抵抗が変動する傾向にある。より詳しくは、高温高湿の環境では電気抵抗が低くなり、低温低湿の環境では電気抵抗が高くなる傾向にある。したがって、イオン導電剤を含有する中間転写ベルトを用いて中間転写ベルトの周方向に電流を流してトナー像を転写する場合には、電気抵抗の変動による影響を受けて各画像形成部a〜dにおける1次転写電圧がそれぞれ異なってしまう虞がある。これにより、各1次転写部において所望の1次転写電圧を得る事が困難となり、画像不良が発生する虞がある。
しかしながら、本実施例の構成においては、周囲環境の変動による画像不良は発生しなかった。これは、本実施例の中間転写ベルト10が、内周面側に基層10aよりも電気抵抗が低く、且つ、電子導電性の内面層10bを有していることに因る。以下、中間転写ベルト10を介して各感光ドラム1a〜1dに向かって流れる電流の経路に関して、主に感光ドラム1aに向かって流れる電流を用いて詳しく説明する。図4は本実施例において中間転写ベルト10を介して感光ドラム1aに流れる電流を説明する模式図である。
ツェナー電圧に維持された対向ローラ13から中間転写ベルト10を流れる電流は、図4に示すように、基層10aよりも電気抵抗が低い内面層10bを図示矢印Cd方向(中間転写ベルト10の周方向)に流れる。そして、感光ドラム1aと中間転写ベルト10が接触する1次転写部において、中間転写ベルト10よりも低い電位に帯電された感光ドラム1aに向かって、内面層10bから基層10aの厚さ方向である図示矢印Td方向に電流が流れる。これにより、感光ドラム1aから中間転写ベルト10にトナー像が1次転写される。
内面層10bは電子導電性の電気特性を有しており、その電気抵抗は周囲環境に依らずほぼ変動しない。また、基層10aは、イオン導電性を有するため周囲環境によって電気抵抗が変化するが、本実施例においては、基層10aを流れる電流経路は基層10aの厚み分のみであり、内面層10bを図示矢印Cd方向に流れる電流の距離よりも短い。したがって、本実施例における中間転写ベルト10は、内面層10bを設けずにイオン導電性の基層10aのみで構成される中間転写ベルトに比べると、イオン導電性を有する基層10aの電気抵抗の変動による1次転写電圧の変動を抑制することが出来る。これにより、中間転写ベルト10の周方向に電流を流して1次転写を行う本実施例の構成において、各画像形成部で適正な1次転写電圧を得ることができ、画像不良の発生を抑制できる。
本実施例においては、体積抵抗率が1×10〜1×1010Ω・cmの範囲であり、内周面側の表面抵抗率が4.0×10Ω/□以下の範囲の中間転写ベルト10を用いた。中間転写ベルト10の体積抵抗率が高いと、中間転写ベルト10がチャージアップしやすくなり、感光ドラム1aとの間で放電が発生してしまう虞がある。また、中間転写ベルト10の体積抵抗率が低いと、中間転写ベルト10上においてトナーがある領域よりもトナーがない領域に流れる電流が多くなり、転写不良が発生してしまう虞がある。したがって、中間転写ベルト10の体積抵抗率は、1×10〜1×1010Ω・cmの範囲に設定するのが好ましい。
中間転写ベルト10の内周面側の表面抵抗率が高いと、ツェナー電圧に維持された対向ローラ13から離れた1次転写部に形成される電圧がツェナー電圧よりも降下してしまう。これにより、中間転写ベルト10から各感光ドラム1a〜1dに流れる電流の値に差が生じ、各画像形成部a〜dにおける1次転写効率にムラが生じる虞がある。したがって、中間転写ベルト10の内周面側の表面抵抗率は、4.0×10Ω/□以下の範囲に設定するのが好ましい。なお、内面層10bの厚みが大きいほど、内周面側の表面抵抗率を低くすることができるが、内面層10bの厚みが大きすぎると、中間転写ベルト10の屈曲によって内面層10bが割れる虞や、内面層10bが基層10aから剥離してしまう虞がある。これらを勘案し、内面層10bの厚みは1μm〜5μmの範囲に設定することが好ましく、本実施例では、基層10aの厚みである87μmに対して、内面層10bの厚みを3μmとしている。
[現像手段において発生する端部トナーの回収]
次に、図5、図6を用いて、本実施例における現像手段4a〜4dの詳細な構成について説明する。なお、各画像形成部a〜d及び各現像手段4a〜4dの構成は同一であるため、a〜dの符号は省略して説明する。図5は、本実施例における画像形成部の構成を説明する模式図であり、図6は、本実施例において、中間転写ベルト10の搬送方向から見た際の現像手段4の構成を説明する模式図である。
図5に示すように、現像手段4は、トナーを収容する現像容器41と、現像部材としての現像ローラ42と、トナー供給部材としての供給ローラ43と、現像ブレード44と、を有する。
現像ローラ42は、ステンレス製の芯金と、芯金の表面に形成された基層としてのウレタンゴムと、基層の表面に形成され、カーボンなどの導電剤を含有させて電気抵抗を調整したウレタンゴムの弾性層と、を有する多層構成のローラである。現像ローラ42は、現像容器41に対して、回転可能に設けられており、現像容器41に収容されたトナーを担持した状態で感光ドラム1に当接することにより、感光ドラム1に形成された静電潜像をトナー像として現像する。現像ローラ42は所定の当接圧で感光ドラム1に当接し、感光ドラム1の回転方向である図示矢印R1方向とは逆の方向(図示矢印R3方向)に120mm/sの周速度で回転する。また、感光ドラム1にトナー像を現像する際には、現像ローラ42は、不図示の現像電源から所定の電圧(本実施例においては−300[V])が印加される。
供給ローラ43は、ステンレス製の芯金と、芯金の表面に形成されたウレタン等の弾性発泡体と、を有するローラであり、現像容器41に対して回転可能に設けられ、現像ローラ42に当接して現像容器41に収容されるトナーを現像ローラ42に供給する。供給ローラ43は所定の当接圧で現像ローラ42に当接し、図示矢印R4方向に120mm/sの周速度で回転する。供給ローラ43は現像ローラ42と同じ方向に回転しており、供給ローラ43と現像ローラ42が当接する位置においては、供給ローラ43と現像ローラ42の移動方向は逆方向となる。これにより、供給ローラ43は、現像ローラ42に対してトナーを供給すると共に、現像ローラ42と感光ドラム1とが当接する位置において現像されずに現像ローラ42に残ったトナーを掻き取ることが可能である。
現像ブレード44は、板バネ状のステンレス製の薄板であり、現像容器41に設けられ、現像ローラ42に当接して現像ローラ42上のトナーを規制し、現像ローラ42上にトナーの薄層を形成する。この時、現像ローラ42及び現像ブレード44の間における摩擦によって、トナーに所定の極性の電荷(本実施例では負極性)が付与される。その後、現像ローラ42の回転によって、所定の極性の電荷が付与されたトナーは、感光ドラム1と現像ローラ42が当接する位置において感光ドラム1に移動し、感光ドラム1の潜像を現像する。
図6に示すように、現像容器41の側壁の内面には端部シール45(シール部材)が設けられており、両端側の端部シール45の間には、現像容器41から現像ローラ42にトナーを供給する現像開口部46(開口部)が形成される。なお、端部シール45は、現像ローラ42の両端側とオーバーラップすることで、現像ローラ42の両端部と現像容器41の側壁との間からのトナーの漏れを防止している。また、現像開口部46は、現像容器41に収容されるトナーが現像ローラ42に接触することが可能な領域である。
供給ローラ43の端部と端部シール45とが接触すると、供給ローラ43の端部側のスポンジが削れてしまう虞がある。このため、現像ローラ42の幅方向に関して、供給ローラ43の長手幅Dは現像開口部46の長手幅Cよりも短く、供給ローラ43の両端部から端部シール45までの間には隙間α(空隙)が設けられ、供給ローラ43と端部シール45とを非接触状態にしている。この隙間αに対応した現像ローラ42の領域Nは、現像開口部46の長手幅Cの内側に位置していることからトナーが供給される領域である。一方で、領域Nは、供給ローラ43の長手幅Dよりも外側に位置しているため、画像形成領域の外側であって、且つ、供給ローラ43によってトナーが掻き取られない領域である。したがって、現像ローラ42の領域Nに対応する感光ドラム1の位置においては、画像形成領域でないにも関わらず画像形成を行うに連れてトナーが現像されてしまう現象が発生することがある。以下、現像ローラ42の領域Nに担持されるトナーを端部トナーと称する。
感光ドラム1の回転に伴い、感光ドラム1に移動した端部トナーは、感光ドラム1と中間転写ベルト10とが当接する1次転写部に到達する。この時、端部トナーが中間転写ベルト10に転写されずに感光ドラム1上に残留した場合、感光ドラム1の回転に伴い、端部トナーは、ドラムクリーニング手段5のクリーニングブレード51と感光ドラム1とが接触する位置に到達する。その後、端部トナーは、クリーニングブレード51と感光ドラム1とが当接する位置において、クリーニングブレード51によってドラムクリーニング手段5に回収される。
この場合、ドラムクリーニング手段5によって回収するトナーの量が増え、端部トナーを回収することによる廃トナー容器の飽和を防ぐために、ドラムクリーニング手段5の廃トナー容器の容量を十分に大きく設定する必要がある。しかし、廃トナー容器の容量を大きくするとドラムクリーニング手段5も大型化してしまい、その結果、各画像形成部a〜d間の距離を縮めることが困難となることで画像形成装置の小型化が困難となる。
また、本実施例のように、中間転写方式を用いた画像形成装置100においては、各画像形成部a〜dの距離が短いほど、ファーストプリントアウトタイム(FPOT)を短くすることが出来る。ここで、ファーストプリントアウトタイムとは、1枚目の転写材Pに画像形成が完了し1枚目の転写材Pが画像形成装置100から排出されるまでの時間である。したがって、廃トナー容器の容量が大きくなり、各画像形成部a〜d間の距離を縮めることが困難となる場合、FPOTを短くすることによってユーザビリティの向上を図ることが困難となる。
これに対し、本実施例は、1次転写部において感光ドラム1から中間転写ベルト10に端部トナーを転写することが可能な構成を有する。即ち、図6に示すように、中間転写ベルト10の搬送方向と直交する中間転写ベルト10の幅方向に関して、内面層10bの長手幅Fを供給ローラ43の長手幅Dよりも長くし、内面層10bの両端部を現像開口部46の両端部よりも外側に配置している。これにより、中間転写ベルト10の全域において適正な1次転写電圧が形成された状態で、1次転写部において感光ドラム1から中間転写ベルト10に端部トナーを転写することが可能である。
なお、感光ドラム1から中間転写ベルト10に転写された端部トナーは、中間転写ベルト10の移動に伴い、ベルトクリーニング手段16のクリーニングブレード16aと中間転写ベルト10とが当接する位置においてベルトクリーニング手段16に回収される。本実施例においては、図6に示すように、中間転写ベルト10の幅方向に関して、クリーニングブレード16aの長手幅Gは現像開口部46の長手幅Cよりも長く、クリーニングブレード16aの両端部は現像開口部46の両端部よりも外側に配置されている。この構成により、中間転写ベルト10に転写された端部トナーをクリーニングブレード16aによって回収することが可能である。
図7は、本実施例における、中間転写ベルト10の幅方向に関する各部材の長手幅の関係を説明する模式図である。本実施例においては、感光ドラム1の長手幅Aが250mm、現像ローラ42の長手幅Bが224mm、現像開口部46の長手幅Cが222mm、供給ローラ43の長手幅Dが220mmである。また、中間転写ベルト10の長手幅Eが236mm、内面層10bの長手幅Fが236mm、中間転写ベルト10のクリーニングブレード16aの長手幅Gが225mm、画像形成領域の長手幅Hが212mmである。なお、現像開口部46の長手幅Cと供給ローラ43の長手幅Dの差の部分が、端部シール45と供給ローラ43との隙間αに相当し、本実施例においてα=1mmである。この隙間αに対応する現像ローラ42の領域Nにおいて、端部トナーが発生する。
以上説明したように、本実施例においては、中間転写ベルト10の内面層10bの長手幅Fが現像開口部46の長手幅Cよりも長く、内面層10bの両端部が現像開口部46の両端部の外側に位置している。これにより、現像ローラ42の領域Nにおいて発生した端部トナーが感光ドラム1に移動した場合に、1次転写部において感光ドラム1から中間転写ベルト10に端部トナーを転写し、ベルトクリーニング手段16で回収することが可能となる。その結果、ドラムクリーニング手段5の廃トナー容器の大型化を抑制することができ、各画像形成部a〜dの間の間隔が広がってしまう事による画像形成装置の大型化を抑制することが可能となる。また、FPOTが長くなってしまう事を抑制することが可能となる。
本実施例では、イオン導電性の基層10aと電子導電性の内面層10bの二層によって構成される中間転写ベルト10を用いたが、中間転写ベルト10は二層構成に限らない。例えば、図8に本実施例の変形例として、三層構成の中間転写ベルト110の一例を示す。図8に示すように、変形例の中間転写ベルト110は、基層110a、内面層110bに加えて表面層110c(第3の層)を有している。また、表面層110cは、中間転写ベルト110の厚さ方向に関して、基層110aよりも各感光ドラム1a〜1dに近い位置に形成されている。
表面層110cには、導電剤として金属酸化物等を混合したアクリル樹脂やポリエステル樹脂などが使用でき、図9の例においては、表面層110cとしてアクリル樹脂を用いた。また、表面層110cの厚みをt3と定義すると、変形例においては、t3=2μmである。表面層110cは、厚みが大きすぎると、中間転写ベルト110の屈曲によって表面層110bが割れる虞や、表面層110bが基層110aから剥離してしまう虞がある。これらを勘案し、表面層110bの厚みは1μm〜5μmの範囲に設定することが好ましい。
表面層110cの表面抵抗率は、内面層10bと同じ測定方法で測定し、印加電圧を100[V]とした時に、1.0×1012Ω/□である。変形例のように、表面層110cが電子導電性であることにより、周囲環境の変動によって生じるイオン導電性の基層110aの電気抵抗の変動による影響を軽減することができる。なお、三層構成の中間転写ベルト110において基層110aの表面抵抗率を測定する場合においては、表面層110cを削る、若しくは表面層110cを基層110aから剥がした後に、実施例1の中間転写ベルト10の基層10aと同様の測定を行えば良い。
また、本実施例における基層110aのようなイオン導電性を有する材料は、材料中のイオンが移動することにより電気導電性を発揮している。このため、長期の使用によってイオン導電剤の偏りが生じ、イオン導電剤の染み出しが生じる可能性がある。しかし、変形例のように、イオン導電性の基層110aを電子導電性の表面層110cと内面層110bによって表裏から挟む構成とすることによって、イオン導電剤の染み出しを抑制する効果を得ることが出来る。
また、本実施例においては、電圧維持素子としてツェナーダイオード15を用いたが、これに限らず、抵抗素子や、定電圧素子であるバリスタを用いることも可能である。なお、ツェナーダイオード15を用いず、転写電源21から電圧を印加された2次転写ローラ20から中間転写ベルト10を介して各感光ドラム1a〜1dに電流を供給することも可能である。この場合、2次転写ローラ20から流れる電流は、内面層10bに向かって基層10aの厚さ方向を流れた後に内面層10bの周方向を流れ、各1次転写部において内面層10bから各感光ドラム1a〜1dに向かって基層10aの厚さ方向を流れる。
更に、本実施例においては接触部材に金属ローラ14を用いたが、これに限らず、導電弾性層を有するローラ部材や、導電性のシート部材、導電性のブラシ部材などを用いる事も可能である。また、本実施例においては、金属ローラ14を画像形成部bと画像形成部cとの間にのみ配置したが、各画像形成部a〜dの上流もしくは下流に、複数配置する構成であってもよい。
本実施例では、中間転写ベルト10のクリーニング方式としてクリーニングブレード16aを用いたブレードクリーニング方式の構成について説明したが、これに限らず、ファーブラシなどによってトナーを廃トナー容器に回収する構成であっても良い。
(実施例2)
実施例1では、感光ドラム1aから中間転写ベルト10にトナー像を転写した後に感光ドラム1aに残留したトナーをドラムクリーニング手段5aによって回収する構成について説明した。これに対し、本実施例においては、感光ドラム1aから中間転写ベルト10にトナー像を転写した後に感光ドラム1aに残留したトナーを現像手段4aによって回収する、所謂、クリーナレスの構成について、図9を用いて説明する。なお、本実施例の画像形成装置200の構成は、各画像形成部a〜dがクリーナレスの構成であることを除いて実施例1と同様であり、実施例1と同様の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
図9は、本実施例における画像形成装置200の構成を説明する模式図であり、本実施例における各画像形成部a〜dの構成は同一であるため、以下の説明においては、a〜dの符号は省略して説明する。
クリーナレスの構成においては、感光ドラム1の回転方向に関して、感光ドラム1と中間転写ベルト10が接触する1次転写部から感光ドラム1と帯電部材としての帯電ローラ2が接触する位置までの間に、感光ドラム1に当接するブレードが設けられていない。したがって、1次転写部を通過した後に感光ドラム1に残留したトナーは、帯電ローラ2と感光ドラム1とが当接する帯電部を通過し、現像ローラ42と感光ドラム1とが当接する位置において現像手段4に回収される。
このようなクリーナレスの構成を用いる場合、実施例1におけるドラムクリーニング手段5を各画像形成部a〜dに設ける必要がなく、廃トナー容器のスペースを省略することが可能となる。これにより、各画像形成部a〜dの間の距離を短くすることが出来るため、画像形成装置200の小型化を達成することが可能である。また、各画像形成部a〜dの間の距離を短くすることで、FPOTを短縮してユーザビリティの向上を図ることが可能となる。なお、本実施例における各感光ドラム1a〜1d間の距離Wは50mmである。
[現像手段において発生する端部トナーの回収]
本実施例におけるが現像手段4の構成は実施例1と同様である。クリーナレス構成において、現像ローラ42の領域Nから感光ドラム1に移動した端部トナーは、感光ドラム1の回転に伴い感光ドラム1と中間転写ベルト10とが当接する1次転写部に到達する。この時、端部トナーが中間転写ベルト10に転写されずに感光ドラム1上に残留した場合、感光ドラム1の回転に伴い、端部トナーは、帯電ローラ2と感光ドラム1とが接触する位置である帯電部に到達する。
帯電部に到達した端部トナーは、感光ドラム1から帯電ローラ2に移動することによって帯電ローラ2の汚れを引き起こす虞がある。帯電ローラ2にトナーが付着した場合、帯電ローラ2が感光ドラム1を十分に帯電することが困難となるため、帯電不良による画像不良が発生してしまう。特に、端部トナーは、1次転写後に1次転写部に残留した1次転写残トナーに比べて量が多く、帯電ローラ2の汚れによる画像不良が発生しやすい。
本実施例のようなクリーナレス構成においても、中間転写ベルト10の幅方向に関して、内面層10bの長手幅Fと現像開口部46の長手幅Cとの関係を、図6及び図7に示すような関係とすることで、実施例1と同様の効果を得ることが可能である。即ち、現像ローラ42の領域Nにおいて発生した端部トナーが感光ドラム1に移動した場合に、1次転写部において感光ドラム1から中間転写ベルト10に転写し、ベルトクリーニング手段16で回収することが可能である。これにより、帯電ローラ2が端部トナーによって汚れてしまう事を抑制し、帯電不良による画像不良を抑制することが出来る。
1 感光ドラム(像担持体)
4 現像手段
10 中間転写ベルト
10a 基層(第1の層)
10b 内面層(第2の層)
16 中間転写ベルトのクリーニングブレード
20 2次転写ローラ(電流供給部材)
21 転写電源(電源)
41 現像容器
42 現像ローラ(現像部材)
46 現像開口部(開口部)

Claims (16)

  1. トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体にトナー像を現像する現像手段と、導電性を有し、前記像担持体と接触する無端状で回転可能な中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに接触し前記中間転写ベルトに電流を供給する電流供給部材と、前記電流供給部材に電圧を印加する電源と、を備え、前記電流供給部材から供給される電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることにより、前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像を1次転写する画像形成装置において、
    前記現像手段は、トナーを収容する現像容器と、前記現像容器に設けられる開口部と、前記現像容器に収容されたトナーを担持する現像部材と、を有し、前記開口部を介して前記現像容器から供給されるトナーを担持した前記現像部材が前記像担持体と当接することにより、前記像担持体にトナー像を現像し、
    前記中間転写ベルトは、複数の層によって構成されており、前記中間転写ベルトの厚さ方向に関して、前記複数の層のうち最も厚い層である第1の層と、前記第1の層よりも前記像担持体から離れた位置に形成され、前記第1の層よりも電気抵抗が低い第2の層と、を有し、
    前記周方向と直交する方向である前記中間転写ベルトの幅方向に関して、前記第2の層の両端部が前記開口部の両端部の外側に位置することを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記幅方向に関して、前記現像手段は、前記現像部材の端部とオーバーラップした状態で前記現像容器の側壁の内面に設けられるシール部材と、前記現像手段に当接して前記現像手段にトナーを供給するトナー供給部材と、を有し、前記トナー供給部材は前記現像部材よりも短く、前記トナー供給部材の端部から前記シール部材の端部までの間には空隙が形成されており、前記空隙に対応した前記現像部材の領域には、前記現像容器から供給されたトナーによって端部トナーが形成されることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記中間転写ベルトの移動方向に関して、前記電流供給部材と前記中間転写ベルトとが接触する位置よりも下流側に、前記中間転写ベルトに担持されたトナーを回収するクリーニング手段を備え、前記端部トナーが前記現像部材から前記像担持体に移動した場合に、前記第2の層を流れる電流によって、前記像担持体と前記中間転写ベルトとが接触する位置において前記端部トナーを前記像担持体から前記中間転写ベルトに転写し、前記中間転写ベルトに転写された前記端部トナーを前記クリーニング手段で回収することを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記クリーニング手段は、前記中間転写ベルトに当接するブレードを有し、前記ブレードと前記中間転写ベルトが当接する位置において前記端部トナーを前記クリーニング手段に回収することを特徴する請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像を転写した後に前記像担持体に残留したトナーを前記現像手段で回収することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記像担持体に当接し、前記像担持体を帯電する帯電部材を備え、前記像担持体の回転方向に関して、前記像担持体と前記中間転写ベルトが接触する位置から前記像担持体と前記帯電部材が接触する位置までの間に、前記像担持体に当接してトナーを回収するブレードが設けられていないことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
  7. 前記第1の層は、イオン導電性を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記中間転写ベルトの厚さ方向に関して、前記第1の層の内側に前記第1の層よりも薄い前記第2の層が形成されることを特徴とする請求項7に記載の画像形成装置。
  9. 前記第1の層は前記像担持体と接触することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記中間転写ベルトは、前記第1の層よりも電気抵抗が高い第3の層を有し、前記第3の層は、前記像担持体と接触することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 前記第3の層は電子導電性を有し、前記第1の層よりも薄いことを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
  12. 前記第2の層は電子導電性を有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  13. 前記中間転写ベルトを介して前記電流供給部材と対向する対向部材を備え、前記対向部材は前記第2の層と接触することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  14. 前記電流供給部材から前記対向部材に向かって電流を流すことにより、前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像を1次転写し、前記中間転写ベルトに1次転写されたトナー像を転写材に2次転写することを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。
  15. 前記対向部材から電流が供給されることによって所定の電圧を維持することが可能な電圧維持素子を備え、前記電圧維持素子の一端側はアースに接続され、前記電圧維持素子の他端側は前記対向部材と接続されていることを特徴とする請求項13又は14に記載の画像形成装置。
  16. 前記電圧維持素子はツェナーダイオードであることを特徴とする請求項15に記載の画像形成装置。
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