JP2021036280A - ベルトユニット及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る画像形成装置100の構成を概略的に示す断面図である。
画像形成装置100は、給紙カセット101と、給紙部として機能する給紙ローラ102と、画像形成ユニット110C、110M、110Y、110Kと、露光部として機能するLEDヘッド120C、120M、120Y、120Kと、転写ユニット130と、2次転写部として機能する2次転写ローラ140と、定着部として機能する定着ローラ141と、クリーニング部材142とを備える。
給紙ローラ102は、給紙カセット101から一枚の用紙を取り出し、その一枚の用紙を2次転写ローラ140に送り出す。
なお、画像形成ユニット110C、110M、110Y、110Kは、使用するトナーの色が異なっているだけで、同様に構成されている。このため、画像形成ユニット110C、110M、110Y、110Kの各々を特に区別する必要がない場合には、画像形成ユニット110C、110M、110Y、110Kの各々を画像形成ユニット110という。
画像形成ユニット110Cは、感光体ドラム111と、帯電部として機能する帯電ローラ112と、現像部として機能する現像ローラ113とを備える。
現像ローラ113は、感光体ドラム111に形成された静電潜像に、現像剤としてのトナーを付着させることで、感光体ドラム111に現像剤像としてのトナー像を形成する。
なお、LEDヘッド120C、120M、120Y、120Kの各々も同様に構成されているため、LEDヘッド120C、120M、120Y、120Kの各々を特に区別する必要がない場合には、LEDヘッド120という。
転写ユニット130は、中間転写ベルトとして機能するベルト131と、駆動部として機能する駆動ローラ132と、従動ローラ133、134と、1次転写ローラ135C、135M、135Y、135Kとを備える。
従動ローラ133、134は、駆動ローラ132の駆動に伴って回転するローラである。
なお、1次転写ローラ135C、135M、135Y、135Kの各々も同様に構成されているため、1次転写ローラ135C、135M、135Y、135Kの各々を特に区別する必要がない場合には、1次転写ローラ135という。
定着ローラ141は、一枚の用紙に転写されたトナー像を加熱及び加圧することで、そのトナー像をその一枚の用紙に定着させる。トナー像が定着された一枚の用紙は、画像形成装置100の外部に搬出される。
クリーニング部材142は、ベルト131に残存するトナー等のゴミを除去する。
ベルト131の材料として、ポリイミド(以下、PIという)が選択されている。
導電性を確保するために、カーボンブラックを適量分散させたポリアミド酸溶液が、抵抗値に合わせて作成される。
カーボンブラックを高分子分散剤の存在下で、有機極性溶媒中に分散させてカーボンブラック分散液とし、そのカーボンブラック分散液中でポリアミド酸を重合させた半導電性ポリアミド酸溶液に、イミド化促進剤を添加して、混合及び攪拌することによって、均一な半導電性ポリアミド酸溶液が得られる。
また、カーボンブラックを高分子分散剤の存在下でN−メチルピロリドン等の有機極性溶媒中に、ボールミル等を用いて分散させてカーボンブラック分散液とし、そのカーボンブラック分散液とポリアミド酸とを混合させた半導電性ポリアミド酸溶液に、イミド転化触媒を添加し、混合及び拡散することによって、均一な半導電性ポリアミド酸溶液が得られる。
なお、実施の形態1においては、ベルト131の厚さは、60μm以上、100μm以下の範囲であればよく、ここでは、80μmとなっている。
一方、高温処理は、イミド転化に有利であり、安定した特性が得られるが、熱エネルギーを使用するため、熱効率が悪くコストが高くなるため、ベルト131の生産性を考慮して熱処理温度を決める必要がある。
(a)測定環境は、Normal温度(25℃)及びNormal湿度(50%)である。但し、測定対象は、測定環境に24時間以上なじませてから測定を行う。
(b)印加電圧は、500V(Volt)である。
(c)印加時間は、10s(second)である。
(d)印加荷重は、500g(gram)である。
(e)測定面は、ベルト131#1〜131#6の外周面及び内周面である。
具体的には、発明者は、測定対象171となるベルト131#1〜131#6の各々を適切な大きさに切り出し、直径30mm(millimeter)の金属シャフト172に巻き付けて、その測定対象171の外周表面に対して電極173から6KV(KiloVolt)を印加して、測定対象171の表面を帯電させた。
このとき、0.1秒後の表面電位をV0、0.5秒後の表面電位をV1とする。
表面抵抗率(ρs)、内外周面の表面抵抗差(Δρs)及び表面電位V0、V1の測定結果は、図3に示されている。
トナーを構成する組成としては、スチレン−アクリル共重合体を主構成成分とし、パラフィンワックスを内包し、帯電調整のため適宜シリカ等の樹脂表面に外添剤を付与し、平均粒径7.0μmで、円形度0.95のものが使用された。
ブレード143は、ゴム硬度がJIS(Japanese Industrial Standards) A 65°〜100°の範囲にある弾性材料が好適であり、実施の形態1では、JIS A 78°の板厚が2.0mmのウレタンゴムが使用され、支持部材144によって固定されている。
また、ゴム材料としては、高硬度でしかも弾性に富み、耐磨耗性、機械的強度、耐油性及び耐オゾン性等に卓越しているウレタンゴムが適しているからである。
これは、線圧が小さすぎるとベルト131への密着性が不足することにより、クリーニング不良が発生しやすいからである。また、線圧が大きすぎるとベルト131#1〜131#6との接触が面接触となることで、摩擦抵抗が過剰になり、掻きとり力よりも押付け力が勝ることで、ブレード143のメクレといった不具合が発生しやすくなるからである。
実施の形態1では、当接角θが21°となるように、ブレード143が設置されている。
なお、当接角θは、ブレード143と、ブレード143の先端部143aのベルト面との当接点における接線H方向とのなす角度のことである。
まず、2次転写効率の評価方法について記載する。
(f)印刷環境は、温度28℃及び湿度80%の高温多湿とする。
(g)印刷媒体は、株式会社沖データ製のエクセレントホワイトA4とする。
(h)評価画像は、シアンの100%ベタの単一画像とする。
印刷画像密度={Cm(i)÷(Cd×C0)}×100 (1)
但し、Cm(i)は、感光体ドラム111がCd回転したときに実際に印刷で用いられたドットの数、すなわち、露光されたドット数である。
C0は、感光体ドラム111の1回転当たりのドット数、すなわち、露光の有無に限らず、感光体ドラム1回転あたりで印刷可能な最大ドット数である。なお、C0は、仮に、ベタ画像(ソリッド画像)の場合に用いられるドット数である。
Cd×C0は、感光体ドラム111がCd回転したときに印刷可能な最大ドット数である。
(i)1次転写電圧を決定する。
1次転写電圧を、タテ30mm×ヨコ20mmのブルーパッチ(シアン100%+マゼンタ100%)に転写かすれが発生し始める電圧+200Vに設定する。
(j)2次転写電圧を決定する。
2次転写電圧を、タテ30mm×ヨコ20mmのブルーパッチに転写かすれが発生し始める電圧+200Vに設定する。
(k)評価濃度を調整する。
エクセレントホワイトに印刷したシアンの100%ベタの画像の濃度がOD(Optical Density)値1.5となるように、現像バイアスを調整する。
(l)ベルト131上の2次転写前の単位面積当たりのトナー重量を測定する。
2次転写中に瞬断し、ベルト131#1〜131#6上の2次転写前のトナー付着量を治具で測定する。
なお、ベルト131#1〜131#6上の2次転写前のトナー付着量は、通常、0.6〜0.7cg/cm2程度である。
(m−1)2次転写中に瞬断し、転写された媒体上のトナー重量を、治具を使用して測定する。具体的な手順は、下記の通りである。
まず、トナーが転写された媒体を、金属シャフトにゴムを被覆した現像ローラに巻き付け、その現像ローラシャフトに、FG(Frame Grand)をとる。
次に、金属性の治具の表面に両面テープを貼り付け、その治具に電極をつなげる。
そして、治具にプラス電圧を付与し、媒体上のトナーを電界と粘着力とで採取して、採取されたトナーの重量を測定する。媒体上のトナー付着量は、1cm2当たりの重量(mg/cm2)で表される。
ここで、発明者は、画像濃度に際して、測定器「X−Rite528」における測定条件を以下のように設定した。測定モードを「濃度測定モード」に設定し、ステータスの設定を「ステータスI」にし、白色基準の設定を「絶対白色基準」とし、「偏光フィルタ無し」とし、白色校正板でキャリブレーションを行った後に画像濃度を測定した。
「ステータスI」は、評価する波長領域の設定であり、「ISO5−3“Photography and graphic technology−Density measurements−Part 3: Spectral conditions」において規定されている。
なお、上記条件で測定した光学濃度(OD:Optical Density)を「画像濃度」と定義する。
(m−4)(m−3)の手順を10回繰り返す。
(m−5)濃度に対する必要トナー重量の関係式を算出する。
2次転写電圧を変えながら評価パターンをエクセレントホワイトに印刷し、評価パターンを2次転写している瞬間に瞬断する。そのときのベルト131#1〜131#6上の2次転写前の単位面積当たりのトナー重量と、2次転写後の転写残トナー重量とを測定し、以下の(2)式により転写効率を算出する。
転写効率(%)={100−(転写残トナー重量)÷(転写前トナー重量)}×100
(2)
まず、発明者は、転写残トナーをスコッチテープで剥離し、基準紙であるA3サイズのエクセレントホワイトに貼り付けた。
次に、発明者は、貼り付けた転写残トナーの濃度(OD値)を測定し、予め定められているトナー重量と濃度との変換式により転写残トナー重量を算出した。
なお、2次転写電圧を変えながら評価を実施するが、発明者は、2次転写電圧時の実行電流を、オシロスコープを用いて読み取り記録し、図3及び図5に示すような結果を得た。
実施の形態1では、発明者は、2次転写効率を評価した印刷媒体(シアンの100%ベタの画像)を用いて転写スジの画像評価を実施した。すなわち、図5に示した2次転写効率が最も高い転写電流から60μA(microAmpere)までの画像において、転写スジの有無及び発生レベルを評価し、その結果を図3に示した。
Lv(Level)4: 転写スジの発生無し(●)
Lv3: 転写スジが5個未満(◆)
Lv2: 転写スジが5個以上20個未満(▲)
Lv1: 転写スジが20個以上(×)
なお、2次転写効率の電流依存性は、2次転写電流の実行電流20〜80μAの範囲における転写効率の傾きを指標とし、傾きの絶対値を0.1以下となることを目標とした。
(o)実使用における2次転写電流である40〜60μAにおける2次転写効率が、十分に高効率である90%以上となるようにするためである。
(p)トナーの帯電が上がりにくく、2次転写効率に不利な高温高湿環境においても、2次転写効率を90%以上とすることで、1ページ内の転写起因濃度バラツキ(ムラ)を抑制できるようにするためである。
(q)電流依存性を抑制して、温度若しくは湿度といった印刷環境、媒体の厚み、又は、媒体の抵抗バラツキ等の原因で転写電流が変化しても、高い2次転写効率を確保できるようにし、ページ間の濃度差を抑制できるようにするためである。
図5では、実施例4における2次転写電流及び2次転写効率の関係を破線で示し、実施例6における2次転写電流及び2次転写効率の関係を実線で示している。
図3及び図5に示されている評価結果により、単層のベルト131は、表面抵抗率ρs1と、転写効率の電流依存性(α)は、正の相関があり、ρs1が大きくなるほど、αが大きくなることがわかる。
図3及び図6に示されているように、ベルト131#1〜131#6の表面電位V0が20V以下である場合に、2次転写効率の電流依存性αが0.1以下になることがわかった。
ベルト131の表面抵抗率ρs1が大きいと、高電圧印加直後のベルト131の表面電位V0が大きく、印加後経時における電位の変化が大きくなるため、1次転写直後のベルト131上のトナー電位が、ベルト131を介して減衰し、トナー帯電が低くなったと考えられる。
一方、表面抵抗率ρs1が低抵抗なほど、電圧を印加してもベルト131の表面は帯電しにくく、表面電位V0が、20V以下と小さいため、図3のV0及びV1の比較にも現れているように、経時での電位変化量も小さく安定しているものと推定できる。すなわち、1次転写電圧を印加し、トナーをベルト131上に転写しても、ベルト131の表面が帯電しにくいことが考えられる。そのため、1次転写直後のベルト131上のトナー電位が、ベルト131を介して減衰しにくく、トナーの帯電低下を抑制し、ベルト131上のトナー層の帯電ムラを低減していると考えられる。結果として、安定してベルト131上のトナーを媒体へ均一に転写できる。
図1に示されているように、実施の形態2に係る画像形成装置200は、給紙カセット101と、給紙ローラ102と、画像形成ユニット110と、LEDヘッド120と、転写ユニット230と、2次転写ローラ140と、定着ローラ141と、クリーニング部材142とを備える。
転写ユニット230は、ベルト231と、駆動ローラ132と、従動ローラ133、134と、1次転写ローラ135とを備える。
実施の形態2における転写ユニット230の駆動ローラ132、従動ローラ133、134及び1次転写ローラ135は、実施の形態1における転写ユニット130の駆動ローラ132、従動ローラ133、134及び1次転写ローラ135と同様である。
ベルト231の材料として、PIが選択されている。
導電性を確保するために、カーボンブラックを適量分散させたポリアミド酸溶液が、抵抗値に合わせて二種類作成された。ここで、作成された二種類のポリアミド酸溶液を、第1のポリアミド酸溶液及び第2のポリアミド酸溶液という。
ここで、第1の層の厚さは、30μm以上80μm以下であることが望ましく、第2の層の厚さは、30μm以上50μm以下であることが望ましい。
一方、高温処理は、イミド転化に有利であり、安定した特性が得られるが、熱エネルギーを使用するため、熱効率が悪くコストが高くなるため、ベルト231の生産性を考慮して熱処理温度を決める必要がある。
実施の形態2では、ベルト材料の主成分としてPIが使用されているが、主成分が同じであれば、実質的に同一のベルト材料といえる。なお、実施の形態2では、第1の層を第1の樹脂で形成し、第2の層を第1の樹脂とは異なる第2の樹脂で形成することも可能である。
以下同様にして、発明者は、実施例4のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第1の層を製造し、実施例5のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第2の層を製造することで、実施例8におけるベルト231#8を製造し、実施例5のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第1の層を製造し、実施例4のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第2の層を製造することで、実施例9におけるベルト231#9を製造し、実施例6のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第1の層を製造し、実施例2のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第2の層を製造することで、実施例10におけるベルト231#10を製造した。
発明者は、PIを主材料とし、表面抵抗率(ρs)が13.0logΩ/□となるようにカーボンブラックを適宜添加したポリアミド酸溶液を用いて、80μmの厚さの第1の層を製造し、実施例2のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第2の層を製造することで、実施例12におけるベルト231#12を製造した。
発明者は、PIを主材料とし、表面抵抗率(ρs)が13.0logΩ/□となるようにカーボンブラックを適宜添加したポリアミド酸溶液を用いて、80μmの厚さの第1の層を製造し、実施例4のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第2の層を製造することで、実施例13におけるベルト231#13を製造した。
発明者は、PIを主材料とし、表面抵抗率(ρs)が13.0logΩ/□となるようにカーボンブラックを適宜添加したポリアミド酸溶液を用いて、80μmの厚さの第1の層を製造し、実施例5のポリアミド酸溶液を用いて40μmの厚さの第2の層を製造することで、実施例14におけるベルト231#14を製造した。
図7に、実施の形態2における評価結果を示す。なお、図7には、実施の形態1における実施例1〜6の評価結果についても示されている。
図8では、実施例14における2次転写電流及び2次転写効率の関係を破線で示し、実施例9における2次転写電流及び2次転写効率の関係を実線で示している。
一方、図7及び図8に示されている評価結果より、実施の形態2における2層のベルト231は、αのρs1への依存性は小さく、ρs1が9.4〜11.6の範囲において、αは0.1以下であり、2次転写電流によらず、高い2次転写効率を確保できることが分かった。
図7及び図9に示されているように、ベルト231#7〜231#14の表面電位V0が20V以下である場合に、2次転写効率の電流依存性αが0.1以下になることがわかった。この理由は、実施の形態1と同様である。
図11は、実施の形態2における実施例7〜14の表面抵抗率ρs1と、電流依存性との関係を示すグラフである。
一方、図11に示されているように実施の形態2では、表面抵抗率ρs1が大きくなっても、電流依存性は高くならない。
このため、一般的には、10.0≦ρs1≦11.0の範囲のベルトを用いる必要があった。
図13は、実施の形態2における実施例7〜14の表面抵抗率の差Δρsと、表面抵抗率ρs1との関係を示すグラフである。
転写スジは、感光体ドラム111と、ベルト131、231との間のギャップ、又は、ベルト131、231と、媒体の入口若しくは出口とのギャップにおける放電によって発生する。
ここで、図14(A)〜(D)は、実施の形態2におけるベルト231及びその変形例を示す断面図である。
空洞の大きさの測定には、走査型電子顕微鏡(SEM)である株式会社日立製作所製「電子顕微鏡S−2380N型」を用いて空洞の有無を確認した。ベルト331〜531の切断した断面に、60秒間のカーボン蒸着を行ったのち、加速電圧を15KVとし、3000倍の倍率で観察した。
発明者は、上記のSEMで観察した転写ベルト(厚さ80μm)の断面において、外周面から10μmの位置と、外周面から70μmの位置とで、単位面積(10μm×10μm)に空洞の存在を確認した。
Claims (13)
- 感光体ドラムに現像剤像を形成する画像形成ユニットから、前記現像剤像の転写を受ける側の第1の面に6000ボルトの電圧を印加した0.1秒後の表面電位が20ボルト以下であるベルトと、
前記第1の面の反対側の第2の面に接触し、前記ベルトを駆動させる駆動部と、
を備えることを特徴とするベルトユニット。 - 前記ベルトは、厚さ方向において、前記第1の面側の第1の層と、前記第1の面の反対側の第2の層とを備えること
を特徴とする請求項1に記載のベルトユニット。 - 前記ベルトは、前記第1の層と、前記第2の層とは、実質的に同じ樹脂であること
を特徴とする請求項2に記載のベルトユニット。 - 前記第1の層は、第1の樹脂であり、
前記第2の層は、第2の樹脂であること
を特徴とする請求項2に記載のベルトユニット。 - 前記第1の層の表面抵抗率が前記第2の層の表面抵抗率以上であること
を特徴とする請求項2から4のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 前記第1の層の表面抵抗率をρs1とし、前記第2の層の表面抵抗率をρs2とした場合に、下記の(1)及び(2)式を満たすこと
9.4[logΩ/□]≦ρs1≦11.6[logΩ/□] (1)
9.8[logΩ/□]≦ρs2≦11.3[logΩ/□] (2)
を特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 前記第1の層の表面抵抗率と、前記第2の層の表面抵抗率との差Δρsが、下記の(3)式を満たすこと
0.1≦Δρs≦0.3 (3)
を特徴とする請求項5に記載のベルトユニット。 - 前記第1の層の厚さが30μm〜80μmであり、前記第2の層の厚さが30μm〜50μmであること
を特徴とする請求項2から7のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 前記第1の層及び前記第2の層の少なくとも一方の内部に複数の空洞が存在すること
を特徴とする請求項2から8のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 前記ベルトの厚さが60μm〜130μmであること
を特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 前記ベルトは、前記画像形成ユニットから、前記現像剤像の転写を受ける中間転写ベルトであること
を特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 前記ベルトは、前記画像形成ユニットから、前記現像剤像の転写を受ける媒体を搬送する搬送ベルトであること
を特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のベルトユニット。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載のベルトユニットを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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