JP3295998B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電複写機、同プリン
タなど静電記録プロセスを利用する、特に中間転写媒体
を使用する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】像担持体の表面に形成されたトナー像
を、いったん中間転写媒体に転写し、その後このトナー
像を、さらに紙や他の材質のシート等の転写材に転写す
るよう構成した画像形成装置の従来例としては、たとえ
ば特開昭５９−５０４７４号公報に、 中間転写媒体として、導電性基層の表面に絶縁性の粘
着層を設けたローラないしベルトを用い、前記導電性基
層と像担持体との間にバイアス電圧を印加する。

【０００３】表面に粘着層を有する絶縁性の中間転写
媒体に導電性押圧ローラを押し当て、前記ローラと像担
持体間にバイアス電圧を印加する。

【０００４】ものがある。このような仕方によって、像
担持体から中間転写媒体へ転写効率を向上させるものが
示されている。

【０００５】また、特開昭６３−２２３６７８号公報
に、中間転写媒体に像担持体からトナー像を転写する転
写バイアス電圧を印加し、さらに、中間転写媒体上のト
ナーを転写材に転移させるため、転移方向にバイアス電
圧を印加させる。

【０００６】ものが示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
５９−５０４７４号公報のおよびのような手段で
は、像担持体から中間転写媒体への転写効率を向上させ
るが、は転写材に転写定着する際にもバイアス電圧が
かかっていることになるため、トナーを中間転写媒体か
ら分離することがむずかしく、またにおいては、中間
転写媒体とトナーの間には静電気力により引き合う力が
働くため、像担持体から中間転写媒体に転写後中間転写
媒体を除電しなければならないが、除電を充分に行うこ
とは困難であり、以上のような理由からトナー像を中間
転写媒体から最終の転写材に転写する際に、転写媒体上
にトナーが残留するという問題点があった。

【０００８】特開昭６３−２２３６７８号公報は、中間
転写媒体上のトナーを転写材に転写する転写効率を良く
するための手段であるが、その効果は若干は認められる
ものの、熱、圧力、電界の作用により行われる転写定着
におけるそれぞれの効果、特にそれらの相補効果につい
ては何ら記述するものではなく、さらに、転写定着を効
率よく行うためのそれぞれの条件の設定の仕方について
も、何ら提示するものではなかった。

【０００９】本発明は、転写定着手段を有する画像形成
装置で、転写定着手段にかけられる熱、圧力、電界の効
果について明らかにし、圧力、電界を所定の範囲にする
ことにより、中間転写媒体から転写材への転写効率を高
め、転写後の転写材上での印字品質が良く、さらには機
内のトナー汚染も少なくする画像形成方法および装置を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】像担持体と、その表面に
形成されたトナー像を受容する中間転写媒体と、前記中
間転写媒体上のトナー像を転写材に転写定着する転写定
着手段とを備えた画像形成装置において、前記転写定着
手段には、中間転写媒体上のトナーが転写材に転移する
方向の電界を発生するバイアス電圧印加手段を配し、前
記中間転写媒体は、導電性を有する基体の表面に誘電性
もしくは抵抗性のコート層を有し、前記中間転写媒体と
前記転写材との接触率が８０％以上、前記バイアス電圧
印加手段による前記中間転写媒体上のトナーが転写材に
転移する方向の電界（E）が５×１０^８V／ｍ以下とした
ことを特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下図面に基づいて、本発明を詳細に説明す
る。

【００１２】（実施例１）図１は、本発明による画像形
成装置の概略図である。

【００１３】像担持体２と、像担持体２に接触しその後
転写定着部９を通過するベルト状の中間転写媒体５、そ
してこれを支持する加熱ローラ６、加圧ローラ８、転写
ローラ４、従動ローラ１０とから主要な部分は構成され
ている。中間転写媒体５は矢印ａの方向に進行し、矢印
ｂの方向に回転する像担持体２に転写ローラ４により圧
接される。像担持体２は、矢印ｂの回転に従い、まず帯
電器１１により表面が均一に帯電され、図示されていな
いレーザー光源より出射されたレーザー光１２により潜
像が形成される。形成された潜像が像担持体２の回転に
従って現像位置に移動すると、現像手段１３は現像動作
に入り像担持体２の表面上に潜像に従ってトナー像１を
形成する。次に、形成されたトナー像１は、像担持体２
と転写ローラ４とのニップ部分に入り、転写ローラ４に
よって印加されるバイアス電圧により、中間転写媒体５
上に転写される。以上、像担持体２からトナー像１が中
間転写媒体５に転写されるプロセスが一次転写である。

【００１４】一次転写時のバイアス電圧は中間転写媒体
の材質や厚み、トナー種により異なるが２００〜３００
０Ｖが必要である。このバイアス電圧の効果により像担
持体２から中間転写媒体５にはトナー像１の一次転写は
効率的に実行されるが、像担持体２上に中間転写媒体５
へ移行せず残留したトナーは、像担持体２の回転に従い
クリーナー部３に達し、そこでかき取られて像担持体２
上からは完全に除去される。残留トナーが除去された
後、図示されていない光源より出射される除電光により
像担持体２の電荷は除去される。残留トナー、残留電荷
の除去が行われた像担持体２は、次の画像形成のために
準備される。

【００１５】ここで、像担持体２の感光層は、有機光導
電体、無機光導電体、有機・無機の複合型光導電体が使
用でき、この感光層は潜像を形成する手段（本実施例で
はレーザー光１３を用いているが）が発生する光の波長
域に感度を有すれば良い。また、像担持体２は円筒状で
はなくフィルム基体上に感光層が形成されていても良
い。帯電器１１は、たとえば、コロトロン、スコロトロ
ン、ローラ式、ブラシ式が使用でき、像担持体２の帯電
極性は、用いる感光層の特性に合わせた極性にする。転
写ローラ４は、芯金上に導電性のスポンジをつけたもの
を用いたが、他の転写手段としては、コロトロン、スコ
ロトロン、ローラー式、ブラシ式等が使用できる。いず
れも中間転写媒体５の背面側に配置される。

【００１６】トナーは、ポリエステル系樹脂、スチレン
アクリル系樹脂等の結着樹脂中に、色材を分散した、体
積平均粒径約１０μｍの粒子であって、必要に応じ、金
属石鹸、ポリエチレングリコール等の界面活性材（分散
剤）、電子受容性の有機錯体、塩素化ポリエステル、ニ
トロフニン酸、第４級アンモニウム塩、ピリジウム塩等
の帯電制御剤、ポリプロピレンワックス等の離型剤、タ
ルク等の充填剤、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂等の流動性向上剤等
が内添、もしくは、外添される。各トナーは各現像器内
で、均一に混合、分散され、所定電荷に帯電される。現
像器内にキャリアと共に混合しても良い。トナーの帯電
極性は、像担持体２の帯電をマイナスにし、反転現像を
行う場合は、マイナスとなる。

【００１７】図２は、中間転写媒体５の構成を示す図で
ある。中間転写媒体５は、ベルト基体１５とその表面に
あるコート層１６の２層のものを用いたが、ベルト基体
１５の両面にコート層１６がある３層、あるいはそれ以
上の層を有する構造でも良い。ベルト基体１５に用いる
材質は、電気的な性質から、誘電性（体積抵抗１０¹³Ω
ｃｍ以上）、導電性（体積抵抗１０⁰〜１０³Ωｃｍ）、
抵抗性（体積抵抗１０⁴〜１０¹²Ωｃｍ）の３種類のも
のである。誘電性のものとしては、ポリイミドやポリア
ラミド等の樹脂フィルムやセラミックフィルム等、導電
性のものとしては、アルミニウム、ニッケル等の金属、
合金等のもの等、また抵抗性のものとしては、ポリイミ
ドやポリアラミドにカーボンブラックや金属を混入させ
て抵抗を小さくしたもの等が使用できる。ベルト基体１
５上のコート層１６は、ある方がトナーの離型性や耐久
性の面で有利であり好ましいが、無くても使用すること
ができる。コート層１６の材質としては、電気的に誘電
性のものか、抵抗性のものが使用できる。誘電性のもの
としては、フッ素、シリコンゴム等が使用でき、抵抗性
のものとしては、フッ素やシリコンゴム等のものにカー
ボンブラックや金属を混入させて抵抗を小さくしたもの
等が使用できる。なお、中間転写媒体５は、転写定着部
９で加熱ローラ６により加熱されるから、中間転写媒体
５を構成するものが、樹脂等の素材であればガラス転移
点が２００℃以上、もしくは、ガラス転移点がみられな
い材料により構成されることが望ましい。

【００１８】中間転写媒体５は、矢印ａの方向に進行
し、転写定着部９にはいる。転写定着部９は、中間転写
媒体２の内部にあり、中間転写媒体５が進む方向に駆動
され、その内部に加熱手段を有する加熱ローラ６と、加
熱ローラ６と中間転写媒体５をはさんで圧接し、バイア
ス電圧印加手段を有する加圧ローラ８により構成され
る。

【００１９】加熱ローラ６は、アルミ・鉄・ステンレス
鋼等の材質の素管表面にフッ素樹脂やシリコンゴム等が
つけられてできており、加熱ローラ６の円筒の内部には
制御可能な熱源が位置する。熱源には、ハロゲンラン
プ、セラミックヒーター等を一つ、あるいは複数を用い
ることができる。この内部の熱源により加熱ローラ６は
加熱され、表面は所定の温度に維持されている。加熱ロ
ーラ６のかわりに、板状の熱源に耐熱性のシリコンゴム
やフッ素等をコートしたものを使用することもできる。

【００２０】中間転写媒体５上のトナー像が転写定着部
９に移動すると、それに合わせて転写材１４は矢印ｃの
方向に搬送され、中間転写媒体５の周速度と同速度で加
熱ローラ６と加圧ローラ８のニップ部に移動する。加熱
ローラ６は、転写材１４が通過する以前に、内部の熱源
に通電され、熱ローラ６の表面は所定の温度に達すると
共に、所定温度に保持されるように熱源が制御されてい
る。加熱ローラ６と加圧ローラ８のニップ部では、中間
転写媒体５上のトナーは中間転写媒体５を介して加熱ロ
ーラ６より軟化点温度以上に加熱されるとともに、加圧
ローラ８により加えられる圧力により転写材１４と接触
し、溶融したトナーが転写材１４と濡れ、浸透し、トナ
ーは転写材１４と接着する。ニップ部９通過後は、図示
されない剥離手段により転写材１４と中間転写媒体５か
ら剥離し、その後転写材１４は搬送され、トナーは冷
却、凝集して、転写材１４上にトナー像が定着される。
この時の加熱ローラ６の表面温度は、ニップを通過する
間にトナーをゴム状あるいは液状に変化させるのに必要
な熱量を与えられるよう、通常８０〜２００℃に設定さ
れている。以上、中間転写媒体５より転写材１４にトナ
ー像１を転写定着するプロセスが二次転写である。

【００２１】中間転写媒体５としては、導電性ポリイミ
ドフィルムをベルト基体とし、コート層にはフッ素コー
トにしたものを使用した。導電性ポリイミドの厚さは３
０μｍので、シームレスベルトに成形したものの表面
に、厚みが２５μｍのフッ素をコートしている。導電性
ポリイミドの体積抵抗は５×１０¹Ωｃｍ、でフッ素の
比誘電率は３．０であった。加圧ローラ８は、ステンレ
ス製の芯金に導電性スポンジを巻いたものを使った。全
体の直径は３０ｍｍで、内部の芯金は直径２０ｍｍ、肉
厚１０ｍｍである。導電性スポンジの体積抵抗は１０⁸
Ωｃｍであった。トナーはポリエステルを主成分とし、
体積平均粒径１０μｍのものを使用し、現像量は１．５
層程度で、厚みは１４μｍであった。トナーの帯電量は
１５μＣ／ｇで、比誘電率は３であった。トナー層と転
写材との間には、１μｍの間隙があるものとする。転写
材にはｐｐｃ用紙を用い、その厚みは約１００μｍで、
紙の水分量は約５％に調湿したものを用いた。また、電
気的性質は比誘電率が３．０、厚み方向の抵抗は２．０
×１０⁷Ωｃｍであった。また、二次転写時の中間転写
媒体５とｐｐｃ用紙とのニップは、幅４ｍｍ、横の長さ
は２２０ｍｍであった。この時の加熱ローラ６と加圧ロ
ーラ８との間の圧力は、０．８ｋｇ／ｃｍ²であった。
また、加熱ローラ６の表面温度は、１６０℃に設定し
た。上記のような中間転写媒体、トナーおよび転写材を
用いて、二次転写を行った。

【００２２】このような画像形成装置を用いて実験を行
った。

【００２３】二次転写で中間転写媒体５と加圧ローラ８
の間にかけられるバイアス電圧を変化させるとともに、
中間転写媒体５を挟んで加熱ローラ６と加圧ローラ８の
間の圧力を変化させたときの、転写効率の測定を行っ
た。

【００２４】加熱ローラ６の温度を１５０℃一定とし、
加熱ローラ６と加圧ローラ８間を通過する速度も５ｐｐ
ｍで一定として実験を行った。中間転写媒体５には、上
述と同様の導電性ポリイミドにフッ素コートをしたもの
を用いた。

【００２５】加圧ローラ８のバイアス電圧を細かく変化
させた。トナーにかかる電界が０．５×１０⁶Ｖ／ｍご
とに変化させた。また、それぞれのバイアス電圧条件で
加熱ローラと加圧ローラ間にかかる圧力も同様に変化さ
せ、０．１ｋｇ／ｃｍ²に変化させて実験を行った。

【００２６】加圧ローラ８にかけるバイアス電圧を０か
ら変化させたが、最初中間転写媒体５上にトナーが多く
残留していたが、徐々に減少し、さらに上げていくと残
留するトナーがなくなっていた。二次転写で加圧ローラ
８にかかるバイアス電圧が２５０Ｖでは、中間転写媒体
５上に残留するトナーは全くなく、この時のトナー層に
かかる電界を算出したところ、６×１０⁷Ｖ／ｍであっ
た。さらに、バイアス電圧を上げていくと、中間転写媒
体５上のトナーは同様に１００％転写されるが、電圧を
さらに大きくしていくと、ある電圧以上でトナーが中間
転写媒体５上に再び残留するようになることが確認され
た。

【００２７】つぎに、上記と同様の画像形成装置を用
い、バイアス電圧は一定とし、加熱ローラ６と加圧ロー
ラ８にかかる圧力を変化させて、他の条件は上記と同様
にして、中間転写媒体５上に残留するトナーを調べた。
圧力を０から変化させ、徐々に大きくしていったとこ
ろ、圧力が小さい時は残留トナーが非常に多かったが、
圧力を大きくするにつれて減少していき、ある圧力から
は残留トナーが全くなくなった。さらに、圧力を大きく
していったが、残留するトナーはそれ以降は全く発生し
ていなかった。

【００２８】評価は、中間転写媒体５からｐｐｃ用紙へ
のトナーの転写効率の測定を行った。中間転写媒体５上
の像担持体２から転移したトナー重量をテープ転写した
ときのテープ重量の変化により調べ、ｐｐｃ用紙へ転写
定着後、中間転写媒体５上の残留トナーを同様にテープ
転写により重量を測定し、転写効率を求めた。

【００２９】中間転写媒体上に残留したトナーは、中間
転写媒体５がプロセス上を回転し、再び像担持体に接触
した際、像担持体表面をを傷つけたり、次回の転写定着
で転写材に移り、本来の画像部以外の部分に付着して印
字画像を汚す等の問題点がある。このため残留トナーが
発生した場合には、中間転写媒体のクリーニングが必要
となる。しかし、中間転写媒体上でいったん溶融し固定
化したトナーはクリーニングされにくいことと、また画
質の面で抜けを減らすことから、中間転写媒体５上に残
留するトナーの量はないことが望ましい。効率良く円滑
にプロセスを進行するためには、転写効率は数値上では
９５％以上が望ましい。

【００３０】図３は、電界を変化させた時の転写効率の
結果を示すグラフである。横軸は中間転写媒体と転写材
間の電界、縦軸は中間転写媒体から転写材へ移行する二
次転写時のトナーの転写効率である。加圧ローラーの荷
重を変化させて、加熱ローラと加圧ローラのニップ部の
圧力を０．２，０．５，１ｋｇ／ｃｍ²に変化させた時
の曲線をそれぞれ、、で示している。転写効率が
９５％を越える電界領域がそれぞれの圧力により異な
る。圧力が低いほど、電界が大きくなければならない。
また、５０×１０⁷Ｖ／ｍをこえる領域では、どれも転
写効率が９５％以下になっていた。

【００３１】圧力が大きいほど転写効率がよくなるとい
う結果が得られたが、さらにトナーの中間転写媒体上の
残留を減らすために、残留トナーがなぜ生ずるかについ
てのメカニズムを調べた。

【００３２】まず、転写定着後のフィルムと紙について
目視、光学顕微鏡により観察を行ったところ、残留トナ
ーは紙の凹部で主に発生していた。これにより、転写材
と中間転写媒体とで、十分接触してない個所では、トナ
ーが残りやすくなる。そこで、圧力を変化させた場合の
フィルムと紙との接触面積を調べてみることにした。図
４は、フィルムと紙との接触率の関係のグラフである。
縦軸が転写材と中間転写媒体の面積接触率、横軸が加熱
ローラと加圧ローラのニップ部にかかる圧力となってい
る。接触率は圧力が上がるほどに増加し、０．２ｋｇ／
ｃｍ²以上で８０％を越えることがわかる。

【００３３】図３と図４とから、転写効率９５％以上が
可能となるのは、圧力が０．２ｋｇ／ｃｍ²以上でバイ
アス電圧をある設定以上にする、あるいは電界のアシス
ト無しで圧力１ｋｇ／ｃｍ²以上とし接触率を高くする
かのどちらかの状況であることがわかった。つまり、バ
イアス電圧が無くとも転写効率をあげることが可能であ
り、バイアス電圧をかける場合にもバイアス効果が効率
的に働くように設定することが可能であることを示して
いる。

【００３４】図５は、以上の結果から二次転写効率が９
５％以上の圧力と電界の領域をまとめたものである。縦
軸が中間転写媒体と転写材間にかかる電界、横軸が加熱
ローラと加圧ローラのニップ部の圧力を示す。二次転写
の転写効率が９５％以上の良好な領域は、以下の３つの
エリアとなるという結果が得られた。

【００３５】I、ｐ≧０．２ｋｇ／ｃｍ²、かつ２×１０
⁶≦Ｅ≦５×１０⁸Ｖ／ｍ II、ｐ≧０．５ｋｇ／ｃｍ²、かつ１×１０⁶≦Ｅ≦５×
１０⁸Ｖ／ｍ III、ｐ≧１ｋｇ／ｃｍ²、かつＥ≦５×１０⁸Ｖ／ｍ このようにして、作成された印字画像は、黒べたも均一
で、細線やドットも再現よくはっきりとでており、画質
がよかった。バイアス効果を有効に使えるため、圧力を
必要以上に高くすることはないため、印字のつぶれが少
ない。また、紙カールも少ない。さらに、圧力を大きく
するためのおおがかりな装置も少ない。また、中間転写
媒体の長寿命化ができるとともに、一次転写、二次転写
の転写効率が１００％近いため、画像形成後の機内を観
察したところトナー飛散が少なくなっていた。

【００３６】本発明においては、中間転写媒体５と加圧
ローラ８との間にバイアスにより電界を形成しているた
め、中間転写媒体５上のトナーには、加圧ローラ８へ転
移する方向へ働く力が作用し、トナーは転写材１４へ転
移し、鮮明な画質を形成することができる。また、バイ
アス電圧が印加されていないときの加圧ローラ８におけ
るような摩擦帯電による画像の乱れを生ずるおそれも少
ない。

【００３７】また、中間転写媒体５上にはトナー残留は
ほとんどない。従って、クリーニング手段は動作させる
必要はない。また、トナーの中間転写媒体５上への固着
も発生し得ない。

【００３８】本発明を適用した実施例について説明した
が、これに限定されるものではなく、その他の画像形成
装置にも適用できる。

【００３９】（比較例）実施例１と同様の実験装置を用
いて、圧力ｐを０．１ｋｇ／ｃｍ²として電界を変化さ
せたときの二次転写効率を調べた。その結果、二次転写
効率は、図３に示すような曲線となり、９５％を越える
領域はなかった。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、像担持体
と、その表面に形成されたトナー像を受容する中間転写
媒体と、前記中間転写媒体上のトナー像を転写材に転写
定着する転写定着手段とを備えた画像形成装置におい
て、前記転写定着手段には、中間転写媒体上のトナーが
転写材に転移する方向の電界を発生するバイアス電圧印
加手段を配し、前記中間転写媒体は、導電性を有する基
体の表面に誘電性もしくは抵抗性のコート層を有し、前
記中間転写媒体と前記転写材との接触率が８０％以上、
前記バイアス電圧印加手段による前記中間転写媒体上の
トナーが転写材に転移する方向の電界（E）が５×１０
^８V／ｍ以下とすることにより、像担持体からトナー像
の中間転写材への転写効率を良好に維持しながら、トナ
ー像の転写材への最終転写効率を向上することができ、
転写材へ良好な画像を得ることができる。

【００４１】また、印字が良く、転写材のカールが少な
いうえに圧力を必要以上に大きくする必要がないので軽
量・コンパクトに設計することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明を複写機に適用した実施例を
示す側面図。

【図２】 図２は、本発明に用いる中間転写媒体の構成
を示す図。

【図３】 図３は、本発明を用いたときの中間転写媒体
上のトナーが転写材へ移動する転写効率と電界Ｅとの関
係を示したグラフ。

【図４】 図４は、本発明を用いて転写定着を行ったと
きの、中間転写媒体と転写材にかかる圧力と中間転写媒
体とｐｐｃ用紙との接触率の関係を示したグラフ。

【図５】 図５は、本発明を用いて転写定着を行ったと
きの、中間転写媒体から、転写材舳の転写効率が９５％
を越える圧力−電界の領域を示すグラフ。

【符号の説明】

１ トナー ２ 像担持体 ３ クリーナー部 ４ 転写ローラー ５ 中間転写媒体 ６ ヒートローラー ７ 転写材挿入部 ８ 加圧ローラー ９ 転写定着部 １０ 駆動ローラ １１ 帯電器 １２ レーザー光 １３ 現像手段 １４ 転写材 １５ ベルト基体 １６ コート層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/16 G03G 15/20 102

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体と、その表面に形成されたトナ
   ー像を受容する中間転写媒体と、前記中間転写媒体上の
   トナー像を転写材に転写定着する転写定着手段とを備え
   た画像形成装置において、前記転写定着手段には、中間転写媒体上のトナーが転写
   材に転移する方向の電界を発生するバイアス電圧印加手
   段を配し、前記中間転写媒体は、導電性を有する基体の
   表面に誘電性もしくは抵抗性のコート層を有し、 前記中間転写媒体と前記転写材との接触率が８０％以
   上、前記バイアス電圧印加手段による前記中間転写媒体
   上のトナーが転写材に転移する方向の電界（E）が５×
   １０ ^８ V／ｍ以下、とした ことを特徴とする画像形成装
   置。