JP3665914B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、カラー複写機、カラーレーザープリンタ、カラーファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に感光体ドラムなどの潜像像担持体上に順次形成された各色のトナー像を重ね合わせて転写紙などの最終被転写体に一括転写するための中間転写ベルトの構造を改良した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
カラーレーザープリンタ等の画像形成装置においては、感光体ドラム上の潜像をシアン、マゼンタ、イエロー、ブラック等のトナーを備えた複数の現像装置により色毎に現像し、各色のトナー像を順次中間転写ベルト上に重ねて転写した後に、この多色トナー像を一括して転写紙上に転写するようにしている。
上記のような画像形成装置には、出力画像の輪郭がぼやけやすいという不具合がある。これは主に転写部において生じる転写ちりと呼ばれる現象によるものであり、画像がシャープでなくなったり、またディザ法使用時には各色描画点の面積が拡大して色合いが正しく再現できなくなるなど画像品質低下の要因となる。この転写ちりの発生する原因としては、単色トナー像の転写の場合、中間転写ベルト上においてトナー像のエッジ部ではトナーが互いに付着していないため、電界や機械的な振動により散ってしまうことが考えられる。また、色重ねトナー像の場合は、中間転写ベルト上に既に転写済トナーが存在し、その上にさらにトナーが転写されるため、転写中トナーが強い排斥電界を受けて進路を反らされ、像の周囲に散ってしまうことが原因と考えられる。
この転写ちり対策としては、中間転写ベルトを高抵抗化することが有効である。これは、高抵抗ベルトを用いると、転写バイアスで中間転写ベルト自身が帯電され、その時にトナーの有る部分と無い部分とで表面電荷密度が変わり、これによりベルト表面のトナー像において、像内に静電気力を働かせるフリンジ電界が生じて転写ちりを抑制することができるためである。
しかし、中間転写ベルト上へのトナー積載量が多くなると、よりフリンジ電界を強力にするためには非常に大きなバイアス電圧印加装置及び除電装置が必要となり、コンパクト化の要望の強い装置には搭載できない。
よって、上記のフリンジ電界をより効果的に活用する手段を考える必要があった。
この種の技術として、例えば、特開平３−２３８４８３号公報に記載の「画像形成装置」では、転写ベルトの体積抵抗が転写領域において絶縁性であり、被転写領域では導電性を示す感光体の転写ベルトを使用している。また、米国特許第４，０１４，６０５号には、転写区域に感光層を有する転写ベルトを使用し、感光層をニップ部内からニップ部以降を照明して導電化させ、かつニップ部の手前では照明しないようにすることで、特別に転写電界をテイラード（ニップ前後で非対称に）させるようにしたベルト転写システムが示されている。
しかし、これらの感光体ベルト類は製造が難しく、材質自体の持つ特性により屈曲に対する耐久性が乏しいという欠点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記従来の技術の問題点を解消し、製造が比較的容易で、耐久性に優れ、転写ちりによる異常画像を防止できる中間転写ベルトを備えた画像形成装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、回転する潜像担持体上に色成分に対応する静電潜像を形成し、それらを複数色の粉体トナーで現像し、潜像担持体上の各色のトナー像を中間転写体に順次転写して重ね合わせた後、中間転写体から最終被転写体に一括転写して多色画像を得る画像形成装置において、前記中間転写体は、複数の膜体を重ねて構成され、前記潜像担持体との接触部位における膜体間の間隔がその他の部位における間隔よりも小さく設定されていることを特徴とする。
この請求項１の発明は、中間転写体の潜像担持体との接触部位すなわち、潜像担持体からトナー像が転写される部位では、中間転写体を構成する膜体間の間隔を小さくして帯電容量を大容量化することで、低バイアス電圧でも転写を容易に行えるようにし、それ以外の部位では、膜体間の間隔を拡げて低容量化することで、前記接触部位で中間転写体に印加され保持される電荷により中間転写体の表面電位を上げることにより、フリンジ電界を強力にして、転写ちりを防止するようにしたものである。すなわち、転写時には、トナーと一緒に潜像担持体の潜像も転移し、トナーが無い部分（地肌部）と在る部分（非地肌部）との間で保持電荷の差（電位差）が予め生じているため、中間転写体の表面電位を上げたときにその電位差が増幅され、地肌部と非地肌部との輪郭（像輪郭）でのフリンジ電界によるトナーの像輪郭内への押し込み電界力を増幅して、転写ちりを防止するものである。
【０００５】
また、請求項２の発明は、前記中間転写体の表層膜として絶縁性の素材を用いることにより、フリンジ電界によるトナーの像輪郭内への押し込み電界力を長時間持続し、転写ちり防止効果の向上を図ったものである。
また、請求項３の発明は、前記中間転写体の表層膜として、電界が強くなると低抵抗化する電界依存性を有する中抵抗素材を用いたことを特徴としている。
この請求項３の発明によれば、前記接触部位（転写部位）では電界依存性により表層膜が低抵抗となり、強い転写電界が形成されるので、高効率な転写が可能となる。また、表層膜が低抵抗することで、以前の潜像の履歴が消えるので除電処理が不要となる。一方、前記接触部位以外の部位では高抵抗となるため、転写ちりを抑制する電界が持続しやすい。
また、請求項４の発明は、前記膜体間に高絶縁性の軟質物質、例えば、絶縁性の高い気体、液体、軟質な固体を封入したことを特徴としている。
この請求項４の発明によれば、中間転写体の帯電による電位を長時間保持できるとともに、膜体間の間隔を適正に保持できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
まず、この実施の形態の画像形成装置の全体的構成及び基本動作について図１を参照して説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の一例であるデジタルカラープリンタの実施の形態の一例を示す概略側断面図である。図中、１は潜像担持体たるベルト状の感光体（以下、感光体ベルトという。）であり、画像形成動作時、感光体ベルト１は時計回り（矢印Ａの向き）に回転し、まず、帯電器４で所定表面電位に帯電される。次に、レーザ書込系５によるベルト表面へのビーム露光により、表面電位の高低による静電潜像が所望のフルカラー画像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに４色分解した成分毎色毎に作られる。
この静電潜像は、シアン、マゼンタ、イエローの各トナーを収容する回転型現像器６とブラックトナー現像器７により顕像化される。まずブラックトナーで静電潜像が顕像化されると、感光体ベルト１は反時計回り（矢印Ｂの向き）に回動する中間転写体たる中間転写ベルト１０と接触して、中間転写ベルト１０の表面に顕色画像を転写（１次転写）する。以降、シアン、マゼンタ、イエローの順に顕像化と中間転写ベルト１０への転写がなされる。感光体ベルト１上の転写残トナーは、感光体クリーニング装置１５により回収清掃され、さらに電位ムラを除電器３により除電され、次の色の現像のためにプロセスが繰り返される。
続いて、上記４色トナーの中間転写ベルト１０への転写終了後、給紙台１７より給紙ローラ１８、レジストローラ１９ａ及び１９ｂ、２０ａ及び２０ｂを経て紙転写部へ転写紙が搬送され、紙転写ローラ１４により中間転写ベルト１０上の多色トナー像が転写紙に一括転写（２次転写）される。中間転写ベルト１０上の未転写トナーは、紙への転写終了後に中間転写ベルトクリーニング装置１６により回収清掃される。転写終了後、転写紙は定着装置５０へ送られ、多少トナー像が紙に定着されてフルカラー画像が出力される。
【０００７】
図２は、上記中間転写ベルト１０の構造を示す部分破断斜視図である。中間転写ベルト１０は、懸架ローラ１１、１２で懸架され、駆動モータ（不図示）により所定の方向に回転させられる。この中間転写ベルト１０は、内層膜１０１と外層膜（表層膜）１０２とを間隔保持部材１０３を挟んで重ね合わせるとともに両端を連結してなる無端ベルトであり、感光体ベルト１よりも幅広に形成されている。内層膜１０１の両側縁部には寄止ガイド１０４が設けられている。間隔保持部材１０３は、内、外層膜１０１、１０２間の両端縁部に設けられている。両間隔保持部材１０３の間隔は感光体ベルト１の幅よりも広く設定されており、感光体ベルト１との接触部部位（一時転写部）では外層膜１０２が撓んで内、外層膜１０１、１０２がほぼ密着状態となる（図４参照）。
内層膜１０１に必要な特性は、懸架ローラ１１との高摩擦力と摩耗に対する耐久性、伸びが少ないこと、電気抵抗が外層膜１０２よりも低い中抵抗領域であること（後述）、などである。この内層膜１０１は、ＰＶｄＦやＥＴＦＥなどの高分子材料を用いて、２０〜１００μ前後の厚みのフィルム状に作られる。なお、高分子材料の代わりに無機材料を使用してもよい。
【０００８】
外層膜１０２に必要な特性は、対トナー付着力が低いこと、ニップを確保するために柔らかいこと、絶縁性であること（後述）、などであり、ＰＥＴなどの延伸しやすい高分子材料や、トナーの付着し難いＰＴＦＥ、ＥＴＦＥなどのフッソ系膜などを材料にして、内層膜１０１よりも薄く作られる。
間隔保持部材１０３は、ウレタンなどでスポンジ状に作られ、両面テープによる接着や溶着などにより、内層膜１０１と外層膜１０２とを接続している。なお、間隔保持部材１０３の圧縮永久歪性能はＪＩＳ評価方法によるデータなどから選択する。圧縮永久歪性能の良い材料であれば、転写部通過時の僅かな圧縮時間の間に歪むことはない。
寄止ガイド１０４は、内層膜１０１の内面側に設けられ、懸架ローラ１１０、１１１の側面に当接して中間転写ベルト１０の蛇行を防止している。その素材にはベルト自体の屈曲を妨げないよう軟質な材料が用いられる。この寄止ガイド１０４も、両面テープによる接着や溶着により内層膜１０１に取り付けられている。
【０００９】
次に、本実施の形態におけるトナー転写メカニズムについて図５の等価回路図及び図６のモデル図を参照して説明する。
図５において、（ａ）は感光体ベルト１と中間転写ベルト１０間にトナーが存在している場合の等価回路、（ｂ）はトナーが存在しない場合の等価回路を示している。図中、Ｖは電位を、Ｃは静電容量を、Ｖベルトは中間転写ベルト１０の表裏面間の電圧（電位差）を示す。各添字“ＯＰＣ”、“ｔｏｎｅr ”、“ａｉr ” は、その電位または静電容量がそれぞれ感光体、トナー、気中ギャップのものであることを示す。また、Ｖｔｂは１次転写バイアスを示す。
トナー部と非トナー部とでは、表面電荷密度に差が生じるため、Ｖベルトが異なる。トナー部のＶベルト（＝Ｖベルト１）は、非トナー部のＶベルト（＝Ｖベルト２）よりも低くなり、両者の電位差△Ｖ（＝Ｖベルト１−Ｖベルト２）は、中間転写ベルト１０の表面のトナー像の輪郭部でフリンジ電界を形成する（図６）。この電位差△Ｖが大きければ、フリンジ電界は大きくなり、トナーを像輪郭内へ押し込む転写ちり抑制電界として作用する。この転写ちり抑制電界が、本来わずかな振動でも飛散しやすいトナーを像輪郭内に押込めて、転写ちりの発生を抑制することになる。転写ちり抑制電界は、ベルトに高抵抗材料を使用することで減衰時定数を大きくし、長時間に亘り維持することができる。
【００１０】
上記電位差△Ｖは、一時転写にて発生するものであるから、初期値はＶｔｂやＣなどの回路定数にて規定される。したがって、理論上は、ＶｔｂやＣを大きく設定することにより大きな電位差△Ｖが得られることになる。ところが、実際には、Ｖｔｂを調節して大きな電位差△Ｖを得ようとしても、空気の絶縁破壊が生じるため限界がある。また、ベルトを薄くしてＣを大きくしようとすると、ベルト耐久性に問題が生じる。
そのために、この実施の形態では、上述したように、中間転写ベルト１０を内層膜１０１と外層膜１０２と両者間に所定の間隔を保つ間隔保持部材１０３とで構成し、感光体ベルト１と中間転写ベルト１０との接触部位（ニップ部）では外層膜１０２が撓んで内層膜１０１と外層膜１０２がほぼ密着状態となるようにして、ニップ部での電位差△Ｖを積極的に増幅させ、転写ちり抑制電界を高めるようにしている。すなわち、内層膜１０１と外層膜１０２の間隔が狭まれば、膜間容量Ｃａｉｒが増大し、Ｖベルト１とＶベルト２との電位差△Ｖも膜間容量Ｃａｉｒに逆比例して増幅される（図３参照）。外層膜１０２に絶縁性の高い素材（高抵抗素材）を用いることで、面電荷σを長時間保持し、電位差△Ｖも長時間保持することができる。
【００１１】
しかし、高抵抗素材のベルトでは除電が問題となる。そこで、印加電界が強くなると抵抗（抵抗率）が低下する電界依存性を有する中抵抗素材を外層膜１０２に使用する。このような性質を持った外層膜１０２を使用すれば、電圧を印加しない時は高抵抗になり、△Ｖは保持できる。一方で、電圧が印加されている場合、例えば一時転写時などにおいては抵抗が下がるため、前の履歴による不具合は生じない。従って、除電のために高電圧が不要となり経済的である。なお、この場合、外層膜１０２に使用する中抵抗素材は、例えば図７に示すような電圧−抵抗率特性（抵抗の電界依存性）を持つものがよい。
また、内装膜１０１と外層膜１０２間の膜間物質として空気を想定した場合、空気層の絶縁破壊を想定しなくてはならない。パッシェン則から、３６０Ｖ程度までの電位差なら特に絶縁破壊は生じないが、それ以上の電位差では、もっと絶縁性の優れた絶縁材で間隔を保持しなくてはならない。このような絶縁材として、気体ではＳＦ₄ など、液体では絶縁油がある。もちろん、非多孔質の非常に軟性の高分子材なども好適である。内層膜１０１と外層膜１０２との間にこのような絶縁材を封入しておくことで、中間転写ベルト１０の帯電電位を長時間保持できるようになるとともに、膜間の間隔保持にも役立つ。
なお、以上の実施の形態では、中間転写体として中間転写ベルトを使用した場合について説明したが、ドラム状のものを使用した場合にも本発明は有効に適用できる。
また、以上の実施の形態では、本発明の画像形成装置をカラーレーザープリンタに適用した場合を例に取り説明したが、カラー複写機やカラーファクシミリ、更にはこれらの機能を兼ね備えた複合機にも適用できることはいうまでもない。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、中間転写体の潜像担持体との接触部位すなわち、潜像担持体からトナー像が転写される部位では、中間転写体を構成する膜体間の間隔を小さくして帯電容量を大容量化することで、低バイアス電圧でも転写を容易に行えるようにし、それ以外の部位では、膜体間の間隔を拡げて低容量化することで、前記接触部位で中間転写体に印加され保持される電荷により中間転写体の表面電位を上げることにより、フリンジ電界を強力にして、転写ちりを防止することができる。
また、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加え、前記中間転写体の表層膜として絶縁性の素材を用いたことにより、フリンジ電界によるトナーの像輪郭内への押し込み電界力を長時間持続し、転写ちり防止効果を高めることができる。
また、請求項３の発明によれば、請求項１の効果に加え、前記中間転写体の表層膜として、電界が強くなると低抵抗化する電界依存性を有する中抵抗素材を用いたことにより、前記接触部位では電界依存性により表層膜が低抵抗となり、強い転写電界が形成されるので、高効率な転写が可能となり、また、表層膜が低抵抗化することで、以前の潜像の履歴が消えるので除電処理が不要となる。一方、前記接触部位以外の部位では高抵抗となるため、転写ちりを抑制する電界を長時間持続できるようになる。
また、請求項４の発明によれば、請求項１の効果に加え、前記膜体間に高絶縁性の軟質物質を封入したことにより、中間転写体の帯電電位を長時間保持できるとともに、膜体間の間隔を適正に保持きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一例であるデジタルカラープリンタの実施の形態の一例を示す概略側断面図である。
【図２】図１に示した中間転写ベルトの構造を示す部分破断斜視図である。
【図３】中間転写ベルトの感光体ベルトとの接触部位とそれ以外の部位での容量、電圧、電位差の違いを示した説明図である。
【図４】中間転写ベルトの構造を示す部分断面図であり、（ａ）は感光体ベルトとの接触部での断面図、（ｂ）は懸架ローラ巻き付け部での断面図、（ｃ）は上記以外の箇所の部分断面図である。
【図５】（ａ）は感光体ベルトと中間転写ベルト間にトナーが存在している場合の等価回路図、（ｂ）はトナーが存在しない場合の等価回路図である。
【図６】トナー転写メカニズムを示すモデル図であり、（ａ）はフリンジ電界が弱い場合、（ｂ）はフリンジ電界が強い場合を示す。
【図７】抵抗率の電圧依存特性の一例をグラフで示した図である。
【符号の説明】
１ 感光体ベルト（潜像担持体）、４ 帯電器、５ レーザ書込系、６ 回転型現像器、７ ブラックトナー現像器、１０ 中間転写ベルト（中間転写体）、１１、１２ 懸架ローラ、１４ 紙転写ローラ、５０ 定着装置、１０１ 内層膜、１０２ 外層膜（表層膜）、１０３ 膜間保持部材、１０４ 寄止ガイド。

Claims (4)

1. 回転する潜像担持体上に色成分に対応する静電潜像を形成し、各静電潜像を夫々複数色の粉体トナーで現像し、潜像担持体上の各色のトナー像を中間転写体に順次転写して重ね合わせた後、中間転写体から最終被転写体に一括転写して多色画像を得る画像形成装置において、
   前記中間転写体は、複数の膜体を重ねて構成され、前記潜像担持体との接触部位における膜体間の間隔がその他の部位における間隔よりも小さく設定されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記中間転写体の表層膜として、絶縁性の素材を用いたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記中間転写体の表層膜として、電界が強くなると低抵抗化する電界依存性を有する中抵抗素材を用いたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記膜体間に高絶縁性の軟質物質を封入したことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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