JP4037091B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、詳しくは、像担持体上に形成されたトナー像を転写体上に重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年はオフィスでも大量のカラー文書が取り扱われるようになり、以前にも増して高速のフルカラープリンター、フルカラー複写機が望まれている。
一般に、近年普及し始めたカラーレーザープリンタは、一つの感光体に複数の現像装置が接触可能に配置され、感光体一回転毎に各々の色のトナー像を作成し、その像を感光体から中間転写体、もしくは転写ドラムなどに保持された紙に順次転写してカラートナー像を作成する、いわゆる1ドラム方式が主流である。
その中にも前述の中間転写体上で複数色のトナー像を重ね、その後紙に一括転写する中間転写方式と、転写ドラムなどに保持された紙に順次転写してカラートナー像を作成する直接転写方式とがある。直接転写方式は構造が簡単で低コストであるが、紙に複数回転写するために紙の抵抗や含水分の条件が変化し、安定した作像が難しい。中間転写方式では、画像の紙への転写は一回で済むので画質の安定性、紙種対応性がよいなどの特徴がある。
【0003】
しかしながら、いずれの方式でも4色を使用したカラー像を得るためには感光体が4回回転せねばならず、生産性が上がらなかった。そこで、高速化に対応するために、感光体を色の数だけ増やし(通常3本か4本)、それに対応してそれぞれの現像器を配置し、紙が感光体に連続して接触してカラー画像が得られる、いわゆるタンデム方式又はインライン方式の装置も提案されている。
例えば、特開昭53−74037号公報(対応米国特許第4,162,843号明細書)には、カラー画像出力の高速化のために感光体を複数個積載して、転写材(紙)をベルト状の搬送手段で搬送しながら、順次トナー画像を多重転写する画像形成装置が記載されている。
このタンデム方式では、感光体の外周速度が1ドラム方式と等速であれば、4倍以上の速度で印刷することが可能である。しかしながら上述のように感光体から紙に直接転写を行う直接転写方式の場合は、紙への転写の際の不安定性や、紙搬送の際の位置合わせなど問題も多い。
そこで、タンデム方式で且つ中間転写体を使用する、いわゆるタンデム中間転写方式が実開昭59-192159号公報などをはじめとして提案されている。
【0004】
しかしながら、通常の中間転写体方式や、このような感光体を複数個設置して中間転写体に順次トナー画像を多重転写するタンデム方式の画像形成装置の場合にも問題は指摘されている。
例えば、潜像担持体としての感光体、帯電手段としての一次帯電器、潜像形成手段としての画像露光器、現像手段としての現像器及び転写手段を有する画像形成ユニットをシアントナー用、マゼンタトナー用、イエロートナー用及びブラックトナー用として4つ用い、転写ベルトによって搬送されて来る転写材上に各色トナー用の画像形成ユニットの転写手段によって順次トナー画像を多重転写するフルカラー画像形成装置において、2色目以降の多重転写時に既に中間転写体上に転写されているトナーが感光体に転写してしまい(以下、逆転写と称する)、戻ることがある。
このような逆転写が発生すると、感光体ドラムクリーナからの廃トナーを現像器に再利用した場合、現像器内でのトナー混色という問題が発生してしまう。この現像器内での混色は、多色画像形成においては大きな問題点となる。また、逆転写が生じるということは、中間転写体上のトナー像が乱されるということであり、画質の劣化を引き起こす。
【0005】
特開平9−146334号公報においては、同様の課題を解決するために、潜像坦持体の水に対する接触角を85度以上にすることによる逆転写の軽減が提案されているが、上記問題が十分に解決されているとはいえない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、逆転写やトナー像の乱れによる画像劣化を防止することができる画像形成装置の提供を、その主な目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、既に転写体に転写しているトナー像が次の転写時に感光体に接触しなければ逆転写は発生しないという点に着目し、感光体と中間転写体を非接触状態に維持して転写を行うことにより多重転写時の逆転写による画像劣化を防止することとした。
【0008】
具体的には、請求項1記載の発明では、像担持体上に形成されたトナー像を転写手段により転写体に転写し、少なくとも2色以上のトナー像を上記転写体上に重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置において、上記像担持体が複数配置され、これらの像担持体と上記転写体とが非接触状態を保ったままトナー像を授受するように設けられ、上記各像担持体との転写部毎に空隙の距離が異なる、という構成を採っている。ここで、転写体とは、中間転写体や記録材等の概念を含むものとする。
【0009】
請求項2記載の発明では、請求項1記載の画像形成装置において、上記空隙の距離が、上記転写体の回転方向下流側に位置する転写部ほど大きい、という構成を採っている。
【0010】
請求項3記載の発明では、請求項1又は2記載の画像形成装置において、上記転写体の回転方向最上流に位置する転写部では上記空隙を設けない、という構成を採っている。
【0011】
請求項4記載の発明では、請求項1乃至3の何れかに記載の画像形成装置において、上記像担持体又は上記転写体の両端部近傍の表面にフィルム状部材若しくはワイヤー状部材を周方向に巻き付けることによって上記空隙が形成される、という構成を採っている。
【0012】
請求項5記載の発明では、請求項1乃至4の何れかに記載の画像形成装置において、上記転写体が無端ベルト状をなし、上記転写手段がローラ状部材であり、上記転写体が上記転写手段に巻き付けられた状態で設けられている、という構成を採っている。
【0013】
請求項6記載の発明では、請求項1乃至5の何れかに記載の画像形成装置において、上記像担持体と上記転写体との間に形成されている空隙は、先に上記転写体上に転写されたトナー像の厚み以上であり、100μm以下である、という構成を採っている。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第1の実施形態を図1乃至図5に基づいて説明する。
まず、図5に基づいて本実施形態における画像形成装置としてのタンデムタイプのカラー複写機の全体構成の概要を説明する。カラー複写機1は、画像形成部2と、該画像形成部2の上部に設けられた画像読取部3と、該画像読取部3の上部に設けられた自動原稿送り装置(ADF)4と、画像形成部2の下部に設けられた給紙部5を有している。装置本体の左側面には後処理装置6が併設され、且つ、装置本体の右側面には大容量給紙ユニット7、手差しトレイ8が設けられて全体がシステム化されている。
【0031】
画像形成部2には、画像書込ユニット9、作像ユニット10、1次転写ユニット11、2次転写ユニット12、定着装置13、反転ユニット14等が設けられている。給紙部5には記録媒体としての用紙が収容される給紙カセット15,16が設けられ、用紙を最上のものから順に1枚ずつ分離して給紙する給紙手段17、給紙された用紙を搬送する搬送ローラ対18等を有している。
画像が形成される動作を説明すると、まず、画像読取部3で読取られた画像信号に基づいて図示しない画像処理部で画像処理が行われる。画像処理部では、画像信号を画像形成用のブラック(Bk)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の各色信号に変換し、画像書込ユニット9へ送信する。画像書込ユニット9は、例えばレーザ光源と、回転多面鏡等の偏向器と、走査結像光学系、及びミラー群からなるレーザ走査光学系、一次元もしくは二次元に多数のLEDが配列されたLEDアレイと、結像光学系からなるLED書込み系などを備え、上記の各色信号に対応した4つの書込光路を有し、作像ユニット10の各色毎に設けられた像担持体としての各感光体ドラム(後述)に各色信号に応じた画像書込を行う。
【0032】
各感光体ドラムに形成された静電潜像はそれぞれに対応した現像装置(後述)によりトナー像として可視像化される。各色のトナー像は1次転写ユニット11の中間転写ベルト(後述)に順次重ね合わせて転写される。
給紙カセット15,16、大容量給紙ユニット7又は手差しトレイ8から給紙された用紙は、レジストローラ対19へ送られ、ここで一旦停止される。用紙は斜めずれを修正された後、中間転写ベルト上の重ね合わせ画像の先端と搬送方向の所定位置が一致するタイミングで2次転写部位へ送られ、2次転写ユニット12により重ね合わせ画像(カラー画像)を転写される。
転写を終えた用紙は定着装置13へ送られ、ここで熱と圧力によりトナーが溶融して定着がなされる。定着を終えた用紙は後処理装置6へ搬送され、ここで仕分けや綴じ処理等の処理をなされる。両面プリントの場合には定着後反転ユニット14に送られ、反転された後再度転写部へ送られる。
【0033】
図4に示すように、作像ユニット10は、ブラック(Bk)用、イエロー(Y)用、マゼンタ(M)用、シアン(C)用の各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20Cが設けられている。これらの感光体には通常のOPC感光体が用いられている。
感光体ドラム20Bkの周囲には、反時計回り方向に順に、帯電装置21Bk、画像書込ユニット9からのレーザ光22Bkの露光部、ブラック用の2成分磁気ブラシ現像方式の現像装置23Bk、1次転写ユニット11、クリーニング装置24Bk、除電装置25Bk等が配設されている。他の感光体ドラム20Y、20M、20Cについても同様の構成となっており、トナーの色に対応したアルファベットが異なるだけである。
【0034】
1次転写ユニット11は、支持ローラ26,27,28と、これらの支持ローラ26,27,28間に掛け回された転写体としての無端状の中間転写ベルト29と、中間転写ベルト29を挟んで各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20Cに対向する位置(転写部)に設けられた転写手段としての1次転写バイアスローラ30と、中間転写ベルト29の表面をクリーニングするベルトクリーニング装置31等を有している。
2次転写ユニット12は、駆動ローラ32と、従動ローラである2次転写バイアスローラ33と、駆動ローラ32と2次転写バイアスローラ33との間に掛け回された搬送ベルト34を有している。
定着装置13はベルト定着方式の構成を有しており、内部に熱源を有する加熱ローラ35、定着ローラ36、定着ベルト37、該定着ベルト37を挟んで定着ローラ36に圧接する加熱ローラ圧ローラ38、定着後の用紙を排出する排出ローラ対39等を有している。
【0035】
図3に基づいて、作像ユニット10の機能及び構成の詳細を説明する。
画像書き込み前には、各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20Cの書き込み部上流に設けられた帯電装置21で感光体表面は約-700Vに帯電されている。帯電装置21としては本実施形態では導電性ゴムローラが用いられ、このゴムローラは感光体ドラム20に対して50μmほどの距離を保って非接触に設置されている。
ゴムローラには約1kHz、ピーク間電圧2kVの交流電圧が印加されており、その中心値は約-800V程度に設定されている。これにより感光体ドラム20をおよそ-700Vに均一帯電している。帯電装置はこれに限らず、導電性のゴムローラを感光体ドラム20に接触するようにして帯電させる接触帯電、AC+DC帯電、ACバイアスをかけない、DCバイアスのみを約-1400V印加して感光体ドラム20を帯電するDCバイアスローラ帯電方法や、従来から良く用いられるコロトロンやスコロトロンを用いたコロナ帯電方法、ブラシ帯電方式などが挙げられる。
【0036】
感光体ドラム20上に書き込みが行われた後、現像工程によって静電潜像が現像される。現像装置は、代表してイエローの現像装置23Yについて説明すると、現像ローラ40Y、ドクタブレード41Y、2本のスクリュ42Y、43Y、トナー濃度センサ44Y、外ケース45Y等を有している。現像ローラ40Yとスクリュ42Y、43Yの位置関係は現像ローラ40Yよりスクリュ42Y、43Yが斜め下方向の位置にあり、2本のスクリュ42Y、43Yは水平方向に並列に配設されている。外ケース45Yには2本のスクリュ42Y、43Yを2室に分ける仕切り板46Yが設けられている。この仕切り板46Yの奥と手前は、現像剤が2本のスクリュ42Y、43Y間を循環できるように切り欠かれている。
また、外ケース45Yの感光体ドラム20Yと対向する部分は開口しており、この開口部から現像ローラ40Yの一部が露出するようになっている。このように外ケース45Yは、現像ローラ40Yの横でスクリュ43Yの上の空間を少し多めにして現像ローラ40Y、スクリュ42Y、43Y、ドクタブレード41Yを囲っている。
【0037】
現像ローラ40Yは、回転可能な非磁性の現像スリーブ40Yaと、この内側に固定配置された磁界発生手段としてのマグネット40Ybを有している。現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアからなる2成分現像剤である。
現像剤は送り方向が互いに反対のスクリュ42Y、43Yによって攪拌されながら搬送され、2室を常に循環している。攪拌搬送されて循環している現像剤はスクリュ43Yによって現像スリーブ40Yに供給され、マグネット40Ybの磁力によって表面に磁気ブラシ状で保持されて現像スリーブ40Yaの回転方向に汲み上げられる。
汲み上げられた磁気ブラシ上の現像剤はドクタブレード41Yによって適正な量に穂切りされて感光体ドラム20Yと対向している現像部へと送られる。ドクタブレード41Yで穂切りされて残った現像剤は重力で現像スリーブ40Ya表面の磁気ブラシ状の外側を落ちてスクリュ43Yに戻され、再度攪拌搬送されながら現像スリーブ40Yaに供給されることが繰り返される。
【0038】
一方、現像部に送られた現像剤は感光体ドラム20Y上の静電潜像にトナーが移行して顕像化される。現像スリーブ40Ya上には2.25kHz、ピーク間電圧約1kVの交流電圧が、中心値を-500Vとして印加されている。この現像バイアスにより、感光体20Y上の露光領域(帯電電位約-150V)との電位差でトナーが移行する。
顕像化に使われなかった現像剤は外ケース45Y内に戻り、マグネット40Ybの磁力が働かない部分で現像スリーブ40Yaから離れてスクリュ43Yに回収される。このように現像剤はスクリュ43Yとスクリュ42Yで攪拌搬送されて循環しながら現像スリーブ40Yaに供給、回収される。また画像が繰り返し出力されるとトナー濃度が薄くなるので、トナー濃度センサ44Yで検知しながら一定濃度になるようにトナー補給(不図示)する。他の現像装置23Bk、23M、23Cにおいても同様の構成・機能となっている。
【0039】
中間転写ベルト29は各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20Cと各1次転写バイアスローラ30との間に、各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20Cと接触しないように設置されている。中間転写ベルト29には各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20Cから各色のトナー像が順次重ね合わせて転写され、各感光体ドラム20Bk、20Y、20M、20C上のトナー顕像を坦持する。転写の方式としては中間転写ベルト29を挟み込む様に感光体ドラム20と対向して設けられた1次転写バイアスローラ30が転写電界を発生させて静電的に転写する。
本実施形態では、中間転写ベルト29の裏面に設置されたステンレス製の1次転写バイアスローラ30に約1.5kVの電圧を印加して転写電界を発生させている。
中間転写ベルト29は様々な材質のものを使用可能であるが、ここでは耐久性にすぐれ、ヤング率の高いポリイミド製のベルトや、表面平滑性に優れたPvdfベルト、もしくはポリウレタン樹脂層の上にポリウレタンゴム層を有し、さらに上にフッ素成分を含有したコート層をもつ、表面が弾性の多層構造ベルトなどを使用している。特にポリウレタン多層構造ベルトは表面が弾性を持つため、紙表面との密着性が良く、二次転写に優れている。
【0040】
いずれのベルトも1010〜1012Ωcm程度の体積抵抗を持ち、トナーの載る部分の表面抵抗が1012Ω/□以上の特性値となっており、転写性に優れている。但し、本発明においては一次転写時に精度よく中間転写ベルト29と感光体ドラム20間にギャップを形成する必要があるので,表面が弾性を持たない,ポリイミドやPVDFなどの樹脂製中間転写ベルトが望ましい。
中間転写ベルト29が最終画像形成部を抜けた後には中間転写ベルト29上には4色重なったカラーの画像が形成されている。
【0041】
用紙は給紙部5から給紙された後、まずレジストローラ対19を介して2次転写ユニット12へと導入され、中間転写ベルト29と2次転写バイアスローラ33が接触するところで画像が用紙に転写され、カラー画像形成が行われる。
画像転写後の用紙は定着装置13に搬送され、画像が定着され、カラー画像が得られる。画像を用紙に転写し終わった中間転写ベルト29は二次転写位置より下流に設けられたベルトクリーニング装置31によって転写残トナーを除去され、再び画像形成部によって次の画像が形成される。
【0042】
次にクリーニング装置24を、代表してイエローのクリーニング装置24Yについて説明する。クリーニング装置24Yは1次転写後感光体ドラム20Y上に残留したトナーを除去するもので、弾性体のクリーニングブレードやファーブラシ、あるいはそれらを併用したものが用いられる。
本実施形態では、弾性体、例えばポリウレタンゴムのクリーニングブレード47Yと、ファーブラシ48Yと、ファーブラシ48Yに接触して配設された電界ローラ49Yと、電界ローラ49Yのスクレーパ50Y、さらに回収スクリュ51Yで構成されている。ファーブラシ48Yは導電性で、電界ローラ49Yは金属である。
感光体ドラム20Yの回転方向とは逆方向のカウンタ方向で回転しているファーブラシ48Yで感光対ドラム20Y上の残留トナーが掻き落とされ、ファーブラシ48Yに付着したトナーはファーブラシ48Yに対してカウンタ方向で回転している電界ローラ49Yで取り除かれる。電界ローラ49Yはスクレーパ50Yでクリーニングされる。このとき電界ローラ49Yにはバイアスが印加されており、静電気力で残留トナーが感光体ドラム20Yからファーブラシ48Y、ファーブラシ48Yから電界ローラ49Yへと移動して最後にスクレーパ50Yで掻き落とされ回収スクリュ51Yで廃トナーボトル(不図示)に回収される。
クリーニング装置24Yと現像装置23Yの位置関係は、クリーニング装置24Yの回収スクリュ51Yの部分が現像装置23Yのスクリュ42Yの上側外ケースに対して上部に重なる配置形態となっている。他のクリーニング装置24Bk、23M、23Cにおいても同様の構成・機能となっている。
【0043】
本発明で課題となっている逆転写現象は、感光体ドラム20と既に中間転写ベルト29上に転写しているトナーとの付着力が何らかの作用により転写電界によるベルト方向への吸引力よりも強くなり、結果的に感光体ドラム20上に一部戻ってしまう現象である。
逆転写を防止するためには、根本的には既に中間転写ベルト29へ転写したトナーが、次の転写の際に感光体ドラム20に接触しなければ、トナーを感光体ドラム20側へ引き寄せる力が働かず、逆転写は生じようがない。
この視点に基づき、本実施形態では、図1に示すように、感光体ドラム20と中間転写ベルト29との間に空隙gを設けて非接触状態としている。
空隙gは、図2に示すように、1次転写バイアスローラ30の回転軸30aの両端部に固定されたベアリング52の外周に設けられた突き当て部材53が感光体ドラム20の表面に当接することによって形成される。g=突き当て部材53の半径−1次転写バイアスローラ30の半径−中間転写ベルト29の厚みとなる。
【0044】
本発明の目的から、感光体ドラム20と中間転写ベルト29との間に設けられる空隙gは、先に中間転写ベルト29に転写されたトナー層の厚みよりも大きいことが望まれる。
用紙上で所定の画像濃度を達成するためには、トナー種類にもよるが、一般的に0.3mg/cm2〜1.5mg/cm2程度のトナー付着量が必要である。これをトナー比重を換算して高さに直すと、約8μm〜40μm程度の高さとなる。本実施形態では0.7mg/cm2、約15μmであった。よって、本実施形態において逆転写を防止するためには、空隙gは少なくとも8μm以上は必要である。
但し、あまりにギャップ(空隙g)が広すぎると,感光体ドラム20上のトナーが中間転写ベルト29へ転写するための電界強度を満たすためのバイアス電圧が高くなりすぎる。
【0045】
図6に、空隙gの距離を変えた場合のトナーが受ける電解強度を計算したグラフを示す。
通常(従来)の接触状態での転写の際には、感光体ドラム20と中間転写ベルト29間の距離はトナーの厚みでほぼ決まり、約20μmである。このときの電界強度はグラフから約120であり、これが100μmまで離れると約半分の60まで低下する。距離が離れれば電界強度の弱まり方は遅くなるが、広ければ広いほど電界強度は低下し、転写にとってよい方向にはならない。表1に空隙距離と転写率を測定した実験結果を示す。
【0046】
【表1】
【0047】
表1において、20μmと30μmの空隙距離で転写率が大きく異なるのは、感光体ドラム20と中間転写ベルト29が接触して転写している最中の若干の速度差により、転写性が向上するからである。空隙が広がるとこの助力が無くなるために転写率が低下する。良好な転写といえる85%以上を達成するためには空隙は50μm以下が望ましく、80%以上を達成するには空隙は100μm以下であることが望ましい。
転写率80%が接触時の98%に比べかなり劣化していると思われるが、この従来のシステムでカラー画像を取った場合、各転写プロセスで逆転写率が約8%もあるため、最上流色のトナーは転写を繰り返すうちに20%以上が逆転写で失われ、さらに画像が擦られるため画質が劣化する可能性がある。
それに対して、逆転写が生じない本実施形態のシステムでは、最初の転写効率は若干悪いが、その後画像が乱されることがないと考えれば、画質が劣化しない分より良いと言える。
【0048】
上記の例から空隙gは必要以上に離す必要はなく、最低限中間転写ベルト29上のトナーが感光体ドラム20と接触しなければよい。さらに言えば、最初に感光体ドラム20にトナーを転写する場合は、逆転写の心配がないため、非接触にする必要がない。
また、カラー画像のため、二次色、三次色とトナーが中間転写体上で重なって行くにつれてトナー層の厚みが増していくため、最適な感光体ドラム20と中間転写ベルト29間の空隙gの距離は転写条件によって異なることが予想される。
そこで、転写条件に合わせて空隙gを変えることが有効であり、本実施形態のタンデムタイプの場合には、各色の転写部でそれぞれ最適な値に設定すればよい。
【0049】
前述のように、色重ねのためにタンデムタイプでは転写が下流に行くに従ってトナー像の厚みが増すので、それに合わせて空隙gが広がるように設定するのが望ましく、特に最上流の転写部では逆転写の心配がないため、空隙gを設ける必要はない。
表2、3に空隙設定の実施例を示す。ここで、表2の実施例では空隙のバリエーションを二種類(50μmと80μm)にしぼり、それぞれ上流二段と下流二段に適用した。これはコストを重視したためであり,バリエーションを抑えることでコストも抑えることができる。さらにステーション(転写部)毎に最適化しようとするならば、コストは高くつくが、より効率のよい転写周りの設計が可能である。表3にはステーション毎に空隙距離を変えた実施例を示してある。
【0050】
【表2】
【0051】
【表3】
【0052】
本実施形態では中間転写ベルト29を使用する例を載せたが、機械レイアウトや、求められる精度、大きさなどから中間転写ドラム方式を採用しても構わない。
図7及び図8は、感光体ドラムが1つで中間転写体がドラムの場合における空隙gの形成構成を示している(参考例)。
空隙gは、中間転写ドラム54の回転軸54aの両端部に固定されたベアリング55の外周に設けられた突き当て部材56が感光体ドラム57の表面に当接することによって形成される。g=突き当て部材56の半径−中間転写ドラム54の半径となる。
【0053】
図9に、第1の実施形態の変形例としての第2の実施形態を示す。なお、第1の実施形態と同一部分は同一符号で示し、特に必要がない限り既にした構成上及び機能上の説明は省略して要部のみ説明する(以下の他の実施形態において同じ)。
本実施形態では突き当て部材53に代えて、90°の回転毎に空隙gの距離が異なる突き当て部材58を使用している。1ステーション毎に突き当て部材58が90°回転し、空隙gの距離が変化する。
最上流の転写部に対応するポジション1では空隙gの距離は0、すなわち接触であり、ポジション2では20μm、ポジション3では40μm、ポジション4では60μmとなっている。
【0054】
先に説明したように、中間転写体を使う機械レイアウトは大きく分けて二つある。一つは中間転写体、感光体ドラムをそれぞれ一つ有し、それに対して現像手段を複数個有する1ドラムタイプであり、一つは中間転写体を1つ有し、感光体ドラムを複数個有するタンデムタイプである。どちらも中間転写体にはドラムタイプとベルトタイプを用いることができる。
本発明では感光体ドラムと中間転写体の間に精度よくギャップを設けることが必要で、この場合中間転写体がドラムタイプの方が一般的に精度が保ちやすい。しかしながら、機械的レイアウトの自由度が乏しく、且つ、タンデム構成機である場合には、ドラムタイプでは機械が大型化するなどの問題もあり、その点ベルトタイプはレイアウトの自由度、小型化などのメリットがある。実現したい機能を考えて選べばよい。
【0055】
一般に、空隙を設定する場合は、上記実施形態で示した方法の他に、例えば感光体ドラムの軸と、相手方(例えば中間転写ドラム)の軸との距離を精度よく設定したり、感光体ドラムの軸にベアリングなどの部材を設け、且つ、ベアリングと感光体ドラムとの外周差を設け、この部分を相手方に押し当てて空隙を設ける方法などがある。
しかしながら、本発明で扱うような100μm以下の微小な空隙はこの様な方法では製造精度や取付精度等が敏感に反映されて精度よく設定することが困難な場合がある。
そこで、接触する表面同士の両端部近傍にあらかじめ段差部を精度よく付けておき、この段差部を相手方に付き当てて駆動すれば、中間転写体の表面と感光体ドラムの表面との間に精度よく空隙を保つことができ、感光体ドラムの駆動の偏心などの影響を最小限に止めることができる。
【0056】
この実施形態(第3の実施形態)を、図7で示した参考例の変形例として図10及び図11に基づいて説明する。
上記段差部も通常の切削などの方法ではコストが掛かり、また、精度よく作ることが難しい。そこで、予め厚みが一定に揃っているフィルム状の部材を表面に巻き付けて貼ることにより精度よく段差を形成することができる。
図10に示すように、感光体ドラム57の両端部にはフィルム状部材60が周方向に巻き付けられ、これによって感光体ドラム57の表面に段差部が形成されている。フィルム状部材60の材質としては、ポリエチレンやポリスチレン、ポリイミド、ナイロンなどの樹脂が好ましく、表面が平滑で厚み精度のよい物が望ましい。
フィルム状部材60を感光体ドラム57に貼り付ける材料としては、厚み一定の常温固化型接着剤や粘着テープが好ましい。溶融接着などは接着強度は得られるが厚みが狂うおそれが大きいので注意を要する。また、フィルム状部材60を巻き付ける際にも注意が必要で、中間転写ドラム54や感光体ドラム57が連続して回転することを考えると、周方向のつなぎ目の影響を最小にしなければならない。
本実施形態では、図11に示すように、フィルム状部材60の端部60a、60b同士が同一面上で互いに斜めに交差するように巻かれている。これにより、感光体ドラム57が回転しても常にフィルム状部材60の一部分が必ず相手方(中間転写ドラム54)に当たるようになり、つなぎ目の影響はほとんど発現しない。
図12に示すように、ワイヤー状部材61を感光体ドラム57の表面に螺旋状に巻き付けてもよい(第4の実施形態)。この場合にも感光体ドラム57が回転しても常にワイヤー状部材61の一部分が必ず相手方(中間転写ドラム54)に当たるようになり、つなぎ目の影響はほとんど発現しない。
段差部を形成する上記フィルム状部材60、ワイヤー状部材61は中間転写ドラム54の表面に設けてもよい。図13は、フィルム状部材60を中間転写ドラム54の表面に設けた例(第5の実施形態)を示している。段差部は中間転写体、感光体ドラムのどちらに設けてもよい。より精度よく、低コストに設計できる方を選べばよい。
【0057】
感光体ドラムと中間転写体との間に設けられた空隙gは微小であるため、空隙保持のための段差部などに異物が付着すると空隙距離が大きく変わり、画像に影響の出るおそれがあるため注意しなければならない。
そのため、空隙保持用の段差部は異物のない部分に当てられるのが理想的である。段差部が中間転写体に設けてある場合は感光体クリーニング手段(第1の実施形態の場合にはクリーニング装置24)のクリーニング領域内に位置するように設置し、段差部が感光体ドラムに設けてある場合は中間転写体クリーニング手段(第1の実施形態の場合にはベルトクリーニング装置31)のクリーニング領域内に位置するように設置するようにして、クリーニング手段で正常となった表面に段差部を当てるようにするのがよい。
【0058】
また、現像部ではトナーが現像され、されにトナーよりも大きなキャリアが感光体ドラムに付着してしまう場合もある。そこで、段差部は現像領域の幅よりも外側に位置するのが望ましい。同じように、帯電ローラなどを使用した場合は、帯電部で感光体ドラムに異物が付着する恐れもある。また、段差部材が感光体ドラム上に設置されていると感光体ドラムを帯電しにくいという問題もある。
そこで、帯電装置の幅よりも段差部が外側に設置されているのが望ましい。また、段差部が付き当てられる相手だけでなく、段差部の表面も同じように清浄である必要がある。よって、付き当てる前にこの部分をクリーニングするのは有効である。このクリーニングは転写部進入直前にウレタンブレードやファーブラシ、ウエブなどを設けて行うのが有効である。第1の実施形態では、図4に示すように、中間転写ベルト29に段差部を形成した場合、該段差部の表面は最上流のブラックの感光体ドラム20Bkの転写部に進入する直前にベルトクリーニング装置31によってクリーニングされる。
【0059】
感光体ドラムから中間転写体へトナーを移動させるためには静電的なバイアスを印加して転写電界をトナーに与えてやる必要がある。そのため、中間転写ドラムではドラム芯金にバイアスが、中間転写ベルト方式ではバイアス印加部材が中間転写ベルト裏側に設置される。
中間転写ベルトの場合はドラムと違って空隙を精度よく管理する手段を設ける必要がある。そこで、精度のよいローラを感光体ドラムと対向する位置にベルトを挟むように設置することで空隙の精度を保つことができる。
転写バイアスの印加にはローラ方式の他にブラシバイアス方式やブレードバイアス方式があるが、どちらもベルト裏面からの押し付け圧力が場所によってばらつき、精度よく空隙を保つことができない。バイアスローラ(1次転写バイアスローラ30)は第1の実施形態では金属(SUS)製のものを用いたが、樹脂や精度のよいゴムローラなどを用いてもよい。
【0060】
ローラ形状のバイアス印加部材を用いた場合は、図14に示すように、感光体ドラム20側ではなく1次転写バイアスローラ30側に中間転写ベルト29を巻き付き勝手で押し付けた方が空隙の精度が出る(第6の実施形態)。本実施形態では、中間転写ベルト29の表面の両側に、すなわち感光体ドラム20の軸方向に間隔をおいて段差部を形成するためのフィルム状部材62が貼り付けられている。
感光体ドラム20側への巻き付けであると、段差部と段差部の間のベルト部分の空隙を保って置くのが難しく、感光体ドラム20の表面と接触してしまうおそれがある。中間転写ベルト29を1次転写バイアスローラ30側に巻き付けることで、段差部と段差部の間のベルト部分は中間転写ベルト29を張架している張力によって1次転写バイアスローラ30側に巻き付き、感光体ドラム20に接触する可能性が抑えられる。
【0061】
転写部での中間転写ベルト29を1次転写バイアスローラ30側に巻き付けておく構成は、例えば1ドラムタイプであれば、感光体ドラムと中間転写ベルトが隣接する部位は一カ所であるが、タンデムタイプでは複数個所あるため、全ての転写部でこの構成を取るのが難しくなる。
そのような場合は、転写部の前後に、中間転写ベルト29が転写部で1次転写バイアスローラ30側に巻き付くように中間転写ベルト29方向を変える部材を設けるとよい。
例えば図15に示すように、転写部の前後においてベルト押え部材としてのローラ63で中間転写ベルト29を1次転写バイアスローラ30側に巻き付くように押さえる(第7の実施形態)。この場合、ローラ63は、転写されたトナー画像に触れないように、中間転写ベルト29の表面の画像領域外の両端部のみに設けられる。ローラ63は転写部の前後のいずれか一方に設けてもよい。
【0062】
上記各実施形態では、タンデムタイプで中間転写ベルトを用いる構成を例示したが、タンデムタイプで中間転写ドラムを用いる構成、タンデムタイプにおける直接転写構成においても同様に実施することができる。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、逆転写による混色がなく、且つ、トナー像の乱れのない良好な画像を得ることができる。
【0064】
本発明によれば、非接触状態を精度よく維持でき、逆転写、トナー像の乱れを一層抑制することができる。
【0065】
本発明によれば、非接触状態を高精度に維持でき、逆転写、トナー像の乱れを高精度に抑制することができる。
【0066】
本発明によれば、装置のレイアウトの自由度を上げることができ、装置のコンパクト化を実現できる。
【0067】
本発明によれば、逆転写、トナー像の乱れを防止する機能を有しながら高速化を実現できる。
【0068】
本発明によれば、物理的にトナーと像担持体が接触することがなく、逆転写、トナー像の乱れを確実に防止できる。
【0069】
上記像担持体と上記転写体との間に形成されている空隙は100μm以下である構成とした場合には、トナーの転写に必要な転写電界を極端に弱めることなく、良好な転写率を保ったまま逆転写、トナー像の乱れを防止できる。
【0070】
上記空隙の距離が転写条件に合わせて可変である構成とした場合には、過不足なく転写条件に合わせて逆転写、トナー像の乱れを防止できる。
【0071】
上記像担持体が複数設けられているとき、各像担持体との転写部毎に上記空隙の距離が異なる構成とした場合には、空隙による逆転写、トナー像の乱れを防止する機能を各転写部において無駄なく得ることができる。
【0072】
上記空隙の距離が、上記転写体の回転方向下流側に位置する転写部ほど大きくなる構成とした場合には、転写を繰り返すうちにトナー層高さが変わることに合わせて最適な逆転写防止条件を作り出すことができる。
【0073】
上記転写体の回転方向最上流に位置する転写部では空隙を設けない構成とした場合には、逆転写の心配のない最上流の転写効率を高めることができる。
【0074】
上記像担持体と上記転写体との間の空隙は、該像担持体の表面に所定の段差部を設け該段差部に該転写体の表面を接触させることにより形成される構成とした場合には、通常の方法では得られない100μm以下の空隙を安定して作り出すことができる。
【0075】
上記像担持体と上記転写体との間の空隙は、該転写体の表面に所定の段差部を設け該段差部に該像担持体の表面を接触させることにより形成される構成とした場合には、通常の方法では得られない100μm以下の空隙を安定して作り出すことができる。
【0076】
上記段差部が、上記像担持体又は上記転写体の両端部近傍の表面にフィルム状部材若しくはワイヤー状部材を周方向に巻き付けることによって形成される構成とした場合には、通常の方法では得られない100μm以下の空隙を安定して作り出すことができる。
【0077】
上記フィルム状部材若しくはワイヤー状部材が螺旋状に巻かれ、あるいは端部同士が同一面上で互いに斜めに交差するように巻かれている構成とした場合には、つぎ目による空隙の変動を防止でき、逆転写を安定して防止することができる。
【0078】
上記段差部は、当接対象である上記像担持体若しくは上記転写体のクリーニング領域に対応する位置に設けられる構成とした場合には、異物による空隙変動を防止でき、逆転写を安定して防止することができる。
【0079】
上記段差部は、上記像担持体の画像領域外若しくは該画像領域外に対応する位置に設けられる構成とした場合には、異物による空隙変動を防止でき、逆転写を安定して防止することができる。
【0080】
上記段差部は、上記像担持体の帯電領域外若しくは該帯電領域外に対応する位置に設けられる構成とした場合には、異物による空隙変動を防止でき、逆転写を安定して防止することができる。
【0081】
上記段差部が上記転写部に進入する前に該段差部の表面をクリーニングするクリーニング手段を有している構成とした場合には、ゴミ等の異物による空隙変動を防止でき、逆転写を安定して防止することができる。
【0082】
上記転写体が無端ベルト形状を有する場合、上記転写手段は該転写体を挟むように上記像担持体に対向して設けられたローラ状部材である構成とした場合には、中間転写ドラムに比べて空隙精度が出しづらい中間転写ベルトにおいて空隙精度を良好にすることができる。
【0083】
上記転写体が上記転写手段であるローラ状部材に巻き付けられた状態で設けられている構成とした場合には、空隙精度を一層向上させ、且つ安定させることができる。
【0084】
上記転写体の巻き付け構成が、転写部前後の部位の何れか一方若しくは両方にベルト押え部材を設けることによって形成される構成とした場合には、空隙精度をより一層向上させ、且つ安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態における感光体ドラムと中間転写ベルトの非接触状態を示す概要側面図である。
【図2】 感光体ドラムと中間転写ベルトの非接触状態を示す概要正面図である。
【図3】 感光体ドラム周りの構成の拡大図である。
【図4】 作像ユニット、1次転写ユニット及び2次転写ユニットを示す概要正面図である。
【図5】 画像形成装置としてのカラー複写機の概要正面図である。
【図6】 空隙距離と電界強度の関係を示すグラフである。
【図7】 参考例における感光体ドラムと中間転写ドラムの非接触状態を示す概要側面図である。
【図8】 図7で示した参考例における感光体ドラムと中間転写ドラムの非接触状態を示す概要正面図である。
【図9】 第2の実施形態における感光体ドラムと中間転写ドラムの非接触状態を示す概要正面図である。
【図10】 第3の実施形態における感光体ドラムと中間転写ドラムの非接触状態を示す概要側面図である。
【図11】 第3の実施形態におけるフィルム状部材のつぎ目部分を示す図である。
【図12】 第4の実施形態におけるワイヤー状部材のつぎ目部分を示す図である。
【図13】 第5の実施形態における感光体ドラムと中間転写ドラムの非接触状態を示す概要側面図である。
【図14】 第6の実施形態における感光体ドラムと中間転写ベルトの非接触状態を示す概要側面図である。
【図15】 第7の実施形態における感光体ドラムと中間転写ベルトの非接触状態を示す概要側面図である。
【符号の説明】
20 像担持体としての感光体ドラム
29 転写体としての中間転写ベルト
30 転写手段としての1次転写バイアスローラ
31 クリーニング手段としてのベルトクリーニング装置
54 転写体としての中間転写ドラム
60、62 フィルム状部材
61 ワイヤー状部材
63 ベルト押え部材としてのローラ
g 空隙
Claims (6)
- 像担持体上に形成されたトナー像を転写手段により転写体に転写し、少なくとも2色以上のトナー像を上記転写体上に重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置において、
上記像担持体が複数配置され、これらの像担持体と上記転写体とが非接触状態を保ったままトナー像を授受するように設けられ、上記各像担持体との転写部毎に空隙の距離が異なることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1記載の画像形成装置において、
上記空隙の距離が、上記転写体の回転方向下流側に位置する転写部ほど大きいことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2記載の画像形成装置において、
上記転写体の回転方向最上流に位置する転写部では上記空隙を設けないことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至3の何れかに記載の画像形成装置において、
上記像担持体又は上記転写体の両端部近傍の表面にフィルム状部材若しくはワイヤー状部材を周方向に巻き付けることによって上記空隙が形成されることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至4の何れかに記載の画像形成装置において、
上記転写体が無端ベルト状をなし、上記転写手段がローラ状部材であり、上記転写体が上記転写手段に巻き付けられた状態で設けられていることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至5の何れかに記載の画像形成装置において、
上記像担持体と上記転写体との間に形成されている空隙は、先に上記転写体上に転写されたトナー像の厚み以上であり、100μm以下であることを特徴とする画像形成装置。
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