JP4208287B2

JP4208287B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4208287B2
Application number: JP15501498A
Authority: JP
Inventors: 和弘船谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-03
Filing date: 1998-06-03
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-06-03
Also published as: JPH11344877A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に形成したトナー像を一旦、中間転写ベルト上に一次転写し、その後、中間転写ベルト上から転写材上に一括して二次転写して画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラーの画像形成装置において、感光ドラム（像担持体）上に順次にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像を形成し、これらトナー像を一次転写ローラによって順次に中間転写ベルト（中間転写体）上に一次転写して中間転写ベルト上で複数色のトナー像を重ね合わせ、その後、これら中間転写ベルト上の複数色のトナー像を二次転写ローラによって紙等の転写材上に一括して二次転写するものが知られている。
【０００３】
この画像形成装置にあっては、上述の一次転写ローラは、中間転写ベルトの裏面側に配設されて中間転写ベルトを感光ドラムに押圧し、感光ドラムと中間転写ベルトとの間に帯状の一次転写ニップ部を構成している。一方、二次転写ローラは、中間転写ベルトの裏面側に配設された二次転写対向ローラとに間に中間転写ベルトを挟持し、中間転写ベルトとの間に二次転写ニップ部を構成している。そして、上述の一次転写ローラに一次転写バイアスを印加することで一次転写ニップ部を介して感光ドラム上のトナー像を中間転写ベルト上に一次転写し、また、二次転写ローラに二次転写バイアスを印加することで二次転写ニップ部を介して中間転写ベルト上のトナー像を転写材上に二次転写するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術において、一次転写ニップ部及び二次転写ニップ部でのニップの状態が適正でない場合には、一次転写時及び二次転写時における中間転写ベルトの帯電状態にムラが発生し、次の画像形成において、転写効率の高い部分と低い部分とが形成されてしまい、画像に濃度ムラが発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、一次転写時及び二次転写時の中間転写ベルトの帯電ムラを無くして、連続画像形成時の濃度ムラの発生を防止するようにした画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明は、トナー像が形成される像担持体と、回転可能な中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの内周面に接触し、前記像担持体と前記中間転写ベルトが接触する一次転写部を形成する一次転写ローラと、前記中間転写ベルトの内周面に接触し、前記中間転写ベルトを張架する二次転写対向ローラと、前記中間転写ベルトの外周面に接触し、前記二次転写対向ローラとともに前記中間転写ベルトを介して転写材を挟持搬送可能な二次転写部を形成する二次転写ローラと、を有し、前記一次転写部でトナー像を前記像担持体から前記中間転写ベルトに一次転写することを繰り返すことで複数のトナー像を前記中間転写ベルトに重ね合わせた後、前記二次転写部で前記中間転写ベルトに重ね合わせたトナー像を前記中間転写ベルトから転写材に一括して二次転写するとともに、前記一次転写部での前記中間転写ベルトの帯電状態が前記二次転写部での二次転写効率に影響を及ぼし、前記二次転写部での前記中間転写ベルトの帯電状態が前記一次転写部での一次転写効率に影響を及ぼす画像形成装置において、前記一次転写ローラと前記二次転写ローラとの双方を、クラウン形状に形成する、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、前記一次転写ローラを支持する第１の支持部材に、前記像担持体に対する前記一次転写ローラの位置決めを行なう第１の位置決め部材を設け、前記二次転写ローラを支持する第２の支持部材に、前記中間転写ベルトに対する前記二次転写ローラの位置決めを行なう第２の位置決め部材を設ける、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、前記中間転写ベルトの表層抵抗が少なくとも１０¹³Ω・cmである、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１、２、又は３の画像形成装置において、前記一次転写ローラがスポンジローラである、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１、２、３、又は４の画像形成装置において、前記二次転写ローラがスポンジローラである、ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
〈実施の形態１〉
図８に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。
【００１３】
従来から、４色フルカラーの画像形成装置として、電子写真方式、熱転写方式、インクジェット方式等のさまざまな方式が用いられている。このうち、電子写真方式を用いたものは、高速、高画質、静粛性の点で他の方式に比べ優れており、近年普及している。この電子写真方式においてもさまざまな方式に分かれており、例えば、感光体表面にカラー像を重ねた後一括転写して像形成を行う多重現像方式、現像−転写のサイクルを繰り返し行う多重転写方式、また、一旦、中間転写体上に各色の現像像を順次に転写した後、転写材上に一括転写する中間転写体方式等がある。このうち、特に、中間転写方式は混色の心配がないこと、さまざまなメディアへの対応が可能であること等の理由から、優れた方式であるとされている。
【００１４】
図８に示す画像形成装置は、電子写真方式で、かつ中間転写ベルトを使用した中間転写方式の画像形成装置である。
【００１５】
同図に示す画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１は、駆動手段によって矢印Ｒ１方向に回転駆動される。
【００１６】
感光ドラム１表面は、帯電バイアス印加電源（不図示）により帯電バイアスが印加された帯電器２によって所定の極性、所定の電位に均一に帯電される。
【００１７】
帯電後の感光ドラム１表面は、第１色目であるイエローの画像情報に応じてレーザ露光光学系（露光装置）３から発生されたレーザー光４によって走査され、静電潜像が形成される。
【００１８】
静電潜像は、現像装置によって現像される。現像装置は、４色の現像器、すなわちイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのそれぞれの色のトナーを収納した現像器８、７、６、５によって構成されている。これら現像器８、７、６、５は、感光ドラム１から離間されて配置されており、感光ドラム１上の静電潜像の現像に供されるイエローの現像器８が感光ドラム１表面に当接されて、感光ドラム１上の静電潜像にイエローのトナーを付着させてトナー像として現像する。
【００１９】
感光ドラム１上のイエローのトナー像は、中間転写体としての中間転写ベルト９表面に転写される。中間転写ベルト９は、駆動ローラ１５、二次転写対向ローラ１２、テンションローラ１６に掛け渡されており、駆動ローラ１５の回転によって矢印Ｒ９方向に回転する。また、中間転写ベルト９の内側には一次転写ローラ１０が配設されており、中間転写ベルト９を裏面側から感光ドラム１表面に押圧している。これにより、感光ドラム１と中間転写ベルト９との間には、感光ドラム１表面の母線に沿って帯状の一次転写ニップ部Ｎ₁ が構成される。さらに、一次転写ローラ１０には、一次転写バイアス電源２０が接続されている。この一次転写バイアス電源２０によって一次転写ローラ１０に一次転写バイアスを印加することを特徴とするにより、感光ドラム１上のイエローのトナー像が中間転写ベルト９表面に一次転写される。
【００２０】
トナー像転写後の感光ドラム１は、中間転写ベルト９に転写されないで感光ドラム１表面に残ったトナー（一次転写残トナー）がクリーニング装置１９によっって除去され、さらに表面に残った電荷が除電器１７に除去され、次のシアンの画像形成に供される。
【００２１】
以上の一連の画像形成プロセス、すなわち、帯電、露光、現像、一次転写、クリーニング、そして除電を、残りの３色（マゼンタ、シアン、ブラック）についても行なって、中間転写ベルト９上で４色のトナー像を重ね合わせる。
【００２２】
中間転写ベルト９の４色のトナー像は、紙等の転写材１８上に転写される。中間転写ベルト９に対して接離可能に配置された二次転写ローラ１１は、二次転写対向ローラ１２との間に中間転写ベルト９を挟み込んだときには、帯状の二次転写ニップ部Ｎ₂ を構成する。二次転写ローラ１１には、二次転写バイアス電源２１に接続されている。二次転写ローラ１１は、中間転写ベルト９上に対する４色目のブラックのトナー像の一次転写が終了すると、中間転写ベルト９に接触されて二次転写ニップ部Ｎ₂ を構成するとともに、二次転写バイアス印加電源２１によって二次転写バイアスが印加される。このとき、中間転写ベルト９上のトナー像にタイミングを合わせるようにして転写材１８が二次転写ニップ部Ｎ₂ に挿通され、これにより、中間転写ベルト９上に４色のトナー像が転写材１８上に一括して二次転写される。
【００２３】
トナー像転写後の転写材１８は、定着器（不図示）に搬送され、ここで加熱、加圧されて表面に４色のトナー像が定着される。
【００２４】
一方、トナー像転写後の中間転写ベルト９は、転写材１８に転写されないで表面に残ったトナー（二次転写残トナー）が、クリーニングバイアス印加電源２２によりクリーニングバイアスが印加されたクリーニングローラ１３によって除去され、次の画像形成に供される。
【００２５】
上述の画像形成装置についてさらに詳述する。
【００２６】
まず、感光ドラム１が例えば負極性のＯＰＣ（有機光半導体）感光体であるような場合、レーザー光４による露光部を現像器５〜８で現像する際には負極性トナーが用いられる。したがって、一次転写ローラ１０には、一次転写バイアス電源２０より正極性の転写バイアスが印加される。ここで中間転写ベルト９は通常厚さ１００〜２００μｍ、抵抗１０¹¹〜１０¹⁶Ω・cm程度のＰＶｄＦ、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴ、ポリカーボ等の樹脂フィルムや０．５〜２mm厚程度のゴムの基層の上に離型性の良い樹脂層を設けたものを用いることができ、一次転写ローラ１０としては１０⁵ Ω・cm以下の低抵抗ローラを用いるのが一般的である。
【００２７】
次に、二次転写においては、接地又は適当なバイアスが印加された二次転写対向ローラ１２を対向電極とし、二次転写ローラ１１に二次転写バイアス印加電源２１から正極性バイアスを印加した二次転写ローラ１１を転写材１８の背面から当接させる。
【００２８】
以上の行程が終了すると、二次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置である離間可能な接触型のクリーニングローラ１３にクリーニングバイアス印加電源２２より直流成分に交流成分を重畳したバイアスを印加することによって、逆極性の電荷が付与され、一次転写ニップ部Ｎ₁ を介して感光ドラム１上に逆転写され、その後、クリーニング装置１９によって除去される。
【００２９】
ここで、中間転写ベルトクリーニングについて詳述する。二次転写残トナーは中間転写ベルト９からトナーが転写材１８に転写される際に、トナーとは逆極性の強い電界を受けて、正規の帯電極性（本実施の形態では負極性）とは逆極性（本実施の形態では正極性）に帯電されて中間転写ベルト９上に残っているトナーが多い。しかし、すべてのトナーが正極性に反転しているわけではなく、部分的には中和され電荷を持たないトナーや、負極性を維持しているトナーも存在している。
【００３０】
そこで、二次転写直後にクリーニングローラ１３を設け、直流成分に交流成分を重畳したバイアスを印加することによって、中間転写ベルト９上の二次転写残トナーのうち、中和され電荷を持たないトナーや、負極性を維持しているトナーを逆極性に帯電させる。すると、逆極性に帯電された二次転写残トナーは一次転写ニップ部Ｎ₁ において感光ドラム１上へ逆転写され、中間転写ベルト９はクリーニングされる。
【００３１】
連続プリント（連続画像形成）時においても、中間転写ベルト９上の逆帯電された二次転写残トナーと感光ドラム１上の一次転写される正規トナーのお互いの電荷は、短時間の接触では相殺されないため、感光ドラム１と中間転写ベルト９との一次転写ニップ部Ｎ₁ で、逆帯電された二次転写残トナーは感光ドラム１上へ、一方、感光ドラム１上の正規帯電しているトナーは中間転写ベルト９上へそれぞれ転写することができ、二次転写残トナーが次のプリント時に転写材１８上に転写されることなく、適正な画像が出力される。
【００３２】
また、二次転写直後の中間転写ベルト９は、それ自身抵抗、容量を持つため、一次、二次転写時に帯電してしまっている。そのため、連続プリント時において、中間転写ベルト９の帯電状態が１枚目のプリントの一次転写直前と、２枚目以降のプリントの一次転写直前で異なり、一次転写の効率が変わってしまうことによって、プリントの濃度等が変化してしまう。これを避けるために、前に述べたクリーニングローラ１３は、中間転写ベルト９を除電し、２枚目のプリントの一次転写直前での中間転写ベルト９の帯電状態を、１枚目のプリントの一次転写直前と同じにする役割も持っている。
【００３３】
つづいて、本発明の特徴的な部分について説明する。
【００３４】
本実施の形態においては、中間転写ベルト９として、周長４００mm、厚さ１mm、抵抗が１０⁴ 〜１０⁸ Ω・cmの低抵抗の基層の上に、ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を分散させた抵抗が１０¹⁰〜１０¹⁸Ω・cmの高抵抗の表層を設けたものを用いている。また、本実施の形態においては、一次転写ローラ１０として、図２に示すように、芯金１０ａの表面をスポンジ１０ｂで巻いた、硬度が３０〜６０度（アスカーＣ）程度のスポンジローラを用いている。
【００３５】
本実施の形態において、一次転写ローラは図８に示すように、中間転写ベルト９を介して感光ドラム１に当接され、その両端には５００ｇの荷重がばね等の弾性部材（不図示）によってかけられている。このとき、一次転写ローラ１０として図１に示すようなストレート形状のローラを用いると、両端部の押圧力が中央部に比べて高くなってしまい、一次転写ニップ部Ｎ₁ が図３に示すように不均一になってしまう。また、図５に示すように一次転写ローラ１０の当接状態も、両端部では不適正になり、十分な放電ニップを得られなくなってしまう。そのため、一次転写後の中間転写ベルト９上のトナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態が両端部と中央部で不均一になってしまい、二次転写効率や次色転写時の一次転写効率の不均一を引き起こしてしまっていた。
【００３６】
そこで、一次転写ローラ１０として、図２に示すようなクラウン形状のローラを用いることによって、図４に示すように、均一な幅の一次転写ニップ部Ｎ₁ を構成し、また、図６に示すように、中間転写ベルト９に対する一次転写ローラ９の当接状態が、両端部と中央部とで同じになるようにしている。これにより、一次転写後の中間転写ベルト９上のトナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態が均一になり、二次転写効率や次色転写時の一次転写効率の不均一を防ぐことができた。具体的には、本実施の形態では、クラウン形状の一次転写ローラ１０として、全長２２０mm、中央部における直径が１４mm、両端部から中央側に１０mm入った位置での直径が１３．８５mmのものを用いている。
【００３７】
さらに、二次転写時においても、二次転写ローラ１１の二次転写ニップ部Ｎ₂ や当接状態が不均一の場合は、一次転写後の中間転写ベルト９上のトナートリボや中間転写ベルト９の帯電状態が均一であっても、二次転写後の二次転写残トナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態が不均一となり、クリーニングや次プリント時の一次転写効率のムラを引き起こしてしまう。二次転写残トナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態は、二次転写後にクリーニングローラ１３により、ＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したバイアスを印加することによって、均一にすることは可能であるが、あまりに帯電状態のムラが大きい場合にはＡＣ成分のＶ_PPを大きくする必要があり、窒素酸化物の付着など他の弊害を引き起こしてしまい、好ましくない。そのため、二次転写後の二次転写残トナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態を均一にする必要がある。
【００３８】
そこで、一次転写ローラ１０について述べたものと同様の理由で、二次転写ローラ１１についてもクラウン形状のローラを用いることによって、二次転写残トナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態を均一にすることができ、クリーニングや次プリント時の一次転写効率のムラを防ぐことができた。具体的には、本実施の形態においては、クラウン形状の二次転写ローラ１１として硬度が２０〜４０度（アスカーＣ）、全長２２０mm、中央部における直径が１８mm、両端部から中央側に１０mm入った位置での直径が１７．７mmのローラを用いた。
【００３９】
以上述べてきたように、一次転写ローラ１０及び二次転写ローラ１１との双方をクラウン形状とすることによって、トナーのトリボや中間転写ベルト９の帯電状態の不均一化を防ぐことができ、一次転写効率や二次転写効率のムラのない適正な画像を出力することができる。
【００４０】
〈実施の形態２〉
図７に、本発明の実施の形態２の構成を示す。
【００４１】
本実施の形態においては、実施の形態１と同様、一次転写ローラ１０としてクラウン形状のスポンジローラを用いている。
【００４２】
同図に示すように、本実施の形態においては、一次転写ローラ１０を回転自在に支持する第１の支持部材２３を備えており、さらに、第１の支持部材２３の両端部に第１の位置決め部材２４、２４を設けている。これら第１の位置決め部材２４、２４は、中間転写ベルト９の外側において、感光ドラム１表面の軸方向の両端部の非画像形成部に直接、当接するように配置されている。これら第１の位置決め部材２４、２４を感光ドラム１表面に当接させることで、感光ドラム１表面に対して第１の支持部材２３が精度よく位置決めされ、さらに、この第１の支持部材２３に支持された一次転写ローラ１０が感光ドラム１表面に対して精度よく位置決めされる。したがって、感光ドラム１とこれに対して精度よく位置決めされた一次転写ローラ１０とによって挟持された中間転写ベルト９は、感光ドラム１表面との間に、実施の形態１で説明したような好適な一次転写ニップ部Ｎ₁ を構成することができる。
【００４３】
このような構成を取ることによって、一次転写ローラ１０と感光ドラム１との位置関係が機械の振動等の要因に左右されることなく安定するので、例えば硬度が３０度以下（アスカーＣ）の低硬度のローラを用いた場合でも常に適正な一次転写ニップ部Ｎ₁ 及び当接状態を維持することができる。
【００４４】
二次転写ローラ１１についても、上述の一次転写ローラ１０の場合と同じである。
【００４５】
すなわち、二次転写ローラ１１を回転自在に支持する第２の支持部材（第１の支持部材２３と同様。ただし、不図示。）を備えており、さらに、第２の支持部材の両端部に第２の位置決め部材（第１の位置決め部材２４、２４と同様。ただし、不図示。）を設けている。これら第２の位置決め部材は、中間転写ベルト９の外側において、二次転写対向ローラ１２の両端部に直接、当接するように配置されている。これら第２の位置決め部材を二次転写対向ローラ１２表面に当接させることで、感光ドラム１表面に対して第２の支持部材が精度よく位置決めされ、さらに、この第２の支持部材に支持された二次転写ローラ１１が二次転写対向ローラ１２表面に対して精度よく位置決めされる。したがって、二次転写対向ローラ１２とこれに対して精度よく位置決めされた二次転写ローラ１１とによって挟持された中間転写ベルト９は、二次転写ローラ１１表面との間に、実施の形態１で説明したような好適な二次転写ニップ部Ｎ₂ を構成することができる。
【００４６】
このような構成を取ることによって、二次転写ローラ１１と二次転写対向ローラ１２との位置関係が機械の振動等の要因に左右されることなく安定するので、例えば硬度が３０度以下（アスカーＣ）の低硬度のローラを用いた場合でも常に適正な二次転写ニップ部Ｎ₁ 及び当接状態を維持することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、一次転写ローラ及び二次転写ローラの双方をクラウン形状とすることによって、トナーのトリボや中間転写ベルトの帯電状態の不均一化を防ぐことができ、一次転写効率や二次転写効率のムラをなくして適正な画像を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ストレート形状に形成した一次転写ローラを示す正面図。
【図２】クラウン形状に形成した一次転写ローラを示す正面図。
【図３】ストレート形状の一次転写ローラによって形成された不適正な一次転写ニップ部を示す図。
【図４】クラウン形状の一次転写ローラによって形成された適正な一次転写ニップ部を示す図。
【図５】ストレート形状の一次転写ローラの、中間転写ベルトに対する不適正な当接状態を示す図。
【図６】クラウン形状の一次転写ローラの、中間転写ベルトに対する適正な当接状態を示す図。
【図７】実施の形態２の、第１の支持部材、及び第１の位置決め部材を示す図。
【図８】本発明が適用される画像形成装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１像担持体（感光ドラム）
２帯電器
３露光装置（レーザ露光光学系）
４レーザー光
５ブラックの現像器
６マゼンタの現像器
７シアンの現像器
８イエローの現像器
９中間転写ベルト
１０一次転写ローラ
１１二次転写ローラ
１２二次転写対向ローラ
１８転写材
２３第１の支持部材
２４第１の位置決め部材

Claims

トナー像が形成される像担持体と、回転可能な中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの内周面に接触し、前記像担持体と前記中間転写ベルトが接触する一次転写部を形成する一次転写ローラと、前記中間転写ベルトの内周面に接触し、前記中間転写ベルトを張架する二次転写対向ローラと、前記中間転写ベルトの外周面に接触し、前記二次転写対向ローラとともに前記中間転写ベルトを介して転写材を挟持搬送可能な二次転写部を形成する二次転写ローラと、を有し、前記一次転写部でトナー像を前記像担持体から前記中間転写ベルトに一次転写することを繰り返すことで複数のトナー像を前記中間転写ベルトに重ね合わせた後、前記二次転写部で前記中間転写ベルトに重ね合わせたトナー像を前記中間転写ベルトから転写材に一括して二次転写するとともに、前記一次転写部での前記中間転写ベルトの帯電状態が前記二次転写部での二次転写効率に影響を及ぼし、前記二次転写部での前記中間転写ベルトの帯電状態が前記一次転写部での一次転写効率に影響を及ぼす画像形成装置において、
前記一次転写ローラと前記二次転写ローラとの双方を、クラウン形状に形成する、ことを特徴とする画像形成装置。
前記一次転写ローラを支持する第１の支持部材に、前記像担持体に対する前記一次転写ローラの位置決めを行なう第１の位置決め部材を設け、前記二次転写ローラを支持する第２の支持部材に、前記中間転写ベルトに対する前記二次転写ローラの位置決めを行なう第２の位置決め部材を設ける、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記中間転写ベルトの表層抵抗が少なくとも１０^１３Ω・ｃｍである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
前記一次転写ローラがスポンジローラである、ことを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の画像形成装置。
前記二次転写ローラがスポンジローラである、ことを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の画像形成装置。