JP5081428B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、中間転写を用いる画像形成装置に関する。

近年の画像形成装置においては、コンパクト化、軽量化、高速化が一層要求されている。またプロセス速度を高速化しても、ベルト状媒体に専用の除電部材を設けないことが多くなっている。ベルト状媒体の残留電荷減衰は，多くは接地された導電性張架ローラとの回動時の接触によって行っている。接地された導電ローラ径を大きくして接触時間を長くすることで、除電効果を高めること図っている。
さらには、ベルト上媒体の減衰特性に対応して，転写電圧条件の補正等作像条件による対応も行われている。

特許文献１には、中間転写体の電位減衰時定数を０．０１〜１０００秒とすることが開示されている。
特開２００３−１７７６１０号公報

ただし、特許文献１では時定数を６００秒以下，好ましくは１００秒以下と規定しているが、時定数が６００秒はベルト状媒体としては減衰速度が遅く，残留電位による残像問題等が発生する。また帯電したベルト電荷減衰は、導電部との接触により効率的に行われるため、金属ローラ等との短時間接触では十分な減衰は行われない。すなわち、時定数６００秒、たとえ１００秒のベルト状媒体では除電時間が不足し、実質的にベルトの除電機構が必要であり、除電機構を設けない場合は，使用条件に応じて変化するベルト電荷に対応した転写電流補正等を必要とする。

また、コンパクト化、軽量化、高速化の要求に応えるために、導電性張架ローラ径を大きくすることは重量が増え，ベルト周長も長くユニットが大きくなることからコストアップや本体サイズへの影響も発生する。

一方、ベルト状媒体に残留電位が蓄積したまま画像形成を継続すれば、残像や画像不良等が発生することとなる。転写条件等の作像条件補正もベルト状媒体の残留電位は一定ではないため、補正が合わないことによる転写不良が発生しやすくなる。

そこで本発明は、帯電したベルト媒体の、時定数と導電ローラとの接触時間を規定することで残像や転写不良の発生を防止することを目的とする。

また、帯電したベルト媒体は接地した部材を介して残留電荷は減衰する。接地した導電部材との接触部と，導電部材への流れ込みが生じる近接するベルト部で電荷の減衰が行われる。流れ込みにより減衰される領域は、ベルト部材の表面抵抗により異なってくる。表面抵抗が低いと広い領域が減衰し、高抵抗化に従い減衰される領域は狭くなる。

ところで通常、１次転写電圧はニップ下流端で弾性ローラ等により印加している。裏面表面抵抗は転写画像品質に影響し、表面抵抗が低いと平面方向に電荷が移動し転写ニップ部での電荷分布が広がり、１次転写入口部のベルト電位が高くなることで，空隙電界が高く画像チリが発生しやすくなる。裏面表面抵抗を高くすると平面方向の電荷移動が低下し電荷分布が狭くなり、１次転写入口空隙電界を低減させ、画像チリを防止することができる。すなわち、ベルト媒体の表面抵抗を１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２Ω／□にすることで、平面方向への電荷の移動を低減することができ、画像チリの防止効果は高いが、流れ込みによる接触部近傍の減衰が減少し、導電ローラによるベルト除電効率は低下する。また裏面表面抵抗を高くすることで、導電ローラとの接触による除電時間が課題となってくる。

裏面表面抵抗が１Ｅ＋１０Ω／□以下、特に１Ｅ＋９Ω／□以下のベルト媒体では、平面方向への電荷の流れ込みが多く
効率的な除電が行われるため接触時間が少ない小径ローラでも除電が有効に行われる。一方、５Ｅ＋１２Ω／□以上になると、１次転写後放電現象が生じ画像不良になりやすい。メカニズムは明確でないが以下のように考えられる。

１次転写直後のベルト表裏の電荷量は同一でないが、ニップ出口から離間位置まで、ニップからの電荷が供給され除電が行われるが、表面抵抗によって電荷供給が異なり，５Ｅ＋１２Ω／□以上になると、ニップからの電荷の供給が少なく除電が行われにくくベルト表裏の電荷量は不均一のままであり、電界として極めて不安定状態となり近接材料と放電現象が発生しやすくなっている、と考えられる。

そこで本発明は、裏面表面抵抗を１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２Ω／□にすることで転写チリのない良好な転写画像と、放電等転写不良が生じないベルト除電を行えるようにすることを目的とする。

また現在、一般的に使用されている電子導電性単層ポリイミドベルトの電位減衰の減衰速度は、ベルト電位により変化する。減衰前ベルト電位を高くすると、時定数が早くなる現象が観察される。従って、異なる電位で求められた時定数で減衰速度を計算すると、異なった結果が得られることとなる。

そこで本発明は、減衰測定を一定にすることで、時定数の逆転を生じることなく時定数を求めることを目的とする。

また本発明は、独立した除電部材を設けることなく安定した転写品質を得られるようにすることや、像担持体を複数個設けた画像形成装置において安定した転写品質を得ることを目的とする。

請求項１の発明に係る本発明の画像形成装置は、
現像剤像を担持する像担持体と、該像担持体とのニップ位置にて前記像担持体から前記現像剤像をベルト状媒体に転写する１次転写部材と、前記ベルト状媒体上の現像剤像を転写媒体へ転写する２次転写部材からなり、前記ベルト状媒体の複数のローラに張架した画像形成装置において、
２次転写部材と１次転写部材間に少なくとも１個の接地された導電性張架ローラを有し、前記ベルト状媒体の電位が２００Ｖからその１／ｅ（ｅ：自然対数の底２．７１８）まで減衰する時間Ｔｂ（秒）、前記接地された導電性張架ローラ径への巻き付き距離Ｘ（ｍｍ）、プロセス速度Ｖｂ（ｍｍ／秒）の間で、Ｔｂ＜Ｘ／Ｖｂの関係が満たされ、
前記ベルト状媒体は表面抵抗が１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２Ω／□である
ことを特徴とする。

同請求項２に係るものは、請求項１の画像形成装置において、前記ベルト状媒体として、除電部材を設けることのないベルト状媒体を用いたことを特徴とする。

同請求項３に係るものは、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記接地された導電性張架ローラが前記ベルト状媒体をクリーニングする部材のクリーニング部対向ローラであることを特徴とする。

同請求項４に係るものは、請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体を複数個有することを特徴とする。

本発明は、中間転写ベルトの時定数を中間転写ベルトの導電ローラへの巻き付き時間以下にすることで十分なベルト除電を行うことができ、残留電位による残像や転写不良の発生を防止できるという効果がある。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。

図１により本発明を実施する対象となるカラー画像形成装置について説明する。本例のカラー画像形成装置は、中間転写ベルト１１を有する転写ベルトユニット１０と、直線状に４つの画像ステーションが配置され、各画像ステーションには像担持体として感光体２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋを各々有し、その周りには帯電装置３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｋ、現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｋ、クリーニング装置４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋが配置されている。トナー補給ボトル９は図中左からイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）トナーが充填されており、図示しないトナー搬送機構により所定の補給量が現像装置５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｋに供給される。

プリント信号により転写紙２が給紙カセット１より給紙ローラ３で送り出され、転写紙２の先端がレジストローラ４まで送られる。送られた紙はセンサにより検知されジャムの有無が判定される。画像信号に合わせてレジストローラから転写紙は転写位置まで送られる。

一方、プリント信号に応じて帯電装置により一様に帯電された感光体２０Ｙ〜２０Ｋは、書き込み装置８により画像信号に対応した静電潜像が形成される。各静電潜像は、静電潜像に対応した現像装置５０Ｙ〜５０Ｋにより現像が行われトナー画像を形成される。

感光体２０Ｙ〜２０Ｋ上に形成されたトナー像は１次転写ローラ１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋに転写電圧が印加され、中間転写ベルト上に順次転写され重ねトナー像が形成される。そして、中間転写ベルト１１上に形成された重ねトナー像は２次転写ローラ５の位置まで搬送され、２次転写ローラ５と対向ローラ１６間に印加される転写電界により転写紙２に転写され、重ねトナー像が紙上に形成される。

重ねトナー像が形成された転写紙２は定着装置６に搬送され、トナー像は定着され排紙ローラ７で排紙トレイ上に排紙される。

像担持体上に残留するトナーは各々のクリーニング装置により除去され、直流に交流が重畳された帯電装置により除電と同時に帯電が行われ、次の作像に備える。

中間転写ベルト上に残留するトナーは中間転写ベルトクリーニング装置１３により除去される。また帯電している中間転写ベルトは、回転しながら自然放電と、接地された中間転写ベルトクリーニング対向ローラ１５との接触により減衰が行われ、次の工程に備える。

２次転写は２次転写ローラ５と２次転写対向ローラ１６のいずれかに転写電圧を印加し転写を行うものである。２次転写対向ローラ１６に電圧を印加すると中間転写ベルト１０は２次転写対向ローラ１６から離れてから減衰が始まり、接地された中間転写ベルトクリーニング対向ローラ１５に巻き付いている間に有効に電位が減衰することになる。

ベルト電位減衰測定法は、図２に示すように、金属板上に１ｍｍ厚の導電性ゴムを設けて形成した対向電極６０上に測定対象のベルト６１を載せ、導電性ゴムを接着した径がφ１０ｍｍの金属電極６２を載せ、２Ｋｇ荷重を与える。対向電極６０と金属電極６２間に高圧電源６３（例えばトレック社、タイプ６１０Ｃ）にて一定電圧（２００Ｖ）を１０秒間印加する。そして、電圧印加状態でスイッチ６４を切断することで減衰特性を測定する。

導電ゴム付きの金属電極６２は電位測定用金属板６５と接続し、電位測定用金属板６５にはベルト電位に応じた電圧が誘起される。そして金属板電位を表面電位計６６（例えばトレック社、タイプ３４４）にて測定し、減衰特性を測定する。金属電極６２と表面電位径プローブ６７間の距離は１ｍｍに設定する。そして表面電位出力は記録計６８（例えばグラフテック社、リニアコーダＷＲ３１０１）に出力させ、減衰曲線より速度測定を行う。

なおパソコンに入力させ減衰特性測定を行うことも可能である。本願発明者の実験では、パソコンに入力を行い、測定を行った。

その実験では、ベルト抵抗測定は三菱化学製ハイレスタＵＰＭＣＰ−ＨＴ４５０ＵＲＳプローブ導電ゴム付き、加重２Ｋｇにて測定を行った。測定条件は５００Ｖ印加、１０秒値である。上記測定実験によるベルト電位減衰特性を図３に示す。

表面電位はパソコンに入力させてグラフ化し、グラフの減衰曲線より時定数を求める。また、対数軸にはスタート“０”がとれないため、便宜上０．０００１秒を初期ベルト電位としている。

図３（Ａ）、（Ｂ）は単層ＰＶＤＦベルトの電位減衰を示す同一データによる図である。図３（Ａ）のＹ軸（０−１０００Ｖ）を図３（Ｂ）は（０−４００Ｖ）とし、時定数を判断しやすくしている。時定数は初期ベルト電位Ｖｏに対してＶｏ／ｅ（ｅ：自然対数の底＝２．７１８２８）に減衰する時間である。減衰曲線（図３（Ｂ））より時定数の電圧依存性を求めると、１００Ｖで１．８秒、２００Ｖで１．１秒、１０００Ｖで０．２５秒となる。１００Ｖから１０００Ｖで時定数は１．８秒から０．２５秒迄変化する。この時定数の差は、１０００Ｖ減衰に適用すると時定数０．２５秒では３７０Ｖ、１．８秒では７０Ｖと大きな残留電位の差となってくる。なお図３（Ｃ）、（Ｄ）は単層ポリイミドの電位減衰を示す同一データによる図である。図３（Ｃ）のＹ軸（０−３００Ｖ）を図３（Ｄ）は（０−１５０Ｖ）である。

表面抵抗により１次転写チリの品質が異なることは次のように考えられる。図４に１次転写部の概略を示すが、感光体２０上に形成されたトナー像は、１次転写ローラ１２とのニップ部で中間転写ベルト１０に転写される。しかし、ニップ前の空隙部電界が高いと、感光体２０上のトナーは空隙部を飛翔し、いわゆるベルトへの空隙転写が生じる。空隙転写されたトナーは拡散しチリとなる。

１次転写電界は導電性発泡ローラである１次転写ローラ１２により、転写ニップ出口側に接触印加される。印加されて電荷は中間転写ベルト１０を介して感光体２０に流れるが、ベルト表面抵抗により平面方向に広がりやすさが異なり、表面抵抗が低いと平面方向に流れやすいため、電荷分布は広がり、入口空隙部の電界は高くなりチリが発生しやすくなる。表面抵抗が高くすると、電界分布は狭くなり入口空隙部の電界は低くなるため空隙転写の発生を低減させるためチリが発生しにくくなる。

図５に接地された対向電極と絶縁対向板による減衰特性を示す。接地された対向電極による減衰に対し、絶縁対向電極による減衰は減衰時間が長くなることがわかる。絶縁対向板による減衰は自然放電が主体のため、時定数が異なるベルトであってもほぼ同等な長時間減衰となる。これは帯電したベルトが、導電性張架ローラ間にある時はほとんど減衰が行わずに、導電性ローラ部を接触通過時に減衰することを意味している。

図６は実施例と比較例とを表として示す図である。これにより比較例と実施例とを説明する。
＜比較例１＞
ベルト時定数がベルト巻き付き時間より長い場合である。図１の装置において、中間転写ベルトクリーニング対向ローラ１５のローラ径を直径２６ｍｍ、ベルトの巻き付き角１７５度、作像速度１５５ｍｍ／秒であるとし、巻き付き時間０．２６秒、ベルト時定数１．１秒であるものとする。すると、」巻き付き時間が時定数より大きいため、残留電位が発生する。連続１００枚印刷を行うと転写性が低下し、ベタ部画像がぼそついた画像となる。特に２色重ね画像（ＲＥＤ，ＧＲＥＥＮ，ＢＬＵＥ）で顕著となり、ムラのある画像となる。表面抵抗は１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２Ω／□の範囲にあるためチリの発生は少なく、残像、放電現象は発生しない。
＜比較例２、３＞
比較例１に対し、表面抵抗が低いことによりチリが悪くなった。表面抵抗が低いほどチリは悪くなる。
＜比較例４＞
表面抵抗を高くするとチリは改善するが、７Ｅ＋１２Ω／□迄高くなると放電現象による画像乱れが発生する。
＜比較例５＞
比較例４に対し作像速度が２５５ｍｍ／秒の高速機である。巻き付き時間が時定数より短くなることから転写不良、残像が悪くなる。

比較例５が高速化により巻き付き時間が少ない対応として、ローラ径を５８ｍｍにすることで巻き付き時間を０．１６秒から０．２３秒になることで問題は改善された。なお、上述した実施例、比較例は、いずれも中間転写ベルトの除電機構を設けないタンデム画像装置にて評価を行った。

以上の結果を図に整理した結果を図７ないし図１０に示す。図７は転写不良についての図６の実験例を整理して示したグラフ、図８は残像についての図６の実験例を整理して示したグラフである。いずれのデータも、時定数Ｔｂ＜捲きつき時間Ｘ／Ｖｂの時、良好な結果となっている。

図９は図６の比較例２，３と実施例３の結果をベルト抵抗とチリについて整理して示したグラフ、図１０は、ベルト抵抗と放電の関係についての図６に示した実験例を整理してグラフである。図９及び図１０によりベルト表面抵抗を１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２に抑えることによりチリ，放電を抑えることができるとわかる。

すなわち、中間転写ベルトの時定数を中間転写ベルトの導電ローラへの巻き付き時間以下にすると、十分なベルト除電を行うことができ、残留電位による画像に関わる問題の発生を防止し得るようになる。表面抵抗を１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２Ω／□にすると、転写チリや放電現象のない、残留電位に関わる画像上の問題を防止し得るようになる。

また中間転写ベルトの時定数を中間転写ベルトの導電ローラへの巻き付き時間以下にすることで除電機構を設けることなく十分なベルト除電を行うことができ、残留電位による画像に関わる問題の発生を防止し得るようになり、時定数と巻き付き時間から適正なローラ径を設定することができ、タンデム機に要求されるコンパクトな軽量化を達成できる。

また、ウレタンゴムブレード等が当接するクリーニング部対向ローラは、クリーニング性、中間転写体傷防止から表面性の優れた金属ローラが要求されている。本発明では、クリーニング部対向ローラとして金属製ローラを使用した場合にも、導電性ゴムローラによるブルームや、抵抗変動の問題が発生することなく、十分な中間転写体除電を行うことができる。

本発明を実施する対象となるカラー画像形成装置の図である。 ベルト電位減衰測定法を示す図である。 測定実験によるベルト電位減衰特性を示す図である。 １次転写部の概略を示す図である。 接地された対向電極と絶縁対向板による減衰特性を示す図である。 実施例と比較例とを表として示す図である。 転写不良についての図６の実験例を整理して示したグラフである。 残像についての図６の実験例を整理して示したグラフである。 図６の比較例２，３と実施例３の結果をベルト抵抗とチリについて整理して示したグラフである。 、ベルト抵抗と放電の関係についての図６に示した実験例を整理してグラフである。

符号の説明

１：給紙カセット
２：転写紙
３：給紙ローラ
４：レジストローラ
５：２次転写ローラ
６：定着装置
７：排紙ローラ
８：書き込み装置
９：トナー補給ボトル
１０：転写ベルトユニット
１１：中間転写ベルト
１２Ｙ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｋ：１次転写ローラ
１３：中間転写ベルトクリーニング装置
１５：中間転写ベルトクリーニング対向ローラ
１６：対向ローラ
２０Ｙ、２０Ｃ、２０Ｍ、２０Ｋ：感光体
３０Ｙ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｋ：帯電装置
４０Ｙ、４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｋ：クリーニング装置
５０Ｙ、５０Ｃ、５０Ｍ、５０Ｋ：現像装置
６０：対向電極
６１：測定対象のベルト
６２：金属電極
６３：高圧電源
６４：スイッチ
６５：電位測定用金属板
６６：表面電位計
６７：表面電位径プローブ
６８：記録計

Claims (4)

1. 現像剤像を担持する像担持体と、該像担持体とのニップ位置にて前記像担持体から前記現像剤像をベルト状媒体に転写する１次転写部材と、前記ベルト状媒体上の現像剤像を転写媒体へ転写する２次転写部材からなり、前記ベルト状媒体の複数のローラに張架した画像形成装置において、
   ２次転写部材と１次転写部材間に少なくとも１個の接地された導電性張架ローラを有し、前記ベルト状媒体の電位が２００Ｖからその１／ｅ（ｅ：自然対数の底２．７１８）まで減衰する時間Ｔｂ（秒）、前記接地された導電性張架ローラ径への巻き付き距離Ｘ（ｍｍ）、プロセス速度Ｖｂ（ｍｍ／秒）の間で、Ｔｂ＜Ｘ／Ｖｂの関係が満たされ、
   前記ベルト状媒体は表面抵抗が１Ｅ＋１０〜５Ｅ＋１２Ω／□である
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、前記ベルト状媒体として、除電部材を設けることのないベルト状媒体を用いたことを特徴とする画像形成装置。
   
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記接地された導電性張架ローラが前記ベルト状媒体をクリーニングする部材のクリーニング部対向ローラであることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置において、前記像担持体を複数個有することを特徴とする画像形成装置。