JP5317559B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体から転写されたトナー像を直接又は間接的にベルト部材に担持させる画像形成装置、詳しくは、支持回転体を通過する位置でベルト部材に担持されたトナー像が乱れにくくなる支持回転体の構造に関する。

像担持体に形成したトナー像を、一次転写部を通過するベルト部材（中間転写ベルト）に転写して二次転写部へ搬送し、二次転写部へ給送された記録材へ一括二次転写する画像形成装置が広く用いられている。また、像担持体に形成したトナー像を、ベルト部材（記録材搬送ベルト）に担持させた記録材に転写して間接的に担持させる画像形成装置も広く用いられている。

これらのベルト部材は、通常、無端状に形成されて、１以上の支持回転体（駆動ローラ、テンションローラ、ステアリングローラ、張架ローラ等）に掛け渡して張力状態で支持されている。

像担持体からベルト部材側へトナー像を転写する転写部では、トナー像の転写に伴ってベルト部材が帯電されるので、ベルト部材は、帯電状態でトナー像を担持して移動する。そして、帯電状態でトナー像を担持した中間転写ベルトが接地電位の支持回転体を通過すると、中間転写ベルトの帯電状態が急激に変化して、担持したトナー像が乱れる場合がある。

特許文献１には、複数の感光ドラムを中間転写ベルトに沿って配列させたタンデム型画像形成装置と、感光ドラムに複数の現像装置を設けた１ドラム型画像形成装置とが示される。ここでは、接地電位に接続された支持回転体を通過する際に、中間転写ベルトに担持されたトナー像が「飛び散り」と呼ばれる画像不良を発生することが示されている。

そして、「飛び散り」を防止するためには、一次転写部と支持回転体との距離を大きくして、支持回転体に達する以前に中間転写ベルトの帯電状態を自然減衰させることが有効であることが示される。また、支持回転体に一次転写部と同極性の電圧を印加して、支持回転体を通過する際に中間転写ベルトを帯電し直すことも有効であることが示される。

特開２０００−２９８４０８号公報

転写部の下流に位置する支持回転体を接地電位に対して絶縁したり、高抵抗を介して接地電位に接続した場合、支持回転体がチャージアップして、中間転写ベルトの帯電状態を制御できなくなる。しかし、支持回転体を接地電位に接続してチャージアップを回避すると、上述したように、支持回転体を通過する際に、中間転写ベルトに担持されたトナー像が乱れる可能性がある。

近年、感光ドラム、ベルト部材、筐体等の小型化に伴って、転写部の下流に位置する支持回転体と転写部との間に十分な距離を確保することが困難になっている。また、プロセススピードを上げて生産性を高めようとすると、必然的にベルト部材の回転速度も高くなって、ベルト部材の帯電状態の自然減衰を期待できなくなる。このため、従来よりも高い電位の帯電状態でベルト部材が接地電位の支持回転体に突入して、ベルト部材に直接（又は記録材を介して間接的）に担持されたトナー像が乱れる可能性が高くなっている。

しかし、特許文献１に示されるように、支持回転体に帯電電源を配置すると、感光ドラム、ベルト部材を小型化しても、帯電電源の接地スペースが画像形成装置の小型化を妨げる。帯電電源の消費電力がランニングコストを高め、帯電電源の部品コストが製造原価を高めてしまう。

また、ベルト部材の帯電状態を制御するには、温度湿度、プロセススピード、画像比率等に応じて支持回転体に印加する電圧を制御する必要がある。何故なら、電圧を制御しない場合、帯電状態の自然減衰が妨げられるという点では、支持回転体を接地電位に対して絶縁して、支持回転体のチャージアップを許す場合と大差ない結果となるからである。

本発明は、帯電電源を追加することなく、接地電位に接続した支持回転体を通過する際のベルト部材の帯電状態の変化を自然減衰に近付けて、担持されたトナー像が乱れにくい画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、トナー像が形成される像担持体と、転写部で前記像担持体から転写されたトナー像を担持して移動するベルト部材と、を備えた画像形成装置において、前記転写部でトナー像を転写された前記ベルト部材が前記転写部を通過後に最初に接触する位置に配置され、接地電位に接続された導電性の円筒面がトナー像を担持した反対側の面に接するように前記ベルト部材を支持する支持回転体を備えるものである。そして、前記支持回転体は、前記円筒面の円周の接線方向に対して傾斜した平行な多数の溝構造を有し、前記支持回転体の軸方向に隣り合う前記溝構造は、前記ベルト部材に対して稜線が線状に接触するように、それぞれの溝内斜面が隣接している。

本発明の画像形成装置では、表面構造がベルト部材に対する支持回転体の軸方向の連続した接触長さを分断するので、ベルト部材の局所的な帯電電荷が支持回転体の軸方向へ支持回転体を通じて移動しにくい。このため、支持回転体の軸方向への帯電電荷の移動に伴って発生するベルト部材上のトナー像の乱れが少なくなる。

また、表面構造によって支持回転体に接触しなくて済むベルト部材の部分は、接地電位へ接続された支持回転体へ帯電電荷が放電されにくくなっている。

従って、帯電電源を追加することなく、接地電位に接続した支持回転体を通過する際のベルト部材の帯電状態の変化を自然減衰に近付けて、担持されたトナー像が乱れにくくなる。

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、ベルト部材上の隣接位置へ電荷が拡散しにくい表面構造が支持回転体に形成されている限りにおいて、実施形態の構成の一部又は全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、中間転写ベルトにトナー像を直接担持させる中間転写型のみならず、記録材搬送ベルト上の記録材にトナー像を担持させる直接転写型でも実施できる。中間転写型又は直接転写型において、１以上の現像装置を感光ドラムに付設した１ドラム型に限らず、ベルト部材に沿って複数の感光ドラムを配列したタンデム型でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。また、請求項で用いた構成名に括弧を付して示した参照記号は、発明の理解を助けるための例示であって、実施形態中の該当する部材等に構成を限定する趣旨のものではない。

＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト７に１個の感光ドラム１を付設したモノクロ画像形成装置である。感光ドラム１に形成されたトナー像は、中間転写ベルト７へ一次転写される。

感光ドラム１の周囲には、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、一次転写ローラ５、クリーニング装置６が配置される。

感光ドラム１は、外径８４ｍｍのアルミニウム製シリンダの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）の感光層を形成されて回転自在に支持され、矢印Ｒ１方向に回転する。

帯電ローラ２は、電源Ｄ３から負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加されて、感光ドラム１の表面を一様な負極性の電位に帯電させる。

露光装置３は、画像データを展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを不図示の回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１の表面に静電像を書き込む。

現像装置４は、磁性トナーを含む一成分現像剤を負極性に帯電させて、固定磁極４Ｍの周囲で感光ドラム１と微小間隔（３００μｍ）を隔てて回転する現像スリーブ４Ｓに担持させて、感光ドラム１に供給する。電源Ｄ４は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４Ｓに印加して、感光ドラム１の露光された領域へトナーを付着させて、静電像を反転現像する。

一次転写ローラ５は、感光ドラム１との間に中間転写ベルト７を挟持して、感光ドラム１と中間転写ベルト７との間に一次転写部（転写部）Ｔ１を形成する。電源Ｄ１は、正極性の直流電圧（定電圧）を一次転写ローラ５に印加して、一次転写部Ｔ１を通過する中間転写ベルト７へ、感光ドラム１に担持された画像のトナー像を一次転写させる。

クリーニング装置６は、クリーニングブレード６Ｂを感光ドラム１に摺擦して、一次転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１に付着した転写残トナーを除去する。

中間転写ベルト７は、一次転写部Ｔ１で感光ドラム１から転写されたトナー像Ｎを担持して二次転写部Ｔ２へ搬送する。中間転写ベルト７に担持されたトナー像Ｎは、二次転写部Ｔ２へ給送された記録材Ｐへ二次転写された後に、定着装置８で加熱加圧を受けて記録材Ｐの表面に定着される。

二次転写ローラ１２は、対向ローラ１０によって内側から支持された中間転写ベルト７に圧接して、中間転写ベルト７と二次転写ローラ１２との間に二次転写部Ｔ２を形成する。二次転写ローラ１２は、外径１２ｍｍの鋼鉄製の芯金に、発泡処理をしたＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）を基材とする弾性層を設けたスポンジローラであって、弾性層を含めた外径を２４ｍｍとした。二次転写ローラ１２の抵抗値は、弾性層の基材にイオン伝導性の抵抗調整剤を分散することで、２３℃・５０％Ｒｈ環境下で、１０７．５Ω（２ｋＶ印加時）となるように調整した。

電源Ｄ２は、二次転写ローラ１２に正極性の直流電圧（定電圧）を印加して、接地電位に接続された対向ローラ１０との間に転写電界を形成して、中間転写ベルト７に担持されたトナー像を記録材Ｐへ二次転写させる。

ベルトクリーニング装置１３は、クリーニングブレード１３Ｂを中間転写ベルト７に摺擦して、二次転写部Ｔ２を通過した中間転写ベルト７に付着した転写残トナーを除去する。

２３℃・５０％Ｒｈ環境下における感光体ドラム１、現像スリーブ４Ｓ、及び一次転写ローラ５の電位は、以下のように設定される。

帯電ローラ２には、−４５０Ｖの直流電圧と９００Ｖｐ−ｐの交流電圧とが印加される。これにより、感光体ドラム１の表面は、−４５０Ｖの暗部電位ＶＤに帯電され、最大画像濃度の静電潜像を形成するようにレーザー露光を受けた箇所は、−２００Ｖの明部電位ＶＬまで電位が低下する。

現像スリーブ４Ｓには、−３００Ｖの直流電圧Ｖｄｃと、９ｋＨｚの交流波形と、４．５ｋＨｚのブランクとを組み合わせたブランクパルス波形の１．２ｋＶｐ−ｐの交流電圧とが印加される。

一次転写ローラ５に＋４００Ｖの定電圧が印加されるとき、一次転写ローラ５と感光ドラム１の明部電位ＤＬとの電位差（一次転写コントラスト）が６００Ｖになる。

＜ベルト部材＞
中間転写ベルト７は、駆動ローラ３０、対向ローラ１０、支持ローラ１１、一次転写ローラ５、及び一次転写下流ローラ２０に掛け渡して支持され、駆動ローラ３０に駆動されて矢印Ｒ２方向に回転する。中間転写ベルト７は、駆動ローラ３０によって張力を印加されると同時に回転駆動をも受ける。中間転写ベルト７の張力は、駆動ローラ３０を支持する不図示のバネによって付与されている。駆動ローラ３０の表面には、厚さ１ｍｍのシリコンゴムが巻かれており、中間転写ベルト７との摩擦力を上げることで、スリップを回避している。

中間転写ベルト７は、厚さ８５μｍのポリイミド樹脂フィルムを基材としており、基材にカーボンブラックを分散して、表面抵抗率を１×１０^１２Ω／□、体積抵抗率を１×１０^９．５Ω・ｃｍに調整してある。中間転写ベルト７の周長は、５２７．５ｍｍとし、回転速度（プロセススピード）を１３０ｍｍ／ｓｅｃとした。

中間転写ベルト７は、駆動ローラ３０によって張力を印加されており、印加される張力は１．１４Ｎ／ｃｍである。中間転写ベルト７のヤング率は３．５ＧＰａである。

＜支持回転体＞
一次転写部Ｔ１でトナー像を転写された中間転写ベルト７のトナーを担持する反対側の面が、一次転写部Ｔ１を通過後、最初に接触する支持回転体は、一次転写下流ローラ２０である。そして、一次転写下流ローラ２０の次に中間転写ベルト７のトナーを担持する反対側の面が接触する支持回転体は、駆動ローラ３０である。一次転写下流ローラ２０及び駆動ローラ３０の円筒面には、ベルト部材（７）に対する支持回転体の軸方向の連続した接触長さを分断する表面構造を形成してある。

一次転写下流ローラ２０は、中間転写ベルトを張架して支持する複数の支持回転体のうち、一次転写部Ｔ１の直近下流に配設される支持回転体である。一次転写下流ローラ２０は、基準濃度トナー像（カラーパッチ）や位置情報トナー像（レジマーク）等を検出する光学式センサ１５に対向しており、トナー像の読み取り精度を高めるために必須となる部材である。

一次転写下流ローラ２０は、導電性の材料である外径１６ｍｍのステンレス製の円筒管で形成して接地電位に接続されている。一次転写部Ｔ１において、一次転写ローラ５から電荷を付与された中間転写ベルト７のトナー像を担持する反対側の面に接触するため、接地していないと、一次転写下流ローラ２０がチャージアップすることがある。チャージアップすると、周辺の部材へリークして、画像形成装置１００の電子回路に電気的ストレスを与えることがある。

中間転写ベルト７のトナー像を担持する反対側の面が一次転写下流ローラ２０に接触した瞬間に、中間転写ベルト７の表面に担持されたトナー像からトナーが飛び散り、トナー像が乱れることがある。これは、一次転写部Ｔ１で一次転写ローラ５から中間転写ベルト７に供給されたトナー担持用の電荷が、接触した一次転写下流ローラ２０の母線に沿って急速放電されることに起因している。このため、一次転写下流ローラ２０の円筒面に、ベルト部材（７）に対する支持回転体の軸方向の連続した接触長さを減少させる表面構造を形成して、一次転写下流ローラ２０に接触する前後における中間転写ベルト７の帯電状態の変化を少なくしている。

＜トナー像の飛び散り現象＞
図２は一次転写部を通過した中間転写ベルトの帯電状態の説明図、図３は一次転写ローラ印加電圧と一次転写電流の関係の説明図である。図４はトナー担持用電荷の自然減衰の説明図、図５は一次転写下流ローラ通過時の急速放電の説明図、図６は一次転写下流ローラに接触した中間転写ベルトの帯電状態の説明図である。図４、図５において、（ａ）は中間転写ベルトの内部の電荷状態、（ｂ）は中間転写ベルトにおける電荷減衰の等価回路図である。

図２に示すように、一次転写部Ｔ１において、一次転写ローラ５から中間転写ベルト７に対して、トナー担持用の電荷が注入され、トナー担持面に移動することで、トナー像Ｎが中間転写ベルト７に担持される。ここで、図２中の＋印は、トナー担持用電荷を模式的に表したものであり、トナー担持用電荷の極性は、マイナス極性に帯電したネガトナーと逆極性のプラスである。そして、トナー担持用電荷の総量は、トナー像Ｎの総電荷量よりも多いので、一次転写直後の中間転写ベルト７のトナー担持面には、過剰なプラス電荷が存在しており、トナー担持用電荷は、トナーのあるところと、無いところで量が異なる。

図２を参照して図３に示すように、一次転写を行う際に、トナーのあるところと無いところとでは、一次転写ローラ５から流れ込む電流値が異なる。トナーが無いところでは、感光ドラム１の表層が絶縁層であるため、放電でしか電荷が移動せず、中間転写ベルト７のトナー担持面と感光ドラム１との間で放電が始まる一次転写設定電圧まで、一次転写ローラ５から中間転写ベルト７へ電流が流れない。

一方、トナーのあるところでは、電界を印加すると感光ドラム１から中間転写ベルト７へ帯電したトナーが移動するため、放電が起こらない一次転写設定電圧でも、一次転写ローラ５から中間転写ベルト７へ電流が流れ込む。

以上の理由から、トナー像Ｎを中間転写ベルト７へ一次転写した際には、トナーのあるところでは中間転写ベルト７にかなりの電荷が注入されるが、トナーの無いところでは電荷が少ししか注入されない。そして、一次転写部Ｔ１を通過した中間転写ベルト７では、トナーのある場所で電荷が多く存在し、トナーの無いところには電荷は少量しか存在せず、電荷量に差が生じている。

しかし、実際には、トナーのあるところでは、トナー担持用電荷のうち、トナー像Ｎの総電荷量と等しい電荷量がトナー像Ｎの電荷と相殺されるので、マクロには余剰な電荷分しか存在していないように見える。

すなわち、一次転写部Ｔ１を通過する過程で、中間転写ベルト７は、トナーのあるところ、無いところともに帯電電荷を注入され、電荷量としてはトナーのあるところの方が多くなる。しかし、トナーのあるところでは、トナー像Ｎの総電荷量と等しい電荷量の帯電電荷がマクロには相殺されるため、見かけ上は、トナー像Ｎの総電荷量を越える余剰電荷量のみしか存在していない。このことから、トナーのあるところと無いところとで実効的な電荷量の差は小さく、中間転写ベルト７の内部で、電位差が発生してトナーのあるところからトナーの無いところへ電荷が移動することは少ない。

図４に示すように、中間転写ベルト７の内部に分布するトナー担持用電荷は、中間転写ベルト７の回転に伴って緩やかに自然減衰する。電荷を保持した誘電体である中間転写ベルト７は、開放端のＲＣ並列接続回路と等価である。

図４の（ｂ）に示すように、等価回路のコンデンサに一定の電荷が保持されている状態では、抵抗の両端に電位差が生じていることから、抵抗を通じて電流が流れ、コンデンサの電荷を放出していく現象が発生する。トナー担持用電荷の自然放電現象は、中間転写ベルト７が一次転写部Ｔ１を抜けて、接地電位に接続された支持回転体に接触しないフロート状態で発生する電位減衰である。この電位減衰は、誘電体そのものの伝導特性、誘電特性に依存する現象で、トナーの存在には影響を受けない。

すなわち、一次転写部Ｔ１を抜けて、中間転写ベルト７がフロート状態になると、中間転写ベルト７の内部で電荷の自然減衰が進行するが、このとき、トナーのあるところと無いところとで電位低下の時定数は同じである。このため、一次転写部Ｔ１において、トナーのあるところと無いところとで生じさせたトナー担持用電荷の差は維持されるので、トナーのあるところから無いところへトナーが飛散する飛び散りは発生しない。

図５に示すように、中間転写ベルト７の内部に分布するトナー担持用電荷は、一次転写下流ローラ２０との接触に伴って急速に逃散する。接地電位に接続された支持回転体へ中間転写ベルト７からトナー担持用電荷が逃げ出すことによる電位減衰は、トナーの存在に大きく影響を受ける。

図５の（ｂ）に示すように、接地電位に接続された一次転写下流ローラ２０に中間転写ベルト７の裏面が接触することは、中間転写ベルト７と等価なＲＣ並列接続回路の一端が接地電位に短絡されることと等価である。

中間転写ベルト７に担持されたトナーは絶縁性のため、ある電荷を保持したコンデンサＣｔとみなせる。コンデンサＣｔの一端は、中間転写ベルト７のＲＣ並列接続回路と直列につながり、他端は電気的にはフロートの状態にある。このようなＲＣ並列接続回路から電荷が接地電位へ流れ出すとき、電位の減衰は、ＲＣ並列接続回路に直列につながっているコンデンサＣｔに蓄積された電荷が多いほど、減衰の時定数が長くなる性質がある。すなわち、接地電位に接続された一次転写下流ローラ２０を通過する過程で中間転写ベルト７から一次転写下流ローラ２０を通じて電荷が逃げ出すことに起因する電位の減衰は、トナーがあるところの方が、トナーの無いところよりも長くなる。

すなわち、中間転写ベルト７が回転して一次転写下流ローラ２０に接触すると、一次転写下流ローラ２０を通じてトナー担持電荷が接地電位に逃げることに起因する電位の減衰が発生する。このとき、トナーがあるところの方が、トナーの無いところよりも電荷が減衰しにくく、電位の減衰の時定数が長くなる。

図６に示すように、このため、中間転写ベルト７の内部には、トナーのあるところからトナーの無いところに向う大きな電界が発生して、トナーのあるところからトナーの無いところへ電荷の一部が移動してしまう。トナーのあるところからトナーの無いところに向う電界は、中間転写ベルト７が一次転写下流ローラ２０に接触しているときに最も大きくなる。

これにより、中間転写ベルト７の内部で移動する電荷を追いかけるように、トナー像担持面のトナーのあるところからトナーの無いところへトナーが飛散する。中間転写ベルト７の内部の電荷が失われたトナーのあるところでは、相互に反発するトナー粒子をトナー像担持面に引き止められなくなる。トナー担持用電荷の再配置が発生して、トナーのあるところに存在していたトナー担持用電荷の一部が、トナーの無いところに移動してしまう。これにより、中間転写ベルト７に静電的に保持できなくなったトナー粒子が、トナー同士の電荷の反発によって弾き飛ばされ、再配置されたトナー担持用電荷の分布に応じて移動してトナーの飛び散り現象が発生してしまう。

トナーの飛び散り現象に対して、一次転写下流ローラ２０を抵抗を介して接地電位に接続することが提案されている。抵抗を介して接地電位に接続すれば、一次転写下流ローラ２０を通過する際の電位の減衰の時定数を長くなって、トナー担持用電荷の減衰量が低減して、再配置が起こりにくくなるからである（図５の（ｂ）参照）。しかし、一次転写下流ローラ２０を直接に接地しない場合、構成が複雑化してコストアップにつながるおそれがある。

＜実施例１＞
図７は実施例１の一次転写下流ローラの斜視図、図８は一次転写下流ローラの長手方向の部分的な断面図、図９は一次転写下流ローラと中間転写ベルトの接触状態の説明図である。図１０は比較例１の一次転写下流ローラの説明図、図１１は比較例２の一次転写下流ローラの説明図、図１２は中間転写ベルトの張力が過剰な場合の説明図、図１３は溝構造における中間転写ベルトのひずみ量の線図である。

図７に示すように、実施例１では、一次転写下流ローラ２０の表面構造として、螺旋状の溝構造２１を設けた。螺旋状の溝構造２１は、周方向とほぼ平行であるが、一次転写下流ローラ２０の円筒面の接線方向に対してわずかな傾斜を持たせているので、回転に伴って中間転写ベルト７に対する接触位置が移動する。

図８に示すように、螺旋状の溝構造２１の長手方向の断面は、多数の三角溝で構成されており、円筒面の軸方向に隣り合う溝構造２１は、それぞれの溝内斜面２１ｅが隣接して稜線２２を形成する。溝構造２１は、旋盤を用いた切削加工で形成され、溝深さＤは３０μｍ、溝ピッチＬは２００μｍである。

図９に示すように、実施例１では、螺旋状の溝構造２１の稜線２２を中間転写ベルト７の内側面に対して線状に接触させることで、中間転写ベルト７に担持されたトナー像の飛び散りを効果的に回避できる。

溝構造２１の谷部は、中間転写ベルト７と接触せず、中間転写ベルト７と一次転写下流ローラ２０とが接触する部位は、溝構造２１の稜線２２のみに限定される。このため、一次転写下流ローラ２０が平坦な円筒面で中間転写ベルト７に対して面接触する場合に比較して、中間転写ベルト７と一次転写下流ローラ２０の接触面積は大幅に減少している。

これにより、中間転写ベルト１１が一次転写下流ローラ２０に接触した際に、一次転写下流ローラ２０を通じて接地電位へ電荷が逃げ出す位置が分断され、通過するまでに逃げ出せる電荷量もごく僅かになる。このため、一次転写下流ローラ２０が接地電位に接続されてチャージアップが阻止されているにもかかわらず、一次転写下流ローラ２０に接触する前後における中間転写ベルト１１の帯電状態の変化が小さくて済む。一次転写下流ローラ２０を通過しても、中間転写ベルト７の内部の電荷の挙動は、図４に示す自然減衰の場合に近くなり、中間転写ベルト７の内部でトナー担持電荷の再配置が発生しにくくなって、トナーの飛び散りが抑制される。

実施例１では、溝加工した支持回転体とベルト部材の接触面積を小さくすることで飛び散りを回避するため、螺旋状の溝構造は、隣接する溝構造の溝内斜面が稜線で連接していることが望ましい。

図１０に示すように、比較例１の一次転写下流ローラ２０Ｈでは、隣接する溝構造２１の溝内斜面２１ｅが連接していない。このため、溝構造２１の間の円筒面で中間転写ベルト７と一次転写下流ローラ２０とが接触し、接触面積が増えるので、飛び散りを効果的に改善できない。溝構造２１の間の円筒面に接する中間転写ベルト７の内部で電荷の再配置が発生して飛び散りが発生する。

実施例１では、中間転写ベルト７に印加する張力は、０．２５Ｎ／ｃｍ以上３．５Ｎ／ｃｍ以下の線圧とするのが望ましい。０．２５Ｎ／ｃｍ未満の線圧では、回転駆動を行う際に、駆動ローラ３０と中間転写ベルト７との間に十分な摩擦力を確保できず、スリップする可能性がある。

図１１に示すように、３．５Ｎ／ｃｍよりも高い張力を中間転写ベルト７に印加すると、中間転写ベルト７が一次転写下流ローラ２０の溝構造２１に大きく食い込む。

図１２に示すように、過剰な張力を印加した中間転写ベルト７が一次転写下流ローラ２０に張架されると、張架部の近傍でベルト面が波打ってしまい、極端に大きな波うちによって画像不良が発生する恐れがある。図１に示す光学式センサ１５によるベルト面からの反射光の検知誤差を招く可能性もある。

溝構造２１の溝内斜面２１ｅに接触するほど撓み量が大きいと、中間転写ベルト７と一次転写下流ローラ２０との接触面積が増えて、トナー像の飛び散りが悪化する可能性がある。

実施例１では、中間転写ベルト７に張力を印加して張架する際に、一次転写下流ローラ２０表面の溝構造２１の存在により、溝部と稜線とで中間転写ベルト７の撓み量を見積もることが可能である。

図８に示すように、実施例１では、一次転写下流ローラ２０に設ける溝構造２１は、溝ピッチＬが２５μｍ以上４００μｍ以下で、溝深さＤが１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

溝ピッチＬが２５μｍ以下の場合、中間転写ベルト７と一次転写下流ローラ２０との接触面積を十分に減らすことができないので、飛び散りを十分に改善できない可能性がある。

図１１に示すように、溝ピッチＬが４００μｍ以上の場合、溝構造２１に撓んだ中間転写ベルト７が極端に侵入するので、図１２に示すように、一次転写下流ローラ２０Ｈによる張架部に波うちが発生する可能性がある。

ここで、Ｌを溝ピッチ［ｍｍ］、ｄを中間転写ベルト７の厚み［ｍｍ］、ｂを中間転写ベルト７の１次転写下流ローラ２０へのまきつけ量［ｍｍ］とする。また、Ｐを中間転写ベルトに印加する張力［Ｎ］、Ｅを中間転写ベルトのヤング率［Ｎ／ｍｍ^２］とする。このとき、ひずみ量ｈ［ｍｍ］は、両端の回動が拘束された両持ち梁の撓み量として、次式により概算される。
ｈ＝１／４×（Ｌ３／（ｄ３×ｂ））×（Ｐ／Ｅ）×１０^６ ・・・（１）

図１３には、中間転写ベルト７の一次転写下流ローラ２０へのまきつけ量ｂが２５ｍｍ、溝構造２１の溝ピッチが４００μｍのときの（１）式で求めた中間転写ベルト７のひずみ量が示される。図１３によれば、中間転写ベルト７の張力：１．１４Ｎ／ｃｍ、ヤング率：３．５ＧＰａにおける最大ひずみ量、溝部へ向けて中間転写ベルト７が食い込む深さは約３．５μｍと概算される。

実際には、中間転写ベルト７を回転駆動する際にはベルト面内でのヤング率のばらつきや、長手方向での張力のばらつきが発生する。このため、一次転写下流ローラ２０の溝深さＤは、３．５μｍに対して余裕を持つことが望ましく、好適には１０μｍ以上とすることが好ましい。

一方、溝深さＤを５０μｍ以上とすると、中間転写ベルト７に上述の張力を印加した際に、一次転写下流ローラ２０の中央部の撓み量が過剰になる可能性がある。金属管ローラ部材である一次転写下流ローラ２０の表面に、周方向の溝加工を施したことで、長手方向の曲げ剛性が低下して撓み量が大きくなるからである。このため、溝深さは好適には５０μｍ以下とすることが好ましい。

溝構造２１の隣り合う稜線のピッチは、停止状態で接するベルト部材が永久変形しない限界幅よりも狭く、溝構造２１の深さは、停止状態で支持されたベルト部材が溝面に接触する限界深さよりも深いことが望ましい。

中間転写ベルト７は、ヤング率が３．５ＧＰａのベルト材料を使用しているが、ベルト材料のヤング率としては、０．５ＧＰａ以上であることが望ましい。ヤング率が０．５ＧＰａ以下のやわらかいベルト材料を用いると、一次転写下流ローラ２０による張架部で、図１１に示すように、中間転写ベルト７が一次転写下流ローラ２０の溝構造２１に食い込む可能性がある。中間転写ベルト７と一次転写下流ローラ２０との接触面積が増えて、飛び散りが悪化する可能性がある。

実施例１では、ベルト材料の基材としてポリイミド樹脂を使用したが、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタラート、ナイロン、ポリアミドなど、他の樹脂でも好適に使用できる。

＜実施例２＞
図１４は実施例２の一次転写下流ローラの溝構造の説明図である。実施例２は、図１に示す画像形成装置１００の一次転写下流ローラ２０の円筒面の溝構造のみを実施例１と異ならせている。

実施例１では、図８に示すように、一次転写下流ローラ２０表面に形成された螺旋状の溝構造２１は、断面が三角形に形成されたが、図１４に示すように、実施例２では、溝構造２１Ａの断面が楕円形状である。

一次転写下流ローラ２０表面に形成される螺旋状の溝構造２１Ａが楕円溝であっても、隣接する楕円溝の稜線２２Ａを中間転写ベルト７の内側面に対して線状に接触させることで、トナー像の飛び散りを効果的に回避できる。

＜実施例３＞
図１５は実施例３の一次転写下流ローラの溝構造の説明図である。実施例３は、図１に示す画像形成装置１００の一次転写下流ローラ２０の円筒面の溝構造のみを実施例１と異ならせている。

実施例１では、図８に示すように、一次転写下流ローラ２０表面に形成された螺旋状の溝構造２１は、断面が三角形に形成されたが、図１５に示すように、実施例３では、溝構造２１Ｂの断面が逆台形である。

一次転写下流ローラ２０表面に形成される螺旋状の溝構造２１Ｂが逆台形溝であっても、隣接する逆台形溝の稜線２２Ｂを中間転写ベルト７の内側面に対して線状に接触させることで、トナー像の飛び散りを効果的に回避できる。

実施例１において、一次転写下流ローラ２０表面の、螺旋状の溝を設ける際に三角溝を設けたが、図１５に示すような、逆台形溝を設けても、好適に使用できる。

＜実施例４＞
図１に示すように、実施例４では、画像形成装置１００の一次転写下流ローラ２０とともに、その下流に位置する駆動ローラ３０の円筒面にも溝構造を形成した。

一次転写部Ｔ１でトナー像を転写された中間転写ベルト７が、一次転写部Ｔ１を通過後、最初に接触する支持回転体は、一次転写下流ローラ２０である。そして、一次転写下流ローラ２０の次に中間転写ベルト７へ接触する支持回転体は、駆動ローラ３０である。一次転写下流ローラ２０及び駆動ローラ３０の円筒面には、ベルト部材（７）に対する支持回転体の軸方向の連続した接触長さを減少させた表面構造を形成してある。

駆動ローラ３０の円筒面には厚さ１．５ｍｍのゴム弾性層が形成されて全体の外径は３８ｍｍであって、ゴム弾性層を切り込んで、図７、図８に示されるような螺旋状の三角溝を形成している。溝ピッチＬは５００μｍ、溝深さＤは５００μｍである。

＜実施例５＞
図１６は実施例５の一次転写下流ローラの溝構造の説明図である。実施例５は、図１に示す画像形成装置１００の一次転写下流ローラ２０の円筒面の溝構造の軸方向の配置を実施例１と異ならせている。

図１６の（ａ）に示すように、螺旋状の溝構造２１は、中間転写ベルト７の最大画像形成幅の領域にのみ形成し、最大画像形成幅の外側は、溝構造の無い平坦な円筒面で残してもよい。中間転写ベルト７の両端には、軸方向への移動を限界付けるための寄り止めガイド部７ｇを貼付してある。

図１６の（ｂ）に示すように、溝構造２１は、それぞれが独立して閉じる複数の平行溝で形成してもよい。また、一次転写下流ローラ２０の接線方向に対する傾きが異なる２種類の溝構造２１を交互に配置してもよい。

図１６の（ｃ）に示すように、溝構造２１は、一次転写下流ローラ２０の接線方向に対する傾きが異なる２種類の溝構造を交差して形成してもよい。このような溝構造は、切削加工によらず転写加工（いわゆるローレット加工）によって形成してもよい。

図１６の（ｄ）に示すように、溝構造は、円筒面の一周に渡って連続している必要は無く、周方向に断続した多数の溝で形成してもよい。

（ａ）〜（ｄ）いずれの溝パターンでも、実施例１と同様に、軸方向の断面では、溝構造２１の隣り合う稜線のピッチは、停止状態で接するベルト部材が永久変形しない限界幅よりも狭い。溝構造２１の深さは、停止状態で支持されたベルト部材が溝面に接触する限界深さよりも深い。

＜実施例６＞
図１７は実施例６の画像形成装置の構成の説明図である。実施例７は、複数の感光ドラムを中間転写ベルトに配置したタンデム型画像形成装置の張架ローラ及び駆動ローラの円筒面に溝構造を形成している。

図１７の（ａ）に示すように、画像形成装置２００は、中間転写ベルト７に沿ってイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配置した電子写真方式のフルカラーレーザープリンタである。画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックと異なる以外は同様に構成される。そして、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに配置された各構成には、図１に示される対応する構成の参照符号に、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄの区別を表すａ、ｂ、ｃ、ｄを付加した参照符号を付している。

イエローの画像形成部Ｐａでは、感光ドラム１ａは、外径８４ｍｍのアルミニウム製のシリンダに、有機感光体（ＯＰＣ）を塗布して構成したものである。感光ドラム１ａは、帯電ローラ２ａによって表面を一様に帯電された後、露光装置３ａによるレーザビームの走査露光を受け、イエロー画像の静電像を形成される。

現像装置４ａは、二成分現像剤を攪拌して帯電させ、現像スリーブに担持させて感光ドラム１ａの静電像にイエロートナーを供給することにより、イエロートナー像を現像する。感光ドラム１ａに形成されたイエロートナー像は、一次転写ローラ５ａによって、中間転写ベルト７上に一次転写さる。そして、イエロートナー像を中間転写ベルト７に転移した感光ドラム１ａは、クリーニング装置６ａによって表面を清掃されて次回以降の画像形成動作に供される。

マゼンダ、シアン、ブラック各色成分のトナー像は、上記と同様のプロセスで形成されて中間転写ベルト７上に重ねて一次転写される。中間転写ベルト７上に形成された４色のトナー像は、対向ローラ１０及び二次転写ローラ１２から構成される二次転写部Ｔ２へ搬送され、所定のタイミングで給送された記録材Ｐへ一括二次転写される。

トナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置８によって加熱加圧定着を受けて永久画像となる。トナー像を記録材へ二次転写した後、中間転写ベルト７は、ベルトクリーニング装置１３によって清掃を受けて、次回以降の画像形成に供される。

図１７の（ｂ）に示すように、画像形成装置２００は、ブラックの画像形成部Ｐｄを用いてモノクロ画像を形成するブラック単色モードでは、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃから中間転写ベルト７から離間させる。

張架ローラ２０よりも上流側で中間転写ベルト７を支持するテンションローラ１１及び一次転写ローラ５ａ、５ｂ、５ｃを下方へ移動して、感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃと中間転写ベルト７との接触を解除する。

図１７の（ａ）に示すように、フルカラーモードでは、接地電位に接続された張架ローラ２０の円筒面が中間転写ベルト７の内側面に常時接触している。このため、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃでトナー像を一次転写された中間転写ベルト７が張架ローラ２０を通過する際に、トナー像が飛び散りを発生する可能性がある。

そこで、実施例６では、張架ローラ２０の円筒面に、図７、図８に示されるような螺旋状の三角溝の溝構造２１を形成した。実施例４と同様に、張架ローラ２０の下流に位置する駆動ローラ３０の円筒面にも溝構造を形成した。

以上説明したように、中間転写ベルトの張架部材の表層に螺旋状の溝構造を設けることで、中間転写ベルトから張架部材へトナー担持電荷が減衰することを抑制して、トナー像の飛び散りを有効に回避できる。

従って、安定して飛び散りの発生しない、高画質を維持することのできる画像形成装置を提供できる。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 一次転写部を通過した中間転写ベルトの帯電状態の説明図である。 一次転写ローラ印加電圧と一次転写電流の関係の説明図である。 トナー担持用電荷の自然減衰の説明図である。 一次転写下流ローラ通過時の急速放電の説明図である。 一次転写下流ローラに接触した中間転写ベルトの帯電状態の説明図である。 実施例１の一次転写下流ローラの斜視図である。 一次転写下流ローラの長手方向の部分的な断面図である。 一次転写下流ローラと中間転写ベルトの接触状態の説明図である。 比較例１の一次転写下流ローラの説明図である。 比較例２の一次転写下流ローラの説明図である。 中間転写ベルトの張力が過剰な場合の説明図である。 溝構造における中間転写ベルトのひずみ量の線図である。 実施例２の一次転写下流ローラの溝構造の説明図である。 実施例３の一次転写下流ローラの溝構造の説明図である。 実施例５の一次転写下流ローラの溝構造の説明図である。 実施例６の画像形成装置の構成の説明図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光ドラム）
２ 帯電ローラ
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 一次転写ローラ
６ クリーニング装置
７ ベルト部材（中間転写ベルト）
１０ 対向ローラ
１２ 二次転写ローラ
２０ 支持回転体（一次転写下流ローラ）
２１ 溝構造
２１ｅ 溝内斜面
２２ 稜線
３０ 駆動ローラ

Claims (3)

1. トナー像が形成される像担持体と、
   転写部で前記像担持体から転写されたトナー像を担持して移動するベルト部材と、を備えた画像形成装置において、
   前記転写部でトナー像を転写された前記ベルト部材が前記転写部を通過後に最初に接触する位置に配置され、接地電位に接続された導電性の円筒面がトナー像を担持した反対側の面に接するように前記ベルト部材を支持する支持回転体を備え、
   前記支持回転体は、前記円筒面の円周の接線方向に対して傾斜した平行な多数の溝構造を有し、
   前記支持回転体の軸方向に隣り合う前記溝構造は、前記ベルト部材に対して稜線が線状に接触するように、それぞれの溝内斜面が隣接していることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記溝構造の隣り合う稜線のピッチは、停止状態で接する前記ベルト部材が永久変形しない限界幅よりも狭く、
   前記溝構造の深さは、停止状態で支持された前記ベルト部材が溝面に接触する限界深さよりも深いことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. トナー像が形成される像担持体と、
   転写部で前記像担持体から転写されたトナー像を担持して移動するベルト部材と、を備えた画像形成装置において、
   前記転写部でトナー像を転写された前記ベルト部材が前記転写部を通過後に最初に接触する位置に配置され、接地電位に接続された導電性の円筒面がトナー像を担持した反対側の面に接するように前記ベルト部材を支持する支持回転体を備え、
   前記支持回転体は、前記円筒面に前記支持回転体の軸方向に隣り合う多数の溝構造を有し、
   前記軸方向に隣り合う前記溝構造は、前記ベルト部材に対して稜線が線状に接触するように、それぞれの溝内斜面が隣接していることを特徴とする画像形成装置。

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