JP5842784B2

JP5842784B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5842784B2
Application number: JP2012234554A
Authority: JP
Inventors: 昌宏片平
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN103777501A; US20140112689A1; JP2014085524A

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

一般に、電子写真装置等の画像形成装置は、感光ドラム上に形成した静電潜像を荷電トナー（現像剤）により顕像化し、この顕像化したトナー像を静電気的に転写材（例えば、紙）に転写し、最後に加熱加圧によりトナー像を転写材に溶融固着させて画像を定着させるようになっている。

このような画像形成装置では、感光ドラム上のトナー像を中間転写ベルトに一次転写し、次に、二次転写部で合流する中間転写ベルトと二次転写ベルトとの間に搬送された転写材にトナー像を二次転写し、そのトナー像が転写された転写材を定着部に搬送するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２６９６２７号公報

しかしながら、かかる従来の画像形成装置では、周長の長い中間転写ベルトに周長が短い二次転写ベルトが二次転写部で接触する場合、短い二次転写ベルトに対する単位面積当たりのトナー突入量が多くなり、二次転写ベルトにフィルミングが発生し易くなる。

そこで、本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて成されたものであり、二次転写ベルトに発生するフィルミングを抑制し易くできる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は、形成した静電潜像がトナー像で顕像化される像担持体と、前記像担持体のトナー像が転写される中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトのトナー像を二次転写部を介して転写材に転写する二次転写ベルトとを備え、前記中間転写ベルトおよび前記二次転写ベルトを熱可塑性樹脂で形成し、かつ、前記二次転写ベルトの硬度を、前記中間転写ベルトと同じ若しくは前記中間転写ベルトよりも大きくするとともに、前記二次転写ベルト表面の純水の接触角が、前記中間転写ベルトよりも大きくなっていることを特徴とする。

上記本発明の画像形成装置は、前記二次転写ベルトは、フッ素樹脂が添加されていることを特徴とする。

上記本発明の画像形成装置は、前記中間転写ベルトは、フッ素樹脂が添加されており、前記中間転写ベルトよりも前記二次転写ベルトのフッ素樹脂の添加量が多いことを特徴とする。

上記本発明の画像形成装置は、前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする。

上記本発明の画像形成装置は、前記中間転写ベルトおよび前記二次転写ベルトを形成した熱可塑性樹脂は、ポリイミド又はポリアミドイミドであることを特徴とする。

本発明によれば、二次転写ベルトに発生するフィルミングを抑制し易くできる画像形成装置を提供できる。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概略的な全体構造図である。画像形成装置の本発明にかかる要部を拡大して示す概略図である。二次転写ベルトにフィルミングが発生するメカニズムを（ａ）〜（ｃ）に順を追って示す説明図である。

以下、本発明に係る好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、所謂タンデム型を採用した中間転写方式の画像形成装置１を示し、電子写真方式にて各色成分のトナー像が形成される複数の画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）と、各画像形成ユニット１０にて形成された各色成分トナー像を順次転写（一次転写）して保持させる中間転写ベルト１５と、中間転写ベルト１５上に転写された重畳トナー画像を転写材である用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写部２０と、用紙Ｐ上に二次転写された画像を定着させる定着部６０とを備えている。また、画像形成装置１の一連の動作は制御部４０によって制御される。

各画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）は、矢印Ａ方向に回転する像担持体としての感光ドラム１１の周囲に、帯電器１２、露光器１３、現像装置１４、一次転写ロール１６およびドラムクリーナ１７などの電子写真用デバイスが順次配設されている。

帯電器１２は、感光ドラム１１を帯電し、露光器１３は、感光ドラム１１上に静電潜像を書き込む（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）。また、現像装置１４は、各色成分トナーが収容されて感光ドラム１１上の静電潜像をトナーにより可視像化し、一次転写ロール１６は、感光ドラム１１上に形成された各色成分トナー像を中間転写ベルト１５に転写し、ドラムクリーナ１７は、感光ドラム１１上の残留トナーを除去する。そして、これらの画像形成ユニット１０は、中間転写ベルト１５の上流側から、イエロー（Ｙ色）、マゼンタ（Ｍ色）、シアン（Ｃ色）、黒（Ｋ色）の順に直列配置されている。

中間転写ベルト１５は、各種ロールによって図に示すＢ方向に所定の速度で循環移動される。各種ロールは、駆動ロール３１、支持ロール３２、テンションロール３３、バックアップロール２５、クリーニングバックアップロール３４からなる。駆動ロール３１は、定速性に優れたモータ（図示せず）により駆動されて中間転写ベルト１５を循環移動させる。支持ロール３２は、各感光ドラム１１の配列方向に沿って略直線状に延びる中間転写ベルト１５を支持する。テンションロール３３は、中間転写ベルト１５に対して一定の張力を与えると共に中間転写ベルト１５の蛇行を防止する。バックアップロール２５は、二次転写部２０に設けられて後述する二次転写ロール２２との間にニップを形成する。クリーニングバックアップロール３４は、中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取るクリーニング部に設けられる。

画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）の各感光ドラム１１に対向し、略直線状に延びる中間転写ベルト１５の内側に設けられる各一次転写ロール１６には、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されるようになっている。これにより、それぞれの感光ドラム１１上のトナー像が中間転写ベルト１５に順次静電吸引され、中間転写ベルト１５上に重畳されたトナー像が形成されるようになっている。中間転写ベルト１５の裏面側にはバックアップロール２５が配置されて二次転写ベルト２１の対向電極をなし、二次転写バイアスを安定的に印加させるための金属製の給電ロール２６が当接配置されている。

一方、二次転写ベルト２１は、二次転写ロール２２とアイドルロール２３ａ〜２３ｄとによって張架された無端環状ベルトであり、この二次転写ベルト２１は、二次転写ロール２２によって所定の速度で搬送され、アイドルロール２３ａ〜２３ｄによって所定のテンションが与えられている。アイドルロール２３ａ〜２３ｄは４個が設けられ、二次転写ロール２２と共に五角形の各頂点を成すように配置され、これら二次転写ロール２２およびアイドルロール２３ａ〜２３ｄに二次転写ベルト２１が周回されている。

二次転写ロール２２は、二次転写ベルト２１および中間転写ベルト１５を挟んでバックアップロール２５に圧接配置され、二次転写ベルト２１上に搬送される用紙Ｐに対して二次転写を施すための二次転写ロールとして機能している。

二次転写部２０は、中間転写ベルト１５と、この中間転写ベルト１５のトナー像担持面側に配置される二次転写ベルト２１と、これら中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１との接触部を両側から挟持する二次転写ロール２２およびバックアップロール２５とによって構成される。二次転写ベルト２１は、二次転写部２０の下流側に配設されて、二次転写ベルト２１表面に残留したトナーを掻き取るゴムの板状部材からなるクリーニングブレード２７が当接している。

また、中間転写ベルト１５の二次転写部２０の下流側には、二次転写後の中間転写ベルト１５上の残留トナーや紙粉を除去し、中間転写ベルト１５をクリーニングするベルトクリーナ３５が接離自在に設けられている。一方、イエローの画像形成ユニット１０Ｙの上流側には、各画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）における画像形成タイミングをとるための基準となる基準信号を発生する基準センサ４２が配置される。この基準センサ４２は、中間転写ベルト１５に設けられた所定のマークを認識して基準信号を発生しており、この基準信号の認識に基づく制御部４０からの指示により、各画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）は画像形成を開始するようになっている。また、黒の画像形成ユニット１０Ｋの下流側には、画質調整を行うための画像濃度センサ４３が配設されている。

更に、本実施の形態では、用紙搬送系として、用紙Ｐを収容する用紙トレイ５０、この用紙トレイ５０に集積された用紙Ｐを所定のタイミングで取り出して搬送する給紙ロール５１、給紙ロール５１にて繰り出された用紙Ｐを搬送する搬送ロール５２、搬送ロール５２により搬送された用紙Ｐを二次転写部２０へと送り込む搬送シュート５３、二次転写ベルト２１によって二次転写された後に搬送される用紙Ｐを定着部６０へと搬送する搬送ベルト５５を備えている。

次に、本実施形態の画像形成装置１の作動を説明すると、図１において、各画像形成ユニット１０（１０Ｙ〜１０Ｋ）では、感光ドラム１１は矢印Ａ方向に回転し、帯電器１０２でその表面が一様に帯電される。帯電された感光ドラム１１に露光器１３により対応する色成分の静電潜像が形成される。この静電潜像は対応する色成分の現像装置１４によってトナー現像されて、顕像化されたトナー像が形成される。

このトナー像は、感光ドラム１１の回転で一次転写ロール１６が配置された一次転写部に至り、一次転写ロール１６からトナー像に逆極性の電界が作用することにより、上記トナー像が矢印Ｂ方向へ移動する中間転写ベルト１５に静電的に一次転写される。そして、各画像形成ユニット１０の各色成分トナー像は、基準センサ４２からの信号に基づいて中間転写ベルト１５上の所定位置に順次重ね合わせられ、多重トナー像が形成される。

その後、中間転写ベルト１５に転写された多重トナー像は、中間転写ベルト１５の循環移動により二次転写部２０のニップ位置に至る。一方、用紙Ｐは搬送シュート５３から二次転写部２０の中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１との接触部間に所定のタイミングで送給される。送給された用紙Ｐには、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間のニップ位置を通過する間に、中間転写ベルト１５上の多重トナー像が一括転写（二次転写）される。

そして、多重トナー像が転写された用紙Ｐは、中間転写ベルト１５から剥離された後に、搬送ベルト５５によって定着部６０に搬送され、この定着部６０にて加圧／加熱処理されて、用紙Ｐ上のトナー像は固定定着されて永久画像とされる。

また、多重トナー像の用紙Ｐへの転写が終了した中間転写ベルト１５は、二次転写部２０の下流側に設けたベルトクリーナ３５に至り、中間転写ベルト１５の付着トナーや紙粉が除去される。一方、中間転写ベルト１５から二次転写ベルト２１に移行した転写残トナーは、クリーニングブレード２７によって掻き取られる。

ところで、本実施形態の画像形成装置１では、図２に示すように、中間転写ベルト１５に担持されたトナー象を用紙Ｐに転写する二次転写部２０に、二次転写ベルト２１を配置してある。また、中間転写ベルト１５は、直列に配列された各画像形成ユニット１０（１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ）の各感光ドラム１１と一次転写ロール１６との間を通過するため、その中間転写ベルト１５の周長は二次転写ベルト２１の周長よりも長くなっている。本実施形態では、中間転写ベルト１５は、幅が３６０ｍｍ、周長が２９１０ｍｍとなっており、二次転写ベルト２１は、幅が３６０ｍｍ、周長が４１０ｍｍとなっている。

ところで、画像形成装置１は、例えば、印刷業者に用いられるプロダクション機にも適用されており、厚紙から薄紙の搬送性が求められている。特に、搬送性では薄紙の剥離性を確保するため、本実施形態のように二次転写には無端ベルト状となった二次転写ベルト２１が用いられている。従来の二次転写ベルトは、一般的に弾性体の材料が用いられるが、これでは経時使用に伴うクラック発生などの機械的耐久性に課題が存在していた。

そこで、中間転写ベルト１５および二次転写ベルト２１に熱可塑性樹脂材料を用いることで、機械的耐久性を向上できるのであるが、両ベルト１５、２１共に硬い熱可塑性樹脂を用いると、それらが接触するニップ部の接触圧力は大きくなる。すると、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、中間転写ベルト１５から移行した転写残トナーやかぶりトナーが圧力の高いニップ部で固着され、これが連続して累積するとフィルミングとして固着されてしまう。

特に、周長の長い中間転写ベルト１５に対して周長が短い二次転写ベルト２１では、単位面積当たりのトナー突入量が中間転写ベルト１５に比較して多くなり、二次転写ベルト２１のフィルミングが顕著となる。このように、二次転写ベルト２１にフィルミングが発生すると、フィルミングの発生箇所において転写不良や画像むらが発生し、また、二次転写ベルト２１にクリーニング不良が生じる。

即ち、フィルミングの発生メカニズムは、図３（ａ）に示すように、中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１とが二次転写部２０で接触しつつ擦れることにより、中間転写ベルト１５上のトナーＴが二次転写ベルト２１に移行して付着トナーＴ′となる。次に、図３（ｂ）に示すように、二次転写ベルト２１が循環移動して付着トナーＴ′が付着した二次転写ベルト２１が二次転写部２０に至ると、二次転写ロール２２とバックアップロール２５との間の圧力で、付着トナーＴ′は二次転写ベルト２１に強く圧着されて固着し、これがフィルミングとなる。固着された付着トナーＴ′は、図３（ｃ）に示すように、中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１とが繰り返して接触しつつ擦れることにより、付着トナーＴ′が雪だるま式に成長（例えば、２０μｍ以上）し、これが強固なフィルミングとなってしまう。

ここで、本実施形態では、周長の短い二次転写ベルト２１のトナーＴに対する離型性を高めることで、トナーＴの固着に伴うフィルミングを抑制するようにしたものである。また、中間転写ベルト１５および二次転写ベルト２１を熱可塑性樹脂で形成した場合に、二次転写ベルト２１の硬度を中間転写ベルト１５よりも大きくすると、中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１との両方の硬度が共に大きい場合に比較して、これら両ベルト１５、２１が二次転写部２０で接触する圧力が緩和されるようになる。勿論、熱可撓性樹脂は所望の可撓性を有する材料が用いられ、本実施形態では、熱可塑性樹脂の材料として機械的耐久性の高いポリイミドを用いることができる。

このように熱可塑性樹脂の材料としてポリイミドを用いた場合に、本実施形態ではポリイミドの中にフッ素樹脂を添加して離型性を高めるようにしてある。尚、熱可塑性樹脂の材料は、ポリイミドに限ることなくその他の熱可塑性を有する合成樹脂、例えば、ポリアミドイミドなどを用いられる。尚、二次転写ベルト２１の硬度を中間転写ベルト１５よりも大きくした場合を述べたが、二次転写ベルト２１と中間転写ベルト１５の硬度が同じであってもよい。

上述した添加用のフッ素樹脂は、汎用的に用いられるポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が用いられる。以下、ポリテトラフルオロエチレンをＰＴＦＥとして述べるものとする。本実施形態では、粒径６μｍのＰＴＦＥを二次転写ベルト２１に添加してもよいし、二次転写ベルト２１と中間転写ベルト１５に添加してもよい。二次転写ベルト２１と中間転写ベルト１５にＰＴＦＥを添加する場合、ＰＴＦＥの添加量は、中間転写ベルト１５よりも二次転写ベルト２１を多くする。これにより、中間転写ベルト１５の離型性よりも二次転写ベルト２１の離型性が高くなる。ＰＴＦＥの添加量は、１〜２０ｗｔ％が適量であるが、特に、離型性を高くする二次転写ベルト２１には、１０ｗｔ％のＰＴＦＥを添加してある。

このように、ポリイミドの二次転写ベルト２１にＰＴＦＥを添加することにより、二次転写ベルト２１のベルト表面に露出するＰＴＦＥが、中間転写ベルト１５、クリーニングブレード２７、用紙Ｐなどと擦れることにより引き伸ばされ、二次転写ベルト２１表面にＰＴＦＥが被覆される。
尚、このことは、ＰＴＦＥを添加した場合の中間転写ベルト１５にあっても同様であり、ベルトが二次転写ベルト２１、ベルトクリーナ３５などと擦れることによりＰＴＦＥが被覆される。従って、二次転写ベルト２１および中間転写ベルト１５は、それぞれの表面がＰＴＦＥで被覆されることにより離型性が向上する。ＰＴＦＥの添加量は、中間転写ベルト１５よりも二次転写ベルト２１の方が多くなっているため、離型性は、中間転写ベルト１５よりも二次転写ベルト２１の方が高くなっている。

また、経時使用によって二次転写ベルト２１および中間転写ベルト１５は摩耗が進行されるが、それぞれのベルト表面を上述したように被覆したＰＴＦＥが被膜となり、その被膜により摩耗が抑制される。なお、フッ素樹脂としてＰＴＦＥを用いた場合を述べたが、これに限ることなくその他のフッ素樹脂、例えば、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを用いることができる。

ところで、固体表面の撥水性を測る手段として液体の接触角がある。この液体の接触角は、一般に知られるように固体−液体間の界面物性を評価するファクターとして重要であり、撥水性などを数値化する手段として広く利用されている。これは、一定量の液体を固体試料に滴下させて、固体上に盛り上がった液滴表面が固体面から立ち上がる接触角を算出したものである。ここでは、その算出方法は省略する。

本実施形態にあっては、上述したように二次転写ベルト２１は、ＰＴＦＥが表面に被覆されるが、このＰＴＦＥの被膜によって液体（本実施形態では純水を用いる）の接触角が大きくなる。尚、中間転写ベルト１５にＰＴＦＥを添加した場合、ＰＴＦＥの添加量は中間転写ベルト１５よりも二次転写ベルト２１の方が多くなっているため、二次転写ベルト２１表面の純水の接触角が、中間転写ベルト１５よりも大きくなる。つまり、純水の接触角は、その角度が大きいほど撥水性つまり離型性が高くなるが、二次転写ベルト２１の純水の接触角が中間転写ベルト１５よりも大きくなることによって、二次転写ベルト２１表面の離型性が中間転写ベルト１５よりも高くなる。

ここで、上述した構成になる画像形成装置１（この場合、富士ゼロックス製のColor1000Pressを用いた）によって、Ａ３用紙４０００００枚の耐久性テストを実施した。このテストでは、熱可塑性樹脂（ポリイミド）で形成した二次転写ベルト２１にＰＴＦＥを添加した場合と、ＰＴＦＥを添加していない場合との２通りの方法で実験した。中間転写ベルト１５にはＰＴＦＥを添加していない。

その結果、ＰＴＦＥを添加した場合は、二次転写ベルト２１にフィルミングの発生は認められなかった。一方で、ＰＴＦＥを添加していない場合は、二次転写ベルト２１にフィルミングの発生が認められた。この場合、フィルミングが発生しなかった中間転写ベルト１５および二次転写ベルト２１表面の離型性を上述したように純水の接触角で確認し、その結果を表１に示した。

表１に示した純水の接触角の確認位置は、中間転写ベルト１５および二次転写ベルト２１の各ベルトの内側（Ｉ／Ｂ）端から２０ｍｍ（Ａ３非通紙部）と８０ｍｍ（通紙部）、各ベルトの外側（Ｏ／Ｂ）端から２０ｍｍ（Ａ３非通紙部）と８０ｍｍ（通紙部）、および各ベルトの幅方向中心部（Center）となる側端から１８０ｍｍ（通紙部）である。

その結果、中間転写ベルト１５の接触角は７１度〜７９度であるのに対し、二次転写ベルト２１では８５度〜９４度と高い値を示した。これにより、二次転写ベルト２１に、ＰＴＦＥを添加していない場合に比較して離型性が向上してフィルミングの抑制効果があり、特に、離型性が相対的に高い二次転写ベルト２１でフィルミングの大きな抑制効果が得られた。

以上説明したように本実施形態の画像形成装置１によれば、中間転写ベルト１５および二次転写ベルト２１を可撓性を有する熱可塑性樹脂で形成した場合に、二次転写ベルト２１の硬度を中間転写ベルト１５よりも大きくしてある。これにより、中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１が二次転写部２０で接触する圧力を緩和することができる。また、このとき、二次転写ベルト２１表面の純水の接触角が中間転写ベルト１５よりも大きくなっているので、二次転写ベルト２１の離型性をより高めることができる。従って、中間転写ベルト１５と二次転写ベルト２１との接触圧力を緩和したことと相俟って、二次転写ベルト２１に発生するフィルミングを抑制し易くできる。

また、本実施形態によれば、熱可塑性樹脂で形成した二次転写ベルト２１にフッ素樹脂を添加したので、二次転写ベルト２１の離型性を高めてフィルミングの抑制効果を高めることができる。

更に、本実施形態によれば、中間転写ベルト１５にもフッ素樹脂を添加したので離型性を高めることができ、かつ、中間転写ベルト１５よりも二次転写ベルト２１のフッ素樹脂の添加量を多くする。これにより、二次転写ベルト２１の離型性を中間転写ベルト１５よりも高く維持して、二次転写ベルト２１のフィルミングの抑制効果を更に高めることができる。

更にまた、本実施形態によれば、フッ素樹脂をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）としたので、汎用性のある安価な材料で中間転写ベルト１５および二次転写ベルト２１の離型性を発揮することができ、ひいては、画像形成装置１のコストを下げることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。また、本発明が適用される画像形成装置としては、産業用のオンデマンド印刷機や家庭用の複写機およびプリンターなどがある。

１画像形成装置
１１感光ドラム（像担持体）
１５中間転写ベルト
２０二次転写部
２１二次転写ベルト
Ｐ用紙（転写材）

Claims

形成した静電潜像がトナー像で顕像化される像担持体と、前記像担持体のトナー像が転写される中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトのトナー像を二次転写部を介して転写材に転写する二次転写ベルトとを備え、
前記中間転写ベルトおよび前記二次転写ベルトを熱可塑性樹脂で形成し、かつ、前記二次転写ベルトの硬度を、前記中間転写ベルトと同じ若しくは前記中間転写ベルトよりも大きくするとともに、前記二次転写ベルト表面の純水の接触角が、前記中間転写ベルトよりも大きくなっていることを特徴とする画像形成装置。
前記二次転写ベルトは、フッ素樹脂が添加されてい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は、フッ素樹脂が添加されており、前記中間転写ベルトよりも前記二次転写ベルトのフッ素樹脂の添加量が多いことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする請求項２または３に記載の画像形成装置。
前記中間転写ベルトおよび前記二次転写ベルトを形成した熱可塑性樹脂は、ポリイミド又はポリアミドイミドであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。