JP4585187B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置に関し、特に中間転写方式を用いたフルカラーの画像形成装置に関する。

従来、この種の中間転写方式を用いたフルカラーの画像形成装置としては、画像情報に応じた各色毎のトナー像を担持する像担持体として例えば複数の感光体と、これら複数の感光体に圧接され、複数のローラに架設されて所定方向に回動する無端状の中間転写ベルトと、それぞれの感光体上に形成された単色のトナー像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせて転写する一次転写手段と、中間転写ベルト上のトナー像を記録媒体に一括転写する二次転写手段とを備えたものが知られている。そして、一次転写手段には、像担持体と中間転写ベルト間に形成される転写電界が用いられ、二次転写手段には、中間転写ベルトと記録媒体との間に形成される転写電界が用いられている。

このような画像形成装置において、一次転写手段では、感光体上に形成されたトナー像を忠実に、且つ安定して中間転写ベルトに転写することが要求され、二次転写装置でも同様に中間転写ベルトに形成されたトナー像を忠実に、且つ安定して記録媒体に一括転写することが要求される。換言すれば、一次転写手段及び二次転写手段共、安定した転写を高い転写効率で行う必要がある。

ところで、一次転写部における画像劣化の原因の一つとして、トナーの飛散により線画像や文字画像等がぼやける転写チリの現象がある。この現象は、一次転写部のニップ部上流の空間部でトナーが感光体から中間転写ベルトに移動することに起因するものであり、ニップ部上流における転写電界を抑制することにより防止できることが分かっている。
そして、このような転写チリを防止する手段として、中間転写ベルト裏面の表面抵抗率を高く設定することにより、中間転写ベルトの転写に必要な転写電界の範囲を狹め、転写ニップ外の転写電界を小さく制御するようにした画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−５７９５９号公報

しかしながら、このような従来の画像形成装置にあっては、中間転写ベルト裏面の表面抵抗率を高く設定しているため、転写ローラ等の電圧印加部材から中間転写ベルトを介して供給される電流が流れにくく、感光体と中間転写ベルトとの剥離部に電荷が供給されにくくなって中間転写ベルト表裏の電位バランスが悪くなりやすい。そのため、一次転写部で感光体と中間転写ベルトが離間するときに剥離放電を起こし、その放電跡が画像を乱しやすいという問題点があった。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、上述したような中間転写方式を用いたフルカラーの画像形成装置において、簡単な構成で一次転写部における感光体と中間転写ベルトとの離間時の剥離放電を防止して良好な画像を形成し得る画像形成装置を提供することを目的とする。

この発明は上記の目的を達成するため、画像情報に応じたトナー像が形成される像担持体と、この像担持体にニップ部で圧接し複数本のローラに張架された無端状の中間転写ベルトと、上記像担持体のトナー像を上記中間転写ベルトに転写する一次転写手段と、上記中間転写ベルトに転写して保持されたトナー像を、記録媒体に一括転写する二次転写手段とを有する中間転写方式を用いたフルカラーの画像形成装置において、
上記ニップ部の最下流点近傍に上記中間転写ベルトへ電荷を供給する電圧印加部材を設け、
上記電圧印加部材は上記位置一次転写手段の転写ローラであって、上記中間転写ベルトを介して上記像担持体へ圧接させるように配設され、
上記中間転写ベルトは、裏面の表面抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ω／□であり、
上記転写ローラの下流側に、上記中間転写ベルトを張架する上記複数本のローラとは別に上記中間転写ベルトを上記像担持体に圧接してニップ部を形成するテンションローラを設け、
上記像担持体の中心と上記転写ローラの中心とを通る直線と、上記ニップ部の最下流点との距離が２ｍｍ以下である画像形成装置を提供する。

また、上記転写ローラは、硬度がアスカーＣ硬度で５０以下であるようにするのがよい。

この発明による中間転写方式を用いたフルカラーの画像形成装置は上記のように、一次転写手段のニップ部最下流点近傍に電圧印加部材として転写ローラを設けて中間転写ベルトへ電荷の供給を行うようにしたので、ニップ部最下流点における中間転写ベルト表裏の電位バランスが整えられ、剥離放電を抑制して放電跡や転写チリの発生を有効に防止することができる。特に、上記中間転写ベルトの裏面の表面抵抗率を１０^１０〜１０^１２Ω／□にしたことにより、転写チリの発生を画像が満足できるレベル内に収め、放電跡の発生も問題のない範囲内に納めることができる。
さらに、その電圧印加部材としての転写ローラの下流側に、中間転写ベルトを張架する上記複数本のローラとは別に中間転写ベルトを像担持体に圧接してニップ部を形成するテンションローラを設けたことにより、予めテンションローラによってニップ部が形成された後に転写ローラを配設することができ、転写ローラを安定した圧力で感光体に圧接させて転写ムラを防止することができると共に、圧接圧力を最小限に抑えることが可能になり、圧力に起因する転写中抜けを防止することもできる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図５はこの発明を実施する画像形成装置を示す全体構成図であり、ここではその一例としてカラー複写機を示している。このカラー複写機は中間転写ベルト１０を用いたタンデム型の電子写真装置であり、最下部に給紙テーブル２を、その上方に複写装置本体１を、さらにその上部にスキャナ３及び原稿自動給送装置（ＡＤＦ）４をそれぞれ設けてある。
複写装置本体１には、ほぼ中央に無端状の中間転写ベルト１０を備えた転写装置２０が設けてあり、中間転写ベルト１０は駆動ローラ９と従動ローラ１５，１６とにより張架され、図で時計方向に回動し、上記従動ローラ１５の左方に設けられているクリーニング装置１７により、画像転写後その表面に残留する残留トナーが除去されて転写装置２０による再度の画像形成に備えられる。
駆動ローラ９と従動ローラ１５との間に架け渡された直線状の中間転写ベルト１０の上方には、その移動方向に沿って、イエロー，シアン，マゼンタ，ブラックの４つの画像形成部を構成するドラム状の感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋ（以下、特定しない場合には単に感光体４０という）を、それぞれ図で反時計方向に回転可能に設けてあり、その回りには公知の帯電装置６０、現像装置６１、一次転写手段を構成する一次転写装置６２、感光体クリーニング装置６３、除電装置６４をそれぞれ設けてあり、感光体４０の上方には露光装置２０を設けてある。

一方、中間転写ベルト１０の下側には二次転写手段を構成する二次転写装置２２を設けてある。この二次転写装置２２は、一対のローラ２３，２３間に無端状の二次転写ベルト２４を架け渡したものであり、この二次転写ベルト２４が中間転写ベルト１０を介して従動ローラ１６に圧接するようになっている。そして、この二次転写装置２２が、二次転写ベルト２４と中間転写ベルト１０との間に送り込まれる記録媒体としてのシートＰに、中間転写ベルト１０上のトナー画像を一括転写する。
二次転写装置２２のシート搬送方向下流側には、シートＰ上に形成されたトナー画像を定着する定着装置２５を設けてあり、無端状の定着ベルト２６に加圧ローラ２７が圧接されており、画像転写後のシートＰは二次転写装置２２により定着装置２５へ搬送される。なお、この二次転写装置２２は転写ローラや非接触のチャージャを用いた転写装置であっても差し支えない。そして、この二次転写装置２２の下側には、シート表裏両面に画像を形成する際にシートＰを反転させるシート反転装置２８を設けてある。

上記のような構成からなるカラー複写機でカラーのコピーをとるときは、通常、原稿自動給送装置４の原稿台３０上に原稿をセットするが、手動で原稿をセットする場合には、原稿自動給送装置４を開いてスキャナ３のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、この原稿を原稿自動給送装置４を閉じることによりコンタクトガラス３２へ押圧する。

次に、図示しないスタートスイッチを押すと、原稿自動給送装置４に原稿をセットしたときは原稿が自動でコンタクトガラス３２上に給送され、手動でコンタクトガラス３２上にセットしたときは直ちにスキャナ３が作動し、第一走行体３３及び第二走行体３４が走行を開始する。これにより、第一走行体３３の光源からの光が原稿に向けて照射され、原稿面からの反射光が第一走行体３３のミラーにより第二走行体３４の方向に反射され、さらに第二走行体３４の一対のミラーにより１８０度方向を変えて結像レンズ３５を通り読取りセンサ３６に入射して原稿の内容が読み取られる。
また、上述したスタートスイッチの押下により、中間転写ベルト１０が回動を開始すると同時に各感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍ，４０Ｋも回動を開始してそれぞれの感光体上にイエロー，シアン，マゼンタ，ブラックの各単色画像を形成する。このようにして各感光体上に形成された各単色画像は、図で時計方向に回動する中間転写ベルト１０上に各一次転写装置６２によって、重ね合わせて順次転写されてフルカラーの合成カラー画像が形成される。

一方、給紙テーブル２内の選択された給紙段の給紙ローラ４２が回転し、ペーパバンク４３内の選択された給紙カセット４４からシートＰが繰り出され、分離ローラ４５により一枚に分離されて給紙路４６に搬送される。繰り出されたシートＰは搬送ローラ４７により複写機本体１の給紙路４８に搬送され、レジストローラ４９に当接して一旦停止状態になる。なお、手差し給紙の場合には、手差しトレイ５１上にセットされたシートＰが給紙ローラ５０の回転により繰り出され、分離ローラ５２により一枚に分離されて手差し給紙路５３に搬送され、レジストローラ４９に当接して一旦停止状態になる。

いずれの場合でも、レジストローラ４９は中間転写ベルト１０上のカラー画像に合わせた正確なタイミングで回転を開始し、停止状態にあったシートＰを中間転写ベルト１０と二次転写装置２２との間に送り込み、シートＰ上に上記の二次転写装置２２によりカラー画像を転写する。カラー画像が転写されたシートＰは、搬送機能も有する二次転写装置２２により、定着装置２５へ搬送され、加熱，加圧されて転写画像が定着された後、切換爪５５により排出側に案内され、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出されてスタックされる。
なお、両面コピーモードが選択されている場合には、表面に画像を形成したシートＰは切換爪５５によりシート反転装置２８側に搬送され、反転して再び転写位置へ導かれ、裏面に画像が形成された後、排出ローラ５６により排紙トレイ５７上に排出される。
また、ブラック単色画像を中間転写ベルト１０上に形成する場合には、駆動ローラ９以外の従動ローラ１５，１６を移動させてイエロー，シアン，マゼンタの感光体４０Ｙ，４０Ｃ，４０Ｍを中間転写ベルト１０から離間させるようにしている。なお、図２に示したタンデム型でなく、感光体が一つしかない所謂１ドラム型の画像形成装置にあっては、ファーストコピー速度を早くするために、最初にブラック作像をするのが一般的であり、その後原稿がカラーの場合のみ残りの色の作像を行うようにしている。

このような構成において、レジストローラ４９は通常接地されて用いられることが多いが、シートＰの紙粉除去のためにバイアスを印加することもできる。例えば径１８ｍｍで表面を厚さ１ｍｍの導電性ＮＢＲゴムで被覆した導電性のゴムローラを用いてバイアスを印加する場合、ゴム材の体積抵抗は１０^９Ωｃｍ程度であり、トナーを転写する側（表面側）に−８００Ｖ程度の電圧を印加し、シート裏面側には＋２００Ｖ程度の電圧を印加する。一般的に中間転写方式では紙粉が感光体にまで移動しにくいため、紙粉転写を考慮する必要が少なく、アースになっていても差支えない。また、印加電圧として一般にＤＣバイアスが印加されているが、シートをより均一に帯電させるため、ＤＣオフセット成分を持ったＡＣ電圧を印加することも可能である。
このようにバイアスを印加したレジストローラを通過した後のシート表面は、若干マイナス側に帯電しているため、中間転写ベルトからシートへの転写では、レジストローラに電圧を印加しなかった場合に比して転写条件が変わり、転写条件を変更する場合もある。

ところで、上記のような中間転写方式の画像形成装置では、放電跡が画面上に現れて画質を損なう場合がある。この放電跡は各種の原因によって発生するが、その一つは、すでに述べたように、一次転写部において感光体と中間転写ベルトが剥離するときに生ずる剥離放電が原因であり、その剥離放電は中間転写ベルト表裏の電位バランスが悪いと発生しやすくなることが発明者の度重なる実験結果から判明した。以下、中間転写ベルト表裏の電位バランスを整える具体的構成を各実施例について説明する。

図１は、図５における一次転写部である一次転写手段を構成する一次転写装置６２の詳細を示す構成図である。
この一次転写装置６２は、反時計方向に回転する感光体４０と、複数本のローラ（図５に示した駆動ローラ９と従動ローラ１５，１６）に張架されて矢示Ｘ方向に移動する中間転写ベルト１０と、中間転写ベルト１０の裏面側に従動回転自在に内接し、図で上方へ付勢することにより中間転写ベルト１０の表面側（図１で上側）を感光体４０に圧接させてニップ部Ｎを形成するテンションローラ５と、ニップ部最下流点Ａで中間転写ベルト１０の裏面側に接触して時計方向に従動回転するローラ部材としての転写ローラ６と、転写ローラ６にバイアス電圧を印加する転写バイアス電源７とからなっている。なお、上記の転写ローラ６は、その硬度をアスカーＣ硬度で５０以下とする。
さらに、図１に示すように転写ローラ６の下流側に、中間転写ベルト１０を張架する上記複数本のローラとは別に中間転写ベルト１０を像担持体である感光体４０に圧接してニップ部を形成するテンションローラ５を設けている。

また、図１では、感光体４０の中心Ｃ４０と転写ローラ６の中心Ｃ６とを結ぶ直線Ｌａがニップ部Ｎの最下流点Ｎを通る場合を示しているが、図２は、転写ローラ６の位置を変化させた場合の上述した剥離放電に起因する放電跡の発生状態を調べるため、転写ローラ６を図１に示す位置から下流側又は上流側へ変化させた状態の要部を拡大して示している。この図２では、転写ローラ６ａ（図１の転写ローラ６と同位置）の中心Ｃ６ａと感光体４０の中心Ｃ４０（図１参照）を通る直線Ｌａが中間転写ベルト１０の表面を通る点（ニップ部最終点Ａ）から下流側及び上流側に距離Ｄｂ，Ｄｃ（任意のものを距離Ｄという）だけずれた直線Ｌｂ，Ｌｃ（任意のものを直線Ｌという）上に中心Ｃ６ｂ，Ｃ６ｃを有する転写ローラ６ｂ，６ｃも示されている。なお、上記の距離Ｄｂ，Ｄｃの符号については、直線Ｌａがニップ部最下流点Ａを通る場合を０、それより下流の直線Ｌｂ上に転写ローラ６ｂの中心Ｃ６ｂがある場合（Ｄｂ）をマイナス（−）、それより上流の直線Ｌｃ上に転写ローラ６ｃの中心Ｃ６ｃがある場合（Ｄｃ）をプラス（＋）とする。

さらに、この実施例においては、中間転写ベルト１０の裏面の表面抵抗率を変更した場合の放電跡発生状態についても調査を行っている。
中間転写ベルトの材料としては、ポリイミドを用いており、ポリアミック酸の溶液中にカーボンブラックを分散させ、その分散液を金属ドラムに流入して乾燥させた後、金属ドラムから剥離したフィルムを高温度下で伸長させてポリイミドフィルムを形成し、適当な大きさに切り出してポリイミド樹脂からなる無端状のベルトを作製するようにした。フィルム成形は一般的な方法に従って、カーボンブラックを分散したポリマー溶液を円筒金型に注入し、１００〜２００℃に加熱しつつ円筒金型を回転させて遠心成形によりフィルム状に成膜した。このようにして得られたフィルムを半硬化した状態で脱型して鉄芯に被せ、３００〜４５０℃でポリイミド化反応を進行させ硬化させて中間転写ベルトを得るようにした。このとき、カーボン量，焼成温度，硬化速度等を変更してベルト裏面の表面抵抗率が１×１０^１０〜１×１０^１２Ω／□となるように調整した。なお、抵抗値の測定に際しては、温度２３℃，湿度５０％の環境でハイレスタＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）高抵抗率計（三菱化学製）によって測定した値であり、プローブは同社のＵＲＳプローブ（ＭＣＰ−ＨＴＰ１４）を用い、印加電圧は５００Ｖとした。

図３は、図２における距離Ｄｂ，Ｄｃの値を０からそれぞれ絶対値で２．５（ｍｍ）まで変化させると共に、中間転写ベルト１０裏面の表面抵抗率を１×１０^９．３Ω／□から１×１０^１３Ω／□まで変化させて画像形成を行った場合の放電跡発生状況を評価した結果を示すものであり、図で、○：問題なし、△：許容限界、×：許容不可のランクをそれぞれ示している。
図３を参照すると、中間転写ベルト１０裏面の表面抵抗率が対数表示で９．３〜１３．０の範囲内では、距離Ｄを絶対値で２以下とすることにより、放電跡を許容し得る範囲に収め得ることが確認される。
なお、図３では中間転写ベルト裏面の表面抵抗率が対数値で９．３である場合には、距離Ｄを絶対値で２．５としても放電跡が発生していないが、この領域まで中間転写ベルト裏面の表面抵抗率を低くすると、一次転写バイアスを印加したときに発生する電界が、ニップ部外においてもトナーに対して作用されやすくなって転写チリが悪化するおそれがある。逆に、上記の表面抵抗率が高すぎても放電を起こしてその放電跡が画像を乱すおそれがある。

図４は、裏面の表面抵抗率が異なる５種の中間転写ベルトを用いて実際に画像形成を行い、得られた画像上で転写チリ及び放電跡の評価を行った結果を示すものである。同図で転写チリの評価は１〜５のランク付けで行っており、画像が満足できるレベルをランク４以上とした。また、放電跡の変化は、図３の場合と同様に、○：問題なし、△：許容限界、×：許容不可の３ランクで行った。この図４では、プロットした点の上下の位置で接写チリの評価結果が示され、そのプロット点の下部に放電跡の評価が示されている。
図４を参照すると、中間転写ベルト裏面の表面抵抗率を１×１０^１０Ω／□以上とすることにより、転写チリを画像が満足できるレベル内に収めることができ、１×１０^１２Ω／□以下にすることにより放電跡を問題なしの範囲内に収め得ることが分かる。したがって、中間転写ベルト裏面の表面抵抗率を１×１０^１０〜１×１０^１２Ω／□にすることにより、転写チリを画像が満足できるレベル内に収め、放電跡の発生も問題のない範囲内に収めることが可能になる。

なお、この実施例では、前述のように、転写ローラ６の硬度をアスカーＣ硬度で５０以下としたので、中間転写ベルトに圧接された状態では転写ローラ６が若干変形して中間転写ベルトとの接触面積が拡大し、広範囲に中間転写ベルトへ電荷を供給することができる。そのため、ニップ部最下流点にも確実に電荷が供給され、剥離放電を有効に抑制することができる。同時に、接触面積が大きくなったため、圧接圧力の局所集中が緩和されてトナー層にかかる圧力も分散され、集中圧力に起因する転写中抜けも防止される。
また、電圧印加部材がローラ部材であるため、中間転写ベルトの移動を阻害するおそれがなく、画像の乱れを防止することができる。そして、そのローラ部材を一次転写手段の転写ローラとしたので、ローラの本数が少なくなって一次転写装置を小型化することが可能になり、その転写ローラをニップ部下流側に設けることにより、ニップ部前の転写電界を小さく抑えることができ、ニップ部前に転写電界によってトナーが移動して転写チリとなり画像を劣化させることを有効に防止することが可能になる。
さらに、転写ローラの下流側に中間転写ベルト１０を張架する駆動ローラ９及び従動ローラ１５，１６とは別にテンションローラを配設するようにしたので、予め上記テンションローラによってニップ部が形成された後に転写ローラを配設することができ、転写ローラを安定した圧力で感光体に圧接させて転写ムラを防止することができると共に、圧接圧力を最小限に抑えることが可能になり、圧力に起因する転写中抜けを防止することもできる。

この発明による画像形成装置の一実施例の一次転写部を示す構成図である。 図１に示した転写ローラの各配設位置を、図１の要部を拡大して示す説明図である。 図２に示した転写ローラの各配設位置における放電跡発生状況を、裏面の表面抵抗率がそれぞれ異なる複数の中間転写ベルトに形成した画像について評価した結果を示す説明図である。 図１に示した中間転写ベルト裏面の表面抵抗率と転写チリ及び放電跡発生状況との関係を示す線図である。 この発明を実施する画像形成装置の一例を示す全体構成図である。

５：テンションローラ ６：転写ローラ ７：転写バイアス電源
１０：中間転写ベルト ４０：感光体

Claims (2)

1. 画像情報に応じたトナー像が形成される像担持体と、該像担持体にニップ部で圧接し複数本のローラに張架された無端状の中間転写ベルトと、前記像担持体のトナー像を前記中間転写ベルトに転写する一次転写手段と、前記中間転写ベルトに転写して保持されたトナー像を、記録媒体に一括転写する二次転写手段とを有する中間転写方式を用いたフルカラーの画像形成装置において、
   前記ニップ部の最下流点近傍に前記中間転写ベルトへ電荷を供給する電圧印加部材を設け、
   前記電圧印加部材は前記一次転写手段の転写ローラであって、前記中間転写ベルトを介して前記像担持体へ圧接させるように配設され、
   前記中間転写ベルトは、裏面の表面抵抗率が１０^１０〜１０^１２Ω／□であり、
   前記転写ローラの下流側に、前記中間転写ベルトを張架する前記複数本のローラとは別に前記中間転写ベルトを前記像担持体に圧接してニップ部を形成するテンションローラを設け、
   前記像担持体の中心と前記転写ローラの中心とを通る直線と、前記ニップ部の最下流点との距離が２ｍｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写ローラは、硬度がアスカーＣ硬度で５０以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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