JP4649986B2

JP4649986B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4649986B2
Application number: JP2004378018A
Authority: JP
Inventors: 琢福原; 治之難波
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006184547A

Description

本発明は、電子写真複写機，レーザープリンター，ファクシミリ，これらの複合ＯＡ機器等の電子写真方式を利用し、中間転写ベルトを備えた画像形成装置に関する。

通常の複写機やプリンタでは、画像情報に応じた静電潜像を感光体ドラム上に形成し、該感光体ドラム上の静電潜像を現像装置によってトナー像として可視化する。そして、感光体ドラム上に担持されたトナー像を中間転写ベルト上に転写し、該中間転写ベルト上のトナー像を転写ロールによって被記録体に転写させている。

特許文献１では、該転写ロールとして金属ロールを用いている。このように、金属ロールを用いることにより、発泡ロールを用いた場合と比較して、温度などによる環境変動の少ない構成を低コストで実施することができるという利点がある。

しかしながら、金属ロールを用いた場合、高濃度点状ディフェクトが発生してしまうという問題が生じてしまう。
特開平９−１５２７９１公報

本発明は上記事実を考慮し、金属ロールを用いた場合でも、高濃度点状ディフェクトを防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、画像情報に応じた静電潜像を形成する像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段と、前記像担持体に担持されたトナー像が転写可能な中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに前記トナー像を転写させる転写ロールと、を備え、前記転写ロールが導体かつ剛体であり、転写ロールに１０００Ｖ印加した時の前記中間転写ベルトの表面抵抗率が１×１０ ¹² （Ω／ｃｍ ² ）以下であり、かつ転写電流が８〜２０μＡの範囲内において、前記中間転写ベルトの転写ロール側の面の算術平均粗さＲａ（Ｂ）と転写ロールの表面の算術平均粗さＲａ（Ｒ）の和が１．２（μｍ）以下であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、転写ロールに１０００Ｖ印加した時の前記中間転写ベルトの表面抵抗率が１×１０ ¹² （Ω／ｃｍ ² ）以下であり、かつ転写電流が８〜２０μＡの範囲内において、中間転写ベルトの転写ロール側の面の算術平均粗さＲａ（Ｂ）と転写ロールの表面の算術平均粗さＲａ（Ｒ）の和を１．２（μｍ）以下とすることで、中間転写ベルトと転写ロールとの間で生じる放電によって高濃度点状ディフェクトは生じない。これにより、例えば、転写ロールとして金属部材を用いた場合でも、高濃度点状ディフェクトの発生を防止することができる。このため、高画質の画像形成装置を得ることができる。例えば、該表面抵抗率が１×１０ ¹² （Ω／ｃｍ ² ）より高い場合には、像担持体の表面と中間転写ベルトの表面とが接触状態から剥離状態へと移行するポストニップ部で剥離放電が発生し易くなり、放電が発生した部分では、白抜けする画質欠陥が発生する場合がある。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記転写ロールに１０００Ｖ印加した時の前記中間転写ベルトの表面抵抗率が１×１０⁹ （Ω／ｃｍ²）以上であることを特徴とする。

一方、表面抵抗率が１×１０⁹（Ω／ｃｍ²）未満の場合には、像担持体の表面と中間転写ベルトの表面とが非接触状態から接触状態へと移行するプレニップ部での電界強度が強くなり、プレニップ部での放電が発生し易くなるため、ドットばらけが顕著になり高画質が失われる。

従って、中間転写ベルトの表面抵抗率を、上記範囲内とすることで、表面抵抗率が高い場合に発生する放電による白抜けと、表面抵抗率が低い場合に発生する画質の悪化と、を防止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記転写ロールが金属ロールであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記転写ロールが導電性樹脂ロールであることを特徴とする。

本発明は、上記構成としたので、転写ロールとして金属部材を用いた場合でも、高濃度点状ディフェクトの発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る画像形成装置について説明する。

図１には、本発明の画像形成装置の一例であるカラープリンタが示されている。

このカラープリンタ１０は、シアン、マゼンタ、イエロー、黒の４色のトナーによってカラー画像を形成するプリント部３０と、プリント部３０の下方に位置する給紙トレイ１６と、プリント部３０の上方に位置する集積トレイ１７とを備えている。

プリント部３０は、シアン、マゼンタ、イエロー、黒の各色の現像ユニット１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、１２Ｋ（なお、ＹＭＣＫを区別する必要がある場合は、符号の後にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの何れかを付して説明し、ＹＭＣＫを区別する必要が無い場合は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略する。）と、各現像ユニット１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、１２Ｋによって現像される感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋと、感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋに担持されたトナー像が転写される中間転写ベルト１４とを有している。

中間転写ベルト１４は、バックアップロール２４Ａと、バックアップロール２４Ａの下方に配設されたベルト搬送ロール２４Ｂと、ベルト搬送ロール２４Ｂの斜め上方であって用紙搬送路１９（後述する）の反対側に配設されたドライブロール（駆動ロール）２４Ｃとに巻き掛けられて支持され、図中時計回りに回転する。

また、中間転写ベルト１４の外側の面は、トナー画像が転写される転写面であり、転写面に面して、感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋと現像ユニット１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、１２Ｋとが並列して配置され、感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋが転写面に当接している。

さらに、中間転写ベルト１４を挟んで感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋの反対側には、一次転写部材として金属ロール３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙ、３２Ｋが配設されており、中間転写ベルト１４を介して、金属ロール３２Ｃ、３２Ｍ、３２Ｙ、３２Ｋが感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋに圧接している。

以上のような構成により、現像ユニット１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、１２Ｋによって現像された４色のトナー像は、中間転写ベルト１４が１周する間に中間転写ベルト１４上に重ね合される。

一方、給紙トレイ１６から集積トレイ１７に架けては、用紙搬送路１９が配設されており、給紙トレイ１６から給紙された用紙Ｐは用紙搬送路１９を経て、プリント部３０の一部を構成する転写部２２および定着部２８を経由して集積トレイ１７へと搬送される。

ここで、転写部２２には、中間転写ベルト１４が巻き掛けられたバックアップロール２４Ａと、バックアップロール２４Ａに圧接された転写ロール２６とが配設されており、バックアップロール２４Ａと２次転写ロール２６とのニップ部には、中間転写ベルト１４が挟み込まれ、用紙Ｐがこのニップ部を通過する際に、中間転写ベルト１４からトナー像が転写される。

また、転写部２２の上方には、定着ユニット２８が配設されており、定着ユニット２８は、ヒートロール２８Ａとヒートロール２８Ａに圧接されたバックアップロール２８Ｂとを有し、用紙Ｐが、ヒートロール２８Ａとバックアップロール２８Ｂとのニップ部を通過するとトナーが溶融、凝固してトナー像が定着される。

ところで、本発明では、１次転写部材として金属ロール３２を用いている。転写部材として金属ロール３２を用いた場合、発泡ロールと比較して、温度などによる環境変動が少ない構成を低コストで実施することができるが、高濃度点状ディフェクトが発生してしまうという問題が生じてしまう。

図２（Ａ）に示すように、高濃度点状ディフェクトの発生部（領域Ａ）では、図２（Ｂ）に示すように、感光体電位（Ｖｈ）が下がり、履歴が残った状態で、図２（Ｃ）に示すように、次の露光が行われることから通常のハーフトーン部の電位より電位が下がり、その結果、現像コントラストがその部分だけ大きくなることにより高濃度のディフェクト（高濃度部）となって現れる。

このように感光体電位が下がる原因を究明するため、以下の発生仮説を立て、実際の検証を行った。
１．金属ロール３２のニップ荷重のばらつき
２．金属ロール３２のオフセット位置のずれ（ミスアライメント）
３．感光体１３と中間転写ベルト１４間のギャップ形成による放電
４．中間転写ベルト１４と金属ロール３２間のギャップ形成による放電
まず、金属ロール３２のニップ荷重に関しては、ディフェクト発生箇所と金属ロール３２のニップ荷重との間に相関が無かったため、金属ロール３２のニップ荷重のばらつきは、ディフェクトの発生に直接起因するものではないということが分かった。

次に、金属ロール３２のオフセット位置のずれ、つまり、金属ロール３２の軸芯線と感光体１３の軸芯線とは、中間転写ベルト１４に沿って予めずらしている（オフセット位置）が、該オフセット位置のずれに関しては、金属ロール３２の設計公差範囲内での金属ロール３２の電流−電圧特性の変化において、ディフェクト発生に至らなかった。つまり、金属ロール３２のオフセット位置のずれもまた、ディフェクトの発生に起因するものではないということが分かった。

次に、感光体１３と中間転写ベルト１４間のギャップ形成による放電に関して、例えば中間転写ベルト１４の回転時において、中間転写ベルト１４の幅方向のズレを制御（いわゆるウォーク制御）しているが、この制御中に中間転写ベルト１４にしわが寄ったりする場合がある。このように、中間転写ベルト１４にしわが寄って、中間転写ベルト１４と感光体１３間に浮き（ギャップ）が生じた場合、該ギャップが生じた箇所で放電が起き、結果として感光体電位を下げてしまう可能性がある。

この仮説を検証するため、中間転写ベルト１４と感光体１３間に強制的にギャップδ（図３（Ａ）参照）を形成し、ギャップδが形成された箇所にディフェクトが発生するか確認した。

具体的には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中間転写ベルト１４の表面に、３〜１０ｍｍ幅程度のポリイミド製のテープ４０（厚み約７５，１５０μｍ）を貼り、ハーフトーン画像を形成しテープ４０の段差部近傍にディフェクトが発生しないかを確認した。

その結果、厚みを１５０μｍ程度まで増やした場合でも高濃度斑点ディフェクトの発生は見られなかった。よって、感光体１３と中間転写ベルト１４間のギャプによる放電もディフェクトの発生に起因するものではないということが分かった。

次に、中間転写ベルト１４と金属ロール３２間のギャップ形成による放電は、前述と同様に金属ロール３２と中間転写ベルト１４との間にギャップを生じる可能性がある。金属ロール３２の印加電圧を上げていった場合、そのギャップで放電が開始し、結果として感光体電位を下げてしまう可能性がある。

この検証のため今度は、金属ロール３２にテープ４２を貼り、強制的にギャップδ（図４（Ａ）参照）を作り、ギャップδが形成された箇所にディフェクトが発生するか確認を行った。

具体的には、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、金属ロール３２の外周面に、３〜１０ｍｍ幅程度のポリイミド製のテープ４２（厚さ約７５，１５０μｍ）で金属ロール３２を１周分巻き、この状態でハーフトーン画像（３０％）を出力、テープ４２の段差部近傍にディフェクトが発生しないかを確認した。この結果を図４（Ｃ）に示す。

図４（Ｃ）により、低い印加電圧（転写電流：設定値＋４〜５μＡ）において、１５０μｍ厚のテープ４２の幅方向両端部に沿って高濃度点ディフェクト（黒線部分）が発生していることがわかる。またさらに金属ロール３２の印加電圧を上げていくと、より低いギャップ（テープ４２の厚さ７５μｍ）でもテープ４２の幅方向両端部に沿ってディフェクトが発生した。

以上のことから、導体である金属ロール３２と中間転写ベルト１４とのギャップによる放電により感光体１３の電位が下げられ、結果としてその履歴が次の画像形成サイクルで通常部より低電位となり、現像コントラストが大きくなり高濃度の点（高濃度斑点ディフェクト）となって現れることが発生メカニズムとして検証された。

上記メカニズム検証も含め、表面と裏面とで粗さ（算術平均粗さＲａ）の異なる中間転写ベルト１４を用意し、粗面側を表面側（感光体１３側）にした場合と、粗面側を裏面側（金属ロール３２側）にした場合の高濃度点ディフェクトの発生レベルを確認した。

中間転写ベルト１４の粗面粗さの水準は、０．２μｍ、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍの４水準で、逆面側は平滑面とし、平滑面粗さは０．２μｍとした。
１．中間転写ベルト１４の粗面側を感光体１３側にした場合
図５に評価結果を示す。チャートはハーフトーン全面画像（Ｃｉｎ３０％）を用いた。

メカニズム検討時のポリイミド製のテープによるテスト同様、中間転写ベルト１４の表面の算術平均粗さＲａを大きくしてもディフェクトの発生は見られなかった。よって中間転写ベルト１４の表面の算術平均粗さとディフェクト発生との相関は見られないことが再確認された。

但し、中間転写ベルト１４の表面粗さとディフェクト発生との相関は見られないが、中間転写ベルト１４の表面粗さをあまり大きくすると、画質低下や中間転写ベルト１４のクリーニング性の低下につながるため、最適な表面粗さに設定することが望ましい。
２．中間転写ベルト１４の粗面側を金属ロール３２側にした場合
図６に示すように、中間転写ベルト１４の裏面の算術平均粗さ（Ｒａ（Ｂ））と金属ロール３２の表面の算術平均粗さ（Ｒａ（Ｒ））とは、高濃度点ディフェクトの発生に相関が見られ、その和が１．２μｍ以上になるとディフェクトが許容できなくなり、画質とディフェクト発生のラチチュードが無くなる（後述する）。

これは上記したように、導体の金属ロール３２と該金属ロール３２と接している中間転写ベルト１４との間にギャップが形成され、転写電圧により該ギャップが形成された箇所で放電が起こり感光体１３に履歴を残しているためである。

以上のようにディフェクトが中間転写ベルト１４の裏面粗さと金属ロール３２の表面粗さに起因し発生することを解明し、中間転写ベルト１４の裏面粗さと金属ロール３２の表面粗さの規定により、金属等の剛体かつ導体のロールを使用しても高画質かつディフェクト発生無い、かつ低コスト、部材劣化の無いロングライフな画像形成装置が得られる。
（実施の形態）
本発明に適用された中間転写ベルト１４では、１０００Ｖ印加時に表面抵抗率が約１×１０¹¹（Ω／ｃｍ²）であるものを用いている。表面抵抗測定方法としては、アドバンテスト社製絶縁抵抗計Ｒ８３４０Ａを用い、絶縁表面板（フロート）上にベルトを乗せ、１９．６Ｎで、１０００Ｖ／１０秒印加後の抵抗値を測定した。この時の表面抵抗率の範囲としては、１０００Ｖ印加時で１×１０⁹〜１０¹²（Ω／ｃｍ²）であることが望ましい。

１×１０⁹（Ω／ｃｍ²）より表面抵抗率が低い場合、トナーの粒状性が低下し、ドットばらけが顕著になり高画質が失われる。また、１×１０¹²（Ω／ｃｍ²）より表面抵抗率が高い場合、金属ロール３２による転写電流値での出力電圧が高くなるため、放電が発生し易くなり、ディフェクトが発生しやすくなる。

ところで、転写部材としての金属ロール３２は、φ８のＳｕｍ製であり、表面をＮｉメッキしたものを用いている。但し、転写部材は導体、かつ剛体であれば良いため、金属ロール３２の代わりに導電性樹脂ロールを用いても良い。

以上のような構成により、表１に示すように、中間転写ベルト１４の裏面の算術平均粗さＲａ（Ｂ）と金属ロール３２の表面の算術平均粗さＲａ（Ｒ）を変え、それぞれ組み合わせて高濃度点状ディフェクトの発生レベルを確認した。

ここで、中間転写ベルト１４のプロセス速度（いわゆる搬送速度）１００ｍｍ／ｓ時において、電流値８−２０μＡまで高濃度点ディフェクトが発生しなかった場合は○、電流値２０μＡでのみ高濃度点ディフェクトが発生した場合は○−、電流値１４μＡ以上で高濃度点ディフェクトが発生した場合は×、電流値８μＡから高濃度点ディフェクトが発生した場合は××で示している。なお、○−は実用レベルであるため許容可能できるが、×、××については許容できないレベルとする。

この結果、中間転写ベルト１４の裏面の算術平均粗さＲａ（Ｂ）と金属ロール３２の表面の算術平均粗さＲａ（Ｒ）の和が、１．２μｍより小さい場合だと金属ロール３２に印加する電流が８〜２０μＡの範囲（十分な転写効率が得られる範囲）までディフェクトの発生は見られなかった。

また、算術平均粗さＲａ（Ｂ）と算術平均粗さＲａ（Ｒ）の和が、１．２μｍでは，金属ロール３２の印加電流が２０μＡでのみ発生が見られたが、実用許容レベルであり、金属ロール３２の印加電流を上げることで転写部電圧が上がり放電が起きやすい状況になったためと考えられる。

さらに、算術平均粗さＲａ（Ｂ）と算術平均粗さＲａ（Ｒ）の和が、１．２μｍより大きい場合は、８μＡからディフェクトの発生が見られ、十分な転写効率が得られない状態でディフェクトが発生するため許容できない。

つまり、中間転写ベルト１４の裏面の算術平均粗さ粗さＲａ（Ｂ）と金属ロール３２の表面の算術平均粗さ粗さＲａ（Ｒ）の和を１．２（μｍ）以下とすることで、中間転写ベルト１４と金属ロール３２との間で生じる放電によって高濃度点状ディフェクトは生じないため、高画質の画像形成装置を得ることができる。

また、中間転写ベルト１４のプロセス速度との関係で示すと、金属ロール３２に印加される電流（μＡ）をプロセス速度（ｍｍ／ｓ）で割った値Ｉ（ｔ）が、０．０８≦Ｉ（ｔ）≦０．２であれば、ディフェクトの発生は見られない。つまり、この関係を満たすことで、金属等の剛体かつ導体のロールを使用しても高画質の画像形成装置を得ることができる。

なお、本形態はあくまでも一実施例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能であることは言うまでもない。

例えば、本形態では、画像形成装置としてカラープリンタについて説明したが、カラープリンタに限るものではない。また、中間転写手段として中間転写ベルトを用いたが、中間転写ロールてあっても良い。

本発明の実施の形態に係るカラープリンタの構成を示す概要図である。（Ａ）〜（Ｃ）は、高濃度点ディフェクトの発生について説明する説明図である。中間転写ベルトの表面にテープを貼って感光体との間にギャップを形成させる図を示しており、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図である。金属ロールの表面にテープを貼って中間転写ベルトとの間にギャップを形成させる図を示す（Ａ）は側面図、（Ｂ）は斜視図であり、（Ｃ）は高濃度点ディフェクトが発生した状態を示す説明図である。中間転写ベルトの表面の算術平均粗さと高濃度点ディフェクトとの関係を示すグラフである。中間転写ベルトの裏面の算術平均粗さと金属ロールの表面の算術平均粗さの和と高濃度点ディフェクトとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０カラープリンタ（画像形成装置）
１３感光体（像担持体）
１４中間転写ベルト
３２金属ロール

Claims

画像情報に応じた静電潜像を形成する像担持体と、前記像担持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段と、前記像担持体に担持されたトナー像が転写可能な中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに前記トナー像を転写させる転写ロールと、を備え、
前記転写ロールが導体かつ剛体であり、転写ロールに１０００Ｖ印加した時の前記中間転写ベルトの表面抵抗率が１×１０ ¹² （Ω／ｃｍ ² ）以下であり、かつ転写電流が８〜２０μＡの範囲内において、前記中間転写ベルトの転写ロール側の面の算術平均粗さＲａ（Ｂ）と転写ロールの表面の算術平均粗さＲａ（Ｒ）の和が１．２（μｍ）以下であることを特徴とする画像形成装置。
前記転写ロールに１０００Ｖ印加した時の前記中間転写ベルトの表面抵抗率が１×１０⁹ （Ω／ｃｍ²）以上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。
前記転写ロールが金属ロール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。
前記転写ロールが導電性樹脂ロール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。