JP4643324B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、特に、中間転写体を備えた中間転写方式の画像形成装置に関する。

従来のカラー画像形成の代表的な方法としては、複数の感光体上に形成される色の異なるトナー画像を中間転写体に重ねながら転写させ、しかる後に転写紙に一括して転写させる中間転写方式がある。この中間転写方式は、複数の感光体を転写紙または中間転写体に対向させ並べて配置することから、タンデム方式と呼ばれ、感光体毎にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対して静電潜像の形成、現像などの電子写真プロセスを実行させ、中間転写方式においては走行中の中間転写体上に転写する。

なお、本願発明に関連する先行技術として、特許文献１は、中間転写ベルトと駆動ローラの間でスリップが生じないように、駆動ローラをゴムまたはコーティングゴム部材にするなど高μ部材を使用することで対応した技術である。また、特許文献２は、駆動ローラと中間転写ベルトの接触面の平均摩擦係数を０．４５以下０．１以上とし、最終色のトナー像の１次転写が終了するまでに、駆動ローラをバックアップとしてクリーニングブレードを離接可能とした技術である。

特開平０８−１５２８１２号公報 特開平１０−２６８６５６号公報

前述した中間転写方式では、以下のような問題がある。まず、各色を重ね合わせる技術の難易度が高く、特に1次転写を行っている最中に中間転写ベルトと駆動ローラの間でスリップが生じるような場合は、各色の位置が大きくずれてしまう。これにより、色ズレが発生してしまう。
特許文献１では、駆動ローラをゴムまたはコーティングゴム部材にするなど高μ部材を使用することで、色ズレに対応しているが、駆動ローラを金属の芯金にゴム層を加工する技術が必要なため、コストが上昇してしまうというデメリットが生じていた。

また、特許文献２では、駆動ローラとして金属ローラを使用した構成の画像形成装置が開示されているが、『駆動軸と中間転写ベルトにすべりが発生すること自体は特に問題がない』と記述されている。つまり、特許文献２の技術は、クリーニングブレードの当接時と非当接時のショックの影響を回避することを本質においた技術であり、ベルトのすべり防止については考慮されていない。
また、ベルト上のパターンを検出するためのセンサを配備する場合、中間転写ベルトを２軸で張架した場合には、センサの取り付け位置が限られてしまうという問題もあった。
すなわち、コストの安い金属ローラを駆動ローラとして使用した場合でも、駆動ローラと中間転写ベルトの間のすべりが発生しない技術が望まれているが、現存する技術では解決するには至っていない。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、低コストで色ズレを低減するとともに、ベルト上のセンサ配備余裕度の高い画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明は以下の特徴を有している。
本発明の画像形成装置では、複数の像担持体と、複数のローラにより張架された中間転写ベルトと、該中間転写ベルトを挟んで前記複数の像担持体それぞれと対向する複数の１次転写部材とを備え、前記複数のローラのうちの１本が、前記中間転写ベルトを駆動する機能および２次転写ローラの対向部となる機能を兼用する駆動ローラである画像形成装置において、前記駆動ローラは金属ローラであり、少なくとも、前記中間転写ベルト走行方向の最上流に位置する１次転写部材への１次転写バイアスの印加を開始してから、前記中間転写ベルト走行方向の最下流に位置する１次転写部材への１次転写バイアスの印加が終了するまでの間中、２次転写部のバイアス印加を行っていることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、前記複数の１次転写部材は、前記中間転写ベルト走行方向の最上流側から順に、イエロートナー像用１次転写部材、シアントナー像用１次転写部材、マゼンタトナー像用１次転写部材、ブラックトナー像用１次転写部材であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、前記像担持体の上流側に前記駆動ローラを配置したことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、前記中間転写ベルトは、前記駆動ローラと前記中間転写ベルトにテンションを与えるテンションローラの２本のローラにより支持搬送されており、前記駆動ローラおよび前記テンションローラへの中間転写ベルトの巻き付け角が１７０°以上であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、駆動ローラは、金属製であって、十点平均粗さＲｚ（μｍ）が、０．０３＜Ｒｚ＜０．１の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、前記像担持体は、前記中間転写ベルトよりも速い速度で回転していることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、前記像担持体と前記中間転写ベルトとの速度比が０．９９２以上０．９９７未満であることを特徴とする。

以上説明したように、上記解決するための手段によって、本発明の画像形成装置では、以下のような効果を奏する。
本発明によれば、低コストで、色ズレを低減した画像形成装置を提供することができる。
本発明によれば、低コストで、色ズレを低減し、さらにベルト上のセンサ配備余裕度の高い画像形成装置を提供することができる。
本発明によれば、金属ローラを使用した場合に懸念される駆動ローラとベルトのスリップを低減することができる。このため、さらに低コストの画像形成装置を提供することができる。

本発明によれば、金属ローラと転写ベルトの密着力を上げることで、金属ローラを駆動ローラとして使用した場合でも、転写ベルトと駆動ローラのスリップを抑制できる。このため、さらに色ズレを低減した画像形成装置を提供することができる。
本発明によれば、像担持体と中間転写ベルトの間に速度差を設けることで、さらに文字中抜けの異常画像を低減した画像形成装置を提供することができる。
本発明によれば、速度比を適切な数値にすることで、駆動ローラでのベルトのスリップと文字中抜けのバランス条件を得ることができるため、さらに文字中抜けの異常画像を低減した画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。なお、説明において、発明の理解を容易にするために具体的な部材の名称を使用するが、これにより本発明が適用できる範囲を限定するものではないことを、ここに明記しておく。

図１は中間転写体として中間転写ベルトを用いた、従来のカラー画像形成装置である。１は円筒形の感光体ドラムで、矢印方向に周速１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転している。感光体ドラム１の表面には帯電手段であるローラ形状の帯電器４が圧接されており、感光体ドラム１の回転により従動回転しており、図示しない高圧電源によりＡＣおよびＤＣバイアスが印加されることで一様に表面電位−５００Ｖに帯電されている。
続いて感光体ドラム１は、潜像形成手段である露光手段５により画像情報が露光され、静電潜像が形成される。この露光工程はレーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナやＬＥＤなどで行なわれる。

感光体クリーニングユニット３は、感光体ドラム表面の転写残トナーのクリーニングを行なう。図中の２は感光体クリーニングユニット３のブレードである。本実施形態の現像手段は、一成分接触現像であり、イエロー現像器６、シアン現像器７、マゼンタ現像器８、
ブラック現像器９の４個の現像器から構成され、図示しない高圧電源から供給される所定の現像バイアスによって、感光体ドラム１の静電潜像をトナー像として顕像化する。

感光体ドラム１は、並列に４個配設され、フルカラー画像形成時はイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの順で可視像を形成し、各色の可視像が中間転写ベルト１０に順次重ね転写されることでフルカラー画像が形成される。
中間転写ベルト１０は、駆動ローラ２１，１次転写バイアスローラ１１〜１４、２次転写対向ローラ１９、ベルトクリーニング対向ローラ２０により張架されており、図示しない駆動モータによって図中の矢印方向に回転駆動されるようになっている。なお、１次転写バイアスローラ１４は、１次転写バイアスローラ保持部材１５に保持され、接離カム１６により感光体ドラム１方向に押圧されている。

通常状態において、接離カム１６は１次転写バイアスローラ１４を感光体ドラム１方向に押圧しており、感光体ドラム１または中間転写ベルト１０の着脱時のみ接離カム１６が回転し、１次転写バイアスローラ１４を離間させるようにしている。駆動ローラ２１は、ポリウレタンゴム（肉厚０．３〜１ｍｍ）で形成されている。

１次転写バイアスローラについては後述する。２４はベルトクリーニングユニットであり、ブレード２３により中間転写ベルト１０上の転写残トナーを掻き取ることでクリーニングを行なう。なお、中間転写ベルト１０を張架している各ローラは、図示しない中間転写ベルトユニット側板によって中間転写ベルト１０の両側より支持されている。

中間転写ベルト１０に用いる材質としては、ＰＶＤＦ（フッ化ビニルデン）、ＥＴＦＥ（エチレン−四フッ化エチレン共重合体）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＴＰＥ（サーモプラスチックエラストマー）等にカーボンブラック等の導電性材料を分散させ樹脂フィルム状のエンドレスベルトとしたものを用いることができる。本実施形態で用いた中間転写ベルト１０は、ＰＣ（ポリカーボネート）にカーボンブラックを添加した単層構造の構成とし、その厚みを１４０μｍに調整したものを用いた。

ところで、中間転写ベルト１０の抵抗測定方法であるが、デジタル超高抵抗微少電流計（アドバンテスト社製：Ｒ８３４０Ａ）にプローブ（内側電極直径５０ｍｍ、リング電極内径６０ｍｍ：ＪＩＳ-Ｋ６９１１準拠）を接続し、中間転写ベルト１０の表裏に１０００Ｖ（表面抵抗率は５００Ｖ）の電圧を印加してｄｉｓｃｈａｒｇｅ
５ｓｅｃ、ｃｈａｒｇｅ１０ｓｅｃで測定を行ない、その測定時の環境は２２℃５５％ＲＨに固定して行なった。
ここで、中間転写ベルト１０の体積抵抗率および表面抵抗率であるが、体積抵抗率が１０⁸〜１０^１２Ωｃｍ、かつ表面抵抗率が１０^９〜１０^１２Ω／□の範囲であることが望ましい。

中間転写ベルト１０の体積抵抗率および表面抵抗率が上述した範囲を超えると、中間転写ベルトが帯電するため、作像順の下流へ行くほど、設定電圧値を高く設定するなどの処置が必要となるため1次転写部へ単独の供給電源を使用する事が困難となる。これは転写工程、転写材剥離工程などで発生する放電によって中間転写ベルト１０表面の帯電電位が高くなり、かつ自己放電が困難になるためであり、対策には中間転写ベルト１０の除電手段を設ける必要が生じる。また、体積抵抗率および表面抵抗率が上記範囲を下回ると、帯電電位の減衰が早くなるため自己放電による除電には有利となるが、転写時の電流が面方向に流れるためトナー飛び散りが発生してしまう。したがって、本発明における中間転写ベルト１０の体積抵抗率および表面抵抗率は上記範囲内でなければならない。

２２は２次転写バイアスローラである。２次転写バイアスローラ２２は、ＳＵＳ等の金属製芯金上に、導電性材料によって１０^６〜１０^１０Ωの抵抗値に調整されたウレタン等の弾性体を被覆することで構成されている。ここで、２次転写バイアスローラ２２の抵抗値が上記範囲を超えると電流が流れ難くなるため、必要な転写性を得る為には、より高電圧を印加しなければならなくなり、電源コストの増大を招く。
また、高電圧を印加する必要生じるため転写部ニップ前後の空隙にて放電が起こり、ハーフトーン画像上に放電による白ポチ抜けが発生する。これは低温低湿環境（例えば１０℃１５％ＲＨ）で顕著である。

逆に、２次転写バイアスローラ２２の抵抗値が上記範囲を下回ると、同一画像上に存在する複数色画像部（例えば３色重ね像）と単色画像部との転写性が両立できなくなる。これは、２次転写バイアスローラ２２の抵抗値が低い為、比較的低電圧で単色画像部を転写するのに十分な電流が流れるが、複数色画像部を転写するには単色画像部に最適な電圧よりも高い電圧値が必要となるため、複数色画像部を転写できる電圧に設定すると単色画像では転写電流過剰となり転写効率の低減を招くからである。

なお、２次転写バイアスローラ２２の抵抗値測定は、導電性の金属製板に２次転写バイアスローラ２２を設置し、芯金両端部に片側４．０Ｎ（両側で合計９．８Ｎ）の荷重を掛けた状態にて、芯金と金属製板との間に１０００Ｖの電圧を印加した時に流れる電流値から算出した。なお、２次転写バイアスローラ２２の抵抗測定時も、環境を２２℃５５％ＲＨに固定して行った。本実施例では２次転写バイアスローラ２２の抵抗を前述の方法で測定したときに７．８ＬｏｇΩとなるように調整した。

ここで、１次転写バイアスローラ１１〜１４も上述した２次転写バイアスローラ２２と同様の構成である。これは中間転写ベルト１０を挟んで感光体ドラム１に当接しているため、１次転写バイアスローラに適度な弾性層が無いと１次転写のニップが確保できないためである。ただし抵抗範囲に関しては、中間転写ベルト層の分２次転写バイアスローラほどシビアではないが、本実施形態では１次転写バイアスローラの抵抗を前述の方法で測定したときに７．０ＬｏｇΩとなるように調整した。

転写材２９は、ピックアップローラ２８、給紙搬送ローラ２７、レジストローラ２６によって、中間転写ベルト１０表面のトナー画像先端部が２次転写位置に到達するタイミングに合わせて給紙され、高圧電源１００により所定の転写バイアスが印加されることで、中間転写ベルト１０上のトナー画像が転写材２９に転移する。転写材２９は２次転写対向ローラ１９の曲率と、分離手段３０によって印加される所定の分離バイアスによって中間転写ベルト１０から分離され、転写材２９に転写されたトナー画像は定着手段２５によって定着されたあと排紙される。

また、本実施形態ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか１色の画像を形成する単色モード、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか２色の画像を重ねて形成する２色モード、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか３色の画像を重ねて形成する３色モード、前述のような４色重ね画像を形成するフルカラーモードを有し、これらのモードが操作部にて指定可能である。

さらに、本実施形態では転写材２９の種類によって定着時のプロセス速度を変更するようにした。具体的には連量１１０ｋｇ紙以上の転写材を用いる場合にはプロセス速度を半速となるようにし、定着ローラ対によって構成される定着ニップを転写材が通常プロセス速度の２倍の時間を掛けて通過することで、トナー画像の定着性を確保できるようにした。

以下、図２〜図４に、上記の画像形成装置と異なる部分を中心に説明していく。
図２は、本発明の実施形態である。２０１〜２０４の４つの感光体を有する作像ユニットが配設され、駆動ローラ２１１及び張架ローラ２１２、テンションローラ２１３により中間転写ベルト２００を張架し、また駆動ローラ２１１は、２次転写ローラ２１０の対向ローラも兼ねた構成となっている。

駆動ローラ２１１の材質としては、Ｒｚ（μｍ）が０．０３＜Ｒｚ＜０．１のＳＵＳ金属製を使用しており、中間転写ベルト２００の走行方向上流側から１次転写ローラ２０８から２０５に所定の電圧を印加することにより、まず、中間転写ベルト２００上に各色を重ねる。所定の電圧を印加することにより、最終色を重ねカラー画像を形成する。形成されたカラー画像は、２次転写ローラ２１０に所定の電圧を印加することにより転写材である用紙２１４に転写され、定着（図示なし）され出力される。また、２次転写ローラ２１０で転写できず中間転写ベルト２００上に残留したトナーは、クリーナブレードユニット２１５に回収される。

すなわち、駆動ローラ２１１を金属部材とすることは、ゴム部材やコート部材を使用する場合に比べて熱の膨張が少なく、駆動ローラの温度による表面速度変動が小さい利点があり、コストメリットにも優れる。しかし、金属ローラではグリップ力が低いため、ゴム部材よりも駆動ローラ２１１と中間転写ベルト２００との間ですべり（スリップ）に対する余裕が低い。

そこで、図２に示す本実施形態では、金属ローラを駆動ローラ２１１として使用した上で、バイアスを印加する必要のある２次転写対向ローラとして兼用し、２次転写部にバイアスを印加することで、金属ローラと駆動ローラが静電気的にも吸着するので、スリップに対する余裕が向上することになる。したがって、色ズレに最も寄与する１次転写中の時間を、少なくとも２次転写部のバイアスを印加することで、金属ローラを駆動ローラとしてより安定に使用することが可能となった。これにより、低コストで、色ズレを低減した画像形成装置を提供することができる。

図３は、本発明の実施形態である。図３では、駆動ローラ２１１を感光体の上流側に配置したことを特徴としている。感光体の上流側に駆動ローラ２１１を配置することで、最下流の感光体２０１から２次転写ローラ２１０の間までの距離が確保でき、機械サイズを大きくせずにセンサを配備することが可能となる。なお、配置するセンサとしては、中間転写ベルト２００上のパターンを読み取るためのセンサなどである。これにより、低コストで、色ズレを低減し、さらにベルト上のセンサ配備余裕度の高い画像形成装置を提供することができる

図４は、本発明の実施形態である。図４では、図示するように駆動ローラ２１１とテンションローラ２１３の２本のローラにて中間転写ベルト２００を張架している。また、駆動ローラ２１１およびテンションローラ２１３への中間転写ベルト２００の巻き付け角は１７０°以上となっている。
これは、駆動ローラ２１１とテンションローラ２１３の２軸で構成することで、中間転写ベルト２００を張架するローラの本数を最少本数とでき、さらに駆動ローラ２１１と中間転写ベルト２００の巻き付け角を１７０°以上と大きく取ることで、金属ローラを使用した場合に懸念される駆動ローラ２１１とベルトのスリップを低減することができる。

図５（１）、(２)に、１次転写バイアスと２次転写バイアスの印加タイミングを示す。図５に示すように、２次転写バイアスが１次転写バイアス印加時には必ず印加されるようにすることで、駆動ローラ２１１と中間転写ベルト２００のすべりによる１次転写部での色ズレを低減することができる。

また図６に、駆動ローラ２１１への印加バイアスと中間転写ベルト２００とのスリップ余裕度を示す。図に示すように、駆動ローラ２１１への印加バイアスを大きくすることでスリップ余裕度が向上しているのがわかる。

図７に、駆動ローラ２１１として金属を使用した際の、駆動ローラのＲｚと中間転写ベルト２００とのスリップ余裕度を示す。駆動ローラ２１１として使用している金属ローラのＲｚ（μｍ）を、０．０３＜Ｒｚ＜０．１としている。このように設定することで、金属ローラと中間転写ベルト２００の密着力が上がり、金属ローラを駆動ローラ２１１として使用した場合でも、中間転写ベルト２００と駆動ローラ２１１のスリップを効果的に抑制することができた。

図８に、駆動ローラ２１１としてＲｚ０．１未満の金属を使用した際の、ベルト巻き付け角と、中間転写ベルト２００とのスリップ余裕度を示す。図から分かるように、ベルト巻き付け角が１７０°以上となる部分でベルトスリップ量の最低値となっている。

また、図９に文字中抜けと色ズレの関係を示す。図に示すように、感光体と中間転写ベルトの速度比（中間転写ベルトの速度／感光体の表面速度で表す）が０．９９２以上０．９９７未満の分布が最も文字中抜けおよび色ズレが低減しているのが分かる。なお、感光体は中間転写ベルト２００よりも速い速度で回転している。これにより、文字中抜けの異常画像を低減した画像形成装置を提供することができる。

本実施形態における画像形成装置の概略構成図。 中間転写体および駆動ローラを示す概略構成図。 中間転写体および駆動ローラを示す概略構成図。 中間転写体および駆動ローラを示す概略構成図。 １次転写バイアスと２次転写バイアスの印加タイミングを示す図。 駆動ローラへの印加バイアスと中間転写ベルトとのスリップ余裕度を示す図。 駆動ローラＲｚと中間転写ベルトとのスリップ余裕度を示す図。 ベルト巻き付け角と、中間転写ベルトとのスリップ余裕度を示す図。 文字中抜けと色ズレの関係を示す図。

１ 感光体ドラム
２ ブレード
３ 感光体クリーニングユニット
４ 帯電器
５ 露光手段
６ イエロー現像器
７ シアン現像器
８ マゼンタ現像器
９ ブラック現像器
１０ 中間転写ベルト
１１〜１４ １次転写バイアスローラ
１５ １次転写バイアスローラ保持部材
１６ 接離カム
１９ ２次転写対向ローラ
２０ ベルトクリーニング対向ローラ
２１ 駆動ローラ
２２ ２次転写バイアスローラ
２３ ブレード
２４ ベルトクリーニングユニット
２５ 定着手段
２６ レジストローラ
２７ 給紙搬送ローラ
２８ ピックアップローラ
２９ 転写材
３０ 分離手段
１００ 高圧電源
２００ 中間転写ベルト
２０１〜２０４ 感光体
２０５〜２０８ １次転写ローラ
２１０ ２次転写ローラ
２１１ 駆動ローラ
２１２ 張架ローラ
２１３ テンションローラ
２１４ 用紙
２１５ クリーナブレードユニット

Claims (7)

1. 複数の像担持体と、複数のローラにより張架された中間転写ベルトと、該中間転写ベルトを挟んで前記複数の像担持体それぞれと対向する複数の１次転写部材とを備え、
   前記複数のローラのうちの１本が、前記中間転写ベルトを駆動する機能および２次転写ローラの対向部となる機能を兼用する駆動ローラである画像形成装置において、
   前記駆動ローラは金属ローラであり、
   少なくとも、前記中間転写ベルト走行方向の最上流に位置する１次転写部材への１次転写バイアスの印加を開始してから、前記中間転写ベルト走行方向の最下流に位置する１次転写部材への１次転写バイアスの印加が終了するまでの間中、２次転写部のバイアス印加を行っている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の１次転写部材は、前記中間転写ベルト走行方向の最上流側から順に、イエロートナー像用１次転写部材、シアントナー像用１次転写部材、マゼンタトナー像用１次転写部材、ブラックトナー像用１次転写部材である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記像担持体の上流側に前記駆動ローラを配置した
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記中間転写ベルトは、前記駆動ローラと前記中間転写ベルトにテンションを与えるテンションローラの２本のローラにより支持搬送されており、前記駆動ローラおよび前記テンションローラへの中間転写ベルトの巻き付け角が１７０°以上である
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記駆動ローラは、金属製であって、十点平均粗さＲｚ（μｍ）が、０．０３＜Ｒｚ＜０．１の範囲にある
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体は、前記中間転写ベルトよりも速い速度で回転している
   ことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記像担持体と前記中間転写ベルトとの速度比が０．９９２以上０．９９７未満である
   ことを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。

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