JP4812728B2

JP4812728B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4812728B2
Application number: JP2007269234A
Authority: JP
Inventors: 政志平井; 幹男角井; 佳昭増田; 進村上; 久仁昭仲野; 一暁石川; 知省田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2027-10-16
Also published as: CN101414147A; CN101414147B; US20090097888A1; US7917071B2; JP2009098363A

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成によって感光体の表面に形成されたトナー像をベルト状の中間転写体を用いて転写を行う画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成を行う画像形成装置には、感光体（感光体ドラム）の表面に担持されたトナー像（以下、トナー像と言う。）を中間転写体（中間転写ベルト）上に１次転写した後、中間転写ベルトから記録用紙などの記録媒体に２次転写するいわゆる中間転写方式を採用しているものが知られている。

このような中間転写方式の画像形成装置は、高画質を実現するため、感光体に担持されたトナー像を記録用紙に転写するまでの１次転写及び２次転写のそれぞれでトナー像を正確に記録用紙に転写することが望まれる。

しかしながら、記録媒体に凹凸の大きな厚い記録用紙などを用いた場合には、印字された文字の中抜けや、全体的に高濃度のいわゆるベタ画像における粒状度（高い空間周波数で発生する濃度の不均一性）やモットル（低い空間周波数で発生する濃度の不均一性）の悪化等の転写不良が発生することが問題となっていた。

文字の中抜け等に関しては、細線部周辺のいわゆる白電界と細線部の電界との電位ギャップに対して転写電界が強く働くことや中間転写ベルトの外周面上の凹凸によって均一に帯電しないことなどが原因と考えられている。

そこで、従来技術として、トナーについて、例えば、平均粒径、凝集度を調整したトナーを用いて文字の中抜けを防止するようにしたものが開示されている（特許文献１を参照）。

また、中間転写ベルトについて、ベース層、弾性層および表層の少なくとも３層が内周面から外周面に向かって順次積層されている導電性ベルトであって、前記ベース層は、厚さ５０〜１５０μｍで、引張弾性率が２０００ＭＰａ以上かつ内周面側の表面電気抵抗率が１０^６Ω／□以上１０^１１Ω／□以下であり、前記弾性層は、厚さが４００〜１５００μｍで、ＪＩＳＡ硬度が６０以下かつ体積抵抗率が１０^６Ω・ｃｍ以上１０^８Ω・ｃｍ以下であり、前記表層は、厚さが３〜３０μｍで、複素弾性率が２５０ＭＰａ以下である導電性ベルトが開示されている（特許文献２を参照）。

さらに、中間転写ベルトについて、ベルト円周方向でのＪＩＳＰ−８１１５による耐屈曲性が５０００回を超え、ベルト円周方向での引張り弾性率が１５００〜５０００ＭＰａであり、ベルト円周方向と幅方向の両方向での引張り破断伸びが３０％以上であり、ベルトの平均厚みが７０〜３００μｍであり、表面電気抵抗率が１×１０^１〜１×１０^１６Ωであるか、又は体積電気抵抗率が１×１０^１〜１×１０^１６Ω・ｃｍであり、かつ１本のエンドレスベルトにあっては該抵抗率の最大値が最小値の１００倍以下であるエンドレスベルトが開示されている（特許文献３を参照）。
特開平１１−１１９４６３号公報特開２００６−１７８２３２号公報特開２００１−２８２０１１号公報

しかしながら、最近の画像形成装置では省エネ対策として定着温度を低下させるようになってきており、その対応の一つとしてトナーの低融点化が進められているが、その結果トナー自体が少しの圧力や熱により凝集を起こしやすくなるという問題が生じている。

すなわち、凝集性の高いトナーを使用した場合、従来の中間転写ベルトでは７０μｍ以上の厚みを主に使用しているため、押圧力が高くなりすぎて1次転写においてトナー凝集が発生しやすく、その結果、２次転写性が劣化してしまう。

この現象を防止するため、感光体より下流側に１次転写ローラを配置し、感光体と１次転写ローラを直接当接させないオフセット方式が知られているが、トナーの流動性が悪い（凝集性が高い）場合には、２次転写性が低下し最終画質が劣化するという新たな問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、凝集しやすいトナーを用いた場合であっても、複雑な制御を行うことなく、２次転写性に優れた画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するために本発明に係る転写ベルト装置を用いた画像形成装置は以下のように構成される。
請求項１に記載の発明は、複数の感光体ドラムと、該複数の感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を一時的に担持するベルト状の中間転写体と、前記複数の感光体ドラムに対応して複数箇所に設けられて、前記複数の感光体ドラムに前記中間転写体を押付ける転写ローラとを備えて、前記複数の感光体ドラムの表面に沿って前記中間転写体を移動させて前記複数の感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を前記中間転写体に転写するようにした転写ベルト装置において、
前記中間転写体は、材質がポリイミド樹脂の平均厚みが３０μｍ以上５０μｍ以下に形成されたベルト部材であり、
前記複数の転写ローラは、前記中間転写体の移動方向に沿った位置で前記中間転写体が前記感光体ドラムと接する位置よりも中間転写体移動方向下流側に配置されるとともに、前記中間転写体と感光体ドラム外周面との接線に沿った位置より感光体ドラム側に突出して配置され、前記複数の転写ローラは、中間転写体移動方向下流側の感光体ドラムに対応する転写ローラほど前記中間転写体と感光体ドラム外周面との接線に沿った位置より感光体ドラム側へ突出する量が小さくなるように配置され、
前記中間転写体の移動方向下流側ほど、転写ローラとのニップ圧力を小さくすると共に、前記感光体ドラムへの前記中間転写体のニップ圧力を９．８×１０^−４ＭＰａ（１０ｇｆ/ｃｍ^２）以上３９．２×１０^−４ＭＰａ（４０ｇｆ/ｃｍ^２）以下とし、
前記転写ローラの感光体ドラム側へ突出する量を、０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすると共に、前記転写ローラの、前記中間転写体移動方向における前記感光体ドラム中心線ＣＬからずれた距離Ｄを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とした転写ベルト装置を用い、
前記転写ベルト装置は、前記中間転写体を巻回して搬送する駆動ローラを備え、
前記駆動ローラは、直径１２ｍｍ以上であり、
前記トナー像を形成するトナーは、流動性が振動法による測定で２ｍｇ／ｓｅｃ以上の流動性の悪いトナーであって、該トナーの体積平均粒径が４μｍ以上７μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、感光体の表面に形成されたトナー像を一時的に担持するベルト状の中間転写体と、前記感光体に前記中間転写体を押付ける転写ローラとを備えて、前記感光体の表面に沿って前記中間転写体を移動させて前記感光体の表面のトナー像を前記中間転写体に転写するようにした転写ベルト装置において、前記中間転写体の平均厚みを３０μｍ以上５０μｍ以下で形成し、前記転写ローラを前記中間転写体の移動方向に沿った位置で前記中間転写体が前記感光体と接する位置よりも中間転写体移動方向下流側に配置するとともに、前記中間転写体と感光体外周面との接線に沿った位置より感光体側に突出して配置し、すなわち、前記中間転写体を感光体に押付けるように配置して、前記感光体への前記中間転写体のニップ圧力を１０ｇｆ/ｃｍ^２以上４０ｇｆ/ｃｍ^２以下とすることで、ベルト状の中間転写体へのトナー像の転写時（１次転写時）にトナーの凝集を抑制することができる。これにより、ベルト状の中間転写体から記録用紙などの記録媒体へのトナー像の転写時（２次転写時）、表面粗さＲａが２．０μｍを超えるラフな紙への２次転写をきれいに行うことができる。

また、前記中間転写体を中間転写体移動方向に沿って並設された複数の感光体ドラムに形成されたトナー像を転写可能に構成し、前記転写ローラを前記複数の感光体ドラムに対応して複数箇所に配置し、前記複数の転写ローラを中間転写体移動方向下流側の感光体ドラムに対応する転写ローラほど前記中間転写体と感光体ドラム外周面との接線に沿った位置より感光体ドラム側へ突出する量が小さくなるように配置することで、中間転写体移動方向下流側での押圧力を低下させて、より確実に上記効果を発揮することができる。

また、前記転写ローラの感光体ドラム側へ突出する量を０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることで、転写に適した押圧力を付加することができるため、きれいな２次転写画像を得ることができる。
前記転写ローラの、前記中間転写体移動方向における前記感光体ドラム中心線ＣＬからずれた距離Ｄを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたので、トナー像の良好な転写が図れる。

また、前記中間転写体をポリイミド系樹脂からなるものとすることで、引張弾性率が高く伸び難いため、前記中間転写体の機械的耐久性を向上させることができる。

また、前記中間転写体を巻回して搬送する駆動ローラを備え、前記駆動ローラの直径を１２ｍｍ以上とすることで、中間転写体の曲がる曲率を大きくして耐久性を向上させることができる。

また、前記トナー像を形成するトナーとして、流動性が振動法による測定で２ｍｇ／ｓｅｃ以上のトナー、つまり、流動性の悪いトナーを用いることで、１次転写時に凝集を起こしやすいトナーに対して、より確実に上記効果を発揮することできる。

また、前記トナー像を形成するトナーとして、トナーの体積平均粒径が４μｍ以上７μｍ以下のトナーを用いることで、１次転写時に凝集を起こしやすいトナーに対して、より確実に上記効果を発揮することができる。

また、前記中間転写体の移動方向下流側ほど、転写ローラとのニップ圧力を小さくするので、１次転写段階でトナー層が順に重なるにつれてニップ圧力が徐々に強くなることを解消できるため、より上記効果を発揮することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。

本実施形態に係る画像形成装置１００は、図１に示すように、感光体ドラム（感光体）１０１の表面に形成されたトナー像を一時的に担持する中間転写ベルト（中間転写体）１１と、感光体ドラム１０１に中間転写ベルト１１を押付ける１次転写ローラ（転写ローラ）１３とを備えて、感光体ドラム１０１の表面に沿って中間転写ベルト１１を移動させて感光体ドラム１０１の表面のトナー像を中間転写ベルト１１に転写するようにした転写ベルト装置を備えた画像形成装置において、転写ベルト装置として本発明に係る転写ベルト装置１１０を備えたものである。

まず、本実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成について説明する。
画像形成装置１００は、読み取った原稿の画像データやネットワーク等を介して送信された画像データに基づいて用紙に対して多色および単色の画像を形成するものである。

この画像形成装置１００は、図１に示すように、露光ユニットＥ、感光体ドラム（感光体）１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）、現像装置１０２（１０２ａ〜１０２ｄ）、帯電ローラ１０３（１０３ａ〜１０３ｄ）、クリーニングユニット１０４（１０４ａ〜１０４ｄ）、中間転写ベルト１１及び１次転写ローラ１３（１３ａ〜１３ｄ）を備えた転写ベルト装置１１０、２次転写ローラ１４、定着装置１５、用紙搬送路Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３、用紙カセット１６、手差し給紙トレイ１７及び排紙トレイ１８等を備えている。

そして、画像形成装置１００は、ブラック（Ｋ）及びカラー画像を色分解して得られる減法混色の３原色であるシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の４色の各色相に対応した画像データを用いて画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて画像形成を行う。

画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、同様の構成を有しており、例えば、画像形成部Ｐａはブラック（Ｋ）の画像形成部であって、感光体ドラム１０１ａ、現像装置１０２ａ、帯電ローラ１０３ａ、１次転写ローラ１３ａ及びクリーニングユニット１０４ａ等から構成される。
これら画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、中間転写ベルト１１の移動方向（副走査方向）に沿って一列に配列されている。

帯電ローラ１０３は、感光体ドラム１０１の表面を所定の電位に均一に帯電させる接触方式の帯電器である。尚、帯電ローラ１０３に代えて、帯電ブラシを用いた接触方式の帯電器、又は、帯電ワイヤを用いた非接触方式の帯電器を用いることもできる。

本実施形態における露光ユニットＥは、図示しない半導体レーザ、ポリゴンミラー４及び第１反射ミラー７及び第２反射ミラー８等を備えており、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによって変調されたレーザビーム等の光ビームのそれぞれを感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに照射する。

感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれには、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相の画像データによる静電潜像が形成される。

現像装置１０２は、静電潜像が形成された感光体ドラム１０１の表面にトナーを供給し、静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１０２ａ〜１０２ｄのそれぞれは、ブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相のトナーを収納しており、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのそれぞれに形成された各色相の静電潜像をブラック、シアン、マゼンタ及びイエローの各色相のトナー像に顕像化する。

クリーニングユニット１０４は、現像・画像転写後における感光体ドラム１０１上の表面に残留したトナーを除去・回収する。

中間転写ベルト１１は、感光体ドラム１０１の上方に配置され、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂとの間に張架されてループ状の移動経路を形成している。また、中間転写ベルト１１は、厚さ３０μｍ〜５０μｍ程度のフィルムで形成されている。さらに、中間転写ベルト１１の外周面は、転写ベルト移動方向上流側より感光体ドラム１０１ｄ、感光体ドラム１０１ｃ、感光体ドラム１０１ｂ、感光体ドラム１０１ａの順に対向するように配置されている。

この中間転写ベルト１１を挟んで各感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置に、１次転写ローラ１３ａ〜１３ｄがそれぞれ配置されている。この中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄに対向する位置のそれぞれが１次転写位置である。

１次転写ローラ１３ａ〜１３ｄには、感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの表面に担持されたトナー像を中間転写ベルト１１上に転写するために、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写バイアスが定電圧制御によって印加される。これによって、感光体ドラム１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）に形成された各色相のトナー像は中間転写ベルト１１の外周面に順次重ねて転写され、中間転写ベルト１１の外周面にフルカラーのトナー像が形成される。

但し、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの色相の一部のみの画像データが入力された場合には、４つの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄのうち、入力された画像データの色相に対応する一部の感光体ドラム１０１のみにおいて静電潜像及びトナー像の形成が行われる。例えば、モノクロ画像形成時には、ブラックの色相に対応した感光体ドラム１０１ａのみにおいて静電潜像の形成及びトナー像の形成が行われ、中間転写ベルト１１の外周面にはブラックのトナー像のみが転写される。

１次転写ローラ１３ａ〜１３ｄは、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）を素材とする軸の表面を導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により被覆して（最終外径１２〜１６ｍｍ）構成されており、導電性の弾性材によって中間転写ベルト１１に均一に高電圧を印加するようにされている。

それぞれの感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄにおける１次転写位置において中間転写ベルト１１の外周面に転写されたトナー像は、中間転写ベルト１１の回転によって、２次転写ローラ１４との対向位置である２次転写位置に搬送される。

２次転写ローラ１４は、画像形成時において、内周面が駆動ローラ１１ａの周面に接触する中間転写ベルト１１の外周面に所定のニップ圧で圧接されている。用紙カセット１６又は手差し給紙トレイ１７から給紙された用紙３０が２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間を通過する際に、２次転写ローラ１４にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト１１の外周面から用紙の表面にトナー像が転写される。

なお、感光体ドラム１０１から中間転写ベルト１１に付着したトナーのうち用紙３０上に転写されずに中間転写ベルト１１上に残存したトナーは、次工程での混色を防止するために、クリーニングユニット１２によって回収される。

トナー像が転写された用紙３０は、定着装置１５に導かれ、加熱ローラ１５ａと加圧ローラ１５ｂとの間を通過して加熱及び加圧を受ける。これによって、トナー像が用紙３０の表面に堅牢に定着する。トナー像が定着した用紙３０は、排紙ローラ１８ａによって排紙トレイ１８上に排出される。

画像形成装置１００には、用紙カセット１６に収納されている用紙３０を２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間及び定着装置１５を経由して排紙トレイ１８に送るための略垂直方向の用紙搬送路Ｐ１が設けられている。

用紙搬送路Ｐ１には、用紙カセット１６内の用紙３０を１枚ずつ用紙搬送路Ｐ１内に繰り出すピックアップローラ１６ａ、繰り出された用紙３０を上方に向けて搬送する搬送ローラｒ、搬送されてきた用紙を所定のタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導くレジストローラ１９、及び用紙３０を排紙トレイ１８に排出する排紙ローラ１８ａが配置されている。

また、画像形成装置１００の内部には、手差し給紙トレイ１７からレジストローラ１９に至る間に、ピックアップローラ１７ａ及び搬送ローラｒを配置した用紙搬送路Ｐ２が形成されている。さらに、排紙ローラ１８ａから用紙搬送路Ｐ１におけるレジストローラ１９の用紙搬送上流側に至る間には、用紙搬送路Ｐ３が形成されている。

排紙ローラ１８ａは、正逆両方向に回転自在にされており、用紙３０の片面に画像を形成する片面画像形成時、及び用紙の両面に画像を形成する両面画像形成における第２面画像形成時に正転方向に駆動されて用紙３０を排紙トレイ１８に排出する。

また、排紙ローラ１８ａは、両面画像形成における第１面画像形成時には、用紙３０の後端が定着装置１５を通過するまで正転方向に駆動された後、用紙３０の後端部を挟持した状態で逆転方向に駆動されて用紙３０を用紙搬送路Ｐ３内に導く。これによって、両面画像形成時に片面のみに画像が形成された用紙３０は、表裏面及び前後端を反転した状態で用紙搬送路Ｐ１に導かれる。

レジストローラ１９は、用紙カセット１６若しくは手差し給紙トレイ１７から給紙され、又は、用紙搬送路Ｐ３を経由して搬送された用紙３０を中間転写ベルト１１の回転に同期したタイミングで２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１との間に導く。

このため、レジストローラ１９は、感光体ドラム１０１や中間転写ベルト１１の動作開始時には回転を停止しており、中間転写ベルト１１の回転に先立って給紙又は搬送された用紙３０は、前端をレジストローラ１９に当接させた状態で用紙搬送路Ｐ１内における移動を停止する。

この後、レジストローラ１９は、２次転写ローラ１４と中間転写ベルト１１とが圧接する位置で、用紙の前端部と中間転写ベルト１１上に形成されたトナー像の前端部とが対向するタイミングで回転を開始する。

なお、画像形成装置１００において、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの全てにおいて画像形成が行われるフルカラー画像形成時には、１次転写ローラ１３ａ〜１３ｄが中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａ〜１０１ｄの全てに圧接させる。一方、画像形成部Ｐａのみにおいて画像形成が行われるモノクロ画像形成時には、１次転写ローラ１３ａのみを中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１ａに圧接させる。

次に、本実施形態に係る特徴的な転写ベルト装置１１０について図面を参照して詳細に説明する。
図２は本実施形態に係る転写ベルト装置の構成を示す説明図、図３は前記転写ベルト装置を構成する転写ベルト及び転写ローラと感光体ドラムによる１次転写部の構成を示す部分詳細図、図４は前記転写ベルト装置における駆動ローラ付近の２次転写部の構成を示す部分詳細図である。

中間転写ベルト１１は、図２に示すように、厚さ５０μｍで形成され、並設された感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂ及び図示しない感光体ドラム１０１ｃ，１０１ｄに沿って、駆動ローラ１１ａによって矢印Ａ方向に回転移動するように構成されている。

駆動ローラ１１ａと対向する位置には２次転写ローラ１４が設けられている。
この２次転写ローラ１４と駆動ローラ１１ａに巻回された中間転写ベルト１１により用紙３０を挟持搬送することで、図４に示すように、中間転写ベルト１１のトナー像が用紙３０に転写される２次転写が行われる。図中の符号ＴＯはトナー像を示す。

図２に示す感光体ドラム１０１ａはブラック用、感光体ドラム１０１ｂはシアン用であり、感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂはそれぞれ直径３０ｍｍで形成されている。感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂにそれぞれ対応する１次転写ローラ１３ａ，１３ｂは、それぞれ直径１４ｍｍで形成されている。

これら感光体ドラム１０１ａ，１０１ｂ及び図示しない感光体ドラム１０１ｃ，１０１ｄにおいて、それぞれに画像が転写される１次転写部で色毎に１次転写が行われる。

ここで、本実施形態における感光体ドラム１０１と１次転写ローラ１３との位置関係について、感光体ドラム１０１ａと１次転写ローラ１３ａとの位置関係を例に挙げて詳細に説明する。

感光体ドラム１０１ａから中間転写ベルト１１にトナー像が転写される１次転写部１０１ａ１では、図３に示すように、感光体ドラム１０１ａと１次転写ローラ１３ａとがオフセットされた位置関係にある。具体的には、１次転写ローラ１３ａは、中間転写ベルト１１の移動方向に沿った位置で中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａと接する位置よりも中間転写ベルト移動方向下流側にずれた位置、すなわち、感光体ドラム１０１ａの図中垂直方向にから中間転写ベルト移動方向下流側にずれた距離Ｄで８．１ｍｍずれた位置に配置されている。

尚、本実施形態では、１次転写ローラ１３ａの中間転写ベルト移動方向における感光体ドラム１０１ａ中心線ＣＬからずれた距離Ｄを８．１ｍｍとしているが、これに限定されるものではなく、５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であればトナー像の良好な転写が得られる。
詳しくは、５ｍｍ以内でのずれ量では感光体ドラム１０１ａから１次転写ローラ１３ａをオフセットすることによる効果が少なく、１０ｍｍ以上のずれ量では１次転写ローラ１３ａにかかる転写電位が感光体ドラム１０１ａに流れないために転写できなくなるからである。

また、１次転写ローラ１３ａは、中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ａの外周面と接触する接線に沿った位置より感光体ドラム１０１ａ方向に突出した距離Ｈで０．６８ｍｍ下がった位置に配置されている。この状態で、中間転写ベルト１１のニップ圧力は３４ｇｆ/ｃｍ^２となるように設定されている。なお、厚さ８０μｍの中間転写ベルトではニップ圧力が７９ｇｆ/ｃｍ^２となるため、ニップ圧力を半分以下に抑えることができる。

また、１次転写ローラ１３ａの下げ量が０．５ｍｍ未満の場合では、ニップ圧力（押圧力）が１０ｇｆ/ｃｍ^２と小さく、ニップの圧力分布のバラツキが大きくなるため、局所的に１次転写不良が発生する虞がある。逆に、１次転写ローラ１３ａの下げ量が０．９ｍｍを超える場合では、ニップ圧力（押圧力）が５０ｇｆ/ｃｍ^２と大きくなり過ぎるため、回転トルクがアップしたり、中間転写ベルト１１が破断してしまう虞がある。

また、本実施形態では、隣の感光体ドラム１０１ｂに対応する１次転写ローラ１３ｂは、中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１ｂの外周面と接触する接線に沿った位置より感光体ドラム１０１ｂ方向に突出した距離Ｈで０．７０ｍｍ下がった位置に配置されている。このように構成することで、中間転写ベルト移動方向下流側で押圧力を小さくして、中間転写ベルト移動方向下流側の感光体ドラムにおける１次転写部において、トナー像が重ね合わさることによるトナーの凝集を起こさないようにしている。

尚、従来の中間転写ベルトでは７０μｍから１００μｍ程度のものが使用されているが、本実施形態では、中間転写ベルト１１の厚みを５０μｍとしている。
これは、中間転写ベルトが厚くなると剛性が強くなり過ぎるため、１次転写ローラ１３による弱い押圧力では中間転写ベルトが感光体ドラム１０１や１次転写ローラ１３と柔軟に接触できなくなり、これにより、転写不良を発生し易く、またトナーの凝集を起こしてしまうからである。また、駆動ローラ１１ａの曲率からの応力計算により強度不足とならないようにするため、中間転写ベルト１１の厚みとしては３０μｍ以上が必要となる。

また、中間転写ベルト１１の物理物性としては、引張弾性率がやや高めの４０００ＭＰａ以上必要であり、かつ表面抵抗率は一般的な１０^８Ω／□以上１０^１２Ω／□以下であり、体積抵抗率が１０^７Ω・ｃｍ以上１０^１１Ω・ｃｍ以下であれば使用できる。

また、中間転写ベルト１１の材質は、ポリイミド系樹脂を用いている。
これは、中間転写ベルト１１の材質としてポリカーカーボネート系樹脂を用いるとベルトにクラックが入り易い。また、弾性が小さいゴム系部材を用いると初期的には同様の効果が得られるが、使用している間（ライフ）により弾性伸びが発生するため、色ずれが起こるため好ましくない。

そこで、ポリイミド系樹脂の中間転写ベルト１１の耐久性を判断するために、以下の加速テストを行った。すなわち、中間転写ベルト１１を回転駆動する駆動ローラ１１ａの直径を変化させて、中間転写ベルト１１にクラックが入るまでの時間を測定した。

測定条件としては、駆動ローラ１１ａと従動ローラ１１ｂの直径が同じものを使い、回転速度が３００ｍｍ／ｓｅｃ、トルクが０．１９６Ｎ・ｍ、テンションは１９．６１Ｎとした。その結果を表１に示す。

表１によると、駆動ローラ１１ａ及び従動ローラ１１ｂのローラ径が１０ｍｍ，１２ｍｍ，１５ｍｍ，２０ｍｍの時のクラックまでの時間（Ｈ）は、それぞれ１７時間，２５０時間，２８０時間，３２５時間であった。

すなわち、ローラ径が１２ｍｍの場合の中間転写ベルト１１の耐久性は、ローラ径が１０ｍｍの場合と比較すると約１５倍の耐久性を有することが解る。一方、ローラ径が１５ｍｍ及び２０ｍｍの場合の中間転写ベルト１１の耐久性は、ローラ径が１２ｍｍの場合と比較してそれぞれ約１．１倍と約１．３倍の耐久性を有するに過ぎない。

以上より、駆動ローラ１１ａ及び従動ローラ１１ｂは、それらの直径が１２ｍｍ以上であれば中間転写ベルト１１の耐久性が飛躍的に高まるため、中間転写ベルト１１のクラックなどによる問題を実使用上起こさない装置を得ることができる。

次に、本実施形態に係る画像形成装置１００に使用するトナーについて図面を参照して説明する。
図５は本実施形態に係る画像形成装置に用いるトナーの流動性を測定する測定原理を示す説明図である。

本実施形態では、トナー流動性として振動法による測定において、２ｍｇ／ｓｅｃ以上の流動性の悪いトナーを用いている。
具体的な流動性の評価方法としては、簡易的に以下の方式を用いることができる。

すなわち、トナー流動性を測定は、図５に示すように、主に、一端側にトナー１２１を搭置し他端側に重さの基準となる錘１２２を配置した測定台１２３と、測定台１２３に振動を与える加振器１２４と、トナーの重量を測定する電子天秤１２５とを用いた簡易的な測定器１２０により行うことができる。

測定器１２０は、ＳＵＳ３１６材よりなる表面粗さＲａが０．２μｍの測定台１２３を略２０度傾斜した状態に配置し、傾斜の下方側に位置する一端側にトナー１２１を少量（１ｇ）搭置し、上方側に位置する他端側に錘１２２を配置する。錘１２２の下側には錘１２２の重量を計測する電子天秤１２５を配置し、測定台１２３の長手方向の略中央部に振動を加える加振器１２４を配置している。

トナー１２１の流動性の測定は、測定台１２３に加振器１２４により１４０Ｈｚの振動を加えた時に、測定台１２３の一端側に塔置単位時間あたりに傾斜した測定台１２３を上方に向かい（他端側に向かい）移動するトナー１２１の量（ｍｇ／ｓｅｃ）で表すことができる。

画像形成装置１００に使用するトナーとしてトナー流動性が２ｍｇ／ｓｅｃ以上の凝集しやすいトナーを使用した場合に、より本発明の効果を発揮する。
すなわち、転写ベルト装置１１０は、基本的にトナーが凝集しないような低いニップ圧力を付加しようとするものであるが、表２に示すように、転写効率のアップ率（転写ベタむら度２−転写ベタむら度１／転写ベタむら度１）で判断すれば、凝集トナーに対して有効であることがわかる。テストは、前述のイゲパ紙、マゼンタトナーを用い、中間転写体１１の厚さを８０μｍから５０μｍに変更した場合の変化度合いで評価した。なお、評価方法の詳細は後述する。

このようになる原因として、凝集しやすい（流動性の悪い）トナーは、各トナー間のファンデルワールス力（分子間力）が見かけ大きくなっているだけで、転写電界によりすぐに解離されるレベルにあると考えられる。

また、本実施形態では、トナーの体積平均粒半径としては、６．５μｍを用いている。
トナーは、体積平均粒半径が下限の４μｍ未満では流動性や混合攪拌性などの現像性能を確保できず、転写性も悪化する。そして、トナーの体積平均粒径が小さくなる程、凝集しやすくなる傾向にあるため、より本発明の効果を発揮する。

すなわち、中間転写ベルト１１上のトナーは、機械的な付着力と電気的な付着力とで付着している。トナーの平均粒径が小さくなればなるほど、電荷を保持しにくくなることから、電気的な付着力が小さくなり、機械的な付着力のほうが大きくなる。従って、本実施形態に係る転写ベルト装置１１０によれば、機械的な付着力を低下させて付着力のバランスを取ることができるため、転写性能を向上させることができる。

次に、画像形成装置１００における中間転写ベルト１１の厚さに応じたトナー像の転写状態についてデータに基づいて説明する。
図６（ａ）は本実施形態に係る中間転写ベルトの厚さに応じたシアン単層の転写状態（ベタ粒状度）を示すグラフ、（ｂ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン単層の転写状態（ベタむら度）を示すグラフ、図７（ａ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたマゼンタ単層の転写状態（ベタ粒状度）を示すグラフ、（ｂ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたマゼンタ単層の転写状態（ベタむら度）を示すグラフ、図８（ａ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン及びマゼンタの多層の転写状態（ベタ粒状度）を示すグラフ、（ｂ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン及びマゼンタの多層の転写状態（ベタむら度）を示すグラフである。

ここで、ベタ粒状度とは、面画像の粒状度を示し、高い空間周波数で発生する濃度の不均一性(微小ノイズ)のことで、２５０μm以上の空間スケールの不均一性は含まない。
また、ベタむら度とは、面画像のモットル(むら度)を示し、低い空間周波数で発生する濃度の不均一性(粗いノイズ゛)のことであり、２５０μm以下の空間スケールの不均一性は含まない。具体的な測定方法としては、取り込んだ面画像データを分析し、均一である場合を０とし、不均一の最大値を５．０とした数値で相対的に表される。

画像形成装置１００における中間転写ベルト１１の厚さに応じた転写状況について、ベタ粒状度（高い空間周波数で発生する濃度の不均一性：Ｇｒａｉｎ）やベタむら度（低い空間周波数で発生する濃度の不均一性：モットル）に関して紙種を変えて単層及び多層のトナー像を評価したものである。評価用紙として、厚さ約６０μｍで表面粗さＲａが１．０μｍの国内中質紙（シャープ株式会社推奨紙）ＭＩ紙と、厚さ約９０μｍで表面粗さＲａが２．１μｍの米国中質紙であるイゲバ紙の２種類を用いている。

トナー像が単層の場合は、図６（ａ），（ｂ）及び図７（ａ），（ｂ）に示すように、「ベタ粒状度」及び「ベタむら度」においても中間転写ベルト１１の厚みが小さくなるほど転写性が良好となり、特に、用紙の厚さが大きい紙種イゲバの方がその効果が高いことがわかる。また、中間転写ベルト１１の厚みが３０μｍ〜５０μｍ付近で紙種ＭＩ及び紙種イゲバの双方において良好な転写状況となることがわかる。

トナー像が多層の場合は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、トナー像が単層の場合と同様に、「ベタ粒状度」及び「ベタむら度」においても中間転写ベルト１１の厚みが小さくなるほど転写性が良好となり、特に、用紙の厚さが大きい紙種イゲバの方がその効果が高く、トナー像単層と比較しても３０μｍ〜８０μｍ付近において顕著である。

次に、画像形成装置１００における中間転写ベルト１１の厚さに応じた転写状況における「文字の中抜け率」についてデータに基づいて説明する。
図９は本実施形態に係る中間転写ベルトの厚さに応じた文字の中抜け率を示す表である。

文字の中抜け率の評価方法は、Ａ４サイズ紙全面に１０×１０ドットのパターンを複数作成し、中抜けしているドットをカウントすることで、全ドットに対する中抜けドットの割合で表している。

画像形成装置１００における中間転写ベルト１１厚さに応じた転写状況は、図９に示すように、紙種によって文字の中抜け率が大きく変化することがわかる。しかしながら、中間転写ベルト１１の厚さが５０μｍの場合は、紙種ＭＩ及び紙種イゲバの双方において問題のないレベルまで小さくなる。

以上のように構成したので、本実施形態によれば、画像形成装置１００において、中間転写ベルト１１の平均厚みを５０μｍで形成し、１次転写ローラ１３を中間転写ベルト１１の移動方向に沿った位置で中間転写ベルト１１が感光体ドラム１０１と接する位置よりも中間転写ベルト移動方向下流側に８．１ｍｍずれた位置に配置するとともに、中間転写ベルト１１と感光体ドラム１０１の外周面との接線に沿った位置より感光体ドラム１０１側に０．６８ｍｍ下がった位置に突出して中間転写ベルト１１を感光体ドラム１０１に押付けるように配置して、感光体ドラム１０１への中間転写ベルト１１のニップ圧力を３４ｇ/ｃｍ^２とすることで、ベルト状の中間転写ベルト１１へのトナー像の１次転写時にトナーの凝集を抑制することができる。これにより、複雑な制御を行うことなく、２次転写性に優れた転写ベルト装置及びこれを用いた画像形成装置を実現できる。

また、本実施形態によれば、中間転写ベルト１１をポリイミド系樹脂からなるものとすることで、引張弾性率が高く伸び難いため、中間転写ベルト１１の機械的耐久性を向上させることができるので、転写ベルト装置１１０のロングライフ化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、中間転写ベルト１１を巻回して搬送する駆動ローラ１１ａの直径を１２ｍｍ以上とすることで、中間転写ベルト１１の曲がる曲率を大きくして耐久性を向上させることができる。

さらに、本実施形態によれば、画像形成装置１００において使用するトナーとして、トナー流動性が２ｍｇ／ｓｅｃ以上の凝集しやすいトナーを使用した場合でも、１次転写時にトナーの凝集を抑制して２次転写をきれいに行うことができる。

また、本実施形態によれば、画像形成装置１００において使用するトナーとして、トナーの体積平均粒径が４μｍ以上７μｍ以下のトナーを使用した場合でも、１次転写時にトナーの凝集を抑制して２次転写をきれいに行うことができる。

また、本実施形態によれば、画像形成装置１００において使用する各１次転写ローラ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの中間転写ベルト１１へのニップ圧力（押圧力）の影響確認から、中間転写ベルト１１の進行方向下流側のニップ圧力を小さくする方が、転写性が向上させることができる。具体的には、各転写ローラの位置を微小に移動変更させ、前述のシアントナーとＭＩ紙を用いて転写性（ベタむら度）を確認した結果を表３に示す。

尚、本実施形態では、カラー画像形成可能な電子写真方式の画像形成装置及びこれに用いられる転写ベルト装置について説明したが、本発明は上述したような構成の画像形成装置に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。例えば、モノクロ画像形成のみ可能な電子写真方式の画像形成装置にも適用可能である。

以上のように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す説明図である。前記画像形成装置を構成する転写ベルト装置の構成を示す説明図である。前記転写ベルト装置を構成する転写ベルト及び転写ローラと感光体ドラムによる１次転写部の構成を示す部分詳細図である。前記転写ベルト装置における駆動ローラ付近の２次転写部の構成を示す部分詳細図である。前記画像形成装置に用いるトナーの流動性を測定する測定原理を示す説明図である。（ａ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン単層の転写状態（ベタ粒状度）を示すグラフ、（ｂ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン単層の転写状態（ベタむら度）を示すグラフである。（ａ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたマゼンタ単層の転写状態（ベタ粒状度）を示すグラフ、（ｂ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたマゼンタ単層の転写状態（ベタむら度）を示すグラフである。（ａ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン及びマゼンタの多層の転写状態（ベタ粒状度）を示すグラフ、（ｂ）は前記中間転写ベルトの厚さに応じたシアン及びマゼンタの多層の転写状態（ベタむら度）を示すグラフである。前記中間転写ベルトの厚さに応じた文字の中抜け率を示す表である。

符号の説明

１１中間転写ベルト
１１ａ駆動ローラ
１１ｂ従動ローラ
１３，１３ａ，１３ｂ１３ｃ，１３ｄ次転写ローラ
１４２次転写ローラ
３０用紙
１００画像形成装置
１０１，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ感光体ドラム
１１０転写ベルト装置
１２０測定器

Claims

複数の感光体ドラムと、該複数の感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を一時的に担持するベルト状の中間転写体と、前記複数の感光体ドラムに対応して複数箇所に設けられて、前記複数の感光体ドラムに前記中間転写体を押付ける転写ローラとを備えて、前記複数の感光体ドラムの表面に沿って前記中間転写体を移動させて前記複数の感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を前記中間転写体に転写するようにした転写ベルト装置において、
前記中間転写体は、材質がポリイミド樹脂の平均厚みが３０μｍ以上５０μｍ以下に形成されたベルト部材であり、
前記複数の転写ローラは、前記中間転写体の移動方向に沿った位置で前記中間転写体が前記感光体ドラムと接する位置よりも中間転写体移動方向下流側に配置されるとともに、前記中間転写体と感光体ドラム外周面との接線に沿った位置より感光体ドラム側に突出して配置され、前記複数の転写ローラは、中間転写体移動方向下流側の感光体ドラムに対応する転写ローラほど前記中間転写体と感光体ドラム外周面との接線に沿った位置より感光体ドラム側へ突出する量が小さくなるように配置され、
前記中間転写体の移動方向下流側ほど、転写ローラとのニップ圧力を小さくすると共に、前記感光体ドラムへの前記中間転写体のニップ圧力を９．８×１０^−４ＭＰａ（１０ｇｆ/ｃｍ^２）以上３９．２×１０^−４ＭＰａ（４０ｇｆ/ｃｍ^２）以下とし、
前記転写ローラの感光体ドラム側へ突出する量を、０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすると共に、前記転写ローラの、前記中間転写体移動方向における前記感光体ドラム中心線ＣＬからずれた距離Ｄを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とした転写ベルト装置を用い、
前記転写ベルト装置は、前記中間転写体を巻回して搬送する駆動ローラを備え、
前記駆動ローラは、直径１２ｍｍ以上であり、
前記トナー像を形成するトナーは、流動性が振動法による測定で２ｍｇ／ｓｅｃ以上の流動性の悪いトナーであって、該トナーの体積平均粒径が４μｍ以上７μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。