(57)【要約】【課題】トナーの凝集を抑え、かつ、せん断力で中間転写ベルトへトナー像を転写することにより、虫喰いのない良好な画像が得られる画像形成装置を提供する。【解決手段】少なくとも、感光体１０１に接触しつつ表面移動する中間転写ベルト５０１と、感光体と中間転写ベルト５０１との間に転写電界を形成して、感光体１０１に形成されたトナー像を、中間転写ベルト５０１上に転写する一次転写ローラ５０７と、中間転写ベルト５０１上に保持されたトナー像を様々なサイズの記録材上に転写する二次転写ローラ６００とを有する画像形成装置おいて、前記感光体１０１と前記中間転写ベルト５０１との線速差が０．７ｍｍ／ｓ以上であり、かつ、動摩擦係数の差が０．０３以上であり、かつ、一次転写ローラ５０７の一次転写圧が１５Ｎ／ｍ以下であることを特徴とする。【選択図】図２
2006145805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転することで繰り返し使用可能な機構を有し、潜像を担持することのできる像担持体と、
帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電装置と、
像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、
像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、
像担持体に接触しつつ表面移動する中間転写体と、
像担持体と中間転写体との間に転写電界を形成して、像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体上に転写する一次転写ローラと、
中間転写体上に保持されたトナー像を様々なサイズの記録材上に転写する二次転写ローラと  を有する画像形成装置おいて、
前記像担持体と前記中間転写体との線速差が０．７ｍｍ／ｓ以上であり、かつ、動摩擦係数の差が０．０３以上であり、かつ、一次転写ローラの一次転写圧が１５Ｎ／ｍ以下である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記中間転写体がベルト部材であって、ベルト部材のヤング率が５０００Ｍｐａ以下である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像形成装置において、
前記一次転写ローラの硬度がアスカーＣ６０°以下である
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記動摩擦係数の制御を、像担持体または中間転写体の少なくともどちらか１つに潤滑剤を塗布することにより行う
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の画像形成装置に関し、さらに、詳しくは、中間転写ベルト等の中間転写体、感光体ドラム等の像担持体、像担持体から中間転写体へトナーを移動させる転写ローラ等の転写装置およびこれらを組み合わせた転写方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体から中間転写体や記録材へトナー像を転写する手段としては、大別して、コロトロンなどによる非接触バイアス印加方式と転写ローラなどによる接触バイアス印加方式がある。近年では、バイアス印加時のオゾンの発生量が少ないことや、中間転写体や記録材の搬送（補助）手段を兼ねられることなどから、接触方式が用いられることが多い。
転写ローラを用いた場合は、中間転写ベルトを間に挟んで、感光体ドラムにローラを押し当てる構成になる。ただし、このように感光体ドラムと中間転写ベルトを接触させて転写プロセスを行う場合は、「虫喰い」と呼ばれる異常画像が発生するおそれがある。「虫喰い」とは、文字や細線などのトナー像を転写する際に、トナー像のエッジ部分はきれいに転写されるが、像の中央部分が転写されずに、白く抜けてしまう現象である。
【０００３】
この虫喰いの発生原因には、大きく二つのメカニズムがある。ひとつは、転写電界がトナー像のエッジ部分に集中してかかってしまう「エッジ効果」である。その結果、トナー像中央部分のトナーにはエッジ部分ほど十分な電界が印加されずに、トナーが転写されづらくなる。もうひとつは、転写の際に感光ドラム上のトナー層に圧力がかかることで、「パッキング」と呼ばれるトナーの凝集が起こることによる。転写前のトナー層は、トナー粒子間に適度な空隙を持って層を成しているが、転写の際に圧力が加わるとギュッと押し固められる力が加わる。このとき、エッジ部分のトナーはトナー層のない周辺部分に崩れるようにして圧力を分散することができるが、中央部分のトナーは加わった圧力を逃がすことができず、固められて凝集してしまう。このようにしてパッキングされたトナーは感光体ドラム表面との付着力が増し、転写電界を加えても中間転写ベルト側に移動することができずに、「虫喰い」となってしまう。
「虫喰い」を防ぐためには、上記発生原因を抑える手段、もしくは発生原因があってもそれを打ち破って転写する手段、が必要である。しかし、エッジ効果については電磁気学に則った物理現象であり、転写ローラ幅にわたって一様に転写電界を印加する以上、防ぎようがない。
【０００４】
「虫喰い」の防止策としては、以下のようなものが考えられる。
１．パッキングを極力抑えるために、転写圧（感光ドラムに対する転写ローラの当接圧）を弱める。
２．パッキングを抑えるために、トナーそのものに凝集しにくい特性を持たせる。（樹脂同士が直接接触しないために添加剤を工夫したり、円形度の高い形状にしたりする。重合トナーの使用など。）
３．中間転写ベルトの表面状態を制御することでドラムよりもベルトに対する付着力を上げ、パッキングしたトナーでも中間転写ベルト側へ移動するようにする。（摩擦係数、表面自由エネルギー、表面張力などを制御する。）
４．感光ドラム表面と中間転写ベルト表面の移動速度（線速）を異ならせることで、トナー層にせん断力を働かせて、トナーを移動させる。
従来提案されている虫喰い防止技術のほとんどが、これらうちのどれか、もしくは複数の方法を採用したものである。特に、線速に差を設けることを特徴とした技術が以下のように開示されている。
特許文献１では、像担持体に対して転写材を１．００２倍〜１．０２倍の線速に設定し、かつ転写圧を１０〜７０ｇ／ｃｍとする技術が開示されている。
特許文献２では、摩擦係数の大小関係を、像担持体≦中間転写体≦記録材とし、かつ像担持体と中間転写体の間に線速差をつける技術が開示されている。
特許文献３では、感光体と中間転写体とに線速比０．９％以上の差をつけ、かつ形状係数１３４以下で平均粒径が５μｍ〜９μｍのトナーを用い、かつ感光体表面の動摩擦係数を０．９以下とする技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６２８９９号公報
【特許文献２】特開平０６−３３２３２４号公報
【特許文献３】特開２００４−０２９４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術である上記１〜４を用いても虫喰いが改善しないことがある。本発明者らの実験では、線速差をつけることで、虫喰いが悪化してしまうものもあった。
虫喰いに対する詳細な実験を行った結果、定性的に下記のことが判明した。
１．線速差は、感光体ドラムよりも中間転写ベルトが速くなるように設定する必要があり、速度比よりも実際の速度の差が重要である。理由は、ドラムよりベルトの線速を早くすると、ドラム上のトナーはニップ部通過中にベルト進行方向にせん断力を受ける上に、ドラムからベルトへと転写されるときの単位面積あたりのトナー粒子の数が減るので、ニップ部では実効的にトナー層が薄くなり、パッキングが起こりづらくなる。一方、ベルト線速を遅くしてしまった場合は、ベルト進行方向とは逆方向にせん断力が働くものの、先ほどと逆の現象で、ニップ部での実効的なトナー層が厚くなり、ひどいパッキングを起こしてしまうため、虫喰いは改善されない。また、比よりも差が重要なのは、上記原理で虫喰いが改善されていることを考えれば当然である。せん断力やトナー層を薄くする効果は、単位時間あたりドラムに対してどれだけベルトが先に進むかによって決まるからである。比で設定してしまうと、画像形成装置のプロセス線速によって効果の程度が左右されてしまう。
【０００７】
２．線速差をつけるだけでは虫喰い改善効果は得られない。感光ドラムよりも中間転写ベルトの動摩擦係数が大きくなければならず、同等か逆に小さい場合には、むしろ虫喰いは線速差をつけることで悪化する。理由は、せっかく線速差をつけることでせん断力を働かせたり、パッキングを極力抑えても、トナーの付着しやすさのパラメータの1つである動摩擦係数が感光ドラムの方が大きければ、ニップ出口でドラムとベルトが別れるときに、トナーがドラム側に残りやすくなってしまう。せん断力がかかったときに、ベルト側にトナーが転写されるためには、ベルトの動摩擦係数が大きい必要がある。
３．転写時にトナーに加わる圧力が大きく、過剰なパッキングがおこると、他のプロセス条件を変化させても虫喰いは完全に改善されない。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明は、定性的な傾向を元に更に実験を重ねて得た各転写プロセス条件を、定量性を持たせて設定することで、虫喰い画像のない良好な画像を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下のことを特徴とする。
１．本発明の画像形成装置は、回転することで繰り返し使用可能な機構を有し、潜像を担持することのできる像担持体と、帯電部材を像担持体表面に接触又は近接させて像担持体を帯電する帯電装置と、像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、像担持体に接触しつつ表面移動する中間転写体と、  像担持体と中間転写体との間に転写電界を形成して、像担持体に形成されたトナー像を、中間転写体上に転写する一次転写ローラと、中間転写体上に保持されたトナー像を様々なサイズの記録材上に転写する二次転写ローラとを有する画像形成装置おいて、前記像担持体と前記中間転写体との線速差が０．７ｍｍ／ｓ以上であり、かつ、動摩擦係数の差が０．０３以上であり、かつ、一次転写ローラの一次転写圧が１５Ｎ／ｍ以下であることを特徴とする。
２．前記中間転写体がベルト部材であって、ベルト部材のヤング率が５０００Ｍｐａ以下であることを特徴とする。
３．前記一次転写ローラの硬度がアスカーＣ６０°以下であることを特徴とする。
４．前記動摩擦係数の制御を、像担持体または中間転写体の少なくともどちらか１つに潤滑剤を塗布することにより行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、トナーのパッキングを抑え、かつ、せん断力で中間転写体へトナー像を転写することができるので、虫喰いのない良好な画像が得られる画像形成装置を提供することができる。
また、虫食いや放電現象に余裕を持たせることができ、像担持体と中間転写体との適正な動摩擦係数を簡易で安価に実現することのできる画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１２】
図１は、本発明の画像形成装置をフルカラーレーザープリンタに適用した例を示す全体構成図である。図２は、図１の画像形成装置の主要部を拡大して示す図である。
ここでは、フルカラーレーザープリンタを例に挙げて説明する。画像形成装置は、画像形成部１、書き込みユニット２、給紙トレイ３、紙搬送部４、定着装置５からなる。
画像形成装置は、その内部の略中央に中間転写ベルト５０１を備えている。中間転写ベルト５０１は、ポリイミドやポリアミド等の耐熱性材料からなり、中抵抗に調整された基体からなる無端状ベルトで、４つのローラ５０２、５０３、５０８、５０９に掛け回して支持され、図中矢印Ａ方向に回転駆動される。
【００１３】
中間転写ベルト５０１の下方にはイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色トナーに対応した４つの作像ユニットが中間転写ベルト５０１のベルト面に沿って並んでいる。各作像ユニットは感光体１０１、１０２、１０３、１０４を有し、各感光体の周りには、感光体表面に電荷を与える帯電装置２０１、２０２、２０３、２０４、感光体表面に形成された潜像を各色トナーで現像してトナー像とする現像装置４０１、４０２、４０３、４０４、トナー像転写後の感光体表面のクリーニングをするクリーニング装置３０１、３０２、３０３、３０４がそれぞれ配置されている。
また、４つの作像ユニットの下方には、帯電した各感光体の表面に各色の画像データに基づいて露光をし、潜像を形成する書き込みユニット２が備えられている。
中間転写ベルト５０１を挟んで、各感光体と対向する位置には、感光体上に形成されたトナー像を中間転写ベルト５０１上に一次転写する一次転写ローラ５０７、５０６、５０５、５０４がそれぞれ配置されている。一次転写ローラは、図示しない電源に接続されており、所定の電圧が印加される。
【００１４】
中間転写ベルト５０１のローラ５０２で支持された部分の外側には、二次転写ローラ６００が圧接されている。二次転写ローラ６００は、図示しない電源に接続されており、所定の電圧が印加される。二次転写ローラ６００と中間転写ベルト５０１との接触部が二次転写部であり、中間転写ベルト５０１上のトナー像が転写紙に転写される。
中間転写ベルト５０１のローラ５０９で支持された部分の外側には、二次転写後の中間転写ベルト５０１の表面をクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置５２０が設けられている。
二次転写部の上方には、転写紙上のトナー像を転写紙に半永久的に定着させる定着装置５が備えられている。
画像形成装置の下部には、転写紙を載置し、二次転写部に向けて転写紙を送り出す給紙トレイ３が備えられている。
【００１５】
以上の構成からなる画像形成装置の動作について説明する。パソコン等の外部装置から画像形成装置に画像信号が入力されると、図示しない画像信号処理部でこの画像信号をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色に変換したデジタル画像信号を作成し、書き込みユニット２にその画像信号を送る。
感光体１０１、１０２、１０３、１０４は、それぞれの表面が帯電装置２０１、２０２、２０３、２０４によって均一に帯電される。そして、書き込みユニット２が各色の画像信号に基づき、対応する感光体の表面を露光して各感光体に潜像を形成する。
【００１６】
各感光体表面に形成された潜像は、各現像装置４０１、４０２、４０３、４０４によってそれぞれ現像され、各色のトナー像となる。そして、各感光体上に担持されたトナー像は、感光体と中間転写ベルト５０１との接触部において、トナーの極性と逆の極性の一次転写電圧が印加された各一次転写ローラ５０７、５０６、５０５、５０４により、矢印Ａ方向に移動する中間転写ベルト５０１表面に順次重ね合わせて一次転写される。トナー像が一次転写された後の各感光体は、次の画像形成プロセスに備えて、それぞれクリーニング装置３０１、３０２、３０３、３０４によって表面がクリーニングされる。
【００１７】
このようにして中間転写ベルト５０１上には４色のトナー像が重ね合わされて、最終的にカラートナー像ができ、中間転写ベルト５０１の移動に従って二次転写部に達する。
一方、給紙トレイ３に載置された転写紙は、その一枚が給紙コロによって給紙され、レジストローラまで搬送されて待機する。レジストローラは、中間転写ベルト５０１上のカラートナー像が二次転写部に到達するタイミングに合わせて転写紙を送り出す。そして、二次転写部において、一次転写電圧と同極性の電圧が印加された二次転写ローラ６００により、中間転写ベルト５０１上のカラートナー像が転写紙に一括して二次転写される。二次転写後の中間転写ベルト５０１は、中間転写ベルトクリーニング装置５２０によってその表面に残留するトナーがクリーニングされる。
カラートナー像が転写された転写紙は、その後定着装置５に搬送され、そこで定着ベルトと加圧ローラとのニップを通過することで、熱と圧によって最終的なカラー画像が定着される。カラー画像が形成された転写紙は排紙ローラにより排出される。
【００１８】
図３は、図２のブラック（Ｋ）ステーションの一次転写部を拡大した図である。ブラックステーションについて説明する。なお、他色ステーションでも以下の説明は同様である。感光体ドラム１０４と中間転写ベルト５０１はそれぞれ不図示の駆動モータにより、感光ドラム１０４は時計回りに、中間転写ベルト５０１は図の右方向に、駆動・回転される。その線速をそれぞれ独立に設定できる構成となっており、感光ドラム１０４に対して中間転写ベルト５０１の線速を０．７ｍｍ／ｓ以上、例えば、２ｍｍ／ｓ速く設定する。一次転写ローラ５０４は、中間転写ベルト５０１に連れ回ることで、中間転写ベルト５０１と同じ線速で反時計回りに回転する。もちろん、独立駆動でも、中間転写ベルト５０１と同駆動でも、また中間転写ベルト５０１に連れ回る構成でもよい。さらに、感光ドラム１０４表面の動摩擦係数μ１０４と中間転写ベルト表面の動摩擦係数μ５０１との間に、μ５０１−μ１０４≧０．０３の関係が成り立つようにする。例えば、μ１０４＝０．２、μ１０５＝０．３とすればよい。さらに、一次転写ローラ５０４を感光ドラム１０４に向かって押し付ける不図示のバネを使用して、１５Ｎ／ｍ以下の転写圧を得るようにする。例えば、長さ２００ｍｍ、重さ１００ｇの一次転写ローラ５０４を、１Ｎのバネで感光ドラム１０４に当接すれば、転写圧約９．７Ｎ／ｍが得られる。
【００１９】
図４は、虫喰いに対する、線速差と動摩擦係数差の寄与を示す図である。横軸を線速差、縦軸を虫喰いランクとして、動摩擦係数差を０．０１および０．０３のときの実験結果を示している。転写圧は８．５Ｎ／ｍに固定している。この実験により、線速差が０．７ｍｍ／ｓ以上、かつ、動摩擦係数差が０．０３以上を満たすときに、虫喰いランク4の許容レベルとなる。
【００２０】
図５は、虫喰いに対する、転写圧の寄与を示す図である。線速差１．５ｍｍ／ｓ、かつ、動摩擦係数差０．１1という、図４で虫喰いランク５で、十分に安定している条件で、転写圧を振った実験結果が図５であるが、転写圧が１５Ｎ／ｍより大きい範囲では、虫喰いランクの低下が見られる。
以上により、一次転写圧を１５Ｎ／ｍとすることで、感光体に対する中間転写体の線速差を０．７ｍｍ／ｓ以上、かつ、動摩擦係数差を０．０３以上と設定することにより、トナーのパッキングを抑え、かつ、せん断力で中間転写体へトナー像を転写することができるので、虫喰いのない良好な画像が得られる。
【００２１】
図６は、虫喰いに対する、中間転写ベルトのヤング率の寄与を示す図である。図４でランク５を示す条件である線速差１．５ｍｍ／ｓ、動摩擦係数差０．１、転写圧８．５Ｎ／ｍという条件で、中間転写ベルトのヤング率を変えてプロットしたグラフである。５０００Ｍｐａを超えるとランクが５を下回り、許容レベルではあるものの、余裕度がなくなってしまうことが分かる。従って、余裕度を考慮して、中間転写ベルト５０１に、例えば、ヤング率４０００Ｍｐａのベルトを使用する。
中間転写ベルトのヤング率（硬度）を５０００Ｍｐａ以下にすることで、トナー層に対するベルト表面形状の追従性を持たせることができ、トナー層に加わる実効的な圧力を軽減し、より虫喰いに対して余裕度の高い構成とすることができる。
【００２２】
図７は、転写性に対する、一次転写ローラ硬度の寄与を示す図である。ベタ画像を転写した後の転写性ランクを縦軸に、一次転写ローラのローラ硬度を横軸にとったものであるが、６０°付近から転写性ランクの低下が見られる。これは、ローラの硬度が高くなると、感光体ドラムとのニップ幅が減り、放電現象が起こりやすくなり、転写性が不十分となるからである。従って、一転写ローラ５０４、５０５、５０６、５０７に、例えば、アスカーＣ４０°のスポンジローラを使用する。
一次転写ローラの硬度をアスカーＣ６０°以下とすることで、感光体と中間転写ベルトとの間のニップ幅を広げる効果が生まれる。また、虫喰いを改善するために転写圧を１５Ｎ／ｍ以下としたことにより、ニップ幅が減少することで起こりやすくなる放電現象の発生に対する余裕度を上げることができる。
【００２３】
図８は、ステアリン酸亜鉛塗布機構を有する感光体ドラムのクリーニング装置の拡大図である。感光体ドラム１０１〜１０４のクリーニング装置３０１〜３０４に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛塗布機構を設けて、感光体ドラム１０１〜１０４に塗布する。ステアリン酸亜鉛を固形化した固形潤滑剤３１２を回転可能な塗布ブラシ３１１にバネ３１３で押圧することで、塗布ブラシ３１１はステアリン酸亜鉛の粒子を掻き取り、感光体ドラム１０４に連続的に持続して塗布することができる。なお、中間転写ベルト５０１にステアリン酸亜鉛を塗布したい場合は、中間転写ベルトのクリーニング装置５２０に同様の構成を持たせればよい。
感光体と中間転写ベルトとの動摩擦係数を上記の所定の関係に保つために、これらの材料の選択や表面形状等により実現する場合は、材料の選択に対して厳しい制限が加わったり、表面加工のためにコストアップになる傾向がある。そこで、潤滑剤塗布を行うことで、より容易で安価に動摩擦係数の制御を行うことができ、虫喰い画像を改善することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の画像形成装置をフルカラーレーザープリンタに適用した例を示す全体構成図である。
【図２】図１のフルカラーレーザープリンタの画像形成部の構成図である。
【図３】図２のブラック（Ｋ）ステーションの一次転写部を拡大した図である。
【図４】虫喰いに対する、線速差と摩擦係数差の寄与を示す図である。
【図５】虫喰いに対する、転写圧の寄与を示す図である。
【図６】虫喰いに対する、中間転写ベルトのヤング率の寄与を示す図である。
【図７】転写性に対する、一次転写ローラ硬度の寄与を示す図である。
【図８】ステアリン酸亜鉛塗布機構を有する感光体ドラムのクリーニング装置の拡大図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  画像形成部
２  書き込みユニット
３  給紙トレイ
４  紙搬送部
５  定着装置
１０１、１０２、１０３、１０４  感光体ドラム（順にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）
３０１、３０２、３０３、３０４  クリーニング装置（順にＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋ）
３１１  潤滑剤塗布ブラシ
３１２  固形潤滑剤
３１３  バネ
５０１  中間転写ベルト
５０４、５０５、５０６、５０７  一次転写ローラ（順にＫ、Ｍ、Ｃ、Ｙ）
５２０  中間転写ベルトのクリーニング装置
６００  二次転写ローラ
【図１】
2006145805.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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