JP5124098B2 - 転写ベルトユニット、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
この種の画像形成装置では、転写ベルト上に一次転写されたトナー像を記録体に精度よく二次転写するために、転写ベルトに張力を印加して張った状態で無端移動させる必要がある。しかし、転写ベルトに常に張力を印加していると、装置停止時に小さな曲率となった部分では、カール癖と呼ばれる定着ベルトの変形が生じることがあった。
上記カール癖は転写ベルトの材料の引張弾性応力が高いほど発生しやすく、引張弾性応力が従来よりも低い材料を用いることにより、張力を調節する機構を設けることなく、カール癖の発生を抑制することができることが本発明者らの鋭意研究により明らかになった。
しかしながら、転写ベルトとして従来よりも引張弾性応力が低い材料を用いると、その設定によっては、ベルトの端部割れが生じたり、ベルトの波打ちが生じたりする問題が生じた。なお、ベルトの端部割れとは複数の張架ローラの少なくとも一つがその軸方向端部に備えるベルトの軸方向の移動を規制する規制部材に、転写ベルトの幅方向の端部が接触することで、転写ベルトの端部が割れることをいう。また、ベルトの波打ちとは、規制部材にベルトの端部が接触し、変形することにより、接触した箇所に対して転写ベルトの無端移動方向下流側が波打った状態となることをいう。
ただし、ベルト張力は、転写ベルトの無端移動方向にかかる張力[N]を、無端移動方向に対して直角な方向の転写ベルトの長さであるベルト幅[m]で除した値である。
また、請求項2の発明は、請求項1の転写ベルトユニットにおいて、上記複数の張架ローラの少なくとも一つが金属ローラであることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、複数の像担持体と、該像担持体上に画像を書き込む書き込み手段と、該像担持体上の画像をトナー像化する現像手段とをそれぞれ備える画像形成部と、該複数の像担持体のそれぞれと対向する複数の一次転写部でトナー像をその表面に転写され、転写材と対向する二次転写部でその表面のトナー像を該転写材に転写する転写ベルトを備える転写ベルトユニットとを有する画像形成装置において、該転写ベルトユニットとして、請求項1または2に記載の転写ベルトユニットを備えることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、複数の像担持体と、該像担持体上に画像を書き込む書き込み手段と、該像担持体上の画像をトナー像化する現像手段とをそれぞれ備える画像形成部と、該複数の像担持体のそれぞれと対向する複数の一次転写部でトナー像をその表面に転写され、転写材と対向する二次転写部でその表面のトナー像を該転写材に転写する無端状の転写ベルトと、該二次転写部で該転写ベルトと対向しニップを形成する二次転写ローラと、該転写ベルトを張架する複数の張架ローラと、該複数の張架ローラの少なくとも一つに回転駆動を伝達する駆動手段とを有し、該複数の張架ローラの少なくとも一つの軸方向の端部に、該転写ベルトの該軸方向の移動を規制する規制部材を備える画像形成装置において、該転写ベルトについて、ベルト厚さが100[μm]以上、200[μm]以下、ベルト張力が80[N/m]以上、180[N/m]以下、ベルト引張弾性率が1000[MPa]以上、2000[MPa]以下で、該転写ベルトは、サーモプラスチックエラストマーからなり、該二次転写ローラの硬度がアスカーC硬度アスカーC硬度で35[°]以上、50[°]以下であり、且つ、該複数の張架ローラの外径が6[mm]以上であり、上記像担持体と上記転写ベルトを挟んで対抗し一次転写部を形成する一次転写ローラを有し、上記一次転写ローラは樹脂層を備えない金属ローラであり、該一次転写ローラは上記像担持体に対してオフセット配置されていることを特徴とするものである。
ただし、ベルト張力は、転写ベルトの無端移動方向にかかる張力[N]を、無端移動方向に対して直角な方向の転写ベルトの長さであるベルト幅[m]で除した値である。
また、請求項5の発明は、請求項4の画像形成装置において、上記複数の張架ローラの少なくとも一つが金属ローラであることを特徴とするものである。
よって、転写ベルトを設置する条件を上記請求項1に記載の範囲に設定することで、ベルトの端部割れ、及びベルトの波打ちの発生を抑制することができる。また、表2を用いて後述する本発明者らの実験の結果、上記請求項1の範囲に設定すると、カール癖の発生も抑制することができることが分かった。
また、上記請求項4乃至5の画像形成装置においては、表1を用いて後述する本発明者らの実験の結果、転写ベルトの設定が上記請求項4に記載の範囲から外れると、ベルトの端部割れ、またはベルトの波打ちが発生することが分かった。
よって、転写ベルトを設置する条件を上記請求項4に記載の範囲に設定することで、ベルトの端部割れ、及びベルトの波打ちの発生を抑制することができる。また、表2を用いて後述する本発明者らの実験の結果、上記請求項4の範囲に設定すると、カール癖の発生も抑制することができることが分かった。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置としてのプリンタ100の一例を示す概略構成図である。プリンタ100は、4つの像担持体としての感光体ドラムを備えた中間転写方式で電子写真方式のタンデム型画像形成装置である。
駆動ローラである二次転写対向ローラ21としては、ポリウレタンゴム(肉厚0.3〜1[mm])、薄層コーティングローラ(肉厚0.03〜0.1[mm])等が使用可能である。本実施形態では温度による径変化が小さいウレタンコーティングローラ(肉厚0.05[mm]、φ20[mm])を使用した。
なお、本実施形態では規制部材をテンションローラ20にのみ設けているが、二次転写対向ローラ21や他の張架ローラに設けても良い。
また、中間転写ベルト15の抵抗として、23[℃]50[%RH]の環境にて体積抵抗率108〜1011[Ω・cm]、表面抵抗率108〜1011[Ω/□](共に三菱化学社製HirestaUP MCP−HT450にて測定、印加電圧500[V]、印加時間10[秒])の範囲であることが望ましい。中間転写ベルト15の体積抵抗率及び表面抵抗率がこれらの範囲を上回ると、転写バイアスを高くする必要が生じるため、電源コストの増大を招く。また、中間転写ベルト15が帯電するため、作像順の下流側へ行くほど、設定電圧値を高くするなどの処置が必要となるため、一次転写部材に電圧を印加する供給電源として、単独の供給電源を使用することが困難となる。これらは、転写バイアスを受けることにより中間転写ベルト15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15を除電するための除電機構が必要となり、コスト増大につながる。一方、体積抵抗率および表面抵抗率が上述した範囲を下回ると、中間転写ベルト15の帯電電位の減衰が速くなるため、自己放電による除電には有利となるが、転写時に流れる転写電流が面方向に流れやすくなるのでトナーの飛び散りが発生してしまう。したがって、中間転写ベルト15の体積抵抗率及び表面抵抗率は上述した範囲内であるのが好ましい。
中間転写ベルト15の材料としてTPEを用いることにより、上記のベルト引張弾性率の範囲を満たしつつ、電気抵抗について表面抵抗率と体積抵抗率とのバランスを調節しやすいという利点がある。表面的効率と体積低効率とを所望のバランスに調節できることにより、良好な転写を行うことができ、この調節が比較的容易であることにより、低コスト化を図ることができる。
二次転写バイアスローラ25は、SUS等の金属製芯金上に、導電性材料によって106〜1010[Ω]の抵抗値となるように調製されたウレタン等の弾性層を被覆することで構成されている。その材料としては、イオン導電性ローラ(ウレタン+カーボン分散、NBR、ヒドリン)や電子導電タイプのローラ(EPDM)等が用いることができる。本実施形態ではφ20[mm]、アスカーC硬度35〜50[°]の発泡ローラとしてのウレタンローラを用いた。
一方、二次転写バイアスローラ25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のトナー像が重なった画像部分と単色の画像部分との間で良好な転写性を両立できなくなる。これは、二次転写バイアスローラ25の抵抗値が低いため、二次転写バイアスを単色の画像部分について最適な転写電流が得られる比較的低い電圧に設定すると、複数色の画像部分については十分な転写電流が得られず、逆に、二次転写バイアスを複数色の画像部分について最適な転写電流が得られる比較的高い電圧に設定すると、単色の画像部分については過剰な転写電流が流れて転写効率の低減を招くからである。
なお、二次転写バイアスローラ25の抵抗値は、導電性の金属製板に二次転写バイアスローラ25を設置し、芯金両端部に片側4.9[N](両側で合計9.8[N])の荷重を掛けた状態にて、芯金と金属製板との間に1000[V]の電圧を印加した時に流れる電流値から算出したものである。
実験として、上述したような転写ベルトユニットおよびこれを備えた画像形成装置にて、ベルト厚さ、ベルト張力、ベルト引張弾性率、一次転写ローラ径、クリーニング対向ローラ径、二次転写バイアスローラ硬度を変更し、下記の評価を行った。
まず、駆動試験として、転写ベルトユニットを120[mm/s]のプロセススピードにて連続駆動させ、ベルトの端部割れ、ベルトの波打ちの発生の有無を評価した。
ベルトの端部割れの不良は目視にて確認されるベルト端部における1[mm]以上の亀裂、波打ちは目視にて確認されるベルト端部から30[mm]付近の位置における1[mm]以上のベルト表面凹凸と定義する。なお一次転写ローラ、ベルトクリーニング対向ローラは図1のごとく巻き付け角が浅く、ローラ外径が駆動試験結果に大きく影響しないことは自明であることから、共にφ8[mm]の金属ローラを使用した。
駆動試験の結果を表1に示す。
次に保管試験として、画像形成装置を45[℃]90[%RH]の環境下に二週間放置した後、23[℃]50[%RH]で600[dpi]にて単色ハーフトーン画像を印字出力し、カール癖(横スジ)について評価をおこなった。なお、保管試験では実験簡略化のため、転写ベルトとして上記駆動試験で、「割れ」、「波打ち」ともに良好な実験結果を得た、ベルト厚さ150[μm]、ベルト引張弾性率1500[MPa]のものを用いた。
保管試験の結果を表2に示す。
また、表2の実施例1、及び実施例8より、ローラ径が小さいほど、カール癖が生じ易いことが確認できる。
表2の実施例9、実施例10、比較例8及び比較例9より、二次転写バイアスローラの硬度が高すぎても、低すぎても画像上に横スジが生じることが確認できる。二次転写バイアスローラが高硬度であるとローラとベルトとの接触性が低下し、二次転写ニップ形成が不安定となり画像が乱れる。さらに、比較例9では転写ベルトのカール癖を敏感に拾ってしまい、転写ベルトのカール癖に起因する横スジ画像となる。また、二次転写バイアスローラが低硬度であると二次転写バイアスローラ自体が放置により変形してしまい、二次転写バイアスローラの変形に起因する横スジ画像となる。
よって、中間転写ベルト15と二次転写バイアスローラ25とを上記範囲に設定することにより信頼性の高い画像形成装置としてのプリンタ100を提供することができる。
また、転写ユニット30が二次転写バイアスローラ25も一体的に支持する構成では、中間転写ベルト15と二次転写バイアスローラ25とを上記範囲に設定することにより信頼性の高い転写ベルトユニットとしての転写ユニット30を提供することができる。
また、転写ユニット30が二次転写バイアスローラ25も一体的に支持する構成では、信頼性の高い転写ベルトユニットとしての転写ユニット30を実現することができる。
また、中間転写ベルト15の材料として、TPE(サーモプラスチックエラストマー)を用いることにより、上述のベルト引張弾性率を満たす、中間転写ベルト15を安価に実現することができる。
また、複数の張架ローラのうちの一次転写バイアスローラ5Y,M,C,Kとして、金属ローラを用いることにより、樹脂層を備えたローラを用いるものに比べて低コスト化を図ることができる。
また、二次転写ローラである二次転写バイアスローラ25として、硬度アスカーC硬度で35[°]以上、50[°]以下の発泡ローラであるウレタンローラを用いることにより、画像形成に適した二次転写ニップを形成することができ、良好な画像を形成することができる。
また、一次転写バイアスローラ5Y,M,C,Kは感光体ドラム1に対してオフセット配置されていることにより、一次転写ニップを安定形成することができ、良好な一次転写を行うことができるため、良好な画質を得ることができる。
また、画像形成装置であるプリンタ100の転写ベルトユニットとして、二次転写バイアスローラ25を備えた転写ユニット30を用いることにより、信頼性が高い画像形成装置を実現することができる。
2Y,M,C,K 帯電器
4Y,M,C,K 現像器
5Y,M,C,K 一次転写バイアスローラ
6Y,M,C,K クリーニングブレード
7Y,M,C,K 感光体廃トナー回収部
8Y,M,C,K 感光体クリーニング装置
10Y,M,C,K プロセスカートリッジ
15 中間転写ベルト
16 ベルトクリーニング対向ローラ
20 テンションローラ
20a カラー
21 二次転写対向ローラ
22 転写紙
23 給紙搬送ローラ
24 レジストローラ対
25 二次転写バイアスローラ
26 定着装置
30 転写ユニット
31 クリーニングブレード
32 転写ベルト廃トナー回収部
33 ベルトクリーニング装置
34 廃トナー収容部
100 プリンタ
Claims (5)
- 像担持体からトナー像を転写され、該トナー像を転写材に転写する無端状の転写ベルトと、
該転写ベルト上の該トナー像を該転写材に転写する二次転写部で該転写ベルトと対向しニップを形成する二次転写ローラと、
該転写ベルトを張架する複数の張架ローラと、
該複数の張架ローラの少なくとも一つに回転駆動を伝達する駆動手段とを有し、
該複数の張架ローラの少なくとも一つの軸方向の端部に、該転写ベルトの該軸方向の移動を規制する規制部材を備える転写ベルトユニットにおいて、
該転写ベルトについて、
ベルト厚さが100[μm]以上、200[μm]以下、
ベルト張力が80[N/m]以上、180[N/m]以下、
ベルト引張弾性率が1000[MPa]以上、2000[MPa]以下で、
該転写ベルトは、サーモプラスチックエラストマーからなり、
該二次転写ローラの硬度がアスカーC硬度アスカーC硬度で35[°]以上、50[°]以下であり、
且つ、該複数の張架ローラの外径が6[mm]以上であり、
上記像担持体と上記転写ベルトを挟んで対抗し一次転写部を形成する一次転写ローラを有し、
該一次転写ローラは樹脂層を備えない金属ローラであり、
該一次転写ローラは上記像担持体に対してオフセット配置されていることを特徴とする転写ベルトユニット。
ただし、ベルト張力は、転写ベルトの無端移動方向にかかる張力[N]を、無端移動方向に対して直角な方向の転写ベルトの長さであるベルト幅[m]で除した値である。 - 請求項1の転写ベルトユニットにおいて、
上記複数の張架ローラの少なくとも一つが金属ローラであることを特徴とする転写ベルトユニット。 - 複数の像担持体と、該像担持体上に画像を書き込む書き込み手段と、該像担持体上の画像をトナー像化する現像手段とをそれぞれ備える画像形成部と、
該複数の像担持体のそれぞれと対向する複数の一次転写部でトナー像をその表面に転写され、転写材と対向する二次転写部でその表面のトナー像を該転写材に転写する転写ベルトを備える転写ベルトユニットとを有する画像形成装置において、
該転写ベルトユニットとして、請求項1または2に記載の転写ベルトユニットを備えることを特徴とする画像形成装置。 - 複数の像担持体と、該像担持体上に画像を書き込む書き込み手段と、該像担持体上の画像をトナー像化する現像手段とをそれぞれ備える画像形成部と、
該複数の像担持体のそれぞれと対向する複数の一次転写部でトナー像をその表面に転写され、転写材と対向する二次転写部でその表面のトナー像を該転写材に転写する無端状の転写ベルトと、
該二次転写部で該転写ベルトと対向しニップを形成する二次転写ローラと、
該転写ベルトを張架する複数の張架ローラと、
該複数の張架ローラの少なくとも一つに回転駆動を伝達する駆動手段とを有し、
該複数の張架ローラの少なくとも一つの軸方向の端部に、該転写ベルトの該軸方向の移動を規制する規制部材を備える画像形成装置において、
該転写ベルトについて、
ベルト厚さが100[μm]以上、200[μm]以下、
ベルト張力が80[N/m]以上、180[N/m]以下、
ベルト引張弾性率が1000[MPa]以上、2000[MPa]以下で、
該転写ベルトは、サーモプラスチックエラストマーからなり、
該二次転写ローラの硬度がアスカーC硬度アスカーC硬度で35[°]以上、50[°]以下であり、
且つ、該複数の張架ローラの外径が6[mm]以上であり、
上記像担持体と上記転写ベルトを挟んで対抗し一次転写部を形成する一次転写ローラを有し、
上記一次転写ローラは樹脂層を備えない金属ローラであり、
該一次転写ローラは上記像担持体に対してオフセット配置されていることを特徴とする画像形成装置。
ただし、ベルト張力は、転写ベルトの無端移動方向にかかる張力[N]を、無端移動方向に対して直角な方向の転写ベルトの長さであるベルト幅[m]で除した値である。 - 請求項4の画像形成装置において、
上記複数の張架ローラの少なくとも一つが金属ローラであることを特徴とする画像形成装置。
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