JP2004102190A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、レーザビームプリンタ等の４連タンデム方式のカラー画像形成装置に関し、とくに、転写ベルトの内面側に配設されるバックアップローラ（高抵抗ローラ）の特性に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年におけるカラー画像出力装置の高速化、及び高機能化の流れにより、従来は中間転写体を用いたカラー画像形成装置が主流であったのに対し、最近では複数の像担持体、及び現像装置を含む画像形成ユニットを転写ベルトに対向させて並列に並べ、像担持体上のトナー像を、転写ベルト上に静電吸着させた転写紙（記録材）上に順次転写させる構成の４連タンデム方式のカラー画像形成装置が主流を占めるようになってきた。
【０００３】
また、パソコンで編集される各種アプリケーションのアウトプットおよびデジタルカメラの画像を気軽にプリントするなどの用途の増大に、カラー化へのニーズが高まっており、これにより、これまでのように空調設備の整ったオフィス環境のみならず、より幅広いユーザに使われるようになってきたことから、出力メディア（記録材）も普通紙のみならずアート紙など、より多様・多彩となり、使用温湿度条件も、これまでより広い範囲をカバーできるような、汎用性の高さが要求されるようになってきた。また、このようなユーザ層の広がりにより、機械（画像形成装置）は、よりコンパクトなものが要求されるようになってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４連タンデム方式を用いたカラー画像形成装置は、従来方式である中間転写体を用いたカラー画像形成装置に比べ、圧倒的に速いプリント速度得られるメリットがある反面、転写ベルト上に静電吸着された記録材は、（各色像担持体上のトナー像をバイアス印加により記録材上に転写させている）各色の転写ニップ部を通過することにより、像担持体と記録材（転写紙）との間に生じる剥離放電を受けて帯電するため、下流側のステーションに進むに従い、記録材上は徐々にチャージアップ（保持される電荷量が蓄積されていく）してしまい、次のステーションのニップ部入口であって、転写紙がまだ感光体に密着していないような領域で転写バイアスによる強電界が形成されている場合は、飛び散り画像が発生しやすくなってしまう。
【０００５】
この飛び散り画像は、画像形成装置の小型化を図るために像担持体である感光体を小径化した場合には、像担持体と転写バイアス印加部材とのニップ幅が狭くなってしまうため、より顕著に発生しやすくなる。
【０００６】
このような前飛びの不具合を防止するためには、特開昭６３−９７９７６号公報に開示されているように、転写紙が転写バイアスの強電界を受ける前に感光体と密着させるために押圧ローラを設ける構成とすれば良く、また、この押圧ローラを導電性ローラとして接地する構成とすれば、転写ニップ部入口の電界を弱くすることができるが、４連タンデム転写方式には、この導電性押圧ローラをそのまま適用することはできない。
【０００７】
それは、この特開昭６３−９７９７６号公報の実施例に示されるモノクロ単色機のように、転写ニップ部への進入時点で、まだ転写紙上にトナー像が形成されていない場合には、転写ニップ部入口の電界をできるだけ小さくするために押圧ローラを導電性とすればよいのであるが、４連タンデム構成の場合、第１ステーション以降の転写紙上にはトナー像が形成されているため、転写紙が次ステーションの導電性押圧ローラに近づくに従い、転写紙上トナーの電界は無限大から急激に小さくなるため、トナーとローラ（ＧＮＤ）とのギャップがパッシェン則に示される放電限界を超えた時点で放電が起こり、トナーチリとなってしまう。すなわち，この押圧ローラに対するチリは、特にＲＧＢのような２色重ねのライン画像で発生しやすい。そのため、４連タンデム機にあっては、転写ニップ部入口に配置するローラは導電性であるよりも、むしろある程度の抵抗（抵抗層）を持ったもの、すなわち高抵抗ローラであることが望ましい。
【０００８】
しかしながら、高抵抗体（体積抵抗率：１０１０Ω・ｃｍ以上）である転写ベルトに対し、高抵抗の押圧ローラを当接させ、転写ベルトを回転（循環走行）させると、今度はローラとベルトとの間で摩擦帯電が生じ、ローラに蓄積される帯電電荷がある限界値を超えると、同様に異常放電を起こしてしまう。
【０００９】
そして、この異常放電が起こった時に転写ベルト上に転写紙がある場合には、放電を受けた転写ベルト上の転写紙部分は、放電を受けなかった周囲に対し電位が異なるため、次のステーションで転写バイアス印加による転写を行おうとした時にその部分だけ、必要な電界が得られず転写が行われなくなり、異常画像が発生することが判った。
【００１０】
ここで言う異常画像とは、特にハーフトーン部において目立ちやすく、ハーフトーン画像の一部が米粒状に白く抜けるような斑点画像である。この斑点画像は、ローラ及び転写ベルトが高抵抗化する低温低湿環境条件下に加え、転写紙上に保持される電荷量が高くなる場合にも発生しやすくなる。このため、定着工程通過により含水分率が著しく低下した転写紙の裏面に対しプリントを行うような自動両面プリント時、またはＯＨＰフィルムのように体積抵抗率の非常に高い記録材（１０１４Ω・ｃｍ以上）にプリントする場合に、特に発生しやすくなる。
【００１１】
以上をまとめると次のとおりである。
機械の高速化／小型化のニーズに応えるための手段として、４連タンデム方式／小径ドラムを採用すると転写ニップ幅が狭くなり、転写紙が転写ニップ部に入る前に転写電界が作用してしまい、前飛びのチリが発生する。このチリ対策として、転写ニップ部の入口側に押圧ローラを設けることが考えられる。しかし、これが導電性であった場合、この導電ローラに対し転写紙上のトナーが散る現象が発生してしまう。また、上記押圧ローラが絶縁性であった場合、この絶縁ローラと転写ベルトとで摩擦帯電によって起こる異常放電により、米粒状の白抜け画像が発生する。このように、どちらにしても不具合が生じてしまう。
【００１２】
本発明は上記問題点に鑑みなされたもので、その目的は、４連タンデム転写方式のカラー画像形成装置において、転写ベルトの内面側（転写紙搬送面と反対側）に配置する高抵抗ローラであるバックアップローラの特性値を特定の範囲に限定することにより、たとえば両面プリントの第２面プリント時、またはＯＨＰフィルムのような高抵抗記録材への転写時、特に低湿度環境におけるこれら転写材への転写時に発生しやすくなる異常画像を防止し、良好な画質が安定して得られるカラー画像形成装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
従来技術の上記不具合は、以下の構成を備えた本発明により解消される。
請求項１に係る発明は、複数の像担持体上に形成されたトナー像を、転写ベルトで搬送される転写紙（記録材）上に転写バイアス印加部材を用いて順次転写することによりカラー画像を得る画像形成装置において、転写ベルトの内面側から該転写ベルトに当接するバックアップローラは、体積抵抗率が１０９ Ω・ｃｍ以上であり、かつ表面粗さＲｚが６μｍ以上であることを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
請求項２に係る発明は、複数の像担持体上に形成されたトナー像を、転写ベルトで搬送される転写紙上に転写バイアス印加部材を用いて順次転写することによりカラー画像を得る画像形成装置において、転写ベルトの内面側から該転写ベルトに当接するバックアップローラは、体積抵抗率が１０９ Ω・ｃｍ以上であり、かつ表面粗さＲａが１．５μｍ以上であることを特徴とする画像形成装置である。
【００１５】
請求項３に係る発明は、転写ニップ部を形成するための補助ローラとしてバックアップローラを、各転写ステーションの転写ニップ部上流側、かつ転写ニップ部近傍に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置である。
【００１６】
請求項４に係る発明は、転写バイアス印加部材として弾性を有するものを設け、該弾性に基づく適宜大きさの押圧力を、転写ベルトを介して像担持体に付与したことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置である。
【００１７】
請求項５に係る発明は、転写バイアス印加部材がブラシ状であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置であり、請求項６に係る発明は、転写バイアス印加部材がマイラ状であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置であり、請求項７に係る発明は、転写バイアス印加部材がブレード状であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置である。
【００１８】
請求項８に係る発明は、像担持体の外径が４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置である。
【００１９】
請求項９に係る発明は、転写ベルトの体積抵抗率が１０１０Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置である。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、転写紙の両面に画像形成を行う両面印刷機能を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の画像形成装置である。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、バックアップローラが金属製芯金の外周面に樹脂層を設けたものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の画像形成装置である。本発明では、高剛性のバックアップローラが提供できる。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、バックアップローラの表面に、ダイスを用いる転造加工により凹凸を形成したことを特徴とした請求項１〜１１のいずれかに記載の画像形成装置である。バックアップローラ表面に、単なる研磨による荒らし加工を施した場合には、使用時の摩耗により凹凸が消失しやすいが、本発明では、バックアップローラ表面の凹凸形状が長期間使用しても維持される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
第１の実施の形態
図１は、本発明を適用したカラー画像形成装置の全体構造を示す概略図である。このカラー画像形成装置は手差しトレイ３６、給紙カセット３４ａ（第１給紙トレイ）および３４ｂ（第２給紙トレイ）の３つの給紙トレイを備え、手差しトレイ３６から給紙された転写紙は給紙コロにより直接レジストローラ２３へ、また給紙トレイ３４ａ，３４ｂから給紙された転写紙は、給紙コロにより中間ローラ３９を経てレジストローラ２３に搬送される。感光体ドラム（後記）上に作像された画像が転写紙の先端にほぼ一致するタイミングでレジストクラッチ（不図示）がＯＮされ、転写紙は転写ベルト１８へと搬送され、この転写ベルトとこれに当接した紙吸着ローラ４１とで構成される紙吸着ニップ部を通過する際、紙吸着ローラ４１に印加されたバイアスにより転写ベルト１８に吸着され、所定のプロセス線速（たとえば１２５ｍｍ／ｓｅｃ）で搬送される。
【００２４】
転写ベルト１８に吸着された転写紙には、転写ベルト１８を挟んで各色の感光体ドラム１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｍ，１４Ｙと対向した位置に配置された転写ブラシ２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙにトナーの帯電極性（マイナス）と逆極性の転写バイアス（プラス）が印加されることにより、各感光体ドラムに作像された各色のトナー像がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック（Ｂｋ）の順に転写される。各色の転写工程を経た転写紙は、転写ベルトユニットの駆動ローラ１９で転写ベルトより曲率分離されて定着部２４に搬送され、定着ベルト２５と加圧ローラ２６とで構成される定着ニップ部を通過することにより、トナー像が転写紙に定着される。その後、片面プリントの場合には、ＦＤトレイ３０に排出される。
【００２５】
また、あらかじめ両面印刷モードを選択した場合には、定着部２４を通過した転写紙は、両面反転ユニット（不図示）に送られ、同反転ユニットにて転写紙の表裏を反転されてから、転写ユニット下部に位置する両面搬送ユニット３３に搬送される。ついで転写紙は、再び中間ローラ３９を経て、レジストローラ２３に搬送され、以降は、片面プリント時に行われるプロセス動作と同様の動作を経て、定着部２４を通過し、ＦＤトレイ３０に排出される。このカラー画像形成装置において、作像部（画像形成部）は、各色ともに感光体ドラム１４Ｂ〜１４Ｙ、帯電ローラ、クリーニング部を持つ作像ユニット１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｍおよび１２Ｙと、現像ユニット１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｍおよび１３Ｙにより構成されている。
【００２６】
以下、上記作像部の動作を説明する。画像形成に先立ち、外径３０ｍｍの感光体ドラム１４Ｂ〜１４Ｙはメインモータ（不図示）により回転駆動され、帯電ローラに印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により除電され、その表面電位が略−５０Ｖの基準電位となる。つぎに、感光体ドラム１４Ｂ〜１４Ｙには、帯電ローラにＡＣバイアスを重畳したＤＣバイアス（−５００Ｖ〜−７００Ｖ）を印加することにより、ほぼＤＣ成分に等しい電位に均一に帯電されて、その表面電位がほぼ−５００Ｖ〜−７００Ｖ（目標帯電電位は、プロセス制御部により決定される）に一様に帯電される。
【００２７】
ついで、プリンタ画像としてコントローラ部より送られてきたデジタル画像情報は、各色毎の２値化されたＬＤ発光信号に変換され、シリンダレンズ、ポリゴンモータ（ポリゴンミラー）、ｆθレンズ、第１〜第３ミラーおよびＷＴＬレンズを備えた書き込みユニット１６を介して、各色の感光体ドラム１４Ｂ〜１４Ｙ上に照射される。そして、この感光体上表面のレーザ光照射部分の電位が略−５０Ｖとなり、画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２８】
感光体上の各色画像情報に対応した静電潜像は、現像ユニット１３Ｂ〜１３Ｙによる現像工程にて、現像スリーブにＡＣバイアスを重畳したＤＣ（−３００Ｖ〜−６００Ｖ）が印加されることで、静電潜像部に２成分現像方式によるトナー（Ｑ／Ｍは、−２０〜−３０μＣ／ｇ）が現像され、トナー像が形成される。
【００２９】
このように作像された各色の感光体上のトナー画像は、以下の工程で転写紙上に転写される。すなわち、レジストローラ２３より搬送され、紙吸着ローラ４１のニップ部通過により転写ベルト１８上に吸着された転写紙上に、この転写ベルト１８を挟んで感光体と対向した位置に配置されている転写ブラシ２１Ｂ〜２１Ｙに印加される、トナーの帯電極性とは逆極性のバイアス（転写バイアス）により、感光体上のトナー画像が転写紙上に転写される。
【００３０】
ここで、本発明に係るバックアップローラ（高抵抗ローラ）は、図１に符号２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｍ，２０Ｙで示されるものであり、これらは直径３０ｍｍの小径感光体と転写ベルト１８とで構成される転写ニップ部を広くするための補助ローラとして、転写ユニット内でバネ加圧により位置決めされている。
【００３１】
本発明の実施例では、上記バックアップローラとして、直径６ｍｍの金属ローラの外周面に１ｍｍ厚のＡＢＣ樹脂（体積抵抗率は１０１５Ω・ｃｍ〜１０１６Ω・ｃｍ）を圧入して最終直径（外径）を８ｍｍとし、このローラのＡＢＣ樹脂層表面にダイスによる転造加工で凹凸を形成したものを用いた。上記ＡＢＣ樹脂層の厚みは、以下の実験により設定した。
【００３２】
＜実験条件＞
・環境条件：低温低湿（１０℃、１５％ＲＨ）
・通紙モード：フルカラーモードの両面プリント時第２面
・バックアップローラ水準：
（Ａ）金属ローラ
（Ｂ）金属ローラ＋絶縁チューブ（０．３５ｍｍ厚）
（Ｃ）金属ローラ＋樹脂層（１ｍｍ厚）：上記したもの
・トナー付着量（ｍｇ／ｃｍ２ ）の制御範囲：
（１）下限は、中央値−０．１
（２）中央値
（３）中央値＋０．１
（４）上限は、中央値＋０．２
なお、それぞれのバックアップローラでは、いずれも最終外径が８ｍｍとなるように、あらかじめ芯金ローラの径を設定した。
【００３３】
結果を示す図２において、横軸は上記トナー付着量（ｍｇ／ｃｍ２ ）の制御範囲である。縦軸は「トナーチリ」のランクであり、この数値が小さいほど、トナーチリの発生程度が低いことを意味する。同図において、グラフＡは金属ローラ、グラフＢは金属ローラ＋絶縁チューブ（０．３５ｍｍ厚）、グラフＣは金属ローラ＋樹脂層（１ｍｍ厚）についての結果であり、これら３種類のバックアップローラでは、本発明に係る上記（Ａ）が最も優れていることが分かる。つぎに、このような結果となった理由について、図３を参照して説明する。
【００３４】
第１ステーション（Ｙｅｌｌｏｗ）を通過した転写紙は、通過の際の剥離放電により、転写紙側がマイナスに帯電する。これは，本実施例における画像形成装置においては、ネガポジ現像方式を用い、マイナス帯電した感光体に対しマイナストナーを現像し、これをプラスの転写バイアスにより転写させているため、転写ニップ部における剥離放電では、感光体のマイナス電荷が転写紙に放電されるためである。
【００３５】
このようにマイナスに帯電した転写紙に対し、第２ステーション（Ｍａｇｅｎｔａ）ではマイナスのトナーを転写するべく、転写後の状態は転写紙のマイナスとトナーのマイナスとで反発しあうため、電気的に非常に不安定な状態となる。このように電気的に不安定な転写紙上のトナーが、紙の搬送により金属製のバックアップローラ２０Ｃに近づくと、トナーにかかる電界は無限大から急激に小さくなるため、パッシェン則で示される、ある放電限界点を超えるとローラに対し放電するためにチリとなる。また、Ｍａｇｅｎｔａトナー転写後の第３ステーションでは、転写ニップ部においてＣｙａｎトナーを転写した後、転写ニップ部出口で受ける剥離放電により転写紙および、Ｍａｇｅｎｔａトナー上のＣｙａｎトナー（Ｍａｇｅｎｔａ文字画像上のＣｙａｎ文字画像）は更にマイナスに帯電するが、紙とトナーとの誘電率の違いにより、文字部分であるトナー部の方がトナーが存在しない周囲に対し、より高いマイナスに帯電し、更に電気的に不安定な状態となり、第４ステーション前のバックアップローラ２０Ｂが金属ローラである場合には、先と同様に激しく放電が起こるため、よりレベルの悪いチリが発生するものと考えられる。
【００３６】
これに対し、金属ローラの周囲に絶縁チューブを巻いたバックアップローラや、より厚みのある樹脂層を巻いたバックアップローラでは、ＧＮＤに対する距離を稼げるため、異常放電に対する余裕度が増し、樹脂層厚み１ｍｍとした場合には、図２に示す通り、狙いのトナー付着量制御範囲内において、ほぼ問題ないランク４．５以上の画像が得られることが確認された。
【００３７】
そこで、このバックアップローラ条件（φ６ｍｍの金属ローラ＋１ｍｍ厚のＡＢＣ樹脂層）にて各種通紙確認を行った。ところが、先のチリの場合と同様に、低湿度環境では、普通紙に対するＢｋ全面ハーフトーン画像の両面プリント時第２面、およびＯＨＰへのハーフトーンプリント時に、ハーフトーンが部分的に米粒状に白抜けしてしまう不具合が発生した。
【００３８】
その原因について解析を行った結果、第４ステーションであるＢｋのバックアップローラ２０Ｂの表面粗さと上記不具合（米粒状白抜け画像）との因果関係の高いことが判明した。結果を図４、図５に示す。図４は、実施例で使用したバックアップローラ２０Ｂの表面粗さＲｚ（１０点平均粗さ）と、画像判定結果（画像品質の程度）との関係を示すものであり、同図中の数字：１．９９，５．６７，６．４５，６．９９…，２０．９９は表面粗さＲｚである。同様に図５は、実施例で使用したバックアップローラ２０Ｂの表面粗さＲａ（算術平均粗さ）と、画像判定結果との関係を示すもので、同図中の数字：０．４３，１．３８，…，４．２５は表面粗さＲａである。以上の結果から、バックアップローラの表面粗さを、Ｒｚでは６μｍ以上、Ｒａではで１．５μｍ以上とすることにより、米粒状白抜けの異常画像が防止できることが判った。
【００３９】
このような結果になった原因を、これまでの解析から検討すると、（１）表面粗さの非常に低い金属ローラ（Ｒａが０．３）では不具合が発生しないこと、（２）不具合発生が低湿度環境下で、しかも両面プリント時の第２面であること、（３）Ｂｋの転写ニップ部進入前にバックアップローラ部で受ける異常放電によりＢｋのハーフトーンが部分的に転写できていないことから、図６に示すように、バックアップローラの転写ベルトとの摩擦帯電（ローラがマイナス、ベルトがプラス）による異常放電により、転写ベルト裏面が部分的に非常に高いマイナスに帯電されてしまうため、その帯電を受けた部分だけ必要な転写電界が得られず、転写できなくなってしまったものと考えられる。
【００４０】
また、バックアップローラと転写ベルトの間で起こる異常放電現象は、その表面状態が非常に滑らかである場合には、放電限界のしきい値が高くなり、１回の放電で起こる時に授受される電荷量も非常に高くなるため、転写ベルトをより強くマイナスに帯電させる結果、このような異常画像になってしまったものと考えられる。なお、逆に針状の放電しやすい箇所が何箇所もある場合には、微少エネルギーによる放電が連続して起こるため、異常画像にはならない。
【００４１】
以上の検討結果に基づき、各種加工方法により作製したバックアップローラについて耐久試験（同一枚数通紙後における米粒状白抜け画像の発生率を比較）を行った。その結果は図７に示すとおりで、本発明のローラは上記発生率が最も低く、したがって最も耐久性に優れていることが判った。同図において、黒く塗りつぶした四角形の印で示すバックアップローラは、ダイスを用いる転造加工により表面に凹凸を形成（表面あらし加工）した本発明に係るローラである。
【００４２】
以上説明したように、本実施例では、転写ニップを確保するためのバックアップローラとして、金属ローラの外周面に体積抵抗率が１０１５Ω・ｃｍ〜１０１６Ω・ｃｍのＡＢＳ樹脂層（厚み１ｍｍ）を圧入し、これを転造加工により表面粗さＲｚを１２μｍとしたものを用いることにより、バックアップローラに対する２Ｃ文字画像（２色重ね文字画像）のチリおよび、Ｂｋハーフトーン部における米粒状の異常画像を確実に防止することが可能となった。
【００４３】
以上の実施例では、転写ベルトの内面側であって転写ニップ部形成の補助的手段としてのバックアップローラに、本発明を適用した場合について示したが、この転写ベルトとバックアップローラとで起こる放電現象を利用すれば、転写ベルトを除電できるものと推察されるため、転写ニップ部入口にあって、転写ニップを確保するためのバックアップローラのみならず、転写ユニット内の他の部分に配置されるローラに対しても本発明を適用すれば、転写ベルトを効果的に除電できるものと思われる。
【００４４】
また、本発明においては、バックアップローラは（ａ）転写ニップを確保するため、および（ｂ）転写バイアス印加部材の腰の弱い転写ブラシ（符号２１Ｂ，２１Ｃ等）の、転写ベルトの反力による経時での毛倒れを防止する目的で配置したが、転写ブラシのみならず、他にマイラ形状のもの、ブレード形状のものであっても同様に、経時での「へたり」を防止する目的でバックアップローラを設けることにより、本発明は極めて良好な効果をもたらすものである。
【００４５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明は、複数の像担持体上に形成されたトナー像を、転写ベルトで搬送される転写紙上に転写バイアス印加部材を用いて順次転写することによりカラー画像を得る画像形成装置において、転写ベルトの内側から該転写ベルトに当接するバックアップローラとして、体積抵抗率が１０９ Ω・ｃｍ以上であり、かつ、表面粗さＲｚが６μｍ以上または表面粗さＲａが１．５μｍ以上のものを配備したことにより、特に低温低湿環境において発生しやすい２Ｃ文字画像の転写チリや、ハーフトーン画像において目立ちやすい米粒状の白抜け画像等の異常画像を、的確に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したカラー画像形成装置の全体構造を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施例の結果を示すグラフであって、各種バックアップローラの構造と「トナーチリ」ランクとの関係を示すものである。
【図３】図２の結果が得られた理由についての考察内容を示す説明図である。
【図４】本発明に係る別の実施例の結果を示すグラフであって、各種バックアップローラの表面粗さＲｚと、画像品質との関係を示すものである。
【図５】本発明に係る更に別の実施例の結果を示すグラフであって、各種バックアップローラの表面粗さＲａと、画像品質との関係を示すものである。
【図６】図４、図５の結果が得られた理由についての検討内容を示す説明図である。
【図７】本発明に係る更に別の実施例の結果を示すグラフであって、各種バックアップローラの表面粗さＲｚと、その耐久性との関係を示すものである。
【符号の説明】
１２Ｂ：作像ユニット
１２Ｃ：作像ユニット
１２Ｍ：作像ユニット
１２Ｙ：作像ユニット
１３Ｂ：現像ユニット
１３Ｃ：現像ユニット
１３Ｍ：現像ユニット
１３Ｙ：現像ユニット
１４Ｂ：感光体ドラム
１４Ｃ：感光体ドラム
１４Ｍ：感光体ドラム
１４Ｙ：感光体ドラム
１６：書き込みユニット
１８：転写ベルト
１９：駆動ローラ
２０Ｂ：バックアップローラ
２０Ｃ：バックアップローラ
２０Ｍ：バックアップローラ
２０Ｙ：バックアップローラ
２１Ｂ：転写ブラシ
２１Ｃ：転写ブラシ
２１Ｍ：転写ブラシ
２１Ｙ：転写ブラシ
２３：レジストローラ
２４：定着部
２５：定着ベルト
２６：加圧ローラ
３０：ＦＤトレイ
３３：両面搬送ユニット
３４ａ：給紙カセット（第１給紙トレイ）
３４ｂ：給紙カセット（第２給紙トレイ）
３６：手差しトレイ
３９：中間ローラ
４１：紙吸着ローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a quadruple tandem type color image forming apparatus such as a copying machine and a laser beam printer, and more particularly to the characteristics of a backup roller (high resistance roller) disposed on the inner surface side of a transfer belt.
[0002]
[Prior art]
In recent years, color image forming apparatuses using an intermediate transfer body have been mainly used due to the trend toward higher speed and higher functionality of a color image output apparatus, but recently, a plurality of image carriers and developing apparatuses have been used. Tandem in which the toner image on the image carrier is sequentially transferred onto transfer paper (recording material) electrostatically adsorbed on the transfer belt by arranging image forming units including the image forming units in parallel with the transfer belt. Color image forming apparatuses have become the mainstream.
[0003]
In addition, the need for colorization is increasing as the output of various applications edited on personal computers and the increased use of digital cameras, such as casual printing, increase the need for air conditioning equipment. Not only well-equipped office environment but also widespread use has led to a wider variety of output media (recording materials), such as art paper, as well as plain paper. High versatility that can cover a wider range has been required. Further, due to the expansion of the user group, a more compact machine (image forming apparatus) has been required.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the color image forming apparatus using the quadruple tandem method has an advantage that an overwhelmingly high printing speed can be obtained as compared with the conventional color image forming apparatus using the intermediate transfer member. The electro-adsorbed recording material passes through the transfer nip portion of each color (the toner image on each color image carrier is transferred onto the recording material by applying a bias), and thereby the image carrier and the recording material (transfer paper) ), The recording material is gradually charged up (accumulated charge is accumulated) on the recording material as it proceeds to the downstream station. If a strong electric field due to the transfer bias is formed in the area where the transfer paper is not yet in close contact with the photoreceptor at the entrance of the nip, the scattered image is likely to occur. Put away.
[0005]
This scattered image has a smaller nip width between the image carrier and the transfer bias applying member when the diameter of the photoconductor as the image carrier is reduced in order to reduce the size of the image forming apparatus. It is likely to occur significantly.
[0006]
In order to prevent such a problem of skipping forward, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-79776, the transfer paper is pressed in order to bring it into close contact with the photoconductor before receiving a strong electric field of the transfer bias. A roller may be provided, and if this pressing roller is grounded as a conductive roller, the electric field at the entrance of the transfer nip can be weakened. It is not possible to directly apply a sex press roller.
[0007]
When a toner image has not yet been formed on the transfer paper at the time of entering the transfer nip portion as in the monochrome monochrome machine disclosed in the embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-79776, the transfer nip In order to minimize the electric field at the entrance of the unit, the pressing roller may be made conductive. However, in the case of a quadruple tandem configuration, since the toner image is formed on the transfer paper after the first station, the transfer paper As the toner approaches the conductive pressing roller of the next station, the electric field of the toner on the transfer paper rapidly decreases from infinity to infinite, so that the discharge occurs when the gap between the toner and the roller (GND) exceeds the discharge limit indicated by Paschen's law. Occurs, resulting in toner dust. That is, dust on the pressing roller is likely to occur particularly in a two-color superimposed line image such as RGB. Therefore, in a four-tandem tandem machine, it is desirable that the roller disposed at the entrance of the transfer nip has a certain resistance (resistance layer), that is, a high resistance roller, rather than being conductive.
[0008]
However, a high resistance body (volume resistivity: 10 10 Ω · cm or more), when a high-resistance pressing roller is brought into contact with the transfer belt and the transfer belt rotates (circulates), then frictional charging occurs between the roller and the belt, and the toner accumulates on the roller When the charged charge exceeds a certain limit value, abnormal discharge similarly occurs.
[0009]
If transfer paper is present on the transfer belt when the abnormal discharge occurs, the potential of the portion of the transfer paper on the transfer belt that receives the discharge is different from that of the surroundings that did not receive the discharge. It was found that when transfer was attempted by applying a transfer bias, a necessary electric field could not be obtained, transfer was not performed, and an abnormal image was generated.
[0010]
The abnormal image referred to here is a spot image in which a part of the halftone image is particularly white in a halftone portion, and a part of the halftone image is whitened out like rice grains. This speckled image is likely to be generated not only under low-temperature and low-humidity environmental conditions in which the resistance of the roller and the transfer belt increases, but also when the amount of charge held on the transfer paper increases. For this reason, at the time of automatic double-sided printing in which printing is performed on the back surface of the transfer paper whose moisture content has significantly decreased due to the passage of the fixing process, or a recording material having a very high volume resistivity such as an OHP film (10 14 (Ω · cm or more), which is particularly likely to occur.
[0011]
The above is summarized as follows.
If a four-tandem tandem system / small-diameter drum is used as a means for responding to the need for higher speed / smaller machines, the transfer nip width becomes narrower, and a transfer electric field acts before the transfer paper enters the transfer nip. , Chile of jump ahead occurs. As a countermeasure against this dust, it is conceivable to provide a pressing roller on the entrance side of the transfer nip portion. However, when the conductive roller is conductive, a phenomenon occurs in which the toner on the transfer paper is scattered to the conductive roller. Further, when the pressing roller is insulative, an abnormal discharge caused by frictional charging between the insulating roller and the transfer belt generates a white grainy image of rice grains. As described above, in either case, a problem occurs.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a high-resistance roller disposed on the inner surface side (opposite to the transfer paper transport surface) of a transfer belt in a four-tandem color image forming apparatus. By limiting the characteristic value of a certain backup roller to a specific range, for example, at the time of printing on the second side of double-sided printing, or at the time of transfer to a high-resistance recording material such as an OHP film, particularly to these transfer materials in a low humidity environment. An object of the present invention is to provide a color image forming apparatus capable of preventing an abnormal image which is likely to be generated at the time of image transfer and stably obtaining good image quality.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The above disadvantages of the prior art are solved by the present invention having the following configuration.
According to the first aspect of the present invention, a color image is formed by sequentially transferring toner images formed on a plurality of image carriers onto transfer paper (recording material) conveyed by a transfer belt using a transfer bias applying member. In the image forming apparatus, the backup roller contacting the transfer belt from the inner surface side of the transfer belt has a volume resistivity of 10%. 9 An image forming apparatus characterized in that the resistance is not less than Ω · cm and the surface roughness Rz is not less than 6 μm.
[0014]
The invention according to
[0015]
The invention according to claim 3 is characterized in that a backup roller as an auxiliary roller for forming a transfer nip portion is disposed upstream of the transfer nip portion of each transfer station and near the transfer nip portion. 3. The image forming apparatus according to
[0016]
The invention according to claim 4 is characterized in that an elastic member is provided as a transfer bias applying member, and an appropriate amount of pressing force based on the elasticity is applied to the image carrier via the transfer belt. 3. The image forming apparatus according to item 3.
[0017]
The invention according to claim 5 is the image forming apparatus according to claim 4, wherein the transfer bias applying member has a brush shape, and the transfer bias applying member has a mylar shape. The image forming apparatus according to claim 4, wherein the transfer bias applying member has a blade shape. is there.
[0018]
The invention according to
[0019]
According to a ninth aspect of the present invention, the volume resistivity of the transfer belt is 10 10 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the value is Ω · cm or more.
[0020]
A tenth aspect of the present invention is the image forming apparatus according to any one of the first to ninth aspects, wherein the image forming apparatus has a double-sided printing function of forming an image on both sides of a transfer sheet.
[0021]
The invention according to claim 11 is the image forming apparatus according to any one of claims 1 to 10, wherein the backup roller is provided with a resin layer on an outer peripheral surface of a metal core. According to the present invention, a backup roller having high rigidity can be provided.
[0022]
The invention according to claim 12 is the image forming apparatus according to any one of claims 1 to 11, wherein irregularities are formed on the surface of the backup roller by a rolling process using a die. When the surface of the backup roller is roughened by simple polishing, the irregularities are easily lost due to wear during use. However, in the present invention, the irregular shape of the backup roller surface is maintained even after long-term use.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First embodiment
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a color image forming apparatus to which the present invention is applied. The color image forming apparatus includes three paper feed trays, a manual
[0024]
Transfer brushes 21B, 21C, 21M, and 21Y, which are arranged at positions facing the photosensitive drums 14B, 14C, 14M, and 14Y of the respective colors with the
[0025]
When the duplex printing mode is selected in advance, the transfer paper that has passed through the fixing
[0026]
Hereinafter, the operation of the image forming unit will be described. Prior to image formation, the photosensitive drums 14B to 14Y having an outer diameter of 30 mm are rotationally driven by a main motor (not shown), are neutralized by an AC bias (zero DC component) applied to the charging roller, and the surface potential thereof is substantially reduced. The reference potential becomes -50V. Next, the photoreceptor drums 14B to 14Y are uniformly charged to a potential substantially equal to a DC component by applying a DC bias (−500 V to −700 V) in which an AC bias is superimposed on the charging roller. The potential is uniformly charged to approximately -500 V to -700 V (the target charging potential is determined by the process control unit).
[0027]
Next, the digital image information sent from the controller unit as a printer image is converted into a binarized LD emission signal for each color, and a cylinder lens, a polygon motor (polygon mirror), an fθ lens, first to third The light is irradiated onto the photosensitive drums 14B to 14Y of the respective colors via a
[0028]
The electrostatic latent images corresponding to the respective color image information on the photoreceptor are subjected to DC (−300 V to −600 V) in which an AC bias is superimposed on the developing sleeve in a developing process by the developing units 13 </ b> B to 13 </ b> Y. Toner (Q / M: -20 to -30 [mu] C / g) is developed on the electrostatic latent image portion by a two-component developing method, and a toner image is formed.
[0029]
The toner images of the respective colors formed on the photoconductor are transferred onto transfer paper in the following steps. That is, a transfer brush arranged on a transfer sheet conveyed by the
[0030]
Here, the backup roller (high resistance roller) according to the present invention is indicated by
[0031]
In the embodiment of the present invention, a 1 mm thick ABC resin (having a volume resistivity of 10 mm) is formed on the outer peripheral surface of a metal roller having a diameter of 6 mm as the backup roller. Fifteen Ω · cm-10 16 Ω · cm) to make the final diameter (outer diameter) 8 mm, and to use a roller in which the surface of the ABC resin layer is formed with irregularities by rolling with a die. The thickness of the ABC resin layer was set by the following experiment.
[0032]
<Experiment conditions>
・ Environmental conditions: low temperature and low humidity (10 ° C, 15% RH)
・ Paper-passing mode: 2nd side for duplex printing in full color mode
・ Backup roller level:
(A) Metal roller
(B) Metal roller + insulating tube (0.35 mm thick)
(C) Metal roller + resin layer (1 mm thick): as described above
・ Toner adhesion amount (mg / cm 2 ) Control range:
(1) The lower limit is the median value -0.1
(2) Median
(3) Median + 0.1
(4) The upper limit is the median + 0.2
The diameter of the core roller was set in advance so that the final outer diameter of each backup roller was 8 mm.
[0033]
In FIG. 2 showing the results, the horizontal axis represents the toner adhesion amount (mg / cm 2 ) Is the control range. The vertical axis indicates the rank of “toner dust”, and the smaller the numerical value, the lower the degree of toner dust occurrence. In the figure, graph A shows the results for the metal roller, graph B shows the results for the metal roller + insulating tube (0.35 mm thick), and graph C shows the results for the metal roller + resin layer (1 mm thick). It can be seen that the above (A) according to the present invention is the most excellent. Next, the reason for such a result will be described with reference to FIG.
[0034]
The transfer paper that has passed through the first station (Yellow) is negatively charged on the transfer paper side due to peeling discharge during the passage. This is because, in the image forming apparatus according to the present embodiment, the negative toner is developed on the negatively charged photoconductor by using the negative-positive developing method and is transferred by the positive transfer bias. This is because, in the discharge, the negative charge of the photoconductor is discharged to the transfer paper.
[0035]
In order to transfer the negative toner to the negatively charged transfer paper in the second station (Magenta), the state after the transfer is repulsive between the negative of the transfer paper and the negative of the toner. It becomes very unstable. As described above, when the toner on the electrically unstable transfer paper approaches the metal backup roller 20C due to the conveyance of the paper, the electric field applied to the toner rapidly decreases from infinity to infinite, and is expressed by Paschen's law. When the discharge limit point is exceeded, discharge occurs to the roller, resulting in dust. In the third station after the transfer of the Magenta toner, the Cyan toner is transferred in the transfer nip portion, and the transfer paper and the Cyan toner on the Magenta toner (Cyan characters on the Magenta character image) are generated by peeling discharge received at the transfer nip portion outlet. Image) is further negatively charged, but due to the difference in the dielectric constant between the paper and the toner, the toner portion, which is a character portion, is more negatively charged than the surroundings where no toner is present, and is further electrically non-conductive. When the backup roller 20B in front of the fourth station is a metal roller, the discharge is intense as before, and it is considered that dust of a lower level is generated.
[0036]
On the other hand, in a backup roller in which an insulating tube is wound around a metal roller or a backup roller in which a thicker resin layer is wound, a margin for abnormal discharge is increased in order to increase the distance to GND, and the resin layer thickness is 1 mm. In this case, as shown in FIG. 2, it was confirmed that an image having a rank of 4.5 or more, which was almost no problem, was obtained within the target toner adhesion amount control range.
[0037]
Therefore, various paper passing confirmations were performed under the conditions of the backup roller (a metal roller having a diameter of 6 mm and an ABC resin layer having a thickness of 1 mm). However, as in the case of Chile, in a low-humidity environment, the halftone becomes partially rice-grain-like during the two-sided printing of the full-width Bk halftone image on plain paper and during the halftone printing on the OHP. The problem of white spots occurred.
[0038]
As a result of an analysis of the cause, it was found that the causal relationship between the surface roughness of the Bk backup roller 20B, which is the fourth station, and the above-mentioned problem (rice grain white spot image) was high. The results are shown in FIGS. FIG. 4 shows the relationship between the surface roughness Rz (10-point average roughness) of the backup roller 20B used in the embodiment and the image determination result (image quality level). 1.99, 5.67, 6.45, 6.99 ..., 20.99 are the surface roughness Rz. Similarly, FIG. 5 shows the relationship between the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the backup roller 20B used in the embodiment and the image determination result. 38,..., 4.25 are surface roughness Ra. From the above results, it was found that by setting the surface roughness of the backup roller to 6 μm or more for Rz and 1.5 μm or more for Ra, an abnormal image of rice grain white spots can be prevented.
[0039]
Considering the causes of such a result from the analysis so far, (1) no problem occurs with a metal roller having an extremely low surface roughness (Ra is 0.3), and (2) trouble occurs. (2) The Bk halftone cannot be partially transferred due to abnormal discharge received by the backup roller before the Bk enters the transfer nip in a low humidity environment. Therefore, as shown in FIG. 6, the back surface of the transfer belt is partially charged to a very high minus value due to abnormal discharge due to frictional charging of the backup roller with the transfer belt (the roller is minus and the belt is plus). It is probable that the necessary transfer electric field was not obtained only in the charged portion, and transfer was impossible.
[0040]
In addition, the abnormal discharge phenomenon that occurs between the backup roller and the transfer belt is such that when the surface condition is very smooth, the threshold value of the discharge limit increases, and the charge transferred when a single discharge occurs. It is considered that such an abnormal image was caused as a result of charging the transfer belt more negatively because the amount was very high. Conversely, if there are a number of needle-like places where the discharge is likely to occur, the discharge due to the minute energy occurs continuously, and the image does not become an abnormal image.
[0041]
Based on the above examination results, a durability test (comparison of the rate of occurrence of white grainy white images after passing the same number of sheets) was performed on backup rollers produced by various processing methods. The results are shown in FIG. 7, and it was found that the roller of the present invention had the lowest occurrence rate and therefore had the highest durability. In the figure, a backup roller indicated by a black square mark is a roller according to the present invention in which irregularities are formed on the surface (surface roughening) by rolling using a die.
[0042]
As described above, in this embodiment, as a backup roller for securing the transfer nip, a volume resistivity of 10% is applied to the outer peripheral surface of the metal roller. Fifteen Ω · cm-10 16 An ABS resin layer (thickness: 1 mm) of Ω · cm is press-fitted and rolled to a surface roughness Rz of 12 μm, so that a 2C character image (two-color superimposed character image) on the backup roller can be cleaned. In addition, it is possible to reliably prevent abnormal rice grain images in the Bk halftone portion.
[0043]
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the backup roller on the inner surface side of the transfer belt and as an auxiliary means for forming the transfer nip portion has been described, but the discharge phenomenon that occurs between the transfer belt and the backup roller It is presumed that if the transfer belt is used, the transfer belt can be neutralized.Therefore, not only a backup roller for securing the transfer nip at the entrance of the transfer nip, but also a roller disposed in another portion of the transfer unit. It is considered that the application of the present invention also effectively removes electricity from the transfer belt.
[0044]
Further, in the present invention, the backup roller (a) is used to secure the transfer nip, and (b) the aging of the transfer bias applying member due to the reaction force of the transfer belt caused by the weak transfer brush (
[0045]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the present invention provides a color image by sequentially transferring toner images formed on a plurality of image carriers onto transfer paper conveyed by a transfer belt using a transfer bias applying member. In the image forming apparatus, the volume resistivity is 10% as a backup roller that comes into contact with the transfer belt from inside the transfer belt. 9 Ω · cm or more, and the surface roughness Rz is 6 μm or more or the surface roughness Ra is 1.5 μm or more. An abnormal image such as a rice grain-shaped white spot image that is conspicuous in a halftone image can be accurately prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall structure of a color image forming apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing the results of one embodiment of the present invention, showing the relationship between the structure of various backup rollers and the “toner dust” rank.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the contents of consideration regarding the reason why the result of FIG. 2 was obtained.
FIG. 4 is a graph showing the results of another embodiment according to the present invention, showing the relationship between the surface roughness Rz of various backup rollers and image quality.
FIG. 5 is a graph showing the results of still another embodiment according to the present invention, showing the relationship between the surface roughness Ra of various backup rollers and the image quality.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the details of a study on the reason why the results of FIGS. 4 and 5 were obtained.
FIG. 7 is a graph showing the results of still another example according to the present invention, showing the relationship between the surface roughness Rz of various backup rollers and their durability.
[Explanation of symbols]
12B: Imaging unit
12C: Imaging unit
12M: Imaging unit
12Y: imaging unit
13B: developing unit
13C: developing unit
13M: developing unit
13Y: developing unit
14B: photosensitive drum
14C: photosensitive drum
14M: photosensitive drum
14Y: photosensitive drum
16: Writing unit
18: Transfer belt
19: drive roller
20B: Backup roller
20C: Backup roller
20M: Backup roller
20Y: Backup roller
21B: Transfer brush
21C: Transfer brush
21M: transfer brush
21Y: transfer brush
23: Registration roller
24: fixing unit
25: Fixing belt
26: Pressure roller
30: FD tray
33: Double-sided transport unit
34a: paper cassette (first paper tray)
34b: paper cassette (second paper tray)
36: Bypass tray
39: Intermediate roller
41: Paper suction roller
Claims (12)
Priority Applications (4)
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2002
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