JP2004126335A

JP2004126335A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2004126335A
Application number: JP2002292095A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ishibashi; 石橋　均; Takayuki Maruta; 丸田　貴之; Yuji Sawai; 澤井　雄次; Takahiro Yoshikawa; 吉川　隆博
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】４連タンデム方式のカラー画像形成装置において、２色重ね合わせ文字などにおいて、トナーの転写チリが発生しやすい。その防止のため、転写ベルトの表面抵抗率を１０^１２Ω／□以上にすると、下流においてプレ転写による飛び散り画像が発生しやすくなる。これを防ぐためバックアップローラを高抵抗にすると、白抜けの異常画像が発生しやすくなる。
【解決手段】感光体ドラム４０と転写ローラ６３からなる転写ニップの上流側の近傍に、直径６ｍｍの金属ローラの表面に１ｍｍ厚のＡＢＳ樹脂（体積抵抗率：１０^{１５〜１６}Ω・ｃｍ）を圧入し、その最終外径を８ｍｍとしたものの表面を、ダイスによって１０点平均粗さ１２μｍに転造加工したものを用いた。これによってトナーのチリも、画像の白抜けもともに防止することができた。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、複写機、レーザービームプリンター等の中間転写方式のカラー画像形成装置における転写ベルトの内側に配設される高抵抗ローラに関する。
【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中間転写ベルト（以下単に転写ベルトという）に対向させた位置に並列に並べ、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記録材上に、順次転写させる構成の４連タンデム直接転写方式のカラー画像形成装置が主流を占める様になってきた（例えば、特許文献１　参照。）。
４連タンデム転写方式では、色別の画像形成工程をステーションと呼んでいる。４色あるので、工程の流れの順に第１ステーションないし第４ステーションと呼ぶ。
【０００３】
しかしながら、４連タンデム直接転写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を得られるメリットがある反面、記録材を搬送しながら、像担持体より直接転写を行うために、搬送中の記録材がレジストローラ、定着ローラ等転写ベルト以外の搬送系による搬送力を受けている場合には、これら搬送ローラと記録材を担持している転写ベルトとの間の微妙な線速差により、色ずれが発生してしまうと言うデメリットをもつ。
【０００４】
また、例えばレジストローラより供給された記録材の進行方向と、転写ベルトの進行方向とに微妙なベクトル差があり用紙がスキューされながら搬送された場合なども、同様に色ずれとなってしまう可能性がある。
この様な不具合を回避する方式として、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た位置に並列に並べた４連タンデム方式であって、各色の像担持体上のトナー像を転写ベルト上に直接転写させ、転写ベルト上で４色の色重ねを行った後に、２次転写工程で記録材に対し一括して転写する４連タンデム中間転写方式が提案されている。
【０００５】
この様な転写ベルト上にトナー像を直接転写させる転写ベルトには、２色重ね合わせ文字の様な画像に発生しやすい転写チリを防止するために、表面抵抗率が１０^１２Ω／□以上の高抵抗の表層を持つ構成が望ましい。ところが、転写ベルトを高抵抗化してしまうと、転写ベルトが各色の転写ニップ通過により像担持体との間で生じる剥離放電により帯電するために、下流ステーションに進むに従い、転写ベルトは徐々にチャージアップ（電荷量が蓄積されていく）してしまい、次ステーションのニップ入口部であって、転写紙がまだ感光体に密着していない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には、プレ転写による飛び散り画像が発生しやすくなる。
この様なプレ転写による異常画像は、特に機械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、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に、より顕著に発生しやすくなる。
【０００６】
この様な不具合を防止するためには、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様にするために押圧ローラを設ける構成とすれば良く、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、転写ニップ入口の電界を弱くすることができるのであるが（例えば、特許文献２　参照。）、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事はできない。
尚、特許文献２には、モノクロ単色機で、像担持体上のトナー像を転写ベルトに直接転写する方式の実施例が記載されているため、以下転写紙を転写ベルトと読み替える必要がある。
【０００７】
特許文献２の実施例に示される様に、転写ニップ部への進入時点で、転写ベルト上にまだトナー像が形成されていない場合には、転写ニップ入口部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連タンデム中間転写方式の場合、第１ステーション以降の転写ベルト上にはトナー像が形成されているため、転写ベルト上のトナーにかかる電界は、転写ベルトが次ステーションの導電性押圧ローラに近づくに従い、∞（無限大）から急激に小さくなる。そして、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、トナーのチリとなってしまう。この様なローラに対するチリは特にＲ、Ｇ、Ｂの様な２色重ねのライン像で発生しやすい。
そのために、４連タンデム機にあっては転写ニップ入口部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：１０^１０Ω・ｃｍ以上）である転写ベルトに対し、同程度の高抵抗の押圧ローラを当接させ、転写ベルトを回転させると、今度はローラとベルトとの間で摩擦帯電が生じてしまうために、ローラに蓄積される帯電電荷がある限界値を超えてしまうと、同様に異常放電を起こしてしまう。
そして、この異常放電が起こった転写ベルト上にトナー像がある場合には、放電を受けた転写ベルト上の部分は、放電を受けなかった周囲に対し電位が異なるために、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ってしまう異常画像が発生することが判った。
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様な斑点画像であり、その発生のしやすさは、ローラ、及び転写ベルトが高抵抗化してしまう低温低湿環境条件下において特に発生しやすくなる。
【０００９】
以上をまとめると次の通りとなる。
＜ニーズ＞　高速化　　→　＜手段＞　４連タンデム方式
＜ニーズ＞　高画質化　→　＜手段＞　中間転写ベルト表層の高抵抗化。
＜ニーズ＞　小型化　　→　＜手段＞　小径ドラム
→　そうすると、転写ニップ幅が狭くなり、転写ニップ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。
→＜対策＞転写ニップ入口側に押圧ローラを設ける。
→ただし、導電性であった場合・・・　この導電ローラに対し転写ベルト上のトナーが散る現象が発生してしまう。
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してしまう。
と言う具合にどちらであっても不具合が生じてしまう。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３２４８８３号公報（図１）
【特許文献２】
特開昭６３−９７９７６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、４連タンデム転写方式を用いた画像形成装置において、転写ベルトユニットの内側に配置する高抵抗ローラの特性値を明確にすることにより、特に低湿環境において像担持体から転写ベルトへの転写時に発生しやすくなる異常画像を防止し、良好な画質が得られるカラー画像形成装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、像担持体上に形成された色の異なる複数のトナー像を、転写バイアス印加部材により中間転写ベルト上で重ね転写し、これを記録材に一括転写する事によりカラー画像を得る画像形成装置において、前記中間転写ベルトの内側から該中間転写ベルトに当接させる体積抵抗率１０^１０Ω・ｃｍ以上の高抵抗ローラを有し、該高抵抗ローラの表面粗さを、１０点平均粗さＲｚ＝６μｍ以上、または、算術平均粗さＲａ＝１．５μｍ以上とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明では、請求項１に記載の画像形成装置において、前記像担持体は色別に複数有し、前記高抵抗ローラは、転写ニップ形成の補助ローラとして、各像担持体の転写ニップ上流側であって、該転写ニップ近傍の転写ベルト内側におのおの配置することを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、その部材自身の弾性力により、前記中間転写ベルト裏側から前記像担持体に対し、ある所定の圧力で押圧していることを特徴とする。
請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、ローラ状のバイアス印加部材であることを特徴とする。
請求項５の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、ブラシ状のバイアス印加部材であることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、マイラ状のバイアス印加部材であることを特徴とする。
請求項７の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、ブレード状のバイアス印加部材であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記像担持体は、外径４０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記中間転写ベルトの表面抵抗率は１０^１２Ω／□以上であることを特徴とする。
請求項１０の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラは、金属ローラの芯金に樹脂層を設けた構成とすることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラの表層は、サンドブラスト加工により、初期値Ｒｚ＝１２μｍ以上の１０点平均粗さを有する凹凸を構成させることを特徴とする。
請求項１２の発明では、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラの表層は、ダイスによる転造加工により所定の表面粗さを有する凹凸を構成させることを特徴とする。
請求項１３の発明では、請求項１２に記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラの表面粗さの初期値を１０点平均粗さＲｚ＝７μｍ以上としたことを特徴とする。
【００１９】
【実施例】
以下に実施例に従って本発明を説明する。
図１は本発明を適用したカラー画像形成装置の概略図である。
図中符号１００は複写装置本体、２００はそれを載せる給紙テーブル、３００は複写装置本体１００上に取り付けるスキャナ、４００はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）、１０は転写ベルト、１４は駆動ローラ、１８は帯電ローラ、１９はクリーニング装置、２０は現像ユニット、２１は書き込み部、２２は第２転写部、２４は搬送ベルト、２５は定着装置、４０は感光体ドラム、４４は給紙カセット、５１は手差し給紙部、５７は排紙部、６２は転写バイアス印加部材としての転写ローラ、６３は高抵抗ローラをそれぞれ示す。
また、符号Ｃはシアン、Ｍはマゼンタ、Ｙはイエロー、Ｋはブラックの各色を示す。特に、色を区別する必要のないときは色別の符号は省略する。符号Ｐは記録材としての転写紙を示す。
【００２０】
転写ベルト１０が水平に展張された部分に、感光体ドラム４０Ｃ、４０Ｍ、４０Ｙ、４０Ｋが、転写ベルト１０の進行方向に向かってこの順に並んで第１ステーションから第４ステーションを形成している。各感光体ドラム４０の周囲には、帯電ローラ１８、現像ユニット２０、クリーニング装置１９が、感光体ドラムの回転方向に沿ってこの順に並んでいる。現像ユニット２０とクリーニング装置１９の間において、感光体ドラム４０は転写ベルト１０と接し、転写ローラ６２に所定の圧力で押圧されて、転写ベルト１０との間に第１転写部としての転写ニップを形成する。
第４ステーションの下流には、転写紙Ｐに画像を転写するための第２転写部２２を有する。第２転写部を通った転写紙Ｐを搬送する搬送ベルト２４が転写ベルト１０の下方に設けられている。搬送ベルト２４の下流側には定着装置２５が有り、その下流には排紙部５７が設けられている。給紙テーブル１００には複数の給紙カセット４４が装着されている。
【００２１】
以下、このカラー画像形成装置の作像部における動作を説明する。
画像形成に先立ち、その直径が４０ｍｍである感光体ドラム４０は不図示のメインモータにより回転駆動される。除電ローラに印加されたＡＣバイアス（ＤＣ成分はゼロ）により感光体ドラム４０表面は除電され、その表面電位が略−５０ｖの基準電位となる。各感光体ドラム４０は、順次タイミングを取りながら、帯電ローラ１８にＡＣバイアスを重畳したＤＣバイアス（−５００〜−７００ｖ）を印加する事により、ほぼＤＣ成分に等しい電位に均一に帯電される。その表面電位はほぼ−５００ｖ〜−７００ｖに一様に帯電される。ただし、目標帯電電位はプロセス制御部により決定される。
【００２２】
ついで、スキャナ部にて読みとられた原稿画像は、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、ｆθレンズ、第１〜第３ミラー、及びＷＴＬレンズ等を含む書き込み部２１により、それぞれ対応する色の情報で露光され、照射された部分の感光体上表面電位が略−５０ｖとなり、画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像ユニット２０で、現像スリーブにＡＣバイアスを重畳したＤＣ−３００〜−６００ｖが印加される事により、静電潜像部に２成分現像方式によるトナー（Ｑ／Ｍ：−２０〜−３０μＣ／ｇ）が色別に現像され、トナー像が形成される。
【００２３】
第１転写部としての転写ローラ６２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、画像は転写ベルト１０上に転写される。上記のタイミングとは、感光体ドラム４０Ｃによる転写画像が感光体ドラム４０Ｍの転写ニップに至ったとき、感光体ドラム４０Ｍによる画像が丁度重なって転写されるようなタイミングのことである。以後の色についても同様である。
【００２４】
転写ローラ６２は体積抵抗率がおよそ１０^６〜１０^８Ωｃ・ｍ程度の、一般に中抵抗と呼ばれる範囲の抵抗を有する弾性材料で構成されており、ベルト側に所定の圧力を以て押し当てられている。所定の圧力とは、装置の不使用状態で長期間放置されても、ローラ表面に永久ひずみが残らない程度の変形が生ずる圧力とする。したがって、使用する材質、直径等によって、許容される所定の圧力は異なる。圧力の与え方は、ローラ軸に対してバネ部材を用いて押圧するのが多く用いられる方法であるが、ここでは、感光体ドラムと転写ローラの軸間距離を所定値に固定し、転写ローラの部材自身の弾性力によって押圧力を得る方法をとっている。
【００２５】
４色の重ね転写が終わったあと、転写ベルト上の画像は駆動ローラ１４の位置で折り返して第２転写部へ至る。給紙カセット４４或いは手差し給紙部５１などから送られてきた転写紙Ｐは、第２転写部２２で転写ベルト１０と密着され、必要な電界が与えられて、画像が転写される。画像転写後の転写紙Ｐは、搬送ベルト２４により、定着装置２５に送り込まれ、画像が定着された後、排紙部５７へ排紙される。
【００２６】
ここで、本発明に係る高抵抗ローラ６３の説明をする。これら高抵抗ローラ６３の役割は、感光体４０と転写ベルト１０とで構成される転写ニップを広くすることであり、転写ユニット内で位置決めされる様に図示しないバネによって加圧され、いわゆる補助ローラの役割をする。ここでは以下、バックアップローラと称す。
【００２７】
感光体ドラムの直径が十分大きければ、転写ニップも必然的に大きくとれるので、バックアップローラを必要としないが、装置全体の小型化を達成するため、感光体ドラムも直径４０ｍｍかそれ以下にしようとしている。前述のように、転写バイアス印加部材による高い押圧力は期待できないので、この太さでは転写ニップの幅が不足し、転写が正しく行われない虞がある。そこでバックアップローラを感光体ドラムの近傍に設けて、転写ニップを広げなければならない。
バックアップローラの配置位置は転写ニップの上流側であるが、転写ベルトを感光体側に押すことによって、転写ニップを広くとれるようにすることがねらいであるから、転写ニップからあまり離れてしまってはその効果が薄れる。
【００２８】
例えばバックアップローラ６３Ｍを例にとると、感光体ドラム４０Ｍからあまり離れて、感光体ドラム４０Ｃに近くなりすぎると、感光体ドラム４０Ｃの転写ニップは広がるが、感光体ドラム４０Ｍの転写ニップはさほど広がらないことになる。その分はバックアップローラ６３Ｙがカバーしてくれるが、第４ステーションの感光体ドラム４０Ｋの転写ニップは広がらないままになる。したがって、バックアップローラ６３は対応する感光体ドラム４０からあまり離れたところには置かない方がよい。なるべくなら、バックアップローラの配置位置は、対応する感光体ドラムと、上流側の感光体ドラムとの中間点か、その位置より対応する感光体ドラムに近い方がよい。
【００２９】
本実施例では、感光体ドラム４０の直径を４０ｍｍとし、バックアップローラ６３は直径６ｍｍの金属ローラに１ｍｍ厚のＡＢＳ樹脂（体積抵抗率：１０^{１５〜１６}Ω・ｃｍ）を圧入し、その最終外径を８ｍｍとしたものの表面をダイスによって転造加工したものを用いたが、この条件を決めるにあたっては、以下の様な実験を行い、厚み条件を決定した。ただし、被覆する樹脂の体積抵抗率は上記に限定されるものではなく、前述のように１０^１０Ω・ｃｍ以上であれば十分使用し得る。
【００３０】

【００３１】
図２は実験結果を表すグラフである。
図は各条件において、カラー画像を形成し、トナーのチリの状態を目視で判定し、最悪のレベル１から最良のレベル５までの、中間を含む９段階評価をしたものである。レベル３以上が実用的に許容できる範囲と想定している。
金属ローラのみの場合は、トナー付着量が本来の制御範囲であっても、トナー付着量が多くなると、実用に耐えないほどのトナーのチリが発生することが分かった。
【００３２】
金属ローラ＋絶縁チューブの場合は、トナー付着量が本来の制御範囲であればトナーのチリの状態は一応許容できる範囲に収まることが分かった。ただし、トナー付着量が制御範囲上限の＋０．１ｍｇ／ｃｍ^２のときの評価値がレベル３、すなわち、許容できる限界であったことから、この実験で取り上げていない因子の変動によってはトナーのチリがもっと増える危険性もあり、安心できる状態ではない。
【００３３】
金属ローラ＋樹脂層の場合、トナー付着量の制御範囲はもちろん、それを超えてトナー付着を行っても、評価レベルはあまり下がらないことが分かった。少なくとも、トナー付着量の制御範囲であれば、たとえその他の因子が変動したとしても、トナーのチリの状態がすぐに許容限界を下回るような虞はないといえる。
【００３４】
図３はトナーのチリが発生するときの現象を説明するための模式図である。
同図において、符号Ｐはチリが発生に関係する場所を示す。Ｐ１はバックアップローラ６３Ｍの上流側近傍、Ｐ２は感光体ドラム４０Ｍから転写ベルト１０へ画像が転写された直後の転写ニップ出口付近、Ｐ３はバックアップローラ６３Ｙの上流側近傍である。
なお、チリの発生を説明する図であるため、バックアップローラ６３は金属ローラで構成されているものとする。
【００３５】
第１ステーション（シアン）を通過した転写ベルト１０は、通過の際の剥離放電により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４０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４０のマイナス電荷が転写ベルト１０上に放電されるためである。
【００３６】
この様にマイナスに帯電した転写ベルト１０に対し、第２ステーション（マゼンタ）ではマイナスのトナーを転写するために、転写後の状態は転写ベルトのマイナスとトナーのマイナスとで反発しあうために、電気的に非常に不安定な状態となる。
【００３７】
この様に電気的に不安定な転写ベルト１０上のトナーが、ベルト搬送により金属であるバックアップローラ６３Ｍの近傍Ｐ１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に、あるパッシェン則で示され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。
感光体ドラム４０Ｍにより、マゼンタトナーがシアントナー上に重ねて転写され、転写ニップ出口にかかると、感光体ドラム４０Ｍから転写ベルト１０が離れるときの剥離放電により転写ベルト、及びシアントナー上のマゼンタトナーは更にマイナスに帯電する。転写ベルト１０とトナー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の無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る。
【００３８】
また、マゼンタトナー転写後の第３ステーションでは、前記と同様、バックアップローラ６３Ｙの近傍Ｐ３に近づくと、トナーにかかる電界が放電限界点を超えたときローラに対し放電するためここでもチリが発生する。
以下、図示を省略したが、このようにして、トナー部が順次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ステーションにおけるバックアップローラ６２Ｋが金属ローラであった場合には、先と同様に、或いはそれ以上に激しく放電が起こるために、より悪い状態のチリが発生するものと考えられる。
【００３９】
これに対し、金属ローラの周囲に絶縁チューブを巻く、またはより厚みのある樹脂層を巻く事により、ＧＮＤに対する電気的な距離を稼げるために、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、目標のトナー付着量制御範囲内において、先の９段階評価で、ほぼ問題ないランク４．５以上の画像が得られる結果となった。
なお、重ね画像におけるチリに対しては、転写ベルトの表面抵抗率をトナーの抵抗率（ほぼ絶縁）にできるだけ近づけるほうが有利であることから、転写ベルトの表面抵抗率は１０^１２Ω／□以上のものを用いた。
【００４０】
そこで、このバックアップローラ条件、すなわち、金属ローラ（直径６ｍｍ）＋ＡＢＳ樹脂（厚さ１ｍｍ）の条件にて、各種通紙確認を行ったところ、先のチリと同様、低湿環境において、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。
これについての原因解析を行った結果、白抜けの程度は、第４ステーションであるＢＫのバックアップローラの表面粗さとの相関が高い事が判明した。
【００４１】
図４は、１０点平均粗さＲｚと画像の良否との関係を示すグラフである。
図５は、算術平均粗さＲａと画像の良否との関係を示すグラフである。
両図において、縦軸は画像の良否を、良（○）、否（×）の二値評価したランクを示す。
図４においては、Ｒｚが５、６７μｍでは良画像は得られず、６、４６μｍでは良画像が得られた。したがって、ほぼ６μｍ以上であれば良画像が得られる、すなわち、米粒状白抜けの異常画像が防止できることが分かった。また図５においては、Ｒａが１．３８μｍでは良画像が得られず、１．５４μｍでは良画像が得られた。したがって、ほぼ１．５μｍ以上であれば同様に良画像が得られることが分かった。
Ｒｚ、Ｒａの上限については特に調べてないが、少なくとも今回実験できた最大値、Ｒｚ＝２０．２９μｍ、Ｒａ＝４．２５においては十分良画像が得られることが分かっている。
【００４２】
これまでの経験から、表面粗さの非常に小さい金属ローラ（Ｒａ＝０．３μｍ）ではトナーのチリの不具合が発生しないことが分かっている。この事実と、今回の実験結果から白抜けの発生原因について考えてみる。
白抜けは低湿環境下のみで発生していること、第４ステーションの転写ニップ進入前に、バックアップローラ６３Ｋ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、以下のように考えられる。
【００４３】
図６は転写ニップ近傍における感光体ドラムと転写ベルトの電位関係を示す模式図である。
図６（ａ）は転写ベルトが帯電していない状態を示す図である。図６（ｂ）は転写ベルトが部分的に高いマイナス帯電をしている状態を示す図である。太い矢印は長さで転写電界のレベルを模式的に表している。
図６（ａ）に示すように、通常は転写ベルトが特に帯電していなければ、転写電界は所定の値が確保されて、予定どおりの転写が行われる。
【００４４】
図６（ｂ）に示すように、バックアップローラ６３の転写ベルト１０との摩擦帯電により、ローラがマイナス、ベルトがプラスに帯電し、Ｑ点において異常放電により、転写ベルト１０裏面が部分的に非常に高いマイナスに帯電されたとする。その帯電を受けてしまった部分だけが、必要な転写電界が得られず、画像が転写できなくなって、白抜けになってしまったものと思われる。
【００４５】
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、両者のの表面状態が非常になめらかである場合には、放電限界のしきい値が高くなるために、放電が発生しにくいと考えられる。
或る程度の表面粗さがあってもその値が小さい場合は、やはり放電限界のしきい値が高いため、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。したがって、その放電により転写ベルトをより強くマイナスに帯電させてしまい、この様な異常画像になってしまったものと考えられる。
逆に、針状に放電しやすい箇所が何カ所もある場合には、微少エネルギーによる放電が連続して起こるために、部分的な強いマイナス帯電の部分の発生が無く、異常画像にはならないと考えられる。
【００４６】
以上の検討結果に基づき、表面を各種加工方法により作製したバックアップローラの耐久試験を行った。
本試験では、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、金属ローラの外側に体積抵抗率が１０^{１５〜１６}Ω・ｃｍのＡＢＳ樹脂層（厚み１ｍｍ）を圧入し、その表面に対し、加工法を変えて、同程度の表面粗さで３種類の表面状態を形成した。
形成した表面状態は、ローラ表面を紙ヤスリにて粗したもの、サンドブラストにより粗したもの、及び、ダイスによりアヤメ状に転造加工したものの３種類である。
図１２はアヤメ状転造加工のローラの構成を示す部分図である。
図において符号６２ａは直径６ｍｍの金属ローラ、６２ｂは厚さ１ｍｍのＡＢＳ樹脂層、６２ｃは模式的に表したアヤメ状凹凸部の一部をそれぞれ示す。
試験方法は、直径４０ｍｍの感光体ドラムを有する通常の画像形成装置に組み込んで、画像形成を行い、通紙枚数で数えて１０万枚、３０万枚、５０万枚、１００万枚の各時点で、画像の白抜けと表面粗さの変化の関係をチェックした。
【００４７】
図７は耐久試験の結果を示すグラフである。
図中、白丸で囲ったプロットは、画像中に米粒状の白抜けが発生していたことを示す。
紙ヤスリによる粗しローラは２０万枚付近で白抜けが発生している。したがって、その前後のチェックポイントである１０万枚と３０万枚におけるローラ表面の粗さを見ると、１０点平均粗さＲｚは約６．８μｍと約５．５μｍであった。
両者の中間値は６．１５μｍとなり、これは先に図４に示す実験で得られた許容限界値Ｒｚ＝６μｍとほぼ一致する。そこで、Ｒｚ＝６μｍを白抜け発生限界と見て良い。
以下の説明では表面粗さとしてすべて１０点平均粗さＲｚを使用し、単に表面粗さとのみ表現する。
【００４８】
サンドブラスト加工品は１００万枚通紙後も表面粗さは６μｍ以上を維持しており、白抜けも発生しなかった。ただし、１００万枚通紙後の表面粗さが約６．７μｍと白抜け限界に非常に近かった。グラフの推移から見ると、これ以上通紙を続ければ、じきに白抜け限界以下の表面粗さになるのは明らかである。ただし、バックアップローラの交換時期を１００万枚通紙時点として、それ以上は摩耗したバックアップローラを使用しないようにメンテナンスするのであれば、サンドブラスト法による粗しローラでも十分使用できる。実験では初期値を表面粗さを１２μｍとしたが、初期値をそれより大きくすればさらに余裕ができるので、安心して使用できる。
【００４９】
一方、転造ローラは１００万枚通紙後も、表面粗さＲｚはわずか１μｍしか減少しておらず、白抜け限界より遙かに大きな値を保っている。すなわち、ダイスによりアヤメ状に転造加工したローラが、最も耐久性に優れていることが判った。これは、ローラ表面の微少な凹凸の、凸部が転造加工により加工硬化したことによるものと思われる。これに対し、紙ヤスリによる加工は、単に部分的な除去により凹部を形成するのみであるから、凸部において加工硬化は生じない。また、サンドブラストによる加工は、砂の吹きつけの衝撃により凹部を形成するものであるから、凹部には圧縮による加工硬化が生ずるが、凸部には部分的にしかそのような現象は生じない。そのため、この両者は凸部の摩耗が速かったと考えられる。
【００５０】
この試験では転造ローラの表面粗さＲｚを１２μｍとしたが、耐久目標が仮に１００万枚だったとすれば、その最終時点で白抜け限界以上の表面粗さを保っていればよいとすると、初期の表面粗さは７μｍくらいでも良いことになる。見方を変えれば、Ｒｚ＝１２μｍで形成した場合には、トナーのチリに関しても、画像の白抜けに関しても、十分な余裕があるので、感光体ドラム４０の直径を、上記実験値の４０ｍｍより更に小さくしても、まだ十分良好な画像が得られる見込みがある。
【００５１】
バイアス印加部材としては、転写ローラのほかに、転写ブラシ、転写マイラ、転写ブレード等、公知の部材が使用し得る。いずれも経時的な永久ひずみを起こさないためには、高い押圧力を与えることはできない。
図８ないし図１１は転写ローラ以外のバイアス印加部材の使用例を、マゼンタ色の第２ステーションを例にとって示す図である。いずれも一般に中抵抗と呼ばれるレベルの導電性が付与されている。
図８はローラ状のブラシをバイアス印加部材として用いる例、図９は単なる帯状のブラシをバイアス印加部材として使用する例、図１０は薄い板状のマイラをバイアス印加部材として使用する例、図１１は板状の弾性材料をバイアス印加部材として使用する例をそれぞれ示した図である。
【００５２】
以上の実施例では、転写ベルトの内側であって転写ニップ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の実施例について示したが、この転写ベルトとバックアップローラとの間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思われる。転写ニップ入口にあって、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あるローラに対しても本発明を適用すれば、転写ベルト自身を効果的に除電できるものと思われる。
また、４連タンデム方式の中間転写ベルトのみならず、４連タンデム直接転写方式の転写ベルト内側のローラ、及び、１ドラム中間転写方式の転写ベルト内側のローラに対しても有効である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、特に低温低湿環境において発生しやすい２色重ねの文字画像の転写チリ、及び、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、効果的に防止できる。
【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概略図である。
【図２】実験結果を表すグラフである。
【図３】トナーのチリが発生するときの現象を説明するための模式図である。
【図４】１０点平均粗さＲｚと画像の良否との関係を示すグラフである。
【図５】算術平均粗さＲａと画像の良否との関係を示すグラフである。
【図６】転写ニップ近傍における感光体ドラムと転写ベルトの電位関係を示す模式図である。
【図７】耐久試験の結果を示すグラフである。
【図８】ローラ状のブラシをバイアス印加部材として用いる例を示す図である。
【図９】帯状のブラシをバイアス印加部材として用いる例を示す図である。
【図１０】薄い板状のマイラをバイアス印加部材として用いる例を示す図である。
【図１１】板状の弾性部材をバイアス印加部材として用いる例を示す図である。
【図１２】アヤメ状転造加工のローラの構成を示す部分図である
【符号の説明】
１０　　　転写ベルト
４０　　　感光体ドラム
６２　　　転写ローラ
６３　　　バックアップローラ

Claims

像担持体上に形成された色の異なる複数のトナー像を、転写バイアス印加部材により中間転写ベルト上で重ね転写し、これを記録材に一括転写する事によりカラー画像を得る画像形成装置において、前記中間転写ベルトの内側から該中間転写ベルトに当接させる体積抵抗率１０^１０Ω・ｃｍ以上の高抵抗ローラを有し、該高抵抗ローラの表面粗さを、１０点平均粗さＲｚ＝６μｍ以上、または、算術平均粗さＲａ＝１．５μｍ以上とすることを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載の画像形成装置において、前記像担持体は色別に複数有し、前記高抵抗ローラは、転写ニップ形成の補助ローラとして、各像担持体の転写ニップ上流側であって、該転写ニップ近傍の転写ベルト内側におのおの配置することを特徴とする画像形成装置。
請求項１または２に記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、その部材自身の弾性力により、前記中間転写ベルト裏側から前記像担持体に対し、ある所定の圧力で押圧していることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、ローラ状のバイアス印加部材であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、ブラシ状のバイアス印加部材であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、マイラ状のバイアス印加部材であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記転写バイアス印加部材は、ブレード状のバイアス印加部材であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記像担持体は、外径４０ｍｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし８のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記中間転写ベルトの表面抵抗率は１０^１２Ω／□以上であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラは、金属ローラの芯金に樹脂層を設けた構成とすることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラの表層は、サンドブラスト加工により、初期値Ｒｚ＝１２μｍ以上の１０点平均粗さを有する凹凸を構成させることを特徴とする画像形成装置。
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラの表層は、ダイスによる転造加工により、所定の表面粗さを有する凹凸を構成させることを特徴とする画像形成装置。
請求項１２に記載の画像形成装置において、前記高抵抗ローラの表面粗さの初期値を１０点平均粗さＲｚ＝７μｍ以上としたことを特徴とする画像形成装置。