JP3800851B2

JP3800851B2 - 画像形成装置、中間転写体、および中間転写体の製造方法

Info

Publication number: JP3800851B2
Application number: JP06095199A
Authority: JP
Inventors: 龍司勝野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2019-03-09
Also published as: JP2000259006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体上に形成されたトナー像を中間転写体に一次転写し、その一次転写されたトナー像を、記録媒体上に転写定着する画像形成装置、その画像形成装置に利用する中間転写体、さらに、その中間転写体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来広く用いられている、感光体上に静電潜像を形成し、それを乾式トナーでトナー像として現像した後、静電的にそのトナー像を記録媒体に転写し、定着する画像形成技術においては、画像に濃度むらを生じたり、あるいは、転写部において粉体トナーの飛散を生じ、解像力やドット再現性に劣るという問題がある。
【０００３】
この原因は主に、感光体上のトナー画像を記録媒体に静電的に移行させる転写プロセスに起因するところが大きい。トナー層の転写効率は転写電界に依存するから、トナー層厚や、紙で代表される記録媒体の凹凸、電気物性ムラに依らず、転写電界を一定にしないと、転写効率がトナー層厚や記録媒体の転写位置で異なることになる。
【０００４】
感光体上に形成されたトナー像が単色で層厚が薄い場合は、主に記録媒体の凹凸、電気物性ムラによって画像ムラが起こる。これは複数の感光体上に各々独立に形成された単色のトナー像を、一つの記録媒体上に重ね転写し、カラー画像を形成する時も同様であり、記録媒体の凹凸、電気物性ムラによって画像ムラが起こる。つまり重ね転写する部分と重ね転写せず単色の転写をする部分の差は静電的に抑えることができるが、記録媒体の凹凸、電気物性ムラを補うことは困難である。
【０００５】
一方、複数の感光体上の各々独立に形成されたトナー像を、凹凸なく物性の管理された中間媒体、いわゆる中間転写体（例えば、ベルト状あるいはドラム状の中間転写体）上に重ね転写し、そのカラー画像を記録媒体に静電転写する方式が知られている。この場合、中間転写体上には、ムラがなく均一な画像が得られる。
【０００６】
しかし、この中間転写体上のトナー像は多層で、多いところでは３層以上、少ないところでは１層以下となり、これらトナー層を紙で代表される記録媒体に静電的に一括して均一に転写するために一定の電界を印加することは困難であり、結果として転写電界は不均一となる。
【０００７】
従って、この静電転写方式では、中間転写体上で色重ねしたカラー画像のすべては記録媒体に転写されず、一部中間転写体上に残留する。また、残留量は中間転写体上に形成されたトナー層厚で異なる。よって記録媒体に得られるカラー画像の色バランスがずれ、所望のカラー画像が得られない。
【０００８】
また、紙のような記録媒体は、その表面の凹凸のために、紙とが完全に密着せず、不均一なギャップが生じ、転写電界が乱れたり、粉体トナー同士のクーロン反発力を招きトナーが飛散するために、画像の品質が劣化するのである。
【０００９】
この問題に対して、特公昭４６−４１６７９号公報には、感光体に形成したトナー像を中間転写体に粘着転写し、次いで、中間転写体から記録媒体にトナーを溶融熱転写する方法が開示されている。この方法は、記録媒体へのトナー像の転写を非静電的に行うので、上記のような転写工程での画像品質の劣化が生じにくくなっている。
【００１０】
また、例えば、特開平２−１０８０７２号公報では、中間転写体に色の異なるトナー像を静電的に重ね転写し、さらに中間転写体上で多色の多重トナー像を溶融した後、記録媒体に、その溶融した多重トナー像を転写してカラーコピーを得るようにした技術が開示されている。この方法によっても、記録媒体へのトナー像の転写を非静電的に行うので、前述したような、画像品質の劣化が生じにくくなる。ここでは、この方式を転写定着方式と呼ぶことにする。
【００１１】
この転写定着方式を用いた画像形成装置については、ＵＳＰ２９９０２７８号公報，特開平５−１９６４２号公報，特開平５−１０７９５０号公報，特開平５−２４９７９８号公報で、中間転写体から記録媒体へのトナー像の移行が完全に行われるように中間転写中間転写体と記録媒体を密着加熱および加圧後トナー間の凝集力がトナーと体との接着力より大きくなるまで冷却した後、記録媒体を中間転写体から剥離する技術が開示されている。これによると、トナーの転写効率が高く色バランスが良好で高光沢度かつトナーの透明性に優れた高画質の画像を得ることができるため、この利点を有効に利用するための技術に関し、特に中間転写体の最上層の構成に関して引続き研究が行われている。
【００１２】
例えば、耐熱性、トナー離型性をもつ材料として、従来の定着装置に用いられているような、シリコーン系ゴムやフッ素系の樹脂またフッ素ゴム中にフッ素系の樹脂を分散させたものなどがある。
【００１３】
中間転写体を用いた装置では、中間転写体が感光体表面と接触しているために、従来の定着装置のように、中間転写体表面にシリコーンオイルなどのような離型剤を与えることができない。そこで転写定着する際に中間転写体表面にトナー像がオフセットすること等を防止し、画質上の欠点を少なくするために、トナーをそのトナーの融点以下に冷却してから、記録媒体と中間転写体を剥離する方法がある。これは前述の特許において開示されている通りである。
【００１４】
この場合、中間転写体表面材料としては、トナー離型性がよい等の長所を持つシリコーン系ゴムが使用される場合が多い。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしシリコーン系ゴムを用いる場合でも、中間転写体表面のトナー画像に記録紙を密着させて定着した後、一度トナーの融点以下まで冷却してから記録紙を中間転写体から剥離せねばならない。
【００１６】
このように、一度溶融したトナー像を冷却してから剥離すると、中間転写体表面へのオフセット現象の発生はないが、中間転写体表面から剥がされた記録体上のトナー像の表面は中間転写体の表面形状にならってしまう。つまりトナー像の表面は、型をとるように、中間転写体の表面形状を概略写し取ることになり、中間体表面が平滑なら、トナー画像は非常に光沢即ちグロスが高くなり、中間体表面が荒れていたり、曇っていると、トナー画像のグロスは低くなるという特徴がある。
【００１７】
そこで光沢が非常に高い画像を望むなら、中間転写体表面を鏡面にすればよい。また写真のマット仕上げのような光沢が低い画像を望むなら、中間転写体表面の粗さを大きくすればよい。しかし時には鏡面の画像を、ある時にはマット仕上げのような画像を、またある時にはそれらの中間的な光沢の画像を望む場合、対応できないという問題がある。
【００１８】
従って、本発明は、上記のような欠点に鑑み、中間転写体を用いて感光体からトナー像を記録媒体へ転写定着する画像形成装置において、画像の光沢度を選択して所望の光沢の画像を得ることのできる画像形成装置、そのような画像形成装置に採用するのに好適な中間転写体、およびその中間転写体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、
表面に静電潜像が形成されその静電潜像がトナーで現像されることにより表面にトナー像を担持する感光体と、
表面の性状が相互に異なる複数の領域を有し循環移動しながらいずれかの領域に感光体上のトナー像の転写を受けてそのトナー像を所定の転写定着位置へ搬送する中間転写体と、
所定の記録媒体を、上記転写定着位置へ、中間転写体との間にトナー像を挟んで中間転写体と重ね合わされるように搬送する記録媒体搬送手段と、
転写定着位置において重ね合わされた状態の中間転写体および記録媒体を挟持して加圧するとともに加熱することにより、中間転写体上のトナー像を記録媒体に転写するとともに定着する転写定着手段とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の中間転写体は、循環移動しながら表面にトナー像の転写を受けてそのトナー像を所定の転写定着位置へ搬送し、その転写定着位置においてトナー像を挟むように記録媒体が重ね合わされ加熱および加圧を受けて記録媒体上にトナー像を転写する中間転写体において、いずれの領域もトナー像の転写を受け得る領域であって、かつ表面の性状が相互に異なる複数の領域を有することを特徴とする。
【００２１】
ここで、上記本発明の中間転写体において、トナー像の転写を受ける表面は、シリコーンゴム系からなることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の中間転写体の製造方法は、循環移動しながら表面にトナー像の転写を受けてそのトナー像を所定の転写定着位置へ搬送し、その転写定着位置においてトナー像を挟むように記録媒体が重ね合わされ加熱および加圧を受けて記録媒体上にトナー像を転写する中間転写体の製造方法であって、
基体表面に軟化状態の硬化性材料を塗布し、基体表面に塗布された硬化性材料が硬化している途中段階で、その硬化性材料表面に、表面の性状が相互に異なる複数の型を押圧することにより、表面の性状が相互に異なる複数の領域を有する中間転写体を製造することを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態の構成図である。
【００２４】
この画像形成装置には、ベルト状の中間転写体５０が備えられており、ここでは、この中間転写体５０として、ベース層と表面層の２層構造のベルト状のものが用いられている。従来中間転写体として考えられるベルトの基材はポリイミド、ポリエ−テルエ−テルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアリ−レンスルフィド（ＰＡＳ）、ポリイミドアミド、ポリエ−テルサルフォン、（ＰＥＳ）、ポリエ−テルニトリル（ＰＥＮ）、熱可塑ポリイミドなどがあるが、耐熱性及び機械強度の要求からポリイミドが多く用いられている。本実施形態では、カーボンブラックを添加した厚さ８０μｍのポリイミドフィルムを用い、トナー像を感光体から中間転写体に静電的に、画像乱れなく転写するために、ベース層の体積抵抗率はカーボンブラックの添加量を変化させ、１０⁸Ωｃｍから１０¹¹Ωｃｍに調整した。
【００２５】
また、表面層は、トナー像を感光体から中間転写体に静電的に画像乱れなく転写するために、その体積抵抗率が１０¹²Ωｃｍから１０¹⁵Ωｃｍであり、また中間転写体から紙への同時転写定着を行うときの、トナー像を挟む中間転写体と紙との密着をよくし、かつトナーの離型性、耐熱性を考慮して、ゴム硬度４０度、厚さ５０μｍのシリコーン系ゴムを中間転写体表面にコートした。
【００２６】
図１において、ベルト状の中間転写体５０は、ローラ５−１、５−２、および加熱ロール２により支持されて矢印方向に回転を行う。加熱ロール２には、加圧ロール３が対向して配置されている。加熱ロール２と加圧ロール３は逆の配置とすることもでき、また、加圧ロール３を内部に熱源を持つ加熱ロールとしてもよい。
【００２７】
中間転写体５０の周辺には４つの感光体１−１、１−２、１−３、１−４が配置され、それぞれ帯電器１０−１、１０−２、１０−３、１０−４により一様に帯電された後、濃度信号に応じ光ビームパルス幅変調装置によってオンオフされる光ビーム走査装置２０により露光され、静電潜像が形成される。各感光体上の静電潜像は、それぞれ、黒、イエロー、マゼンタ、シアン色のトナーが入った現像器１１、１２、１３、１４により現像され、面積変調により濃度を表すいわゆるディジタル画像の各色トナー像が各感光体上に形成される。この各色トナー像は、順次、転写器５０−１、５０−２、５０−３、５０−４により、中間転写体５０へ転写され、中間転写体５０上に複数色のトナー像が形成される。
【００２８】
加圧ロール３は、トレイ６からの記録紙Ｐの送紙に伴い、加熱ロール２に圧接する。その後、前記複数色のトナー像を保持した中間転写体５０と記録紙Ｐが、タイミングを合わせて加熱，加圧ロール２，３の間を移動し、加圧加熱される。溶融温度以上に加熱されたトナーは軟化，溶融し、記録紙Ｐに浸透、その後固化することで転写定着が行われる。
【００２９】
冷却装置４は加熱領域から一体となって搬送される感光体１および記録紙Ｐを冷却するもので、これによりトナーは凝集固化し、記録紙Ｐとの強い接着力が生じる。冷却装置４により冷却された中間転写体５０および記録紙Ｐは搬送され、曲率半径の小さなロール５−２において記録紙Ｐが記録紙Ｐ自体の腰の強さによって中間転写体５０からトナーとともに分離され、カラ−画像が形成される。記録紙Ｐに転写定着されたトナー像の表面は中間転写体５０の表面にならい平滑化される。
【００３０】
感光体１−１、１−２、１−３、１−４としては、各種無機感光体（Ｓｅ、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ＣｄＳ等）の他に、各種有機感光体を用いることができる。
【００３１】
カラートナーはイエロー、マゼンタ、シアン等の色素を含有した熱可塑性のバインダで構成され、公知の材料を用いることができる。また、各色の記録紙上のトナー量は、その色素の含有量によりおよそ０．４ｍｇ／ｃｍ²〜０．７ｍｇ／ｃｍ²になるように露光条件または現像条件が設定される。本実施形態では、各色０．６５ｍｇ／ｃｍ²に設定した。
【００３２】
加熱および加圧ロールとしては金属ロール、または、金属ロール上にシリコーンゴム等の耐熱弾性層を有したものを用いることができる。加熱ロールの内部には熱源が配置され、その加熱温度は、加熱領域でのトナー温度がトナー溶融温度以上となるように設定，制御される。また、加熱領域は、加熱領域での感光体１とトナー像および記録紙Ｐが十分に密着し部分的な浮きが発生せず、かつ記録紙Ｐにしわやずれが発生しないように設定される。
【００３３】
そのニップ圧力は、今回用いたトナーに対しては、１×１０⁵Ｐａ〜１×１０⁶Ｐａの範囲が適当であった。
【００３４】
本実施形態では加熱，加圧ロールとして、アルミニウムの中空ロール上に硬度５５度のシリコーンゴムを厚さ３ｍｍで積層したものを用い、加熱ロール内部の熱源としては、ハロゲンランプを使用した。なお、ニップ圧力は５．５×１０⁵Ｐａに設定した。
【００３５】
加熱領域通過直後には記録紙Ｐに接する加熱領域出口冷却装置７を設けている。加熱領域出口冷却装置７は、加熱領域通過直後のトナー温度を下げる目的のものであり、紙側だけでなく中間転写体側から加熱領域通過直後を冷却するようにしても同じ効果が得られる。また、両側から加熱領域通過直後を冷却するようにしても同様である。冷却することによって、トナーの凝集力を増大させて剥離時にトナーが転写材にオフセットすることを防止する。
【００３６】
本発明者らは、まず中間転写体表面を均一に粗して、その表面粗さとグロスの関係について調べることにした。シリコーンゴム表面を均一に粗くする方法として、シリコーンゴムの表面に均一な粗さを持つ被覆物を押し当てる、型押し法を試みた。実際は、ラッピングフィルム（住友３Ｍ製）や、コート紙をシリコーンゴム表面に押し当てて、そのラッピングフィルムや、コート紙の表面をシリコーンゴム表面に写しとる方法である。
【００３７】
具体的には、導電処理したポリイミドベルトの表面にゴム硬度４０Ｈｓのシリコーンゴム（信越化学社製、シリコーンゴムＫＥ４８９５）を約５０μｍコーティングし、架橋する以前にその表面にラッピングフィルムなどを載せ、ある時間経過した後に剥がし、残りの架橋工程に入るのであるが、その表面粗さの異なるラッピングフィルムや、コート紙をシリコーンゴム表面に載せるタイミング、載せている時間、などを変えて、いろいろな表面粗さの中間転写体を作成した。それら型押し中間転写体を用いて画像のグロスと粗さの関係を調べたものが、図２である。
【００３８】
ここで、評価に用いた装置等を示す。
【００３９】

図２より、所望の画像グロスを得ようとする場合、そのグロスに相当する表面を持つ被覆物を用いて型押しする方法により、容易にベルトを作成することができる。
【００４０】
図３には、ベルトの作成方法を示す。
【００４１】
（Ａ）では、ベルト基材１７にシリコーンゴム１６をコートした後、適当な時間経過させる。
【００４２】
（Ｂ）では、シリコーンゴム１６が完全に架橋する前に、所望の粗さを持つ被覆物１５を載せる。
【００４３】
（Ｃ）では、完全に架橋させた後、被覆物１５を剥がして、所望の表面粗さをもつベルトを作成する。
【００４４】
図４には、型押し方により作成したベルト状の中間転写体を示す。
【００４５】
幅３６５ｍｍ、周長２１１２ｍｍで、表面を４分割して、４種類の粗さを持つようにした。グロスであらわすと、８５〜９０％，６０〜７０％，４５〜５５％，２０〜３０％とした。記録体は、Ａ３サイズにまで対応できる。
【００４６】
各領域を特定するために、ベルトシーム１８の近傍にホームポジションマーク１９をつけている。
【００４７】
図１に示す画像形成装置１００には、この図４に示す中間転写体５０が採用される。
【００４８】
実際に画像を作成する場合は、図示していないホームポジションマーク検知手段により、何番目の表面を用いるかを制御して、感光体から、中間転写体の、その制御された表面にトナー像を転写し、ベルトの回転位置と記録紙の突入位置とを合わせて、記録紙に画像を転写定着する。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のグロスに対応できる中間転写体を採用し、所望のグロスの画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中間転写体を用いた画像形成装置を示す図である。
【図２】均一に型押しした中間転写体表面の粗さと画像グロスとの関係を示す図である。
【図３】型押し法によるベルト作成方法を示す図である。
【図４】本発明による、ベルト状の中間転写体の斜視図である。
【符号の説明】
１−１，１−２，１−３，１−４感光体
２加熱ロール
３加圧ロール
４冷却装置
５０中間転写体
５−１，５−２，５−３ロール
６用紙トレイ
７加熱領域出口冷却装置
１０−１，１０−２，１０−３，１０−４帯電器
１１，１２，１３，１４現像器
２０露光装置
Ｐ記録紙
１５被覆物
１６シリコーンゴム
１７ベルト基材
１８ベルトシ−ム
１９ホームポジションマーク
５０中間転写体

Claims

表面に静電潜像が形成され該静電潜像がトナーで現像されることにより表面にトナー像を担持する感光体と、
表面の性状が相互に異なる複数の領域を有し循環移動しながらいずれかの領域に前記感光体上のトナー像の転写を受けて該トナー像を所定の転写定着位置へ搬送する中間転写体と、
所定の記録媒体を、前記転写定着位置へ、前記中間転写体との間にトナー像を挟んで該中間転写体と重ね合わされるように搬送する記録媒体搬送手段と、
前記転写定着位置において重ね合わされた状態の中間転写体および記録媒体を挟持して加圧するとともに加熱することにより、前記中間転写体上のトナー像を記録媒体に転写するとともに定着する転写定着手段とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
循環移動しながら表面にトナー像の転写を受けて該トナー像を所定の転写定着位置へ搬送し、該転写定着位置においてトナー像を挟むように記録媒体が重ね合わされ加熱および加圧を受けて該記録媒体上にトナー像を転写する中間転写体において、
いずれの領域もトナー像の転写を受け得る領域であって、かつ表面の性状が相互に異なる複数の領域を有することを特徴とする中間転写体。
トナー像の転写を受ける表面は、シリコーンゴム系からなることを特徴とする請求項２記載の中間転写体。
循環移動しながら表面にトナー像の転写を受けて該トナー像を所定の転写定着位置へ搬送し、該転写定着位置においてトナー像を挟むように記録媒体が重ね合わされ加熱および加圧を受けて該記録媒体上にトナー像を転写する中間転写体の製造方法であって、
基体表面に軟化状態の硬化性材料を塗布し、基体表面に塗布された硬化性材料が硬化している途中段階で、該硬化性材料表面に、表面の性状が相互に異なる複数の型を押圧することにより、表面の性状が相互に異なる複数の領域を有する中間転写体を製造することを特徴とする中間転写体の製造方法。