JP5257344B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真式の画像形成装置に係わり、更に詳しくは一次転写で文字抜けの発生しない中間転写ベルトを備えた画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置がある。この画像形成装置は、一般に感光体ドラムを一様に帯電させて初期化し、この感光体ドラムに光書込みによって静電潜像を形成し、この静電潜像をトナー像化して、そのトナー像を直接または間接に用紙等の転写材に転写して定着器で定着させる。

上記の帯電や転写には古くはコロナ放電式の帯電器や転写器が使われていたがオゾン発生による使用環境の劣化の問題から、近年では接触型の帯電器や転写器が多くなっている。例えば、接触型の転写器としてはローラ型の転写器が多く用いられている。

ローラ型の転写器は、直接転写では、感光体ドラムの周面に接して用紙を搬送する搬送ベルトの裏面に接して転写電圧を搬送ベルトに印加し、感光体ドラム周面上のトナー画像を用紙に転写する。

また、近年では中間転写ベルトを用いる間接転写方式の画像形成装置も広く実用化されている。間接転写方式では、先ず、感光体ドラム周面上のトナー画像は中間転写ベルトに一次転写され、次に、その中間転写ベルトから用紙に二次転写される（例えば、特許文献１参照）。

ところで、上記のような中間転写ベルトを用いる方式では、感光体ドラムから中間転写ベルトにトナー画像を一次転写した際に、往々にして文字抜けが発生する。この文字抜けの現象は、感光体ドラムの回転方向に対して平行な線画像に対して特に顕著に発生する。

この線画像における文字抜けとは、感光体ドラムの回転方向つまり中間転写ベルトの走行方向に平行した線画像を一次転写すると、線の中間部のみが転写されずに残り、線の両脇のみ転写されて二重線となって画像形成される現象をいう。

この画像形成上におけるトナー画像の転写に特有な現象は、線画像の安定した形成に大きな支障となっている。もっとも一次転写の際に発生する不具合には、他にも転写チリや転写不良、白ポチ状の画像欠陥等も発生する。

転写チリや転写不良の不具合を改善又は解消するものとしては、像担持体と中間転写体との接触部を挟んで、トナーを中間転写体側へ移動させる構成において、像担持体を、導電性基体上に感光層と表面保護層とを順に積層してなる電子写真感光体で構成し、その電子写真感光体の表面保護層が放射線架橋剤と電荷輸送物質からなり放射線架橋されているように構成する画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、白ポチ状の画像欠陥が確実に防止されるものとして、転写ローラ又は特定の絶縁層が最表層に形成されてなる転写ベルトを用い、転写ベルトを用いる場合には、転写ベルトに蓄積される電荷を除去する除電手段が設けられるように構成する画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−０９５５６７号公報 特開２００５−１０６９２号公報 特開２００４−９４０３７号公報

ところで、特許文献２又は３の従来技術では、確かに転写チリや転写不良、白ポチ状の画像欠陥等が改善されるので、多少手を加えて文字抜けにも利用できそうであるが、特許文献２又は３の技術は、いずれも感光体に特殊な加工を施すもので、感光体の製造に難度を伴うものであり価格の上昇を招くという課題がある。

また、線画像に発生する文字抜けは、トナーに掛る圧が原因であるとされ、転写の際のトナーの動きを円滑にするために、ステアリン酸等の滑材を用いる方法も考え出されているが、実際には文字抜けの問題は、未だに解決されていないという課題がある。

上記の課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、感光体ドラムと該感光体ドラムに圧接または近接して配置された一次転写部との間に挟持されてニップ部を形成して走行し、上記感光体ドラム上に形成されたトナー画像を上記ニップ部で一次転写され、この一次転写されたトナー画像を二次転写部において搬送中の画像形成媒体に二次転写する中間転写ベルトを備えた画像形成装置において、上記中間転写ベルトは、ベルト表面の粗面加工の筋目の方向がベルトの走行方向に対して角度４０°〜１４０°の範囲内における異なる角度の筋目が複数混在して形成されていて、上記ベルト表面の粗さが「Ｒａ＝０．０８μｍ以上かつＲｚ＝０．８μｍ以上」であり、上記感光体ドラムの上記中間転写ベルトに対する線速度差が「−０．２〜０．０（％）」である、ように構成される。

この画像形成装置において、例えば、上記ニップ部のニップ圧は４５ｇｆ／ｃｍ^2以下に設定されている、ように構成される。

本発明は、中間転写ベルトを、ベルト表面粗さＲａ＝０．０８μｍ以上かつＲｚ＝０．８μｍ以上、ベルト表面の粗面加工の筋目の方向がベルトの走行方向に対して角度４０°〜１４０°の範囲内、感光体ドラムの中間転写ベルトに対する線速度差が「−０．２〜０．０」％であるように設定したので、滑材等を用いることなく、簡単で安価な方法で文字抜け等の不具合の発生を防止して常に良好な転写画像を形成する中間転写ベルトを備えた画像形成装置を提供できるという効果を奏する。

本発明の実施例１に係るフルカラー画像形成装置（プリンタ）の内部構成を説明する断面図である。 本発明の実施例１に係るプリンタの画像形成ユニットを示す断面図である。 (a),(b),(c) は一次転写において文字抜け発生の原因を考察する図である。 (a) は文字抜けの発生においてトナー像の端部と中央部で著しい形態変動を生じる態様を模式的に示す図、(b) は(a) の結果として文字抜けが生じる状態を模式的に示す図である。 (a),(b),(c) は実施例１に係る中間転写ベルトの試作した３グループの各グループの中から各一枚を代表的に取り出して表面粗さをレーザー顕微鏡で測定した状態を示す図である。 (a) は実施例１に係る中間転写ベルトのベルトＡ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）、ベルトＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）、ベルトＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）の表面粗さを測定したデータ、(b) は粗さを表す値Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚ及びＲＭＳに対するベルト３グループの平均値と文字抜けの評価を示した図表である。 (a) は実施例１に係る中間転写ベルトのベルトＡ、ベルトＢ及びベルトＣの表面粗さ指数を表す図、(b),(c) は文字抜けの状態が改善される理由を説明する図である。 (a) は本発明の実施例２に係る実験に用いられる中間転写ベルトの表面粗さの筋目が中間転写ベルトの走行方向に対して平行な場合を示す図、(b) はその筋目に対する線粗さの測定角度を示す図、(c) はその測定結果を示す図表、(d) はその値をグラフ化した図である。 (a),(b),(c),(d) はそれぞれ実施例２に係る中間転写ベルトの走行方向に対してなす角度が０°、９０°、４０°、１４０°の筋目の態様を参考のため具体的に示す模式図である。 (a) は実施例２に係る中間転写ベルトの走行方向に対して４０°から１４０°までの角度の範囲を示す図、(b) は４０°〜１４０°の範囲内で角度が異なる筋目が複数混在して形成されている粗さを有するベルト表面の態様を模式的に示す図である。 (a) は実施例３に係る中間転写ベルトにおける直圧式の１次転写方式の構成を示す図であり、図１１(b) はシフト式の１次転写方式の構成を示す図である。 (a),(b),(c) はそれぞれ実施例３に係る中間転写ベルトの実験において用いられた表面粗さの異なる３種類の中間転写ベルトを示す図である。 (a) は実施例３に係る中間転写ベルトの表面粗さＲａ、Ｒｙ、Ｒｚ及びＲＭＳが異なる３種類のベルトＤ、Ｅ及びＦの測定値を示す図表、(b) は直圧式による一次転写の文字抜けの程度を評価した結果を示す図、(c) はシフト式による一次転写の文字抜けの程度を評価した結果を示す図である。 実施例３に係る中間転写ベルトにおいて直圧式のときとシフト式のときの中間転写ベルトと感光体ドラム間のニップ圧を実測した結果を示す図である。 実施例３に係る中間転写ベルトにおける直圧式とシフト式においてそれぞれ被転写材を国内紙（ＸＥＲＯＸ社、Ｐ紙）と海外紙（ボイスカスケード、ボンド紙、１６ポンド）とにより画像を形成してベタ印字部分の評価の結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るフルカラー画像形成装置（以下、単にプリンタという）の内部構成を説明する断面図である。図１に示すプリンタ１は、電子写真式で二次転写方式のタンデム型のカラー画像形成装置であり、画像形成部２、中間転写ベルトユニット３、給紙部４、及び両面印刷用搬送ユニット５で構成されている。

上記画像形成部２は、同図の右から左へ４個の画像形成ユニット６（６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋ）を多段式に並設した構成からなる。

上記４個の画像形成ユニット６のうち上流側（図の右側）の３個の画像形成ユニット６Ｍ、６Ｃ及び６Ｙは、それぞれ減法混色の三原色であるマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）の色トナーによるモノカラー画像を形成し、画像形成ユニット６Ｋは、主として文字や画像の暗黒部分等に用いられるブラック（Ｋ）トナーによるモノクロ画像を形成する。

上記の各画像形成ユニット６は、トナー容器（トナーカートリッジ）に収納されたトナーの色を除き全て同じ構成である。したがって、以下ブラック（Ｋ）用の画像形成ユニット６Ｋを例にしてその構成を説明する。

画像形成ユニット６は、最下部に感光体ドラム７を備えている。この感光体ドラム７は、その周面が例えば有機光導電性材料で構成されている。この感光体ドラム７の周面近傍を取り巻いて、クリーナ８、帯電ローラ９、光書込ヘッド１１、及び現像器１２の現像ローラ１３が配置されている。

現像器１２は、上部のトナー容器に同図にはＭ、Ｃ、Ｙ、Ｋで示すようにマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）のいずれかの現像剤（トナー）を収容し、中間部には下部へのトナー補給機構を備えている。

また、現像器１２の下部には側面開口部に上述した現像ローラ１３を備え、内部にはトナー撹拌部材、現像ローラ１３にトナーを供給するトナー供給ローラ、現像ローラ１３上のトナー層を一定の層厚に規制するドクターブレード等を備えている。

中間転写ベルトユニット３は、本体装置のほぼ中央で図の左右のほぼ端から端まで扁平なループ状になって延在する無端状の中間転写ベルト１４と、この中間転写ベルト１４を掛け渡されて中間転写ベルト１４を図の反時計回り方向に循環移動させるベルト駆動ローラ１５と従動ローラ１６を備えている。

上記の中間転写ベルト１４は、トナー像を直接ベルト面に転写（一次転写）されて、そのトナー像を更に記録媒体（以下、用紙ともいう）に転写（二次転写）すべく用紙への転写位置まで搬送するので、ここではユニット全体を中間転写ベルトユニットといっている。

この中間転写ベルトユニット３は、上記扁平なループ状の中間転写ベルト１４のループ内にベルト位置制御機構１７を備えている。ベルト位置制御機構１７は、中間転写ベルト１４を介して感光体ドラム７の下部周面に押圧する導電性発泡スポンジから成る一次転写ローラ１８を備えている。

ベルト位置制御機構１７は、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びイエロー（Ｙ）の３個の画像形成ユニット６Ｍ、６Ｃ及び６Ｙに対応する３個の一次転写ローラ１８を鉤型の支持軸を中心に同一周期で回転移動させる。

そして、ベルト位置制御機構１７は、ブラック（Ｋ）の画像形成ユニット６Ｋに対応する１個の一次転写ローラ１８を上記３個の一次転写ローラ１８の周期と異なる回転移動周期で回転移動させて中間転写ベルト１４を感光体ドラム７から離接させる。

すなわち、ベルト位置制御機構１７は、中間転写ベルトユニット３の中間転写ベルト１４の位置を、フルカラーモード（４個全部の一次転写ローラ１８が中間転写ベルト１４に当接）、モノクロモード（画像形成ユニット６Ｋに対応する一次転写ローラ１８のみが中間転写ベルト１４に当接）、及び全非転写モード（４個全部の一次転写ローラ１８が中間転写ベルト１４から離れる）に切換える。

上記の中間転写ベルトユニット３には、上面部のベルト移動方向最上流側の画像形成ユニット６Ｍの更に上流側に、ベルトクリーニング部３４が配置され、ベルト下面部には、ほぼ全面に沿い付けるように平らで薄型の廃トナー回収容器１９が着脱自在に配置されている。

給紙部４は、上下２段に配置された２個の給紙カセット２１を備え、２個の給紙カセット２１の給紙口（図の右方）近傍には、それぞれ用紙取出ローラ２２、給送ローラ２３、捌きローラ２４、待機搬送ローラ対２５が配置されている。

待機搬送ローラ対２５の用紙搬送方向（図の鉛直上方向）には、中間転写ベルト１４を介して従動ローラ１６に圧接する二次転写ローラ２６が配設されて、用紙への二次転写部を形成している。

この二次転写部の下流（図では上方）側にはベルト式定着装置２７が配置されている。ベルト式定着装置２７の更に下流側には、定着後の用紙をベルト式定着装置２７から搬出する搬出ローラ対２８、及びその搬出される用紙を装置上面に形成されている排紙トレー２９に排紙する排紙ローラ対３１が配設されている。

両面印刷用搬送ユニット５は、上記搬出ローラ対２８と排紙ローラ対３１との中間部の搬送路から図の右横方向に分岐した開始返送路３２ａ、それから下方に曲がる中間返送路３２ｂ、更に上記とは反対の左横方向に曲がって最終的に返送用紙を反転させる終端返送路３２ｃ、及びこれらの返送路の途中に配置された４組の返送ローラ対３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを備えている。

上記終端返送路３２ｃの出口は、給紙部４の下方の給紙カセット２１に対応する待機搬送ローラ対２５への搬送路に連絡している。また、本例において中間転写ベルトユニット３の上面部には、前述したベルトクリーニング部３４が配置されている。そして、ベルト下面部には、平らで薄型の廃トナー回収容器２０が着脱自在に配置されている。

ベルトクリーニング部３４は、中間転写ベルト１４の上面に当接して廃トナーを擦り取って除去して、図示を省略したベルトクリーナユニットの一時貯留部に溜め込み、その溜め込まれた廃トナーを搬送スクリューにより落下筒内を上部まで搬送し、落下筒を介して廃トナー回収容器２０に送り込んでいる。

図１に示すように、このプリンタ１は、用紙に直接トナー像を転写する方式ではなく、待機搬送ローラ対２５により二次転写部まで鉛直方向に搬送される用紙に中間転写ベルト１４を介してトナー像を転写する方式となっている。

図２は、画像形成ユニット６を示す断面図である。尚、図２には、図１と同一の構成部分には図１と同一の番号を付与して示している。また、画像形成ユニット６が本体装置に装着されたときに係合する光書込ヘッド１１と中間転写ベルト１４と一次転写ローラ１８を二点鎖線の仮想線で示している。

図２に示すように、画像形成ユニット６は、トナーカートリッジ４７と外装フレーム４８を備えた現像部４９とからなる現像器１２と、外装フレーム４８に組み付けられて現像器１２と一体になったドラムユニット５０とで構成されている。

ドラムユニット５０には、図１に示した感光体ドラム７、クリーナ８、帯電ローラ９等が組み込まれており、現像器１２の現像部４９には、図１に示した供給ローラ１９や現像ローラ１３の他に、ドクターブレード５１、攪拌器５２等が配設されている。

一方のドラムユニット５０は、クリーナ８のクリーニングブレードでクリーニングされ、帯電ローラ９で一様に初期化帯電された感光体ドラム７の周面上に、光書込ヘッド１１により制御部からの画像信号にしたがった露光が行われて、初期化帯電の高電圧部と露光により減衰した低電圧部からなる静電潜像が形成される。

この静電潜像は、感光体ドラム７の矢印で示す反時計回り方向への回転に伴われて、感光体ドラム７と現像ローラ１３との対向部で形成される現像位置へと移動する。

他方の現像部４９には、上部のトナーカートリッジ４７から供給されるトナーが常に収容されている。攪拌器５２はトナーが凝固しないように攪拌し、供給ローラ１９は、矢印で示すように現像ローラ１３と同一方向に回転しながらトナーを現像ローラ１３の周面に供給する。

現像ローラ１３の周面に供給されたトナーは、現像ローラ１３の搬送方向（回転方向）の下流側に配置されているドクターブレード５１によって、一定の厚さに規制され、現像位置へと回転搬送される。

現像位置へと回転搬送されたトナーは、現像ローラ１３と感光体ドラム７の周面の電位差により静電潜像の低電位部に転移し、これにより静電潜像の低電位部がトナーによって顕像化され、感光体ドラム７の周面に画像が現像される。

感光体ドラム７の周面に現像されたトナー画像は、中間転写ベルト１４を介して一次転写ローラ１８と感光体ドラム７とが対向する転写部へと回転搬送され、一次転写ローラ１８から中間転写ベルト１４に印加される静電潜像の低電位部とは逆極性の電荷により、中間転写ベルト１４に転写される。

尚、クリーナ８は、トナー画像が中間転写ベルト１４に転写された後に感光体ドラム７の周面に残留するトナーを、クリーニングブレードによって感光体ドラム７の周面から掻きとって、初期化帯電される前の感光体ドラム７の周面を一様に清掃する役目を持っている。

中間転写ベルト１４に転写されたトナー画像は、図１に示した従動ローラ１６と二次転写ローラ２６とが対向配置されている二次転写部に搬送されて、給紙部４の給紙カセット２１から二次転写部に給紙されてくる転写材（用紙）に転写される。

そして、転写されたトナー画像は、ベルト式定着装置２７で用紙の紙面に定着され、トナー画像を定着された用紙は、搬出ローラ対２８、排紙ローラ対３１によって、排紙トレー２９上に排出される。

ところで、線画像をベルト搬送方向に対して平行に印字されたものを１次転写する際に、往々にして線画像の中央部のみが転写されずに残る「文字抜け」と一般に称される不具合が発生することは前述した。

図３(a),(b),(c) は上記の文字抜け発生の原因を考察する図である。図３(a) は、一次転写時における感光体ドラム７と一次転写ローラ１８との対向部において中間転写ベルト１４上に転写されるトナー像５３の状態を側面図で模式的に示している。

尚、図３(a) には図２と同一の構成部分には図２と同一の番号を付与して示している。また、図３(b) は図３(a) を矢印ａ方向から見た図であり、図３(c) は図３(b) の丸ｂで囲んで示す部分の拡大図である。

一般に、一次転写にローラを採用する場合、転写性の向上のため、感光体ドラム７と一次転写ローラ１８との対向部における転写ニップ幅をある程度確保するためと、中間転写ベルト１４に対する従動性を持たせるために、発泡体やゴム等の弾性体が用いられることが多い。

つまり、一次転写ローラ１８は、それ自体で駆動機構は持たず、図３(b) に示すように回転軸の両端部１８ａ及び１８ｂを不図示の支持部材に支持され、図３(a),(b) に矢印ｃ、ｄ、及びｅで示すように、中間転写ベルト１４を介して感光体ドラム７方向に付勢されているだけである。

これにより、一次転写ローラ１８は、感光体ドラム７との対向部で挟持する中間転写ベルト１４に突き当てられて、図３(a) の矢印ｂ方向に循環移動する中間転写ベルト１４に従動するように構成されている。

この一次転写において、図３(b) に示すように、感光体ドラム７の回転方向（中間転写ベルト１４の走行方向）に対して平行な線となるトナー像５３を感光体ドラム７に現像して、中間転写ベルト１４に一次転写する。

そうすると、図３(c) に示すように、感光体ドラム７上に中央部が山形の線画像を形成しているトナー像５３が、感光体ドラム７と中間転写ベルト１４間に挟まれて、図３(a),(b) に示すように、一次転写ローラ１８により中間転写ベルト１４側から感光体ドラム７へと押圧される。

この押圧力は、中央部が山形の線画像を形成しているトナー像５３に対し、図３(c) に３本の矢印５４で示すよう、山形の外側から中央部へと感光体ドラム７に向けて働く。すなわち、トナー像５３の山形の底部（感光体ドラム７の面に密着している面）は、中央部が最も強く感光体ドラム７の面に押圧されることになる。

このように、トナー像５３の中央部に圧が集中することにより、トナー像５３の内部において圧縮によるトナーの凝集が発生し、像の端部と中央部において著しい形態変動を生じる。

図４(a) は、トナー像の端部と中央部において著しい形態変動を生じる態様を模式的に示す図であり、図４(b) は図４(a) の結果として文字抜けが生じる状態を模式的に示す図である。

図４(a) に示すように、激しい圧の集中した中央部のトナー塊５３ａは静電気的な力から解放され、図４(b) に示すように、感光体ドラム７に凝集したまま転写されず残存し、端部のトナー塊５３ｂのみが中間転写ベルト１４に転写される。このようにして、線画像の両側端部のみが転写され、あたかも２重線のような文字抜け画像が発生する。

従来、感光体ドラムの表面性と中間転写ベルトの表面性が、これらの表面の組成上の特性から、極めて類似していることが知られている。そこで、本願の発明者は、感光体ドラムの表面性を変更することは出来ないので、中間転写ベルトの表面性を変更することに着目した。

そして、中間転写ベルトの表面の粗さと、トナー像に対する圧の掛りかた及びトナー像の凝集との関係を調べることにした。先ず、表面の粗さが異なるがやや近似する４種類の中間転写ベルトを第１のグループとし、それよりも表面の粗さが大きく異なる４種類の第２のグループ、更に表面の粗さが大きく異なる４種類の第３のグループの合計１２種類の中間転写ベルトを用意した。

図５(a),(b),(c) は、３グループの各グループの中から各一枚を代表的に取り出して、その表面粗さを、レーザー顕微鏡で測定した状態を示す図である。

図５(a) に示す表面の粗さが最も小さな第１のグループの中間転写ベルトを、以下「ベルトＡ」とし、次に表面の粗さが大きい第２のグループの中間転写ベルトを、以下「ベルトＢ」とし、最も表面の粗さが大きい第３のグループの中間転写ベルトを、以下「ベルトＣ」とする。

図６(a) は、ベルトＡ（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）、ベルトＢ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４）、ベルトＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）の表面粗さを測定したデータである。この測定は、キーエンスＶＫ８５５０レーザー顕微鏡を用い、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚ、及びＲＭＳで表される表面粗さを測定したものである。レンズ倍率は×１００、単位はμｍ、測定面積は１２０００μｍ^2である。

図６(b) は、粗さを表す値Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚ、及びＲＭＳに対するベルトＡ１、Ａ２、Ａ３及びＡ４の測定平均値をベルトＡの平均値、ベルトＢ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４の測定平均値をベルトＢの平均値、ベルトＣ１、Ｃ２、Ｃ３及びＣ４の測定平均値をベルトＣの平均値として表し、それぞれのグループにおける文字抜けの評価を示したものである。

図６(b) に示すように、ベルトＡでは全て文字抜けが発生し、評価は「×」であった。また、ベルトＢでは文字抜けは発生するもののベルトＡほど明瞭な文字抜けではなく、評価は「△」であった。そして、ベルトＣでは文字抜けは全く発生せず、評価は「○」であった。

この評価表が示すように、中間転写ベルトの表面性と文字抜けの状態との関係では、ベルトＡからベルトＣにかけて表面粗さを粗くしていくと文字抜けの状態が改善されていくことが実証された。

図７(a) は、ベルトＡ、ベルトＢ、及びベルトＣの表面粗さ指数を表す図であり、図７(b),(c) は、文字抜けの状態が改善される理由を説明する図である。尚、図７(a) は横にベルトＡ、ベルトＢ、及びベルトＣを順に示し、左縦軸に粗さ指数Ｒｙ及びＲｚを示し、右縦軸に粗さ指数Ｒａ及びＲＭＳを示している。

ベルトＣによる文字抜けの状態の改善の理由は、図３(c) に示したように中間転写ベルトと感光体ドラムとの押圧によって、まさにトナーの凝集が発生しようとするときに、図７(b) に示すように、ベルト表面の凹凸の凸部がトナー塊の中に入り込み、トナーの凝集作用を阻害して、図７(c) に示すように、文字抜けを防止しているものと考えられる。

ここで、トナーの凝集を阻害するに十分な表面粗さ（凹凸量）として、図６(b) に示す評価が「△」であったベルトＢと評価が「○」であったベルトＡの中間値を図７(a) に示す表面粗さ指数の表から求めると、Ｒａ＝０．０８μｍ、Ｒｙ＝１．１、Ｒｚ＝０．８μｍ、及びＲＭＳ＝０．１１が得られる。

これにより、中間転写ベルトの文字抜け発生を防止可能な表面粗さ指数は、少なくともＲａ＝０．０８μｍ以上、Ｒｙ＝１．１以上、Ｒｚ＝０．８μｍ以上、及びＲＭＳ＝０．１１以上が望ましいことが判明する。

このように、特にＲａ＝０．０８μｍ以上、Ｒｚ＝０．８μｍ以上で示されるマット状の方向性の無い微少な凹凸状態の粗面を中間転写ベルトの表面に形成できれば、ベルト表面の粗面の方向性に関係なく安定した一次転写のトナー画像を形成できることが実証された。

このように、上述した実施例１の中間転写ベルトによれば、ベルト表面粗さを少なくともＲａ＝０．０８μｍ以上かつＲｚ＝０．８μｍ以上に規定するだけで、文字抜けを発生させないという効果が得られ、また、構造的にも汎用性が高くかつ廉価な中間転写ベルトが実現する。

尚、実施例１の中間転写ベルトは、クリーニングブレードが使用可能な一般的なコンベンショナルトナーにおいても文字抜けの発生を防止して均一性のある良好な一次転写画像を得ることができることが実験の結果判明している。

ところで、一般に、物の表面に後加工によって表面粗さを付与する場合は、表面に規定の表面粗さを持った回転体を被加工物の表面に一定圧であてがって、回転体と被加工物を相対的に一定方向に移動させることによって粗面加工が行われる。したがって、結果としてその被加工物の加工上がりの表面は、一定の粗さを持つようになるが、筋状の方向性（筋目）を持ったものになる。

中間転写ベルトは一般的に一次転写前にクリーニング工程を経てから一次転写を行うように設定されている。このクリーニング工程でのクリーニングは、中間転写ベルトの走行を利用し、ブレードを用いてクリーニングを行うことが非常に一般的で且つ廉価な方法である。

そこで、筋目のある表面粗さを持った中間転写ベルトの表面に対してブレードを用いたクリーニングを行うことを考えると、筋目が中間転写ベルトの搬送方向に対して平行な場合は、筋目を形成している筋状の突起は常にブレードの先端の同一箇所に当たる状態になってブレードが受ける部分的負荷が大きくなる。このブレードが受ける部分的負荷の増大を回避するには、筋目の方向に、ある程度の乱雑性を持たせる必要があると考えられる。

図８(a) は、表面粗さの筋目が中間転写ベルトの走行方向に対して平行な場合を示す図であり、図８(b) はその筋目に対する線粗さの測定角度を示す図、図８(c) はその測定結果を示す図表、図８(d) は図８(c) の値をグラフ化した図である。

図８(a) に示す中間転写ベルトの試料片５６には、中間転写ベルトの走行方向に平行する表面粗さの筋目５７が形成されている。この試料片５６に対して、図８(b) に示すように筋目に対する測定角度を９０°、４５°、３６．８５°、２２．５５°、及び０°として線粗さを測定した。

この測定で得られた線粗さの角度と粗さ指標との対応値は、図８(c) に示す通りである。図８(d) は、その線粗さの角度と粗さ指標との対応値をグラフ化したものである。この図８(d) は横軸に測定角度（°）を示し、縦軸に粗さ（μｍ）を示している。

図８(d) には、図８(c) に示した図表の値のうち、Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚを取り出し、Ｒａを白四角「□」のプロットで示し、Ｒｙを白菱形「◇」のプロットで示し、Ｒｚを白三角「△」のプロットで示している。

図８(d) を見ると、筋状粗さ（試料片５６の中間転写ベルトの走行方向に平行する表面粗さの筋目５７）に対する図８(b) に示す線粗さの測定角度が、０°〜４０°未満では数値の変動が大きいが、４０°を超えると９０°まで数値は略一定で安定している。

これを各粗さ指標別に見ると、白四角「□」のプロットで示すＲａは０．１μｍ以上の値で安定し、図６(b) に示した評価「○」のベルトＣのＲａの値に匹敵する。また、白三角「△」のプロットで示すＲｚは０．５５μｍ以上の値で安定し、図６(b) に示した評価「△」のベルトＢのＲｚの値を大きく超えている。そして、白菱形「◇」のプロットで示すＲｙは０．７５μｍ以上の値で安定し、これも図６(b) に示した評価「△」のベルトＢのＲｙの値を大きく超えている。

これらの観察から、方向性の一定しない筋目であっても、上記に示すように中間転写ベルトの走行方向に対してなす角度が４０°〜９０°（マイナス方向の回転も含めて４０°〜１４０°）以内になっていれば、文字抜けを発生させないための粗さ成分を損なうことなく、良好な一次転写画像を形成できることが判明する。

また、筋目の角度が４０°〜１４０°以内の角度であると、筋目によるブレードへの接触点が絶えず移動して変化するため、ブレードを傷めず、ブレードを長期にわたって良好な状態に維持することができる。

図９(a),(b),(c),(d) は、それぞれ矢印ｆで示す中間転写ベルトの走行方向に対してなす角度が０°、９０°、４０°、１４０°の筋目の態様を参考のため具体的に示す模式図である。図９(a) の角度０°の筋目は最も文字抜け不良を起こす筋目である。

図９(c) の角度４０°から図９(d) の１４０°までの範囲の筋目が文字抜けの起きない筋目である。図９(b) の角度９０°の筋目は、図９(c) から図９(d) まで順次変化していった場合の中間の筋目となる。

これを元に、たとえば乱雑な筋目（方向性の異なる複数の混在した筋目）を入れると、表面の状態がより通常のマット状に近づきながらも筋目による方向性からくる文字抜けの弊害を克服することが可能は中間転写ベルトを実現することができる。

図１０(a) は、矢印ｆで示す中間転写ベルトの走行方向に対して、４０°から１４０°までの角度の範囲を示す図であり、図１０(b) は、この４０°〜１４０°の範囲内の角度において、角度が異なる筋目が複数混在して形成されている粗さを有するベルト表面の態様を模式的に示す図である。このようにしても、文字抜け防止に対して有効に作用することは勿論である。

例えば、図５(a),(b),(c) に示した微細な凹凸からなる粗面、いわゆるマット状の粗面構成とするための表面に粗さを付与する方法は、手数の掛る技術を要するが、角度が異なる筋目が複数混在して形成されている粗さを有するベルト表面の加工については、表面に規定の表面粗さを持った回転体により被加工物の表面との接触面の線角度を変えて複数回の加工を施すだけで実現できる。

表面に規定の表面粗さを持った回転体により被加工物の表面を粗面加工する方法は、微細な凹凸からなるマット状の粗面加工よりも安価で汎用性の高い方法である。

通常、筋目状の粗さは、方向性が生じるため文字抜けが発生する要素と発生しない要素との調整が困難であると従来は考えられていたが、本例のように、中間転写ベルトの走行方向に対して角度４０°〜１４０°の範囲内に筋目の方向を角度設定することによって、文字抜けの無い安定性の高い良好な画像を得ることが出来る。また、クリーニング性も安定し且つ量産性の高い中間転写ベルトを提供することができる。

尚、上述した実施例２の中間転写ベルトにおいても、クリーニングブレードが使用可能な一般的なコンベンショナルトナーにおいて文字抜けの発生を防ぎ、均一性のある良好な一次転写画像を得ることができることが実験の結果判明している。

ところで、上述した実施例１及び実施例２においては、いずれも転写ローラがベルトを挟んで感光体ドラムに一定圧で接触する方式である（以下、この方式を直圧式と言う）。直圧式は、ローラの硬度と、ベルトとの接触を確保するための押圧とが、トナーにかかる圧を決定するが、実施例１及び実施例２においては、トナーにかかる圧を特に意識せずに文字抜けの良好な回避方法を確保することができた。

そこで、この実施例３では、上述した１次転写の際に発生する画像の劣化を考慮して、更に２次転写画像に対する画像劣化を回避する方法を見出そうとするものである。尚、以下の実験においては、１次転写方式として直圧式とシフト式の２方法を採用した。

図１１(a) は直圧式の１次転写方式の構成を示す図であり、図１１(b) はシフト式の１次転写方式の構成を示す図である。図１１(a) の直圧式の構成は図１ないし図３に示した通りのものであり、ニップ幅ａが狭く且つ転写圧ｂが大きい。

これに対して図１１(b) に示すシフト式の構成は、ニップ幅ｃが広く且つ転写圧ｄが小さい。なお、図１１(b) の感光体ドラム７の下面と一次転写ローラ１８の上面との段差ｅは、転写効率等を他の面から調べる際の或る種の計算式の「巻き付け量」と呼ばれる係数を構成する値である。

また、同じく図１１(b) に示す感光体ドラム７の下面と一次転写ローラ１８の上面との位置ずれ（シフト）量ｆも、同様の計算式中の係数となるものである。また、この位置関係がシフトしている形態から、この構成が「シフト式」と呼ばれている理由である。

図１２(a),(b),(c) は、本例における実験において用いられた表面粗さの異なる３種類の中間転写ベルトを示す図である。尚、同図(a),(b),(c) は、その表面粗さを、レーザー顕微鏡で測定した状態を示す図である。

また、図１２(b) の矢印はベルトの表面粗さの筋目に対して４５度をなす方向を示している。ここで、図１２(a) に示す表面の粗さが最も小さな中間転写ベルトを以下「ベルトＤ」とし、図１２(b) に示す次に表面の粗さが大きい中間転写ベルトを以下「ベルトＥ」とし、図１２(c) に示す最も表面の粗さが大きい中間転写ベルトを以下「ベルトＦ」とする。

図１３(a) は、表面粗さを表す値Ｒａ、Ｒｙ、Ｒｚ、及びＲＭＳに対する上記３種類のベルトＤ、Ｅ及びＦの測定値を示す図表、図１３(b) は直圧式による一次転写の文字抜けの程度を評価した結果を示す図、図１３(c) はシフト式による一次転写の文字抜けの程度を評価した結果を示す図である。

ここで、文字抜けの程度を評価する場合のパラメータを、感光体ドラムの周面線速度と中間転写ベルトの移動速度との差（±％）とし、その範囲を「−０．８％〜＋０．８％」として、これを横軸にとった。そして、文字抜けの程度をそれぞれ目視により評価することとし、これを縦軸にとった。

図１３(b) は上記の条件で直圧式による一次転写の転写状態に対する目視の評価結果をプロットしたグラフであり、図１３(c) は上記の条件でシフト式による一次転写の転写状態に対する目視の評価結果をプロットしたグラフである。

図１３(b) に示す結果からみると、直圧式においては、実施例１で示した中間転写ベルトの試作品で、文字抜けを発生させないためのベルト表面粗さ（Ｒａ＝０．０８μｍ以上かつＲｚ＝０．８μｍ以上）として規定する条件に満たないベルトＤ及びＥの文字抜けの程度は、感光体ドラムとの相対的な線速度差がどのような場合でも、実施例１の場合と同様に文字抜けが発生する傾向のあることがわかる。

そして、この直圧式では、ベルト表面粗さが「Ｒａ＝０．０８μｍ以上かつＲｚ＝０．８μｍ以上」の条件を満たしているベルトＦのみが、感光体ドラムとの相対的な線速度差が「−０．２〜０．０（％）」のときに、字抜けの無い良好な状態となることを示していることが分かる。

一方、シフト式においては、図１３(c) に示す結果からみると、ベルトＤが感光体ドラムとの相対的な線速度差がどのような場合でも文字抜けが発生する傾向のあることがわかる。

そして、このシフト式においては、ベルトＥ及びベルトＦが共に、感光体ドラムとの相対的な線速度差が「−０．２〜０．０（％）」のときに、字抜けの無い良好な状態となることを示していることが分かる。

このような直圧式とシフト式とで文字抜けの傾向に差が出る要因を調べるべく、中間転写ベルトと感光体ドラム間のニップ圧を、直圧式のときとシフト式のときのそれぞれについて実測することにした。

図１４は、直圧式のときとシフト式のときの中間転写ベルトと感光体ドラム間のニップ圧を実測した結果を示す図である。図１４に示すように、直圧式のニップ圧は１２２ｇｆ／ｃｍ^2であり、シフト式のニップ圧は４３ｇｆ／ｃｍ^2である。

図１４に示す測定結果により、シフト式のニップ圧が、直圧式のニップ圧に比較して約３分の１ほどに低減していることが確認できる。一般にニップ圧を低減することによって文字抜けを回避できることは知られているが、それでも図１２(a),(b),(c) 及び図１３(a) に示した粗さ設定条件、図１３(b),(c) に示した結果を考慮すると、表面粗さは一定以上の値が必要になっていることが確認できる。

図１５は、直圧式とシフト式において、それぞれ被転写材を国内紙（ＸＥＲＯＸ社、Ｐ紙）と海外紙（ボイスカスケード、ボンド紙、１６ポンド）とにより画像を形成し、そのベタ印字部分の評価の結果を示す図である。

図１５に示すように、国内紙と海外紙では、直圧式におけるベタ印字画像においてベタ印字画像部分の転写性に著しい差が生じている。但し、このベタ印字部分の転写画像に違いが出るのは２次転写で発生した現象である。

その原因は、１次転写時の転写圧が原因している（図３(a),(b),(c) 及び図４(a),(b) 参照）。マット状の広い面積のトナー像を転写する場合でも、転写ニップ内においてトナー層の一部が凝集する傾向は文字抜けの場合と同様である。

しかし、文字画像と違いマット状の画像は全体のトナー層に圧が分散されることと、トナー層全体に引っ張られてベルト上に転写が行われることで、目視上の評価に大きな違いは見られない。

ところが、２度目の転写（２次転写）においては、表面性の悪い海外紙では中間転写ベルトとの密着性が著しく損なわれ、トナー層内の凝集した部分の転写が欠落する。そのため、表面性の良好な国内紙では問題なく転写されても、海外紙では紙の表面性に応じて転写抜けが発生する。

すなわち、ベルト表面粗さ自体が圧に対しても影響を及ぼすことから、ベルトの表面粗さと、転写時のニップ圧と、感光体ドラムとの相対的速度差というそれぞれ３つのパラメータを合致させることによってのみ良好な画像を得ることができるといえる。

尚、これら上記実験においては、平均粒径６μｍの粉砕トナーを用いた。一般に粒径が均一でなく微粉を含む粉砕トナーの場合、凝集性が高く扱いにくい性質を持つが、このトナーにおいて上記設定を行うことによって用紙の状態に関わらず文字もベタ部分も安定した良好な画像を形成することが実現できた。

このように本発明の実施例１〜３によれば、粒径６μｍ以下の粉砕トナーを用いても文字抜けが無く、粗悪な紙においても安定した画像を形成することができ、常に良好な画像を形成する中間転写ベルトを備えた画像形成装置を提供することができる。

尚、上記実施例３における実験に際しては、１次転写方式の他の方式の参考として、シート式についても実験をしている。そして、シート式については、シフト式と同等以上の良い結果が得られている。しかし、シート式については実用化の例が近年では殆ど見られなくなったため実験の経過およびその結果の図示及び説明は省略している。

本発明は、電子写真式の画像形成装置に用いられる一次転写で文字抜けの発生しない中間転写ベルトに利用することができる。

１ 画像形成装置（プリンタ）
２ 画像形成部２、
３ 中間転写ベルトユニット
４ 給紙部
５ 両面印刷用搬送ユニット
６（６Ｍ、６Ｃ、６Ｙ、６Ｋ） 画像形成ユニット
７（７ｍ、７ｃ、７ｙ、７ｋ） 感光体ドラム
８ クリーナ
９ 帯電ローラ
１１ 光書込ヘッド
１２ 現像器
１３ 現像ローラ
１４ 中間転写ベルト
１５ 駆動ローラ
１６ 従動ローラ
１７ ベルト位置制御機構
１８ 一次転写ローラ
１８ａ、１８ｂ 回転軸の両端部
１９ 供給ローラ
２０ 廃トナー回収容器
２１ 給紙カセット
２２ 用紙取出ローラ
２３ 給送ローラ
２４ 捌きローラ
２５ 待機搬送ローラ対
２６ 二次転写ローラ
２７ ベルト式定着装置
２８ 搬出ローラ対
２９ 排紙トレー
３１ 排紙ローラ対
３２ａ 開始返送路
３２ｂ 中間返送路
３２ｃ 終端返送路
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ 返送ローラ対
３４ ベルトクリーニング部
４７ トナーカートリッジ
４８ 外装フレーム
４９ 現像部
５０ ドラムユニット
５１ ドクターブレード
５２ 攪拌器
５３ トナー像
５３ａ 中央部のトナー塊
５３ｂ 端部のトナー塊
５４ 押圧方向矢印
５５ 表面粗さ
５６ 中間転写ベルトの試料片

Claims (2)

1. 感光体ドラムと該感光体ドラムに圧接または近接して配置された一次転写部との間に挟持されてニップ部を形成して走行し、前記感光体ドラム上に形成されたトナー画像を前記ニップ部で一次転写され、この一次転写されたトナー画像を二次転写部において搬送中の画像形成媒体に二次転写する中間転写ベルトを備えた画像形成装置において、
   前記中間転写ベルトは、ベルト表面の粗面加工の筋目の方向がベルトの走行方向に対して角度４０°〜１４０°の範囲内における異なる角度の筋目が複数混在して形成されていて、前記ベルト表面の粗さが「Ｒａ＝０．０８μｍ以上かつＲｚ＝０．８μｍ以上」であり、
   前記感光体ドラムの前記中間転写ベルトに対する線速度差が「−０．２〜０．０（％）」である、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ニップ部のニップ圧を４５ｇｆ／ｃｍ^2以下に設定されている、ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。