JP2012128364A

JP2012128364A - 画像形成装置

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Publication number: JP2012128364A
Application number: JP2010282229A
Authority: JP
Inventors: Osamu Iwasaki; 修岩崎; Yasuhiro Horiguchi; 康裕堀口; Shuhei Tokiwa; 修平常盤; Tatsumasa Orihara; 辰昌折原; Takahiro Kawamoto; 孝宏川本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP5725837B2

Abstract

【課題】各画像形成部に１次転写部材専用の電圧電源を有することなく、適正な１次転写性を備えつつ、モードに応じて中間転写ベルトと各像担持体との接触を切換えることが可能な画像形成装置を提供することである。
【解決手段】電流供給部材から中間転写ベルトの周方向に電流を供給することによって、一つの電流供給部材で、適正な１次転写を行うことが可能になる。さらに、モードの切換えに応じて、電流供給部材に印加する電圧を変更することで、モードの切換えに関わらず最適な１次転写を行うことが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、レーザプリンタ等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式のカラー画像形成装置では、高速に印刷するために、各色の画像形成部を独立して有し、各色の画像形成部から順次中間転写ベルトにトナー像を転写し、更に中間転写ベルトから転写材に一括してトナー像を転写する構成が知られている。

各色の画像形成部は、それぞれ像担持体としての感光ドラムを有している。さらに、各画像形成部は、感光ドラムを帯電する帯電部材、感光ドラムにトナー像を現像する現像装置、を有している。各画像形成部の帯電部材は、それぞれ感光ドラムに所定の圧接力で接触し、帯電用の電圧電源（不図示）から印加される帯電電圧によって各感光ドラムの表面を所定の極性、電位に均一に帯電する。各画像形成部の現像装置は、それぞれ感光ドラム上に形成された静電潜像にトナー像を付着させてトナー像として現像（可視像化）する。

各画像形成部の感光ドラムに現像されたトナー像は、各感光ドラムに中間転写ベルトを介して対向する１次転写部材である１次転写ローラによって、中間転写ベルトに１次転写される。各１次転写ローラは、それぞれ１次転写専用の電圧電源を有している。中間転写ベルトに１次転写されたトナー像は、２次転写部材によって転写材に２次転写される。２次転写部材である２次転写ローラには、２次転写専用の電圧電源が接続されている。

特許文献１には、４つの１次転写ローラにそれぞれ１次転写専用の電圧電源を接続し、１次転写専用の電圧電源を４つ有する構成が開示されている。また、特許文献２には、それぞれの１次転写ローラに印加する転写電圧を、画像形成動作の前に、中間転写ベルトおよび１次転写ローラの通紙耐久や環境変動による抵抗変動が応じて変更する制御を行っている。

また、特許文献３のように複数の１次転写ローラを中間転写ベルトに対して移動させることで、例えば黒色のみのようなモノクロ画像を形成するモードを実行する場合がある。この場合、黒色のトナーを形成する画像形成部のみが必要なので、その他の３色の画像形成部の駆動や電圧印加を停止するとともに、中間転写ベルトと離間させることが行われている。

特開２００３−３５９８６号公報特開２００１−１２５３３８号公報特開２００５−１２８１８０号公報

しかしながら、従来から知られている１次転写の電圧設定には、以下の課題がある。適正な１次転写電圧を各画像形成部で設定する必要があるので、複数の電圧電源を必要とし、画像形成装置の大型化、電圧電源増によるコストアップを招いていた。また、１次転写部材の抵抗変動を考慮して、画像形成前に適正な１次転写電圧を算出するので、画像形成を開始するまでに時間がかかる場合があった。さらに、各画像形成部で１次転写部材が中間転写ベルトを介して所定の圧力で感光ドラムを押圧していると、感光ドラムに負荷がかかり感光ドラムの消耗を早める可能性がある。また、特許文献３のような構成では、複数の像担持体と中間転写ベルトの接触状態を切換えるために１次転写部材が必要になり、１次転写部材を削減することが難しかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、各画像形成部の１次転写部材に専用の電圧電源を有することなく、適正な１次転写性を備えつつ、モードに応じて中間転写ベルトと各像担持体との接触を切換えることが可能な画像形成装置を提供することである。

前述の課題を解決するために、本願発明は以下の構成を備える。

トナー像を担持する複数の像担持体と、回転可能な無端状の中間転写ベルトと、を有し、前記複数の像担持体が担持するトナー像を前記複数の像担持体に対応した複数の１次転写部で前記中間転写ベルトに１次転写する画像形成装置であって、前記複数の像担持体全てと前記中間転写ベルトが接触する第１のモードと、前記第１のモードよりも前記中間転写ベルトに接触する前記像担持体の数が少ない第２のモードと、を実行可能な画像形成装置において、
前記中間転写ベルトに接触して前記中間転写ベルトに電流を供給する電流供給部材と、前記電流供給部材に電圧を印加する電源部を有し、前記中間転写ベルトは導電性を備え、前記電流供給部材によって供給された電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることで前記中間転写ベルトにトナー像を１次転写し、
前記電源部は、前記第１のモードを実行する場合に前記電流供給部材に印加する電圧よりも絶対値が大きな電圧を、前記第２のモードを実行する場合に前記電流供給部材に印加することを特徴とする。

電流供給部材から中間転写ベルトの周方向に電流を供給することによって、１次転写部材を有することなく、一つの電流供給部材で、適正な１次転写を行うことが可能になる。さらに、モードの切換えに応じて、電流供給部材に印加する電圧を変更することで、モードの切換えに関わらず最適な１次転写を行うことが可能になる。

本発明の実施例１に係る画像形成装置を示す概略断面図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの周方向抵抗測定方法を説明する図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの周方向抵抗測定結果を説明する説明図。各画像形成部に１次転写専用の転写電源を有する画像形成装置を示す概略断面図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの電位測定方法を説明する説明図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの電位測定結果を説明する説明図。本発明の実施例１に係る１次転写を説明する説明図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの電位測定結果と２次転写電圧の関係を説明する説明図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトと感光ドラムのモードに応じた位置関係を説明する説明図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの表面電位の変化を説明する説明図。本発明の実施例１に係る中間転写ベルトの表面電位と印加電圧の関係を説明する説明図。

（実施例１）
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、インライン方式（４ドラム系）のカラー画像形成装置の構成図である。画像形成装置は、イエロー色の画像を形成する画像形成部１ａと、マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１ｂと、シアン色の画像を形成する画像形成部１ｃと、ブラック色の画像を形成する画像形成部１ｄの４つの画像形成部（画像形成ユニット）を備えている。これらの４つの画像形成部は一定の間隔をおいて一列に配置されている。

各画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄには、それぞれ像担持体である感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが配置されている。感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、本実施例では負帯電の有機感光体でアルミニウム等のドラム基体（不図示）上に感光層（不図示）を有しており、駆動装置（不図示）によって所定のプロセススピードで回転駆動される。

各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、帯電部材である帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄがそれぞれ配置されている。さらに、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの周囲には、ドラムクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄがそれぞれ設置されている。さらに、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの上方には、露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがそれぞれ設置されている。各現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄには、それぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーが収納されている。

各画像形成部の対向する位置に、中間転写体であって、回転可能な無端状の中間転写ベルト８が設置されている。中間転写ベルト８は、駆動ローラ１１、２次転写対向ローラ１２、テンションローラ１３によって張架されている（以上の３本のローラを、「張架部材」とする。）モータ（不図示）が接続された駆動ローラ１１の駆動によって、中間転写ベルト８は、矢印方向（反時計方向）に回転（移動）される。以下、中間転写ベルト８の回転方向を中間転写ベルト８の周方向とする。駆動ローラ１１は、中間転写ベルト８を駆動するために表層に高摩擦のゴム層を設け、ゴム層を体積抵抗率が１０^５Ωｃｍ以下の導電性を有する。２次転写対向ローラ１２は、中間転写ベルト８を介して２次転写ローラ１５と当接して２次転写部を形成している。２次転写対向ローラ１２は、表層にゴム層を設け、ゴム層を体積抵抗率が１０^５Ωｃｍ以下の導電性とした。テンションローラ１３は、金属ローラからなり、総圧約６０Ｎの張力を中間転写ベルト８に付与し、中間転写ベルト８に従動して回転する。

駆動ローラ１１、２次転写対向ローラ１２、テンションローラ１３は、各々同じ抵抗値の電気的な抵抗部材を介して接地している。本実施例では、抵抗部材の抵抗値は１ＧΩ、１００ＭΩ、１０ＭΩと３種類を使用している。駆動ローラ１１、２次転写対向ローラ１２の各ゴム層の抵抗は、１ＧΩ、１００ＭΩ、１０ＭΩに比べて十分小さいため、電気的影響を無視することができる。

２次転写ローラ１５としては、体積抵抗率が１０^７〜１０^９Ωｃｍ、ゴム硬度が３０°（アスカーＣ硬度計）の弾性ローラを用いた。又、２次転写ローラ１５は、中間転写ベルト８を介して２次転写対向ローラ１２に対し、総圧約３９．２Ｎで押圧される。又、２次転写ローラ１５は、中間転写ベルト８の回転に伴い、従動して回転する。更に、２次転写ローラ１５には、電源部である高圧電源１９から、−２．０〜７．０ｋＶの電圧の印加が可能となっている。後述するが、この２次転写ローラ１５は、中間転写ベルト８の周方向に電流を供給するための電流供給部材を兼ねている。

中間転写ベルト８の外側には、中間転写ベルト８表面に残った転写残トナーを除去して回収するベルトクリーニング装置７５が設置されている。また、中間転写ベルト８の回転方向において、２次転写対向ローラ１２と２次転写ローラ１５とが当接する２次転写部の下流側には、定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂを有する定着装置１７が設置されている。

次に、画像形成動作について説明する。

コントローラから画像形成動作を開始するための開始信号が発せられると、カセット（不図示）から転写材（記録媒体）が一枚ずつ送り出され、レジストローラ（不図示）まで搬送される。その時、レジストローラ（不図示）は停止されており、転写材の先端は２次転写部の直前で待機している。一方、各画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄでは、開始信号が発せられると、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが、所定のプロセススピードで回転し始める。各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれ帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって一様に、本実施例では負極性に帯電される。各帯電ローラには、負極性の電圧を印加する帯電用の電圧電源が接続されている。そして、露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄは、レーザ光を各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ上にそれぞれ走査露光して静電潜像を形成する。

そして、先ず感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、感光ドラム２ａの帯電極性（負極性）と同極性である現像電圧が印加された現像装置４ａによりイエローのトナーを付着させて、トナー像として可視像化する。感光ドラムの電位は、帯電ローラにより帯電された後の電位が―５００Ｖ、露光装置により露光された後の電位（画像部）が―１００Ｖとなるよう帯電量、露光量を調整し、現像バイアスを―３００Ｖとしている。また、プロセススピードを２５０ｍｍ／ｓｅｃとする。搬送方向（回転方向）と垂直方向の長さである画像形成幅は２１５ｍｍ、トナー帯電量は―４０μＣ／ｇ、画像ベタ部の感光ドラム上のトナー量は０．４ｍｇ／ｃｍ^２となるよう設定している。

このイエローのトナー像は、回転している中間転写ベルト８上に１次転写される。ここで、各感光ドラムに対向して、各感光ドラムからトナー像が転写される部を、１時転写部とする。この１次転写部は、複数の像担持体に対応する形で中間転写ベルト上に複数ある。本実施例におけるイエローのトナー像を中間転写ベルト８上に１次転写するための構成については、後述する。尚、図１では中間転写ベルト８を介して、各画像形成部の対向する位置に対向部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを有する。対向部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄによってニップを形成することで、ニップ幅を広く安定させることが可能である。本実施例では対向部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは、１次転写専用の電圧電源に接続される被印加部材ではなく、電気的にフロートになるようにしている。

イエローのトナー像が転写された領域は、中間転写ベルト８の回転によって画像形成部１ｂ側に移動する。そして、画像形成部１ｂにおいても、同様にして感光ドラム２ｂに形成されたマゼンタのトナー像が、中間転写ベルト８上のイエローのトナー像上に重ね合わせて転写される。以下、同様にして中間転写ベルト８上に重畳転写されたイエロー、マゼンタのトナー像上に、画像形成部１ｃ、１ｄの感光ドラム２ｃ、２ｄで形成されたシアン、ブラックのトナー像を、順次重ね合わせてフルカラーのトナー像を中間転写ベルト８上に形成する。

そして、中間転写ベルト８上のフルカラーのトナー像先端が２次転写部に移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ（不図示）により転写材をこの２次転写部に搬送する。中間転写ベルト８上のフルカラーのトナー像が、２次転写電圧（トナーと逆極性（正極性）の電圧）が印加された２次転写ローラ１５により転写材に一括して２次転写される。フルカラーのトナー像が形成された転写材は定着装置１７に搬送される。定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂによって形成される定着ニップ部で、フルカラーのトナー像は加熱加圧され、転写材Ｐ表面に熱定着された後に外部に排出される。

本実施例は、各感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから中間転写ベルト８にトナー像を転写する１次転写を、図４で示す１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに電圧を印加して行う構成を採用せずに実行することを特徴とする。以下に、本実施例の特徴を説明するために、中間転写ベルト８の体積抵抗率、表面抵抗率、周方向抵抗について説明する。尚、周方向抵抗の定義と測定方法については後述する。

［本実施例で使用される中間転写ベルト８の体積抵抗率、表面抵抗率］
本実施例の中間転写ベルト８は、厚み１００μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂にカーボンを分散させて電気抵抗を調整したものを基層としている。尚、使用される樹脂は、ポリイミド（ＰＩ）、ＰＶｄＦ、ナイロン、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ポリカーボネート、ＰＥＥＫ、ＰＥＮ等でもよい。さらに、中間転写ベルト８は多層構成である。具体的には基層の外面には、厚み０．５〜３μｍで高抵抗のアクリル樹脂の表層を設けている。表層の高抵抗層は、２次転写部の長手方向で通紙域と非通紙領域の電流差を少なくして小サイズ紙の２次転写性が良化する効果を得るためである。

次にベルトの製造方法について説明する。本実施例では、インフレーション成形法による製造方法を用いている。基材となるＰＰＳと、導電体粉であるカーボンブラックなどの配合成分を二軸混練機により溶融混練する。得られた混練物を環状ダイスによって押出し成形することによりベルトを製造している。

表面コート層は、成形したエンドレスベルトの表面に紫外線硬化樹脂をスプレーコーティングし、乾燥後、紫外線照射により硬化させて形成している。コート層は厚すぎると、割れやすくなるため０．５〜３μｍの範囲となるよう塗布量を調整している。

本実施例では、導電体粉としてカーボンブラックを用いている。中間転写ベルト８の電気抵抗値を調節するために混合する添加剤は特に制限されるものではない。例えば、抵抗を調整する導電性フィラーとしてはカーボンブラックや各種の導電性金属酸化物等がある。また、非フィラー系抵抗調整剤としては各種金属塩やグリコール類等の低分子量のイオン導電材やエーテル結合や水酸基等を分子内に含んだ帯電防止樹脂または電子導電性を示す有機高分子化合物等である。

添加するカーボン量を増やすとベルトは低抵抗化するが、増やしすぎるとベルト自体の強度が不足し、割れやすくなってくる。本実施例では、ベルト強度が画像形成装置に使用できる範囲内に収まる範囲内で、ベルトを低抵抗化している。本実施例の中間転写ベルトのヤング率は３０００ＭＰａ程度である。ヤング率Ｅ測定は、ＪＩＳ−Ｋ７１２７の引張弾性率測定方法に準拠し、測定試料の厚みは１００μｍとした。

表１に、基体に対するカーボン量の相対比率を変更したベルトを示す。

表１には、添加したカーボン量と表層コート層の有無を示している。例えば、ベルトＢはベルトＡに対してカーボン量が１．５倍、ベルトＣはベルトＡに対してカーボン量が２倍であることを示している。また、ベルトＡ、ベルトＢ、ベルトＣには表層を設けており、ベルトＤ、ベルトＥは単層のベルトである。ベルトＢとベルトＤのカーボン量の相対比率は同じで、ベルトＣとベルトＥのカーボン量の相対比率も同じである。

また比較用のベルトとしてカーボン量の相対比率を変えて、抵抗調整したポリイミドの比較例ベルトを製法した。比較例ベルトは、カーボン量の相対比率が０．５であり、体積抵抗率も１０^１０〜１０^１１Ωｃｍである。この比較例ベルトは、中間転写ベルトに採用されるベルトとしては一般的な抵抗値を有するベルトである。

以下に、比較例ベルトと、ベルトＡ〜Ｅの体積抵抗率、表面抵抗率の測定結果を示す。

まず、前述の比較例ベルトおよびベルトＡ〜Ｅに対して、株式会社三菱化学アナリテック製の抵抗率計ハイレスタＵＰ（ＭＣＰ−ＨＴ４５０）を用いて測定した。測定した体積抵抗率、表面抵抗率（ベルトの外側表面）を表２に示す。測定方法は、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準拠し、導電性ゴムを電極とすることで電極とベルトの表面の良好な接触性を得た上で測定した。測定条件は、印加時間を３０秒間で、印加電圧を１０Ｖ、１００Ｖとしている。

比較例ベルトは、印加電圧は１００Ｖを印加した場合に、体積抵抗率が１．０×１０^１０Ωｃｍ、表面抵抗率が１．０×１０^１０Ω／□である。しかしながら、比較例ベルトは印加電圧を１０Ｖにすると流れる電流が小さすぎて体積抵抗率を測定できず、「ｏｖｅｒ」と表示される。

一方、ベルトＢ、Ｃ、Ｄは１００Ｖ印加では、ベルトの抵抗が低いため流れる電流値が大きすぎて、体積抵抗率の測定不能を表すｕｎｄｅｒが表示される。ベルトＢは、１００Ｖ印加で表面抵抗率は２．０×１０^８Ω／□であったが、ベルトＣ、Ｄは、１００Ｖ印加した場合は、ｕｎｄｅｒと表示された。

表２中で、ベルトＡの印加電圧１０Ｖの各体積抵抗率、表面抵抗率は測定不能である。また、１００Ｖを印加した場合のベルトＡと比較例ベルトの表面抵抗率を比較すると、ベルトＡの方が高い。これはコート層の影響によるもので、高抵抗の表層コートを有するベルトＡのほうが、表層コートを有していない比較例ベルトより抵抗が高いことが分かる。

また、ベルトＢとベルトＤ、ベルトＣとベルトＥを比較することで、コート層があることで、抵抗値が高くなっていることがわかる。また、ベルトＢとベルトＣ、ベルトＤとベルトＥを比較することで、カーボン量を増やすと、抵抗値が低くなっていることがわかる。ベルトＥでは抵抗が低すぎて、全ての項目が測定不能となっている。

本実施例では、表２でｕｎｄｅｒと表示される範囲の中間転写ベルトを使用する必要がある。そこで、上記体積抵抗率、表面抵抗率以外で規定される中間転写ベルトの抵抗を測定した。その別の規定による中間転写ベルト８の抵抗が、上述の中間転写ベルトの周方向の電気抵抗である。

［中間転写ベルトの周方向抵抗の求め方］
本実施例では、低抵抗化したベルトの抵抗値を図２で示す方法で測定している。図２（ａ）では、高圧電源１９から外面ローラ１５Ｍに一定電圧を印加した時に、画像形成部１ｄの感光ドラム２ｄＭに繋いだ電流計へ流れる電流を検知する。この検知した電流値から、外面ローラ１５Ｍが接触する位置から感光ドラム２ｄＭが接触する位置の間の中間転写ベルト８の電気抵抗を求める方法を用いている。即ち、この方法によって中間転写ベルト８の周方向（回転方向）に流れる電流を測定することで、ベルトの抵抗を算出している。このとき中間転写ベルト以外の抵抗の影響を無くすため、外面ローラ１５Ｍ、感光ドラム２ｄＭは金属のみからなるものを用いる。図中では、金属ローラであることを示すために符号にＭ（Ｍｅｔａｌ）を付加している。本実施例では、外面ローラ１５Ｍの当接部−感光ドラム２ｄＭ間の距離は中間転写ベルト上面側が３７０ｍｍ、中間転写ベルト下面側が４２０ｍｍである。

以上の測定方法で、印加電圧を変更してベルトＡ〜Ｅを測定した結果が図３（ａ）である。この測定方法では中間転写ベルトの回転方向である周方向の抵抗を測定している。よって、本実施例では、この測定方法で測定した中間転写ベルトの抵抗を周方向抵抗［Ω］と称している。

全てのベルトで印加電圧を上げていくと周方向抵抗が少しずつ低下していく傾向があるが、これは樹脂にカーボンを分散したベルトの特徴である。

尚、図２（ｂ）は図２（ａ）に対して、電流計の位置のみを変えただけである。この時の抵抗測定結果は、図３とほぼ同じ結果であり、本実施例の測定方法は、電流計の位置によって変動しない。尚、図２では金属ローラをベルトの外面に接触させて中間転写ベルトの周方向の抵抗を測定したが、金属ローラをベルトの内面に接触させる構成であってもよい。この場合は、中間転写ベルト８を構成する基層の周方向の抵抗を測定することが可能である。

ベルトＡ〜Ｅでは、図２で示す方法で周方向抵抗測定できるが、比較例ベルトでは周方向抵抗測定できなかった。この理由は、比較例ベルトは、図４で示すような各１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに夫々電圧電源が接続された構成の画像形成装置で使用されるベルトであるためである。

図４の構成の画像形成装置では、隣り合う電圧電源が中間転写ベルトを介してお互いに流れ込む電流によって影響を受けないように（干渉しないように）、中間転写ベルトの体積抵抗、表面抵抗は高く設計されている。比較例ベルトは、各１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５に専用の電圧電源９ａ〜９ｄから電圧を印加しても各１次転写部間で干渉しない程度の抵抗を持つベルトであり、周方向に電流が流れにくい性能を持つベルトとして設計されている。比較例ベルトのようなベルトを高抵抗ベルト、ベルトＡ〜Ｅのような周方向に電流が流れるベルトを、低抵抗のベルトである導電性ベルトと定義する。

図３（ｂ）は、図２（ａ）の測定方法で測定した電流をそのままプロットしたものである。前述の図３（ａ）の縦軸（抵抗［Ω］）は、図３（ｂ）の測定された電流値を印加電圧で割ることで換算した値である。

図３（ｂ）に示すように、比較例ベルトでは２０００Ｖ印加しても周方向に電流は流れなかった。しかしながら、図３（ｂ）に示すように、ベルトＡ〜Ｅでは、５００ｖ以下で５０μＡ以上流れていることがわかる。本実施例で、中間転写ベルトとして使用するベルトは、上記周方向抵抗で１０^４〜１０^８Ωである。

次に、上記周方向抵抗が１０^４〜１０^８Ωである中間転写ベルト８のベルト表面電位について説明する。図５（ａ）にベルト表面電位の測定方法を示している。図中では４つの表面電位計で、４箇所の電位測定をしている。尚、図中の５ｄＭ、５ａＭは測定用の金属ローラである。

表面電位計３７ａおよび測定プローブ３８ａは画像形成部１ａの１次転写ローラ５ａＭ（金属ローラ）の電位を測定している。測定器はトレック・ジャパン株式会社製表面電位計ＭＯＤＥＬ３４４を使用した。金属ローラは中間転写ベルト内面と同電位となるため、本方法で中間転写ベルト内面電位を測定することができる。同じく、表面電位計３７ｄおよび測定プローブ３８ｄは画像形成部１ｄの１次転写ローラ５ｄＭ（金属ローラ）の電位により中間転写ベルト内面の電位を測定している。

また、表面電位計３７ｅおよび測定プローブ３８ｅは駆動ローラ１１Ｍを対向にして中間転写ベルト外面電位を測定しており、表面電位計３７ｆおよび測定プローブ３８ｆはテンションローラ１３を対向にして中間転写ベルト外面電位を測定している。また、駆動ローラ１１Ｍ、２次転写対向ローラ１２、テンションローラ１３には各々電気的な抵抗部材であるＲｅ、Ｒｆ、Ｒｇを接続している。

本測定方法で中間転写ベルトの電位を測定したところ、測定箇所による差はほぼ無く、ベルト電位は中間転写ベルト内でほぼ同電位であることがわかった。つまり本実施例で用いたベルトは、ある程度抵抗値を持つものの、導電性を有するベルトと考えて差し支えない。

図６に中間転写ベルト電位の測定結果を示す。図６（ａ）はＲｅ＝Ｒｆ＝Ｒｇ＝１ＧΩの抵抗素子を用いた場合の結果である。横軸は転写用の電圧電源１９に印加した電圧、縦軸は中間転写ベルトの電位であり、ベルトＡ〜Ｅでの結果を示している。

また同様に、図６（ｂ）はＲｅ＝Ｒｆ＝Ｒｇ＝１００ＭΩ、図６（ｃ）はＲｅ＝Ｒｆ＝Ｒｇ＝１０ＭΩの場合の結果を示している。

どのベルトも印加電圧を上げていくと、ベルト電位も上昇する。また、抵抗値を１ＧΩ、１００ＭΩ、１０ＭΩと下げていくと、ベルト電位は下降する。ここではＲｅ、Ｒｆ、Ｒｇの抵抗値を全て同じにしているが、どれか１つの抵抗値を下げると、その抵抗に従ってベルト電位が下がることが分かっている。

また、比較例ベルトのように周方向に電流がほぼ流れない抵抗値の中間転写ベルトでは、上述のような方法でベルト電位を測定することはできない。図４で示すような各１次転写ローラに専用の転写電源９により電圧を印加する構成では、電位測定プローブを配置することができない。またベルト周方向の位置で電位が異なるため、張架ローラ（張架部材）を対向にして電位測定プローブを配置して測定しても意味が無いからである。次に、図７に基づき本実施例の構成で、感光ドラムから中間転写ベルトにトナー像を転写することができる理由を説明する。

図７（ａ）は、１次転写部の電位関係を説明した図である。感光ドラムの電位は、トナー部（画像部）で―１００Ｖ、中間転写ベルトの表面電位として＋２００Ｖの例を示している。感光ドラム上に現像された帯電量ｑをもつトナーは、感光ドラム電位と中間転写ベルト電位とにより形成された電界Ｅにより、中間転写ベルト方向の力Ｆを受けて１次転写される。

次に、図７（ｂ）は多重転写を説明した図である。多重転写とは、１度中間転写ベルト上に１次転写されたトナーの上に、さらに他色のトナーを重ねて１次転写することである。図７（ｂ）では、トナーはマイナスに帯電されており、この１度転写されたトナーによりトナー表面の電位が＋１５０Ｖとなっている例を示している。この場合、感光ドラム上のトナーは、感光ドラム電位とトナー表面電位とにより形成された電界Ｅ’により、中間転写ベルト方向の力Ｆ’を受けて１次転写される。

図７（ｃ）は、多重転写が終了したことを示している。

このように、トナーを１次転写するにはトナーの帯電量と、感光ドラムと中間転写ベルトの電位差が関係しており、１次転写性を確保するには中間転写ベルト電位が一定以上必要であることがわかる。

本実施例の前述の条件で、感光ドラム上に現像されたトナーを１次転写するのに必要な中間転写ベルト電位を検討すると、２００Ｖ以上必要であることがわかった。

図７（ｄ）は、横軸に中間転写ベルト電位、縦軸に転写効率をプロットしたグラフである。転写効率とは、感光ドラム上に現像されたトナーが何％中間転写ベルト上に転写されたかを示す転写性の指標であり、通常９５％以上あれば問題無く転写できていると判断する。図は中間転写ベルト電位２００Ｖ以上で９８％以上の良好な転写をしていることを示している。

このとき、各画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄでの感光ドラムと中間転写ベルトの電位差は全て同じである。つまり、感光ドラム電位―１００Ｖと中間転写ベルト電位＋２００Ｖの電位差３００Ｖが、各画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの１次転写部に形成されている。この電位差は、上記トナー３色分（単色ベタを１００％として３００％分）の多重転写に必要な電位差であり、従来の１次転写構成で各１次転写ローラに各々１次転写電圧を印加した場合とほぼ同等である。通常の画像形成装置は４色備えていても４００％の画像形成することは無く、最大トナー量として、２１０〜２８０％程度で十分なフルカラー画像形成を行うことができている。

よって、本実施例では、中間転写ベルトの表面電位が所定電位になるように中間転写ベルトの周方向に電流を流すことで、１次転写を可能としている。本実施例では、２次転写部材である２次転写ローラ１５を、中間転写ベルト８の周方向に電流を供給するための転写部材（電流供給部材）として使用している。転写部材に電圧を印加する電圧電源１９は、１次転写と２次転写を行うための共通の電源部である。

２次転写は、中間転写ベルト８上に１次転写されたトナーを、１次転写と同様にクーロン力によって転写材上へ移動させることである。本実施例の条件で、転写材として上質紙（坪量７５ｇ／ｍ^２）を用い、２次転写するのに必要な２次転写電圧は２ｋＶ以上である。

図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図６の中間転写ベルト電位に１次転写と２次転写の成立の条件を付加したものである。図８（ａ）は抵抗部材に１ＧΩ、図８（ｂ）は抵抗部材に１００ＭΩ、図８（ｃ）は抵抗部材に１０ＭΩの抵抗素子を使用した場合の結果を示す。図８の点線Ａは、１次転写するのに必要な中間転写ベルト電位のラインである。図８のＢは、２次転写設定範囲を示す。図８（ａ）、（ｂ）のように、１ＧΩ、１００ＭΩの場合は、一定以上の２次転写電圧を印加することで、１次転写、２次転写がＯＫとなっている。図８（ｃ）のように、１０ＭΩの場合は、より多くの２次転写電圧が必要となることがわかる。１０ＭΩでも印加電圧を上げれば、２次転写ＯＫとなるが、実際は張架ローラに電流を流しているので、より大容量の電源が必要となってしまう。また、２次転写部に転写材が有る場合は、無い場合に比べて、中間転写ベルトの表面電位が下がる傾向にある。よって、２次転写部に転写材がある場合に合わせて印加電圧の大きさを決定すれば、中間転写ベルト８の表面電位を１次転写が可能な電位（ここでは、２００Ｖ以上）にすることが可能である。

また、１次転写部と２次転写部が十分離れている場合、必要であれば１次転写時は１次転写に最適な電圧を転写部材である２次転写ローラ１５に印加する。１次転写が終了し２次転写のタイミングになったら２次転写に最適な電圧に切り替えることも可能である。

本実施例の画像形成装置は、中間転写ベルト８が感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと当接および離間が可能な構成となっており、モードに応じて切換え可能である。像担持体全てが中間転写ベルトと接触する第１のモードと、第１のモードより中間転写ベルトに接触する像担持体の数が少ない第２のモードを、入力された画像信号に応じて切り替えられるようになっている。本実施例では、第１のモードで４色全て転写されるカラーの画像形成モード（カラーモード）を実行し、第２のモードで、１色のみ転写される画像形成モード（モノモード）を実行している。図９にて、中間転写ベルト８と各感光ドラム２の当接及び離間状態を変更するための機構を説明する。本実施例では、各画像形成部を中間転写ベルト８に対して当接及び離間させる構成であり、具体的には、切換え部材である押し上げコロ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを有する。押し上げコロ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは、偏芯した状態で両端側の離間カム軸受（不図示）によって回動可能に支持される。離間カム軸受（不図示）の回動によって押し上げコロ４１ａ、４１ｂ、４１ｃが昇降可能に支持されており、又、離間カム軸受の回動によって押し上げコロ４１ｄが昇降可能に支持されている。即ち、各画像形成ユニットは、離間カム軸受けが半回転するごとに、昇状態および降状態になる。本実施例においては、押し上げコロ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄはそれぞれ画像形成ユニット２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと接続して設置されている。よって、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、画像形成部２ａ、２ｂ、２ｃと画像形成部２ｄは独立して中間転写ベルトに当接離間させることが可能である。なお、離間カム軸受けの回転制御に関しては、欠歯ギアとソレノイドの構成や、ステッピングモータによる回転角度制御や、電磁クラッチなどの駆動制御手段を用いても同等の機能を実現することができる。

本実施例の画像形成装置は、図９（ａ）に示す中間転写ベルトと全ての画像形成部が接触する状態でカラーモードを実行し、図９（ｃ）に示す中間転写ベルトと画像形成部１ｄのみが接触する状態で画像形成を行うモノモードを実行する。一次転写部におけるベルト表面電位は転写性能に大きく影響してしまうので、不適正な転写条件の場合、転写不足や転写部放電による再帯電、さらにトナー像を乱す等の不具合を生じることになる。従って、モードに関わらず安定した画像出力を行う為には、適正な転写電界の状態を維持する必要がある。

図１０は、感光体ドラムを１個だけ当接させたモノモード状態で全白画像形成動作を行った時の中間転写ベルト８電位の測定結果を示すグラフ図である。図中のＡは、転写材が２次転写部を通過中の期間を示す。この測定は２次転写部材１９に＋１．０ＫＶの転写電圧を印加した場合であり、中間転写ベルト８電位の測定方法は、図５に示す通りである。

図１０において、２次転写部に記録材Ｐが存在しないときの中間転写ベルト８の電位は２７０Ｖであるが、２次転写部に記録材Ｐが存在する、即ち２次転写を行っているときの中間転写ベルト８の電位は２５０Ｖと１０％程度低下している。これは、電圧電源１９から２次転写ローラ１５に流れ込む電流が、転写材Ｐにも流れ込んで減少する為、中間転写ベルト８の電位が電圧降下することによる。しかしながら、実際の画像形成時には、中間転写ベルトの表面電位の低下が１０％程度に抑えられれば、画像品位にはほとんど影響しない事が判っている。

図１１（ａ）、（ｂ）は、２次転写ローラに印加する電圧を＋１．０〜３．０ＫＶ迄変化させた時の中間転写ベルト表面電位を測定した結果を示す。図１１（ａ）は感光体ドラムを１個だけ当接させたモノモード時であり、１１（ｂ）は感光体ドラムを３個当接させたカラーモード時での測定結果である。図１１に示すように、導電性ベルトにおいては、２次転写部材に同一の電圧を印加した場合でも、当接する感光体ドラムの個数により対向部での表面電位が異なる。

図１１（ａ）に示すように、２次転写部材に電圧を＋１．０ＫＶの転写電圧を印加した場合、１次転写部に＋２７０Ｖの電位が発生し、一次転写部で転写が可能となる。

一方、図１１（ｂ）に、感光体ドラムの当接個数を３個にした場合における２次転写部材に電圧を＋１．０〜３．０ＫＶ迄印加した場合の、中間転写ベルト電位の測定結果を示す。図１１（ｂ）に示すように、２次転写部材に電圧を＋１．０ＫＶの電圧を印加した場合、１次転写部に＋１７０Ｖの電位が発生しており、これは、感光体ドラムの当接が１本の場合よりも４０％程度弱い転写電界となってしまっている。

この原因については、以下のように考えられている。本発明の実施例で用いられた導電性ベルトは、従来用いられる高抵抗ベルトに比べて抵抗が低い為に、電流供給部材となる２次転写部材への電圧印加によりベルト周方向には略等電位となっている。この為、当接している感光体ドラムと中間転写ベルトの間の電位差は略同等となり、各感光体ドラムへ流れ込むこと一次転写電流も略同等となる。従って、複数の感光体ドラムが中間転写ベルトに当接している場合には、１個の感光体が当接している場合に比べて電流が分割されるので、各感光体ドラムに流れ込む電流量が少なくなる。この結果、一次転写部の電位が減少し、転写部電界が弱くなってトナーを感光体ドラムから中間転写ベルトに移動させる力が減少してしまうので転写性が低下する。

この為、本実施例の導電性ベルトを使用する場合には、ベルトに当接する感光体ドラムの個数に応じて電流供給部材への印加電圧を変更する。

例えば、感光体ドラムが１本だけ当接した条件、即ちモノモードでの一次転写条件が、２次転写部材に＋１．０ＫＶ印加した条件が最適値（転写効率が最も高い条件）であった場合、中間転写ベルト表面電位は図１１（ｂ）に示すように＋３００Ｖとなっている。そこで感光体ドラムが３つ中間転写ベルトに当接した条件では、図１１（ｂ）の結果から中間転写ベルト表面電位が＋２７０Ｖとなるように、２次転写部材への印加バイアスを＋１．７ＫＶに設定する。この設定により全ての画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃの一次転写部において適正な一次転写条件を維持することができる。

このような原理により本実施例のような中間転写ベルトを用いた場合ベルトに当接する感光体ドラムの個数に応じて電流供給部材に流す電流量を変えることで、どのような画像形成モードにおいても安定した転写条件で一次転写を行うことが出来るようになる。即ち、電圧電源１９は、第１のモードを実行する場合に電流供給部材１５に印加する電圧よりも、同極性で絶対値が大きな電圧を、第２のモードを実行する場合に電流供給部材１５に印加する。

第２のモードは、図９（ｃ）のように中間転写ベルトと感光ドラムを一つのみ接触させる以外に、複数の感光ドラムを中間転写ベルトと接触させてもよい。第２のモードは、第１のモードに対して、中間転写ベルト８に接触する像担持体の数が少なければよい。

以上説明した実施例１は、下記の構成に変更することが可能である。中間転写ベルト８を張架する張架ローラを、二本にして本体をさらに小型化することも可能である。さらに、中間転写ベルト８を介して、各感光ドラムと１次転写部を形成する対向部材５ａ〜５ｄを無くすことが可能である。図１の対向部材５ａ〜５ｄは、少なくとも、各感光ドラム２ａ〜２ｄと中間転写ベルト８が接触する領域に設けられている。対向部材５ａ〜５ｄを無くす場合は、上記領域以外に中間転写ベルト８を内面から外面に押し上げるコロや、中間転写ベルト８のテンションによって中間転写ベルト８は各感光ドラム２ａ〜２ｄに接触する構成であればよい。

また、電流供給部材として二次転写部材でなく、中間転写ベルトの内面又は外面に接触する接触部材を用いてもよい。電流供給部材を二次転写部材と兼用した場合は、１次転写と２次転写の双方を一つの電圧電源で実行することが可能になる。

また、単層および２層の中間転写ベルトを用いたが、弾性層を設けるなどした３層以上のベルトでも前記周方向抵抗であれば、同様の効果を期待することができる。２層の中間転写ベルトは、基層を成形したあとコートすることで製造しているが、一体成型する等、抵抗値が前述の条件を満たしていれば製造方法はこれに限るものではない。

尚、本実施例では、画像形成部１を中間転写ベルトに対して移動させる切換え部材を用いているが、他の構成でもよい。例えば、中間転写ベルト８の内面で各画像形成部に対向する位置で中間転写ベルト８に当接する対向部材を、中間転写ベルト８に対して移動させることで、中間転写ベルト８と各感光ドラムの接触状態を切換えてもよい。

１ａ〜１ｄ画像形成部
２ａ〜２ｄ感光ドラム（像担持体）
５ａ〜５ｄ対向部材
８中間転写ベルト
９ａ〜９ｄ１次転写専用の電圧電源
１５電流供給部材
１９電源部

Claims

トナー像を担持する複数の像担持体と、回転可能な無端状の中間転写ベルトと、を有し、前記複数の像担持体が担持するトナー像を前記複数の像担持体に対応した複数の１次転写部で前記中間転写ベルトに１次転写する画像形成装置であって、前記複数の像担持体全てと前記中間転写ベルトが接触する第１のモードと、前記第１のモードよりも前記中間転写ベルトに接触する前記像担持体の数が少ない第２のモードと、を実行可能な画像形成装置において、
前記中間転写ベルトに接触して前記中間転写ベルトに電流を供給する電流供給部材と、前記電流供給部材に電圧を印加する電源部を有し、前記中間転写ベルトは導電性を備え、前記電流供給部材によって供給された電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることで前記中間転写ベルトにトナー像を１次転写し、
前記電源部は、前記第１のモードを実行する場合に前記電流供給部材に印加する電圧よりも絶対値が大きな電圧を、前記第２のモードを実行する場合に前記電流供給部材に印加することを特徴とする画像形成装置。
前記第２のモードは、前記中間転写ベルトと前記複数の像担持体の一つのみが接触するモードであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記電流供給部材は、前記中間転写ベルトから転写材にトナー像を転写するための２次転写部材を兼ねていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
前記中間転写ベルトは、２つの張架部材によって張架されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。