JP2013025222A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 １次転写専用の電圧電源の数を減らしつつ、中間転写ベルト上に残留した残留トナーを移動させる感光ドラムを切換えることが難しかった。
【解決手段】 電流供給部材から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、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写されるものであり、帯電された残留トナーを中間転写ベルトから移動させる像担持体と中間転写ベルトの間で発生する電位差が、帯電された残留トナーを中間転写ベルトから移動させない像担持体と中間転写ベルトの間で発生する電位差よりも大きくなるように、露光手段の各像担持体に対する露光を制御する。
【選択図】 図１４

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次転写部材によって、中間転写ベルトに１次転写される。各１次転写部材には、それぞれ１次転写電圧を印加する為の電圧電源が接続されている。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次転写部材には、２次転写電圧を印加する為の電圧電源が接続されている。

特許文献１には、４つの１次転写部材にそれぞれ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。

又、２次転写後の中間転写ベルトから、転写材に２次転写されず残留した残留トナーを回収する必要がある。中間転写ベルトに残留トナーを帯電部材で帯電後に、一次転写部で感光ドラムに移動させて、感光ドラムの廃トナーボックスに回収する画像形成装置が従来から知られている。特許文献２には、特定の感光ドラムの廃トナーボックスに残留トナーが集中しないように、フルカラーモードとモノモードで中間転写ベルトから残留トナーを移動させる感光ドラムを切換える方法が提案されている。

特開２００３−３５９８６号公報 特開２００８―１９１５１４号公報

特許文献２の方法では、残留トナーを移動させる感光ドラムを切換えるためには、感光ドラムに残留トナーを移動させる１次転写部の電界の向きと、感光ドラムに残留トナーを移動させない１次転写部の電界の向きを異ならせる必要がある。特許文献２は、各１次転写部材に印加する電圧の極性を切換えることで、上記電界の向きを達成することが可能である。しかしながら、特許文献２の方法では、複数の１次転写専用の電圧電源が必要になり、１次転写専用の電源を減らすことが難しかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、１次転写専用の電圧電源の数を減らしつつ、中間転写ベルト上に残留した残留トナーを移動させる感光ドラムを切換えることが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

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。
複数の像担持体と、前記複数の像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記複数の像担持体の各静電潜像を現像する複数の現像手段と、回転可能な無端状の中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの内面を張架する複数の張架部材と、を備え、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次転写し、２次転写部で前記中間転写ベルト上のトナー像を転写材へ２次転写する画像形成装置において、
前記中間転写ベルトに接触する電流供給部材を有し、前記中間転写ベルトは導電性を備え、前記複数の像担持体のトナー像は、前記電流供給部材から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、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写されるものであり、
転写材に２次転写されず前記中間転写ベルトに残留したトナーを帯電するトナー帯電手段を有し、前記トナー帯電手段によって前記残留トナーをトナーの正規の帯電極性と逆極性に帯電し、帯電された前記残留トナーは、前記中間転写ベルトの周方向に流れる電流によって前記中間転写ベルトと接触する前記像担持体と形成する前記１次転写部で、前記中間転写ベルトから前記像担持体に移動されるものであり、
前記複数の像担持体において、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させる前記像担持体と、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させない前記像担持体を切換える場合、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させる前記像担持体と前記中間転写ベルトの間で発生する電位差が、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させない前記像担持体と前記中間転写ベルトの間で発生する電位差よりも大きくなるように、前記露光手段の各像担持体に対する露光を制御することを特徴とする画像形成装置。

本発明の構成によれば、１次転写専用の電圧電源の数を減らしつつ、中間転写ベルト上に残留した残留トナーを移動させる感光ドラムを切換えることが可能になる。

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。 各画像形成部に１次転写専用の電圧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。 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に係るベルト電位と２次転写電圧を説明する説明図。 本発明の実施例１に係るベルト電位と２次転写電圧（２次転写部に転写材が介在する場合）を説明する説明図。 本発明の実施例１に係る残留トナーの回収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に係るツェナーダイオード電位又はバリスタ電位を説明する図。 本発明の中間転写ベルト上の残留トナーを説明する説明図。 実施例１に係る各手段の動作状態を示す概略断面図。

（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、現像手段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の下方には、露光ユニット７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがそれぞれ設置されている。露光ユニットは、各画像形成部に設ける必要なく、一つの露光ユニットで各感光ドラムを露光してもよい。露光ユニットの露光量は、制御部（不図示）によって制御される。各現像手段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。

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。

中間転写ベルト８の外面側には、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ためのトナー帯電手段７５が配置されている。トナー帯電手段７５が備えるクリーニングブラシ７１は、１０^６〜１０^９Ωｃｍの導電性を有するナイロン製の繊維が略密となるように構成されたブラシである。クリーニングブラシ７１の先端位置は、中間転写ベルト８の表面に対して侵入量が１．０ｍｍとなるように設定されている。クリーニングブラシ７１の長手方向（中間転写ベルト８の表面の移動方向と交差する方向）の長さは、中間転写ベルト８上の画像形成可能領域の同方向の幅と略同じである。このように、中間転写ベルト８の表面の移動方向において上流側に位置するクリーニングブラシ７１は、中間転写ベルト８の移動に伴って中間転写ベルト８の表面を摺擦する。そして、クリーニングブラシ７１には、電圧供給手段としての電源（電圧電源）７２から、−２．０〜＋２．０ｋＶの電圧の印加が可能となっている。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。そして、露光手段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手段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、露光手段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箇所を、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。本実施例は、中間転写ベルト８の外面に接触する電流供給部材から中間転写ベルト８の周方向に流れる電流によって、１次転写を行う。（１次転写の原理は後述する。）
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）が印加された二次転写部材である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。転写材に転写されずに中間転写ベルト８上に残留した残留トナーは、本実施例では、クリーニング装置７５によって帯電され、１次転写部で各感光ドラムに回収される。

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２で示す１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに各電圧電源９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから電圧を印加する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がある。

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。

表層である表面コート層は、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。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。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には表層を設けている。

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〜Ｃ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〜Ｃ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。

ベルトＡは、１００Ｖ印加で体積抵抗率は２．０×１０^１２Ωｃｍであった。しかしながら、ベルトＡ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。表面抵抗率に関しては、ベルトＡは印加電圧を１０Ｖとすると、「ｏｖｅｒ」と表示される。１００Ｖを印加すると、表面抵抗率が１．０×１０^１２Ω／□である。

一方、ベルトＢ、Ｃ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、１０Ｖ印加で体積抵抗率は１．０×１０^１２ Ωｃｍであった。ベルトＣは、１０Ｖ印加で体積抵抗率は１．０×１０^１０ Ωｃｍであった。表面抵抗率は、ベルトＢは、１０Ｖ印加で、４．０×１０^１１Ω／□、１００Ｖ印加で、２．０×１０^８であった。表面抵抗率は、ベルトＣは、１０Ｖ印加で、５．０×１０^１０Ω／□、１００Ｖ印加で、ｕｎｄｅｒを示した。

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。

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３で示す方法で測定している。図３（ａ）では、電圧電源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〜Ｃを測定した結果が図４（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３（ｂ）は図３（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４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。

ベルトＡ〜Ｃでは、図３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２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２の構成の画像形成装置では、隣り合う電圧電源９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、面積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。以下では、比較例ベルトのようなベルトを高抵抗ベルト、ベルトＡ〜Ｃ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４（ｂ）は、図３（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４（ａ）の縦軸（抵抗［Ω］）は、図４（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４（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、ベルトＡ〜Ｃ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。ここで、駆動ローラに接続する抵抗部材をＲｅ、２次転写対向ローラ１２に接続する抵抗部材をＲｇ、テンションローラ１３に接続する抵抗部材Ｒｆとする。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（印加電圧）、縦軸は中間転写ベルトの電位であり、ベルトＡ〜Ｃ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２で示すような各１次転写ローラに専用の電圧電源９ａ〜ｄ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に電圧電源１９から電圧を印加することによって、一つの電圧電源１９で、１次転写と２次転写を行うことが可能になる。即ち、２次転写ローラ１５が、中間転写ベルト８の周方向に電流を流すための電流供給部材を兼ねている。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。電流供給部材は、２次転写ローラ１５と必ずしも兼用させる必要なく、電圧電源を別に設けて、中間転写ベルト８の外面に接触する接触部材でもよい。接触部材としては、ローラ、帯電ブラシ、回転ブラシ等が考えられる。この接触部材に電圧電源から電圧を印加することで、電流供給部材として使用できる。

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２次転写電圧を上げれば、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。２次転写部を転写材が通過している間は、転写材の抵抗により中間転写ベルト８の電位は低下するが、その低下分をあらかじめ想定して電流供給部材に印加する電圧を設定しておけばよい。

図９は、２次転写部を転写材が通過している場合のベルト表面電位の測定結果である。また、前述した１次転写と２次転写の成立条件を追記してある。図のように、転写材が有ることで、ベルト電位が若干低下していることがわかる。これは電圧電源１９から供給された電圧が、２次転写部で電圧降下しているためである。ただし、張架ローラの抵抗が１ＧΩ、１００ＭΩの場合は、１次転写、２次転写共にＯＫ領域があるものの、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２次転写電圧を上げれば、２次転写ＯＫとなるが、２次転写効率が低下する傾向にある。

１次転写性は感光ドラム表面電位とベルト表面電位の電位差で決まり、本実施例の画像形成装置の場合、ベルト表面電位が略２００Ｖ以上あれば１次転写性を確保できる。よって本実施例の画像形成装置で１ＧΩ、１００ＭΩを使用し、２次転写電圧を２ｋＶ以上にすれば、１次転写性は２次転写部に転写材があるなしに関わらずに確保できる。

次に図１０に基づき、中間転写ベルト上に残留したトナーの回収方法について説明する。
前述した２次転写工程で転写材上に転写されなかったトナーを残留トナーと称する。残留トナーは、中間転写ベルトの回転に伴いトナー帯電手段７５が中間転写ベルトに接触する接触部へ搬送される。

トナー帯電手段７５のクリーニングブラシ７１には、クリーニング用電圧電源（第２の電圧電源）７２からトナーの正規の帯電極性とは逆極性、即ち、本実施例では正極性の電圧が印加される。これにより、中間転写ベルト８上の残留トナーは、クリーニングブラシ７１を通過する時に、転写最適な値の正極性の電荷を付与される。本実施例では、現像手段４ａにおいてトナーは負極性に帯電されており、上記クリーニングブラシ７１通過後の２残留トナーとは逆極性である。

その後、最適な正極性の電荷が付与された残留トナーは、各画像形成部の１次転写部において感光ドラム２ａ〜２ｄへ静電的に移動する。各感光ドラムへ移動した残留トナーはドラムクリーニング手段６ａ〜６ｄへ回収される。

残留トナーの帯電と、１次転写を同じタイミングで実行する場合は、２次転写部材１５（電流供給部材）に印加される電圧の極性と、クリーニングブラシ７１（クリーニング手段）に印加される電圧の極性は同極性である。即ち、導電性の中間転写ベルト８は、２次転写ローラとクリーニングブラシ７１から電流が供給される。図１１は上記ベルトＡを用いて、２次転写ローラ１５とクリーニングブラシ７１から中間転写ベルト８に電流を供給した場合の中間転写ベルトの電位の変化を表すグラフである。図１１に示すように、２次転写ローラとクリーニングブラシ７１の両方から電流を供給する場合は、ベルトの表面電位が上昇する。クリーニングブラシ７１から流れる電流によって、中間転写ベルトと感光ドラムの電位差が大きくなりすぎると、１次転写性が低下する。

そこで、張架ローラを抵抗素子の代わりに特定の電圧閾値を持つツェナーダイオードまたはバリスタを介して接地することで１次転写性を安定化させることができる。

図１２は、ツェナーダイオードまたはバリスタを介して接地した場合に、電流供給部材１５とクリーニングブラシ７１に同時に電圧を印加した時の中間転写ベルトの電位を示している。尚、比較として点線で張架部材に抵抗素子を接続した場合を示している。抵抗素子を接続した場合は、印加電圧を大きくすると、中間転写ベルト電位も印加電圧に比例して大きくなる。しかし、ツェナーダイオードまたはバリスタを接続した場合、ツェナー電位またはバリスタ電位を超えると電流が張架ローラ側からアース点に流れ出す。よって、中間転写ベルト８の電位は、ツェナー電位またはバリスタ電位を保つ。

このため、印加電圧を上げても、ツェナー電位またはバリスタ電位以上にベルト電位が上昇することがなく、ベルト電位を一定に保つことができ１次転写性を安定させることができる。この電位を一定に保つ作用はクリーニングブラシに印加する電圧を大きくした場合も、同様である。

ツェナー電位またはバリスタの電位を環境の影響を考慮して所定電位の２００Ｖとすれば良い。このように構成することで、１次転写性及び２次転写性を安定させつつ、電流供給部材１５に印加する電圧と、クリーニングブラシ７１に印加する電圧を独立に最適化することができる。

複数の転写材に対する連続画像形成時は、次の転写材に対する１次転写と同時に、残留トナーの中間転写ベルト８から感光ドラムへの移動が転写同時に行われる。このような転写同時クリーニングを実行する場合は、残留トナーの大部分は、最初に電界が発生する１次転写部が発生する画像形成部１ａの感光ドラム２ａに静電的に移動する。

しかしながら、転写同時クリーニングを実行する必要が無い場合は、帯電された前記残留トナーを中間転写ベルトから移動させる像担持体と、帯電された残留トナーを中間転写ベルトから移動させない前記像担持体を切換えることが可能である。これは、連続画像形成時の最後に発生した残留トナーに限ることではなく、例えば、１枚の転写材に対する画像形成を行った場合に発生した残留トナーにも適用可能である。

図１３は連続画像形成時の最後の転写材が２次転写部を抜け、その転写材に対する残留トナー８０の後端がトナー帯電手段７５との接触部を抜けた後の状態を表している。最後の転写材以外の転写材に対して発生した残留トナーは、上記の理由で最上流に配置される感光ドラム２ａと形成する１次転写部で回収される。よって、連続画像形成時は、残留トナーは主に最上流の感光ドラム２ａが備える廃トナーボックスに回収される。

しかしながら、図１３で示す残留トナーに関しては、最上流の感光ドラム２ａに回収する必要がなく、その他の感光ドラムの廃トナーボックスに回収することが可能である。尚、トナー帯電手段７５の接触位置から感光ドラム２ａまでの中間転写ベルトの移動方向の距離Ｈが、転写材のサイズ（本実施例の画像形成装置に使用できる最大の転写材のサイズ）よりも長いほうが効果的に、残留トナーを振り分けることが可能である。その為に、中間転写ベルトに対して各感光ドラムを下方に配置して、２次転写部から１次転写部までの距離を長くする構成が本実施例には適している。

本実施例では、中間転写ベルト８の周方向に電流を流す為に、中間転写ベルトの表面電位は等電位である。その為、残留トナーを移動させる感光ドラムと、残留トナーを移動させない感光ドラムを選択する場合は、感光ドラム表面電位を変更する必要がある。

図１５に、２次転写電圧、クリーニングブラシ電圧をＯｎ（電圧を印加している状態）、Ｏｆｆ（電圧を印加していない状態）するタイミングと、各感光ドラムの電位、各現像手段の各現像手段に対する接離タイミング、を説明する図である。

最初に、２次転写電圧及びクリーニングブラシ電圧をＯｆｆにすると同時に、最上流画像形成部１ａの感光ドラム２ａの表面電位を露光手段により制御し、現像手段４ａを感光ドラム２ａから離間させる。その結果、中間転写ベルト８の電位は略０Ｖになり感光ドラム２ａの表面電位が−１００Ｖとなり、２次転写残トナー８０の感光ドラム２ａへの逆転写電界が弱まる。その結果、２次転写残トナー８０の大部分は、感光ドラム２ａの１次転写部を通過して更に下流の感光ドラムの１次転写部へ移動する。

本実施例においてはこの２次転写残トナー８０を最下流画像形成部１ｄの感光ドラム２ｄへ静電的に移動させてクリーニング装置６ｄに回収する。その為、感光ドラム２ｂ、２ｃの表面電位を−１００Ｖとするとともに対応する現像手段４ｂ、４ｃを離間させ、感光ドラム２ｄの表面電位を−５００Ｖとしている。即ち、帯電された残留トナーを中間転写ベルト８から移動させる感光ドラム２ｄと中間転写ベルト８の間で発生する電位差が、感光ドラム２ａ〜２ｃと中間転写ベルトの間で発生する電位差よりも大きくなるように、露光手段の各像担持体に対する露光量を制御する。

このような制御を実施することにより、２次転写残トナー最後部がトナー帯電部７５を通過後に中間転写ベルト８上に残った２次転写残トナー８０を最下流画像形成部１ｄに回収することができる。これにより２次転写残トナー８０の回収が最上流画像形成部１ａへ偏ることを抑制することができる。

本実施例では２次転写残トナーの最後部の回収を最下流画像形成部１ｄで実施する構成であるが、画像形成部１ｂ、１ｃ、１ｄのどこか１ヶ所または複数ヶ所に回収する構成でもよい。

本実施例においては中間転写ベルト８のクリーニング用部材としてブラシを用いたがこれに限定されるものではなく、残留トナーを所望の極性に帯電できるものであればローラ、ブラシとローラの組合せなどでもよい。

また、本実施例で用いた感光ドラム電位、トナー帯電量、中間転写ベルト電位、プロセススピード等は、これに限るものではなく、導電性の中間転写ベルトを用い、張架ローラに繋いだ抵抗値を一定値以上とすることで、他の条件でも成り立たせることができる。

さらに、本例での中間転写ベルトは、ＰＰＳにカーボンを添加して導電性を持たせているが、これに限るものではなく、他の樹脂や金属等でも本例と同等の導電性があれば同様の効果を期待することができる。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。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 画像形成部
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 感光ドラム（像担持体）
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 帯電ローラ（帯電手段）
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 現像装置（現像手段）
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 露光ユニット（露光手段）
８ 中間転写ベルト（中間転写体）
１９ ２次転写電圧電源
７１ クリーニングブラシ

Claims (6)

1. 複数の像担持体と、前記複数の像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記複数の像担持体の各静電潜像を現像する複数の現像手段と、回転可能な無端状の中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの内面を張架する複数の張架部材と、を備え、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次転写し、２次転写部で前記中間転写ベルト上のトナー像を転写材へ２次転写する画像形成装置において、
   前記中間転写ベルトに接触する電流供給部材を有し、前記中間転写ベルトは導電性を備え、前記複数の像担持体のトナー像は、前記電流供給部材から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、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写されるものであり、
   転写材に２次転写されず前記中間転写ベルトに残留したトナーを帯電するトナー帯電手段を有し、前記トナー帯電手段によって前記残留トナーをトナーの正規の帯電極性と逆極性に帯電し、帯電された前記残留トナーは、前記中間転写ベルトの周方向に流れる電流によって前記中間転写ベルトと接触する前記像担持体と形成する前記１次転写部で、前記中間転写ベルトから前記像担持体に移動されるものであり、
   前記複数の像担持体において、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させる前記像担持体と、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させない前記像担持体を切換える場合、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させる前記像担持体と前記中間転写ベルトの間で発生する電位差が、帯電された前記残留トナーを前記中間転写ベルトから移動させない前記像担持体と前記中間転写ベルトの間で発生する電位差よりも大きくなるように、前記露光手段の各像担持体に対する露光を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の張架部材は、ツェナーダイオードが接続されており、前記ツェナーダイオードは所定の電圧閾値を有し、前記中間転写ベルトに前記トナー帯電手段から電流が供給された場合でも、前記中間転写ベルトの電位は所定電位を維持することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記複数の張架部材は、バリスタが接続されており、前記バリスタは所定の電圧閾値を有し、前記中間転写ベルトに前記トナー帯電手段から電流が供給された場合でも、前記中間転写ベルトの電位は所定電位を維持することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記電流供給部材は、前記中間転写ベルトと前記二次転写部を形成する二次転写部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記電流供給部材は、前記中間転写ベルトの内面に接触する部材であ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。
   
6. 前記電流供給部材に印加される電圧の極性と、前記クリーニング手段に印加される電圧の極性は同極性であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。