JP5132288B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、フルカラーモードとブラック単色モードとを切り替えて実行可能な画像形成装置、詳しくはフルカラーモードでの転写性能を損なうことなくブラック単色モードでの転写性能を高める制御に関する。

転写ベルト（中間転写体又は記録材搬送体）の回転経路に沿って現像色の異なる複数の像担持体を配列してフルカラー画像を形成するタンデム型画像形成装置が実用化されている。

第１モード（例えばフルカラーモード）と第２モード（例えばブラック単色モード）とを切り替えて実行可能であって、第２モードでは、使用しない現像色の像担持体を転写ベルトから離間させる画像形成装置が実用化されている。

特許文献１には、中間転写ベルトに沿って、上流側から現像色がそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部を配列した画像形成装置が示される。ここでは、ブラック単色モードが設定されると、使用しないイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部が斜め上方へ移動して、それぞれの感光ドラムが中間転写ベルトから離間する。

特許文献２には、中間転写ベルトの回転方向の下流側にブラック画像形成部を配置し、その上流側にシアン、マゼンタ、イエローの画像形成部を配置した画像形成装置が示される。ここでは、ブラック画像形成部とシアン画像形成部との間に支持ローラを配置して、中間転写ベルトの感光ドラム側とは反対側の面を支持している。そして、支持ローラを中心にして支持ローラよりも上流側の中間転写ベルトを下方へ回動させることにより、イエロー、マゼンタ、シアンの感光ドラムを中間転写ベルトから離間させている。

特許文献３には、画像形成部間の中間転写ベルトの内側面にそれぞれ張架ローラを配置して、張架ローラが感光ドラムに中間転写ベルトを巻き付けるように支持する画像形成装置が示される。ここでは、張架ローラを昇降させて、中間転写ベルトと感光ドラムとの接離が制御される。

特許文献４には、記録材搬送ベルトに沿って、上流側から現像色がそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの感光ドラムを配列した画像形成装置が示される。ここでは、ブラックの感光ドラムを中心にして、記録材搬送ベルトユニット全体を回動させることにより、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの感光ドラムを記録材搬送ベルトから離間させている。

特許文献５には、感光ドラムの下流側に配置されて接地電位に接続された張架ローラを中間転写ベルトが通過する際に、中間転写ベルトの帯電状態が変化してトナー像が乱れることが示される。

特開２００３−０４３７７０号公報 特開２００１−２４２６８０号公報 特開２００１−２０９２３４号公報 特開２０００−１８１１８４号公報 特開２００４−１１８１１４号公報

単位時間当たりの画像形成枚数を増すために中間転写ベルトを高速化すると、一次転写部の手前で帯電した中間転写ベルトが一次転写部に突入して転写効率が低下する現象が顕著になることが確認された（図６参照）。

そこで、中間転写ベルトの回転方向の下流側へ一次転写ローラを移動して、一次転写部の手前で中間転写ベルトを帯電しにくくすることが検討された（図１１参照）。

しかし、一次転写ローラを下流側へ移動すると、フルカラーモードの場合、上流側の一次転写部で転写されて中間転写ベルトに担持されたトナー像が下流側の感光ドラムに回収される割合が増加することが確認された。

本発明は、フルカラーモードにおける転写性能を損なうことなく、ブラック単色モードにおける転写性能を一段と高め得る画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、トナー像を担持する第１及び第２像担持体（１Ｃ、１Ｋ）と、前記第１及び第２像担持体に接触して、トナー像を担持搬送する転写ベルト（９）と、前記第１像担持体から前記転写ベルトへトナー像を転写する第１転写部材（５Ｃ）と、前記第２像担持体から前記転写ベルトへトナー像を転写する第２転写部材（５Ｋ）と、前記第２像担持体と前記転写ベルトとが接触している状態で、前記第１像担持体（１Ｃ）と前記転写ベルト（９）とを離間させる離間手段（３０）と、前記離間手段（３０）による離間時に、前記第１転写部材（５Ｃ）と前記第２転写部材（５Ｋ）との間で前記転写ベルト（９）を張架する張架部材（１５）とを有するものである。そして、前記離間手段（３０）による離間時に前記張架部材（１５）が前記転写ベルト（９）を張架している張架位置が、前記第１像担持体と前記転写ベルトとが接触している時の前記転写ベルト（９）の位置よりも前記第１及び第２像担持体（１Ｃ、１Ｋ）側になるように、前記張架部材（１５）を移動させる移動手段（３３）を有する。

なお、括弧を付して示した参照記号は、図面を参照して理解を助ける目的の例示に過ぎず、発明の構成を参照符号の部材等に限定する趣旨のものではない。

本発明の画像形成装置では、第１像担持体（１Ｃ）が転写ベルト（９）から離間しているとき、第２転写部（ＴＫ）の上流側における第２像担持体（１Ｋ）に対する転写ベルト（９）の巻き付き角度を当接しているときよりも大きくして転写効率を高める。転写ベルト（９）に第１像担持体（１Ｃ）から転写されたトナー像が無いため、このトナー像が第２像担持体（１Ｋ）に回収される心配が無いからである。

しかし、第１像担持体（ＴＣ）を転写ベルト（９）に当接させたときは、第２転写部（ＴＫ）の上流側における第２像担持体（１Ｃ）に対する転写ベルト（９）の巻き付き角度を小さくして、このトナー像が第２像担持体（１Ｃ）に回収される割合を低く抑える。

これにより、例えばフルカラーモードにおける総合的な転写性能を損なうことなく、ブラック単色モードにおける転写性能を一段と高め得る。

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、２つのモード間で像担持体に対する転写ベルトの巻き付き角度が変化する限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、中間転写ベルトを用いる画像形成装置に限らず、記録材搬送ベルトに担持された記録材へトナー像を転写する画像形成装置でも実施できる。ベルト部材に沿って複数の感光ドラムを配置したタンデム型の画像形成装置のみならず、１個の感光ドラムを配置した１ドラム型の画像形成装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１〜５に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。説明中、特許請求の範囲で用いた構成に括弧を付して示した参照記号は、理解を助ける目的の例示に過ぎず、発明の構成を参照符号の部材等に限定する趣旨のものではない。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は画像形成部の構成の説明図、図３はブラック単色モードの説明図である。

図１に示すように、第１実施形態の画像形成装置１００は、中間転写ベルト９に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配置したタンデム型中間転写方式のフルカラープリンタである。

画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて中間転写ベルト９に静電的に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて、イエロートナー像に重ね合わせて中間転写ベルト９に静電的に一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、イエロー、マゼンタトナー像に重ね合わせて中間転写ベルト９に静電的に一次転写される。

中間転写ベルト９に担持された４色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材Ｐへ一括二次転写される。記録材Ｐは、給紙カセット２０ａ（２０ｂ）から給紙ローラ２１ａ（２１ｂ）によって引き出され、分離装置２２ａ（２２ｂ）によって１枚づつに分離されてレジストローラ２３へ送り出される。

レジストローラ２３は、中間転写ベルト９のトナー像に先頭を一致させて、記録材Ｐを二次転写部Ｔ２へ給送する。

４色のトナー像を二次転写された記録材Ｐは、定着装置２５へ受け渡されて加熱加圧を受けることにより、表面にフルカラー画像を定着される。

ベルトクリーニング装置１９は、二次転写部Ｔ２を通過して中間転写ベルト９に残った転写残トナーを除去する。

＜第２像担持体＞
画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、付設された現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーがイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は同様に構成される。従って、以下では、ブラックの画像形成部ＰＫについて説明し、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、については、説明する構成の記号末尾のＫをＹ、Ｍ、Ｃに読み替えて説明されるものとする。

図２に示すように、画像形成部ＰＫは、感光ドラム１Ｋの周囲に、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写ローラ５Ｋ、クリーニング装置６Ｋを配置する。

感光ドラム１Ｋは、外径３０ｍｍのアルミニウム製シリンダの円筒面に、感光層としてＯＰＣ（有機光半導体）を塗布して構成され、矢印Ｒ１方向に回転する。

感光ドラム１Ｋに、抵抗値が１０^９〜１０^１４Ωｃｍの有機感光体層やアモルファスシリコン感光体層を用いると、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、および消費電力低減、帯電性向上に効果がある。第１実施形態では、負帯電性の有機感光体で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に、次の第１層〜第５層を下から順に設けた。

第１層は、厚さ２０μｍの導電層からなる下引き層であって、アルミニウム基体の欠陥等を均している。

第２層は、厚さ１μｍの中抵抗層からなる正電荷注入防止層であって、基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する。第２層は、アラミン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０×１０^６Ωｃｍ程度に抵抗調整してある。

第３層は、ジアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの電荷発生層であって、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。

第４層は、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散して形成されたＰ型半導体の電荷輸送層である。感光ドラム１Ｋ表面の負電荷は、第４層を移動できず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送できる。

第５層は、絶縁性樹脂のバインダーにＳｎＯ_２超微粒子を分散した材料を塗工形成した電荷注入層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の絶縁フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）し、この樹脂に対して粒径０．０３μｍのＳｎＯ_２粒子を７０重量パーセント分散した材料を塗工した層である。調合した塗工液をディッピング法、スプレー塗工法、ロール塗工法、ビーム塗工法等の適当な塗工法で厚さ約３μｍに塗工して、電荷注入層を形成した。

帯電装置２Ｋは、電源Ｄ３から負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加された帯電ローラを感光ドラム１Ｋに当接回転させて、感光ドラム１Ｋの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。

露光装置３Ｋは、ブラックの分解色画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを回転ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１Ｋの表面に静電像を書き込む。

現像装置４Ｋは、トナーに磁性キャリアを混合したニ成分現像剤を攪拌してトナーを負極性に帯電させる。帯電したトナーは、固定磁極４ｊの周囲で感光ドラム１Ｋとカウンタ方向に回転する現像スリーブ４ｓに穂立ち状態で担持されて、感光ドラム１Ｋを摺擦する。トナー補給容器７Ｋは、現像装置４Ｋにトナーを補給する。

電源Ｄ４は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を現像スリーブ４ｓに印加して、現像スリーブ４ｓよりも相対的に正極性となった感光ドラム１Ｋの静電像へトナーを付着させて、静電像を反転現像する。

＜転写部材＞
一次転写ローラ５Ｋは、感光ドラム１Ｋとの間に中間転写ベルト９を挟持して、感光ドラム１Ｋと中間転写ベルト９との間に一次転写部ＴＫを形成する。

一次転写ローラ５Ｋは、直径８ｍｍの導電性金属の円柱軸の周囲に、抵抗値５．０×１０^６［Ω／ｃｍ］、厚さ１．０ｍｍの導電性発泡体を配置している。

一次転写ローラ５Ｋは、重量が３００ｇであり、両端部のバネ（総圧５ｋＰａ）によって鉛直方向上方に加圧されて、中間転写ベルト９を感光ドラム１Ｋの表面に押圧している。

一次転写ローラ５Ｋの位置は、感光ドラム１Ｋの中心軸鉛直方向よりも中間転写ベルト９の回転方向の下流側へ１．５ｍｍシフトさせてある。

電源Ｄ１は、正極性の直流電圧を一次転写ローラ５Ｋに印加して、負極性に帯電して感光ドラム１Ｋに担持されたトナー像を、一次転写部ＴＫを通過する中間転写ベルト９へ一次転写させる。

クリーニング装置６Ｋは、クリーニングブレードを感光ドラム１Ｋに摺擦して、一次転写部ＴＫを通過して感光ドラム１Ｋの表面に残留した転写残トナーを除去する。

＜転写ベルト＞
中間転写ベルト９は、駆動ローラ１３、テンションローラ１２、対向ローラ１０、一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋに掛け渡して支持され、駆動ローラ１３に駆動されて矢印Ｒ２方向に回転する。駆動ローラ１３は、１×１０^３〜１×１０^５Ωに抵抗調整した導電ゴム層を金属芯金上に形成しており、芯金は接地されている。

中間転写ベルト９は、厚さ８５μｍのポリイミド樹脂フィルムを基材とし、カーボンブラックを分散させて、表面抵抗率で１×１０^１２Ω／□、体積抵抗率で１×１０^９Ω・ｃｍとなるように抵抗調整した。中間転写ベルト９の回転速度（プロセススピード）は２００ｍｍ／ｓｅｃ、感光ドラム１Ｋの回転速度（プロセススピード）は２００ｍｍ／ｓｅｃとした。

＜二次転写手段＞
二次転写ローラ１１は、中間転写ベルト９を介して対向ローラ１０に圧接して、中間転写ベルト９と二次転写ローラ１１との間に二次転写部Ｔ２を形成する。

二次転写部Ｔ２は、中間転写ベルト９のトナー像に重ね合わせて記録材Ｐを挟持搬送し、記録材Ｐが二次転写部Ｔ２を通過する過程で、中間転写ベルト９から記録材Ｐへトナー像を二次転写させる。

電源Ｄ２は、正極性の直流電圧を二次転写ローラ１１に印加して、中間転写ベルト９に担持されて負極性に帯電したトナー像を記録材Ｐへ二次転写させる。

＜第１モード、第２モード＞
図１に示すように、画像形成装置１００は、接離機構３０が中間転写ベルト９を感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに接触させた状態でフルカラーモードの画像形成を行う。

図３に示すように、画像形成装置１００は、接離機構３０が中間転写ベルト９を感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから離間させた状態でブラック単色モードの画像形成を行う。

ブラック単色モードでは、接離機構３０が、使用しない現像色の感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから中間転写ベルト９を離間させている。これは、画像形成を行わない感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃが駆動すると、クリーニング装置（６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ：図１）と感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃの寿命を縮めてしまうからである。

すなわち、タンデム型中間転写方式の画像形成装置では、複数の感光ドラムがそれぞれの一次転写部で中間転写ベルトと位置で接触しているので、摩擦や接触圧によって接触位置で両者が次第に磨耗したり表面特性が劣化したりする。摩擦や接触圧による磨耗や表面特性の変質の代表的な要因として、感光ドラムと中間転写体と搬送速度差の発生に伴う摩擦力が挙げられる。

また、トナー像の転写効率を高める目的で感光ドラムと中間転写ベルトに数％の搬送速度差を意図的に設定している場合があるが、この場合、感光ドラムの削れ量が著しく増加する。

また、感光ドラムと中間転写ベルトに搬送速度差を設定していなくても、画像形成中、実際には搬送速度差が生じており、感光ドラムの表層磨耗に直接寄与している。

また、感光ドラムと中間転写ベルトの周速が異なる場合、感光ドラムの表層の削れ量が著しく増えて感光ドラム寿命が短命となる。

磨耗、表面特性の劣化、削れ量の増加は、感光ドラムに形成したトナー像を中間転写ベルトへ一次転写する場合には不可避であるが、中間転写ベルトへ一次転写するトナー像を形成しない感光ドラムでは不可避ではない。

例えば、ブラック単色モードにおける現像色がシアン、マゼンタ、イエローの感光ドラムは、中間転写ベルトから離間しても画像形成には影響が無い。

例えば、淡色シアントナー、淡色マゼンタトナーを使用しないカラーモードでは、現像色が淡色シアン、淡色マゼンタの感光ドラムは、中間転写ベルトから離間しても画像形成には影響が無い。

例えば、白色トナー、透明トナーを使用しない画像形成モードでは、現像色が白色、透明の感光ドラムは、中間転写ベルトから離間しても画像形成には影響が無い。

そして、トナーは、感光ドラムと中間転写ベルトとの間の緩衝材、潤滑剤として機能しているので、トナー像を形成しない感光ドラムは、トナー像を形成している感光ドラムに比較して磨耗、損傷、表面性の劣化速度が高くなる。

そこで、第１実施形態では、接離機構（３０）が、第１像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ）を転写ベルト（９）に対して接離させる。

第１モードは、接離機構（３０）が第１像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ）を転写ベルト（９）に接触させた状態で、第１トナー像と第２トナー像とを用いた画像形成を行う。

第２モードは、接離機構（３０）が第１像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ）を転写ベルト（９）から離間させた状態で、第２トナー像を用いた画像形成を行う。

＜張架部材＞
図２に示すように、接離機構３０は、駆動モータＭ６に駆動されたカム３１の回転によって、一次転写ローラ５Ｋの回転軸を中心にして破線位置から実線位置まで上下に回動される。

接離機構３０は、中間転写ベルト９を幅方向に挟んで一対配置され、テンションローラ１２、ベルトクリーニング装置１９、一次転写ローラ５Ｙ、５Ｍ、５Ｃを一体に昇降させる。

接離機構３０は、中間転写ベルト９を張架ローラ１５で折り曲げて、張架ローラ１５よりも上流側の中間転写ベルト９を下降させることにより、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから離間させる。

感光ドラム１Ｃと感光ドラム１Ｋとの間の中間転写ベルト９の内側面には、抵抗が１．０×１０^１Ωのアルミ製の張架ローラ１５が配置されて接地電位（図示略）に接続されている。

張架ローラ１５は、ブラック単色モードで画像形成を行わない感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを中間転写ベルト９に対して非接触とする過程で中間転写ベルト９に接触する。

張架ローラ１５は、１．０×１０^１０Ω以上の抵抗を持つと、中間転写ベルト９に担持されたトナー像が乱れる場合がある。高速連続の画像形成を行った場合に、張架ローラ１５がチャージアップして、中間転写ベルト９との間で放電を発生するからである。このため、張架ローラ１５は、１．０×１０^９Ω以下の電気抵抗を有することが好ましい。

張架ローラ１５は、接離機構３０に重ねて配置されて、画像形成装置（１００：図１）の本体フレームに固定された支点３２を中心にして回転するレバー３３の一端に回転可能に支持される。

レバー３３の他端は、接離機構３０に固定されたピン３４を回転可能に保持している。このため、接離機構３０が回動してピン３４が上昇／下降すると、支点３２を中心にしてレバー３３が回転して張架ローラ１５を下降／上昇させる。

従って、張架ローラ１５は、接離機構３０の回動に連動して昇降し、フルカラーモードでは中間転写ベルト９の内側面から離間する。

一方、張架ローラ１５は、ブラック単色モードでは、フルカラーモード時よりも高い位置まで中間転写ベルト９を押し上げて、中間転写ベルト９の一次転写部ＴＫよりも上流側を感光ドラム１Ｋに深く巻き付ける。

ブラック単色モードでは、第２像担持体上に形成されたトナー像のみが転写ベルト（９）へ転写される。このとき、離間手段（３０）は、第２転写部（ＴＫ）が形成されている状態で、第１像担持体（１Ｃ）と転写ベルト（９）とは離間させている。張架部材（１５）は、離間手段（３０）と、離間手段（３０）による離間時に、第１転写部（ＴＣ）と第２転写部（ＴＫ）との間で転写ベルト（９）を第２像担持体側へ向けて持ち上げる。移動手段（３３）は張架部材（１５）を移動させる。離間手段（３０）による離間時に張架部材（１５）が転写ベルト（９）と接触する張架位置は、第１像担持体（１Ｃ）と転写ベルト（９）とが離間しているときの転写ベルト（９）よりも第２像担持体（１Ｃ）側になっている。

張架部材（１５）は、導電性材料で形成されて接地電位に接続されており、第１像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ）と第２像担持体（１Ｋ）との間で転写ベルト（９）の内側面に接触する。

調整部材（１５）は、第２像担持体（１Ｋ）に対する転写ベルト（９）の巻き付き角度を所定値に設定可能である。

制御手段（１１０）は、第１像担持体（１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ）を転写ベルト（９）に対して接離させる接離機構（３０）に連動して調整部材を制御する。

＜接離機構の制御＞
図４は画像形成装置の駆動系の説明図、図５はモード切り替え制御のフローチャートである。

図４に示すように、画像形成装置１００は、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、駆動ローラ１３、カム３１が制御部１１０によって制御される個別の駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６によって駆動される。

駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５は、ＤＣブラシレスモータを用いて、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ、中間転写ベルト９の周速度が上述のプロセススピードを保つように、個別に速度制御されている。

駆動モータＭ６は、ギアモータを用いて、フルカラーモード／ブラック単色モードに応じて反転／停止制御される。

図４を参照して図５に示すように、ジョブが入力されると、制御部１１０は、駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５を起動する（Ｓ１１）。

制御部１１０は、フルカラーモードの場合（Ｓ１２のＮＯ）、前回転制御を行って画像形成条件、転写条件を設定して（Ｓ１３）、ジョブが終わるまで（Ｓ１５のＮＯ）、画像形成（Ｓ１４）を繰り返す。

制御部１１０は、ジョブが終了すると（Ｓ１５のＹＥＳ）、ブラック単色モードではないので（Ｓ１６のＮＯ）、駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５を停止させる（Ｓ１７）。

制御部１１０は、ブラック単色モードの場合（Ｓ１２のＹＥＳ）、駆動モータＭ６を起動してカム３１を回転させて感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから中間転写ベルト９を離間させる（Ｓ２１）。これにより、張架ローラ（１５：図２）が中間転写ベルト９を押し上げて、感光ドラム１Ｋの上流側の中間転写ベルト９の巻き付き角度が増える（Ｓ２２）。

制御部１１０は、駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３を停止して、画像形成に使用しない感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃを停止させる（Ｓ２３）。

制御部１１０は、ジョブが終了すると（Ｓ１５のＹＥＳ）、ブラック単色モードなので（Ｓ１６のＹＥＳ）、駆動モータＭ６を反転方向に起動して中間転写ベルト９を感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに接触させる（Ｓ２４）。これにより、張架ローラ（１５：図２）が中間転写ベルト９から離間する位置まで下降して、感光ドラム１Ｋの上流側の中間転写ベルト９の巻き付き角度を減らす（Ｓ２５）。

制御部１１０は、駆動モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５を停止し、フルカラーモードの状態で次のジョブを待機する（Ｓ１７）。

制御手段（１１０）は、第２モードでは、第２転写部（ＴＫ）よりも上流側の巻き付き角度（θ１）を、第１モードよりも大きく設定する。

制御手段（１１０）は、第１モードでは、調整部材（１５）を転写ベルト（９）の内側面から離間させる。

＜転写ベルトの巻き付き角度＞
図６はフルカラーモードの感光ドラムに対する中間転写ベルトの巻き付き状態の説明図、図７はブラック単色モードの感光ドラムに対する中間転写ベルトの巻き付き状態の説明図である。

図１に示すように、フルカラーモードでは、張架ローラ１５が中間転写ベルト９から離間しているので、感光ドラム１Ｃと感光ドラム１Ｋとの間に中間転写ベルト９は水平に張架されている。

図６に示すように、フルカラーモードで、ブラックの線幅３００μｍの縦ライン（副走査方向）画像を画像形成した。この時、感光ドラム１Ｋに現像された線幅３００μｍの縦ライン画像は、一次転写部ＴＫで一次転写されると、中間転写ベルト９上で３２０μｍまで線太りを起こしていた。中間転写ベルト９上の縦ライン画像を光学顕微鏡にて観察したところ、縦ライン画像の周りにトナーの飛び散りが確認されたので、線太りは、一次転写に伴うトナーの飛び散りによると考えられる。

図７に示すように、ブラック単色モードでは、張架ローラ１５が中間転写ベルト９の内側面を押し上げて、感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き角度をフルカラーモードよりも増す。

ここで、一次転写ローラ５Ｋと張架ローラ１５との距離をＬとし、感光ドラム１Ｋの直径をｒとし、張架ローラ１５がブラック単色モードで押し上げた中間転写ベルト９の押し上げ高さをｔ’とする。

このとき、フルカラーモードに比較してブラック単色モードで追加された感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き角度θ１は次式となる。
θ１＝ａｒｃｔａｎ（ ｔ’ ／ Ｌ）

そして、追加された巻き付き角度θ１が形成する感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き長さｌは次式となる。
ｌ＝ｒθ１／２

すなわち、ブラック単色モードでは、張架ローラ１５が中間転写ベルト９を高さｔ’押し上げて、感光ドラム１Ｋに対して中間転写ベルト９を、一次転写部ＴＫの上流側に長さｌだけ余分に巻き付かせる。

しかし、一次転写ローラ５Ｋは、上述したように、感光ドラム１Ｋの中心線よりも１．５ｍｍ下流側に配置されて移動しないので、一次転写電流が流れる一次転写部ＴＫの位置は変化しない。このため、ブラック単色モードでは、フルカラーモードよりも、巻き付き長さｌだけ、一次転写ローラ５Ｋが下流へシフトした状態となっている。

そして、中間転写ベルト９の押し上げ高さｔ’（巻き付き長さｌ）を異ならせて、感光ドラム１Ｋに担持させたライン画像を一次転写させ、中間転写ベルト９上で線幅を測定する実験を行った。感光ドラム１Ｋに形成したライン画像の線幅は３００μｍとし、中間転写ベルト９上のライン画像を光学顕微鏡で観察して周辺に飛散った飛び散りトナーの程度を評価した。実験結果及び評価結果を表１に示す。

なお、表１、表２中、飛び散りトナーの程度を表す評価基準は、次のように定義した。

××は明らかに目視でライン周辺にトナー飛び散りが認識できて画像劣化が著しいと分かるレベルである。

×は目視でライン周辺の飛び散りトナーが認識できるレベルである。

△は目視で辛うじてトナー飛び散りが認識でき、光学顕微鏡での観察ではっきりトナー飛び散りが認識できるレベルである。

○は目視では全く飛び散りトナーが認識できず、光学顕微鏡観察でようやく認識できるレベルである。

表１に示すように、一次転写部ＴＫ上流の巻き付き長さｌが増えるに従って、中間転写ベルト９に一次転写されたトナー像の線幅が感光ドラム１Ｋに現像された線幅に近づいた。そして、巻き付き長さｌ＞１．１２３ｍｍのとき、実用上十分な飛び散り防止効果が得られた。

すなわち、第１像担持体（１Ｃ）と転写ベルト（９）とが離間しているときの第２像担持体（１Ｋ）に対する転写ベルト（９）の巻き付き長さｌには最適範囲がある。転写ベルト（９）の移動方向にて、転写ベルト（９）と第２像担持体（１Ｋ）とが接触する領域の最上流位置から、転写部材（５Ｋ）に転写ベルト（９）が狭時される位置までの転写ベルト（９）の長さをｌとすると、ｌ＞１．１２３ｍｍである。

＜飛び散りの考察＞
図８はブラック単色モードにおける一次転写部の拡大図である。

図７に示すように、ブラック単色モードでは、中間転写ベルト９が角度θ１分、フルカラーモードよりも感光ドラム１Ｋに対して巻き付く。

図８に示すように、一次転写ローラ５Ｋに電圧ＶＲが印加されているとし、中間転写ベルト９上の点Ａから感光ドラム１Ｋ表面までの最短距離をｄ１とし、点Ａから一次転写ローラ５Ｋ表面までの最短距離をｄ２とする。

また、中間転写ベルト９−感光ドラム１Ｋ間の静電容量をＣ１、電位差をＶ１と定義し、中間転写ベルト９−一次転写ローラ５Ｋ間の静電容量をＣ２、電位差をＶ２と定義する。このとき、静電容量Ｃ１、Ｃ２及び点Ａに誘起される電位ＶＩＴＢは、真空中の誘電率をε０として、次式となる。
Ｃ１∝ε０／ｄ１
Ｃ２∝ε０／ｄ２
ＶＩＴＢ＝ＶＲ−Ｖ２

これにより、距離ｄ２を大きくすると静電容量Ｃ２が小さくなり、中間転写ベルト９と一次転写ローラ５Ｋとの電位差Ｖ２が大きくなって、中間転写ベルト９の電位ＶＩＴＢが小さくなることが判る。そして、点Ａが一次転写部ＴＫへ達する直前における感光ドラム１Ｋと中間転写ベルト９との電位差Ｖ１が小さくなることが判る。

これにより、一次転写部ＴＫの手前で感光ドラム１Ｋのトナーが中間転写ベルト９へトナーが飛翔してボケ画像が転写される現象が抑制される。

これに対して、距離ｄ２を小さくすると静電容量Ｃ２が大きくなり、中間転写ベルト９と一次転写ローラ５Ｋとの電位差Ｖ２が小さくなって、中間転写ベルト９の電位ＶＩＴＢが大きくなることが判る。そして、点Ａが一次転写部ＴＫへ達する直前における感光ドラム１Ｋと中間転写ベルト９との電位差Ｖ１が大きくなることが判る。

これにより、一次転写部ＴＫの手前で感光ドラム１Ｋのトナーが中間転写ベルト９へトナーが飛翔してボケ画像が転写される現象が顕著になる。

＜比較例１＞
図９は張架ローラが無い場合の一次転写部の拡大図、図１０は張架ローラが無い場合の一次転写部へ突入する中間転写ベルトの帯電状態の説明図である。

図９に示すように、張架ローラ（１５：図７）が無くて、点Ａが一次転写ローラ５Ｋ上にある場合、点Ａの電位ＶＩＴＢは次式となる。
ＶＩＴＢ＝ＶＲ

これにより、点Ａが一次転写部ＴＫへ達する直前における感光ドラム１Ｋと中間転写ベルト９との電位差Ｖ１が図６の場合よりも大きくなることが判る。

これにより、一次転写部ＴＫの手前で感光ドラム１Ｋのトナーが中間転写ベルト９へトナーが飛翔してボケ画像が転写される現象がさらに顕著になる。

図１０に示すように、一次転写部ＴＫの上流側へ転写電界が広がって、感光ドラム１Ｋへの付着力が小さいトナーが転写電界に引き寄せられることにより、中間転写ベルト９へトナー飛翔を発生する。特に、一次転写部ＴＫ上流側でのトナー飛翔に起因する画像劣化は、文字画像のような細線では顕著である。

そして、ブラック単色モードで画像形成される画像は、小さくて高密度な文字画像の割合が高いため、ブラック単色モードでは、トナー飛翔に起因する画像劣化が頻繁に発見されてしまう。

また、イエロー、マゼンタ、シアンのトナーに比較してブラックトナーは、白色の記録材に対するコントラストが大きいため、トナー飛翔に起因する画像劣化が目立ってしまう。

従って、ブラック単色モードに特化して、感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き長さを増して、一次転写部ＴＫ上流側でのトナー飛翔に起因する画像劣化を抑制することは、画像不良の発生回数を大きく減らす。モノクロ二階調の文字画像、線画像のみならず、点画や線画が組み合わさった文字・ハーフトーン画像にも同様な効果が得られる。

比較例１を含めて、一次転写ローラ５Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き角度θ２を変化させて、中間転写ベルト９に一次転写されたライン画像の飛び散りを評価した。巻き付き角度θ２は、張架ローラ１５を−方向（下方向）へ移動させて変化させ、ライン画像の形成と評価は表１の実験と同様に行った。実験結果及び評価結果を表２に示す。

表２に示すように、一次転写部ＴＫの上流側で中間転写ベルト９を押し下げて一次転写ローラ５Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き角度θ２を増すと、線幅が太って飛び散りは顕著になった。特に巻き付き角度θ２が５．７１度以上では、明らかに目視でライン周辺にトナー飛び散りが認識できて画像劣化が著しい。

図１に示すように、一方、フルカラーモードでは、張架ローラ１５を中間転写ベルト９の内側面から確実に離間させて、中間転写ベルト９に接触させない。

張架ローラ１５が中間転写ベルト９の内側面に常に接した状態だと、フルカラーモード時に張架ローラ１５上で急激な中間転写ベルト９内の電界変化が起こり、線画の線太りやトナー像の飛び散り（ブラー）が発生する。特許文献４に示されるように、特に、二色以上のトナー像が重ね合わさって中間転写ベルト９に担持されている場合、線画の線幅太りやトナーの飛び散りがより顕著になる。

接地電位に接続された張架ローラ１５は、中間転写ベルト９を瞬時に除電して、負極性に帯電して中間転写ベルト９に担持されたトナー像を中間転写ベルト９に飛び散らせるからである。中間転写ベルト９上のトナー像が張架ローラ１５を通過する際に、中間転写ベルト９が急激な電位変化を起こすと、トナー像を一体に拘束している電気的なバランスが崩れてトナーが周囲に飛び散るからである。

また、図７に示すように、一次転写部ＴＫの上流側で感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き長さが増えた領域では、中間転写ベルト９に担持されたトナーの一部が感光ドラム１Ｋに移動する。感光ドラム１Ｋに担持されたトナーと中間転写ベルト９に担持されたトナーとが混合して移動する距離が増えると、一次転写部Ｔ１で中間転写ベルト９から感光ドラム１Ｋへ移動するトナーも増えてしまう。

その結果、図１に示すように、中間転写ベルト９に担持されたイエロー、マゼンタ、シアンのトナーが感光ドラム１Ｋに移動してクリーニング装置６Ｋに回収される割合が高くなってカラー画像の濃度低下や色調変化を発生し易くなる。

従って、フルカラーモードに特化して、中間転写ベルト９から張架ローラ１５を離間させることによって、上流側の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣで一次転写されたトナー像の画像劣化を防止できる。

＜比較例２＞
図１１は一次転写ローラを下流側へ移動した場合の説明図、図１２は一次転写ローラの移動量と感光ドラムへ移動したトナー量との関係の線図である。

第１実施形態では、張架ローラを上昇させてブラック単色モードの感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き長さを増した。しかし、感光ドラム１Ｋに対して一次転写ローラ５Ｋを中間転写ベルト９の回転方向の下流側へ移動しても、同様に、感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き長さを増すことはできる（特許文献３参照）。

表１を参照して説明したように、感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９の巻き付き長さｌが１．８６５ｍｍになったとき、トナー飛び散りの評価は○となった。

○は目視では全く飛び散りトナーが認識できず、光学顕微鏡観察でようやく認識できるレベルである。

そこで、ブラック単色モードで、中間転写ベルト９の回転方向の下流側へ一次転写ローラ５Ｋを１．８６５ｍｍ移動させて、中間転写ベルト９の巻き付き長さを増した比較例２を考察する。

上述したように、一次転写ローラ５Ｋの中心は、中間転写ベルト９の回転方向の下流側へ感光ドラム１Ｋの中心よりも１．５ｍｍシフトさせている。このため、比較例２では、感光ドラム１Ｋに対する中間転写ベルト９巻き付き角度θ１＝０のまま、１．８６５ｍｍ＋１．５ｍｍ＝約３．３ｍｍだけ一次転写ローラ５Ｋが下流側へシフトする。

図１に示すように、比較例２では、上述したライン画像を画像形成部ＰＫで形成して中間転写ベルト９上で画像評価すると、ほぼ同様の評価効果が得られる。

しかし、比較例２では、画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣにて形成されて一次転写された中間転写ベルト９上のトナー像が画像形成部ＰＫで感光ドラム１Ｋに再転写される割合が高まってしまう。これにより、カラー画像の濃度低下や色調変化が発生し易くなる。

図１１に示すように、再転写とは、一次転写部ＴＫの下流で発生する放電によって中間転写ベルト９に担持されたトナーの帯電極性が反転して、転写電圧によって感光ドラム１Ｋへ転写される現象を指す。

一次転写ローラ５Ｋが下流側へシフトすると、一次転写部ＴＫの下流側で放電が発生し易くなって、再転写が増えて、転写効率が低下する。

比較例２を含めて感光ドラム１Ｋの中心に対する一次転写ローラ５Ｋのシフト量を異ならせて感光ドラム１Ｋに再転写されたトナー量を測定した。トナー量は、感光ドラム１Ｋに再転写されたトナー像を粘着テープに採取して、濃度計により濃度測定を行って評価した。

図１２に示すように、シフト量が大きいほど再転写量が増える。

図１に示すように、第１実施形態の画像形成装置１００では、トナー像が中間転写ベルト９上に形成された状態で、下流の感光ドラム１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの一次転写部ＴＭ、ＴＣ、ＴＫを通過する。すなわち、フルカラーモードにおけるイエロー、マゼンタ、シアンのトナー像は、中間転写ベルト９へ一次転写された後に、下流側の一次転写部ＴＭ、ＴＣ、ＴＫを１回以上通過してそのたびに再転写を発生する。

このため、再転写が多いと、全ての画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを通過して最終的に記録材Ｐへ二次転写・定着したときの色濃度が十分確保できなくなる。

比較例２の構成では、再転写が第１実施形態の構成に比較して多くなるため、カラー画像の濃度低下や色調変化を発生して画像品質が低下する。再転写で剥ぎ取られてしまう分を考慮して余分にトナーを載せて画像形成を行えば、画像品質の低下はある程度抑制できるが、この場合、トナー消費が著しく増加してしまう。

従って、第１実施形態によれば、ブラック単色モード時の一次転写部上流で発生する、感光ドラムから中間転写ベルトへのトナー飛び散りを抑制して、文字・点画・線画等の高精細画像を得ることができる。同時にフルカラーモード時の再転写を抑制して少ないトナー消費量で高品質のフルカラー画像を形成できる。

＜第２実施形態＞
図１３は第２実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。

図１３中、第１実施形態と共通する構成には図１と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図１３に示すように、第２実施形態の画像形成装置２００は、記録材搬送ベルト９Ｈに沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配列したタンデム型直接転写方式である。

画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて記録材搬送ベルト９Ｈに担持された記録材Ｐに直接転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて、イエロートナー像に重ね合わせて記録材Ｐに直接転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、イエロー、マゼンタトナー像に重ね合わせて記録材Ｐに直接転写される。

記録材搬送ベルト９Ｈに担持されて４色のトナー像を重ねて直接転写された記録材Ｐは、分離帯電器１８で除電して記録材搬送ベルト９Ｈから分離される。

記録材搬送ベルト９Ｈから分離された記録材Ｐは、定着装置２５へ受け渡されて加熱加圧を受けることにより、表面にフルカラー画像を定着される。

画像形成装置２００は、ブラック単色モードでは、接離機構３０を転写ローラ５Ｋを中心にして回動して感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃから記録材搬送ベルト９Ｈを離間させる。このとき、接離機構３０に連動させて張架ローラ１５を上昇させて、フルカラーモード時よりも感光ドラム１Ｋに対する記録材搬送ベルト９Ｈの巻き付き角度（θ１：図７参照）を大きくする。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 画像形成部の構成の説明図である。 ブラック単色モードの説明図である。 画像形成装置の駆動系の説明図である。 モード切り替え制御のフローチャートである。 フルカラーモードの感光ドラムに対する中間転写ベルトの巻き付き状態の説明図である。 ブラック単色モードの感光ドラムに対する中間転写ベルトの巻き付き状態の説明図である。 ブラック単色モードにおける一次転写部の拡大図である。 張架ローラが無い場合の一次転写部の拡大図である。 張架ローラが無い場合の一次転写部へ突入する中間転写ベルトの帯電状態の説明図である。 一次転写ローラを下流側へ移動した場合の説明図である。 一次転写ローラの移動量と感光ドラムへ移動したトナー量との関係の線図である。 第２実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 像担持体（感光ドラム）
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 露光装置
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像装置
５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ 転写手段（一次転写ローラ）
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ クリーニング装置
９、９Ｈ 転写ベルト（中間転写ベルト、記録材搬送ベルト）
１５ 調整部材（張架ローラ）
３０ 接離機構
３１ カム
Ｄ１ 転写手段（電源）
Ｍ６ 駆動モータ
Ｐ 記録材
ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ 画像形成部
ＴＹ、ＴＭ、ＴＣ、ＴＫ 転写部（一次転写部）

Claims (4)

1. トナー像を担持する第１及び第２像担持体と、
   前記第１及び第２像担持体に接触して、トナー像を担持搬送する転写ベルトと、
   前記第１像担持体から前記転写ベルトへトナー像を転写する第１転写部材と、
   前記第２像担持体から前記転写ベルトへトナー像を転写する第２転写部材と、
   前記第２像担持体と前記転写ベルトとが接触している状態で、前記第１像担持体と前記転写ベルトとを離間させる離間手段と、
   前記離間手段による離間時に、前記第１転写部材と前記第２転写部材との間で前記転写ベルトを張架する張架部材と、を有する画像形成装置において、
   前記離間手段による離間時に前記張架部材が前記転写ベルトを張架している張架位置が、前記第１像担持体と前記転写ベルトとが接触している時の前記転写ベルトの位置よりも前記第１及び第２像担持体側になるように、前記張架部材を移動させる移動手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記張架部材は、接地電位に接続され、
   前記第１及び第２像担持体が前記転写ベルトに接触しているとき、前記張架部材が前記転写ベルトから離間していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記第２像担持体は、トナー像を担持して回転する感光ドラムであって、
   前記第１像担持体と前記転写ベルトとが離間しているとき、前記転写ベルトの移動方向にて、前記転写ベルトと前記第２像担持体とが接触する領域の最上流位置から、前記第２転写部材に前記転写ベルトが狭時される位置までの前記転写ベルトの長さをｌとするとき、
   ｌ＞１．１２３ｍｍ
   であることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. トナー像を担持する第１及び第２像担持体と、
   前記第１及び第２像担持体に接触して、記録材を担持搬送する転写ベルトと、
   前記第１像担持体から前記転写ベルトに担持された記録材へトナー像を転写する第１転写部材と、
   前記第２像担持体から前記転写ベルトに担持された記録材へトナー像を転写する第２転写部材と、
   前記第２像担持体と前記転写ベルトとが当接している状態で、前記第１像担持体と前記転写ベルトとを離間させる離間手段と、
   前記離間手段による離間時に、前記第１転写部材と前記第２転写部材との間で前記転写ベルトを張架する張架部材と、を有する画像形成装置において、
   前記離間手段による離間時に前記張架部材が前記転写ベルトを張架している張架位置が、前記第１像担持体と前記転写ベルトとが当接している時の前記転写ベルトの位置よりも前記第１及び第２像担持体側になるように、前記張架部材を移動させる移動手段を有することを特徴とする画像形成装置。

Images