JP5346892B2

JP5346892B2 - 画像形成装置

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Inventors: 朋久大倉
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Description

本発明は、感光体を含む複数の画像形成部が中間転写体に沿って並列配置されたタンデム式のカラー画像形成装置に関するものである。

従来、種々の画像形成装置が提案されているが、その中に、複数の画像形成部により無端状の中間転写ベルト上に異なる色のトナー像を一次転写して順次重ね合わせた後、記録媒体上に二次転写して定着させ、カラー画像を形成するタンデム式のカラー画像形成装置がある。

このようなタンデム式のカラー画像形成装置においては、中間転写ベルト上に各色のトナー像を重ね合わせる場合、ベルト進行方向上流側の画像形成部において中間転写ベルト上に先に一次転写されたトナー像が下流側の画像形成部の一次転写電界を通過するとき、トナー像への放電、電荷注入が発生し、トナーの帯電が変化する。そして、二次転写されにくい過帯電トナーや逆帯電トナーが発生し、記録媒体上への二次転写不良の要因となっている。

特に、既に２色以上のトナー像が中間転写ベルト上に一次転写されており、そのトナー像が下流側の画像形成部の一次転写電界を通過した場合、先に転写されたベルト表面に近い側のトナー像の二次転写不良が発生し、色相のむらとして現れやすい。また、上記の二次転写不良は、中間転写ベルトや一次転写ローラ等の部材、及びトナーの抵抗が高くなり放電やトナーの過帯電が発生し易い低温低湿環境で特に問題となる。

二次転写時の画像欠陥（転写不良）を防止する方法として、特許文献１には、一次転写に寄与する電流Ｉ１と、二次転写に寄与する電流Ｉ２との関係をＩ１＜Ｉ２とし、一次転写電源に並列に抵抗を接続する方法が開示されている。

特許第３４８４９１１号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、一次転写電流と二次転写電流の干渉を抑制することにより、一次転写と二次転写とが同時に行われるタイミングにおける画像欠陥を防止するものであり、タンデム式のカラー画像形成装置においてベルト進行方向上流側の画像形成部で先に一次転写されたトナー像が下流側の画像形成部の一次転写電界を通過するときの、トナー像への放電、電荷注入によるトナーの帯電変化を抑制するものではない。

本発明は、上記問題点に鑑み、トナー像を中間転写ベルト上へ順次一次転写する際の、トナー像への放電、電荷注入によるトナーの帯電変化を効果的に抑制できるタンデム式のカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、複数の像担持体と、該像担持体表面に形成された複数色のトナー像が順次積層される無端状の中間転写体と、該中間転写体を挟んで前記像担持体に圧接され、前記像担持体上に現像された複数色のトナー像を前記中間転写体上に一次転写する複数の一次転写手段と、該複数の一次転写手段のそれぞれに接続され、前記一次転写手段に電圧を印加して所定の一次転写電流を流す複数の一次転写電圧印加手段と、前記一次転写手段により前記中間転写体上に積層された複数色のトナー像を記録媒体上に一度に転写する二次転写手段と、を備えた画像形成装置において、前記複数の一次転写電圧印加手段のうち、少なくとも前記中間転写体の移動方向最下流側に位置する前記一次転写手段に接続される前記一次転写電圧印加手段には、前記一次転写手段と並列に抵抗が接続されており、前記中間転写体の移動方向下流側に位置する前記一次転写手段と並列に接続される前記抵抗ほど抵抗値が高いことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記像担持体及び前記一次転写手段を各４つずつ有し、前記中間転写体の移動方向最上流側に位置する前記一次転写手段を除く３つの前記一次転写手段と並列に、それぞれ上流側から順に第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗が接続されており、第３抵抗、第２抵抗、第１抵抗の順に抵抗値が高いことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記抵抗の抵抗値は、低湿環境下において前記抵抗を接続しないときのトナー像の転写に必要な一次転写電流と転写印加電圧から算出した転写抵抗と略同一であり、前記抵抗の接続された前記各一次転写電圧印加手段から対応する前記一次転写手段へ、トナー像の転写に必要な一次転写電流の略２倍の一次転写電流を流すことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記中間転写体は、基材層と、該基材層の表面に積層されるコート層とを含む複数の層から成る中間転写ベルトであり、前記コート層の体積抵抗値が前記基材層の体積抵抗値よりも高いことを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、中間転写体上にトナー像を一次転写する場合には中間転写体の裏面に流れる十分な一次転写電流を確保し、且つ中間転写体上の移動方向上流側で一次転写されたトナー像が下流側の一次転写電界を通過する場合には一次転写手段と並列に接続された抵抗側により多くの電流が流れるため、中間転写体の裏面に流れる一次転写電流を低減することができる。従って、トナーへの放電や電荷注入によるトナーの帯電状態の変化が抑制され、二次転写不良を効果的に抑制することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、像担持体及び一次転写手段を各４つずつ有し、中間転写体の移動方向最上流側に位置する一次転写手段を除く３つの一次転写手段と並列に、それぞれ上流側から順に第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗を接続するとともに、第３抵抗、第２抵抗、第１抵抗の順に抵抗値を高くすることにより、４つの一次転写手段のそれぞれにおいて十分な一次転写電流を確保するとともに、上流側で一次転写されたトナー像への放電や電荷注入によるトナーの帯電状態の変化を抑制することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、一次転写手段に並列に接続される抵抗の抵抗値を、低湿環境下において抵抗を接続しないときのトナー像の転写に必要な一次転写電流と転写印加電圧から算出した転写抵抗と略同一にするとともに、各一次転写電圧印加手段から対応する一次転写手段にトナー像の転写に必要な一次転写電流の略２倍の一次転写電流を流すことにより、トナー像の転写時とトナー像の通過時とで一次転写電流に十分な差を設けるとともに、電源基板の低コスト化や安全性も確保することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の画像形成装置において、中間転写体として、基材層と、該基材層の表面に積層されるコート層とを含む複数の層から成り、コート層の体積抵抗値が基材層の体積抵抗値よりも高い中間転写ベルトを用いることにより、トナー像の離型性を確保して良好な二次転写性能を維持しつつ、コート層が電荷を保持することによる局部的な放電やトナーの帯電上昇も発生し難い画像形成装置となる。

本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図図１における画像形成部Ｐａ周辺の部分拡大図本発明の画像形成装置の制御経路の一例を示すブロック図一次転写部における転写電流と転写印加電圧との関係を示すグラフ本発明の画像形成装置における中間転写ベルト周辺の構成を示す概略図本発明の画像形成装置に用いられる中間転写ベルトの一構成例を示す部分断面図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明のタンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（イエロー、シアン、マゼンタ及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの画像を順次形成する。

これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）が形成される感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転しながら各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写（一次転写）された後、二次転写ローラ９において用紙Ｐ上に一度に転写（二次転写）され、さらに、定着部７において用紙Ｐ上に定着された後、画像形成装置１００本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、画像形成部Ｐａの上流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのベルトクリーニング装置１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光して静電潜像を形成する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

画像形成装置１００に接続されたパーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）等の上位装置から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラ（現像剤担持体）を備え、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８を間に挟んで各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対して圧接するように配置された一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより、一次転写ローラ６ａ〜６ｄと感光体ドラム１ａ〜１ｄとの間（一次転写部）に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラ１０、駆動ローラ１１及びテンションローラ２０に掛け渡されており、ベルト駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が図１において反時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラ１３ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に近接して設けられた二次転写ローラ９と中間転写ベルト８のニップ部（二次転写ニップ部）へ搬送され、ニップ部において中間転写ベルト８から用紙Ｐ上にフルカラートナー像が二次転写される。以降、フルカラートナー像をトナー像と略称する。トナー像が転写された用紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｐは、定着ローラ対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した用紙Ｐの一部を一旦排出ローラ１５から装置外部にまで突出させる。その後、用紙Ｐは排出ローラ１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、図１における画像形成部Ｐａ付近の拡大図である。なお、画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り）に沿って帯電装置２ａ、現像装置３ａ、クリーニング装置５ａが配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ６ａが配置されている。また、感光体ドラム１ａに対し中間転写ベルト８の回転方向上流側には中間転写ベルト８を挟んで従動ローラ１０に対向するベルトクリーニングローラ１９ａを備えたベルトクリーニング装置１９が配置されている。

帯電装置２ａは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラ２１と、帯電ローラ２１をクリーニングするための帯電クリーニングローラ２３とを有している。現像装置３ａは、２本の攪拌搬送スクリュー２５と、磁気ローラ２７と、現像ローラ２９とを有するタッチダウン現像式であり、現像ローラ２９にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加してドラム表面にトナーを飛翔させる。

クリーニング装置５ａは、摺擦ローラ３０、クリーニングブレード３１、及び回収スクリュー３３を有している。摺擦ローラ３０は感光体ドラム１ａに所定の圧力で圧接されており、図示しない駆動手段により感光体ドラム１ａとの当接面において同一方向に回転駆動されるが、その周速は感光体ドラム１ａの周速よりも速く（ここでは１．２倍）制御されている。摺擦ローラ３０としては、例えば金属シャフトの周囲にローラ体としてＥＰＤＭゴム製でアスカＣ硬度５５°の発泡体層を形成した構造が挙げられる。ローラ体の材質としてはＥＰＤＭゴムに限定されず、他の材質のゴムや発泡ゴム体であっても良く、アスカＣ硬度が１０〜９０°の範囲のものが好適に使用される。

感光体ドラム１ａ表面の、摺擦ローラ３０との当接面よりも回転方向下流側には、クリーニングブレード３１が感光体ドラム１ａに当接した状態で固定されている。クリーニングブレード３１としては、例えばＪＩＳ硬度が７８°のポリウレタンゴム製のブレードが用いられ、その当接点において感光体接線方向に対し所定の角度で取り付けられている。なお、クリーニングブレード３１の材質及び硬度、寸法、感光体ドラム１ａへの食い込み量及び圧接力等は、感光体ドラム１ａの仕様に応じて適宜設定される。

摺擦ローラ３０及びクリーニングブレード３１によって感光体ドラム１ａ表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー３３の回転に伴ってクリーニング装置５ａ（図２参照）の外部に排出される。本発明に用いられるトナーとしては、トナー粒子表面に研磨剤としてシリカ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等が埋め込まれて表面に一部突出するように保持されたものや、研磨剤がトナー表面に静電的に付着しているものが用いられる。

このように摺擦ローラ３０を感光体ドラム１ａに対し速度差を持って回転させることで研磨剤を含む残留トナーによって感光体ドラム１ａの表面を研磨し、摺擦ローラ３０及びクリーニングブレード３１によってドラム表面の水分や汚染物質を残留トナーと共に除去する。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。カウンタ９５は、印刷枚数を積算してカウントする。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、露光ユニット４、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、中間転写ベルト８、二次転写ローラ９、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、操作部６０等が挙げられる。

画像入力部４０は、画像形成装置１００にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、第１直流電源４４ａ〜４４ｄ、第２直流電源４５、及びベルトクリーニングバイアス電源４６と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源は、バイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電器２ａ〜２ｄ内の帯電ローラ２１に、現像バイアス電源４３は現像装置３ａ〜３ｄ内の磁気ローラ２７及び現像ローラ２９に、第１直流電源４４ａ〜４４ｄは一次転写ローラ６ａ〜６ｄに、第２直流電源４５は二次転写ローラ９に、ベルトクリーニングバイアス電源４６はベルトクリーニングローラ１９ａに、それぞれ所定のバイアスを印加する。

操作部６０には、液晶表示部６１、各種の状態を示すＬＥＤ６２が設けられており、ユーザは操作部６０のストップ／クリアボタンを操作して画像形成を中止し、リセットボタンを操作して画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする。液晶表示部６１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１００の各種設定はパソコンのプリンタドライバから行われる。

ところで、画像形成部Ｐａにおいて中間転写ベルト８に一次転写されたイエローのトナー像が、中間転写ベルト８の進行方向下流側の画像形成部Ｐｂ〜Ｐｄにおける一次転写電界を通過する際、トナー像への放電、電荷注入が発生してトナーの帯電状態が変化する。また、画像形成部Ｐｂにおいて一次転写されたマゼンタのトナー像が下流側の画像形成部Ｐｃ、Ｐｄにおける一次転写電界を通過する際、或いは画像形成部Ｐｃにおいて一次転写されたシアンのトナー像が下流側の画像形成部Ｐｄにおける一次転写電界を通過する際にも同様の現象が発生する。このトナーの帯電状態の変化により、二次転写されにくい高帯電トナーや、逆極性帯電トナーが発生し、二次転写ローラ９により用紙Ｐ上に二次転写する際に転写不良画像を発生させる要因となっている。

図４は、一次転写部における転写電流と転写印加電圧との関係を示すグラフである。図４に示すように、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの一次転写部において設定電流値（例えば−１０μＡ）の一次転写電流を流す場合、ベルト上にトナー像が転写されていない状態（図４の細線）と１色目を転写する状態（図４の破線）において必要な転写印加電圧がほぼ等しく、２色目を転写する状態（図の一点鎖線）、１色目が一次転写電界を通過する状態（図４の中太線）、２色目が一次転写電界を通過する状態（図４の太線）の順に、必要な転写印加電圧が高くなっている。

この理由としては次のように考えられる。トナー像が順次転写され重畳されることによって中間転写ベルト８上のトナー層が厚くなり、トナーの抵抗及び静電容量が増加する。即ち、トナー層が重畳されるにつれ、同じ一次転写電流に対する転写抵抗（一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、中間転写ベルト８、トナー層、及び部材間のギャップ等の合成抵抗）が高くなり、必要な転写印加電圧も高くなる。

一方、中間転写ベルト８の進行方向下流側の一次転写部において、転写印加電圧を高くしてトナー像の転写に必要な一次転写電流を確保しようとすると、先に一次転写されたトナー像の通過時にトナー像への放電、電荷注入が発生し易くなり、特に低湿環境下において二次転写不良を発生させてしまう。

そこで、中間転写ベルト８上に既に一次転写されたトナー像にトナー像を重畳して一次転写する場合には必要十分な量の一次転写電流を流すことができ、且つ中間転写ベルト８上のトナー像が下流側の一次転写電界を通過する場合には一次転写電流を低下させてトナーの帯電状態の変化を抑制できる構成が必要となる。

転写印加電圧値を制御することにより、トナー像が下流側の一次転写電界を通過する時にベルト裏面に流れる一次転写電流を抑制することも可能であるが、中間転写ベルト８や一次転写ローラ６ａ〜６ｄ等の部材の抵抗が温湿度や部材の耐久状態などにより変化するため、使用環境や使用期間に応じて適正値の設定を大きく補正する必要があり、安定した一次転写電流を得ることは困難である。

本発明の画像形成装置においては、一次転写ローラ６ｂ〜６ｄに並列に抵抗を配置して一次転写電流の一部を分流することで、同じ設定電流値とした場合でも、トナー像が下流側の一次転写電界を通過する場合に中間転写ベルト８の裏面に流れる電流を、トナー像を一次転写する場合と比較して抑制できる構成とした。以下、本発明の特徴部分について詳細に説明する。

図５は、本発明の画像形成装置における中間転写ベルト周辺の構成を示す概略図である。図１及び図２と共通する部分については同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、一次転写ローラ６ａ〜６ｄには一次転写電圧を印加するための第１直流電源４４ａ〜４４ｄが接続されており、一次転写ローラ６ｂ〜６ｄに接続される第１直流電源４４ｂ〜４４ｄには、それぞれ第１抵抗４７ａ、第２抵抗４７ｂ、及び第３抵抗４７ｃが一次転写ローラ６ｂ〜６ｄと並列に接続されている。また、二次転写ローラ９には二次転写電圧を印加するための第２直流電源４５が接続されている。

この構成により、一次転写電流の一部が第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃ側の回路に分流されるため、転写抵抗が低い場合、即ち中間転写ベルト８上にトナー像を一次転写する場合には中間転写ベルト８の裏面に十分な一次転写電流が流れるが、転写抵抗が高い場合、即ち中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像が一次転写電界を通過する場合には第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃ側の回路により多くの電流が流れるため、中間転写ベルト８の裏面に流れる一次転写電流を低減することができる。

ここで、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃの抵抗値が一次転写ローラ６ｂ〜６ｄを含む一次転写部の転写抵抗に比べて高すぎると、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃ側の回路に流れる電流が小さくなり、トナー像の転写時とトナー像の通過時とで一次転写電流に十分な差を設けることができない。一方、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃの抵抗値が一次転写ローラ６ｂ〜６ｄを含む一次転写部の転写抵抗に比べて低すぎると、一次転写を行うために第１直流電源４４ｂ〜４４ｄの出力電圧を大きくする必要があり、電源基板の高コスト化や安全性が問題となる。

そこで、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃの抵抗値は、低湿環境における一次転写部の転写抵抗と同程度の抵抗値に設定することが好ましい。前述したように、一次転写電流の電流設定値が同じであってもトナー層が重畳されていくにつれて転写抵抗は高くなる。また、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像が一次転写電界を通過して帯電が上昇すると、トナー層の分圧が上昇するため転写抵抗は高くなる。従って、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃは、第１抵抗４７ａ、第２抵抗４７ｂ、第３抵抗４７ｃと下流側にいくほど抵抗値を高くしておく必要がある。

次に、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃの抵抗値を設定する方法について具体的に説明する。例えば、図５に示したような構成のカラー画像形成装置１００において、一次転写ローラ６ａ〜６ｄは、直径８ｍｍの金属製シャフトの周囲にアスカＣ硬度４０°、電圧１ｋＶ印加時の抵抗値が１０⁷Ωの発泡ゴム層を形成して成る直径１６ｍｍ、長さ３００ｍｍの発泡ゴムローラとし、感光体ドラム１ａ〜１ｄは、直径３０ｍｍのアモルファスシリコン感光体とする。そして、感光体ドラム１ａ〜１ｄ及び中間転写ベルト８を線速１５０ｍｍ／ｓｅｃで駆動すると同時に第１直流電源４４ａ〜４４ｄから一次転写ローラ６ａ〜６ｄに一次転写電圧を印加し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成された正帯電のトナー像を中間転写ベルト８上に一次転写する。

また、低湿環境下（１５％ＲＨ）に中間転写ベルト８の幅方向全域に１００％（ベタ）画像を一次転写する場合、第１抵抗４７ａ〜〜第３抵抗４７ｃを設けない場合の一次転写部の転写抵抗を表１に示す抵抗値とする。また、一次転写に必要とされる一次転写電流（図４の縦線）が−１０μＡであるとする。

そして、抵抗値が１２０ＭΩの第１抵抗４７ａ、抵抗値が１３０ＭΩの第２抵抗４７ｂ、抵抗値が１３５ＭΩの第３抵抗４７ｃを、それぞれ一次転写ローラ６ｂ〜６ｄに並列に接続するとともに、第１直流電源４４ａには一次転写電流として−１０μＡが流れるように電圧を印加し、第１直流電源４４ｂ〜４４ｄには一次転写電流として−２０μＡが流れるように電圧を印加する。このとき、実際に一次転写ローラ６ａ〜６ｄ側に流れる一次転写電流について考える。

なお、イエロー、マゼンタ、シアンの３色を重ねた色（グレー〜ブラック）は、イエロー、マゼンタにブラックを重ねた色で置き換えたほうがトータルのトナー積層量が少なくて済む。そのため、通常はイエロー、マゼンタ、シアンの３色を重ねるような転写や、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色を重ねるような転写は行われない。従って、以下の説明では、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃでシアン、マゼンタのトナー像を２色目として一次転写し、画像形成部Ｐｄでブラックのトナー像を３色目として一次転写することとしている。

画像形成部Ｐａにおいてイエロー（１色目）のトナー像を一次転写する場合、一次転写ローラ６ａには並列抵抗が接続されていないため、−１０μＡの電流は全て一次転写ローラ６ａに流れてイエローのトナー像の一次転写に用いられる。

また、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃでシアン、マゼンタ（２色目）のトナー像を一次転写する場合、表１から２色目のトナー像を転写する際の転写抵抗は１２０ＭΩに上昇しているが、一次転写ローラ６ｂには１２０ＭΩの第１抵抗４７ａが並列に接続されているため、第１抵抗４７ａ側に逃げずに一次転写ローラ６ｂ側に流れる電流値は、−２０×１２０／（１２０＋１２０）＝−１０μＡとなり、−１０μＡがシアンのトナー像の一次転写に用いられる。

同様に、一次転写ローラ６ｃには１３０ＭΩの第２抵抗４７ｂが並列に接続されているため、第２抵抗４７ｂ側に逃げずに一次転写ローラ６ｃ側に流れる電流値は、−２０×１３０／（１２０＋１３０）≒−１０．４μＡとなり、−１０．４μＡがマゼンタのトナー像の一次転写に用いられる。

さらに、画像形成部Ｐｄでブラック（３色目）のトナー像を一次転写する場合、表１から３色目のトナー像を転写する際の転写抵抗は１３０ＭΩに上昇しているが、一次転写ローラ６ｄには１３５ＭΩの第３抵抗４７ｃが並列に接続されているため、第３抵抗４７ｃ側に逃げずに一次転写ローラ６ｄ側に流れる電流値は、−２０×１３５／（１３５＋１３０）≒−１０．２μＡとなり、−１０．２μＡがブラックのトナー像の一次転写に用いられる。

なお、ハーフトーン画像や文字画像を一次転写する場合は１００％（ベタ）画像を一次転写する場合に比べてトナーの転写量が少ないため、転写抵抗は表１の値に比べて低くなる。従って、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ側に流れて一次転写に用いられる電流値は常に−１０μＡ以上を確保することができる。

次に、一次転写されたトナー像が下流側の一次転写部を通過する場合について考える。例えば、シアンの画像形成部Ｐｂをイエロー（１色）のトナー像が通過する場合、表１から１色のトナー像が通過する際の転写抵抗は１２５ＭΩに上昇しているが、一次転写ローラ６ｂには１２０ＭΩの第１抵抗４７ａが並列に接続されているため、第２抵抗４７ｂ側に逃げずに一次転写ローラ６ｂ側に流れる電流値は、−２０×１２０／（１２０＋１２５）≒−９．８μＡとなる。

同様に、マゼンタの画像形成部Ｐｃをイエロー、シアン（２色）のトナー像が通過する場合、表１から２色のトナー像が通過する際の転写抵抗は１４０ＭΩに上昇しているが、一次転写ローラ６ｃには１３０ＭΩの第２抵抗４７ｂが並列に接続されているため、第２抵抗４７ｂ側に逃げずに一次転写ローラ６ｃ側に流れる電流値は、−２０×１３０／（１３０＋１４０）≒−９．６μＡとなる。

さらに、ブラックの画像形成部Ｐｄをイエロー、シアン（２色）のトナー像が通過する場合、表１から２色のトナー像が通過する際の転写抵抗は１４０ＭΩに上昇しているが、一次転写ローラ６ｄには１３５ＭΩの第３抵抗４７ｃが並列に接続されているため、第３抵抗４７ｃ側に逃げずに一次転写ローラ６ｄ側に流れる電流値は、−２０×１３５／（１３５＋１４０）≒−９．８μＡとなる。従って、第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃに逃げずにトナー像の帯電状態の変化を引き起こす電流値を常に−１０μＡ以下に抑えることができる。

このように、本発明の画像形成装置によれば、トナー像を中間転写ベルト８に転写する場合に必要となる一次転写電流を安定して確保することができ、且つ、既にベルト進行方向上流側の一次転写部において中間転写ベルト８に一次転写されたトナー層が下流側の一次転写電界を通過する際には、トナー像を中間転写ベルト８に転写する場合と比較して中間転写ベルト８の裏面に流れる電流を減少できる。従って、中間転写ベルト８上に一次転写されたトナーの帯電状態の変化を抑制することができ、特に部材及びトナーの抵抗が上昇する低湿環境において発生し易い二次転写不良を効果的に抑制することができる。

図６は、本発明のカラー画像形成装置に用いられる中間転写ベルト８の一構成例を示す部分断面図である。中間転写ベルト８は、基材層８１、及びコート層８２から成る２層構造の導電性ベルトであり、基材層８１が一次転写ローラ６ａ〜６ｄと、コート層８２が感光体ドラム１ａ〜１ｄとそれぞれ接触する。

基材層８１は中間転写ベルト８を構成する基本素材となって所定の剛性を付与するとともに、コート層８２を積層する際の加工条件に耐え、更に、中間転写ベルト８の製造に際し、加工作業性、耐熱性、滑り性、その他の諸物性において優れたものであることが好ましい。このような基材層８１の材質としては、例えば伸縮しにくいＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＩ（ポリアクリルイミド）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の樹脂が用いられる。また、樹脂中に導電剤としてカーボンブラックを分散させて、５００Ｖ印加時の体積抵抗率が１０⁹〜１０¹²Ω・ｃｍ程度に調整される。

コート層８２は基材層８１を保護するとともに離型性を付与するものである。コート層８２の材質としてはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等のフッ素樹脂が用いられる。その他、基材層８１、コート層８２以外に弾性層等の他の層を含む３層以上の構成であっても良い。

図６に示したような中間転写ベルト８では、コート層８２は５００Ｖ印加時の体積抵抗率が１０¹²Ω・ｃｍ以上の高抵抗となる。この原因としては、コート層８２に離型性の良い材料を用いる場合、ヤング率の高い材料になりがちであり、コート層８２の割れ等を抑制するために１０μｍ以下の薄層にすることが好ましい。このような薄層に導電剤を均一に分散させることは困難であるため、コート層８２の抵抗調整は難しく、高抵抗のまま用いることが多い。

そして、コート層８２の抵抗が高い場合、中間転写ベルト８表面のコート層８２が電荷を保持して局部的な放電やトナーの帯電上昇が発生し易くなり、上述したような二次転写不良も起こりやすくなる。

しかし、図５に示したように、一次転写ローラ６ｂ〜６ｄと並列に第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃを接続する本発明の構成とすることで、図６のような表面が高抵抗の中間転写ベルト８を用いた場合においても下流側の一次転写電界を通過することによるトナーの帯電状態の変化を抑制して二次転写不良の発生を防止することができる。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、一次転写ローラ６ａ〜６ｄのうち、最上流側の一次転写ローラ６ａを除く一次転写ローラ６ｂ〜６ｄに第１〜第３抵抗４７ａ〜４７ｃを並列に接続しているが、例えば一次転写ローラ６ｃ、６ｄのみに並列抵抗を接続しても良いし、最下流側の一次転写ローラ６ｄのみに並列抵抗を接続しても良い。

また、上述した第１抵抗４７ａ〜第３抵抗４７ｃの抵抗値や一次転写電流の設定電流値は一例にすぎず、画像形成装置の仕様や使用環境等に応じて適宜設定すれば良い。

本発明は、中間転写方式を用いたタンデム式のカラー画像形成装置に利用可能であり、複数の電圧印加手段のうち、少なくとも中間転写体の移動方向最下流側に位置する一次転写手段に接続される電圧印加手段に、中間転写体の移動方向下流側に位置する一次転写手段に接続される抵抗ほど抵抗値が高くなるように一次転写手段と並列に抵抗を接続するものである。

本発明の利用により、トナー像を中間転写体に転写する場合に必要となる一次転写電流を安定して確保することができ、且つ、既に中間転写体の移動方向上流側において中間転写体上に一次転写されたトナー層が下流側の一次転写電界を通過する際に中間転写体の裏面に流れる電流を減少できる。従って、特に部材及びトナーの抵抗が上昇する低湿環境において発生し易い二次転写不良を効果的に抑制することができる画像形成装置となる。

１ａ〜１ｄ感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ帯電装置
３ａ〜３ｄ現像装置
４露光ユニット
５ａ〜５ｄクリーニング装置
６ａ〜６ｄ一次転写ローラ（一次転写手段）
８中間転写ベルト（中間転写体）
９二次転写ローラ（二次転写手段）
１９ベルトクリーニング装置
４４ａ〜４４ｄ第１直流電源（一次転写電圧印加手段）
４５第２直流電源
４７ａ第１抵抗
４７ｂ第２抵抗
４７ｃ第３抵抗
１００画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ画像形成部

Claims

複数の像担持体と、該像担持体表面に形成された複数色のトナー像が順次積層される無端状の中間転写体と、
該中間転写体を挟んで前記像担持体に圧接され、前記像担持体上に現像された複数色のトナー像を前記中間転写体上に一次転写する複数の一次転写手段と、
該複数の一次転写手段のそれぞれに接続され、前記一次転写手段に電圧を印加して所定の一次転写電流を流す複数の一次転写電圧印加手段と、
前記一次転写手段により前記中間転写体上に積層された複数色のトナー像を記録媒体上に一度に転写する二次転写手段と、
を備えた画像形成装置において、
前記複数の電圧印加手段のうち、少なくとも前記中間転写体の移動方向最下流側に位置する前記一次転写手段に接続される前記電圧印加手段には、前記一次転写手段と並列に抵抗が接続されており、前記中間転写体の移動方向下流側に位置する前記一次転写手段と並列に接続される前記抵抗ほど抵抗値が高く、
前記抵抗の抵抗値は、低湿環境下において前記抵抗を接続しないときのトナー像の転写に必要な一次転写電流と転写印加電圧から算出した転写抵抗と略同一であり、前記抵抗の接続された前記各一次転写電圧印加手段から対応する前記一次転写手段へ、トナー像の転写に必要な一次転写電流の略２倍の一次転写電流を流すことを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体及び前記一次転写手段を各４つずつ有し、前記中間転写体の移動方向最上流側に位置する前記一次転写手段を除く３つの前記一次転写手段と並列に、それぞれ上流側から順に第１抵抗、第２抵抗、第３抵抗が接続されており、第３抵抗、第２抵抗、第１抵抗の順に抵抗値が高いことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記中間転写体は、基材層と、該基材層の表面に積層されるコート層とを含む複数の層から成る中間転写ベルトであり、前記コート層の体積抵抗値が前記基材層の体積抵抗値よりも高い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。