JP5675307B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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画像を転写し、更に中間転写ベルトから転写材に一括して画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。

なお、各感光ドラム上に残留した残留トナーは、それぞれに設けられたドラムクリーニング装置によって回収する方法が従来から提案されている。

このドラムクリーニング装置は、回収した残留トナーを蓄積する回収トナー容器を有する構成が従来から知られているが、各感光ドラムを構成するユニットに回収トナー容器が設けられていると、装置の小型化が難しくなる。そこで、特許文献２には、各画像形成部から回収トナー容器を無くした構成が開示されている。引用文献２は、帯電部材よりも上流側に配置した清掃部材を有し、画像形成中は、清掃部材に像担持体の帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、残留トナーを一時的に清掃部材に回収する。

特開２００３−３５９８６号公報 特開平１０−３１２０９８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、以下の課題があった。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、高圧電源増によるコストアップを招いていた。また、装置の小型化のために、回収トナー容器を設けずに清掃部材を設ける構成にすると、清掃部材用の電圧電源が必要になり、電圧電源増によるコストアップを招いていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電圧電源の数を減らしつつ、適正な１次転写性と確実な残留トナーの回収を達成する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。

トナー像を担持する回転可能な像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電部材と、無端状で回転可能な導電性を備える中間転写体と、前記中間転写体の外周面に接触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と、前記像担持体の回転方向に関して、前記像担持体と前記中間転写体の接触領域より下流側であって前記帯電部材と前記像担持体の接触領域より上流側に配置され前記像担持体からトナーを回収する清掃部材と、を有する画像形成装置において、前記電流供給部材に前記電源から電圧を印加することにより前記中間転写体の周方向に電流を流すことで、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を１次転写させ、前記電流供給部材に前記電源から電圧を印加することにより前記中間転写体から転写材にトナー像を２次転写させ、前記電流供給部材に前記電源から電圧を印加することにより前記中間転写体の周方向に電流を流すことで前記中間転写体の表面電位と同極性の電位に維持された前記清掃部材により、前記中間転写体に１次転写されず前記像担持体に残留した残留トナーを回収させることを特徴とする。

中間転写体の外周面に接触する電流供給部材から中間転写体の周方向に電流を供給することによって、１次転写専用の電圧電源を備える必要がなくなり、１次転写を可能にする。さらに、電流供給部材から中間転写体を介して清掃部材に残留トナーを回収するための電圧を印加することが可能であり、清掃部材用の電圧電源を減らすことが可能である。

本発明の実施の形態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１次転写を説明する説明図。 本発明の実施例１に係る清掃部材と中間転写ベルトの導通を示す説明図 本発明の実施例１に係る清掃部材と中間転写ベルトの導通を示す説明図 本発明の実施例１における清掃モードを説明する説明図 本発明の実施例１における清掃モードを実行した場合のトナーの移動を説明する図

（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可能である。

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次転写手段である２次転写ローラ１５と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、ゴム層は、体積抵抗率が１０^５Ωｃｍ以下の導電性を有する。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、転写用の電圧電源１９から、−２．０〜７．０ｋＶの電圧の印加が可能となっている。後述するが、この電圧電源１９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表面に残った残留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。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（本実施例では負極性）と同極性の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。

この感光ドラム上（像担持体上）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い。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２で示すように１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに電圧を印加して行う構成ではない。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。

［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。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。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、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、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〜Ｅでは、図２で示す方法で抵抗測定できるが、比較例ベルトでは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）のように、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４（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。

また、比較例ベルトのように周方向に電流が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６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６（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６（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６（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６（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６（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が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次転写バイアス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次転写手段である２次転写ローラ１５に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に電圧を印加する電圧電源１９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記録材上へ移動させることである。本実施例の条件で、記録材として上質紙（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。

上述の説明のように、本実施例の構成では、複数の１次転写部に専用の１次転写電源を有することなく、中間転写ベルトに接触する２次転写部材から中間転写ベルトの周方向に電流を流すことで１次転写を行うことが可能である。

このような構成で１次転写を各１次転写部で行った際に、従来の構成と同様に、１次転写部で感光ドラム２から中間転写ベルト８に１次転写されず感光ドラム２に残留する残留トナーを回収する必要がある。本実施例は、この残留トナーを清掃部材１０６ａ、ｂ、ｃ、ｄで一次的に回収する。

図１の清掃部材１０６ａ、ｂ、ｃ、ｄは、各感光ドラムの回転方向において、各１次転写部５の下流側かつ帯電手段３の上流側に複数の像担持体に対応して設けられている。本実施例中では固定型の導電性ファーブラシである。導電性ファーブラシはアルミニウムの支持部材上に６デニール・１０万本／ｉｎｃｈ^２の繊維密度のブラシを導電性接着剤で接着したものである。清掃能力の観点から、導電性基体に当接させた状態で１０Ｖ印加した場合の抵抗が、１０^４〜１０^１０Ωの範囲であることが好ましい。本実施例中では約５×１０^６とほぼ中間転写ベルトと同程度である。同様に太さは３０デニール以下、密度１万本／ｉｎｃｈ^２以上、より好ましくは、太さは６デニール以下、密度は１０万本／ｉｎｃｈ^２以上であるとより清掃能力が高くなる。

清掃部材１０６の導電性ブラシは、金属の支持部材と図１中の線で表現されている配線部を介し、中間転写ベルト８の内側を張架するテンションローラ１３の芯金部分と導通状態にある。すなわち、清掃部材１０６は、中間転写ベルトと電気的に導通である。ここで、清掃部材１０６は、テンションローラ１３以外の、導電性ゴムが被覆された駆動ローラ１１、もしくは対向ローラ１２の芯金を経由していても良い。

また、図７は、清掃部材１０６と中間転写ベルト５を長手方向（中間転写ベルトの回転方向と直交する方向）から見た図である。図７のように、清掃部材１０６の端部にブラシ状の導通接点１０７を設け、中間転写ベルト５の表面と直接導通を持たせる方法でもよい。さらに、図８のように中間転写ベルト５の裏面に接触する金属バネ状の導通接点１０８と清掃部材と、を導通を導通させる方法でもよい。

上記構成にすることで、中間転写ベルト５の周方向に電流が流れた場合の清掃部材１０６の電位は、中間転写ベルト５の電位と同極性で、ほぼ同電位になる。

次に、図９は本画像形成装置の感光ドラム周辺の装置の動作シーケンスを表す図である。図９（ａ）は、画像形成時（プリント時）を説明する図であり、中間転写ベルトの電位が１次転写を行うために、２００Ｖ となる際に、清掃部材の電位も２００Ｖとなっている。図９（ｂ）は、非画像形成時に実行する清掃モードを説明する図であり、中間転写ベルトの電位が清掃のためにー６００Ｖとなる際に、清掃部材の電位も−６００Ｖとなる。

図１０（ａ）は、画像形成時の感光ドラムに現像されたトナーの移動を説明するための図である。感光ドラム上に現像されたトナーは、トナーの正規の帯電極性が負極性であるため、その大半が負極性である。説明図では負極性のトナーがドラム上に記載されている。１次転写部で１次転写が行われると、ドラム上のトナーの大半は中間転写ベルト（図中では、ＩＴＢとする）に転写される。しかしながら、感光ドラム２と一次転写ベルト８の電位差によりトナー像が中間転写ベルト８に転写されるが、一部のトナーは残留トナーとして感光体２上に残留してしまう。残留トナーは、１次転写部の電界の影響を受けて、負極性、正極性のトナーが混在した状態である。

仮に残留トナーが、回収されずそのまま全て感光ドラム用の帯電ローラ（図中では、Ｃローラとする）に接触すると、帯電ローラに付着する残留トナー量が多く、帯電ローラの帯電効率を低減させてしまう。帯電ローラの帯電効率が低下すると、感光ドラム２に対する帯電が不十分になり画像不良の要因となる。

本実施例では、画像不良の発生を抑制するために、帯電ローラよりも上流側にある清掃部材が、画像形成中（プリント中）は残留トナーを回収する。清掃部材は、プリント時は中間転写ベルト８の電位とほぼ同電位であるために、中間転写ベルトと同じ正極性の電位である。残留トナーは、負極性のトナーが多いので、接触することで負極性のトナーの大半を清掃部材が回収することが可能である。また一部回収されず通過するトナーも、清掃部材に接触して崩されているため、清掃部材に回収されず感光ドラム上に残留したトナーの一部が、帯電ローラに付着しても、帯電効率を大きく低下させることはない。

このように、清掃部材に専用電源を用意しなくても、電流供給部材である電圧電源１９から中間転写ベルトの周方向に流れる電流によって清掃部材１０６に電流を供給することが可能になる。よって、本実施例では、高圧電源の数を減らしつつ、各感光ドラムに専用の回収トナー容器を設ける必要がなくなる。

清掃部材１０６が回収したトナーは、定期的に、清掃部材１０６から感光ドラムに転移させ、その後、感光ドラムから中間転写ベルト８に転移させることで清掃部材１０６から除去する。中間転写ベルト８に転移されたトナーは、ベルトクリーニング装置７５によって回収される。この清掃部材１０６からトナーを除去しベルトクリーニング装置７５で回収するために、清掃モードを実行可能である。この清掃モードでは、帯電ローラ５に微量ながら付着しているトナーも帯電ローラから除去する。

以下に清掃モードについて説明する。清掃モードは、通常のプリント動作が二次転写も含めて終了した後、現像装置４が感光ドラム２から離間し、現像バイアスがＯＦＦになることで開始される。清掃モードは、第１の清掃モードと、第２の清掃モードの２段階に分けられている。図９（ｂ）の第１の清掃モードにおいて、まず帯電ローラ５に印加される電圧が０Ｖになり、同時に転写電源１９から二次転写ローラ１５に印加される電圧が、正極性から負極性に切り替わり、中間転写ベルト８の電位が‐６００Ｖになる。

この時の感光ドラム２の電位はその前の画像形成時の状態に影響されるが、基本的には暗減衰分を含めても−９０Ｖ以上かつ‐５００Ｖ以下である。その為、帯電ローラ５に付着していた正極性のトナーは電位差で感光ドラム２上に吐き出され、更に感光ドラム２の回転に伴い一次転写部に到達し、より負極性側に設定されている中間転写ベルト８に吐き出され、最終的にはベルトクリーニング装置７５で回収される。

清掃部材１０６に付着している負極性のトナーは、清掃部材１０６が中間転写ベルト８と同極性の負極性の電位に維持されるため、電気反発力で感光ドラム２上に吐き出される。更に０Ｖに維持されている帯電ロール５に一時的に回収される。ここで第１の清掃モードは、最上流の画像形成部１ａで中間転写ベルト８に吐き出された全ての正極性のトナーが、最下流の画像形成部１ｄを通過するまで行われなければいけない。なぜならば、それ以前に中間転写ベルト８の極性を正極性側に戻してしまうと、電位差により画像形成部１ｂ、１ｃ、１ｄのいずれかに再度回収されてしまう可能性が生じるからである。このようにして、第１の清掃モードを実行すると、帯電ローラ５上の正極性のトナーはベルトクリーニング装置７５で回収され、更に清掃部材１０６に付着していた負極性トナーは帯電ローラ５に付着させることが可能になる。

以上説明した第１の清掃モード時の電位の関係を式として表す。帯電手段の印加電圧をＶｐｃ、像担持体の電位をＶｄｒｍ、中間転写体の電位をＶｉｔｂ、導電性の清掃部材の電位をＶｃｌｎとして説明する。トナーの正規の帯電極性が負極性の場合、Ｖｉｔｂ ＝ Ｖｃｌｎ ＜ Ｖｄｒｍ ＜ Ｖｐｃ となるように電位を設定する。トナーの正規の帯電極性が正極性の場合、Ｖｉｔｂ ＝ Ｖｃｌｎ ＞ Ｖｄｒｍ ＞ Ｖｐｃ となるように電位を設定する。

第１の清掃モードの後に、第２の清掃モードを実行する。第２の清掃モードは、第１の清掃モードによって帯電ローラに付着したトナーを除去し、ベルトクリーニング装置７５で回収するためのモードである。

図９（ｂ）の第２清掃モードにおいて、帯電ローラ５に負極性の電圧（本例では−１１００Ｖ）が印加され、同時に転写電源１９から二次転写ローラ１５に印加される電圧が、負極性から正極性に切り替わり、中間転写ベルト８の電位が２００Ｖになる。感光ドラムの電位は−５００Ｖ程度に収束するので、帯電ローラ５上の負極性トナーは、電気的反発力で感光ドラム２上に吐き出される。感光ドラム２上に吐き出されたトナーは、１次転写部で中間転写ベルト８側に移動する。中間転写ベルト８側に移動したトナーは、最終的にはベルトクリーニング装置７５によって回収される。

以上説明した第２の清掃モード時の電位の関係を、第１の清掃モードと同様に式として表す。トナーの正規の帯電極性が負極性の場合、Ｖｉｔｂ ＝ Ｖｃｌｎ ＞ Ｖｄｒｍ ＞ Ｖｐｃ となるように電位を設定する。トナーの正規の帯電極性が正極性の場合、Ｖｉｔｂ ＝ Ｖｃｌｎ ＜ Ｖｄｒｍ ＜ Ｖｐｃ となるように電位を設定する。

尚、本実施例では二次転写ローラによって中間転写ベルト８の周方向に電流を流す構成を説明したが、二次転写ローラ以外の部材によって中間転写ベルト８の周方向に電流を流す構成であってもよい。また、中間転写ベルトではなく、転写材を担持搬送する搬送ベルトを用いる画像形成装置に、本実施例を適用してもよい。その場合は、搬送ベルトの外面又は内面に、電流供給部材から電流が供給される接触部材を接触させ、接触部材から搬送ベルトを介して、各清掃部材に電流を供給する構成であってもよい。

１ａ〜１ｄ 画像形成部
２ａ〜２ｄ 感光ドラム（像担持体）
３ａ〜３ｄ 帯電部材
５ａ〜５ｄ 対向部材
８ 中間転写ベルト
９ａ〜９ｄ １次転写専用の電圧電源
１２ ２次転写対向ローラ
１５ 二次転写ローラ
１９ 電流供給部材
１０６ａ〜１０６ｄ 清掃部材

Claims (10)

1. トナー像を担持する回転可能な像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電部材と、無端状で回転可能な導電性を備える中間転写体と、前記中間転写体の外周面に接触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と、前記像担持体の回転方向に関して、前記像担持体と前記中間転写体の接触領域より下流側であって前記帯電部材と前記像担持体の接触領域より上流側に配置され前記像担持体からトナーを回収する清掃部材と、を有する画像形成装置において、
   前記電流供給部材に前記電源から電圧を印加することにより前記中間転写体の周方向に電流を流すことで、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を１次転写させ、前記電流供給部材に前記電源から電圧を印加することにより前記中間転写体から転写材にトナー像を２次転写させ、
   前記電流供給部材に前記電源から電圧を印加することにより前記中間転写体の周方向に電流を流すことで前記中間転写体の表面電位と同極性の電位に維持された前記清掃部材により、前記中間転写体に１次転写されず前記像担持体に残留した残留トナーを回収させることを特徴とする画像形成装置。
2. 複数の張架部材を有し、
   前記中間転写体は、前記複数の張架部材によって内周面が支持される中間転写ベルト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。
3. 前記複数の張架部材の少なくとも一つの張架部材と、前記清掃部材は、電気的に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記清掃部材は、前記中間転写ベルトと前記張架部材を介して、前記電源から前記電流供給部材から供給される電流によって前記同極性の電位に維持されることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記清掃部材は、回転する前記像担持体に対して固定された清掃ブラシであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体は、それぞれが異なる色を担持する複数の像担持体であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記清掃部材は、それぞれが対応する前記像担持体に対して設けられた複数の清掃部材であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記清掃部材は、前記像担持体の回転軸方向と平行な軸方方向に関する端部において前記中間転写体の表面に接触する導通接点を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
9. 前記清掃部材に付着したトナーを除去する清掃モードを実行可能であり、前記帯電部材の電位をＶｐｃ、前記複数の像担持体の電位をＶｄｒｍ、前記中間転写体の電位をＶｉｔｂ、前記清掃部材の電位をＶｃｌｎとした場合に、
   前記清掃モードは、トナーの正規の極性が負極性の場合に、Ｖｉｔｂ＝Ｖｃｌｎ＜Ｖｄｒｍ＜Ｖｐなるように電位を設定する第１の清掃モードと、Ｖｉｔｂ＝Ｖｃｌｎ＞Ｖｄｒｍ＞Ｖｐｃとなるように電位を設定する第２の清掃モードを有し、前記第１の清掃モードを実行した後に前記第２の清掃モードを実行することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
10. 前記清掃部材に付着したトナーを除去する清掃モードを実行可能であり、前記帯電部材の電位をＶｐｃ、前記像担持体の電位をＶｄｒｍ、前記中間転写体の電位をＶｉｔｂ、前記清掃部材の電位をＶｃｌｎとした場合に、
    前記清掃モードは、トナーの正規の極性が正極性の場合に、Ｖｉｔｂ＝Ｖｃｌｎ＞Ｖｄｒｍ＞Ｖｐｃとなるように電位を設定する第１の清掃モードと、Ｖｉｔｂ＝Ｖｃｌｎ＜Ｖｄｒｍ＜Ｖｐｃとなるように電位を設定する第２の清掃モードを有し、前記第１の清掃モードを実行した後に前記第２の清掃モードを実行することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の画像形成装置。