JP5865452B2 - 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、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成するための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記録媒体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手段、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手段は、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、１次転写専用の電圧電源がそれぞれ接続されている。

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。

特開２００３−３５９８６号公報 特開２００１−１２５３３８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、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、１次転写部材に電圧を印加するための電圧電源数を減らしつつ、適正な１次転写性、２次転写性を備えた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、本願発明は、トナー像を担持する像担持体と、無端状で回転可能であって、導電性を備え前記像担持体と形成する１次転写部において前記像担持体からトナー像が１次転写される中間転写体と、前記中間転写体の内周面を支持する支持部材と、前記中間転写体の外周面に接触して２次転写部を形成し、トナー像を前記２次転写部で前記中間転写体から転写材に２次転写する２次転写部材と、前記２次転写部材が２次転写するために必要な転写電圧を前記２次転写部材に印加する転写電源と、前記支持部材に接続される抵抗素子と、を有し、前記１次転写部においてトナー像を１次転写させるために必要な電位は、前記２次転写部材に前記転写電源から前記転写電圧を印加することで前記中間転写体の周方向に流れる電流と前記抵抗素子によって、前記中間転写体に形成されることを特徴とする。

また、前述の課題を解決するため、本願発明は、トナー像を担持する像担持体と、無端状で回転可能であって、導電性を備え前記像担持体と形成する１次転写部において前記像担持体からトナー像が１次転写される中間転写体と、前記中間転写体の内周面を支持する支持部材と、前記中間転写体の外周面に接触して２次転写部を形成し、トナー像を前記２次転写部で前記中間転写体から転写材に２次転写する２次転写部材と、前記２次転写部材が２次転写するために必要な転写電圧を前記２次転写部材に印加する転写電源と、前記支持部材に接続される定電圧素子と、を有し前記１次転写部においてトナー像を１次転写させるために必要な電位は、前記２次転写部材に前記転写電源から前記転写電圧を印加することで前記中間転写体の周方向に流れる電流と前記定電圧素子によって、前記中間転写体に形成されることを特徴とする画像形成装置。

中間転写体の外周面に接触する２次転写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、低コスト化、小型化を達成しつつ、１次転写と２次転写を行うことが可能になる。

本発明の画像形成装置を示す概略断面図。 本発明の中間転写ベルトの周方向抵抗測定方法を説明する概略断面図。 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。 中間転写ベルトの電位測定方法を説明する概略断面図。 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１次転写を説明する説明図。 ２次転写部を転写材が通過していない時の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。 中間転写ベルトの回転方向に流れる電流を説明する概略断面図。 ２次転写部を転写材が通過時の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。 本発明の定電圧素子の効果を説明する説明図。 支持部材にツェナーダイオードまたはバリスタを接続した状態を説明する概略断面図。 支持部材に共用のツェナーダイオードまたはバリスタを接続した状態を説明する概略断面図。 本発明に適用できる別の構成の画像形成装置を示す概略断面図。 本発明に適用できる別の構成の画像形成装置を示す概略断面図。 本発明に適用できる別の構成の画像形成装置を示す概略断面図。

（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、駆動部（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、露光手段７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄがそれぞれ設置されている。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。本実施例のトナーの正規の帯電極性は、負極性である。

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によって支持されている（以上の３本のローラの夫々を、「支持部材」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、所定の抵抗値の抵抗体を介して接地している。本実施例では、抵抗素子である抵抗体の抵抗値は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、転写電源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、本実施例の２次転写ローラ１５は、１次転写と２次転写を行うための共通の電圧電源である転写電源１９から電圧が印加され、中間転写ベルト８の周方向に電流を供給する電流供給部材である。

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手段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を有する定着手段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転写される部分、又は、転写される位置を、１次転写部とする。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。

前記複数の像担持体上の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、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。対向する各感光ドラムに対して中間転写ベルト８を押圧する対向部材５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄによって１次転写部を形成することで、１次転写部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次転写用の電圧電源に接続される被電圧印加部材ではなく、電気的に絶縁になるようにしている。図４のような被印加部材は、所望の電流が流れるように導電性を有しており、所望の導電性を有する為に被印加部材は抵抗調整が行われ、コストアップの要因になっている。

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手段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及び加圧され、転写材Ｐの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で示すように１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに電圧を印加せずに行うことを特徴とする。

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）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンナフタレート（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。

次に中間転写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（ここでは転写電源１９を使用している）から外面ローラ１５Ｍ（第１の金属ローラ）に一定電圧（測定用電圧）を印加した時に、画像形成部１ｄの感光ドラム２ｄＭ（第２の金属ローラ）に繋いだ電流検知手段である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し、その測定した電流値で測定用電圧を割ることで、ベルトの抵抗を算出している。この時、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（アルミニウム）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。

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）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。本実施例の画像形成装置であれば、周方向抵抗が１０^４〜１０^８Ωのものであれば、ベルトの周方向に電流が流れ易く、所望の１次転写性を確保するのに好ましい結果が得られた。

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）、（ｂ）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体である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の抵抗体を用いた場合の結果である。横軸は転写用の転写電源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、ベルト表面電位も上昇する。また、抵抗値を１ＧΩ、１００ＭΩ、１０ＭΩと下げていくと、ベルト表面電位は下降する。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表面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表面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、支持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、１次転写部のベルトの表面電位を測定することはできないからである。

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。言い換えると、転写電源１９は、２次転写ローラ１５から中間転写ベルトを介して複数の感光ドラムに対して電流を流すことで、１次転写をさせている。本実施例では、２次転写部材である２次転写ローラ１５に電圧を印加することによって、一つの転写電源で、１次転写と２次転写を行うことが可能になる。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）は抵抗体に１ＧΩ、図８（ｂ）は抵抗体に１００ＭΩ、図８（ｃ）は抵抗体に１０ＭΩの抵抗体を使用した場合の結果を示す。図８（ａ）、（ｂ）のように、１ＧΩ、１００ＭΩの場合は、一定以上（２０００Ｖ以上）の２次転写電圧を印加することで、中間転写ベルトの表面電位が所定電位（本実施例では２００Ｖ）以上になる。本実施例では、中間転写ベルトの表面電位が所定電位以上になる領域が、１次転写、２次転写がともに成立する領域である。図８（ｃ）のように、１０ＭΩの場合は、２０００Ｖより大きな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次転写可能となるが、実際は支持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。

図９は、２次転写ローラ１５から中間転写ベルトを流れる電流を模式的に示している。図９では、各支持ローラに抵抗体を接続している状態を、抵抗体Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇによって説明している。図９の太い実線の矢印は、転写電源１９から感光ドラム方向へ電流が流れていることを示している。太い破線の矢印は、支持ローラへ流れる電流を示しており、抵抗値Ｒｅ、Ｒｆ、Ｒｇが低いときに多く流れると上記説明したものである。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略同等であるため、各感光ドラムへ流れる電流も略同等となる。ただし、各画像形成部の感光ドラムの感光層の厚みばらつきなどにより静電容量がばらつくと、各感光ドラムへ流れる電流が多少ばらつくこともある。本実施例では、感光層の厚みが初期から通紙耐久後で１０〜２０μｍの範囲であった。

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次転写に最適な転写電圧を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次転写に最適な転写電圧に切り替えることも可能である。

また、各支持部材に接続する抵抗体は、一つの抵抗体であっても良い。一つの抵抗体にすることで、抵抗体の数を削減可能であり、また共通の抵抗体を通して接地されるので中間転写ベルトの表面電位を等電位に維持し易くなる効果がある。

（実施例２）
前述した中間転写ベルト８のベルト表面電位は、２次転写部に転写材が無い場合の説明であった。ただし、連続画像形成時のようにｎ枚目の１次転写中に（ｎ−１）枚目の２次転写を同時に行う場合は、２次転写部に転写材が有る場合を考慮する必要がある。

そこで、２次転写部に転写材が通過しているときの中間転写ベルト８のベルト表面電位について説明する。なお、画像形成装置の構成等、先の実施例１で説明したものと同様のものは説明を省略する。

図５（ｂ）に転写材Ｐが２次転写部を通過中のベルト表面電位の測定方法を示している。２次転写部に転写材Ｐが有る以外は、前述した転写材が無い場合と同じである。

図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、転写材が有る場合のベルト表面電位の測定結果である。図１０（ａ）は抵抗体に１ＧΩ、図１０（ｂ）は抵抗体に１００ＭΩ、図１０（ｃ）は抵抗体に１０ＭΩの抵抗体を使用した場合の結果を示す。図１０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１０のＢは、２次転写設定範囲を示す。図８と図１０を比較すると、転写材が在る場合は転写材が無い場合に比べてベルト電位が若干低下していることがわかる。これは転写電源１９から供給された電圧が、転写材によって２次転写部で電圧降下しているためである。

よって、図８と図１０の比較から、連続画像形成時のようにｎ枚目の１次転写中に（ｎ−１）枚目の２次転写を同時に行う場合は、２次転写部で転写材による電圧降下を考慮していない大きさの電圧では、中間転写ベルト８の表面電位を維持できない恐れがある。つまり、２次転写が始まると、１次転写性が低下する恐れがある。

抵抗体の抵抗値が大きいと中間転写ベルト８の表面電位を高く維持できるが、抵抗体の抵抗値が大きすぎると、印加する電圧を大きくする必要が生じてしまう。その場合は、より大容量の電源が必要となってしまう。また、２次転写電圧を上げすぎると転写材の種類によっては２次転写性が悪化する場合がある。これは２次転写電圧が高いことで放電が発生してトナー帯電性が反転し、２次転写性が悪化するという現象である。

よって本実施例では、中間転写ベルト８の表面電位を所定電位の２００Ｖを維持するために、１００ＭΩ〜１ＧΩ程度の抵抗を有する抵抗体を各支持ローラに接続している。

また、２次転写部に転写材が存在する場合、主に転写材の抵抗変動に対応するため、２次転写をするための電圧を変更する必要がある。例えば、３０℃、８０％環境では、２次転写に必要な２次転写電圧は１ｋｖであった。また、１５℃、５％環境では、２次転写に必要な２次転写電圧は３．５ｋｖであった。このような環境変動に合わせた２次転写電圧の変動に対しても、抵抗体として１ＧΩ〜１００ＭΩの抵抗体を使用すれば、中間転写ベルトの表面電位を所定電位以上に維持することが可能になり、１次転写および２次転写を同時に実行することが可能である。

本実施例では、抵抗体として１００ＭΩ〜１ＧΩの抵抗値を有する抵抗体を使用しているが、抵抗体の代わりに定電圧素子を接続して接地してもよい。

図１１には、定電圧素子（例えば、ツェナーダイオードや、バリスタ等である）を接続した場合の２次転写電圧とベルト電位の関係を示している。図１１の点線Ａは、ツェナー電位又はバリスタ電位である。図１１のＢは、２次転写設定範囲を示す。図１２（ａ）はツェナーダイオードを各支持部材に接続した状態を説明する図、図１２（ｂ）はバリスタを各支持部材に接続した状態を説明する図である。

抵抗体の場合は、２次転写電圧を大きくするとベルト電位も上昇していた。しかし、ツェナーダイオードまたはバリスタの場合、ツェナー電位またはバリスタ電位を超えると電流が流れて、ツェナー電位またはバリスタ電位を保つ特性を持つ。このため、２次転写電圧を上げても、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はない。このため、ベルト電位を一定に保つことができ、より１次転写性を安定させることができる。また、２次転写電圧は設定範囲が広くなり、２次転写電圧設定の自由度が大きくなる。

本実施例では、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２２０ｖとする。

このように構成することで、１次転写性を安定させつつ、２次転写設定を１次転写と独立に最適化することができる。（ツェナー電位又はバリスタ電位で１次転写のための中間転写ベルトの表面電位を決定できるので、２次転写電圧の設定の幅が広がるためである。）
このように実施例の構成によれば、導電性の中間転写ベルトを用い、各支持部材に、所定値以上の抵抗体、所定電位以上を維持するツェナーダイオードまたはバリスタを接続し、転写電源１９から電圧を印加する。この構成により、転写材の抵抗に関わらず、中間転写ベルトの表面電位を所定電位以上に保つことが可能であり、１次転写と２次転写を同じタイミングで実行することが可能である。

さらに、図１３（ａ），（ｂ）のように、全ての支持ローラに共通のツェナーダイオード、バリスタ等の定電圧素子を接続する構成であっても良い。共通化することで、定電圧素子の数を減らすことが可能である。

以上説明した実施例１、実施例２は、下記の構成に変更することが可能である。図１４に示すように、中間転写ベルト８を支持する支持ローラを、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、図１４〜１６のように中間転写ベルト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を無くすことも可能である。１次転写部を対向部材５ａ〜５ｄ以外で形成する他の例として、図１４（ａ）ように中間転写ベルト内の各感光ドラムの間に１次転写コロ４０ａ、４０ｂ、４０ｃを配置し、中間転写ベルトを感光ドラム側へ押し上げる構成とすることもできる。また、図１４（ｂ）のように画像形成部１ｂ、１ｃ間に１つの１次転写コロ４０ｄのみを配置することも可能である。

さらに、図１５のように中間転写ベルトのテンションのみで感光ドラムに接触させることも可能である。この場合、２次転写対向ローラと駆動ローラの成す１次転写側のベルト面に対して、各画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを少し下側へ侵入させることで１次転写コロを無くすことも可能である。画像形成部１ａ、１ｄの侵入量よりも画像形成部１ｂ、１ｃの侵入量を多くすることでより確実に各感光ドラムと中間転写ベルトを接触させることができる場合もある。

図１６は、画像形成部１ｃ、１ｄを中間転写ベルトの下面に配置したものである。この場合、画像形成部１ａ、１ｂを中間転写ベルト面より下側へ侵入させ、画像形成部１ｃ、１ｄを中間転写ベルト面より上側へ侵入させると良い。このように各画像形成部を配置することで、さらに画像形成装置本体を小型化できる場合もある。

また、２次転写ローラ１５に供給する電圧は、１次転写、２次転写性能が十分発揮できるのであれば、定電圧制御、定電流制御および両制御の併用のどれを用いても良い。

さらに、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、同様の効果を得ることができる。

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。

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〜９ｄ １次転写専用の電圧電源
１２ ２次転写対向ローラ
１５ 電流供給部材
１９ 転写用の電圧電源

Claims (24)

1. トナー像を担持する像担持体と、
   無端状で回転可能であって、導電性を備え前記像担持体と形成する１次転写部において前記像担持体からトナー像が１次転写される中間転写体と、
   前記中間転写体の内周面を支持する支持部材と、
   前記中間転写体の外周面に接触して２次転写部を形成し、トナー像を前記２次転写部で前記中間転写体から転写材に２次転写する２次転写部材と、
   前記２次転写部材が２次転写するために必要な転写電圧を前記２次転写部材に印加する転写電源と、
   前記支持部材に接続される抵抗素子と、を有し
   前記１次転写部においてトナー像を１次転写させるために必要な電位は、前記２次転写部材に前記転写電源から前記転写電圧を印加することで前記中間転写体の周方向に流れる電流と前記抵抗素子によって、前記中間転写体に形成されることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記２次転写部材は、前記中間転写体と共に記録材を挟持搬送する２次転写ローラであり、前記転写電源は、前記２次転写ローラにトナーの正規の極性と逆極性の前記転写電圧を印加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. 前記転写電源から前記２次転写ローラに前記逆極性の前記転写電圧を印加することによって、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を１次転写させつつ、前記中間転写体から転写材へトナー像を２次転写させることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記中間転写体に第１の金属ローラを接触させ、前記中間転写体に電流検知手段が接続された第２の金属ローラを前記第１の金属ローラから前記中間転写体の周方向において離れた位置で接触させた状態で前記第１の金属ローラに測定用電源から測定用電圧が印加され、前記測定用電圧を印加することで流れる電流を前記電流検知手段で検知し、
   前記測定用電圧を、前記電流検知手段が検知した電流値で割った値を前記中間転写体の周方向抵抗と定義し、前記中間転写体の前記周方向抵抗の値は、１０^４Ω以上、且つ、１０^８Ω以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記中間転写体は、前記支持部材と、前記支持部材とは別の第二の支持部材によって内周面が張架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. 前記第二の支持部材は、前記抵抗素子が接続されていることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記中間転写体の表面電位は、前記抵抗素子によって所定電位以上に維持され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. 前記中間転写体は、多層構成であり、表層の抵抗が他の層の抵抗よりも高いことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 前記像担持体は、それぞれが異なる色のトナー像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８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
10. 前記中間転写体を介して前記複数の像担持体にそれぞれ対応する位置に複数の対応部材を有し、前記複数の対応部材によって前記中間転写体と前記複数の像担持体は接触することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記複数の対応部材は、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. トナー像を担持する像担持体と、
    無端状で回転可能であって、導電性を備え前記像担持体と形成する１次転写部において前記像担持体からトナー像が１次転写される中間転写体と、
    前記中間転写体の内周面を支持する支持部材と、
    前記中間転写体の外周面に接触して２次転写部を形成し、トナー像を前記２次転写部で前記中間転写体から転写材に２次転写する２次転写部材と、
    前記２次転写部材が２次転写するために必要な転写電圧を前記２次転写部材に印加する転写電源と、
    前記支持部材に接続される定電圧素子と、を有し
    前記１次転写部においてトナー像を１次転写させるために必要な電位は、前記２次転写部材に前記転写電源から前記転写電圧を印加することで前記中間転写体の周方向に流れる電流と前記定電圧素子によって、前記中間転写体に形成されることを特徴とする画像形成装置。
13. 前記２次転写部材は、前記中間転写体と共に記録材を挟持搬送する２次転写ローラであり、前記転写電源は、前記２次転写ローラにトナーの正規の極性と逆極性の前記転写電圧を印加することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記転写電源から前記２次転写ローラに前記逆極性の電圧を印加することによって、前記像担持体から前記中間転写体にトナー像を１次転写させつつ、前記中間転写体から転写材へトナー像を２次転写させることを特徴とする請求項１３に記載の画像形成装置。
15. 前記中間転写体に第１の金属ローラを接触させ、前記中間転写体に電流検知手段が接続された第２の金属ローラを前記第１の金属ローラから前記中間転写体の周方向において離れた位置で接触させた状態で前記第１の金属ローラに測定用電源から測定用電圧が印加され、前記測定用電圧を印加することで流れる電流を前記電流検知手段で検知し、
    前記測定用電圧を、前記電流検知手段が検知した電流値で割った値を前記中間転写体の周方向抵抗と定義し、前記中間転写体の前記周方向抵抗の値は、１０ ^４ Ω以上、且つ、１０ ^８ Ω以下であることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の画像形成装置。
16. 前記中間転写体は、前記支持部材と、前記支持部材とは別の第二の支持部材によって内周面が張架される中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
17. 前記第二の支持部材は、前記定電圧素子が接続されていることを特徴とする請求項１６に記載の画像形成装置。
18. 前記中間転写体の表面電位は、前記定電圧素子によって所定電位以上に維持されることを特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
19. 前記中間転写体は、多層構成であり、表層の抵抗が他の層の抵抗よりも高いことを特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
20. 前記像担持体は、それぞれが異なる色のトナー像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１２から請求項１９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
21. 前記中間転写体を介して前記複数の像担持体にそれぞれ対応する位置に複数の対応部材を有し、前記複数の対応部材によって前記中間転写体と前記複数の像担持体は接触することを特徴とする請求項２０に記載の画像形成装置。
22. 前記複数の対応部材は、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項２１に記載の画像形成装置。
23. 前記定電圧素子は、ツェナーダイオードであることを特徴とする請求項１２から請求項２２のいずれか一項に記載の画像形成装置。
24. 前記定電圧素子は、バリスタであることを特徴とする請求項１２から請求項２２のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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