JP2005141272A

JP2005141272A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005141272A
Application number: JP2005049741A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tamiya; 孝弘田宮
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】感光体上に形成した色の異なる各トナー像を順次中間転写ベルト上に一次転写し、そのトナー像を記録媒体上に、転写ローラによって二次転写する画像形成装置において、中間転写ベルト上のトナーの付着量がいかなる部分においても、そのトナーの記録媒体の転写効率を高める。
【解決手段】中間転写ベルト１７上のトナー像を記録媒体Ｐ上に転写する転写ローラ２６の外側層２６ｂを、イオン剤の添加された材料によって構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミり又はこれらの複合機などとして構成される画像形成装置に関する。

画像形成技術において、例えば感光体又は中間転写体より成る像担持体から記録媒体へトナー像を転写するために、像担持体に接触し、かつ電圧が供給される転写電極、例えば転写ローラを用いた転写システムが提案されている。この種の転写システムは、チャージワイヤ放電を利用した方式に比べオゾンの発生が少なく、しかも消費電力が少ないため、環境と省エネルギーの観点から望ましいものである。そのような転写システムで使用される転写電極の中で良く知られた転写ローラは、導電性の軸と、その軸上に形成された導電層を有し、その導電層は、ＥＰＤＭ、シリコーンゴム、樹脂などの絶縁性部材にカーボンブラック、チタン酸化物、スズ酸化物などの導電性微粒子が分散されている。以下、このタイプの転写電極をタイプＡと呼ぶ。

タイプＡの転写ローラは所望の電気抵抗を得るために、大量の導電性微粒子を分散させる必要がある。その結果、絶縁性部材への導電性微粒子の分散が不均一となり、タイプＡの転写ローラの電気抵抗は不均一となり、転写ローラの電気抵抗は当該ローラに印加される電圧の変動に応じて大きく変化する。そのような部材で作られた転写ローラを用いると、オームの法則に基づき、転写ローラへの印加電圧又は印加電流が著しく変動し、画像転写特性も変動して、画像転写不良という問題が発生する。

上記問題を解決するために、多種の金属イオン塩、界面活性剤、または同種のイオン剤が添加されたＥＰＤＭ、シリコーンゴムで作られた導電層を有する転写ローラより成る転写電極が提案されている。このようにイオン剤が添加された導電層を有する転写ローラは、電圧依存性は著しく低くなり、当該ローラに印加された電圧値の変化に伴う該ローラの抵抗値の変動を効果的に抑え、上述した欠点を除去することが可能である。

ところが、金属イオン塩、界面活性剤、または同種のイオン剤は水分を吸着しやすいため、この提案に係る転写ローラは、環境、特に湿度に影響されやすく、その結果、環境によってその転写ローラの電気抵抗が変動するという新たな問題を有している。

そこで、特開平８−２２０９００号公報には、ウレタン発泡体にアンモニウム塩を含むイオン導電物質を添加した導電性ローラが提案され、また、特開平８−３２８３５１号公報には、ＮＢＲ系のゴム基材にイオン導電性物質を添加した導電性ローラが提案されている。更に、特開平８−６３０２１号公報には、特定の体積抵抗率のゴム基材に導電性充填剤を添加した導電性ローラが提案されている。

上述した各提案に係る導電性ローラによると、これに印加される電圧の変化に伴う抵抗値の変動を抑えることができるだけでなく、環境の変化に伴う電気抵抗の変動も効果的に抑えることができる。ところが、これらのローラは、その構成材料が厳格に決められ、しかもその材料の混合比率も厳格に規定され、さらにその電気特性も特定の範囲に厳格に定められるものであるため、かかるローラを大量に安定して低コストで生産することは、現状の生産技術では実質的に限界がある。

一方、中間転写体より成る像担持体を用いてカラー画像を形成する画像形成装置も公知であり、この画像形成装置の場合には、先ず、互いに異なる色の複数のトナー像を感光体上に順次形成し、その各トナー像を中間転写体表面に順番に重ねて転写することにより中間転写体上にカラートナー像を形成し、そのカラートナー像を、例えば転写ローラより成る転写電極によって記録媒体上に転写する。

かかる画像形成装置の中間転写体上のカラートナー像を記録媒体上に転写するための転写電極として、前述のタイプＡの転写ローラを使用した場合、以下に説明するように、記録媒体上に転写された画像の色の再現性が悪化する。

すなわち、この種の画像形成装置においては、複数のトナー像が重ね合わされて転写された後の中間転写体の表面に付着するトナーの量が均一となっていることは稀であり、通常は、１色のトナーが薄く付着した部分、すなわち低付着量部分と、複数の色のトナー、例えば４色のトナーが重ね合わされた部分、すなわち高付着量部分とが混在しているが、そのいずれの中間転写体部分のトナーも効率よく記録媒体表面に転写する必要がある。中間転写体上に形成された１つの画像中の低付着量部分のトナーの記録媒体への転写効率が低下すれば、記録媒体に転写された画像の低濃度部の再現性が低下し、また中間転写体上の高付着量部分のトナーの記録媒体への転写効率が低下すれば、記録媒体上に転写された画像の色合いが変わってしまい、いずれの場合も、その画質が劣化する。

ところが、本発明者の検討したところによると、タイプＡの転写ローラを用いた従来の画像形成装置においては、中間転写体表面の低付着量部分のトナーと、高付着量部分のトナーを共に記録媒体上に効率よく転写することが難しく、高品質な画像を記録媒体上に形成することが困難となっていた。従来、タイプＡの転写ローラを用いた場合、中間転写体上の高付着量部分のトナーと、低付着量部分のトナーを共に効率よく記録媒体上に転写できない理由についてすら明らかにされていなかった。

また、カラー画像を形成できる上記形式の画像形成装置において、タイプＡの転写ローラを、中間転写体に接離可能な転写電極として用いた場合、記録媒体の先端部へのトナー像の転写不良が発生し、転写抜けと呼ばれる画像転写不良が生じ、これによって記録媒体上の画像の画質が劣化する欠点も免れなかった。

本発明の第１の目的は、転写電極に供給される電圧の変化と、環境の変化の影響を従来の画像形成装置のように受けることはなく、安定した転写特性を維持でき、しかも低コストな転写システムを有する画像形成装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、中間転写体より成る像担持体表面へのトナー付着量の影響を従来の画像形成装置のように受けることなく、安定した転写特性を維持でき、しかも低コストな転写システムを有するカラー画像形成用の画像形成装置を提供することにある。

本発明は、上記第１の目的を達成するため、トナー像を担持する像担持体と、イオン剤が添加された部材から構成され、前記像担持体に接触し、該像担持体から記録媒体へトナー像を転写させる転写電極と、該転写電極に電流を供給する電源と、該電源からの電流出力を目標の電流値に制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１）。

その際、上記像担持体を中間転写体により構成することができ（請求項２）、またその像担持体を感光体により構成することもできる（請求項３）。

また、本発明は、上記第２の目的を達成するため、互いに異なる色のトナー像をその上に重ねた状態で、当該トナー像を担持する像担持体と、イオン剤が添加された部材から構成され、前記像担持体に接触し、その接触部間に記録媒体を通過させ、この記録媒体上に、前記重ねられたトナー像を、前記像担持体から記録媒体へ転写させる転写電極と、該転写電極に電流を供給する電源とを有することを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項４）。

その際、前記電源からの電流出力を目標の電流値に制御する制御手段を有していると有利である（請求項５）。

また、上記請求項４又は５に記載の画像形成装置において、前記転写電極への印加電圧をＶａ、該転写電極を構成する前記材料の電気抵抗の電圧依存性をlogＲ（Ｖａ）−logＲ（１０×Ｖａ）としたとき、その電圧依存性が０．５以下であると有利である（請求項６）。

さらに、上記請求項６に記載の画像形成装置において、前記転写電極を構成する前記材料の電気抵抗の電圧依存性が０．３以下であると特に有利である（請求項７）。

また、上記請求項５に記載の画像形成装置において、前記転写電極は前記像担持体に対して接離自在に構成され、該転写電極を像担持体に対して接離自在とする接離装置を有すると有利である（請求項８）。

さらに、上記請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記転写電極を構成する部材には、導電性微粒子が分散されていると有利である（請求項９）。

また、上記請求項９に記載の画像形成装置において、前記転写電極を構成する部材は、前記導電性微粒子よりも前記イオン剤による電気特性を強く有していると有利である（請求項１０）。

さらに、上記請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置において、前記転写電極が転写ローラであると有利である（請求項１１）。

請求項１乃至３に記載の画像形成装置によれば、転写電極に供給される電圧の変化と、環境の変化を従来の画像形成装置のように受けることなく、安定した転写特性を維持でき、しかも大量生産に適した低コストな転写電極を用いることができる。

請求項４に記載の画像形成装置によれば、像担持体表面に付着したトナーの量が多い部分のトナーも、またこれが少ない部分のトナーも、高い転写効率で記録媒体上に二次転写させることができ、高品質な画像を得ることができる。

請求項５に記載の画像形成装置によれば、環境が変化しても、安定した転写特性を維持することができる。

請求項６に記載の画像形成装置によれば、高い転写特性を得ることができる。

請求項７に記載の画像形成装置によれば、特に高い転写特性を得ることができる。

請求項８に記載の画像形成装置によれば、記録媒体の先端部へのトナー像の転写不良が発生する不具合を抑えることができる。

請求項９に記載の画像形成装置によれば、転写電極に導電性微粒子が分散されていても、上述した作用効果を奏することができる。

請求項１０に記載の画像形成装置によれば、転写電極に導電性微粒子が分散されていても、上述した作用効果をより確実に奏することができる。

請求項１１に記載の画像形成装置によれば、転写電極を簡単に構成でき、上述した各作用効果を確実に奏することができる。

以下、本発明の実施形態例を図面に従って説明し、併せて前述のタイプＡの転写ローラの欠点を図面に即してより具体的に明らかにする。

図１は、画像形成装置の一例であるカラープリンタ１を示しており、このカラープリンタ１は、図示されないカラー画像読み取り装置あるいはパーソナルコンピュータ等から出力されるカラー画像情報に応じて潜像形成ならびに可視像処理し、可視像処理された画像を重畳転写することにより２色以上のカラー画像を形成する。

図１において、カラープリンタ１は、駆動プーリ６及び従動プーリ７に掛け回されたベルト状の感光体８を備え、この感光体８は、駆動プーリ６により図示矢印方向に移動することができる。なお、符号５０は感光体８のテンションローラを示している。

感光体８の周囲には、電子写真プロセスを実行するための帯電装置９、書込装置１０、現像装置１１、中間転写装置１６及びクリーニング装置２２がそれぞれ配置されている。

書込装置１０は、図示されないカラー画像読み取り装置あるいはパーソナルコンピュータ等から得られるカラー画像情報を光信号に変換して原稿画像に対応した光書込を行うようになっており、図示されないレーザ光源、ポリゴンミラー１０ａ、ｆθレンズ１０ｂ及び反射鏡１０ｃを備えている。書込装置１０では、レーザ光源からのレーザビームを回転するポリゴンミラー１０ａを介してレーザビームを走査し、ｆθレンズ１０ｂ及び反射鏡１０ｃにより感光体８にレーザビームを導いて静電潜像を形成する。

現像装置１１は、カラー画像情報に含まれる色分解色と補色関係にあるシアン、マゼンタ、イエローの各現像剤、この場合にはトナーを収容している現像器（便宜上、同じ符号１１ａを用いる）が、円筒部材からなる支持部材７ｂの周方向に沿って配置され、支持部材７ｂが選択的に回転されることにより、感光体８に対して選択された色の現像器を対向させることができるリボルバー形式が採用されている。支持部材７ｂは、感光体８と対向する位置の周壁が除かれており、いずれかの現像器が露呈してトナーを感光体８上の静電潜像に供給できるようになっている。感光体８に対向している現像器は、図示されない駆動部からの駆動力の伝達が行われることにより、感光体８へのトナーの供給を行うことができ、トナーの色切り換えに際しては、駆動力の伝達が解除されるようになっている。

上記のリボルバー形式の現像装置１１に加えて、その現像装置１１の近傍には、黒現像剤を収容した黒現像器１２が配置されている。黒現像器１２は、偏心カム４０によって選択的に感光体８に対して接離することができる。現像装置１１及び黒現像器１２は、感光体８に担持されている静電潜像を可視像処理することによりトナー像を形成する。

中間転写装置１６は、現像装置１１及び黒現像器１２により可視像処理されたトナー像を順次転写（これを一次転写という）し、全てのトナー像が転写された後に記録媒体への一括転写（これを二次転写という）する機能を有している。

このため、中間転写装置１６は、駆動プーリ１４及び従動プーリ１５に掛け回された中間転写ベルト１７より成る中間転写体を備えており、この中間転写ベルト１７は、感光体８と当接して図示矢印方向に移動するようになっている。中間転写ベルト１７をはさんで感光体８の駆動プーリ６と対向する位置には転写電極１８が設けられており、感光体８上のトナー像を中間転写ベルト１７に静電転写することができるようになっている。

中間転写ベルト１７の移動方向において、感光体８との転写位置を通過した位置には、中間転写ベルト１７をはさんで、駆動プーリ１４と対向して、転写電極の一例である転写ローラ２６が、また、中間転写ベルト１７の移動方向において、感光体８との転写位置の前方位置には、中間転写ベルト１７に当接可能なブレード部材３２を備えたベルトクリーニング装置３５がそれぞれ配置されている。

転写ローラ２６は、中間転写ベルト１７上に重ね転写された画像を、紙又はプラスチックシートなどのシート材より成る記録媒体Ｐに転写するために用いられ、導電性金属からなる軸２６ａとこの軸２６ａ上に形成された弾性外層２６ｂを有している。かかる転写ローラ２６は、二次転写前は中間転写ベルト１７から離間され、二次転写の間中間転写ベルト１７に接触するよう、接離装置２５により作動される。そして、中間転写ベルト１７と転写ローラ外層２６ｂ間の転写ニップに記録媒体Ｐが挟まれる。

ベルトクリーニング装置３５は、トナー像の一括転写後に中間転写ベルト１７上の残留トナーを掻き取ることで除去する。

クリーニング装置２２は、感光体８に当接可能なブレード部材１９を備えており、各色のトナーにより可視像処理されたトナー像が感光体８から中間転写ベルト１７に転写された後、感光体８上に残留しているトナーを掻き取ることで除去する。

中間転写ベルト１７に重畳転写されたトナー像が一括転写される記録媒体Ｐは、給紙装置２１から繰り出されるようになっている。この給紙装置２１は、カラープリンタ１の本体内に装備されている給紙カセット２１ａと、この給紙カセット２１ａ内に収容されている記録媒体Ｐを１枚ずつ繰り出すことができる給送ローラ２１ｂと、給紙カセット２１ａから一括転写に至る記録媒体Ｐの搬送路に沿って複数個所で搬送路をはさんで対向する一対の搬送ローラ２１ｃと、中間転写ベルト１７に達する前に給送タイミングを設定するレジストローラ２１ｄとを備えている。給紙カセット２１ａから繰り出される記録媒体Ｐは、一対の搬送ローラ２１ｃによりレジストローラ２１ｄまで持ち来され、レジストローラ２１ｄにより給送タイミングを設定されて中間転写ベルト１７と転写ローラ２６とが接触するニップ（二次転写部）に搬送される。

一括転写工程を経た記録媒体は、その進行方向前方に配置されている定着装置２７を通り、このとき未定着トナー像が定着される。定着装置２７は、記録媒体の搬送路をはさんで対向する加熱ローラ２９及び加圧ローラ２８で構成され、記録媒体Ｐのトナー像担持面を加熱ローラ２９に押圧させてトナー像を融着させる。給紙カセット２１ａから繰り出される記録媒体Ｐは、中間転写ベルト１７側を、画像が転写される面とされるので、定着装置２７から排出された場合に頁順で排出される。

上記のクリーニング装置２２及びベルトクリーニング装置３５は、感光体８及び中間転写ベルト１７への当接タイミングが予め決められており、そのタイミングにあった時点で感光体８あるいは中間転写ベルト１７に当接して残留トナーを掻き取ることができるようになっている。この場合の当接時期として、感光体８側では１色のトナー像が中間転写ベルト１７に転写された後であり、また中間転写ベルト１７側では一括転写あるいは単一色のみの場合の転写が終了した後である。

なお、図１中、符号１３は除電ランプからなるイレーサであり、クリーニング工程後の感光体８に残留している電荷を除電することにより所定の残留電位に維持するようになっている。また、符号２０は給紙装置２１の給送ローラ２１ｂにより搬送される記録媒体Ｐの搬送路をはさんで対向する一対の搬送ガイトを示している。定着装置２７から排出される記録媒体は、定着装置２７の後方に位置する排出ローラ対を介して排出トレイ３１に向け排出される。

図１に示したカラープリンタ１では、使用されている部材の保守点検あるいは交換の際に便宜を図るために、感光体８、中間転写ベルト１７、ベルトクリーニング装置３５、搬送ローラ対２１ｃの一方、及び搬送ガイド２０の一方が、中間転写ベルト１７の従動プーリ１５の回転軸を支点として揺動可能なユニット４として構成されている。また給紙カセット２１ａから繰り出される記録媒体Ｐが最初に対向する搬送ローラ２１ｃの他方及び搬送ガイド２０の他方は、給紙カセット２１ａの近傍に位置する支点軸２によりプリンタ１の本体フレーム５に対して揺動可能に支持されているプリンタ前側フレーム３に装備されている。ユニット４及びプリンタ前側フレーム３は、図１に示すように、感光体８が現像装置１１及び黒現像器１２と対向でき、しかも記録媒体Ｐの搬送経路を構成できる位置と、上記の対向関係及び搬送経路を開放することができる位置とに揺動変位することができ、各部材の保守点検や交換あるいは搬送経路中で詰っている記録媒体の取り出しが行えるようになっている。

図２は、二次転写部の部分拡大図である。ここに示した中間転写ベルト１７はカーボンブラックなどが分散されたＥＴＦＥ，ＰＶＤＦからなる単層であり、１００mm／secで移動する。上記単層の膜厚は１５０ミクロン、表面抵抗率は１×１０^７Ω／□乃至１×１０^１０Ω／□で、表面抵抗率はＪＩＳＫ６９１１の抵抗率に準拠して求めたものである。中間転写ベルト１７を支持する駆動プーリ１４は薄いゴム層を有するローラから構成され、その直径は３０cm、表面抵抗率は１×１０^１０Ω／□以下であり、転写ローラ２６の対向電極として用いられる。駆動プーリ１４の表面の摩擦係数は、中間転写ベルト１７のスリップを防止するために中間転写ベルト１７よりも高く設定されている。

転写ローラ２６は、導電性の軸２６ａと、イオン剤が添加された発泡体（例えばウレタン発泡体）より成る外層２６ｂから構成され、その外層２６ｂは、アスカーＣ硬度３０°、体積抵抗率１×１０^７Ωcm〜１×１０^１０Ωcm、直径１７mmである。この体積抵抗率はＪＩＳＫ６９１１の抵抗率に準拠して求めたものである。中間転写ベルト１７と転写ローラ２６間の接触荷重は５００ｇｆ、中間転写ベルト１７と転写ローラ２６の接触幅（ニップ）Ｎは３mmある。

図に簡略化して示した接離装置２５は、転写ローラ２６を中間転写ベルト１７から離間させ、または転写ローラ２６へ近づけ接触させるために用いられるものであって、従来より公知のものである。

定電流電源４２は、マイクロコンピュータ２４を備えた制御装置２３により制御され、転写ローラ２６の軸２６ａにバイアスを印加する。

図２に示すように、トナー像を担持した中間転写ベルト１７と転写ローラ２６との間を記録媒体Ｐが通過するとき、定電流ＩＰが定電流電源４２から転写ローラ２６と記録媒体Ｐが接触する位置へ流れる。これにより、中間転写ベルト１７上の重ね合せトナー像が記録媒体Ｐの表面に二次転写される。

上述のように、本例の画像形成装置においては、イオン剤が添加された部材、すなわち外層２６ｂを有する転写ローラ２６より成る転写電極が用いられ、かかる転写ローラ２６が、記録媒体Ｐを介して、トナー像を担持する像担持体の一例である中間転写ベルト１７の表面に接触して、その中間転写ベルト１７から記録媒体Ｐへトナー像を転写させるように構成されている。このようにイオン剤の添加された転写電極、すなわち転写ローラ２６をタイプＢの転写電極ないしは転写ローラと呼ぶ。

ここで、先にも説明したように、従来の画像形成装置においては前述のタイプＡの転写ローラが用いられていたが、かかる転写ローラは、図４を参照して後にも説明するように、その転写ローラに印加される電圧の変動に応じて、当該転写ローラの抵抗値が大きく変化し、これによって記録媒体へのトナー像の転写不良が発生し、その画質が劣化する欠点を免れなかった。この欠点を除去すべく、イオン剤の添加された各種態様の転写ローラ、すなわちタイプＢの転写ローラが従来より提案されているが、従来の提案に係るタイプＢの転写ローラは、環境の変化に伴って当該転写ローラの電気抵抗が大きく変動したり、或いは低いコストで大量に生産することが困難であるという問題があった。

本例の画像形成装置においては、タイプＢの転写ローラ２６を用いているので、この転写ローラ２６に印加される電圧値の変動に伴う当該転写ローラ２６の抵抗の変化を効果的に抑えることができる。しかも、転写ローラ２６に電流を供給する電源として、定電流電源４２を用い、制御装置２３によって、電源４２からの電流の出力を目標の値に制御しているので、たとえ環境、特に湿度が大きく変動したとしても、電源４２からの電流出力値は一定に維持される。従って、特開平８−２２０９００号公報、同８−３２８３５１号公報又は同８−６３０２１号公報に開示されている大量生産に向かない高価な転写ローラ以外の転写ローラ、すなわち環境の変化に影響されやすいタイプＢの転写ローラを用いても、高品質な画像を形成することができる。勿論、上記公開公報に開示されたタイプＢの転写ローラを用いることも可能である。

このように本例の画像形成装置においては、タイプＢの転写ローラ２６を用い、かつその転写ローラ２６への電流の供給のために定電流電源４２を用いることにより、高価で特殊、且つ安定した品質での大量生産が望めない転写ローラの使用や、不安定な電圧制御に頼ることなく、安定した電荷付与を確実にすることができ、さらにこの転写システムにより、製品の品質のばらつき（転写ローラの抵抗）や使用中の電源の出力変動による出力電圧の変動や環境特性の変動を制御することができる。その結果、良好な転写画像を得ることができる。

なお、転写ローラ２６と記録媒体Ｐが接触する接触部を流れる電流の制御目標値は記録媒体の種類（サイズ、材質）、画像形成モードなどに応じて選択されるが、その値は、例えば１０μＡ乃至８０μＡ程度である。

以上のように、本例の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、イオン剤が添加された部材から構成され、上記像担持体に接触し、該像担持体から記録媒体へトナー像を転写させる転写電極の一例である転写ローラ２６と、その転写電極に電流を供給する電源４２と、当該電源４２からの電流出力を目標の電流値に制御する制御手段の一例である制御装置２３とを有している。

図１及び図２に示した例では、上記像担持体が中間転写ベルト１７より成る中間転写体によって構成されているが、当該像担持体が感光体であってもよい。後者の画像形成装置には、中間転写体は設けられず、感光体上に形成されたトナー像が上記構成の転写電極によって、記録媒体に直に転写される。この場合も、前述の各作用効果をそのまま奏することができる。

また上述した例では、タイプＢの転写電極を用いたが、転写電極を構成する部材に、イオン剤のほかに、導電性微粉子を分散した転写電極を用いることもできる。このような転写電極をタイプＣと呼ぶことにする。例えば、転写ローラ２６の外層２６Ｂを、基材のゴムにイオン剤のほかに導電性微粒子を分散させた発泡体を用いるのである。

上述のタイプＣの転写電極を用いた場合、その電極を構成する部材が、導電性微粒子よりもイオン剤による電気特性を強く有するように構成することが望ましく、これによって転写電極に印加される電圧の変動による当該転写電極の抵抗の変動を少なく抑え、高品質な画像を得ることが可能となる。このように、タイプＣの転写ローラ２６の電気特性に与える影響は、導電性微粒子よりもイオン剤がより強く影響されることが望ましく、タイプＣの転写ローラ２６は導電性微粒子の電圧依存性よりもややイオン剤の環境依存性に傾斜した電気特性を有するものであることが有利である。これは、イオン剤と導電性微粒子の配合比率で調整することができる。

ところで、図１及び図２に示した画像形成装置は、中間転写ベルト１７上のカラートナー像を記録媒体Ｐに転写してカラー記録画像を得るものであるが、この転写のために前述のタイプＡの転写ローラを用いると、先に説明したように、中間転写ベルト１７上の高付着量部分のトナーと低付着量部分のトナーを共に効率よく記録媒体上に転写することが困難となる。本発明者は、その原因について各種実験を通して検討したところ、次の事実を明らかにすることができた。

先ず、適正な転写効率は電荷密度（供給電流）に依存する。一方、中間転写ベルト上の１つの画像の中で、トナーの付着量が少ない部分と多い部分の電気抵抗は異なり、中間転写ベルトと転写ローラとの間の電気抵抗がこれらの部分で互いに異なることになる。従って、トナーの付着量の少ない部分と多い部分とを流れる電流の値は相違し、転写ローラから中間転写ベルトに供給される電圧の値が部分的に大きく変動する。

このため、それ自身の電気抵抗が、印加電圧の大きさによって大きく変動するタイプＡの転写ローラを用いると、その転写ローラの電気抵抗が部分的に大きく変動する。従って、１つの画像の中で、転写ローラによって中間転写ベルトに供給される電流値が部分的に変動し、その結果、最適な転写効率を得るための電荷密度が１つの画像の中で著しく相違し、像再現性、特に、トナーの付着量が少ない部分と多い部分の両者の高い転写効率を共に得ることが困難となる。

上述した事実を本発明者の行った実験を通してより具体的に明らかにする。

図３は、タイプＡ，Ｂ及びＣの転写ローラ２６に印加される電圧を測定するため測定装置を示す。この装置を用いて、転写ローラ２６へ印加される電圧を以下のように測定した。

まず図３で示すように、金属板４３上に転写ローラ２６を載置し、このローラ２６の両端にそれぞれＦ＝５００ｇｆの荷重を与える。次に、電源４２Ａから、軸２６ａに所定の出力を印加し、軸２６ａと外側層２６ｂの表面の間の電圧を電流計４４で測定する。

図４は、図３に示したタイプＡ，Ｂ及びＣの転写ローラの電気抵抗と、そのローラへの印加電圧Ｖａとの関係を示す。図４に示すように、タイプＡの転写ローラは、印加電圧Ｖａの増加に伴って電気抵抗が著しく低下する電圧−抵抗特性を有する。一方、タイプＢの転写ローラは、印加電圧の増加に対し電気抵抗がほぼ一定となる電圧−抵抗特性を有する。更に、タイプＣの転写ローラは、タイプＡとＢの中間の電圧−抵抗特性を有する。

図５及び図６は、それぞれ、タイプＡ，Ｂの転写ローラの転写効率ηと供給電流Ｉｐの関係を示す。図１に示したカラープリンタに、タイプＡ，Ｂの転写ローラをそれぞれ装着し転写効率を評価した。

転写率は以下の式より算出する。
η（％）＝Ａｐ／ＡＩ×１００
Ａｐ；二次転写後の記録媒体Ｐ上のトナー付着量
ＡＩ；二次転写前の中間転写ベルト１７上のトナー付着量

実験例では、トナー付着率１０％の１色モードとトナー付着率４００％のフルカラーモードにおける二次転写後の記録媒体Ｐ上の転写率を評価し、この際の望ましい転写率は９０％以上を基準とした。

次に、トナー付着率は以下の式より算出する。
γ（％）＝Ａｕ／Ａｐ×１００
Ａｐ；べた現像後の中間転写ベルト１７上のトナー付着量
Ａｕ；実使用時における現像後の中間転写ベルト１７上のトナー付着量

図５は、タイプＡの転写ローラを用いたときの結果であり、この図から判るように、トナー付着率１０％の場合の転写率特性はＴ１で、転写率９０％以上の望ましい転写電流の範囲はレンジＤ１であり、トナー付着率４００％の場合の転写率特性はＴ２で、転写率９０％以上の望ましい転写電流の範囲はレンジＤ２である。

この実験より、本発明者は、トナーの付着量により大きく相違する上記レンジＤ１と上記レンジＤ２の存在を確認すると共に、双方のレンジをともに満足する転写電流範囲Ｗ１（実験機における最適な制御目標電流）が極めて狭いことを見出した。

通常、上記のような非常に狭い範囲内で転写電流Ｉｐを精密に制御することは極めて難しく、仮にこのような超高精度が要求される制御を行うならば、非常に高価な電源と制御システムが必要となり、安価な汎用プリンタで使用する電源としてははなはだ実用的ではない。このような理由によって、タイプＡの転写ローラを用いた場合、中間転写ベルト上の付着量の多い部分のトナーと、少ない部分のトナーを共に安定して効率よく記録媒体中に転写することが困難となっていたのである。

一方、図６は、タイプＢの転写ローラを用いたときの結果を示しており、トナー付着率１０％の場合の転写率特性はＴ３で、転写率が９０％以上の好ましい転写電流の範囲はレンジＤ３であり、トナー付着率４００％の場合の転写率特性はＴ４で、転写率９０％以上の好ましい転写電流の範囲はレンジＤ４となった。

上記レンジＤ３と上記レンジＤ４の双方を満足する転写電流の範囲Ｗ２は、図４の範囲のＷ１に比べて極めて広く、この実験例では、その余裕度が１０倍に達した。

本例の画像形成装置では、上述の如き結果の得られるタイプＢの転写ローラ２６が用いられている。タイプＢの転写ローラ２６の抵抗は供給電圧に依存せず、それによって、転写に望ましい電荷密度（供給電流）のレンジを極めて広く得ることが可能となると考えられ、その結果として、特に中間転写ベルト上のトナー付着量の少量な部分とトナー付着量の多い部分における、色の再現性が従来に比べて著しく改善され、安定した転写特性と低コストの転写部材で作動可能なカラー転写システムの提供を実現できる。

また、図示しないが、タイプＣの転写ローラは、温度３０℃、湿度９０％の環境で望ましい転写電流の範囲としてＷ３（４μＡ）、温度１０℃、湿度１５％の環境で望ましい転写電流の範囲としてＷ４（１μＡ）が得られた。従って、転写電極として、タイプＢの転写ローラの他に、タイプＣの転写ローラを用いても上述したところと同様の優れた作用効果を奏することができる。

以上のように、本例の画像形成装置は、互いに異なる色のトナー像をその上に重ねた状態で、当該トナー像を担持する中間転写体より成る像担持体と、イオン剤が添加された部材から構成され、上記像担持体に接触し、その接触部間に記録媒体Ｐを通過させ、この記録媒体Ｐ上に、上述の重ねられたトナー像を、上記像担持体から記録媒体Ｐへ転写させる転写ローラ２６より成る転写電極と、該転写電極に電流を供給する電源４２とを有しており、かかる構成により、像担持体表面に付着したトナーの量が多い部分のトナーも、またこれが少ない部分のトナーも効率よく記録媒体上に二次転写することができ、高品質な画像を得ることができる。

そして、この場合も、転写電極を構成する部材に、イオン剤のほかに導電性微粒子が分散されていてもよく、その際、転写電極を構成する部材が、導電性微粒子よりも前記イオン剤による電気特性を強く有していることが好ましい。

さらに、この場合にも、前述のように、電源４２からの電流出力を目標の電流値に制御する制御手段を設けることによって、環境の影響を受けることなく、高品質な画像を形成できる。

また、本発明者は、先の実験で得られた望ましい転写電流の範囲と、転写特性及び転写ローラの抵抗の関係を評価した。つまりどのような電気特性の転写ローラが先の実験で得られた望ましい転写電流を得られるか実験したわけである。

先ず、タイプＡ，Ｂ及びＣの転写ローラの軸２６ａと外側層２６ｂの表面の間の電圧Ｖａを、図３に示す測定装置で測定し、上記それぞれの転写ローラの電気抵抗をオームの法則より算出した。実験により得られた転写ローラの転写特性と電気抵抗、及び転写電流レンジを表１に示す。

次に、下記の式を使い、各転写ローラの軸から表面間の電圧抵抗を印加電圧の関係で示した。
△Ｒ（Ｖａ）＝logＲ（Ｖａ）−logＲ（１０×Ｖａ）
この式は、転写ローラの電圧抵抗が印加電圧にどの程度依存することを示すものである。通常、画像形成を使用される印加電圧Ｖａは１０〜１００Ｖであるため、実験は１０，２５，５０，１００Ｖの電圧を印加したときの各転写ローラの電気抵抗logＲ（Ｖａ）と電圧依存性△Ｒ（Ｖａ）を上記式より算出した。

また、表１のＷは、図４乃至図６で示した望ましい転写電流範囲レンジＷ１，Ｗ２，Ｗ３を示す。また、表１のＴは目視による転写特性を示し、ランク４が最高の転写特性（高品質）で、ランク１が最低の転写特性（低品質）である。さらに、表１の「コンディションＨ」は温度３０℃、湿度９０％、「コンディションＬ」は温度１０℃、湿度１５％の実験環境を示す。

実験によれば、タイプＢの転写ローラは、トナー付着量が少量の場合から多量の場合までをカバーする極めて広い範囲内で優れた転写特性を有していることをあらためて確認することができる。

特に、この実験により、上記ΔＲ（Ｖａ）が０．５以下の特性を有する転写ローラ（タイプＢ又はＣ）が広い範囲で優れた転写特性を満足し得るということができる。すなわち、転写電極への印加電圧をＶａ、該転写電極を構成する材料の電気抵抗の電圧依存性をlogＲ（Ｖａ）−logＲ（１０×Ｖａ）としたとき、その電圧依存性が０．５以下であることが有利である。

また、上記実験により、ΔＲ（Ｖａ）が０．３以下であると特に有利であることが判る。すなわち、転写電極を構成する上記材料の電気抵抗の電圧依存性が０．３以下であることが望ましい。

ところで、図１及び図２に示したカラー画像形成装置のように、中間転写体を有する画像形成装置においては、転写ローラ２６を中間転写ベルト１７に対して接離させる必要がある。このため、図１及び図２に示した画像形成装置は、前述のように、転写ローラ２６より成る転写電極が、中間転写ベルト１７より成る像担持体に対して接離自在に構成され、その転写電極を像担持体に対して接離自在とする接離装置２５を有している。ところが、この形式の画像形成装置に、タイプＡの転写ローラを用いると、先に説明したように、記録媒体の先端部への画像転写不良が発生するおそれがある。

本発明者は、その原因について検討したところ、転写ローラが中間転写ベルトに当接したとき、これらが接触する転写ニップ部で転写ローラの一部が圧縮変形し、この圧縮変形した部分の電気抵抗が低下することに基因していることを明らかにすることができた。上記電気抵抗の低下は、タイプＡの転写ローラの分散された導電性微粒子間の距離が縮まり、電子が移動しやすくなるためと考えられ、その結果、転写ローラから中間転写ベルトに供給される電流が著しく上昇し、これによって画像転写不良が発生するのである。

但し、上昇した電流は、定電流電源を使用すれば、所定時間後に正常な状態に復帰するが、電流が上昇する期間に相当する記録媒体の先端に転写抜けが発生する。

これに対し、図１及び図２に示した画像形成装置では、タイプＢ又はＣの転写ローラ２６を用いているため、上述した不具合の発生を効果的に抑えることができる。

上述した事実を本発明者の行った実験を通して明らかにする。

図７は、タイプＡとＢの転写ローラの供給電流Ｉｐのタイミングチャートであり、この例では、中間転写ベルトの周速度は１００mm／secであり、供給電流は０．０１秒毎に検出され、電源４２からの電流出力値は目標値２０μＡに制御装置２３で制御される。つまり、電流制御の間隔は０．０１秒で、電流出力値の制御タイミングは記録媒体Ｐが１mm進む毎に行われる。

図７のＬａは、タイプＡの転写ローラが中間転写ベルトに接触した後の転写ローラから、転写ローラと中間転写ベルトの接触部へ流れる電流の変動を示している。タイプＡの転写ローラを使用した場合、流れる電流値は、転写ローラが中間転写ベルトに接触した後、著しく上昇し、最初の電流出力制御期間内で１００μＡに達する。制御装置２３は最初の電流制御期間後、電流を検知する時点で、上昇した電流値を制御目標値へ復帰させるため、電源４２からの電流出力値を制御するが、上昇した電流値は、過度の電流上昇のため、第２の電流制御期間内で制御目標値へ復帰できない。それによって、画像転写不良がおきる。図７に示した例では、０．０５秒後に上昇した電流が制御目標電流値に復帰し、記録媒体Ｐの先端から５mm、上記０．０５秒に相当する距離の範囲内の位置の記録媒体Ｐ上に転写抜けが発生する。

通常、上記短期間内で転写電流を精密に制御することは極めて難しく、上記短期間内で転写電流を精密に制御するためには極めて高価な電源が必要となり実用的ではない。

一方、図７のＬｂはタイプＢの転写ローラが中間転写ベルトに接触した後の転写ローラから転写ローラと中間転写ベルトの接触部へ流れる電流の変動を示している。タイプＢの転写ローラを使用した場合、流れる電流値は、転写ローラの接離にかかわらずほぼ一定である。これは、タイプＢの転写ローラの電気抵抗が転写ローラの圧縮と変形によってほとんど変化しないためだと考えられる。

尚、図７の例では転写電極としてタイプＢの転写ローラを用いたが、タイプＣの転写ローラを用いてもよい。

上述のように、タイプＢ，Ｃの転写ローラ２６を用いることによって、転写ローラの圧縮変形によって起きる電気抵抗の変動の影響をなくし、安定した転写特性を維持できる画像形成装置を構成することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態例を説明したが、本発明の技術思想を利用するものであれば、すべて本発明に含まれるものであり、本発明は上記実施形態例に限定されないことは言うまでもない。例えば、感光体はベルト以外にドラム形状でもよく、また中間転写体は、ベルト以外に、ドラム、ローラなど各種形態を使用できる。さらに、転写電極としても、転写ローラ以外に、ブラシ、ブレード、ベルトなど各種形態を利用できる。転写ローラの外層を構成する材料は、ＥＰＤＭ、シリコーン、又はその他の材料からなる弾性ゴム又は中実ゴムに各種金属イオン塩、界面活性剤を添加したものでも良い。上記実施形態例で説明した転写ローラの各種の電気特性（体積抵抗率）、硬度、接触荷重、構造（単層、２層など）はこの実施形態例に限定されず、画像形成条件を満足するものであれば適宜選択しえるものである。

画像形成装置の一例を示す概略断面図である。中間転写ベルトと転写ローラの関係を模式的に示す説明図である。転写ローラに印加する電圧を測定する装置を示した斜視図である。転写ローラに印加する電圧値の変化とその外側層の抵抗値の変化の関係を説明する図である。タイプＡの転写ローラの転写効率を示す図である。タイプＢの転写ローラの転写効率を示す図である。タイプＡとＢの転写ローラに供給される電流のタイミングチャートである。

符号の説明

８感光体
２５接離装置
２６転写ローラ
４２電源
Ｐ記録媒体

Claims

トナー像を担持する像担持体と、イオン剤が添加された部材から構成され、前記像担持体に接触し、該像担持体から記録媒体へトナー像を転写させる転写電極と、該転写電極に電流を供給する電源と、該電源からの電流出力を目標の電流値に制御する制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体が中間転写体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。
前記像担持体が感光体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。
互いに異なる色のトナー像をその上に重ねた状態で、当該トナー像を担持する像担持体と、イオン剤が添加された部材から構成され、前記像担持体に接触し、その接触部間に記録媒体を通過させ、この記録媒体上に、前記重ねられたトナー像を、前記像担持体から記録媒体へ転写させる転写電極と、該転写電極に電流を供給する電源とを有することを特徴とする画像形成装置。
前記電源からの電流出力を目標の電流値に制御する制御手段を有する請求項４に記載の画像形成装置。
前記転写電極への印加電圧をＶａ、該転写電極を構成する前記材料の電気抵抗の電圧依存性をlogＲ（Ｖａ）−logＲ（１０×Ｖａ）としたとき、その電圧依存性が０．５以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像形成装置。
前記転写電極を構成する前記材料の電気抵抗の電圧依存性が０．３以下であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
前記転写電極は前記像担持体に対して接離自在に構成され、該転写電極を像担持体に対して接離自在とする接離装置を有することを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
前記転写電極を構成する部材には、導電性微粒子が分散されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
前記転写電極を構成する部材は、前記導電性微粒子よりも前記イオン剤による電気特性を強く有することを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
前記転写電極が転写ローラであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の画像形成装置。