JP5744662B2

JP5744662B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5744662B2
Application number: JP2011161868A
Authority: JP
Inventors: 孝宏川本; 藤野　猛; 猛藤野; 田中　孝幸; 孝幸田中; 岩崎　修; 修岩崎; 一成萩原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: JP2013025221A

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トナー像を転写し、更に中間転写ベルトから転写材に一括してトナー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像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次転写部材によって、中間転写ベルトに１次転写される。各１次転写部材には、それぞれ１次転写電圧を印加する為の電圧電源が接続されている。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次転写部材には、２次転写電圧を印加する為の電圧電源が接続されている。

特許文献１には、４つの１次転写部材にそれぞれ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。

特開２００３−３５９８６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、１次転写部材の抵抗変動を考慮して、画像形成前に適正な１次転写電圧を算出するので、画像形成を開始するまでに時間がかかる場合があった。

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に、本願発明は以下の構成を備える。
複数の像担持体と、前記複数の像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記複数の像担持体の各静電潜像を現像する複数の現像手段と、回転可能な無端状の中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの内面を張架する複数の張架部材と、を備え、前記複数の像担持体が担持する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、２次転写部で前記中間転写ベルト上のトナー像を転写材へ２次転写する画像形成装置において、
前記中間転写ベルト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第１の電圧電源と、を有し、前記中間転写ベルトは導電性を備え、前記複数の像担持体のトナー像は、前記電流供給部材から供給された電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることで、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写されるものであり、
転写材に２次転写されず前記中間転写ベルトに残留したトナーを帯電するトナー帯電部材と、前記トナー帯電部材に電圧を印加する第２の電圧電源と、を有し、第２の電圧電源から電圧が印加された前記トナー帯電部材によって前記残留トナーをトナーの正規の帯電極性と逆極性に帯電し、帯電された前記残留トナーは、前記中間転写ベルトの周方向に流れる電流によって前記中間転写ベルトと接触する前記像担持体と形成する前記１次転写部で、前記中間転写ベルトから前記像担持体に移動されるものであり、
前記第２の電圧電源が前記２次転写部を転写材が通過中に前記トナー帯電部材に印加する第一の電圧は、前記２次転写部に転写材が到達する前に前記トナー帯電部材に印加する第二の電圧よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。

本発明の構成によれば、１次転写専用の電圧電源の数を減らしつつ、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が可能になる。

実施例１に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。実施例１に係る導電性を有する中間転写ベルトでも抵抗値を算出できる抵抗測定方法を説明する図である。実施例１に係る導電性を有する中間転写ベルトでも抵抗値を算出できる抵抗測定方法による抵抗測定結果のグラフ図である。実施例１に係る中間転写ベルト電位の測定方法を説明する図である。実施例１に係る２次転写電圧及びトナー帯電電流と中間転写ベルト電位との関係を示すグラフ図である。実施例１に係る中間転写ベルト電位と１次転写残トナー濃度の関係を示すグラフ図である。実施例１に係る２次転写電圧と２次転写残トナー濃度の関係を示すグラフ図である。１次転写と逆転写が同時に行われる場合の１次転写部における電位関係と、トナーが受ける力の方向を説明するイメージ図である。実施例１に係る全白画像形成時の中間転写ベルト電位の測定結果を示すグラフ図である。実施例１に係る中間転写ベルト電位制御におけるトナー帯電電圧値を決める手順を示すフローチャートである。

（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の下方には、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。

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次転写ローラ１５と当接して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。

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、電圧電源（第１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。電圧電源１９は、制御部１０１によって制御される。

中間転写ベルト８の外面側には、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ためのトナー帯電手段７５が配置されている。トナー帯電手段７５が備えるクリーニングブラシ７１（トナー帯電部材）は、１０^６〜１０^９Ωｃｍの導電性を有するナイロン製の繊維が略密となるように構成されたブラシである。クリーニングブラシ７１の先端位置は、中間転写ベルト８の表面に対して侵入量が１．０ｍｍとなるように設定されている。クリーニングブラシ７１の長手方向（中間転写ベルト８の表面の移動方向と交差する方向）の長さは、中間転写ベルト８上の画像形成可能領域の同方向の幅と略同じである。このように、中間転写ベルト８の表面の移動方向において１次転写部の上流側に位置するクリーニングブラシ７１は、中間転写ベルト８の移動に伴って中間転写ベルト８の表面を摺擦する。そして、クリーニングブラシ７１には、電圧供給手段としての電源（第２の電圧電源）７２から、−２．０〜＋２．０ｋＶの電圧の印加が可能となっている。電源７２も、コントローラ（制御部１０１）によって制御される。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。

本実施例では、現像手段は、感光ドラムの帯電極性と同極性（本実施例では負極性）に帯電したトナーを、感光ドラム上に付着させる、所謂反転現像を行う。

感光ドラムの表面電位は、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箇所を、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。本実施例は、中間転写ベルト８の外面に接触する電流供給部材から中間転写ベルト８の周方向に流れる電流によって、１次転写を行う。（１次転写の原理は後述する。）
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）が印加された二次転写部材である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。転写材に転写されずに中間転写ベルト８上に残留した残留トナーは、本実施例では、クリーニング装置７５によって帯電され、１次転写部で各感光ドラムに回収される。

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１次転写ローラ５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに各電圧電源９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから電圧を印加する構成を採用せずに実行することを特徴とする。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）、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がある。

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。

表層である表面コート層は、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。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には表層を設けている。

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〜Ｃ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〜Ｃ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。

ベルトＡは、１００Ｖ印加で体積抵抗率は２．０×１０^１２Ωｃｍであった。しかしながら、ベルトＡ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。表面抵抗率に関しては、ベルトＡは印加電圧を１０Ｖとすると、「ｏｖｅｒ」と表示される。１００Ｖを印加すると、表面抵抗率が１．０×１０^１２Ω／□である。

一方、ベルトＢ、Ｃ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、１０Ｖ印加で体積抵抗率は１．０×１０^１２Ωｃｍであった。ベルトＣは、１０Ｖ印加で体積抵抗率は１．０×１０^１０Ωｃｍであった。表面抵抗率は、ベルトＢは、１０Ｖ印加で、４．０×１０^１１Ω／□、１００Ｖ印加で、２．０×１０^８であった。表面抵抗率は、ベルトＣは、１０Ｖ印加で、５．０×１０^１０Ω／□、１００Ｖ印加で、ｕｎｄｅｒを示した。

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。

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３で示す方法で測定している。図３（ａ）では、電圧電源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る。図中では、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〜Ｃ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周方向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３（ｂ）は図３（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〜Ｃでは、図３で示す方法で周方向抵抗測定できるが、比較例ベルトでは周方向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９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、面積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。以下では、比較例ベルトのようなベルトを高抵抗ベルト、ベルトＡ〜Ｃのような周方向に電流が流れるベルトを低抵抗のベルトである導電性ベルトと定義する。

図４（ａ）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）に示すように、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、ベルトＡ〜Ｃ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。

以上のように、導電性の中間転写ベルトを用い、その張架ローラを一定以上の抵抗値を有する抵抗を介して接地し、電流供給部材からの給電により中間転写ベルトの電位を所定の値にする。

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。

図６で説明した様に、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。

１次転写性を評価する指標として１次転写残トナー濃度を測定した。１次転写残トナー濃度の評価方法は、以下の通りである。感光ドラム上の１次転写残トナーをポリエステルテープにて採取した後、そのテープ濃度をグレタマクベス社製の分光濃度計Ｘ−Ｒｉｔｅ５０４で測定する。その測定した５点の平均値をＤｔとした。そして、ポリエステルテープ自体の反射濃度の５点平均値ＤｒとＤｔとの差（Ｄｔ−Ｄｒ）を求め、これを１次転写残トナー濃度とした。

１次転写残トナー濃度が低いほど、感光ドラム上のトナー像が欠落の少ない状態で感光ドラムから中間転写ベルトに移動することを示しており、通常０．０５以下であれば、１次転写性が良好であると判定される。

図７に、本実施例における中間転写ベルト８の表面電位と１次転写残トナー濃度の関係を示す。図７に示されるように、本実施例では、中間転写ベルト８の表面電位が２００Ｖ以上８５０Ｖ以下の領域（図７の線Ａより下の領域）において、１次転写残トナー濃度０．０５以下の良好な１次転写性を有している。ここで、中間転写ベルト８電位が２００Ｖ未満の場合に１次転写性が低下するのは、１次転写部において感光ドラム表面と中間転写ベルト８との電位差により形成される電界が弱くなるためである。一方、中間転写ベルト８電位が８５０Ｖより高い場合に１次転写性が低下するのは、１次転写部において放電が強くなり、トナーの帯電極性が反転するためである。

本実施例では、２次転写性や逆転写性との兼ね合いから、全画像形成部において、全白画像を形成したときの中間転写ベルト８電位が２００Ｖとなるように２次転写電圧とトナー帯電電圧を調整した。ここで、全白画像形成時の感光ドラム表面の電位は−５００Ｖである。このとき、各画像形成部１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄにおける感光ドラム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと、中間転写ベルト８との電位差は全て同じである。

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次転写ローラ１５に電圧電源１９から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転写材上へ移動させることである。

２次転写性の指標として２次転写残トナー濃度を測定した。２次転写残トナー濃度の評価方法は、概ね１次転写残トナー濃度と同様である。ただし、中間転写ベルト８上の２次転写残トナーをポリエステルテープにて採取する。

２次転写残トナー濃度が低いほど、中間転写ベルト８上のトナー像が欠落の少ない状態で転写材Ｐ上に移動することを示しており、通常０．１４以下であれば、２次転写性が良好であると判定される。

図８は、本実施例における２次転写電圧と２次転写残トナー濃度の関係を示すグラフ図である。図８に示されるように、本実施例では、２次転写電圧が０．９ｋＶ以上２．５ｋＶ以下の領域において、２次転写残トナー濃度０．１４以下の良好な２次転写性を有している。ここで、２次転写電圧が０．９ｋＶ未満の場合に２次転写性が低下するのは、２次転写部において中間転写ベルト８と転写材Ｐ表面との電位差により形成される電界が弱くなるためである。一方、２次転写電圧が２．５ｋＶより高い場合に２次転写性が低下するのは、２次転写部において放電が発生し、トナーの帯電極性が反転するためである。

本実施例では、２次転写電圧は１．５ｋＶであった。そして、２次転写電流は１５μＡであった。このとき、２次転写電圧が１．５ｋＶと高くても、２次転写ローラ１５の弾性層の抵抗や転写材Ｐの抵抗により電圧降下が起こり、中間転写ベルト８電位は５００Ｖ以下になっている。

次に、本実施例における中間転写ベルト８の電位低下時の制御について説明する。
本実施例のように、二次転写ローラ１５を電流供給部材として使用する場合、２次転写部に転写材Ｐが存在すると、中間転写ベルト８の電位を所定の値に維持することができなくなる可能性がある。これは、転写材Ｐによって、電流供給部材から中間転写ベルト８に供給される電流が減少するからである。この時、中間転写ベルト８の表面電位８は低下し、各１次転写部におけるトナーの１次転写性が低下する場合がある。

図９（ａ）において、２次転写部に転写材Ｐが存在しないときの中間転写ベルト８電位は２００Ｖであるが、２次転写部に転写材Ｐが存在するときの中間転写ベルト８電位は１７５Ｖに低下している。その為、２次転写部に転写材Ｐが存在するときの中間転写ベルト８の電位では、１次転写残トナー濃度が増加して１次転写性が低下する。

よって、本実施例では、２次転写部に転写材Ｐが存在する時であっても中間転写ベルト８の電位が２００Ｖを維持するように、トナー帯電手段７５が備えるクリーニングブラシ７１に印加する電圧の大きさを制御する。

図１０は、本実施例の中間転写ベルト８電位制御を説明するフローチャートである。

まず、ステップＳ１で、ユーザーによる操作入力が行われ、ＰＣ等のホスト機器（不図示）から画像形成装置１００本体に、転写材サイズやプリントモード等の転写材情報、印刷枚数などとともに画像形成動作開始信号が入力される。ここで、本実施例では、転写材情報はＰＣ等のホスト機器（不図示）から入力されるとしたが、これに限定されるものではなく、画像形成装置１００本体内にメディアセンサ等を設けて検知してもよい。

次に、ステップＳ２で、画像形成装置１００本体に入力された転写材情報等がメモリに格納される。そして、ステップＳ３では、画像形成装置１００本体内に設けられた環境センサ（不図示）から環境情報が送られてメモリに格納される。

次に、ステップＳ４では、現在の環境条件において１次転写性が良好となる中間転写ベルト８電位の目標値が、メモリに格納された環境情報に応じて中間転写ベルト電位目標値テーブルから取得され、メモリに格納される。ここで、中間転写ベルト電位目標値テーブルには、本実施例の画像形成装置１００と同様の画像形成装置を用いて求めた、各環境条件において１次転写性が良好となる中間転写ベルト８電位の目標値が予め格納されている。

次に、ステップＳ５では、今回の画像形成条件において２次転写性が良好となる２次転写電圧値が、メモリに格納された転写材情報、環境情報、中間転写ベルト８電位の目標値に応じて２次転写電圧テーブルから取得され、メモリに格納される。ここで、２次転写電圧テーブルには、本実施例の画像形成装置１００と同様の画像形成装置を用いて求めた、各転写材条件、環境条件、中間転写ベルト８電位の目標値において２次転写性が良好となる２次転写電圧値が予め格納されている。

次に、ステップＳ６では、２次転写部に転写材Ｐが存在するとき（通紙時）と存在しないとき（非通紙時）のクリーニングブラシ７１に電源７２から印加するクリーニング電圧（補償電圧）の大きさが決定される。ここで、クリーニングブラシ７１に印加する電圧の大きさは、メモリに格納された２次転写電圧値と、中間転写ベルト８電位の目標値と、転写材情報とに基づいて、補償電圧テーブルからそれぞれ取得される。ここで、補償電圧テーブルには、本実施例の画像形成装置１００と同様の画像形成装置を用いて求めた、各２次転写電圧値、中間転写ベルト８電位の目標値、転写材条件において１次転写性及びクリーニング性が良好となる電圧が予め格納されている。そして、ステップＳ７で画像形成動作が開始される。

画像形成動作が開始されると、クリーニングブラシ７１に印加するクリーニング電圧は、制御部１０１によって非通紙時の値に設定される。そして、２次転写部に転写材Ｐが到達するタイミングに合わせて通紙時の補償電圧に切り替わる。さらに、転写材Ｐが２次転写部を通過した後は、非通紙時のクリーニング電圧に戻される。具体的には、第２の電圧電源が２次転写部を転写材が通過中（通紙時）にクリーニングブラシ７１に印加する第一の電圧は、２次転写部に転写材が到達する前（非通紙時）に前記トナー帯電部材に印加する第二の電圧よりも大きくする。第一の電圧と、第二の電圧のそれぞれの値は、上記Ｓ４、Ｓ５で決定される。

その結果、図９（ｂ）に示すように、２次転写部に転写材Ｐが存在するときにも中間転写ベルト８電位が低下せず、ほぼ一定の値に保つことができた。また、このときの１次転写部におけるクリーニング性も、問題ない程度であった。

以上のように、本発明では、２次転写電圧値と、中間転写ベルト８電位の目標値と、転写材情報とに基づいて通紙時、非通紙時のクリーニングブラシ７１に印加するクリーニング電圧を制御する。この制御によって、中間転写ベルト８の電位低下を低減し、各１次転写部におけるトナーの１次転写性が低下するのを抑制できる。

また、本実施例では、正規の帯電極性が負極性である感光ドラムやトナーを用いたが、これに限定されるものではなく、正規の帯電極性が正極性である感光ドラムやトナーを用いてもよい。その場合には、必要に応じて帯電ローラ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄや、現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄを始めとする各部材に印加する電圧の極性を変える。

また、上記制御は、転写材の抵抗が高い場合のみ行ってもよい。転写材の抵抗が低い場合、例えば、低温低湿環境時の転写材では、転写材の抵抗による電流供給量の低下量が少ない。この場合は、第２の電圧電源が２次転写部を転写材が通過中（通紙時）にクリーニングブラシ７１に印加する第一の電圧と、２次転写部に転写材が到達する前（非通紙時）に前記トナー帯電部材に印加する第二の電圧を、同じ値にしてもよい。

また、本実施例では、トナー帯電手段としてクリーニングブラシ７１を用いたが、これに限定されるものではなく、トナーを所定の帯電極性に帯電させられるものであればローラ部材や他の部材を用いてもよい。さらに、ブラシ部材とローラ部材との併用など、複数の部材を用いた構成であってもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ画像形成部
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ感光ドラム（像担持体）
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ帯電ローラ（帯電手段）
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ現像装置（現像手段）
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ露光ユニット（露光手段）
８中間転写ベルト（中間転写体）
１９２次転写電圧電源
７１クリーニングブラシ

Claims

複数の像担持体と、前記複数の像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記複数の像担持体の各静電潜像を現像する複数の現像手段と、回転可能な無端状の中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの内面を張架する複数の張架部材と、を備え、前記複数の像担持体が担持する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、２次転写部で前記中間転写ベルト上のトナー像を転写材へ２次転写する画像形成装置において、
前記中間転写ベルト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第１の電圧電源と、を有し、前記中間転写ベルトは導電性を備え、前記複数の像担持体のトナー像は、前記電流供給部材から供給された電流が前記中間転写ベルトの周方向に流れることで、複数の前記１次転写部で前記像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像が１次転写されるものであり、
転写材に２次転写されず前記中間転写ベルトに残留したトナーを帯電するトナー帯電部材と、前記トナー帯電部材に電圧を印加する第２の電圧電源と、を有し、第２の電圧電源から電圧が印加された前記トナー帯電部材によって前記残留トナーをトナーの正規の帯電極性と逆極性に帯電し、帯電された前記残留トナーは、前記中間転写ベルトの周方向に流れる電流によって前記中間転写ベルトと接触する前記像担持体と形成する前記１次転写部で、前記中間転写ベルトから前記像担持体に移動されるものであり、
前記第２の電圧電源が前記２次転写部を転写材が通過中に前記トナー帯電部材に印加する第一の電圧は、前記２次転写部に転写材が到達する前に前記トナー帯電部材に印加する第二の電圧よりも大きいことを特徴とする画像形成装置。
前記電流供給部材は、前記中間転写ベルトに接触して前記２次転写部を形成する二次転写部材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。
前記第一の電圧と前記第二の電圧は、前記中間転写ベルトの表面の電位の目標値によって決定される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。
前記トナー帯電部材は、前記第二の電圧が印加された状態で前記残留トナーを帯電することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。