JP5906047B2 - 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、それぞれ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中間転写ベルトを使用した画像形成装置には、以下の課題がある。

一列に配列された複数の感光ドラムから中間転写ベルトにトナー像を１次転写する構成において、中間転写ベルトと感光ドラムで形成される１次転写部内で発生する放電によって、既に中間転写ベルトに転写されたトナーの極性が反転する場合がある。極性が反転したトナーが、中間転写ベルトから感光ドラムに移動してしまう再転写という現象がある。

具体的には、フルカラー画像を出力する場合、中間転写ベルト上に転写されている１色目のトナーは、静電的に中間転写ベルトに吸着している。しかし、１色目のトナー像が２色目以降の感光ドラムと中間転写ベルトの間隙を通過する際、これらの感光ドラムに１色目のトナーの一部が再転写してしまう。再転写が発生すると、画像ムラや濃度低下、などの問題が生じる。１次転写部材に印加する電圧を小さくすることで、１次転写部の電位差を小さくすることが可能になり、再転写の発生を抑制することが可能になる。

しかしながら、１次転写部の電位差を小さくすると１次転写効率が低下する傾向にあり、そのため、再転写を抑制するために設定可能な１次転写の電圧の設定が難しいという課題がある。

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、再転写の発生を抑制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複数の像担持体と、無端状で回転可能であって、前記複数の像担持体から１次転写されたトナー像を転写材に２次転写するための中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの外周面に接触し前記中間転写ベルトから転写材にトナー像を２次転写する２次転写部材と、前記２次転写部材に電圧を印加する電源と、を有し、前記中間転写ベルトは、前記中間転写ベルトの回転方向における前記２次転写部材の接触位置から前記中間転写ベルトを介して前記複数の像担持体へ電流を流すことが可能な導電性を備えるベルトであり、前記電源から前記２次転写部材に電圧を印加することにより、前記複数の像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像を１次転写させ、前記中間転写ベルトから転写材にトナー像を２次転写させ、前記電源が前記２次転写部材から前記中間転写ベルトを介して前記複数の像担持体に電流を流すことによって、前記中間転写ベルトの回転方向における前記複数の像担持体それぞれと前記中間転写ベルトが接触して形成する各接触領域の上流側端部よりも上流側で前記像担持体と前記中間転写ベルトの間に放電を発生させ、前記接触領域における前記像担持体と前記中間転写ベルトの間の電位差をパッシェンの放電閾値より小さくすることを特徴とする画像形成装置。

２次転写部材から中間転写ベルトの周方向に電流を供給することによって、各像担持体と中間転写ベルトが形成する接触領域の上流側において放電を発生させ、再転写を低減することが可能である。

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。 中間転写ベルトの電位測定結果と１次転写可能領域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。 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。 電流供給部材として２次転写ローラ１５を使用した状態を説明する概略断面図。 感光体流入電流と転写残トナー量及び再転写トナー量、又は、印加電圧と転写残トナー量及び再転写トナー量を説明する図。 １次転写部の拡大断面図。 １次転写部での放電の様子を説明する図。 本発明の他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。

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、２次転写電源１９から、−２．０〜７．０ｋＶの電圧の印加が可能となっている。

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の回転方向に流れる電流によって、１次転写を行う。（詳細は、後述する。）
電流供給部材は、図１で示すように、ベルトクリーニング装置７５の中間転写ベルト８の回転方向下流側で、画像形成部１ａの中間転写ベルト８の回転方向上流側に配置される。１次転写用の電流供給部材である１次転写給電ローラ３１には、１次転写用の転写電源３３を接続する。中間転写ベルト８を介して対応する位置に、１次転写給電対向ローラ３２を配している。

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次転写用の電圧電源に接続される被印加部材ではなく、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４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わないことを特徴とする。

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（ここでは二次転写電源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）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３３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次転写電圧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３３は、中間転写ベルトの外面に接触する１次転写給電ローラ３１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、１次転写給電ローラ３１に電圧を印加することによって、一つの転写電源で、１次転写を行うことが可能になる。

１次転写給電ローラ３１は、クリーニング手段７５の中間転写ベルト８の回転方向の下流側に配置されているので、１次転写給電ローラ３１に残留トナーや付着物が付着し難くなる。即ち、クリーニング手段７５によって清掃され、トナーや付着物が付着していない中間転写ベルト８の表面に対して電流を供給できるので、安定して電流を供給することが可能である。

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（ａ）、（ｂ）のように、１ＧΩ、１００ＭΩの場合は、一定以上の印加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）以上になり、１次転写が良好となっている。図８（ｃ）のように、１０ＭΩの場合は、３０００Ｖより大きな印加電圧を印加する必要がある。１０ＭΩでも転写電圧を上げれば、１次転写が良好となるが、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。また、このときの転写用の電圧電源から出力された１次転写電流は２０μＡであった。転写電圧が２ｋｖの場合でも、１次転写給電ローラ３１の弾性層の抵抗により実際に中間転写ベルトにかかる電圧は５００ｖ以下程度となる。この場合、図３（ｂ）のように、ベルトに数１００ｖ電圧が印加されるとベルト周方向に十分電流が流れることがわかる。

１次転写給電ローラ３１に印加する印加電圧が数百ｖ、転写電流が数十μＡの転写構成において、ベルトの周方向抵抗が１０^４〜１０^８Ωで成立している。

図９は、１次転写給電ローラ３１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で説明している。図９の太い実線の矢印は、１次転写給電ローラ３１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。

２次転写は、２次転写ローラ１５に２次転写用の電圧電源１９により２次転写電圧を印加することで、２次転写を実行している。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。

次に、１次転写と２次転写のタイミングについて説明する。本実施例の画像形成装置では、１次転写部から２次転写部までは、図１のように、中間転写ベルト半周分離れているので、ベルト半周分の幅に画像１枚分を形成する。１次転写用の転写電源３３は、１次転写を開始するタイミングで１次転写給電ローラ３１に電圧の印加を開始し、１次転写終了後に印加を停止する。その後１次転写された中間転写体上のトナー像が２次転写部へ到達すると、レジストローラ（不図示）から供給された転写材が２次転写部へ来るタイミングと合わせて電圧電源１９が２次転写電圧を印加する。そして、２次転写終了後に印加を停止する。

連続プリントする場合は、前の画像形成の２次転写終了の後に、１次転写を行えるよう、帯電、現像のタイミングを合わせておく。こうすることで、１次転写と２次転写が同じタイミングにならないようにすることができる。即ち、１次転写給電ローラ３１から中間転写ベルト８に供給される電流が、中間転写ベルト８の周方向に流れて２次転写部に流れ込むことを抑制することが可能である。

また図１０に示すように、各支持ローラに定電圧素子を接続して、転写電源３３と２次転写電源１９から電圧を同時に出力して、１次転写と２次転写を同時に行ってもよい。図１０（ａ）は定電圧素子として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１０（ｂ）は定電圧素子として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。

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、転写電源３３と、２次転写電源１９が同時に電圧を出力しても、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。よって、各支持ローラに定電圧素子を接続することで、１次転写と２次転写を同時に行うことが可能である。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と設定している。

また、図１１（ａ）のように、２次転写電源１９から、各１次転写部に電流を供給する構成であっても良い。この場合、２次転写ローラ１５が、中間転写ベルト８の外面に接触する電流供給部材である。この構成であれば、２次転写と１次転写をするための電源を一つにすることが可能である。この場合でも、図１１（ｂ），（ｃ）のように各支持ローラに定電圧素子を接続する構成であっても良い。定電圧素子を接続することで、中間転写ベルト８の表面電位が所定電位に保たれ、一次転写性を安定させることが可能である。

さらに、導電性ベルトを中間転写ベルトとして用いる本実施例の画像形成装置では、１次転写部での再転写を抑制可能である。

１次転写部で再転写の発生を抑制する理由について、ベルトから感光ドラム（具体的には、感光ドラムの芯金）に流入する電流（感光体流入電流）と、再転写の関係を、導電性ベルトと高抵抗ベルトを用いて考察した。

図１２（ａ）に、感光体流入電流と、転写残トナー量及び再転写トナー量の関係を示す。ここで図１２の縦軸は、再転写によって中間転写ベルトから感光ドラムに移動した再転写トナー、又は、転写されずに感光体に残ってしまった転写残トナーの量を示すパラメータである。再転写トナーのパラメータは、感光ドラム上に再転写したトナーをニチバン社製セロテープ（登録商標）ＣＴ１８で回収したものを転写材に貼りつけ、それをＸ−ｒｉｔｅ社製の分光濃度測定機で計測した値と、再転写が全く無い時に計測した値との差分値で示している。転写残トナーのパラメータに関しても同様に測定している。図１２（ｂ）に、転写電源の印加電圧と、転写残トナー量及び再転写トナー量の関係を示す。

図１２（ａ）、（ｂ）からわかるように高抵抗ベルトにおいては、印加電圧を大きくすると再転写するトナーの量は大きくなる。一方、導電性ベルトにおいては、高抵抗ベルトに対して、同じ値の電圧を印加した場合でも再転写するトナー量は少ない傾向にある。図１２（ａ）、（ｂ）から、一定以下の感光体流入電流では再転写はほぼ発生していないことがしめされる。

その理由について、説明する。再転写に関しては、１次転写部の中間転写ベルトと感光ドラムが接触する１次転写部で発生する放電現象によって引き起こされていると考えられている。放電に関しては、一般的にパッシェンの法則が知られている。感光ドラム表面と中間転写ベルト間の距離（ギャップ長）をｄとしたときに、感光ドラムと中間転写ベルト間の電位差をＶとする。このときＶがパッシェンの閾値電圧Ｖ（ｄ）を上回れば放電が発生し、下回れば放電は発生しない。

よって、再転写の発生を抑制するには、１次転写部における電位差Ｖを閾値電圧Ｖ（ｄ）より小さくすることで放電の発生を抑制し、トナーの極性が反転することを防止すればよい。

図１３は、図１、図４で示す画像形成装置の１次転写部の拡大図である。（図１３（ａ）が、図１の１次転写部の拡大図、図１３（ｂ）が１次転写部の図４の拡大図である。）
上述のように図１３（ａ）の中間転写ベルト８は導電性ベルトであり、ベルトの表面電位が中間転写ベルト８の周方向に亘って、略等電位である。その為、１次転写部の上流側（８ａ）から放電が開始される。その際、上流の画像形成部で既に中間転写ベルトに１次転写されたトナーは、次の画像形成部の１次転写部の上流側で放電を受ける。また、感光ドラムの表面はネガ（負極性）に帯電しており、ベルト表面上はポジ（正極性）に帯電している。よってベルト上のトナーにはマイナス電荷を持つ電子が衝突してくる為、ベルト上のトナーはより負極性に帯電する。中間転写ベルト上に転写されたトナーが下流の画像形成部の１次転写部を通過する前後でのＱ／Ｍ＝粒子トリボ÷粒子重量の値を調べてみると、感光ドラム通過後の方が、Ｑ／Ｍの値が高い方にシフトしていることが確かめられている。

一方、感光ドラム表面上では放電を受けると電位が上昇するので（正極性側に帯電されるので）、ベルトとの電位差は低下する。そのため、１次転写部に到達するまでに、中間転写ベルトと感光ドラムの電位差の低下の度合いが大きく、１次転写部内に形成される電位差は、パッシェン放電閾値以下になる。そのため、１次転写部内で放電が発生し難くなる。本発明者の検討によると、放電を受ける前の感光体電位は―５００Ｖであり、中間転写ベルト電位は＋４００Ｖである。放電を受けた後の電位は―１００Ｖとなり、中間転写ベルト電位との電位差は＋５００Ｖとなる。この値はパッシェンの放電閾値以下である。

図１３（ｂ）の中間転写ベルト８は高抵抗ベルトであり、ベルトの表面電位が中間転写ベルト８の周方向に亘って略等電位にならない。その為、高抵抗ベルトにおいてはニップ上流８ａで放電は始まるものの、ベルト電位と感光ドラム表面との電位差を放電閾値以下にするほどの放電はまず起こらない。放電が発生するとその分感光体電位は上昇するが、高抵抗ベルトではニップ上流での放電が少ない為にこの上昇幅が小さい。その為、１次転写部８ｂ及び１次転写部下流８ｃにおいても放電が継続する。

図１４は、導電性と高抵抗の中間転写ベルトの１次転写部での放電の様子を高速度カメラで撮影した画像である。図１４（ａ）は、高抵抗ベルトを撮影した画像であり、図１４（ｂ）は、導電性ベルトを撮影した画像である。画像は、ガラス面上に中間転写ベルト８を当接させ、そのニップ部周辺をホソカワミクロン社製高速度カメラによって撮影したものである。

図１４において画像中白くなっている部分が放電による発光部位を示している。高抵抗ベルトにおいては１次転写ニップ上流及び下流において放電が観測されるのに対し、導電性ベルトにおいては上流のみで放電が発生していることがわかる。

このように、本実施例の構成によれば、導電性ベルトを用い、中間転写ベルト８に接触する電流供給部材から中間転写ベルトを介して各感光ドラムへ転写電流を流すことで、１次転写を成立させることができる。このことにより、１次転写用の電圧電源数を減らすことができ、画像形成装置の低コスト化、小型化を図ることができる。さらに、導電性ベルトによって、１次転写部の上流側で放電を発生させることによって、再転写を抑制させることが可能になる。

本実施例では、電流供給部材を中間転写ベルトの外面に接触する１次給電ローラ３２、２次転写ローラ１５で説明したが、図１５に示すように、内面に１次転写給電ローラ３２を接触させる構成であってもよい。転写電源３３を、複数の支持ローラのどれか一つに接続する構成であってもよい。

また、電流供給部材に供給する電圧は、１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、同様の効果を期待することができる。

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
１２ ２次転写対向ローラ
３１ 電流供給部材

Claims (11)

1. トナー像を担持する複数の像担持体と、無端状で回転可能であって、前記複数の像担持体から１次転写されたトナー像を転写材に２次転写するための中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトの外周面に接触し前記中間転写ベルトから転写材にトナー像を２次転写する２次転写部材と、前記２次転写部材に電圧を印加する電源と、を有し、
   前記中間転写ベルトは、前記中間転写ベルトの回転方向における前記２次転写部材の接触位置から前記中間転写ベルトを介して前記複数の像担持体へ電流を流すことが可能な導電性を備えるベルトであり、
   前記電源から前記２次転写部材に電圧を印加することにより、前記複数の像担持体から前記中間転写ベルトにトナー像を１次転写させ、前記中間転写ベルトから転写材にトナー像を２次転写させ、
   前記電源が前記２次転写部材から前記中間転写ベルトを介して前記複数の像担持体に電流を流すことによって、前記中間転写ベルトの回転方向における前記複数の像担持体それぞれと前記中間転写ベルトが接触して形成する各接触領域の上流側端部よりも上流側で前記像担持体と前記中間転写ベルトの間に放電を発生させ、前記接触領域における前記像担持体と前記中間転写ベルトの間の電位差をパッシェンの放電閾値より小さくす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、回転する前記中間転写ベルトに従動して回転する２次転写ローラ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. 前記中間転写ベルトの内周面を支持し、前記２次転写部材に対向する対向部材を有す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。
4. 前記対向部材は中間転写ベルトの表面電位を所定電位に維持する為の定電圧素子が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記中間転写ベルトの内周面を支持する支持部材を有し、前記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４に記載に画像形成装置。
6. 前記定電圧素子は、ツェナーダイオード又はバリスタであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記電源から前記２次転写部材に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ベルトにトナー像を１次転写させつつ、前記電源から前記２次転写部材に電圧を印加することによって、前記中間転写ベルトから転写材へトナー像を２次転写す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. 前記中間転写ベルトに測定用電源から測定用電圧が印加された第１の金属ローラを接触させ、前記中間転写ベルト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ベルトの回転方向において離れた位置で接触させ、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ベルトの周方向抵抗と定義し、前記中間転写ベルト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. 前記中間転写ベルトは、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. 前記中間転写ベルトを介して前記複数の像担持体にそれぞれ対向する位置に複数の対向部材を有し、前記複数の対向部材によって前記中間転写ベルト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１から請求項９のいずれか一項に記載の画像形成装置。
11. 前記複数の対向部材は、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。