(57)【要約】複数の画像形成部は、感光体ドラム等の像担持体に静電的に色の異なる現像剤を付着させて各色の可視画像を形成する。中間転写ローラ等の中間転写電極部材は、画像形成部に設けた各像担持体の反対側に位置してベルト状転写部材を挟んで接触配置され、画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に順次重ねて転写するための転写電圧が印加される。中間転写電極部材の各々は、像担持体のベルト接触点（転写ニップ）からベルト表面方向に離間した位置に配置する。
2002056118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に静電的に色の異なる現像剤を付着させて各色の可視画像を形成する複数の画像形成部と、
前記画像形成部のそれぞれの像担持体上に付着した現像剤を転写して重ね合わせるための前記各色の像担持体と接触したベルト状転写部材と、
前記画像形成部に設けた各像担持体の反対側に位置して前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に順次重ねて転写するための転写電圧を印加する中間転写電極部材と、
を備え、前記複数の中間転写電極部材の各々を前記像担持体のベルト接触点からベルト表面方向の離間した位置に配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記複数の中間転写電極部材は、前記像担持体のベルト接触点に対し前記ベルト状転写部材の下流側に配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、最上流側の中間転写電極部材は、最上流側の前記像担持体のベルト接触点よりも上流側に配置し、かつ、最下流側の中間転写電極部材は、最下流側の前記像担持体のベルト接触点よりも下流側に配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、更に、
重ね合せ転写された可視画像を用紙等の記録媒体に一括転写するための転写電圧を前記ベルト状転写部材に印加する媒体転写電極部材と、
前記媒体転写電極部材の反対側にベルト状転写部材を挟んで接触配置されたバックアップローラと、
前記駆動ローラとバックアップローラの間に配置され、前記ベルト状転写部材に張力を与えるテンションローラと、
前記ベルト状転写部材に接触している前記中間転写電極部材及び像担持体を前記媒体転写電極部材から電気的に分離させる電気的分離構造と、
を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求の範囲４の画像形成装置に於いて、前記電気的分離構造は、前記駆動ローラ及びバックアップローラを電気的にフローティング状態とし、前記テンションローラを電気的に接地し、前記バックアップローラと像担持体の間に設けているクリーニング部材のベルト状転写部材を介した反対側に電気的に接地されたアースローラを接触配置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求の範囲４の装置に於いて、前記テンションローラは駆動ローラとバックアップローラの略中間の位置に設けられたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１記載の画像形成装置に於いて、前記像担持体の数ｍに対して前記中間転写電極部材の数ｎを、ｎ＜ｍかつｎ≧１の関係となるように設置したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記ベルト状転写部材の表面抵抗は５×１０８乃至５×１０１０Ω／□であると特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記中間転写電極部材は、金属部材であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記中間転写電極部材は、金属ローラ、金属ブラシ、金属シート、金属シャフト、金属ブロック、金属プレート又は金属ブレードであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
像担持体上に静電的に色の異なる現像剤を付着させて各色の可視画像を形成する画像形成ステップと、
前記複数の像担持体上に付着した各色の画像を前記ベルト状転写部材に静電的に順次重ねて転写する中間転写ステップと、
を備え、前記中間ステップにおける転写電圧の印加を前記像担持体のベルト接触点からベルト表面方向に離間した位置から行うことを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電子写真プロセスによってカラー画像を形成するプリンタやコピアなどの画像形成装置及び方法に関し、特に、複数の感光体ドラム上に形成された異なる色のトナー画像を中間転写ベルトに転写して重ね合せた後に最終的に用紙上に転写する中間転写プロセスを備えた画像形成装置および方法に関する。
背景技術
従来、電子写真プロセスを用いてカラー画像を形成するプリンタ等の画像形成装置は、４パス型とシングルパス型（タンデム型）の２つに大別される。
図１は従来の４パス型のプロセスである。４パス型は、単一の感光体ドラム１００とイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色の画像を形成するための現像ユニット１０６を有する。感光体ドラム１００には、クリーニングブレード１０１に続いて設けられた帯電器１０２により表面を均一に帯電した後に露光ユニット１０４のレーザスキャンにより静電潜像が形成される。次に現像ユニット１０６のイエロートナーにより現像して画像を形成し、感光体ドラム１００と接触した中間転写ベルト１０８上に転写ローラ１１０による転写電圧の印加で静電的にトナー画像を転写する。続いてマゼンタ、シアン、及びブラックの順に同じ処理を繰り返して転写ベルト１０８上に色を重ね、最終的に転写ローラ１１１によって４色の現像剤を用紙上に一括転写し、定着器１１２で定着している。
このように４パス型では、感光体ドラム１００、クリーニングブレード１０１、帯電器１０２、露光ユニット１０４及び転写ロートラ１１０が１セットあればよいので、コスト的に優位である。しかし、１枚のカラー画像を形成するためには、中間転写ベルト１０８を４回転させる必要があり、カラー印刷のスピードはモノクロ印刷の１／４と遅くなる。
図２は従来のシングルパス型（タンデム型）のプロセスである（特開平１１−２４９４５２号等）。シングルパス型は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色毎に画像形成ユニット１１２−１〜１１２−４を一列に並べる。即ち、画像形成ユニット１１２−〜１１１２−４は感光体ドラム１１２−１〜１１２−４を備え、その周囲にクリーニングブレード、帯電器、ＬＥＤ露光ユニット、現像器を配置し、画像形成ユニット１１２−１〜１１２−２で各色の画像を形成する。感光体ドラム１１４−１〜１１４−４に形成された各色の画像は、各色の感光体ドラム１１４−１〜１１４−４と接触して移動する中間転写ベルト１１６上に転写ローラ１１８−１〜１１８−４による転写電圧の印加を受けて順次重ねて静電的に転写され、定着器１２２で用紙に定着して画像を得ている。
ここで中間転写体として機能する転写ベルトを用いた場合、感光体ドラムから中間転写ベルトへの重ね転写を一次転写、中間転写ベルトから用紙上への４色一括転写を二次転写と一般的に称する。また１次転写に使用する転写ローラ１１０も２次転写に使用する用紙転写ローラ１２０も、一般的には、導電性を付与したスポンジローラを使用し、中間転写ベルトを挟んで向い合う感光体ドラム又はバックアップローラにに圧接させて配置する。
このようなシングルパス型の場合は、１回のパスでカラー画像を形成することができるので、４パス型より印刷速度を早くすることができる利点がある。しかしながら、シングルパス型は、高速化に有利である反面、画像形成ユニットおよび転写ローラが各色毎に必要なため、コストが高くなるという問題を生じている。
また中間転写ローラは、電気抵抗値、スポンジ硬度、スポンジ面の精度が必要とされ、中間転写部は画像形成ユニットのように消耗品として扱われておらず、交換周期が比較的長いので、電気的および機械的な耐久性が要求される。そこで、中間転写ローラを金属製として低コストと高信頼性化を計ることも考えられるが、金属ローラを中間転写ベルトを介して感光体ドラムに圧接すると、感光体ドラムと転写ベルトの接触点となる転写ニップが不安定になり、局所的な転写不良が発生するため、金属ローラの使用は困難であった。
加えて、中間転写ベルトや用紙搬送ベルトを使用する場合は、スポンジを使用した転写ローラから出たスポンジかす等がベルト裏面やベルト駆動ローラの表面に付着し、ベルトと駆動ローラのスリップを引き起こし、色ずれ、ジッタ等の著しい画像欠陥を生じることがあった。
更にまた、シングルパス型の中間転写では、１次転写と２次転写の電圧印加タイミングが重なり、１次転写中に２次転写電圧を印加する電源がオンになる場合がある。この時、２次転写電圧（電流）が抵抗体である中間転写ベルトを介して１次転写と干渉し、横スジの画像欠陥が生じる場合があった。
一方、図２のシングルパス型にあっては、１次転写は中間転写ローラ１１８−１〜１１８−４と感光体ドラム１１４−１〜１１４−４が、また２次転写は用紙転写ローラ１１１とバックアップローラが中間転写ベルト１１６を挟んで対向配置されており、図３のように、中間転写ベルト１１６の厚さ方向の体積抵抗を利用した転写プロセスとなっている。しかし、中間転写ベルト１１６の体積抵抗と転写電圧との間には図４の測定結果に示すような強い依存性があるために転写が不安定となり易い。特に、長期使用して転写ベルトの劣化がひどくなると転写かすれが発生していた。また転写ローラに印加する転写電圧を高くすると、転写ベルトの抵抗が低くなるため、転写領域となる用紙幅以外のベルト部分からの漏れ電流が多く、ムダな電流を消費したり、幅の狭い用紙に対しては転写ができない等の問題があった。
本発明は、中間転写プロセスに複数の中間転写電極部材を用いた場合の耐久性と信頼性の向上及びコストの低減を図るようにした画像形成装置及び方法を提供することを目的とする。
また本発明は、中間転写プロセスを用いた場合の１次転写電圧と２次転写電圧の干渉を防止する画像形成装置及び方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の画像形成装置は、感光体ドラム等の像担持体に静電的に色の異なる現像剤を付着させて各色の可視画像を形成する複数の画像形成部と、画像形成部のそれぞれの像担持体上に付着した現像剤を転写して重ね合わせるための各色の像担持体と接触した中間転写ベルト等のベルト状転写部材と、画像形成部に設けた各像担持体の反対側に位置してベルト状転写部材を挟んで接触配置され、画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に順次重ねて転写するための転写電圧が印加された中間転写ローラ（１次転写ローラ）等の中間転写電極部材とを備える。このような画像形成装置につき本発明は、中間転写電極部材の各々を像担持体のベルト接触点（転写ニップ）からベルト表面方向に離間した位置に配置したことを特徴とする。
このように本発明は、像担持体である感光体ドラムのベルト接触点（ニップ）からベルト表面方向に離間した位置に中間転写電極部材としての転写ローラを配置したことで、従来のようにコストの高い導電性のスポンジローラの代わりに、金属ローラなどの低コスト部材を使用することが可能となる。例えば従来のスポンジローラの金属シャフト部分のみを使用すればよく、これによって中間転写ローラのコストを半分以下にし、シングルパス型のもつコスト高の要因の１つを解消する。またスポンジローラを使用する必要がないために、スポンジの抵抗変化や外径変化、温度によるスポンジ抵抗および硬度変化を考慮する必要がなくなり、耐久性、安定性及び信頼性を向上させることが可能となる。更に、スポンジローラ使用時に問題となっていたスポンジかすによるベルト駆動のスリップが発生しずらくなり、色ずれやジッタなどの画質劣化を解消できる。
更に転写ベルトの厚さ方向の体積抵抗を利用せずに、感光体ドラムのベルト接触点に対しベルト表面方向にずらした位置に中間転写電極部材を配置することで、中間転写ベルトの表面方向の抵抗を利用しており、この表面方向の抵抗は印加する転写電圧が変化しても安定であり、安定した表面方向の抵抗によって転写のための電界を形成しているので、長期に渡って使用しても安定な転写が行える。
本発明の画像形成装置に配置する複数の中間転写電極部材は、例えば像担持体のベルト接触点に対しベルト状転写部材の進行方向下流側に配置する。これによって、印加する１次転写電圧を高電圧側とした場合にも例えば９０％を越える十分な転写効率が確保され、高電圧側の電圧マージンを広げることが可能となる。
また最上流側の中間転写電極部材は、最上流側の像担持体のベルト接触点よりも上流側に配置し、かつ、最下流側の中間転写電極部材は、最下流側の像担持体のベルト接触点より下流に配置することが望ましい。これによって一列に並んだ複数の感光体ドラムのベルト接触点となる転写ニップについて、その上流と下流を転写電圧印加部材で囲むので、２次転写バイアスの干渉を低減し、画質劣化を防止することができる。
本発明の画像形成装置は、更に、ベルト状転写部材に重ねて転写された可視画像を用紙等の記録媒体に一括転写する転写電圧をベルト状転写部材に印加する媒体転写電極部材と、媒体転写電極部材の反対側にベルト状転写部材を挟んで接触配置されたバックアップローラと、駆動ローラとバックアップローラの間に配置され、ベルト状転写部材に張力を与えるテンションローラと、ベルト状転写部材に接触している中間転写電極部材と像担持体を媒体転写電極部材から電気的に分離させる電気的分離構造とを設けたことを特徴とする。
この電気的分離構造は、駆動ローラ及びバックアップローラを電気的にフローティング状態とし、テンションローラを電気的に接地し、バックアップローラと像担持体の間に設けているクリーニング部材のベルト状転写部材を介した反対側に電気的に接地されたアースローラを接触配置する。ここで、テンションローラは、駆動ローラとバックアップローラの略中間の位置に設ける。これにより中間転写ベルトに対する１次転写と２次転写の部分がアースローラとテンションローラによって電気的に分離され、１次転写と２次転写のタイミングが一致しても電気的な影響を抑え、安定な転写ができる。さらに駆動ローラとテンションローラのフローティングによって、転写電圧を加えた際に無駄な電流が消費されることを防ぐ。
更に、本発明の画像形成装置は、像担持体の数ｍに対して中間転写電極部材の数ｎを、ｎ＜ｍかつｎ≧１の関係となるように設置したことを特徴とする。これは本発明で中間転写電極部材を感光体ドラムのベルト接触点となる転写ニップからずらして配置したことで、中間転写電極部材を像担持体間に配置することが可能となり、この結果、像担持体の数より少ない数の中間転写電極部材によってシングルパス型の多色の重ね転写ができる。したがって、従来は像担持体の数、即ち、色の数だけ使用していた中間転写電極部材の数を減らし、シングルパス型で問題となっていたコスト高の問題を低減する。
本発明の画像形成装置で使用するベルト状転写部材の表面抵抗は例えば５×１０８乃至５×１０１０Ω／□である。また中間転写電極部材は、金属部材である。具体的には、中間転写電極部材として、金属ローラ、金属ブラシ、金属シート、金属シャフト、金属ブロック、金属プレート又は金属ブレードを使用できる。
更に又、本発明は電子写真記録方法を提供し、像担持体上に静電的に色の異なる現像剤を付着させて各色の可視画像を形成する画像形成ステップと、複数の像担持体上に付着した各色の画像を前記ベルト状転写部材に静電的に順次転写して重ね合わせる中間転写ステップとを備え、中間転写ステップにおける転写電圧の印加を像担持体のベルト接触点からベルト表面方向に離間した位置から行うことを特徴とする。
発明を実施するための最良の形態
図５は本発明による画像形成装置の実施形態であり、カラープリンタに適用した場合を例にとっている。図５において、カラープリンタ１０内には、中間転写部材として使用される中間転写ベルト２４が配置される。中間転写ベルト２４は駆動ローラ２６、テンションローラ２８，３０、従動ローラとして機能するバックアップローラ３０の周りに掛け渡され、モータによる駆動ローラ２６の回転で、図示の場合には左周りに回転する。中間転写ベルト２４の上部には上流側（右側）から下流側（左側）に向けて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の順番に画像形成ユニット１２−１，１２−２，１２−３及び１２−４が配置されている。画像形成ユニット１２−１〜１２−４には像担持体としての感光体ドラム１４−１，１４−２，１４−３，１４−４が設けられている。感光体ドラム１４−１〜１４−４の周囲には、帯電器１６−１〜１６−４、ＬＥＤアレイ１８−１〜１８−６、トナーカートリッジ２０−１〜２０−４を備えた現像器２２−１〜２２−４が配置される。更に帯電器１６−１〜１６−４の手前側にはクリーニングブレードや除電器などが配置される。画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けた感光体ドラム１４−１〜１４−４は、中間転写ベルト２４に下端部で接触しており、このベルト接触点に対し中間転写ベルト２４を介して反対側の位置に、１次転写電圧を印加する中間転写電極部材として使用する中間転写ローラ３８−１，３８−２，３８−３，３８−４を配置している。本発明にあっては感光体ドラム１４−１〜１４−４の中間転写ベルト２４に対する接触点、いわゆる転写ニップに対し、中間転写ローラ３８−１〜３８−４をベルト表面方向に離間して接触配置している。この図５の実施形態にあっては、感光体ドラム１４−１〜１４−４のベルト接触点となる転写ニップに対し、中間転写ローラ３８−１〜３８−４のそれぞれをベルト下流側に離して配置している。中間転写ローラ３８−１〜３８−４に対しては電源４０より＋５００Ｖ〜１０００Ｖの範囲内で設定した所定の電圧が１次転写のタイミングで印加される。
中間転写ベルト２４の駆動ローラ２６の反対側となるベルト上流側に設けられたバックアップローラ３２に対しては、中間転写ベルト２４を介して２次転写電圧を印加する用紙転写ローラ４５が配置される。用紙転写ローラ４５には定電流電源４６が接続され、２次転写のタイミングで規定のバイアス電圧を加え、ホッパー４８からピックアップローラ５２により送り出された用紙５０上に、中間転写ベルト２４に重ね形成された画像の用紙転写を行う。用紙転写ローラ４５で画像転写が行われた用紙は定着器５４で加熱定着された後、スタッカ６０に排出される。定着器５４にはヒートローラ５６とバックアップローラ５８が設けられている。
また中間転写ベルト２４における上流側のバックアップローラ３２と最初のイエロートナーを使用する画像形成ユニット１２−１との間にはクリーニングブレード４２が配置され、このクリーニングブレード４２に対し中間転写ベルト２４を挟んで反対側の位置にアースローラ４４を配置している。アースローラ４４は電気的に接地接続されたローラである。また駆動ローラ２６とバックアップローラ３２の中間に配置したテンションローラ２８，３０は中間転写ベルト２４に規定の張力を与えており、このテンションローラ３４も電気的に接地接続されている。このアースローラ４４及びテンションローラ３４の電気的な接地接続に対し、駆動ローラ２６及びバックアップローラ３２は電気的にフローティング状態に置かれている。
更にカラープリンタ１０における各部の詳細を説明すると次のようになる。画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けた感光体ドラム１４−１〜１４−４は、例えば外径３０ｍｍのアルミ素管に電荷発生層及び電荷輸送層からなる層厚約２５μｍの感光層を塗布しており、画像形成処理の際には帯電器１６−１〜１６−４によってドラム表面を均一に帯電する。帯電器１６−１〜１６−４としては、導電性ブラシを感光体ドラム１４−１〜１４−４の表面に接触させ、例えば周波数８００Ｈｚ、Ｐ−Ｐ電圧１１００Ｖ、オフセット電圧−６５０Ｖの帯電バイアスを印加し、感光体ドラム表面を約−６５０Ｖに帯電する。帯電のプロセスとしては、これ以外にコロナ帯電器やソリッドローラ帯電器などを用いることができる。感光体ドラム１４−１〜１４−４の帯電が済むと、次に配置されたＬＥＤアレイ１８−１〜１８−４を用いて各色の画像に応じた露光を行い、ドラムの感光体表面に静電的な潜像を形成する。なおＬＥＤアレイ１８−１〜１８−４の代わりにレーザスキャニング露光装置を用いることもできる。感光体ドラム１４−１〜１４−４の感光体上に対する静電潜像の形成が済むと、現像器２２−１〜２２−４により各色のトナーを用いて現像を行い、感光体上の静電潜像を可視化した画像とする。この実施形態にあっては、現像方法として非磁性一成分接触現像を用いている。もちろん現像方法としては非磁性一成分接触現像に限定されない。またトナーの帯電極性はマイナスに限定されない。
次に、画像形成ユニット１２−１〜１２−４によって感光体ドラム１４−１〜１４−４上に各色のトナー画像が形成された後の中間転写ベルト２４に対する１次転写を説明する。画像形成ユニット１２−１〜１２−４で形成されたイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各モノクロ画像は中間転写ベルト２４上に順番に転写され、各色の画像を重ね合わせることによりカラー画像を形成する。各色の画像を重ね合わせのタイミングは、ＬＥＤアレイ１８−１〜１８−４の書き出しタイミングを調整することで正確な位置合せを行う。感光体ドラム１４−１〜１４−４から中間転写ベルト２４への転写は、中間転写ローラ３８−１〜３８−４に＋５００Ｖ〜＋１０００Ｖの範囲で定めた所定の１次転写電圧を印加することによって静電的に転写する。ここで中間転写ベルト２４はカーボンで抵抗調整された厚さ１５０μｍのポリカーボネート樹脂部材であり、抵抗値はベルト厚さ方向における体積抵抗が１Ｅ＋８〜１Ｅ＋１０Ω・ｃｍ（＝１×１０８Ω・ｃｍ〜１×１０１０Ω・ｃｍ）、表面抵抗が１Ｅ＋８〜１Ｅ＋１０Ω／□（＝１×１０８〜１×１０１０Ω／□）に調整されている。一般的に中間転写ベルト２４は体積１Ｅ＋６〜１Ｅ＋１１Ω・ｃｍ、表面抵抗が１Ｅ＋６〜１Ｅ＋１１Ω／□程度で使用されるが、本発明においても抵抗体ベルトであれば一般的な抵抗範囲で使用することが可能である。この場合には中間転写ローラ３８−１〜３８−４と感光体ドラム１４−１〜１４−４のベルト接触点となる転写ニップの離間距離で決まる中間転写ベルト２４の抵抗値によって、中間転写ローラ３８−１〜３８−４に対する印加電圧を調整することが必要となる。また中間転写ベルト２４の材料はポリカーボネート樹脂に限定されることはなく、ポリイミド系、ナイロン系、フッ素系などの樹脂材料を使用することができる。
次に２次転写の詳細を説明する。中間転写ベルト２４上に形成されたカラー画像は、用紙転写ローラ４５を使用して、２次転写により一括して記録媒体である例えば用紙５０上に転写される。２次転写ローラとして機能する用紙転写ローラ４５は、中心軸とローラ表面間が１Ｅ＋５〜１Ｅ＋８Ω程度の抵抗値に調整されたスポンジローラを使用し、中間転写ベルト２４を挟んでバックアップローラ３２に０．５〜３ｋｇ程度の圧力で押し当てるように配置してある。またスポンジローラの硬度はアスカーＣで４０〜６０度としている。２次転写は中間転写ベルト２４上の画像位置に対し、タイミングを合わせてピックアップローラにより送り出されて搬送される用紙５０上に、用紙転写ローラ４５に定電流電源４６によって規定のバイアス電圧を印加することで静電的に中間転写ベルト２４上のカラー画像を転写する。用紙５０上に転写されたカラー画像はヒートローラ５６とバックアップローラ５８で構成される定着器５４に通され、現像剤を熱的に用紙５０上に定着して固定画像を得た後、スタッカ６０に排出される。このようなカラープリンタ１０における一連のカラー印刷プロセスにおける印刷速度、即ち中間転写ベルト２４の速度で決まる用紙の搬送速度は、例えば９１ｍｍ／ｓとしている。もちろん用紙の搬送速度はこれに限定されず、その半分の４５ｍｍ／ｓにおいても同様な結果を得ており、印刷はこれに限定されず、更にこれ以上の速度であっても同様である。
次に図５のカラープリンタ１０における１次転写について詳細に説明する。１次転写ローラとして機能する中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、ステンレス製で例えば外径８ｍｍの回転可能な金属ローラを使用している。図６は、図５の最上流側に位置する画像形成ユニット１２−１に設けている感光体ドラム１４−１と、これに対応して設けた中間転写ローラ３８−１を取り出して、中間転写ベルト２４に対する配置関係を表している。感光体ドラム１４−１の中心から鉛直下方に延ばした中心線に対し、中間転写ローラ３８−１における同じく中心から鉛直下方に延ばした中心線との距離Ｌ１を例えばＬ１＝１０ｍｍとし、感光体ドラム１４−１と中間転写ベルト２４の接触する部分即ち転写ニップに対し、ベルト進行方向に対する下流側に中間転写ローラ３８−１を配置している。また中間転写ローラ３８−１の鉛直方向の位置は、感光体ドラム１４−１の中心線の最下部から引かれる接線に対し中間転写ローラ３８−１の中心線の最上部から引かれる接線との間隔Ｌ２がＬ２＝１ｍｍ以上になるような位置に配置している。このような中間転写ローラ３８−１の配置により、感光体ドラム１４−１に対し中間転写ベルトが巻値角を持って接触できるようにし、転写ニップの幅を１ｍｍ程度とれるようにしている。この感光体ドラム１４−１に対する中間転写ローラ３８−１の位置関係は、図５の残りの感光体ドラム１４−２〜１４−４と中間転写ローラ３８−２〜３８−４についても同様である。
図７は図５のカラープリンタ１０における４色の感光体ドラム１４−１〜１４−４と中間転写ベルト２４を挟んで反対側にずらして配置した中間転写ローラ３８−１〜３８−４を取り出し、その側面図及び下側から見た平面図を表している。ここで前述したように、感光体ドラム１４−１〜１４−４の中間転写ベルト２４に接触する転写ニップに対し中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、それぞれ下流側に所定距離Ｌ１離間した位置に配置されている。また中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、図７（Ｂ）の平面図から明らかなように、中間転写ベルト２４の幅に対し、それより狭い画像形成幅に応じたローラの長さを持っている。
図８は、図６の上流側の２つの感光体ドラム１４−１，１４−２と中間転写ベルト２４を介して反対側にずらして配置した中間転写ローラ３８−１，３８−２により１次転写電圧を印加した際の転写ニップに対する電流の流れ方を表している。例えば中間転写ローラ３８−１を例にとると、ここに規定の直流電圧例えば５００Ｖを印加すると、この印加電圧による電流が中間転写ベルト２４の表面方向の抵抗に依存して矢印６２のように、対応する感光体ドラム１４−１のベルト接触点である転写ニップの位置まで流れ、その後に厚さ方向即ち体積抵抗がきく方向に流れる。同時に中間転写ローラ３８−１から破線の矢印６３のように、下流側に位置する感光体ドラム１４−２に電流が流れる。この場合の矢印６２と６３の電流は中間転写ローラ３８−１のベルト接触点と感光体ドラム１４−１，１４−２の転写ニップまでの距離に依存し、近いほど流れる電流が多くなる。このように本発明の１次転写にあっては、中間転写ローラに電圧を加えて感光体ドラムの転写ニップに流れる電流は主にベルト表面方向の電流であることから、ベルト表面方向の表面抵抗に依存することが分かる。
図９は、図８の本発明における中間転写ローラによる印加電圧とベルト表面方向の抵抗値の測定結果であり、転写ニップに対する転写電圧印加点までの距離Ｌ１を１００ｍｍ、５０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍとした場合について表している。この図９の測定結果から明らかなように、印加電圧を２５０Ｖ、５００Ｖ、７５０Ｖ、１０００Ｖと変化させた場合のベルト表面方向の抵抗値は、いずれの距離においてもほとんど変化せず、極めて安定な抵抗値を示している。このため、長期に亘って使用しても、本発明の１次転写にあっては、図９のように安定なベルト表面方向の表面抵抗を利用して転写のための電界を発生させているため、中間転写ベルト２４が劣化しにくく、転写かすれが発生せず、安定な転写を行うことができる。
次に図５のカラープリンタ１０において、中間転写ローラ３８−１〜３８−４を感光体ドラム１４−１〜１４−４の転写ニップに対し下流側で８〜４５ｍｍの範囲で変化させ、この状態で転写電圧を変化させたときの転写効率の測定結果を図１０〜図１３に示している。ここで中間転写ローラを８〜４５ｍｍの範囲で下流側で変化させたときの４５ｍｍの位置とは、ドラム間距離９０ｍｍのほぼ半分であり、各感光体ドラムのほぼ中央の位置に相当する。なおドラム間距離は９０ｍｍに限定されることはなく、装置構成上、許容できる範囲で設定できる。実際には装置の小型化を考慮すると、ドラム間距離９０ｍｍ以下程度が望ましい。
図１０は中間転写ローラを転写ニップの下流１０ｍｍに設定した場合の転写効率の測定結果である。ここで転写電圧は、全色共通の電圧を図５のように単一の電源４０を用いて印加している。また転写効率は、ベタ画像における感光体ドラム上の転写前のトナー付着量に対する中間転写ベルト上に転写されたトナーの量の割合として定義している。そして転写効率は９０％以上で良好と判断する。更に図１０（Ａ）のＹ，Ｍ，Ｃはモノクロカラーとなる１次色の転写効率であり、図１０（Ｂ）におけるＭ／Ｙは中間転写ベルト上に転写されたイエローＹトナー上にマゼンタＭトナーを転写する２次色、Ｃ／ＹＭは中間転写ベルト上に転写されたマゼンタＭトナーとイエローＹトナーの上にシアンＣトナーを転写する３次色を意味している。この点はＣ／Ｍの２次色、及びＣ／ＹＭの３次色についても同様である。また図１１は転写ニップの下流２０ｍｍに中間転写ローラを配置した場合の転写効率の測定結果、図１２は転写ニップの下流３０ｍｍに中間転写ローラを配置した場合の転写効率の測定結果、更に図１３は転写ニップの下流４５ｍｍに中間転写ローラを配置した場合の転写効率の測定結果である。
この図１０〜図１３の測定結果から、中間転写ローラの位置によって転写の良好な範囲が変化していることが確認できる。これは中間転写ローラの位置によって転写ニップから中間転写ローラまでの中間転写ベルトの長さが異なり、中間転写ローラから印加された電圧が抵抗体である中間転写ベルトの主に表面抵抗に依存して電圧降下を起こし、感光体ドラムのベルト接触点となる転写ニップの部分で実効電圧が変化したためといえる。したがって中間転写ローラの位置と中間転写ベルトの主に表面抵抗及び転写ニップの部分での実効的な印加電圧には良好な組合せ条件が存在し、その範囲内にて最適な転写条件を設定することができる。もちろん中間転写ローラから感光体ドラムのベルト接触点となる転写ニップまでの距離Ｌ１は、この転写効率の測定に使用したＬ１＝１０〜４５ｍｍに限定されるものではない。また１次転写に使用する各色の転写電圧は、同じような転写効率が得られる同じ電圧特性とすることが望ましい。これによって複数色の転写を同一の電圧つまり単一の電源で行うことが可能であり、電源に関するコストを低減させることができる。図５の実施形態にあっては、各色の中間転写ローラ３８−１〜３８−４は感光体ドラム１４−１〜１４−４の転写ニップに対し下流側の同じ位置に配置したので、各色の転写効率の電圧特性はほぼ同じ傾向を示し、単一の電源４０により転写を行うことができる。本質的には各色の転写ニップの部分における実行電圧のばらつきが転写効率の電圧マージン内であり、各色の電圧マージンが重なっていればよい。もちろん各色ごとに異なる電源を使用してもよいし、また中間転写ローラの転写ニップに対する距離も各色共通の距離に配置することに限定されない。
次に図５のカラープリンタ１０における中間転写ベルト２４における１次転写部と２次転写部の電気的な分離構造を説明する。まず抵抗体としての中間転写ベルト２４は駆動ローラ２６とバックアップローラ３２により張られた構造であり、駆動ローラ２６及びバックアップローラ３２は電気的にフローティング状態となっており、中間転写ローラ３８−１〜３８−４に電源４０より１次転写電圧を印加した際に流れる電流が駆動ローラ２６及びバックアップローラ３２から漏れ出すことを防ぎ、漏れ電流を低減して無駄な電流消費を防いでいる。また中間転写ベルト２４には中間転写ローラ３８−１〜３８−４と２次転写のための用紙転写ローラ４５が接触しており、用紙転写ローラ４５により２次転写電圧を加えるタイミングが１次転写電圧を加えるタイミングに重複する場合がある。
そこで本発明にあっては、２次転写電圧が印加される用紙転写ローラ４５と１次転写電圧が印加される最上流側に位置する中間転写ローラ３８−１との間に電気的に接地接続されたアースローラ４４を配置し、且つ駆動ローラ２６とバックアップローラ３２の間にあるテンションローラ２８，３０を電気的に接地接続し、これによって中間転写ベルト２４の中間転写ローラ３８−１〜３８−４の１次転写電圧が加わるベルト領域と用紙転写ローラ４５によって２次転写電圧が加わるベルト領域を電気的に分離し、１次転写電圧と２次転写電圧の電気的な影響を抑えている。
図１４は、本発明の画像形成装置が適用されたカラープリンタの他の実施形態である。図１４のカラープリンタ１０にあっては、中間転写ベルト２４を、駆動ローラ２６、バックアップローラ３２及びテンションローラ３５の３点で張るように配置し、ベルトスペースを小型化している。また画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光体ドラム１４−１〜１４−４に対応して中間転写ベルト２４を挟んで反対側にずらして設置される１次転写のための中間転写ローラ３８〜１〜３８−４について、下流側に位置する中間転写ローラ３８−２〜３８−４は図５の実施形態と同じく、それぞれの転写ニップの下流側に離して配置しているが、最上流側に位置する中間転写ローラ３８−１については、感光体ドラム１４−１の転写ニップに対し、この実施形態にあっては上流側に離して設置している。
図１０は図１４の中間転写ローラ３８−１のように、感光体ドラム１４−１の転写ニップに対し上流側１０ｍｍの位置に中間転写ローラを配置した場合の１次転写電圧に対する転写効率の測定結果を表している。この上流側に中間転写ローラを配置した場合にあっては、図１０〜図１３の下流側に配置した場合に比べ、転写電圧の１０００Ｖ以下の低電圧側では良好な転写効率が得られるが、１０００Ｖを過ぎる高電圧側での転写効率の低下が速い結果となっている。これによって中間転写ローラは感光体ドラムの転写ニップに対し下流側に配置した方が転写マージンを記録することができるが、上流側に配置した場合でも良好な転写効率が得られる電圧マージンが存在することが確認されている。したがって本発明における中間転写ローラの位置は、転写ニップの下流だけではなく上流であってもよく、したがって図１４のように下流側と上流側に分けて配置する組み合わせであってもよいことが分かる。更に図１４の最上流側に位置する中間転写ローラ３８−１を感光体ドラム１４−１の転写ニップの上流側に離して配置した場合には、中間転写ベルト２４に対し画像を転写する感光体ドラム１４−１〜１４−４のベルト接触点となる転写ニップの上流と下流を中間転写ローラ３８−１，３８−４で囲むことになるため、これによって用紙転写ローラ４６により中間転写ベルト２４に加えられる２次転写バイアスの干渉を低減し、画質劣化を防止することもできる。
図１６は本発明の１次転写における感光体ドラム１４−１〜１４−４に対するそれぞれに対応した１次転写のための中間転写ローラ３８−１〜３８−４の転写ニップに対する配置位置の他の実施形態である。図１６（Ａ）は、中間転写ローラ３８−１，３８−２を上流側に配置し、中間転写ローラ３８−３，３８−４を下流側に配置している。図１６（Ｂ）は、中間転写ローラ３８−１〜３８−３を上流側に配置し、中間転写ローラ３８−４のみを下流側に配置している。図１６（Ｃ）は中間転写ローラ３８−１〜３８−４の全てを上流側に配置している。図１６（Ｄ）は、中間転写ローラ３８−１のみを下流側に配置し、残りの中間転写ローラ３８−２〜３８−４を上流側に配置している。図１６（Ｅ）は、中間転写ローラ３８−１，３８−２を下流側に配置し、中間転写ローラ３８−３，３８−４を上流側に配置している。更に図１６（Ｆ）は、中間転写ローラ３８−１〜３８−３を下流側に配置し、中間転写ローラ３８−４を上流側に配置している。また本発明の実施形態にあっては、画像形成ユニットの数を４色に対応して４つとした場合を例にとっているが、この画像形成ユニットの数も必要に応じて適宜の数とすることができ、これに対応した数の中間転写ローラが、それぞれの転写ニップの上流、下流または両者の組み合わせを持って配置される。
図１７は、本発明の画像形成装置が適用されるカラープリンタの他の実施形態であり、この実施形態にあっては画像形成ユニットの数即ち感光体ドラムの数ｎに対し、１次転写に使用する中間転写ローラの数ｍを少なくするようにしたことを特徴とする。図１７の実施形態にあっては、画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている４つの感光体ドラム１４−１〜１４−４の数ｎ＝４に対し、中間転写ベルト２４を挟んだ反対側に配置する１次転写のための中間転写ローラは、中間転写ローラ３８−１〜３８−３の３つ即ちｍ＝３としている。ここで感光体ドラム１４−１〜１４−４のドラム間距離を９０ｍｍとすると、中間転写ローラ３８−１〜３８−３のそれぞれは各ドラム間距離の中間の約４５ｍｍ、転写ニップから離れた位置に配置している。なお図１７の実施形態における駆動ローラ２６とバックアップローラ３２，電気的なフローティング状態、テンションローラ２８，３０とアースローラ４４の電気的な接地接続の状態は、図５の実施形態と同じである。また３つの中間転写ローラ３８−１〜３８−３には、図５のように単一の電源４０より転写電圧が印加される。
図１８は、図１７の実施形態において単一の電源より３つの中間転写ローラ３８−１〜３８−３に１次転写電圧を印加した場合の転写効率の測定結果を表している。この転写効率の電圧特性から明らかなように、良好な転写効率を９０％以上とすると、約１０００Ｖ〜１３００Ｖの間に転写効率９０％の電圧マージンの範囲が存在しており、図１７の実施形態のように感光体ドラム１４−１〜１４−４による４つの転写ニップの数に対し、１次転写電圧を印加する中間転写ローラ３８−１〜３８−３を３つに減らしても、良好な１次転写ができることが確認されている。このように感光体ドラムの数に対し中間転写ローラの数を少なくすることで、１次転写のための機構構造のコストを大幅に低減することができる。
図１９は、感光体ドラムの数に対し１次転写を行う中間転写ローラの数を少なくする他の実施形態であり、この実施形態にあっては感光体ドラム１４−１〜１４−４のｎ＝４に対し、中間転写ローラを中間転写ローラ２８−１，２８−２の数をｍ＝２つとしたことを特徴とする。ここで中間転写ローラ２８−１，２８−２のそれぞれは、感光体ドラム１４−１，１４−２及び１４−３，１４−４のドラム間距離９０ｍｍのほぼ中間の４５ｍｍの位置に配置されている。
図２０は図１９の実施形態について、中間転写ローラ２８−１，２８−２に対し１次転写電圧を印加したときの転写効率の測定結果を表しており、約９５０Ｖを越える高圧側で９０％以上の良好な転写効率が得られる電圧範囲を持っており、十分な転写効率が得られる良好な電圧マージンが得られることが確認されている。
図２１は、感光体ドラムの数ｎに対し１次転写を行う中間転写ローラの数ｍを少なくした場合の他の実施形態を列挙している。図２１（Ａ）は感光体ドラム１４−１〜１４−５のｎ＝５に対し１つ少ない中間転写ローラ２８−１〜２８−４の数ｍ＝４とした場合である。図２１（Ｂ）は同じく感光体ドラム１４−１〜１４−５の数ｎ＝５に対し、それより２つ少ない中間転写ローラ２８−１〜２８−３の数ｍ＝３とした場合である。また、この場合、上流側の２つの感光体ドラム１４−１，１４−２の中間に中間転写ローラ２８−１を配置し、残り２つの中間転写ローラ２８−２，２８−３は下流側の３つの感光体ドラム１４−３〜１４−５のそれぞれのドラム中間位置に配置している。図２１（Ｃ）は図２１（Ｂ）と同様、感光体ドラム１４−１〜１４−５の数ｎ＝５に対し、中間転写ローラ２８−１〜２８−３の数ｍ＝３と２つ少なくした場合であり、中間転写ローラ２８−１〜２８−３の配置位置が異なっている。即ち中間転写ローラ２８−１は、最上流側に位置する感光体ドラム１４−１の更に上流に配置している。また真ん中の中間転写ローラ２８−２は、感光体ドラム１４−２，１４−３の中間位置に配置している。更に３番目の中間転写ローラ２８−３は、図２１（Ｂ）と同じ感光体ドラム１４−４，１４−５の中間位置に配置している。図２１（Ｄ）は感光体ドラム１４−１〜１４−６の数ｎ＝６とし、これに対し中間転写ローラ３８−１〜３８−３を３つ少ないｍ＝３とした場合である。更に図２１（Ｅ）は感光体ドラム１４−１，１４−２の数ｎ＝２に対し、それより１つ少ない中間転写ローラ２８−１の数ｍ＝１とした場合である。このように本発明にあっては感光体ドラムの数が２以上の場合について、それより少ない数の中間転写ローラの配置を全て含むことになる。
図２２は、本発明の１次転写に使用する中間転写電極部材の具体例を列挙しており、感光体ドラムのベルト接触点となる転写ニップに対しベルト表面方向にずらした位置に中間転写電極部材は配置できることから、金属製の中間転写電極部材とすることができ、この具体例としては図２２に列挙するものが使用できる。
図２２（Ａ）は金属ローラ２８である。図２２（Ｂ）は金属ブラシ６４である。図２２（Ｃ）は金属シート６６−１〜６６−４である。また図２２（Ｄ）は金属シャフト６８−１〜６８−４の例であり、具体的には従来のスポンジローラのシャフトをそのまま使用することができる。図２２（Ｅ）は金属ブロック７０の例である。また図２２（Ｆ）は金属プレート７２の例である。更に図２２（Ｇ）は金属ブレード７４の例である。この図２２（Ａ）〜（Ｇ）における各金属製の中間転写部材の感光体ドラムに対する位置関係は、図６に示したように、中間転写ベルト２４が感光体ドラム１４−１に所定の巻き付け角で接触できるように配置し、転写ニップの約１ｍｍ程度の幅を確保できるようにする。
なお上記の実施形態はカラープリンタへの適用を例にとるものであったが、記録媒体として用紙を用いるコピアでもよく、あるいは他の記録媒体に対する画像形成を行う適宜の装置が含まれる。また本発明は、その目的と利点を損なわない適宜の変形を含み、また上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
産業上の利用可能性
本発明によれば、像担持体である感光体ドラムのベルト接触点（転写ニップ）からベルト表面方向に離間した位置に中間転写部材としての転写ローラを配置したことで、従来のようにコストの高い導電性のスポンジローラの代わりに金属ローラなどの低コストの部材を使用することができ、金属製の中間転写部材の使用によって、コストの低減、耐久性及び安定性、更に信頼性を向上する。
また本発明は、感光体ドラムのベルト接触点となる転写ニップに対し中間転写部材をベルト表面方向のずらした位置に配置したことで、中間転写ローラの表面方向の抵抗即ち表面抵抗を利用して転写のための電解を転写ニップに発生させており、中間転写ベルトの表面方向の抵抗はベルトの劣化及び転写電圧の変化に対し安定しており、この結果、長期に亘って安定した転写を行うことができる。
また本発明は、中間転写ベルトに対する１次転写電圧の領域と２次転写電圧の領域を電気的に分離させる分離構造を設けたことで、１次転写と２次転写のタイミングが一致しても電気的な影響を抑え、安定した１次転写と２次転写ができる。また中間転写ベルトを支えている駆動ローラとこれに対向した反対側のバックアップローラを電気的にフローティング状態とすることで、転写電圧を印加した際に無駄な漏れ電流が流れず、電流消費を防ぐことができる。
更に本発明にあっては、像担持体としての感光体ドラムの数に対し１次転写を行う中間転写部材としての中間転写ローラの数を少なくしたことで、シングルパス型の印刷プロセスで問題となっていた中間転写部のコストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の４パス方法のプロセス説明図；
図２は従来のシングルパス方法のプロセス説明図；
図３は従来の中間転写ベルトの体積抵抗を利用して転写電圧を印加する説明図；
図４は図３の体積抵抗と転写電圧との測定結果の説明図；
図５は本発明の実施形態の説明図；
図６は図１の感光体ドラムと中間転写ローラの位置関係の説明図；
図７は図５の１次転写部分を取出した説明図
図８は図５のベルト表面方向の抵抗を利用して転写電圧を印加する説明図；
図９は図８のベルト表面方向の抵抗と転写電圧との測定結果の説明図；
図１０は中間転写ローラを転写ニップの下流１０ｍｍに配置した場合の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図１１は中間転写ローラを転写ニップの下流２０ｍｍに配置した場合の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図１２は中間転写ローラを転写ニップの下流３０ｍｍに配置した場合の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図１３は中間転写ローラを転写ニップの下流４５ｍｍに配置した場合の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図１４は本発明の他の実施形態を示した説明図
図１５は中間転写ローラを転写ニップの上流１０ｍｍに配置した場合の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図１６は本発明における中間転写ローラの他の配置例の説明図
図１７は感光体ドラムの数に対し中間転写ローラの数を１つ少なくした実施形態の説明図；
図１８は図１７における各色の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図１９は感光体ドラムの数に対し中間転写ローラの数を２つ少なくした実施形態の説明図；
図２０は図１９における各色の１次転写電圧に対する１次転写効率の特性図；
図２１は感光体ドラムの数に対し中間転写ローラの数を少なくした他の実施形態の説明図；
図２２は本発明で使用する金属性の中間転写電極部材の具体例を列挙した説明図；
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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