JP3560828B2 - 画像形成装置を設計する方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機およびレーザファクシミリ装置などに適用される画像形成装置を設計する方法に関し、特にトナーを複数回順次的に転写して、たとえばカラー画像を形成する画像形成装置を設計する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、該トナーを転写材または中間転写体に転写して画像を形成する画像形成装置および方法が知られている。カラー画像を形成する場合、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＢ（ブラック）の各トナーを像担持体に順次的に付着させ、また転写材または中間転写体に順次的に転写する。
【０００３】
図９は、タンデム転写方式を採用した従来技術である画像形成装置を示す図である。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ毎のドラム状の像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが互いに並列に配置される。各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが担持する静電潜像は、現像部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで、現像器１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによってそれぞれ現像される。また、各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲には、該像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを帯電する帯電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄおよび余分なトナーを除去するクリーニング器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがそれぞれ配置される。
【０００４】
各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには、一対のローラ２３ａ，２３ｂに張架された転写のための単一の誘電体ベルトである転写ベルト７が対向して配置される。また、転写ベルト７を介して、各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ対向して配置される。各転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを電極として、像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとの間にトナーの転写のための電界が形成される。
【０００５】
給紙部２に収容された転写材である転写紙Ｐであって、給紙ローラ１７によって給紙された転写紙Ｐは、静電吸着ローラ８によって帯電されて転写ベルト７に静電吸着されて搬送される。転写紙Ｐには、像担持体１ａと転写ローラ６ａとの間の転写部３ａを通過するときにＹのトナーが転写され、像担持体１ｂと転写ローラ６ｂとの間の転写部３ｂを通過するときにＭのトナーが転写され、像担持体１ｃと転写ローラ６ｃとの間の転写部３ｃを通過するときにＣのトナーが転写され、像担持体１ｄと転写ローラ６ｄとの間の転写部３ｄを通過するときにＢのトナーが転写される。各色のトナー転写後、転写紙Ｐは剥離爪９によって転写ベルト７から剥離され、搬送ローラ１３によって定着ユニット５に搬入される。定着ユニット５では、転写されたトナーが転写紙Ｐに定着される。定着後の転写紙Ｐは、搬送ローラ１４によって定着ユニットから排紙される。
【０００６】
像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとの間を通過した転写ベルト７は、除電器１６によって除電され、またクリーニング器１５によって清掃される。その後、像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとの間を通過して次の画像形成が実施される。
【０００７】
図１０は、従来技術である他の画像形成装置を示す図である。該画像形成装置は、図９の画像形成装置の転写ベルト７に代わって誘電体ドラムである転写ドラム２２を用いたものである。ドラム状の像担持体１の表面には各色の静電潜像が順次的に形成される。また、該像担持体１の周囲には各色の現像器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから成る現像部１８が配置される。各現像器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは各静電潜像を順次的に現像する。付着したトナーは、像担持体１の回転に従って転写ドラム２２と接する転写領域へ搬送される。
【０００８】
転写ドラム２２と像担持体１との間には、電圧印加装置２０によってトナーの転写のための電界が形成される。転写ドラム２２は、給紙ローラ１７によって給紙された転写紙Ｐを、電圧印加装置２１から電圧が供給される静電吸着ローラ８によって静電吸着する。静電吸着された転写紙Ｐは、転写ドラム２２の回転に従って、転写領域へ搬送される。
【０００９】
転写領域では、トナーが転写紙Ｐに転写される。像担持体１および転写ドラム２２の１回転毎に各色のトナーが転写され、４色のトナーがすべて転写された転写紙Ｐは、剥離爪９ａおよび剥離チャージャ９ｂによって転写ドラム２２から剥離されて、定着ユニット５へ搬送される。除電器１６は、転写領域の転写紙搬送方向下流側で転写ドラム２２を除電する。
【００１０】
特開平８−１３７１７４号公報には、図９に示されるようなタンデム転写方式を採用した画像形成装置が開示されている。タンデム転写方式では、転写紙Ｐの上に一旦形成された未定着のトナー上に新たに次色のトナーを転写する。したがって、トナーが飛散する現象や前色のトナーが次色のトナー転写の際に像担持体に戻る現象が生じ、画質が著しく劣化する。該公報では、トナー転写をＹ，Ｍ，Ｃの順番に行って、トナー同士の混色による色度変化を小さくしている。つまり、トナーが飛散したりトナーが像担持体に戻ったりしても、トナーの混色による画質劣化を人の視覚特性を考慮して最低限に抑えるようにしている。
【００１１】
また、特開平６−２８９７３０号公報では、図１０の転写ドラム２２に代わって転写フィルムを用い、該転写フィルムに転写紙Ｐを巻付けている。このような方式では、転写材の種類によらず転写を複数回行う毎に、転写材上のトナーが像担持体に戻る。該公報では、トナー転写の前に転写材と転写フィルムとを挟んで一対の導電体を配置し、転写材（転写材上のトナー）および転写フィルムから放電させてこれらの電位を安定させ、転写材上のトナーが像担持体に戻らないようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
トナーと像担持体とが複数回接することによってトナーが像担持体に戻る現象に対して、像担持体上の清掃を転写直後に行うことによって少なくとも次の画像形成に悪影響を及ぼさないようにする対策がある。しかし、前色のトナーが像担持体に戻るので、この色のトナー画像では画像濃度が部分的に低下したり、廃トナーが大量に発生したりする。また、像担持体に戻る量を考慮して、初期に大量のトナーを転写材に転写する手法もあるが、トナー使用効率が悪く、製造コストが上昇し、またより多くの廃トナーが生じる恐れがある。
【００１３】
特開平８−１３７１７４号公報の技術は、現像器の位置を工夫して人の視覚特性を考慮した設計であり、戻りトナーが次の画像形成時に転写材の上に再度転写されても目立たない。しかし、トナーの飛散をなくすことや像担持体へ戻るトナーをなくすことは考慮されておらず、異なる色のトナーが転写されるので、高画質および高域色再現の画像を形成することはできない。
【００１４】
また、特開平６−２８９７３０号公報の技術では、転写前に転写材上のトナーから余分な電荷を放電させて、転写前の画像電位を安定的に保持している。しかし、未定着のトナー形成領域で放電を発生させているので、放電によってトナー画像が乱れ、優れた画質の画像を形成することができない。
【００１５】
本発明の目的は、像担持体へのトナーの戻りを抑制して、転写材上のトナー画像の乱れを低減することができる画像形成装置を設計する方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯電されたトナーを複数回順次的に担持する像担持体と、
像担持体と対向して配置され、担持されたトナーが複数回順次的に転写される転写材であって、誘電体部材によって支持されて搬送される転写材と、
転写材を介して像担持体と対向して配置され、像担持体との間にトナーの転写のための電界を形成する電圧印加手段と、を備える多重転写を行う画像形成装置を設計する方法において、
前記転写材の体積抵抗率が、１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、
前記電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０（零）を超え、
電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧８００〜３０００Ｖに対して単調に増加し、
前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、
前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とすることを特徴とする画像形成装置を設計する方法である。
【００１７】
本発明に従えば、１回目の転写工程では、像担持体に担持されたトナーが、電圧印加手段によって形成された電界によって、転写材に転写される。２回目以降の転写工程でも、１回目の転写工程と同様にしてトナーが転写される。従来技術では、２回目以降の転写工程において生じるトナーの戻り現象によって、以前の転写工程ですでに転写されたトナーが像担持体上のトナーが担持されていない領域に戻るので、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度が低下してしまう。
【００１８】
本発明では、転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、たとえば転写材が紙のとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とするので、後述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００１９】
また本発明は、帯電されたトナーを複数回順次的に担持する像担持体と、
像担持体と対向して配置され、担持されたトナーが複数回順次的に転写される転写材であって、誘電体部材によって支持されて搬送される転写材と、
転写材を介して像担持体と対向して配置され、像担持体との間にトナーの転写のための電界を形成する電圧印加手段と、を備える多重転写を行う画像形成装置を設計する方法において、
前記転写材の体積抵抗率が、１０12Ω・ｃｍを超えるとき、
前記電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０（零）を超え、
電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧８００〜３０００Ｖに対して単調に増加し、
前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、
前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とすることを特徴とする画像形成装置を設計する方法である。
【００２０】
本発明に従えば、転写材の体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるとき、たとえば転写材がＯＨＰ（オーバヘッドプロジェクタ）シートのとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とするので、後述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００２２】
本発明に従えば、特に電圧印加手段の印加電圧が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲であるとき、トナーが戻ることはなく、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００２３】
また本発明は、前記像担持体は、厚み３０μｍ、比誘電率３．０であり、
前記誘電体部材は、体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１であり、
前記トナー層は、体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、（１）転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のときに、像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とする条件として、または、
（２）転写材の体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるときに、像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とする条件として、
具体的には、像担持体の厚み３０μｍ、比誘電率３．０とし、誘電体部材の体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１とし、トナー層の体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８とする。これによって、トナーの戻り現象を抑制することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置の構成を簡略化して示す図である。該画像形成装置はタンデム転写方式を採用したものであり、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、転写材に転写して画像を形成するものである。Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢのトナーを像担持体に順次的にそれぞれ付着させ、転写材に転写して、カラー画像を形成する例を説明する。
【００３４】
画像形成装置は、各色毎にドラム状の像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、互いに並列に配置される。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、接地された導電性素管表面にＯＰＣ（有機光導電体）膜を形成して構成される。前記導電性素管は、たとえばアルミニウム製である。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面には、レーザ光などを用いた露光によって各色の静電潜像が形成される。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、互いに同じ方向Ｓ１に回転可能である。
【００３５】
また、画像形成装置は、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの周囲に、現像器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄをそれぞれ有する。像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面に形成された静電潜像は、対応する現像器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄのトナーによってそれぞれ現像される。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと各現像器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄとが対向する領域を現像部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとする。
【００３６】
また、画像形成装置は、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの周囲に、該像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面を帯電する帯電器３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、該像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面に残留する余分なトナーを除去するクリーニングブレード３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとをそれぞれ有する。
【００３７】
また、画像形成装置は、像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに対向して一対のローラ４１ａ，４１ｂに張架された転写のための単一の転写ベルト４０を有する。転写ベルト４０は、誘電体から成るエンドレスのベルトである誘電体部材である。
【００３８】
また、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄには、転写ベルト４０を介して転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄがそれぞれ対向して配置される。各転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、弾性体から成り、像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの回転方向Ｓ１に沿った方向Ｓ２に回転可能である。各転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを電極として、像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄとの間にトナーの転写のための電界が形成される。すなわち、転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは電圧印加手段の機能を備える。転写ベルト４０を介して、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと各転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄとが対向する領域を転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄとする。
【００３９】
このような像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄによれば、各色毎に、帯電、露光、現像、転写およびクリーニング工程が繰返される。
【００４０】
なお、前記電圧印加手段としては、転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのようなローラの他に、ブラシ、帯電器、ベルトおよびブレードなどを用いることができ、電圧を印加できる手段であればどのような手段を用いても構わない。
【００４１】
給紙部３７に収容された紙やＯＨＰシートで実現される転写材Ｐは、給紙ローラ３６によって給紙され、ローラ４１ａに所定の電圧を印加し、接地された電極部材である静電吸着ローラ３５によって帯電されて転写ベルト４０に静電吸着される。転写ベルト４０によって方向Ｓ３に搬送される転写材Ｐには、転写部４７ａを通過するときにＹのトナーが転写され、転写部４７ｂを通過するときにＭのトナーが転写され、転写部４７ｃを通過するときにＣのトナーが転写され、転写部４７ｄを通過するときにＢのトナーが転写される。この実施の形態の転写工程ではカラー画像形成の順序をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂとしたが、この配置以外でも実現可能なことは言うまでもない。
【００４２】
各色のトナーが転写された転写材Ｐは剥離爪４２によって転写ベルト４０から強制的に剥離され、定着ガイド４８によって定着ユニットに搬入される。剥離爪４２は、転写ベルト４０の表面に対して近接もしくは離反自在に設けられる。定着ユニットでは、定着ローラ４３によって転写されたトナーが転写材Ｐに定着される。定着ローラ４３は、所定の温度および圧力によってトナーを融着して転写材Ｐに定着する。定着後の転写材Ｐは定着ユニットから排紙される。
【００４３】
転写後の転写ベルト４０は除電器３９によって除電され、またクリーニング器３８によって清掃される。その後、再び転写材Ｐを静電吸着して転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに搬送し、次のトナー画像が転写される。
【００４４】
このように、該画像形成装置では、転写ベルト４０に静電吸着された転写材Ｐには各転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを通過する毎に一色ずつトナーが転写され、すべての転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを通過すると１つのカラー画像が得られる。
【００４５】
図２は、本発明の実施の一形態の他の例である画像形成装置の構成を簡略化して示す図である。該画像形成装置は、転写ドラム４５に転写材Ｐを巻付けて転写ドラム４５を方向Ｓ２に回転させることによって転写材Ｐを方向Ｓ３に搬送し、方向Ｓ１に回転可能な単一の像担持体３０ｅと複数回接触してカラー画像を形成する装置である。
【００４６】
ドラム状の像担持体３０ｅの表面には、露光によって各色毎の静電潜像が順次的に形成される。また、像担持体３０ｅの周囲には各色毎の現像器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがそれぞれ配置され、各静電潜像を順次的に現像する。現像によって像担持体３０ｅに付着したトナーは、該像担持体３０ｅの回転に従って転写ドラム４５と接する転写部へ搬送される。転写部において、転写ドラム４５と像担持体３０ｅとの間には、転写ドラム４５を電極としてトナーの転写のための電界が形成される。すなわち、転写ドラム４５は電圧印加手段の機能を備える。また、転写ドラム４５は、転写材Ｐを静電吸着して転写部へ搬送する、誘電体部材である。転写部では、トナーが転写材Ｐに転写される。像担持体３０ｅおよび転写ドラム４５の１回転毎に各色のトナーが転写され、４回転によって４色のトナーがすべて転写された転写材Ｐは、転写ドラム４５から剥離されて定着ユニットで定着される。
【００５１】
図３は、２回目以降の転写工程で生じるトナーの戻り現象を説明するための図である。ここでは、マイナスに帯電したトナーＴを用いる場合を例に説明する。図３（Ａ）に示されるように、像担持体３０に担持されたｎ＋１回目のトナーＴｎ＋１は、転写工程において、ｎ回目の転写工程ですでに転写されたトナーＴｎを有する転写材Ｐに転写される。正常な転写時には、図３（Ｂ）に示されるように、像担持体３０に担持されたすべてのトナーＴｎ＋１が、すでに転写されているトナーＴｎに悪影響を与えずに転写材Ｐに転写される。
【００５２】
しかし実際には図３（Ｃ）に示されるように、トナーＴｎ＋１が転写されるとき、すでに転写されているトナーＴｎのうちのトナーＴｘが像担持体３０に戻ってしまい、転写不良が生じる。像担持体３０に戻るトナーＴｘは、像担持体３０のトナーＴｎ＋１が担持されていない領域に戻ることが実験的に判明している。したがって、このようなトナーの戻り現象が発生すると、ｎ回目の転写工程で転写材Ｐに転写されたトナー画像の濃度が低下してしまう。なお、像担持体３０は図１の像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄである。
【００５３】
本発明に基づく図１および図２の画像形成装置は、トナー層内部の電界強度に着目して、像担持体３０ａ〜３０ｆの比誘電率および厚み、誘電体部材である転写ベルト４０および転写ドラム４５の体積抵抗率、比誘電率および厚み、像担持体上に形成されるトナー層の体積抵抗率、比誘電率および厚みを最適に設計し、これによってトナーの戻り現象を抑制したものである。なお、本発明に基づく画像形成装置は上述の３種類の画像形成装置に限るものではなく、像担持体に担持されたトナーを転写材に転写し、これを繰返して画像を形成する装置であれば、どのような構成の装置に適用しても構わない。
【００５４】
まず、転写材Ｐとして厚みの異なる紙を用いたときの戻りトナー量について説明する。ここでは、図１の画像形成装置の第２番目の転写部４７ｂでの評価結果を説明する。像担持体３０ｂに関して、厚みを３０μｍとし、比誘電率を３．０とした。また、誘電体部材である転写ベルト４０に関して、体積抵抗率を１．０×１０１３Ω・ｃｍとし、厚みを７５μｍとし、比誘電率を１１とした。さらに、像担持体３０ｂの上に形成されるトナー層に関して、体積抵抗率を５．０×１０１２Ω・ｃｍとし、厚みを３０μｍとし、比誘電率を１．８とした。
【００５５】
像担持体の厚みとは導電性素管表面のＯＰＣ膜の厚みであり、また像担持体の比誘電率とはＯＰＣ膜の比誘電率である。
【００５６】
図４は、電圧印加手段である転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、像担持体３０ｂへの戻りトナーの濃度との関係を、転写材Ｐ毎に評価した結果を示すグラフである。ここで、横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は光学濃度を示す。光学濃度が高い程、戻りトナー量が多いことを示す。また、ラインＬ１は最も薄い紙の結果を示し、ラインＬ２は中間の厚みの紙の結果を示し、ラインＬ３は最も厚い紙の結果を示す。
【００５７】
転写ローラ３４ｂへの印加電圧が高くなるにつれて光学濃度が高くなっており、像担持体３０ｂへの戻りトナー量が多くなっていることが判る。また、薄紙ほどトナーの戻り量が多いことが判る。つまり、厚みが薄い程、転写時にトナー層内部に生じる電界が強くなり、多量のトナーが像担持体３０ｂに戻ると考えられる。
【００５８】
また、戻りトナー量は転写材Ｐの厚みによって大きく異なるが、いずれの転写材Ｐにおいても、像担持体３０ｂからマイナス帯電したトナーを転写材Ｐの上に転写する通常転写時における転写効率は９５％以上という非常に高い値であり、トナーの戻り現象が生じても画像品位は比較的良好であることが確認された。また、厚みの異なる転写材Ｐのうち、トナーの戻り量が最も少ない転写材Ｐは、ラインＬ３で示される厚紙であった。
【００５９】
前記転写効率とは像担持体上のトナーが転写材に移動する割合のことであり、転写効率１００％とは像担持体上のすべてのトナーが転写材に移動したときであり、転写効率０％とはトナーが全く移動しなかったときである。転写効率が高い程、画像品位は良好である。
【００６０】
図５は、トナーの帯電量分布を示すグラフである。ラインＣ１は像担持体３０ｂの上に戻っているトナーの帯電特性を示し、ラインＣ２は転写材Ｐの上のトナーの帯電特性を示す。このグラフから、転写材Ｐの上のプラスに帯電しているトナーが選択的に像担持体３０ｂの上に戻っていると考えられる。また、上述したようにトナー層内部に生じる電界が強い程、戻りトナー量が多くなると考えられる。
【００６１】
次に、トナーの戻り現象の機構を説明する。ここでは、転写時にトナー層内部に生じる電界強度を転写材Ｐ毎に理論計算し、また実験的に確認されている、像担持体３０ｂの上のトナー画像が形成されていない領域に選択的にトナーが戻る場合について説明する。
【００６２】
図６は、本発明に基づく画像形成装置の接触転写方式を説明するための模式図である。転写ベルト４０に静電吸着された転写材Ｐが第２転写部４７ｂに搬送されてくると、転写ローラ３４ｂへの印加電圧の大きさに応じて、像担持体３０ｂと転写材Ｐとの間の領域Ｒ１で放電が起きる。この放電電位を初期値として、次に像担持体３０ｂと転写材Ｐとが、領域Ｒ１に対して転写材搬送方向下流側の領域Ｒ２で接触し、転写ローラ３４ｂへの印加電圧によって、像担持体３０ｂの上のトナーＴが転写材Ｐに転写される。このように、接触転写は、転写前の微小な空隙（領域Ｒ１）で起こるパッシェン放電と、転写時のトナー層と転写材Ｐとの接触部（領域Ｒ２）で起こる電荷注入とから得られる電荷によって形成された電位差によって行われる。
【００６３】
パッシェン放電は、像担持体３０ｂおよび転写材Ｐ間の距離が接近してゆき、トナー層および像担持体３０ｂ間の微小空隙にかかる電界強度が強くなるに連れて、空中絶縁破壊が起きて生じる。転写ローラ３４ｂにはプラスの電圧が印加されているので、放電が起きると、転写材Ｐの上に既に形成されているトナー層にマイナスの電荷が蓄積する。転写ローラ３４ｂは弾性体から成るので、転写時の接触圧によって変形し、転写ニップＲ４が形成される。
【００６４】
このとき、トナー層と像担持体３０ｂとの間および転写ローラ３４ｂと転写ベルト４０との間の２カ所に、微小な空隙である領域Ｒ１および領域Ｒ３が形成される。領域Ｒ１よりも領域Ｒ３の方が転写材搬送方向上流側に形成されるが、領域Ｒ３の像担持体３０ｂの側にはトナー層と像担持体３０ｂと空気層とが存在し、領域Ｒ３と像担持体３０ｂとの距離が比較的大きく、領域Ｒ３に分配される電圧は小さくなる。このため、領域Ｒ３ではパッシェン放電は起こらず、領域Ｒ１のみで起こる。放電終了後、さらに、領域Ｒ２で電荷注入が起き、転写材Ｐの上のトナー層に電圧が印加される。
【００６５】
図７は、電荷注入時の等価回路図である。図７中、Ｖ１〜Ｖ５は、像担持体３０ｂ、領域Ｒ２、トナー層、転写材Ｐおよび転写ベルト４０にかかる電圧をそれぞれ示す。Ｖ６は、転写ローラ３４ｂへの印加電圧を示す。ｒ２〜ｒ５は、領域Ｒ２、トナー層、転写材Ｐおよび転写ベルト４０の抵抗をそれぞれ示す。ｃ１〜ｃ５は、像担持体３０ｂ、領域Ｒ２、トナー層、転写材Ｐおよび転写ベルト４０の静電容量をそれぞれ示す。
【００６６】
パッシェン放電によって帯電した電荷量（放電電位）を初期値として、図７の等価回路をトナー層にかかる電圧Ｖ３について解くと、トナー層内部の帯電電位はパッシェン放電時の帯電電位および電荷注入時の帯電電位の合計値となる。トナー層と転写材Ｐとの接触時間ｔに対する最終帯電電位Ｖ３ｅは、
Ｖ３ｅ ＝ Ａ×（ｂ′×ｅｘｐ（Ｂｔ）−ｃ′×ｅｘｐ（Ｃｔ））
となる。式中、Ａ，Ｂ，Ｃ，ｂ′およびｃ′は、図７の等価回路に依存した定数、すなわち各抵抗値および各静電容量などに依存した定数である。したがって、最終帯電電位Ｖ３ｅは、接触時間ｔとともに変化する指数関数の和として表され、領域２の接触時間ｔによって帯電電位が変化することが判る。
【００６７】
このようにして得られたトナー層上に蓄積された電荷（電位）をトナー層の厚みで除算すると、接触転写方式におけるトナー層内部に形成される電界強度が得られる。
【００６８】
図８は、転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、トナー層内部に形成される電界強度との関係を、転写材Ｐ毎に求め示すグラフである。ここで、横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電界強度（１０６Ｖ／ｍ）を示す。また、ラインＬ１１は最も薄い紙の結果を示し、ラインＬ１２は中間の厚みの紙の結果を示し、ラインＬ１３は最も厚い紙の結果を示す。像担持体３０ｂ、転写ベルト４０およびトナー層に関して、体積抵抗率、厚みおよび比誘電率は上述したのと同様とし、さらに領域Ｒ１に関して、体積抵抗率を２．３×１０８ Ω・ｃｍとし、厚みを１μｍとし、比誘電率を１とした。印加電圧が同じとき、厚みが薄い程トナー層内部に形成される電界が強いことが判る。これは、図４の評価結果に基づく推定と一致する。
【００６９】
図５から転写材Ｐの上にすでに形成されているトナー層内部には逆帯電トナー（プラス帯電トナー）が存在し、この逆帯電トナーは転写時の電界が強い程像担持体３０ｂへ戻る傾向が大きい。転写時には、転写材Ｐから像担持体３０ｂへ向かう向きの電界が必要であるが、転写材Ｐの上のプラスに帯電したトナーは前記向きの電界がかかると像担持体３０ｂへ戻ってしまい、トナーの戻り現象が生じる。
【００７０】
一般に、トナーに働く静電的な力Ｆは、Ｆ＝ｑＥで表される。ここで、ｑはトナーの帯電電荷量を示し、Ｅはトナーにかかる電界強度を示す。すなわち、帯電量の弱いトナーであっても、電界Ｅが強ければ、トナーに働く力Ｆは大きくなる。したがって、転写材Ｐの上のトナーが像担持体３０ｂへ戻る。
【００７１】
転写時にトナー層内部に形成される電界を転写材Ｐの種類によらずに低電界で維持できれば、トナーの戻り量は少なくなると推定できる。また、トナーの転写効率は９５％以上であることが確認されているので、トナー層内部の必要以上の電界は不要であると考えられる。上述した厚みの異なる転写材Ｐは、体積抵抗率が１０１０Ω・ｃｍの紙である。３種類の厚みの紙において、転写時にかかる電圧は薄紙ほど低い。したがって、抵抗の低い転写材Ｐを用いる程、転写時にトナー層内部に形成される電界強度が強くなる。
【００７２】
一般に、光学濃度が０．１以下であれば視覚的な認識は困難であり、そのような低濃度であれば転写材Ｐの上のトナーが像担持体３０ｂに戻ったとしても、画質や画像形成環境にはほとんど悪影響を及ぼさない。すなわち、転写材Ｐの種類によらず、トナー層の内部に形成される電界が図８のラインＬ１３のような傾向を示せば、トナーの戻り量を低減することができる。
【００７３】
（実施例１）
転写材Ｐとして、体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲の紙を用いた例について説明する。転写ベルト４０の体積抵抗率を１．０×１０14Ω・ｃｍとした以外は、像担持体３０ｂ、転写ベルト４０、トナー層および領域Ｒ１の体積抵抗率、厚みおよび比誘電率を上述したのと同様とした。そして、トナー層内部の電界強度を計算したところ、転写材Ｐの体積抵抗率にかかわらず、すべて図８のラインＬ１３とほぼ同様の挙動を示した。また、図２に関連して前述した評価時には転写ベルト４０の体積抵抗率を１．０×１０13Ω・ｃｍとしたが、本実施例で体積抵抗率を１桁上げることによって、紙の種類による体積抵抗率の変動要因を削除して、トナー層内部の電界強度の変動を抑えることができた。
【００７４】
さらに、像担持体３０ｂへのトナーの戻り量を評価したところ、図４のラインＬ３とほぼ同じ挙動を示し、転写材Ｐの種類によらず、トナー戻り量は大きく低減し、高い転写効率が得られた。つまり、転写ローラ３４ｂへの印加電圧Ｖ６が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲のとき、電界強度が０（零）以上で、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が９×１０3 （単位は１／ｍ、以後の説明では、単位を省略することがある）以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１０4 （単位は１／ｍ、以後の説明では、単位を省略することがある）以下であり、トナーの戻り現象が生じることなく、良好な転写が行えることが判る。なお、電界強度が０を超えなければ、転写を行うことができない。
【００７５】
なお、実施例１では、各部材を上述したように設計したが、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が９×１０３ 以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１０４ 以下であり、電界強度の増加の傾向が印加電圧に対して単調に増加すればよく、設計条件は上述したものに限らない。また、転写材Ｐを使用しない場合であっても、トナー層内部に形成される電界強度の増加率および前記接線の傾きが上述した数値を満たすよう、各部材を設計することによって、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
トナー層内部に形成される電界強度の増加率とは、転写ローラ３４ｂへの印加電圧が８００Ｖから３０００Ｖまで変化する際に、トナー層の内部に形成される電界強度の変化の割合である。図８のラインＬ１３を参照して、この場合の増加率は、│（点Ａ２の電界強度（Ｖ／ｍ）−点Ａ１の電界強度（Ｖ／ｍ））│／│（点Ａ２の印加電圧（Ｖ）−点Ａ１の印加電圧（Ｖ））│＝（１９×１０６ −０．５×１０６ ）／（３０００−８００）＝８．４×１０３ となる。つまり、印加電圧と電界強度との関係において、増加傾向が小さい程、トナーの戻り量が少なくなる。
【００７７】
また、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きとは、各印加電圧に対して得られる電界強度のグラフの接線の傾きである。図８のラインＬ１３を参照して、この場合、印加電圧が３０００Ｖのときの接線Ｌ１５の傾きが最も大きく、印加電圧３０００Ｖでの傾きを１０4 以下にすればよいことが判る。なお、前述の数値は、電界強度の単位をＶ／ｍとし、印加電圧の単位をＶとしたが、増加率や接線の傾きはこれらの電界強度および印加電圧の単位の変動に対応して変わる。
【００７８】
一般に使用されている紙の体積抵抗率は１０９ Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍ以下の範囲のものである。また、あらゆる使用環境での転写を考慮して、良好な転写を行うには、転写ローラ３４ｂへの印加電圧を８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲内とすることが好ましい。印加電圧が８００Ｖよりも小さいと、トナー層内部の電界が０（零）となって転写が不可能となり、印加電圧が３０００Ｖよりも大きくなると、転写前にトナー層と像担持体３０ｂとの間で放電が起こって画質が劣化するので好ましくない。
【００７９】
（実施例２）
転写材Ｐとして、体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるＯＨＰシートを用いた場合について説明する。まず、転写材ＰとしてＯＨＰシートを用いたときのトナーの戻り量について説明する。ここでは、図１の画像形成装置の第２番目の転写部４７ｂでの評価結果を説明する。電圧印加手段である転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、像担持体３０ｂへの戻りトナーの濃度との関係を図４のラインＬ４に示す。
【００８０】
転写ローラ３４ｂへの印加電圧が変化しても、光学濃度は一定であり、像担持体３０ｂへのトナーの戻り量はほとんど依存しないことが判る。また、戻りトナーの濃度は０．１と比較的低く、視覚的な認識はほとんど困難である。このような低濃度であれば、トナーが戻ったとしても画質や画像形成環境にはほとんど悪影響は及ぼさない。また、このときの転写効率は、９５％以上という非常に高い値であった。
【００８１】
転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、トナー層内部に形成される電界強度との関係を図８のラインＬ１４に示す。トナー層の内部に形成される電界が図８のラインＬ１４のような傾向を示せば、トナーの戻り量を低減することができる。
【００８２】
ＯＨＰシートで実現される転写材Ｐに関して、体積抵抗率を１０１３Ω・ｃｍ、１０１４Ω・ｃｍおよび７．０×１０１４Ω・ｃｍとした。また、像担持体３０ｂ、転写ベルト４０、トナー層および領域Ｒ１の体積抵抗率、厚みおよび比誘電率を実施例１と同様とした。そして、トナー層内部の電界強度を計算したところ、転写材Ｐの体積抵抗率にかかわらず、すべて図８のラインＬ１４とほぼ同様の挙動を示した。
【００８３】
また、像担持体３０ｂへのトナーの戻り量を評価したところ、図４のラインＬ４とほぼ同じ挙動を示し、トナーの戻り量は大きく低減し、高い転写効率が得られた。つまり、転写ローラ３４ｂへの印加電圧Ｖ６が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲のとき、電界強度が０（零）を超え、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が１０4 以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１４×１０3 以下であり、トナーの戻り現象が生じることなく、良好な転写が行えることが判る。なお、電界強度が０を超えなければ、転写を行うことができない。
【００８４】
なお、実施例２では、各部材を上述したように設計したが、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が１０４ 以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１４×１０３ 以下であり、電界強度の増加の傾向が印加電圧に対して単調に増加すればよく、設計条件は上述したものに限らない。また、転写材Ｐを使用しない場合であっても、トナー層内部に形成される電界強度の増加率および前記接線の傾きが上述した数値を満たすよう、各部材を設計することによって、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
図８のラインＬ１４を参照して、この場合の増加率は、│（点Ｂ２の電界強度（Ｖ／ｍ）−点Ｂ１の電界強度（Ｖ／ｍ））│／│（点Ｂ２の印加電圧（Ｖ）−点Ｂ１の印加電圧（Ｖ））│＝（２１５００×１０3 −０）／（３０００−８００）＝９．８×１０3 となる。つまり、印加電圧と電界強度との関係において、増加傾向が小さい程、トナーの戻り量が少なくなる。また、図８のラインＬ１４を参照して、この場合、印加電圧が３０００Ｖのときの接線Ｌ１６の傾きが最も大きく、印加電圧３０００Ｖでの傾きを１４×１０3 以下にすればよいことが判る。なお、前述の数値は、電界強度の単位をＶ／ｍとし、印加電圧の単位をＶとしたが、増加率や接線の傾きはこれらの電界強度および印加電圧の単位の変動に対応して変わる。
【００８６】
一般に使用されているＯＨＰシートの体積抵抗率は１０12Ω・ｃｍを超えるものである。また、実施例１で説明したのと同じ理由から、あらゆる使用環境での転写を考慮して、良好な転写を行うには、転写ローラ３４ｂへの印加電圧を８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲内とすることが好ましい。
【００８７】
なお、実施例１および２では、図１のタンデム方式の画像形成装置における転写に関して説明したが、本実施例で説明した傾向は、たとえば図２（Ａ）および図２（Ｂ）の画像形成装置における転写に関しても同じであり、図７の等価回路は方式に応じて変更されるが、設定条件の計算方法や算出される値は本実施例と同じ範囲内に入るものである。
【００８８】
また、以上の実施形態で説明したようにして画像を形成する方法も本発明の範囲に属するものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とするので、前述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００９０】
また本発明によれば、転写材の体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とするので、前述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００９１】
また本発明によれば、特に電圧印加手段の印加電圧が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲であるとき、トナーが戻ることはなく、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００９２】
また本発明によれば、転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のときにおよび１０12Ω・ｃｍを超えるときに、具体的に、像担持体の厚み３０μｍ、比誘電率３．０とし、誘電体部材の体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１とし、トナー層の体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８とすることによって、トナーの戻り現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置を簡略化して示す図である。
【図２】 本発明の実施の一形態のさらに他の例である画像形成装置を簡略化して示す図である。
【図３】２回目以降の転写工程で生じるトナーの戻り現象を説明するための図である。
【図４】電圧印加手段である転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、像担持体３０ｂへの戻りトナーの濃度との関係を、転写材Ｐ毎に調べた結果を示すグラフである。
【図５】トナーの帯電量分布を示すグラフである。
【図６】本発明に基づく画像形成装置の接触転写方式を説明するための模式図である。
【図７】電荷注入時の等価回路図である。
【図８】転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、トナー層内部に形成される電界強度との関係を、転写材Ｐ毎に示すグラフである。
【図９】タンデム転写方式を採用した従来技術である画像形成装置を示す図である。
【図１０】従来技術である他の画像形成装置を示す図である。
【符号の説明】
３０，３０ａ〜３０ｅ 像担持体
３１ａ〜３１ｄ 帯電器
３２ａ〜３２ｄ 現像部
３３ａ〜３３ｄ クリーニングブレード
３４ａ〜３４ｄ 転写ローラ
３５ 静電吸着ローラ
３６ 給紙ローラ
３７ 給紙部
３８ クリーニング器
３９ 除電器
４０ 転写ベルト
４１ａ，４１ｂ ローラ
４２ 剥離爪
４３ 定着ローラ
４５ 転写ドラム
４７ａ〜４７ｄ 転写部
４８ 定着ガイド
４９ａ〜４９ｄ 現像器
Ｐ 転写材
Ｓ１ 像担持体回転方向
Ｓ２ 転写部材回転方向
Ｓ３ 転写材搬送方向
Ｔ，Ｔｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｘ トナー
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタ、デジタル複写機およびレーザファクシミリ装置などに適用される画像形成装置を設計する方法に関し、特にトナーを複数回順次的に転写して、たとえばカラー画像を形成する画像形成装置を設計する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、該トナーを転写材または中間転写体に転写して画像を形成する画像形成装置および方法が知られている。カラー画像を形成する場合、Ｙ（イエロ）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＢ（ブラック）の各トナーを像担持体に順次的に付着させ、また転写材または中間転写体に順次的に転写する。
【０００３】
図９は、タンデム転写方式を採用した従来技術である画像形成装置を示す図である。Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂ毎のドラム状の像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが互いに並列に配置される。各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが担持する静電潜像は、現像部４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄで、現像器１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄによってそれぞれ現像される。また、各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲には、該像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを帯電する帯電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄおよび余分なトナーを除去するクリーニング器１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄがそれぞれ配置される。
【０００４】
各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには、一対のローラ２３ａ，２３ｂに張架された転写のための単一の誘電体ベルトである転写ベルト７が対向して配置される。また、転写ベルト７を介して、各像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄには転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ対向して配置される。各転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを電極として、像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄとの間にトナーの転写のための電界が形成される。
【０００５】
給紙部２に収容された転写材である転写紙Ｐであって、給紙ローラ１７によって給紙された転写紙Ｐは、静電吸着ローラ８によって帯電されて転写ベルト７に静電吸着されて搬送される。転写紙Ｐには、像担持体１ａと転写ローラ６ａとの間の転写部３ａを通過するときにＹのトナーが転写され、像担持体１ｂと転写ローラ６ｂとの間の転写部３ｂを通過するときにＭのトナーが転写され、像担持体１ｃと転写ローラ６ｃとの間の転写部３ｃを通過するときにＣのトナーが転写され、像担持体１ｄと転写ローラ６ｄとの間の転写部３ｄを通過するときにＢのトナーが転写される。各色のトナー転写後、転写紙Ｐは剥離爪９によって転写ベルト７から剥離され、搬送ローラ１３によって定着ユニット５に搬入される。定着ユニット５では、転写されたトナーが転写紙Ｐに定着される。定着後の転写紙Ｐは、搬送ローラ１４によって定着ユニットから排紙される。
【０００６】
像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとの間を通過した転写ベルト７は、除電器１６によって除電され、またクリーニング器１５によって清掃される。その後、像担持体１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと転写ローラ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄとの間を通過して次の画像形成が実施される。
【０００７】
図１０は、従来技術である他の画像形成装置を示す図である。該画像形成装置は、図９の画像形成装置の転写ベルト７に代わって誘電体ドラムである転写ドラム２２を用いたものである。ドラム状の像担持体１の表面には各色の静電潜像が順次的に形成される。また、該像担持体１の周囲には各色の現像器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄから成る現像部１８が配置される。各現像器１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは各静電潜像を順次的に現像する。付着したトナーは、像担持体１の回転に従って転写ドラム２２と接する転写領域へ搬送される。
【０００８】
転写ドラム２２と像担持体１との間には、電圧印加装置２０によってトナーの転写のための電界が形成される。転写ドラム２２は、給紙ローラ１７によって給紙された転写紙Ｐを、電圧印加装置２１から電圧が供給される静電吸着ローラ８によって静電吸着する。静電吸着された転写紙Ｐは、転写ドラム２２の回転に従って、転写領域へ搬送される。
【０００９】
転写領域では、トナーが転写紙Ｐに転写される。像担持体１および転写ドラム２２の１回転毎に各色のトナーが転写され、４色のトナーがすべて転写された転写紙Ｐは、剥離爪９ａおよび剥離チャージャ９ｂによって転写ドラム２２から剥離されて、定着ユニット５へ搬送される。除電器１６は、転写領域の転写紙搬送方向下流側で転写ドラム２２を除電する。
【００１０】
特開平８−１３７１７４号公報には、図９に示されるようなタンデム転写方式を採用した画像形成装置が開示されている。タンデム転写方式では、転写紙Ｐの上に一旦形成された未定着のトナー上に新たに次色のトナーを転写する。したがって、トナーが飛散する現象や前色のトナーが次色のトナー転写の際に像担持体に戻る現象が生じ、画質が著しく劣化する。該公報では、トナー転写をＹ，Ｍ，Ｃの順番に行って、トナー同士の混色による色度変化を小さくしている。つまり、トナーが飛散したりトナーが像担持体に戻ったりしても、トナーの混色による画質劣化を人の視覚特性を考慮して最低限に抑えるようにしている。
【００１１】
また、特開平６−２８９７３０号公報では、図１０の転写ドラム２２に代わって転写フィルムを用い、該転写フィルムに転写紙Ｐを巻付けている。このような方式では、転写材の種類によらず転写を複数回行う毎に、転写材上のトナーが像担持体に戻る。該公報では、トナー転写の前に転写材と転写フィルムとを挟んで一対の導電体を配置し、転写材（転写材上のトナー）および転写フィルムから放電させてこれらの電位を安定させ、転写材上のトナーが像担持体に戻らないようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
トナーと像担持体とが複数回接することによってトナーが像担持体に戻る現象に対して、像担持体上の清掃を転写直後に行うことによって少なくとも次の画像形成に悪影響を及ぼさないようにする対策がある。しかし、前色のトナーが像担持体に戻るので、この色のトナー画像では画像濃度が部分的に低下したり、廃トナーが大量に発生したりする。また、像担持体に戻る量を考慮して、初期に大量のトナーを転写材に転写する手法もあるが、トナー使用効率が悪く、製造コストが上昇し、またより多くの廃トナーが生じる恐れがある。
【００１３】
特開平８−１３７１７４号公報の技術は、現像器の位置を工夫して人の視覚特性を考慮した設計であり、戻りトナーが次の画像形成時に転写材の上に再度転写されても目立たない。しかし、トナーの飛散をなくすことや像担持体へ戻るトナーをなくすことは考慮されておらず、異なる色のトナーが転写されるので、高画質および高域色再現の画像を形成することはできない。
【００１４】
また、特開平６−２８９７３０号公報の技術では、転写前に転写材上のトナーから余分な電荷を放電させて、転写前の画像電位を安定的に保持している。しかし、未定着のトナー形成領域で放電を発生させているので、放電によってトナー画像が乱れ、優れた画質の画像を形成することができない。
【００１５】
本発明の目的は、像担持体へのトナーの戻りを抑制して、転写材上のトナー画像の乱れを低減することができる画像形成装置を設計する方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯電されたトナーを複数回順次的に担持する像担持体と、
像担持体と対向して配置され、担持されたトナーが複数回順次的に転写される転写材であって、誘電体部材によって支持されて搬送される転写材と、
転写材を介して像担持体と対向して配置され、像担持体との間にトナーの転写のための電界を形成する電圧印加手段と、を備える多重転写を行う画像形成装置を設計する方法において、
前記転写材の体積抵抗率が、１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、
前記電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０（零）を超え、
電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧８００〜３０００Ｖに対して単調に増加し、
前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、
前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とすることを特徴とする画像形成装置を設計する方法である。
【００１７】
本発明に従えば、１回目の転写工程では、像担持体に担持されたトナーが、電圧印加手段によって形成された電界によって、転写材に転写される。２回目以降の転写工程でも、１回目の転写工程と同様にしてトナーが転写される。従来技術では、２回目以降の転写工程において生じるトナーの戻り現象によって、以前の転写工程ですでに転写されたトナーが像担持体上のトナーが担持されていない領域に戻るので、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度が低下してしまう。
【００１８】
本発明では、転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、たとえば転写材が紙のとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とするので、後述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００１９】
また本発明は、帯電されたトナーを複数回順次的に担持する像担持体と、
像担持体と対向して配置され、担持されたトナーが複数回順次的に転写される転写材であって、誘電体部材によって支持されて搬送される転写材と、
転写材を介して像担持体と対向して配置され、像担持体との間にトナーの転写のための電界を形成する電圧印加手段と、を備える多重転写を行う画像形成装置を設計する方法において、
前記転写材の体積抵抗率が、１０12Ω・ｃｍを超えるとき、
前記電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０（零）を超え、
電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧８００〜３０００Ｖに対して単調に増加し、
前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、
前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とすることを特徴とする画像形成装置を設計する方法である。
【００２０】
本発明に従えば、転写材の体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるとき、たとえば転写材がＯＨＰ（オーバヘッドプロジェクタ）シートのとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とするので、後述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００２２】
本発明に従えば、特に電圧印加手段の印加電圧が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲であるとき、トナーが戻ることはなく、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００２３】
また本発明は、前記像担持体は、厚み３０μｍ、比誘電率３．０であり、
前記誘電体部材は、体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１であり、
前記トナー層は、体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８であることを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、（１）転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のときに、像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とする条件として、または、
（２）転写材の体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるときに、像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とする条件として、
具体的には、像担持体の厚み３０μｍ、比誘電率３．０とし、誘電体部材の体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１とし、トナー層の体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８とする。これによって、トナーの戻り現象を抑制することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である画像形成装置の構成を簡略化して示す図である。該画像形成装置はタンデム転写方式を採用したものであり、像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させて現像し、転写材に転写して画像を形成するものである。Ｙ、Ｍ、ＣおよびＢのトナーを像担持体に順次的にそれぞれ付着させ、転写材に転写して、カラー画像を形成する例を説明する。
【００３４】
画像形成装置は、各色毎にドラム状の像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄを有する。像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、互いに並列に配置される。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、接地された導電性素管表面にＯＰＣ（有機光導電体）膜を形成して構成される。前記導電性素管は、たとえばアルミニウム製である。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面には、レーザ光などを用いた露光によって各色の静電潜像が形成される。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄは、互いに同じ方向Ｓ１に回転可能である。
【００３５】
また、画像形成装置は、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの周囲に、現像器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄをそれぞれ有する。像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面に形成された静電潜像は、対応する現像器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄのトナーによってそれぞれ現像される。各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと各現像器４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄとが対向する領域を現像部３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄとする。
【００３６】
また、画像形成装置は、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの周囲に、該像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面を帯電する帯電器３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄと、該像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの表面に残留する余分なトナーを除去するクリーニングブレード３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとをそれぞれ有する。
【００３７】
また、画像形成装置は、像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄに対向して一対のローラ４１ａ，４１ｂに張架された転写のための単一の転写ベルト４０を有する。転写ベルト４０は、誘電体から成るエンドレスのベルトである誘電体部材である。
【００３８】
また、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄには、転写ベルト４０を介して転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄがそれぞれ対向して配置される。各転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、弾性体から成り、像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄの回転方向Ｓ１に沿った方向Ｓ２に回転可能である。各転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを電極として、像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄとの間にトナーの転写のための電界が形成される。すなわち、転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは電圧印加手段の機能を備える。転写ベルト４０を介して、各像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄと各転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄとが対向する領域を転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄとする。
【００３９】
このような像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄによれば、各色毎に、帯電、露光、現像、転写およびクリーニング工程が繰返される。
【００４０】
なお、前記電圧印加手段としては、転写ローラ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄのようなローラの他に、ブラシ、帯電器、ベルトおよびブレードなどを用いることができ、電圧を印加できる手段であればどのような手段を用いても構わない。
【００４１】
給紙部３７に収容された紙やＯＨＰシートで実現される転写材Ｐは、給紙ローラ３６によって給紙され、ローラ４１ａに所定の電圧を印加し、接地された電極部材である静電吸着ローラ３５によって帯電されて転写ベルト４０に静電吸着される。転写ベルト４０によって方向Ｓ３に搬送される転写材Ｐには、転写部４７ａを通過するときにＹのトナーが転写され、転写部４７ｂを通過するときにＭのトナーが転写され、転写部４７ｃを通過するときにＣのトナーが転写され、転写部４７ｄを通過するときにＢのトナーが転写される。この実施の形態の転写工程ではカラー画像形成の順序をＹ，Ｍ，Ｃ，Ｂとしたが、この配置以外でも実現可能なことは言うまでもない。
【００４２】
各色のトナーが転写された転写材Ｐは剥離爪４２によって転写ベルト４０から強制的に剥離され、定着ガイド４８によって定着ユニットに搬入される。剥離爪４２は、転写ベルト４０の表面に対して近接もしくは離反自在に設けられる。定着ユニットでは、定着ローラ４３によって転写されたトナーが転写材Ｐに定着される。定着ローラ４３は、所定の温度および圧力によってトナーを融着して転写材Ｐに定着する。定着後の転写材Ｐは定着ユニットから排紙される。
【００４３】
転写後の転写ベルト４０は除電器３９によって除電され、またクリーニング器３８によって清掃される。その後、再び転写材Ｐを静電吸着して転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄに搬送し、次のトナー画像が転写される。
【００４４】
このように、該画像形成装置では、転写ベルト４０に静電吸着された転写材Ｐには各転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを通過する毎に一色ずつトナーが転写され、すべての転写部４７ａ，４７ｂ，４７ｃ，４７ｄを通過すると１つのカラー画像が得られる。
【００４５】
図２は、本発明の実施の一形態の他の例である画像形成装置の構成を簡略化して示す図である。該画像形成装置は、転写ドラム４５に転写材Ｐを巻付けて転写ドラム４５を方向Ｓ２に回転させることによって転写材Ｐを方向Ｓ３に搬送し、方向Ｓ１に回転可能な単一の像担持体３０ｅと複数回接触してカラー画像を形成する装置である。
【００４６】
ドラム状の像担持体３０ｅの表面には、露光によって各色毎の静電潜像が順次的に形成される。また、像担持体３０ｅの周囲には各色毎の現像器３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄがそれぞれ配置され、各静電潜像を順次的に現像する。現像によって像担持体３０ｅに付着したトナーは、該像担持体３０ｅの回転に従って転写ドラム４５と接する転写部へ搬送される。転写部において、転写ドラム４５と像担持体３０ｅとの間には、転写ドラム４５を電極としてトナーの転写のための電界が形成される。すなわち、転写ドラム４５は電圧印加手段の機能を備える。また、転写ドラム４５は、転写材Ｐを静電吸着して転写部へ搬送する、誘電体部材である。転写部では、トナーが転写材Ｐに転写される。像担持体３０ｅおよび転写ドラム４５の１回転毎に各色のトナーが転写され、４回転によって４色のトナーがすべて転写された転写材Ｐは、転写ドラム４５から剥離されて定着ユニットで定着される。
【００５１】
図３は、２回目以降の転写工程で生じるトナーの戻り現象を説明するための図である。ここでは、マイナスに帯電したトナーＴを用いる場合を例に説明する。図３（Ａ）に示されるように、像担持体３０に担持されたｎ＋１回目のトナーＴｎ＋１は、転写工程において、ｎ回目の転写工程ですでに転写されたトナーＴｎを有する転写材Ｐに転写される。正常な転写時には、図３（Ｂ）に示されるように、像担持体３０に担持されたすべてのトナーＴｎ＋１が、すでに転写されているトナーＴｎに悪影響を与えずに転写材Ｐに転写される。
【００５２】
しかし実際には図３（Ｃ）に示されるように、トナーＴｎ＋１が転写されるとき、すでに転写されているトナーＴｎのうちのトナーＴｘが像担持体３０に戻ってしまい、転写不良が生じる。像担持体３０に戻るトナーＴｘは、像担持体３０のトナーＴｎ＋１が担持されていない領域に戻ることが実験的に判明している。したがって、このようなトナーの戻り現象が発生すると、ｎ回目の転写工程で転写材Ｐに転写されたトナー画像の濃度が低下してしまう。なお、像担持体３０は図１の像担持体３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄである。
【００５３】
本発明に基づく図１および図２の画像形成装置は、トナー層内部の電界強度に着目して、像担持体３０ａ〜３０ｆの比誘電率および厚み、誘電体部材である転写ベルト４０および転写ドラム４５の体積抵抗率、比誘電率および厚み、像担持体上に形成されるトナー層の体積抵抗率、比誘電率および厚みを最適に設計し、これによってトナーの戻り現象を抑制したものである。なお、本発明に基づく画像形成装置は上述の３種類の画像形成装置に限るものではなく、像担持体に担持されたトナーを転写材に転写し、これを繰返して画像を形成する装置であれば、どのような構成の装置に適用しても構わない。
【００５４】
まず、転写材Ｐとして厚みの異なる紙を用いたときの戻りトナー量について説明する。ここでは、図１の画像形成装置の第２番目の転写部４７ｂでの評価結果を説明する。像担持体３０ｂに関して、厚みを３０μｍとし、比誘電率を３．０とした。また、誘電体部材である転写ベルト４０に関して、体積抵抗率を１．０×１０１３Ω・ｃｍとし、厚みを７５μｍとし、比誘電率を１１とした。さらに、像担持体３０ｂの上に形成されるトナー層に関して、体積抵抗率を５．０×１０１２Ω・ｃｍとし、厚みを３０μｍとし、比誘電率を１．８とした。
【００５５】
像担持体の厚みとは導電性素管表面のＯＰＣ膜の厚みであり、また像担持体の比誘電率とはＯＰＣ膜の比誘電率である。
【００５６】
図４は、電圧印加手段である転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、像担持体３０ｂへの戻りトナーの濃度との関係を、転写材Ｐ毎に評価した結果を示すグラフである。ここで、横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は光学濃度を示す。光学濃度が高い程、戻りトナー量が多いことを示す。また、ラインＬ１は最も薄い紙の結果を示し、ラインＬ２は中間の厚みの紙の結果を示し、ラインＬ３は最も厚い紙の結果を示す。
【００５７】
転写ローラ３４ｂへの印加電圧が高くなるにつれて光学濃度が高くなっており、像担持体３０ｂへの戻りトナー量が多くなっていることが判る。また、薄紙ほどトナーの戻り量が多いことが判る。つまり、厚みが薄い程、転写時にトナー層内部に生じる電界が強くなり、多量のトナーが像担持体３０ｂに戻ると考えられる。
【００５８】
また、戻りトナー量は転写材Ｐの厚みによって大きく異なるが、いずれの転写材Ｐにおいても、像担持体３０ｂからマイナス帯電したトナーを転写材Ｐの上に転写する通常転写時における転写効率は９５％以上という非常に高い値であり、トナーの戻り現象が生じても画像品位は比較的良好であることが確認された。また、厚みの異なる転写材Ｐのうち、トナーの戻り量が最も少ない転写材Ｐは、ラインＬ３で示される厚紙であった。
【００５９】
前記転写効率とは像担持体上のトナーが転写材に移動する割合のことであり、転写効率１００％とは像担持体上のすべてのトナーが転写材に移動したときであり、転写効率０％とはトナーが全く移動しなかったときである。転写効率が高い程、画像品位は良好である。
【００６０】
図５は、トナーの帯電量分布を示すグラフである。ラインＣ１は像担持体３０ｂの上に戻っているトナーの帯電特性を示し、ラインＣ２は転写材Ｐの上のトナーの帯電特性を示す。このグラフから、転写材Ｐの上のプラスに帯電しているトナーが選択的に像担持体３０ｂの上に戻っていると考えられる。また、上述したようにトナー層内部に生じる電界が強い程、戻りトナー量が多くなると考えられる。
【００６１】
次に、トナーの戻り現象の機構を説明する。ここでは、転写時にトナー層内部に生じる電界強度を転写材Ｐ毎に理論計算し、また実験的に確認されている、像担持体３０ｂの上のトナー画像が形成されていない領域に選択的にトナーが戻る場合について説明する。
【００６２】
図６は、本発明に基づく画像形成装置の接触転写方式を説明するための模式図である。転写ベルト４０に静電吸着された転写材Ｐが第２転写部４７ｂに搬送されてくると、転写ローラ３４ｂへの印加電圧の大きさに応じて、像担持体３０ｂと転写材Ｐとの間の領域Ｒ１で放電が起きる。この放電電位を初期値として、次に像担持体３０ｂと転写材Ｐとが、領域Ｒ１に対して転写材搬送方向下流側の領域Ｒ２で接触し、転写ローラ３４ｂへの印加電圧によって、像担持体３０ｂの上のトナーＴが転写材Ｐに転写される。このように、接触転写は、転写前の微小な空隙（領域Ｒ１）で起こるパッシェン放電と、転写時のトナー層と転写材Ｐとの接触部（領域Ｒ２）で起こる電荷注入とから得られる電荷によって形成された電位差によって行われる。
【００６３】
パッシェン放電は、像担持体３０ｂおよび転写材Ｐ間の距離が接近してゆき、トナー層および像担持体３０ｂ間の微小空隙にかかる電界強度が強くなるに連れて、空中絶縁破壊が起きて生じる。転写ローラ３４ｂにはプラスの電圧が印加されているので、放電が起きると、転写材Ｐの上に既に形成されているトナー層にマイナスの電荷が蓄積する。転写ローラ３４ｂは弾性体から成るので、転写時の接触圧によって変形し、転写ニップＲ４が形成される。
【００６４】
このとき、トナー層と像担持体３０ｂとの間および転写ローラ３４ｂと転写ベルト４０との間の２カ所に、微小な空隙である領域Ｒ１および領域Ｒ３が形成される。領域Ｒ１よりも領域Ｒ３の方が転写材搬送方向上流側に形成されるが、領域Ｒ３の像担持体３０ｂの側にはトナー層と像担持体３０ｂと空気層とが存在し、領域Ｒ３と像担持体３０ｂとの距離が比較的大きく、領域Ｒ３に分配される電圧は小さくなる。このため、領域Ｒ３ではパッシェン放電は起こらず、領域Ｒ１のみで起こる。放電終了後、さらに、領域Ｒ２で電荷注入が起き、転写材Ｐの上のトナー層に電圧が印加される。
【００６５】
図７は、電荷注入時の等価回路図である。図７中、Ｖ１〜Ｖ５は、像担持体３０ｂ、領域Ｒ２、トナー層、転写材Ｐおよび転写ベルト４０にかかる電圧をそれぞれ示す。Ｖ６は、転写ローラ３４ｂへの印加電圧を示す。ｒ２〜ｒ５は、領域Ｒ２、トナー層、転写材Ｐおよび転写ベルト４０の抵抗をそれぞれ示す。ｃ１〜ｃ５は、像担持体３０ｂ、領域Ｒ２、トナー層、転写材Ｐおよび転写ベルト４０の静電容量をそれぞれ示す。
【００６６】
パッシェン放電によって帯電した電荷量（放電電位）を初期値として、図７の等価回路をトナー層にかかる電圧Ｖ３について解くと、トナー層内部の帯電電位はパッシェン放電時の帯電電位および電荷注入時の帯電電位の合計値となる。トナー層と転写材Ｐとの接触時間ｔに対する最終帯電電位Ｖ３ｅは、
Ｖ３ｅ ＝ Ａ×（ｂ′×ｅｘｐ（Ｂｔ）−ｃ′×ｅｘｐ（Ｃｔ））
となる。式中、Ａ，Ｂ，Ｃ，ｂ′およびｃ′は、図７の等価回路に依存した定数、すなわち各抵抗値および各静電容量などに依存した定数である。したがって、最終帯電電位Ｖ３ｅは、接触時間ｔとともに変化する指数関数の和として表され、領域２の接触時間ｔによって帯電電位が変化することが判る。
【００６７】
このようにして得られたトナー層上に蓄積された電荷（電位）をトナー層の厚みで除算すると、接触転写方式におけるトナー層内部に形成される電界強度が得られる。
【００６８】
図８は、転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、トナー層内部に形成される電界強度との関係を、転写材Ｐ毎に求め示すグラフである。ここで、横軸は印加電圧（Ｖ）を示し、縦軸は電界強度（１０６Ｖ／ｍ）を示す。また、ラインＬ１１は最も薄い紙の結果を示し、ラインＬ１２は中間の厚みの紙の結果を示し、ラインＬ１３は最も厚い紙の結果を示す。像担持体３０ｂ、転写ベルト４０およびトナー層に関して、体積抵抗率、厚みおよび比誘電率は上述したのと同様とし、さらに領域Ｒ１に関して、体積抵抗率を２．３×１０８ Ω・ｃｍとし、厚みを１μｍとし、比誘電率を１とした。印加電圧が同じとき、厚みが薄い程トナー層内部に形成される電界が強いことが判る。これは、図４の評価結果に基づく推定と一致する。
【００６９】
図５から転写材Ｐの上にすでに形成されているトナー層内部には逆帯電トナー（プラス帯電トナー）が存在し、この逆帯電トナーは転写時の電界が強い程像担持体３０ｂへ戻る傾向が大きい。転写時には、転写材Ｐから像担持体３０ｂへ向かう向きの電界が必要であるが、転写材Ｐの上のプラスに帯電したトナーは前記向きの電界がかかると像担持体３０ｂへ戻ってしまい、トナーの戻り現象が生じる。
【００７０】
一般に、トナーに働く静電的な力Ｆは、Ｆ＝ｑＥで表される。ここで、ｑはトナーの帯電電荷量を示し、Ｅはトナーにかかる電界強度を示す。すなわち、帯電量の弱いトナーであっても、電界Ｅが強ければ、トナーに働く力Ｆは大きくなる。したがって、転写材Ｐの上のトナーが像担持体３０ｂへ戻る。
【００７１】
転写時にトナー層内部に形成される電界を転写材Ｐの種類によらずに低電界で維持できれば、トナーの戻り量は少なくなると推定できる。また、トナーの転写効率は９５％以上であることが確認されているので、トナー層内部の必要以上の電界は不要であると考えられる。上述した厚みの異なる転写材Ｐは、体積抵抗率が１０１０Ω・ｃｍの紙である。３種類の厚みの紙において、転写時にかかる電圧は薄紙ほど低い。したがって、抵抗の低い転写材Ｐを用いる程、転写時にトナー層内部に形成される電界強度が強くなる。
【００７２】
一般に、光学濃度が０．１以下であれば視覚的な認識は困難であり、そのような低濃度であれば転写材Ｐの上のトナーが像担持体３０ｂに戻ったとしても、画質や画像形成環境にはほとんど悪影響を及ぼさない。すなわち、転写材Ｐの種類によらず、トナー層の内部に形成される電界が図８のラインＬ１３のような傾向を示せば、トナーの戻り量を低減することができる。
【００７３】
（実施例１）
転写材Ｐとして、体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲の紙を用いた例について説明する。転写ベルト４０の体積抵抗率を１．０×１０14Ω・ｃｍとした以外は、像担持体３０ｂ、転写ベルト４０、トナー層および領域Ｒ１の体積抵抗率、厚みおよび比誘電率を上述したのと同様とした。そして、トナー層内部の電界強度を計算したところ、転写材Ｐの体積抵抗率にかかわらず、すべて図８のラインＬ１３とほぼ同様の挙動を示した。また、図２に関連して前述した評価時には転写ベルト４０の体積抵抗率を１．０×１０13Ω・ｃｍとしたが、本実施例で体積抵抗率を１桁上げることによって、紙の種類による体積抵抗率の変動要因を削除して、トナー層内部の電界強度の変動を抑えることができた。
【００７４】
さらに、像担持体３０ｂへのトナーの戻り量を評価したところ、図４のラインＬ３とほぼ同じ挙動を示し、転写材Ｐの種類によらず、トナー戻り量は大きく低減し、高い転写効率が得られた。つまり、転写ローラ３４ｂへの印加電圧Ｖ６が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲のとき、電界強度が０（零）以上で、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が９×１０3 （単位は１／ｍ、以後の説明では、単位を省略することがある）以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１０4 （単位は１／ｍ、以後の説明では、単位を省略することがある）以下であり、トナーの戻り現象が生じることなく、良好な転写が行えることが判る。なお、電界強度が０を超えなければ、転写を行うことができない。
【００７５】
なお、実施例１では、各部材を上述したように設計したが、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が９×１０３ 以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１０４ 以下であり、電界強度の増加の傾向が印加電圧に対して単調に増加すればよく、設計条件は上述したものに限らない。また、転写材Ｐを使用しない場合であっても、トナー層内部に形成される電界強度の増加率および前記接線の傾きが上述した数値を満たすよう、各部材を設計することによって、同様の効果を得ることができる。
【００７６】
トナー層内部に形成される電界強度の増加率とは、転写ローラ３４ｂへの印加電圧が８００Ｖから３０００Ｖまで変化する際に、トナー層の内部に形成される電界強度の変化の割合である。図８のラインＬ１３を参照して、この場合の増加率は、│（点Ａ２の電界強度（Ｖ／ｍ）−点Ａ１の電界強度（Ｖ／ｍ））│／│（点Ａ２の印加電圧（Ｖ）−点Ａ１の印加電圧（Ｖ））│＝（１９×１０６ −０．５×１０６ ）／（３０００−８００）＝８．４×１０３ となる。つまり、印加電圧と電界強度との関係において、増加傾向が小さい程、トナーの戻り量が少なくなる。
【００７７】
また、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きとは、各印加電圧に対して得られる電界強度のグラフの接線の傾きである。図８のラインＬ１３を参照して、この場合、印加電圧が３０００Ｖのときの接線Ｌ１５の傾きが最も大きく、印加電圧３０００Ｖでの傾きを１０4 以下にすればよいことが判る。なお、前述の数値は、電界強度の単位をＶ／ｍとし、印加電圧の単位をＶとしたが、増加率や接線の傾きはこれらの電界強度および印加電圧の単位の変動に対応して変わる。
【００７８】
一般に使用されている紙の体積抵抗率は１０９ Ω・ｃｍ以上１０１２Ω・ｃｍ以下の範囲のものである。また、あらゆる使用環境での転写を考慮して、良好な転写を行うには、転写ローラ３４ｂへの印加電圧を８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲内とすることが好ましい。印加電圧が８００Ｖよりも小さいと、トナー層内部の電界が０（零）となって転写が不可能となり、印加電圧が３０００Ｖよりも大きくなると、転写前にトナー層と像担持体３０ｂとの間で放電が起こって画質が劣化するので好ましくない。
【００７９】
（実施例２）
転写材Ｐとして、体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるＯＨＰシートを用いた場合について説明する。まず、転写材ＰとしてＯＨＰシートを用いたときのトナーの戻り量について説明する。ここでは、図１の画像形成装置の第２番目の転写部４７ｂでの評価結果を説明する。電圧印加手段である転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、像担持体３０ｂへの戻りトナーの濃度との関係を図４のラインＬ４に示す。
【００８０】
転写ローラ３４ｂへの印加電圧が変化しても、光学濃度は一定であり、像担持体３０ｂへのトナーの戻り量はほとんど依存しないことが判る。また、戻りトナーの濃度は０．１と比較的低く、視覚的な認識はほとんど困難である。このような低濃度であれば、トナーが戻ったとしても画質や画像形成環境にはほとんど悪影響は及ぼさない。また、このときの転写効率は、９５％以上という非常に高い値であった。
【００８１】
転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、トナー層内部に形成される電界強度との関係を図８のラインＬ１４に示す。トナー層の内部に形成される電界が図８のラインＬ１４のような傾向を示せば、トナーの戻り量を低減することができる。
【００８２】
ＯＨＰシートで実現される転写材Ｐに関して、体積抵抗率を１０１３Ω・ｃｍ、１０１４Ω・ｃｍおよび７．０×１０１４Ω・ｃｍとした。また、像担持体３０ｂ、転写ベルト４０、トナー層および領域Ｒ１の体積抵抗率、厚みおよび比誘電率を実施例１と同様とした。そして、トナー層内部の電界強度を計算したところ、転写材Ｐの体積抵抗率にかかわらず、すべて図８のラインＬ１４とほぼ同様の挙動を示した。
【００８３】
また、像担持体３０ｂへのトナーの戻り量を評価したところ、図４のラインＬ４とほぼ同じ挙動を示し、トナーの戻り量は大きく低減し、高い転写効率が得られた。つまり、転写ローラ３４ｂへの印加電圧Ｖ６が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲のとき、電界強度が０（零）を超え、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が１０4 以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１４×１０3 以下であり、トナーの戻り現象が生じることなく、良好な転写が行えることが判る。なお、電界強度が０を超えなければ、転写を行うことができない。
【００８４】
なお、実施例２では、各部材を上述したように設計したが、トナー層内部に形成される電界強度の増加率が１０４ 以下であり、印加電圧と電界強度との関係における接線の傾きが１４×１０３ 以下であり、電界強度の増加の傾向が印加電圧に対して単調に増加すればよく、設計条件は上述したものに限らない。また、転写材Ｐを使用しない場合であっても、トナー層内部に形成される電界強度の増加率および前記接線の傾きが上述した数値を満たすよう、各部材を設計することによって、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
図８のラインＬ１４を参照して、この場合の増加率は、│（点Ｂ２の電界強度（Ｖ／ｍ）−点Ｂ１の電界強度（Ｖ／ｍ））│／│（点Ｂ２の印加電圧（Ｖ）−点Ｂ１の印加電圧（Ｖ））│＝（２１５００×１０3 −０）／（３０００−８００）＝９．８×１０3 となる。つまり、印加電圧と電界強度との関係において、増加傾向が小さい程、トナーの戻り量が少なくなる。また、図８のラインＬ１４を参照して、この場合、印加電圧が３０００Ｖのときの接線Ｌ１６の傾きが最も大きく、印加電圧３０００Ｖでの傾きを１４×１０3 以下にすればよいことが判る。なお、前述の数値は、電界強度の単位をＶ／ｍとし、印加電圧の単位をＶとしたが、増加率や接線の傾きはこれらの電界強度および印加電圧の単位の変動に対応して変わる。
【００８６】
一般に使用されているＯＨＰシートの体積抵抗率は１０12Ω・ｃｍを超えるものである。また、実施例１で説明したのと同じ理由から、あらゆる使用環境での転写を考慮して、良好な転写を行うには、転写ローラ３４ｂへの印加電圧を８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲内とすることが好ましい。
【００８７】
なお、実施例１および２では、図１のタンデム方式の画像形成装置における転写に関して説明したが、本実施例で説明した傾向は、たとえば図２（Ａ）および図２（Ｂ）の画像形成装置における転写に関しても同じであり、図７の等価回路は方式に応じて変更されるが、設定条件の計算方法や算出される値は本実施例と同じ範囲内に入るものである。
【００８８】
また、以上の実施形態で説明したようにして画像を形成する方法も本発明の範囲に属するものである。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とするので、前述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００９０】
また本発明によれば、転写材の体積抵抗率が１０12Ω・ｃｍを超えるとき、電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０を超え、電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧に対して単調に増加し、前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層の内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とするので、前述のように転写材の体積抵抗率の変動によらずに、トナーの戻り現象を抑制することができ、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００９１】
また本発明によれば、特に電圧印加手段の印加電圧が８００Ｖ〜３０００Ｖの範囲であるとき、トナーが戻ることはなく、以前の転写工程で正常に転写されたトナーの濃度低下による画像の乱れを防止することができる。
【００９２】
また本発明によれば、転写材の体積抵抗率が１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のときにおよび１０12Ω・ｃｍを超えるときに、具体的に、像担持体の厚み３０μｍ、比誘電率３．０とし、誘電体部材の体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１とし、トナー層の体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８とすることによって、トナーの戻り現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置を簡略化して示す図である。
【図２】 本発明の実施の一形態のさらに他の例である画像形成装置を簡略化して示す図である。
【図３】２回目以降の転写工程で生じるトナーの戻り現象を説明するための図である。
【図４】電圧印加手段である転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、像担持体３０ｂへの戻りトナーの濃度との関係を、転写材Ｐ毎に調べた結果を示すグラフである。
【図５】トナーの帯電量分布を示すグラフである。
【図６】本発明に基づく画像形成装置の接触転写方式を説明するための模式図である。
【図７】電荷注入時の等価回路図である。
【図８】転写ローラ３４ｂへの印加電圧と、トナー層内部に形成される電界強度との関係を、転写材Ｐ毎に示すグラフである。
【図９】タンデム転写方式を採用した従来技術である画像形成装置を示す図である。
【図１０】従来技術である他の画像形成装置を示す図である。
【符号の説明】
３０，３０ａ〜３０ｅ 像担持体
３１ａ〜３１ｄ 帯電器
３２ａ〜３２ｄ 現像部
３３ａ〜３３ｄ クリーニングブレード
３４ａ〜３４ｄ 転写ローラ
３５ 静電吸着ローラ
３６ 給紙ローラ
３７ 給紙部
３８ クリーニング器
３９ 除電器
４０ 転写ベルト
４１ａ，４１ｂ ローラ
４２ 剥離爪
４３ 定着ローラ
４５ 転写ドラム
４７ａ〜４７ｄ 転写部
４８ 定着ガイド
４９ａ〜４９ｄ 現像器
Ｐ 転写材
Ｓ１ 像担持体回転方向
Ｓ２ 転写部材回転方向
Ｓ３ 転写材搬送方向
Ｔ，Ｔｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｘ トナー
Claims (3)
- 帯電されたトナーを複数回順次的に担持する像担持体と、
像担持体と対向して配置され、担持されたトナーが複数回順次的に転写される転写材であって、誘電体部材によって支持されて搬送される転写材と、
転写材を介して像担持体と対向して配置され、像担持体との間にトナーの転写のための電界を形成する電圧印加手段と、を備える多重転写を行う画像形成装置を設計する方法において、
前記転写材の体積抵抗率が、１０9 Ω・ｃｍ以上１０12Ω・ｃｍ以下の範囲のとき、
前記電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０（零）を超え、
電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧８００〜３０００Ｖに対して単調に増加し、
前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、９×１０3 以下とし、
前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とすることを特徴とする画像形成装置を設計する方法。 - 帯電されたトナーを複数回順次的に担持する像担持体と、
像担持体と対向して配置され、担持されたトナーが複数回順次的に転写される転写材であって、誘電体部材によって支持されて搬送される転写材と、
転写材を介して像担持体と対向して配置され、像担持体との間にトナーの転写のための電界を形成する電圧印加手段と、を備える多重転写を行う画像形成装置を設計する方法において、
前記転写材の体積抵抗率が、１０12Ω・ｃｍを超えるとき、
前記電圧印加手段によって像担持体上のトナー層内部に形成される電界強度が０（零）を超え、
電界強度の増加の傾向が、電圧印加手段に与えられる印加電圧８００〜３０００Ｖに対して単調に増加し、
前記印加電圧の変化量に対する転写材上のトナー層内部に形成される電界強度の変化量の割合である電界強度の増加率（単位は１／ｍ）を、１０4 以下とし、
前記印加電圧に対する電界強度を表すグラフの接線の傾きの最大値（単位は１／ｍ）を、１４×１０3 以下とすることを特徴とする画像形成装置を設計する方法。 - 前記像担持体は、厚み３０μｍ、比誘電率３．０であり、
前記誘電体部材は、体積抵抗率１．０×１０13Ω・ｃｍ、厚み７５μｍ、比誘電率１１であり、
前記トナー層は、体積抵抗率５．０×１０12Ω・ｃｍ、厚み３０μｍ、比誘電率１．８であることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置を設計する方法。
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