JP3694580B2 - 画像形成装置における転写条件の設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体等の像担持体と転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写方法及び装置、並びにこの転写方法を実施する画像形成方法及び装置（複写機、プリンター、ファクシミリ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を用いる複写機やプリンターなどの画像形成装置においては、複数色のトナー像を重ね転写によってカラー画像を得るものが幾つか実用化されている。転写ドラム方式は、転写ドラムに巻装されるフィルムに転写材を巻き付け、その転写材に像担持体としての感光体から順次複数色のトナー像を重ね転写する方式で、フィルムに転写材を巻き付けるため転写材を静電的に保持する必要が有り、フイルムには絶縁体が使用される。中間転写方式は、中間転写体に直接感光体から順次複数色のトナー像を重ね転写し、中間転写体上の重ねトナー像を転写材に一括して転写する方式で、転写材を巻き付ける必要がないため中間転写体に絶縁体を用いる必要がなく、中抵抗体（体積抵抗：１０7〜１０14Ωｃｍ）を用いることができる。中抵抗体は付与された電荷が所定の時定数により自然減衰するため、中間転写体に中抵抗体を用いた中間転写方式は、絶縁体を用いる転写ドラム方式のように付与された転写電荷を強制的に除電する除電手段を設ける必要がなく、ペーパーフリー性、全面コピーなどの利点に加え、オゾン低減、省電力などの点で更に有利といえる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記中間転写方式で中間転写体に中抵抗体を用いた場合は、中抵抗体が絶縁体に比べ、抵抗値ムラが大きく環境変化や使用によって抵抗変化が生じやすく、電気的に不安定であるため、転写後の文字、ライン画像に「転写チリ」又は「転写ニジミ」と称する異常画像が発生することがある。
【０００４】
この問題を解決するために出願人は、像担持体と転写体との接触部（転写ニッブ）で転写電荷を除電する転写方法及び画像形成装置を提案した（特願平８−１８３２１０号、特願平９−１５０１９７号参照）。この転写方法及び画像形成装置によれば、中間転写体に中抵抗体を用いた場合であっても、「転写チリ」又は「転写ニジミ」などの異常画像の発生を効果的に抑制することが可能となった。
【０００５】
本発明者らが上記特願平９−１５０１９７号等で提案した構成に関して鋭意解析、実験及び検討を行ったところ、上記転写電荷の付与条件や除電条件によっては所望の転写効率が得られなかったり、転写画像劣化が発生したりする場合があることがわかった。本発明は、上記解析等に基づく、上記特願平９−１５０１９７号等で提案した構成の改良に関するものである。
【０００６】
本発明は以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、像担持体と転写体との接触部内において転写電荷を減少させて除電する転写装置を備えた画像形成装置において良好な転写効率を得ることができるとともに、上記接触部の終点におけるパッシェン放電による転写画像劣化を防止することができる転写条件の設定方法を提供することである。
【００３４】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位をＶ１［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが３．１〜１２．５［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．５［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが２０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（２）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ１の値を決定し、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値と、該接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の裏面の電位Ｖ２［Ｖ］の値とを決定し、上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として下記の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とするものである。
【数１】
｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜≦｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜ ・・・（１）
【数２】
｜Ｖ１｜≧｜｛１００＋５・(ｄｍ−１０)｝＋(ＶＬ＋１５０)｜ ・・・（２）
【００３５】
この請求項１の転写条件の設定方法では、転写体の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における上記除電の位置からの距離との関係が線形であるので、該裏面の電位は、該除電の位置からの距離に比例して次第に大きくなり、上記転写電荷付与の位置で上記電荷付与部材の電位Ｖｔになる。したがって、上記終点から上記除電の位置に向かう任意の位置までの距離をＸ［ｍｍ］とすると、該任意の位置における転写体の裏面の電位Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ０＋ ( Ｖｔ−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１−Ｘ ) ／ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ・・・（１−１）式で表される。
ここで、上記接触部の上記除電の位置から上記終点に至る間において転写体の裏面の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に上記ΔＴ以上保持するためには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ１［Ｖ］およびＸ＝Ａ・ΔＴ［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値以上にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜≧｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜を満足することにより、像担持体上のベタ画像からなる可視像を転写体側に転写効率９０％以上で転写できる。
そして、上記接触部の終点における転写体の電位を絶対値で上記Ｖ２未満にするには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ２［Ｖ］およびＸ＝０［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値未満にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜を満足することにより、該終点において像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しないようになる。
更に、請求項１の転写条件の設定方法では、上記条件のもとで像担持体の誘電体層の厚さｄｍをパラメータとした転写体の裏面の電位Ｖｘと上記静電気力Ｆｅとの関係が、図５のようになる。ここで、図５中の符号Ａ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１で示した直線はそれぞれ、上記誘電体層の厚さｄｍが１０μｍ、２０μｍ、２８μｍおよび４０μｍのときのデータを示している。この図５から、上記静電気力Ｆｅが７ｎＮとなる転写体の裏面の電位Ｖｘは１００＋５・(ｄｍ−１０)により表されることがわかる。したがって、像担持体上の可視像形成部の電位ＶＬを考慮して得られる上記（２）式を満足することにより、該像担持体上のトナー粒子が該転写体に向かって確実に離れる。
【００３６】
請求項２の発明は、可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位をＶ１［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが８．８［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．３３〜１．０［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが２０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（３）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ１の値を決定し、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値と、該接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の裏面の電位Ｖ２［Ｖ］の値とを決定し、上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として前述の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とするものである。
【数３】
｜Ｖ１｜≧｜１４０＋４５・(ｑ−２)＋５・(ｑ−２)２＋(ＶＬ＋１５０)｜ ・・・（３）
【００３７】
この請求項２の転写条件の設定方法では、転写体の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における上記除電の位置からの距離との関係が線形であるので、該裏面の電位は、該除電の位置からの距離に比例して次第に大きくなり、上記転写電荷付与の位置で上記電荷付与部材の電位Ｖｔになる。したがって、上記終点から上記除電の位置に向かう任意の位置までの距離をＸ［ｍｍ］とすると、該任意の位置における転写体の裏面の電位Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ０＋ ( Ｖｔ−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１−Ｘ ) ／ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ・・・（１−１）式で表される。
ここで、上記接触部の上記除電の位置から上記終点に至る間において転写体の裏面の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に上記ΔＴ以上保持するためには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ１［Ｖ］およびＸ＝Ａ・ΔＴ［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値以上にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜≧｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜を満足することにより、像担持体上のベタ画像からなる可視像を転写体側に転写効率９０％以上で転写できる。
そして、上記接触部の終点における転写体の電位を絶対値で上記Ｖ２未満にするには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ２［Ｖ］およびＸ＝０［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値未満にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜を満足することにより、該終点において像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しないようになる。
更に、請求項２の転写条件の設定方法では、上記条件のもとでトナー粒子１個当たりの平均帯電量ｑをパラメータとした転写体の裏面の電位Ｖｘと上記静電気力Ｆｅとの関係が、図６のようになる。ここで、図６中の符号Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２およびＦ２で示した直線はそれぞれ、上記トナーの平均帯電量ｑが１ｆＣ、２ｆＣ、３ｆＣ、４ｆＣ、５ｆＣおよび６ｆＣのときのデータを示している。この図６から、上記静電気力Ｆｅが７ｎＮとなる転写体の裏面の電位Ｖｘは、ｑ＝２〜６ｆＣの範囲内において１４０＋４５・(ｑ−２)＋５・(ｑ−２)２により表されることがわかる。したがって、像担持体上の可視像形成部の電位ＶＬを考慮して得られる上記（３）式を満足することにより、該像担持体上のトナー粒子が該転写体に向かって確実に離れる。
【００３８】
請求項３の発明は、可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、上記接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の電位をＶ２［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが３．１〜１２．５［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．１７〜１．０［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが５〜６０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（４）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ２の値を決定し、上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位Ｖ１［Ｖ］の値と、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値とを決定し、上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として前述の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とするものである。
【数４】
｜Ｖ２｜＜｜〔｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０)〕＋ＶＬ｜ ・・・（４）
【００３９】
この請求項３の転写条件の設定方法では、転写体の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における上記除電の位置からの距離との関係が線形であるので、該裏面の電位は、該除電の位置からの距離に比例して次第に大きくなり、上記転写電荷付与の位置で上記電荷付与部材の電位Ｖｔになる。したがって、上記終点から上記除電の位置に向かう任意の位置までの距離をＸ［ｍｍ］とすると、該任意の位置における転写体の裏面の電位Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ０＋ ( Ｖｔ−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１−Ｘ ) ／ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ・・・（１−１）式で表される。
ここで、上記接触部の上記除電の位置から上記終点に至る間において転写体の裏面の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に上記ΔＴ以上保持するためには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ１［Ｖ］およびＸ＝Ａ・ΔＴ［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値以上にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜≧｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜を満足することにより、像担持体上のベタ画像からなる可視像を転写体側に転写効率９０％以上で転写できる。
そして、上記接触部の終点における転写体の電位を絶対値で上記Ｖ２未満にするには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ２［Ｖ］およびＸ＝０［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値未満にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜を満足することにより、該終点において像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しないようになる。
更に、請求項３の転写条件の設定方法では、上記条件のもとでトナー層の層厚ｄｔをパラメータとした像担持体の誘電体層の厚さｄｍ［μｍ］と上記Ｖ２とＶＬの差Ｖ２−ＶＬ［Ｖ］との関係が、図８のようになる。ここで、図８中の符号Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４、Ｅ４、Ｆ４およびＧ４で示した直線はそれぞれ、上記トナー層厚ｄｔが５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍおよび６０μｍのときのデータを示している。この図８から、上記Ｖ２−ＶＬを表す式｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０)を求めることができる。したがって、上記（４）式を満足することにより、上記接触部の転写体移動方向の終点における像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しない。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置に適用した実施形態について説明する。
図２は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、像担持体としての一本の感光体ドラム１上に異なる色成分毎に形成されたトナー像を転写体としての中間転写ベルト２上に転写し、この中間転写ベルト２上のトナー像を転写材としての転写紙等に一括転写することによってカラー画像を得る１ドラム中間転写方式を採用している。
【００５９】
感光体ドラム１はアルミ素管上に、下引き層／電荷発生層／電荷輸送層の順に重ねて製膜した機能分離型の誘電体層としての感光層を有している。感光層の厚さｄｍは１０〜４０μｍ、比誘電率εｍは約３．２である。
【００６０】
上記感光体ドラム１は、帯電手段としてのスコロトロン帯電器３で均一にマイナス帯電（約−６５０Ｖ〜−７００Ｖ）された後、画像情報に応じたレーザ光４が照射され、−１００Ｖ〜−５００Ｖの静電潜像が形成される。感光体ドラム１の帯電電位や露光電位を電位センサ５で検出し、検出結果に基づいて帯電条件や露光条件などを制御することもできる。
【００６１】
上記静電潜像が形成された感光体ドラム１の表面に対向する位置には、互いに異なる色のトナー（黒：Ｂｋ、シアン：Ｃ、マゼンタ：Ｍ、イエロー：Ｙ）を用いる４色の現像器６Ｂｋ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｙが並べて配置されている。各現像器は、各色毎に感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。各現像器は、乾式２成分現像剤を用い、感光体ドラム１上の低電位部にマイナス帯電トナーを付着させる反転現像方式を採用している。各現像剤のトナーは粉砕法により製造した不定形タイプのトナーであり、その平均粒径は６〜８μｍである。各現像器における現像バイアスの値は約−５００Ｖ〜−５５０Ｖに設定した。この現像バイアスには交流成分を重畳させてもよい。現像後の感光体ドラム表面に対向する位置には、画像濃度検知手段としての反射型の光学センサ７が設置されている。この光学センサ７で感光体ドラム１上のトナー像における光学的反射率を検出し、この検出結果からトナー付着量を求めてプロセス条件を制御することもできる。各色のトナー像は中間転写ベルト２上に転写される。
【００６２】
本画像形成装置の感光体ドラム１から中間転写ベルト２へトナーを転写する（以下、この転写を「ベルト転写」という。）転写装置では、感光体ドラム１と中間転写ベルト２との接触部（以下「転写ニップ」という。）に対して転写電圧を間接的に印加する間接印加方式を採用している。この転写装置では、中間転写ベルト２の入口ローラ８と電荷付与部材としての出口ローラ９の間に架張された部分が感光体ドラム１に接触している。この中間転写ベルト２は、フッ素系の樹脂の中にカーボンブラツクを分散させた単層の中抵抗体であり、厚さｄｐは５０〜３００μｍ、比誘電率εｐは約１１であった。また、中間転写ベルト２の材料としては、ポリカーボネートなどの他の樹脂を用いることもできる。
【００６３】
上記中間転写ベルト２としては、表面抵抗値Ｒｓが１×１０7〜１×１０10Ω／□、または体積抵抗値Ｒｖが１×１０7〜１×１０11Ωｃｍのものを用いることが好ましい。この表面抵抗値Ｒｓおよび体積抵抗値Ｒｖは、ハイレスタＩＰ（油化電子製、ＭＣＰ−ＨＴ２６０）を用いて測定したものである。測定に用いたプローブはＨＲＳプローブであり、印加バイアスおよび印加時間はそれぞれ１００Ｖおよび１０秒に設定した。なお、上記表面抵抗値Ｒｓおよび体積抵抗値Ｒｖは、ＪＩＳ Ｋ６９１１に基づく方法で測定してもよい。
【００６４】
上記入口ローラ８は接地され、電荷付与部材としての出口ローラ９はプラス極性の転写電圧（Ｖｔ）が印加される。この転写電圧（Ｖｔ）は図示しない電源によって供給され、その出力値は図示しない制御部によってコントロールされている。
【００６５】
ベルト転写後の感光体ドラム１上の残留トナーはＰＣＣ１０によって帯電量が制御され、ドラムクリーニング装置のブラシ１１及びブレード１２で除去される。感光体ドラム１上の残留電荷は除電ランプ１３で除去される。そして、中間転写ベルト２上に一色目のトナー画像が形成された後、二色目の作像動作を開始し、中間転写ベルト２上に二色目のトナー像を重ねてベルト転写する。このとき、転写される順番毎に転写電圧を増加させていってもよい。フルカラー画像の場合、中間転写ベルト２上に黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色のトナー画像を順次形成した後、一括して転写材としての記録紙１４上に転写する。
【００６６】
中間転写ベルト２上から記録紙１４上へのトナー像の転写（以下、この転写を「ペーパー転写」という。）は、紙転写ローラ１５で記録紙１４の裏側からプラス極性の電圧を印加する。ペーパー転写後の中間転写ベルト２上に残留したトナーはベルトクリーニング装置１７によって除去される。
【００６７】
なお、感光体ドラム１からトナー像が転写される中間転写体としては、剛体の中間転写ドラムを使用することもできるが、本実施形態のような中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置は、ベルト廻りのレイアウトの自由度が大きく、装置を小型化できる利点がある。
【００６８】
図１は、上記ベルト転写を行う転写装置における転写ニップの説明図である。本転写装置では、幅Ｎの転写ニップ内において中間転写ベルト２の裏面の少なくとも一部に接触して転写電荷を減少させて除電する除電部材としての幅Ｂの導電性ブラシ１６を設けている。この導電性ブラシ１６を接地あるいは転写バイアスと逆極性の電圧を印加することによって、転写ニップの入口側での転写電界を弱め、プレ転写によるトナーの飛び散りを防止することができる。ここで、上記導電性ブラシ１６の下流端から転写ニップの終点である分離開始位置までの距離をＬ１［ｍｍ］、分離開始位置から出口ローラ９による転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］とする。
【００６９】
図３は、転写ニップにおける中間転写ベルト２の裏面電位（以下、「ベルト裏面電位」という。）の変化を示す特性図である。中間転写ベルト２の抵抗値が比較的小さい場合、ベルト裏面電位は上記除電位置からのベルト位置に対して線形であると近似することができる。ベルト裏面電位は、導電性ブラシ１６の接触部ではゼロあるいはプラス電位となり、出口ローラ９の位置では転写バイアス値Ｖｔとなる。一般に転写バイアス値Ｖｔには最適範囲が存在する。Ｖｔの増加とともにトナーの転写効率が増加し、Ｖｔ＝Ｖｍｉｎで転写効率が所定の値（例えば９０％）に達する。さらにＶｔを増加させていくと、Ｖｔ＝Ｖｍａｘで転写効率が上記所定の値以下に低下し、トナー散りなどが発生し始める。
【００７０】
上記最適転写バイアスＶｔの下限値Ｖｍｉｎ［Ｖ］は、転写ニップ内で最低限必要なべルト裏面電位Ｖ１［Ｖ］と、トナー層の移動に最低限必要な時間ΔＴ［秒］で決まると考えられる。上記Ｖ１は、転写ニップで感光体ドラム１に付着している可視像のトナーを中間転写ベルト２側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要なベルト裏面電位である。また、上記ΔＴは、感光体ドラム１上のベタ画像からなる可視像を中間転写ベルト２側に転写効率９０％以上で転写するために、転写ニップ内でベルト裏面電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する最低限必要な保持時間である。ここで、感光体ドラム１と中間転写ベルト２の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］とすると、トナー層の転写に最低限必要なニツプ距離Ｘ［ｍｍ］はＸ＝ＡｘΔＴとなる。つまり、ベルト裏面電位がＶ１［Ｖ］以上の範囲がＸ［ｍｍ］得られる転写バイアス値Ｖｔが下限値Ｖｍｉｎとなる。上記Ｖ１の値は、トナー画像部の感光体電位やトナーの帯電量などで変化する。また、上記Ｘの値もトナー帯電量などで変化するが、ニップ幅と転写バイアス値の組み合わせを変えて実験することで測定することができる。図３から、次のＶｍｉｎを表す式（７）を求めることができる。ここで、Ｖ０は上記導電性ブラシ１６の接触部における電位である。
【数７】
｜Ｖｍｉｎ｜＝｜Ｖ０＋(Ｖ１−Ｖ０)・(Ｌ１＋Ｌ２)／(Ｌ１−Ａ・ΔＴ)｜ ・・・（７）
【００７１】
最適転写バイアスの上限値Ｖｍａｘ［Ｖ］は、転写ニップ出口近傍での放電の発生で決まると考えられる。転写ニッブ出口でパッシェン放電が発生するベルト裏面電位をＶ２［Ｖ］とすると、図３から、次のＶｍａｘを表す式（８）を求めることができる。
【数８】
｜Ｖｍａｘ｜＝｜Ｖ０＋(Ｖ２−Ｖ０)・(Ｌ１＋Ｌ２)／Ｌ１｜ ・・・（８）
【００７２】
上記Ｖ２の値は、トナー画像部の感光体電位や感光体膜厚・誘電率などで変化する。転写バイアス値に対して転写効率を測定すると、上記ＶｍｉｎおよびＶｍａｘの値を実験的に求めることができ、上式からＶ１とＶ２も決定することができる。そして、上記予め決定したＶ１，Ｖ２，ΔＴなどを用いて前述（１）式を満足するように、上記Ｌ１，Ｌ２などを設定する。
【００７３】
ここで、図４（ａ）に示すような転写モデルを考える。感光体ドラム１の厚さｄｍの感光体（誘電体層）１ａ上に、体積電荷密度ρの帯電トナー層１８（厚さｄｔ）があり、厚さｄｐの中間転写ベルト２上に転写する。このトナー層１８と転写体との空隙１９（ギャップｇ）とする。中間転写ベルト２上には帯電トナーの帯電極性とは逆極性の電荷σｃを与える。この状態において、感光体表面から距離ｘのところにあるトナーに働く、中間転写ベルト２側すなわち転写紙側に向かう方向に作用する静電的な力Ｆｅ（ｘ）は次式（９）で与えられる。
【数９】
【００７４】
ここで、εｏは真空の誘電率、εrlはトナー層の比誘電率である。全てのトナー層が転写される条件は、感光体表面のトナーに働く中間転写ベルト２側へ力が機械的な付着力Ｆａ以上になるときである。また、中間転写ベルト２の電荷量σｃは、トナー層と転写体間の電界強度Ｅと真空の比誘電率εｏとの積で表される。この中間転写ベルト２の電荷量σｃを、空隙電界はベルト裏面電位ＶＨと感光体１ａ上の表面電位ＶＬとを用いて表すと、次式（１０）のようになる。
【数１０】
【００７５】
また、トナー層１８の体積電荷密度ρは、トナー比電荷ｑ／ｍを用いると次式（１１）となる。
【数１１】
ρ＝δ・Ｐ・（ｑ／ｍ） ・・・（１１）
【００７６】
ここで、δはトナー密度、Ｐは充填率（トナー層の体積中でトナー粒子の固形部分が占める割合）である。上記式（９）に式（１１）を代入すると、上記Ｆｅを表す次式（１２）を求めることができる。
【数１２】
【００７７】
上記式（１０）及び式（１２）から、ベルト裏面電位ＶＨに対するトナーに働く静電力Ｆｅを計算した。その結果を図５及び図６に示す。なお、この計算において、真空の誘電率εｏ＝８．８５×１０-12Ｃ2／Ｎｍ2、感光体電位ＶＬ＝−１５０Ｖ、感光体の比誘電率εｍ＝３．２、転写体の誘電厚みｄｐ／εｐ＝１μｍ（中抵抗体であるため小さくした）、トナー密度ρ＝１２００ｋｇ／ｍ3、トナー粒子１個あたりの重量ｍ＝０．２６ｎｇ（ナノグラム）、充填率Ｐ＝０．４２、トナー層の厚さｄｔ＝２０μｍ、トナー層の比誘電率εrl＝１．６、空隙距離ｇ＝０．５μｍで一定とした。そして、上記静電力Ｆｅは、感光体表面から３μｍの位置（ｘ＝３μｍ）のトナーに働く力を計算した。
【００７８】
図５は、トナー粒子１個あたりの平均帯電量がｑ＝−３ｆＣ（フェムトクーロン）であり、感光体膜厚がｄｍ＝１０μｍ（Ａ１）、２０μｍ（Ｂ１）、２８μ（Ｃ１）および４０μｍ（Ｄ１）であるときの計算結果である。
【００７９】
図６は、感光体膜厚ｄｍ＝２８μｍであり、トナー粒子１個あたりの平均電荷量がｑ＝−１ｆＣ、−２ｆＣ、−３ｆＣ、−４ｆＣ、−５ｆＣおよび−６ｆＣであるときの計算結果である。トナーの平均粒径（直径）ｄを６μｍとすると、平均帯電量を平均粒径で割った値ｑ／ｄは−０．１７〜−１ｆＣ／μｍの範囲ということになる。
【００８０】
一般に、帯電したトナー粒子と感光体との間の付着力は、数十ｎＮ（ナノニュートン）〜数百ｎＮであることが知られている。トナー層を転写する場合は、圧力転写による物理的な力の効果があるため、電界による静電力が数十ｎＮ以下でも充分な転写効率が得られる場合があると考えられる。実験結果から、感光体表面から３μｍの位置（直径６μｍのトナーの中心部）に働く静電力がＦｅ＝７ｎＮ以上なる条件で充分な転写が行われると考えている。
【００８１】
図５から、感光体膜厚ｄｍ＝１０〜４０μｍの範囲において上記Ｆｅが７ｎＮ以上となる充分な転写効率を得るために必要なベルト裏面電位Ｖ１は、前述の式（２）のようになる。また、図６から、トナーの平均帯電量ｑ＝−２〜−６ｆＣの範囲において上記Ｆｅが７ｎＮ以上となる充分な転写効率を得るために必要なベルト裏面電位Ｖ１は、前述の式（３）のようになる。
【００８２】
ここで、感光体膜厚ｄｍが１０μｍ未満になると、長期間の使用による感光体膜の削れに対応できなくなる。また、トナー粒子の平均帯電量ｑが−２ｆＣであると、トナーの単位重量あたりの帯電量が約−８μＣ／ｇとなり、これ以下ではトナー飛散などの不具合が発生する可能性がある。
【００８３】
次に、転写ニップ出口側での放電について考える。転写ニツプ出口側では、中間転写ベルト２上にトナー層１８が移動しているため、図４（ｂ）のようにトナー層１８と感光体１の表面との間に空隙があるモデルを考える。基本的なコンデンサーの並列モデルには変わりがないため、空隙電界および電荷密度は前述の式（１０）と同様になる。
【００８４】
図７は、ベルト裏面電位ＶＨが６００Ｖ（Ａ３）、７１０Ｖ（Ｂ３）、８００Ｖ（Ｃ３）および８５０Ｖ（Ｄ３）のときの空隙間隔ｇ（ｍ）と空隙電位差［Ｖ］との関係を示す特性の計算結果である。ここで、感光体膜厚ｄｍ＝２８μｍ、トナー層厚さｄｔ＝２０μｍとした。また、図７中に、パッシェン則Ｖｐ＝３１２＋６．２×１０6×ｇに基づく放電限界の曲線Ｃｐもあわせて示している。この曲線Ｃｐと直線の交点の有無から、ベルト裏面電位が７１０Ｖ以上であり、空隙距離が約３０μｍ以下であるときに放電が発生することが分かる。また、放電が発生し始めるベルト裏面電位をＶ２とすると、感光体電位ＶＬが−１５０Ｖであるから、感光体電位とベルト裏面電位の電位差Ｖ２−ＶＬは８６０Ｖとなる。
【００８５】
図８は、同様にして、トナー層厚ｄｔが５μｍ（Ａ４）、１０μｍ（Ｂ４）、２０μｍ（Ｃ４）、３０μｍ（Ｄ４）、４０μｍ（Ｅ４）、５０μｍ（Ｆ４）および６０μｍ（Ｇ４）のときの感光体膜厚ｄｍと最大電位差Ｖ２−ＶＬ［Ｖ］との関係を示す特性の計算結果である。実用的には中間転写ベルト２上でのトナー層厚ｄｔは６０μｍ以下であり、感光体膜厚ｄｔはｌ０〜４０μｍの範囲であるので、この範囲で取り得る上記最大電位差Ｖ２−ＶＬは６００〜１３００Ｖとなる。また、トナー画像のシャープ性の改善のために現像や転写を考慮すると、中間転写ベルト２上でのトナー層厚ｄｔは５０μｍ以下、感光体膜厚ｄｔは１０〜３０μｍの範囲が好ましい。この好ましい範囲では上記最大電位差Ｖ２−ＶＬは６００〜１２００Ｖとなる。
【００８６】
また、図８の結果から、各条件下におけるＶ２−ＶＬの値を表す式は、次の（１３）式のようになる。したがって、前述の（４）式を満足するように構成することにより、上記接触部の転写体移動方向の終点における像担持体と転写体との間のパッシェン放電をより確実に防止できる。
【数１３】
Ｖ２−ＶＬ＝｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０) ・・・（１３）
【００８７】
次に、導電性ブラシ１６の下流端から転写ニツプの下流端までの距離Ｌ１について説明する。前述のように、充分な転写効率を得るには、ある一定値以上の静電力が、ある一定時間ΔＴ以上働いていなければならないと考えることができる。検討の結果、本実施形態の構成では上記ΔＴは２０ｍｓであることが分かった。
【００８８】
図９は、上記（７）式および（８）式より、ΔＴ＝０．０２ｓ、Ａ＝１８０ｍｍ／ｓ、Ｌ＝４ｍｍ、Ｖ１＝１００Ｖ、Ｖ２＝９５０Ｖのときの転写バイアスの上下限値Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎを求めた計算結果を示している。計算上はＶｍａｘとＶｍｉｎの値が逆転する範囲が存在するが、そのような範囲では最適転写条件が存在しないことを意味している。したがって、Ｌ１はＶｍａｘ≧Ｖｍｉｎとなる範囲でなければならない。なお、図９の条件では、Ｌ１は４ｍｍ以上必要である。このＬ１の値は上記Ｌ２の値を変えても同じであった。
【００８９】
図１０は、上記図９と同様に、中間転写ベルト２の移動速度Ａｍｍ／ｓを変化させたときのＬ１下限値（最小Ｌ１）を求めた計算結果を示している。図中には、 Ｖ１＝１００Ｖ，Ｖ２＝９５０Ｖの条件の場合（Ａ５）と Ｖ１＝２００Ｖ，Ｖ２＝７００Ｖの条件の場合（Ｂ５）の計算結果を示している。この図１０から、Ｌ１の下限値は、移動速度Ａに比例して増加することがわかる。
【００９０】
また、図１０から、所定の転写効率を得るとともに転写ニップ下流端での放電を防止するためには、Ｖ１＝１００Ｖ，Ｖ２＝９５０Ｖの条件下で、前述の（５）式のようにＬ１を０．０２２×Ａ以上に設定する必要があることがわかる。また、Ｖ１＝２００Ｖ，Ｖ２＝７００Ｖの条件下で、前述の（６）式のようにＬ１を０．０２９×Ａ以上に設定する必要があることがわかる。
【００９１】
次に、中間転写ベルトの抵抗値について説明する。本実施形態では、表面抵抗値Ｒｓが１×１０7〜１×１０10Ω／□、または、体積抵抗値Ｒｖが１×１０7〜１×１０11Ωｃｍのものを用いる。これらの範囲よりも抵抗値が低い場合、転写バイアスのリークが発生し、充分な転写効率が得られなくなる。逆に、抵抗値が高い場合、ベルト裏面電位が図３のような直線関係で近似できなくなり、（１）式、（７）式及び（８）式が成り立たなくなる。
【００９２】
次に、トナーの電荷量について説明する。前述の図６のように、トナー粒子１個あたりの平均電荷量ｑが−１〜−６ｆＣの範囲で変化した場合、トナー粒子の単位平均粒径当たりの電荷量ｑ／ｄは−０．１７〜−１ｆＣ／μｍということになる。この範囲よりもトナーの電荷量が小さくなるとトナー飛散が発生し、大きすぎると転写性の悪化や異常画像が発生しやすくなる。また、トナー帯電量の増加により、最適転写バイアス値の範囲が狭くなる。
【００９３】
図１１は、トナー粒子１個あたりの平均電荷量ｑが−６ｆＣのときの図９と同様の計算結果を示す。図６の結果に示される静電気力Ｆｅの変化を反映して、最小のＬ１値も４ｍｍから約８．５ｍｍへと増加していることがわかる。
【００９４】
以上、本実施形態によれば、上記Ｌ１およびＬ２を所定の値に設定することにより、感光体ドラム１上のベタ画像からなる可視像を中間転写ベルト２側に転写効率９０％以上で転写できるとともに、転写ニップのベルト移動方向の終点における感光体ドラム１の可視像部と中間転写ベルト２との間のパッシェン放電を防止できる。
【００９５】
なお、上記実施形態において、出口ローラ９に印加する転写バイアスの値を制御する制御手段を設けてもよい。そして、転写効率が環境条件や中間転写ベルト２の抵抗値によって変化する点を考慮し、前述の最適条件範囲の中でも各条件ごとに実際に印加する転写バイアスの値を設定することが好ましい。例えば、温湿度センサーを設置し、その出力結果に基づいて転写バイアスを制御するように構成する。また、中間転写ベルト２の経時劣化による抵抗値の変化を経験的に予測しておき、使用履歴に応じて転写バイアスを制御するように構成してもよい。
【００９６】
【実施例】
次に、本実施形態のより具体的な実施例を比較例とともに説明する。
〔実施例１〕
上記実施形態の図２の装置で、感光体ドラム１の感光体膜厚を２８μｍ、中間転写ベルト２の膜厚を１５０μｍ、転写体の体積抵抗値Ｒｖを約１×１０10Ωｃｍ、中間転写ベルト２の移動速度Ａを１８０ｍｍ／ｓ、転写ニップ内の導電性ブラシ１６の下流端から転写ニップの下流端までの距離Ｌ１を１０ｍｍ、転写ニツプの下流端から出口ローラ９の接触位置までの距離Ｌ２を８ｍｍとした。この条件下では、Ｌ１の値は（５）式を満たしている。導電性ブラシ１６には、アクリル繊維にカーボンブラックを分散させたものを用いた。ブラシ形状のため、転写体裏面へ均一に接触し、接触圧力を小さくできる。
【００９７】
また、本実施例１では、感光体ドラム１の帯電電位が−６５０Ｖ、現像バイアスが−５００Ｖ、露光部電位ＶＬが−１５０Ｖ、トナーの帯電量が約−１５μＣ／ｇの作像条件で、単色時の画像濃度が充分に得られるトナー現像量の約１．５ｍｇ／ｃｍ2が得られた。このときのトナー層厚を非接触の表面形状測定装置（キーエンス社製，表面形状測定顕微鏡ＶＦ７５００）で測定したところ、平均値で約２０μｍであった。また、トナー粒子の密度は１．２ｇ／ｃｍ3で、トナー層の充填率Ｐは０．４２であった。また、トナー粒子の平均帯電量分布をＥスパートアナライザ（ホソカワミクロン社製）で測定したところ、平均値で約−３ｆＣであった。このとき、転写ニツプ中でトナー画像の静電転写に最低限必要なベルト裏面電位Ｖ１は約２００Ｖであった。これは（２）式および（３）式を満たす。また、転写ニップ内のベルト裏面電位が２００Ｖ以上の範囲が４ｍｍ以上必要であった。これは（５）式を満たす。さらに、転写ニツプの下流端でのベルト裏面電位Ｖ２が約７００Ｖ以上で、転写後のトナーの帯電量のマイナス側への変化が観測され、転写ニップ出口での放電が発生していると推測された。これは（４）式を満足しない結果と一致している。このような条件下において、前述の（１）式は６００≦Ｖｔ≦１２６０と計算される。実際に、中間転写ベルト２上へのべタ画像の転写性を評価したところ、転写バイアスの値が約７００Ｖ〜１２００Ｖの範囲で転写効率が９０％以上になるとともに、転写チリの発生が少ない良好な画像が得られた。特に、転写バイアスが８００Ｖのときに転写チリの発生が少なかった。
【００９８】
〔実施例２〕
除電部材として導電性のゴムローラを用いた以外は、実施例１と同様な条件にした。本実施例２の構成では、導電性ゴムローラが変形して中間転写ベルト２の裏面に均一に接触するが、その接触圧力は比較的大きくなる。中間転写ベルト２上へのべタ画像の転写性を評価したところ、転写バイアス値が約７００Ｖ〜１２００Ｖの範囲で転写効率が９０％以上になるとともに、転写チリの発生が少ない良好な転写性が得られた。また、上記実施例１と同様に、特に転写バイアスが８００Ｖのときに転写チリの発生が少なかった。しかしながら、本実施例２では、文字画像部にトナーの中抜けが僅かに発生した。これは、上記導電性ゴムローラの硬度が最適化されていなかったことにより、転写ニツプでトナー層にかかる圧力が大きかったためであると考えられる。
【００９９】
〔比較例１〕
上記実施例１において、転写バイアスの値を（１）式の範囲外である５００Ｖに制御した場合、ベタ画像の転写効率が７０％程度で不十分であった。また、転写バイアス値を１４００Ｖに制御した場合、ニツプ出口の放電による逆転写が発生し、転写効率の低下が見られた。
【０１００】
〔比較例２〕
上記実施例１において、帯電電位を−５３０Ｖ、現像バイアスを−３８０Ｖ、露光部電位ＶＬを−３０Ｖとして、同様にべタ画像の転写性を評価した。現像トナー量は同じであるため、実施例１と同様に８００Ｖの転写バイアスを印加したところ、僅かな転写不良が発生した。これは、（２）式および（３）式を満たさない条件である。
【０１０１】
〔比較例３〕
上記実施例１において、厚さが約３０μｍの１色のトナー層を中間転写ベルト２上に重ね合わせて転写して２色のトナー像を形成する場合について、２色目のトナー像の転写性を評価した。１色目のトナー像は、転写バイアスの値が１１００Ｖ程度で良好な転写性が得られた。中間転写ベルト２上でのトナー層厚が約６０μｍになるニ色目のトナー像の転写工程では、約１５００Ｖで最高の転写効率が得られ、それ以上では転写効率の低下が見られた。転写バイアスの値が１５００Ｖ以上ではニップ出口でのベルト裏面電位が約１１００Ｖ以上になり、（４）式を満たさなくなる。したがって、転写ニツプ出口で放電が発生し始め、転写効率が低下していくと考えられる。転写ニツプ出口での放電を防止するためには、図８および（４）式により、中間転写ベルト２上でのトナー層厚を５０μｍ以下にするか、感光体膜厚を２０μｍ以下にする必要がある。
【０１０２】
〔比較例４〕
実施例１において、導電性ブラシ１６の下流端から転写ニツプの下流端までの距離Ｌ１を３ｍｍに設定したところ、転写効率が８０％以上になる転写バイアスの値は得られなかった。これは、Ｌ１≧Ａｘ０．０２２を満たさず、トナーの移動に必要な転写力を受けることができなかったためであると考えられる。
【０１０３】
〔比較例５〕
実施例１において、感光体膜厚を４０μｍとした場合、文字画像のシャープ性の低下が見られた。これは、ｄｍ／εｍ≧１０となり、感光体の静電容量の低下によって感光体表面の電荷密度が低下したためと考えられる。
【０１０４】
〔比較例６〕
実施例１において、表面抵抗値Ｒｓが１×１０11Ω／□程度、体積抵抗値Ｒｖが１×１０12Ωｃｍ程度の単層の中間転写ベルト２を用いた場合、単色トナー層時の最適転写バイアスの値は１４００Ｖ〜１８００Ｖとなり、（７）式及び（８）式を満たさなくなる。これは、中間転写ベルト２の抵抗値が高くなると、ベルト移動方向におけるベルト裏面電位の直線性が崩れるためと考えられる。
【０１０５】
〔比較例７〕
実施例１において、トナーの帯電量を増加させた。現像剤中のキャリア粒子の種類を替え、現像剤の帯電量Ｑ／Ｍ値がニ倍の約−５０μＣ／ｇとなるようにした。また、感光体の帯電電位を−８５０Ｖ、現像バイアスの値を−７００Ｖ、露光後電位を−１５０Ｖにして、現像トナー量がほぼ一定になるようにした。感光体ドラム１上のトナーの電荷量分布は、感光体としてシート状のものを用い、現像トナーが付着したシート状感光体を切り取ってＥスバートアナライザの試料台にセットすることで測定した。トナーの平均ｑ／ｄ値が−１．２ｆＣ／μｍでは、転写効率が９０％以上となる転写バイアスの値は得られなかった。
【０１０６】
なお、上記実施形態では感光体ドラム１を用いた装置について説明したが、本発明は、感光体ドラム１以外のベルト状の感光体など他のタイプの像担持体を用いたものにも適用可能である。
【０１０７】
また、上記実施形態では感光体ドラムから中間転写ベルト２への転写の場合について説明したが、本発明は、感光体ドラムから転写材を担持している搬送体への転写の場合や、中間転写ベルトから転写材を担持している搬送体への転写の場合についても適用することができる。また、本発明は、上記転写体および転写材搬送体としてベルトを用いた場合のみならず、ドラム、ローラなど他の形状の転写体および転写材搬送体を用いた場合にも適用可能である。また、中間転写体、転写材搬送体の電気的特性（体積抵抗、表面抵抗）、厚さ、構造（単層、２層、・・）などは、作像条件などにより適切な構成を種々選択可能であり、本実施形態で用いたものには限定されず、使用される材料、材質も種々選択可能である。
【０１０８】
また、上記実施形態では電荷付与部材としてローラを用いているが、本発明は、ローラ以外の導電性プラシ（金属、樹脂）、導電性ブレード（金属、樹脂、ゴム）など他の形状の電荷付与部材を用いた場合にも適用可能である。また、転写電荷の付与位置は転写ニップ下流位置に限定されず転写ニップ内でも良い。また、１次転写電源の印加電圧（転写バイアス）の値は、上記実施形態および実施例で用いた値に限定されず、種々の作像条件に応じて所望の値を設定可能である。
【０１０９】
また、上記実施形態では除電部材として導電性ブラシを用いているが、本発明は、ブラシ以外の導電性ローラ（金属、樹脂）、導電性ブレード（金属、樹脂、ゴム）など他の形状の除電部材を用いた場合にも適用可能である。そして、その除電部材の中間転写体、転写材搬送体への接触位置は転写ニップ内ならばその位置は限定されない。また、本発明は、中間転写ベルト２から記録紙へ転写を行う２次転写で転写電荷を付与する電荷付与部材として、ローラ以外のベルト、ブラシ、ブレードなど他の形状のものを用いた場合にも適用可能であり、コロナ放電器を用いてもよい。
【０１１３】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、像担持体と転写体との接触部内において転写電荷を減少させて除電する転写装置を備えた画像形成装置において良好な転写効率を得ることができるとともに、上記接触部の終点におけるパッシェン放電による転写画像劣化を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の転写装置における転写ニップの説明図。
【図２】同カラー画像形成装置の概略構成図。
【図３】転写ニップ近傍の中間転写ベルト上の位置とベルト裏面電位との関係を示す特性図。
【図４】（ａ）は転写時の転写ニップのモデル図。（ｂ）は転写終了時の転写ニップのモデル図。
【図５】転写ニップにおけるベルト裏面電位ＶＨとトナーに作用する静電気力Ｆｅとの関係を示す特性図。
【図６】転写ニップにおけるベルト裏面電位ＶＨとトナーに作用する静電気力Ｆｅとの関係を示す特性図。
【図７】転写ニップ出口におけ空隙間隔ｇと空隙電位差との関係を示す特性図。
【図８】転写ニップにおける感光体膜厚ｄｍと最大電位差Ｖ２−ＶＬとの関係を示す特性図。
【図９】転写ニップにおけるＬ１と転写バイアスＶＢの最適範囲との関係を示す特性図。
【図１０】転写ニップにおける中間転写ベルトの線速Ａと最小Ｌ１との関係を示す特性図。
【図１１】転写ニップにおけるＬ１と転写バイアスＶＢの最適範囲との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
１ａ 感光体
２ 中間転写ベルト
８ 入口ローラ
９ 出口ローラ
１６ 導電性ブラシ
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体等の像担持体と転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写方法及び装置、並びにこの転写方法を実施する画像形成方法及び装置（複写機、プリンター、ファクシミリ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を用いる複写機やプリンターなどの画像形成装置においては、複数色のトナー像を重ね転写によってカラー画像を得るものが幾つか実用化されている。転写ドラム方式は、転写ドラムに巻装されるフィルムに転写材を巻き付け、その転写材に像担持体としての感光体から順次複数色のトナー像を重ね転写する方式で、フィルムに転写材を巻き付けるため転写材を静電的に保持する必要が有り、フイルムには絶縁体が使用される。中間転写方式は、中間転写体に直接感光体から順次複数色のトナー像を重ね転写し、中間転写体上の重ねトナー像を転写材に一括して転写する方式で、転写材を巻き付ける必要がないため中間転写体に絶縁体を用いる必要がなく、中抵抗体（体積抵抗：１０7〜１０14Ωｃｍ）を用いることができる。中抵抗体は付与された電荷が所定の時定数により自然減衰するため、中間転写体に中抵抗体を用いた中間転写方式は、絶縁体を用いる転写ドラム方式のように付与された転写電荷を強制的に除電する除電手段を設ける必要がなく、ペーパーフリー性、全面コピーなどの利点に加え、オゾン低減、省電力などの点で更に有利といえる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記中間転写方式で中間転写体に中抵抗体を用いた場合は、中抵抗体が絶縁体に比べ、抵抗値ムラが大きく環境変化や使用によって抵抗変化が生じやすく、電気的に不安定であるため、転写後の文字、ライン画像に「転写チリ」又は「転写ニジミ」と称する異常画像が発生することがある。
【０００４】
この問題を解決するために出願人は、像担持体と転写体との接触部（転写ニッブ）で転写電荷を除電する転写方法及び画像形成装置を提案した（特願平８−１８３２１０号、特願平９−１５０１９７号参照）。この転写方法及び画像形成装置によれば、中間転写体に中抵抗体を用いた場合であっても、「転写チリ」又は「転写ニジミ」などの異常画像の発生を効果的に抑制することが可能となった。
【０００５】
本発明者らが上記特願平９−１５０１９７号等で提案した構成に関して鋭意解析、実験及び検討を行ったところ、上記転写電荷の付与条件や除電条件によっては所望の転写効率が得られなかったり、転写画像劣化が発生したりする場合があることがわかった。本発明は、上記解析等に基づく、上記特願平９−１５０１９７号等で提案した構成の改良に関するものである。
【０００６】
本発明は以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的は、像担持体と転写体との接触部内において転写電荷を減少させて除電する転写装置を備えた画像形成装置において良好な転写効率を得ることができるとともに、上記接触部の終点におけるパッシェン放電による転写画像劣化を防止することができる転写条件の設定方法を提供することである。
【００３４】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位をＶ１［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが３．１〜１２．５［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．５［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが２０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（２）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ１の値を決定し、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値と、該接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の裏面の電位Ｖ２［Ｖ］の値とを決定し、上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として下記の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とするものである。
【数１】
｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜≦｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜ ・・・（１）
【数２】
｜Ｖ１｜≧｜｛１００＋５・(ｄｍ−１０)｝＋(ＶＬ＋１５０)｜ ・・・（２）
【００３５】
この請求項１の転写条件の設定方法では、転写体の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における上記除電の位置からの距離との関係が線形であるので、該裏面の電位は、該除電の位置からの距離に比例して次第に大きくなり、上記転写電荷付与の位置で上記電荷付与部材の電位Ｖｔになる。したがって、上記終点から上記除電の位置に向かう任意の位置までの距離をＸ［ｍｍ］とすると、該任意の位置における転写体の裏面の電位Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ０＋ ( Ｖｔ−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１−Ｘ ) ／ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ・・・（１−１）式で表される。
ここで、上記接触部の上記除電の位置から上記終点に至る間において転写体の裏面の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に上記ΔＴ以上保持するためには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ１［Ｖ］およびＸ＝Ａ・ΔＴ［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値以上にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜≧｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜を満足することにより、像担持体上のベタ画像からなる可視像を転写体側に転写効率９０％以上で転写できる。
そして、上記接触部の終点における転写体の電位を絶対値で上記Ｖ２未満にするには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ２［Ｖ］およびＸ＝０［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値未満にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜を満足することにより、該終点において像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しないようになる。
更に、請求項１の転写条件の設定方法では、上記条件のもとで像担持体の誘電体層の厚さｄｍをパラメータとした転写体の裏面の電位Ｖｘと上記静電気力Ｆｅとの関係が、図５のようになる。ここで、図５中の符号Ａ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１で示した直線はそれぞれ、上記誘電体層の厚さｄｍが１０μｍ、２０μｍ、２８μｍおよび４０μｍのときのデータを示している。この図５から、上記静電気力Ｆｅが７ｎＮとなる転写体の裏面の電位Ｖｘは１００＋５・(ｄｍ−１０)により表されることがわかる。したがって、像担持体上の可視像形成部の電位ＶＬを考慮して得られる上記（２）式を満足することにより、該像担持体上のトナー粒子が該転写体に向かって確実に離れる。
【００３６】
請求項２の発明は、可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位をＶ１［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが８．８［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．３３〜１．０［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが２０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（３）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ１の値を決定し、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値と、該接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の裏面の電位Ｖ２［Ｖ］の値とを決定し、上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として前述の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とするものである。
【数３】
｜Ｖ１｜≧｜１４０＋４５・(ｑ−２)＋５・(ｑ−２)２＋(ＶＬ＋１５０)｜ ・・・（３）
【００３７】
この請求項２の転写条件の設定方法では、転写体の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における上記除電の位置からの距離との関係が線形であるので、該裏面の電位は、該除電の位置からの距離に比例して次第に大きくなり、上記転写電荷付与の位置で上記電荷付与部材の電位Ｖｔになる。したがって、上記終点から上記除電の位置に向かう任意の位置までの距離をＸ［ｍｍ］とすると、該任意の位置における転写体の裏面の電位Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ０＋ ( Ｖｔ−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１−Ｘ ) ／ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ・・・（１−１）式で表される。
ここで、上記接触部の上記除電の位置から上記終点に至る間において転写体の裏面の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に上記ΔＴ以上保持するためには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ１［Ｖ］およびＸ＝Ａ・ΔＴ［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値以上にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜≧｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜を満足することにより、像担持体上のベタ画像からなる可視像を転写体側に転写効率９０％以上で転写できる。
そして、上記接触部の終点における転写体の電位を絶対値で上記Ｖ２未満にするには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ２［Ｖ］およびＸ＝０［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値未満にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜を満足することにより、該終点において像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しないようになる。
更に、請求項２の転写条件の設定方法では、上記条件のもとでトナー粒子１個当たりの平均帯電量ｑをパラメータとした転写体の裏面の電位Ｖｘと上記静電気力Ｆｅとの関係が、図６のようになる。ここで、図６中の符号Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２、Ｅ２およびＦ２で示した直線はそれぞれ、上記トナーの平均帯電量ｑが１ｆＣ、２ｆＣ、３ｆＣ、４ｆＣ、５ｆＣおよび６ｆＣのときのデータを示している。この図６から、上記静電気力Ｆｅが７ｎＮとなる転写体の裏面の電位Ｖｘは、ｑ＝２〜６ｆＣの範囲内において１４０＋４５・(ｑ−２)＋５・(ｑ−２)２により表されることがわかる。したがって、像担持体上の可視像形成部の電位ＶＬを考慮して得られる上記（３）式を満足することにより、該像担持体上のトナー粒子が該転写体に向かって確実に離れる。
【００３８】
請求項３の発明は、可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、上記接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の電位をＶ２［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが３．１〜１２．５［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．１７〜１．０［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが５〜６０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（４）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ２の値を決定し、上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位Ｖ１［Ｖ］の値と、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値とを決定し、上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として前述の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とするものである。
【数４】
｜Ｖ２｜＜｜〔｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０)〕＋ＶＬ｜ ・・・（４）
【００３９】
この請求項３の転写条件の設定方法では、転写体の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における上記除電の位置からの距離との関係が線形であるので、該裏面の電位は、該除電の位置からの距離に比例して次第に大きくなり、上記転写電荷付与の位置で上記電荷付与部材の電位Ｖｔになる。したがって、上記終点から上記除電の位置に向かう任意の位置までの距離をＸ［ｍｍ］とすると、該任意の位置における転写体の裏面の電位Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｖ０＋ ( Ｖｔ−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１−Ｘ ) ／ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ・・・（１−１）式で表される。
ここで、上記接触部の上記除電の位置から上記終点に至る間において転写体の裏面の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に上記ΔＴ以上保持するためには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ１［Ｖ］およびＸ＝Ａ・ΔＴ［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値以上にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜≧｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜を満足することにより、像担持体上のベタ画像からなる可視像を転写体側に転写効率９０％以上で転写できる。
そして、上記接触部の終点における転写体の電位を絶対値で上記Ｖ２未満にするには、上記電荷付与部材の電位Ｖｔの絶対値を、上記（１−１）式にＶｘ＝Ｖ２［Ｖ］およびＸ＝０［ｍｍ］を代入して求めたＶｔの絶対値未満にすればよい。すなわち、（１）式の一部である｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜を満足することにより、該終点において像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しないようになる。
更に、請求項３の転写条件の設定方法では、上記条件のもとでトナー層の層厚ｄｔをパラメータとした像担持体の誘電体層の厚さｄｍ［μｍ］と上記Ｖ２とＶＬの差Ｖ２−ＶＬ［Ｖ］との関係が、図８のようになる。ここで、図８中の符号Ａ４、Ｂ４、Ｃ４、Ｄ４、Ｅ４、Ｆ４およびＧ４で示した直線はそれぞれ、上記トナー層厚ｄｔが５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍおよび６０μｍのときのデータを示している。この図８から、上記Ｖ２−ＶＬを表す式｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０)を求めることができる。したがって、上記（４）式を満足することにより、上記接触部の転写体移動方向の終点における像担持体と転写体との間のパッシェン放電が発生しない。
【００５８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置に適用した実施形態について説明する。
図２は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、像担持体としての一本の感光体ドラム１上に異なる色成分毎に形成されたトナー像を転写体としての中間転写ベルト２上に転写し、この中間転写ベルト２上のトナー像を転写材としての転写紙等に一括転写することによってカラー画像を得る１ドラム中間転写方式を採用している。
【００５９】
感光体ドラム１はアルミ素管上に、下引き層／電荷発生層／電荷輸送層の順に重ねて製膜した機能分離型の誘電体層としての感光層を有している。感光層の厚さｄｍは１０〜４０μｍ、比誘電率εｍは約３．２である。
【００６０】
上記感光体ドラム１は、帯電手段としてのスコロトロン帯電器３で均一にマイナス帯電（約−６５０Ｖ〜−７００Ｖ）された後、画像情報に応じたレーザ光４が照射され、−１００Ｖ〜−５００Ｖの静電潜像が形成される。感光体ドラム１の帯電電位や露光電位を電位センサ５で検出し、検出結果に基づいて帯電条件や露光条件などを制御することもできる。
【００６１】
上記静電潜像が形成された感光体ドラム１の表面に対向する位置には、互いに異なる色のトナー（黒：Ｂｋ、シアン：Ｃ、マゼンタ：Ｍ、イエロー：Ｙ）を用いる４色の現像器６Ｂｋ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｙが並べて配置されている。各現像器は、各色毎に感光体ドラム１上の静電潜像を現像する。各現像器は、乾式２成分現像剤を用い、感光体ドラム１上の低電位部にマイナス帯電トナーを付着させる反転現像方式を採用している。各現像剤のトナーは粉砕法により製造した不定形タイプのトナーであり、その平均粒径は６〜８μｍである。各現像器における現像バイアスの値は約−５００Ｖ〜−５５０Ｖに設定した。この現像バイアスには交流成分を重畳させてもよい。現像後の感光体ドラム表面に対向する位置には、画像濃度検知手段としての反射型の光学センサ７が設置されている。この光学センサ７で感光体ドラム１上のトナー像における光学的反射率を検出し、この検出結果からトナー付着量を求めてプロセス条件を制御することもできる。各色のトナー像は中間転写ベルト２上に転写される。
【００６２】
本画像形成装置の感光体ドラム１から中間転写ベルト２へトナーを転写する（以下、この転写を「ベルト転写」という。）転写装置では、感光体ドラム１と中間転写ベルト２との接触部（以下「転写ニップ」という。）に対して転写電圧を間接的に印加する間接印加方式を採用している。この転写装置では、中間転写ベルト２の入口ローラ８と電荷付与部材としての出口ローラ９の間に架張された部分が感光体ドラム１に接触している。この中間転写ベルト２は、フッ素系の樹脂の中にカーボンブラツクを分散させた単層の中抵抗体であり、厚さｄｐは５０〜３００μｍ、比誘電率εｐは約１１であった。また、中間転写ベルト２の材料としては、ポリカーボネートなどの他の樹脂を用いることもできる。
【００６３】
上記中間転写ベルト２としては、表面抵抗値Ｒｓが１×１０7〜１×１０10Ω／□、または体積抵抗値Ｒｖが１×１０7〜１×１０11Ωｃｍのものを用いることが好ましい。この表面抵抗値Ｒｓおよび体積抵抗値Ｒｖは、ハイレスタＩＰ（油化電子製、ＭＣＰ−ＨＴ２６０）を用いて測定したものである。測定に用いたプローブはＨＲＳプローブであり、印加バイアスおよび印加時間はそれぞれ１００Ｖおよび１０秒に設定した。なお、上記表面抵抗値Ｒｓおよび体積抵抗値Ｒｖは、ＪＩＳ Ｋ６９１１に基づく方法で測定してもよい。
【００６４】
上記入口ローラ８は接地され、電荷付与部材としての出口ローラ９はプラス極性の転写電圧（Ｖｔ）が印加される。この転写電圧（Ｖｔ）は図示しない電源によって供給され、その出力値は図示しない制御部によってコントロールされている。
【００６５】
ベルト転写後の感光体ドラム１上の残留トナーはＰＣＣ１０によって帯電量が制御され、ドラムクリーニング装置のブラシ１１及びブレード１２で除去される。感光体ドラム１上の残留電荷は除電ランプ１３で除去される。そして、中間転写ベルト２上に一色目のトナー画像が形成された後、二色目の作像動作を開始し、中間転写ベルト２上に二色目のトナー像を重ねてベルト転写する。このとき、転写される順番毎に転写電圧を増加させていってもよい。フルカラー画像の場合、中間転写ベルト２上に黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色のトナー画像を順次形成した後、一括して転写材としての記録紙１４上に転写する。
【００６６】
中間転写ベルト２上から記録紙１４上へのトナー像の転写（以下、この転写を「ペーパー転写」という。）は、紙転写ローラ１５で記録紙１４の裏側からプラス極性の電圧を印加する。ペーパー転写後の中間転写ベルト２上に残留したトナーはベルトクリーニング装置１７によって除去される。
【００６７】
なお、感光体ドラム１からトナー像が転写される中間転写体としては、剛体の中間転写ドラムを使用することもできるが、本実施形態のような中間転写ベルト方式のカラー画像形成装置は、ベルト廻りのレイアウトの自由度が大きく、装置を小型化できる利点がある。
【００６８】
図１は、上記ベルト転写を行う転写装置における転写ニップの説明図である。本転写装置では、幅Ｎの転写ニップ内において中間転写ベルト２の裏面の少なくとも一部に接触して転写電荷を減少させて除電する除電部材としての幅Ｂの導電性ブラシ１６を設けている。この導電性ブラシ１６を接地あるいは転写バイアスと逆極性の電圧を印加することによって、転写ニップの入口側での転写電界を弱め、プレ転写によるトナーの飛び散りを防止することができる。ここで、上記導電性ブラシ１６の下流端から転写ニップの終点である分離開始位置までの距離をＬ１［ｍｍ］、分離開始位置から出口ローラ９による転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］とする。
【００６９】
図３は、転写ニップにおける中間転写ベルト２の裏面電位（以下、「ベルト裏面電位」という。）の変化を示す特性図である。中間転写ベルト２の抵抗値が比較的小さい場合、ベルト裏面電位は上記除電位置からのベルト位置に対して線形であると近似することができる。ベルト裏面電位は、導電性ブラシ１６の接触部ではゼロあるいはプラス電位となり、出口ローラ９の位置では転写バイアス値Ｖｔとなる。一般に転写バイアス値Ｖｔには最適範囲が存在する。Ｖｔの増加とともにトナーの転写効率が増加し、Ｖｔ＝Ｖｍｉｎで転写効率が所定の値（例えば９０％）に達する。さらにＶｔを増加させていくと、Ｖｔ＝Ｖｍａｘで転写効率が上記所定の値以下に低下し、トナー散りなどが発生し始める。
【００７０】
上記最適転写バイアスＶｔの下限値Ｖｍｉｎ［Ｖ］は、転写ニップ内で最低限必要なべルト裏面電位Ｖ１［Ｖ］と、トナー層の移動に最低限必要な時間ΔＴ［秒］で決まると考えられる。上記Ｖ１は、転写ニップで感光体ドラム１に付着している可視像のトナーを中間転写ベルト２側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要なベルト裏面電位である。また、上記ΔＴは、感光体ドラム１上のベタ画像からなる可視像を中間転写ベルト２側に転写効率９０％以上で転写するために、転写ニップ内でベルト裏面電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する最低限必要な保持時間である。ここで、感光体ドラム１と中間転写ベルト２の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］とすると、トナー層の転写に最低限必要なニツプ距離Ｘ［ｍｍ］はＸ＝ＡｘΔＴとなる。つまり、ベルト裏面電位がＶ１［Ｖ］以上の範囲がＸ［ｍｍ］得られる転写バイアス値Ｖｔが下限値Ｖｍｉｎとなる。上記Ｖ１の値は、トナー画像部の感光体電位やトナーの帯電量などで変化する。また、上記Ｘの値もトナー帯電量などで変化するが、ニップ幅と転写バイアス値の組み合わせを変えて実験することで測定することができる。図３から、次のＶｍｉｎを表す式（７）を求めることができる。ここで、Ｖ０は上記導電性ブラシ１６の接触部における電位である。
【数７】
｜Ｖｍｉｎ｜＝｜Ｖ０＋(Ｖ１−Ｖ０)・(Ｌ１＋Ｌ２)／(Ｌ１−Ａ・ΔＴ)｜ ・・・（７）
【００７１】
最適転写バイアスの上限値Ｖｍａｘ［Ｖ］は、転写ニップ出口近傍での放電の発生で決まると考えられる。転写ニッブ出口でパッシェン放電が発生するベルト裏面電位をＶ２［Ｖ］とすると、図３から、次のＶｍａｘを表す式（８）を求めることができる。
【数８】
｜Ｖｍａｘ｜＝｜Ｖ０＋(Ｖ２−Ｖ０)・(Ｌ１＋Ｌ２)／Ｌ１｜ ・・・（８）
【００７２】
上記Ｖ２の値は、トナー画像部の感光体電位や感光体膜厚・誘電率などで変化する。転写バイアス値に対して転写効率を測定すると、上記ＶｍｉｎおよびＶｍａｘの値を実験的に求めることができ、上式からＶ１とＶ２も決定することができる。そして、上記予め決定したＶ１，Ｖ２，ΔＴなどを用いて前述（１）式を満足するように、上記Ｌ１，Ｌ２などを設定する。
【００７３】
ここで、図４（ａ）に示すような転写モデルを考える。感光体ドラム１の厚さｄｍの感光体（誘電体層）１ａ上に、体積電荷密度ρの帯電トナー層１８（厚さｄｔ）があり、厚さｄｐの中間転写ベルト２上に転写する。このトナー層１８と転写体との空隙１９（ギャップｇ）とする。中間転写ベルト２上には帯電トナーの帯電極性とは逆極性の電荷σｃを与える。この状態において、感光体表面から距離ｘのところにあるトナーに働く、中間転写ベルト２側すなわち転写紙側に向かう方向に作用する静電的な力Ｆｅ（ｘ）は次式（９）で与えられる。
【数９】
ここで、εｏは真空の誘電率、εrlはトナー層の比誘電率である。全てのトナー層が転写される条件は、感光体表面のトナーに働く中間転写ベルト２側へ力が機械的な付着力Ｆａ以上になるときである。また、中間転写ベルト２の電荷量σｃは、トナー層と転写体間の電界強度Ｅと真空の比誘電率εｏとの積で表される。この中間転写ベルト２の電荷量σｃを、空隙電界はベルト裏面電位ＶＨと感光体１ａ上の表面電位ＶＬとを用いて表すと、次式（１０）のようになる。
【数１０】
また、トナー層１８の体積電荷密度ρは、トナー比電荷ｑ／ｍを用いると次式（１１）となる。
【数１１】
ρ＝δ・Ｐ・（ｑ／ｍ） ・・・（１１）
【００７６】
ここで、δはトナー密度、Ｐは充填率（トナー層の体積中でトナー粒子の固形部分が占める割合）である。上記式（９）に式（１１）を代入すると、上記Ｆｅを表す次式（１２）を求めることができる。
【数１２】
上記式（１０）及び式（１２）から、ベルト裏面電位ＶＨに対するトナーに働く静電力Ｆｅを計算した。その結果を図５及び図６に示す。なお、この計算において、真空の誘電率εｏ＝８．８５×１０-12Ｃ2／Ｎｍ2、感光体電位ＶＬ＝−１５０Ｖ、感光体の比誘電率εｍ＝３．２、転写体の誘電厚みｄｐ／εｐ＝１μｍ（中抵抗体であるため小さくした）、トナー密度ρ＝１２００ｋｇ／ｍ3、トナー粒子１個あたりの重量ｍ＝０．２６ｎｇ（ナノグラム）、充填率Ｐ＝０．４２、トナー層の厚さｄｔ＝２０μｍ、トナー層の比誘電率εrl＝１．６、空隙距離ｇ＝０．５μｍで一定とした。そして、上記静電力Ｆｅは、感光体表面から３μｍの位置（ｘ＝３μｍ）のトナーに働く力を計算した。
【００７８】
図５は、トナー粒子１個あたりの平均帯電量がｑ＝−３ｆＣ（フェムトクーロン）であり、感光体膜厚がｄｍ＝１０μｍ（Ａ１）、２０μｍ（Ｂ１）、２８μ（Ｃ１）および４０μｍ（Ｄ１）であるときの計算結果である。
【００７９】
図６は、感光体膜厚ｄｍ＝２８μｍであり、トナー粒子１個あたりの平均電荷量がｑ＝−１ｆＣ、−２ｆＣ、−３ｆＣ、−４ｆＣ、−５ｆＣおよび−６ｆＣであるときの計算結果である。トナーの平均粒径（直径）ｄを６μｍとすると、平均帯電量を平均粒径で割った値ｑ／ｄは−０．１７〜−１ｆＣ／μｍの範囲ということになる。
【００８０】
一般に、帯電したトナー粒子と感光体との間の付着力は、数十ｎＮ（ナノニュートン）〜数百ｎＮであることが知られている。トナー層を転写する場合は、圧力転写による物理的な力の効果があるため、電界による静電力が数十ｎＮ以下でも充分な転写効率が得られる場合があると考えられる。実験結果から、感光体表面から３μｍの位置（直径６μｍのトナーの中心部）に働く静電力がＦｅ＝７ｎＮ以上なる条件で充分な転写が行われると考えている。
【００８１】
図５から、感光体膜厚ｄｍ＝１０〜４０μｍの範囲において上記Ｆｅが７ｎＮ以上となる充分な転写効率を得るために必要なベルト裏面電位Ｖ１は、前述の式（２）のようになる。また、図６から、トナーの平均帯電量ｑ＝−２〜−６ｆＣの範囲において上記Ｆｅが７ｎＮ以上となる充分な転写効率を得るために必要なベルト裏面電位Ｖ１は、前述の式（３）のようになる。
【００８２】
ここで、感光体膜厚ｄｍが１０μｍ未満になると、長期間の使用による感光体膜の削れに対応できなくなる。また、トナー粒子の平均帯電量ｑが−２ｆＣであると、トナーの単位重量あたりの帯電量が約−８μＣ／ｇとなり、これ以下ではトナー飛散などの不具合が発生する可能性がある。
【００８３】
次に、転写ニップ出口側での放電について考える。転写ニツプ出口側では、中間転写ベルト２上にトナー層１８が移動しているため、図４（ｂ）のようにトナー層１８と感光体１の表面との間に空隙があるモデルを考える。基本的なコンデンサーの並列モデルには変わりがないため、空隙電界および電荷密度は前述の式（１０）と同様になる。
【００８４】
図７は、ベルト裏面電位ＶＨが６００Ｖ（Ａ３）、７１０Ｖ（Ｂ３）、８００Ｖ（Ｃ３）および８５０Ｖ（Ｄ３）のときの空隙間隔ｇ（ｍ）と空隙電位差［Ｖ］との関係を示す特性の計算結果である。ここで、感光体膜厚ｄｍ＝２８μｍ、トナー層厚さｄｔ＝２０μｍとした。また、図７中に、パッシェン則Ｖｐ＝３１２＋６．２×１０6×ｇに基づく放電限界の曲線Ｃｐもあわせて示している。この曲線Ｃｐと直線の交点の有無から、ベルト裏面電位が７１０Ｖ以上であり、空隙距離が約３０μｍ以下であるときに放電が発生することが分かる。また、放電が発生し始めるベルト裏面電位をＶ２とすると、感光体電位ＶＬが−１５０Ｖであるから、感光体電位とベルト裏面電位の電位差Ｖ２−ＶＬは８６０Ｖとなる。
【００８５】
図８は、同様にして、トナー層厚ｄｔが５μｍ（Ａ４）、１０μｍ（Ｂ４）、２０μｍ（Ｃ４）、３０μｍ（Ｄ４）、４０μｍ（Ｅ４）、５０μｍ（Ｆ４）および６０μｍ（Ｇ４）のときの感光体膜厚ｄｍと最大電位差Ｖ２−ＶＬ［Ｖ］との関係を示す特性の計算結果である。実用的には中間転写ベルト２上でのトナー層厚ｄｔは６０μｍ以下であり、感光体膜厚ｄｔはｌ０〜４０μｍの範囲であるので、この範囲で取り得る上記最大電位差Ｖ２−ＶＬは６００〜１３００Ｖとなる。また、トナー画像のシャープ性の改善のために現像や転写を考慮すると、中間転写ベルト２上でのトナー層厚ｄｔは５０μｍ以下、感光体膜厚ｄｔは１０〜３０μｍの範囲が好ましい。この好ましい範囲では上記最大電位差Ｖ２−ＶＬは６００〜１２００Ｖとなる。
【００８６】
また、図８の結果から、各条件下におけるＶ２−ＶＬの値を表す式は、次の（１３）式のようになる。したがって、前述の（４）式を満足するように構成することにより、上記接触部の転写体移動方向の終点における像担持体と転写体との間のパッシェン放電をより確実に防止できる。
【数１３】
Ｖ２−ＶＬ＝｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０) ・・・（１３）
【００８７】
次に、導電性ブラシ１６の下流端から転写ニツプの下流端までの距離Ｌ１について説明する。前述のように、充分な転写効率を得るには、ある一定値以上の静電力が、ある一定時間ΔＴ以上働いていなければならないと考えることができる。検討の結果、本実施形態の構成では上記ΔＴは２０ｍｓであることが分かった。
【００８８】
図９は、上記（７）式および（８）式より、ΔＴ＝０．０２ｓ、Ａ＝１８０ｍｍ／ｓ、Ｌ＝４ｍｍ、Ｖ１＝１００Ｖ、Ｖ２＝９５０Ｖのときの転写バイアスの上下限値Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎを求めた計算結果を示している。計算上はＶｍａｘとＶｍｉｎの値が逆転する範囲が存在するが、そのような範囲では最適転写条件が存在しないことを意味している。したがって、Ｌ１はＶｍａｘ≧Ｖｍｉｎとなる範囲でなければならない。なお、図９の条件では、Ｌ１は４ｍｍ以上必要である。このＬ１の値は上記Ｌ２の値を変えても同じであった。
【００８９】
図１０は、上記図９と同様に、中間転写ベルト２の移動速度Ａｍｍ／ｓを変化させたときのＬ１下限値（最小Ｌ１）を求めた計算結果を示している。図中には、 Ｖ１＝１００Ｖ，Ｖ２＝９５０Ｖの条件の場合（Ａ５）と Ｖ１＝２００Ｖ，Ｖ２＝７００Ｖの条件の場合（Ｂ５）の計算結果を示している。この図１０から、Ｌ１の下限値は、移動速度Ａに比例して増加することがわかる。
【００９０】
また、図１０から、所定の転写効率を得るとともに転写ニップ下流端での放電を防止するためには、Ｖ１＝１００Ｖ，Ｖ２＝９５０Ｖの条件下で、前述の（５）式のようにＬ１を０．０２２×Ａ以上に設定する必要があることがわかる。また、Ｖ１＝２００Ｖ，Ｖ２＝７００Ｖの条件下で、前述の（６）式のようにＬ１を０．０２９×Ａ以上に設定する必要があることがわかる。
【００９１】
次に、中間転写ベルトの抵抗値について説明する。本実施形態では、表面抵抗値Ｒｓが１×１０7〜１×１０10Ω／□、または、体積抵抗値Ｒｖが１×１０7〜１×１０11Ωｃｍのものを用いる。これらの範囲よりも抵抗値が低い場合、転写バイアスのリークが発生し、充分な転写効率が得られなくなる。逆に、抵抗値が高い場合、ベルト裏面電位が図３のような直線関係で近似できなくなり、（１）式、（７）式及び（８）式が成り立たなくなる。
【００９２】
次に、トナーの電荷量について説明する。前述の図６のように、トナー粒子１個あたりの平均電荷量ｑが−１〜−６ｆＣの範囲で変化した場合、トナー粒子の単位平均粒径当たりの電荷量ｑ／ｄは−０．１７〜−１ｆＣ／μｍということになる。この範囲よりもトナーの電荷量が小さくなるとトナー飛散が発生し、大きすぎると転写性の悪化や異常画像が発生しやすくなる。また、トナー帯電量の増加により、最適転写バイアス値の範囲が狭くなる。
【００９３】
図１１は、トナー粒子１個あたりの平均電荷量ｑが−６ｆＣのときの図９と同様の計算結果を示す。図６の結果に示される静電気力Ｆｅの変化を反映して、最小のＬ１値も４ｍｍから約８．５ｍｍへと増加していることがわかる。
【００９４】
以上、本実施形態によれば、上記Ｌ１およびＬ２を所定の値に設定することにより、感光体ドラム１上のベタ画像からなる可視像を中間転写ベルト２側に転写効率９０％以上で転写できるとともに、転写ニップのベルト移動方向の終点における感光体ドラム１の可視像部と中間転写ベルト２との間のパッシェン放電を防止できる。
【００９５】
なお、上記実施形態において、出口ローラ９に印加する転写バイアスの値を制御する制御手段を設けてもよい。そして、転写効率が環境条件や中間転写ベルト２の抵抗値によって変化する点を考慮し、前述の最適条件範囲の中でも各条件ごとに実際に印加する転写バイアスの値を設定することが好ましい。例えば、温湿度センサーを設置し、その出力結果に基づいて転写バイアスを制御するように構成する。また、中間転写ベルト２の経時劣化による抵抗値の変化を経験的に予測しておき、使用履歴に応じて転写バイアスを制御するように構成してもよい。
【００９６】
【実施例】
次に、本実施形態のより具体的な実施例を比較例とともに説明する。
〔実施例１〕
上記実施形態の図２の装置で、感光体ドラム１の感光体膜厚を２８μｍ、中間転写ベルト２の膜厚を１５０μｍ、転写体の体積抵抗値Ｒｖを約１×１０10Ωｃｍ、中間転写ベルト２の移動速度Ａを１８０ｍｍ／ｓ、転写ニップ内の導電性ブラシ１６の下流端から転写ニップの下流端までの距離Ｌ１を１０ｍｍ、転写ニツプの下流端から出口ローラ９の接触位置までの距離Ｌ２を８ｍｍとした。この条件下では、Ｌ１の値は（５）式を満たしている。導電性ブラシ１６には、アクリル繊維にカーボンブラックを分散させたものを用いた。ブラシ形状のため、転写体裏面へ均一に接触し、接触圧力を小さくできる。
【００９７】
また、本実施例１では、感光体ドラム１の帯電電位が−６５０Ｖ、現像バイアスが−５００Ｖ、露光部電位ＶＬが−１５０Ｖ、トナーの帯電量が約−１５μＣ／ｇの作像条件で、単色時の画像濃度が充分に得られるトナー現像量の約１．５ｍｇ／ｃｍ2が得られた。このときのトナー層厚を非接触の表面形状測定装置（キーエンス社製，表面形状測定顕微鏡ＶＦ７５００）で測定したところ、平均値で約２０μｍであった。また、トナー粒子の密度は１．２ｇ／ｃｍ3で、トナー層の充填率Ｐは０．４２であった。また、トナー粒子の平均帯電量分布をＥスパートアナライザ（ホソカワミクロン社製）で測定したところ、平均値で約−３ｆＣであった。このとき、転写ニツプ中でトナー画像の静電転写に最低限必要なベルト裏面電位Ｖ１は約２００Ｖであった。これは（２）式および（３）式を満たす。また、転写ニップ内のベルト裏面電位が２００Ｖ以上の範囲が４ｍｍ以上必要であった。これは（５）式を満たす。さらに、転写ニツプの下流端でのベルト裏面電位Ｖ２が約７００Ｖ以上で、転写後のトナーの帯電量のマイナス側への変化が観測され、転写ニップ出口での放電が発生していると推測された。これは（４）式を満足しない結果と一致している。このような条件下において、前述の（１）式は６００≦Ｖｔ≦１２６０と計算される。実際に、中間転写ベルト２上へのべタ画像の転写性を評価したところ、転写バイアスの値が約７００Ｖ〜１２００Ｖの範囲で転写効率が９０％以上になるとともに、転写チリの発生が少ない良好な画像が得られた。特に、転写バイアスが８００Ｖのときに転写チリの発生が少なかった。
【００９８】
〔実施例２〕
除電部材として導電性のゴムローラを用いた以外は、実施例１と同様な条件にした。本実施例２の構成では、導電性ゴムローラが変形して中間転写ベルト２の裏面に均一に接触するが、その接触圧力は比較的大きくなる。中間転写ベルト２上へのべタ画像の転写性を評価したところ、転写バイアス値が約７００Ｖ〜１２００Ｖの範囲で転写効率が９０％以上になるとともに、転写チリの発生が少ない良好な転写性が得られた。また、上記実施例１と同様に、特に転写バイアスが８００Ｖのときに転写チリの発生が少なかった。しかしながら、本実施例２では、文字画像部にトナーの中抜けが僅かに発生した。これは、上記導電性ゴムローラの硬度が最適化されていなかったことにより、転写ニツプでトナー層にかかる圧力が大きかったためであると考えられる。
【００９９】
〔比較例１〕
上記実施例１において、転写バイアスの値を（１）式の範囲外である５００Ｖに制御した場合、ベタ画像の転写効率が７０％程度で不十分であった。また、転写バイアス値を１４００Ｖに制御した場合、ニツプ出口の放電による逆転写が発生し、転写効率の低下が見られた。
【０１００】
〔比較例２〕
上記実施例１において、帯電電位を−５３０Ｖ、現像バイアスを−３８０Ｖ、露光部電位ＶＬを−３０Ｖとして、同様にべタ画像の転写性を評価した。現像トナー量は同じであるため、実施例１と同様に８００Ｖの転写バイアスを印加したところ、僅かな転写不良が発生した。これは、（２）式および（３）式を満たさない条件である。
【０１０１】
〔比較例３〕
上記実施例１において、厚さが約３０μｍの１色のトナー層を中間転写ベルト２上に重ね合わせて転写して２色のトナー像を形成する場合について、２色目のトナー像の転写性を評価した。１色目のトナー像は、転写バイアスの値が１１００Ｖ程度で良好な転写性が得られた。中間転写ベルト２上でのトナー層厚が約６０μｍになるニ色目のトナー像の転写工程では、約１５００Ｖで最高の転写効率が得られ、それ以上では転写効率の低下が見られた。転写バイアスの値が１５００Ｖ以上ではニップ出口でのベルト裏面電位が約１１００Ｖ以上になり、（４）式を満たさなくなる。したがって、転写ニツプ出口で放電が発生し始め、転写効率が低下していくと考えられる。転写ニツプ出口での放電を防止するためには、図８および（４）式により、中間転写ベルト２上でのトナー層厚を５０μｍ以下にするか、感光体膜厚を２０μｍ以下にする必要がある。
【０１０２】
〔比較例４〕
実施例１において、導電性ブラシ１６の下流端から転写ニツプの下流端までの距離Ｌ１を３ｍｍに設定したところ、転写効率が８０％以上になる転写バイアスの値は得られなかった。これは、Ｌ１≧Ａｘ０．０２２を満たさず、トナーの移動に必要な転写力を受けることができなかったためであると考えられる。
【０１０３】
〔比較例５〕
実施例１において、感光体膜厚を４０μｍとした場合、文字画像のシャープ性の低下が見られた。これは、ｄｍ／εｍ≧１０となり、感光体の静電容量の低下によって感光体表面の電荷密度が低下したためと考えられる。
【０１０４】
〔比較例６〕
実施例１において、表面抵抗値Ｒｓが１×１０11Ω／□程度、体積抵抗値Ｒｖが１×１０12Ωｃｍ程度の単層の中間転写ベルト２を用いた場合、単色トナー層時の最適転写バイアスの値は１４００Ｖ〜１８００Ｖとなり、（７）式及び（８）式を満たさなくなる。これは、中間転写ベルト２の抵抗値が高くなると、ベルト移動方向におけるベルト裏面電位の直線性が崩れるためと考えられる。
【０１０５】
〔比較例７〕
実施例１において、トナーの帯電量を増加させた。現像剤中のキャリア粒子の種類を替え、現像剤の帯電量Ｑ／Ｍ値がニ倍の約−５０μＣ／ｇとなるようにした。また、感光体の帯電電位を−８５０Ｖ、現像バイアスの値を−７００Ｖ、露光後電位を−１５０Ｖにして、現像トナー量がほぼ一定になるようにした。感光体ドラム１上のトナーの電荷量分布は、感光体としてシート状のものを用い、現像トナーが付着したシート状感光体を切り取ってＥスバートアナライザの試料台にセットすることで測定した。トナーの平均ｑ／ｄ値が−１．２ｆＣ／μｍでは、転写効率が９０％以上となる転写バイアスの値は得られなかった。
【０１０６】
なお、上記実施形態では感光体ドラム１を用いた装置について説明したが、本発明は、感光体ドラム１以外のベルト状の感光体など他のタイプの像担持体を用いたものにも適用可能である。
【０１０７】
また、上記実施形態では感光体ドラムから中間転写ベルト２への転写の場合について説明したが、本発明は、感光体ドラムから転写材を担持している搬送体への転写の場合や、中間転写ベルトから転写材を担持している搬送体への転写の場合についても適用することができる。また、本発明は、上記転写体および転写材搬送体としてベルトを用いた場合のみならず、ドラム、ローラなど他の形状の転写体および転写材搬送体を用いた場合にも適用可能である。また、中間転写体、転写材搬送体の電気的特性（体積抵抗、表面抵抗）、厚さ、構造（単層、２層、・・）などは、作像条件などにより適切な構成を種々選択可能であり、本実施形態で用いたものには限定されず、使用される材料、材質も種々選択可能である。
【０１０８】
また、上記実施形態では電荷付与部材としてローラを用いているが、本発明は、ローラ以外の導電性プラシ（金属、樹脂）、導電性ブレード（金属、樹脂、ゴム）など他の形状の電荷付与部材を用いた場合にも適用可能である。また、転写電荷の付与位置は転写ニップ下流位置に限定されず転写ニップ内でも良い。また、１次転写電源の印加電圧（転写バイアス）の値は、上記実施形態および実施例で用いた値に限定されず、種々の作像条件に応じて所望の値を設定可能である。
【０１０９】
また、上記実施形態では除電部材として導電性ブラシを用いているが、本発明は、ブラシ以外の導電性ローラ（金属、樹脂）、導電性ブレード（金属、樹脂、ゴム）など他の形状の除電部材を用いた場合にも適用可能である。そして、その除電部材の中間転写体、転写材搬送体への接触位置は転写ニップ内ならばその位置は限定されない。また、本発明は、中間転写ベルト２から記録紙へ転写を行う２次転写で転写電荷を付与する電荷付与部材として、ローラ以外のベルト、ブラシ、ブレードなど他の形状のものを用いた場合にも適用可能であり、コロナ放電器を用いてもよい。
【０１１３】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明によれば、像担持体と転写体との接触部内において転写電荷を減少させて除電する転写装置を備えた画像形成装置において良好な転写効率を得ることができるとともに、上記接触部の終点におけるパッシェン放電による転写画像劣化を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るカラー画像形成装置の転写装置における転写ニップの説明図。
【図２】同カラー画像形成装置の概略構成図。
【図３】転写ニップ近傍の中間転写ベルト上の位置とベルト裏面電位との関係を示す特性図。
【図４】（ａ）は転写時の転写ニップのモデル図。（ｂ）は転写終了時の転写ニップのモデル図。
【図５】転写ニップにおけるベルト裏面電位ＶＨとトナーに作用する静電気力Ｆｅとの関係を示す特性図。
【図６】転写ニップにおけるベルト裏面電位ＶＨとトナーに作用する静電気力Ｆｅとの関係を示す特性図。
【図７】転写ニップ出口におけ空隙間隔ｇと空隙電位差との関係を示す特性図。
【図８】転写ニップにおける感光体膜厚ｄｍと最大電位差Ｖ２−ＶＬとの関係を示す特性図。
【図９】転写ニップにおけるＬ１と転写バイアスＶＢの最適範囲との関係を示す特性図。
【図１０】転写ニップにおける中間転写ベルトの線速Ａと最小Ｌ１との関係を示す特性図。
【図１１】転写ニップにおけるＬ１と転写バイアスＶＢの最適範囲との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
１ａ 感光体
２ 中間転写ベルト
８ 入口ローラ
９ 出口ローラ
１６ 導電性ブラシ
Claims (3)
- 可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、
該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、
上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位をＶ１［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが３．１〜１２．５［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．５［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが２０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（２）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ１の値を決定し、
該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値と、該接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の裏面の電位Ｖ２［Ｖ］の値とを決定し、
上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として下記の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とする画像形成装置における転写条件の設定方法。
｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜≦｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜ ・・・（１）
｜Ｖ１｜≧｜｛１００＋５・(ｄｍ−１０)｝＋(ＶＬ＋１５０)｜ ・・・（２） - 可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、
該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、
上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位をＶ１［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが８．８［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．３３〜１．０［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが２０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（３）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ１の値を決定し、
該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値と、該接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の裏面の電位Ｖ２［Ｖ］の値とを決定し、
上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として下記の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とする画像形成装置における転写条件の設定方法。
｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜≦｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜ ・・・（１）
｜Ｖ１｜≧｜１４０＋４５・(ｑ−２)＋５・(ｑ−２)２＋(ＶＬ＋１５０)｜ ・・・（３） - 可視像を担持する像担持体の表面に一定距離接触しながら移動するベルト状の転写体と、該像担持体と該転写体との接触部内で該転写体上の転写電荷を減少させるように除電する除電部材と、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体に転写電荷を付与する電荷付与部材とを有し、該像担持体と該転写体との接触部に形成された転写電界により該像担持体上の可視像を該転写体上に転写する転写装置を備え、
該転写装置は、該転写体として、該転写体の該像担持体との接触面とは反対側の裏面の電位と該裏面上の転写体移動方向における該除電の位置からの距離との関係が線形になるような電気抵抗を有するものを用い、該転写体の裏面で上記除電を行い、該接触部の転写体移動方向の終点の同方向下流側で該転写体の裏面に転写電荷を付与する画像形成装置における転写条件の設定方法において、
上記接触部の転写体移動方向の終点で該像担持体と該転写体との間にパッシェン放電開始電位差を生じさせる該転写体の電位をＶ２［Ｖ］、上記像担持体の誘電体層の厚さをｄｍ［μｍ］、該誘電体層の比誘電率をεｍ、上記転写体の厚さをｄｐ［μｍ］、該転写体の比誘電率をεｐ、該像担持体上の可視像を構成するトナー粒子１個当たりの平均帯電量をｑ［ｆＣ］、該トナー粒子の平均粒径をｄ［μｍ］、該該像担持体上の可視像形成部の電位をＶＬ［Ｖ］としたとき、上記誘電体層の誘電厚みｄｍ／εｍが３．１〜１２．５［μｍ］、上記転写体の誘電厚みｄｐ／εｐが１［μｍ］、上記トナー粒子の単位粒径当たりの平均帯電量ｑ／ｄの絶対値が０．１７〜１．０［ｆＣ／μｍ］、トナー密度δが１２００ｋｇ／ｍ３、該トナー粒子１個当たりの平均質量ｍが０．２６ｎｇ、充填率Ｐが０．４２、上記像担持体上の可視像におけるトナー層の層厚ｄｔが５〜６０μｍ、該トナー層の比誘電率εrlが１．６である条件下で、結果として下記の（４）式が満足されるように上記転写体の裏面の電位Ｖ２の値を決定し、
上記接触部で上記像担持体に付着している可視像のトナーを上記転写体側に向けて静電的に離脱させるために最低限必要な該転写体の裏面の電位Ｖ１［Ｖ］の値と、該像担持体上のベタ画像からなる可視像を該転写体側に転写効率９０％以上で転写するために最低限 必要な、該転写体の電位を絶対値で上記Ｖ１以上に保持する時間ΔＴ［秒］の値とを決定し、
上記転写体移動方向における上記除電の位置から上記接触部の終点までの距離をＬ１［ｍｍ］、該終点から上記転写電荷付与の位置までの距離をＬ２［ｍｍ］、該転写体の移動速度をＡ［ｍｍ／ｓ］、上記電荷付与部材の電位をＶｔ［Ｖ］、上記除電部材の電位をＶ０［Ｖ］としたとき、上記決定したＶ１、Ｖ２及びΔＴの値を用いて結果として下記の（１）式が満足されるようにＬ１、Ｌ２、Ｖｔ及びＶ０を設定することを特徴とする画像形成装置における転写条件の設定方法。
｜Ｖ０＋ ( Ｖ１−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／ ( Ｌ１−Ａ・ΔＴ ) ｜≦｜Ｖｔ｜＜｜Ｖ０＋ ( Ｖ２−Ｖ０ ) ・ ( Ｌ１＋Ｌ２ ) ／Ｌ１｜ ・・・（１）
｜Ｖ２｜＜｜〔｛６００＋１０・(ｄｔ−５)｝＋５・(ｄｍ−１０)〕＋ＶＬ｜ ・・・（４）
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