JP3906585B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、電子写真記録、静電記録、イオノグラフィー、磁気記録等の方法を利用した画像形成装置に係り、特に、像担持体上に形成されたトナー像を一旦中間転写体上に転写した後、さらに記録媒体に転写する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数色のトナー像を重ね合わせ、記録媒体上にカラー画像を形成するカラー画像形成装置には、いくつかの方式が提案されており、その一つに、像担持体上で形成したトナー像を順次同じ記録媒体上に重ねて転写するものがある。このような画像形成装置には、一つの像担持体上に次々に異なる色のトナー像を形成し、記録媒体への転写をくり返すものと、四つの作像ユニットを有し、各色のトナー像を記録媒体上に重ねて転写するものがある。
しかし、いずれの方式も、記録媒体上にトナー像を最適の条件で転写するとともに複数のトナー像を位置ずれが生じることなく転写するには、困難をともなう場合が多い。つまり、記録媒体には、様々な材料や厚さのものが想定され、常に同じ条件で転写を行なうことができないからである。
【０００３】
これに対し、トナー像を一旦中間転写体に転写するものとし、この中間転写体上で複数色のトナー像を重ね合わせる方式では、常にほぼ同一の条件で転写を行なうことができ、高画質のカラー画像を得るためには有利な点が多い。
このような中間転写体を用いる場合には、その構成及び表面層等を形成する材料の物性は次の点を考慮して定められる。
（１）トナーが飛び散る、いわゆる“ブラー”を防止することができること。
（２）一旦転写されたトナーが像担持体に戻るリトランスファーを防止できること。
（３）転写効率が良好であること。
【０００４】
上記条件のうち、ブラーの防止に関しては、転写される側の材料の表面抵抗が高いほどよいことが知られている。これは、中間転写体の表面を形成する材料の表面抵抗が高い場合には、転写されたトナーの電荷が中間転写体中又は表面に流れずに保持され、トナーの拘束力がよく働くことによると考えられる。
【０００５】
一方、転写効率を良好なものとするためには、転写部において有効な電界を効率よく作用させる必要があり、そのための技術として、特開平８−３０１０９号公報又は特開平８−５０４１９号公報に開示されるものがある。
この技術は、中間転写体を２層構造とし、外側の層の抵抗を内側よりも高く設定するものである。このような構成によってより高い転写効率がえられるのは、中間転写体の下層から電源により供給されるトナーと逆極性の電荷をできるだけ表層近くで滞留させることにより、効率よく転写電界が得られるからである。
【０００６】
また、転写効率を向上させる手段として、特開平０２−０５１１６８号公報に開示されるように球形トナーを用いる技術がある。球形トナーは、不定形のトナーに比べて感光体や中間転写体との接触面積が小さいため、付着力が低減され、電界によるトナーの移動を容易にするという効果がある。さらに、特開平９−２１２０１０号公報には、ある種の微粒子を感光体、中間転写体の表面に分散付着させることにより転写効率が飛躍的に増大することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、転写効率については、上記のような手段を採るだけでは十分ではない場合がある。特にクリーナを持たない、いわゆるクリーナレスのシステムにおいては、転写残留トナーをほぼゼロとしなければならない。残留トナーが存在する場合には、次の作像サイクルにおいて、残留トナーがそのまま転写され、画像にポジゴーストが発生するためである。ポジゴーストは、残留トナーの現像器による回収が行われない中間転写体から他の中間転写体または記録媒体への転写において、より発生しやすい。また、感光体からの転写においては、残留トナーが像露光を遮ることによってネガゴーストも発生する。したがって、上記クリーナレスのシステムにおいては、１００％に近い転写効率が必要とされ、本発明の発明者による実験で、感光体からの転写においてネガゴーストの発生を回避するのに必要な転写率は９９．２％程度、中間転写体からの転写においてポジゴーストの発生を回避するのに必要な転写率は９９．８％程度であることが明らかになっている。このような条件は、上記従来の技術に基づく構成のみでは達成することが困難である。
【０００８】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リトランスファー、ブラーを防止するとともに、高い転写効率が得られ、良好な転写画像が得られる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、 潜像が無端状の周面に形成される像担持体と、 前記潜像にトナーを転移して可視化する現像装置と、 周回移動する無端状の周面を備え、前記像担持体上に形成されたトナー像が該周面上に転移される中間転写体とを有し、 前記中間転写体から記録媒体に、トナー像を転写し定着する画像形成装置において、 前記像担持体は、周面上に電気抵抗層を有し、 前記中間転写体は、トナー像が転写される周面に少なくとも２層が積層された電気抵抗層を有し、 前記中間転写体の前記電気抵抗層の表面層が弾性を有する材料からなり、該表面層の硬度が微小硬度計による測定で６以下であり、 前記中間転写体の前記電気抵抗層の背面に接触している導電体と、この中間転写体が圧接された前記像担持体の導電性基体との間に電圧を印加したときの前記像担持体の電気抵抗層と、前記表面層を含む前記中間転写体の電気抵抗層とによる時定数が、前記中間転写体が前記像担持体と圧接される転写ニップの幅をＷ（ｍｍ）、周回駆動される前記像担持体の周速度をｖ（ｍｍ／ｓ）としたときのＷ／ｖ以下となるように前記電気抵抗層が形成されているものとする。
なお、上記微小硬度計による測定は、稜線角度 115 度を有する三角錐圧子を使用し、 試験荷重 0.25gf 、 負荷速度 0.0145gf/sec で測定したものである。
【００１０】
上記構成は、次のような技術的思想に基づくものである。
転写効率については、トナー層にかかる有効電界が支配的な要因であるが、その場合、ただ分圧としてトナー層に作用する電界の強さを考えるだけでは不十分である。最も重要なことは、中間転写体が転写ニップをある時間で通過する場合、瞬時にトナー層に所定の電界がかかることである。言い換えれば、転写効率において支配的な要因は、ニップ滞在中のトナーにかかる電界の時間積分であるということができる。
【００１１】
上記のような考えに基づくと、トナー像を中間転写体に転写しようとするときには、トナー像を担持した部材と中間転写体とが圧接されるニップ部を通過する短い時間内に有効な電界を長く作用させる必要がある。しかし、ニップ部に電気抵抗層が介挿されることによって、電荷の注入にある程度の時間がかかり、上記任意の点で作用する転写電界が、ニップ部に突入する瞬間の前後から、時間の経過にともなって立ち上げられることになる。そして、この立ち上げ時間が長くなると短いニップ部通過時間内に充分な転写電界が作用しないことになる。
したがって、図９中の曲線Ｌで示すように電界の強さが急速に立ち上げられ、斜線で示す面積Ａを大きくする必要があるということである。
【００１２】
このような必要性に対し、上記のようにニップ部に電圧を印加したときの時定数を小さく設定することにより、ニップ部での転写電界が短い時間で立ち上げられ、ニップ部通過時間内に強い電界を長く作用させることができる。
これは次の様に考えることができる。
中間転写体上における任意の一点がニップ部へ突入したときに、この点に作用する電界に過渡状態が発生することと、ニップ部に電圧を印加したときに過渡状態が生じることとは、全く同じ現象とはいえない。しかし、これらは相関関係を有するものであり、本請求項に係る発明の構成にあるように、ニップ部に電圧を印加したときの時定数を適切な範囲とすることによって、ニップ部の電界を急速に立ち上げ、有効な転写電界が得られる。そして、上記適切な範囲は、実験の結果より転写が行なわれるニップ部の通過に要する時間以下となり、この範囲に上記時定数を設定するものである。
【００１３】
像担持体から中間転写体へトナー像が転写されるニップ部では、転写電界を形成するための電圧が印加される導電体間に、中間転写体の表面の電気抵抗層だけでなく、像担持体上の感光体層等の電気抵抗層が存在する。また、これらの間には転写するトナー層もある。したがって、転写が行なわれるニップ部で生じる電界の過渡現象は、上記像担持体側の電気抵抗層やトナー層の影響も受けることになる。本請求項に係る発明の構成は、このような影響にも考慮して中間転写体上の電気抵抗層の諸数値が定められたものである。つまり、中間転写体と像担持体とを圧接し、中間転写体側の導電体と像担持体の導電性基体との間に電圧を印加したときの時定数を測定し、この値が中間転写体の任意の一点がニップを通過する時間Ｗ／ｖ（Ｗ：ニップ幅、ｖ：中間転写体の周速）以下となるように設定する。これにより、強い転写電界がニップ部通過時間内に有効に作用し、高い転写効率が得られる。
【００１４】
なお、２層からなる電気抵抗層を有するとき、これらの層の両側に導電体を当接して電圧を印加するときの等価回路は図１０に示すとおりとなる。
この等価回路における電気抵抗の値をＲ1 、Ｒ2 、コンデンサの容量をＣ1 、Ｃ2 とすると、この回路に電圧を印加したときの時定数τは、
τ＝Ｒ1 ・Ｒ2 ・（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）
と表わすことができる。これを、各層の体積抵抗率ρ1 ，ρ2 、比誘電率εr1，εr2、厚さｄ1 ，ｄ2 で書き直すと
τ＝ρ1 ・ρ2 ・（εr1ε0ｄ2 ＋εr2ε0ｄ1 ）／（ｄ1 ρ1 ＋ｄ2 ρ2 ）
・・・・・・・・・・・・・・（１）
となる。ここで、ε0は真空の誘電率である。
したがって、時定数τをある値τｃ以下とする場合には、各層の物性値を、
ρ1 ・ρ2 ・（εr1ε0ｄ2 ＋εr2ε0ｄ1 ）／（ｄ1 ρ1 ＋ｄ2 ρ2 ）≦τｃ
なる関係を満たすように選択すればよい。
【００１５】
一方、リトランスファーについては、一定以上に強い電界がトナー層にかかることを避ける必要がある。一定以上に強い電界がかかると、微小な空隙における放電によって一部のトナーの電荷が反転し、このようなトナーがリトランスファーの原因になると考えられるからである。
しかし、上記構成の画像形成装置では、転写する側の部材と中間転写体との間には、過度に強い電圧を印加しなくても、転写電界はニップ部突入後急速に立ち上げられ、長い時間有効に作用することになって、高い転写率とリトランスファーの防止とが両立されることになる。
【００１６】
また、このような構成の画像形成装置では、表面層が弾性材料で形成されているので、ニップ部でトナー層を挟み込むことによって表面に微小な変形が生じる。この変形が表面と平行な方向にトナーが移動するのを拘束することになり、トナーの飛び散り、すなわちブラーが生じにくくなる。このような変形が有効に機能するためには、表面層が微小硬度計による測定で６以下とするのが望ましく、６以上ではブラーを防止する効果が小さくなる。
ここで、上記表面層は、前記電気抵抗層の最も外側に形成された層であってもよいし、二層以上の電気抵抗層の上に形成された層であってもよい。
なお、上記のようにブラーを抑止する効果は機械的なものであり、表面の抵抗がある程度（１０7 Ωｃｍ）まで低くても有効に作用する。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、 潜像が無端状の周面に形成される像担持体と、
前記潜像にトナーを転移して可視化する現像装置と、 周回移動する無端状の周面を備え、前記像担持体上に形成されたトナー像が該周面上に転移される一次中間転写体と、
前記一次中間転写体と圧接され、該一次中間転写体上のトナー像が転写される二次中間転写体とを備え、 前記二次中間転写体から記録媒体にトナー像を転写し定着する画像形成装置において、 前記一次中間転写体及び二次中間転写体は、トナー像が転写される周面に少なくとも２層が積層された電気抵抗層を有し、 前記像担持体からトナー像が転写される一次中間転写体の電気抵抗層の背面に接触する導電体と、前記二次中間転写体の電気抵抗層の背面に接触する導電体との間に電圧を印加したときの時定数が、 前記二つの中間転写体が圧接される転写ニップの幅をＷ（ｍｍ）、周回駆動される前記一次中間転写体の周速度をｖ（ｍｍ／ｓ）としたときのＷ／ｖ以下となるように前記一次中間転写体および二次中間転写体の電気抵抗層が形成されており、 前記一次中間転写体及び二次中間転写体における電気抵抗層の表面層が弾性材料からなるものであり、
前記一次中間転写体の弾性材料からなる表面層が、前記二次中間転写体の弾性材料からなる表面層より、下記条件における微小硬度計によって測定される硬度が大きくなっている画像形成装置を提供する。
なお、上記微小硬度計による測定は、稜線角度 115 度を有する三角錐圧子を使用し、
試験荷重 0.25gf 、 負荷速度 0.0145gf/sec で測定したものである。
【００１８】
このような構成の画像形成装置では、像担持体から中間転写体に転写されたトナー像は、さらに二次中間転写体に転写される。上記像担持体からトナー像が転写される中間転写体（一次中間転写体）と上記二次中間転写体を圧接し、双方の導電体間に電圧を印加したときの時定数を測定し、この値がＷ／ｖ以下となるように双方の中間転写体の電気抵抗層を設定する。これにより、双方の間に形成される電界は短い時間で立ち上げられ、ニップ部通過時間内に有効な転写電界が作用することになる。
また、一次中間転写体の表面層が二次中間転写体の表面層より、微小硬度計で測定した硬度が大きくなっていることにより、ニップ部でトナー粒子は転写される側の部材の表面層で強く拘束され、ブラーが有効に防止される。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、 前記中間転写体は、導電性の円柱体又は円筒体の周面を、少なくとも２層の電気抵抗層で被覆したものとする。
【００２０】
このような構成では、中間転写体が変形しにくい部材であり、安定した駆動ができる。
したがって複数色のトナー像を重ね合わせるときに色ずれを生じないように正確に駆動制御することが容易となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置において、 前記中間転写体の表面層下に形成された層の少なくとも一つが弾性を有する材料からなり、この層の硬度が、アスカーＣ（ＪＩＳ Ｓ ６０５０）により測定した値で７０以下であるものとする。
【００２２】
このような構成により、表面層下にある弾性材料からなる層がニップ部で変形し、充分なニップ幅とニップ部内での圧力の均一性が確保される。このとき、弾性材料からなる層がアスカーＣで測定した硬度で７０以上であると、転写ニップの幅が充分に確保できず、転写効率が低下してしまう。また、転写ニップでのトナーの凝集が起こりやすくなり、これに起因する文字画像やライン画像での転写抜けが発生しやすくなる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の画像形成装置において、 前記中間転写体の表面に、トナー粒子より平均粒径が小さく、無機材料からなる微粒子がほぼ一様に付着しているものとする。
【００２４】
このような構成では、トナー粒子が無機微粒子を介して中間転写体に付着することになり、他の中間転写体又は記憶媒体に再転写する際に電界の作用でトナー粒子が容易に中間転写体から離脱し、転写効果率が向上する。したがって、請求項１、請求項２又は請求庫３に記載の構成を組み合わせることによって、９９．８％程度の転写効率を得ることも可能となる。また、上記構成に加えて、球形トナーを用いることも転写効率を大きくするのに有効である。
なお、上記無機微粒子は、たとえば、ＴｉＯ2 やＳｉＯ2 の粒状体を用いることができる。この無機微粒子は感光体等の像担持体にほぼ一様に付着させておくこともでき、これによって像担持体から中間転写体への転写効率を向上することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の画像形成装置において、 前記像担持体上に形成されたトナー像が、前記記録媒体に転写されるまでの複数の転写部の少なくとも一つで、トナー像を転写する側の部材の周速と、トナー像が転写される側の部材の周速又はトナー像が転写される記録媒体の移動速度とが微小差を有するように駆動されるものとする。
【００２６】
このような構成とすることにより、ニップ部でトナー像を挾む二つの部材が微小なずれを生じ、トナー像を転写する側の部材の表面からトナー粒子を容易に離脱させることができる。したがって、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の構成と併せて用いることによって極めて高い転写効率が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明が適用可能な画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、それぞれ異なる色のトナー像を形成する４つの画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、これらの画像ユニットが有する感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに像光を照射する像書き込み装置２と、第１及び第２の画像形成ユニット１ａ，１ｂで形成されたトナー像が重ねて転写される第１の中間転写体３と、第３及び第４の画像形成ユニット１ｃ，１ｄで形成されたトナー像が重ねて転写される第２の中間転写体４と、第１の中間転写体３上のトナー像と第２の中間転写体４上のトナー像とが重ねて転写される第３の中間転写体５と、第３の中間転写体５上のトナー像を記録媒体８に転写する転写バイアスローラ６と、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱加圧して定着する定着装置７とで主要部が構成されている。
【００２８】
上記像書き込み装置２は、デジタルの画像情報に基づいて点滅するレーザービームを生成するレーザー発生装置２１と、レーザーを各画像形成ユニット１の感光体ドラム１１に導くプリズム２２，２３、ミラー２４，２５，２６、レンズ２７，２８と、レーザーを感光体ドラムの幅方向に走査させるポリゴンミラー２９とを備えており、回転する感光体ドラム１１の周面上に像光を照射するようになっている。
【００２９】
上記四つの画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのトナー像を形成するものであり、それぞれが感光体ドラム１１の周囲にイレーズランプ１２と、プリチャージ用の帯電器１３と、現像装置１４とを有している。
上記感光体ドラム１１は、電気的に接地された金属製のドラムの周面に、有機感光体層を形成したものであり、一様に帯電した後、光が照射されることにより、その部分のみの電位が減衰するようになっている。この感光体ドラム１１の外径は２０ｍｍであり、軸方向の長さは３２０ｍｍである。
【００３０】
イレーズランプ１２は、感光体ドラム１１に光を照射して感光体ドラム上に残留している電荷を消去するものである。帯電器１３は、ステンレススチールのシャフトの周囲にカ−ボンを分散させたＥＰＤＭ等の弾性層を形成したものであり、さらにその表面にアクリル樹脂等のオーバーコート層を有するものである。そして、このローラ状の部材が感光体ドラム１１と当接され、回転可能に支持されている。シャフトには帯電用の電位が付与され、感光体ドラム１１との微小間隙で生じる放電により、感光体ドラム１１の周面が一様に帯電されるようになっている。
【００３１】
上記現像装置１４は、磁性キャリアと非磁性の球形トナーとを混合した二成分現像剤を用いるものであり、回転可能に支持された円筒状のスリーブと、この内側において同軸に固設されたマグネットロールと、その後方に現像剤を攪拌混合するパドルとを有している。パドルで撹拌された現像剤は摩擦帯電されるとともに、スリーブの周面上に供給され、上記マグネットロールが生成する磁界によって二成分現像剤の磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシはスリーブの回転によって感光体ドラム１１の周面に接触され、トナーを感光体ドラム上の静電潜像に転移して可視化する。
【００３２】
上記第１の中間転写体３、第２の中間転写体４及び第３の中間転写体５は、いずれも円柱状の部材であり、第１の中間転写体３は、第１の画像形成ユニット１ａ及び第２の画像形成ユニット１ｂが有する感光体ドラム１１ａ，１１ｂの双方に当接され、第２の中間転写体４は、第３の画像形成ユニット１ｃ及び第４の画像形成ユニット１ｄが有する感光体ドラム１１ｃ，１１ｄの双方に当接するように配置されている。また、第３の中間転写体５は、第１の中間転写体３と第２の中間転写体４との双方に当接するように配置される。そして、上記第１、第２及び第３の中間転写体は、それぞれ回転駆動されるものであり、それぞれの導電性材料からなるシャフトには転写用のバイアス電位が付与される。
なお、中間転写体の詳細な構成は後述する。
【００３３】
上記転写バイアスローラ６は、ステンレススチールのシャフトの周囲に、カーボンを分散させて導電化したウレタン等の弾性層が形成されたものであり、外径が１０ｍｍ、軸方向の長さが３２０ｍｍである。この転写バイアスローラ６は、第３の中間転写体５と圧接するように配置され、回転駆動されるとともに所定の電位が付与されるものである。したがって、第３の中間転写体５との間に電界を形成し、これらの間を通過する記録媒体８に第３の中間転写体５上のトナー像を転写するようになっている。
【００３４】
上記のような構成の画像形成装置は次のように動作する。
プリチャージ用の帯電器１３によって感光体ドラム１１ａの表面を一様に負（−６５０［Ｖ］）に帯電した後、像書き込み装置２から画像信号に対応するレーザービームが照射され、１色目（Ｋ）に対応した静電潜像が第１の画像形成ユニット１ａの感光体ドラム１１ａ上に形成される。形成された静電潜像は、感光体ドラム１１ａに対向するように配置された現像装置１４によって可視化される。この現像は、現像剤の磁気ブラシを担持したスリーブと感光体ドラムとの間に交流成分が重畳された−５００［Ｖ］の現像バイアス電圧を印加し、形成される電界内でトナーを転移させるものである。これによって感光体ドラム１１ａの上にブラックのトナー像が形成される。
【００３５】
このトナー像は、感光体ドラム１１ａの回転により第１の中間転写体３とのニップ部へ搬送され、第１の中間転写体３のシャフトには転写用の電位が付与されており、ニップ部に形成される電界の作用によってトナー像が第１の中間転写体３に転写される。また、感光体ドラム１１ａは、トナー像の転写後に残留する静電潜像がイレーズランプ１２による露光で消去される。
ここまでが第１色つまりブラックのトナー像を形成するサイクルである。
【００３６】
一方、第２の画像形成ユニット１ｂでは、所定のタイミングだけ遅れて第２色つまりイエローのトナー像が同様にして形成され、感光体ドラム１１ｂが第１の中間転写体３と対向するニップ部で、先に形成されたブラック像と重ね合わすように転写される。
また、第３及び第４の画像形成ユニット１ｃ，１ｄでも、それぞれ、マゼンタ、シアンのトナー像が所定のタイミングで形成され、第２の中間転写体４上に重ねて転写される。
【００３７】
上記のようにして、第１の中間転写体３及び第２の中間転写体４上に形成されたトナー像は、ともに第３の中間転写体５に重ねて転写され、４色が重ねあわされたフルカラーのトナー像が形成される。このトナー像は、第３の中間転写体５の回転により、転写バイアスローラ６との対向位置に搬送される。また、これとともにトレイ（図示しない）からは記録媒体８が所定のタイミングで搬送され、第３の中間転写体５と転写バイアスローラ６との間に送り込まれる。そして、転写バイアスローラ６に所定の電位が付与されていることによる電界の作用で、トナー像は一括して記録媒体８に転写される。この記録媒体８は定着装置７によって加熱・加圧され、トナーが記録媒体８に融着してフルカラーの定着像が得られる。
【００３８】
次に、上記画像形成装置で用いられている中間転写体の構成及びトナー像が転写される状態について詳しく説明する。
第１の中間転写体３と第２の中間転写体４は、同じ構成を有するものであり、外径３０ｍｍのステンレススチールからなるシャフトの回りに、図２に示すように、３層の電気抵抗層を設けたものである。
シャフト３４の上に積層された第３層３３は、カーボンを分散して体積抵抗率が１０5 Ωｃｍとなるように調整されたＥＰＤＭからなるもので、１０ｍｍの層厚となっている。この第３層３３の上に積層された第２層３２は、体積抵抗率が１０14Ωｃｍとなるように微量のカーボンが分散されたポリイミドで形成され、層厚が２０μｍとなっている。さらに、第２層３２の上に積層された第１層３１は、体積抵抗率が１０14Ωｃｍとなるようにカーボンが分散されたフッ素ゴムラテックスからなり、層厚は２０μｍとなっている。これら３層の比誘電率は、いずれも３となっている。
なお、第１層３１を構成するフッ素ゴムラテックスは、ブラーを防止するため、弾性変形を生じる材料として用いたものであり、その硬度は微小硬度計による測定値で６以下となっている。
【００３９】
このような第１の中間転写体３の外周面に導電体を密着させ、シャフト３４との間に電圧を印加したときの時定数は約１０-5秒となる。
一方、第１又は第２の中間転写体３，４が画像形成ユニット１の感光体ドラム１１と圧接されるニップ部の幅は１ｍｍとなっており、本装置のプロセススピードすなわち第１の中間転写体３の周速は１００ｍｍ／秒に設定されているので、中間転写体の任意の一点がニップ部を通過するのに要する時間は１０-2秒となる。
また、第１又は第２の中間転写体３，４が第３の中間転写体５と圧接されるニップ部の幅は、２ｍｍとなっており、第１又は第２の中間転写体の任意の一点がこのニップ部を通過するのに要する時間は２×１０-2秒となる。
したがって、上記第１又は第２の中間転写体の電気抵抗層に電圧を印加したときの時定数は、ニップを通過する時間よりも充分に小さいことになる。
【００４０】
第３の中間転写体５は、第１又は第２の中間転写体と同じシャフトを用い、その周囲に同じ材料で３層の電気抵抗層を設けたものであるが、第３層であるカーボンを分散したＥＰＤＭからなる層の厚さが１ｍｍとなっている。その他の構成は第１又は第２の中間転写体３，４と同じである。
このような第３の中間転写体５の外周面に導電体を密着させ、シャフトとの間に電圧を印加したときの時定数は約１０-6秒となる。これは、第１又は第２の中間転写体３，４とのニップ部を任意の一点が通過するのに要する時間より充分に小さい値となっている。
【００４１】
このような中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数は、例えば第３層すなわちカーボンを分散したＥＤＰＭからなる層の厚さ又は体積抵抗率を調整することによって適切な値に設定することが可能である。
図３は、上記中間転写体の第３層を構成する材料の体積抵抗率ρ3 と時定数τとの関係を示すものであり、図中の実線は第３層の厚さが１ｍｍ、破線は第３層の厚さが１０ｍｍの場合について示すものである。
なお、時定数の値は、第１層及び第２層が電気的な物性が同じであるため、これらを一層として（１）式で計算したものである。
【００４２】
この図に示されるように、第３層が１０ｍｍの場合、第３層の体積抵抗率が１０5 Ωｃｍであると時定数τは約１０-5秒であり、体積抵抗率を小さくすることによって時定数τを小さくすることができる。また、第３層が１ｍｍで体積抵抗率が１０5 Ωｃｍであると時定数τは約１０-6秒となり、第３層の厚さを小さくするにしたがって時定数も小さくなることが分かる。
【００４３】
次に、このような中間転写体のニップ部における転写時の状態について説明する。
トナー像を感光体ドラム１１から第１又は第２の中間転写体３，４に転写するために、第１の中間転写体ドラム３のシャフト３４及び第２の中間転写体のシャフトに、トナーと逆極性の電圧（ここでは＋５００Ｖ）を印加する。このとき、感光体ドラム１１ａ，１１ｂ上のトナー像のある一点が第１の中間転写体３とのニップ部を通過する間に受ける電界の状態を図４に示す。この図からわかるように、時定数が充分小さい場合（例えばτ＝１０-5）には、短い時間で電界が定常状態に達するためにトナーに充分な電界がほぼニップ滞在時間の間働くことになる。したがって、トナー層に効率よく充分な電界が作用するために、高い転写効率が得られる。
【００４４】
また、感光体ドラムの導電性基体と中間転写体のシャフトとの間に印加する電圧を過度に大きくしなくても、ニップ領域通過中に、転写に必要な電界が安定して作用する。このため、トナー層への電荷注入、微小ギャップでの放電などは極めて発生しにくい。したがってトナー電荷の反転が起こらず、リトランスファーは発生しない。
【００４５】
これに対し、中間転写体ドラムの電気抵抗層に電圧を印加したときの時定数が大きい場合（τ＝１０-1）には、図４に示すように、ニップ領域滞在中に電界が定常状態に達することができず、そのためトナーには充分な転写電界が働かない。このように、時定数が大きく充分な電界が作用しない場合に、高い電圧を印加することによって転写効率と改善することも考えられるが、このような場合には、図４中に破線で示すように、ニップ部内で必要以上に高い電界が作用してしまう。これは、トナー層への電荷注入、微小ギャップでの放電などの原因となり、この結果、トナーの電荷反転が発生し、リトランスファーの原因となる。しかも、この場合転写電界の時間積分としてはさほど大きい値は得られず、転写効率も充分ではない。
【００４６】
一方、第１又は第２の中間転写体（一次中間転写体）３，４から第３の中間転写体（二次中間転写体）５へのトナー像の転写についても同様に、双方の中間転写体の時定数が小さくなっているのでニップ部分での電界は有効に作用し、高い転写効率が得られる。
【００４７】
ただし、第１又は第２の中間転写体３，４及び第３の中間転写体５の双方が弾性材料からなる柔らかい表面層を有しており、このような場合は、硬い表面層（例えばカーボンを分散したポリイミド）を有する二つの中間転写体間での転写より効率がやや劣ることがあり、これを補うために、本実施形態の画像形成装置では、次のような構成を併せて備えるものとなっている。
【００４８】
（１） 感光体ドラム１１及び中間転写体３，４，５の表面に無機材料からなる微粒子をほぼ一様に付着しておく。
微粒子は一次粒子の平均粒径が２０ｎｍのＳi Ｏ2 であり、その表面は疎水化処理が施されている。微粒子の体積抵抗率は約１０14Ωｃｍである。微粒子は、１０μｍのメッシュを通して感光体ドラム１１および中間転写体３，４，５ヘあらかじめ分散付着させておく。このように付与された微粒子は感光体ドラム１１および中間転写体３，４，５の間を循環し、一部は記録媒体への転写時に転写されていくが、トナーに外添されているまったく同種の微粒子が現像時に感光体ドラム１１に転移され、さらに中間転写体３，４，５にも転移されるため、量的にはほぼ一定の微粒子が感光体ドラム１１および中間転写体３，４，５の表面に維持されている。この微粒子はトナーと感光体１１の表面、あるいは中間転写体３，４，５の表面との間に微小なギャップを生じさせることにより、両者の間の付着力を下げ、転写効率を増大させる。
【００４９】
（２） 第１及び第２の中間転写体の表面層は第３の中間転写体の表面層より硬いものとする。
表面層が弾性材料で形成されている場合、硬い材質の側から柔らかい材質の側への転写がより行われやすいことが実験から明らかになっており、したがって、一次中間転写体すなわち第１及び第２の中間転写体３，４の表面層の弾性は、二次中間転写体すなわち第３の中間転写体の表面層の弾性よりも小さく、すなわち硬く設定している。具体的には、分子量と架橋密度を変化させることにより、微小硬度計による測定で１．０程度の差を設けている。
【００５０】
（３） 第１の中間転写体及び第２の中間転写体と、第３の中間転写体との間に周速差を設ける。
さらに転写効率を向上させるため、一次中間転写体３，４と二次中間転写体５との周速には約１％の周速差が設けられている。周速差は、感光体ドラム１１と一次中間転写体３，４との間、二次中間転写体５と転写バイアスローラ６との間にもそれぞれ設けられている。このように周速差を設けることにより、転写効率の向上だけでなく、文字やラインの中抜けも防止することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態の画像形成装置では、中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の材料は、上記のものに限定されるものではなく、他の材料を用いることができる。例えば、第１層はフッ素ゴムラテックスに代えて、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）等を用いることができる。
【００５２】
次に一次中間転写体から二次中間転写体への転写について、中間転写体の外周面に形成される電気抵抗層の構成と転写効率との関係を調査した実験の結果について説明する。
この実験では、二次中間転写体つまり転写される側の中間転写体は、全ての場合について同じものを用い、一次中間転写体つまり転写する側の中間転写体の電気抵抗層を変えて転写効率を測定する。そして、この測定値と、一次中間転写体の電気抵抗層の両側に導電体を当接して電圧を印加したときの時定数（計算値）との関係を調査したものである。なお、二次中間転写体の電気抵抗層のデータは表１に示すとおりであり、三つの一次中間転写体の電気抵抗層のデータはそれぞれ表２、表３又は表４に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
【表４】
【００５７】
実験に用いたトナーは球形トナーであり、一次中間転写体３，４および二次中間転写体５の表面には、一次粒子の平均粒径が２０ｎｍのＳi Ｏ2 からなる微粒子が分散付与されている。また、外部電源から中間転写体間に印加した電圧は８００Ｖである。この実験の結果は表５に示す。
【表５】
【００５８】
上記実験結果において注目すべき点は、定常状態に達したあとの分圧として考えれば、全体の抵抗が最も小さい構成３の一次中間転写体を用いた場合において、トナー層にかかる電界( 分圧に比例) が最も大きくなるにもかかわらず、転写効率としては、構成１の中間転写体を用いた場合よりもはるかに低いということである。これは、構成３の中間転写体においては時定数が５．３×１０-2と大きいために、転写ニップ通過中には定常状態に達することができず、結果として得られる転写電界が小さくなることを示している。
【００５９】
さらに、別の実験として、一次中間転写体として表３に示す構成２のものを用い、表１にデータを示す二次中間転写体に転写を行うときの、プロセスピード(v) と転写効率との関係を調べた。その結果は表６に示すとおりである。
【表６】
【００６０】
ここで、ニップ部通過時間は、ニップ幅をＷ（この実験では２ｍｍ）とするとＷ／ｖとなり、プロセススピードが３０ｍｍ／秒のときにはニップ部を通過するのに要する時間は６．６×１０-2秒となる。一方、一次中間転写体を表３に示す構成２としているので、周面の電気抵抗層に両側から電圧を印加したときの時定数は６．６×１０-2秒であり、上記ニップ部を通過するのに要する時間と等しい。
【００６１】
このような条件では、トナー像の転写を行なったときの転写効率が９９．２％であり、これは、たとえば感光体ドラムからの転写においてネガゴーストが発生しない転写効率であるが、現像装置による残留トナーの回収がない条件ではポジゴーストが発生する値である。このことから、一次中間転写体３，４の周面に形成された電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数は、少なくともニップ通過時間以下でなければならず、望ましくはニップ通過時間より２ケタ以上小さくする。
【００６２】
以上に記載した二つの実験結果を、ニップ部通過時間と時定数との関係で示すと、図５のようになり、図中に示す実線（τ＝Ｗ／ｖ）より時定数が小さい領域で十分な転写効率が得られる。
【００６３】
以上に説明した画像形成装置は、中間転写体に導電体を当接し、この導電体と中間転写体のシャフトとの間に電圧を印加したときの実測による時定数が、ニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定したもの、または中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の物性から計算された時定数τがニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定したものである。しかし、実際にトナー像が転写されるニップ部では、転写する側の部材と転写される側の部材とのそれぞれが電気抵抗層を有しており、さらにトナー層もニップ部での電界の過渡現象に影響する。したがって、これらを考慮するために、感光体ドラムと一次中間転写体とを圧接し、感光体ドラムの導電性基体と一次中間転写体のシャフトとの間に電圧を印加して、その時定数の実測値がニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定することができる。なお、上記感光体ドラムの周面にはトナー層を形成しておいてもよい。
このように設定した画像形成装置が、請求項１に記載の発明の一実施形態である。
【００６４】
また、一次中間転写体と二次中間転写体との転写についても、これらの双方の電気抵抗層を考慮するために、双方の中間転写体を圧接し、シャフト間に電圧を印加したときの時定数を測定し、ニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定することができる。
このように設定した画像形成装置は、請求項２に記載の発明の一実施形態である。
【００６５】
次に本願に係る発明が適用可能な画像形成装置の他の例について説明する。
図６に、概略構成を示す画像形成装置は、一つの感光体ドラム４１の周囲に帯電器４２と、像書き込み装置４３と、現像器４４と、中間転写体４５とを有するものであり、中間転写体４５上に転写されたトナー像は、さらに転写ローラ４６との対向部で記録媒体４７に転写されるようになっている。
【００６６】
上記現像器４４は、異なる色のトナー像を形成する４台が回転体に支持されており、順次感光体ドラムと対向する位置に移動して、それぞれの色に対応する潜像を可能化するものである。
上記中間転写体４５は、感光体ドラム４１上に形成される４色のトナー像が順次重ねて転写されるものであり、ステンレススチールのシャフトの周囲にカーボンを分散したＥＤＰＭからなる第３層、カーボンを分散したポリイミドからなる第２層、カーボンを分散したフッ素ゴムラテックスからなる第１層を有するものである。そして、感光体ドラム４１と圧接されたニップ部を形成し、シャフトと感光体ドラムの導電性基体との間に電圧を印加することによって感光体ドラム４１上のトナー層が転写される。
【００６７】
また、図７は、本願発明の別の実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、４つの画像形成ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、これらの画像形成ユニットが有する感光体ドラム６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと対向するように張架された中間転写体ベルト５２とを備えるものであり、それぞれの感光体ドラム上で形成されたトナー像が中間転写体ベルト５２上に順次重ねて転写されるようになっている。また、中間転写体ベルト５２上で重ね合わされたフルカラーのトナー像は、二次転写ローラ５４が上記中間転写体ベルト５２と対向する部分で記録媒体に一括して転写される。
【００６８】
上記画像形成ユニット５１は、感光体ドラム６１の周囲に帯電器６２、像書き込み装置６３、現像器６４をそれぞれ有しており、４色のトナー像を所定のタイミングで形成するものである。
上記中間転写体ベルト５２は、駆動ローラ７１及び支持ローラ７２，７３，７４によって張架されており、ポリイミド等のベルト基体上に電気抵抗層が形成されたものである。
上記感光体ドラム６１から中間転写体ベルト５２への転写は、中間転写体ベルト５２を挾んでそれぞれの感光体ドラム６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと対向するように配置された四つの転写ローラ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに転写用の電圧を印加することによって行なわれる。
【００６９】
この転写位置では、図８に示すように、感光体ドラム６１が中間転写体ベルト５２と圧接されるニップ部が形成されており、このニップ部に形成される転写電界に過渡現象が生じる。この過渡現象の時定数を小さく設定することによって有効な転写電界が長く作用し、転写効率が向上する。
【００７０】
上記過渡現象の時定数は、転写ローラ５３と感光体ドラム６１の導電性基体との間に電圧を印加したときの時定数を測定する。そして、この値がニップ部の通過に要する時間より小さくなるように設定することができる。
【００７１】
なお、本願に係る発明の特定及び説明において用いた、各材料の物性値は次のようにして測定したものである。
「各種物性測定方法」
< 体積抵抗率>
ＪＩＳ法(JIS K 6911)による。アドバンテスト社R8340Aを使用。プローブタイプはＨＲＳ( リング電極内径d2=1.1cm、主電極内径d1＝0.59cmの円筒形電極) 。試料に500[V]の電圧を印加し、30秒後の抵抗値Ｒを読む。このとき体積抵抗率ρは、ρ=R*Fv*1/d で与えられる。ここで、Fvは体積抵抗率計算計数(=主電極面積) であり、Fv= π*(d1/2)2である。d は試料の厚さである。
【００７２】
< 微小硬度>
島津製作所製のダイナミック超微小硬度計[DUH 201] において、 稜線角度115 度を有する三角錐圧子を用い、 試験荷重0.25gf、 負荷速度0.0145gf/secを用い測定した値である。
【００７３】
<Asker C>
スプリング式硬さ試験器アスカーC(JIS S 6050) により測定された値。 直径5.08mm、 突出高さ2.54mmの半球の圧子を押し込んだ際の、 押し込み量(=荷重) で決定される。(荷重800gf の時=100度)。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明に係る画像形成装置では、転写が行なわれる像担持体と中間転写体、又は一次中間転写体と二次中間転写体とを当接し、これらの導電性基体又は電気抵抗層下にある導電体の間に電圧を印加した時の時定数を実際に測定し、この値を適切に設定することにより、双方の部材の電気抵抗層を考慮してニップ内での電界の立ち上がり時間を短くすることができる。したがって、より確実に転写効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願に係る発明が適用可能な画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】 図１の画像形成装置で用いられている中間転写体の拡大断面図である。
【図３】 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の構成と電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数との関係を示す図である。
【図４】 転写が行なわれるニップ部における電界の強さを時系列で示す図である。
【図５】 転写効率と、ニップ部を通過するのに要する時間および中間転写体の電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数との関係を示す図である。
【図６】 本願発明が適用可能な画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図７】 本願発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図８】 図７に示す画像形成装置における転写部の拡大断面図である。
【図９】 転写が行なわれるニップ部に生じる電界の過渡現象を示す概略図である。
【図１０】 中間転写体の電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 画像形成ユニット
２ 像書き込み装置
３ 第１の中間転写体
４ 第２の中間転写体
５ 第３の中間転写体
６ 転写バイアスローラ
７ 定着装置
８ 記録媒体
１１ 感光体ドラム
１２ イレーズランプ
１３ 帯電器
１４ 現像装置
２１ レーザー照射装置
２２，２３ プリズム
２４，２５，２６ ミラー
２７，２８ レンズ
２９ ポリゴンミラー
３１ 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の第１層
３２ 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の第２層
３３ 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の第３層
３４ 中間転写体のシャフト
４１ 感光体ドラム
４２ 帯電器
４３ 像書き込み装置
４４ 現像装置
４５ 中間転写体
４６ 転写ローラ
４７ 記録媒体
５１ 画像形成ユニット
５２ 中間転写体ベルト
５３ 転写ローラ
５４ 二次転写ローラ
６１ 感光体ドラム
７１ 駆動ローラ
７２，７３，７４ 支持ローラ
【発明の属する技術分野】
本願発明は、電子写真記録、静電記録、イオノグラフィー、磁気記録等の方法を利用した画像形成装置に係り、特に、像担持体上に形成されたトナー像を一旦中間転写体上に転写した後、さらに記録媒体に転写する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数色のトナー像を重ね合わせ、記録媒体上にカラー画像を形成するカラー画像形成装置には、いくつかの方式が提案されており、その一つに、像担持体上で形成したトナー像を順次同じ記録媒体上に重ねて転写するものがある。このような画像形成装置には、一つの像担持体上に次々に異なる色のトナー像を形成し、記録媒体への転写をくり返すものと、四つの作像ユニットを有し、各色のトナー像を記録媒体上に重ねて転写するものがある。
しかし、いずれの方式も、記録媒体上にトナー像を最適の条件で転写するとともに複数のトナー像を位置ずれが生じることなく転写するには、困難をともなう場合が多い。つまり、記録媒体には、様々な材料や厚さのものが想定され、常に同じ条件で転写を行なうことができないからである。
【０００３】
これに対し、トナー像を一旦中間転写体に転写するものとし、この中間転写体上で複数色のトナー像を重ね合わせる方式では、常にほぼ同一の条件で転写を行なうことができ、高画質のカラー画像を得るためには有利な点が多い。
このような中間転写体を用いる場合には、その構成及び表面層等を形成する材料の物性は次の点を考慮して定められる。
（１）トナーが飛び散る、いわゆる“ブラー”を防止することができること。
（２）一旦転写されたトナーが像担持体に戻るリトランスファーを防止できること。
（３）転写効率が良好であること。
【０００４】
上記条件のうち、ブラーの防止に関しては、転写される側の材料の表面抵抗が高いほどよいことが知られている。これは、中間転写体の表面を形成する材料の表面抵抗が高い場合には、転写されたトナーの電荷が中間転写体中又は表面に流れずに保持され、トナーの拘束力がよく働くことによると考えられる。
【０００５】
一方、転写効率を良好なものとするためには、転写部において有効な電界を効率よく作用させる必要があり、そのための技術として、特開平８−３０１０９号公報又は特開平８−５０４１９号公報に開示されるものがある。
この技術は、中間転写体を２層構造とし、外側の層の抵抗を内側よりも高く設定するものである。このような構成によってより高い転写効率がえられるのは、中間転写体の下層から電源により供給されるトナーと逆極性の電荷をできるだけ表層近くで滞留させることにより、効率よく転写電界が得られるからである。
【０００６】
また、転写効率を向上させる手段として、特開平０２−０５１１６８号公報に開示されるように球形トナーを用いる技術がある。球形トナーは、不定形のトナーに比べて感光体や中間転写体との接触面積が小さいため、付着力が低減され、電界によるトナーの移動を容易にするという効果がある。さらに、特開平９−２１２０１０号公報には、ある種の微粒子を感光体、中間転写体の表面に分散付着させることにより転写効率が飛躍的に増大することが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、転写効率については、上記のような手段を採るだけでは十分ではない場合がある。特にクリーナを持たない、いわゆるクリーナレスのシステムにおいては、転写残留トナーをほぼゼロとしなければならない。残留トナーが存在する場合には、次の作像サイクルにおいて、残留トナーがそのまま転写され、画像にポジゴーストが発生するためである。ポジゴーストは、残留トナーの現像器による回収が行われない中間転写体から他の中間転写体または記録媒体への転写において、より発生しやすい。また、感光体からの転写においては、残留トナーが像露光を遮ることによってネガゴーストも発生する。したがって、上記クリーナレスのシステムにおいては、１００％に近い転写効率が必要とされ、本発明の発明者による実験で、感光体からの転写においてネガゴーストの発生を回避するのに必要な転写率は９９．２％程度、中間転写体からの転写においてポジゴーストの発生を回避するのに必要な転写率は９９．８％程度であることが明らかになっている。このような条件は、上記従来の技術に基づく構成のみでは達成することが困難である。
【０００８】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リトランスファー、ブラーを防止するとともに、高い転写効率が得られ、良好な転写画像が得られる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、 潜像が無端状の周面に形成される像担持体と、 前記潜像にトナーを転移して可視化する現像装置と、 周回移動する無端状の周面を備え、前記像担持体上に形成されたトナー像が該周面上に転移される中間転写体とを有し、 前記中間転写体から記録媒体に、トナー像を転写し定着する画像形成装置において、 前記像担持体は、周面上に電気抵抗層を有し、 前記中間転写体は、トナー像が転写される周面に少なくとも２層が積層された電気抵抗層を有し、 前記中間転写体の前記電気抵抗層の表面層が弾性を有する材料からなり、該表面層の硬度が微小硬度計による測定で６以下であり、 前記中間転写体の前記電気抵抗層の背面に接触している導電体と、この中間転写体が圧接された前記像担持体の導電性基体との間に電圧を印加したときの前記像担持体の電気抵抗層と、前記表面層を含む前記中間転写体の電気抵抗層とによる時定数が、前記中間転写体が前記像担持体と圧接される転写ニップの幅をＷ（ｍｍ）、周回駆動される前記像担持体の周速度をｖ（ｍｍ／ｓ）としたときのＷ／ｖ以下となるように前記電気抵抗層が形成されているものとする。
なお、上記微小硬度計による測定は、稜線角度 115 度を有する三角錐圧子を使用し、 試験荷重 0.25gf 、 負荷速度 0.0145gf/sec で測定したものである。
【００１０】
上記構成は、次のような技術的思想に基づくものである。
転写効率については、トナー層にかかる有効電界が支配的な要因であるが、その場合、ただ分圧としてトナー層に作用する電界の強さを考えるだけでは不十分である。最も重要なことは、中間転写体が転写ニップをある時間で通過する場合、瞬時にトナー層に所定の電界がかかることである。言い換えれば、転写効率において支配的な要因は、ニップ滞在中のトナーにかかる電界の時間積分であるということができる。
【００１１】
上記のような考えに基づくと、トナー像を中間転写体に転写しようとするときには、トナー像を担持した部材と中間転写体とが圧接されるニップ部を通過する短い時間内に有効な電界を長く作用させる必要がある。しかし、ニップ部に電気抵抗層が介挿されることによって、電荷の注入にある程度の時間がかかり、上記任意の点で作用する転写電界が、ニップ部に突入する瞬間の前後から、時間の経過にともなって立ち上げられることになる。そして、この立ち上げ時間が長くなると短いニップ部通過時間内に充分な転写電界が作用しないことになる。
したがって、図９中の曲線Ｌで示すように電界の強さが急速に立ち上げられ、斜線で示す面積Ａを大きくする必要があるということである。
【００１２】
このような必要性に対し、上記のようにニップ部に電圧を印加したときの時定数を小さく設定することにより、ニップ部での転写電界が短い時間で立ち上げられ、ニップ部通過時間内に強い電界を長く作用させることができる。
これは次の様に考えることができる。
中間転写体上における任意の一点がニップ部へ突入したときに、この点に作用する電界に過渡状態が発生することと、ニップ部に電圧を印加したときに過渡状態が生じることとは、全く同じ現象とはいえない。しかし、これらは相関関係を有するものであり、本請求項に係る発明の構成にあるように、ニップ部に電圧を印加したときの時定数を適切な範囲とすることによって、ニップ部の電界を急速に立ち上げ、有効な転写電界が得られる。そして、上記適切な範囲は、実験の結果より転写が行なわれるニップ部の通過に要する時間以下となり、この範囲に上記時定数を設定するものである。
【００１３】
像担持体から中間転写体へトナー像が転写されるニップ部では、転写電界を形成するための電圧が印加される導電体間に、中間転写体の表面の電気抵抗層だけでなく、像担持体上の感光体層等の電気抵抗層が存在する。また、これらの間には転写するトナー層もある。したがって、転写が行なわれるニップ部で生じる電界の過渡現象は、上記像担持体側の電気抵抗層やトナー層の影響も受けることになる。本請求項に係る発明の構成は、このような影響にも考慮して中間転写体上の電気抵抗層の諸数値が定められたものである。つまり、中間転写体と像担持体とを圧接し、中間転写体側の導電体と像担持体の導電性基体との間に電圧を印加したときの時定数を測定し、この値が中間転写体の任意の一点がニップを通過する時間Ｗ／ｖ（Ｗ：ニップ幅、ｖ：中間転写体の周速）以下となるように設定する。これにより、強い転写電界がニップ部通過時間内に有効に作用し、高い転写効率が得られる。
【００１４】
なお、２層からなる電気抵抗層を有するとき、これらの層の両側に導電体を当接して電圧を印加するときの等価回路は図１０に示すとおりとなる。
この等価回路における電気抵抗の値をＲ1 、Ｒ2 、コンデンサの容量をＣ1 、Ｃ2 とすると、この回路に電圧を印加したときの時定数τは、
τ＝Ｒ1 ・Ｒ2 ・（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）
と表わすことができる。これを、各層の体積抵抗率ρ1 ，ρ2 、比誘電率εr1，εr2、厚さｄ1 ，ｄ2 で書き直すと
τ＝ρ1 ・ρ2 ・（εr1ε0ｄ2 ＋εr2ε0ｄ1 ）／（ｄ1 ρ1 ＋ｄ2 ρ2 ）
・・・・・・・・・・・・・・（１）
となる。ここで、ε0は真空の誘電率である。
したがって、時定数τをある値τｃ以下とする場合には、各層の物性値を、
ρ1 ・ρ2 ・（εr1ε0ｄ2 ＋εr2ε0ｄ1 ）／（ｄ1 ρ1 ＋ｄ2 ρ2 ）≦τｃ
なる関係を満たすように選択すればよい。
【００１５】
一方、リトランスファーについては、一定以上に強い電界がトナー層にかかることを避ける必要がある。一定以上に強い電界がかかると、微小な空隙における放電によって一部のトナーの電荷が反転し、このようなトナーがリトランスファーの原因になると考えられるからである。
しかし、上記構成の画像形成装置では、転写する側の部材と中間転写体との間には、過度に強い電圧を印加しなくても、転写電界はニップ部突入後急速に立ち上げられ、長い時間有効に作用することになって、高い転写率とリトランスファーの防止とが両立されることになる。
【００１６】
また、このような構成の画像形成装置では、表面層が弾性材料で形成されているので、ニップ部でトナー層を挟み込むことによって表面に微小な変形が生じる。この変形が表面と平行な方向にトナーが移動するのを拘束することになり、トナーの飛び散り、すなわちブラーが生じにくくなる。このような変形が有効に機能するためには、表面層が微小硬度計による測定で６以下とするのが望ましく、６以上ではブラーを防止する効果が小さくなる。
ここで、上記表面層は、前記電気抵抗層の最も外側に形成された層であってもよいし、二層以上の電気抵抗層の上に形成された層であってもよい。
なお、上記のようにブラーを抑止する効果は機械的なものであり、表面の抵抗がある程度（１０7 Ωｃｍ）まで低くても有効に作用する。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、 潜像が無端状の周面に形成される像担持体と、
前記潜像にトナーを転移して可視化する現像装置と、 周回移動する無端状の周面を備え、前記像担持体上に形成されたトナー像が該周面上に転移される一次中間転写体と、
前記一次中間転写体と圧接され、該一次中間転写体上のトナー像が転写される二次中間転写体とを備え、 前記二次中間転写体から記録媒体にトナー像を転写し定着する画像形成装置において、 前記一次中間転写体及び二次中間転写体は、トナー像が転写される周面に少なくとも２層が積層された電気抵抗層を有し、 前記像担持体からトナー像が転写される一次中間転写体の電気抵抗層の背面に接触する導電体と、前記二次中間転写体の電気抵抗層の背面に接触する導電体との間に電圧を印加したときの時定数が、 前記二つの中間転写体が圧接される転写ニップの幅をＷ（ｍｍ）、周回駆動される前記一次中間転写体の周速度をｖ（ｍｍ／ｓ）としたときのＷ／ｖ以下となるように前記一次中間転写体および二次中間転写体の電気抵抗層が形成されており、 前記一次中間転写体及び二次中間転写体における電気抵抗層の表面層が弾性材料からなるものであり、
前記一次中間転写体の弾性材料からなる表面層が、前記二次中間転写体の弾性材料からなる表面層より、下記条件における微小硬度計によって測定される硬度が大きくなっている画像形成装置を提供する。
なお、上記微小硬度計による測定は、稜線角度 115 度を有する三角錐圧子を使用し、
試験荷重 0.25gf 、 負荷速度 0.0145gf/sec で測定したものである。
【００１８】
このような構成の画像形成装置では、像担持体から中間転写体に転写されたトナー像は、さらに二次中間転写体に転写される。上記像担持体からトナー像が転写される中間転写体（一次中間転写体）と上記二次中間転写体を圧接し、双方の導電体間に電圧を印加したときの時定数を測定し、この値がＷ／ｖ以下となるように双方の中間転写体の電気抵抗層を設定する。これにより、双方の間に形成される電界は短い時間で立ち上げられ、ニップ部通過時間内に有効な転写電界が作用することになる。
また、一次中間転写体の表面層が二次中間転写体の表面層より、微小硬度計で測定した硬度が大きくなっていることにより、ニップ部でトナー粒子は転写される側の部材の表面層で強く拘束され、ブラーが有効に防止される。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、 前記中間転写体は、導電性の円柱体又は円筒体の周面を、少なくとも２層の電気抵抗層で被覆したものとする。
【００２０】
このような構成では、中間転写体が変形しにくい部材であり、安定した駆動ができる。
したがって複数色のトナー像を重ね合わせるときに色ずれを生じないように正確に駆動制御することが容易となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置において、 前記中間転写体の表面層下に形成された層の少なくとも一つが弾性を有する材料からなり、この層の硬度が、アスカーＣ（ＪＩＳ Ｓ ６０５０）により測定した値で７０以下であるものとする。
【００２２】
このような構成により、表面層下にある弾性材料からなる層がニップ部で変形し、充分なニップ幅とニップ部内での圧力の均一性が確保される。このとき、弾性材料からなる層がアスカーＣで測定した硬度で７０以上であると、転写ニップの幅が充分に確保できず、転写効率が低下してしまう。また、転写ニップでのトナーの凝集が起こりやすくなり、これに起因する文字画像やライン画像での転写抜けが発生しやすくなる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の画像形成装置において、 前記中間転写体の表面に、トナー粒子より平均粒径が小さく、無機材料からなる微粒子がほぼ一様に付着しているものとする。
【００２４】
このような構成では、トナー粒子が無機微粒子を介して中間転写体に付着することになり、他の中間転写体又は記憶媒体に再転写する際に電界の作用でトナー粒子が容易に中間転写体から離脱し、転写効果率が向上する。したがって、請求項１、請求項２又は請求庫３に記載の構成を組み合わせることによって、９９．８％程度の転写効率を得ることも可能となる。また、上記構成に加えて、球形トナーを用いることも転写効率を大きくするのに有効である。
なお、上記無機微粒子は、たとえば、ＴｉＯ2 やＳｉＯ2 の粒状体を用いることができる。この無機微粒子は感光体等の像担持体にほぼ一様に付着させておくこともでき、これによって像担持体から中間転写体への転写効率を向上することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の画像形成装置において、 前記像担持体上に形成されたトナー像が、前記記録媒体に転写されるまでの複数の転写部の少なくとも一つで、トナー像を転写する側の部材の周速と、トナー像が転写される側の部材の周速又はトナー像が転写される記録媒体の移動速度とが微小差を有するように駆動されるものとする。
【００２６】
このような構成とすることにより、ニップ部でトナー像を挾む二つの部材が微小なずれを生じ、トナー像を転写する側の部材の表面からトナー粒子を容易に離脱させることができる。したがって、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の構成と併せて用いることによって極めて高い転写効率が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願発明が適用可能な画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、それぞれ異なる色のトナー像を形成する４つの画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、これらの画像ユニットが有する感光体ドラム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに像光を照射する像書き込み装置２と、第１及び第２の画像形成ユニット１ａ，１ｂで形成されたトナー像が重ねて転写される第１の中間転写体３と、第３及び第４の画像形成ユニット１ｃ，１ｄで形成されたトナー像が重ねて転写される第２の中間転写体４と、第１の中間転写体３上のトナー像と第２の中間転写体４上のトナー像とが重ねて転写される第３の中間転写体５と、第３の中間転写体５上のトナー像を記録媒体８に転写する転写バイアスローラ６と、記録媒体上に転写されたトナー像を加熱加圧して定着する定着装置７とで主要部が構成されている。
【００２８】
上記像書き込み装置２は、デジタルの画像情報に基づいて点滅するレーザービームを生成するレーザー発生装置２１と、レーザーを各画像形成ユニット１の感光体ドラム１１に導くプリズム２２，２３、ミラー２４，２５，２６、レンズ２７，２８と、レーザーを感光体ドラムの幅方向に走査させるポリゴンミラー２９とを備えており、回転する感光体ドラム１１の周面上に像光を照射するようになっている。
【００２９】
上記四つの画像形成ユニット１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンのトナー像を形成するものであり、それぞれが感光体ドラム１１の周囲にイレーズランプ１２と、プリチャージ用の帯電器１３と、現像装置１４とを有している。
上記感光体ドラム１１は、電気的に接地された金属製のドラムの周面に、有機感光体層を形成したものであり、一様に帯電した後、光が照射されることにより、その部分のみの電位が減衰するようになっている。この感光体ドラム１１の外径は２０ｍｍであり、軸方向の長さは３２０ｍｍである。
【００３０】
イレーズランプ１２は、感光体ドラム１１に光を照射して感光体ドラム上に残留している電荷を消去するものである。帯電器１３は、ステンレススチールのシャフトの周囲にカ−ボンを分散させたＥＰＤＭ等の弾性層を形成したものであり、さらにその表面にアクリル樹脂等のオーバーコート層を有するものである。そして、このローラ状の部材が感光体ドラム１１と当接され、回転可能に支持されている。シャフトには帯電用の電位が付与され、感光体ドラム１１との微小間隙で生じる放電により、感光体ドラム１１の周面が一様に帯電されるようになっている。
【００３１】
上記現像装置１４は、磁性キャリアと非磁性の球形トナーとを混合した二成分現像剤を用いるものであり、回転可能に支持された円筒状のスリーブと、この内側において同軸に固設されたマグネットロールと、その後方に現像剤を攪拌混合するパドルとを有している。パドルで撹拌された現像剤は摩擦帯電されるとともに、スリーブの周面上に供給され、上記マグネットロールが生成する磁界によって二成分現像剤の磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシはスリーブの回転によって感光体ドラム１１の周面に接触され、トナーを感光体ドラム上の静電潜像に転移して可視化する。
【００３２】
上記第１の中間転写体３、第２の中間転写体４及び第３の中間転写体５は、いずれも円柱状の部材であり、第１の中間転写体３は、第１の画像形成ユニット１ａ及び第２の画像形成ユニット１ｂが有する感光体ドラム１１ａ，１１ｂの双方に当接され、第２の中間転写体４は、第３の画像形成ユニット１ｃ及び第４の画像形成ユニット１ｄが有する感光体ドラム１１ｃ，１１ｄの双方に当接するように配置されている。また、第３の中間転写体５は、第１の中間転写体３と第２の中間転写体４との双方に当接するように配置される。そして、上記第１、第２及び第３の中間転写体は、それぞれ回転駆動されるものであり、それぞれの導電性材料からなるシャフトには転写用のバイアス電位が付与される。
なお、中間転写体の詳細な構成は後述する。
【００３３】
上記転写バイアスローラ６は、ステンレススチールのシャフトの周囲に、カーボンを分散させて導電化したウレタン等の弾性層が形成されたものであり、外径が１０ｍｍ、軸方向の長さが３２０ｍｍである。この転写バイアスローラ６は、第３の中間転写体５と圧接するように配置され、回転駆動されるとともに所定の電位が付与されるものである。したがって、第３の中間転写体５との間に電界を形成し、これらの間を通過する記録媒体８に第３の中間転写体５上のトナー像を転写するようになっている。
【００３４】
上記のような構成の画像形成装置は次のように動作する。
プリチャージ用の帯電器１３によって感光体ドラム１１ａの表面を一様に負（−６５０［Ｖ］）に帯電した後、像書き込み装置２から画像信号に対応するレーザービームが照射され、１色目（Ｋ）に対応した静電潜像が第１の画像形成ユニット１ａの感光体ドラム１１ａ上に形成される。形成された静電潜像は、感光体ドラム１１ａに対向するように配置された現像装置１４によって可視化される。この現像は、現像剤の磁気ブラシを担持したスリーブと感光体ドラムとの間に交流成分が重畳された−５００［Ｖ］の現像バイアス電圧を印加し、形成される電界内でトナーを転移させるものである。これによって感光体ドラム１１ａの上にブラックのトナー像が形成される。
【００３５】
このトナー像は、感光体ドラム１１ａの回転により第１の中間転写体３とのニップ部へ搬送され、第１の中間転写体３のシャフトには転写用の電位が付与されており、ニップ部に形成される電界の作用によってトナー像が第１の中間転写体３に転写される。また、感光体ドラム１１ａは、トナー像の転写後に残留する静電潜像がイレーズランプ１２による露光で消去される。
ここまでが第１色つまりブラックのトナー像を形成するサイクルである。
【００３６】
一方、第２の画像形成ユニット１ｂでは、所定のタイミングだけ遅れて第２色つまりイエローのトナー像が同様にして形成され、感光体ドラム１１ｂが第１の中間転写体３と対向するニップ部で、先に形成されたブラック像と重ね合わすように転写される。
また、第３及び第４の画像形成ユニット１ｃ，１ｄでも、それぞれ、マゼンタ、シアンのトナー像が所定のタイミングで形成され、第２の中間転写体４上に重ねて転写される。
【００３７】
上記のようにして、第１の中間転写体３及び第２の中間転写体４上に形成されたトナー像は、ともに第３の中間転写体５に重ねて転写され、４色が重ねあわされたフルカラーのトナー像が形成される。このトナー像は、第３の中間転写体５の回転により、転写バイアスローラ６との対向位置に搬送される。また、これとともにトレイ（図示しない）からは記録媒体８が所定のタイミングで搬送され、第３の中間転写体５と転写バイアスローラ６との間に送り込まれる。そして、転写バイアスローラ６に所定の電位が付与されていることによる電界の作用で、トナー像は一括して記録媒体８に転写される。この記録媒体８は定着装置７によって加熱・加圧され、トナーが記録媒体８に融着してフルカラーの定着像が得られる。
【００３８】
次に、上記画像形成装置で用いられている中間転写体の構成及びトナー像が転写される状態について詳しく説明する。
第１の中間転写体３と第２の中間転写体４は、同じ構成を有するものであり、外径３０ｍｍのステンレススチールからなるシャフトの回りに、図２に示すように、３層の電気抵抗層を設けたものである。
シャフト３４の上に積層された第３層３３は、カーボンを分散して体積抵抗率が１０5 Ωｃｍとなるように調整されたＥＰＤＭからなるもので、１０ｍｍの層厚となっている。この第３層３３の上に積層された第２層３２は、体積抵抗率が１０14Ωｃｍとなるように微量のカーボンが分散されたポリイミドで形成され、層厚が２０μｍとなっている。さらに、第２層３２の上に積層された第１層３１は、体積抵抗率が１０14Ωｃｍとなるようにカーボンが分散されたフッ素ゴムラテックスからなり、層厚は２０μｍとなっている。これら３層の比誘電率は、いずれも３となっている。
なお、第１層３１を構成するフッ素ゴムラテックスは、ブラーを防止するため、弾性変形を生じる材料として用いたものであり、その硬度は微小硬度計による測定値で６以下となっている。
【００３９】
このような第１の中間転写体３の外周面に導電体を密着させ、シャフト３４との間に電圧を印加したときの時定数は約１０-5秒となる。
一方、第１又は第２の中間転写体３，４が画像形成ユニット１の感光体ドラム１１と圧接されるニップ部の幅は１ｍｍとなっており、本装置のプロセススピードすなわち第１の中間転写体３の周速は１００ｍｍ／秒に設定されているので、中間転写体の任意の一点がニップ部を通過するのに要する時間は１０-2秒となる。
また、第１又は第２の中間転写体３，４が第３の中間転写体５と圧接されるニップ部の幅は、２ｍｍとなっており、第１又は第２の中間転写体の任意の一点がこのニップ部を通過するのに要する時間は２×１０-2秒となる。
したがって、上記第１又は第２の中間転写体の電気抵抗層に電圧を印加したときの時定数は、ニップを通過する時間よりも充分に小さいことになる。
【００４０】
第３の中間転写体５は、第１又は第２の中間転写体と同じシャフトを用い、その周囲に同じ材料で３層の電気抵抗層を設けたものであるが、第３層であるカーボンを分散したＥＰＤＭからなる層の厚さが１ｍｍとなっている。その他の構成は第１又は第２の中間転写体３，４と同じである。
このような第３の中間転写体５の外周面に導電体を密着させ、シャフトとの間に電圧を印加したときの時定数は約１０-6秒となる。これは、第１又は第２の中間転写体３，４とのニップ部を任意の一点が通過するのに要する時間より充分に小さい値となっている。
【００４１】
このような中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数は、例えば第３層すなわちカーボンを分散したＥＤＰＭからなる層の厚さ又は体積抵抗率を調整することによって適切な値に設定することが可能である。
図３は、上記中間転写体の第３層を構成する材料の体積抵抗率ρ3 と時定数τとの関係を示すものであり、図中の実線は第３層の厚さが１ｍｍ、破線は第３層の厚さが１０ｍｍの場合について示すものである。
なお、時定数の値は、第１層及び第２層が電気的な物性が同じであるため、これらを一層として（１）式で計算したものである。
【００４２】
この図に示されるように、第３層が１０ｍｍの場合、第３層の体積抵抗率が１０5 Ωｃｍであると時定数τは約１０-5秒であり、体積抵抗率を小さくすることによって時定数τを小さくすることができる。また、第３層が１ｍｍで体積抵抗率が１０5 Ωｃｍであると時定数τは約１０-6秒となり、第３層の厚さを小さくするにしたがって時定数も小さくなることが分かる。
【００４３】
次に、このような中間転写体のニップ部における転写時の状態について説明する。
トナー像を感光体ドラム１１から第１又は第２の中間転写体３，４に転写するために、第１の中間転写体ドラム３のシャフト３４及び第２の中間転写体のシャフトに、トナーと逆極性の電圧（ここでは＋５００Ｖ）を印加する。このとき、感光体ドラム１１ａ，１１ｂ上のトナー像のある一点が第１の中間転写体３とのニップ部を通過する間に受ける電界の状態を図４に示す。この図からわかるように、時定数が充分小さい場合（例えばτ＝１０-5）には、短い時間で電界が定常状態に達するためにトナーに充分な電界がほぼニップ滞在時間の間働くことになる。したがって、トナー層に効率よく充分な電界が作用するために、高い転写効率が得られる。
【００４４】
また、感光体ドラムの導電性基体と中間転写体のシャフトとの間に印加する電圧を過度に大きくしなくても、ニップ領域通過中に、転写に必要な電界が安定して作用する。このため、トナー層への電荷注入、微小ギャップでの放電などは極めて発生しにくい。したがってトナー電荷の反転が起こらず、リトランスファーは発生しない。
【００４５】
これに対し、中間転写体ドラムの電気抵抗層に電圧を印加したときの時定数が大きい場合（τ＝１０-1）には、図４に示すように、ニップ領域滞在中に電界が定常状態に達することができず、そのためトナーには充分な転写電界が働かない。このように、時定数が大きく充分な電界が作用しない場合に、高い電圧を印加することによって転写効率と改善することも考えられるが、このような場合には、図４中に破線で示すように、ニップ部内で必要以上に高い電界が作用してしまう。これは、トナー層への電荷注入、微小ギャップでの放電などの原因となり、この結果、トナーの電荷反転が発生し、リトランスファーの原因となる。しかも、この場合転写電界の時間積分としてはさほど大きい値は得られず、転写効率も充分ではない。
【００４６】
一方、第１又は第２の中間転写体（一次中間転写体）３，４から第３の中間転写体（二次中間転写体）５へのトナー像の転写についても同様に、双方の中間転写体の時定数が小さくなっているのでニップ部分での電界は有効に作用し、高い転写効率が得られる。
【００４７】
ただし、第１又は第２の中間転写体３，４及び第３の中間転写体５の双方が弾性材料からなる柔らかい表面層を有しており、このような場合は、硬い表面層（例えばカーボンを分散したポリイミド）を有する二つの中間転写体間での転写より効率がやや劣ることがあり、これを補うために、本実施形態の画像形成装置では、次のような構成を併せて備えるものとなっている。
【００４８】
（１） 感光体ドラム１１及び中間転写体３，４，５の表面に無機材料からなる微粒子をほぼ一様に付着しておく。
微粒子は一次粒子の平均粒径が２０ｎｍのＳi Ｏ2 であり、その表面は疎水化処理が施されている。微粒子の体積抵抗率は約１０14Ωｃｍである。微粒子は、１０μｍのメッシュを通して感光体ドラム１１および中間転写体３，４，５ヘあらかじめ分散付着させておく。このように付与された微粒子は感光体ドラム１１および中間転写体３，４，５の間を循環し、一部は記録媒体への転写時に転写されていくが、トナーに外添されているまったく同種の微粒子が現像時に感光体ドラム１１に転移され、さらに中間転写体３，４，５にも転移されるため、量的にはほぼ一定の微粒子が感光体ドラム１１および中間転写体３，４，５の表面に維持されている。この微粒子はトナーと感光体１１の表面、あるいは中間転写体３，４，５の表面との間に微小なギャップを生じさせることにより、両者の間の付着力を下げ、転写効率を増大させる。
【００４９】
（２） 第１及び第２の中間転写体の表面層は第３の中間転写体の表面層より硬いものとする。
表面層が弾性材料で形成されている場合、硬い材質の側から柔らかい材質の側への転写がより行われやすいことが実験から明らかになっており、したがって、一次中間転写体すなわち第１及び第２の中間転写体３，４の表面層の弾性は、二次中間転写体すなわち第３の中間転写体の表面層の弾性よりも小さく、すなわち硬く設定している。具体的には、分子量と架橋密度を変化させることにより、微小硬度計による測定で１．０程度の差を設けている。
【００５０】
（３） 第１の中間転写体及び第２の中間転写体と、第３の中間転写体との間に周速差を設ける。
さらに転写効率を向上させるため、一次中間転写体３，４と二次中間転写体５との周速には約１％の周速差が設けられている。周速差は、感光体ドラム１１と一次中間転写体３，４との間、二次中間転写体５と転写バイアスローラ６との間にもそれぞれ設けられている。このように周速差を設けることにより、転写効率の向上だけでなく、文字やラインの中抜けも防止することができる。
【００５１】
なお、上記実施形態の画像形成装置では、中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の材料は、上記のものに限定されるものではなく、他の材料を用いることができる。例えば、第１層はフッ素ゴムラテックスに代えて、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）等を用いることができる。
【００５２】
次に一次中間転写体から二次中間転写体への転写について、中間転写体の外周面に形成される電気抵抗層の構成と転写効率との関係を調査した実験の結果について説明する。
この実験では、二次中間転写体つまり転写される側の中間転写体は、全ての場合について同じものを用い、一次中間転写体つまり転写する側の中間転写体の電気抵抗層を変えて転写効率を測定する。そして、この測定値と、一次中間転写体の電気抵抗層の両側に導電体を当接して電圧を印加したときの時定数（計算値）との関係を調査したものである。なお、二次中間転写体の電気抵抗層のデータは表１に示すとおりであり、三つの一次中間転写体の電気抵抗層のデータはそれぞれ表２、表３又は表４に示す。
【００５３】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
実験に用いたトナーは球形トナーであり、一次中間転写体３，４および二次中間転写体５の表面には、一次粒子の平均粒径が２０ｎｍのＳi Ｏ2 からなる微粒子が分散付与されている。また、外部電源から中間転写体間に印加した電圧は８００Ｖである。この実験の結果は表５に示す。
【表５】
上記実験結果において注目すべき点は、定常状態に達したあとの分圧として考えれば、全体の抵抗が最も小さい構成３の一次中間転写体を用いた場合において、トナー層にかかる電界( 分圧に比例) が最も大きくなるにもかかわらず、転写効率としては、構成１の中間転写体を用いた場合よりもはるかに低いということである。これは、構成３の中間転写体においては時定数が５．３×１０-2と大きいために、転写ニップ通過中には定常状態に達することができず、結果として得られる転写電界が小さくなることを示している。
【００５９】
さらに、別の実験として、一次中間転写体として表３に示す構成２のものを用い、表１にデータを示す二次中間転写体に転写を行うときの、プロセスピード(v) と転写効率との関係を調べた。その結果は表６に示すとおりである。
【表６】
ここで、ニップ部通過時間は、ニップ幅をＷ（この実験では２ｍｍ）とするとＷ／ｖとなり、プロセススピードが３０ｍｍ／秒のときにはニップ部を通過するのに要する時間は６．６×１０-2秒となる。一方、一次中間転写体を表３に示す構成２としているので、周面の電気抵抗層に両側から電圧を印加したときの時定数は６．６×１０-2秒であり、上記ニップ部を通過するのに要する時間と等しい。
【００６１】
このような条件では、トナー像の転写を行なったときの転写効率が９９．２％であり、これは、たとえば感光体ドラムからの転写においてネガゴーストが発生しない転写効率であるが、現像装置による残留トナーの回収がない条件ではポジゴーストが発生する値である。このことから、一次中間転写体３，４の周面に形成された電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数は、少なくともニップ通過時間以下でなければならず、望ましくはニップ通過時間より２ケタ以上小さくする。
【００６２】
以上に記載した二つの実験結果を、ニップ部通過時間と時定数との関係で示すと、図５のようになり、図中に示す実線（τ＝Ｗ／ｖ）より時定数が小さい領域で十分な転写効率が得られる。
【００６３】
以上に説明した画像形成装置は、中間転写体に導電体を当接し、この導電体と中間転写体のシャフトとの間に電圧を印加したときの実測による時定数が、ニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定したもの、または中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の物性から計算された時定数τがニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定したものである。しかし、実際にトナー像が転写されるニップ部では、転写する側の部材と転写される側の部材とのそれぞれが電気抵抗層を有しており、さらにトナー層もニップ部での電界の過渡現象に影響する。したがって、これらを考慮するために、感光体ドラムと一次中間転写体とを圧接し、感光体ドラムの導電性基体と一次中間転写体のシャフトとの間に電圧を印加して、その時定数の実測値がニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定することができる。なお、上記感光体ドラムの周面にはトナー層を形成しておいてもよい。
このように設定した画像形成装置が、請求項１に記載の発明の一実施形態である。
【００６４】
また、一次中間転写体と二次中間転写体との転写についても、これらの双方の電気抵抗層を考慮するために、双方の中間転写体を圧接し、シャフト間に電圧を印加したときの時定数を測定し、ニップ部の通過所要時間より小さくなるように設定することができる。
このように設定した画像形成装置は、請求項２に記載の発明の一実施形態である。
【００６５】
次に本願に係る発明が適用可能な画像形成装置の他の例について説明する。
図６に、概略構成を示す画像形成装置は、一つの感光体ドラム４１の周囲に帯電器４２と、像書き込み装置４３と、現像器４４と、中間転写体４５とを有するものであり、中間転写体４５上に転写されたトナー像は、さらに転写ローラ４６との対向部で記録媒体４７に転写されるようになっている。
【００６６】
上記現像器４４は、異なる色のトナー像を形成する４台が回転体に支持されており、順次感光体ドラムと対向する位置に移動して、それぞれの色に対応する潜像を可能化するものである。
上記中間転写体４５は、感光体ドラム４１上に形成される４色のトナー像が順次重ねて転写されるものであり、ステンレススチールのシャフトの周囲にカーボンを分散したＥＤＰＭからなる第３層、カーボンを分散したポリイミドからなる第２層、カーボンを分散したフッ素ゴムラテックスからなる第１層を有するものである。そして、感光体ドラム４１と圧接されたニップ部を形成し、シャフトと感光体ドラムの導電性基体との間に電圧を印加することによって感光体ドラム４１上のトナー層が転写される。
【００６７】
また、図７は、本願発明の別の実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、４つの画像形成ユニット５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと、これらの画像形成ユニットが有する感光体ドラム６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと対向するように張架された中間転写体ベルト５２とを備えるものであり、それぞれの感光体ドラム上で形成されたトナー像が中間転写体ベルト５２上に順次重ねて転写されるようになっている。また、中間転写体ベルト５２上で重ね合わされたフルカラーのトナー像は、二次転写ローラ５４が上記中間転写体ベルト５２と対向する部分で記録媒体に一括して転写される。
【００６８】
上記画像形成ユニット５１は、感光体ドラム６１の周囲に帯電器６２、像書き込み装置６３、現像器６４をそれぞれ有しており、４色のトナー像を所定のタイミングで形成するものである。
上記中間転写体ベルト５２は、駆動ローラ７１及び支持ローラ７２，７３，７４によって張架されており、ポリイミド等のベルト基体上に電気抵抗層が形成されたものである。
上記感光体ドラム６１から中間転写体ベルト５２への転写は、中間転写体ベルト５２を挾んでそれぞれの感光体ドラム６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと対向するように配置された四つの転写ローラ５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄに転写用の電圧を印加することによって行なわれる。
【００６９】
この転写位置では、図８に示すように、感光体ドラム６１が中間転写体ベルト５２と圧接されるニップ部が形成されており、このニップ部に形成される転写電界に過渡現象が生じる。この過渡現象の時定数を小さく設定することによって有効な転写電界が長く作用し、転写効率が向上する。
【００７０】
上記過渡現象の時定数は、転写ローラ５３と感光体ドラム６１の導電性基体との間に電圧を印加したときの時定数を測定する。そして、この値がニップ部の通過に要する時間より小さくなるように設定することができる。
【００７１】
なお、本願に係る発明の特定及び説明において用いた、各材料の物性値は次のようにして測定したものである。
「各種物性測定方法」
< 体積抵抗率>
ＪＩＳ法(JIS K 6911)による。アドバンテスト社R8340Aを使用。プローブタイプはＨＲＳ( リング電極内径d2=1.1cm、主電極内径d1＝0.59cmの円筒形電極) 。試料に500[V]の電圧を印加し、30秒後の抵抗値Ｒを読む。このとき体積抵抗率ρは、ρ=R*Fv*1/d で与えられる。ここで、Fvは体積抵抗率計算計数(=主電極面積) であり、Fv= π*(d1/2)2である。d は試料の厚さである。
【００７２】
< 微小硬度>
島津製作所製のダイナミック超微小硬度計[DUH 201] において、 稜線角度115 度を有する三角錐圧子を用い、 試験荷重0.25gf、 負荷速度0.0145gf/secを用い測定した値である。
【００７３】
<Asker C>
スプリング式硬さ試験器アスカーC(JIS S 6050) により測定された値。 直径5.08mm、 突出高さ2.54mmの半球の圧子を押し込んだ際の、 押し込み量(=荷重) で決定される。(荷重800gf の時=100度)。
【００７４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明に係る画像形成装置では、転写が行なわれる像担持体と中間転写体、又は一次中間転写体と二次中間転写体とを当接し、これらの導電性基体又は電気抵抗層下にある導電体の間に電圧を印加した時の時定数を実際に測定し、この値を適切に設定することにより、双方の部材の電気抵抗層を考慮してニップ内での電界の立ち上がり時間を短くすることができる。したがって、より確実に転写効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本願に係る発明が適用可能な画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】 図１の画像形成装置で用いられている中間転写体の拡大断面図である。
【図３】 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の構成と電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数との関係を示す図である。
【図４】 転写が行なわれるニップ部における電界の強さを時系列で示す図である。
【図５】 転写効率と、ニップ部を通過するのに要する時間および中間転写体の電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの時定数との関係を示す図である。
【図６】 本願発明が適用可能な画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
【図７】 本願発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図８】 図７に示す画像形成装置における転写部の拡大断面図である。
【図９】 転写が行なわれるニップ部に生じる電界の過渡現象を示す概略図である。
【図１０】 中間転写体の電気抵抗層の両側に電圧を印加したときの等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１ 画像形成ユニット
２ 像書き込み装置
３ 第１の中間転写体
４ 第２の中間転写体
５ 第３の中間転写体
６ 転写バイアスローラ
７ 定着装置
８ 記録媒体
１１ 感光体ドラム
１２ イレーズランプ
１３ 帯電器
１４ 現像装置
２１ レーザー照射装置
２２，２３ プリズム
２４，２５，２６ ミラー
２７，２８ レンズ
２９ ポリゴンミラー
３１ 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の第１層
３２ 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の第２層
３３ 中間転写体の周面に形成された電気抵抗層の第３層
３４ 中間転写体のシャフト
４１ 感光体ドラム
４２ 帯電器
４３ 像書き込み装置
４４ 現像装置
４５ 中間転写体
４６ 転写ローラ
４７ 記録媒体
５１ 画像形成ユニット
５２ 中間転写体ベルト
５３ 転写ローラ
５４ 二次転写ローラ
６１ 感光体ドラム
７１ 駆動ローラ
７２，７３，７４ 支持ローラ
Claims (6)
- 潜像が無端状の周面に形成される像担持体と、
前記潜像にトナーを転移して可視化する現像装置と、
周回移動する無端状の周面を備え、前記像担持体上に形成されたトナー像が該周面上に転移される中間転写体とを有し、
前記中間転写体から記録媒体にトナー像を転写し定着する画像形成装置において、
前記像担持体は、周面上に電気抵抗層を有し、
前記中間転写体は、トナー像が転写される周面に少なくとも２層が積層された電気抵抗層を有し、
前記中間転写体の前記電気抵抗層の表面層が弾性を有する材料からなり、該表面層の硬度が下記条件における微小硬度計による測定で６以下であり、
前記中間転写体の前記電気抵抗層の背面に接触している導電体と、この中間転写体が圧接された前記像担持体の導電性基体との間に電圧を印加したときの前記像担持体の電気抵抗層と、前記表面層を含む前記中間転写体の電気抵抗層とによる時定数が、前記中間転写体が前記像担持体と圧接される転写ニップの幅をＷ（ｍｍ）、周回駆動される前記像担持体の周速度をｖ（ｍｍ／ｓ）としたときのＷ／ｖ以下となるように前記電気抵抗層が形成されていることを特徴とする画像形成装置。
微小硬度計における測定の条件 ： 稜線角度 115 度を有する三角錐圧子を使用、 試験荷重 0.25gf 、 負荷速度 0.0145gf/sec - 潜像が無端状の周面に形成される像担持体と、
前記潜像にトナーを転移して可視化する現像装置と、
周回移動する無端状の周面を備え、前記像担持体上に形成されたトナー像が該周面上に転移される一次中間転写体と、
前記一次中間転写体と圧接され、該一次中間転写体上のトナー像が転写される二次中間転写体とを備え、
前記二次中間転写体から記録媒体にトナー像を転写し定着する画像形成装置において、
前記一次中間転写体及び二次中間転写体は、トナー像が転写される周面に少なくとも２層が積層された電気抵抗層を有し、
前記像担持体からトナー像が転写される一次中間転写体の電気抵抗層の背面に接触する導電体と、前記二次中間転写体の電気抵抗層の背面に接触する導電体との間に電圧を印加したときの時定数が、 前記二つの中間転写体が圧接される転写ニップの幅をＷ（ｍｍ）、周回駆動される前記一次中間転写体の周速度をｖ（ｍｍ／ｓ）としたときのＷ／ｖ以下となるように前記一次中間転写体および二次中間転写体の電気抵抗層が形成されており、
前記一次中間転写体及び二次中間転写体における電気抵抗層の表面層が弾性材料からなるものであり、
前記一次中間転写体の弾性材料からなる表面層が、前記二次中間転写体の弾性材料からなる表面層より、下記条件における微小硬度計によって測定される硬度が大きくなっていることを特徴とする画像形成装置。
微小硬度計における測定の条件 ： 稜線角度 115 度を有する三角錐圧子を使用、 試験荷重 0.25gf 、 負荷速度 0.0145gf/sec - 請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、
前記中間転写体は、導電性の円柱体又は円筒体の周面を、少なくとも２層の電気抵抗層で被覆したものであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１、請求項２又は請求項３に記載の画像形成装置において、
前記中間転写体の表面層下に形成された層の少なくとも一つが弾性を有する材料からなり、この層の硬度が、アスカーＣ（ＪＩＳ Ｓ ６０５０）により測定した値で７０以下であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１から請求項４までのいずれかに記載の画像形成装置において、
前記中間転写体の表面に、トナー粒子より平均粒径が小さく、無機材料からなる微粒子がほぼ一様に付着していることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１から請求項５までのいずれかに記載の画像形成装置において、
前記像担持体上に形成されたトナー像が、前記記録媒体に転写されるまでの複数の転写部の少なくとも一つで、トナー像を転写する側の部材の周速と、トナー像が転写される側の部材の周速又はトナー像が転写される記録媒体の移動速度とが微小差を有するように駆動されることを特徴とする画像形成装置。
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