JP5517390B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体に接する中間転写体を用いる画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に、像担持体から中間転写体へ転写されたトナー像の画質を向上させることが可能な画像形成装置及び画像形成方法に関する。

中間転写体を使用した画像形成装置では、感光ドラム等の像担持体上にトナー像が形成される。そして、このトナー像は一次転写部において一旦、中間転写体に一次転写される。その後、中間転写体上のトナー像は、二次転写部において中間転写体から紙などの記録材上に二次転写される。

中間転写体を構成する材料としては、樹脂材料が広く使用される。その具体例として、特許文献１ではポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、特許文献２ではポリカーボネート（ＰＣ）、特許文献３ではポリイミドが記載されている。

これらの樹脂材料は、機械的特性には優れている。しかし、その反面、樹脂材料からなる中間転写体は、像担持体に圧接されたときの変形量が小さい。

つまり、一次転写部における中間転写体の変形量が小さい。このため、一次転写部において、中間転写体からトナーに大きな圧力が作用することになる。

更に、中間転写体５１上においてトナー量が局所的に多い部分は、トナーが像担持体から中間転写体に転写される際に、中間転写からの圧力が集中する。

すると、圧力が集中した部分のトナー像が潰れてしまう。たとえば、トナー像がライン形状の像である場合には、像担持体上でのライン幅が、中間転写体へ転写されることによって広がってしまう問題がある。

この問題を解決するため、特許文献４では、弾性層を設けた中間転写体が提案されている。中間転写体に弾性層を設けると、中間転写体の硬度はトナーの硬度よりも小さくなる。すると、上述のように局所的にトナー量の多い部分が存在しても、中間転写体はトナーに沿って変形するため、トナー量の多い部分に圧力が集中することが緩和される。従って、圧力の集中によってトナー像が潰れることは抑制される。

なお、上述の内容に関連する技術は、他に特許文献５〜９にも記載されている。

特開平５−２００９０４号公報 特開平６−１４９０８１号公報 特開昭６３−３１１２６３号公報 特開平１０−９７１４６号公報 特開平１１−２１２３７４号公報 特開平１１−２１２３７４号公報 特開２０００−４７４９５号公報 特開２００１−２３５９４６号公報 特開２００４−１９８７８８号公報

しかしながら、弾性層を有する中間転写体を用いると、トナー像が像担持体から中間転写体へ転写される際、中間転写体へ転写されたトナー像の周囲にトナー粒子が飛散する所謂「飛び散り」が発生するという課題が生ずる。

ここで、図７（ａ）〜（ｄ）に飛び散りの発生のメカニズムを示す。

（ａ）は、像担持体（感光ドラム）１上に存在するトナー像のトナーｔを表す。

（ｂ）に示すように、トナーｔが像担持体１から中間転写体５１へ転写されるとき、弾性層の設けられた中間転写体はトナーｔに沿って変形する。中間転写体５１が変形することにより、感光ドラム１上のトナー像に局所的にトナー量の多い部分が存在しても、このトナー量の多い部分に圧力が集中することは抑えられる。

ここで、像担持体１上のトナー像には、略均一に中間転写体５１から圧力が掛かる。すると、像担持体１上のトナー像は、形状をほぼ維持した状態で、中間転写体５１へ転写される。

（ｃ）は、中間転写体５１に転写されたトナー像の模式図である。

（ｃ）に示すように、中間転写体５１に転写されたトナー像の上層部分のトナーｔは不安定になる。即ち、（ｃ）に示すように、上層部のトナーｔは矢印方向に移動しやすくなる。すると、（ｄ）に示すように、飛び散りが発生する。

そこで、本発明は、表面微小硬度がトナーよりも小さい中間転写体を用いる画像形成装置及び画像形成方法において、像担持体上のトナー像を中間転写体へ転写する際の飛び散りの発生を抑制することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、静電像を担持する像担持体と、前記静電像をトナーで現像し、トナー像を形成する現像手段と、前記像担持体に接し、前記像担持体に形成された前記トナー像が転写される中間転写体とを備えた画像形成装置において、前記中間転写体は、前記中間転写体の表面に圧子を押し込む荷重と変位量の関係から得られる塑性エネルギー成分と弾性エネルギー成分との和に対する前記弾性エネルギー成分の比率が５０％以上８０％以下で、表面微小硬度が、前記トナーの表面微小硬度よりも小さく、前記トナーの電荷密度は、２０μＣ／ｇ以上４０μＣ／ｇ以下であって、使用するトナーの川北式付着力指数が１１０以上３００以下である、ことを特徴とする。

また、本発明は、画像形成方法において、像担持体に静電像を形成する工程と、前記静電像をトナーで現像し、トナー像を形成する工程と、前記像担持体に接する中間転写体であって、前記中間転写体の表面に圧子を押し込む荷重と変位量の関係から得られる塑性エネルギー成分と弾性エネルギー成分との和に対する前記弾性エネルギー成分の比率が５０％以上８０％以下で、表面微小硬度が前記トナーの表面微小硬度よりも小さい中間転写体へ、前記トナー像を転写する工程と、を有し、前記トナーの電荷密度は、２０μＣ／ｇ以上４０μＣ／ｇ以下であって、使用するトナーの川北式付着力指数が１１０以上３００以下である、ことを特徴とする。

本発明によると、中間転写体は、塑性エネルギー成分と弾性エネルギー成分との和に対する弾性エネルギー成分の比率が５０％以上８０％以下で、表面微小硬度がトナーの表面微小硬度よりも小さく、トナーの電荷密度が２０μＣ／ｇ以上４０μＣ／ｇ以下であって、使用するトナーの川北式付着力指数を１１０以上３００以下にすることにより、トナー粒子とトナー粒子との付着力を大きくすることができるので、中間転写体上に転写された際の上層部分が、例えば図７中の矢印方向へ移動することを抑えることが可能となる。このようにして、飛び散りの発生を抑制することができる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同じ符号を付したものは、同様の構成あるいは同様の作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

＜実施の形態１＞
図１に、本発明を適用することができる画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、タンデム方式、中間転写方式、電子写真方式の４色フルカラーの画像形成装置であり、同図はこの画像形成装置の概略構成を模式的に示す、正面側から見た縦断面図である。

図１を参照して、画像形成装置の概略を説明する。

同図に示す画像形成装置は、４個のプロセスユニットＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄと、その下方に配設された中間転写ベルト（中間転写体）５１を備えている。これらプロセスユニットＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄにおいて、帯電、露光、現像、転写、クリーニング等の画像形成プロセスにより、それぞれの感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上にイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｋ）の各色のトナー像が形成される。これら各色のトナー像は、それぞれの一次転写部Ｔ_１において、中間転写ベルト５１上に順次に一次転写される。こうして中間転写ベルト５１上で重ね合わされた４色のトナー像は、二次転写部Ｔ_２において、紙等の記録材Ｓに二次転写される。トナー像の二次転写後の記録材Ｓは、定着装置８１によって表面にトナー像が定着される。これにより、１枚の記録材Ｓの片面に対する画像形成が終了する。

以下、上述の画像形成装置について詳述する。

イエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色の画像を形成する各プロセスユニットＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄには、それぞれ像担持体としてドラム形の電子写真感光体（感光ドラム）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが配設されている。各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、駆動手段（不図示）によって図１中の矢印方向（反時計回り）に回転駆動される。各感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの周囲には、その回転方向に沿ってほぼ順に、帯電手段としての帯電ローラ（一次帯電装置）２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、露光手段としての露光装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像手段としての現像装置４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、一次転写手段としての一次転写ローラ（転写装置）５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、クリーニング手段としてのクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが配設されている。

つづいて、図２を参照して、プロセスユニットＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄについて詳述する。なお、これら４個のプロセスユニットＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄは、同じ構成であるので、以下では、イエローのプロセスユニットＰａについて説明し、他のプロセスユニットＰｂ，Ｐｃ，Ｐｄについては説明を省略する。

プロセスユニットＰａは、像担持体としてドラム形の電子写真感光体（感光ドラム）１ａを備えている。感光ドラム１ａは、アルミニウム等のドラム形の導電性基体１１と、その外周に形成された光導電層１２とを基本構成とする円筒状の電子写真感光体である。感光ドラム１ａは、中心に支軸１３を有しており、駆動手段（不図示）により、この支軸１３を中心として矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動されるようになっている。

感光ドラム１ａの上方には、一次帯電ローラ２ａが配設されている。一次帯電ローラ２ａは、中心に配設された導電性の芯金２１と、その外周に形成された低抵抗導電層２２と中抵抗導電層２３によって、全体としてローラ状に構成されていて、感光ドラム１ａに対して平行に配設されている。芯金２１はその長手方向の両端部が軸受部材（不図示）によって回転自在に支持されている。また軸受部材は、圧縮ばね等の付勢手段（不図示）によって感光ドラム１ａに向けて付勢されている。これにより、一次帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａ表面に所定の押圧力を持って圧接される。

この圧接により、感光ドラム１ａと一次転写ローラ２ａとの間には帯状の一次転写部Ｔ_１が形成される。一次帯電ローラ２ａは、感光ドラム１ａの矢印Ｒ１方向に回転に伴って矢印Ｒ２方向に従動回転する。さらに、一次帯電ローラ２ａは、電源２４によって帯電バイアス電圧が印加され、これにより、感光ドラム１ａ表面を所定の極性・電位に一様に接触帯電するようになっている。

感光ドラム１ａの回転方向に沿っての一次帯電ローラ２ａの下流側には、露光装置３ａが配設されている。露光装置３ａは、例えば画像情報に基づいてレーザ光をＯＮ／ＯＦＦ制御するレーザスキャナによって構成される。帯電後の感光ドラム１ａ表面は、レーザ光によって走査露光され、露光部分の電荷が除去される。これにより感光ドラム１ａ上には、画像情報に応じた静電潜像が形成される。

露光装置３ａの下流側に配置された現像装置４ａは、二成分現像剤を収容した現像容器４１を有しており、この現像容器４１の感光ドラム１ａに対面した開口部には現像スリーブ４２が回転自在に配設されている。現像スリーブ４２内には現像スリーブ４２上に現像剤を担持させるマグネットローラ４３が、現像スリーブ４２の回転に対して非回転に固定配置されている。現像容器４１の現像スリーブ４２の下方には、現像スリーブ４２上に担持された現像剤を規制して薄層の現像剤層を形成する規制ブレード４４が設置されている。さらに現像容器４１内には、区画された現像室４５及び撹拌室４６が設けられ、その上方には補給用のトナーを収容した補給室４７が設けられている。現像スリーブ４２表面で薄層の現像剤層となった現像剤は、現像スリーブ４２の回転に伴って感光ドラム１ａと対向した現像領域へ搬送される。現像領域に搬送された現像剤は、マグネットローラ４３の現像領域に配置された現像主極の磁気力によって穂立ちして、磁気ブラシを形成する。この磁気ブラシで感光ドラム１ａ表面を摺擦するとともに、現像スリーブ４２に、電源４８によって現像バイアス電圧を印加することにより、磁気ブラシの穂を構成するキャリヤに付着しているトナーが静電潜像の露光部分に付着される。これにより静電潜像は、トナー像として現像される。

現像装置４ａの下流側の感光ドラム１ａの下方には、中間転写ベルト５１を介して、一次転写ローラ５ａが配設されている。一次転写ローラ５ａは、電源５４によってバイアス印加される芯金５２と、その外周面に円筒状に形成された導電層５３によって構成されている。一次転写ローラ５ａは、長手方向両端部が圧縮ばね等の付勢部材（不図示）によって感光ドラム１ａに向けて付勢されており、これにより一次転写ローラ５ａの導電層５３は、所定の押圧力で中間転写ベルト５１を押して、中間転写ベルト５１を感光ドラム１ａ表面に圧接させる。これにより、感光ドラム１ａと中間転写ベルト５１との間には、一次転写部（一次転写ニップ部）Ｔ_１が形成される。一次転写ローラ５ａには、感光ドラム１ａ上に形成されたトナー像の帯電極性とは逆極性のバイアスが印加される。これにより、感光ドラム１ａ上のトナー像は、中間転写ベルト５１表面に一次転写される。

トナー像の一次転写後に、感光ドラム１ａ表面に残ったトナー（転写残トナー）は、クリーニング装置６ａによって除去される。クリーニング装置６ａは、感光ドラム１ａ表面に押圧されたクリーニングブレード６２によって感光ドラム１ａ上の転写残トナーをクリーニング容器６１内に掻き落とす。掻き落とされた転写残トナーは、搬送スクリュー６３によって廃トナー容器（不図示）に搬送される。

以上説明した画像形成プロセス、すなわち一次帯電、露光、現像、一次転写、クリーニングの一連のプロセスを、他のプロセスユニットＰｂ，Ｐｃ，Ｐｄにおいても行う。これにより、各プロセスユニットＰａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄの感光ドラム１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ上に形成されたイエロー，マゼンタ，シアン，ブラックの各色のトナー像は、順次に中間転写ベルト５１上に一次転写されて、中間転写ベルト５１上で重ね合わされる。

中間転写ベルト５１は、従動ローラ５５Ａ、駆動ローラ５５Ｂ、二次転写対向ローラ５５Ｃに掛け渡されている。二次転写対向ローラ５５Ｃは、二次転写ローラ５７との間に中間転写ベルト５１を挟みこんでいる。二次転写ローラ５７と中間転写ベルト５１との間には、二次転写部（二次転写ニップ部）Ｔ_２が形成されている。上述のようにして、中間転写ベルト５１上で重ね合わされた４色のトナー像は、図１に示すように、中間転写ベルト５１の矢印Ｒ５１方向に回転に伴って、二次転写部Ｔ_２に搬送される。

一方、このときまでに、給紙カセット７１から取り出された記録材Ｐは、ピックアップローラ７２を経て搬送ローラ７３に供給され、さらに図１中の左方に搬送され、二次転写部Ｔ_２に供給される。そして、二次転写対向ローラ５５Ｃ、二次転写ローラ５７のうちの少なくとも一方に印加される二次転写バイアスによって、上述の中間転写ベルト５１上の４色のトナー像は、記録材Ｐ上に一括で二次転写される。本実施の形態では、二次転写対向ローラ５５Ｃの芯金に、中間転写ベルト５１上のトナーの帯電極性と同極性のバイアスを印加する方法を採用した。なお、中間転写ベルト５１上の転写残トナー等は、転写ベルトクリーナ５６によって除去、回収される。

二次転写ローラ５７に付着したトナー等の汚れは、接触部分が二次転写ローラ５７の回転方向と反対方向に回転するファーブラシ５８Ａで掻きとるとともに、このファーブラシ５８Ａに印加されるバイアスによって、静電気的な作用によっても除去される。このファーブラシ５８Ａには、バイアスローラ５８Ｂが当接されており、ファーブラシ５８Ａには、このバイアスローラ５８Ｂにトナーと逆極性のバイアスを印加することによって、二次転写ローラ５７表面に付着したトナーを清掃する。さらにこのファーブラシ５８Ａに付着したトナーは、バイアスローラ５８Ｂにそのほとんどが回収され、このバイアスローラ５８Ｂ表面には、ブレード５８Ｃが当接されており、バイアスローラ５８Ｂの表面のトナーをクリーニングする構成となっている。

二次転写部Ｔ_２において、表面にトナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置８１に搬送されて、表面にトナー像が定着される。定着装置８１は、内側にハロゲンランプ等のヒータ８２が配設された回転自在の定着ローラ８３と、この定着ローラ８３に圧接しながら回転する加圧ローラ８４とを有している。定着装置８１は、ヒータ８２への電圧等を制御することにより表面の温度調節を行っている。この温度調整が行われた状態において、記録材Ｐは、一定速度で回転する定着ローラ８２と加圧ローラ８３との間を通過する際に表裏両面からほぼ一定の圧力、温度で加圧、加熱され、表面の未定着トナー像が溶融して定着される。これにより、記録材Ｐの片面に対する４色フルカラーの画像形成が終了する。

本実施の形態においては、上述の画像形成装置は、図３に示すような中間転写ベルト５１を使用している。中間転写ベルト５１は、同図に示すように、裏面側に設けた弾性層５１Ａと、表面側に設けた表層５１Ｂとによって構成されている。

このうち弾性層５１Ａは、ゴムに代表されるような、合成樹脂よりも柔らかい材質によって形成することが好ましい。また、弾性層５１Ａの膜厚（層厚）は、中間転写ベルト５１上に形成される最大トナー層厚よりも大きいことが好ましい。さらには、中間転写ベルト５１上に形成される最大トナー層厚の２倍以上あるとより好ましい。本実施の形態では、弾性層５１Ａは、ＪＩＳＡ硬度５０〜７０°、膜厚２００〜５００μｍ、引張り弾性率１×１０^５〜１０^７Ｐａ（ＪＩＳ Ｋ ７１６１）、圧縮弾性率１×１０^６〜１０^８Ｐａ（ＪＩＳ Ｋ ７１８１）、体積抵抗率１×１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍ（上述同様の測定方法）の半導電クロロプレンゴムを採用している。

表層５１Ｂとしては、表面粗さが小さくて摺動性が良好であり、かつトナー離型性に優れた材質によって形成することが好ましい。本実施の形態では、表層５１Ｂは、ダイキン社製ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３Ｆを水系塗料とし、スプレーコートにより形成した。この表層５１Ｂを、上述の弾性層５１Ａ表面にスプレーコートした後、１５０〜２００℃で３０分硬化し、厚さ５〜２０μｍの表層５１Ｂを形成した。この結果、表層５１Ｂ表面の静摩擦係数、つまり中間転写ベルト５１表面の静摩擦係数は０．２〜０．６、表面粗さは１〜５μｍとなった。

スプレーコート後の２層構成の中間転写ベルト５１のコート面の表面抵抗率を測定すると、１×１０^９〜１０^１４Ω／□となった。さらに、超微小押し込み硬さ試験ＥＮＴ１１００（株式会社エリオニクス社製）で測定した荷重と変位量の関係から求められた、全体エネルギー（塑性エネルギー成分＋弾性エネルギー成分）に対する弾性エネルギー成分比率が５０〜８０％であった。

測定方法としては、１００μｍ×１００μｍ角の圧子を用い、最大荷重１０ｍｇｆまで押し込み、その後荷重を弱めていく際の荷重と変位量との関係のデータをとる。その結果、図４のようなヒステリシス曲線となる。塑性エネルギーは、斜線で示す部分の面積Ｓａで表され、弾性エネルギーは、網点で示す部分の面積Ｓｂで表される。

したがって、それぞれの面積Ｓａ，Ｓｂを求め、弾性エネルギー成分比率を求める。

なお、弾性エネルギー成分比率の具体的な測定方法については、さらに後に詳述する。

また、本実施の形態では、一次転写ローラ５ａ〜５ｄとして、半導電ローラを採用している。この一次転写ローラ５ａ〜５ｄは、直径８ｍｍの芯金と、この芯金の外周面を覆う厚さ４ｍｍの導電性ウレタンスポンジ層とによって構成されている。

この一次転写ローラ５ａ〜５ｄの硬度は、アスカーＣ硬度で２５〜４０°であり、また抵抗値は、芯金の両端に各々５００ｇ重の荷重の下で接地に対して一次転写ローラ５ａ〜５ｄを２０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させ、芯金に５０Ｖの電圧を印加して測定された電流の関係から求められ、その値が約１０^６Ω（温度２３℃、湿度５０％）ものを採用した。各一次転写部Ｔ_１での圧力は、安定してニップ形成することができればよく、１×１０^２Ｐａ以上であるとよい。本実施の形態では、１×１０^４Ｐａ程度に設定した。

次に、図５を参照して、トナーの表面微小硬度と中間転写ベルト５１の表面微小硬度との大小関係についての測定方法についてに説明する。測定は、超微小押し込み硬さ試験ＥＮＴ１１００（株式会社エリオニクス社製）によって行う。

図５に示すように、トナーｔを試料台の金属テーブル１１２の上に１個載せる。

ここで、使用されるトナーが、トナーの母粒子に外添剤が混ぜられているものである場合、金属テーブル１１２の上に載せられるトナーｔは、外添剤の付着したトナーの母粒子でよい。

圧子１１１のサイズは、水平方向の断面が１００μｍ×１００μｍの方形であるものを選定する。最大押し込み荷重を１０ｍｇｆに設定して、圧子１１１を下ろしていく。保持時間１０ｍｓｅｃ、最大荷重までのステップ数を２５０分割して測定した。そのときの圧子１１１にかかる荷重と変位量の関係を求めた。さらに、最大荷重１０ｍｇｆに到達後、同様に同じステップ間隔で荷重を弱めていき、荷重の増加時と減少時のヒステリシス曲線を作成する。

次に、金属テーブル１１１の上に、ポリイミドベルト（不図示）や、本実施の形態で採用している上述の２層構成の中間転写ベルト５１を置く。

そして、ポリイミドベルト、及び中間転写ベルト５１上に同様にトナーｔを載せ、同様に圧子１１１にかかる荷重と変位量との関係を求めた。

これらの結果を図６に示す。同図中、細い実線は、金属テーブル、太い実線はポリイミドベルト（ＰＩ）、点線は本実施の形態で使用した中間転写ベルト５１を示している。同図から金属テーブル及びポリイミドは、トナーｔよりも硬度が高いために、荷重を弱めていった場合でも変位量は変化しない。つまり、１０ｍｇｆの加重をかけると、トナーｔは、ほとんど塑性変形してしまっている。

これに対し、本実施の形態で使用する中間転写ベルト５１は、塑性変形分が非常に少なく、見かけ上のトナー硬度も下がって見えている。

すなわち、本実施の形態で使用した中間転写ベルト５１にあっては、
トナーの表面微小硬度＞ベルトの表面微小硬度
の関係が成り立っているといえる。

トナーの表面微小硬度＞ベルトの表面微小硬度であるならば、トナーはベルトに入り込むことになるので、見かけ上のトナーの表面微小硬度が下がっているのである。

例えば、上述のポリイミドベルト（ＰＩ）の場合のように、
トナーの表面微小硬度≦ベルトの表面微小硬度
であるならば、トナーはベルトに入り込むことができないので、見かけ上のトナーの微小
硬度は変わらない。

このようにして、トナーの表面微小硬度とベルトの表面微小硬度との大小関係が確認される。

トナーの表面微小硬度＞ベルトの表面微小硬度
であるならば、一次転写部Ｔ_１でのトナー凝集は大幅に緩和されるので、「中抜け」画像
はほとんど発生しなくなる。

しかしながら、
トナーの表面微小硬度＞ベルトの表面微小硬度
の関係を満たした場合において、新たな課題として「飛び散り」が悪化する場合があるということが、本発明にいたる検討の中で判明してきた。

そこで、中間転写ベルトや中間転写ドラム等の中間転写体上のトナーの層形状から、「飛び散り」の悪化する要因として、トナーの物性値の中で特に「付着力」に着目した。そして、中間転写体上に転写されたトナーの「飛び散り」画像が、トナー「付着力」に依存していることがわかってきた。特に、トナーの表面微小硬度＞ベルトの表面微小硬度、の関係が成り立つ場合には、中間転写体上のトナー像の形成が、前述の図７（ｃ）に示されるようになるため、上層トナーは不安定になる。すると、上層トナーは図７（ｃ）の矢印方向に崩れ、飛び散りが悪化する。

本実施の形態では、トナーを帯電させる磁性体のキャリヤの種類やトナーとキャリヤの比率、さらには外添剤などを調整して、温度２３℃、湿度５０％環境下でトナー電荷密度を２０〜４０μＣ／ｇとした。

ここで、トナーの母粒子は、ポリエステル樹脂で構成される。また、トナーの母粒子は、重量平均粒径が３乃至１１μｍ程度に形成される。

更に、トナーの流動性、付着力を調整するため、シリカ、アルミナ、酸化チタン等で構成された無機微粉体を、トナーの母粒子１００質量部に対して、０．３乃至５．０質量部を外添させた。

図８は、トナー付着力を表す指数としての「川北式付着力指数」と、画質を表す指数としてＢｌｕｒ値（ＩＳＯ１３６６０で定義される飛び散り指数）との関係を表している。

同図から、Ｂｌｕｒ値は、「川北式付着力指数」が１１０より小さくなると、急激に悪化する傾向があることが分かる。

ここでいう飛び散り指数は、ＱＥＡ（クオリティ・エンジニアリング・アソシエイツ）社製のパーソナルＩＡＳ（イメージ・アナリシス・システム）で測定された値であり、Ｂｌｕｒ（ＩＳＯ１３６６０で定義されたラインのぼやけ方を表す数値）値のことである。

以上より、中間転写ベルトとして、トナーの表面微小硬度より小さい表面微小硬度を有するベルトを採用し、トナーの「川北式付着力指数」を１１０以上にすることにより、トナー像の潰れや「飛び散り」少ない良好な画質を得ることができることがわかった。

次に、図９に示すように、ｘ軸（横軸）に「川北式流動性指数」、ｙ軸（縦軸）に「川北式付着力指数」をとり、転写特性、現像特性や飛び散り以外の画像性について検討を行った。

「川北式流動性指数」が０．６を超えると、現像特性が悪化し、ハーフトーンの画質（「がさつき」）が悪化した。また、「川北式流動性指数」が０．３を下回ると、トナー像が動きやすくなり、中間転写ベルト上に形成した画像に電荷が飛び込むという画像不良が発生しやすくなる。特に低湿環境下（本実施の形態では、温度２３℃、湿度５％の環境）において、水玉状に飛び散る放電画像が発生したり、鳥足状の放電画像が発生したりした。以上のことから、より好ましくは、「川北式流動性指数」にも言及し、この「川北式流動性指数」を０．３０〜０．６０、より好ましくは０．４０〜０．５０にするとよい。

さらに、「川北式付着力指数」が３００を超えると、転写効率が低下する。これは、感光ドラム上に少しのトナーでも転写残が存在すると、そのトナーに付着したトナーも感光ドラム上に残りやすくなり、全体として転写効率が低下することになる。また、これと同じことは、二次転写での転写効率の場合にもいえるので、全体の転写利用率は大幅に低下してしまうことになる。したがって、「川北式付着力指数」は３００以下に設定することが好ましい。一方、１１０以下の場合には、トナー像に飛び散りが発生する。したがって、「川北式付着力指数」は１１０〜３００に設定するとよい。より好ましくは、１２０〜２５０に設定するとよい。

上述の「川北式流動性指数」や「川北式付着力指数」はトナー設計をする上で、いくつかのパラメーターを振る（変化させる）ことによって調整することができる。例えば、トナーの体積平均粒径、トナー形状、トナーの外添剤量、トナーの外添剤の種類、トナーに含まれるワックス量などである。

以上のことから、
トナーの表面微小硬度＞ベルトの表面微小硬度
の関係が成り立つ中間転写ベルトを採用し、かつ１×１０^２Ｐａ以上の圧力下において一次転写を行う画像形成装置において、トナーの「川北式付着力指数」を１１０以上にすることによって、高画質を達成することができる。より好ましくは、「川北式流動性指数」が０．３０〜０．６０であるとよい。さらに、「川北式付着力指数」が３００以下であるとよい。

より好ましくは、「川北式流動性指数」が０．４〜０．５かつ「川北式付着力指数」が１２０〜２５０であるとよい。

本実施の形態で示している「川北式流動性指数（流動性指数）」と「川北式付着力指数」の求め方について説明する（なお、詳細については、「材料」、第１４巻１４４、７０２〜７１２頁（１９６５年） 粉体測定技術センター刊を参照）。

図１０に示すように、装置としては、粉体密度測定器タップデンサー（ＴＡＰ ＤＥＮＳＥＲ）（ＫＹＴ−３０００）を使用する。タッピングセル２１１としては、１００ｃｃのものを採用。タッピングセルを落下させるストローク（落差）Ｄは、５０ｍｍに設定し、装置に取り付ける。トナーは、温度２３℃、湿度５０％環境下に２４時間以上放置した状態ものを採用した。トナーｔをタッピングセル２１１に流し込む。１００ｃｃのタッピングセル２１１いっぱいになった状態で準備が完了する。

つづいて、タッピングセル２１１のタッピングを開始する。トナーの体積の測定はタッピング回数が１００回までは２０回毎に５回測定、１００回を超えて３００回までは５０回毎に４回測定、３００回を超えて５００回までは１００回毎に２回測定、５００回を超えて１０００回までは２５０回毎に２回測定と、合計１３回の測定を行った。

１０００回のタッピングの終了後、タッピングセル２１１とトナーの合計の重量を測定し、さらにトナー洗浄後のタッピングセルの重量を測定する。

上述の測定データから、タッピング回数Ｎ、タッピング回数Ｔ時におけるシリンダー内の粉体の体積Ｖｔ、初期体積Ｖ０（今回の実施の形態１００ｃｃ）、量減り度Ｃ＝（Ｖ０−Ｖｔ）／Ｖ０、初期から密度ρ０、最終タップ密度ρを求める。

川北式の解析式
Ｎ／Ｃ＝（１／ａ）×Ｎ＋１／（ａ×ｂ）
で表されるので、二次元空間にＮをｘ軸、Ｎ／Ｃをｙ軸にした、（１／ａ）が傾きで、１／（ａ×ｂ）がｙ切片になるようなグラフを作成する。この結果を図１１に示す。同図から、近似直線（一次式）を求め、その傾きから、その逆数で表される「川北式流動性指数」が求まる。

また、ｙ切片の逆数は、「川北式流動性指数」と「川北式付着力指数」の積で表されるので、ｙ切片に「川北式流動瀬指数」を乗じることによって、「川北式付着力指数」を求めることができる。

＜実施の形態２＞
本実施の形態では、上述の実施の形態１とは、中間転写ベルト５１の構成が異なる。すなわち、本実施の形態では、上述の中間転写ベルト５１に、さらに基層を追加している。

図１２に、本実施の形態で使用した中間転写ベルト５１を示す。同図に示すように、中間転写ベルト５１は、裏面側から表面側に向かって、基層５１Ｃ、弾性層５１Ａ、表層５１を有する３層構造となっている。

基層５１Ｃは、ヤング率１〜６ＧＰａの機械的強度を有する樹脂が好ましく、本実施の形態では、膜厚７５〜９５μｍ、引張り弾性率２〜４ＧＰａ、体積抵抗率１×１０^８〜１×１０^１２Ω・ｃｍ、表面抵抗率１×１０^９〜１×１０^１４Ω／□の半導電ポリイミドベルトを用いている。

引張り弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ６２５１規定のダンベル状１号型形状に切断したものを、ＯＲＩＥＮＴＥＣ ＳＴＡ−１２２５ テンシロン引張り試験機にて測定した。

ヘッド速度は５００ｍｍ／ｍｉｎで測定した。

また体積抵抗率及び表面抵抗率は、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準ずる電極（主電極外径５０ｍｍ、ガード電極内径７０ｍｍ、ガード電極外径８０ｍｍ、重量１４００±１００ｇ）を採用し、抵抗測定器としては、デジタル超高抵抗／微小電流計Ｒ８３４０Ａ（株式会社アドバンテスト製）を用いて測定し、印加電圧１００Ｖ、電圧印加後１０秒後の値とする。

弾性層５１Ａは、実施の形態１と同様のものを採用している。

具体的には、ＪＩＳＡ硬度５０〜７０°、膜厚２００〜５００μｍ、引張り弾性率１×１０^５〜１×１０^７Ｐａ （ＪＩＳ Ｋ ７１６１）、圧縮弾性率１×１０^６〜１×１０^８Ｐａ（ＪＩＳ Ｋ ７１８１）、体積抵抗率１×１０^８〜１×１０^１２Ω・ｃｍ（上述同様の測定方法）の半導電クロロプレンゴムを採用している。

表層５１Ｂも、実施の形態１と同様のものを採用している。具体的には、ダイキン社製ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３Ｆを水系塗料とし、スプレーコートにより形成した。

弾性層５１Ａ表面にスプレーコートした後、１５０〜２００℃で３０分硬化し、厚さ５〜２０μｍの表層５１Ｂを形成した。この結果、表面は静摩擦係数が０．２〜０．６、表面粗さが１〜５μｍとなった。

スプレーコート後の３層構成の中間転写ベルト５１のコート面の表面抵抗率を測定すると１×１０^９〜１×１０^１４Ω／□となった。さらに、超微小押し込み硬さ試験ＥＮＴ１１００（株式会社エリオニクス社製）で測定した荷重と変位量の関係から求められた、全体エネルギー（塑性エネルギー成分＋弾性エネルギー成分）に対する弾性エネルギー成分
比率が５０〜８０％であった。

以上のように、基層５１Ｃを有する中間転写ベルト５１でも、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。基層５１Ｃがあることで、ベルトの伸縮を防止することができ、中間転写ベルト５１が掛け渡されているローラ（例えば、図１中の従動ローラ５５Ａ、駆動ローラ５５Ｂ、二次転写対向ローラ５５Ｃ）を通過する際に発生するベルトの伸縮が要因のトナー飛び散りに効果があり、より高画質を達成できる。

＜実施の形態３＞
図１３に、本実施の形態を説明する画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は４色フルカラーの画像形成装置であり、同図は、その概略構成を示す縦断面図である。

同図に示す画像形成装置は、像担持体としてのドラム形の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１、帯電手段としての一次帯電ローラ（帯電装置）２、露光手段としての露光装置３、現像手段としての現像装置４、転写手段としての転写装置５、クリーニング手段としてのクリーニング装置６、定着手段としての定着装置８１を備えている。また、中間転写体として中間転写ベルト９１を備え、記録材Ｓを搬送する転写ベルト９５を備えている。

感光ドラム１は、矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）を持って回転駆動され、その回転過程で一次帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。帯電後の感光ドラム１は、露光装置（例えば、カラー原稿画像の色分解・結像光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャナによる走査露光系など）３による画像露光Ｌを受けることにより、目的のカラー画像の第１の色成分（例えばイエロー成分像）に対応した静電潜像が形成される。

この静電潜像は、現像装置４のイエロー（Ｙ）の現像器（第１の現像器）４ａにより第１色であるイエロートナーにより現像される。現像装置４は、イエローの現像器４ａ、マゼンタ（Ｍ）の現像器（第２の現像器）４ｂ、シアン（Ｃ）の現像器（第３の現像器）４ｃ、ブラック（Ｋ）の現像器（第４の現像器）４ｄを備えている。これら現像器４ａ〜４ｄは、回転自在なロータリ４Ａに搭載されており、ロータリ４Ａの矢印ｂ方向の回転によって、現像に供される現像器が感光ドラム１に対向する現像位置に配置される。

転写装置５は、一次転写を行う中間転写体としての中間転写ドラム９１と二次転写を行う転写ベルト（転写部材）９５とを有している。中間転写ドラム９１は、矢印Ｒ９１方向に感光ドラム１と同じ周速度を持って回転駆動されている。本実施の形態においては、中間転写体として、ドラム状の中間転写ドラム９１を使用している。

感光ドラム１上に形成された第１色のイエロートナー像は、感光ドラム１と中間転写ドラム９１との間の一次転写部（一次転写ニップ部）Ｔ_１を通過する過程で、一次転写バイアス印加電源９２によって中間転写ドラム９１に印加される一次転写バイアスにより形成される電界と圧力とで、中間転写ドラム９１の外周面に一次転写（中間転写）される。

以下、同様にしてマゼンタの現像器４ｂ，シアンの現像器４ｃ，ブラックの現像器４ｄにより感光ドラム１上に形成された第２色のマゼンタトナー像，第３色のシアントナー像，第４色のブラックトナー像が順次に中間転写ドラム９１上に重畳転写される。

上述の第１色から第４色のトナー像の一次転写に際して、一次転写バイアス印加電源９２から印加される一次転写バイアスは、トナーと逆極性（プラス）である。なお、感光ドラム１から中間転写ドラム９１への第１色から第４色のトナー像の順次転写工程において、転写ベルト９５及び中間転写体クリーニングクローラ９７は中間転写ドラム９１から離間されている。

転写ベルト９５は、中間転写ドラム９１に対して平行に軸受けさせて中間転写ドラム９１の下方に当接・離間自在に設置されている。転写ベルト９５は、二次転写ローラ９５Ａと駆動ローラ９５Ｂに掛け渡されており、矢印Ｒ９５方向に回転する。二次転写ローラ９５Ａには、二次転写バイアス印加電源９６により所望の二次転写バイアスが印加され、駆動ローラ９５Ｂも等電位にしている。そして、転写ベルト９５が中間転写ドラム９１に当接されて二次転写部（二次転写ニップ部）Ｔ_２を構成している。一方、記録材Ｐは、給紙カセット（不図示）からレジストローラ９３Ａ，９３Ｂ、転写前ガイド９４を通過して二次転写部Ｔ_２に所定のタイミンクで給紙される。このとき、二次転写バイアス印加電源９２から二次転写ローラ９５Ａに二次転写バイアスが印加され、中間転写ドラム９１上の４色のトナー像が転写材Ｐ上に一括で二次転写される。トナー像が転写されて記録材Ｐは、定着装置８１に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面のトナー像が溶融され定着される。一方、転写材Ｐに二次転写されないで中間転写ドラム９１上に残ったトナー（二次転写残トナー）は、電源９８から直流電圧が重畳されたバイアスか印加された中間転写体クリーニングローラ９７によって、正規の極性とは逆極性（プラス）に転換されることで、一次転写部Ｔ_１を介して静電気的に感光ドラム１に吸着され、中間転写ドラム９１表面は清浄化される。こうして感光ドラム１上に吸着された二次転写残トナーは、その後、感光ドラム１のクリーニング装置６によって除去され、回収される。

本実施の形態の画像形成装置では、中間転写ドラム９１として、図１４に示すように、円筒形の厚み３ｍｍのアルミニウムの芯金９１Ａ上に、４５０μｍの弾性層９１Ｂを設け、さらに弾性層９１Ｂの上に１５μｍの表層（離型層）９１Ｃを形成したものを採用した。

弾性層９１Ｂ及び表層９１Ｃの材料は、前述の実施の形態１，２と同様のものを採用し、中間転写ドラム９１の外径は、トータルで１８６ｍｍとした。

またトナーとしては、「川北式付着力指数」が１１０以上のものを使うと高画質が得られるのは、上述実施の形態と同様である。また、「川北式流動性指数」が０．３以上０．６以下、「川北式付着力指数」が１１０以上３００以下のものを採用するとより好ましいことも同様である。

さらに、中間転写体をドラム構成の中間転写ドラム９１にすることによって、ベルト構成に比べて、中間転写体の表面の曲率が比較的一定であるので、中間転写体の表面速度に対して、弾性層９１Ｂの厚みを比較的自由に設計することができるという利点がある。

また、弾性層９１Ｂの局所的な伸縮はほぼ無視できるため、より高画質を実現できた。

本発明を適用することができる画像形成装置の概略構成を模式的に示す前側から見た縦断面図である。 イエローのプロセスユニット近傍の拡大図である。 実施の形態１における、中間転写ベルトの層構成を模式的に示す図である。 弾性エネルギー成分比率を求めるときの表面微小硬度測定結果を示す図である。 表面微小硬度を測定するようすを説明する斜視図である。 トナーの表面微小硬度とベルトの表面微小硬度との関係を見つける手法を説明する図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、中間転写体が柔らかい場合の、一次転写部におけるトナーの挙動を説明する図である。 川北式付着力指数と飛び散り指数との関係を説明する図である。 川北式流動性指数及び川北式付着力指数と、現像特性，転写特性，画像特性との関係を説明する図である。 川北式流動性指数、川北式付着力指数を測定する方法を説明する図である。 川北式流動性指数、川北式付着力指数を求める方法を説明する図である。 実施の形態２における、中間転写ベルトの層構成を模式的に示す図である。 実施の形態３における、画像形成装置の概略構成を模式的に示す前側から見た縦断面図である。 実施の形態３における、中間転写ドラムの層構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ
感光ドラム（像担持体）
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ
現像装置（現像手段）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ
一次転写ローラ
５１ 中間転写ベルト（中間転写体）
９１ 中間転写ドラム（中間転写体）
Ｔ_１ 一次転写部（転写部）
ｔ トナー

Claims (8)

1. 静電像を担持する像担持体と、前記静電像をトナーで現像し、トナー像を形成する現像手段と、前記像担持体に接し、前記像担持体に形成された前記トナー像が転写される中間転写体とを備えた画像形成装置において、
   前記中間転写体は、前記中間転写体の表面に圧子を押し込む荷重と変位量の関係から得られる塑性エネルギー成分と弾性エネルギー成分との和に対する前記弾性エネルギー成分の比率が５０％以上８０％以下で、表面微小硬度が、前記トナーの表面微小硬度よりも小さく、
   前記トナーの電荷密度は、２０μＣ／ｇ以上４０μＣ／ｇ以下であって、
   使用するトナーの川北式付着力指数が１１０以上３００以下である、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 使用するトナーについての川北式流動性指数が０．３以上０．６以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 使用するトナーについての川北式流動性指数が０．４以上０．５以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 使用するトナーについての川北式付着力指数が１２０以上２５０以下である、
   ことを特徴とする、請求項１ないし３のうちの何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 像担持体に静電像を形成する工程と、
   前記静電像をトナーで現像し、トナー像を形成する工程と、
   前記像担持体に接する中間転写体であって、前記中間転写体の表面に圧子を押し込む荷重と変位量の関係から得られる塑性エネルギー成分と弾性エネルギー成分との和に対する前記弾性エネルギー成分の比率が５０％以上８０％以下で、表面微小硬度が前記トナーの表面微小硬度よりも小さい中間転写体へ、前記トナー像を転写する工程と、を有し、
   前記トナーの電荷密度は、２０μＣ／ｇ以上４０μＣ／ｇ以下であって、
   使用するトナーの川北式付着力指数が１１０以上３００以下である、
   ことを特徴とする画像形成方法。
6. 使用するトナーについての川北式流動性指数が０．３以上０．６以下である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成方法。
7. 使用するトナーについての川北式流動性指数が０．４以上０．５以下である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の画像形成方法。
8. 使用するトナーについての川北式付着力指数が１２０以上２５０以下である、
   ことを特徴とする、請求項５ないし７のうちの何れか１項に記載の画像形成方法。

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