(57)【要約】感光体ドラム上に現像した異なる色のトナー画像を中間転写ベルトに重ねて転写した後に用紙上に一括して転写する。感光体ドラムのトナーが付着していない背景部電位と中間転写ベルトの１次転写電圧との電位差の絶対値が、像担持体の背景部とベルト状転写部材との間の放電開始電圧以下となるように１次転写電圧を設定する。これによりベルト転写後に転写部を通過してもトナーの帯電上昇が抑えられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体上に色の異なる現像剤を静電的に付着させて各色の可視画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部の像担持体上に付着した現像剤を順次転写して重ね合わせるために前記像担持体と接触したベルト状転写部材と、
前記画像形成部に設けた像担持体の反対側に位置して前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に転写するための１次転写電圧を印加する中間転写電極部材と、
バックアップ部材の反対側に前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記ベルト状転写部材に転写された可視画像を用紙に一括転写するための２次転写電圧を印加する用紙転写電極部材と、
を備え、
前記像担持体の転写前の現像剤が付着していない背景部表面電位Ｖｓと前記ベルト状転写部材に印加している１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値が、前記像担持体の背景部とベルト状転写部材との間の放電開始電圧以下となるように前記１次転写電圧を設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記像担持体における感光層の比誘電率をεｃ、厚さをｄｃとし、前記現像剤の比誘電率をεｔｎ、厚さをｄｔｎとし、前記ベルト状転写部材の比誘電率をεｂ、厚さをｄｂとし、前記像担持体上の現像剤層の電位をＶｔ０とし、更にベルト状転写部材の電位Ｖｂ０とすると、前記背景部表面電位Ｖｓと１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値が、
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の関係を満たしていること特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記ベルト状転写部材の抵抗成分は１０９Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、単一の像担持体に対し現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写するプロセスを異なる色毎に複数回繰り返した後に用紙に一括して転写するシングルパス構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求の範囲１の画像形成装置に於いて、前記ベルト状転写部材に沿って異なる色の現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写する複数の像担持体を配置し、前記ベルト乗転写部材に前記複数の像担持体に付着した現像剤を重ねて転写した後に用紙に一括して転写するタンデム構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
像担持体上に色の異なる現像剤を静電的に付着させて各色の可視画像を形成する画像形成部と、
前記画像形成部の像担持体上に付着した現像剤を順次転写して重ね合わせるために前記像担持体と接触したベルト状転写部材と、
前記画像形成部に設けた像担持体の反対側に位置して前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に転写するための１次転写電圧を印加する中間転写電極部材と、
バックアップ部材の反対側に前記ベルト状転写部材を挟んで接触配置され、前記ベルト状転写部材に転写された可視画像を用紙に一括転写するための２次転写電圧を印加する用紙転写電極部材と、
を備え、
前記中間転写電極部材の抵抗が１０６乃至１０７Ωの範囲にあり、
前記像担持体の転写前の現像剤が付着していない背景部表面電位Ｖｓと前記１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値を、前記像担持体とベルト状転写部材との間の放電開始電圧以上となるように前記１次転写電圧ＶＴを設定した場合、前記像担持体の転写前の現像剤が付着している印字部表面電位Ｖ０と前記１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖ０）の絶対値が、前記像担持体とベルト状転写部材との間の放電開始電圧未満となるように１次転写電圧を設定したことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項６記載の画像成型装置に於いて、前記像担持体における感光層の比誘電率をεｃ厚さをｄｃ、前記現像剤の比誘電率をεｔｎ、厚さをｄｔｎとし、前記ベルト状転写部材の比誘電率をεｂ、厚さをｄｂとし、前記像担持体上の現像剤層の電位をＶｔ０とし、更にベルト状転写部材の電位Ｖｂ０とすると、前記背景部電位Ｖｓと１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値が、
2002061507.tif 000015
であり、且つ前記印字部電位Ｖ０と１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖ０）の絶対値が
2002061507.tif 000016
の関係を満たしていること特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求の範囲６の画像形成装置に於いて、単一の像担持体に対し現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写するプロセスを異なる色毎に複数回繰り返した後に用紙に一括して転写するシングルパス構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求の範囲６の画像形成装置に於いて、前記きベルト状転写部材に沿って異なる色の現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写する複数の像担持体を配置し、前記ベルト乗転写部材に前記複数の像担持体に付着した現像剤を重ねて転写した後に用紙に一括して転写するタンデム構造を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、電子写真プロセスによってカラー画像を形成するプリンタやコピアなどの画像形成装置に関し、特に、感光体ドラム上に形成された異なる色のトナー画像を中間転写ベルトに転写して重ね合せた後に最終的に用紙上に転写する中間転写プロセスを備えた画像形成装置に関する。
背景技術
従来、電子写真プロセスを用いてカラー画像を形成するプリンタ等の画像形成装置は、４パス型とシングルパス型（タンデム型）の２つに大別される。
図１は従来の４パス型のプロセスである（特開平９−１５２７９１号等）。４パス型は、単一の感光体ドラム１００とイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色の画像を形成するための現像ユニット１０６を有する。感光体ドラム１００は、クリーニングブレード１０１に続いて設けられた帯電器１０２により表面を均一に帯電された後に、露光ユニット１０４のレーザスキャンにより静電潜像が形成される。次に現像ユニット１０６のイエロートナーにより現像して画像を形成し、感光体ドラム１００と接触した中間転写体である転写ベルト１０８上に転写ローラ１１０による１次転写電圧ＶＴ１の印加で静電的にトナー画像を転写する。続いてマゼンタ、シアン、及びブラックの順に同じ処理を繰り返して転写ベルト１０８上に色を重ね、最終的に２次転写電圧ＶＴ２が印加された転写ローラ１１２によって４色の現像剤を用紙上に一括転写し、定着器１１２で定着している。
このように４パス型では、感光体ドラム１００、クリーニングブレード１０１、帯電器１０２、露光ユニット１０４及び転写ロートラ１１０が１セットあればよいので、コスト的に優位である。しかし、１枚のカラー画像を形成するためには、中間転写ベルト１０８を４回転させる必要があり、カラー印刷のスピードはモノクロ印刷の１／４と遅くなる。
図２は従来のシングルパス型（タンデム型）のプロセスである（特開平１１−２４９４５２号等）。シングルパス型は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色毎に画像形成ユニット１１８−１〜１１８−４を一列に並べる。即ち、画像形成ユニット１１８−１〜１１８−４は感光体ドラム１２０−１〜１２０−４を備え、その周囲にクリーニングブレード、帯電器、ＬＥＤ露光ユニット、現像器を配置し、各画像形成ユニット１１８−１〜１１８−４で各色の画像を形成する。感光体ドラム１２０−１〜１２０−４に形成された各色の画像は、各色の感光体ドラム１２０−１〜１２０−４と接触して移動する中間転ベルト１１６上に転写ローラ１２２−１〜１２２−４による１次転写電圧の印加により順次重ねて静電的に転写され、最終的にバックアップローラ１３２の反対側に設けた用紙転写ローラ１３４による２次転写電圧の印加で用紙上に一括して転写し、定着器１２２で用紙に定着して画像を得ている。
ここで感光体ドラム１２０−１〜１２０−３から中間転写ベルト１１６に画像を転写する転写ローラ１２２−１〜１２２−４も、中間転写ベルト１１６から用紙に転写する用紙転写ローラ１３４も、一般的には、導電性を付与したスポンジローラを使用している。このようなシングルパス型の場合は、１回のパスでカラー画像を形成することができるので、４パス型より印刷速度を早くすることができる利点がある。
しかしながら、このような従来の４パス型およびシングルパス型のいずれのカラー画像形成装置の場合も、最初の転写で感光体ドラムから中間転写ベルト上に転写されたモノクロのカラートナーは、次の感光体ドラムからトナーが転写されずに転写部位を通過する際に、既に転写されている中間転写ベルト上のトナーに感光体ドラムから電荷が注入され、帯電量が増加していく。
図３は、図２のシングルパス型においてｔ１で１次転写電圧ＶＴ１を印加して感光体ドラム１２０−１から中間転写ベルト１１６にイエロートナーのみを転写した場合の中間転写ベルト上のトナー電位の時間変化であり、感光体ドラム２０−２〜１２−３によるマゼンタ、シアン、ブラックについてはトナー転写が行われずに１次転写電圧が印加された転写部を単に通過することになる。このとき感光体ドラム１２０−２〜１２０−４により３回にわたり中間転写ベルト１１６上に転写されたいるイエロートナーに電荷が注入され、トナーの帯電量が増加する。このため時刻ｔ５の２次転写の時点において、電荷の注入がなかった場合の破線のトナー電位に対し、実際のトナー電位は電荷注入を受けてΔＶだけ増加してしまう。
このようなトナー電位の変動は、２番目の感光体ドラム１２０−２から中間転写ベルト１１６にマゼンタトナーのみを転写した場合、２番目の感光体ドラム１２０−３から中間転写ベルト１１６にシアントナーのみを転写した場合、更に４番目の感光体ドラム１２０−４から中間転写ベルト１１６にブラックトナーのみを転写した場合、電荷の注入回数はそれぞれ２回、１回、０回となり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー毎に電荷の注入回数に応じてトナー帯電量が異なる。このため２次転写に有効な転写電圧は、２用紙転写ローラ１３４に印加する２次転写電圧ＶＴ２から変動分ΔＶを差し引いた電圧となり、二次転写の電圧設定マージンを狭めてしまう問題があった。
本発明は、１次転写によるトナーの帯電上昇を押えて２次転写での広い電圧マージンを確保する画像形成装置を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の画像形成装置は、感光体ドラム等の像担持体上に色の異なる現像剤（トナー）を静電的に付着させて各色の可視画像を形成する画像形成部と、画像形成部の像担持体上に付着した現像剤を順次転写して重ね合わせるために像担持体と接触した中間転写ベルト等のベルト状転写部材と、画像形成部に設けた像担持体の反対側に位置してベルト状転写部材を挟んで接触配置され、画像形成部からベルト状転写部材に画像を静電的に転写するための１次転写電圧を印加する中間転写ローラ等の中間転写電極部材と、バックアップ部材の反対側にベルト状転写部材を挟んで接触配置され、ベルト状転写部材に転写された可視画像を用紙に一括転写するための２次転写電圧を印加する用紙転写ローラ等の用紙転写電極部材とを備える。
このようなプロセスを備えた画像形成装置につき本発明は、像担持体の転写前の現像剤が付着していない背景部表面電位Ｖｓとベルト状転写部材に印加している一次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値が、像担持体とベルト状転写部材との間の放電開始電圧以下となるように１次転写電圧ＶＴを設定したことを特徴とする。
本願発明者にあっては、中間転写ベルトに転写されたトナーの帯電上昇について、各種の解析および実験を行った結果、トナーの帯電上昇はパッシェンの放電曲線で知られている放電による電荷の注入によるものであるとの知見を得るに至った。そこで、感光体ドラムの現像トナーのない背景部のドラム表面電位（暗部電位）と中間転写ベルトに印加されている１次転写電圧との電位差が、パッシェンの放電曲線で決まる放電開始電圧以下となるように１次転写電圧ＶＴを設定することで、トナーの帯電上昇を抑え、２次転写の電圧マージンを狭めることなく安定で良好な画像が得られるようにする。
本発明による１次転写電圧ＶＴは、像担持体における感光層の比誘電率をεｃ、厚さをｄｃとし、現像剤の比誘電率をεｔｎ、厚さをｄｔｎとし、ベルト状転写部材の比誘電率をεｂ、厚さをｄｂとし、像担持体上の現像剤層の電位をＶｔ０とし、更にベルト状転写部材の電位Ｖｂ０とすると、背景部表面電位Ｖｓと１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値が、
2002061507.tif 000003
の関係を満たしていること特徴とする。
またベルト状転写部材の体積抵抗を１０９Ω・ｃｍ以上とする。この理由は、中間転写ベルトの電気的な等価回路は、容量成分と抵抗成分ρの並列回路で表現できるが、体積抵抗を１０９Ω・ｃｍ以上とすると、感光体ドラムに中間転写ベルトが接触しているニップ通過時間に対し、転写ベルトの時定数τ＝ερが大きくなり、この結果、中間転写ベルトの抵抗成分は無視でき、単なる容量成分として扱うことができ、その結果、簡略化された関係式が使用できる。
このような本発明の画像形成装置における１次転写電圧ＶＴの設定は、単一の像担持体に対し現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写するプロセスを異なる色毎に複数回繰り返した後に用紙に一括して転写するマルチパス構造のもの、及びベルト状転写部材に沿って異なる色の現像剤を静電的に付着させた後にベルト状転写部材に転写する複数の像担持体を配置し、ベルト状転写部材に複数の像担持体に付着した現像剤を重ねて転写した後に用紙に一括して転写するシングルバス構造（タンデム構造）のもののいずれについても適用できる。
更に、本願発明者の実験によれば、放電開始電圧を超えて１次転写電圧を印加する場合、１次転写ローラの抵抗を高くすることで、中間転写ベルト上のトナーの帯電上昇が押えられることが明らかになった。
即ち、本発明の画像形成装置にあっては、中間転写ローラ等の中間転写電極部材の体積抵抗を１０６乃至１０７Ω・ｍの範囲とし、像担持体の転写前の現像剤が付着していない背景部表面電位Ｖｓとベルト状転写部材の１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値を、像担持体とベルト状転写部材との間の放電開始電圧以上となるように１次転写電圧ＶＴを設定した場合、像担持体の転写前の現像剤が付着している印字部表面電位Ｖ０とベルト状転写部材の１次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖ０）の絶対値が、像担持体とベルト状転写部材との間の放電開始電圧未満となるように１次転写電圧を設定したことを特徴とする。
具体的には、像担持体における感光層の比誘電率をεｃ、厚さをｄｃとし、現像剤の比誘電率をεｔｎ、厚さをｄｔｎとし、ベルト状転写部材の比誘電率をεｂ、厚さをｄｂとし、像担持体上の現像剤層の電位をＶｔ０とし、更にベルト状転写部材の電位Ｖｂ０とすると、背景部電位Ｖｓと前記一次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）の絶対値が、
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であり、且つ明部電位Ｖ０と前記一次転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖ０）の絶対値が
2002061507.tif 000005
の関係を満たしていること特徴とする。
このため１次転写電圧が放電開始電圧を越えていても、この関係を満たすように１次転写電圧を設定することで、中間転写ベルト上のトナーの帯電上昇が押えられる。この場合にも、４パス構造およびシングルパス構造の各々につき適用できる。
発明を実施するための最良の形態
図４は、中間転写プロセスを備えた本発明の画像形成装置の実施形態であり、カラープリンタを例にとっている。図４において、カラープリンタ１０は、駆動ローラ２６、テンションローラ２８，３０及びバックアップローラ３２に掛け回された中間転写ベルト２４を備え、中間転写ベルト２４の上部の上流から下流に向けて、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の４色について画像形成ユニット１２−１，１２−２，１２−３，１２−４を配置している。画像形成ユニット１２−１〜１２−４は、図５のイエロー（Ｙ）の画像形成ユニット１２−１に取り出して示すように、像担持体としての感光体ドラム１４−１の周囲に帯電ブラシ１６−１、ＬＥＤアレイ１８−１、現像器の現像ローラ２１−１を配置し、更に帯電ブラシ１６−１の手前にはクリーニングブレード１５−１を配置している。
再び図４を参照するに、画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている現像器２２−１〜２２−４に対しては、トナーカートリッジ２０−１〜２０−４が装着されている。画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている感光体ドラム１４−１〜１４−４に、中間転写ベルト２４を挟んで反対側に中間転写電極部材としての中間転写ローラ３８−１，３８−２，３８−３，３８−４を配置している。このカラープリンタ１０における印刷プロセスは、画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光体ドラム１４−１〜１４−４上に形成された各色のトナー画像が、１次転写電圧が印加される中間転写ローラ３８−１〜３８−４によって順番に中間転写ベルト２４に重ねて転写され、駆動ローラ２６、テンションローラ２８，３０の位置を経由して、バックアップローラ３２の反対側に設けている用紙転写ローラ４５による２次転写位置に搬送される。この２次転写位置では、ピックアップローラ５８によりトレイ４８から引き出された用紙５０が用紙転写ローラ４５へ搬送され、用紙転写ローラ４５とバックアップローラ３２の間に印加される２次転写電圧により中間転写ベルト２４上のトナー画像が用紙５０に転写された後、ヒートローラ５６とバックアップローラ５８を備えた定着器５４で過熱溶着され、スタッカ６０に排出される。
ここで画像形成ユニット１２−１〜１２−４の感光体ドラム１４−１〜１４−４に対し、中間転写ベルト２４を挟んで反対側に配置された中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、金属シャフトの周囲にスポンジ層を形成したスポンジローラを使用しており、電源４０−１〜４０−４より規定の１次転写電圧ＶＴの印加を受けている。バックアップローラ３２に対向して設けた用紙転写ローラ４５は、同じくスポンジローラを構成され、電源（定電流源）４６より規定の２次転写電圧を用紙転写のタイミングで受けている。
更に、図４について各部の構成を具体的に説明すると次のようになる。画像形成ユニット１２−１〜１２−４に設けている感光体ドラム１４−１〜１４−４は、例えば外径３０ｍｍのアルミ粗管に電荷発生層及び電荷輸送層からなる層厚約２５μｍの感光層を塗布している。この感光体ドラム１４−１〜１４−４は、図５のイエローＹの画像形成ユニット１２−１に取り出して示すように、帯電ブラシ１６−１によって均一に帯電される。帯電ブラシ１６−１は感光体ドラム１４−１の表面に接触し、例えば周波数８００Ｈｚ、Ｐ−Ｐ電圧１１００Ｖ、オフセット電圧−６５０Ｖの帯電バイアスを印加し、感光体ドラム１４−１の表面を約−６５０Ｖに帯電する。帯電器としては、帯電ブラシ１６−１以外にコロナ帯電器、ソリッドローラ帯電器などを用いることができる。ＬＥＤアレイ１８−１は、波長７４０ｍｎ、解像度６００ｄｐｉであり、画像に応じた露光を行って感光体ドラム１４−１の表面に静電的な潜像を形成する。ＬＥＤアレイ１８−１以外にレーザスキャニング露光ユニットなどを用いることもできる。感光体ドラム１４−１の表面に形成された静電的な潜像に対しては、マイナスに帯電した各色のトナーを有する現像器、図５の場合にはイエロートナーを使用した現像ドラム２１−１により現像を行い、感光体ドラム１４−１上の静電潜像を可視化する。ここでは現像方法として非磁性１成分接触現像を用いているが、これに限定されない。また現像の際のトナーの帯電極性はマイナスに限定されない。
再び図４を参照するに、中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、画像形成ユニット１２−１〜１２−４で感光体ドラム１４−１〜１４−４上に形成されたモノカラー画像を中間転写ベルト２４上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に順次重ねて転写を行い、中間転写ベルト２４上にカラー画像を形成する。中間転写ベルト２４上に対する各色の重ね合わせのタイミングは、ＬＥＤアレイの書き出しタイミングで調整し、正確な位置合せを行う。なお色重ねの順番、色数は、この実施形態に限定されない。
感光体ドラム１４−１〜１４−４から中間転写ベルト２４への転写は、電源４０−１〜４０−４から中間転写ローラ３８−１〜３８−４に＋５００Ｖ〜１０００Ｖの範囲に予め設定した規定電圧を印加することによって静電的に行う。中間転写ベルト２４はカーボンで抵抗調整した厚さ１５０μｍの例えばポリカーボネイト樹脂部材で作られている。また、本発明の中間転写ベルト２４としてはポリカーボネイト樹脂に限定されることはなく、ポリイミド系、ナイロン系、フッ素系などの樹脂材料を使用することができる。更に、中間転写ローラ３８−１〜３８−４は、感光体ドラム１４−１〜１４−４の対向位置に設ける必要はなく、中間転写ベルト２４の回転方向に対し上流あるいは下流の離間した位置に設けてもよい。
中間転写ベルト２４上に１次転写により重ねて転写されたカラー画像は、２次転写部により一括して用紙などの記録媒体上に転写される。この２次転写のために用紙転写ローラ４５は、シャフトと表面間が１０５〜１０８Ω程度の抵抗値に調整されたスポンジローラを使用しており、中間転写ベルト２４を挟んでバックアップローラ３２により１〜２ｋｇ程度の圧力で押し当てるように配置している。また用紙転写ローラ４５として使用するスポンジローラの硬度は、アスカーＣで４０〜６０度としている。用紙転写ローラ４５に対し接続された電源４６は定電流源であり、中間転写ベルト２４上の画像位置に対し、タイミングを合わせて搬送される用紙上に電源４６によってバイアスを印加し、静電的にトナーを転写する。この２次転写によって用紙上に転写されたカラー画像は、定着器５６で現像剤を熱的に用紙上に定着して固定画像を得る。また駆動ローラ２６による中間転写ベルトの速度は例えば９１ｍｍ／ｓである。もちろん中間転写ベルトの速度で決まる印刷速度はこれに限定されず、これ以下もしくはこれ以上の速度としてもよい。
次に本発明の画像形成装置における１次転写部でのトナー帯電量の増加を抑えるための１次転写電圧の設定について詳細に説明する。
図６は、１次転写部における電位関係を表わしている。この電位関係において、印字部６４は感光体ドラム表面にトナーが現像されている画像部もしくは明部である。これに対し背景部６６は感光体ドラムにトナーが現像されていない非画像部もしくは暗部である。また印字部６４及び背景部６６の両方において、中間転写ベルト側にはトナーが転着されているものとする。印字部６４は、中間転写ベルト側の１次転写電圧がＶＴが０Ｖからプラス側に加わり、ドラム側には０Ｖよりマイナス側に印字部６４のドラム表面電位Ｖ０が加わり、続いてドラム側トナー層電位Ｖｔｎ２、ベルト側トナー層電位Ｖｔｎ及びベルト電位Ｖｂ１となっている。これに対し背景部６６にあっては、０Ｖよりマイナス側に背景部のドラム表面電位Ｖｓ、続いてベルト側のトナー層電位Ｖｔｎ及びベルト電位Ｖｂとなっている。このような１次転写部において、中間転写ベルト側に転写されたトナーの帯電量が後続する１次転写部を通過する毎に増加する原因は、背景部６６のドラム表面電位Ｖｓと転写電圧ＶＴとの電位差（ＶＴ−Ｖｓ）が大きいために放電を起こし、中間転写ベルト上のトナーに感光体ドラムからの電荷が注入されるためである。この感光体ドラムから中間転写ベルト上のトナーに電荷が注入されるための放電開始電圧Ｖｔｈは、パッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）の放電曲線として知られている実験式により算出できる。
図７は、図６の背景部６６における１次転写部のモデル化とその電気的な等価回路を表わす。即ち１次転写部は、中間転写ローラ３８、中間転写ベルト２４、トナー６２、ミクロンオーダのギャップ６０及び感光体ドラム１４が積層配置されたモデルであり、これに対応して図示の等価回路が形成される。この等価回路における記号はそれぞれ次の通りである。
εｏｄ＊：感光体ドラムの比誘電率（３）
ｄｏｄ  ：感光体ドラム感光層の厚さ（２８μｍ）
Ｖｏｐ  ：転写後の感光体ドラム電位（−５９０Ｖ）
εｔｎ＊：トナーの比誘電率（２．５）
ｄｔｎ  ：転写ベルト上トナー層の厚さ（２０μｍ）
Ｖｔｎ  ：トナー層電位（＝３５Ｖ）
ρｂ１  ：転写ベルト体積抵抗（２×１０１０Ω・ｃｍ）
εｂ１＊：転写ベルトの比誘電率（９．５）
ｄｂ１  ：転写ベルトの厚さ（１５０μｍ）
Ｖｂ１  ：転写ベルト電位（１８０Ｖ）
Ｒ      ：転写ローラ抵抗
ε０    ：真空の誘電率（８．８５４×１０１２Ｆ／ｍ）
ｇ    ：  エアーギャップ
尚、（  ）内は本願発明者らが実験に使用した数値を表わしている。
ここで中間転写ベルト２４の時定数τは
τ＝εｂ１ρｂ１
で表わされるが、ニップ通過時間ｔ１が十分に小さければ中間転写ベルト２４の体積抵抗分ρｂ１は無視することができる。この場合、プロセス速度を９０ｍｍ／ｓ、ニップ幅を０．８ｍｍとすると、
τ＝１６８０ｍｓ
となり、中間転写ベルト２４はほとんど容量性として機能していることが分かる。したがって、図７の等化回路は図８に示すように簡略化することができ、そのギャップ６０の電位Ｖｇは、次式で表される。
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ところで中間転写ベルト２４の体積抵抗ρｂ１が小さくなってくると、その抵抗値は無視できなくなり、（４）式右辺の最終項のように計算に含めなければならない。ここで計算上無視できなくなる下限を中間転写ベルトの下限とする。この実施形態にあっては、中間転写ベルトの体積抵抗ρｂ１＝２×１０１０Ω・ｃｍで時定数τ＝１６８０ｍｓのため、ニップ通過時間ｔ１＝８．９ｍｓのほぼ２０００倍となり、計算上は抵抗分は無視できる。これに対し中間転写ベルトの体積抵抗がρ＝１×１０９Ω・ｃｍに下がったとすると、時定数τ＝８４．２２ｍｓであり、ニップ通過時間ｔ１＝８．９ｍｓのほぼ１０倍となって無視できなくなる。このように時定数τが無視できない程度に小さくなると、これによって放電開始電圧が下がることに相当するため、後述する放電開始電圧の計算式と誤差が出てくる。したがって本発明の実施形態にあっては、中間転写ベルト２４の体積抵抗ρｂ１の下限値を２×１０１０Ω・ｃｍとしている。
ここで中間転写ローラ３８の抵抗Ｒをニップ通過時間ｔ１に対し十分に小さくとると、（４）式は次式で近似される。
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パッシェンの法則によれば、ギャップ６０が約８ミクロンから１００ミクロンまでの間にあるときパッシェン曲線はほぼ直線となり、このため（５）式が放電するときの放電開始電圧Ｖｔｈは次式で与えられる。
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このため（５）（６）式より１次転写の背景部６６における放電開始電圧Ｖｔｈは次式で与えられる。
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したがって本発明にあっては、図６の背景部６６におけるはドラム表面の電位Ｖｓと中間転写ベルトの１次転写電圧ＶＴとの差の絶対値｜ＶＴ−Ｖｓ｜が（７）式の右辺で算出される放電開始電圧の値以下となる次式の関係を満たせば、１次転写によるトナー帯電量の増加を抑えることができる。
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具体的に（７）式を計算すると、放電開始電圧Ｖｔｈ＝１２００Ｖが得られる。また１次転写前の感光体ドラム上の背景部６６におけるドラム表面電位Ｖｓは実験により求められるが、現像バイアスとドラム表面電位Ｖｓとの関係を測定した結果を図９に示す。ここでは現像バイアスを−３００Ｖに設定しているため、背景部のドラム表面電位Ｖｓは初期状態において−７００Ｖに帯電されており、現像後に−５９０Ｖとなっている。この関係から１次転写電圧ＶＴは計算上は６１０Ｖで放電するが、実際の実験値としては６２２Ｖで放電することが分かった。
図１０は図４のイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各１次転写部における転写後の比電荷と１次転写電圧の関係について実験的に得た結果であり、１次転写電圧が６００Ｖまでほとんど比電荷の上昇はみられないが、１次転写電圧が８００Ｖ、１０００Ｖと大きくなるに従って比電荷の上昇が大きくなり、放電による電荷注入が行われていることが分かる。しかしながら、１次転写電圧を低くすると転写効率の低下を起こすため、放電を起こすことのない１次転写電圧である６００Ｖ以下で、しかも転写効率も良好な領域に設定する必要がある。
図１１は、１次転写電圧と転写効率の関係を表わしている。転写効率８０％以上を得るためには、１次転写電圧は４５０Ｖ以上でなければならない。したがって、本発明により設定する１次転写電圧ＶＴは、転写効率が良好で且つトナーの帯電上昇を抑えるためには４５０〜６００Ｖの範囲７２に設定することが望ましい。また転写効率は図６の印字部６４においては、１次転写電圧を放電開始電圧まで増加していくと転写効率が上昇するが、放電開始電圧となる実験値で１１３２Ｖになると放電のために転写効率が低下し、著しい場合には印字部６４に放電跡の白点が発生する。したがって、本発明における１次転写電圧の範囲として４５０〜６００Ｖの範囲を設定することで、１次転写の印字部６４における転写条件も満たすことができる。
次に本発明の他の実施形態として、１次転写の背景部６６において１次転写電圧ＶＴが（７）式で与えられる放電開始電圧Ｖｔｈを越えて設定しても、１次転写部でのトナー帯電量の増加を抑えることのできる実施形態を説明する。このように１次転写の背景部６６において放電開始電圧Ｖｔｈを越える１次転写電圧ＶＴを設定しても、中間転写ローラ３８の抵抗Ｒを本願発明者の実験によれば１０６〜１０７Ωの範囲に設定することで、トナーの帯電上昇が抑えられることが判明した。これは１次転写電圧による流れる放電電流が中間転写ローラ３８の抵抗Ｒによって抑えられるためと考えられる。
図１２は、（７）式により算出される放電開始電圧Ｖｔｈ＝６００Ｖより高い１次転写電圧８００Ｖを設定した状態で、図４における転写前、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各転写後におけるトナー非電荷を転写ローラ抵抗をパラメータとして実験した結果である。また図１３は最終段の１次転写となるブラック（Ｋ）を通過した後の比電荷と中間転写ローラ抵抗の測定結果である。更に図１４は中間転写ローラ抵抗と転写効率の関係を表わしている。
ここで中間転写ローラの抵抗Ｒの測定は、図１５のように、アース板７６の上に中間転写ローラ３８を乗せ、中間転写ローラ３８の両側に出ている金属製シャフト７２に５００ｇの荷重を加えて加圧した状態、市販の超高抵抗測定器８０を使用して測定している。
この図１２，図１３，図１４の特性図から中間転写ローラ３８の抵抗Ｒが１０７Ωを越えると、（４）式における時定数の関係で転写電圧が上がらないため、図１６のように転写効率も低くなる。したがって、転写効率８０％を確保するためには中間転写ローラ３８の抵抗Ｒは１０６〜１０７Ωの範囲７４とする必要がある。このときの１次転写電圧ＶＴの上限は、図６の印字部６４における印字部量位Ｖ０と１次転写電圧ＶＴの電位差（ＶＴ−Ｖ０）で決まる放電開始電圧Ｖｔｈとなる。この印字部６４の感光体ドラム上には現像されたトナーがあり、少しでも放電すると画質の劣化に繋がる。このため印字部６４が放電しない条件を満たすため、次の関係を満たす必要がある。
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もちろん、このときの１次転写電圧ＶＴは、背景部６６のドラム表面電位Ｖｓとの差となる電圧が（７）式の放電開始電圧Ｖｔｈ以上となるように設定されていること、即ち次式の関係を持っている。
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ここで（８）式にあっては、図６の印字部６４に対応して感光体ドラムの印字部電位Ｖ０に中間転写ベルト上と同じ量のトナーがあるものとしてＶｔｎ２＝Ｖｔｎとしているが、このトナー量はドラム側とベルト側で異なっていても良い。この場合、前記（８）式は次のようになる。
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なお、上記の実施形態にあっては、図４のように中間転写ベルト２４に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像形成ユニット１２−１〜１２−４を配列したシングルパス型（タンデム型）の画像形成装置を例にとるものであったが、本発明による１次転写電圧の設定は図１に示した４バス型のプロセスを持った画像形成装置における１次転写電圧ＶＴ１の設定についても全く同様に適用することができる。また本発明は、その目的と利点を損うことのない適宜を含む。更に本発明は、上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
産業上の利用可能性
以上説明してきたように本発明によれば、感光体ドラムなどの像担持体の現像後において、現像剤としてのトナーが付着していない背景部の表面電位と中間転写ベルトの１次転写電圧との電位差の絶対値が、感光体ドラムと中間転写ベルトの間の放電開始電圧以下となるように１次転写電圧を設定したことで、中間転写ベルトに転写されたトナーが他の転写部を通過する際の放電による電荷の注入を確実に防止し、トナーの帯電上昇を抑えることで、２次転写位置におけるトナー電位のばらつきを抑え、これによって２次転写電圧の電圧マージンを広く確保して、安定で良好な画像を用紙上に２次転写することができる。
また１次転写の背景部における放電開始電圧を越える１次転写電圧を設定する場合には、中間転写ローラの抵抗値を適正な範囲に設定することによって、放電を起こした際の放電電流を抑制し、これによっても中間転写ベルトに転写されたトナーが他の転写部を通過する際の電荷の注入を抑え、トナーが帯電上昇を起こしてしまうことを抑制し、その結果、２次転写電圧の広い電圧マージンを確保して、安定で良好な用紙画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は従来の４パス型の画像形成ブロセスの説明図；
図２は従来のシングルパス型の画像形成プロセスの説明図；
図３は図２のシングルパス型プロセスにおける電荷注入によるトナー電位の時間変化の説明図；
図４は本発明の実施形態の説明図；
図５は図４のイエロー用の画像形成ユニットを取出した説明図；
図６は１次転写部における感光体ドラムと中間転写ベルトの電位説明図；
図７は図６の１次転写部の背景部における等価回路図；
図８は図６を簡略化した等価回路図；
図９は現像バイアスと転写前の感光体ドラム表面電位の特性図；
図１０は１次転写部でのトナー比電荷の特性図；
図１１は１次転写電圧と転写効率の特性図；
図１２は中間転写ローラとトナー比電荷の特性図；
図１３はブラックの１次転写部通過後の比電荷と中間転写ローラ抵抗の特性図；
図１４は中間転写ローラ抵抗と転写効率の特性図；
図１５は中間転写ローラの抵抗測定の説明図；
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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