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技術 画像形成装置

出願人 株式会社リコー
発明者 杉浦健治熊谷直洋小暮成一藤田純平與五澤一樹和田雄二櫻庭潤也
出願日 2016年5月16日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-098007
公開日 2017年11月24日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-207547
状態 特許登録済
技術分野 電子写真における制御・管理・保安 電子写真における帯電・転写・分離
主要キーワード 投影面積率 補正バイアス 伸び変化 電圧切替信号 電源特性 微小硬度値 方向ズレ量 投影面積比
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年11月24日)のものです。
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図面 (20)

課題

調整パターン転写時に転写バイアスを短時間で適正なバイアス切り替える。

解決手段

連続印刷時の紙間で調整パターンを転写する場合、出力画像を転写するための画像部バイアス913と、調整パターンを転写するための非画像部バイアス911とで異なるバイアスを印加するとともに、画像部バイアス913は定電流制御を行い、画像部バイアス913から非画像部バイアス911への切替部915では定電圧制御を行う。

概要

背景

像担持体上に担持したトナー像を、転写部にて記録媒体に転写する画像形成装置は周知である。トナー像を記録媒体に転写する方式としては、特許文献1(特開2014−123004号公報)に記載のもののように感光体ドラム等から直接記録媒体に転写する方式や、感光体ドラム等から像担持体としての中間転写体を介して記録媒体に転写する方式がある。上記中間転写体としてはベルト状の中間転写ベルトが広く用いられている。この中間転写ベルトとして、複数層が積層された中間転写ベルトも公知である。

また、電子写真プロセスを用いる画像形成装置において、画像濃度階調を調整するためのプロセスコントロール色ズレ補正制御などの調整制御は周知である。たとえば、プロセスコントロールでは通常、感光体に形成したテストパターンであるトナーパッチ(以下、「調整パターン」と記す)を中間転写ベルトや転写搬送ベルト等に転写し、これをセンサで検知してトナー付着量を求める。色ズレ補正制御においては、色ズレ検知用画像(調整パターン)を中間転写ベルトや転写搬送ベルト等に転写し、これをセンサで検知して色ズレ量を求める。

このようなプロセスコントロール等の調整制御に際し、調整パターンの転写不良が発生した場合には、適正なプロセスコントロール等の調整制御が実施されず、良質な出力画像を得ることができなくなってしまう。

概要

調整パターンの転写時に転写バイアスを短時間で適正なバイアス切り替える。連続印刷時の紙間で調整パターンを転写する場合、出力画像を転写するための画像部バイアス913と、調整パターンを転写するための非画像部バイアス911とで異なるバイアスを印加するとともに、画像部バイアス913は定電流制御を行い、画像部バイアス913から非画像部バイアス911への切替部915では定電圧制御を行う。

目的

本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、調整パターンの転写時に転写バイアスを短時間で調整パターンの転写に適正なバイアスに切り替えることのできる画像形成装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

トナー像担持される像担持体と、前記像担持体との間に転写ニップを形成する転写部材と、前記転写ニップで前記トナー像を記録媒体転写するための転写バイアス出力可能電源と、前記電源を制御する制御手段と、を備える画像形成装置において、前記像担持体上で出力画像と出力画像の間に調整パターンがある場合、前記バイアスとして、前記出力画像が担持されている画像部に対応して印加される画像部バイアスと、前記画像部と前記画像部の間の非画像部に対応して印加される非画像部バイアスとで異なるバイアスを印加するとともに、前記画像部バイアスは定電流制御を行い、前記画像部バイアスから前記非画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

請求項2

トナー像が担持される像担持体と、前記像担持体との間に転写ニップを形成する転写部材と、前記転写ニップで前記トナー像を記録媒体へ転写するための転写バイアスを出力可能な電源と、前記電源を制御する制御手段と、を備える画像形成装置において、連続印刷時の紙間で調整パターンを転写する場合、前記像担持体上の出力画像を転写する画像部バイアスと、前記紙間で前記調整パターンを転写する非画像部バイアスとで異なるバイアスを印加するとともに、前記画像部バイアスは定電流制御を行い、前記画像部バイアスから前記非画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行うことを特徴とする画像形成装置。

請求項3

前記調整パターンに対応する前記非画像部バイアスから後続の出力画像に対応する前記画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行うことを特徴とする、請求項1又は2に記載の画像形成装置。

請求項4

前記電源は、直流成分を出力する直流電源と、交流成分を出力する交流電源を含み、前記転写バイアスの直流成分について前記定電圧制御を行うことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項5

前記調整パターンと先行出力画像間の距離をL1とし、前記調整パターンと後続出力画像間の距離をL2とするとき、L1>L2であることを特徴とする、請求項1,3,4のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項6

前記調整パターンと先行記録媒体間の距離をL1’とし、前記調整パターンと後続記録媒体間の距離をL2’とするとき、L1’>L2’であることを特徴とする、請求項2,3,4のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項7

前記像担持体上で出力画像と出力画像の間に前記調整パターンが無い場合は、前記画像部バイアスと前記非画像部バイアスを同一とすることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項8

前記像担持体としての中間転写部材と、該中間転写部材との間に転写ニップを形成する二次転写部材とを有し、前記調整パターンを前記中間転写部材から前記二次転写部材に転写し、前記二次転写部材上で前記調整パターンを検知して調整制御を行うことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項9

前記画像部バイアスから前記調整パターンに対応する前記非画像部バイアスへの切り替えに際し、バイアスを前記非画像部バイアスに近づく方向の補正バイアスを介して切り替えることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項10

前記像担持体は、基層と、該基層の上に積層された弾性層とを含む複数層からなることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項11

前記弾性層の表面に複数の粒子が分散されていることを特徴とする、請求項10に記載の画像形成装置。

請求項12

前記粒子の帯電特性が正であることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。

請求項13

前記粒子の帯電特性が負であることを特徴とする、請求項11に記載の画像形成装置。

請求項14

前記弾性層の上にコート層が形成されていることを特徴とする、請求項10〜13のいずれか1項に記載の画像形成装置。

請求項15

前記像担持体の前記複数層は、複数の樹脂層を含むことを特徴とする、請求項10〜14のいずれか1項に記載の画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は、像担持体上のトナー像記録媒体転写する画像形成装置に関する。

背景技術

0002

像担持体上に担持したトナー像を、転写部にて記録媒体に転写する画像形成装置は周知である。トナー像を記録媒体に転写する方式としては、特許文献1(特開2014−123004号公報)に記載のもののように感光体ドラム等から直接記録媒体に転写する方式や、感光体ドラム等から像担持体としての中間転写体を介して記録媒体に転写する方式がある。上記中間転写体としてはベルト状の中間転写ベルトが広く用いられている。この中間転写ベルトとして、複数層が積層された中間転写ベルトも公知である。

0003

また、電子写真プロセスを用いる画像形成装置において、画像濃度階調を調整するためのプロセスコントロール色ズレ補正制御などの調整制御は周知である。たとえば、プロセスコントロールでは通常、感光体に形成したテストパターンであるトナーパッチ(以下、「調整パターン」と記す)を中間転写ベルトや転写搬送ベルト等に転写し、これをセンサで検知してトナー付着量を求める。色ズレ補正制御においては、色ズレ検知用画像(調整パターン)を中間転写ベルトや転写搬送ベルト等に転写し、これをセンサで検知して色ズレ量を求める。

0004

このようなプロセスコントロール等の調整制御に際し、調整パターンの転写不良が発生した場合には、適正なプロセスコントロール等の調整制御が実施されず、良質な出力画像を得ることができなくなってしまう。

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、上記プロセスコントロール等の調整制御が連続プリント中に実施される場合には、連続プリントの出力画像と出力画像の間にある調整パターンを、紙間という短時間で転写して検知しなければならない。

0006

調整パターンを短時間で確実に転写するためには、転写バイアスを、出力画像を転写する画像部バイアスから、調整パターンを転写する非画像部バイアスへと短時間で素早く切り替える必要がある。

0007

しかしながら、従来の画像形成装置では、転写バイアスを短時間で素早く切り替えることが難しいという問題があった。特に、転写バイアスを出力する電源としてDC電源AC電源を接続しているような構成の場合、DC電源の応答性が低く、転写バイアスを短時間で狙いの非画像部バイアス(調整パターンを転写するバイアス)へ切り替えることができない。

0008

上記特許文献1には、転写ニップ部における像担持体への転写電流の急激な流れ込みによる画像不具合を防止することを目的として、高圧電源部の制御を定電流制御から定電圧制御切り換えることが記載されている。しかし、特許文献1においては、調整パターンの転写については何ら触れられておらず、特許文献1に記載の発明では調整パターン転写時に転写バイアスを短時間で素早く狙いの値とすることは実現できない。

0009

本発明は、従来の画像形成装置における上述の問題を解決し、調整パターンの転写時に転写バイアスを短時間で調整パターンの転写に適正なバイアスに切り替えることのできる画像形成装置を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0010

前記の課題を解決するため本発明は、トナー像が担持される像担持体と、前記像担持体との間に転写ニップを形成する転写部材と、前記転写ニップで前記トナー像を記録媒体へ転写するための転写バイアスを出力可能な電源と、前記電源を制御する制御手段と、を備える画像形成装置において、前記像担持体上で出力画像と出力画像の間に調整パターンがある場合、前記バイアスとして、前記出力画像が担持されている画像部に対応して印加される画像部バイアスと、前記画像部と前記画像部の間の非画像部に対応して印加される非画像部バイアスとで異なるバイアスを印加するとともに、前記画像部バイアスは定電流制御を行い、前記画像部バイアスから前記非画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行うことを特徴とする。

0011

また、前記の課題を解決するため本発明は、トナー像が担持される像担持体と、前記像担持体との間に転写ニップを形成する転写部材と、前記転写ニップで前記トナー像を記録媒体へ転写するための転写バイアスを出力可能な電源と、前記電源を制御する制御手段と、を備える画像形成装置において、連続印刷時の紙間で調整パターンを転写する場合、前記像担持体上の出力画像を転写する画像部バイアスと、前記紙間で前記調整パターンを転写する非画像部バイアスとで異なるバイアスを印加するとともに、前記画像部バイアスは定電流制御を行い、前記画像部バイアスから前記非画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行うことを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明の画像形成装置によれば、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。そのため調整パターンを確実に転写することが可能となり、正確な調整制御を実施して、良好な出力画像を得ることができる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の実施形態にかかる画像形成装置の一例であるプリンタ概略構成図。
図1のプリンタにおける黒用画像形成ユニットの概略構成を示す拡大図。
中間転写ベルトの層構成を示す模式図である。
中間転写ベルトの表面の構成を示す模式図である。
二次転写電源電源制御部の構成例を示すブロック図である。
二次転写ニップにおける電流の流れ方を説明するための模式図である。
二次転写バイアスについて説明する波形図である。
図7の波形の条件でDutyを振った時の出力波形を示すものである。
連続プリント時の紙間における調整パターンの転写を説明するための模式図である。
実施形態におけるバイアス切替の制御例を説明する模式図である。
後端補正部バイアスを用いない場合の制御例を説明する模式図である。
図10のバイアス切替における電源制御の一例を示す模式図である。
実施形態におけるバイアス切替制御を用いた場合と、従来の制御を用いた場合を比較する転写出力波形を示す図である。
その転写出力で転写した調整パターンの検知結果を示すグラフである。
バイアス切替における電源制御の別例を示す模式図である。
バイアス切替における電源制御の更に別の例を示す模式図である。
図11のバイアス切替に対応する電源制御の一例を示す模式図である。
調整パターンのある紙間部でのバイアス切替を画像基準及び用紙基準で説明する模式図である。
色ズレ補正制御の調整パターンを示す模式図である。

実施例

0014

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例である電子写真方式カラープリンタ(以下、単に「プリンタ」という)の概略構成を示す図である。

0015

図1において、プリンタ500は、イエロー(Y),マゼンダ(M),シアン(C),ブラック(K)のトナー像を形成するための4つの画像形成ユニット1(Y,M,C,K)と、転写装置としての転写ユニット30と、光書込ユニット80と、定着装置90と、給紙カセット100と、レジストローラ対105等を備えている。

0016

4つの画像形成ユニット1(Y,M,C,K)は、粉体である現像剤として、互いに異なる色のY,M,C,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっており、寿命到達時交換される。つまり、四つの画像形成ユニット1(Y,M,C,K)は、画像形成装置本体としてのプリンタ本体500に対して着脱自在に設けられていて、交換可能とされている。

0017

図2は、四つの画像形成ユニット1(Y,M,C,K)のうちの一つを拡大して示す概略構成図である。四つの画像形成ユニット1(Y,M,C,K)は、使用するトナーの色が異なる点以外は、同様の構成を備えているため、使用するトナーの色を示す添え字(Y,M,C,K)は省略している。

0018

画像形成ユニット1は、像担持体たるドラム状の感光体2、ドラムクリーニング装置3、除電装置帯電装置6、現像装置8等を備えている。画像形成ユニット1は、これらの複数の装置が共通の保持体に保持されてプリンタ本体500に対して一体的に脱着可能なプロセスカートリッジユニットを構成していて、ユニット単位で交換可能とされている。

0019

感光体2は、ドラム基体の表面上に有機感光層が形成されたドラム形状のものであって、駆動手段によって図中時計回り方向に回転駆動される。帯電装置6は、帯電バイアスが印加される帯電部材となる帯電ローラ7を感光体2に接触あるいは近接させながら、帯電ローラ7と感光体2との間に放電を発生させることで、感光体2の表面を一様帯電させている。帯電ローラ等の帯電部材を感光体2に接触あるいは近接させる方式に代えて、帯電チャージャーによる方式を採用してもよい。

0020

帯電ローラ7で一様帯電された感光体2の表面は、光書込ユニット80から発せられるレーザー光などの露光光Lによって光走査されて各色用静電潜像を担持する。この静電潜像は、図示しない各色トナーを用いる現像装置8によって現像されて各色のトナー像になる。感光体2のトナー像は、後述する無端状のベルト部材からなる中間転写ベルト31上に一次転写される。

0021

ドラムクリーニング装置3は、一次転写工程(後述する一次転写ニップ)を経た後の感光体2表面に付着している転写残トナーを除去するもので、回転駆動されるクリーニングブラシローラ4、片持ち支持された状態で自由端を感光体2に当接させるクリーニングブレード5などを有している。ドラムクリーニング装置3は、回転するクリーニングブラシローラ4で転写残トナーを感光体2の表面から掻き取ったり、クリーニングブレードで転写残トナーを感光体2表面から掻き落としてクリーニングする。

0022

除電装置は、ドラムクリーニング装置3によってクリーニングされた後の感光体2の残留電荷除電する。この除電により、感光体2の表面が初期化されて次の画像形成に備えられる。

0023

現像装置8は、現像剤担持体となる現像ローラ9を内包する現像部12と、図示しない現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部13とを有している。現像剤搬送部13は、第一スクリュー部材10を収容する第一搬送室と、第二スクリュー部材11を収容する第二搬送室とを有している。第一スクリュー部材10及び第二スクリュー部材11は、現像装置8のケースなどに回転自在に支持されていて、回転駆動されることで、現像剤を循環させながら搬送して現像ローラ9に現像剤を供給している。

0024

図1に示すように、画像形成ユニット1(Y,M,C,K)の上方には、潜像書込手段たる光書込ユニット80が配設されている。この光書込ユニット80は、パーソナルコンピュータ等の外部機器から送られてくる画像情報に基づいてレーザーダイオードから発したレーザー光Lにより、感光体2(Y,M,C,K)を光走査する。この光走査により、感光体2(Y,M,C,K)上にY,M,C,K用の静電潜像が形成される。

0025

画像形成ユニット1(Y,M,C,K)の下方には、無端状の中間転写ベルト31を張架しながら図中反時計回り方向に無端移動せしめるベルトユニットであり転写装置である転写ユニット30が配設されている。転写ユニット30は、像担持体たる中間転写ベルト31の他に、複数の回転体としての駆動ローラ32、二次転写裏面ローラ33、クリーニングバックアップローラ34と、四つの一次転写ローラ35(Y,M,C,K)を有していて、プリンタ本体500に対してユニットごと着脱自在(交換可能)とされている。中間転写ベルト31のループ外側の周囲は、像担持体であり、二次転写部材としての二次転写ベルト36を備えた二次転写ユニット41と、ベルトクリーニング装置37と、検知手段としての電位センサ38などが配置されている。

0026

中間転写ベルト31は、そのループ内側に配設された駆動ローラ32、二次転写裏面ローラ33、クリーニングバックアップローラ34、及び四つの一次転写ローラ35(Y,M,C,K)に巻き掛けられて支持され張架されている。そして、駆動手段によって図中反時計回り方向に回転駆動される駆動ローラ32の回転力により、同方向に無端移動して搬送される。すなわち、転写ユニット30は、複数の回転体でベルト部材を巻き掛けて支持して搬送するものである。

0027

四つの一次転写ローラ35(Y,M,C,K)は、無端移動される中間転写ベルト31を感光体2(Y,M,C,K)との間に挟み込んでいて、中間転写ベルト31のおもて面と、感光体2(Y,M,C,K)とが当接するY,M,C,K用の転写部となる一次転写ニップを形成している。一次転写ローラ35(Y,M,C,K)には、図示しない転写バイアス電源によってそれぞれ一次転写バイアスが印加されている。これにより、感光体2(Y,M,C,K)上のY,M,C,Kのトナー像と、一次転写ローラ35(Y,M,C,K)との間に転写電界が形成される。

0028

イエロー用の感光体2Yの表面に形成されたYトナー像は、イエロー用の感光体2Yの回転に伴ってイエロー用の一次転写ニップに進入する。そして、転写電界やニップ圧の作用により、イエロー用感光体2Y上から中間転写ベルト31上に一次転写される。このようにしてYトナー像が一次転写された中間転写ベルト31は、その後、M,C,K用の一次転写ニップを順次通過する。そして、感光体2(M,C,K)上のM,C,Kトナー像が、Yトナー像上に順次重ね合わせて一次転写される。この重ね合わせの一次転写により、中間転写ベルト31上には四色重ね合わせトナー像が形成される。一次転写部材として、一次転写ローラ35(Y,M,C,K)に代えて、転写チャージャー転写ブラシなどを採用してもよい。

0029

中間転写ベルト31のループ外側に配設された二次転写ユニット41は、ループ内側の二次転写裏面ローラ33との間に中間転写ベルト31を挟み込み、中間転写ベルト31のおもて面と、二次転写ベルト36とが当接する転写部となる二次転写ニップNを形成している。二次転写裏面ローラ33には、二次転写バイアス電源39によって二次転写バイアスが印加され、二次転写ベルト36は接地されている。これにより、二次転写裏面ローラ33と二次転写ベルト36との間に、マイナス極性のトナーを二次転写裏面ローラ33側から二次転写ベルト36側に向けて静電移動させる二次転写電界が形成される。

0030

装置本体の下部には、用紙や樹脂シートなどの記録媒体Pを複数枚重ねた束の状態で収容している収容部となるカセット100が配設されている。このカセット100は、束の一番上の記録媒体Pにローラ100aを当接させており、これを所定のタイミングで回転駆動させることで、その記録媒体Pを搬送路に向けて送り出す。搬送路の末端付近には、レジストローラ対105が配設されている。このレジストローラ対105は、カセット100から送り出された記録媒体Pをローラ間に挟み込むとすぐに両ローラの回転を停止させる。そして、挟み込んだ記録媒体Pを二次転写ニップN内で中間転写ベルト31上の四色重ね合わせトナー像に同期させ得るタイミングで回転駆動を再開して、記録媒体Pを二次転写ニップに向けて送り出す。

0031

すなわち、転写ユニット30は、像担持体が、画像となるトナー像が転写される無端状のベルト部材としての中間転写ベルト31であって、複数の回転体としての駆動ローラ32、二次転写裏面ローラ33、クリーニングバックアップローラ34で中間転写ベルト31を巻き掛けて支持し、中間転写ベルト31に転写されたトナー像を記録媒体Pとの転写部となる二次転写ニップNまで搬送するベルトユニットである。

0032

二次転写ニップNで記録媒体Pに密着せしめられた中間転写ベルト31上の四色重ね合わせトナー像は、二次転写電界やニップ圧の作用によって記録媒体P上に一括二次転写され、記録媒体Pの白色と相まってフルカラートナー像となる。

0033

二次転写ニップNを通過した後の中間転写ベルト31には、記録媒体Pに転写されなかった転写残トナーが付着している。これは、中間転写ベルト31のおもて面に当接しているベルトクリーニング装置37によってベルト表面からクリーニングされる。中間転写ベルト31のループ内側に配設されたクリーニングバックアップローラ34は、ベルトクリーニング装置37によるベルトのクリーニングをループ内側からバックアップする。

0034

電位センサ38は、中間転写ベルト31のループ外側に配設されている。電位センサ38は、中間転写ベルト31の周方向における全域のうち、駆動ローラ32に対する掛け回し箇所に対して、間隙を介して対向配置されている。そして、中間転写ベルト31上に一次転写されたトナー像が自らとの対向位置に進入した際に、そのトナー像の表面電位を測定する。

0035

二次転写ニップの図中右側方には、周知の定着装置90が配設されている。定着装置90には、フルカラートナー像が転写された記録媒体Pが送り込まれる。送り込まれた記録媒体Pは、熱源を内部に備えた定着ローラ91と加圧ローラ92とが接触する定着ニップに挟まれ、加熱と加圧よって、フルカラートナー像中のトナーが軟化して定着される。定着後の記録媒体Pは、定着装置90内から排出され、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。

0036

実施形態のプリンタ500は、モノクロ画像を形成する場合に、転写ユニット30におけるY,M,C用の一次転写ローラ35(Y,M,C)を支持している転写ユニット30の支持板を移動して、一次転写ローラ35(Y,M,C)を、感光体2(Y,M,C)から離間する方向に遠ざける。これにより、中間転写ベルト31のおもて面を感光体2(Y,M,C)から引き離して、中間転写ベルト31をブラック用感光体2Kだけに当接させる。この状態で、四つの画像形成ユニット1(Y,M,C,K)のうち、ブラック用画像形成ユニット1Kだけを駆動して、Kトナー像をブラック用感光体2K上に形成する。

0037

なお、中間転写ベルト31との間に二次転写ニップを形成する転写部材として、ローラ形状二次転写ローラを用いてもよい。二次転写バイアスの印加位置は、中間転写ベルト31内側の二次転写裏面ローラ33ではなく、転写部材側(たとえば二次転写ローラ)であってもよい。また、カラー画像形成装置かぎらず、モノクロの画像形成装置に本発明を適用してもよい。

0038

図3は、中間転写ベルト31の層構成を示す模式図である。なお、ここでは、本発明に係る画像形成装置に好適に用いることのできる中間転写ベルトについて説明するが、この構成に限定されるものではない。

0039

中間転写ベルト31の構成としては、比較的屈曲性が得られる剛性基層101の上に柔軟な弾性層102が積層されており、この弾性層102の最表面には粒子103が弾性層上に面方向に独立して配列(埋没)され、一様な凹凸形状を形成している。

0040

まず、基層101について説明する。
この構成材料としては、樹脂中に電気抵抗を調整する充填材(又は、添加材)、いわゆる電気抵抗調整材を含有してなるものが挙げられる。このような樹脂としては、難燃性の観点から、例えば、PVDFポリフッ化ビニリデン)、ETFE(エチレン・四フッ化エチレン共重合体)などのフッ素系樹脂や、ポリイミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂等が好ましく、機械強度高弾性)や耐熱性の点から、特にポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂が好適である。

0041

電気抵抗調整材としては、金属酸化物カーボンブラックイオン導電剤導電性高分子材料などがある。
金属酸化物としては、例えば、酸化亜鉛酸化スズ酸化チタン酸化ジルコニウム酸化アルミニウム酸化珪素等が挙げられる。また、分散性を良くするため、前記金属酸化物に予め表面処理を施したものも挙げられる。

0043

また、中間転写ベルトの製造方法においては、塗工液には樹脂成分を含み、必要に応じて、さらに分散助剤補強材潤滑材熱伝導材酸化防止剤などを含有してもよい。
前記中間転写ベルトとして好適に装備されるシームレスベルトに含有される電気抵抗調整材は、好ましくは表面抵抗で1×10^8〜1×10^13Ω/□、体積抵抗で1×10^6〜1×10^12Ω・cmとなる量とされるが、機械強度の面から成形膜が脆く割れやすくならない範囲の量を選択して添加することが必要である。

0044

つまり、中間転写ベルトとする場合には、前記樹脂成分(例えば、ポリイミド樹脂前駆体又はポリアミドイミド樹脂前駆体)と電気抵抗調整材の配合を適正に調整した塗工液を用いて、電気特性(表面抵抗及び体積抵抗)と機械強度のバランスが取れたシームレスベルトを製造して用いることが好ましい。

0045

電気抵抗調整材の含有量としては、カーボンブラックの場合には、塗工液中の全固形分の10〜25wt%、好ましくは15〜20wt%である。
また、金属酸化物の場合の含有量としては、塗工液中の全固形分の1〜50wt%、好ましくは10〜30wt%である。

0046

含有量が前記それぞれの電気抵抗調整材の範囲よりも少ないと効果が十分に得られず、また含有量が前記それぞれの範囲よりも多いと前記中間転写ベルト(シームレスベルト)の機械強度が低下し、実使用上好ましくない。

0047

前記基層の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、30μm〜150μmが好ましく、40μm〜120μmがより好ましく、50μm〜80μmが特に好ましい。

0048

前記基材層の厚みが、30μm未満であると、亀裂によりベルトが裂けやすくなり、150μmを超えると、曲げによってベルトが割れることがあることがある。
一方、前記基層の厚みが前記特に好ましい範囲であると耐久性の点で、有利である。基層に関しては、走行定性を高めるために、膜厚ムラはなるべく無くすことが好ましい。

0049

前記基層の厚みを調整する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、接触式渦電流式膜厚計での計測や膜の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で測定する方法が挙げられる。

0050

次に、上記基層101上に積層する弾性層102について説明する。
弾性層102は、基層101上に積層されてなり、弾性体と後述する粒子103とを含有し、表面に凹凸形状が形成されてなる。より詳しくは、弾性層102は、弾性体が基層101上に積層され、さらに、当該弾性層102の表面における面方向に粒子103が配列されてなる。

0051

弾性体を構成する材料としては、汎用の樹脂・エラストマーゴムなどの材料を使用することが可能だが、本発明の効果を十分に発現するに十分な柔軟性(弾性)を有する材料を用いることが好ましく、エラストマー材料ゴム材料を用いるのが良い。

0053

また、熱硬化性として、ポリウレタン系、シリコーン変性エポキシ系、シリコーン変性アクリル系等が挙げられる。
また、ゴム材料としては、イソプレンゴムスチレンゴムブタジエンゴムニトリルゴムエチレンプロピレンゴムブチルゴムシリコーンゴムクロロプレンゴムアクリルゴムクロロスルホン化ポリエチレンフッ素ゴムウレタンゴムヒドリンゴム等が挙げられる。

0054

上記各種エラストマー、ゴムの中から、性能が得られる材料を適宜選択する。特に、転写媒体転写材)である紙の表面性状に凹凸のあるレザック紙のような紙の表面状態追従させるためにはできるだけ柔らかいものを選択する方が好ましい。

0055

この材料の表面に粒子層を形成する上で、熱可塑性のものよりも熱硬化性のものの方が好ましい。熱硬化性のものの方が、その硬化反応に寄与する官能基の効果により樹脂粒子との密着性に優れ確実に固定化することが可能である。加硫ゴムも同様に好ましい。

0056

また、耐オゾン性、柔軟性、粒子との接着性、難燃性付与、耐環境安定性の面からアクリルゴムが最も好ましい。
以下、アクリルゴムについて説明する。

0057

ゴム弾性層であるアクリルゴムは現在上市されているもので良く、特に限定されるものではない。しかし、アクリルゴムの各種架橋系エポキシ基活性塩素基、カルボキシル基)の中ではカルボキシル基架橋系がゴム物性(特に圧縮永久歪み)及び加工性が優れているので、カルボキシル基架橋系を選択することが好ましい。

0058

カルボキシル基架橋系のアクリルゴムに用いる架橋剤は、アミン化合物が好ましく、多価アミン化合物が最も好ましい。このようなアミン化合物として、具体的には脂肪族多価アミン架橋剤芳香族多価アミン架橋剤などが挙げられる。

0059

脂肪族多価アミン架橋剤としては、ヘキサメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンカーバメイト、N,N’−ジシンナミリデン−1,6−ヘキサンジアミンなどが挙げられる。

0060

芳香族多価アミン架橋剤としては、4,4’−メチレンジアニリンm−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデンジアニリン、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ジアニリン、2,2’−ビス〔4−(4−アミノフェノキシフェニルプロパン、4,4’−ジアミノベンズアニリド、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、1,3,5−ベンゼントリアミン、1,3,5−ベンゼントリアミノメチルなどが挙げられる。

0061

上記架橋剤の配合量は、アクリルゴム100重量部に対し、好ましくは0.05〜20重量部、より好ましくは0.1〜5重量部である。架橋剤の配合量が少なすぎると、架橋が十分に行われないため、架橋物形状維持が困難になる。一方、含有量が多すぎると、架橋物が硬くなりすぎ、架橋ゴムとしての弾性などが損なわれる。

0062

アクリルゴム弾性層においては、さらに架橋促進剤を配合して上記架橋剤に組み合わせて用いてもよい。架橋促進剤も限定はないが、前記多価アミン架橋剤と組み合わせて用いることができる架橋促進剤であることが好ましい。このような架橋促進剤としては、例えば、グアニジン化合物イミダゾール化合物第四級オニウム塩第三級ホスフィン化合物弱酸アルカリ金属塩などが挙げられる。

0063

グアニジン化合物としては、1,3−ジフェニルグアニジン、1,3−ジオルトトリルグアニジンなどが挙げられる。
イミダゾール化合物としては、2−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾールなどが挙げられる。

0064

第四級オニウム塩としては、テトラn−ブチルアンモニウムブロマイドオクタデシルトリ−n−ブチルアンモニウムブロマイドなどが挙げられる。
多価第三級アミン化合物としては、トリエチレンジアミン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン−7(DBU)などが挙げられる。

0065

第三級ホスフィン化合物としては、トリフェニルホスフィン、トリ−p−トリルホスフィンなどが挙げられる。
弱酸のアルカリ金属塩としては、ナトリウムまたはカリウムリン酸塩炭酸塩などの無機弱酸塩あるいはステアリン酸塩ラウリル酸塩などの有機弱酸塩が挙げられる。

0066

架橋促進剤の使用量は、アクリルゴム100重量部あたり、好ましくは0.1〜20重量部、より好ましくは0.3〜10重量部である。架橋促進剤が多すぎると、架橋時に架橋速度が早くなりすぎたり、架橋物表面ヘの架橋促進剤のブルームが生じたり、架橋物が硬くなりすぎたりする場合がある。架橋促進剤が少なすぎると、架橋物の引張強さが著しく低下したり、熱負荷後伸び変化または引張強さ変化が大きすぎたりする場合がある。

0067

アクリルゴムの調製にあたっては、ロール混合、バンバリー混合、スクリュー混合、溶液混合などの適宜の混合方法が採用できる。配合順序は特に限定されないが、熱で反応や分解しにくい成分を充分に混合した後、熱で反応しやすい成分あるいは分解しやすい成分として、例えば架橋剤などを、反応や分解が起こらない温度で短時間に混合すればよい。

0068

アクリルゴムは、加熱することにより架橋物とすることができる。加熱温度は、好ましくは130〜220℃、より好ましくは140℃〜200℃であり、架橋時間は好ましくは30秒〜5時間である。

0069

加熱方法としては、プレス加熱蒸気加熱オーブン加熱熱風加熱などのゴムの架橋に用いられる方法を適宜選択すればよい。また、一度架橋した後に、架橋物の内部まで確実に架橋させるために、後架橋を行ってもよい。後架橋は、加熱方法、架橋温度、形状などにより異なるが、好ましくは1〜48時間行う。後架橋を行う際の加熱方法、加熱温度は適宜選択すればよい。

0070

上記選択した材料に、電気特性を調整するための電気抵抗調整剤、難燃性を得るための難燃剤、必要に応じて、酸化防止剤、補強剤充填剤、架橋促進剤などの材料を適宜含有させた配合を行う。

0071

さらに、電気特性を調整するための電気抵抗調整剤としては、すでに前述した各種材料が適用できるが、カーボンブラックや金属酸化物などは柔軟性を損なうため、使用量を抑えることが好ましく、イオン導電剤や導電性高分子を用いることも有効である。また、これらの併用でも構わない。

0072

具体的には種々の過塩素酸塩イオン性液体をゴム100部に対して0.01部〜3部添加するのが好ましい。イオン導電剤の添加量が0.01部以下では抵抗率下げる効果が得られず、3部以上の添加量ではベルト表面へ導電剤がブルーム又はブリードする可能性が高くなってしまう。当弾性層の抵抗値としては、表面抵抗で1×10^8〜1×10^13Ω/□、体積抵抗で1×10^6〜1×10^12Ω・cmとなる様に調整されることが好ましい。

0073

また、昨今の電子写真装置で求められるような高い凹凸紙転写性を得るためには、弾性層102の柔軟性は23℃50%RH環境下でのマイクロゴム硬度値が35以下であることが好ましい。

0074

マルテンス硬度ビッカース硬度など、いわゆる微小硬度での計測は、測定部位バルク方向の浅い領域、すなわちごく表面近傍硬度しか測定していなのでベルト全体としての変形性能は評価できない。

0075

そのため、例えば中間転写ベルト全体としての変形性能が低い構成のものに、最表面に柔軟な材料を持ってきた場合、微小硬度値は低くなってしまう。このようなベルトは変形性能が低い、すなわち凹凸紙への追従性が悪いので、結果として昨今求められる凹凸紙への転写性能が不十分なものとなってしまう。そのため、ベルト全体の変形性能が評価できるマイクロゴム硬度を測定することが好ましい。

0076

弾性層102の膜厚としては、200μm〜2mm程度が好ましく、400μm〜1000μmがより好ましい。膜厚が薄いと、転写媒体の表面性状への追従性や転写圧力低減効果が低く好ましくない。厚すぎると、膜の重さが重くなりたわみやすくなり走行性が不安定になったり、ベルトを張架させるためのローラ曲率部での屈曲により亀裂が発生しやすくなるため好ましくない。なお、前記厚みの測定方法としては、断面を走査型顕微鏡(SEM)で観察することにより測定することができる。

0077

次に、この弾性体の表面に形成する粒子103について説明する。
前記粒子とは、平均粒子径が100μm以下で真球状の形状をしており、有機溶剤不溶で3%熱分解温度が200℃以上である樹脂粒子のことをいう。

0078

材料としては特に問わないが、アクリル樹脂メラミン樹脂ポリアミド樹脂ポリエステル樹脂シリコーン樹脂フッ素樹脂、などの樹脂を主成分としてなる粒子が挙げられる。

0079

また、これらの樹脂材料からなる粒子の表面を異種材料で表面処理を施したものでも良い。ここで言う樹脂粒子の中には、ゴム材料も含む。ゴム材料で作製された球状粒子の表面に硬い樹脂をコートしたような構成のものも適用可能である。また、中空であったり、多孔質であったりしても良い。

0080

これらの樹脂中で、滑性を有し、トナーに対しての離型性耐磨耗性を付与できる機能の高いものとして、シリコーン樹脂粒子が最も好ましい。これら樹脂を用い、重合法などにより球状の形状に作製された粒子であることが好ましく、真球に近いものほど好ましい。

0081

粒子103は、体積平均粒径が1.0μm〜5.0μmであり、単分散粒子であることが望ましい。ここで言う単分散粒子とは、単一粒子径の粒子という意味ではなく、粒度分布が極めてシャープなもののことを指す。

0082

具体的には、±(平均粒径×0.5)μm以下の分布幅のもので良い。
粒径が1.0μm未満の場合、粒子による転写性能の効果が十分に得られない。一方、5.0μmより大きいと、表面粗さが大きくなり、粒子間の隙間が大きくなるため、トナーがうまく転写できなくなったりクリーニング不良となったりする不具合が生じる。さらには、粒子は絶縁性が高いものが多いため、粒径が大きすぎると粒子による帯電電位残留により、連続画像出力時にこの電位蓄積による画像乱れが発生する。

0083

粒子103としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。このような粒子103は、弾性体の上に粉体をそのまま直接塗布して、ならすことにより容易に均一に整列させることができる。なお、粒子を弾性層表面に塗布するタイミングは特に限定されず、ゴムの架橋前、架橋後何れでも可能である。

0084

図4は、中間転写ベルト31の表面の構成を示す模式図であり、ベルトの表面を真上から観察した様子を示している。図に示すように、実施形態の中間転写ベルト31は均一な粒径の粒子103が独立して整然と配列する形態を採る。樹脂粒子同士の重なり合いは殆ど観測されない。この表面を構成する各粒子の樹脂層面における断面の径も均一なほうが好ましく、具体的には、±(平均粒径×0.5)μm以下の分布幅となることが好ましい。

0085

これを形成するためにできるだけ粒径の揃った粒子を用いることが好ましいが、これを用いなくてもある粒径のものが選択的に表面に形成できる方法により表面を形成して前記粒径分布幅となる構成としても良い。

0086

弾性体102の露出部分と粒子103の露出部分の投影面積比については、粒子の露出部分の投影面積率が60%以上とすることが好ましい。60%に満たない場合、粒子で覆われずに弾性体が露出する領域が大きくなり、トナーと弾性体が接触し良好なトナー転写性が得られないほか、残トナークリーニング性耐フィルミング性が著しく低下する。なお、表面の粒子がないベルト(すなわち基層と弾性層のみからなる中間転写ベルト)であってもよい。

0087

図5は、二次転写電源と電源制御部の構成例を示すブロック図である。図では、本実施形態における交流電源140が接続されている場合の電気的構成の一例を示している。図5に示すように、直流電源110と、着脱可能な交流電源140と、電源制御部200とを、備える。

0088

直流電源110は、トナー転写用の電源であり、直流出力制御部111と、直流駆動部112と、直流電圧トランス113と、直流出力検知部114と、出力異常検知部115と、電気接続部221(第1電気接続部の一例)とを、有する。

0089

交流電源140は、トナー振動用の電源であり、交流出力制御部141と、交流駆動部142と、交流電圧用トランス143と、交流出力検知部144と、除去部145と、出力異常検知部146と、電気接続部242(第2電気接続部の一例)と、電気接続部243(第3電気接続部の一例)とを、有する。本実施形態では、交流電圧用トランス143は、トランス1及びトランス2の2つのトランスを有するものを用いている。

0090

電源制御部200は、直流電源110及び交流電源140を制御するものであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)などを有する制御装置により実現できる。

0091

直流出力制御部111には、電源制御部200から、直流電圧の出力の大きさを制御するDC_PWM信号が入力され、また、直流出力検知部114から、直流出力検知部114により検知された直流電圧用トランス113の出力値が入力される。

0092

そして直流出力制御部111は、入力されたDC_PWM信号のデューティ比及び直流電圧用トランス113の出力値に基づき、直流電圧用トランス113の出力値がDC_PWM信号で指示された出力値となるように、直流駆動部112を介して直流電圧用トランス113の駆動を制御する。直流駆動部112は、直流出力制御部111からの制御に従って、直流電圧用トランス113を駆動する。

0093

直流電圧用トランス113は、直流駆動部112により駆動され、負極性直流高電圧出力を行う。
なお、交流電源140が接続されていない場合、電気接続部221と斥力ローラ24(二次転写裏面ローラ33に相当)とがハーネス301で電気的に接続されるので、直流電圧用トランス113は、ハーネス301を介して斥力ローラ24に直流電圧を出力(印加)する。

0094

一方、交流電源140が接続されている場合、電気接続部221と電気接続部242とがハーネス302で電気的に接続されるので、直流電圧用トランス113は、ハーネス302を介して交流電源140に直流電圧を出力する。

0095

直流出力検知部114は、直流電圧用トランス113の直流の高電圧出力の出力値を検知し、直流出力制御部111に出力する。また、直流出力検知部114は、検知した出力値をFB_DC信号フィードバック信号)として電源制御部200に出力する。これは、環境や負荷によって転写性が落ちないように、電源制御部200においてDC_PWM信号のデューティを制御させるためである。

0096

ここで本実施形態では、交流電源140が着脱可能であるため、交流電源140が接続されている場合と接続されていない場合とで、高電圧出力の出力経路インピーダンスが変化する。このため、直流電源110が定電圧制御を行って直流電圧を出力した場合、交流電源140の有無に応じて出力経路中のインピーダンスが変化することにより分圧比が変化し、更に斥力ローラ24に印加される高電圧が変化してしまうので、交流電源140の有無に応じて転写性が変化してしまう。

0097

そこで本実施形態では、直流電源110が定電流制御を行って直流電圧を出力し、交流電源140の有無に応じて出力電圧を変化させる。これにより、出力経路中のインピーダンスが変化しても、斥力ローラ24に印加される高電圧を一定に保つことができ、交流電源140の有無によらず転写性を一定に保つことができる。更に、DC_PWM信号の値を変更せずに交流電源140の着脱が可能となる。

0098

このように本実施形態では、直流電源110を定電流制御するが、交流電源140の着脱時にDC_PWM信号の値を変更するなどを行い、斥力ローラ24に印加される高電圧を一定に保つことができれば、直流電源110を定電圧制御してもよい。

0099

出力異常検知部115は、直流電源110の出力ライン上に配置されており、電線地絡等によって出力異常が発生した際には、リークなどの出力異常を示すSC(サービスマンコール)信号を電源制御部200に出力する。これにより、電源制御部200による直流電源110からの高圧出力を停止するための制御が可能となる。

0100

交流出力制御部141には、電源制御部200から、交流電圧の出力の大きさを制御するAC_PWM信号、また、交流出力検知部144から、交流出力検知部144により検知された交流電圧用トランス143の出力値が入力される。

0101

そして交流出力制御部141は、入力されたAC_PWM信号のデューティ比、及び交流電圧用トランス143の出力値に基づき、交流電圧用トランス143の出力値がAC_PWM信号で指示された出力値となるように、交流駆動部142を介して交流電圧用トランス143の駆動を制御する。

0102

交流駆動部142には、交流電圧の出力周波数を制御するAC_CLK信号が入力される。そして交流駆動部142は、交流出力制御部141からの制御及びAC_CLK信号に基づき、交流電圧用トランス143を駆動する。交流駆動部142は、AC_CLK信号に基づき交流電圧用トランス143を駆動することで、交流電圧用トランス143によって生成される出力波形を、AC_CLK信号で指示された任意の周波数に制御することができる。

0103

交流電圧用トランス143は、交流駆動部142により駆動されて交流電圧を生成し、生成した交流電圧と直流電圧用トランス113から出力された直流の高電圧とを重畳して重畳電圧を生成する。

0104

そして、交流電源140が接続されている場合、電気接続部243と斥力ローラ24とがハーネス301で電気的に接続されるので、交流電圧用トランス143は、生成した重畳電圧を、ハーネス301を介して斥力ローラ24に出力(印加)する。

0105

なお交流電圧用トランス143は、交流電圧を生成しない場合には、直流電圧用トランス113から出力された直流の高電圧を、ハーネス301を介して斥力ローラ24に出力(印加)する。

0106

斥力ローラ24に出力された電圧(重畳電圧又は直流電圧)は、その後、二次転写ローラ25(二次転写ローラ400に相当)を介して直流電源110内に帰還する。
交流出力検知部144は、交流電圧用トランス143の交流電圧の出力値を検出し、交流出力制御部141に出力する。また、交流出力検知部144は、検出した出力値をFB_AC信号(フィードバック信号)として電源制御部200に出力する。これは、環境や負荷によって転写性が落ちないように、電源制御部200においてAC_PWM信号のデューティを制御させるためである。

0107

なお本実施形態では、交流電源140は、定電圧制御を行っているものとするが、これに限定されるものではなく、定電流制御を行うようにしてもよい。直流成分も同様。二次転写バイアスの直流成分がゼロのものを用いてもよい。

0108

また、交流電圧用トランス143(交流電源140)が生成する交流電圧は、正弦波及び矩形波のいずれであってもよいが、本実施形態では、短パルス状矩形波であるものとする。これは、交流電圧の波形を短パルス状矩形波にすることで、より画像品質の向上に寄与できるためである。

0109

図6は、二次転写ニップにおける電流の流れ方を説明するための模式図である。
図3で示したように、中間転写ベルト31は、基層101の上に柔軟な弾性層102が積層されている。このような複数層で構成されている中間転写ベルトでは、トナー像が記録媒体に二次転写される時、図6(a)のように、二次転写裏面ローラ33から印加される二次転写バイアスによって、二次転写電流が、二次転写裏面ローラ33からベルトの基層101、弾性層102、トナー像、記録媒体、二次転写ベルト36、二次転写ローラ400の順に流れる。この時、電流がベルトの基層101と弾性層102の界面をつたって、中間転写ベルトの周方向に流れ込む(図に横方向の矢印で示す)ことで、ニップ中でトナー像に電流が流れる時間が長くなり、過充電を起こすことでトナーが逆帯電し、転写不良が生じてしまう場合がある。中間転写ベルトの層構成は3層以上であってもよい。

0110

一方、単層で構成されている中間転写ベルトでは、図6(b)のように、二次転写裏面ローラ33から印加される二次転写バイアスによって、二次転写電流が、二次転写裏面ローラ33から二次転写ローラ400に直線的に流れるため、複数層の中間ベルトに比べて、ニップ中でトナー像に電流が流れる時間が短く、過充電を起こしにくい。

0111

トナー像を記録媒体に転写させるには、ある一定の大きさの電圧を印加する必要がある。しかし、電圧を印加し続けると、図6で説明したように、トナーが過充電を起こし、転写不良が生じてしまう。

0112

図7は、二次転写バイアスについて説明する波形図である。
図7(a)は転写に必要な大きさの電圧は印加するが、Dutyを50%より高く設定することで印加時間を短くし、トナーの過充電を防ぐことで、ハーフトーンを良好に転写できる理想波形である。図7(a)中の記号は、Vr:正の電圧のピーク値、Vt::負の電圧のピーク値、Voff:(Vr+Vt)/2、Vpp:Vr−Vt、Vave:Vr×Duty/100+Vt×(1−Duty)/100、A:Vtの持続時間、B:波形1周期の時間、Duty:(B−A)/B×100(%)をそれぞれ示す。

0113

図7(b)は図7(a)の理想波形を狙って実際に出力された波形である。Vt:−4.8kV、Vr:1.2kV、Voff:−1.8kV、Vave:0.08kV、Vpp:6.0kV、Vtピークの持続時間A:0.10ms、波形の周期B:0.66ms、Duty:85%の波形の交流電圧を印加した。

0114

実施形態の装置構成実機を用いてトナー像の転写実験を実施した。実験条件は、環境:27℃/80%、用紙:コート紙=Mohawk Color Copy Gloss(商品名)270gsm(457mm×305mm)、プロセス線速:630mm/s、出力画像:Bkハーフトーン、二次転写ニップ幅:4mmである。なお、コート紙の転写時に限らず、普通紙や再生紙の転写時に実施形態で説明した二次転写バイアスを用いても良い。

0115

図8は、図7の波形の条件でDutyを10%から90%まで振った時の出力波形を示すものである。これらの波形でハーフトーン画像を出力し、官能評価ランク付けを行うと、Dutyが90%と70%ではランク5であり、50%でランク3、30%と10%でランク1であった。

0116

ランクは次のようにして評価した。十分なハーフトーンの濃度を得られている場合をランク5と評価した。ランク5に比べてやや薄いが、問題のない濃さが得られている場合を、ランク4として評価した。ランク4に比べてさらに薄く、ユーザーに提供する画質としては問題となる場合をランク3として評価した。ランク3に比べてさらに薄い場合をランク2とし、全体的に白っぽい場合やそれよりも薄い場合をランク1として評価した。ユーザーに提供できる画質の許容レベルとしては、ランク4以上である。

0117

図7で説明したように低Dutyの10%、30%では、(トナーを記録媒体に転写させる側=ここではマイナス側の)電圧を印加する時間が長く、トナー像が過充電され、転写性が悪くなった。一方、高Dutyの70%、90%では、上記電圧を印加する時間が短く、過充電が防げ、転写性が良くなった。

0118

また、波形において、VrとVtで極性反転させると、過充電をより確実に防げる。その理由は、紙が帯電している場合でも、0をまたぐことで充電を防ぐ向きに電界をつくるからである。

0119

図3図4で説明したように、ベルト表面に粒子を分散させると、トナーの離型性が向上する。しかし、従来のようなACバイアス(Duty50%以下やDC定電流)を用いると、ハーフトーン画像について転写不良が起きる。その原因は、粒子の隙間から電流がもれてトナーが過充電されたためである。そこで、ベルト表面に粒子を分散させたベルトを用いる場合に、高Dutyの転写バイアスを用いることで上の問題が解決できる。これにより、離型性の向上と転写不良の防止ができる。

0120

さらに、粒子に正帯電の粒子(メラミン)を用いると、マイナス要素の大きい転写バイアスと打ち消しあい、隙間から電流がもれるのを防止できる。これと高Duty波形を組み合わせることで、より確実にトナー過充電による画像不良を防止できる。粒子に負帯電の粒子(トスパール)を用いると、トナーの過充電が起きやすくなるが、高Duty波形を用いることで、転写不良を防止できる。

0121

ベルト表面にウレタンテフロン登録商標)などをコートした、コート層を有するベルトに対しても、高Duty波形を用いることで、転写不良を防止できる。ポリイミドポリアミドイミドなどの樹脂を複数積層したベルトに対しても、高Duty波形を用いることで、転写不良を防止できる。

0122

なお、凹凸紙の溝部の転写性を確保するためには低DutyのAC転写(直流成分に交流成分を重畳した重畳転写)が効果的である。例えば、図8の低Duty波形(Duty=30%、10%)でVpp=12kV程度の波形を用いることで、レザック紙(商品名)等における溝部の転写性を確保する効果が得られる。

0123

さて、本実施形態のプリンタ500は、画像濃度を調整する画像調整モードを備えている。この画像調整モードにおいては、画像形成情報である信号を発するとともに、中間転写ベルト31上に画像濃度調整用トナーパターン(以下、調整パターンと称する)を形成し、二次転写ニップNにおいて記録媒体ではなく、二次転写ベルト36上に調整パターンを転写する。画像調整モードでは、二次転写ベルト36上に転写された調整パターンを、二次転写ユニット41に設けたパターン検知センサ45によってその濃度を検知し、制御部によってパターン検知センサ45が検知した画像濃度情報に応じて、調整パターンの画像濃度が所定の値となるようにフィードバック制御する(いわゆるプロセスコントロール)。検知手段で検知する像担持体の状態とは、調整パターンの濃度の状態である。

0124

プロセスコントロールは、所定時間経過毎所定枚数プリント毎などの所定のタイミングで実施する。図9は、連続プリント(連続印刷)時の紙間における調整パターンの転写を説明するための模式図である。

0125

図9において、中間転写ベルト31には、順次用紙に転写される出力画像が担持されている。図では左から2番目の出力画像と3番目の出力画像の間にプロセスコントロール用の調整パターン910が担持されている。二次転写裏面ローラ33(図1)には、出力画像を用紙上に転写させるバイアス(画像部バイアス)が印加されるが、図に示すように、調整パターン910のところで(調整パターン910がある紙間で)バイアスが非画像部バイアスに切り替えられる。この非画像部バイアスの作用で、調整パターン910が中間転写ベルト31から二次転写ベルト36(図1)に転写される。本実施形態では、二次転写ベルト36に転写された調整パターン910をパターン検知センサ45(図1)で検知してプロセスコントロールを実施する。

0126

このときのバイアス切り替えは、紙間の僅かな時間で、切り替えなければならない。紙間に相当する時間は、本実施形態のような高速機の場合、約20msec程度の短時間である。この短時間で狙いの非画像部バイアスに切り替わらなかった場合には、調整パターン910の転写不良が発生する恐れがあり、その場合には正確なプロセスコントロールが実施できず、良好な出力画像を得ることができない。

0127

従来制御では、短時間でバイアスを狙いの非画像部バイアス911に切り替えることが困難であり、調整パターンの転写不良が発生する恐れがある。短時間でのバイアス切替が難しい理由は、(1):バイアスを出力する電源の特性上、出力の立ち上がり時よりも立下り時のほうが時間がかかる(狙いの出力となるまでの時間が長くなる)。図示例では、画像部バイアス913から非画像部バイアス911への切り替え(図の下方から上方への切り替え)が立下りとなる。(2):転写ニップを構成するローラやベルトなどの部材がコンデンサとして機能し電荷を溜める、ためである。

0128

上述したように、本実施形態では、調整パターン910を中間転写ベルト31から二次転写ベルト36に転写して、二次転写ベルト36上でパターン検知センサ45により検知している。したがって、転写バイアスを紙間で狙いの非画像部バイアスの値に素早く切り替えることで、調整パターン910を確実に転写することが可能となり、正確なプロセスコントロールを実施して、良好な出力画像を得ることができる。

0129

図10は、実施形態におけるバイアス切替の制御例を説明する模式図である。図に示すように、画像部バイアス913から非画像部バイアス911へのバイアス切替に際し、画像部902の後端で補正バイアス(後端補正部バイアス914)を入れ、画像部バイアス913から後端補正部バイアス914を介して非画像部バイアス911へ切り替えている。補正バイアス(後端補正部バイアス914)は、バイアスを画像部バイアス913から非画像部バイアス911へ近づく方向に補正するものとする。また、後述するように、画像部バイアス913における定電流制御を、切替部915では定電圧制御に切り替える。

0130

図11は、後端補正部バイアスを用いない場合の制御例を説明する模式図である。この場合、画像部902の後端で、画像部バイアス913から非画像部バイアス911へバイアスを切り替えている。この場合も画像部バイアス913における定電流制御を、切替部915では定電圧制御に切り替える。

0131

図12は、図10のバイアス切替における電源制御の一例を示す模式図である。連続印刷を行った場合、画像部902の前後に非画像部901がある。非画像部901で調整パターンを中間転写ベルト31から二次転写ベルト36に転写させる。このとき、バイアスは非画像部バイアス911を印加する。

0132

本実施形態では、二次転写バイアスを印加する電源を、定電流制御1101と定電圧制御1102とに、定電圧切替信号1103で切替えることができるようになっている。この切替信号1103がONのとき、バイアス制御は定電圧制御1102になる。

0133

図12の切替部915における制御は、定電流制御を0μAとして、定電圧切替信号1103を切替時間だけONにし、定電圧制御1102を−2.8kVとする。その後、定電圧切替信号1103をOFFにし、定電流制御1101を非画像部バイアスの−60μAとする。なお、画像部バイアス913は定電流制御とし、その値は−120μAである(定電圧制御1102は0kV)。また、後端補正部バイアス914も定電流制御とし、その値は−100μAである(定電圧制御1102は0kV)。

0134

調整パターンが複数ある場合は、調整パターンごとに非画像部バイアスの値を変えても良い。
このような画像部から非画像部へのバイアス切替制御を行うことで、電源の応答遅れがなく所定の時間内に切替を行うことができ、非画像部で狙いのバイアスを印加することができる。その結果、調整パターンを確実に転写して正確なプロセスコントロールを実施することが可能となる。

0135

なお、図示例では、非画像部バイアス911も画像部バイアス913と同様に定電流制御を行っている。その理由は、画像部と同じく中間転写ベルト31・二次転写裏面ローラ33、二次転写ベルト36、二次転写ローラ400の抵抗変動があっても、抵抗変動を吸収し転写ニップNに一定の電界を形成できるためである。

0136

また、非画像部901に調整パターンがない場合は、画像部と同じバイアスをそのまま印加すればよい。これにより、次の出力画像先端でのバイアス不足を防ぐことができる。そして、調整パターンがない非画像部で画像部と異なるバイアスを印加する場合、画像部から非画像部へのバイアス切替は、図11の制御を行わず、画像部の定電流制御から非画像部の定電流制御に切り替えればよい。この場合には、制御が複雑とならず、制御負荷の増大を抑制できる。

0137

図13は、実施形態におけるバイアス切替制御を用いた場合と、従来の制御を用いた場合を比較する転写出力波形を示す図である。図13の(a)が実施形態の出力波形、(b)が従来例の出力波形である。図13(a)の波形図には、図12に示されている切替部915の実際の波形が示されている。

0138

図13(a)の実施形態では、画像部バイアス(−6.0kV)から非画像部バイアス(−2.8kV)への切替時間は22msecである。一方、図13(b)の従来例では、画像部バイアスから非画像部バイアスへの切替時間は140msecである。両者の比較から、切替部915の時間が実施形態では大幅に短縮されていることが分かる。

0139

図14は、本発明によるバイアス切替制御を用いた場合と、従来の制御を用いた場合における、二次転写ベルト36上での調整パターン910の検知結果を示すグラフである。この図に示すように、本発明の制御を用いた場合、目標とする出力で検知できたが、従来の制御では目標出力よりも低い値しか検知することができなかった。すなわち、従来の制御では調整パターンの安定した転写が行われなかったため、不完全なトナーパッチ(調整パターン)をセンサで検知したためである。これに対し、実施形態の制御は、センサ出力が目標出力に一致している。よって、本願の制御を用いることで、転写バイアスの切替制御を狙い通り制御可能なことがわかる。

0140

図15は、バイアス切替における電源制御の別例を示す模式図である。図12との違いは、切替部915で定電流制御1101を0μAにしないで、非画像部バイアス911と同じ−60μAにしている。その他は図12の制御例と同じである。

0141

本制御例では、切り替えの回数図12の制御例より減らすことで、制御負荷の低減が可能となる。なお、定電圧切替信号1103がONのときは定電圧制御1102が出力され、定電流制御1101は出力されないので、制御上の矛盾は発生しない。

0142

図16は、バイアス切替における電源制御の更に別の例を示す模式図である。図12との違いは、定電圧切替信号1103がONになる以前から定電圧制御1102の出力をONにして、定電圧切替信号1103がOFFになった後に定電圧制御1102の出力をOFFにしている点である。その他は図12の制御例と同じである。

0143

定電圧制御1102にソフト遅延制御ソフト処理遅延)が生じたとしても、定電圧切替信号1103がONする前に定電圧制御1102をONすることで確実に定電圧電源を出力できる。さらに、定電圧制御1102の電源の応答遅れを無視した制御設計ができるので制御の仕組みが単純にできる。なお、定電圧切替信号1103がOFFのときは定電圧制御1102が出力されないので、制御上の矛盾は発生しない。

0144

図17は、図11のバイアス切替に対応する電源制御の一例を示す模式図である。
この場合、画像部後端での補正バイアス(後端補正部バイアス914)が無く、定電流制御1101を120μAから0μAに変更して、画像部バイアス913から非画像部バイアス911へ切り替えている。

0145

図18は、調整パターンのある紙間部でのバイアス切替を画像基準及び用紙基準で詳しく説明する模式図である。
図18において、図の上段は、画像基準で領域を区分けして示すものである。また、図の中段は、用紙基準で領域を区分けして示すものである。また、図の下段は、転写バイアスを示すものである。この図において、非画像部901に調整パターン910が担持されている。

0146

画像基準で説明すると、中間転写ベルト31(図1)上の画像部902には出力画像(プリント画像)が担持されている。また、先行する(図で左側の)画像部902と次の(図で右側の)画像部902との間の非画像部901(非画像領域)には調整パターン910が担持されている。そして、図の下段に示すように、画像部902には画像部バイアス913が印加される。また、調整パターン910部には非画像部バイアス911が印加される。つまり、転写バイアスが画像部バイアス913→非画像部バイアス911→画像部バイアス913と切り替えられる。画像部バイアス913から非画像部バイアス911への切替部が立下げ部Aであり、非画像部バイアス911から画像部バイアス913への切替部が立ち上げ部Bである。

0147

用紙基準で説明すると、画像領域は通常、用紙先端部に余白を設けることから、用紙先端よりも画像領域(画像部)の先端の方が後ろになる。用紙後端部では、後端部にも余白を設ける場合と、後端余白を設けずに用紙後端と画像部後端が一致する場合とがある。ここでは後端部にも余白を設ける場合である。図18において、先行の用紙902’と後続の用紙902’との間が紙間(紙間領域)901’となる。図示例では用紙先端部と用紙後端部の双方に余白を設けていることから、用紙の先端と後端が画像基準における非画像部901(非画像領域)にはみ出している。この場合も、転写バイアスが非画像部バイアス911と画像部バイアス913とに切り替えられる点は同じである。ここではバイアスは画像基準で切り替えているので、立下げ部Aの始まりは先行用紙の後端よりも早く、立ち上げ部Bの終わり後続紙の先端よりも遅れたタイミングとなっている。

0148

先に説明したように、転写バイアスの切り替えに際し、電源特性及び転写ニップ構成の点から、バイアス出力の立ち上がり時よりも立下り時のほうが時間がかかる。図18の下段において、画像部バイアス913から非画像部バイアス911への切り替え(図の下方から上方への切り替え)が立下りとなる。つまり、立下げ部Aのほうが、立ち上げ部Bよりも狙いの出力となるまでの時間が長くなる。

0149

そこで、本実施形態では、調整パターン910を非画像領域(画像基準の場合)および紙間(用紙基準の場合)の中央ではなく、中央よりも後ろ寄り(図では右側)に位置するように設ける。具体的には感光体ドラム2(図1)上に調整パターン910を書き込むタイミングを制御することで、上記中央よりも後ろ寄りに調整パターン910を位置させる。すなわち、画像基準の場合ではL1>L2、用紙基準の場合にはL1’>L2’とする。このように調整パターン910を位置させることにより、バイアスを画像部バイアス913から非画像部バイアス911へ切り替える際の時間的な余裕度を増すことができる。それにより、図10図17で説明した上述のバイアス制御に加えて、時間的な余裕度も増大し、非画像部バイアス911をより確実に狙いの値へと切り替えることができる。

0150

なお、図18における立下げ部Aは図10図17における切替部915に相当するものであり、先に説明したように、切替部915では定電圧制御に切り替えている。それに加えて、調整パターン910がある場合には、調整パターン後のバイアス立ち上げ部B、すなわち非画像部バイアス911から画像部バイアス913への切替時も定電圧制御すると好適である。これにより、次画像先端部での転写不良(次画像先端部の濃度不足)を防止することができる。

0151

ところで、本実施形態のプリンタは、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、色ずれ量補正処理も実施するようになっている。そして、この色ずれ量補正処理において、二次転写ベルト36の幅方向の一端部と他端部とにそれぞれ、図19に示すようなシェブロンパッチPVと呼ばれるY,M,C,Kの各色トナー像からなる色ずれ検知用画像を転写する。

0152

シェブロンパッチPVは、図19に示すように、Y,M,C,Kの各色のトナー像を主走査方向から約45度傾けた姿勢で、副走査方向であるベルト移動方向所定ピッチで並べたラインパターン群である。このシェブロンパッチPVの付着量は、0.3[mg/cm2]程度である。

0153

そして、シェブロンパッチPV内の各色トナー像を検知することで、各色トナー像における主走査方向(感光体軸線方向)の位置、副走査方向(ベルト移動方向)の位置、主走査方向の倍率誤差、主走査方向からのスキューをそれぞれ検出する。ここで言う主走査方向とは、ポリゴンミラーでの反射に伴ってレーザー光が感光体表面上で位相する方向を示している。

0154

このようなシェブロンパッチPV内のY,M,Cトナー像について、Kトナー像との検知時間差をパターン検知センサ45(図1)で読み取っていく。図19では、紙面上下方向が主走査方向に相当し、左から順に、Y,M,C,Kトナー像が並んだ後、これらとは姿勢が90度異なっているK,C,M,Yトナー像が更に並んでいる。

0155

基準色となるKとの検出時間差tyk、tmk、tckについての実測値理論値との差に基づいて、各色トナー像の副走査方向のズレ量、即ちレジストズレ量を求める。そして、そのレジストズレ量に基づいて、光書込ユニット80のポリゴンミラー1面おき、即ち、1走査ラインピッチを1単位として、感光体2に対する光書込開始タイミングを補正して、各色トナー像のレジストズレを低減する。また、ベルト両端部間での副走査方向ズレ量の差に基づいて、各色トナー像の主走査方向からの傾き(スキュー)を求める。そして、その結果に基づいて、光学反射ミラーの面倒れ補正を実施して、各色トナー像のスキューズレを低減する。

0156

以上のように、シェブロンパッチPV内における各トナー像を検知したタイミングに基づいて光書込開始タイミングや面倒れを補正してレジストズレやスキューズレを低減する処理が、色ずれ補正処理である。このような色ずれ補正処理により、温度変化などで各色トナー像の形成位置が経時的にずれていくことに起因する画像の色ずれの発生を抑えることができる。

0157

このような色ずれ検知用画像(調整パターン)が像担持体上で出力画像と出力画像の間にある場合、バイアスとして、出力画像が担持されている画像部に対応して印加される画像部バイアスと、画像部と前記画像部の間の非画像部に対応して印加される非画像部バイアスとで異なるバイアスを印加するとともに、画像部バイアスは定電流制御を行い、画像部バイアスから非画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行う。

0158

連続印刷時の紙間で色ずれ検知用画像を転写する場合、像担持体上の出力画像を転写する画像部バイアスと、紙間で色ずれ検知用画像を転写する非画像部バイアスとで異なるバイアスを印加するとともに、画像部バイアスは定電流制御を行い、画像部バイアスから非画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行う。
これにより、調整パターンを確実に転写することが可能となり、正確な調整制御を実施して、良好な出力画像を得ることができる。

0159

ここまで説明したように、本発明の画像形成装置によれば、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。そのため調整パターンを確実に転写することが可能となり、正確な調整制御を実施して、良好な出力画像を得ることができる。

0160

なお、図5に示した電源構成では着脱可能な交流電源を備えるものであったが、電源構成は図示例に限定されるものではない。着脱式ではない交流電源を備えるものや、交流電源を備えていないもの(直流電源のみ備えるもの)であっても、本発明の効果は得られる。

0161

また、本発明の画像形成装置において、調整パターンに対応する非画像部バイアスから後続の出力画像に対応する画像部バイアスへの切り替え時に定電圧制御を行うことで、調整パターン後の出力画像先端部の濃度不足を防止することができる。

0162

また、直流成分を出力する直流電源と交流成分を出力する交流電源を含む電源構成において、画像部バイアスから非画像部バイアスへの切り替え時に転写バイアスの直流成分について定電圧制御を行うことで、交流電源の影響による直流電源の応答性低下を抑制し、直流電源の出力を狙いの非画像部バイアスへと素早く切り替えることができる。

0163

また、調整パターンと先行出力画像間の距離をL1とし、調整パターンと後続出力画像間の距離をL2とするとき、L1>L2であることにより、バイアスを画像部バイアスから非画像部バイアスへ切り替える際の時間的な余裕度を増すことができる。それにより、より確実に非画像部バイアスを狙いの値へと切り替えることができる。

0164

また、調整パターンと先行記録媒体間の距離をL1’とし、調整パターンと後続記録媒体間の距離をL2’とするとき、L1’>L2’であることにより、バイアスを画像部バイアスから非画像部バイアスへ切り替える際の時間的な余裕度を増すことができる。それにより、より確実に非画像部バイアスを狙いの値へと切り替えることができる。

0165

また、像担持体上で出力画像と出力画像の間に調整パターンが無い場合は、画像部バイアスと非画像部バイアスを同一とすることにより、次画像先端部での転写不良(次画像先端部の濃度不足)を防止することができる。

0166

また、像担持体としての中間転写部材と、該中間転写部材との間に転写ニップを形成する二次転写部材とを有し、調整パターンを中間転写部材から二次転写部材に転写し、二次転写部材上で調整パターンを検知して調整制御を行う構成において、調整パターンが確実に二次転写部材に転写され、正確な調整制御を行うことが可能となる。

0167

また、画像部バイアスから調整パターンに対応する非画像部バイアスへの切り替えに際し、バイアスを非画像部バイアスに近づく方向の補正バイアスを介して切り替えることで、より確実に非画像部バイアスを狙いの値へと切り替えることができる。

0168

また、像担持体に界面があるため切替時間が単層のベルトよりも長くなる多層構造の像担持体を用いる場合であっても、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。

0169

また、像担持体の弾性層の表面に複数の粒子が分散されている構成を用いる場合、粒子がコンデンサとなるため切替時間が単層のベルトよりも長くなるが、その場合であっても、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。

0170

また、弾性層の表面に分散された粒子の帯電特性が正である場合であっても、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。
また、弾性層の表面に分散された粒子の帯電特性が負である場合であっても、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。

0171

また、弾性層の上にコート層が形成されている場合であっても、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。
また、像担持体の複数層が複数の樹脂層を含む場合であっても、転写バイアスを画像部バイアスから狙いの非画像部バイアスに素早く切り替えることができる。

0172

以上、本発明を図示例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。転写部の構成は適宜な構成を採用可能であり、また、適宜な構成の電源を使用可能である。
画像形成装置各部の構成も任意であり、タンデム式における各色作像ユニット並び順などは任意である。また、4色機に限らず、3色のトナーを用いるフルカラー機や、2色のトナーによる多色機にも本発明を適用することができる。もちろん、画像形成装置としてはプリンタに限らず、複写機ファクシミリ、あるいは複数の機能を備える複合機であっても良い。

0173

1画像形成ユニット
30転写ユニット
31中間転写ベルト(像担持体)
41二次転写ユニット
36二次転写ベルト
39バイアス電源
45パターン検知センサ
80光書込ユニット
110直流電源
140交流電源
200電源制御部
500プリンタ
P 用紙(記録媒体)
N 二次転写ニップ

先行技術

0174

特開2014−123004号公報

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