本発明は画像形成装置に関するものである。

従来、像担持体と転写部材との当接による転写ニップに転写電流を流すために、直流成分と交流成分とを重畳した重畳バイアスを出力する転写電源を備える画像形成装置が知られている。

特許文献1に記載の画像形成装置は、感光体の表面上に作像したトナー像を、中間転写ベルトに一次転写した後に、中間転写ベルトとこれのおもて面に当接する二次転写ローラとで形成された二次転写ニップに挟み込んだ記録シートに二次転写する。この二次転写を静電転写方式で実現するために、中間転写ベルトの裏面に当接しながら前述の二次転写ローラとの間に中間転写ベルトを挟み込んで二次転写ニップを形成する二次転写対向ローラに対して二次転写バイアスを印加している。二次転写バイアスとしては、二次転写性を向上させる狙いで、直流成分と交流成分との重畳による重畳バイアスからなるものを採用している。

しかしながら、コート紙などの中間転写ベルトに対する密着性の高い記録シートを用いた場合に、二次転写ニップを通過した記録シートが中間転写ベルトのおもて面に巻き付いて、中間転写ベルトから分離されずに分離不良を起こすといった問題が生じ得る。

上記課題を解決するために、本発明は、像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体の表面に当接して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シートへ転写するために少なくとも交流成分を含む転写バイアスを出力する電源とを備えた画像形成装置において、前記転写部材は、複数の張架部材によって回転可能に設けられた、表面抵抗率が10[logΩ/□]以上のベルト部材であることを特徴とする。

以上、本発明によれば、像担持体からの記録シートの分離性を向上させることができるという優れた効果がある。

実施形態に係るプリンタを示す概略構成図。

実施形態に係るプリンタにおけるK用の画像形成ユニットを拡大して示す拡大構成図。

実施形態に係るプリンタの中間転写ベルトの横断面を部分的に示す拡大断面図。

中間転写ベルトを部分的に拡大して示す拡大平面図。

実施形態に係るプリンタにおける二次転写電源の電気回路の要部を、二次転写対向ローラや二次転写ローラなどともに示すブロック図。

中間転写ベルトとして、実施形態に係るプリンタのものとは異なり、単層構造のものを用いた構成における二次転写ニップ及びその周囲を示す拡大構成図。

実施形態に係るプリンタにおける二次転写ニップ及びその周囲構成を示す拡大断面図。

二次転写電源から出力される二次転写バイスの波形を示すグラフ。

試作機の二次転写電源から実際に出力させたDuty=85[%]の二次転写バイアスの波形を示すグラフ。

Dutyの定義を説明するためのグラフ。

使用環境の違いによる分離余裕度を示したグラフ。

以下、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラープリンタ(以下、単にプリンタという)の実施形態について説明する。 まず、実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図1は、実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。同図において、実施形態に係るプリンタは、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つのトナー像形成ユニット1Y,1M,1C,1Kを備えている。また、転写ユニット30、光書込ユニット80、定着装置90、給送カセット100、レジストローラ対101なども備えている。

4つのトナー像形成ユニット1Y,M,C,Kは、画像形成物質として、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、寿命到達時に交換される。Kトナー像を形成するためのトナー像形成ユニット1Kを例にすると、これは、図2に示されるように、潜像担持体たるドラム状の感光体2K、ドラムクリーニング装置3K、除電装置、帯電装置6K、現像装置8K等を備えている。これらの装置が共通の保持体に保持されてプリンタ本体に対して一体的に脱着することで、それらを同時に交換できるようになっている。

感光体2Kは、ドラム基体の表面上に有機感光層が形成されたものであって、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6Kは、帯電バイアスが印加される帯電ローラ7Kを感光体2Kに接触あるいは近接させながら、帯電ローラ7Kと感光体2Kとの間に放電を発生させることで、感光体2Kの表面を一様帯電せしめる。実施形態では、トナーの正規帯電極性と同じマイナス極性に一様帯電せしめる。帯電バイアスとしては、直流電圧に交流電圧を重畳したものを採用している。帯電ローラ7Kは、金属製の芯金の表面に導電性弾性材料からなる導電性弾性層が被覆されたものである。帯電ローラ等の帯電部材を感光体2K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。

一様帯電せしめられた感光体2Kの表面は、後述する光書込ユニットから発せられるレーザー光によって光走査されてK用の静電潜像を担持する。このK用の静電潜像は、Kトナーを用いる現像装置8Kによって現像されてKトナー像になる。そして、後述する中間転写ベルト31上に一次転写される。

ドラムクリーニング装置3K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2K表面に付着している転写残トナーを除去する。回転駆動されるクリーニングブラシローラ4K、片持ち支持された状態で自由端を感光体2Kに当接させるクリーニングブレード5Kなどを有している。回転するクリーニングブラシローラ4Kで転写残トナーを感光体2K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2K表面から掻き落としたりする。

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

現像装置8Kは、現像剤担持体たる現像ロール9Kを内包する現像部12Kと、K現像剤を撹拌搬送する現像剤搬送部13Kとを有している。そして、現像剤搬送部13Kは、第1スクリュー部材10Kを収容する第1搬送室と、第2スクリュー部材11Kを収容する第2搬送室とを有している。それらスクリュー部材は、それぞれ、軸線方向の両端部がそれぞれ軸受けによって回転自在に支持される回転軸部材と、これの周面に螺旋状に突設せしめられた螺旋羽根とを具備している。

第1スクリュー部材10Kを収容している第1搬送室と、第2スクリュー部材11Kを収容している第2搬送室とは、仕切り壁によって仕切られているが、仕切壁におけるスクリュー軸線方向の両端箇所には、それぞれ両搬送室を連通させる連通口が形成されている。第1スクリュー部材10Kは、螺旋羽根内に保持しているK現像剤を、回転駆動に伴って回転方向に撹拌しながら、図中の紙面に直交する方向の奥側から手前側に向けて搬送する。第1スクリュー部材10Kと、後述する現像ロール9Kとは互いに向かい合う姿勢で平行配設されているため、このときのK現像剤の搬送方向は、現像ロール9Kの回転軸線方向に沿った方向でもある。そして、第1スクリュー部材10Kは、現像ロール9Kの表面に対してK現像剤をその軸線方向に沿って供給していく。

第1スクリュー部材10Kの図中手前側端部付近まで搬送されたK現像剤は、仕切壁の図中手前側端部付近に設けられた連通開口を通って、第2搬送室内に進入した後、第2スクリュー部材11Kの螺旋羽根内に保持される。そして、第2スクリュー部材11Kの回転駆動に伴って、回転方向に撹拌されながら、図中手前側から奥側に向けて搬送されていく。

第2搬送室内において、ケーシングの下壁にはトナー濃度センサが設けられており、第2搬送室内のK現像剤のKトナー濃度を検知する。Kトナー濃度センサとしては、透磁率センサからなるものが用いられている。Kトナーと磁性キャリアとを含有するK現像剤の透磁率は、Kトナー濃度と相関関係があるため、透磁率センサは、Kトナー濃度を検知していることになる。

本プリンタには、Y,M,C,K用の現像装置の第2収容室内にY,M,C,Kトナーをそれぞれ個別に補給するためのY,M,C,Kトナー補給手段が設けられている。そして、プリンタの制御部は、RAMに、Y,M,C,Kトナー濃度検知センサからの出力電圧値の目標値であるY,M,C,K用のVtrefを記憶している。Y,M,C,Kトナー濃度検知センサからの出力電圧値と、Y,M,C,K用のVtrefとの差が所定値を超えた場合には、その差に応じた時間だけY,M,C,Kトナー補給手段を駆動する。これにより、Y,M,C,K用の現像装置における第2搬送室内にY,M,C,Kトナーが補給される。

現像部12K内に収容されている現像ロール9Kは、第1スクリュー部材10Kに対向しているとともに、ケーシングに設けられた開口を通じて、感光体2Kにも対向している。また、現像ロール9Kは、回転駆動される非磁性パイプからなる筒状の現像スリーブと、これの内部にスリーブと連れ回らないように固定されたマグネットローラとを具備している。そして、第1スクリュー部材10Kから供給されるK現像剤をマグネットローラの発する磁力によってスリーブ表面に担持しながら、スリーブの回転に伴って、感光体2Kに対向する現像領域に搬送する。

現像スリーブには、トナーと同極性であって、感光体2Kの静電潜像の電位よりも絶対値が大きく、且つ感光体2Kの一様帯電電位よりも絶対値が小さな現像バイアスが印加されている。これにより、現像スリーブと感光体2Kの静電潜像との間には、現像スリーブ上のKトナーを静電潜像に向けて静電移動させる現像ポテンシャルが作用する。また、現像スリーブと感光体2Kの地肌部との間には、現像スリーブ上のKトナーをスリーブ表面に向けて移動させる非現像ポテンシャルが作用する。それら現像ポテンシャル及び非現像ポテンシャルの作用により、現像スリーブ上のKトナーが感光体2Kの静電潜像に選択的に転移して、静電潜像をKトナー像に現像する。

図1において、Y,M,C用のトナー像形成ユニット1Y,M,Cにおいても、K用のトナー像形成ユニット1Kと同様にして、感光体2Y,M,C上にY,M,Cトナー像が形成される。トナー像形成ユニット1Y,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により、感光体2Y,M,C,Kを光走査する。この光走査により、感光体2Y,M,C,K上にY,M,C,K用の静電潜像が形成される。なお、光書込ユニット80は、光源から発したレーザー光Lを、ポリゴンモータによって回転駆動したポリゴンミラーで主走査方向に偏光せしめながら、複数の光学レンズやミラーを介して感光体に照射するものである。LEDアレイの複数のLEDから発したLED光によって光書込を行うものを採用してもよい。

トナー像形成ユニット1Y,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転写装置としての転写ユニット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、駆動ローラ32、二次転写対向ローラ33、クリーニングバックアップローラ34、4つの一次転写ローラ35Y,M,C,Kなどを有している。また、ベルトクリーニング装置37、濃度センサ40なども有している。

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、二次転写対向ローラ33、クリーニングバックアップローラ34、及び4つの一次転写ローラ35Y,M,C,Kによって張架されている。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、同方向に無端移動せしめられる。

4つの一次転写ローラ35Y,M,C,Kは、無端移動せしめられる中間転写ベルト31を感光体2Y,M,C,Kとの間に挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト31のおもて面と、感光体2Y,M,C,Kとが当接するY,M,C,K用の一次転写ニップが形成されている。一次転写ローラ35Y,M,C,Kには、一次転写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2Y,M,C,K上のY,M,C,Kトナー像と、一次転写ローラ35Y,M,C,Kとの間に転写電界が形成される。Y用の感光体2Y表面に形成されたYトナーは、感光体2Yの回転に伴ってY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、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せしめら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2M,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4色重ね合わせトナー像が形成される。なお、一次転写ローラ35Y,M,C,Kに代えて、転写チャージャーや転写ブラシなどを採用してもよい。

転写ユニット30の下方には、二次転写ローラ36や二次転写ベルト41などを具備するシート搬送ユニット38が配設されている。二次転写ベルト41は無端状のベルト部材であり、そのループ内側に配設された二次転写ローラ36などの複数のローラによって張架された状態で、二次転写ローラ36の回転駆動によって図中時計回り方向に回転せしめられる。そして、二次転写ローラ36により、中間転写ベルト31の周方向における全域のうち、二次転写対向ローラ33に対する掛け回し領域に当接して二次転写ニップを形成している。つまり、転写ユニット30の二次転写対向ローラ33と、シート搬送ユニット38の二次転写ローラ36とは、互いの間に中間転写ベルト31及び二次転写ベルト41を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト31のおもて面と、ニップ形成部材たる二次転写ベルト41のおもて面とが当接する二次転写ニップが形成されている。

二次転写ベルト41のおもて面側における表面抵抗率は、10[logΩ/□]以上14[logΩ/□]以下であり、より好ましくは11[logΩ/□]以上13[logΩ/□]以下である。前記表面抵抗率は、三菱油化製の抵抗測定器であるハイレスタを使用して、JISK 6911に記載されている測定方法と同様に、中心の印加電極にバイアスを印加してリング電極により検出して測定した。また、二次転写ベルト41の体積抵抗率は、10[logΩ・m]以上12[logΩ・m]以下であり、より好ましくは10.5[logΩ・m]以上11.5[logΩ・]以下である。前記体積抵抗率も前記ハイレスタを使用して、JISK 6911に記載されている測定方法により測定した。

二次転写ベルト41のループ内に配設された二次転写ローラ36は接地されているのに対し、中間転写ベルト31のループ内に配設された二次転写対向ローラ33には、二次転写電源39によって二次転写バイアスが印加される。これにより、二次転写対向ローラ33と、二次転写ローラ36との間に、マイナス極性のトナーを二次転写対向ローラ33側から二次転写ローラ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。

二次転写ローラ36としては、ステンレス鋼やアルミニウム等からなる芯金上に導電ゴムからなるゴム層を形成したものを用いている。このゴム層の硬度はJIS−Aで70±5[°]であり、ゴム層の厚さは2[mm]〜10[mm]程度、特に4[mm]〜5[mm]が好ましい。また、導電ゴムの抵抗は7.0±0.5[logΩ]である。

二次転写対向ローラ33としては、ステンレス鋼やアルミニウム等からなる芯金上にNBRゴムからなるゴム層を形成したものを用いている。このゴム層の硬度は、ASKER−Cで60[°]以下とし、ここではASKER−Cで45±5[°]であり、二次転写ローラ36のゴム層よりも硬度を低くしている。また、NBRゴムの抵抗は6.8±0.25[logΩ]である。

転写ユニット30の下方には、記録シートPを複数枚重ねた紙束の状態で収容している給送カセット100が配設されている。この給送カセット100は、紙束の一番上の記録シートPに給紙ローラ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、その記録シートPを給送路に向けて送り出す。給送路の末端付近には、レジストローラ対101が配設されている。このレジストローラ対101は、給送カセット100から送り出された記録シート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、挟み込んだ記録シートPを二次転写ニップ内で中間転写ベルト31上の4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、記録シートPを二次転写ニップに向けて送り出す。二次転写ニップで記録シートPに密着せしめられた中間転写ベルト31上の4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シートP上に一括二次転写されてフルカラートナー像となる。このようにして表面にフルカラートナー像が形成された記録シートPは、二次転写ニップを通過すると、中間転写ベルト31から曲率分離する。更に、二次転写ベルト41を掛け回している分離ローラ42の曲率によって二次転写ベルト41から曲率分離する。

二次転写ニップを通過した後の中間転写ベルト31には、記録シート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。

濃度センサ40は、中間転写ベルト31のループ外側に配設されている。そして、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、所定の間隙を介して対向している。この状態で、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、そのトナー像の単位面積あたりのトナー付着量(画像濃度)を測定する。

二次転写ニップよりもシート搬送方向の下流側には、定着装置90が配設されている。この定着装置90は、ハロゲンランプ等の発熱源を内包する定着ローラ91と、これに所定の圧力で当接しながら回転する加圧ローラ92とによって定着ニップを形成している。定着装置90内に送り込まれた記録シートPは、その未定着トナー像担持面を定着ローラ91に密着させる姿勢で、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧の影響によってトナー像中のトナーが軟化さしめられて、フルカラー画像が定着せしめられる。定着装置90内から排出された記録シートPは、定着後搬送路を経由した後、機外へと排出される。

実施形態に係るプリンタは、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)を支持している支持板の姿勢をソレノイド等の駆動によって変化させる。これにより、Y,M,C用の一次転写ローラ35(Y,M,C)を、感光体2(Y,M,C)から遠ざけて、中間転写ベルト31のおもて面を感光体2(Y,M,C)から離間させる。このようにして、中間転写ベルト31をブラック用の感光体2Kだけに当接させた状態で、4つのトナー像形成ユニット1(Y,M,C,K)のうち、ブラック用のトナー像形成ユニット1Kだけを駆動して、Kトナー像をブラック用の感光体2K上に形成する。なお、本発明は、カラー画像を形成する画像形成装置に限らず、モノクロ画像だけを形成する画像形成装置にも適用が可能である。

図3は、中間転写ベルト31の横断面を部分的に示す拡大断面図である。中間転写ベルト31は、ある程度の屈曲性を有し且つ剛性の高い材料からなる無端ベルト状の基層31aと、これのおもて面上に積層された柔軟性に優れた弾性材料からなる弾性層31bとを具備している。弾性層31bには、粒子31cが分散せしめられていて、それらの粒子31cが自らの一部を弾性層31bの表面から突出させた状態で、図4に示されるように、ベルト面方向に密集して並んでいる。それら複数の粒子31cにより、複数の凹凸がベルト面に形成されている。

基層31aの材料としては、樹脂中に、電気抵抗を調整するための充填材や添加材などからなる電気抵抗調整材を分散させたものを例示することができる。その樹脂としては、難燃性の観点からすると、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い。また、機械強度(高弾性)や耐熱性の観点からすると、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。

樹脂中に分散せしめる電気抵抗調整材としては、金属酸化物やカーボンブラック、イオン導電剤、導電性高分子材料などを例示することができる。金属酸化物としては、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。分散性を向上させるために、前記金属酸化物に予め表面処理を施したものを用いても良い。カーボンブラックとしては、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ガスブラック等が挙げられる。また、イオン導電剤としては、テトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジルアンモニウム塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩が挙げられる。アルキルサルフェート、グルセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪酸アルコールエステル、アルキルベタイン、過塩素酸リチウム等でもよい。それらのイオン導電剤を二種類以上混合して使用してもよい。なお、本発明を適用可能な電気抵抗調整材は、これまで例示したものに限られるものではない。

基層31aの前駆体となる塗工液(硬化前の液体の樹脂中に電気抵抗調整材を分散せしめたもの)には、必要に応じて、分散助剤、補強材、潤滑材、熱伝導材、酸化防止剤などを添加してもよい。中間転写ベルト31の基層31aに含有される電気抵抗調整材の添加量は、好ましくは表面抵抗で1×10⁸〜1×10¹³[Ω/□]、体積抵抗で1×10⁶〜1×10¹²[Ω・cm]となる量とされる。但し、機械強度の観点から、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。つまり、樹脂成分(ポリイミド樹脂前駆体、ポリアミドイミド樹脂前駆体など)と電気抵抗調整材との配合率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と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。電気抵抗調整材の含有量は、カーボンブラックの場合には、塗工液中の全固形分の10〜25[wt%]がよく、更に好ましくは15〜20[wt%]である。また、金属酸化物の場合の含有量は、塗工液中の全固形分の150[wt%]がよく、更に好ましくは10〜30[wt%]である。含有量が前述した範囲よりも少ないと十分な効果が得られず、また含有量が前述した範囲よりも多いと中間転写ベルト31(シームレスベルト)の機械強度が著しく低下するので、実使用上好ましくない。

基層31aの厚みは、特に制限されるものではなく、状況に応じて適宜選択することができるが、30[μm]〜150[μm]が好ましく、40[μm]〜120[μm]がより好ましく、50[μm]〜80[μm]が特に好ましい。基層31aの厚みが、30[μm]未満であると、亀裂によりベルトが裂けやすくなり、150[μm]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、基層31aの厚みが前述した特に好ましい範囲であると、耐久性の点で有利になる。

ベルト走行安定性を高めるためには、基層31aの層厚ムラをできるだけ少なくすることが好ましい。基層31aの厚みを調整する方法は、特に制限されるものではなく、状況に応じて適宜選択することができる。例えば、接触式や渦電流式の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。

中間転写ベルト31の弾性層31bは、上述したように、分散せしめられた複数の粒子31cによる凹凸形状を表面に有している。弾性層31bを形成するための弾性材料としては、汎用の樹脂・エラストマー・ゴムなどを例示することができる。特に、柔軟性(弾性)に優れた弾性材料を用いることが好ましく、エラストマー材料やゴム材料が好適である。エラストマー材料としては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエーテル系、ポリウレタン系、ポリオレフィン系、ポリスチレン系、ポリアクリル系、ポリジエン系、シリコーン変性ポリカーボネート系などを例示することができる。フッ素系共重合体系等の熱可塑性エラストマーなどでもよい。また、熱硬化性の樹脂としては、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の樹脂等を例示することができる。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、アクリルゴム等を例示することができる。更には、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、ヒドリンゴム等を例示することもできる。これまで例示した材料の中から、所望の性能が得られる材料を適宜選択することが可能である。特に、表面に凹凸のある記録シート、例えばレザック紙などの表面凹凸に追従させるためには、できるだけ柔らかい材料を選択することが好ましい。また、粒子31cを分散せしめることから、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だからである。加硫ゴムも同様の理由により好ましい材料の1つである。

弾性層31bを構成する弾性材料の中でも、耐オゾン性、柔軟性、粒子との接着性、難燃性付与、耐環境安定性などの観点から、アクリルゴムが最も好ましい。アクリルゴムは一般的に市販されているものでよく、特定の製品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のものがゴム物性(特に圧縮永久歪み)及び加工性の点で優れているので、カルボキシル基架橋系のものを選択することが好ましい。カルボキシル基架橋系のアクリルゴムに用いられる架橋剤としては、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を例示することができる。更に、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を例示することができる。また、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)ジアニリン等が挙げられる。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等でもよい。更には、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等でもよい。

架橋剤の配合量の適正範囲は、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、架橋物の形状維持が困難になる。これに対し、含有量が多すぎると、架橋物が硬くなりすぎて、架橋ゴムとしての弾性などが損なわれる。

弾性層31bに用いるアクリルゴムには、上述した架橋剤の架橋反応を促進する狙いで、架橋促進剤を配合してもよい。架橋促進剤の種類は特に限定されるものではないが、前述した多価アミン架橋剤と組み合わせて用いることができるものであることが好ましい。このような架橋促進剤としては、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、弱酸のアルカリ金属塩などが挙げられる。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。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。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のリン酸塩、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。

架橋促進剤の使用量の適正範囲は、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。これに対し、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、熱負荷後の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。

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を採用することが可能である。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。

アクリルゴムは、加熱することによって架橋物とすることができる。好ましい加熱温度は、130[℃]〜220[℃]であり、より好ましくは140[℃]〜200[℃]である。また、好ましい架橋時間は、30秒〜5時間である。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。後架橋の時間は、加熱方法、架橋温度、形状などによって異なるが、好ましくは1〜48時間である。後架橋を行う際の加熱方法、加熱温度については、適宜選択することが可能である。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てもよい。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、すでに述べた各種材料を使用することができる。但し、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、それらを併用しても構わない。

ゴム100重量部に対しは、種々の過塩素酸塩やイオン性液体を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部以下であると、抵抗率を下げる効果が得られない。また、添加量が3部以上であると、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。

電気抵抗調整材の添加量については、弾性層31bの抵抗値を、表面抵抗で1×10⁸〜1×10¹³[Ω/□]、体積抵抗で1×10⁶〜1×10¹²[Ω・cm]の範囲にするように調整することが好ましい。また、近年の電子写真方式の画像形成装置に求められるような、凹凸シートへの高いトナー転写性を得るために、弾性層31bの23[℃]50[%]RH環境下でのマイクロゴム硬度値を35以下にするように柔軟性を調整することが好ましい。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、測定部位のバルク方向の浅い領域、すなわち表面近傍のごく限られた領域の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。このため、例えば中間転写ベルト31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用いた場合、微小硬度値を低くしてしまう。このような中間転写ベルト31は変形性能が低い、すなわち凹凸シートへの追従性が悪いので、結果として近年の画像形成装置に求められる凹凸シートへの転写性能を十分に発揮することができなくなってしまう。よって、中間転写ベルト31全体の変形性能を評価することが可能なマイクロゴム硬度を測定して中間転写ベルト31の柔軟性を評価することが好ましい。

弾性層31bの層厚は、200[μm]〜2[mm]が好ましく、400[μm]〜1000[μm]がより好ましい。層厚が200[μm]よりも小さいと、記録シートの表面凹凸への追従性や転写圧力の低減効果を低くしてしまうので好ましくない。また、層厚が2[mm]よりも大きいと、弾性層31bが自重によって撓み易くなって走行性を不安定にしたり、ベルトを張架しているローラへの掛け回しでベルトに亀裂を発生させ易くなったりするので好ましくない。なお、層厚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って測定する方法を例示することができる。

弾性層31bの弾性材料に分散せしめる粒子31cとしては、平均粒子径が100[μm]以下であり、真球状の形状をしており、有機溶剤に不溶であり、且つ、3[%]熱分解温度が200[℃]以上である樹脂粒子を用いる。粒子31cの樹脂材料に特に制限はないが、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、ゴムなどを例示することができる。これらの樹脂材料からなる粒子の母体表面を異種材料で表面処理してもよい。ゴムからなる球状の母体粒子の表面に硬い樹脂をコートしてもよい。また、母体粒子として、中空のものや、多孔質のものを用いてもよい。

これまで例示した樹脂材料の中でも、滑性、トナーに対しての離型性、耐磨耗性などに優れているという観点から、シリコーン樹脂粒子が最も好ましい。樹脂材料を重合法などによって球状の形状に仕上げ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。また、粒子31cとしては、体積平均粒径が1.0[μm]〜5.0[μm]であり、且つ単分散粒子であるものを用いることが望ましい。単分散粒子は、単一粒子径の粒子ではなく、粒度分布が極めてシャープな粒子である。具体的には、±(平均粒径×0.5[μm])以下の分布幅の粒子である。粒子31cの粒径が1.0[μm]未満であると、粒子31cによる転写性能の促進効果が十分に得られなくなる。これに対し、粒径が5.0[μm]よりも大きいと、粒子間の隙間が大きくなってベルト表面粗さを大きくしてしまうことから、トナーを良好に転写できなくなったり、中間転写ベルト31のクリーニング不良を発生させ易くなったりする。更には、樹脂材料からなる粒子31cは一般に絶縁性が高いことから、粒径が大きすぎると粒子31cの電荷により、連続プリント時にこの電荷の蓄積による画像乱れを引き起こし易くなる。

粒子31cとしては、特別に合成したものを用いても良いし、市販品を用いてもよい。粒子31cを弾性層31bに直接塗布して、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。このようにすることで、粒子31c同士のベルト厚み方向の重なり合いをほぼなくすことができる。複数の粒子31cの弾性層31bの表面方向における断面の径は、できるだけ均一であることが望ましく、具体的には、±(平均粒径×0.5[μm])以下の分布幅にすることが好ましい。このため、粒子31cの粉末として、粒径分布の小さなものを用いることが好ましいが、特定の粒径の粒子31cだけを選択的に弾性層31b表面に塗布することを実現する方法を採用すれば、粒径分布の比較的大きな粉末を用いることも可能である。なお、粒子31cを弾性層31b表面に塗布するタイミングは特に限定されず、弾性層31bの弾性材料の架橋前、架橋後の何れであってもよい。

粒子31cが分散せしめられた弾性層31bの表面方向において、粒子31cが存在している部分と、弾性層31bの表面が露出している部分との投影面積比については、粒子31cが存在している部分の投影面積率を60[%]以上にすることが望ましい。60[%]に満たない場合には、トナーと弾性層31bの無垢の表面とを直接接触させる機会を増加させて良好なトナー転写性が得られなくなったり、ベルト表面からのトナークリーニング性を低下させたり、ベルト表面の耐フィルミング性を低下させたりする。なお、中間転写ベルト31として、弾性層31bに粒子31cを分散させていないものを用いることも可能である。

図5は、二次転写電源の電気回路の要部を、二次転写対向ローラ33や二次転写ローラ36などともに示すブロック図である。二次転写電源39は、直流電源110、着脱可能に構成された交流電源140、電源制御部200などを有している。直流電源110は、中間転写ベルト31の表面上のトナーに対して二次転写ニップ内でベルト側から記録シート側に向かう静電気力を付与するための直流電圧を出力するための電源である。そして、直流出力制御部111、直流駆動部112、直流電圧用トランス113、直流出力検知部114、出力異常検知部115、電気接続部221などを具備している。

交流電源140は、二次転写ニップ内に交番電界を形成するための交流電圧を出力する電源である。そして、交流出力制御部141、交流駆動部142、交流電圧用トランス143、交流出力検知部144、除去部145、出力異常検知部146、電気接続部242と、電気接続部243などを具備している。

電源制御部200は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)などを有する制御装置からなる。この電源制御部200は、直流電源110及び交流電源140を制御する。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信号が入力される。更に、直流出力検知部114によって検知された直流電圧用トランス113の出力値も入力される。そして、直流出力制御部111は、入力されたDC_PWM信号のDuty比及び直流電圧用トランス113の出力値に基づいて、次のような制御を行う。即ち、直流電圧用トランス113の出力値をDC_PWM信号で指示された出力値にするように、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。また、直流電圧用トランス113は、直流駆動部112によって駆動され、負極性の直流の高電圧出力を行う。なお、交流電源140が接続されていない場合には、電気接続部221と二次転写対向ローラ33とがハーネス301によって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を介して二次転写対向ローラ33に直流電圧を出力(印加)する。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によって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。

直流出力検知部114は、直流電圧用トランス113からの直流高電圧の出力値を検知し、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Dutyを制御させるためである。本プリンタでは、二次転写電源39の本体に対して交流電源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の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する。更に、二次転写対向ローラ33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。

そこで、本プリンタでは、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ようになっている。これにより、出力経路中のインピーダンスが変化しても、二次転写対向ローラ33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を着脱することが可能になる。このように本プリンタでは、直流電源110を定電流制御するようになっているが、次のような構成を採用してもよい。即ち、交流電源140の着脱時にDC_PWM信号の値を変更するなどして、二次転写対向ローラ33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を定電圧制御する構成を採用してもよい。

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、電線の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を実施することが可能になる。

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信号や、交流出力検知部144によって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。そして、交流出力制御部141は、入力されたAC_PWM信号のDuty比、及び交流電圧用トランス143の出力値に基づいて、次のような制御を行う。即ち、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。

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信号に基づいて、交流電圧用トランス143を駆動する。交流駆動部142は、AC_CLK信号に基づいて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。

交流電圧用トランス143は、交流駆動部142によって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。交流電源140が接続されている場合、即ち、電気接続部243と二次転写対向ローラ33とがハーネス301で電気的に接続されている場合、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を介して二次転写対向ローラ33に印加する。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を介して二次転写対向ローラ33に出力(印加)する。二次転写対向ローラ33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36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知して交流出力制御部141に出力する。また、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を低下させないように、電源制御部200においてAC_PWM信号のDutyを制御するためである。なお、交流電源140は、定電圧制御を行うものであるが、定電流制御を行うものを用いてもよい。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の波形については、正弦波、矩形波の何れであってもよいが、本プリンタでは、短パルス状矩形波を採用している。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を図ることが可能になるからである。なお、本実施形態では、交流電源140が着脱可能に構成される例を説明したが、交流電源140を着脱可能とせず、直流電源110と交流電源140とを一体のモジュールとして構成してもよい。

図6は、中間転写ベルト31として、本プリンタのものとは異なり、単層構造のものを用いた構成における二次転写ニップ及びその周囲を示す拡大構成図である。中間転写ベルト31として図示のような単層構造のものを用いた場合には、二次転写対向ローラ33と二次転写ローラ36との間において、二次転写電流が次のように流れる。即ち、図中矢印で示されるように、二次転写電流がニップ中心位置(ベルト移動方向の中心位置)に集中して一直線状に流れることから、ニップ入口付近やニップ出口付近では二次転写電流がそれほど流れない。二次転写電流がこのように流れることで、二次転写ニップにおいて、トナーに二次転写電流を作用させている時間は比較的短時間になる。このため、トナーに対して、二次転写電流によって正規極性とは逆極性の電荷を過剰に注入してしまうことは殆どない。

図7は、実施形態に係るプリンタにおける二次転写ニップ及びその周囲構成を示す拡大断面図である。実施形態に係るプリンタにおいては、既に述べたように、中間転写ベルト31として、多層構造のものを用いている。かかる構成では、二次転写対向ローラ33と二次転写ローラ36との間において、二次転写電流が次のように流れる。即ち、基層31aと弾性層31bとの界面で、二次転写電流がベルト周方向に広がりながら、ベルト厚み方向に流れる。これにより、二次転写電流がニップ中心位置だけでなく、ニップ入口やニップ出口の付近にまで回り込むようになることから、二次転写ニップにおいて、トナーに二次転写電流を作用させる時間が長時間になる。そして、トナーに対して、二次転写電流によって正規極性とは逆極性の電荷を過剰に注入してしまい易くなることで、トナーの正規極性の帯電量を大きく低下させたり、トナーを逆帯電させてしまったりして、二次転写性を阻害してしまう。この結果、画像濃度不足を引き起こし易くなってしまうことが解った。なお、本プリンタで用いられているような二層構造のベルトに限らず、三層以上の多層構造のベルトにおいても、同様の二次転写電流の回り込みにより、二次転写電流を阻害してしまうことも解った。

次に、実施形態に係るプリンタの特徴的な構成について説明する。 図8は、実施形態に係るプリンタの二次転写電源39から出力される二次転写バイスの波形を示すグラフである。本プリンタのように、二次転写対向ローラ33に対して二次転写バイアスを印加する構成において、二次転写ニップで中間転写ベルト31上のトナー像を記録シートPに二次転写するためには、二次転写バイアスとして次のような特性のものを採用する必要がある。即ち、時間平均の極性がトナーの帯電極性と同極性になるバイアスである。具体的には、図示のように、二次転写バイアスは、直流電圧と交流電圧との重畳により、周期的に極性を反転させる交番電圧からなるものであるが、時間平均では、極性がトナーと同じマイナス極性になるバイアスになっている。このように、時間平均の極性がマイナス極性になる二次転写バイアスを採用することで、トナーを相対的に二次転写対向ローラ33に対して反発させてベルト側から記録シートP側に静電移動させることが可能になる。なお、二次転写ローラ36に対して二次転写バイアスを印加する構成を採用した場合には、時間平均がトナーと逆極性になる二次転写バイアスを採用すればよい。かかる二次転写バイアスにより、トナーを相対的に二次転写ローラ36に向けて静電的に引き寄せることで、ベルト側から記録シートP側に移動させることが可能になるからである。

図8において、「T」は、周期的に極性を反転させる二次転写バイアスの一周期を示している。「Vr」は、交流成分の正極性ピーク値であり、ここではトナーの帯電極性とは逆のプラス極性側のピーク値を示している。二次転写バイアスが正極性ピーク値Vrになっているときには、ベルト側から記録シートP側へのトナーの静電移動が阻害される。「Vt」は、交流成分の負極性ピーク値であり、ここではトナーの帯電極性と同じマイナス極性のピーク値を示している。二次転写バイアスが負極性ピーク値Vtになっているときには、ベルト側から記録シートP側へのトナーの静電移動が促進される。「Voff」は、二次転写バイアスの直流成分の値としてのオフセット電圧を示しており、これは、「(Vr+Vt)/2」の解と同じ値である。「Vpp」は、ピークツウピーク値を示している。

二次転写バイスは、周期T内におけるDutyが50[%]を超える波形になっている。Dutyは、波形における第1時間及び第2時間のうち、二次転写ニップで中間転写ベルト31側から記録シートP側へのトナーの静電移動を阻害する方の時間としての阻害時間を基準にした時間比である。本プリンタの場合、波形の周期T内において、二次転写バイアスの値が基線としてのゼロの線よりもプラス極性側に向けて立ち上がり始めた時点から、ゼロの線まで立ち下がった後、ゼロの線からマイナス極性側に向けて立ち下がり始める直前までが第1時間である。また、ゼロの線からからマイナス極性側に向けて立ち下がり始めた時点から、ゼロの線まで立ち上がった後、更にゼロの線からプラス極性側に向けて立ち上がり始める直前までが第2時間である。そして、それら第1時間と第2時間とのうち、第1時間において、ベルト側から記録シートP側へのトナーの静電移動を阻害することになるので、第1時間が阻害時間に相当する。よって、第1時間(プラス極性になっている時間)を基準にした周期Tにおける時間比がDutyである。第2時間をAで表すと、本プリンタにおける二次転写バイアスのDutyは、「(T−A)/T×100(%)」という式によって求められる。

同図におけるVaveは、二次転写バイアスの平均電位を示しており、「Vr×Duty/100+Vt×(1−Duty)/100」の解と同じ値である。また、Aは、第2時間(本例では周期Tから阻害時間を減じた時間)を示している。また、Tは、二次転写バイアスの交流成分の周期を示している。

図示のように、二次転写バイアスにおいて、プラス極性になっている時間は周期Tの半分よりも大きくなっている、即ち、Dutyが50[%]を超えている。このような二次転写バイアスを採用すると、周期T内において、トナーに対してその帯電極性とは逆のプラス極性の電荷を注入する可能性のある時間を短くすることから、二次転写ニップ内での電荷注入によるトナー帯電量Q/Mの低下を抑えることが可能になる。これにより、トナー帯電量Q/Mの低下に起因する二次転写性の低下による画像濃度不足の発生を抑えることができる。なお、Dutyが50[%]を超えていても、次のようにすることで、トナー像の二次転写が可能になる。即ち、0[V]を基準にしたプラス側のグラフ箇所の面積を、マイナス側のグラフ箇所の面積よりも小さくすることで、平均電位をマイナス極性にして、トナーを相対的にベルト側から記録シートP側に静電移動させることが可能になる。

図9は、本発明者らが実際の試作機の二次転写電源39から出力させた二次転写バイアスの波形を示すグラフである。同図において、負極性ピーク値Vtは−4.8[kV]である。また、正極性ピーク値Vrは1.2[kV]である。また、オフセット電圧Voffは−1.8[kV]である。また、平均電位Vaveは0.08[kV]である。また、ピークツウピーク値Vppは、6.0[kV]である。また、第2時間Aは、0.10[ms]である。また、周期Tは0.66[ms]である。また、Dutyは、85[%]である。

また、次のような条件のもとでテスト画像を印字してみた。 ・環境:27[℃]80[%]RH ・記録シートPの種類:用紙:Mohawk Color Copy Gloss 270[gsm](457[mm]×305[mm])・・・いわゆるコート紙 ・プロセス線速:630[mm/s] ・テスト画像:ブラックハーフトーン画像 ・二次転写ニップ幅(ベルト移動方向の長さ):4[mm] ・負極性ピーク値Vt:−4.8[kV] ・正極性ピーク値Vr:1.2[kV] ・オフセット電位Voff:−1.8[kV] ・平均電位Vave:0.08[kV] ・ピークツウピーク値Vpp:6.0[kV] ・第2時間A:0.10[ms] ・周期T:0.66[ms] ・Duty:85[%]

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上述した二次転写バイアスを用いても良い。また、二次転写バイアスの波形としては、図9に示すような矩形波に限らず、例えばサイン波などを採用してもよい。

なお、通常、重畳バイアスからなる二次転写バイアスの波形は、図9に示されるように、綺麗な矩形波にはならない。綺麗な矩形波であれば、波形の立ち上がり部から立ち下がり部までの時間を一周期内におけるトナー転写阻害時間として容易に特定することが可能である。しかし、綺麗な矩形波でない場合には、そのような特定ができない。すなわち、一方のピーク値(例えば負極性ピーク値Vt)から他方のピーク値(例えば正極性ピーク値Vr)への立ち上がりや、他方のピーク値から一方のピーク値への立ち下がりに時間を要する(ゼロでない)場合には、前述のような特定ができない。

そこで、綺麗な矩形波でない場合には、本発明を適用するにあたって、Dutyを次のように定義するとよい。すなわち、二次転写バイアスの周期変動の波形で、ピークツウピークにおける一方のピーク値と他方のピーク値とのうち、二次転写ニップで中間転写ベルト側から記録シート側へのトナーの静電移動をより阻害する方を阻害ピーク値として定義する。本実施形態ではプラス側のピーク値が阻害ピーク値である。阻害ピーク値を他方のピーク値に向けてピークツウピーク値の30[%]の値だけシフトさせた位置を波形の基線とする。また、波形が帰省よりも阻害ピーク値側となる時間を阻害時間A’として定義する。より詳しくは、波形が基線から阻害ピーク値に向けて立ち上がり又は立ち下がり始めた時点から、基線まで立ち下がる又は立ち上がる直前までの時間を阻害時間A’として定義する。そして、阻害時間A’の周期Tにおける割合をDutyとすればよい。

具体的には、図10における「(阻害時間A’/周期T)×100[%]」の解をDutyとして求めればよい。なお、本実施形態では、マイナス極性のトナーを用い、且つ二次転写バイアスを二次転写対向ローラ33に印加する構成になっていることから、正極性ピーク値Vrが阻害ピーク値になる。そして、阻害時間A’は、基線から正極性ピーク値Vrに向けて立ち上がり始めた時点から、基線まで立ち下がった後、更に負極性ピーク値Vtに向けて立ち下がり始める直前までの時間になる。これに対し、マイナス極性のトナーを用い、且つ二次転写バイアスを二次転写ローラ36に印加する構成では、二次転写バイアスとして、0[V]の位置を基準にして図10の波形を反転させた波形のものを採用することになる。この場合、負極性ピーク値Vtが阻害ピーク値になる。そして、阻害時間A’は、基線から負極性ピーク値Vtに向けて立ち下がり始めた時点から、基線まで立ち上がった後、更に正極性ピーク値Vrに向けて立ち上がり始める直前までの時間になる。

LL環境(10[℃]15[%]RH)において、二次転写バイアスとして直流成分と交流成分とを重畳した重畳バイアスを出力することにより、直流バイアスのみを出力する場合に比べて、記録シートPが二次転写ベルト41上に強く貼り付きにくくなる。そのため、記録シートPが二次転写ニップを抜けた後、二次転写ニップよりも記録シート搬送方向下流側の分離ローラ42の位置で、二次転写ベルト41から記録シートPを分離(曲率分離)しやすくなる。

ここで、中間転写ベルト31と二次転写ベルト41との間に二次転写ニップを形成して中間転写ベルト31上のトナー像を記録シートPへ転写する、本実施形態のプリンタにおいては、記録シートPの分離性を確保することが重要な課題となっている。ここでいう分離性とは、二次転写ニップを通過した記録シートPを中間転写ベルト31から安定して分離させることができる性能を意味する。

本実施形態に係るプリンタにおいては、中間転写ベルト31からの記録シートPの分離性を確保するため、上述したように二次転写ベルト41のおもて面側における表面抵抗率を、10[logΩ/□]以上14[logΩ/□]以下の範囲としている。これにより、前記表面抵抗率が前記範囲ではない二次転写ベルト41を用いた場合よりも、記録シートが二次転写ベルト41に静電的な力で吸着し易くなり中間転写ベルト31からの記録シートPの分離性を向上させることができる。特に、前記表面抵抗率が11[logΩ/□]以上13[logΩ/□]以下であることで、より適切に二次転写ベルト41を分極させることができ、より記録シートPを二次転写ベルト41に静電的な力によって吸着させることができる。また、二次転写ベルト41の体積抵抗率を、10[logΩ・m]以上12[logΩ・m]以下とすることで、二次転写ベルト41を適切に分極させることができる。

さらに、二次転写ベルト41の表面抵抗率を中間転写ベルト31の表面抵抗率よりも高くするのが望ましい。これにより、転写部材に対する吸着力が働き、中間転写ベルト31に対する記録シートPの静電的な力による吸着力よりも、二次転写ベルト41に対する記録シートPの静電的な力による吸着力が強くなる。そのため、その分、中間転写ベルト31から記録シートPを分離され易くなる。

また、二次転写対向ローラ33のローラ部の硬度を、二次転写ローラ36のローラ部の硬度よりも低くすることで、二次転写ニップの形状を中間転写ベルト31側が凹んだ形状となるようにできる。これにより、二次転写ニップを通過する記録シートPを中間転写ベルト31に巻き付き難くすることができる。特に、二次転写対向ローラ33のローラ部にスポンジを用いることにより、簡単な構成で、二次転写ローラ36のローラ部よりも硬度を低くすることが可能となる。

[実験] 中間転写ベルト31からの記録シートPの分離性を評価する評価実験において、実施例1及び比較例1〜3の各種構成は次の通りであり、それをまとめたものを表1に示す。なお、実施例1、比較例2及び比較例3は、本実施形態に係るプリンタと略同じ構成で、二次転写ローラと二次転写対向ローラとの間に、中間転写ベルト31と二次転写ベルト41とが当接するように挟み込んだ構成の評価試験機を用いて行ったものである。すなわち、中間転写ベルト31と二次転写ニップを形成する転写部材を二次転写ベルト41としている。一方、比較例1は、二次転写部以外は本実施形態に係るプリンタと略同じ構成であるが、二次転写ベルト41を用いずに二次転写ローラと二次転写対向ローラとで中間転写ベルト31を挟み込んだ構成の評価試験機を用いて行ったものである。すなわち、中間転写ベルト31と二次転写ニップを形成する転写部材を二次転写ローラとしている。

<実施例1> ・二次転写対向ローラのローラ部材質:スポンジ(NBRゴム),硬度がASKER−Cで45±5[°],抵抗が6.8±0.25[logΩ] ・転写部材:二次転写ベルト,表面抵抗率11[logΩ/□]以上 ・二次転写バイアス:高Duty重畳バイアス(直流成分+交流成分)

<比較例1> ・二次転写対向ローラのローラ部材質:スポンジ(NBRゴム),硬度がASKER−Cで45±5[°],抵抗が6.8±0.25[logΩ] ・転写部材:二次転写ローラ,ローラ部材質が導電ゴム(NBRゴム+ヒドリン),ローラ部の硬度がJIS−Aで70±5[°],抵抗が7.0±0.5[logΩ] ・二次転写バイアス:直流バイアスのみ

<比較例2> ・二次転写対向ローラのローラ部材質:ゴム(NBR+ヒドリン),硬度がJIS−Aで50[°],抵抗が6.8±0.25[logΩ] ・転写部材:二次転写ベルト,表面抵抗率11[logΩ/□]以上 ・二次転写バイアス:直流バイアスのみ

<比較例3> ・二次転写対向ローラのローラ部材質:スポンジ(NBRゴム),硬度がASKER−Cで45±5[°],抵抗が6.8±0.25[logΩ] ・転写部材:二次転写ベルト,表面抵抗率11[logΩ/□]以上 ・二次転写バイアス:直流バイアスのみ

なお、表1中の二次転写対向ローラのローラ部材質が「スポンジ」のものは、NBRゴムに有機系発泡剤などの諸原料を混合し、熱分解させて製造したものである。

実施例1及び比較例1〜3で、二次転写対向ローラのローラ部の材質に用いられているゴム及びスポンジの硬度は、二次転写ローラのローラ部の硬度(JIS−Aで70[°])よりも小さくなっている。

実施例1及び比較例1〜3の共通の実験条件は次の通りである。 ・環境:27[℃]80[%]RHのHH環境(高温高湿度環境)。 ・記録シートPの種類: 普通紙,坪量52.3[gsm]・・・OKプリンス上質及びNBS45K コート紙,坪量64[gsm]・・・オーロラL ・記録シートPは予め吸湿させたものを使用した。 ・中間転写ベルト31上にはトナー像を形成せずに記録シートPを二次転写ニップへ通紙(白紙を出力)した。 ・記録シートPの両面を通紙した。

表2に、評価実験の結果を示す。

表2中の「◎」は、普通紙とコート紙との両方で、分離余裕度が400[%]となり電源の最大出力まで二次転写バイアスを上げても、中間転写ベルト31から記録シートPの分離が可能であった場合である。「○」は、普通紙とコート紙との少なくとも一方が電源の最大出力まで二次転写バイアスを上げることはできず、分離余裕度が200[%]以上で普通紙とコート紙の両方で中間転写ベルト31から記録シートPの分離が可能であった場合である。「×」は、普通紙とコート紙との両方で、分離余裕度が200[%]より小さい場合である。

また、表2に示す「分離余裕度」とは、次のように定義されるものである。すなわち、各記録シートPにおいて最適な転写条件(転写率が最大となる条件)での二次転写バイアスの直流成分の電流の大きさを100[%]とし、二次転写バイアスを0[%]から増やしていく。そして、記録シートPを中間転写ベルト31から分離できる限界の二次転写電流の大きさを、最適な転写条件での二次転写バイアスの直流成分の二次転写電流の大きさに対する割合(%)で示したものを分離余裕度と定義する。なお、分離余裕度の数値が高いほど分離性が良いことを示す。

一般に、二次転写ニップを流れる二次転写電流が大きくなるほど、中間転写ベルト31に記録シートPが巻き付き易くなり分離性が悪化するため、分離性を確保しつつ、どの程度まで二次転写電流を上げることができるかの指標として分離余裕度を用いている。例えば、最適な転写条件での二次転写バイアスの直流成分の電流の大きさを100[μA]とし、これを基準の電流値とする。そして、分離余裕度が200[%]のときでは、基準の電流値に200[%]増しの電流値を加えた電流値、すなわち100[μA]+200[μA]=300[μA]まで、中間転写ベルト31から記録シートPを分離させることができることを意味する。一方で、基準の電流値に210[%]増しの電流値を加えた電流値、すなわち100[μA]+210[μA]=310[μA]では、中間転写ベルト31から記録シートPを分離できない。

表2に示すように、普通紙では、実施例1、比較例2及び比較例3で分離余裕度が400[%]であり、比較例1で分離余裕度50[%]であった。また、コート紙では、実施例1で分離余裕度が400[%]であるのに対して、比較例1で分離余裕度が20[%]であり、比較例2で分離余裕度が200[%]であり、比較例3で分離余裕度が300[%]であった。

以上より、実施例1のように二次転写バイアスとして重畳バイアスを出力し、転写部材として11[logΩ/□]以上の二次転写ベルト41を用いる構成では、次のような効果を得ることができる。すなわち、普通紙とコート紙との両方で、中間転写ベルト31からの記録シートPの分離性に、電源の最大出力まで余裕があることが分かる。また、二次転写ニップから抜けた記録シートPが二次転写ベルト41に静電的な力で吸着し易くなり、コート紙などの中間転写ベルト31に密着し易い記録シートPであっても、中間転写ベルト31からの記録シートPの分離性を向上させることができる。

また、高Dutyの二次転写バイアスを出力することで、交流成分のDutyが50[%]以下の二次転写バイアスを出力する場合に比べ、中間転写ベルト31や記録シートPを充電することなく適切に分極させることができる。このため、記録シートPを二次転写ベルト41に静電的な力により吸着させて搬送することが可能となる。なお、高Dutyの二次転写バイアスでは、中間転写ベルト31側への戻し時間が長く、転写方向への時間が短いため、記録シートPが過充電されるのを抑えられることで、前述したように分極できると考えられる。

図11は、使用環境の違いによる分離余裕度を示したグラフである。図11に示すように、記録シートPの種類や転写条件などの違いによらず、LL環境(低温低湿度環境)よりもHH環境(高温高湿度環境)のほうが、分離余裕度は高くなる。そして、普通紙を用いて上述した実施例1の条件を採用した場合には、LL環境とHH環境とのどちらにおいても、高い分離余裕度が得られるのがわかる。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。 (態様A) 中間転写ベルト31などの像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成ユニット1などのトナー像形成手段と、前記像担持体の表面に当接して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シートPなどの記録シートへ転写するために少なくとも交流成分を含む転写バイアスを出力する二次転写電源39などの電源とを備えた画像形成装置において、前記転写部材は、表面抵抗率が10[logΩ/□]以上の二次転写ベルト41などのベルト部材である。 (態様A)においては、上述した実験で明らかにしたように、転写部材として表面抵抗率が10[logΩ/□]以上のベルト部材を用いることで、記録シートが転写部材に静電的な力で吸着し易くなり像担持体からの記録シートの分離性を向上させることができる。 (態様B) (態様A)において、前記転写部材の表面抵抗率が14[logΩ/□]以下であることで、転写部材を適切に分極させることができ、記録シートを転写部材側に静電的な力によって吸着させることができる。 (態様C) (態様B)において、前記転写部材の表面抵抗率が11[logΩ/□]以上13[logΩ/□]以下であることで、より適切に転写部材を分極させることができ、記録シートを転写部材側に静電的な力によって吸着させることができる。 (態様D) (態様A)、(態様B)または(態様C)において、前記転写部材の体積抵抗率が10[logΩ・m]以上12[logΩ・m]以下である。これによれば、上記実施形態について説明したように、転写部材を適切に分極させることができる。 (態様E) (態様A)、(態様B)、(態様C)または(態様D)において、前記転写部材の表面抵抗率を前記像担持体の表面抵抗率よりも高くする。これによれば、上記実施形態について説明したように、記録シートを転写部材側に静電的な力によって吸着させることができる。 (態様F) (態様A)、(態様B)、(態様C)、(態様D)または(態様E)において、前記像担持体は、前記複数の張架部材とは異なる複数の張架部材によって回転可能に張架されたベルト部材であり、前記像担持体を張架する張架部材の一つであり回転軸部材の周面にローラ部が設けられた二次転写対向ローラ33などの第一ローラ部材と、前記転写部材を張架する張架部材の一つであり回転軸部材の周面にローラ部が設けられた二次転写ローラ36などの第二ローラ部材とで、前記像担持体と前記転写部材とを挟み込むことにより前記転写ニップが形成され、前記第一ローラ部材の前記ローラ部の硬度が前記第二ローラ部材の前記ローラ部の硬度よりも低い。これによれば、上記実施形態について説明したように、転写ニップの形状を像担持体側が凹んだ形状となり、像担持体側への記録シートの巻き付きを発生し難くすることができる。 (態様G) (態様F)において、前記第一ローラ部材の前記ローラ部がスポンジ材料からなる。これによれば、上記実施形態について説明したように、簡単な構成で、転写ニップの形状を像担持体側が凹となるようにでき、像担持体への記録シートの巻き付きを発生し難くすることができる。 (態様H) (態様F)または(態様G)において、前記第一ローラ部材の前記ローラ部の硬度がASKER−Cで60[°]以下である。これによれば、上記実施形態について説明したように、転写ニップの形状を像担持体側が凹となるようにでき、像担持体への記録シートの巻き付きを発生し難くすることができる。 (態様I) (態様F)、(態様G)または(態様H)において、前記転写部材を張架する張架部材の一つであり前記第二ローラ部材とは異なる分離ローラ42などの第三ローラ部材を第二ローラ部材よりも記録シート搬送方向下流側に設けており、前記転写部材の前記第二ローラ部材と前記第三ローラ部材とによって張架されるベルト部分に記録シートを担持して搬送する。これによれば、上記実施形態について説明したように、転写ニップを通過した記録シートを転写部材に吸着させて搬送することができ、像担持体への記録シートの巻き付きを発生し難くすることができる。 (態様J) (態様A)、(態様B)、(態様C)、(態様D)、(態様E)、(態様F)、(態様G)、(態様H)または(態様I)において、前記電源を制御する電源制御部200などの制御手段を有しており、前記転写バイアスは少なくとも交流成分を含むものであり、前記像担持体上のトナー像を記録シートへ転写させる側のピーク電圧の持続時間をAとし、前記転写バイアスの交流成分の1周期の時間をTとしたとき、前記制御部は前記トナー像の記録シートへの転写時にDuty=(T−A)/T×100[%]が50[%]より大きなバイアスを出力するように前記電源を制御する。これによれば、上記実施形態について説明したように、50[%」よりも大きいDutyの転写バイアスを用いることで、交流電圧の重畳によって周期的に電位を変化させる転写バイアスの一周期内において、次のような時間配分を実現する。即ち、転写ニップでトナーに対して逆極性の電荷を注入するおそれのある時間を、注入のおそれのない時間よりも短くする。これにより、転写ニップでトナーに逆電荷を注入してしまうことによるトナー帯電量の低下を抑えることで、コート紙のような表面平滑シートに対してもトナー像を良好に転写して画像濃度不足の発生を抑えることができる。 (態様K) (態様A)、(態様B)、(態様C)、(態様D)、(態様E)、(態様F)、(態様G)、(態様H)、(態様I)または(態様J)において、前記像担持体は少なくとも弾性層を有する複数層からなる。これによれば、上記実施形態について説明したように、表面凹凸シートに対するトナー像の転写性を更に向上させることができる。 (態様L) (態様K)において、前記弾性層の表面に複数の粒子を分散させる。これによれば、上記実施形態について説明したように、像担持体表面からのトナー離型性を高めて転写効率を向上させることができる。また、像担持体からの記録シートの分離性を高めることができる。

1 トナー像形成ユニット 2 感光体 3 ドラムクリーニング装置 4 クリーニングブラシローラ 5 クリーニングブレード 6 帯電装置 7 帯電ローラ 8 現像装置 9 現像ロール 10 スクリュー部材 11 スクリュー部材 12 現像部 13 現像剤搬送部 30 転写ユニット 31 中間転写ベルト 31a 基層 31b 弾性層 31c 粒子 32 駆動ローラ 33 二次転写対向ローラ 34 クリーニングバックアップローラ 35 一次転写ローラ 36 二次転写ローラ 37 ベルトクリーニング装置 38 シート搬送ユニット 39 二次転写電源 40 濃度センサ 41 二次転写ベルト 42 分離ローラ 80 光書込ユニット 90 定着装置 91 定着ローラ 92 加圧ローラ 100 給送カセット 100a 給紙ローラ 101 レジストローラ対 110 直流電源 111 直流出力制御部 112 直流駆動部 113 直流電圧用トランス 114 直流出力検知部 115 出力異常検知部 140 交流電源 141 交流出力制御部 142 交流駆動部 143 交流電圧用トランス 144 交流出力検知部 145 除去部 146 出力異常検知部 200 電源制御部 221 電気接続部 242 電気接続部 243 電気接続部 301 ハーネス 302 ハーネス

特開2014−10383号公報