JP2009300720A - トナー担持体及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー担持体の使用期間に係わらず正確にトナー付着量を測定可能なトナー担持体、及びそれを用いて高精度な画像濃度制御を行うことにより高画質な画像を形成できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】中間転写ベルト８は、基材層５０、弾性層５１、及びコート層５３から成る３層構造であり、コート層５３が感光体ドラム１ａ〜１ｄと接触する。コート層５３の表面は微細な凹凸部５３ａと平面部５３ｂとが形成され、初期光沢度が所定値以下の粗面となっている。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真法を用いた画像形成装置に関し、特にトナーが担持される中間転写ベルトや搬送ベルト等のトナー担持体に関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置においては、一般にトナー担持体上に直接トナーを転写してパッチ画像（基準画像）を形成し、そのトナー量や位置を検出して濃度補正や色ずれ補正を行う。例えばタンデムフルカラー画像形成装置の場合、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの各画像形成部により中間転写ベルト上に各色の補正用パッチ画像が形成され、検知手段により画像を検知し、濃度及び色ずれ補正を行う。

検知手段としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学的検出手段が用いられる。例えば転写ベルト上のトナー付着量を測定する際には、発光素子からトナー像に対し測定光を射出する。測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。

トナーの付着量が多い場合には、ベルト表面からの反射光がトナーによって遮光されるので、受光素子の受光量が減少する。一方、トナーの付着量が少ない場合には、逆にベルト表面からの反射光が多くなる結果、受光素子の受光量が増大する。従って、受光した反射光量に基づく受光信号の出力値により各色のパッチ画像の濃度を検知し、予め定められた基準濃度と比較して帯電電位、現像バイアスの特性値や露光装置の露光量を調整することにより、各色について濃度補正が行われる。

パッチ画像を用いて厳密に濃度補正を行うには、中間転写ベルト上に付着した正確なトナー量を測定する必要がある。例えば、特許文献１においては、トナー担持体上に形成された基準パッチ画像に測定光を照射し、その正反射光量を検出してトナー付着量を測定している。この場合、トナー担持体として表面の光沢度の低いものを用いると、パッチ濃度に係わらずセンサ出力が小さくなり、正確なパッチ濃度の検出が困難となる。そのため、特許文献１ではトナー担持体表面の光沢度が所定値以上（測定角度２０度で５０以上９８以下）のものを用いることとしている。

一方、特許文献２においては、基準画像に測定光を照射し、その正反射光量と乱反射光量の差を検出してトナー付着量を測定している。この方法によれば、正反射光量のみを検出する特許文献１の方法に比べ、黒トナー、カラートナーのいずれにおいてもパッチ濃度に応じてセンサ出力が大きく変化するため、特にカラー画像形成装置において正確なトナー付着量の検出が可能となる。この場合においても、十分な正反射光量を得るため、特許文献１と同様にトナー担持体表面の光沢度が所定値以上のものを用いている。

ところで、一般に、画像形成装置の使用期間やトナーに含まれるトナー成分以外の別の成分（例えば研磨剤）によってトナー担持体の表面状態が変化する。そのため、予め設定されるトナー担持体の保証期間を終えるまで初期の表面状態を維持することができず、この表面状態の変化に応じて受光素子の受光出力が変化してしまうため、特許文献２の方法では正確なトナー付着量の測定が困難となる。

そこで、トナー担持体の表面状態の変化に係わらずトナー付着量を正確に測定する方法が提案されており、特許文献３には、表面の初期光沢度が測定角度６０度で２０以下である転写ベルト（トナー担持体）を用いた画像形成装置が開示されている。この方法によれば、ベルト表面の初期光沢度を低く抑えることで、耐久使用後における光沢度の変動幅を小さくしてトナー付着量を正確に測定可能となる。
特開２００２−２３４３３号公報 特開２００１−１９４８４３号公報 特開２００６−２０１５８７号公報

しかしながら、特許文献３に開示されている初期光沢度が低いトナー担持体を用いた場合であっても、耐久使用後における光沢度変化が大きい場合は正確なトナー付着量の測定が困難であった。また、表面の光沢度が極端に低くなると、基準画像からの反射光の出力信号レベルとベルト表面からの反射光の出力信号レベル（バックグランド値）とが接近してくるため、濃度制御が困難になるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、トナー担持体の使用期間に係わらず正確にトナー付着量を測定可能なトナー担持体、及びそれを用いて高精度な画像濃度制御を行うことにより高画質な画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、少なくとも弾性層と最外層であるコート層とを有し、前記コート層の表面に形成された基準画像に光を照射し、前記基準画像からの正反射光量と乱反射光量に基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出可能なトナー担持体において、前記コート層の表面を粗面とすることより、表面の初期光沢度を所定値以下としたことを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー担持体において、前記コート層の表面の算術平均傾斜Δａが０．０７５以上であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー担持体において、前記コート層の表面の初期光沢度が測定角度６０度で２０以下であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー担持体において、前記トナー担持体の耐用期間終期における前記コート層の表面の光沢度が測定角度６０度で１以上であり、且つ初期光沢度からの変動幅が１０以内であることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー担持体において、前記トナー担持体は、記録媒体に転写するためのトナー像が順次積層される中間転写ベルトであることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー担持体において、前記トナー担持体は、記録媒体を搬送するための搬送ベルトであることを特徴としている。

また本発明は、上記構成のトナー担持体上に形成された基準画像に光を照射し、その正反射光量と乱反射光量を同時に測定可能な光学的検出手段と、該光学的検出手段により測定された前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号の差分に基づき前記基準画像におけるトナー付着量を検出して画像濃度の制御を行う制御手段と、を備えた画像形成装置である。

本発明の第１の構成によれば、コート層の表面を粗面として表面の初期光沢度を所定値以下とすることにより、トナー担持体の耐用期間の終期までの光沢度の変動幅が小さくなるため、トナー担持体の耐用期間の全域に亘ってトナー担持体上のトナー付着量を正確に測定することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成のトナー担持体において、コート層の表面の算術平均傾斜Δａを０．０７５以上とすることにより、光沢度と相関性の高い算術平均傾斜Δａを用いて光沢度を厳密に管理することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成のトナー担持体において、コート層の表面の初期光沢度が測定角度６０度で２０以下のものを用いることにより、コート層の経時的な光沢度変化を一層小さくし、トナー担持体の使用初期から耐用期間の終期まで正確なトナー付着量の測定が可能となる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第２又は第３の構成のトナー担持体において、トナー担持体の耐用期間終期におけるコート層の表面の光沢度を測定角度６０度で１以上とし、且つ初期光沢度からの変動幅を１０以内とすることにより、基準画像からの反射光の出力信号レベルとトナー担持体表面からの反射光の出力信号レベル（バックグランド値）とが接近するのを防ぎ、耐用期間の終期においても安定した濃度制御が可能となる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成のトナー担持体を、記録媒体に転写するためのトナー像が順次積層される中間転写ベルトとして用いることにより、中間転写ベルト上に補正パッチ画像を形成して濃度補正を行う場合に厳密な補正が可能となり、より高画質な画像形成が可能となる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第４のいずれかの構成のトナー担持体を、記録媒体を搬送するための搬送ベルトとして用いることにより、搬送ベルト上に補正パッチ画像を形成して濃度補正を行う場合に厳密な補正が可能となり、より高画質な画像形成が可能となる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成のトナー担持体上に形成された基準画像に光を照射し、その正反射光量と乱反射光量を同時に測定可能な光学的検出手段により測定された正反射光量と乱反射光量の受光出力信号の差分に基づき基準画像におけるトナー付着量を検出して画像濃度の制御を行うことにより、トナー担持体の使用期間に係わらず正反射光量と乱反射光量の差分に基づいて算出された被覆率とトナー付着量との関係が安定し、高画質な画像を形成できる画像形成装置となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明のトナー担持体を備えた画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置（カラープリンタ）１００本体内には４つの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成部Ｐａ〜Ｐｄは、異なる４色（マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成部Ｐａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転しながら各画像形成部に隣接して移動する中間転写ベルト（トナー担持体）８上に順次転写（一次転写）された後、二次転写ローラ９において用紙Ｓ上に一度に転写（二次転写）され、さらに、定着部７において用紙Ｓ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｓは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、二次転写ローラ９の下流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのクリーニングブレード１９が配置されている。

次に、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング部５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電器２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光装置４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラ（現像剤担持体）を備え、それぞれマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のマゼンタ、シアン、イエロー、及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング部５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラ１０、駆動ローラ１１及びテンションローラ２０に掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、用紙Ｓがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）において用紙Ｓ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｓは、定着ローラ対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｓの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｓは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｓの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ対１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｓの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した用紙Ｓの一部を一旦排出ローラ対１５から装置外部にまで突出させる。その後、用紙Ｓは排出ローラ対１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により用紙Ｓの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

画像形成部Ｐｄの下流側且つ二次転写ローラ９の上流側直近にはトナー付着量測定装置２１が配置されている。トナー付着量測定装置２１は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて中間転写ベルト８上に形成される基準画像に測定光を照射し、基準画像を構成する各パッチ画像からの反射光量を検出する。検出結果は受光出力信号として後述する制御部３２に送信される。トナー付着量測定装置２１としては、一般にＬＥＤ等から成る発光素子と、フォトダイオード等から成る受光素子を備えた光学センサが用いられる。基準画像の濃度を測定する際、発光素子から中間転写ベルト８上の各パッチ画像に対し順次測定光を照射すると、測定光はトナーによって反射される光、及びベルト表面によって反射される光として受光素子に入射する。なお、トナー付着量測定装置２１の具体的な構成については後述する。

トナー付着量測定装置２１は、測定対象物までの距離を厳密に規定しておく必要があるため、図１に示すように、中間転写ベルト８表面までの距離変動の少ない駆動ローラ１１に対抗するような位置に配置されており、中間転写ベルト８上の基準画像の形成位置に合わせて中間転写ベルト８の幅方向に位置決めされている。

なお、トナー付着量測定装置２１は中間転写ベルト８上の基準画像を検知可能な他の位置に配置しても良いが、例えば二次転写ローラ９よりも下流側に配置した場合、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにより基準画像が形成されてから濃度検知が行われるまでの時間が長くなり、さらに基準画像が二次転写ローラ９と接触することにより基準画像の表面状態が変化するおそれもある。そのため、図１のように画像形成部Ｐｄよりも下流側且つ二次転写ローラ９の接触位置よりも上流側に配置することが好ましい。

図２は、画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。図１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。画像形成装置１００は、画像入力部３０、ＡＤ変換部３１、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、制御部３２、記憶部３３、操作パネル３４、定着部７、中間転写ベルト８、二次転写ローラ９、及びトナー付着量測定装置２１等から構成されている。

トナー付着量測定装置２１は、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄにおいて中間転写ベルト８（図１参照）上に形成される各パッチ画像に測定光を照射し、パッチ画像からの反射光量を検出する。検出結果は受光出力信号として後述する制御部３２に送信される。

画像入力部３０は、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部であり、画像形成装置１００が図１に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部３０より入力された画像信号はＡＤ変換部３１においてデジタル信号に変換された後、後述する記憶部３３内の画像メモリ４０に送出される。

記憶部３３は、画像入力部３０から入力されＡＤ変換部３１においてデジタル変換された印刷画像データをページ単位で記憶する画像メモリ４０、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される読み書き自在のＲＡＭ（Random Access Memory）４１、及び画像形成装置１００の制御用プログラムや制御上の必要な数値等の画像形成装置１００の使用中に変更されることがないデータ等が収められる読み出し専用のＲＯＭ（Read Only Memory）４２を備えている。また、ＲＡＭ４１（或いはＲＯＭ４２）には、トナー付着量測定装置２１の測定出力値とトナー付着量との関係がトナー付着量データとして予め記憶されている。

操作パネル３４は、画像形成装置１００の状態や画像形成状況や印刷部数を表示するとともに、タッチパネルとして両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行う液晶表示部、印刷部数の設定や画像形成装置１００がＦＡＸ機能を有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのテンキー、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられており、ユーザは操作パネル３４を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。

制御部３２は、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）であり、設定されたプログラムに従って画像入力部３０、画像形成部Ｐａ〜Ｐｄ、定着部７やトナー付着量測定装置２１を全般的に制御するとともに、画像入力部３０で読み取られた画像信号を、必要に応じて変倍処理或いは階調処理して画像データに変換する。露光装置４は、処理後の画像データに基づいてレーザ光を照射し、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に潜像を形成する。

さらに制御部３２は、操作パネル３４のキー操作により、各色の画像濃度を適正に設定するためのモード（以下、キャリブレーションモードという）が入力されると、トナー付着量測定装置２１により検出された受光出力信号を受信し、記憶部３３に記憶されたトナー付着量データに基づいてトナー付着量の算出を行う機能、算出されたトナー付着量に基づいてパッチ画像の濃度を決定し、予め定められた基準濃度と比較して帯電器２ａ〜２ｄの帯電電位や現像装置３ａ〜３ｄの現像バイアス、或いは露光装置４の露光量等を調整することにより、各色について濃度補正を行う機能を有している。なお、キャリブレーションモードは、装置の電源ＯＮ時や所定枚数の画像形成処理が終了した時にも自動的に設定されるようにしてもよい。

濃度補正用パッチ画像の一例を図３に示す。ユーザによりキャリブレーションモードが設定されると、図３（ａ）に示すように、中間転写ベルト８上の進行方向に向かって左端に、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｂ）の各色の矩形のパッチ画像が一列に形成される。感光体ドラム１ｂにより形成されるマゼンタ（Ｍ）のパッチ画像は、白ベタ画像（Ｍ１）から、最も濃色の画像（Ｍ５）まで５段階の濃度のパッチ画像Ｍ１〜Ｍ５が進行方向から順に形成される。

図３（ａ）におけるＭ１及びＭ２の部分を拡大した様子を図３（ｂ）に示す。図から判るように、隣接するパッチ画像Ｍ１及びＭ２は、境界において濃度が変化するようにそれぞれ単色で形成されている。以下、パッチ画像Ｍ３〜Ｍ５についても同様に形成され、さらにシアン（Ｃ）のパッチ画像Ｃ１〜Ｃ５、イエロー（Ｙ）のパッチ画像Ｙ１〜Ｙ５及びブラック（Ｂ）のパッチ画像Ｂ１〜Ｂ５についてもＭ１〜Ｍ５と同様の構成で形成されている。

図１のようなタンデム方式のカラー画像形成装置による画像形成では、前述した画像形成過程により感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にパッチ画像形成用のトナー像が形成される。形成されたトナー像が一次転写ローラ６ａ〜６ｄにより中間転写ベルト８上の所定位置に転写され、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各色のパッチ画像が形成される。

図４は、トナー付着量測定装置の構成を示す概略図である。トナー付着量測定装置２１は、中間転写ベルト８の表面に測定光を投光する発光素子（例えばＬＥＤ）２２と、中間転写ベルト８から反射した反射光を受光する第１及び第２の受光素子２３、２４とを有しており、発光素子２２と中間転写ベルト８との間には偏光フィルタ２５が配置され、この偏光フィルタ２５はＰ偏光の光のみを透過する。一方、第２の受光素子２４と中間転写ベルト８との間には、偏光分離プリズム２６が配置され、この偏光分離プリズム２６はＰ偏光の光を透過して第１の受光素子２３に与え、Ｓ偏光の光を反射して第２の受光素子２４に与える。また、発光素子２２は中間転写ベルト８の表面に対して所定量傾いた角度で配置されている。

いま、十分な量（適正量）のトナーが中間転写ベルト８上に転写されたとする。発光素子２２から中間転写ベルト８に測定光を投光すると、図４（ａ）のように、Ｐ偏光の光（以下、正反射光という）Ｐ１とＳ偏光の光（以下、乱反射光という）Ｓ１とを含んだ測定光は、偏光フィルタ２５によって光Ｓ１がカットされ、光Ｐ１のみとなって偏光フィルタ２５から中間転写ベルト８に投光される。光Ｐ１はトナーｔを透過して中間転写ベルト８の表面に達することがなく、全てトナーｔの表面で反射されることになる。

この反射光は、偏光分離プリズム２６により正反射光Ｐ３と乱反射光Ｓ３とに分離されて、光Ｐ３を第１の受光素子２１で受光し、光Ｓ３を第２の受光素子２４で受光する。そして、第１及び第２の受光素子２３及び２４は、受光した光を光電変換して第１及び第２の出力信号を出力し、これら第１及び第２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、制御部３２（図２参照）に与えられる。制御部３２では、中間転写ベルト８に適正量のトナーが付着している状態において、第１及び第２の出力信号のレベルが等しくなるように、第１及び第２の受光素子の出力レベル（ゲイン）が調整されている。

一方、図４（ｂ）のように、中間転写ベルト８にトナー像が形成されていない状態で、正反射光Ｐ１と乱反射光Ｓ１とを含む測定光を中間転写ベルト８に投光すると、偏光フィルタ２５によって光Ｓ１がカットされ、光Ｐ１のみが中間転写ベルト８の表面に投光され、中間転写ベルト８の表面形状（例えば、表面粗さ）に応じた正反射光と乱反射光とを含む反射光となる。この反射光は、偏光分離プリズム２６で正反射光Ｐ２と乱反射光Ｓ２とに分離されて、光Ｐ２を第１の受光素子２３で受光し、光Ｓ２を第２の受光素子２４で受光する。

第１及び第２の受光素子２３、２４は、受光した光（Ｐ２、Ｓ２）を光電変換して第１及び第２の出力信号を出力し、これら第１及び第２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、制御部３２に与えられる。制御部３２では、このときの第１及び第２の出力信号の差を基準値として設定する。上述のようにして、第１及び第２の受光素子の出力レベルを調整するとともに、基準値を設定した後、図４（ｃ）に示す中間転写ベルト８上のトナー付着量の測定が行われる。

図４（ｃ）において、Ｐ偏光の光Ｐ１とＳ偏光の光Ｓ１とを含んだ測定光は、図４（ａ）、（ｂ）と同様に偏光フィルタ２５によって光Ｓ１がカットされ、光Ｐ１のみがトナーに投光される。いま、中間転写ベルト８上に形成されたトナー像のトナー量が十分でないとすると、トナーへの入射光Ｐ１は、トナーｔの表面でその一部が反射し、残りはトナーｔを透過する。トナーｔを透過した光は、中間転写ベルト８の表面で反射することになる。

つまり、中間転写ベルト８の表面に投光された光Ｐ１は、正反射光Ｐ２と乱反射光Ｓ２とになって反射することになる。そして、この正反射光Ｐ２及び乱反射光Ｓ２は偏光分離プリズム２６で分離されて、光Ｐ２が第１の受光素子２３によって受光され、光Ｓ２が第２の受光素子２４によって受光される。同様にして、トナーｔの表面で反射された正反射光Ｐ３と乱反射光Ｓ３は偏光分離プリズム２６で分離されて、光Ｐ３が第１の受光素子２３によって受光され、光Ｓ３が第２の受光素子２４によって受光される。

前述のように、第１及び第２の受光素子２３、２４は、受光した光を光電変換して第１及び第２の出力信号を出力し、これら第１及び第２の出力信号は、Ａ／Ｄ変換された後、制御部３２に与えられる。制御部３２では、第１及び第２の出力信号の差を測定出力値として求め、測定出力値を前述の基準値に基づいて補正して補正出力値とする。つまり、トナーが付着していない場合の補正出力値を１とすると、補正出力値は、（測定出力値／基準値）によって求まる。

記憶部３３には、測定出力値とトナー付着量との関係がトナー付着量データとして予め設定されており、補正出力値に応じてトナー付着量データからトナー付着量（画像濃度）を得て、測定結果として出力することになる。トナーの被覆率Ｃは、以下の式（１）により求められる。
Ｃ＝１−[(P−P₀)−(S−S₀)]／[(Pg−P₀)−(Sg−S₀)] ・・・（１）
ただし、
P ：基準画像の正反射光量の受光出力電圧
S ：基準画像の乱反射光量の受光出力電圧
P₀：非発光時の正反射光量の受光出力電圧
S₀：非発光時の乱反射光量の受光出力電圧
Pg：トナー担持体表面の正反射光量の受光出力電圧
Sg：トナー担持体表面の乱反射光量の受光出力電圧
である。

即ち、ベルト上に適正トナー量が付着した状態では、Ｐ−Ｐ₀＝Ｓ−Ｓ₀となるように受光素子の出力レベル（ゲイン）が調整されているため、被覆率Ｃは１となり、ベルト上にトナーが付着していない状態ではＰ＝Ｐｇ、Ｓ＝Ｓｇであるため、被覆率Ｃは０となる。被覆率Ｃが１のときのトナー付着量Ｔが１ｍｇ／ｃｍ²である場合は、上記の式（１）によりトナー付着量Ｔが直接算出される。

なお、ここではトナーが付着していない状態での出力信号の差を基準値として（測定出力値／基準値）により測定出力値を補正し、補正出力値からトナー付着量を測定しているが、補正出力値の算出方法はこれに限定されるものではなく、例えば上述した補正出力値に受光素子の汚れを考慮した補正係数をさらに乗じて算出しても良い。

本発明においては、中間転写ベルト８の表面を粗面とすることにより、表面の初期光沢度を所定値以下としたものを使用することを特徴としている。通常、画像形成装置の使用期間やトナーに含まれる外添剤の付着によって中間転写ベルト８の光沢度は徐々に低くなるが、初期の光沢度が十分に低い中間転写ベルト８を用いることにより、保証期間（耐用期間）の終期までの光沢度変化が小さくなるため、算出された被覆率とトナー付着量との関係を安定化することができる。なお、初期光沢度はベルト表面の色味の変化によっても低下させることができるが、本発明のようにベルト表面を粗くして初期光沢度を低下させた場合、耐久使用後における光沢度の変動幅がより小さくなるため、ベルトの使用期間全域に亘ってトナー付着量を正確に測定可能となる。

図５は、本発明の中間転写ベルトの一構成例を示す断面模式図である。中間転写ベルト８は、基材層５０、弾性層５１、及びコート層５３から成る３層構造であり、コート層５３が感光体ドラム１ａ〜１ｄ（図１参照）と接触する。コート層５３の表面は微細な凹凸部５３ａと平面部５３ｂとが形成された粗面となっている。基材層５０は中間転写ベルト８を構成する基本素材となって所定の剛性を付与するとともに、弾性層５１及びコート層５３を積層する際の加工条件に耐え、更に、中間転写ベルト８の製造に際し、加工作業性、耐熱性、滑り性、その他の諸物性において優れたものであることが好ましい。このような基材層５０の材質としては、例えばポリイミド樹脂が好適に用いられる。

弾性層５１は、中間転写ベルト８に弾性を付与して応力集中による画像の中抜け現象を防止するものである。弾性層５１の材質としては、例えばクロロプレンゴムやポリウレタンゴム等が用いられる。コート層５３は弾性層５１を保護するものであり、コート層５３を形成するコート剤としてはアクリルコート剤、フッ素樹脂コート剤、シリコンコート剤等が用いられ、アクリルコート剤が好適に用いられる。また、コート剤中にはコート層５３の表面を粗面とするためのフィラーが添加されている。フィラーとしては、外径２〜６μｍ程度のアクリル樹脂ビーズが用いられる。

中間転写ベルト８の製造方法としては、基材層５０上に溶融押出し法或いはラミネート法等により弾性層５１を所定の厚みに積層し、フィラーを添加したコート剤をコーティングしてコート層５３を積層する方法が挙げられる。なお、中間転写ベルト８の積層構造は少なくとも弾性層５１とコート層５３を含んでいれば良く、基材層５０を含まない構成や、基材層５０、弾性層５１、コート層５３以外の他の層を含む構成であっても良い。

ところで、一般に表面粗さが大きくなるほど光沢度は低下する傾向にあるが、表面粗さとして十点平均粗さＲｚや中心線平均粗さＲａを用いた場合、光沢度と表面粗さとの良好な相関が得られない。この原因としては、例えばＲｚでは凹凸の大きい十点の平均値となるため、図５のような表面形状において凹凸部５３ａは表面粗さの計算に用いられるが、平面部５３ｂは計算に用いられない。しかし、光沢度（反射度）には平面部５３ｂの大きさが寄与するため、Ｒｚの値が大きくても光沢度が下がらない場合があるものと考えられる。

そこで、本発明においては算術平均傾斜Δａを用いて表面粗さを測定することとした。算術平均傾斜は、下記式（２）によって表される任意区間の傾きの平均値であり、図５における凹凸部５３ａに平面部５３ｂも加味して計算される。
ｎ−１
Δａ＝１／（ｎ−１）Σ｛ｔａｎ^-1｜（ΔＹｉ／ΔＸ）｜｝・・・（２）
ｉ＝１

図６は、中間転写ベルト表面の算術平均傾斜Δａと光沢度との関係を示すグラフである。光沢度の測定にはＨＯＲＩＢＡ（株）製の光沢度計（ＧＬＯＳＳ ＣＨＥＣＫＥＲ ＩＧ−３３０）を用いた。また、算術平均傾斜Δａの測定には東京精密（株）製の表面粗さ測定器（ＳＵＲＦＣＯＭ１５００ＤＸ）を用いた。光沢度を測定する場合、光沢度の高いものは測定角を小さく、光沢度の低いものは測定角を小さくとって測定するのが一般的であり、日本工業規格（ＪＩＳ）ではこの測定角を２０°、４５°、６０°、７５°、８５°と規定している。光沢度の高いものの計測には２０°が使用されるが、本発明で用いられる中間転写ベルトは表面の光沢度が低いものであり、測定範囲の広い６０°が実際に広く使用されているため、本明細書中では測定角を６０°に設定した。図６に示すように、算術平均傾斜Δａと光沢度は良く相関している。

図７は、表面の算術平均傾斜Δａが０．００８及び０．１である２種類の中間転写ベルトＡ、Ｂを用いて画像出力を行ったときの、ベルト表面の光沢度の推移を示すグラフである。なお、中間転写ベルトＡの初期光沢度は６８、Ｒｚは３．０μｍであり、中間転写ベルトＢの初期光沢度は１１．５、Ｒｚは３．２μｍであった。図７に示すように、Δａが０．００８である中間転写ベルトＡ（図の破線で表示）は、２０，０００枚出力時に光沢度が１２まで低下し、光沢度の変動幅は５６であった。一方、Δａが０．１である中間転写ベルトＢ（図の実線で表示）は、２０，０００枚出力時に光沢度が８まで低下し、光沢度の変動幅は３．５と僅かであった。つまり、Ｒｚが近似していても初期光沢度及び光沢度の変動幅に大きな差があることから、光沢度の管理には算術平均傾斜Δａを用いることが好ましい。

ここで、コート層５３の表面の初期光沢度が約３５以下である中間転写ベルト８を用いれば、被覆率とトナー付着量の関係がよく一致することがわかっているため、図６からコート層５３の表面の算術平均傾斜Δａを０．０７５以上とすれば良いことがわかる。また、中間転写ベルト８の経時的な光沢度変化を小さくし、ベルト耐用期間の終期まで正確なトナー付着量の測定を可能とするためには、コート層５３の表面の初期光沢度を２０以下とすることが好ましい。また、初期光沢度からの光沢度の変動幅は１０以内であることが好ましい。

なお、初期光沢度が十分に低く、光沢度の変動幅も小さい場合であっても、例えば光沢度が１を下回ると、基準画像からの反射光の出力信号レベルとベルト表面からの反射光の出力信号レベル（バックグランド値）とが接近してくるため、濃度制御が困難になる。そのため、ベルト耐用期間の終期においても光沢度が１以上を維持するように初期光沢度を設定することが好ましい。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、トナー担持体の一例である中間転写ベルト８上にトナー像を形成し、中間転写ベルト８上のトナー付着量を測定する場合について説明したが、中間転写ベルト８に限らず、搬送ベルトにより搬送される転写紙上に各色の画像を順次転写する方式の画像形成装置において、搬送ベルト上に形成された基準画像のトナー付着量を測定する場合についても全く同様に適用可能である。

また、ここでは一例として、画像形成部を複数備えたタンデム方式のカラー画像形成装置について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、感光体ドラムに対向する位置に複数の現像カートリッジを順次回転移動させて感光体ドラム上の静電潜像の現像を行うロータリー式のカラー画像形成装置や、デジタル、アナログ方式のモノクロ画像形成装置、或いはファクシミリやプリンタ等の他の画像形成装置にも適用できるのはもちろんである。

厚さ０．１２ｍｍのポリイミド製の基材層上に溶融押出し法により厚さ０．２５ｍｍのクロロプレンゴム製の弾性層を積層した。次に、フィラーとして外径２．２μｍのアクリル樹脂ビーズを１１％、１０％、及び８％配合した３種類のアクリルコート剤を弾性層上にコーティングした後、乾燥して厚さ０．００５ｍｍのコート層を積層し、本発明の中間転写ベルトを製造した。光沢度計（ＧＬＯＳＳ ＣＨＥＣＫＥＲ ＩＧ−３３０、ＨＯＲＩＢＡ（株）製）を用いてコート層表面の初期光沢度を測定したところ、１５．３（本発明１）、１７．８（本発明２）、及び２２（本発明３）であった。

実施例１で得られた本発明１〜３の中間転写ベルトを搭載した試験機を用い、耐久試験後（１０万枚印字後）におけるコート層表面の光沢度を測定し、光沢度の変動幅及び濃度制御性を評価した。また、ベルト表面の色味を変化させて初期光沢度を２２、及び８．８とした中間転写ベルトを比較例１、２とし、本発明１〜３と同様に評価した。濃度制御性の評価は、ベルト表面に基準画像を形成し、図４のトナー量測定装置で測定した測定出力値をそのまま濃度制御に使用できた場合を○、測定出力値の補正が必要であった場合を△とした。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、表面を粗面として初期光沢度を２０以下とした本発明１及び２の中間転写ベルトでは、耐久試験後における光沢度の変動幅も１０以下となり、測定出力値を補正することなく高精度で濃度を測定することができた。また、本発明３の中間転写ベルトでは、初期光沢度が２０よりも大きいものの、耐久試験後の変動幅が小さいため、測定出力値の補正は不要であった。

一方、色味の変化によって光沢度を調整した比較例１の中間転写ベルトでは、耐久試験後における光沢度の変動幅が２７と大きくなり、測定出力値の補正が必要となった。また、比較例２の中間転写ベルトでは、初期光沢度が８．８と低く、光沢度の変動幅も８．１と小さかったが、耐久試験後における光沢度が０．７まで低下したため、基準画像からの反射光の出力信号レベルとベルト表面からの反射光の出力信号レベル（バックグランド値）とが接近して濃度制御が困難となった。

本発明は、少なくとも弾性層と最外層であるコート層とを有し、コート層の表面に形成された基準画像に光を照射し、基準画像からの正反射光量と乱反射光量に基づいて基準画像のトナー付着量を検出可能なトナー担持体において、コート層の表面を粗面とすることより、表面の初期光沢度を所定値以下としたものである。

これにより、使用期間やトナーに含まれる外添剤によりトナー担持体の表面状態が変化しても保証期間の終期までの光沢度変化が小さくなるため、使用期間の全域に亘ってトナー付着量を高精度に測定可能なトナー担持体を提供することができる。表面粗さの管理には光沢度と相関性の高い算術平均傾斜Δａを用い、Δａが０．０７５以下のトナー担持体を用いることが好ましい。

また、耐用期間終期における表面の光沢度が測定角度６０度で１以上であり、且つ初期光沢度からの変動幅が１０以内であるトナー担持体を用いることで、トナー担持体の使用開始から保証期間の終了まで安定した精確な濃度制御が可能となる。また、基準画像からの反射光の出力信号レベルとベルト表面からの反射光の出力信号レベル（バックグランド値）とが接近して濃度制御が困難になる不具合も防止できる。

また、上記のトナー担持体を中間転写ベルト若しくは搬送ベルトとして用いることで、トナー担持体の使用期間や表面状態の変化に係わらず、常に高精度な濃度補正が可能な画像形成装置を提供することができる。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 は、本発明の画像形成装置の構成を示すブロック図である。 は、濃度補正用パッチ画像の概略図である。 は、本発明の画像形成装置に用いられるトナー付着量測定装置の一例を示す概要図である。 は、本発明の中間転写ベルトの一構成例を示す断面模式図である。 は、中間転写ベルト表面の算術平均傾斜Δａと光沢度との関係を示すグラフである。 は、表面の算術平均傾斜Δａが０．００８及び０．１である２種類の中間転写ベルトを用いて画像出力を行ったときの光沢度の推移を示すグラフである。

符号の説明

Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成部
１ａ〜１ｄ 感光体ドラム
２ａ〜２ｄ 帯電器
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光装置
６ａ〜６ｄ 一次転写ローラ
７ 定着部
８ 中間転写ベルト（トナー担持体）
９ 二次転写ローラ
１０ａ〜１０ｃ 従動ローラ
１１ 駆動ローラ
２１ トナー量測定装置（光学的検出手段）
２２ 発光素子
２３ 第１の受光素子
２４ 第２の受光素子
２５ 偏光フィルタ
２６ 偏光分離プリズム
３０ 画像入力部
３２ 制御部（制御手段）
３３ 記憶部
３４ 操作パネル
５０ 基材層
５１ 弾性層
５３ コート層
５３ａ 凹凸部
５３ｂ 平面部
１００ 画像形成装置

Claims (7)

1. 少なくとも弾性層と最外層であるコート層とを有し、前記コート層の表面に形成された基準画像に光を照射し、前記基準画像からの正反射光量と乱反射光量に基づいて前記基準画像のトナー付着量を検出可能なトナー担持体において、
   前記コート層の表面を粗面とすることにより、表面の初期光沢度を所定値以下としたことを特徴とするトナー担持体。
2. 前記コート層の表面の算術平均傾斜Δａが０．０７５以上であることを特徴とする請求項１に記載のトナー担持体。
3. 前記コート層の表面の初期光沢度が測定角度６０度で２０以下であることを特徴とする請求項２に記載のトナー担持体。
4. 前記トナー担持体の耐用期間終期における前記コート層の表面の光沢度が測定角度６０度で１以上であり、且つ初期光沢度からの変動幅が１０以内であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のトナー担持体。
5. 前記トナー担持体は、記録媒体に転写するためのトナー像が順次積層される中間転写ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトナー担持体。
6. 前記トナー担持体は、記録媒体を搬送するための搬送ベルトであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトナー担持体。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のトナー担持体上に形成された基準画像に光を照射し、その正反射光量と乱反射光量を同時に測定可能な光学的検出手段と、該光学的検出手段により測定された前記正反射光量と前記乱反射光量の受光出力信号の差分に基づき前記基準画像におけるトナー付着量を検出して画像濃度の制御を行う制御手段と、を備えた画像形成装置。

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