JP5499798B2 - 環状体、カートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

環状体、カートリッジ、及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、環状体、カートリッジ、及び画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置等の電子写真機器では、環状の部材である環状体が多く用いられており、例えば、像保持体や、帯電部材としての帯電ロールや、現像装置としての現像ロール、転写ベルト、転写装置としての転写ロール、及び定着装置としての定着ロール等が挙げられる。
これらの環状体を備えた画像形成装置等の装置では、装置を動作させるときの各種動作タイミング等の調整のために、環状体の外周面に位置検出用の検出部を設けることが行なわれている(特許文献1〜特許文献2)。
特許文献1には、エンドレスベルトの側縁部に位置検知用の位置検出マークを設けて、この位置検出マークを透明テープで覆うことが提案されている。特許文献1では、金属を蒸着、または金属シートを添付することで位置検出マークとしている。
特許文献2には、エンドレスベルトの両側縁部に設けられた蛇行防止用のリブと、ベルト本体との間に、ベルトの位置検知用の被検知部を設けることが提案されている。
特開2003−114558号公報 特開2005−215440公報
本発明の課題は、本発明における第の領域を有さない場合に比べて、画像形成装置で使用した際に、長期間に渡って該第の領域が良好に検出される環状体を提供することである。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、本発明は、
請求項1に係る発明は、樹脂と、磁性及び導電性の少なくとも一方を有する粒子と、を含んで構成された樹脂層を備え、前記樹脂層が、該樹脂層の面方向に、
第1の領域と、該第1の領域とは表面抵抗率及び磁束密度の少なくとも一方が異なる第2の領域と、を有し、前記第2の領域が、厚み方向の最表面側に設けられ前記粒子を含有しない樹脂領域と、該樹脂領域より厚み方向の内面側に設けられ前記樹脂領域及び前記第1の領域より前記粒子の密度の高い高密度領域と、を有し、前記第1の領域と、前記第2の領域と、は体積抵抗率が同じである環状体である。
請求項に係る発明は、前記粒子は、導電性を有し、前記第2の領域は、前記第1の領域より表面抵抗率が低い請求項1に記載の環状体である。
請求項に係る発明は、前記粒子は、磁性を有し、前記第2の領域は、前記第1の領域より磁束密度が大きい請求項1又は請求項2に記載の環状体である。
請求項に係る発明は、前記第2の領域が、環状体本体の幅方向の端部に設けられた請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体である。
請求項に係る発明は、前記第2の領域が、環状体本体の幅方向の少なくとも片側の側縁に沿って帯状に設けられた請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体である。
請求項に係る発明は、請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体と、該環状体を張力のかかった状態で掛け渡す複数の支持部材と、前記環状体の磁束密度及び表面抵抗率の少なくとも一方を測定することによって前記第の領域を検出する検出装置と、を備えたカートリッジである。
請求項に係る発明は、前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の幅方向の位置ずれを調整する調整装置を更に備えた請求項に記載のカートリッジである。
請求項に係る発明は、前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の回転速度を変更する変更装置を更に備えた請求項または請求項に記載のカートリッジである。
請求項に係る発明は、像保持体と、前記像保持体を帯電する帯電装置と、前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、前記像保持体上の前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、前記トナー像が転写される転写体と、前記転写体に転写された前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、前記記録媒体に転写された前記トナー像を該記録媒体に定着する定着装置と、を備え、前記像保持体、前記帯電装置、前記現像装置、前記転写装置、及び前記定着装置の少なくとも1つが、請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体を有し、前記環状体の磁束密度及び表面抵抗率の少なくとも一方を測定することによって前記第の領域を検出する検出装置を備えた画像形成装置である。
請求項10に係る発明は、前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の幅方向の位置ずれを調整する調整装置を更に備えた請求項に記載の画像形成装置である。
請求項11に係る発明は、前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の回転速度を変更する変更装置を更に備えた請求項または請求項10に記載の画像形成装置である。
請求項1〜請求項に係る発明によれば、本発明における第の領域を有さない場合に比べて、画像形成装置で使用した際に、長期間に渡って該第の領域が良好に検出される、という効果を奏する。
請求項〜請求項11に係る発明によれば、本発明における第の領域を有さない環状体を用いる場合に比べて、第の領域の検出精度低下に起因する検出不良が抑制される、という効果を奏する。
本実施形態に係る無端ベルトを示す概略斜視図である。 図1のA−A断面図である。 本実施形態に係る無端ベルトの図1とは異なる態様を示す概略斜視図である。 (A)〜(D)本実施形態に係る無端ベルトの製造工程を示す模式図である。 本実施の形態に係るカートリッジを示す概略斜視図である。 検出装置を示す概略模式図である。 (A)、(B)検出装置における回転電極周辺を拡大して示した概略模式図である。 本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 実施例及び比較例において表面抵抗率及び体積抵抗率の測定に用いた円形電極の一例を示す概略平面図(A)及び概略断面図(B)である。 実施例2作製した無端ベルトについて、デジタル・インスツルメンツ社製D3000及びNanoscopeIIIを用いて調べた電流像を示す図である。 (A)、(B)無端ベルトに設けられた検出領域の一例を示す模式図である。 (A)、(B)無端ベルトに設けられた検出領域と検出装置との位置関係の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る画像形成装置及びカートリッジを示す模式図である。 本実施形態の画像形成装置及びカートリッジの制御部で実行される処理を示すフローチャートである。 (A),(B)無端ベルトに設けられた検出領域と検出装置との位置関係の一例を示す模式図である。
以下、実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
<第1の実施の形態>
本実施形態に係る無端ベルト100は、図1及び図2に示すように、無端状に形成された環状体とされている。なお、本実施の形態の無端ベルト100が、本発明の環状体に相当する。
無端ベルト100は、樹脂と導電性粒子112とを含む樹脂層101から構成されている。
この樹脂層101は、樹脂層101の面方向に、表面抵抗率の異なる2つの領域を有している。具体的には、樹脂層101は、面方向に、第1の領域(以下、非検出領域と称する)101Bと、この非検出領域101Bより表面抵抗率の低い第2の領域(以下、検出領域101Aと称する)と、を有している。
このように、樹脂層101の面方向において、検出領域101Aの表面抵抗率と、非検出領域101Bの表面抵抗率が異なることから、無端ベルト100の表面抵抗率を測定することによって、検出領域101A及び非検出領域101Bが容易に検出される。このため、この検出領域101Aは、無端ベルト100における位置検出に用いられる。
この検出領域101Aの表面抵抗率の常用対数値(LogΩ/□)と、非検出領域101Bの表面抵抗率の常用対数値(LogΩ/□)と、の差は、1.0以上10.0以下であることが望ましく、3.0以上6.0以下であることがより望ましい。
検出領域101Aと非検出領域101Bとの表面抵抗率の常用対数値の差が上記範囲内であれば、無端ベルト100の表面抵抗率の測定によって、好適に検出領域101Aが検出される。
一方、検出領域101Aの表面抵抗率の常用対数値(LogΩ/□)と、非検出領域101Bの表面抵抗率の常用対数値(LogΩ/□)と、の差が1.0未満であると、無端ベルト100の小さな抵抗のばらつきが領域の違いとして検知されてしまう可能性があり、検出精度の低下を招く事が懸念されるため好ましくない。また、この差が10.0を超えると、表面抵抗を測定する測定装置の測定範囲の限界を超える可能性があることから好ましくない。
図2に示すように、検出領域101Aは、厚み方向に向かって、厚み方向の最表面側から順に、樹脂領域111A、高密度領域111B、及び背面側領域111Cを有している。
なお、本実施の形態において用いる「表面側」とは、無端ベルト100において、後述する検出装置によって表面抵抗率が測定される側の面を示している。また、「最表面側」とは、樹脂層101の最も表面側の領域を示している。
このため、該検出装置によって無端ベルト100の内周面側から表面抵抗率が測定される場合には、「表面側」とは、無端ベルト100の内周面側を示し、該検出装置によって無端ベルト100の外周面側から表面抵抗率が測定される場合には、「表面側」とは、無端ベルト100の外周面側を示す。本実施の形態では、「表面側」は無端ベルト100の外周面側であるものとして説明する。
上記樹脂領域111Aは、導電性粒子112の存在しない領域、すなわち樹脂のみの領域とされている。高密度領域111Bは、検出領域101Aの厚み方向における他の領域である樹脂領域111A及び背面側領域111C、並びに非検出領域101Bに比べて、導電性粒子112の密度の高い領域とされている。このため、高密度領域111Bは、該検出領域101Aにおける高密度領域111B以外の他の領域である樹脂領域111A及び背面側領域111C、並びに非検出領域101Bより、導電性の高い高導電領域とされている。
このように、本実施の形態においては、無端ベルト100の樹脂層101が、その面方向において表面抵抗率の異なる2つの領域である検出領域101A(非検出領域101Bより低い表面抵抗率)と、非検出領域101Bと、を有し、そして、この検出領域101Aは、厚み方向に向かって最表面側から順に導電性粒子112の存在しない樹脂領域111A、高密度領域111B、及び背面側領域111Cを有してなる。
すなわち、検出領域101Aは、厚み方向の最表面側に設けられ、導電性粒子112の存在しない樹脂領域111Aと、該樹脂領域111Aより厚み方向の内面側に設けられ、該樹脂領域111A及び非検出領域101Bより導電性粒子112の密度の高い高密度領域111Bと、を有している。
ここで、「厚み方向の内面側」とは、最表面側に設けられた検出領域101Aより厚み方向の内側の領域を示しており、無端ベルト100の厚み方向内部に限られず、該最表面側に対して反対側の面(最裏面側)であってもよい。
このため、検出領域101Aの表面が摩耗した場合であっても、高密度領域111Bに対して表面側に位置されている樹脂領域111Aが保護層として機能し、高密度領域111Bの摩耗や劣化が抑制される。このため、検出領域101Aの表面抵抗率が変化することが抑制される。
従って、この構成の無端ベルト100を用いて、無端ベルト100の表面抵抗率を測定することによって検出領域101Aを検出すれば、本構成を有さない場合に比べて、長期間にわたって高精度に検出領域101Aが検出されることとなる。
また、本実施の形態の無端ベルト100の検出領域101Aは、上述のように無端ベルト100に一体的に構成されている。このため、従来のような位置検出用のテープをベルト表面に貼り付ける等によりベルト本体に対して別体として検出領域を設ける場合に比べて、検出領域101Aの剥がれや位置ずれ等による検出精度の劣化が生じることは無く、長期間にわたって高精度に検出領域101Aが検出される。
また、無端ベルト100の表面抵抗率を測定することによって、検出領域101Aが検出されることから、光学式に検知する方式や、画像認識により検知する方式に比べて、摩耗や傷による影響が抑制され、長期間にわたって高精度に検出領域101Aが検出される。
上記樹脂領域111Aの厚みは、表面を平滑にする機能を有する点や、摩耗によって検出領域101Aの表面抵抗率が変化することを抑制する観点から、0.5μm以上3μm以下であることが望ましい。
また、検出領域101Aの最表面側から厚み方向15μmまでの間に、上記樹脂領域111A及び高密度領域111Bが設けられていることが望ましい。加えて、この高密度領域111Bの導電性は、検出領域101Aの最表面側から厚み方向15μm(望ましくは10μm)を超えた領域に配置される背面側領域111Cの導電性よりも5倍以上高いこと、望ましくは5倍以上100以下、より望ましくは5倍以上50倍以下であることがよい。
これは、最表面側から厚み方向15μmまでの領域において流れる最大の電流値(即ち、高密度領域111Bにおいて流れる最大の電流値)が、最外面から厚み方向15μmを越えたところから最内面までの領域(即ち背面側領域111Cにおいて流れる最大の電流値)において流れる最大の電流値に対して高いことを意味する。そして、上記導電性(最大の電流値)関係を持たせることで、検出領域101Aの体積抵抗率が非検出領域101Bの体積抵抗率より低減することが抑制されて略同じ体積抵抗率とされ、且つ検出領域101Aの表面抵抗率が非検出領域101Bより効果的に低くされることとなる。
なお、この樹脂層101を面方向に同じ面積の複数の領域に分割したときに、各領域について層方向の全領域に存在する導電性粒子112の含有量は、同じとされている。これは、後述する製造方法を用いることで実現される。このため、樹脂層101の上記検出領域101Aと非検出領域101Bとは、体積抵抗率は同じであるが、表面抵抗率が異なることとなる。このため、上記導電性(最大の電流値)関係を持たせることは、この特性を効果的に発現させる意味でも有用である。
なお、本実施の形態において、含有量が同じである、とは、比較対象の含有量の平均値に対する各対象の含有量が±5%の範囲以内であることを示している。また、密度が同じであるとは、比較対象の領域の密度の平均値に対する各測定対象領域の密度が±5%の範囲内であることを示している。体積抵抗率の定義については後述する。
上記、樹脂領域111A、高密度領域111B、及び背面側領域111Cにおける導電性粒子112の有無は、集束イオンビーム(FIB)によりベルト断面切片(無端ベルト100の切片)を作製し、透過型電子顕微鏡で直接粒子の有無を観察する方法、ミクロトームによりベルト断面切片を作製し、原子間力顕微鏡(AFM)の高さ情報から粒子の有無を観察する方法がある。
また、最表面側から厚み方向15μmまでの領域の導電性と最表面側から厚み方向15μmを越えたところから該厚み以上の深さまでの領域の導電性は、ミクロトームによりベルト断面切片を作製し、コンダクティングモードのAFM観察を行なうことで比較される。具体的な測定方法としては、デジタル・インスツルメンツ社製D3000及びNanoscopeIIIを用いて、測定モード: コンタクトモード、カンチレバー:Auコート導電性カンチレバー、バネ定数 0.2N/m、印加電圧:−5Vの条件で、ベルト断面切片(試料)を10μm四方で観察したときの各領域での電流値の最大値を調べる。
なお、ベルト断面切片(試料)は、包埋後ミクロトームにより断面試料を作製し、試料深さ方向と平行に銀ペースト電極を貼り合わせカンチレバーの対向電極とした。このベルト断面切片(試料)を10μm四方で観察し電流値(導電性)と高さ情報を得る。
但し、本条件は、一例であって、同条件に限定するものでない。ベルト断面切片(試料)により、測定範囲、印加電圧、バネ定数など任意に変更してもよい。
そして、上記手法で得られた電流値の最大値により導電性の比較を行なう。
なお、本実施の形態では、無端ベルト100は、樹脂層101による単層から構成されている場合を説明するが、このような構成に限られず、この樹脂層101の外周面側や内周面側に他の機能層を設けた構成であってもよい。この場合には、他の機能層は、樹脂層101における検出領域101Aと非検出領域101Bとの間の表面抵抗率の差に変化を与えない層、もしくは変化を与えたとしても検出領域101Aと非検出領域101Bとの間の表面低効率の差を検出装置が検出できる状態であればよい。
また、本実施の形態では、検出領域101Aは、図1に示すように、無端ベルト100の周縁部に沿って、所定間隔毎に設けられている場合を説明する。なお、本実施の形態では、検出領域101Aが無端ベルト100の周縁部に沿って所定の間隔をあけて設けられている場合を説明するが、この検出領域101Aは、樹脂層101の面方向の全領域ではなく、その用途に応じて該面方向の一部の領域に設けられていれば良く、どのような位置に設けられていても良い。
例えば、この検出領域101Aは、図3に示すように、幅方向の中央部に設けられた構成であってもよい。また、この検出領域101Aは、図11(A)に示すように、幅方向の両端部に設けられた構成であってもよい(図11(A)中、幅方向の一端側に設けられた検出領域101A、及び他端側に設けられた検出領域101A参照)。
なお、本実施の形態において、「端部」とは、無端ベルト100を後述する画像形成装置やカートリッジに適用したときに、画像の形成される対象となる領域より幅方向の外側の領域を意味し、具体的には、無端ベルト100の幅方向の中央部から両端部に向かって、無端ベルト100の幅方向の1/2の長さの80%以上100%以下の領域を示す。
この検出領域101Aは、表面抵抗率の測定によって検出されることから、従来技術のように周縁部に限られる等のように無端ベルト100上の面方向における場所を特定されず、任意の場所に形成される。
また、本実施の形態では、検出領域101Aは、無端ベルト100の面方向に複数設けられている場合を説明するが、少なくとも1つ設けられていれば良く、複数設けられた形態に限られない。
また、本実施の形態では、検出領域101Aは、無端ベルト100の面方向に間隔をあけて複数設けられている場合を説明するが、無端ベルト100の周方向(図1中、矢印Z方向)に長い帯状に設けられた形態であってもよい。また、検出領域101Aは、図11(B)に示すように、無端ベルト100の幅方向(図11中、矢印A方向)の両側の側縁に沿って帯状に設けられた形態であってもよい(図11(B)中、幅方向の一端側に設けられた検出領域101A、及び他端側に設けられた検出領域101A参照)。また、検出領域101Aは、図示は省略するが、無端ベルト100の幅方向の片側の側縁に沿って帯状に設けられた形態であってもよい。また、検出領域101Aは、帯状の検出領域101Aと、点状の検出領域101Aと、が混在して設けられていてもよい(図示省略)。
この検出領域101Aの、面方向を占める領域の形状は、後述するカートリッジ130や画像形成装置150において検出されやすい形状であればよく、どのような形状であってもよい。この形状としては、例えば、円状、矩形状、帯状等が挙げられる。
以下、本実施形態に係る無端ベルト100の構成材料や特性について説明する。この無端ベルト100は、上述したように、樹脂層101を環状、すなわち無端ベルト状とした構成とされている。
まず、樹脂層101に含まれる樹脂(以下、樹脂材料と称する)について説明する。
樹脂材料は、そのヤング率が、ベルト厚みによっても異なるが、望ましくは、3500MPa以上、より望ましくは4000MPa以上であればよく、ベルトとしての機械特性が満足される。樹脂としては、上記ヤング率を満たせば、制限はないが、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、補強材を添加してなるポリエステル樹脂などが挙げられる。
なお、ヤング率は、JIS K7127(1999)に準じて引張試験を行い、得られた応力・歪曲線の初期ひずみ領域の曲線に接線を引き、その傾きにより求める。測定条件としては、短冊状試験片(幅6mm、長さ130mm)、ダンベル1号、試験速度500mm/分、厚さはベルト本体の厚さの各設定で測定するものとする。
上記樹脂材料の中でも、ポリイミド樹脂が好適である。ポリイミド樹脂は、高ヤング率材料であることから、駆動時(支持ロール、クリーニングブレード等の応力)による変形が他の樹脂に比べ少ないので、色ズレ等の画像欠陥が生じにくい転写ベルトとなる。ポリイミド樹脂は、通常、等モルのテトラカルボン酸二無水物或いはその誘導体と、ジアミンとを溶媒中で重合反応させてポリアミド酸溶液として得られる。テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、下記の一般式(I)で示されるものが挙げられる。
(一般式(I)中、Rは4価の有機基であり、芳香族、脂肪族、環状脂肪族、芳香族と脂肪族を組み合わせたもの、又はそれらの置換された基である。)
テトラカルボン酸二無水物として具体的には、ピロメリット酸二無水物、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,2’−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホン酸二無水物、ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、エチレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。
一方、ジアミンの具体例としては、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジクロロベンジジン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、1,5−ジアミノナフタレン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、3,3’−ジメチル4,4’−ビフェニルジアミン、ベンジジン、3,3’−ジメチルベンジジン、3,3’−ジメトキシベンジジン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフォン、4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、2,4−ビス(β−アミノ第三ブチル)トルエン、ビス(p−β−アミノ−第三ブチルフェニル)エーテル、ビス(p−β−メチル−δ−アミノフェニル)ベンゼン、ビス−p−(1,1−ジメチル−5−アミノ−ベンチル)ベンゼン、1−イソプロピル−2,4−m−フェニレンジアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、ジ(p−アミノシクロヘキシル)メタン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ジアミノプロピルテトラメチレン、3−メチルヘプタメチレンジアミン、4,4−ジメチルヘプタメチレンジアミン、2,11−ジアミノドデカン、1,2−ビス−3−アミノプロボキシエタン、2,2−ジメチルプロピレンジアミン、3−メトキシヘキサメチレンジアミン、2,5−ジメチルヘプタメチレンジアミン、3−メチルヘプタメチレンジアミン、5−メチルノナメチレンジアミン、2,17−ジアミノエイコサデカン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,10−ジアミノ−1,10−ジメチルデカン、12−ジアミノオクタデカン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、ピペラジン、HN(CHO(CHO(CH)NH、HN(CHS(CHNH、HN(CHN(CH(CHNH等が挙げられる。
テトラカルボン酸二無水物とジアミンを重合反応させる際の溶媒としては、溶解性等の点より極性溶媒(有機極性溶媒)が好適に挙げられる。極性溶媒としては、N,N−ジアルキルアミド類が望ましく、具体的には、例えば、これの低分子量のものであるN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルトリアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ピリジン、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン等が挙げられる。これらは単数又は複数併用してもよい。
なお、ポリアミド酸溶液の固形分濃度は、5質量%以上40質量%以下 であることが好ましく、10質量%30質量%以下であることがより好ましい。前記固形分濃度が40質量%以内であることにより、塗布が容易に行えて塗膜の均一性が確保される。また、前記固形分濃度が5質量%以上であることにより、強度を有する膜厚が得られ易くなる。ポリアミド酸溶液の粘度について特に制限はないが、一般的に、1Pa・s以上500Pa・s以下の粘度のものが扱い易い。
次に、樹脂層101に含まれる導電性粒子112について説明する。
導電性粒子としては、導電性又は半導電性の粉末が使用でき、ベルトとして特定の電気抵抗を安定して得ることができれば、導電性に制限はないが、例えば、ケッチエンブラック、アセチレンブラック、pH5以下の酸化処理カーボンブラック等のカーボンブラック、アルミニウムやニッケル等の金属、酸化錫等の酸化金属化合物、チタン酸カリウム等が例示される。そしてこれらを単独、あるいは併用して使用してもよいが価格面で有利なカーボンブラックが望ましい。ここで、「導電性」とは、体積抵抗率が10 Ωcm未満であることを意味する。また、「半導電性」とは、体積抵抗率が10以上1013 Ωcm以下であることを意味する。他も同様である。
カーボンブラックは2種類以上含有してもよい。そのとき、これらのカーボンブラックは実質的に互いに導電性の異なるものであると望ましく、例えば酸化処理の度合い、DBP吸油量、窒素吸着を利用したBET法(吸着した窒素量から、1g当たりの表面積を算出する方法)による比表面積等の物性が異なるものを用いる。ここで、DBP吸油量(cc/100g)とは、カーボンブラック100gに吸収されるジブチルフタレート(DBP)の量を示すものであり、ASTM(アメリカ標準試験法)D2414−6TTに定義される値である。また、BET法は、JIS6217に定義される方法である。
導電性の異なる2種類以上のカーボンブラックを添加する場合、例えば高い導電性を発現するカーボンブラックを先に添加した後、導電率の低いカーボンブラックを添加して表面抵抗率を調整すること等が可能である。このように2種類以上のカーボンブラックを含有させる場合も、少なくとも、そのうちの1種類に酸化処理カーボンブラックを使うことによって、両方のカーボンブラックの混合や分散が高められる。
次に、本実施形態に係る樹脂層101によって構成された無端ベルト100の製造方法について説明する。図4は、本実施形態に係る無端ベルト100の製造方法を示す工程図である。
本実施形態に係る無端ベルト100の製造方法では、まず、導電性粒子112と樹脂材料と溶媒とを含有した塗布液を準備する。そして、図4(A)に示すように、塗布液を円筒状金型120に塗布して、当該塗布液の塗膜122を形成する。
そして、塗布液の円筒状金型120上への塗布方法は、特に制限はなく、例えば、円筒状金型120の外周面に浸漬する方式や、内周面に塗布する方式、内周面に塗布して遠心する方式、又は注形型に充填する方式などを利用して、無端状に塗膜122を形成する。なお、ベルトの形成に際しては、型の離型処理を施すことがよい。
ここで、塗布液として、カーボンブラック(導電性粒子112)を分散させたポリアミド酸溶液を調製する例を例示するがこれに限定するものではない。まず、精製したカーボンブラックを用意し、有機極性溶媒に分散する。分散方法は、予備攪拌を行った後に分散機、ホモジナイザーにより分散する方法が望ましい。カーボンブラックの精製方法と同様に微細メディアの混入がカーボンブラックの精製効果を低下させてしまうため、メディアを使用しないメディアフリーの分散方法が望ましく、特に高粘度溶液のバラツキを抑制して分散するジェットミルが望ましい。
得られたカーボンブラック分散液中にジアミン成分と酸二無水物成分を溶解・重合させてカーボンブラックを分散させたポリアミド酸溶液を作製する。
先に得られたカーボンブラック分散液中に、上記ジアミン成分及び上記酸無水物成分を溶解・重合させてカーボンブラック分散したポリアミド酸溶液を作製する。この際、モノマー濃度(溶媒中におけるジアミン成分と酸無水物成分の濃度)は種々の条件により設定されるが、5質量%以上30質量%以下が望ましい。また、反応温度は80℃以下に設定することが望ましく、特に望ましくは5℃以上50℃以下であり、反応時間は5時間以上10時間以下である。
カーボンブラックを分散したポリアミド酸溶液は高粘度溶液であるため、作製時に混入した気泡は自然に抜けることはなく、塗布により気泡に起因するベルトの突起、へこみ、穴等の欠陥が発生する。このため、脱泡することが望ましい。脱泡はできる限り塗布直前に行うことが望ましい。
次に、円筒状金型120に塗布された塗膜122を乾燥する。本乾燥では、塗膜122の残留溶媒量が25%以下になるように行うことがよく、望ましくは20%以下であり、さらに望ましくは15%以下である。塗膜122の残留溶媒量が多すぎると、検出領域101Aとされる領域の厚み方向内部において導電性粒子112の偏在(密度の上昇)が生じ難くなる。一方、残留溶媒量が低い程、後述する導電性粒子112の偏在(密度の上昇)が生じ易くなる。この塗膜122の残留溶媒量、つまり塗膜122の乾燥状態を制御することで、後述する検出領域101Aにおける導電性粒子112の偏在(密集)度合いが制御される他、得られる無端ベルト100の検出領域101Aにおける導電性粒子112が偏在した領域(高密度領域111B)の厚み方向の位置も制御される。
ここで、残留溶媒量とは、乾燥後の塗膜中に残留する溶媒重量の割合を示している。この残留溶媒量の求め方は、以下の通りである。
例えば、固形分量として樹脂材料固形分重量(樹脂材料乾燥重量)と導電性粒子重量が判明している場合には、乾燥前の塗膜の全重量を正確に秤量し、塗膜の全重量に含まれる溶媒重量を算出する。その後、上記乾燥後の塗膜の全重量を正確に秤量し、減少分を消失した溶媒重量として、(乾燥前塗膜重量-乾燥後塗膜重量)/(乾燥前塗布重量-樹脂固形分重量-機能性粒子重量)を計算し、残留溶媒量を求める。
また、熱抽出ガスクロマトグラム質量分析装置を用いて、残留溶媒量を求めてもよい。この測定の一例を以下に示す。例えば、上記乾燥後の塗膜から2mg以上3mg以下程度に切り取り出して試料を得て、この試料を秤量後、熱抽出装置(PY2020D:フロンティアラボ社製)に入れて400℃に加熱する。揮発成分を320℃のインターフェイスを経てガスクロマトグラム質量分析装置(GCMS−QP2010:島津製作所製)に注入し、定量する。すなわち、ヘリウムガスをキャリアガスとして、試料から揮発した量の1/51(スプリット比50:1)を線速度153.8cm/秒(カラム温度50℃でのキャリアガス流量1.50ml/分、圧力50kPa)で、 内径0.25μmφ×30mのカラム(フロンティアラボ社製キャピラリーカラムUA−5)に注入する。次いで、50℃で3分間保持した後、カラムを毎分8℃の割合で400℃まで昇温させ、同温度で10分間保持して、揮発成分を脱着させた。さらに、インターフェイス温度320℃で揮発成分を質量分析装置に注入し、溶媒に相当するピークの面積を求める。定量は、既知量の同一溶媒で予め検量線を作成して行った。これより求めた溶媒重量を上記乾燥後試料重量で除算して残留溶媒量が求められる。但し、上記測定例は、一例であって、使用する樹脂の分解や変化する温度、又は、溶媒の沸点により測定条件は変更して行なうことがよい。
次に、図4(B)に示すように、乾燥された塗膜122の表面の面方向において、検出領域101Aの対象となる対象領域101A’にのみ、樹脂材料を溶出させるための溶出用溶媒124を塗布する。すなわち、塗膜122の表面の面方向全領域の内の、検出領域101Aとされる対象の領域である対象領域101A’にのみ溶出用溶媒124を塗布し、該対象領域101A’以外の領域(図4中、領域101B’)には溶出用溶媒124を塗布しない。
この対象領域101A’にのみ溶出用溶媒124を塗布する方法としては、例えば、乾燥された塗膜122の表面の内の、対象領域101A’以外の領域101B’を、溶出用溶媒124に不溶なシート(図示省略)を設けてマスクして対象領域101A’のみが外気に露出した状態とする。そして、この該シート上の全領域に溶出用溶媒124を塗布することによって、結果的に、対象領域101A’にのみ溶出用溶媒124が塗布されるようにすればよい。
このシートについては、検出領域101Aが形成された後に外せばよい。
この溶出用溶媒124が塗布された対象領域101A’では、溶出用溶媒124が乾燥された塗膜122に浸透する。このため、塗膜122における、溶出用溶媒124との界面に連続する領域が、溶出用溶媒124によって膨潤状態とされる。このとき、塗膜122における、溶出用溶媒124との界面に連続する領域に比べて、該界面に連続する溶出用溶媒124中に存在する溶媒量の方が多い(溶媒濃度が高い)。このため、塗膜122における溶出用溶媒124との界面に連続する溶液中に含まれる樹脂材料が、溶出用溶媒124側に溶出し易くなる。
すると、図4(C)に示すように、導電性粒子112は溶出用溶媒124に溶出することはないから、樹脂材料が溶出用溶媒124側に溶出すると、対象領域101A’中の樹脂材料が溶出した領域では、該対象領域101A’における厚み方向の他の領域に比べて、樹脂材料が溶出した分、導電性粒子112の密度が上昇することとなる。結果、対象領域101A’の表面(溶出用溶媒124との界面に連続する領域)には、導電性粒子112の偏在した偏在領域122Aが形成されることとなる。
ここで、溶出用溶媒124は、樹脂材料を溶出させる溶媒である。このため、溶出用溶媒は、樹脂材料を溶解する溶媒から選択される。ここで、樹脂材料を溶解するとは、25℃において溶媒に対し、樹脂固形分が10wt%以上溶解する事を意味する。
溶出用溶媒としては、当該塗布液に含まれる溶媒と同じ種類の溶媒を適用することがよい。例えば、塗布液としてポリアミド酸溶液をする場合、極性溶媒が挙げられ、例えば、N,N−ジアルキルアミド類が望ましく、具体的には、例えば、これの低分子量のものであるN,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルメトキシアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ヘキサメチルホスホルトリアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ピリジン、テトラメチレンスルホン、ジメチルテトラメチレンスルホン等が挙げられる。これらは単数又は複数併用してもよい。
また、溶出用溶媒124の塗布量は、例えば0.001g/cm以上1g/cm以下であり、望ましくは0.01g/cm以上1g/cm以下であり、より望ましくは0.01g/cm以上0.5g/cm以下である。
この溶出用溶媒124の塗布量や、この溶出用溶媒12の塗布時間を調整することによって、検出領域101Aの表面抵抗率が調整される。
次に、図4(D)に示すように、塗膜122の対象領域101A’に塗布された溶出用溶媒124を乾燥させる。本乾燥では、例えば、残留溶媒量が10%以下となるように行うことがよい。この残留溶媒量は、使用する樹脂材料種、得られる無端ベルト100の使用用途、得られる無端ベルト100の強度や維持性等などから決定される。
この溶出用溶媒124には、上述のように溶出した樹脂材料が含まれている。このため、当該溶出用溶媒124を乾燥させることで、樹脂材料が析出し、この樹脂材料が、上記導電性粒子112の偏在した偏在領域122A上に層状に形成されることなる。このとき、塗布された溶出用溶媒124には、導電性粒子112が含まれていないことから、導電性粒子112が偏在した偏在領域122A上には、導電性粒子112が含まれていない樹脂領域111Aが形成される。
その結果、表面側から順に、樹脂領域111A、高密度領域111B、及び背面側領域111Cの設けられた検出領域101Aが作製されることとなる。なお、樹脂領域111Aには、導電性粒子112が含まれないが、製法上、導電性粒子112が、塗布された溶出用溶媒124へ若干移行し含まれる場合もある。
一方、溶出用溶媒124を塗布しなかった領域101B’は、上記図4(A)の塗膜122の乾燥された状態における導電性粒子112の分散状態が維持されたままとなる。
上記工程を経て、面方向に、表面抵抗率の異なる2つの領域である検出領域101Aと非検出領域101Bとを有する樹脂層101からなる無端ベルト100が作製される。
すなわち、上記工程を得て得られた樹脂層101から構成される無端ベルト100は、その面方向において表面抵抗率の異なる2つの領域である検出領域101A(非検出領域101Bより低い表面抵抗率)と、非検出領域101Bと、を有し、検出領域101Aは、厚み方向に向かって最表面側から順に導電性粒子112の存在しない樹脂領域111A、高密度領域111B、及び背面側領域111Cを有した構成となる。そして、この高密度領域111Bは、樹脂領域111A及び背面側領域111C、並びに非検出領域101Bに比べて、導電性粒子112の密度の高い領域とされる。
また、上記製造方法によって樹脂層101が作製されることで、この樹脂層101を面方向に同じ面積の複数の領域に分割したときには、各領域について層方向の全領域に存在する導電性粒子112の含有量は、略同じとされる。このため、体積抵抗率については、周方向に渡って同じとされた樹脂層101が作製されることとなる。
この「体積抵抗率が同じである」とは、具体的には、上記製法によって作製された無端ベルト100(樹脂層101)の周方向全領域における体積抵抗率の常用対数値の平均値に対する、該無端ベルト100の面方向の任意の各領域における体積抵抗率の常用対数値が、±0.5以下の値であり、望ましくは±0.3以下の値であることを示している。
この±0.5以下、との値は、電子写真方式の画像形成装置において用いられる各種導電性または半導電性の環状部材において、通常存在する小さな抵抗のばらつきの範囲である。
一方、樹脂層101の面方向には、表面抵抗率の異なる2種類の領域である検出領域101Aと非検出領域101Bが形成されることとなる。
ここで、樹脂材料として、ポリイミド樹脂等に代表される樹脂前駆体(ポリアミド酸溶液)を用いた場合、上記溶出用溶媒124の乾燥後、焼成を行うことで、無端ベルト100が製造される。この焼成、即ちポリアミドをイミドに転化するには200℃以上の高温処理が一般的である。200℃以下では十分なイミド転化が得られない。一方、高温処理はイミド転化に有利であり、安定した特性が得られるが、熱エネルギーを使用するため、熱効率が悪くコストが高くなるため、無端ベルトの特性と生産性を考慮して熱処理温度を決める必要がある。
(カートリッジ)
図5は、本実施形態に係るカートリッジを示す概略斜視図である。
本実施形態に係るカートリッジ130は、図5に示すように、前記実施形態に係る無端ベルト100と、検出装置134と、支持部材としての従動ロール131及び駆動ロール132と、を含んで構成されている。
無端ベルト100は、対向して配置された従動ロール131及び駆動ロール132により張力がかかった状態で掛け渡されている(以下、単に「張架」という場合がある。)。そして、図示を省略する駆動部による駆動によって駆動ロール132が周方向に回転されて、この駆動ロール132の回転に従動して従動ロール131が周方向に回転されることで、これらの従動ロール131及び駆動ロール132によって張架された状態の無端ベルト100が周方向(図5中、矢印Z方向)に回転される。
検出装置134は、無端ベルト100を構成する樹脂層101に設けられている検出領域101Aを検出する装置であって、この検出領域101Aを検出可能な位置に設けられている。
なお、本実施の形態では、上記検出領域101Aは、無端ベルト100の外周面側が表面側となるように設けられている。すなわち、検出領域101Aが、無端ベルト100の外周面側に位置されるように設けられている。
このため、検出装置134は、上記従動ロール131及び駆動ロール132の回転によって無端ベルト100が周方向に回転(図5中の矢印Z方向)されたときに、この無端ベルト100の回転に伴って回転移動する検出領域101Aを、順次検知可能な位置に設けられている。具体的には、図5に示すように、検出領域101Aが無端ベルト100の軸方向端部に設けられている場合には、この軸方向端部に対応する位置に検出装置134を設ければよい。また、図3に示すように、検出領域101Aが無端ベルト100の軸方向中央部に設けられている場合には、図示は省略するが、この軸方向中央部に対応する位置に検出装置134を設ければよい。
また、図11(A)、及び図11(B)に示すように、検出領域101Aが無端ベルト100の幅方向(矢印A方向)の両端部に設けられて、検出領域101Aと検出領域101Aとされている場合には、図12(A)、及び図12(B)に示すように、これらの検出領域101A及び検出領域101Aを検知可能な位置に、検出装置134を設ければよい。なお、図12及び詳細を後述する図13に示す例では、無端ベルト100の幅方向の一端側(検出領域101A側)に設けられた検出装置134を検出装置134Aと称して説明し、他端側(検出領域101A側)に設けられた検出装置134を検出装置134Bと称して説明する(総称する場合には検出装置134とする)。
なお、検出装置134の設置位置は、検出装置134による検出結果に基づいて、どのような調整を行うかに応じて定めればよく、上述のように、無端ベルト100の各検出領域101Aを検出しうる位置に限られない。
例えば、図13に示すように、検出装置134Bを、検出領域101Aから無端ベルト100の幅方向の外側に外れた位置に設けても良い。このように、検出領域101Aから外れた位置に検出装置134を設けた場合には、例えば、無端ベルト100の幅方向の位置ずれが生じていない状態では、検出装置134Bによって検出領域101Aが検出されず、幅方向の位置ずれが生じると、検出装置134Bによって検出領域101Aが検出されることから、検出領域101Aを、無端ベルト100の幅方向の位置ずれの補正に用いることができる(詳細後述)。
検出装置134は、図6に示すように、底面が開口された筐体31内に、表面抵抗率測定部46と、一対の回転電極20及び回転電極22と、が設けられている。これらの一対の回転電極20及び回転電極22は、円筒状に構成され、各々の外周面が無端ベルト100の外周面に接触するように、所定間隔をあけて配置されている。なお、本実施の形態では、回転電極20及び回転電極22は、無端ベルト100の軸方向に間隔を空けて配置されている場合を説明するが、測定対象の検出領域101Aの形状や形成されている位置や大きさ等に応じて、無端ベルト100の周方向に間隔を空けて配置した構成であってもよい。
回転電極20は、ホルダ24を介して支持部材32によって支持されている。また、回転電極22は、ホルダ25を介して支持部材32によって支持されている。これらの回転電極20及び回転電極22は、円筒状に構成され、その外周面が無端ベルト100の外周面に接触するように設けられている。また、この回転電極20及び回転電極22は、無端ベルト100の回転方向と同じ方向に回転可能に、ホルダ24及びホルダ25に各々支持されている。
図7(A)に示すように、回転電極20は、円筒状に構成されており、回転軸部材26を介してホルダ24に結合されている。回転電極22もまた回転電極20と同様に、円筒状に構成されており、回転軸部材28を介してホルダ25に結合されている。ホルダ24及びホルダ25各々には、振動機構36が設けられている。
図7(B)に示すように、回転電極20は、ホルダ24に設けられた板バネ38によって、無端ベルト100の外周面方向へと弾性力により付勢されるとともに、所定の重り40による荷重によって、回転電極20が無端ベルト100の外周面に向かって付勢されるときに、測定対象部材となる無端ベルト100への表面の形状に倣って回転電極20が振動することにより、無端ベルト100への接触圧力が一定になるように構成されている。
同様に、回転電極22もまた回転電極20と同様に、図示は省略するが、ホルダ25に設けられた板バネによって、無端ベルト100の設置位置方向へと弾性力により付勢されているとともに、且つ所定の重りによる荷重によって、回転電極22が無端ベルト100の外周面に向かって移動されるときに、測定対象となる無端ベルト100への表面の形状に倣って回転電極22が振動することにより、無端ベルト100への接触圧力が一定になるように構成されている。
回転電極22及び回転電極20は、例えば、直径10mm以上12mm以下、外周面の幅方向長さ3mm以上5mm以下であり、ステンレス鋼(SUS440)より構成されることが好ましい。なお、回転電極22及び回転電極20は、金属製(ステンレス)で高精度ベアリングに使用されているものであればよく、上記材質や大きさに限られるものではない。
回転電極22と回転電極20との距離は、表面抵抗率を測定する場合、2つの電極間距離により表面抵抗率の分解能が決まるため、電極間距離は小さいことが好ましいが、測定対象の検出領域A内にこれらの回転電極22と回転電極20との間の領域が収まる距離10mmが挙げられ、測定対象の検出領域101Aに応じて適宜調整すればよい。
上記回転電極20及び回転電極22は、表面抵抗率測定部46に電気的に接続されている。この表面抵抗率測定部46は、回転電極20と回転電極22との間に電圧を供給するためのDC電源(図示省略)、回転電極20と回転電極22との間に電圧を印加したときに回転電極20と回転電極22との間に流れる電流の電流値を測定するための電流計46A、及び該電流計の測定結果に基づいて表面抵抗率を算出する算出部(図示省略)を含んで構成されている。
この表面抵抗率測定部46によって無端ベルト100の表面抵抗率が測定されることにより、無端ベルト100上の検出領域101Aが検出される。例えば、予め検出領域101Aの表面抵抗率を示す情報を記憶しておいて、表面抵抗率測定部46によって、回転されている無端ベルト100の表面抵抗率の測定を行い、予め記憶しておいた表面抵抗率を示す情報と一致する表面抵抗率が測定されたときを、検出領域101Aを検出したとすればよい。
なお、この検出領域101Aの検出は、上記方法に限られず、回転されている無端ベルト100の表面抵抗率を測定し、表面抵抗率が高い状態から低い状態へと変化してから該高い状態へと戻るまでのタイミングを検知することによって、無端ベルト100上の検出領域101Aを検出するようにしてもよい。
なお、この表面抵抗率測定部46によって回転電極20と回転電極22との間に印加する電圧の電圧値は、検出領域101Aを検知可能な程度の表面抵抗率の変化(検出領域101Aと非検出領域101Bとの表面抵抗率の差)が生じる程度の電圧値であればよい。このため、これらの回転電極20と回転電極22との間に印加する電圧の電圧値は、測定対象物の無端ベルト100における検出領域101A及び非検出領域101Bの各々の表面抵抗率及び表面抵抗率の差に応じて、適宜規定すればよい。この電圧値としては、これらの検出領域101A及び非検出領域101Bの表面抵抗率が高いほど、回転電極20と回転電極22との間に印加する電圧を高くすればよい。
具体的には、検出領域101A及び非検出領域101Bの表面抵抗率値が1014Ω程度である場合には、計測電流を多く流すために、回転電極20と回転電極22との間には、100V〜1000Vの範囲内の電圧を印加することが必須であり、100V〜750Vの範囲内の電圧を印加することが好ましい。この場合、回転電極20と回転電極22との間に印加する電圧値が100V未満であると、計測電流が小さくなり、ノイズの影響が多くなる場合があり、1000Vより大きいと、電極から放電現象が起きる場合がある。
上述のように構成されたカートリッジ130では、図示を省略する駆動部による駆動によって駆動ロール132が周方向に回転されて、この駆動ロール132の回転に従動して従動ロール131が周方向に回転されることで、これらの従動ロール131及び駆動ロール132によって張架された状態の無端ベルト100が周方向(図5中、矢印Z方向)に回転される。すると、この無端ベルト100の回転によって、無端ベルト100の外周面に設けられた検出領域101Aが、順次、上記検出装置134によって検出される。
ここで、本実施の形態の無端ベルト100は、上述のように、検出領域101Aの表面が摩耗した場合であっても高密度領域111Bに対して表面側に位置されている樹脂領域111Aが保護層として機能し、高密度領域111Bの摩耗や劣化が抑制された構成とされている。すなわち、無端ベルト100では、検出領域101Aの表面抵抗率の変化が抑制された構成とされている。
従って、この構成の無端ベルト100の表面抵抗率を、検出装置134測定することによって検出領域101Aが、長期間に渡って精度良く検出される。
(画像形成装置)
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体表面を帯電する帯電装置と、像保持体表面に潜像を形成する潜像形成装置と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、トナー像が転写される転写体と、転写体に転写されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着する定着装置と、を有している。そして、上記像保持体、上記転写体、及び上記定着装置の内の少なくとも1つが、上記に説明した無端ベルト100から構成されている。
また、上記帯電装置、現像装置、及び定着装置が、環状体として上記に説明した無端ベルト100を含んだ構成とされている。
本実施の形態では、一例として、無端ベルト100を、画像形成装置の転写体(中間転写ベルトともいう)に適用した形態を説明する。
図8に示すように、本実施の形態の画像形成装置150は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1〜第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに特定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置本体に対して脱着可能な構成であってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して転写体(中間転写ベルトともいう)として、無端ベルト100が配置されている。無端ベルト100は、駆動ロール54及び従動ロール52に巻回されて張架して設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるように、画像形成装置用のカートリッジを構成している。なお、この駆動ロール54が上記に説明したカートリッジ130の駆動ロール132として機能し、従動ロール52が上記従動ロール131として機能する。
なお、駆動ロール54は、図示しないバネ等により駆動ロール54から離れる方向に付勢されており、駆動ロール54と従動ロール52に巻回された無端ベルト100に張力が与えられている。また、無端ベルト100の像保持体側面には、従動ロール52と対向してクリーニング装置50が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給される。
上述した第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは無端ベルト100の回転方向(9中、矢印Z方向)の最上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1ユニット10Yは、像保持体として作用する像保持体1Yを有している。像保持体1Yの周囲には、像保持体1Yの表面を特定の電位に帯電させる帯電ロール2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を無端ベルト100に転写する1次転写ロール5Y(1次転写手段)、及び1次転写後に像保持体1Yの表面に残存するトナーを、クリーニングブレードにて除去する像保持体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ロール5Yは、無端ベルト100の内側に配置され、像保持体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ロールに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって像保持体1Yの表面が−600V以上−800V以下程度の電位に帯電される。
像保持体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した像保持体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、像保持体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が像保持体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって像保持体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、像保持体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして像保持体1Y上に形成された静電荷像は、像保持体1Yの走行に従って特定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、像保持体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、イエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、像保持体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして像保持体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、像保持体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された像保持体1Yは、引続き特定速度で走行され、像保持体1Y上に現像されたトナー像が特定の1次転写位置へ搬送される。
像保持体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ロール5Yに特定の1次転写バイアスが印加され、像保持体1Yから1次転写ロール5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、像保持体1Y上のトナー像が無端ベルト100上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。一方、像保持体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2ユニット10M以降の1次転写ロール5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された無端ベルト100は、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kを通して4色のトナー像が多重転写された無端ベルト100は、該無端ベルト100と無端ベルト100の内面に接する駆動ロール54と無端ベルト100の像保持面側に配置された2次転写ロール(2次転写手段)56とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録媒体Pが供給機構を介して2次転写ロール56と無端ベルト100とが圧接されている隙間に特定のタイミングで給紙され、特定の2次転写バイアスが駆動ロール54に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、無端ベルト100から記録媒体Pに向う静電気力がトナー像に作用され、無端ベルト100上のトナー像が記録媒体P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録媒体Pは定着装置(定着手段)58へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録媒体P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録媒体Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置150は、無端ベルト100を介してトナー像を記録媒体Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、像保持体から直接トナー像が記録媒体Pに転写される構造であってもよい。
上記構成とされた画像形成装置150には、装置各部を制御する制御部60が設けられている。この制御部60は、装置各部に信号授受可能に接続されている。具体的には、制御部60は、上記第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10K、露光装置3、及び装置各部に設けられた各種機器に信号授受可能に接続されている。この制御部60の制御によって、無端ベルト100の外周面に、露光装置3及び上記第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10K等によって順次、各色のトナー像が無端ベルト100上に重ねられて多重転写されて、最終的にカラー画像が記録媒体Pに形成される。
ここで、本実施の形態の画像形成装置150は、第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kの各ユニット間には、上記検出装置134が設けられている。検出装置134は、上記制御部60に信号授受可能に接続されている。これらの検出装置134は、無端ベルト100に設けられた検出領域101Aを検出可能な位置に設けられている。
上述のように、無端ベルト100は、検出領域101Aの表面が摩耗した場合であっても高密度領域111Bに対して表面側に位置されている樹脂領域111Aが保護層として機能し、高密度領域111Bの摩耗や劣化が抑制された構成とされている。すなわち、無端ベルト100では、検出領域101Aの表面抵抗率の変化が抑制された構成とされている。このため、この構成の無端ベルト100に設けられた検出領域101Aは、検出装置134によって長期間に渡って精度良く検出される。
また、本実施の形態の無端ベルト100の検出領域101Aは、上述のように、内部に高密度領域111Bを備えることで非検出領域101Bと異なる表面抵抗率とされた領域である。このため、この検出領域101Aは、無端ベルト100と一体的に構成されている。従って、検出領域101Aの剥がれや位置ずれ等による検出精度の劣化が効果的に抑制され、長期間にわたって高精度に検出領域101Aが検出される。
また、無端ベルト100の表面抵抗率を測定することによって、検出領域101Aが検出されることから、光学式に検知する方式や、画像認識により検知する方式に比べて、摩耗や傷、汚れによる影響が抑制され、長期間にわたって高精度に検出領域101Aが検出される。
また、無端ベルト100の体積抵抗率が周方向に渡って同じであることから、例えば、電子写真方式の画像形成装置の転写ベルト等として用いる場合には、この検出領域101Aへの電荷のリークや検出領域101A周辺の帯電電位のばらつきが抑制され、安定した転写画像が得られる。
また、上述のように、本実施の形態の無端ベルト100に設けられた検出領域101Aは、表面抵抗率を測定することによって検出される。また、この無端ベルト100は、周方向に渡って体積抵抗率が同じとされている。このため、従来のような、位置検出用のテープをベルト表面に貼り付ける等により検出領域の体積抵抗率が他領域と異なる場合や、ベルト本体に対して別体として検出領域を設ける場合に比べて、検出領域101Aの形成位置が制限されない。すなわち、検出領域101Aの形成位置が、無端ベルト100の軸方向端部や周縁部に限られず、図3に示すように軸方向中央部に設けた形態であっても、画質劣化を抑制しつつ且つ長期間にわたって高精度に検出領域101Aが検出される。
なお、図8に示す本実施の形態の画像形成装置150では、一例として、転写体に無端ベルト100を用いた場合を説明したが、無端ベルト100を画像形成装置の各種環状体として用いて、無端ベルト100を適用した環状体の表面抵抗率を測定することで、長期間に渡って精度良く検出領域101Aを検出し、各種タイミングの制御に用いることで、画像形成装置において更なる画質向上が図れる。
また、本実施の形態では、画像形成装置は、中間転写ベルト(無端ベルト100)にトナー像を形成した後に、記録媒体Pに転写する構成である場合を説明したが、中間転写ベルトを搬送ベルトとして用いて、この搬送ベルトによって搬送される記録媒体Pに像保持体から直接トナー像を転写した後に、定着させることによって画像形成する構成であってもよい。この場合には、例えば、無端ベルト100を搬送ベルトとして用いれば、効果的に画質劣化が抑制されると考えられる。
次に、本実施の形態の画像形成装置150において、上記検出領域101Aの検出結果に基づいて各種調整を行う場合を具体的に説明する。
検出領域101Aの検出結果に基づいた、各種調整としては、具体的には、無端ベルト100の速度制御や、無端ベルト100の幅方向の位置ずれ調整(蛇行防止)や、転写タイミングの調整等が挙げられる。
以下、検出装置134によって測定された検出領域101の検出結果に基づいて、無端ベルト100の幅方向の位置ずれ調整や、速度制御を行う場合を説明する。
この場合には、図13及び図8に示すように、上述の画像形成装置150を、上述の構成に加えて、駆動ロール132を回転駆動するための回転駆動部80と、張架部70と、検出装置134と、を更に備えた構成とする。張架部70は、張架部70Aと張架部70Bとを含んで構成されている。検出装置134は、検出装置134Aと検出装置134Bとを含んで構成されている。これらの回転駆動部80、張架部70(張架部70A、張架部70B)、及び検出装置134(検出装置134A、検出装置134B)は、上記制御部60に電気的に接続されている。
なお、本調整を行う場合には、検出領域101Aは、無端ベルト100の幅方向の両端部に、周方向に向かって同じ間隔を空けて複数設けられているとして説明する(図13参照)。しかし、検出領域101Aは、帯状に設けられていてもよく、この形態に限られない。なお、上述と同様に、無端ベルト100の一端部側に設けられた検出領域101Aを検出領域101Aと称し、他端部側に設けられた検出領域101Aを検出領域101Aと称して説明する。
検出装置134Aは、無端ベルト100が幅方向に位置ずれしていない状態では、検出領域101Aを検出する位置に設けられている。一方、検出領域134Bは、無端ベルト100が幅方向に位置ずれしていない状態では、検出領域101Aから無端ベルト100の幅方向の外側に外れた位置(すなわち、検出領域101Aを検出しない位置)に設けられている。
回転駆動部80は、制御部60から入力された信号に応じた速度で、駆動ロール132を回転駆動する。そして、駆動ロール132が回転駆動すると、この駆動ロール132の駆動力が無端ベルト100に伝えられて、無端ベルト100が周方向に回転(図13中、矢印Z1方向に回転)するとともに、従動ロール131が従動回転される。このため、回転駆動部80によって、無端ベルト100の回転速度が調整される。
張架部70A及び張架部70Bは、従動ロール131の回転軸方向の一端部と他端部とに各々設けられている。張架部70A及び張架部70Bは、駆動ロール132と従動ロール131とによって掛け渡された無端ベルト100の張架力を調整する部材である。これらの張架部70Aと張架部70Bとによって、無端ベルト100の幅方向(図13中、矢印A方向)の一端部側の張架力と他端部側の張架力との各々が調整されると、駆動ロール132の軸方向(図13中、矢印E方向)に対する従動ロール131の軸方向(図13中、矢印F方向)の傾きが調整される。
無端ベルト100は、駆動ロール132と従動ロール131とによって張架されていることから、張架部70A及び張架部70Bによって従動ロール131の軸方向の傾きが調整されると、無端ベルト100は調整された傾きに応じて幅方向に移動する。このため、張架部70A及び張架部70Bによって従動ロール131の軸方向の傾きが調整されることで、無端ベルト100の幅方向への位置ずれ(所謂、蛇行)が調整される。
次に、この制御部60で実行される処理を説明する。
制御部60では、例えば、図14に示す処理ルーチンを示すプログラムを、制御部60に設けられた記憶部60Aから読取り、画像形成装置150において行われる画像形成処理や各種処理への割り込み処理として、所定時間毎に、図14に示す処理ルーチンを繰り返し実行する。
ステップ100では、検出装置134A及び検出装置134Bの検出結果を読取る。
次のステップ102では、上記ステップ100で読取った検出結果に基づいて、無端ベルト100の幅方向への位置ずれ有りか否かを判断する。ステップ102で肯定され、無端ベルト100の幅方向への位置ずれ有りと判断した場合には、ステップ104へ進む。
ステップ102の判断は、例えば、ステップ100で読取った検出結果が、検出装置134Aが検出領域101Aを検出しなかったことを示す結果、または検出装置134Bが検出領域101Aを検出したことを示す結果であるか否かを判別することによって行われる。
ここで、図13に示すように、検出装置134Aは、無端ベルト100の幅方向の一端部に設けられた検出領域101(検出領域101A)を検出する位置に設けられており、検出装置134Bは、検出領域101A(検出領域101A)から外れた位置に設けられている。
このため、無端ベルト100の幅方向の位置ずれが生じていない状態では、検出装置134Aによって検出領域101Aが検出されるが、検出装置134Bによって検出領域101Aは検出されない。一方、無端ベルト100の幅方向の位置ずれが生じると、その位置ずれの方向によって、検出装置134Aによって検出領域Aが検出されない、検出装置134Bによって検出領域101Aが検出される、等の状態が生じる。
従って、ステップ102では、検出装置134Aが検出領域101Aを検出しなかったことを示す結果、または検出装置134Bが検出領域101Aを検出したことを示す結果であるか否かを判別することによって、無端ベルト100の幅方向への位置ずれ有りか否かが判断される。
ステップ104では、無端ベルト100のずれ方向を求める。この無端ベルト100のずれ方向の導出は、以下の方法で行えばよい。例えば、上記ステップ100で読取った検出結果が、検出装置134A及び検出装置134Bの双方で検出領域101A(検出領域A及び検出領域A)を検知しなかったことを示す場合には、図15(A)に示すように、無端ベルト100は、検出装置134B側から検出装置134A側に向かう方向(図15(A)中、矢印A1方向)へずれたとする。また、上記ステップ100で読取った、検出装置134A及び検出装置134Bによる検出結果が、検出装置134A及び検出装置134Bのうちの検出装置134Bのみによって検出領域101Aを検知したことを示す場合には、図15(B)に示すように、無端ベルト100が検出装置134A側から検出装置134B側に向かう方向(図15(B)中、矢印A2方向)へずれたとする。
次のステップ106では、上記ステップ104で求めたずれ方向に基づいて、ずれた方向に対して反対側の方向へ無端ベルト100を移動させるように、張架部64Aによる張架力と、張架部64Bによる張架力と、の何れを調整するかと、張架力の補正値を算出する。
例えば、ステップ104の処理によって、無端ベルト100が幅方向の検出装置134B側から検出装置134A側に向かう方向(図15(A)中、矢印A1方向)へずれたと認定された場合には、制御部60では、張架部70A及び張架部70Bの内の、ずれ方向下流側に存在する張架部(例えば張架部70A)について、張架力を上げるように張架力の補正値を算出する。なお、この張架力の補正値としては、例えば、駆動ロール132の軸方向に対する従動ロール131の軸方向の角度が予め定めた角度傾くように、張架部64Aによる張架力を上げるための張架力補正値が算出される。
次のステップ108では、上記ステップ106で算出した張架力補正の対象となる張架部へ、該ステップ106で算出した張架力補正情報を含む補正指示信号を出力した後に、上記ステップ102へ戻る。
ステップ106の処理によって、補正指示信号を受けつけた張架部64Aは、該補正指示信号に含まれる張架力補正情報に基づいて、従動ロール131の幅方向の一端部の張架力が上げられる。これによって、駆動ロール132の軸方向に対する従動ロール131の軸方向の傾きが変わるとともに、無端ベルト100の一端部と他端部との張架力が調整される。これによって、無端ベルト100の幅方向の位置が、上記ステップ102で判断されたずれ方向とは逆方向に移動し、無端ベルト100の位置ずれが調整される。
一方、上記ステップ102で否定されて、無端ベルト100に位置ずれが生じていない場合には、ステップ110へ進む。
ステップ110では、検出装置134Aによる検出結果の読み取りを開始する。
次のステップ112では、上記ステップ110で読み取りを開始してから予め定めた時間T1を経過するまで否定判断を繰り返し、肯定されるとステップ114へ進む。
なお、この予め定めた時間T1としては、無端ベルト100の走行速度を算出するために必要なだけの検出領域101A(検出領域101A)の測定結果が得られる時間を予め求め、この求めた時間を、時間T1として定めればよい。
次のステップ114では、無端ベルト100の走行速度を算出する。ステップ114における走行速度の算出方法としては、例えば、上記時間T1の間に読取られた検出装置134Aによる検知結果に基づいて、上記時間T1内に読取られた検出領域101Aの数を算出する。そして、上記時間T1に検出された検出領域101Aの数から、単位時間あたりの検出領域101Aの検出数を求める。そして、無端ベルト100が予め定めた基準速度で回転しているときに検出される単位時間あたりの検出領域101Aの数を予め測定して記憶しておいて、この基準速度において検出される検出領域101Aの数と、測定された単位時間あたりの検出領域101Aの検出数と、から、無端ベルト100の走行速度を算出すればよい。
次のステップ116では、上記ステップ114で算出した無端ベルト100の走行速度が、予め定めた許容範囲内であるか否かを判別し、肯定されると、本ルーチンを終了し、否定されると、ステップ118へ進む。
ステップ118では、上記ステップ114で算出した無端ベルト100の走行速度が上記許容範囲内となるように、回転駆動部80による駆動ロール132の回転速度を変更するための速度調整値を算出する。
次のステップ130では、上記ステップ118で算出した速度調整値を含む速度変更指示信号を回転駆動部80へ出力した後に、上記ステップ110へ戻る。該速度変更指示信号を受け付けた回転駆動部80は、受け付けた速度変更指示信号に含まれる速度調整値に応じた速度で駆動ロール132を回転駆動する。
上記の処理ルーチンが実行されることによって、無端ベルト100の回転速度及び幅方向の位置ずれが抑制される。
ここで、この無端ベルト100の幅方向の位置ずれ調整や速度調整に用いる、検出装置134A及び検出装置134Bから得られる検出結果は、検出領域101A(検出領域101A、検出領域101A)の検出結果である。上述のように、検出領域101Aは、長期間にわたって高精度に検出されることから、無端ベルト100の幅方向の位置ずれや速度調整が、長期にわたって精度良く実行される、
なお、上記では、無端ベルト100の幅方向の位置ずれ補正処理と、速度調整処理と、の双方を行う場合を説明したが、いずれか一方のみを行ってもよい。
また、上記では、検出領域101Aの検出結果を、無端ベルト100の幅方向の位置ずれの補正や速度調整に用いる場合を説明したが、このような形態に限られず、トナー像の無端ベルト100への転写タイミングを調整するために用いてもよい。例えば、予め無端ベルト100を、無端ベルト100の周方向に所定間隔毎に検出領域101Aを設けた構成とし、各検出装置134によって測定された検出領域101Aの検出結果に基づいて、第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、及び10Kの各々で形成する各色トナー像の形成タイミングを制御すれば、長期化に渡って色ずれが抑制され、高画質化が図れる。
なお、図14に示す処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶した制御部60をカートリッジ130に設けると共に、図13に示す、駆動ロール132を回転駆動するための回転駆動部80と、張架部70と、検出装置134と、を更に備えた構成のカートリッジ130としてもよい。
このようにすれば、カートリッジ130においても、長期に亘って、幅方向の位置ずれや速度が精度良く調整される。
<第2の実施の形態>
上記第1の実施の形態では、無端ベルト100が、樹脂と、導電性粒子112とを含む樹脂層101から構成されている場合を説明した。本実施の形態では、この導電性粒子112に代えて、磁性を有する磁性粒子212を用いた形態を説明する。
なお、「磁性を有する」とは、磁場をかけると磁気が生じる性質を有する事を示し、常磁性及び強磁性の何れであってもよい。
なお、磁性粒子212は、磁性を有していれば良く、磁性と共に導電性を有した形態であってもよい。導電性の定義については、第1の実施の形態で説明したため省略する。
なお、本実施の形態では、上記第1の実施の形態で用いた導電性粒子112に代えて、磁性を有する磁性粒子212を用いた以外は、第1の実施の形態で説明した無端ベルト100と同じ構成であるため、同一部分には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。
図2に示すように、本実施の形態における無端ベルト200は、樹脂と、磁性粒子212と、を含む樹脂層201から構成されている。
樹脂層201は、第1の実施の形態と同様に、非検出領域201Bと、検出領域201Aと、を有している。そして、図2に示すように、検出領域201Aは、厚み方向に向かって、厚み方向の最表面側から順に、樹脂領域211A、高密度領域211B、及び背面側領域211Cを有している。
なお、本実施の形態において用いる「表面側」とは、無端ベルト200において、後述する検出装置234によって磁束密度が測定される側の面を示している。また、「最表面側」とは、樹脂層201の最も表面側の領域を示している。
このため、該検出装置234によって無端ベルト200の内周面側から磁束密度が測定される場合には、「表面側」とは、無端ベルト200の内周面側を示し、該検出装置234によって無端ベルト200の外周面側から磁束密度が測定される場合には、「表面側」とは、無端ベルト200の外周面側を示す。本実施の形態では、「表面側」は無端ベルト200の外周面側であるものとして説明する。
上記樹脂領域211Aは、磁性粒子212の存在しない領域、すなわち樹脂のみの領域とされている。高密度領域211Bは、検出領域201Aの厚み方向における他の領域である樹脂領域211A及び背面側領域211C、並びに非検出領域201Bに比べて、磁性粒子212の密度の高い領域とされている。このため、高密度領域211Bは、該検出領域201Aにおける高密度領域211B以外の他の領域である樹脂領域211A及び背面側領域211C、並びに非検出領域201Bより、磁性の強い領域とされている。
このため、検出領域201Aの磁束密度は、非検出領域201Bより大きい。
なお、「磁束密度が大きい」とは、同じ強さの外部磁場を印加したときの単位面積あたりの磁束量が大きいことを示している。
このように、樹脂層201の面方向において、検出領域201Aの磁束密度と、非検出領域201Bの磁束密度と、が異なることから、無端ベルト200に予め定められた強さの外部磁場を印加したときの磁束密度を測定することによって、検出領域201A及び非検出領域201Bが容易に検出される。このため、この検出領域201Aは、無端ベルト200における位置検出に用いられる。
この検出領域201Aの磁束密度と、非検出領域201Bの磁束密度と、の差は、予め定められた強さの磁場を印加したときの磁束密度の差が、後述する検出装置234によって検出領域201Aを検出可能な程度の差であればよい。
例えば、予め定められた磁場として10kOeの強さの磁場を印加したときの磁束密度の差が25mT以上であることが望ましく、30mT以上であることがより望ましい。
検出領域201Aと非検出領域201Bとの磁束密度の差が上記範囲内であれば、無端ベルト200の磁束密度の測定によって、好適に検出領域201Aが検出される。
一方、検出領域201Aの磁束密度と、非検出領域201Bの磁束密度と、の差が、上記範囲の下限値である25mT未満であると、検出領域201Aと非検出領域201Bの磁束密度の差が小さくなるため、検出装置234が非検出領域201Bを誤って検出可能としてしまうことがあり、望ましくない。
上述のように、本実施の形態においては、無端ベルト200の樹脂層201が、その面方向において磁束密度の異なる2つの領域である検出領域201A(非検出領域201Bより低い表面抵抗率)と、非検出領域201Bと、を有し、そして、この検出領域201Aは、厚み方向に向かって最表面側から順に磁性粒子212の存在しない樹脂領域211A、高密度領域211B、及び背面側領域211Cを有してなる。
このため、検出領域201Aの表面が摩耗した場合であっても、高密度領域211Bに対して表面側に位置されている樹脂領域211Aが保護層として機能し、高密度領域211Bの摩耗や劣化が抑制される。このため、検出領域201Aの磁束密度が変化することが抑制される。
従って、この構成の無端ベルト200を用いて、無端ベルト200表面の磁束密度を測定することによって検出領域201Aを検出すれば、本構成を有さない場合に比べて、長期間にわたって高精度に検出領域201Aが検出されることとなる。
また、本実施の形態の無端ベルト200の検出領域201Aは、上述のように無端ベルト200に一体的に構成されている。このため、従来のような位置検出用のテープをベルト表面に貼り付ける等によりベルト本体に対して別体として検出領域を設ける場合に比べて、検出領域201Aの剥がれや位置ずれ等による検出精度の劣化が生じることは無く、長期間にわたって高精度に検出領域201Aが検出される。
また、無端ベルト200の磁束密度を測定することによって、検出領域201Aが検出されることから、光学式に検知する方式や、画像認識により検知する方式に比べて、摩耗や傷による影響が抑制され、長期間にわたって高精度に検出領域201Aが検出される。
なお、上記樹脂領域211Aの厚み、無端ベルト200の厚み方向における樹脂領域211A及び高密度領域211Bの位置、については、第1の実施の形態で説明した樹脂領域111Aの厚み、無端ベルト100の厚み方向における樹脂領域111A及び高密度領域111Bの位置の各々と同じであるため、説明を省略する。
また、第1の実施の形態で説明した樹脂層101と同様に、本実施の形態における樹脂層201においても、樹脂層201を面方向に同じ面積の複数の領域に分割したときに、各領域について層方向の全領域に存在する磁性粒子212の含有量は、同じとされている。これは、第1の実施の形態で説明した無端ベルト100と同じ製造方法を用いることで実現される。「含有量が同じである」、との定義については、第1の実施の形態と同じであるため省略する。
また、上記、樹脂領域211A、高密度領域211B、及び背面側領域211Cにおける磁性粒子212の有無についても、第1の実施の形態と同様に、集束イオンビーム(FIB)によりベルト断面切片(無端ベルト200の切片)を作製し、透過型電子顕微鏡で直接粒子の有無を観察する方法、ミクロトームによりベルト断面切片を作製し、原子間力顕微鏡(AFM)の高さ情報から粒子の有無を観察する方法を用いればよい。
なお、本実施の形態では、無端ベルト200は、樹脂層201による単層から構成されている場合を説明するが、このような構成に限られず、この樹脂層201の外周面側や内周面側に他の機能層を設けた構成であってもよい。この場合には、他の機能層は、樹脂層201における検出領域201Aと非検出領域201Bとの間の磁束密度の差に変化を与えない層、もしくは変化を与えたとしても検出領域201Aと非検出領域201Bとの間の磁束密度の差を、後述する検出装置234が検出できる状態であればよい。
また、本実施の形態では、検出領域201Aは、図1に示すように、無端ベルト200の周縁部に沿って、所定間隔毎に設けられている場合を説明する。なお、本実施の形態では、検出領域201Aが無端ベルト200の周縁部に沿って所定の間隔をあけて設けられている場合を説明するが、この検出領域201Aは、樹脂層201の面方向の全領域ではなく、その用途に応じて該面方向の一部の領域に設けられていれば良く、どのような位置に設けられていても良い。
例えば、この検出領域201Aは、図3に示すように、幅方向の中央部に設けられた構成であってもよい。また、この検出領域201Aは、図11(A)に示すように、幅方向の両端部に設けられた構成であってもよい(図11(A)中、幅方向の一端側に設けられた検出領域201A、及び他端側に設けられた検出領域201A参照)。
この検出領域201Aは、磁束密度の測定によって検出されることから、従来技術のように周縁部に限られる等のように無端ベルト200上の面方向における場所を特定されず、任意の場所に形成される。
また、本実施の形態では、検出領域201Aは、無端ベルト200の面方向に複数設けられている場合を説明するが、少なくとも1つ設けられていれば良く、複数設けられた形態に限られない。
また、本実施の形態では、検出領域101Aは、無端ベルト200の面方向に間隔をあけて複数設けられている場合を説明するが、無端ベルト200の周方向(図1中、矢印Z方向)に長い帯状に設けられた形態であってもよい。また、検出領域201Aは、図11(B)に示すように、無端ベルト200の幅方向(図11中、矢印A方向)の両側の側縁に沿って帯状に設けられた形態であってもよい(図11(B)中、幅方向の一端側に設けられた検出領域201A、及び他端側に設けられた検出領域201A参照)。また、検出領域201Aは、図示は省略するが、無端ベルト200の幅方向の片側の側縁に沿って帯状に設けられた形態であってもよい。また、検出領域201Aは、帯状の検出領域201Aと、点状の検出領域201Aと、が混在して設けられていてもよい(図示省略)。
この検出領域201Aの、面方向を占める領域の形状は、後述するカートリッジ230や画像形成装置250において検出されやすい形状であればよく、どのような形状であってもよい。この形状としては、例えば、円状、矩形状、帯状等が挙げられる。
以下、本実施形態に係る無端ベルト200の構成材料や特性について説明する。この無端ベルト200は、樹脂層201を環状、すなわち無端ベルト状とした構成とされている。
樹脂層201に含まれる樹脂(樹脂材料)は、上記樹脂層101に含まれる樹脂(樹脂材料)と同じであるため説明を省略する。
次に、樹脂層201に含まれる磁性粒子212について説明する。
磁性粒子212としては、磁性を有する粉末が使用される。なお、上述のように、磁性粒子212は、磁性を有していれば良く、磁性と導電性の双方の性質を有していても良い。このような磁性粒子212としては、具体的には、四酸化三鉄(Fe)、酸化鉄(Fe)、酸化ガドリニウム、マグネタイト、マグヘマタイト、各種フェライト(例えば、MnZnフェライト、NiZnフェライト、Yfeガーネット、GaFeガーネット、Baフェライト、Srフェライト等)、金属若しくはこれらの合金(例えば、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル、クロム、ガドリニウム、又はこれらの合金等)が挙げられる。そして、これらを単独、あるいは併用して使用してもよいが、分散性が良くなる理由から、常磁性体である四酸化三鉄、酸化鉄を用いることが望ましい。
本実施形態に係る樹脂層201によって構成された無端ベルト200の製造方法は、導電性粒子112に代えて磁性粒子212を用いる以外は、第1の実施の形態で説明した樹脂層101によって構成された無端ベルト100と同じ製造方法によって製造される(図4参照)。
このため、詳細な説明は省略するが、概略のみを以下に説明すると、無端ベルト200の製造方法では、まず、磁性粒子212と樹脂材料と溶媒とを含有した塗布液を準備する。そして、図4(A)に示すように、塗布液を円筒状金型120に塗布して、当該塗布液の塗膜222を形成する。
次に、円筒状金型120に塗布された塗膜222を乾燥する。次に、図4(B)に示すように、乾燥された塗膜222の表面の面方向において、検出領域201Aの対象となる対象領域201A’にのみ、樹脂材料を溶出させるための溶出用溶媒124を塗布する(領域201B’には塗布しない)。図4(C)に示すように、磁性粒子212は溶出用溶媒124に溶出することはないから、樹脂材料が溶出用溶媒124側に溶出すると、対象領域201A’中の樹脂材料が溶出した領域では、該対象領域201A’における厚み方向の他の領域に比べて、樹脂材料が溶出した分、磁性粒子212の密度が上昇することとなる。結果、対象領域201A’の表面には、磁性粒子212の偏在した偏在領域222Aが形成されることとなる。
次に、図4(D)に示すように、塗膜222の対象領域201A’に塗布された溶出用溶媒124を乾燥させる。この乾燥によって、樹脂材料が析出し、この樹脂材料が、上記磁性粒子212の偏在した偏在領域222A上に層状に形成されることなる。このとき、塗布された溶出用溶媒124には、磁性粒子212が含まれていないことから、磁性粒子212が偏在した偏在領域222A上には、磁性粒子212が含まれていない樹脂領域211Aが形成される。
その結果、表面側から順に、樹脂領域211A、高密度領域211B、及び背面側領域211Cの設けられた検出領域201Aが作製されることとなる。一方、溶出用溶媒124を塗布しなかった領域201B’は、上記図4(A)の塗膜222の乾燥された状態における磁性粒子212の分散状態が維持されたままとなる。
上記工程を経て、面方向に、磁束密度の異なる2つの領域である検出領域201Aと非検出領域201Bとを有する樹脂層201からなる無端ベルト200が作製される。
この製造方法によって製造された無端ベルト200は、その面方向において磁束密度の異なる2つの領域である検出領域201A(非検出領域201Bより磁束密度が大きい)と、非検出領域201Bと、を有し、検出領域201Aは、厚み方向に向かって最表面側から順に磁性粒子212の存在しない樹脂領域211A、高密度領域211B、及び背面側領域211Cを有した構成となる。そして、この高密度領域211Bは、樹脂領域211A及び背面側領域211C、並びに非検出領域201Bに比べて、磁性粒子212の密度の高い領域とされる。
また、上記製造方法によって樹脂層201が作製されることで、この樹脂層201を面方向に同じ面積の複数の領域に分割したときには、各領域について層方向の全領域に存在する磁性粒子212の含有量は、略同じとされる。このため、体積抵抗率については、第1の実施の形態と同様に、周方向に渡って同じとされた樹脂層201が作製されることとなる。一方、樹脂層201の面方向には、磁束密度の異なる2種類の領域である検出領域201Aと非検出領域201Bが形成されることとなる。
(カートリッジ)
図5に示すように、本実施形態に係るカートリッジ230は、無端ベルト200と、検出装置234と、支持部材としての従動ロール131及び駆動ロール132と、を含んで構成されている。
無端ベルト200は、対向して配置された従動ロール131及び駆動ロール132により張力がかかった状態で掛け渡されている(以下、単に「張架」という場合がある。)。そして、図示を省略する駆動部による駆動によって駆動ロール132が周方向に回転されて、この駆動ロール132の回転に従動して従動ロール131が周方向に回転されることで、これらの従動ロール131及び駆動ロール132によって張架された状態の無端ベルト200が周方向(図5中、矢印Z方向)に回転される。
検出装置234は、無端ベルト200を構成する樹脂層201に設けられている検出領域201Aを検出する装置であって、この検出領域201Aを検出可能な位置に設けられている。
なお、本実施の形態では、上記検出領域201Aは、無端ベルト200の外周面側が表面側となるように設けられている。すなわち、検出領域201Aが、無端ベルト200の外周面側に位置されるように設けられている。
このため、検出装置234は、上記従動ロール131及び駆動ロール132の回転によって無端ベルト200が周方向に回転(図5中の矢印Z方向)されたときに、この無端ベルト200の回転に伴って回転移動する検出領域201Aを、順次検知可能な位置に設けられている。具体的には、図5に示すように、検出領域201Aが無端ベルト200の軸方向端部に設けられている場合には、この軸方向端部に対応する位置に検出装置234を設ければよい。また、図3に示すように、検出領域201Aが無端ベルト200の軸方向中央部に設けられている場合には、図示は省略するが、この軸方向中央部に対応する位置に検出装置234を設ければよい。
また、図11(A)、及び図11(B)に示すように、検出領域201Aが無端ベルト200の幅方向(矢印A方向)の両端部に設けられて、検出領域201Aと検出領域201Aとされている場合には、図12(A)、及び図12(B)に示すように、これらの検出領域201A及び検出領域201Aを検知可能な位置に、検出装置234を設ければよい。なお、図12及び図13に示す例では、無端ベルト200の幅方向の一端側(検出領域201A側)に設けられた検出装置234を検出装置234Aと称して説明し、他端側(検出領域201A側)に設けられた検出装置234を検出装置234Bと称して説明する(総称する場合には検出装置234とする)。
なお、検出装置234の設置位置は、検出装置234による検出結果に基づいて、どのような調整を行うかに応じて定めればよく、上述のように、無端ベルト200の各検出領域201Aを検出しうる位置に限られない。
例えば、図13に示すように、検出装置234Bを、検出領域201Aから無端ベルト200の幅方向の外側に外れた位置に設けても良い。このように、検出領域201Aから外れた位置に検出装置234を設けた場合には、例えば、無端ベルト200の幅方向の位置ずれが生じていない状態では、検出装置234Bによって検出領域201Aが検出されず、幅方向の位置ずれが生じると、検出装置234Bによって検出領域201Aが検出されることから、検出領域201Aを、無端ベルト200の幅方向の位置ずれの補正に用いることができる(詳細後述)。
検出装置234は、図示は省略するが、無端ベルト200の外周面から内周面側へ向かって、上記予め定められた強さの磁場を印加する磁場印加装置と、該磁場印加装置によって磁場が印加されたときの無端ベルト200の外周面の磁束密度を測定する磁束密度測定装置と、を含んで構成されている。
なお、この「予め定められた強さの磁場」としては、検出領域201Aを検知可能な程度の磁束密度の変化(検出領域201Aと非検出領域201Bとの磁束密度の差)が生じる程度の強さの磁場であればよい。このため、磁場印加装置が印加する磁場の強さは、測定対象物の無端ベルト200における磁性粒子212を構成する磁性材料の種類や、無端ベルト200の検出領域201Aにおける高密度領域211Bや非検出領域201Bの磁性粒子212に密度等に応じて、適宜規定すればよい。
磁場印加装置によって磁場の加えられる領域は、測定対象の検出領域201Aの形状や形成されている位置や大きさ等に応じて予め調整すればよい。具体的には、少なくとも測定対象の検出領域201A内にのみ選択的に(非検出領域201Bを含まず、検出領域201Aについてのみ選択的に)磁場を印加する構成であればよい。また、磁束密度測定装置によって磁束密度の測定される領域についても、測定対象の検出領域201Aの形状や形成されている位置や大きさ等に応じて予め調整すればよい。具体的には、磁場印加装置によって磁場の印加された測定対象の検出領域201A内の磁束密度のみを選択的に(非検出領域201Bを含まず、検出領域201Aについてのみ選択的に)測定可能な構成であればよい。
磁場印加装置によって磁場が加えられたときの磁束密度が、上記磁束密度測定装置によって測定されることで、検出装置234では、無端ベルト200上の検出領域200Aを検出する。具体的には、予め検出領域200Aの上記予め定められた強さの磁場を印加したときの検出領域201Aの磁束密度を示す情報を記憶しておいて、磁場印加装置によって磁場が加えられたときに磁束密度測定装置によって測定された磁束密度が、該予め記憶した磁束密度以上であったときを、検出領域200Aを検出したとすればよい。
なお、この検出領域200Aの検出は、上記方法に限られず、回転されている無端ベルト200について、磁場印加装置によって磁場が加えられたときの磁束密度を磁束密度測定装置磁束密度で測定し、磁束密度が小さい状態から大きい状態へと変化してから該小さい状態へと戻るまでのタイミングを検知することによって、無端ベルト200上の検出領域200Aを検出するようにしてもよい。
上述のように構成されたカートリッジ230では、図示を省略する駆動部による駆動によって駆動ロール132が周方向に回転されて、この駆動ロール132の回転に従動して従動ロール131が周方向に回転されることで、これらの従動ロール131及び駆動ロール132によって張架された状態の無端ベルト200が周方向(図5中、矢印Z方向)に回転される。すると、この無端ベルト200の回転によって、無端ベルト200の外周面に設けられた検出領域201Aが、順次、上記検出装置234によって検出される。
ここで、本実施の形態の無端ベルト200は、上述のように、検出領域201Aの表面が摩耗した場合であっても高密度領域211Bに対して表面側に位置されている樹脂領域211Aが保護層として機能し、高密度領域211Bの摩耗や劣化が抑制された構成とされている。すなわち、無端ベルト200では、検出領域201Aの磁束密度の変化が抑制された構成とされている。
従って、この構成の無端ベルト100の磁束密度を、検出装置234測定することによって検出領域201Aが、長期間に渡って精度良く検出されると考えられる。
(画像形成装置)
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体表面を帯電する帯電装置と、像保持体表面に潜像を形成する潜像形成装置と、潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、トナー像が転写される転写体と、転写体に転写されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、トナー像を記録媒体に定着する定着装置と、を有している。そして、上記像保持体、上記転写体、及び上記定着装置の内の少なくとも1つが、上記に説明した無端ベルト200から構成されている。
また、上記帯電装置、現像装置、及び定着装置が、環状体として上記に説明した無端ベルト200を含んだ構成とされている。
本実施の形態では、一例として、無端ベルト200を、画像形成装置の転写体(中間転写ベルトともいう)に適用した形態を説明する。
図8に示すように、本実施の形態の画像形成装置250は、第1〜第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの各画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して転写体(中間転写ベルトともいう)として、無端ベルト200が配置されている。無端ベルト200は、駆動ロール54及び従動ロール52に巻回されて張架して設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるように、画像形成装置用のカートリッジを構成している。なお、この駆動ロール54が上記に説明したカートリッジ230の駆動ロール132として機能し、従動ロール52が上記従動ロール131として機能する。また、画像形成装置250は、定着装置(定着手段)58、及び装置各部を制御する制御部60が設けられている。
第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kの各ユニット間には、上記検出装置234が設けられている。検出装置234は、上記制御部60に信号授受可能に接続されている。これらの検出装置234は、無端ベルト200に設けられた検出領域201Aを検出可能な位置に設けられている。本実施の形態では、これらの検出装置234は、各々、無端ベルト200の回転方向(図8中、矢印Z方向)下流側に隣接して設けられたユニットにおけるトナー像の無端ベルト200への転写タイミングを調整するために用いられる場合を説明する。
なお、画像形成装置250は、第1の実施の形態で説明した画像形成装置150における無端ベルト100に代えて無端ベルト200を設け、検出装置134に代えて検出装置234が設けられている以外は、第1の実施の形態で説明した画像形成装置150と同一構成であるため、同一部分には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。
上述のように、無端ベルト200は、検出領域201Aの表面が摩耗した場合であっても高密度領域211Bに対して表面側に位置されている樹脂領域211Aが保護層として機能し、高密度領域211Bの摩耗や劣化が抑制された構成とされている。すなわち、無端ベルト200では、検出領域201Aの磁束密度の変化が抑制された構成とされている。このため、この構成の無端ベルト200に設けられた検出領域201Aは、各検出装置234によって長期間に渡って精度良く検出されると考えられる。
従って、予め無端ベルト200を、無端ベルト200の周方向に所定間隔毎に検出領域201Aを設けた構成とし、各検出装置234によって測定された検出領域201Aの検出結果に基づいて、第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、及び10Kの各々で形成する各色トナー像の形成タイミングを制御すれば、長期化に渡って色ずれが抑制され、高画質化が図れると考えられる。
また、本実施の形態の無端ベルト200の検出領域201Aは、上述のように、内部に高密度領域211Bを備えることで非検出領域201Bと異なる磁束密度とされた領域である。このため、この検出領域201Aは、無端ベルト200と一体的に構成されている。従って、検出領域201Aの剥がれや位置ずれ等による検出精度の劣化が効果的に抑制され、長期間にわたって高精度に検出領域201Aが検出されると考えられる。
また、無端ベルト200の磁束密度を測定することによって、検出領域201Aが検出されることから、光学式に検知する方式や、画像認識により検知する方式に比べて、摩耗や傷、汚れによる影響が抑制され、長期間にわたって高精度に検出領域201Aが検出されると考えられる。
また、無端ベルト200の体積抵抗率が周方向に渡って同じであることから、例えば、電子写真方式の画像形成装置の転写ベルト等として用いる場合には、この検出領域201Aへの電荷のリークや検出領域201A周辺の帯電電位のばらつきが抑制され、安定した転写画像が得られると考えられる。
また、上述のように、本実施の形態の無端ベルト200に設けられた検出領域201Aは、磁束密度を測定することによって検出される。また、この無端ベルト200は、周方向に渡って体積抵抗率が同じとされている。このため、従来のような、位置検出用のテープをベルト表面に貼り付ける等により検出領域の体積抵抗率が他領域と異なる場合や、ベルト本体に対して別体として検出領域を設ける場合に比べて、検出領域201Aの形成位置が制限されない。すなわち、検出領域201Aの形成位置が、無端ベルト200の軸方向端部や周縁部に限られず、図3に示すように軸方向中央部に設けた形態であっても、画質劣化を抑制しつつ且つ長期間にわたって高精度に検出領域201Aが検出されると考えられる。
なお、図8に示す本実施の形態の画像形成装置250では、一例として、転写体に無端ベルト200を用いた場合を説明したが、無端ベルト200を画像形成装置の各種環状体として用いて、無端ベルト200を適用した環状体の磁束密度を測定することで、長期間に渡って精度良く検出領域201Aを検出し、各種タイミングの制御に用いることで、画像形成装置において更なる画質向上が図れる。
検出領域201Aの検出結果に基づいた各種タイミングの制御としては、具体的には、無端ベルト200の速度制御や、無端ベルト200の幅方向の位置ずれ調整(蛇行防止)や、転写タイミングの調整等が挙げられる。
無端ベルト200の速度制御や無端ベルト200の幅方向の位置ずれを調整する場合には、例えば、第1の実施の形態で説明したように、画像形成装置250またはカートリッジ230を、図13に示すように、駆動ロール132を回転駆動するための回転駆動部80と、張架部70と、を更に備えた構成とする。そして、第1の実施の形態で説明した検出装置134に代えて検出装置234(検出装置234A及び検出装置234B)を設けて、制御部60で、上記図14に示す処理ルーチンを実行させればよい。なお、この処理ルーチンについては、第1の実施の形態で詳細を説明したため、ここでは説明を省略する。
このようにすれば、画像形成装置250及びカートリッジ230において、無端ベルト200の幅方向の位置ずれや速度調整が、長期にわたって精度良く実行される。
なお、本実施の形態では、画像形成装置は、中間転写ベルト(無端ベルト200)にトナー像を形成した後に、記録媒体Pに転写する構成である場合を説明したが、中間転写ベルトを搬送ベルトとして用いて、この搬送ベルトによって搬送される記録媒体Pに像保持体から直接トナー像を転写した後に、定着させることによって画像形成する構成であってもよい。この場合には、例えば、無端ベルト200を搬送ベルトとして用いれば、効果的に画質劣化が抑制されると考えられる。
なお、上記第1の実施の形態では、無端ベルト100を、樹脂と導電性粒子112とを含む樹脂層101から構成し、且つ、面方向に非検出領域101Bと、検出領域101Aと、を有する構成とし、無端ベルト100の表面抵抗率を測定する検出装置134によって検出領域101Aを検出する形態を説明した。
また、上記第2の実施の形態では、無端ベルト200を、樹脂と磁性粒子212とを含む樹脂層201から構成し、且つ、面方向に非検出領域201Bと、検出領域201Aと、を有する構成とし、無端ベルト200の磁束密度を測定する検出装置234によって検出領域201Aを検出する形態を説明した。
しかし、第2の実施の形態における樹脂層201に含まれる磁性粒子212として、磁性と共に導電性を有する粒子を用いた場合には、第1の実施の形態で用いた検出装置134によって、検出領域201Aを検出してもよい。磁性粒子212として磁性と導電性の双方の特性を有する粒子を用いることで、樹脂層201の検出領域201Aが、第1の実施の形態で説明した検出装置134(表面抵抗率を測定)、及び第2の実施の形態で説明した検出装置234(磁束密度を測定)の何れの装置でも検出されることとなり、検出方法の選択枝が広がる。
磁性及び導電性の双方を有する粒子としては、具体的には、マグネタイトが挙げられる。
また、上記第1の実施の形態では、樹脂層101に含まれる粒子が導電性粒子112であり、第2の実施の形態では、樹脂層201に含まれる粒子が磁性粒子212である場合を説明した。しかし、この樹脂層101または樹脂層201に含まれる粒子は、導電性粒子112単体、または磁性粒子212単体である場合に限られず、これらの導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態であってもよい。
樹脂層101を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とすることによって、樹脂層101の検出領域101Aが、第1の実施の形態で説明した検出装置134(表面抵抗率を測定)、及び第2の実施の形態で説明した検出装置234(磁束密度を測定)の何れの装置でも検出されることとなり、検出方法の選択枝が広がる。
同様に、樹脂層201を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とすることによって、樹脂層201の検出領域201Aが、第1の実施の形態で説明した検出装置134(表面抵抗率を測定)、及び第2の実施の形態で説明した検出装置234(磁束密度を測定)の何れの装置でも検出されることとなり、検出方法の選択枝が広がる。
なお、上記のように、樹脂層101に含まれる粒子を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とし、検出領域101Aを表面抵抗率の測定によって検出する検出装置134によって検出する場合には、検出領域101Aを検知可能な程度の表面抵抗率の変化(検出領域101Aと非検出領域101Bとの表面抵抗率の差)が生じるように、樹脂層101に含まれる導電性粒子112または導電性を有する磁性粒子212の含有量や、粒子の構成材料、及び高密度領域に偏在する粒子の密度等を予め調整すればよい。
また、樹脂層101に含まれる粒子を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とし、検出領域101Aを磁束密度の測定によって検出する検出装置234によって検出する場合には、検出領域101Aを検知可能な程度の磁束密度の変化(検出領域101Aと非検出領域101Bとの磁束密度の差)が生じるように、樹脂層101に含まれる磁性粒子212の含有量や、粒子の構成材料、及び高密度領域に偏在する粒子の密度等を調整すればよい。
また、樹脂層201に含まれる粒子を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とし、検出領域201Aを表面抵抗率の測定によって検出する検出装置134によって検出する場合には、検出領域201Aを検知可能な程度の表面抵抗率の変化(検出領域201Aと非検出領域201Bとの表面抵抗率の差)が生じるように、樹脂層201に含まれる導電性粒子112または導電性を有する磁性粒子212の含有量や、粒子の構成材料、及び高密度領域に偏在する粒子の密度等を調整すればよい。
また、樹脂層201に含まれる粒子を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とし、検出領域201Aを磁束密度の測定によって検出する検出装置234によって検出する場合には、検出領域201Aを検知可能な程度の磁束密度の変化(検出領域201Aと非検出領域201Bとの磁束密度の差)が生じる程度の差が生じるように、樹脂層201に含まれる磁性粒子212の含有量や、粒子の構成材料、及び高密度領域に偏在する粒子の密度等を調整すればよい。
さらに、樹脂層101及び樹脂層201に含まれる粒子を、導電性粒子112及び磁性粒子212の双方の混合された形態とし、検出領域101A及び検出領域201Aを、検出装置134及び検出装置234の双方によって検出可能とするためには、検出領域101A及び検出領域201Aを検知可能な程度の表面抵抗率の変化と、検出領域101A及び検出領域201Aを検知可能な程度の磁束密度の変化と、の双方が生じるように、樹脂層101及び樹脂層201に含まれる導電性粒子112及び磁性粒子212の含有量や、粒子の構成材料、及び高密度領域に偏在する粒子の密度等を調整すればよい。
以下に、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
なお、以下の実施例及び比較例において、体積抵抗率及び表面抵抗率の測定は、下記方法で測定した。
表面抵抗率の測定は、次の通り行う。円形電極(例えば、三菱油化(株)製ハイレスターIPの「URプローブ」)を用い、JIS K6911に従って測定した。表面抵抗率の測定方法を、図を用いて説明する。図9は、円形電極の一例を示す概略平面図(A)及び概略断面図(B)である。図9に示す円形電極は、第一電圧印加電極Aと板状絶縁体Bとを備える。第一電圧印加電極Aは、円柱状電極部Cと、該円柱状電極部Cの外径よりも大きい内径を有し、且つ円柱状電極部Cを一定の間隔で囲む円筒状のリング状電極部Dとを備える。第一電圧印加電極Aにおける円柱状電極部C及びリング状電極部Dと板状絶縁体Bとの間にベルトTを挟持し、第一電圧印加電極Aにおける円柱状電極部Cとリング状電極部Dとの間に電圧V(V)を印加したときに流れる電流I(A)を測定し、下記式により、ベルトTの転写面の表面抵抗率ρs(Ω/□)を算出する。ここで、下記式中、d(mm)は円柱状電極部Cの外径を示し、D(mm)はリング状電極部Dの内径を示す。
式:ρs=π×(D+d)/(D−d)×(V/I)
なお、表面抵抗率は、円形電極(三菱油化(株)製ハイレスターIPのURプローブ:円柱状電極部Cの外径Φ16mm、リング状電極部Dの内径Φ30mm、外径Φ40mm)を用い、22℃/55%RH環境下、電圧500V、10秒印加後の電流値を求め算出する。
また、体積抵抗率の測定は、円形電極(例えば、三菱油化(株)製ハイレスターIPのURプローブ)を用い、JIS K6911に従って測定する。前記体積抵抗率の測定方法を、図を用いて説明する。測定は表面抵抗率と同一の装置で測定する。但し、図9に示す円形電極において、表面抵抗率測定時の板状絶縁体Bに代えて第二電圧印加電極B’を備えた構成とする。そして、第一電圧印加電極Aにおける円柱状電極部C及びリング状電極部Dと第二電圧印加電極B’との間にベルトTを挟持し、第一電圧印加電極Aにおける円柱状電極部Cと第二電圧印加電極Bとの間に電圧V(V)を印加した時に流れる電流I(A)を測定し、下記式により、ベルトTの体積抵抗率ρv(Ωcm)を算出した。ここで、下記式中、tは、ベルトTの厚さを示す。
式 ρv=19.6×(V/I)×t
なお、体積抵抗率は、円形電極(三菱油化(株)製ハイレスターIPのURプローブ:円柱状電極部Cの外径Φ16mm、リング状電極部Dの内径Φ30mm、外径Φ40mm)を用い、22℃/55%RH環境下、電圧500V、10秒印加後の電流値を求め算出した。
また、上記式に示される19.6は、抵抗率に変換するための電極係数であり、円柱状電極部の外径d(mm)、試料の厚さt(cm)より、πd/4tとして算出される。また、ベルトTの厚さは、サンコー電子社製渦電流式膜厚計CTR−1500Eを使用し測定した。
磁束密度は、10kOeの磁場を測定対象領域に印加したときの、該測定対象領域における磁束密度を測定することによって得た。詳細には、磁場印加装置として、ハヤマ社製、商品名 電磁石WS24−40SV−5K−N1を用意し、この磁場印加装置によって10kOeの磁場を測定対象領域に印加しているときに、該測定対象領域(以下の実施例及び比較例では無端ベルトの外周面の非検出領域と検出領域)の磁束密度を、旭化成社製、商品名 ホール素子HW−101Aをスイッチ回路に用いる事によって測定することによって得た。
(実施例1)
<無端ベルトA1の作製>
―塗布液(ポリイミド前駆体溶液)の調整―
まず、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)と、p−フェニレンジアミンオキシジアニリン(ODAPDA)と、を含むポリアミド酸N−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液(宇部興産製ユーワニスRS)のポリイミド系樹脂固形分100質量部に対して、乾燥した酸化処理カーボンブラック(SPEDIAL BLACK4)Degussa社製)を23質量部になるように添加して、衝突型分散機(ジーナス製GeanusPY)を用い、圧力200MPaで最小面積が1.4mmで2分割後衝突させ、再度2分割する経路を5回通過させて、混合して粘度150ポイズのカーボンブラック分散ポリアミド酸溶液(塗布液A1)を得た。
−検出領域を有する無端ベルトA1の作製−
予め離型剤を焼き付けた外径190mm、長さ600mm、厚さ5mmの円筒形のアルミ製円筒状基材を成形用芯体とし、この芯体を100rpmで回転させながら、上記調整した塗布液A1を、芯体外周面にディスペンサーとスクレイパーを速度150min/minで移動させながら、塗布長350mm、厚み0.5mmで塗布した後、5rpmで回転させながら、120℃で30分間加熱乾燥した。
常温に冷却後、検出領域(図1中の検出領域101Aに相当)の形成対象領域として10mm×10mmの穴をあけたシートを、上記乾燥膜上に配置し、シートの穴に、本実施例1で調整した上記NMP溶液を10ccたらし、常温で5分乾燥後、シートを取り除いた。この乾燥膜を300℃まで2時間加熱焼成することにより、溶媒除去とともにイミド転化を行い、最後に常温まで冷却してから、芯体からポリイミド管状体を分離し、幅340mmにカットした。これにより外径190mm、厚さ80μm、幅340mmの無端ベルトA1を調整した。また、外周面には、10mm×10mmの検出領域が作製された。
この無端ベルトA1について、検出領域、及び検出領域以外の領域である非検出領域(図1中、非検出領域101Bに相当)の各々について、表面抵抗率を測定したところ、検出領域については、表面抵抗率の常用対数値が6.5LogΩ/□であり、非検出領域については10.5LogΩ/□であった。このため、検出領域と非検出領域との表面抵抗率の常用対数値の差は、4.0LogΩ/□であった。
また、無端ベルトA1の体積抵抗率を測定したところ、非検出領域及び検出領域共に、体積抵抗率の常用対数値は9.7LogΩ・cmであった。
(実施例2)
<無端ベルトA2の作製>
―塗布液の調整―
ポリイミド樹脂として、溶剤可溶型のポリイミド樹脂:東洋紡(株)製:バイロマックスHR16NN(固形分18質量%、溶剤:メチル−2ピロリドン(実施例1と同じNNP溶液))、導電性粒子として、カーボンブラック(Degussa社製、商品名 SPEDIAL BLACK4)を樹脂成分100質量部あたり、25質量部添加し、実施例1と同様にして分散機を用い分散を行ない、塗布液A2を調整した。
予め離型剤を焼き付けた外径168mm、長さ600mm、厚さ5mmの円筒形のアルミ製円筒状基材を成形用芯体とし、この芯体を100rpmで回転させながら、上記調整した塗布液A2を、芯体外周面にディスペンサーとスクレイパーを速度150min/minで移動させながら、塗布長350mm、厚み0.5mmで塗布した後、5rpmで回転させながら、120℃で30分間加熱乾燥した。
常温に冷却後、検出領域(図1中、検出領域101Aに相当)の形成対象領域としての10mm×10mmの穴をあけたシートを、上記乾燥膜上に配置し、シートの穴に、実施例1で調整した上記NMP溶液を10ccたらし、常温で5分乾燥後、シートを取り除いた。この乾燥膜を300℃まで2時間加熱焼成し、最後に常温まで冷却してから、芯体からポリイミド管状体を分離し、幅340mmにカットした。これにより、無端ベルトA2を作製した。
この無端ベルトA2について、検出領域、及び検出領域以外の領域である非検出領域(図1中、非検出領域101Bに相当)の各々について、表面抵抗率を測定したところ、検出領域の表面抵抗率の常用対数値は6.7LogΩ/□であり、非検出領域の表面抵抗率の常用対数値は11.3LogΩ/□であった。このため、検出領域と非検出領域との表面抵抗率の常用対数値の差は4.6LogΩ/□であった。
また、無端ベルトA2の体積抵抗率を測定したところ、非検出領域及び検出領域共に、体積抵抗率の常用対数値は8.1LogΩ・cmであった。
また、本実施例2において作製した無端ベルトA2について、デジタル・インスツルメンツ社製D3000及びNanoscopeIIIを用いて電流像を測定した結果を、図10に示した。
(実施例3)
<無端ベルトA3の作製>
―塗布液(ポリイミド前駆体溶液)の調整―
実施例1で調整した塗布液(ポリイミド前駆体溶液)で用いた、乾燥した酸化処理カーボンブラック(SPEDIAL BLACK4)Degussa社製)を23質量部に代えて、四酸化三鉄(Fe)23質量部、実施例1で調整した該塗布液A1と同じ製法及び条件で、磁性粒子分散ポリアミド酸溶液(塗布液A3)を得た。
−検出領域を有する無端ベルトA3の作製−
上記実施例1で作製した無端ベルトA1の作製において、塗布液A1に代えて、塗布液A3を用いた以外は、該無端ベルトA1と同じ製法によって、外径190mm、厚さ80μm、幅340mmの無端ベルトA3を調整した。また、外周面には、10mm×10mmの検出領域(図1の検出領域201Aに相当)が作製された。
この無端ベルトA3について、検出領域、及び検出領域以外の領域である非検出領域(図1中、非検出領域201Bに相当)の各々について、磁束密度を測定したところ、検出領域については、磁束密度50mTであり、非検出領域については、磁束密度20mTであった。このため、検出領域と非検出領域との磁束密度の差は、30mTであった。
また、無端ベルトA3の体積抵抗率を測定したところ、非検出領域及び検出領域共に、体積抵抗率の常用対数値は12.0LogΩ・cmであった。
(比較例1)
実施例2において、乾燥膜上にNMP溶液を滴下せず、検出領域101Aを設けない構成とした以外は、実施例2で調整した無端ベルトA2と同じ条件及び同じ方法を用いて、ベルト状部材を作製した。このベルト状部材について、このベルト状部材における、上記実施例2で調整した無端ベルトA2における検出領域101Aに対応する領域に、検出領域として下記アルミシールを添付した。これを、比較無端ベルトA1とした。
このアルミシールとしては、PETフィルム上にアルミニウムを蒸着したアルミシート(10mm×10mm)の裏面にシリコーン系粘着剤を塗布して層厚5μmとしたものを用いた。
(評価)
実施例1〜実施例3、及び比較例1で作製したベルト(無端ベルトA1〜A3、比較無端ベルトA1)の各々について、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
−位置検出精度の評価(表面抵抗率及び剥がれ状態評価)−
得られた無端ベルトA1〜A3、及び比較無端ベルトA1、の各々を、中間転写ベルトとして富士ゼロックス社製DocuColor450改造機(プロセス速度500mm/sec、一次転写電流45μA、二次転写電圧3.5kV)に装着し、10℃、RH15%の環境下で、プリント試験を行なった。試験は、富士ゼロックス社製C2紙A4紙を使用し、300000枚のプリントテストを行った。そして、プリント試験前後において実施例1〜実施例2で作製した無端ベルトA1及び無端ベルトA2では、検出領域101Aの表面抵抗率を測定することによって、検出領域の位置検出が可能かどうか評価し、比較例1で作製した比較無端ベルトA1では、光学センサを用いて、検出領域としてのアルミシールからの光の反射を読取ることによって該検出領域の位置検出が可能かどうか評価した。
また、実施例3で作製した無端ベルトA3では、プリント試験前後において、検出領域201Aの磁束密度を測定することによって、検出領域の位置検出が可能かどうか評価した。
比較例1で作製した比較無端ベルトA1では、光学センサを用いて、検出領域としてのアルミシールからの光の反射を読取ることによって該検出領域の位置検出が可能かどうか評価した。
測定結果を表1に示した。
表1に示されるように、実施例1〜実施例2で作製した無端ベルトA1、無端ベルトA2、は、プリントテスト前に対するプリントテスト後の、検出領域の表面抵抗率の変化が見られなかった。このため、実施例1〜実施例2で作製した無端ベルトA1、無端ベルトA2、の表面抵抗率を測定することで各検出領域を検出すれば、長期間にわたって精度良く検出領域が検出されるといえる。このため、この検出領域の検出結果を用いて無端ベルトの幅方向の位置ずれ調整や速度調整を行えば、長期にわたって精度良く位置ずれ調整や速度調整がなされるといえる。
また、表1に示されるように、実施例3で作製した無端ベルトA3は、プリントテスト前に対するプリントテスト後の、検出領域の磁束密度の変化が見られなかった。このため、実施例3で作製した無端ベルトA3の磁束密度を測定することで各検出領域を検出すれば、長期間にわたって精度良く検出領域が検出されるといえる。このため、この検出領域の検出結果を用いて無端ベルトの幅方向の位置ずれ調整や速度調整を行えば、長期にわたって精度良く位置ずれ調整や速度調整がなされるといえる。
一方、比較例1で作製した比較無端ベルトA1は200000枚プリント付近からアルミシールの片隅が剥がれ始め、250000枚プリント後にはアルミシールが完全に剥がれたために位置検出が不可能となった。
上記の結果から実施例1〜実施例3では、比較例1に比べて、長期間にわたって精度良く位置検出が可能であった。
1Y、1M、1C、1K 像保持体
2Y、2M、2C、2K 帯電ロール
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K 現像装置
5Y、5M、5C、5K 1次転写ロール
46 表面抵抗率測定部
52 従動ロール
54 駆動ロール
56 二次転写ロール
100,200 無端ベルト
101,201 樹脂層
101A,201A 検出領域
101B,201B 非検出領域
111B,211B 高密度領域
111A,211A 樹脂領域
112 導電性粒子
212 磁性粒子
130,230 カートリッジ
131 従動ロール
132 駆動ロール
134,234 検出装置
150,250 画像形成装置

Claims (11)

  1. 樹脂と、磁性及び導電性の少なくとも一方を有する粒子と、を含んで構成された樹脂層を備え、
    前記樹脂層が、該樹脂層の面方向に、
    第1の領域と、該第1の領域とは表面抵抗率及び磁束密度の少なくとも一方が異なる第2の領域と、を有し、
    前記第2の領域が、厚み方向の最表面側に設けられ前記粒子を含有しない樹脂領域と、該樹脂領域より厚み方向の内面側に設けられ前記樹脂領域及び前記第1の領域より前記粒子の密度の高い高密度領域と、を有し、
    前記第1の領域と、前記第2の領域と、は体積抵抗率が同じである環状体。
  2. 前記粒子は、導電性を有し、
    前記第2の領域は、前記第1の領域より表面抵抗率が低い請求項1に記載の環状体。
  3. 前記粒子は、磁性を有し、
    前記第2の領域は、前記第1の領域より磁束密度が大きい請求項1又は請求項2に記載の環状体。
  4. 前記第2の領域が、環状体本体の幅方向の端部に設けられた請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体。
  5. 前記第2の領域が、環状体本体の幅方向の少なくとも片側の側縁に沿って帯状に設けられた請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体。
  6. 請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体と、
    該環状体を張力のかかった状態で掛け渡す複数の支持部材と、
    前記環状体の磁束密度及び表面抵抗率の少なくとも一方を測定することによって前記第の領域を検出する検出装置と、
    を備えたカートリッジ。
  7. 前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の幅方向の位置ずれを調整する調整装置を更に備えた請求項に記載のカートリッジ。
  8. 前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の回転速度を変更する変更装置を更に備えた請求項または請求項に記載のカートリッジ。
  9. 像保持体と、
    前記像保持体を帯電する帯電装置と、
    前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成装置と、
    前記像保持体上の前記潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像が転写される転写体と、
    前記転写体に転写された前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
    前記記録媒体に転写された前記トナー像を該記録媒体に定着する定着装置と、
    を備え、
    前記像保持体、前記帯電装置、前記現像装置、前記転写装置、及び前記定着装置の少なくとも1つが、
    請求項1〜請求項の何れか1項に記載の環状体を有し、
    前記環状体の磁束密度及び表面抵抗率の少なくとも一方を測定することによって前記第の領域を検出する検出装置を備えた画像形成装置。
  10. 前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の幅方向の位置ずれを調整する調整装置を更に備えた請求項に記載の画像形成装置。
  11. 前記検出装置による検出結果に基づいて、前記環状体の回転速度を変更する変更装置を更に備えた請求項または請求項10に記載の画像形成装置。
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