JP7091649B2

JP7091649B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP7091649B2
Application number: JP2017245260A
Authority: JP
Inventors: 俊樹速水; 義忠刈米
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2022-06-28
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Description

本発明は、画像形成装置に関する。

一般に、電子写真プロセス技術を利用した画像形成装置（プリンター、複写機、ファクシミリ等）は、帯電した感光体ドラムに対して、画像データに基づくレーザー光を照射（露光）することにより、静電潜像を形成する。そして、静電潜像が形成された感光体ドラムへ現像装置よりトナーを供給することにより静電潜像を可視化してトナー像を形成する。さらに、このトナー像を直接または間接的に用紙に転写させた後、加熱、加圧して定着させることにより用紙に画像を形成する。

また、画像形成装置では、感光体ドラムまたは中間転写ベルト（像坦持体）においてトナー付着量をセンサーで光学的に検出し、検出結果に基づいて画像形成動作を制御し、画質の向上を図っている。

例えば、特許文献１に開示された画像形成装置では、ポリイミド（ＰＩ）を含む基材層（基層と呼ぶこともある）に対して、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とする表面層（表層、コート層と呼ぶこともある）を塗布した中間転写ベルトの使用が検討されている。

特開２０１４－１０９５８６号公報

特許文献１のように、基材層および表面層を有する中間転写ベルトでは、トナー付着力が低減され、転写効率が向上する。しかしながら、上述した基材層および表面層を有する中間転写ベルトにおいてトナー付着量の検出を行う場合、センサーの発光側から照射される入射光が基材層および表面層の各々で反射した反射光が互いに干渉し、センサーの受光側においてセンサーノイズが生じてしまい、トナー付着量を精度良く検出することができないという問題がある。

本発明は、トナー付着量を精度良く検出することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る画像形成装置は、
基材層と、前記基材層上に配置され、有機成分を含有した無機酸化物を含む表面層と、を具備する中間転写ベルトと、
前記中間転写ベルト上に付着するトナーの量を、所定波長の入射光を用いて検出するセンサーと、
を備え、
前記中間転写ベルトは、
前記表面層の十点平均粗さが、1.1μm以上かつ1.3μm以下であり、かつ、前記所定波長の69％以上であり、かつ、前記トナーの平均粒径の20％未満であり、
前記有機成分の含有量が30質量％より多く、
前記表面層の膜厚をＣμmとし、前記表面層と前記基材層との抵抗値差をＤlogΩ/□とすると、下記式の関係を満たす。
0.6 × Ｃ + 0.2 ≦ Ｄ

本発明によれば、トナー付着量を精度良く検出することができる。

本実施の形態に係る画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。本実施の形態に係る画像形成装置の制御系の主要部を示す図である。中間転写ベルトの断面を概略的に示す図である。中間転写ベルトにおいて生じる干渉の説明に供する図である。本実施の形態に係る中間転写ベルトの断面の一例を示す図である。本実施の形態に係るクリーニング性及びセンサーノイズの評価結果の一例を示す図である。表面層における有機成分の含有量と、表面層の硬度との関係の一例を示す図である。表面層によって転写効率が向上する原理の説明に供する図である。本実施の形態の変形例１に係る転写性及びワレ発生の評価結果の一例を示す図である。本実施の形態の変形例３に係る転写性の評価結果の一例を示す図である。表面層における有機成分の含有量と、表面層の膜厚との関係の一例を示す図である。

以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、本実施の形態に係る画像形成装置１の制御系の主要部を示す。図１、２に示す画像形成装置１は、電子写真プロセス技術を利用した中間転写方式のカラー画像形成装置である。すなわち、画像形成装置１は、感光体ドラム４１３上に形成されたＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色トナー画像を中間転写ベルト４２１（像坦持体）に一次転写し、中間転写ベルト４２１上で４色のトナー画像を重ね合わせた後、用紙Ｓ（記録媒体）に二次転写することにより、画像を形成する。なお、画像形成装置１は、単色の画像（例えばモノクロ画像）を形成する画像装置であってもよい。

画像形成装置１には、ＹＭＣＫの４色に対応する感光体ドラム４１３を中間転写ベルト４２１の走行方向に直列配置し、中間転写ベルト４２１に一回の手順で各色トナー画像を順次転写させるタンデム方式が採用されている。

図２に示すように、画像形成装置１は、画像読取部１０、操作表示部２０、画像処理部３０、画像形成部４０、用紙搬送部５０、定着部６０および制御部１００を備える。

制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３等を備える。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ１０３に展開し、展開したプログラムと協働して画像形成装置１の各ブロックの動作を集中制御する。このとき、記憶部７２に格納されている各種データが参照される。記憶部７２は、例えば不揮発性の半導体メモリ（いわゆるフラッシュメモリ）やハードディスクドライブで構成される。

制御部１００は、通信部７１を介して、ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等の通信ネットワークに接続された外部の装置（例えばパーソナルコンピューター）との間で各種データの送受信を行う。制御部１００は、例えば、外部の装置から送信された画像データを受信し、この画像データ（入力画像データ）に基づいて用紙Ｓに画像を形成させる。通信部７１は、例えばＬＡＮカード等の通信制御カードで構成される。

画像読取部１０は、ＡＤＦ（Auto Document Feeder）と称される自動原稿給紙装置１１および原稿画像走査装置１２（スキャナー）等を備えて構成される。

自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された原稿Ｄを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置１２へ送り出す。自動原稿給紙装置１１は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Ｄの画像（両面を含む）を連続して一挙に読み取ることができる。

原稿画像走査装置１２は、自動原稿給紙装置１１からコンタクトガラス上に搬送された原稿またはコンタクトガラス上に載置された原稿を光学的に走査し、原稿からの反射光をＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー１２ａの受光面上に結像させ、原稿画像を読み取る。画像読取部１０は、原稿画像走査装置１２による読取結果に基づいて入力画像データを生成する。この入力画像データには、画像処理部３０において所定の画像処理が施される。

操作表示部２０は、例えばタッチパネル付の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）で構成され、表示部２１および操作部２２として機能する。表示部２１は、制御部１００から入力される表示制御信号に従って、各種操作画面、画像の状態表示、各機能の動作状況等の表示を行う。操作部２２は、テンキー、スタートキー等の各種操作キーを備え、ユーザーによる各種入力操作を受け付けて、操作信号を制御部１００に出力する。

画像処理部３０は、入力画像データに対して、初期設定またはユーザー設定に応じたデジタル画像処理を行う回路等を備える。例えば、画像処理部３０は、制御部１００の制御下で、階調補正データ（階調補正テーブル）に基づいて階調補正を行う。また、画像処理部３０は、入力画像データに対して、階調補正の他、色補正、シェーディング補正等の各種補正処理や、圧縮処理等を施す。これらの処理が施された画像データに基づいて、画像形成部４０が制御される。

画像形成部４０は、入力画像データに基づいて、Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分の各有色トナーによる画像を形成するための画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋ、中間転写ユニット４２等を備える。

Ｙ成分、Ｍ成分、Ｃ成分、Ｋ成分用の画像形成ユニット４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋは、同様の構成を有する。図示および説明の便宜上、共通する構成要素は同一の符号で示し、それぞれを区別する場合には符号にＹ、Ｍ、Ｃ、またはＫを添えて示すこととする。図１では、Ｙ成分用の画像形成ユニット４１Ｙの構成要素についてのみ符号が付され、その他の画像形成ユニット４１Ｍ、４１Ｃ、４１Ｋの構成要素については符号が省略されている。

画像形成ユニット４１は、露光装置４１１、現像装置４１２、感光体ドラム４１３、帯電装置４１４、およびドラムクリーニング装置４１５等を備える。

露光装置４１１は、例えば半導体レーザーで構成され、感光体ドラム４１３に対して各色成分の画像に対応するレーザー光を照射する。これにより、感光体ドラム４１３の表面には、周囲との電位差により各色成分の静電潜像が形成される。

現像装置４１２は、例えば、二成分逆転方式の現像装置であり、感光体ドラム４１３の表面に各色成分のトナーを付着させることにより、静電潜像を可視化してトナー像を形成する。現像装置４１２は、感光体ドラム４１３と現像領域を介して対向するよう配置された現像スリーブを備えている。現像スリーブには、例えば帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流現像バイアス、または交流電圧に帯電装置４１４の帯電極性と同極性の直流電圧が重畳された現像バイアスが印加される。その結果、露光装置４１１によって形成された静電潜像にトナーを付着させる反転現像が行われる。

感光体ドラム４１３は、例えばドラム状の金属基体の外周面に、有機光電導体を含有させた樹脂によりなる感光層が形成された有機感光体よりなる。

制御部１００は、感光体ドラム４１３を回転させる駆動モーター（図示略）に供給される駆動電流を制御することにより、感光体ドラム４１３を一定の周速度で回転させる。

帯電装置４１４は、例えば帯電チャージャーであり、コロナ放電を発生させることにより、光導電性を有する感光体ドラム４１３の表面を一様に負極性に帯電させる。

ドラムクリーニング装置４１５は、感光体ドラム４１３の表面に当接され、弾性体よりなる平板状のドラムクリーニングブレード等を有し、中間転写ベルト４２１に転写されずに感光体ドラム４１３の表面に残留するトナーを除去する。

中間転写ユニット４２は、中間転写ベルト４２１、一次転写ローラー４２２、複数の支持ローラー４２３、二次転写ローラー４２４、およびベルトクリーニング装置４２６等を備える。

中間転写ベルト４２１は、無端状ベルトで構成され、複数の支持ローラー４２３にループ状に張架される。複数の支持ローラー４２３のうちの少なくとも１つは駆動ローラーで構成され、その他は従動ローラーで構成される。例えば、Ｋ成分用の一次転写ローラー４２２よりもベルト走行方向下流側に配置されるローラー４２３Ａが駆動ローラーであることが好ましい。これにより、一次転写部におけるベルトの走行速度を一定に保持しやすくなる。駆動ローラー４２３Ａが回転することにより、中間転写ベルト４２１は矢印Ａ方向に一定速度で走行する。

図３は、中間転写ベルト４２１の断面を概略的に示す図である。図３に示すように、中間転写ベルト４２１は、基材層４２１ａ、および、基材層４２１ａ上に配置された表面層４２１ｂの少なくとも２層を有する。基材層４２１ａには、例えば、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアミド樹脂等の導電材等を分散させた合成樹脂が使用される。基材層４２１ａは単層構成であってもよく、複数層構成であってもよい。また、表面層４２１ｂには、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とする材料が使用される。例えば、表面層４２１ｂには、アルキル基を含む酸化ケイ素として、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン等のシロキサン化合物が使用されてもよい。また、表面層４２１ｂは、少なくとも、光透過性を有する。

なお、基材層４２１ａおよび表面層４２１ｂに使用される材料はこれらに限定されるものではない。

一次転写ローラー４２２は、各色成分の感光体ドラム４１３に対向して、中間転写ベルト４２１の内周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、一次転写ローラー４２２が感光体ドラム４１３に圧接されることにより、感光体ドラム４１３から中間転写ベルト４２１へトナー像を転写するための一次転写ニップが形成される。

二次転写ローラー４２４は、駆動ローラー４２３Ａのベルト走行方向下流側に配置されるバックアップローラー４２３Ｂに対向して、中間転写ベルト４２１の外周面側に配置される。中間転写ベルト４２１を挟んで、二次転写ローラー４２４がバックアップローラー４２３Ｂに圧接されることにより、中間転写ベルト４２１から用紙Ｓへトナー像を転写するための二次転写ニップが形成される。

一次転写ニップを中間転写ベルト４２１が通過する際、感光体ドラム４１３上のトナー像が中間転写ベルト４２１に順次重ねて一次転写される。具体的には、一次転写ローラー４２２に一次転写バイアスを印加し、中間転写ベルト４２１の裏面側（一次転写ローラー４２２と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は中間転写ベルト４２１に静電的に転写される。

その後、用紙Ｓが二次転写ニップを通過する際、中間転写ベルト４２１上のトナー像が用紙Ｓに二次転写される。具体的には、二次転写ローラー４２４に二次転写バイアスを印加し、用紙Ｓの裏面側（二次転写ローラー４２４と当接する側）にトナーと逆極性の電荷を付与することにより、トナー像は用紙Ｓに静電的に転写される。トナー像が転写された用紙Ｓは定着部６０に向けて搬送される。

ベルトクリーニング装置４２６は、二次転写後に中間転写ベルト４２１の表面に残留する転写残トナーを除去する。なお、二次転写ローラー４２４に代えて、二次転写ローラーを含む複数の支持ローラーに、二次転写ベルトがループ状に張架された構成（いわゆるベルト式の二次転写ユニット）を採用しても良い。

定着部６０は、用紙Ｓの定着面（トナー像が形成されている面）側に配置される定着面側部材を有する上側定着部６０Ａ、用紙Ｓの裏面（定着面の反対の面）側に配置される裏面側支持部材を有する下側定着部６０Ｂ、および加熱源６０Ｃ等を備える。定着面側部材に裏面側支持部材が圧接されることにより、用紙Ｓを狭持して搬送する定着ニップが形成される。

定着部６０は、トナー像が二次転写され、搬送されてきた用紙Ｓを定着ニップで加熱、加圧することにより、用紙Ｓにトナー像を定着させる。定着部６０は、定着器Ｆ内にユニットとして配置される。また、定着器Ｆには、エアを吹き付けることにより、定着面側部材または裏面側支持部材から用紙Ｓを分離させるエア分離ユニットが配置されていても良い。

用紙搬送部５０は、給紙部５１、排紙部５２、および搬送経路部５３等を備える。給紙部５１を構成する３つの給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃには、坪量やサイズ等に基づいて識別された用紙Ｓ（規格用紙、特殊用紙）があらかじめ設定された種類毎に収容される。搬送経路部５３は、レジストローラー対５３ａ等の複数の搬送ローラー対を有する。

給紙トレイユニット５１ａ～５１ｃに収容されている用紙Ｓは、最上部から一枚ずつ送出され、搬送経路部５３により画像形成部４０に搬送される。このとき、レジストローラー対５３ａが配設されたレジストローラー部により、給紙された用紙Ｓの傾きが補正されるとともに搬送タイミングが調整される。そして、画像形成部４０において、中間転写ベルト４２１のトナー像が用紙Ｓの一方の面に一括して二次転写され、定着部６０において定着工程が施される。画像形成された用紙Ｓは、排紙ローラー５２ａを備えた排紙部５２により機外に排紙される。

トナー付着量検出部７３は、中間転写ベルト４２１に対向し、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する。トナー付着量検出部７３には、例えば、ＩＤＣ（Image Density Control）センサー、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサーなどが用いられる。例えば、トナー付着量検出部７３は、発光素子および受光素子からなる光センサーを有する。中間転写ベルト４２１では、中間転写ベルト４２１に付着したトナー量に応じた強度の光が反射される。例えば、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量が少ないほど、中間転写ベルト４２１ではより強い光が反射される。トナー付着量検出部７３は、受光素子で受光した反射光の反射強度（例えば、電圧値）に基づいて、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を検出する。受光素子で受光する反射光の反射強度が高いほど、トナー付着量検出部７３で検出されるトナー付着量はより少なくなる。

制御部１００は、トナー付着量検出部７３の検出結果（トナー付着量）に基づいて、画像形成部４０における転写動作（例えば、転写バイアスなど）等を制御する。

ところで、図３に示すように、基材層４２１ａおよび表面層４２１ｂを有する中間転写ベルト４２１では、表面層４２１ｂの表面で反射する光と、表面層４２１ｂを透過し、基材層４２１ａで反射する光との干渉が発生する。この反射光の干渉によってトナー付着量検出部７３が備える受光素子ではセンサーノイズが生じてしまう。

図４は、センサーノイズの発生メカニズムの説明に供する図である。

図４では、トナー付着量検出部７３が備える発光素子（図示せず）から照射される入射光（センサー光）の波長（センサー波長）をλとし、表面層４２１ｂの屈折率（コート層屈折率）をｎとし、表面層４２１ｂの膜厚（コート層厚み）をｄとする。また、光が表面層４２１ｂの内部に入射する角度（屈折角）をθ_ｒとする。

この場合、表面層４２１ｂの表面で反射する光と、表面層４２１ｂを透過し、基材層４２１ａで反射する光とが干渉する条件は、以下の式で表される。
２ｎｄｃｏｓθ_ｒ＝ｍλ・・・（１）
２ｎｄｃｏｓθ_ｒ＝（ｍ＋（１／２））λ・・・（２）

式（１）、（２）においてｍは０以上の整数（０，１，２，…）である。

ここで、中間転写ベルト４２１において基材層４２１ａ上に塗布される表面層４２１ｂの厚みには、ばらつき（例えば、ｎｍ～μｍオーダー）が必ず生じてしまう。表面層４２１ｂの厚みのばらつきにより、中間転写ベルト４２１では図４に示すような干渉条件にもばらつきが生じる。このため、中間転写ベルト４２１では、トナー付着量検出部７３によって検出されるトナー付着量にもばらつき（センサーノイズ）が生じる。

よって、トナー付着量を精度良く検出するためには、表面層４２１ｂの厚みｄのばらつきに起因するセンサーノイズを低減することが望まれる。

そこで、本実施の形態では、センサーノイズを低減するために、中間転写ベルト４２１の最表層面である表面層４２１ｂの表面に粗さを付与する。

図５は、本実施の形態に係る中間転写ベルト４２１の断面の一例を示す。図５に示すように、表面層４２１ｂ（最表層面）に粗さが付与されている。

図５に示すように、中間転写ベルト４２１の表面層４２１ｂに粗さを付与することにより、トナー付着量検出部７３（発光素子）から入射されるセンサー光は表面層４２１ｂの表面で散乱する。

同様に、図５に示すように、センサー光のうち、表面層４２１ｂを透過し、基材層４２１ａで反射する光（破線矢印で表す）は表面層４２１ｂの表面で散乱する。

このように、表面層４２１ｂにおいて粗さが付与された面では、発光素子から入射されるセンサー光および基材層４２１ａからの反射光がそれぞれ散乱するので、表面層４２１ｂの表面で反射する光と、表面層４２１ｂを透過して基材層４２１ａで反射する光と、が干渉しにくくなる。よって、表面層４２１ｂでの干渉に起因するセンサーノイズの発生を抑えることができる。これにより、トナー付着量検出部７３は、中間転写ベルト４２１に付着するトナー量を精度良く測定することができる。

ここで、表面層４２１ｂの表面粗さ「Ｒｚ」が大きいほど、表面層４２１ｂにおける入射センサー光および基材層４２１ａからの反射光の散乱の度合いはより大きくなり、センサーノイズがより低減される。ただし、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが大きいほど、表面層４２１ｂの表面に形成される溝が深くなるため、例えば、ベルトクリーニング装置４２６において、転写残トナーが除去されずに通過しやすくなり、クリーニング不良になってしまう恐れがある。

よって、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚは、少なくとも、トナー付着量検出部７３におけるセンサーノイズの低減、および、ベルトクリーニング装置４２６におけるクリーニング性の確保の双方を考慮して設計されることが望ましい。

本発明者らは、トナー付着量検出部７３におけるセンサーノイズおよびベルトクリーニング装置４２６におけるクリーニング性を、以下の方法および基準で評価した。

なお、以下の説明では、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚ［μm］は、株式会社小坂製作所製の表面粗さ測定器Surfcorder SE3500により測定した十点平均粗さとする。また、十点平均粗さＲｚの測定条件として、送り速度を0.2mm/sec、トレース長を12.5mm、カットオフ値λcを2.5mm、評価長さをカットオフ値×5とする。

また、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚを付与する方法（製造方法）は、ディップコーティング方式、スプレー方式、大気圧プラズマCVD方式等が挙げられるが、これらの方式に限定されない。

また、基材層４２１ａの抵抗（表面抵抗率）は、例えば、9.0～12.0 logΩ/□が好ましい。また、表面層４２１ｂの抵抗は、基材層４２１ａの抵抗に対して、0.5～2.0 logΩ/□高い値が好ましい。また、基材層４２１ａおよび表面層４２１ｂが積層された状態の中間転写ベルト４２１の抵抗は、9.1～12.1 logΩ/□が好ましく、より好ましくは9.5～11.0 logΩ/□である。なお、上述した中間転写ベルト４２１の抵抗は、抵抗率測定装置（ハイレスタＵＰ、三菱ケミカルアナリテック社製）を用いて、絶縁板を対向として500Ｖの電圧を印加して求めた。また、表面層４２１単体の抵抗は、対向板を導電として求めた。

表１は、センサーノイズおよびクリーニング性の評価において使用した画像形成装置１（評価機）の各パラメータを示す。

また、中間転写ベルト４２１の基材層４２１ａは、ポリイミド樹脂、膜厚65μm、抵抗10.2 logΩ/□の材料を使用し、中間転写ベルト４２１の表面層４２１ｂは、二酸化ケイ素を主成分とし、膜厚1.6μmの材料を使用する。

また、表面層４２１ｂに使用される材料は、テトラアルコキシシラン（Si(OR)₄）、メチルトリメトキシシラン（(CH₃)₃SiCH₃）の双方の配合する質量を調整して、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が20質量%になるようにしている。なお、表面層４２１ｂにおいて有機成分を含有させるのは、表面層４２１ｂの成分が二酸化ケイ素のみである場合にローラーに張架された中間転写ベルト４２１の変動に追従できずに発生するクラックを防止するためである。

上記条件において、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚを0.4～1.5μmの範囲（パターン(1)～(11)）で変えて中間転写ベルト４２１をそれぞれ製造した。

図６は、上記パターン(1)～(11)について、画像形成装置１におけるクリーニング性およびセンサーノイズを下記評価基準により評価した結果を示す。

具体的には、クリーニング性の評価方法として、中間転写ベルト４２１上のトナー付着量を8 gsmとし、このトナーをベルトクリーニング装置４２６に突入させた場合の拭き残しの状況によってクリーニング性を以下の通り評価した。
◎：拭き残し無し。
○：拭き残し有るが、実運用上、許容できる。
×：拭き残し有り、実運用上、許容できない。

また、センサーノイズの評価方法として、トナー付着量検出部７３からセンサー光を照射した状態で中間転写ベルト４２１を駆動させ、中間転写ベルト４２１裸面のセンサー反射強度（電圧値）を測定し、測定値の最大値と最小値との差分［V］によってセンサーノイズを以下の通り評価した。
◎：0.1V未満
○：0.1～0.15V
×：0.15Vより大きい。

図６に示すように、クリーニング性は、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが1.2μm以下（パターン(1)～(8)）では「◎」であり、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが1.3μm（パターン(9)）では「○」であり、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが1.4μm以上（パターン(10)、(11)）では「×」であった。すなわち、クリーニング性の観点からは、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚは1.3μm以下であることが好ましい。

また、図６に示すように、センサーノイズは、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが0.5μm以下（パターン(1)、(2)）では「×」であり、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが0.6μm（パターン(3)）では「○」であり、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚが0.7μm以上（パターン(4)～(11)）では「◎」であった。すなわち、センサーノイズの観点からは、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚは0.6μm以上であることが好ましい。

以上より、図６に示す評価結果では、クリーニング性およびセンサーノイズの双方を考慮すると、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚは、0.6μm以上、かつ、1.3μm以下の範囲の値を採ることが望ましい。すなわち、表面粗さＲｚの下限値（0.6μm）未満では、表面層４２１の表面における光の散乱の度合いが小さくなり、センサーノイズを抑圧しにくくなる。また、表面粗さＲｚの上限値（1.3μm）より大きい場合、ベルトクリーニング装置４２６によるクリーニング性能が劣化してしまう。

また、図６に示すように、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚは、0.7μm以上、かつ、1.2μm以下の範囲の値を採ることがより望ましい。表面層４２１ｂの表面粗さＲｚを0.7μm以上1.2μm以下の範囲内とすることにより、クリーニング性およびセンサーノイズの双方において良好な性能（「◎」）を得ることができる。

ここで、図６に示すように、表面粗さＲｚの下限値は、センサーノイズに起因して決定される。また、センサーノイズは、センサーの波長λによって異なってくる。例えば、表１に示す条件では、センサー波長λは0.87μmであり、図６に示すように、表面粗さＲｚの下限値は0.6μmである。よって、本発明者らの検討によると、表面粗さＲｚは、センサー波長に対して69%以上必要であることが判明した。

また、上述したように、表面粗さＲｚの上限値は、クリーニング性に起因して決定される。また、クリーニング性は、使用されるトナー粒径によって異なってくる。例えば、図６に示す評価において使用されるトナーの平均粒径は7μmであり、図６に示すように、表面粗さＲｚの上限値は1.4μm（すなわち、図６のパターン(9)）未満である必要がある。よって、本発明者らの検討によると、表面粗さＲｚは、トナー粒径に対して20%未満となる必要があることが判定した。

よって、本実施の形態では、中間転写ベルト４２１における表面層４２１ｂの表面粗さ（十点平均粗さ）Ｒｚは、トナー付着量検出部７３（センサー）から中間転写ベルト４２１に照射される入射光の波長λの69%以上であり、かつ、使用されるトナーの平均粒径の20%未満であればよい。

これにより、本実施の形態では、画像形成装置１は、中間転写ベルト４２１において、トナー付着量検出部７３に対するセンサーノイズレベルを抑えて、トナー付着量を精度良く検出することができ、かつ、ベルトクリーニング装置４２６において良好なクリーニング性を得ることができる。

例えば、画像形成装置１は、トナー付着量を精度良く検出することで、転写動作を正確に制御することができるので、表面に凹凸形状を有する凹凸紙（例えば、エンボス紙）の凹部に対しても、トナーが移動するのに十分な電界を形成することができ、良好な転写性を確保することができる。

なお、本実施の形態では、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が20質量%である場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。ここで、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多くなるほど、転写性が悪化する傾向がある。転写性が悪化する傾向が生じるメカニズムは以下のことが考えられる。

図７は、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量［質量%］と、表面層４２１ｂの硬度（押し込み硬度）［N/mm²］との関係の一例を示す。図７に示すように、有機成分の含有量が多くなるほど、表面層４２１ｂの硬度が低下する傾向にあることが分かる。図７に示すように、有機成分の含有量が少なく、表面層４２１ｂが硬い場合と比較して、有機成分の含有量が多く、表面層４２１ｂが軟らかい場合には、表面層４２１ｂとトナーとの接触面積が増加する。よって、有機成分の含有量が多くなるほど、表面層４２１ｂとトナーとの接触面積が増加する分、表面層４２１ｂに対するトナーの物理的付着力が増大するので、転写性が悪化してしまう。

例えば、従来（例えば、基材層のみを有する中間転写ベルトの場合）、基材層として利用されてきたポリイミド（ＰＩ）樹脂の押し込み硬度は約320N/mm²である。よって、本実施の形態では、同様にして、表面層４２１ｂの硬度が320N/mm²以上であることが望ましい。図７では、有機成分の含有量が30質量%を超える場合（図７に示す点線で囲まれた範囲）、表面層４２１ｂの硬度が320N/mm²未満となる。すなわち、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が30質量%を超える場合、中間転写ベルト４２１における転写性が悪化してしまうおそれがある。

よって、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量は、30質量%以下である必要がある。一方、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が少なすぎる場合には、上述したようにクラックが発生しやすくなるので、例えば、有機成分の含有量は、10質量%以上である必要がある。よって、本実施の形態において、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量は10質量%以上30質量%以下の範囲（図７に示す実線で囲まれた範囲）であればよい。

（変形例１）
変形例１では、表面層４２１ｂの膜厚の設計範囲を規定する。

図８に示すように、中間転写ベルト４２１が、基材層４２１ａ（ＰＩ層）と、基材層４２１ａよりも高抵抗の表面層４２１ｂ（コート層）とにより構成される場合、表面層４２１ｂの抵抗が高いため、一次転写によってトナーが中間転写ベルト４２１に付着すると、トナー対向電荷（＋Ｑ）は基材層４２１ａに発生する。

ここで、トナーと中間転写ベルト４２１との間の静電付着力Ｆは、次式（３）によって表される。

すなわち、トナーと中間転写ベルト４２１との間の静電付着力は、トナーと対向電荷との距離ｒが長いほど小さくなる。トナーと中間転写ベルト４２１との間の静電付着力が低減すると、転写効率（転写性）が向上する。よって、図８に示す中間転写ベルト４２１では、表面層４２１ｂの膜厚（「ｄ」）が厚いほど、トナーと対向電荷との距離ｒが長くなるので、転写効率（転写性）が向上する。

一方で、中間転写ベルト４２１の表面層４２１ｂには、クラック発生を防止するために有機成分が含まれる。しかしながら、表面層４２１ｂに有機成分が含まれていても、張架したローラーの曲率または転写ニップ（一次転写ニップまたは二次転写ニップ）での押圧力などによるストレスによって表面層４２１ｂのワレが発生してしまう恐れがある。特に、表面層４２１ｂの膜厚ｄが厚いほど、ワレは発生しやすくなる。

よって、表面層４２１ｂの膜厚ｄは、少なくとも、良好な転写性の確保、および、表面層４２１ｂにおけるワレの発生防止の双方を考慮して設計されることが望ましい。そこで、変形例１では、表面層４２１ｂにおけるワレの発生を防ぎつつ、良好な転写性を確保できる表面層４２１ｂの膜厚の設計について説明する。

本発明者らは、転写性およびワレの発生を、以下の方法および基準で評価した。なお、変形例１において、転写性およびワレの発生の評価において使用する画像形成装置１（評価機）の材料、各パラメータは上記実施の形態（例えば、表１）と同様である。

また、変形例１では、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚを0.6μmとする。ただし、表面粗さＲｚは、0.6μmに限定されず、上記実施の形態で説明した範囲内の値であればよい。

上記条件において、表面層４２１ｂの膜厚ｄを0.4～3.4μmの範囲（パターン(1)～(13)）で変えて中間転写ベルト４２１をそれぞれ製造した。なお、膜厚ｄは、中間転写ベルト４２１上の任意の１２箇所において測定した膜厚の平均値である。

図９は、上記パターン(1)～(13)について、画像形成装置１における転写性およびワレの発生を下記評価基準により評価した結果を示す。

具体的には、転写性の評価方法として、ベタ画像をエンボス紙（レザック66、白、302gsm、特種東海製紙製）（「レザック」は同社の登録商標）に出力し、凹部の白抜けの程度を転写性として、以下の通りランク評価した。
◎：全面問題無し。
○：場所により白抜け部分が有るが、実運用上、許容できる。
△：白抜け部分が有り、実運用上、許容できない。
×：全面白抜け。

また、表面層４２１ｂにおけるワレの評価方法として、一次転写および二次転写を圧着させ、それぞれにおいて2kV、3kVの電圧を印加した状態で、200hr空回転を実施し、その後、表面の目視観察にてワレの有無を以下の通り評価した。
○：ワレ無し
×：ワレ有り

図９に示すように、転写性は、表面層４２１ｂの膜厚が0.4μm（パターン(1)）では「×」であり、表面層４２１ｂの膜厚が0.6、0.8μm（パターン(2)、(3)）では「△」であり、表面層４２１ｂの膜厚が1.0、1.2μm（パターン(4)、(5)）では「○」であり、表面層４２１ｂの膜厚が1.4μm以上（パターン(6)～(13)）では「◎」であった。すなわち、転写性を確保する観点からは、表面層４２１ｂの膜厚は1.0μm以上であることが好ましい。

すなわち、表面層４２１ｂの膜厚は1.0μm以上とすることで、画像形成装置１は、エンボス紙の凹部に対しても、良好な転写性を確保することができる。

また、図９に示すように、表面層４２１ｂにおけるワレ評価は、表面層４２１ｂの膜厚が3μm以下（パターン(1)～(11)）では「○」であり、表面層４２１ｂの膜厚が3.2μm以上（パターン(12)、(13)）では「×」であった。すなわち、表面層４２１ｂにおけるワレ評価の観点からは、表面層４２１ｂの膜厚は3.0μm以下であることが好ましい。

以上より、図９に示す評価結果では、転写性およびワレ発生の防止の双方を考慮すると、表面層４２１ｂの膜厚は、1.0μm以上、かつ、3.0μm以下の範囲の値を採ることが望ましい。すなわち、表面層４２１ｂの膜厚の下限値（1.0μm）未満では、例えば、図８に示す距離ｒが短くなり、トナーと中間転写ベルト４２１との間の静電付着力が大きくなり、転写性が悪くなる。また、表面層４２１ｂの膜厚の上限値（3.0μm）より大きい場合、ワレが発生してしまう。

また、図９に示すように、表面層４２１ｂの膜厚は、1.4～3.0μmの範囲の値を採ることがより望ましい。表面層４２１ｂの膜厚を1.4～3.0μmの範囲内とすることにより、ワレを発生させることなく、良好な転写性（「◎」）を得ることができる。

このように、変形例１によれば、画像形成装置１は、中間転写ベルト４２１でのワレの発生を防ぎつつ、良好な転写性を確保することができる。

（変形例２）
変形例２では、中間転写ベルト４２１は、基材層４２１ａ、表面層４２１ｂに加え、基材層４２１ａと表面層４２１ｂとの間に中間層（図示せず）を配置する構成を採る。

中間層としては、例えば、弾性層を有してもよい。弾性層は、例えば、導電材等を分散させたゴムを主成分として構成されてもよい。また、弾性層を構成するゴムとしては、アクリロニトリルーブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴムなどでもよいが、これらに限定されない。

本発明者らは、中間層を備える中間転写ベルト４２１における転写性を、以下の方法および基準で評価した。なお、変形例２において、転写性の評価において使用する画像形成装置１（評価機）の材料、各パラメータ、および、転写性の評価方法は変形例１と同様である。

また、変形例２では、中間層は、NBRゴム、膜厚150μm、抵抗を10.2 logΩ/□とする材料を使用する。また、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚを0.8μmとし、膜厚を1.5μmとする。ただし、表面層４２１ｂの表面粗さＲｚおよび膜厚は、これらの値に限定されない。

変形例２の評価結果として、転写性は「◎：全面問題無し」であった（図示せず）。このように、変形例２によれば、中間転写ベルト４２１が中間層を備えることにより、良好な転写性を得ることができる。

（変形例３）
変形例３では、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの抵抗値差を規定する。

上述したように、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多い場合（例えば、30質量％を超える場合）、連続通紙（連続プリント）を行うと転写性が悪化することが判明している。これは、転写部の通電により表面層４２１ｂの抵抗が低下していることが要因と推測される。より詳細には、表面層４２１ｂ内において、Si-Oの無機成分部分との結合力は非常に強いのに対して、Si-Rの有機成分部分との結合力は弱い。このため、転写部における通電によって、Si-Rの結合が切断され、導電性を示すことにより、表面層４２１ｂ全体が低抵抗化するためと考えられる。表面層４２１ｂの抵抗が低下すると、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗差が無くなり、図８で説明したような原理（つまり、表面層４２１ｂではなく、基材層４２１ａに対向電荷が現れる原理）が作用しなくなる。

また、変形例１（図９）で説明したように、表面層４２１ｂの膜厚が厚いほど良好な転写性が得られる。よって、連続通紙による上記表面層４２１ｂの低抵抗化に起因して転写性が悪化する傾向は、表面層４２１ｂの膜厚が厚いほど顕著となる。

そこで、変形例３では、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多い場合（例えば、30質量％以上の場合）において、表面層４２１ｂの膜厚が厚いほど、基材層４２１ａの抵抗を低く設計する。換言すると、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多い場合において、表面層４２１ｂの膜厚が厚いほど、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの抵抗値差を大きくする。

これにより、上述した転写部の通電により表面層４２１ｂの抵抗が低下した場合でも、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差（抵抗ギャップ）を維持できるので、図８で説明した原理が作用し、良好な転写性を維持することができる。

本発明者らは、変形例３における転写性を、以下の方法および基準で評価した。なお、変形例３において、転写性の評価において使用する画像形成装置１（評価機）の材料、各パラメータは上記変形例１と同様である。

また、変形例３では、中間転写ベルト４２１の基材層４２１ａは、ポリイミド樹脂、膜厚65μm、抵抗9.5 logΩ/□の材料を使用し、中間転写ベルト４２１の表面層４２１ｂは、二酸化ケイ素を主成分とし、膜厚3.0μmの材料を使用した。

また、表面層４２１ｂに使用される材料は、テトラアルコキシシラン（Si(OR)₄）、メチルトリメトキシシラン（(CH₃)₃SiCH₃）の双方の配合する質量を調整して、有機成分の含有量が35質量%になるようにしている。

上記条件において、中間転写ベルト４２１を製造した。この場合、表面層４２１ｂの抵抗値として11.8 logΩ/□が得られた。すなわち、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差は2.3桁である。

また、転写性の評価において、変形例３との比較例として、基材層４２１ａの表面抵抗率10.2 logΩ/□とした場合の中間転写ベルト４２１も製造した。すなわち、比較例では、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差は、変形例３（2.3桁）よりも小さい1.6桁である。

図１０は、変形例３および比較例における転写性を下記評価基準により評価した結果を示す。

具体的には、転写性の評価方法として、プリント開始時（start）からプリント数4kpまでの連続プリント時における転写性（変形例１と同様、「◎」、「○」、「△」、「×」で評価）をそれぞれ評価した。

図１０に示すように、変形例３における転写性は、プリント数1.0kpまでは「◎」であり、プリント数1.5kp～4.0kpでは「○」であった。すなわち、変形例３では、少なくとも、プリント数4.0kpまで良好な転写性を維持することができる。一方、比較例における転写性は、プリント数0.5kpまでは「◎」であり、プリント数1.0kp～1.5kpでは「○」であり、プリント数2.0kp～3.0kpでは「△」であり、プリント数4.0kpでは「×」であった。すなわち、比較例では、プリント数2.0kp以降において良好な転写性を維持することができていない。

ここで、図１０に示す連続プリント4kp経過後において表面層４２１ｂ単体の抵抗の測定値は10.5 logΩ/□であった。一方、基材層４２１ａの抵抗には変動は無く、変形例３では9.5 logΩ/□であり、比較例では10.2 logΩ/□である。すなわち、変形例３では、連続プリント時における転写部の通電により表面層４２１ｂの抵抗が低下した場合でも、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差は1桁を維持できている。これに対して、比較例では、連続プリント時における転写部の通電により表面層４２１ｂの抵抗が低下したことで、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差は0.3桁まで低減している。

このように、変形例３では、連続プリント時のように転写部の通電により表面層４２１ｂの抵抗が低下した場合でも、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差を維持することにより、良好な転写性を維持することができる。

また、図１０では、表面層４２１ｂの膜厚を3.0μmとし、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差を2.3桁とする場合について説明したが、本発明はこれらの値に限定されない。例えば、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が30質量%より多い場合に、表面層４２１ｂの膜厚をＣ［μm］とし、表面層４２１ｂと基材層４２１ａとの間の抵抗値差をＤ［logΩ/□］とした場合に、式（４）の関係を満たせばよい。
0.6 × C + 0.2 ≦ D ・・・（４）

式（４）の関係を満たすことにより、中間転写ベルト４２１では、良好な転写性を維持することができる。

（変形例４）
変形例４では、表面層４２１ｂにおける、有機成分の含有量と膜厚との関係について規定する。

上述したとおり、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多くなるほど、転写性が悪化することが判明している（例えば、図７を参照）。一方で、上述したとおり、表面層４２１ｂの膜厚ｄを厚くするほど、転写性が向上することが判明している（例えば、図８を参照）。

そこで、変形例４では、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多くなるほど、表面層４２１ｂの膜厚を厚くする。

図１１は、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量［質量%］と表面層４２１ｂの膜厚［μm］との関係の一例を示す。

図１１に示すように、表面層４２１ｂの膜厚が薄い場合には転写性が悪化しやすく、表面層４２１ｂの膜厚が厚い場合にはワレが発生しやすくなる。これに加え、図１１に示すように、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多いほど、表面層４２１ｂの硬度が低下するので、ワレは発生しにくくなるものの、転写性は悪化しやすくなる。

例えば、図１１に示すように、表面層４２１ｂの膜厚が1μmの場合、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が15質量%の場合には良好な転写性が得られるのに対して、有機成分の含有量が20質量%より多い25質量%の場合には良好な転写性が得られないことが分かる。一方で、図１１に示すように、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が25質量%の場合に、表面層４２１ｂの膜厚を2μmとした場合には良好な転写性が得られることが分かる。

このように、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量が多いほど、表面層４２１ｂの膜厚を厚くすることにより、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量に起因する転写性の悪化を、表面層４２１ｂの膜厚に起因する転写性の向上によって補うことができ、良好な転写性を確保することができる。

例えば、表面層４２１ｂにおける有機成分の含有量をＡ［質量%］とし、表面層４２１ｂの膜厚をＢ［μm］とした場合に、式（５）の関係を満たせばよい。
0.05 × A ＜ B ＜ 0.05×A + 2 ・・・（５）

式（５）の関係を満たすことにより、中間転写ベルト４２１では、良好な転写性を確保することができる。

以上、本実施の形態の各変形例について説明した。

なお、上記実施の形態において、中間転写ベルト４２１は、表面層４２１ｂの上に、保護層をさらに備えてもよい。これにより、表面層４２１ｂの劣化を抑えることができる。

また、上記実施の形態では、基材層、及び、基材層上に配置される表面層を含む像坦持体として中間転写ベルト４２１（中間転写体）について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、トナー像の付着量の検出が行われる他の像坦持体（例えば、感光体ドラム４１３）に対しても適用することができる。

その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１画像形成装置
１０画像読取部
２０操作表示部
２１表示部
２２操作部
３０画像処理部
４０画像形成部
５０用紙搬送部
６０定着部
７１通信部
７２記憶部
７３トナー付着量検出部
１００制御部
１０１ＣＰＵ
１０２ＲＯＭ
１０３ＲＡＭ

Claims

基材層と、前記基材層上に配置され、有機成分を含有した無機酸化物を含む表面層と、を具備する中間転写ベルトと、
前記中間転写ベルト上に付着するトナーの量を、所定波長の入射光を用いて検出するセンサーと、
を備え、
前記中間転写ベルトは、
前記表面層の十点平均粗さが、1.1μm以上かつ1.3μm以下であり、かつ、前記所定波長の69％以上であり、かつ、前記トナーの平均粒径の20％未満であり、
前記有機成分の含有量が30質量％より多く、
前記表面層の膜厚をＣμmとし、前記表面層と前記基材層との抵抗値差をＤlogΩ/□とすると、下記式の関係を満たす、
画像形成装置。
0.6 × Ｃ + 0.2 ≦ Ｄ
前記無機酸化物は、アルキル基を含む二酸化ケイ素である、
請求項１に記載の画像形成装置。
前記有機成分の含有量をＡ質量％とし、前記表面層の膜厚をＢμmとした場合、式（１）の関係を満たす、
請求項１または２に記載の画像形成装置。
0.05 × A ＜ B ＜ 0.05 × A + 2 ・・・（１）
前記表面層の膜厚は、1.0μm以上、かつ、3.0μm以下である、
請求項１～３の何れか一項に記載の画像形成装置。
前記基材層と前記表面層との間に配置される中間層、をさらに具備する、
請求項１～４の何れか一項に記載の画像形成装置。