[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2015172668A - クリーニング装置および画像形成装置 - Google Patents

クリーニング装置および画像形成装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2015172668A
JP2015172668A JP2014048670A JP2014048670A JP2015172668A JP 2015172668 A JP2015172668 A JP 2015172668A JP 2014048670 A JP2014048670 A JP 2014048670A JP 2014048670 A JP2014048670 A JP 2014048670A JP 2015172668 A JP2015172668 A JP 2015172668A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
toner
cleaning
transfer belt
image
roller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014048670A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015172668A5 (ja
JP5939473B2 (ja
Inventor
友祐 三谷
Tomohiro Mitani
友祐 三谷
杉浦 健治
Kenji Sugiura
健治 杉浦
和田 雄二
Yuji Wada
雄二 和田
一樹 與五澤
Kazuki Yogosawa
一樹 與五澤
純平 藤田
Junpei Fujita
純平 藤田
成一 小暮
Seiichi Kogure
成一 小暮
熊谷 直洋
Naohiro Kumagai
直洋 熊谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2014048670A priority Critical patent/JP5939473B2/ja
Priority to US14/638,425 priority patent/US9329533B2/en
Priority to EP15158174.1A priority patent/EP2924512B1/en
Publication of JP2015172668A publication Critical patent/JP2015172668A/ja
Priority to US15/051,202 priority patent/US9454126B2/en
Publication of JP2015172668A5 publication Critical patent/JP2015172668A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5939473B2 publication Critical patent/JP5939473B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G21/00Arrangements not provided for by groups G03G13/00 - G03G19/00, e.g. cleaning, elimination of residual charge
    • G03G21/10Collecting or recycling waste developer
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/14Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base
    • G03G15/16Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer
    • G03G15/1605Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer using at least one intermediate support
    • G03G15/161Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for transferring a pattern to a second base of a toner pattern, e.g. a powder pattern, e.g. magnetic transfer using at least one intermediate support with means for handling the intermediate support, e.g. heating, cleaning, coating with a transfer agent
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G21/00Arrangements not provided for by groups G03G13/00 - G03G19/00, e.g. cleaning, elimination of residual charge
    • G03G21/0005Arrangements not provided for by groups G03G13/00 - G03G19/00, e.g. cleaning, elimination of residual charge for removing solid developer or debris from the electrographic recording medium
    • G03G21/007Arrangement or disposition of parts of the cleaning unit
    • G03G21/0076Plural or sequential cleaning devices
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G2215/00Apparatus for electrophotographic processes
    • G03G2215/01Apparatus for electrophotographic processes for producing multicoloured copies
    • G03G2215/0103Plural electrographic recording members
    • G03G2215/0119Linear arrangement adjacent plural transfer points
    • G03G2215/0122Linear arrangement adjacent plural transfer points primary transfer to an intermediate transfer belt
    • G03G2215/0125Linear arrangement adjacent plural transfer points primary transfer to an intermediate transfer belt the linear arrangement being horizontal or slanted
    • G03G2215/0129Linear arrangement adjacent plural transfer points primary transfer to an intermediate transfer belt the linear arrangement being horizontal or slanted horizontal medium transport path at the secondary transfer
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G2215/00Apparatus for electrophotographic processes
    • G03G2215/01Apparatus for electrophotographic processes for producing multicoloured copies
    • G03G2215/0151Apparatus for electrophotographic processes for producing multicoloured copies characterised by the technical problem
    • G03G2215/0158Colour registration
    • G03G2215/0161Generation of registration marks
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G2221/00Processes not provided for by group G03G2215/00, e.g. cleaning or residual charge elimination
    • G03G2221/0005Cleaning of residual toner
    • G03G2221/001Plural sequential cleaning devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)
  • Cleaning In Electrography (AREA)

Abstract

【課題】クリーニング性を向上することができるクリーニング装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】所定の極性の電圧が印加されて、中間転写ベルト8などの被清掃体上のトナーを静電的に除去するベルトクリーニング装置100などのクリーニング装置は、クリーニングブラシローラなどの3本のクリーニング部材を、被清掃体移動方向に順に並べて配置している。また、被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と同極性とし、残りのクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と反対の極性にした。【選択図】図5

Description

本発明は、クリーニング装置および画像形成装置に関するものである。
中間転写方式の画像形成装置における中間転写ベルト上の転写残トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置として、静電的な力を用いてトナーを除去するクリーニング装置を採用したものが知られている。
特許文献1には、3本のクリーニング部材としてのクリーニングブラシを中間転写ベルト回転方向に順に並べて配置したクリーニング装置が記載されている。このクリーニング装置は、3本のクリーニングブラシのうち中間転写ベルト回転方向最上流側に配置されたクリーニングブラシに正極性の電圧を印加して、負極性に帯電した正規帯電極性のトナーを静電的におおまかに除去する。次に、このクリーニングブラシよりも中間転写ベルト回転方向下流側に配置されたクリーニングブラシに負極性の電圧を印加して、正極性に帯電した逆帯電トナーを静電的に除去する。最後に、中間転写ベルト回転方向最下流に配置されたクリーニングブラシに正極性の電圧を印加して、正規帯電トナーを静電的に除去する。
しかしながら、クリーニング性はトナーにより異なることがあり、特許文献1に記載のクリーニング装置よりもさらにクリーニング性を向上させることが求められている。
本発明は以上の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、特許文献1に比べてクリーニング性を向上することができるクリーニング装置および画像形成装置を提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、所定の極性の電圧が印加されて、被清掃体上のトナーを静電的に除去する3本のクリーニング部材を、被清掃体移動方向に順に並べて配置したクリーニング装置において、上記被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と同極性とし、残りのクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と反対の極性にしたことを特徴とするものである。
本発明によれば、特許文献1に比べてクリーニング性を向上することができる。
本プリンタの要部を示す概略構成図。 画像形成装置における制御ブロック図。 階調パターンと光学センサとを示した二次転写ベルト近傍の拡大概略構成図。 同二次転写ベルトに形成されるシェブロンパッチを示す拡大模式図。 ベルトクリーニング装置の概略構成図。 第一クリーニングブラシローラとクリーニング対向ローラとの配置を示した図。 クリーニング電流と、第一クリーニングブラシローラを通過したクリーニング残トナー量との関係を調べたグラフ。 クリーニング電流と、第二クリーニングブラシローラを通過したクリーニング残トナー量との関係を調べたグラフ。 クリーニング電流と、第三クリーニングブラシローラを通過したクリーニング残トナー量との関係を調べたグラフ。 トナー粒子の2次元平面に対する投影像の最大径MXLNGと平面積AREAとを説明する模式図。 トナー粒子の2次元平面に対する投影像の周長PERIと平面積AREAとを説明する模式図。 (a)、(b)、(c)はそれぞれトナーの形状を模式的に示す図。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものである。以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
以下、本発明を適用した画像形成装置の実施形態として、いわゆるタンデム型中間転写方式のプリンタ(以下、単にプリンタという)について説明する。まず,本プリンタの基本的な構成について説明する。
図1は、本プリンタの要部を示す概略構成図である。
本プリンタは、イエロー,マゼンタ,シアン,黒(以下,Y,M,C,Kと記す)のトナー像を生成するための4つのプロセスユニット6Y,M,C,Kを備えている。4つのプロセスユニット6Y,M,C,Kは、潜像担持体たるドラム状の感光体1Y,M,C,Kをそれぞれ有している。感光体1Y,M,C,Kの回りにはそれぞれ帯電装置2Y,M,C,K、現像装置5Y,C,M,K、ドラムクリーニング装置4Y,M,C,K、除電装置(不図示)等を有している。プロセスユニット6Y,M,C,Kは、互いに異なる色のY,M,C,Kトナーを用いるが、それ以外は同様の構成になっている。プロセスユニット6Y,M,C,Kの上方には、感光体1Y,M,C,Kの表面に対してレーザー光Lを照射して静電潜像を書き込むための光書込ユニット20が配設されている。
プロセスユニット6Y,M,C,Kの下方には、像担持体たる無端状の中間転写ベルト8を具備するベルト装置としての転写ユニット7が配設されている。中間転写ベルト8の他、そのループ内側に配設された複数の張架ローラや、ループ外側に配設された二次転写装置200、テンションローラ16、ベルトクリーニング装置100、潤滑剤塗布装置300などを有している。
中間転写ベルト8のループ内側には、4つの一次転写ローラ9Y,M,C,Kと、従動ローラ10と、駆動ローラ11と、二次転写対向ローラ12と、3つのクリーニング対向ローラ13,14,15と、塗布ブラシ対向ローラ17とが配設されている。これらローラは何れも自らの周面の一部に中間転写ベルト8を掛け回してベルト張架を行う張架ローラとして機能している。なお、クリーニング対向ローラ13,14,15としての必要条件として必ずしも一定の張力を付与する働きをもたなければならないということはない。従って、中間転写ベルト8の回転にともなって従動回転するものでもよい。中間転写ベルト8は、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動される駆動ローラ11の回転により、図中反時計回り方向に無端移動せしめられる。
ベルトループ内側に配設された4つの一次転写ローラ9Y,M,C,Kは、感光体1Y,M,C,Kとの間に中間転写ベルト8を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト8のおもて面と、感光体1Y,M,C,Kとが当接するY,M,C,K用の一次転写ニップが形成されている。なお、一次転写ローラ9Y,M,C,Kには、それぞれ図示しない電源によってトナーとは逆極性の一次転写バイアスが印加される。
中間転写ベルト8のループ外側に配設された二次転写装置200は、二次転写ローラ18、分離ローラ205、光学センサユニット対向ローラ206、クリーニング対向ローラ207に張架された転写部材たる二次転写ベルト204を有している。二次転写ベルト204のループ外側には、光学センサユニット150、二次転写クリーニング装置230および二次転潤滑剤塗布装置220が配設されている。光学センサユニット150は、光学センサユニット対向ローラ206と二次転写ベルト204を挟んで対向している。二次転写クリーニング装置230は、二次転写ベルト204のクリーニング対向ローラ207に巻きついている箇所に当接する二次転ベルト清掃ブラシ208および二次転クリーニングブレード209を有している。二次転潤滑剤塗布装置220は、潤滑剤210と、二次転潤滑剤塗布ブラシ211とを有している。二次転潤滑剤塗布ブラシ211は、二次転写ベルト204のクリーニング対向ローラ207に巻きついている箇所で、二次転クリーニングブレード209よりも二次転写ベルト表面移動方向下流側の領域に当接している。
また、光学センサユニット150と二次転写ベルト204との間には、センサ非検知時にトナー等が光学素子に付着するのを防ぐため、シャッター213が設けられている。シャッター213は、不図示のモータによりON/OFF自在に構成されている。なお、本実施形態では、シャッター構成としては、メカ的シャッターとしたが、エアシャッター等と組合せてもよい。
二次転写ベルト204のおもて面に塗布する潤滑剤210には、直鎖状の炭化水素構造を持つ、脂肪酸金属塩を用いる。脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、オレイン酸から選択される少なくとも1種以上の脂肪酸を含有し、亜鉛、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、リチウムから選択される少なくとも1種以上の金属を含有する脂肪酸金属塩が挙げられる。とりわけその中でもステアリン酸亜鉛は、工業的規模で生産されかつ多方面での使用実績があることから、コストと品質安定性と信頼性で、最も好ましい材料である。ただし、一般に工業的に使われている高級脂肪酸金属塩は、その名称の化合物単体組成ではなく、多かれ少なかれ類似の他の脂肪酸金属塩、金属酸化物、および遊離脂肪酸を含むものであり、本発明での脂肪酸金属塩もその例外ではない。
これらの潤滑剤は微量ずつ、二次転潤滑剤塗布ブラシ211により粉体の形態で供給される。具体的には、二次転潤滑剤塗布ブラシ211よりブロック上に固形成形された潤滑剤210を削り取って塗布している。また、二次転写ベルト204に潤滑剤を供給する別の方法としては、トナーに潤滑剤を外添して、所定のタイミングでこのトナーを二次転写ベルトに付着させて、供給する方法等がある。ただし、トナーに潤滑剤を外添して潤滑剤を供給する場合、その供給量が出力する画像面積に依存し、常にベルト表面全面に供給することはできない。従って、簡易な装置構成で、かつ、二次転写ベルト表面全面に安定に潤滑剤を供給しようとした場合、本実施例のように固形潤滑剤をブラシで削り取って塗布する方法が良い。
潤滑剤210を二次転潤滑剤塗布ブラシ211で削り取る為に、スプリングのような弾性体である図示しない潤滑剤加圧手段により、潤滑剤210を二次転潤滑剤塗布ブラシ211に圧接する。
中間転写ベルト8のベルトループ内側に配設された二次転写対向ローラ12は、二次転写ローラ18との間に中間転写ベルト8、二次転写ベルト204を挟み込んでいる。これにより,中間転写ベルト8のおもて面と、二次転写ベルト204とが当接する二次転写ニップが形成される。なお、二次転写対向ローラ12には、図示しない電源によってトナーとは逆極性の二次転写バイアスが印加される。
二次転写ローラ18は図示しない駆動源により駆動されて図1で反時計方向に回転し、二次転写ベルト204を矢示D方向に周回移動(回転という)させる。二次転写ローラ18の駆動モータは、パルスモータ等何でもよいが、後述するトナーパターン作成時と画像出力時で二次転写ベルト204の線速を変えることができるものとなっている。線速の変更は、パルスモータならば、入力する時間当たりのパルス数を調整すれば良いし、直流モータならば入力電圧等を調整することで変更できる。この場合、従動ローラである分離ローラ205、光学センサユニット対向ローラ206、クリーニング対向ローラ207のいずれかの回転数を検知しフィードバック制御して線速の精度を維持することが望ましい。
また、3つのクリーニング対向ローラ13,14,15は、ベルトクリーニング装置100のクリーニングブラシローラ101,104,107との間に中間転写ベルト8を挟み込んでいる。これにより、中間転写ベルト8のおもて面と、各クリーニングブラシローラ101,104,107とが当接するクリーニングニップが形成されている。ベルトクリーニング装置100は中間転写ベルト8と一体的に交換可能になっている。しかし、ベルトクリーニング装置100と中間転写ベルト8とで寿命設定が異なる場合には、ベルトクリーニング装置100を中間転写ベルト8とは独立してプリンタ本体に着脱可能としてもよい。ベルトクリーニング装置100の詳細については、後述する。
本プリンタは、転写紙Pを収容する給紙カセット31や、給紙カセット31から転写紙Pを給紙路に給紙する給紙ローラ32などを有する給紙部30を備えている。また、給紙部30から送られてきた転写紙を受け入れて二次転写ニップに向けて所定のタイミングで送り出す図示しないレジストローラ対33を、上述した二次転写ニップの図中右側方に備えている。
また、二次転写ニップから送り出される転写紙Pを受け入れて、その転写紙Pに対してトナー像の定着処理を施す、加熱ローラ41と加圧ローラ42とを有する定着装置40を、上述した二次転写ニップの図中左側方に備えている。また、必要に応じて、現像装置5Y,M,C,Kに対してY,M,C,Kトナーを補給する図示しないY,M,C,K用のトナー補給装置も備えている。
近年,転写紙として広く用いられてきた普通紙に加え、デザインとして表面に凹凸を有する特殊紙やアイロンプリントなどの熱転写に用いる特殊な記録紙が用いられることが増えている。このような特殊紙を用いると、カラートナーを重ね合わせた中間転写ベルト8上のトナー像を転写紙に二次転写する際に、従来の普通紙の場合よりも転写不良が発生し易くなる。
そこで、この画像形成装置では、中間転写ベルト8の転写ニップを形成する表面側に硬度の低い弾性層を設けた弾性中間転写ベルトを使用し、二次転写ニップ部でトナー層や平滑性の悪い転写紙に対して変形できるようにしている。
このように、中間転写ベルト8に硬度の低い弾性層を設けて弾性をもたせることにより、中間転写ベルト8の表面が局部的な凸凹に追従して変形できる。それにより,トナー層に対して過度に転写圧を高めることなく、良好な密着性が得られ、文字等の転写中抜けがなくなる。また,平滑性の悪い用紙等に対しても、転写ムラのない均一性に優れた転写画像を得ることができる。
この画像形成装置における中間転写ベルト8は、好ましくは基層、弾性層、および表面のコート層から構成される。
中間転写ベルト8の弾性層に用いられる材料としては、弾性材ゴム、エラストマー等の弾性部材が挙げられる。
具体的には、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、EPDM、NBR、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ウレタンゴム、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン、エピクロロヒドリン系ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、熱可塑性エラストマー等からなる群より選ばれる1種類あるいは2種類以上を使用することができる。
弾性層の厚さは,硬度及び層構成にもよるが、0.07〜0.5[mm]の範囲が好ましい。さらに好ましくは0.25〜0.5[mm]の範囲がよい。また、中間転写ベルト8の弾性層の厚さが0.07[mm]以下と薄いと、二次転写ニップ部で中間転写ベルト8上のトナーに対する圧力が高くなり、転写中抜けが発生しやすくなる。また、トナーの転写率も低下する。
弾性層の硬度は、10°≦HS≦65°(JIS−A)であることが好ましい。中間転写ベルト8の層厚によって最適な硬度は異なるが、硬度が10°(JIS−A)より低いと転写中抜けが生じやすい。逆に硬度が65°(JIS−A)より高いと、ローラヘの掛け渡しが困難になるとともに、長期の張り渡しによって延伸するために耐久性が低くなり、早期の交換が必要になる。
中間転写ベルト8の基層は、伸びの少ない樹脂で構成している。具体的に基層に用いられる材料としては、ポリカーボネート、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体等の各種共重合体、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の各種樹脂等からなる群より選ばれる1種類あるいは2種類以上を使用することができる。
また、伸びの大きなゴム材料などからなる弾性層の伸びを防止するために、基層と弾性層との間に帆布などの材料で構成された芯体層を設けてもよい。
芯体層に用いられる伸びを防止する材料としては、例えば、綿、絹などの天然繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、アクリル繊維などの合成繊維を使用することができる。また、上記合成繊維と、炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維、鉄繊維、銅繊維等の金属繊維からなる群より選ばれる1種あるいは2種以上を用いることができる。それらの糸状あるいは織布状のものを使用することができる。
中間転写ベルト8の表面のコート層は、弾性層の表面をコーティングするためのものであり、平滑性のよい層からなる。
そのコート層に用いられる材料としては、特に制限はないが、一般的に中間転写ベルト8の表面へのトナーの付着力を小さくして、二次転写性を高める材料が用いられる。例えば、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂等の1種類あるいは2種類以上を使用する。あるいは、表面エネルギーを小さくし潤滑性を高める材料、たとえば、フッ素材脂、フッ素化合物、フッ化炭素、酸化チタン、シリコンカーバイド等の粒子を1種類あるいは2種類以上使用してもよい。必要に応じて粒径を変えたものを分散させて使用することもできる。また、フッ素系ゴム材料のように、熱処理を行うことによって表面にフッ素層を形成させ、表面エネルギーを小さくさせたものを使用することもできる。
また、基層、弾性層又はコート層には、必要に応じて抵抗を調整する目的で、金属粉末や導電性金属酸化物等を混入することができる。
金属粉末としては、例えばカーボンブラック、グラファイト、アルミニウムやニッケル等が使用される。導電性金属酸化物としては、例えば酸化錫、酸化チタン、酸化アンチモン、酸化インジウム、チタン酸カリウム、酸化アンチモン−酸化錫複合酸化物(ATO)、酸化インジウム−酸化錫複合酸化物(ITO)等を用いることができる。
導電性金属酸化物は、硫酸バリウム、ケイ酸マグネシウム、炭酸カルシウム等の絶縁性微粒子を被覆したものでもよい。
中間転写ベルト8の表面は、ベルト表面を保護するために、中転潤滑剤塗布装置300により潤滑剤が塗布されている。中転潤滑剤塗布装置300は、ステアリン酸亜鉛塊などの固形潤滑剤302と、固形潤滑剤302と当接し、回転によって固形潤滑剤から掻き取って得た潤滑剤粉末を中間転写ベルト8表面に塗布する塗布部材たる塗布ブラシローラ301とを備えている。本実施形態では中転潤滑剤塗布装置300を備えているが、使用するトナーや中間転写ベルトの材質、表面摩擦係数により、必要ない場合もあり、必ずしも塗布しなければならないものではない。
次に、このように構成したこの実施形態の画像形成装置の動作について説明する。
パーソナルコンピュータ等のホスト装置からこの画像形成装置に画像情報が送られてくると、後述する制御部が、中間転写ユニット7の駆動ローラ11を矢示A方向へ回転駆動させ、中間転写ベルト8を矢示B方向へ一定速度で回動させる。駆動ローラ11以外の中間転写ベルト8を張り渡している各ローラは、中間転写ベルト8の回動に伴って従動回転する。
また、図示していないメインモータを駆動して、各プロセスユニット6Y,6M,6C,6Kの感光体1Y,1M,1C,1Kを矢示方向で一定速度で回転駆動させる。
そして、各感光体1Y,1M,1C,1Kの表面を各帯電装置2Y,2M,2C,2Kによって一様に帯電させる。その各感光体1Y,1M,1C,1Kの帯電後の表面に対して、光書込ユニット20からの各色の画像情報に応じたレーザ光LY,LM,LC,LKの照射によって、それぞれ静電潜像を形成する。
その各感光体1Y,1M,1C,1Kの表面に形成した静電潜像を現像装置5Y,5M,5C,5Kによって各色のトナーによって現像して、Y,M,C,Kのトナー像を得る。そのY,M,C,Kのトナー像は、前述したY,M,C,K用の各一次転写ニップにおいて中間転写ベルト8の外側の面に順次重ね合わせて一次転写される。それにより、中間転写ベルト8の表面に4色重ね合わせたフルカラーのトナー像が形成される。
一方、図示していない給紙部30では、給紙ローラによって給紙カセット31から用紙等の転写紙Pを1枚ずつ送り出し、それを搬送部によってレジストローラ対33にその先端部が挟み込まれるまで搬送する。そして、中間転写ベルト8上のフルカラーのトナー像に同期させ得るタイミングで、レジストローラ対33が回転駆動して、その転写紙Pを矢示aで示すように二次転写ニップに送り込む。二次転写ニップでは、トナーを中間転写ベルトから転写紙Pへ動かすような電界が形成されているので、転写紙Pがその二次転写ニップを通過する際に、中間転写ベルト8上のフルカラーのトナー像が転写紙Pに一括して二次転写される。
これにより、転写紙Pの表面にフルカラー画像を形成する。フルカラー画像形成後の転写紙Pは、静電吸着力によって二次転写ベルト204に貼り付いて、その回動方向に搬送される。そして、分離ローラ205の曲率分離によって二次転写ベルト204から剥離されて、搬送ベルト装置212へ送られ、搬送ベルト装置212によって定着装置40へ搬送される。その定着装置40でトナー像が定着処理された転写紙は、排出ローラ対等によって、機外の排紙トレイ上へ排出される。
Y,M,C,Kのトナー像をそれぞれ中間転写ベルト8に一次転写した後の感光体1Y,1M,1C,1Kの表面は、ドラムクリーニング装置4Y,4M,4C,4Kによって転写残トナーのクリーニング処理が施される。その後、図示しない除電ランプで除電された後、再び帯電装置2Y,2M,2C,2Kで一様に帯電され、次の画像形成に備える。
また、フルカラーのトナー像を転写紙Pに二次転写した後の中間転写ベルト8の表面は、ベルトクリーニング装置100によって転写残トナーのクリーニング処理がなされた後、中転潤滑剤塗布装置300によって潤滑剤が塗布される。
それから、二次転写ベルト204の表面も二次転クリーニングブレード209と二次転ベルト清掃ブラシ208によりクリーニングされる。二次転写ベルト204は、昨今広く用いられているポリイミドからなるベルトを用いている。通常の画像出力では、二次転写ベルト204上には、本来、トナーが着かないはずであるが、中間転写ベルト8上の紙間にわずかなトナーが付着することがあり、これが二次転写ベルト204に付着するため、クリーニングが必要となる。また、本実施形態においては、後述するように、トナーパターンを二次転写ベルト204に付着させるため、トナーパターンに相当するトナーを取り除くようにする必要がある。二次転ベルト清掃ブラシ208,二次転クリーニングブレード209の条件は以下の通りである。
二次転写クリーニングブレードの条件
・クリーニングブレード加圧方式:圧管理(加圧)方式
・ブレード材質:ポリウレタンゴム(バンドー化学 X002)
・当接角:83deg
・当接圧:0.23N/cm
二次転ベルト清掃ブラシの条件
・ブラシ材質:導電性アクリルブラシ(東レ製 SA−7)
・ブラシ形態:直毛
・太さ :330T/48F
・植毛密度 :10000〜60000本/inch
・毛足長さ :4mm
・ブラシ回転数:350〜950rpm
二次転ベルト清掃ブラシ208はトナーを散らす機能を達成できれば良く、ベルト移動方向に対して順方向逆方向ともに問題なく使用できる。
図2は、実施形態の画像形成装置における制御ブロック図である。
図2において、制御部140は、図1に示した実施形態の画像形成装置全体を制御するコントローラであり、CPU及びROM、RAM、入出力回路等からなるマイクロコンピュータを備えている。
この制御部140は、図1に示した各部を駆動制御して、前述した印刷時における転写紙への画像形成(プリント、印刷)処理を実行する。また、電源投入時あるいは所定枚数の画像形成ごとに、画像濃度調整及び色ずれ補正などの画像品質を調整するための処理、さらに、現像装置に関するリフレッシュモードの処理も行う。
まず、画像濃度調整について説明する。
制御部140は、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、各色の画像濃度を適正化するための画像濃度調整を実行する。
画像濃度調整は、まず、図3に示すような、トナーパターンとしての各色の階調パターンSk,Sm,Sc,Syを二次転写ベルト204上における光学センサユニット150の各光学センサ151Y,151M,151C,151Kに対向する位置に自動形成する。各色の階調パターンは、10個の画像濃度が異なる2[cm]×2[cm]の面積のトナーパッチからなっている。各色の階調パターンSk,Sm,Sc,Syを作成するとき、制御部140は、その他の被制御部145に含まれる帯電装置2Y,2M,2C,2Kに印加する電圧を制御する。そして、感光体1Y,1M,1C,1Kの帯電電位を、プリントプロセスにおける一様なドラム帯電電位とは異なり、値を徐々に大きくする。次に、レーザー光の走査によって階調パターン像を形成するための複数のパッチ静電潜像を感光体1Y,1M,1C,1Kにそれぞれ形成せしめながら、それらをY、M、C、K用の現像装置5Y,5M,5C,5Kによって現像する。この現像の際、制御部140は、現像バイアス回路141を制御して、Y、M、C、K用の現像ローラに印加される現像バイアスの値を徐々に大きくしていく。このような現像により、感光体1Y,1M,1C,1K上にはY、M、C、Kの階調パターン像が形成される。これらは、二次転写ベルト204の主走査方向(ベルト幅方向)に所定の間隔で並ぶように二次転写される。このときの、各色の階調パターンにおけるトナーパッチのトナー付着量は最小で0.1[mg/cm]、最大で0.55[mg/cm]ほどあり、また、トナーQ/d分布を測定すると、ほぼ正規帯電極性にそろっている。
二次転写ベルト204に形成された各トナーパターンSk,Sm,Sc,Syは、二次転写ベルト204の無端移動に伴って、各光学センサ151Y,151M,151C,151Kとの対向位置を通過する。この際、光学センサ151Y,151M,151C,151Kは、各階調パターンのトナーパッチに対する単位面積あたりのトナー付着量に応じた量の光を受光し、その受光量に応じた検知信号を出力する。この検知信号は、制御部140に入力される。
次に、制御部140のマイクロコンピュータが、その各光学センサ151Y,151M,151C,151Kの検出信号の電圧とトナー付着量変換アルゴリズムとから、各色の階調パターンの各トナーパッチにおけるトナー付着量を算出する。そして、算出した付着量に基づいて作像条件を調整する。具体的には、トナーパッチにおけるトナー付着量を検知した結果と、各トナーパッチを作像したときの現像ポテンシャルとに基づいてその直線グラフを示す関数(y=ax+b)を回帰分析によって計算する。そして、この関数に画像濃度の目標値を代入することで適切な現像バイアス値を演算し、Y、M、C、K用の現像バイアス値を特定する。画像形成時において、制御部140は、現像バイアス回路141を制御して、Y,M,C,K用の現像装置5Y,5M,5C,5Kの各現像ローラに印加する現像バイアス電圧を特定した現像バイアス値に調整する。
また、制御部140のメモリ(例えばROM)内には、数十通りの現像バイアス値と、それぞれに個別に対応する適切なドラム帯電電位とが予め関連付けられている作像条件データテーブルが格納されている。各プロセスユニット6Y,6M,6C,6Kについて、それぞれこの作像条件テーブルの中から、特定した現像バイアス値に最も近い現像バイアス値を選び出し、これに関連付けられたドラム帯電電位を特定する。画像形成時において、制御部140は、その他の被制御部145に含まれる図1に示した帯電装置2Y,2M,2C,2Kに印加する電圧を制御して、感光体1Y,1M,1C,1Kの帯電電位を特定したドラム帯電電位に調整する。
本実施形態では、各階調パターンを二次転写ベルト上で検知する。これにより、中間転写ベルト上の検知より画像出力工程の下流で検知することになり、例えば二次転写率の変動も加味した濃度制御ができる。よって、中間転写ベルト上で階調パターンを検知する場合に比べて、より画質を安定化することができる。
次に、色ずれ補正について説明する。
制御部140は、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、色ずれ補正も実施する。そして、この色ずれ補正処理において、二次転写ベルト204の幅方向の一端部と他端部とにそれぞれ、図4に示すようなシェブロンパッチPVと呼ばれるY、M、C、Kの各色トナー像からなるトナーパターンとしての色ずれ検知用画像を形成する。シェブロンパッチPVは、図4に示すように、Y、M、C、Kの各色のトナー像を主走査方向から約45[°]傾けた姿勢で、副走査方向であるベルト移動方向に所定ピッチで並べたラインパターン群である。このシェブロンパッチPVの付着量は、0.3[mg/cm]程度である。
二次転写ベルト204の幅方向の両端部にそれぞれ形成したシェブロンパッチPV内の各色トナー像を検知することで、次のことを検出する。すなわち、各色トナー像における主走査方向(感光体軸線方向)の位置、副走査方向(ベルト移動方向)の位置および主走査方向の倍率誤差、主走査方向からのスキューをそれぞれ検出する。ここで言う主走査方向とは、ポリゴンミラーでの反射に伴ってレーザー光が感光体表面上で位相する方向を示している。制御部140は、このようなシェブロンパッチPV内のY、M、Cトナー像について、Kトナー像との検知時間差を制御部140に入力される光学センサ151Y,151M,151C,151Kの検出信号から算出していく。
同図では、紙面上下方向が主走査方向に相当し、左から順に、Y、M、C、Kトナー像が並んだ後、これらとは姿勢が90[°]異なっているK、C、M、Yトナー像が更に並んでいる。制御部140は、基準色となるKとの検出時間差tyk、tmk、tckについての実測値と理論値との差に基づいて、各色トナー像の副走査方向のズレ量、即ちレジストズレ量を求める。そして、制御部140は、そのレジストズレ量に基づいて、その他の被制御部145に含まれる光書込ユニット20のポリゴンミラー1面おき、即ち、1走査ラインピッチを1単位として、感光体1に対する光書込開始タイミングを補正する。これにより、各色トナー像のレジストズレを低減する。
また、制御部140は、ベルト両端部間での副走査方向ズレ量の差に基づいて、各色トナー像の主走査方向からの傾き(スキュー)を求める。そして、その結果に基づいて、制御部140は、その他の被制御部145に含まれる光書込ユニット20の光学系反射ミラーの面倒れ補正を実施する。これにより、各色トナー像のスキューズレが低減される。
以上のように、シェブロンパッチPV内における各トナー像を検知したタイミングに基づいて光書込開始タイミングや面倒れを補正してレジストズレやスキューズレを低減する処理が、色ずれ補正処理である。このような色ずれ補正処理により、温度変化などで各色トナー像の転写紙に対する形成位置が経時的にずれていくことに起因する画像の色ずれの発生を抑えることができる。
次に、現像装置に関するリフレッシュモードの処理について説明する。
低画像面積の画像形成動作が続くと、現像装置内に長時間とどまりつづける古いトナーが増えてくるため、トナー帯電特性等が劣化した劣化トナーの量が増えていき、現像能力低下、転写性低下等を引き起こし、画像品質の悪化につながる。このような劣化トナーが現像装置内に滞留しないように、制御部140は、所定のタイミングで、現像装置からトナーを感光体1の非画像領域へ強制的に吐き出させるトナー強制消費制御であるリフレッシュモードを実行する。このトナーの強制吐き出しによってトナー濃度が低下した現像装置には、新しいトナーが補給され、これにより、現像装置内の劣化トナーが新しいトナーと入れ替えられる。
制御部140は、各現像装置5Y,5M,5C,5Kのトナー消費量と、各現像装置5Y,5M,5C,5Kの動作時間とを記憶しておく。そして、所定のタイミングで、所定期間内における現像装置の動作時間に対してトナー消費量が閾値以下の少量である否かを各現像装置について調べ、閾値以下の現像装置についてリフレッシュモードを実行する。
リフレッシュモードが実行されると、感光体上の画像間(紙間)に対応する非画像領域にトナーパターンとしてトナー消費パターンが作成され、そのトナー消費パターンを形成する際に現像装置がトナーを消費する。このようにして形成されたトナー消費パターンは、中間転写ベルト8に転写され、最終的には、二次転写ベルト204に転写される。トナー消費パターンの付着量は、現像装置の所定期間の動作時間に対するトナー消費量に基づき決定され、単位面積当りの最大付着量が、1.0[mg/cm]ほどになることがある。
また、通常の画像形成時において、二次転写ベルト204には、ほとんどトナーが付着することがない。その結果、連続通紙などを行うと、二次転写ベルト204と二次転クリーニングブレード209との間にトナーが存在しなくなり、トナーによる潤滑効果が得られなくなる。その結果、摩擦力が高まって、二次転クリーニングブレード209の二次転写ベルト204との当接部がめくれてしまい、クリーニング不良が生じて、転写紙の裏よごれが発生するおそれがある。また、本実施形態では、上述したように、階調パターンや色ずれ補正のトナーパターンを、二次転クリーニングブレード209で除去する。これらトナーパターンを良好に除去するために、二次転クリーニングブレード209は、ある程度の当接圧で二次転写ベルト204に当接させる必要がある。そのため、二次転クリーニングブレード209のめくれが生じやすい。しかし、紙間にトナー消費パターンを作り、これを二次転写ベルト204に転写し、二次転クリーニングブレード209に入力することにより、トナーによる潤滑効果を維持することができ、クリーニングブレードの捲れを防止することもできる。
図5は、ベルトクリーニング装置100の概略構成図である。
本実施形態のベルトクリーニング装置100は、第一クリーニング部100aと、第二クリーニング部100bと、第三クリーニング部100cとを備えている。
3つのクリーニング部のうち、中間転写ベルト8表面移動方向最上流に配置された第一クリーニング部100aは、トナーの正規帯電極性(負極性)とは、逆極性(正極性)に帯電した逆帯電トナーを中間転写ベルト8から静電的に除去する。第二、第三クリーニング部100b,100cは、トナーの正規帯電極性に帯電した正規帯電極性のトナーを中間転写ベルト8から静電的に除去する。
各クリーニング部100a,100b,100cは、それぞれクリーニングブラシローラ101,104,107、クリーニングブラシローラに付着したトナーを回収する回収ローラ102,105,108を有している。また、回収ローラに当接してローラ表面からトナーを掻き取る掻き取り部材としての掻き取りブレード103,106,109を有している。
第一クリーニング部100aの第一クリーニングブラシローラ101には、負極性の電圧が印加されており、第二,第三クリーニング部100b,100cの第二,第三クリーニングブラシローラ104,107には、負極性の電圧が印加されている。
各クリーニングブラシローラ101,104,107は、回転自在に支持される金属製の回転軸部材と、これの周面に立設せしめられた複数の起毛からなるブラシ部とを具備しており、外径がφ15〜16[mm]である。起毛は、内部が導電性カーボンなどの導電性材料からなり、表面部がポリエステルなどの絶縁性材料からなる二層構造の芯鞘構造となっている。これにより、芯は、クリーニングブラシローラに印加された電圧とほぼ同じ電位になり、トナーを起毛表面に静電的に引き付けることができる。その結果、中間転写ベルト8上のトナーは、クリーニングブラシローラに印加された電圧の作用によって起毛に静電的に付着する。また、各クリーニングブラシローラ101,104,107の起毛を、導電性繊維のみで構成してもよい。また、回転軸部材の法線方向に対して傾斜した姿勢で植毛されたいわゆる斜毛にしてもよい。
また、第二,第三クリーニングブラシローラ104,107の起毛を芯鞘構造とし、第一クリーニングブラシローラ101の起毛を導電性繊維のみで構成してもよい。第一クリーニングブラシローラ101の起毛を導電性繊維のみで構成することで、第一クリーニングブラシローラ101からトナーへの電荷注入が発生しやすくなる。よって、第一クリーニングブラシローラ101によって、中間転写ベルト8上のトナーを良好に負極性に揃えることができる。一方、第二クリーニングブラシローラ104、第三クリーニングブラシローラ107の起毛を芯鞘構造とすることによって、トナーへの電荷注入を抑制することができ、中間転写ベルト8上のトナーが正極性に帯電するのを抑制することができる。これにより、第二、第三クリーニングブラシローラ104,107で、中間転写ベルト8上のトナーが逆帯電トナーとなるを抑制でき、静電的に除去できないトナーが生じるのを抑制できる。
また、各クリーニングブラシローラ101,104,107は、中間転写ベルト8に対し1[mm]食い込ませており、図示しない駆動手段によって、当接位置で起毛が、中間転写ベルト8移動方向とは逆方向(カウンター方向)に移動するよう回転する。当接位置において、起毛をカウンター方向に移動するよう回転させることで、クリーニングブラシローラと中間転写ベルト8との線速差を大きくすることができる。これにより、中間転写ベルト8のある箇所が、クリーニングブラシローラとの当接範囲を抜けるまでの間における起毛との接触確率が増え、良好に中間転写ベルト8からトナーを除去することができる。
各クリーニングブラシローラ101,104,107は、中間転写ベルト8を挟んでそれぞれクリーニング対向ローラ13,14,15に対向配置されている。
各クリーニング部100a,100b,100cにおけるクリーニングブラシローラとクリーニング対向ローラとの配置関係は、次にようになっている。クリーニングブラシローラとクリーニング対向ローラとの配置関係は同じであるので、以下の説明では、第一クリーニングブラシローラ101とクリーニング対向ローラ13の配置関係を例にして説明する。
図6は、第一クリーニングブラシローラ101とクリーニング対向ローラ13の配置を示したものである。
この図における中間転写ベルト8の移動方向は、図中右から左である。クリーニング対向ローラ13は、φ14[mm]のアルミローラであり、中間転写ベルト8と自らの表面との摩擦力で従動回転する。また、クリーニング対向ローラ13は、アースに接続されている。このクリーニング対向ローラ13の全周のうち、図中の点Bから点Cに至る弧状の領域(以下、対向ニップという)に対して、中間転写ベルト8が掛け回されている。同図における点Aは、クリーニング対向ローラ13の断面の中心点であり、点Dは、対向ニップにおけるベルト移動方向の中心点である。一方、第一クリーニングブラシローラ101は、中間転写ベルト8のおもて面に対して、ニップ入口点Fからニップ出口点Gまでの領域(以下、ブラシニップという)で中間転写ベルト8に接触している。この図の点Hは、ブラシニップのベルト移動方向の中心点である。そして、本ベルトクリーニング装置100では、図6に示すように、対向ニップにおけるベルト移動方向の中心点Dとブラシニップのベルト移動方向の中心点Hの位置がベルトを介して一致する配置になっている。また、ブラシニップの方が、対向ニップよりも長くなっている。
各クリーニングブラシローラ101,104,107の具体的な構成条件は以下のとおりである。
・ブラシ材質:導電性ポリエステル(繊維内部に導電性カーボンを内包し、繊維表面はポリエステル、いわゆる芯鞘構造)
・ブラシ抵抗:10〜10[Ω]
・回転軸部材印加電圧[V]
第一クリーニングブラシローラ:−2000〜−2400[V]
第二クリーニングブラシローラ:+1600〜2000[V]
第三クリーニングブラシローラ:+800〜1200[V]
・ブラシ植毛密度:7万〜10万[本/inch2]
・ブラシ繊維径:約25〜35[μm]
・ブラシ先端の毛倒れ処理:あり
・ブラシ径φ:15〜16[mm]
・中間転写ベルト8へのブラシ繊維喰い込み量:1[mm]
また、ブラシ植毛密度、ブラシ抵抗、繊維径、印加電圧、繊維種類、ブラシ繊維喰込量はシステムによって最適化できるため、これに限らない。また、使用できる繊維の種類としては、ナイロン、アクリル、ポリエステルなどがある。
各回収ローラ102,105,108は、クリーニングブラシローラに付着したトナーを起毛と回収ローラとの電位勾配によってブラシから回収ローラに転位させて、クリーニングブラシローラから静電的に回収する。本実施形態では、SUSローラを、各回収ローラ102,105,108として用いた。なお、各回収ローラ102,105,108は、クリーニングブラシローラに付着したトナーを起毛と回収ローラとの電位勾配によってブラシから回収ローラに転位させる機能さえ発揮できれば、どのような材料からなっていてもかまわない。例えば、各回収ローラ102,105,108を導電性芯金に数[μm]〜100[μm]の高抵抗弾性チューブを被せたり、あるいはさらに絶縁コーティングしたりして、ローラ抵抗をlogR=12〜13[Ω]にしたものを用いてもよい。
各回収ローラ102,105,108として、SUSローラを用いることにより、コストダウンや印加電圧を低く抑えることができ、省電力化を図ることができるというメリットがある。一方、導電性芯金に数[μm]〜100[μm]の高抵抗弾性チューブを被せたり、あるいはさらに絶縁コーティングしたりして、ローラ抵抗をlogR=12〜13[Ω]にした場合は、次のメリットがある。すなわち、回収ローラへの回収時におけるトナーへの電荷注入を抑制し、トナーが回収ローラの印加電圧の極性と同極性になり、トナー回収率が低下するのを抑制することができるというメリットである。
各回収ローラ102,105,108にかける電圧は、各クリーニングブラシローラ101,104,107に対してクリーニングしたトナー極性(1本目は正、2,3本目は負)のトナーが回収ローラに付着するような電圧とする。クリーニングブラシローラとの電位差を、100〜500v程度、望ましくは350〜450vにすることで、クリーニングブラシローラのトナーを良好に回収ローラに付着させることができる。
各回収ローラ102,105,108の具体的な構成条件は以下のとおりである。
・回収ローラ芯金材質:SUS
・回収ローラへのブラシ繊維喰い込み量:1.5[mm]
・回収ローラ芯金印加電圧:
第一回収ローラ:−2400〜−2800[V]
第二回収ローラ:+2000〜+2400[V]
第三回収ローラ:+1000〜+1400[V]
各回収ローラ材質、ブラシ繊維喰込量、印加電圧はシステムによって最適化できるため、これに限らない。
各掻き取りブレード103,106,109は、回収ローラに付着したトナーを掻き落とすものであり、各掻き取りブレード103、106、109の具体的な構成条件は以下のとおりである。
・ブレード当接角度:20°
・ブレード厚み:0.1[mm]
・回収ローラへのブレード喰い込み量:1.0[mm]
ブレード当接角度、ブレード厚み、回収ローラへの喰い込み量は、システムによって最適化できるため、これに限らない。
次に本ベルトクリーニング装置100のクリーニング動作について説明する。
図5に示すように、二次転写ニップを通過した転写残トナーおよび未転写トナー像は入口シール111の当接部を越え、第一クリーニングブラシローラ101の位置に中間転写ベルト8の回転により移送される。
第一クリーニングブラシローラ101には、トナーの正規帯電極性(負正極性)と同極性の電圧が印加されている。そして、中間転写ベルト8と第一クリーニングブラシローラ101表面電位との電位差で形成される電界により、中間転写ベルト8上の二次転写により正規帯電極性とは逆の極性(正極性)に帯電した逆帯電トナーを静電的に吸着する。また、このとき、電荷注入や放電により、第一クリーニングブラシブローラ101から負の電荷を受け取り正規極性に一部のトナーは帯電し中間転写ベルト8上に残る。
第一クリーニングブラシローラ101に移動した正負極性の逆帯電トナーは、第一クリーニングブラシローラ101よりも値が大きな負正極性の電圧が印加された第一回収ローラ102との当接位置まで移送される。そして、第一クリーニングブラシローラ101の表面電位と第一回収ローラ102の表面電位との電位差で形成される電界により、第一クリーニングブラシローラ101上のトナーを静電的に吸着して第一回収ローラ102上へ移動させる。第一回収ローラ102に移動した負極性のトナーは、第一掻き取りブレード103により第一回収ローラ表面から掻き落とされる。 第一掻き取りブレード103により掻き落とされたトナーは、搬送スクリュ110で装置外に排出される。
第一クリーニングブラシローラ101により除去できなかった中間転写ベルト8上のトナーは、第二クリーニングブラシローラ104の位置に移送される。第二クリーニングブラシローラ104には、トナーの正規帯電極性と逆同極性(正負極性)の電圧が印加されている。そして、中間転写ベルト8と第二クリーニングブラシローラ104表面電位との電位差で形成される電界により、中間転写ベルト8上の負極性に帯電した正規帯電トナーを静電的に吸着して第二クリーニングブラシローラ104へ移動させる。
第二クリーニングブラシローラ104に移動した正規帯電トナーは、第二クリーニングブラシローラ104よりも値が大きな正負極性の電圧が印加された第二回収ローラ105との当接位置まで移送される。そして、第二クリーニングブラシローラ104の表面電位と第二回収ローラ105の表面電位との電位差で形成される電界により、第二クリーニングブラシローラ104上のトナーを静電的に吸着して第二回収ローラ105上へ移動させる。第二回収ローラ105に移動した正規帯電トナーは、第二掻き取りブレード106により第二回収ローラ表面から掻き落とされる。
次に、第一クリーニングブラシローラ104により負極性にシフトしたトナーや、第二クリーニングブラシローラ104により除去できたかった負極性の正規帯電トナーが、第三クリーニングブラシローラ107に移送される。
第三クリーニングブラシローラ107へ移送されるトナーは、第一クリーニングブラシローラ104により負極性に極性制御されている。また、第一クリーニングブラシローラ101や第二クリーニングブラシローラ104によって中間転写ベルト8上のトナーは、ほとんど除去されている。このため、この第三クリーニングブラシローラ107へ移送されるトナーは、ごく少量であり、ほぼ全てのトナーが負極性に帯電した正規帯電トナーである。
この第三クリーニングブラシローラ107へ移送された負極性に揃えられたごく少量の中間転写ベルト8上のトナーは、トナーの正規帯電極性と反対極性(正極性)の電圧が印加されている第三クリーニングブラシローラ107に静電的に付着する。そして、第三クリーニングブラシローラ107よりも値が大きな正負極性の電圧が印加された第三回収ローラ108により静電的に回収される。第三回収ローラ108に回収されたトナーは、第三掻き取りブレード109により、第三回収ローラ108から掻き落とされる。
本実施形態では、第二クリーニングブラシローラ104のブラシニップから第三クリーニングブラシローラ107のブラシニップまでの間隔は、44mmとなっている。このように、ブラシ間隔を短くすることで、第二、第三クリーニングブラシローラのクリーニング性を高めることができる。
特許文献1に記載されているように、従来ベルトクリーニング装置は、第二クリーニング部100bで中間転写ベルト上の逆帯電トナーを静電的に除去し、第一、第三クリーニング部100a,100cで正規帯電トナーを除去していた。かかる構成とすることで、各色階調パターン、シェブロンパッチ、トナー消費パターンなどのトナーパターンを一度で除去することができていた。しかし、トナーよっては、従来のベルトクリーニング装置でも、トナーパターンについて十分にクリーニング性の向上が得られない場合があった。
そこで、本実施形態においては、上述したように、各色階調パターン、シェブロンパッチ、トナー消費パターンなどのトナーパターンを二次転写ベルト204に転写し、二次転写クリーニング装置230で除去するようにした。二次転写ベルト204は、中間転写ベルト8とは異なり、弾性層を有していない。従って、クリーニングブレードを用いても所定の当接圧を得ることができ、クリーニングブレードで良好にトナーを掻き落とすことができる。よって、トナーパターンを二次転写ベルト204に転写し、二次転写クリーニング装置230で除去することにより、良好にトナーパターンを除去できる。また、これにより、ベルトクリーニング装置100には、トナーパターンが入力されることが無くなくなり、ベルトクリーニング装置100には、二次転写残トナーのみ入力されることになる。
しかし、ベルトクリーニング装置100に二次転写残トナーのみの入力でも、従来のベルトクリーニング装置では、変更したトナーを静電的に良好に除去できず、クリーニング性が許容レベル以下となってしまった。
そこで、本出願人は、鋭意研究を重ねた結果、上述したように、第一クリーニング部100aで逆帯電トナーを中間転写ベルト8から除去した後、第二、第三クリーニング部100b,100cで正規帯電トナーを除去するようにすることにより、静電的に除去することが難しい変更したトナーでも、良好なクリーニング性を得ることができた。
また、本実施形態では、トナーパターンを二次転写ベルト204に転写するときの二次転写ベルト204と中間転写ベルト8との線速差を、転写紙に画像を形成するときの線速差をよりも大きくする。本実施形態では、転写紙に画像を形成するときは、二次転写ベルト204の線速が、中間転写ベルト8の線速と同じ線速と同じとなるように制御している(線速差=0)。そして、階調パターン、色ずれ補正パターンおよびトナー消費パターンなどを二次転写ベルト204に転写するときは、二次転写ベルト204の線速を、中間転写ベルト8の線速に対して若干上げる。二次転写ベルト204の線速の変更は、二次転写ローラ18の駆動モータがパルスモータならば、入力する時間当たりのパルス数を調整すれば良い。また、直流モータならば入力電圧等を調整することで変更できる。この場合、従動ローラである分離ローラ205、光学センサユニット対向ローラ206、クリーニング対向ローラ207のいずれかの回転数を検知しフィードバック制御して二次転写ベルト204の線速の精度を維持することが望ましい。
また、二次転写ベルト204の線速の切替えは、以下のように行う。すなわち、トナーパターンの二次転写ニップ通過時刻は、各感光体への画像書き込み開始をトリガーとして、各感光体,中間転写ベルト線速から求められる。よって、制御部140は、各感光体への画像書き込み開始をトリガーとして、タイマ計測を開始し、所定時間経過したら、二次転写ニップの線速の切替を開始する。そして、トナーパターンが二次転写ニップ領域を通過する時間、切替えた線速に維持し、トナーパターンが二次転写ニップを通過した後、画像形成時の線速に戻す。また、各感光体への画像書き込み開始から、線速の切り替えを行うまでの所定時間を、画像書き込み開始から光学センサ151で実際にトナーパターンが検知されるまでの時間に基づいて、調整してもよい。具体的には、画像書き込み開始から光学センサ151で実際にトナーパターンが検知されるまでの時間を検知する。この検知した時間が予め定められた時間より所定値(誤差レベル)以上ずれている場合は、画像書き込み開始からのトナーパターンの二次転写ニップの通過時刻を修正する。修正は、検知した時間から、二次転写ベルトの設定速度と二次転写ニップから光学センサ151までの距離とからトナーパターンが二次転写ニップから光学センサに到達するまでの時間を減算して、実際の画像書き込み開始からのトナーパターンが二次転写ニップに到達するまでの時間を求める。この求めた時間に基づいて、二次転写ベルトの線速を切り替えを行うまでの所定時間を補正する。
二次転写ベルト204と中間転写ベルト8との間に線速差を付けた場合には、静電的な力に加え機械的な剥ぎ取り力(中間転写ベルト8からトナーを剥ぎ取る力)が加わるため、転写率が向上する。このため、トナーパターンを形成するときに二次転写ベルト204と中間転写ベルト8との間に線速差を付けることで、二次転写残トナーを減らすことができ、ベルトクリーニング装置100に入力されるトナー量を減らすことができる。特に、トナ単位面積当りの最大付着量が、1.0[mg/cm]ほどになることがあるトナー消費パターンのとき、二次転写ベルト204と中間転写ベルト8との間に線速差を付けるのが好ましい。
しかし、線速差を設けることで、中間転写ベルト8と二次転写ベルト204との間で摺動するため、中間転写ベルト8や二次転写ベルト204に傷などが発生しやすくなり、寿命の低下に繋がる。従って、通常の画像形成動作は、中間転写ベルト8と二次転写ベルト204とに線速差をほとんど持たせず、頻繁には行われないトナーパターンのときだけ、線速差を持たせることで、ベルトの寿命の低下を最小限に抑えることができる。また、階調パターンのときは、線速差を大きくせず、通常の画像形成条件と同じ線速差で行ってもよい。これにより、階調パターンから、二次転写の影響を精度よく検知することができる。
また、本実施形態においては、各クリーニングブラシローラ101,104,107に印加する電圧を、クリーニングブラシローラと、対向ローラとの間に流れるクリーニング電流を測定し、その電流値に基づいて、設定している。
各クリーニングブラシローラ101,104,107に印加する電圧を、クリーニング電流が所定の電流値となるよう、定電流制御すると、以下の不具合が生じる。すなわち、クリーニングトナー層やブラシ中のトナーの付着バラツキでブラシ軸方向に抵抗バラツキがでると抵抗の低い部分に電流が流れる。従って、低い電圧値でも、クリーニングブラシローラと、対向ローラとの間に流れるクリーニング電流値が所定値となる。その結果、トナー層が厚い、本来、クリーニング性能を最も出したいところのクリーニング電流が所定値以下となり、良好なクリーニング性が得られない場合があるという不具合である。一方、定電圧とすることにより、電圧が低くなりすぎることがなくなり、クリーニング性能を最も出したいところのクリーニング電流が所定値以下となるのを抑制することができる。
しかし、各クリーニングブラシローラ101,104,107に印加する電圧を定電圧制御とした場合、以下の不具合が生じる。すなわち、環境変化やブラシ全体の抵抗変動により、クリーニング電流が低下し、良好に中間転写ベルト上のトナーを静電吸着することができない場合がある。また、クリーニング電流が過剰となり、中間転写ベルト上のトナーに過剰な電荷注入がおき、極性が反転して、クリーニングブラシローラに静電吸着しなくなる場合もある。いずれの場合も、クリーニング不良に繋がる可能性がある。
このため、本実施形態では、定期的に、あるいは、温湿度センサにより環境が所定の範囲以上変化したのを検出したら、クリーニング電流を測定して、各クリーニングブラシローラ101,104,107に印加する電圧を補正する。具体的には電源投入時等に行なう画像濃度調整に先駆けて、次のような設定動作を行なう。すなわち、制御部140は、まず、中間転写ベルト8,二次転写ベルト204,クリーニングブラシローラ等のベルトクリーニング性能に関係する駆動部材を駆動する。次に、二次転写バイアスをONにし、その後、3本のクリーニングブラシローラ101,104,107、各回収ローラ102,105,108にそれまでの動作で印加していた電圧を印加する。次に、第一クリーニングブラシローラ101とクリーニング対向ローラ13との間に流れるクリーニング電流が後述する最適範囲内にあるか否かをチェックする。最適範囲外であれば、最適範囲内に入るように、第一クリーニングブラシローラ101に印加する電圧を補正する。また、第一クリーニングブラシローラ101に印加する電圧に基づいて、第一クリーニングブラシローラに対して所定の電位差となるように、第一回収ローラ102に印加する電圧を補正する。次に、第二クリーニングブラシローラ104と、クリーニング対向ローラ14とに流れるクリーニング電流をチェックする。そして、上述と同様にして、クリーニング電流が最適範囲に入るように、第二クリーニングブラシローラ104に印加する電圧と、第二回収ローラ105に印加する電圧とを補正する。次に、第三クリーニング部100cについても、同様にしてチェックを行い、クリーニング電流が最適範囲に入るように第三クリーニングブラシローラ107に印加する電圧と、第三回収ローラ108に印加する電圧とを補正する。
各クリーンブラシローラの電圧調整におけるクリーニング電流の最適範囲は、以下のようにして求めた。
図7は、クリーニング電流と、第一クリーニングブラシローラ101を通過したクリーニング残トナー量との関係を調べたグラフである。
第一クリーニングブラシローラには、画像形成装置で使用する各色トナーの最大付着量のトナー像を二次転写ベルトに転写した後の二次転写残トナーを入力した。また、クリーニング残トナー量は、第一クリーニング通過後の中間転写ベルト上のトナーをテープに転写して測定した。また、静電ブラシクリーニングがもっとも厳しい(最もトナーがブラシに静電吸着し難い)高温高湿環境で行なった。このような測定を、クリーニング電流を変えて行った。また、この試験では、2種類のトナーについて、調べた。
その結果、図7に示すように、いずれのトナーにおいても、クリーニング電流が−1μA〜−50μAで良好なクリーニング性となることが確認できた。従って、第一クリーニング部100aにおいては、クリーニング電流が−1μA〜−50μA内に入るように、第一クリーニングブラシローラ101に印加する電圧を設定することにより、良好なクリーニング性を得ることができる。なお、本実施形態において、種々の変動を考慮して、クリーニング電流の最適範囲を−20μA〜−50μAにし、クリーニング電流が−20μA〜−50μA内に入るように、第一クリーニングブラシローラ101に印加する電圧を設定するようにした。
図8は、クリーニング電流と、第二クリーニングブラシローラ104を通過したクリーニング残トナー量との関係を調べたグラフである。
図8に示すクリーニング電流と第二クリーニングブラシローラ104を通過したクリーニング残トナー量との関係は、次のようにして調べた。上述と同様高温高湿環境下で、画像形成装置で使用する各色トナーの最大付着量のトナー像を二次転写ベルトに転写した後の二次転写残トナーを第一クリーニングブラシローラに入力する。そして、第一クリーニングブラシローラを通過したトナーを第二クリーニングブラシローラに入力させる。このとき、第一クリーニングブラシローラには、クリーニング電流が−20μA〜−50μAのクリーニング電流となる電圧を印加する。そして、第二クリーニングブラシローラ104を通過後の中間転写ベルト上のトナーをテープに転写してクリーニング残トナー量測定した。
図8に示すように、第二クリーニング部100bにおいては、クリーニング電流が、+1μA〜+50μAで良好なクリーニング性となることが確認できた。従って、第二クリーニング部100bにおいては、クリーニング電流が+1μA〜+50μA内に入るように、第二クリーニングブラシローラ104に印加する電圧を設定することにより、良好なクリーニング性を得ることができる。なお、本実施形態では、種々の変動を考慮し、第二クリーニング部100bのクリーニング電流の最適範囲を+10μA〜+40μAにした。そして、クリーニング電流が+10μA〜+40μA内に入るように、第二クリーニングブラシローラ104に印加する電圧を設定した。
図9は、クリーニング電流と、第三クリーニングブラシローラ107を通過したクリーニング残トナー量との関係を調べたグラフである。
図9に示すクリーニング電流と第三クリーニングブラシローラ107を通過したクリーニング残トナー量との関係は、次のようにして求めた。上述と同様高温高湿環境下で、画像形成装置で使用する各色トナーの最大付着量のトナー像を二次転写ベルトに転写した後の二次転写残トナーを第一クリーニングブラシローラに入力する。そして、第一クリーニングブラシローラ101、第二クリーニングブラシローラ104を通過したトナーを第三クリーニングブラシローラ107に入力させる。このとき、第一クリーニングブラシローラ101には、クリーニング電流が−20μA〜−50μAのクリーニング電流となる電圧を印加する。第二クリーニングブラシローラ104には、クリーニング電流が+10μA〜+40μAのクリーニング電流となる電圧を印加する。そして、第三クリーニングブラシローラ107を通過後の中間転写ベルト上のトナーをテープに転写してクリーニング残トナー量測定した。
図9に示すように、第三クリーニング部100cにおいても、クリーニング電流が、+1μA〜+50μAで良好なクリーニング性となることが確認できた。従って、第三クリーニング部100cにおいても、クリーニング電流が+1μA〜+50μA内に入るように、第三クリーニングブラシローラ107に印加する電圧を設定することにより、良好なクリーニング性を得ることができる。なお、本実施形態において、種々の変動を考慮して、第三クリーニング部100cのクリーニング電流の最適範囲を+10μA〜+40μAにした。そして、クリーニング電流が+10μA〜+40μA内に入るように、第三クリーニングブラシローラ107に印加する電圧を設定した。なお、第三クリーニング部100cに突入するトナー量は第二クリーニング部100bに比べるとごく微量となるため、変動を考慮した余裕度を小さくし、最適電流範囲を第二クリーニング部100bに比べて、広げてもよい。
第二,第三クリーニング部100b,100cのクリーニング電流の最適範囲の上限値を+50μAではなく、+40μAにしたは、リーク電流(高電流で不利となる)が発生しないことを考慮したためである。また、第二、第三クリーニング部100b,100cにおいて、良好なクリーニング性が得られるクリーニング電流が、+1μA〜+50μAと同一になった理由は、以下のとおりである。すなわち、第二クリーニングブラシローラ104と第三クリーニングブラシローラ107とを同一のブラシ(材質や密度や抵抗等)としており、また、ブラシ周辺の条件も大きく異ならないことからリーク電流の程度も同一であったためである。
また、上述では、各回収ローラ102,105,108、各クリーニングブラシローラ101,104,107に電圧を印加しているが、各回収ローラ102,105,108を金属ローラにして、回収ローラにのみ電圧を印加する構成でもよい。この場合は、クリーニングブラシローラの繊維抵抗による電位降下によって、回収ローラとの接触部を介する形態で、回収ローラに印加されたバイアス電圧よりも幾分低いバイアス電圧がクリーニングブラシローラに印加されている状態となる。これにより、回収ローラとクリーニングブラシローラとの間に電位差が形成され、回収ローラ方向へ電位勾配によりクリーニングブラシローラから回収ローラへトナーを静電的に移動させることができる。
また、上述では被清掃体として中間転写ベルトをクリーニングするベルトクリーニング装置に本発明を適用した例について説明したが、感光体ドラムをクリーニングするドラムクリーニング装置4にも本発明を適用することができる。
次に、本プリンタに好適に使用されるトナーの一例について、説明する。
本プリンタに好適に使用されるトナーは、600dpi以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径が3〜6[μm]のものが好ましい。また、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が、1.00〜1.40の範囲にあるトナーが好ましい。(Dv/Dn)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
トナーの形状係数SF−1は100〜180、形状係数SF−2は100〜180の範囲にあることが好ましい。図10は、形状係数SF−1を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π)/4・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、図11は、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)/AREA}×100/(4π)・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
また、カラープリンタに好適に使用されるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマーと、ポリエステルと、着色剤と、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである。このポリエステル樹脂を有するトナーは、トナーの正規帯電極性とは反対の正極性に帯電しやすい傾向がある。そのため、このポリエステル樹脂を有するトナーは、正極性の高電圧下で一部が正極性に帯電しやすい傾向がある。
以下に、このポリエステル樹脂を有するトナーの構成材料及び製造方法について説明する。
(ポリエステル)
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧しながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
ポリエステルには、上記の重縮合反応で得られる未変性ポリエステルの他に、ウレア変性のポリエステルが好ましく含有される。ウレア変性のポリエステルは、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得、これとアミン類との反応により分子鎖が架橋及び/又は伸長されて得られるものである。多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−イソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5/1を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1/1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2/1超や、1/2未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧しながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー画像形成装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65℃、好ましくは45〜60℃である。45℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65℃を超えると低温定着性が不十分となる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
(着色剤)
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR1、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド
、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
(荷電制御剤)
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSYVP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージNEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LR1−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
(離型剤)
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
(外添剤)
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2[μm]であることが好ましく、特に5×10−3〜0.5[μm]であることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500[m/g]であることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−4μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(トナーの製造方法)
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
(2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90%の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1[μm]、及び3[μm]、ポリスチレン微粒子0.5[μm]及び2[μm]、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1[μm]、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20[μm]にするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000[rpm]、好ましくは5000〜20000[rpm]である。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
(3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
(4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
(5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。 荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
またトナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。図12(a),(b),(c)はトナーの形状を模式的に示す図である。図12(a),(b),(c)において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、トナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)(図12(b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図12(c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
以上に説明したものは一例であり、本発明は、以下の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様1)
所定の極性の電圧が印加されて、中間転写ベルト8などの被清掃体上のトナーを静電的に除去するクリーニングブラシローラなどの3本のクリーニング部材を、被清掃体移動方向に順に並べて配置したベルトクリーニング装置100などのクリーニング装置において、上記被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と同極性とし、残りのクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と反対の極性にした。
本出願人は、鋭意研究の結果、3本のクリーニングブラシローラのクリーニング部材にそれぞれ印加する印加電圧の極性を、最上流のクリーニング部材は、トナーの正規帯電極性と同極性、残りをトナーの正規帯電極性と逆の極性にすることにより、特許文献1に記載のクリーニング装置よりもクリーニング性を向上させることができた。
(態様2)
(態様1)において、中間転写ベルトなどの被清掃体の移動方向最上流に配置された第一クリーニングブラシローラ101などのクリーニング部材から被清掃体に向けて−1[μA]以上、−50[μA]以下の電流が流れるように、上記被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材に印加する電圧を設定する。
かかる構成とすることにより、実施形態で説明したように、中間転写ベルト8などの被清掃体上の正極性に帯電したトナーを、第一クリーニングブラシローラ101などの最上流のクリーニング部材に良好に静電的に付着させることができる。
(態様3)
(態様1)または(態様2)において、第二,第三クリーニングブラシローラ104,107などの残りのクリーニング部材から中間転写ベルト8などの被清掃体に向けて+1[μA]以上、+50[μA]以下の電流が流れるように、残りのクリーニング部材に印加する電圧を設定する。
かかる構成とすることにより、実施形態で説明したように、中間転写ベルト8などの被清掃体上の負極性に帯電したトナーを、第二,第三クリーニングブラシローラ104,107などのクリーニング部材に良好に静電的に付着させることができる。
(態様4)
トナー像を担持する中間転写ベルト8などの像担持体と、像担持体の表面にトナー像を形成するトナー像形成手段(本実施形態では、光書込ユニット20、プロセスユニット6Y,M,C,K、一次転写ローラ9Y,M,C,Kなどで構成)と、像担持体の表面に付着しているトナーを除去するベルトクリーニング装置100などのクリーニング手段とを備え、像担持体の表面のトナー像を最終的に転写紙に転写する画像形成装置において、クリーニング手段として、(態様1)乃至(態様3)のいずれかに記載のクリーニング装置を用いた。
(態様4)によれば、中間転写ベルトの表面のトナーを良好に除去することができ、クリーニング不良による画像不良の発生を抑制することができる。
(態様5)
(態様4)において、ベルトクリーニング装置100などのクリーニング装置よりも中間転写ベルト8などの像担持体の表面移動方向上流側で、像担持体上に当接し像担持体上のトナー像が転写される二次転写ベルト204などの転写部材と、転写部材に当接して、転写部材上のトナーを掻き落とす二次転クリーニングブレード209などの転写クリーニング部材とを備え、転写紙Pに転写されないトナーパターンは、転写部材に転写して、転写クリーニング部材で除去する。
(態様5)によれば、ベルトクリーニング装置100などのクリーニング装置にトナーパターンが入力されない。これにより、ベルトクリーニング装置100にクリーニング不良が生じるのを抑制することができる。
(態様6)
(態様5)において、トナーパターンを二次転写ベルト204などの転写部材に転写するときの転写部材と、中間転写ベルト8などの像担持体との線速差を、通常の画像形成時の転写部材と、像担持体との線速差よりも大きくする。
(態様6)によれば、実施形態で説明したように、転写率を上げることができ、トナーパターン転写後の中間転写ベルト8などの像担持体表面に残留するトナー量を減らすことができる。これにより、ベルトクリーニング装置100などのクリーニング装置で、像担持体上のトナーを良好に除去することができる。また、通常の画像形成時は、線速差が小さいので、像担持体と転写部材との摺動を抑制することが、像担持体や転写部材の磨耗を抑制することができる。
(態様7)
また、(態様5)または(態様6)において、転写クリーニング部材として、クリーニングブレードを用いた。
これにより、二次転写ベルト204などの転写部材表面のトナーを良好に掻き取ることができる。
(態様8)
(態様4)乃至(態様7)において、像担持体が、弾性層を有する弾性中間転写ベルトである。
(態様8)によれば、実施形態で説明したように、二次転写ニップ部でトナー層や平滑性の悪い転写紙に対して変形できる。また、中間転写ベルト8の表面が局部的な凸凹に追従して変形できる。それにより、トナー層に対して過度に転写圧を高めることなく、良好な密着性が得られ、文字等の転写中抜けがなくなる。また、平滑性の悪い用紙等に対しても、転写ムラのない均一性に優れた転写画像を得ることができる。
6:プロセスユニット
8:中間転写ベルト
9:一次転写ローラ
20:光書込ユニット
100:ベルトクリーニング装置
100a:第一クリーニング部
100b:第二クリーニング部
100c:第三クリーニング部
101:第一クリーニングブラシブローラ
104:第二クリーニングブラシローラ
107:第三クリーニングブラシローラ
140:制御部
204:二次転写ベルト
208:二次転ベルト清掃ブラシ
209:二次転クリーニングブレード
特開2011−133664号公報

Claims (8)

  1. 所定の極性の電圧が印加されて、被清掃体上のトナーを静電的に除去する3本のクリーニング部材を、被清掃体移動方向に順に並べて配置したクリーニング装置において、
    上記被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と同極性とし、残りのクリーニング部材の印加電圧の極性をトナーの正規帯電極性と反対の極性にしたことを特徴とするクリーニング装置。
  2. 請求項1に記載のクリーニング装置であって、
    トナーの正規帯電極性が負極性であり、上記被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材から被清掃体に向けて−1[μA]以上、−50[μA]以下の電流が流れるように、上記被清掃体移動方向最上流に配置されたクリーニング部材に印加する電圧を設定することを特徴とするクリーニング装置。
  3. 請求項1または2に記載のクリーニング装置であって、
    トナーの正規帯電極性が負極性であり、上記残りのクリーニング部材から被清掃体に向けて+1[μA]以上、+50[μA]以下の電流が流れるように、上記残りのクリーニング部材に印加する電圧を設定することを特徴とするクリーニング装置。
  4. トナー像を担持する像担持体と、
    上記像担持体の表面にトナー像を形成するトナー像形成手段と、上記像担持体の表面に付着しているトナーを除去するクリーニング手段とを備え、上記像担持体の表面のトナー像を最終的に転写紙に転写する画像形成装置において、
    上記クリーニング手段として、請求項1乃至3のいずれかに記載のクリーニング装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4に記載の画像形成装置であって、
    上記クリーニング装置よりも上記像担持体の表面移動方向上流側で、上記像担持体上に当接し上記像担持体上のトナー像が転写される転写部材と、
    前記転写部材に当接して、前記転写部材上のトナーを掻き落とす転写クリーニング部材とを備え、
    前記転写紙に転写されないトナーパターンは、上記転写部材に転写して、前記転写クリーニング部材で除去することを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項5に記載の画像形成装置であって、
    上記トナーパターンを上記転写部材に転写するときの上記転写部材と、上記像担持体との線速差を、通常の画像形成時の上記転写部材と、上記像担持体との線速差よりも大きくすることを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項5または6に記載の画像形成装置であって、
    上記転写クリーニング部材として、クリーニングブレードを用いたことを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項4乃至7いずれかに記載の画像形成装置であって、
    上記像担持体が、弾性層を有する弾性中間転写ベルトであることを特徴とする画像形成装置。
JP2014048670A 2014-03-12 2014-03-12 クリーニング装置および画像形成装置 Active JP5939473B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014048670A JP5939473B2 (ja) 2014-03-12 2014-03-12 クリーニング装置および画像形成装置
US14/638,425 US9329533B2 (en) 2014-03-12 2015-03-04 Cleaning device and image forming apparatus including same
EP15158174.1A EP2924512B1 (en) 2014-03-12 2015-03-09 Cleaning device and image forming apparatus including same
US15/051,202 US9454126B2 (en) 2014-03-12 2016-02-23 Cleaning device and image forming apparatus including same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014048670A JP5939473B2 (ja) 2014-03-12 2014-03-12 クリーニング装置および画像形成装置

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2015172668A true JP2015172668A (ja) 2015-10-01
JP2015172668A5 JP2015172668A5 (ja) 2016-03-31
JP5939473B2 JP5939473B2 (ja) 2016-06-22

Family

ID=52692414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014048670A Active JP5939473B2 (ja) 2014-03-12 2014-03-12 クリーニング装置および画像形成装置

Country Status (3)

Country Link
US (2) US9329533B2 (ja)
EP (1) EP2924512B1 (ja)
JP (1) JP5939473B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018072558A (ja) * 2016-10-28 2018-05-10 株式会社リコー ベルト装置、転写装置及び画像形成装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5939473B2 (ja) * 2014-03-12 2016-06-22 株式会社リコー クリーニング装置および画像形成装置
JP6429558B2 (ja) * 2014-09-26 2018-11-28 キヤノン株式会社 画像形成装置
JP2016136195A (ja) 2015-01-23 2016-07-28 株式会社リコー クリーニング装置および画像形成装置
CN105824215B (zh) 2015-01-23 2019-06-21 株式会社理光 清洁装置及图像形成装置
US10042318B2 (en) * 2016-03-31 2018-08-07 Kyocera Document Solutions Inc. Electrophotographic image forming apparatus and electricity removing member used in the same
JP2019015757A (ja) * 2017-07-03 2019-01-31 コニカミノルタ株式会社 画像形成装置
ES2779150B2 (es) * 2019-02-11 2022-04-13 Open Mind Ventures S L U Sistema de afilado para cuchillas de corte de materiales flexibles en máquinas de corte automático
US11494602B2 (en) 2020-09-15 2022-11-08 Ricoh Company, Ltd. Image forming apparatus
JP2022134894A (ja) 2021-03-04 2022-09-15 株式会社リコー 画像形成装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007072411A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Canon Inc 画像形成装置
JP2009003363A (ja) * 2007-06-25 2009-01-08 Fuji Xerox Co Ltd 画像形成装置
JP2011133664A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Ricoh Co Ltd クリーニング装置および画像形成装置
JP2011197249A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Ricoh Co Ltd クリーニング装置および画像形成装置
JP2012008486A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Ricoh Co Ltd クリーニング装置および画像形成装置
JP2012185288A (ja) * 2011-03-04 2012-09-27 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2013120212A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Fuji Xerox Co Ltd クリーニング装置及びこれを用いた画像形成装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002202702A (ja) 2000-12-27 2002-07-19 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2007025173A (ja) 2005-07-14 2007-02-01 Fuji Xerox Co Ltd クリーニング装置、画像形成装置
JP5610281B2 (ja) 2009-10-29 2014-10-22 株式会社リコー ベルト装置及び画像形成装置
JP5464487B2 (ja) 2010-03-18 2014-04-09 株式会社リコー クリーニング装置および画像形成装置
JP5557099B2 (ja) 2010-07-12 2014-07-23 株式会社リコー クリーニング装置および画像形成装置
JP5641407B2 (ja) 2010-08-09 2014-12-17 株式会社リコー クリーニング装置及び画像形成装置
JP5589736B2 (ja) 2010-10-06 2014-09-17 株式会社リコー クリーニング装置および画像形成装置
JP5692634B2 (ja) 2010-10-22 2015-04-01 株式会社リコー 画像形成装置
JP6048788B2 (ja) 2012-05-24 2016-12-21 株式会社リコー 画像形成装置
JP2014048536A (ja) 2012-08-31 2014-03-17 Ricoh Co Ltd クリーニング装置、画像形成装置及び電圧設定装置
JP5821832B2 (ja) * 2012-12-21 2015-11-24 コニカミノルタ株式会社 画像形成装置
JP6115814B2 (ja) 2013-04-19 2017-04-19 株式会社リコー 画像形成装置
JP2014215602A (ja) 2013-04-30 2014-11-17 株式会社リコー クリーニング装置、画像形成装置及び電圧設定装置
JP6233699B2 (ja) 2013-11-26 2017-11-22 株式会社リコー 画像形成装置
JP5939473B2 (ja) * 2014-03-12 2016-06-22 株式会社リコー クリーニング装置および画像形成装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007072411A (ja) * 2005-09-09 2007-03-22 Canon Inc 画像形成装置
JP2009003363A (ja) * 2007-06-25 2009-01-08 Fuji Xerox Co Ltd 画像形成装置
JP2011133664A (ja) * 2009-12-24 2011-07-07 Ricoh Co Ltd クリーニング装置および画像形成装置
JP2011197249A (ja) * 2010-03-18 2011-10-06 Ricoh Co Ltd クリーニング装置および画像形成装置
JP2012008486A (ja) * 2010-06-28 2012-01-12 Ricoh Co Ltd クリーニング装置および画像形成装置
JP2012185288A (ja) * 2011-03-04 2012-09-27 Ricoh Co Ltd 画像形成装置
JP2013120212A (ja) * 2011-12-06 2013-06-17 Fuji Xerox Co Ltd クリーニング装置及びこれを用いた画像形成装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018072558A (ja) * 2016-10-28 2018-05-10 株式会社リコー ベルト装置、転写装置及び画像形成装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20160170365A1 (en) 2016-06-16
US9329533B2 (en) 2016-05-03
EP2924512A1 (en) 2015-09-30
EP2924512B1 (en) 2016-11-23
JP5939473B2 (ja) 2016-06-22
US9454126B2 (en) 2016-09-27
US20150261137A1 (en) 2015-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5429628B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5464487B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5692634B2 (ja) 画像形成装置
JP5605679B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5939473B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP6048788B2 (ja) 画像形成装置
JP5585878B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5557108B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP2014062981A (ja) 画像形成装置
JP5874957B2 (ja) クリーニング装置及び画像形成装置
JP5800221B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP2011164470A (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5553207B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5532410B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5769045B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5867805B2 (ja) クリーニング装置及び画像形成装置
JP6037250B2 (ja) 画像形成装置
JP5618188B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5716994B2 (ja) クリーニング装置及び画像形成装置
JP5871180B2 (ja) クリーニング装置及び画像形成装置
JP6016111B2 (ja) クリーニング装置及び画像形成装置
JP5757390B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5831792B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP2012088595A (ja) クリーニング装置および画像形成装置
JP5505803B2 (ja) クリーニング装置および画像形成装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160215

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160215

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20160215

TRDD Decision of grant or rejection written
A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20160413

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160413

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160422

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160505

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5939473

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151