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JP5553207B2 - 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

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JP5553207B2
JP5553207B2 JP2010053790A JP2010053790A JP5553207B2 JP 5553207 B2 JP5553207 B2 JP 5553207B2 JP 2010053790 A JP2010053790 A JP 2010053790A JP 2010053790 A JP2010053790 A JP 2010053790A JP 5553207 B2 JP5553207 B2 JP 5553207B2
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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。
画像形成に用いられるトナーは、近年の高画質化に伴い、粉砕法によるものよりも、重合法によるものが主流になってきている。重合法によるトナー粒子は、粉砕法によるトナー粒子に比べて球形に近く、且つ小径であることから、高解像度に対応する小さなドットでも優れた再現性を発揮することができる。反面、クリーニングブレードを被清掃体たる像担持体や搬送体に当接させるブレードクリーニング方式では、クリーニング不良を引き起こし易いという不具合がある。球形に近く且つ小径であることから、ブレードと、像担持体や搬送体との間に形成される僅かな隙間をすり抜けてしまうからである。
特許文献1に記載のクリーニング装置のように、静電クリーニング方式を採用すれば、重合法によるトナーであっても良好にクリーニングすることができる。具体的には、特許文献1に記載のクリーニング装置は、被清掃体たる像担持体に当接しながら回転するクリーニング部材たるクリーニングブラシと、これに当接しながら回転する回収部材たる回収ローラと、回収ローラに当接する掻き取りブレードとを有している。そして、クリーニングブラシには、トナーの正規帯電極性とは逆極性のクリーニング電圧を印加している。また、回収ローラには、クリーニング電圧と同極性で且つクリーニング電圧よりも値の大きな回収電圧を印加している。像担持体の表面上に付着している付着物たる転写残トナーは、クリーニングブラシのブラシによって引っ掻かれながら、クリーニング電圧によってベルト表面からブラシに静電転移する。その後、クリーニングブラシから回収ローラに静電転移した後、掻き取りブレードによって回収ローラ表面から掻き落とされる。球形に近く且つ小径であることから、クリーニングブレードによるクリーニングが困難な重合法によるトナーであっても、静電転移によって像担持体表面から良好に除去することができる。
クリーニングブラシに付着したトナーが、回収ローラへ静電転移せず、クリーニングブラシに残ってしまうと、クリーニングブラシの回転で再び像担持体との当接領域を通過するとき、ブラシ繊維に付着する新たなトナー量が減り、クリーニング性が低下してしまうという課題がある。このような課題に対して、回収電圧を大きくして、クリーニングブラシと回収ローラとの間の電界を強くし、トナーを回収ローラ表面へ移動させる力を大きくすることで、回収ローラへの回収率を上げることができると考えられる。しかし、電界を強くすると、回収ローラとクリーニングブラシとの当接部で、電荷注入あるいは放電が発生し、クリーニングブラシローラのトナーの一部が回収電圧の極性と同極性に帯電してしまう。回収ローラの当接部で回収電圧と同極性に帯電したトナーは、回収ローラの表面に静電的に転移せず、クリーニングブラシローラに残留する未回収トナーとなってしまう。その結果、十分に回収率を上げることができなかった。
本発明は以上の課題点に鑑みなされたものであり、その目的は、回収部材へのトナー回収率を上げ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、トナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧が印加され、回転しながら被清掃体表面に接触し、上記被清掃体表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去する正規帯電トナークリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、上記正規帯電トナークリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記正規帯電トナークリーニングブラシローラから静電的に回収する正規帯電トナー回収部材とを備えた正規帯電トナークリーニング部と、トナーの正規帯電極性と同極性のクリーニング電圧が印加され、回転しながら被清掃体表面に接触し、上記被清掃体表面上の上記被清掃体表面上の正規帯電極性と反対極性のトナーを静電的に除去する逆帯電トナークリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、上記逆帯電トナークリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記逆帯電トナークリーニングブラシローラから静電的に回収する逆帯電トナー回収部材とを備えた逆帯電トナークリーニング部とを備えたクリーニング装置において、上記被清掃体の表面移動方向に関して上記正規帯電トナークリーニング部および上記逆帯電トナークリーニング部より上流に配置され、トナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧が印加され、上記被清掃体表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去するプレクリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記プレクリーニングブラシローラから静電的に回収するプレ回収部材とを備えたプレクリーニング部を備え、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーが、上記被清掃体との当接部から上記プレ回収部材との接触部を抜けるまでの間に、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記回収電圧の極性と反対の極性に帯電させる帯電手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1のクリーニング装置において、上記帯電手段として、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーを摩擦帯電させる摩擦帯電部材を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2のクリーニング装置において、上記摩擦帯電部材の上記プレクリーニングブラシローラへの食い込み量を、上記プレ回収部材の上記プレクリーニングブラシローラへの食い込み量以上にしたことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項2または3のクリーニング装置において上記プレクリーニングブラシローラのブラシが、ブラシ回転方向流側に毛倒れするものであり、上記摩擦帯電部材は、上記プレクリーニングブラシローラとの接触箇所において、上記プレクリーニングブラシローラの表面移動方向と同方向で、上記プレクリーニングブラシローラの表面移動速度よりも速い速度で表面移動することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項4のクリーニング装置において、上記摩擦帯電部材を、上記プレクリーニングブラシローラと当接する複数の当接部材が回転軸に取り付けられた形状にしたことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1のクリーニング装置において、上記帯電手段は、上記プレ回収部材に設けた上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーと接触することでトナーを摩擦帯電させるコート層であることを特徴とするものである。
また、請求項の発明は請求項1乃至6いずれかのクリーニング装置において、上記逆帯電トナークリーニング部および上記正規帯電トナークリーニング部のうち、上記被清掃体の表面移動方向に関して上流側に配置された上流側クリーニング部は、被清掃体上のトナーに対してクリーニング電圧の極性と同極性の電荷を付与しながら、トナーを静電的に除去することを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至7いずれかのクリーニング装置において、上記逆帯電トナークリーニング部を、上記正規帯電トナークリーニング部よりも上記被清掃体の表面移動方向に関して上流側に配置したことを特徴とするものである。
また、請求項の発明は、請求項1乃至8いずれかのクリーニング装置において、上記被清掃体は、複数の張架ローラに張架されたベルト部材であり、上記プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラに対し、上記ベルト部材を介して対向する位置に配置され、ベルト部材の裏面に当接してベルトを張架するプレクリーニング部対向ローラが設けられており、上記プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラは、上記プレクリーニング部材対向ローラの上記ベルト部材との張架領域に対してベルトおもて面側から当接し、該当接部でベルト移動方向とは逆方向に表面が移動するように回転するものであり、上記プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラの上記ベルト移動方向における上記ベルト部材との当接領域の中心を、ベルト移動方向における上記張架領域の中心よりもベルト移動方向の上流側に位置させたことを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体上から最終的に記録材上へ転写することで、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、転写後に上記像担持体上に残留した転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング装置として、請求項1乃至いずれかのクリーニング装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項10の画像形成装置において、上記像担持体は、潜像担持体に形成された複数のトナー像が順次重ね合わされて転写される中間転写体であることを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体上から最終的に記録材上へ転写することで、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記記録材を搬送する搬送ベルト上に残留するトナーをクリーニングするためのクリーニング装置として、請求項1乃至11いずれかのクリーニング装置を用いることを特徴とするものである。
本発明によれば、クリーニング部材に付着したトナーが被清掃体との当接部から回収部材との接触領域を抜けるまでの間に、帯電手段で回収電圧の極性と反対の極性に帯電させる。これにより、クリーニング部材に付着したトナーが、回収電圧の極性と反対の極性にチャージアップされ、回収部材へ静電的に移動しやすくすることができる。これにより、回収部材へのトナー回収率を上げることができる。また、クリーニング部材上のトナーがチャージアップされることで、回収部材との当接部でクリーニング部材に付着したトナーに対して電荷注入や放電が生じても、クリーニング部材上のトナーが、回収電圧と同極性に極性が反転するのを抑制することができる。よって、回収部材との当接部において、回収部材の表面へ静電的に移動しないトナー量を減らすことができ、回収部材へのトナー回収率を高めることができる。また、回収部材との当接部で、回収電圧と同極性に帯電してしまっても、帯電手段により、回収電圧の極性と反対の極性にすることができ、回収部材で回収することができる。これにより、クリーニング部材に留まる未回収トナーを削減することができる。
実施形態に係るプリンタの要部を示す概略構成図。 階調パターンと光学センサとを示した中間転写ベルト近傍の拡大概略構成図。 同中間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。 同プリンタのベルトクリーニング装置とその周囲とを拡大して示す拡大構成図。 同ベルトクリーニング装置の要部を示した概略構成図。 プレクリーニングブラシローラとプレ回収ローラとの間の電位差と、未回収トナーのq/d分布との関係を示すグラフ。 プレクリーニングブラシローラの各当接部での毛倒れにいついて、説明する図。 (a)は、プレクリーニングブラシとプレ回収ローラとの当接部の拡大図。(b)は、プレクリーニングブラシとプレ回収ローラとの当接部において、1本のブラシ繊維に着目して示した図。(c)は、プレクリーニングブラシと中間転写ベルトの当接部の拡大図。 プレトナー摩擦帯電部材をブラシと順方向かつブラシ速度より大きい速度で回転させたときのプレ回収ローラとの当接部における毛先の挙動について説明する図。 (a)は、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材との当接部に進入した直後の様子を示す図。(b)は、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材との当接部を所定量移動した後の様子を示す図。 変形例2のクリーニング装置におけるプレクリーニング対向ローラと中間転写ベルトとプレクリーニングブラシローラとを示す拡大構成図。 トナー粒子の二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。 トナー粒子の二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。 タンデム型直接転写方式のプリンタの要部を示す概略構成図。 モノクロプリンタの要部を示す概略構成図
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、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,M,C,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図示しない光書込ユニットが配設されている。
プロセスユニット6Y,M,C,Kの下方には、ベルト部材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ローラ18、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200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く、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。
また、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、ベルトループ外側に配設された二次転写ローラ18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、二次転写ローラ18とが当接する二次転写ニップが形成されている。なお、二次転写ローラ18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。また、二次転写ローラと数本の支持ローラと駆動ローラにより紙搬送ベルトを架け渡し、二次転写ローラ18と、二次転写対向ローラ12との間に、中間転写ベルト8及び紙搬送ベルトを挟み込んだ構成としてもよい。
また、ベルトループ内側に配設された3つのクリーニング対向ローラ13、14、15は、ベルトループ外側に配設された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が、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、記録紙Pを収容する給紙カセットや、給紙カセットから記録紙Pを給紙路に給紙する給紙ローラなどを有する図示しない給紙部を備えている。また、給紙部から送られてきた記録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記録紙Pを受け入れてその記録紙Pに対してトナー像の定着処理を施す図示しない定着装置を、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、記録紙として従来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、従来の普通紙の場合よりもカラートナーを重ね合わせた中間転写ベルト8上のトナー像を紙に二次転写する際に転写不良が発生し易くなる。そこで、本プリンタでは、中間転写ベルト8に硬度の低い弾性層を設け、転写ニップ部でトナー層や平滑性の悪い記録紙に対して変形できるようにしている。中間転写ベルト8に硬度の低い弾性層を設け、中間転写ベルト8に弾性をもたせることにより、中間転写ベルト8表面が局部的な凸凹に追従して変形できる。これにより、過度にトナー層に対して転写圧を高めることなく、良好な密着性が得られ、文字の転写中抜けがなく、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
本プリンタでは、中間転写ベルト8は、少なくとも基層、弾性層、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、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(例えばポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリアミド系、ポリウレア、ポリエステル系、フッ素樹脂系)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。ただし、上記材料に限定されるものではない。
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。又、中間転写ベルト8の厚さが0.07[mm]より薄いと、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り、さらに、トナーの転写率が低下する。
また、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ものの、硬度が10°JIS−Aより低いと転写中抜けが生じやすい。これに対して硬度が65°JIS−Aより高いものは、ローラヘの張架が困難となり、また、長期の張架によって延伸するために耐久性が無く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、フッ素樹脂(ETFE、PVDF等)、ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、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、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体及びスチレン−アクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、メタクリル酸メチル樹脂、メタクリル酸ブチル樹脂、アクリル酸エチル樹脂、アクリル酸ブチル樹脂、変性アクリル樹脂(シリコーン変性アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂変性アクリル樹脂、アクリル・ウレタン樹脂等)、塩化ビニル樹脂、スチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ピニル−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルポリウレタン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニリデン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂及びポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド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。ただし、上記材料に限定されるものではない。
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、ポリオレフィン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、ポリアセタール繊維、ポリフロロエチレン繊維、フェノール繊維などの合成繊維、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、糸状あるいは織布状のものを使用することができる。もちろん、上記材料に限定されるものではない。上記の糸は1本または複数のフィラメントを撚ったもの、片撚糸、諸撚糸、双糸等、どのような撚り方であってもよい。また、例えば上記材料群から選択された材質の繊維を混紡してもよい。もちろん糸に適当な導電処理を施して使用することもできる。一方織布は、メリヤス織り等どのような織り方の織布でも使用可能であり、もちろん交織した織布も使用可能であり、導電処理を施すことも可能である。
中間転写ベルト8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ものである。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表面へのトナーの付着カ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、又は、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、又は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ができる。また、フッ素系ゴム材料のように熱処理を行うことで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、必要に応じて、基層、弾性層又はコート層は、抵抗を調整する目的で、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の金属粉末、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)等の導電性金属酸化物等を用いることができる。ここで、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。ただし、上記材料に限定されるものではない。
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、潤滑剤塗布装置200により潤滑剤が塗布されている。潤滑剤塗布装置200は、ステアリン酸亜鉛塊などの固形潤滑剤202と、固形潤滑剤と当接し、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201とを備えている。
パーソナルコンピュータ等から画像情報が送られてくると、本プリンタは、駆動ローラ11を回転駆動して、中間転写ベルト8を無端移動させる。駆動ローラ11以外の張架ローラについては、ベルトに従動回転させる。同時に、プロセスユニット6Y,M,C,Kの感光体1Y,M,C,Kを回転駆動する。また、感光体1Y,M,C,Kの表面を帯電装置2Y,M,C,Kによって一様に帯電させながら、帯電後の表面に対してレーザー光Lの照射によって静電潜像を形成する。そして、感光体1Y,M,C,Kの表面に形成した静電潜像を現像装置5Y,M,C,Kによって現像することで、感光体1Y,M,C,K上にY,M,C,Kトナー像を得る。Y,M,C,Kトナー像は、上述したY,M,C,K用の一次転写ニップにて、中間転写ベルト8のおもて面に重ね合わせて一次転写される。これにより、中間転写ベルト8のおもて面には4色重ね合わせトナー像が形成される。
一方、給紙部では、給紙ローラ27によって給紙カセットから記録紙Pを1枚ずつ送り出してレジストローラ対まで搬送する。そして、中間転写ベルト8上の4色重ね合わせトナー像に同期させ得るタイミングで、レジストローラ対を駆動して記録紙Pを二次転写ニップに送り込んで、ベルト上の4色重ね合わせトナー像を記録紙Pに一括二次転写する。これにより、記録紙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記録紙Pについては、二次転写ニップから定着装置に搬送してトナー像の定着処理を施す。
Y,M,C,Kトナー像を中間転写ベルト8に一次転写した後の感光体1Y,M,C,Kについては、ドラムクリーニング装置4Y,M,C,Kによって転写残トナーのクリーニング処理を施す。その後、図示しない除電ランプで除電した後、帯電装置2Y,M,C,Kで一様に帯電せしめて、次の画像形成に備える。また、記録紙Pに一次転写した後の中間転写ベルト8については、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を施す。
K用のプロセスユニット6Kの図中右側方には、光学センサユニット150が中間転写ベルト8のおもて面に対して所定の間隙を介して対向するように配設されている。この光学センサユニット150は、図2に示すように、中間転写ベルト8の幅方向に並ぶY光学センサ151Y、C光学センサ151C、M光学センサ151M、K光学センサ151Kを有している。これらセンサは何れも反射型フォトセンサからなり、図示しない発光素子から発した光を中間転写ベルト8のおもて面やベルト上のトナー像で反射させ、その反射光量を図示しない受光素子によって検知する。図示しない制御部は、これらセンサからの出力電圧値に基づいて、中間転写ベルト8上のトナー像を検知したり、その画像濃度(単位面積あたりのトナー付着量)を検知したりすることができる。
本プリンタにおいては、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制御を実行する。
画像濃度制御は、まず、図2に示すような、各色の階調パターンSk、Sm、Sc、Syを中間転写ベルト8上における各光学センサ151Y、M、C、K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を作成するときの、感光体1Y,M,C,Kの帯電電位は、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。そして、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,M,C,K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,M,C,Kによって現像する。この現像の際、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,M,C,K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、中間転写ベルト8の主走査方向に所定の間隔で並ぶように一次転写される。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。
中間転写ベルト8に形成され各トナーパターン(Sk、Sm、Sc、Sy)は、中間転写ベルト8の無端移動に伴って、光学センサ151との対向位置を通過する。この際、光学センサ151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する。
次に、各色トナーパッチを検知したときの光学センサ151の出力電圧と、付着量変換アルゴリズムとから、各色のトナーパターンの各トナーパッチにおける付着量を算出し、算出した付着量に基づき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。
メモリ内には、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,M,C,K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。
また、本プリンタは、電源投入時あるいは所定枚数のプリントを行う度に、色ずれ量補正処理も実施するようになっている。そして、この色ずれ量補正処理において、中間転写ベルト8の幅方向の一端部と他端部とにそれぞれ、図3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色ずれ検知用画像を形成する。シェブロンパッチPVは、図3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。
中間転写ベルト8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、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、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。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光学センサ151で読み取っていく。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。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、そのレジストズレ量に基づいて、不図示の光書込ユニットのポリゴンミラー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して、各色トナー像のレジストズレを低減する。また、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、光学系反射ミラーの面倒れ補正を実施して、各色トナー像のスキューズレを低減する。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中間転写ベルト8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。
また、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、トナー帯電特性が劣化し画像形成に用いると画像品質が悪くなる(現像能力低下、転写性低下)。このような古いトナーが現像装置内に滞留しないように一定のタイミングで感光体1の非画像領域に吐き出させ、吐き出し後にトナー濃度が低下した現像装置に新しいトナーを補給して現像装置内をリフレッシュするリフレッシュモードを備えている。
不図示の制御部は、各現像装置5Y,M,C,Kのトナー消費量と、各現像装置5Y,M,C,Kの動作時間とを記憶しておき、所定のタイミングで、現像装置の所定期間の動作時間に対して、トナー消費量が閾値以下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、感光体の紙間に対応する非画像形成領域にトナー消費パターンが作成され、中間転写ベルト8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、中間転写ベルト8に転写されたトナー消費パターンのトナーQ/d分布を測定すると、ほぼ正規帯電極性に揃っている。
中間転写ベルト8に形成された各色階調パターン、シェブロンパッチ、トナー消費パターンは、ベルトクリーニング装置100によって回収される。このとき、ベルトクリーニング装置100は、大量のトナーを中間転写ベルト8から除去しなければならない。しかしながら、従来の極性制御手段とブラシローラとからなるクリーニング装置や、正極性のトナーを除去するブラシローラと、負極性のトナーを除去するブラシローラとを備えたクリーニング装置では、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未転写のトナー像を一度で除去することができなかった。このような場合には、クリーニングしきれなかった中間転写ベルト8上トナーが次のプリント動作時に記録紙上に転写され、異常画像となる場合があった。
そこで、本プリンタのベルトクリーニング装置100においては、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未転写のトナー像を一度で除去することができるよう構成している。以下に、具体的に説明する。
図4は、本プリンタの特徴点であるベルトクリーニング装置100とその周囲とを拡大して示す拡大構成図であり、図5は、ベルトクリーニング装置100の要部を示した概略構成図である。
図5に示すように、ベルトクリーニング装置100は、中間転写ベルト8上の未転写のトナー像を大まかに除去するためのプレクリーニング部100aと、中間転写ベルト8上の正規帯電極性(負極性)と反対極性(正極性)に帯電したトナーを除去する逆帯電トナークリーニング部100bと、中間転写ベルト8上の正規帯電極性に帯電したトナーを除去する正規帯電トナークリーニング部100cとを備えている。
プレクリーニング部100aには、クリーニング部材たるプレクリーニングブラシローラ101を有している。また、プレクリーニングブラシローラ101に付着したトナーを回収する回収部材としてのプレ回収ローラ102、プレ回収ローラ102に当接してローラ表面からトナーを掻き取るプレ掻き取り部材としてのプレ掻き取りブレード103を有している。また、プレクリーニングブラシローラ101の中間転写ベルト8との接触領域からプレ回収ローラ102との接触領域までの間の領域に当接するプレトナー摩擦帯電部材121を有している。
未転写のトナー像を構成するトナーのほとんどは、正規帯電極性(負極性)に帯電しているので、正規帯電極性と反対極性(正極性)のクリーニング電圧をプレクリーニングブラシローラ101に印加して、中間転写ベルト8上の負極性トナーを静電的除去するよう構成されている。また、プレ回収ローラ102には、プレクリーニングブラシローラ101よりも大きな正極性の回収電圧が印加されている。本ベルトクリーニング装置100においては、未転写トナー像の90[%]が、プレクリーニングブラシローラ101により除去されるよう、プレクリーニングブラシローラ101に印加する電圧などが設定されている。
また、図4に示すように、プレクリーニング部100aには、画像形成装置本体に備えられた廃トナータンク(図示省略)に搬送するための搬送手段としての搬送スクリュ110が備えられている。
逆帯電トナークリーニング部100bは、プレクリーニング部100aよりも中間転写ベルト8移動方向下流側に配置され、トナーの正規帯電極性(負極性)と反対極性(正極性)に帯電したトナーを静電的に除去する逆帯電トナークリーニング部材たる逆帯電トナークリーニングブラシローラ104を有している。また、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に付着した逆帯電トナーを回収する逆帯電トナー回収部材としての逆帯電トナー回収ローラ105、逆帯電トナー回収ローラ105に当接してローラ表面から逆帯電トナーを掻き取る逆帯電トナー掻き取り部材としての逆帯電トナー掻き取りブレード106を有している。また、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104の中間転写ベルト8との接触領域から逆帯電トナー回収ローラ105との接触領域までの間の領域に当接する逆帯電トナー摩擦帯電部材122を備えている。逆帯電トナークリーニングブラシローラ104には、負極性のクリーニング電圧が印加されており、逆帯電トナー回収ローラ105には、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104よりも大きな負極性の回収電圧が印加されている。また、この逆帯電トナークリーニング部100bは、中間転写ベルト8上のトナーに負極性の電荷を付与して、中間転写ベルト8上のトナーの帯電極性を、正規帯電極性(負極性)に揃える極性制御手段としての機能も有している。
正規帯電トナークリーニング部100cは、逆帯電トナークリーニング部100bよりも中間転写ベルト8移動方向下流側に配置され、正規帯電極性に帯電したトナーを静電的に除去する正規帯電トナークリーニング部材たる正規帯電トナークリーニングブラシローラ107を有している。また、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に付着した正規帯電トナーを回収する正規帯電トナー回収部材としての正規帯電トナー回収ローラ108、正規帯電トナー回収ローラ108に当接してローラ表面から正規帯電トナーを掻き取る正規帯電トナー掻き取り部材としての正規帯電トナー掻き取りブレード109を有している。また、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107の中間転写ベルト8との接触領域から正規帯電トナー回収ローラ108との接触領域までの間の領域に当接する正規帯電トナー摩擦帯電部材123を備えている。正規帯電トナークリーニングブラシローラ107には、正極性のクリーニング電圧が印加されており、正規帯電トナー回収ローラ108には、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107よりも大きな正極性の回収電圧が印加されている。
図4に示すように、プレクリーニング部100aと逆帯電トナークリーニング部100bとは、第1絶縁性シール部材112により仕切られており、第1絶縁性シール部材112は、プレクリーニングブラシローラ101と当接している。プレクリーニング部100aと逆帯電トナークリーニング部100bとを第1絶縁性シール部材112で仕切ることにより、プレクリーニングブラシローラ101と逆帯電トナークリーニングブラシローラ104との間で放電が発生したり、逆帯電トナークリーニング部100bで除去したトナーがプレクリーニングブラシに再付着したりするのを抑制することができる。
また、逆帯電トナークリーニング部100bと正規帯電トナークリーニング部100cとは、第2絶縁性シール部材113により仕切られており、第2絶縁性シール部材113は、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104と当接している。逆帯電トナークリーニング部100bと正規帯電トナークリーニング部100cとを第2絶縁性シール部材113で仕切ることにより、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104と正規帯電トナークリーニングブラシローラ107との間で放電が発生したり、正規帯電トナークリーニング部100cで除去したトナーが逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に再付着したりするのを抑制することができる。
また、クリーニング装置100の出口部には、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107と当接する第3絶縁性シール部材114が設けられている。これにより、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107とテンションローラ16との間で放電が発生するのを抑制することができる。
また、ベルトクリーニング装置100には、入口シール111、廃トナーケース115が備えられている。廃トナーケース115は、逆帯電トナークリーニング部100bおよび正規帯電トナークリーニング部100cで除去したトナーを貯留するものである。また、廃トナーケース115は、ベルトクリーニング装置100に対して着脱可能に取り付けられており、メンテナンスなどのときに、廃トナーケース115をクリーニング装置100から取り外して廃トナーケース115に溜まったトナーを除去できるようになっている。
本ベルトクリーニング装置100では、逆帯電トナークリーニング部100bおよび正規帯電トナークリーニング部100cで除去したトナーを廃トナーケース115に貯留させているが、この構成に限られない。例えば、ベルトクリーニング装置100の底部に搬送スクリュ110へトナーを搬送する搬送部材を設けたり、底部を搬送スクリュ110に向かう傾斜面にしたりして、逆帯電トナークリーニング部100bおよび正規帯電トナークリーニング部100cで除去したトナーも、搬送スクリュ110によって画像形成装置本体に備えられた廃トナータンク(図示省略)に搬送してもよい。また、搬送スクリュとは別に、逆帯電トナークリーニング部100bおよび正規帯電トナークリーニング部100cで除去したトナーを画像形成装置本体に備えられた廃トナータンク(図示省略)に搬送する第2の搬送スクリュを設けてもよい。
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、プレクリーニングブラシローラ101、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107の起毛を芯鞘構造とし、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104の起毛を導電性繊維のみで構成してもよい。逆帯電トナークリーニングブラシローラ104の起毛を導電性繊維のみで構成することで、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104からトナーへの電荷注入が発生しやすくなる。よって、逆帯電トナー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上のトナーを良好に負極性に揃えることができる。一方、プレクリーニングブラシローラ101、正規帯電トナー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。これにより、プレクリーニングブラシローラ101、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107で、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、当接部で起毛が、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。当接部において、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。
本ベルトクリーニング装置100においては、各回収ローラ102,105,108として、SUSローラを用いた。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、ローラ抵抗をlogR=12〜13[Ω]にすることによって、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。
本ベルトクリーニング装置100においては、各クリーニング部100a,100b,100cにそれぞれ帯電手段たるトナー摩擦帯電部材121,122,123を設け、クリーニングブラシローラに付着したトナーを回収電圧の極性と反対極性に摩擦帯電させている。各クリーニング部100a,100b,100cの回収ローラ102,105,108には、クリーニングブラシローラに付着しているトナーをできるだけ多く回収することを目的とした回収電圧を印加する。これは、回収ローラへトナーが転移せず、クリーニングブラシローラに回収されずに残ったトナー(以下、未回収トナーという)が多く残留すると、クリーニング性が低下するためである。しかし、多くのトナーを回収できる回収電圧を印加すると、プレクリーニングブラシローラと回収ローラの電位差が大きくなりすぎ、電荷注入あるいは放電が発生し、クリーニングブラシローラの付着トナーの一部が回収電圧と同じ極性側の電荷を受け取る。その結果、回収電圧と同じ極性となって、回収ローラへ回収されず、未回収トナーとなってしまう。その結果、多くのトナーを回収できる回収電圧にしても、未回収トナーを十分に減らすことができなかった。
図6は、プレクリーニングブラシローラ101とプレ回収ローラ102の電位差と、未回収トナーのq/d分布の関係を示すグラフである。このq/d分布はホソカワミクロン(株)製 E−スパートアナライザで測定した。プレクリーニングブラシローラ101とプレ回収ローラ102との電位差が100Vのときはq/d分布に+帯電トナーが少ないが、電位差が300V、500Vになると、+帯電トナーが増加する。しかし、プレクリーニングブラシローラ101からプレ回収ローラ102への回収トナー量は電位差400Vが最も多かった。つまり、プレ回収ローラ102への回収率を上げようとすると、同時に逆帯電トナーが発生する。これはプレ回収ローラ102の印加電圧と同極性のため、プレクリーニングブラシローラ101へ残留し、未回収トナーとなる。そのため、電位差を400Vにした場合も、十分にはトナー回収率を上げることができなかった。このような問題は、プレクリーニング部100aだけではなく、逆帯電トナークリーニング部100b、正規帯電トナークリーニング部100cでも同様に起こる。
そのため、トナー摩擦帯電部材121,122,123を、クリーニングブラシローラの中間転写ベルト8との当接部からクリーニングブラシローラと回収ローラの当接部までの間に配置し、クリーニングブラシローラに付着したトナーを、回収電圧の極性と反対極性に摩擦帯電させる。プレクリーニング部100aおよび正規帯電トナークリーニング部100cの場合は、中間転写ベルト8からクリーニングブラシローラに付着した負極性のトナーは、トナー摩擦帯電部材との摩擦帯電によって、負極性側にチャージアップされてから回収ローラとの当接部を通過する。逆帯電トナークリーニング部100bの場合は、中間転写ベルト8からクリーニングブラシローラに付着した正極性のトナーは、トナー摩擦帯電部材との摩擦帯電によって、正極性側にチャージアップされてから回収ローラとの当接部を通過する。このように、トナー摩擦帯電部材によりチャージアップしてから、回収ローラとの当接部を通過するので、トナーに回収電圧と同極性の電荷が注入されても、極性反転して、回収電圧と同極性に帯電するトナーが生じるのを抑制することができる。このように、回収電圧と同極性に帯電するトナーを抑制することができるので、回収ローラに静電的に転移させることができる。これにより、回収ローラへの回収率を上げることができ、未回収トナー量を減少させることができる。また、チャージアップすることによって、トナーが、回収ローラへ静電的に移動する力が高まり、クリーニングブラシローラに付着したトナーが、回収ローラへ静電的に転移しやすくなる。これにより、回収ローラへの回収率を上げることができ、未回収トナー量を減少させることができる。さらに、回収ローラとの当接部で回収電圧と同極性(プレクリーニング部および正規帯電トナークリーニング部では、正極性、逆帯電トナークリーニング部では、負極性)に帯電してクリーニングブラシローラに残留する未回収トナーを、トナー摩擦帯電部材との摩擦帯電によって極性を反転させることができる。これにより、再度、回収ローラとの当接部を通過するときに、回収ローラに静電的に転移させることができる。これにより、残留する未回収トナーを減らすことができ、クリーニング性への悪影響を抑制することができる。
各トナー摩擦帯電部材121,122,123は、φ10[mm]のSUSローラまたはアルミローラの表面にクリーニングブラシに付着したトナーを回収電圧の極性と反対極性に摩擦帯電させるための表面層を形成したものを用いた。プレトナー摩擦帯電部材121および正規帯電トナー摩擦帯電部材123の表面層は、摩擦によりトナーを負極性に摩擦帯電させる材質を選択する。例えば、トナー材質がポリエステルの場合には、摩擦帯電系列がポリエステルよりプラスの材質を表面層として用いる。また、逆帯電トナー摩擦帯電部材122の表面層は、摩擦によりトナーを正極性に摩擦帯電させる材質を選択する。例えば、トナー材質がポリエステルの場合には、摩擦帯電系列がポリエステルよりマイナスの材質を表面層として用いる。表面層は、SUSローラの表面に上記材質をコーティングしたりSUSのローラに上記材質からなるチューブをかぶせたりすることで形成することができる。また、トナー帯電量を高めすぎると、トナーを回収ローラ表面へ移動させる力よりもトナーとブラシとの静電的な吸着力の方が大きくなり、回収率を下げるおそれがある。よって、トナー摩擦帯電部材の表面層の材質は、トナーとの摩擦によって、多くのトナーの帯電量が、回収ローラへの回収率が最も高まる最適な帯電量となる材質を選択する。
また、各トナー摩擦帯電部材121、122、123は、クリーニングブラシローラとの当接部で従動方向に回転するようになっている。また、各トナー摩擦帯電部材121,122,123は、電気的にフロートになっている。また、各トナー摩擦帯電部材121,122,123のクリーニングブラシローラへの食い込み量は、回収ローラのクリーニングブラシローラへの食い込み量と同じ量かそれ以上に設定されている。このように設定することによって、トナー摩擦帯電部材をクリーニングブラシローラに残留する未回収トナーに接触させることができ、未回収トナーを、良好に回収電圧と反対の極性に極性反転させることができる。これは、回収ローラとの当接部で回収電圧と同極性に帯電したトナーは、カウンター方向に回転する回収ローラによって、ブラシ繊維の先端から、次のブラシ繊維へ移動する。ブラシ繊維は、回収ローラの食い込み量分傾斜しているので、この回収電圧と同極性に帯電したトナーは、次のブラシの繊維の毛先から、回収ローラとの食い込み量分内側の部分に付着することになる。その結果、未回収トナーのほとんどは、ブラシ先端から回収ローラの食い込み量分内側の部分に存在する。よって、各トナー摩擦帯電部材121,122,123のクリーニングブラシローラへの食い込み量を、回収ローラのクリーニングブラシローラへの食い込み量以上とすることで、ブラシ内部にある未回収トナーと接触することができ、未回収トナーを、良好に回収電圧と反対の極性に極性反転させることができるのである。
各クリーニングブラシローラ101,104,107の条件は、次の通りである。
・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:106〜8[Ω]
・回転軸部材印加電圧[V]
プレクリーニングブラシローラ:+1600〜2000[V]
逆帯電トナークリーニングブラシローラ:−2000〜−2400[V]
正規帯電トナークリーニングブラシローラ:800〜1200[V]
・ブラシ植毛密度: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へのブラシ繊維食い込み量:1[mm]
プレクリーニングブラシローラへの印加電圧は、中間転写ベルトに大量のトナーが付着している未転写トナー像が入力されたとき、良好なクリーニング性能が得られるように設定されている。また、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104は、中間転写ベルト8上のトナーへ電荷が注入されるよう高めに設定されている。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の条件は、次のとおりである。
・回収ローラ芯金材質:SUS
・回収ローラへのブラシ繊維食い込み量:1.5[mm]
・回収ローラ芯金印加電圧:
プレ回収ローラ:2000〜2400[V]
逆帯電トナー回収ローラ:−2400〜−2800[V]
正規帯電トナー回収ローラ:+1000〜+1400[V]
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。
各摩擦帯電部材121,122,123の条件は、次のとおりである。
・芯金材質:SUS
・ブラシ繊維食い込み量:1.5[mm]以上
・直径:10[mm]
トナー摩擦帯電部材の表面層の材質は、プレトナー摩擦帯電部材121、正規帯電トナー摩擦帯電部材123は、摩擦によりトナーをマイナス帯電させる材質を選択する。トナー材質がポリエステルの場合には、摩擦帯電系列がポリエステルよりプラスの材質を選択する。たとえば、金属ローラの表面に、アルコキシシロキサン(A)とアミノシランカップリング剤(B)とシリコーン樹脂(C)からなる層を被覆したものや、ナイロンチューブを被覆したもの、SUSローラの表面にチタンめっきを施したものなどである。
また、逆帯電トナー摩擦帯電部材122の表面層は、上記材料と反対の帯電列を有するものが選択される。すなわち、摩擦によりトナーをプラス帯電させる材質を選択する。トナー材質がポリエステルの場合には、摩擦帯電系列がポリエステルよりマイナスの材質を選択する。例えば、PVDFを被覆したもの、テフロン(登録商標)を被覆したもの、その他のフッ素系樹脂をコーティングしたものでも良い。
各掻き取りブレード103,106,109の条件は次の通りである。
・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食い込み量:1.0[mm]
ブレード当接角度、ブレード厚み、回収ローラへの食い込み量は、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4に示すように、二次転写部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、プレ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。プレ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と反対極性(正極性)のクリーニング電圧が印加されており、中間転写ベルト8とプレ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上の負極性に帯電したトナーを静電的に吸着してプレクリーニングブラシローラ101へ移動させる。プレクリーニングブラシローラ101に移動した負極性のトナーは、プレトナー摩擦帯電部材121との当接部を通過する。このとき、プレクリーニングブラシローラ101に付着した負極性のトナーは、プレトナー摩擦帯電部材121との摩擦により、負極性側にチャージアップされる。また、プレクリーニングブラシローラ101に残留している正極性の未回収トナーが、負極性に摩擦帯電される。このように、プレトナー摩擦帯電部材121により負極性側にチャージアップされた負極性トナーは、プレクリーニングブラシローラ101よりも値が大きな正極性の回収電圧が印加されたプレ回収ローラ102との当接部まで移送される。そして、プレクリーニングブラシローラ101の表面電位とプレ回収ローラ102の表面電位との電位差で形成される電界により、プレクリーニングブラシローラ101のトナーを静電的に吸着してプレ回収ローラ102上へ移動させる。このとき、プレクリーニングブラシローラ101に付着したトナーが、チャージアップされているので、トナーが、プレ回収ローラ102へ静電的に移動する力が高まり、プレクリーニングブラシローラ101に付着したトナーが、良好にプレ回収ローラ102へ静電的に移動する。また、プレクリーニングブラシローラ101に付着したトナーが、チャージアップされているので、プレ回収ローラ102との当接部で、トナーに回収電圧と同極性(正極性)の電荷が注入されても、正極性トナーとなるのが抑制され、プレクリーニングブラシローラ101に残留せず、プレ回収ローラ102へ静電的に移動させることができる。さらに、未回収トナーが、負極性に帯電しているので、プレクリーニングブラシローラ101に残留せず、プレ回収ローラ102へ転移する。これにより、プレ回収ローラ102への回収率を上げることができ、プレクリーニングブラシローラ101に残留する未回収トナーを減らすことができる。プレ回収ローラ102に移動した負極性のトナーは、プレ掻き取りブレード103により回収ローラ表面から掻き落とされる。プレ掻き取りブレード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。
プレ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上の未転写トナー像の負極性トナーや正極性トナー、正極性の転写残トナーは、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104の位置に移送される。逆帯電トナー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同極性(負極性)のクリーニング電圧が印加されており、中間転写ベルト8と逆帯電トナー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上の正極性に帯電したトナーを静電的に吸着して逆帯電トナークリーニングブラシローラ104へ移動させる。また、これと同時に、電荷注入や放電により、中間転写ベルト8上のトナーの極性を負極性に揃える。逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に移動した正極性のトナーは、逆帯電トナー摩擦帯電部材122との当接部を通過する。このとき、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に付着した正極性のトナーは、逆帯電トナー摩擦帯電部材122との摩擦により、正極性側にチャージアップされる。また、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に残留している負極性の未回収トナーが、正極性に摩擦帯電される。このように、逆帯電トナー摩擦帯電部材122により正極性側にチャージアップされた正極性トナーは、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104よりも値が大きな負極性の電圧が印加された逆帯電トナー回収ローラ105との当接部まで移送される。そして、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104の表面電位と逆帯電トナー回収ローラ105の表面電位との電位差で形成される電界により、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104上に移動したトナーを静電的に吸着して逆帯電トナー回収ローラ105上へ移動させる。このとき、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に付着したトナーが、チャージアップされているので、トナーが、逆帯電トナー回収ローラ105へ静電的に移動する力が高まり、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に付着したトナーが、良好に逆帯電トナー回収ローラ105へ静電的に移動する。また、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に付着したトナーが、チャージアップされているので、逆帯電トナー回収ローラ105との当接部で、トナーに回収電圧と同極性(負極性)の電荷が注入されても、負極性トナーとなるのが抑制され、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に残留せず、逆帯電トナー回収ローラ105へ静電的に移動することができる。さらに、未回収トナーが、正極性に帯電しているので、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に残留せず、逆帯電トナー回収ローラ105へ転移する。これにより、逆帯電トナー回収ローラ105への回収率を上げることができ、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に残留する未回収トナーを減らすことができる。逆帯電トナー回収ローラ105に移動した正極性のトナーは、逆帯電トナー掻き取りブレード106により回収ローラ表面から掻き落とされる。
次に、逆帯電トナー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、プレクリーニングブラシローラ101により除去できたかった負極性のトナーが、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に移送される。正規帯電トナークリーニングブラシローラ107へ移送されるトナーは、逆帯電トナー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、プレクリーニングブラシローラ101や逆帯電トナー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、この正規帯電トナークリーニングブラシローラ107へ移送されるトナーは、ごく少量である。この正規帯電トナー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、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正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に静電的に付着し、正規帯電トナー摩擦帯電部材123により負極性側にチャージアップしてから、正規帯電トナー回収ローラ108により回収され、正規帯電トナー掻き取りブレード109により、正規帯電トナー回収ローラ108から掻き落とされる。この場合も、上述同様、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に付着したトナーが、チャージアップされているので、トナーが、正規帯電トナー回収ローラ108へ静電的に移動する力が高まり、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に付着したトナーが、良好に正規帯電トナー回収ローラ108へ静電的に移動する。また、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に付着したトナーが、チャージアップされているので、正規帯電トナー回収ローラ108との当接部で、トナーに回収電圧と同極性(正極性)の電荷が注入されても、正極性トナーとなるのを抑制され、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に残留せず、正規帯電トナー回収ローラ108へ静電的に移動することができる。さらに、未回収トナーが、負極性に帯電しているので、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に残留せず、正規帯電トナー回収ローラ108へ転移する。これにより、正規帯電トナー回収ローラ108への回収率を上げることができ、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に残留する未回収トナーを減らすことができる。
このように、本ベルトクリーニング装置100によれば、プレクリーニングブラシローラ101を設けることによって、プレクリーニングブラシローラ101で未転写のトナー像の大部分をしめる負極性のトナーが大まかに除去される。これにより、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104や正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に入力されるトナー量を減らすことができる。これにより、中間転写ベルト8上の大量のトナーが、正極性トナーが逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に付着するのを阻害することがなくなり、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104で、正極性のトナーを良好に中間転写ベルト8から除去することができる。また、ベルト移動方向最下流の正規帯電トナークリーニングブラシローラ107へ移送される中間転写ベルト上のトナーは、プレクリーニングブラシローラ101、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104で除去されなかったものであり、トナー量としては、ごく少量である。また、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104により負極性に揃えられたトナーである。よって、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107で、残りのトナーを良好に除去することができる。これにより、中間転写ベルト8に大量のトナーが付着している未転写トナー像でも、良好に中間転写ベルト8から除去することができる。
また、未転写トナー像よりもトナー量が少ない転写残トナーは、これら3つのクリーニングブラシローラ101,104,107によって良好に除去することができる。
また、本ベルトクリーニング装置100は、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104で中間転写ベルト8上のトナーに負極性の電荷を注入して、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107を通過するトナーの帯電極性を負極性に揃える極性制御を行っているが、このような極性制御は、行わなくてもよい。また、本ベルトクリーニング装置100は、正規帯電トナークリーニング部100cをベルト移動方向最下流に設けているが、逆帯電トナークリーニング部100bをベルト移動方向最下流に設けてもよい。この場合、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107で、中間転写ベルト8上のトナーに正極性の電荷を注入して、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107を通過するトナーの帯電極性を正極性に揃える極性制御を行ってもよいし、このような極性制御が行われないよう構成してもよい。
また、本ベルトクリーニング装置100は、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104で中間転写ベルト8上の正極性のトナーを除去しているが、逆帯電トナークリーニング部100bを極性制御部に変更して、中間転写ベルト8上の正極性のトナーを除去しない構成としてもよい。この場合、プレクリーニングブラシローラ101を通過した中間転写ベルト8上のトナーは、極性制御部により、負極性に揃えられて、極性制御部よりもベルト移動方向下流の正規帯電トナークリーニングブラシローラ107へ移送される。そして、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107で、負極性のトナーを除去する。極性制御部で、中間転写ベルト8上のトナーに負極性の電荷を注入する手段としては、導電性ブラシ、導電性ブレード、コロナチャジャーなどでよい。また、トナーの帯電極性を負極性に揃えるのではなく、正極性に揃えるようにして、極性制御部よりもベルト移動方向下流に、負極性の電圧が印加されたクリーニングブラシローラを配置して、中間転写ベルト上の正極性に揃えられたトナーを除去する構成でもよい。このような、構成でも、プレクリーニングブラシローラ101で、中間転写ベルト8から未転写トナー像のトナーを大まかに除去するので、極性制御部へ移送されるトナー量は少なくなっている。よって、極性制御部で、中間転写ベルト8上のトナーを良好に、一方の極性に揃えることができる。その結果、極性制御部の下流に配置されたクリーニングブラシローラで中間転写ベルト8上のトナーを良好に静電的に除去できる。よって、大量のトナーが付着した未転写のトナー像がベルトクリーニング装置100に入力されても、良好にクリーニングすることができる。
また、本ベルトクリーニング装置100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、上記では、帯電手段として、トナー摩擦帯電部材を用いたが、帯電手段として、電極部材と電源とで構成し、クリーニングブラシローラに付着したトナーに電荷を注入することで、クリーニングブラシローラのトナーをチャージアップさせてもよい。
また、上記では、各クリーニング部100a,100b,100cそれぞれにトナー摩擦帯電部材を設けているが、除去するトナー量が少ない正規帯電トナークリーニング部100cや、逆帯電トナークリーニング部100bには、トナー摩擦帯電部材を設けなくてもよい。これは、回収電圧をさほど高くしなくても、クリーニングブラシローラから良好にトナーを回収することができるので、クリーニングブラシローラと回収ローラとの電位差を低く抑えることができる。その結果、回収ローラとの当接部で、クリーニングブラシローラのトナーへの電荷注入や放電が抑制され、トナーの帯電極性が、回収電圧と同極性に極性が反転することがほとんどない。一方、プレクリーニング部100aは、大量の負極性トナーを除去するため、プレ回収ローラ102で大量のトナーを回収する必要がある。このため、回収電圧を高く設定して、回収量を上げる必要がある。このため、プレクリーニングブラシローラ101のトナーへの電荷注入や放電が起きやすく、トナーが正極性に帯電し、未回収トナーとなるトナーが多くなる。よって、プレクリーニング部100aの場合は、回収電圧と同極性に極性が反転しないようプレトナー摩擦帯電部材121で予めプレクリーニングブラシローラ101のトナーの帯電量をアップさせておき、プレ回収ローラ102との当接部で正極性に極性が反転しないようにすることで、未回収トナー量を減少させる効果が高い。また、プレトナー摩擦帯電部材121で正極性の未回収トナーの極性を反転させることで、プレクリーニングブラシローラ101に残留する未回収トナーを減らす効果が高い。よって、プレクリーニング部100aのみにトナー摩擦帯電部材を設けることで、コストを抑えて、クリーニング性能の低下を効果的に抑制できる。
また、各トナー摩擦帯電部材121,122,123を、ブラシとの接触箇所において、同方向かつブラシよりも速い速度で回転させるのが好ましい。このように、各トナー摩擦帯電部材121,122,123を回転させることで、クリーニングブラシの毛倒れした部分を起毛させることができる。
以下に、各クリーニングブラシローラ101,104,107の毛倒れと、各トナー摩擦帯電部材121,122,123による起毛について、説明する。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トナー摩擦帯電部材とは、同様な構成なので、以下の説明では、プレクリーニング部100aを例にして説明する。
プレクリーニングブラシローラ101は、中間転写ベルト8との当接部において、中間転写ベルト8に対して、ブラシ繊維が逆方向(カウンター方向)に移動するよう回転する。カウンター方向にブラシ繊維を移動させている理由は、上記当接部において、ブラシ繊維がカウンター方向に移動するよう回転させることで、プレクリーニングブラシローラ101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、プレクリーニングブラシローラ101との当接範囲を抜けるまでの間におけるブラシ繊維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。
また、プレクリーニングブラシローラ101は、プレ回収ローラ102との当接部において、プレ回収ローラ102に対して、ブラシ繊維が逆方向(カウンター方向)に移動するよう回転している。これも、上記当接部において、ブラシ繊維がカウンター方向に移動することでプレクリーニングブラシローラ101とプレ回収ローラ102の線速差を大きくし、プレ回収ローラ102のある箇所が、プレクリーニングブラシローラ101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、良好にプレクリーニングブラシローラ101からトナーを除去することができるためである。
図7は、プレクリーニングブラシローラ101の各当接部での毛倒れについて、説明する図である。
図7に示すように、プレクリーニングブラシローラ101の中間転写ベルト8との当接部(図7に示すa部)においては、中間転写ベルト8に対してブラシ繊維がカウンター方向に移動するため、プレクリーニングブラシローラ101の毛先はブラシ回転方向の流側に倒れる。また、プレクリーニングブラシローラ101のプレ回収ローラ102との当接部(図7に示すb部)においても、毛先はブラシ回転方向の流側に倒れる。これまで説明したように、クリーニング時は良好なクリーニング性維持のため、このような毛倒れが起こるのであるが、長期間クリーニングを続けることにより、ブラシに癖がつき、毛先が倒れたままになってしまう。その結果ブラシローラ径が小さくなり、中間転写ベルト8およびプレ回収ローラ102への食い込み量が小さくなり、クリーニング性が低下する原因となる。
プレトナー摩擦帯電部材121が、静止または当接部においてブラシ繊維と逆方向に移動あるいはブラシと順方向にブラシと等速度以下で移動した場合、プレトナー摩擦帯電部材121との当接部で、ブラシ繊維は、図7のa部、b部で起こる毛倒れ方向と同方向に毛倒れが生じ、ブラシの毛倒れを加速させてしまう。一方、プレトナー摩擦帯電部材121をブラシと順方向に、ブラシより速い速度で回転させると、毛先がプレトナー摩擦帯電部材121に接触しながらプレトナー摩擦帯電部材121の回転方向の流側に倒れる。よって、プレトナー摩擦帯電部材121の回転により、起毛することができるのである。
このようなプレトナー摩擦帯電部材121の回転によって、次の3つの効果が得られる。1つめは、図7のa部、b部によりブラシの回転方向下流側に毛倒れしていたブラシ繊維を起毛することができるため、ブラシ小径化が緩和され、長期にわたり、中間転写ベルト8との食い込み量の減少を抑制することができ、クリーニング性の低下を抑制することができる。また、プレ回収ローラ102との食い込み量の減少も抑制することができ、長期わたり良好な回収率を維持することができる。
2つめの効果は、プレトナー摩擦帯電部材121の回転によって、ブラシ繊維の毛先が、ブラシ回転方向流側に毛倒れし、プレ回収ローラ102へのトナー回収率を上げることができるという効果である。以下に、その理由について、図8、図9を用いて説明する。
図8(a)は、プレクリーニングブラシ101とプレ回収ローラ102との当接部の拡大図であり、(b)は、プレクリーニングブラシ101とプレ回収ローラ102との当接部において、1本のブラシ繊維に着目して示した図であり、(c)は、プレクリーニングブラシ101と中間転写ベルト8の当接部の拡大図である。
図8(a)の図中c部は、プレ回収ローラ102と接触するブラシ繊維の毛先部分であり、d部は、プレ回収ローラ102と非接触のブラシ繊維の毛先部分である。図8(b)に示すように、ブラシ繊維1本に着目すると、ブラシ繊維のプレ回収ローラ102と接触する部分(図中c部)は、毛先が、ブラシ回転方向流側に倒れる関係で、ブラシ回転方向流側の毛先部分となり、ブラシ回転方向流側の毛先部分が回収ローラと非接触部分(図中d部)となる。このため、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中c部)に付着したトナーはプレ回収ローラ102に接触しているためプレ回収ローラ102に移動するが、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中d部)に付着したトナーは、プレ回収ローラ102表面から離れた位置のため、プレ回収ローラ102へ静電的に転移しにくい。上述したように、中間転写ベルト8との当接部において、ブラシ繊維は、ブラシ回転方向流側に倒れるので、図8(c)に示すように、中間転写ベルト8上のトナーは、主に、ブブラシ回転方向流側の毛先部分(図中c部)に付着する。しかし、隣り合ったブラシ繊維同士の接触により、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中c部)に付着したトナーが、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中d部)に付着する。上述したように、ブラシ繊維の図中d部に付着したトナーは、回収ローラに回収されにくいため、未回収トナーとなってブラシに残留し、ブラシ繊維同士の接触によりブラシ芯金方向にどんどん押しやられ、ブラシ内部に溜まっていく。ブラシ内部に溜まるトナーが少量ならクリーニング性に悪影響はないが、放置すると毛先方向にまで未回収トナーが溜まり、クリーニング性に影響を及ぼしてしまう。
図9は、プレトナー摩擦帯電部材121をブラシと順方向かつブラシ速度より大きい速度で回転させたときのプレ回収ローラ102との当接部における毛先の挙動について説明する図である。(a)は、ブラシ繊維が、プレ回収ローラ102との当接部に進入した直後の毛先の様子を示す図であり、(b)は、プレ回収ローラ102との当接部を所定量移動した後の毛先の様子を示す図である。
プレトナー摩擦帯電部材121をブラシと順方向かつブラシ速度より大きい速度で回転させることにより、ブラシ繊維の毛先が、ブラシ回転方向流側に倒れる。すると、図9(a)に示すように、ブラシ繊維が、プレ回収ローラ102との当接部に進入したときは、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中d部)が、プレ回収ローラ102の表面と当接する。これにより、ブラシ繊維の図中d部の部分に付着したトナーをプレ回収ローラ102へ良好に静電的に転移させることができる。プレ回収ローラ102はプレクリーニングブラシローラ101と逆回転しているため、プレ回収ローラ102との当接部に進入後は、ブラシ繊維の毛先は、図9(b)に示すように、ブラシ回転方向流側に倒れる。これにより、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中c部)が、プレ回収ローラ102の表面と当接し、ブラシ繊維の図中c部に付着したトナーも、良好にプレ回収ローラ102へ静電的に転移させることができる。このように、トナー摩擦帯電部材121をブラシと順方向かつブラシ速度より大きい速度で回転させることにより、ブラシ繊維の図中c部、d部に付着したトナーをプレ回収ローラ102へ付着させることができ、プレ回収ローラ102へのトナー回収率を上げることができ、未回収トナーを減らすことができる。
3つ目の効果ついて、図10を用いて説明する。
図10(a)は、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材121との当接部に進入した直後の様子を示す図であり、(b)は、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材121との当接部を所定量移動した後の様子を示す図である。
図10(a)に示すように、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材121との当接部に進入した直後は、ブラシ繊維の毛先は、プレ回収ローラ102との当接部、中間転写ベルト8との当接部を通過してきた関係で、ブラシ回転方向流側に倒れている。よって、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材121との当接部に進入した直後は、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中c部)が、プレトナー摩擦帯電部材121の表面と当接する。よって、ブラシ繊維の図中c部に付着したトナーが、プレトナー摩擦帯電部材121との摩擦により帯電する。そして、ブラシ繊維がプレトナー摩擦帯電部材121との当接部を所定量移動すると、ブラシ繊維よりもプレトナー摩擦帯電部材121の表面移動速度が速いため、図10(b)に示すように、ブラシ繊維の毛先が、ブラシ回転方向流側に倒れる。その結果、図10(b)に示すように、ブラシ回転方向流側の毛先部分(図中d部)が、プレトナー摩擦帯電部材121の表面と当接する。これにより、ブラシ繊維の図中d部に付着したトナーが、プレトナー摩擦帯電部材121との摩擦により帯電する。これにより、プレトナー摩擦帯電部材121により、ブラシ繊維に付着したトナーを満遍なく摩擦帯電することができる。このように、ブラシ繊維に付着したトナーを満遍なく摩擦帯電することができるので、プレ回収ローラ102への回収率を向上させることができる。
このような3つの効果は、プレクリーニング部100aのみならず、逆帯電トナークリーニング部100b、正規帯電トナークリーニング部100cでも同様に構成することで、得ることができる。
また、トナー摩擦帯電部材の表面の摩擦係数をある程度高く設定するのが好ましい。表面が低摩擦係数であるとブラシ毛先とトナー摩擦帯電部材表面との間で摩擦力を発生させにくいため、毛先がブラシ回転方向流側へ毛倒れしにくい。そのため、トナー摩擦帯電部材の材料選定、および表面を粗面化して、トナー摩擦帯電部材の表面の摩擦係数をある程度高めることで、毛先を良好にブラシ回転方向流側に毛倒れさせることができる。
また、帯電手段を電極部材と電源とで構成し、クリーニングブラシローラに付着したトナーに電荷を注入することで、クリーニングブラシローラのトナーを帯電させる構成の場合も、電極部材をローラ形状にして、ブラシと順方向にブラシより速い速度で回転させることにより、ブラシ起毛させることができ、ブラシ小径化防止、トナー回収性能向上できる。
また、トナー摩擦帯電部材の形状は、断面形状が円状のもののみならず、回転軸にブラシ繊維に当接する複数の当接部材たる羽根を備えた構成でもよい。このように構成して、ブラシと順方向にブラシより速い速度で回転させることにより、ブラシを起毛させる効果を高めることができる。また、この場合は、羽根を、摩擦によりトナーを回収電圧の極性と反対極性に帯電させる材質で構成したり、羽根の表面に摩擦によりトナーを回収電圧の極性と反対極性に帯電させる材質でコーティングしたりする。
上述においては、クリーニングブラシローラの毛先が、ブラシ回転方向流側へ倒れた場合について、説明したが、毛先が、ブラシ回転方向流側へ倒れる構成の場合は、トナー摩擦帯電部材との当接部において、トナー摩擦部材表面の移動方向をブラシ移動方向に対してカウンター方向にする。これにより、クリーニングブラシローラの毛先が、ブラシ回転方向流側へ倒れる構成において、上述と同様3つの効果を得ることができる。すなわち、トナー摩擦帯電部材とブラシとの当接部において、トナー摩擦帯電部材の表面を、ブラシに対してブラシの毛倒れ方向と逆方向へ相対的に移動させることによって、上述した3つの効果を得ることができるのである。
次に、ベルトクリーニング装置の変形例について説明する。
[変形例1]
この変形例1ベルトクリーニング装置100は、各回収ローラ102,105,108の表面にクリーニングブラシローラのトナーを回収電圧の極性と反対極性に摩擦帯電させるコート層を設けこのコート層を帯電手段として用いるものである。
これにより、トナー摩擦帯電部材を追加しなくても、ブラシ付着トナーを回収電圧の極性と反対の極性に摩擦帯電することができ、トナー回収率を向上させることができる。この場合は、回収ローラの回転方向はシステムにあわせて適宜選択すればよい。回収ローラの回転方向を当接部においてブラシと逆回転にすれば、速度差をおおきくとることができ、回収率が向上する一方、起毛の効果がなくなる。逆に当接部において回収ローラの回転方向をブラシと同方向にし、ブラシより速い速度で回転させると、毛倒れを起毛させることができるので、ブラシの小径化を緩和することができる。この変形例1のベルトクリーニング装置においては、部品追加が不要であるので、装置が簡略化され、コストも低くすることができる。
[変形例2]
次に、変形例2のベルトクリーニング装置について説明する。
図11は、変形例2のクリーニング装置におけるプレクリーニング対向ローラ13と中間転写ベルト8とプレクリーニングブラシローラ101とを示す拡大構成図である。この変形例2のクリーニング装置は、図11に示すように、プレクリーニングブラシローラ101が、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(ニップ幅Wで示される領域)で当接してクリーニングニップを形成している。そして、クリーニングニップ内において、自らの表面を中間転写ベルト8とは逆方向に移動させるように、カウンター方向(同図で時計回り方向)に回転する。また、プレ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に至る弧状の領域に対して、中間転写ベルト8が掛け回されている。そのベルト掛け回し領域のベルト移動方向の長さである掛け回し幅は、図中の符号Wで示されている。符号Lで示される二点差線は、クリーニングニップにおけるベルト移動方向の中心に位置するニップ中心線であり、符号Lで示される二点差線は、ベルト掛け回し領域(弧BC)のベルト移動方向の長さである掛け回し中心線を示している。また、符号Lで示される二点差線は、点Bに進入する直前のベルト移動方向をそのまま延長した延長線を示している。
変形例2のベルトクリーニング装置においては、図示のように、ニップ中心線Lを掛け回し中心線Lよりもベルト移動方向の上流側に位置させ、幅Wで示される上流側ベルト展張ニップ領域(ニップ入口点Fから掛け回し入口点Bまでの領域)を増大させている。これにより、トナーの逆帯電を引き起こし易い、ベルト掛け回し領域の中央部よりも上流側で、ベルト上のトナーをプレクリーニングブラシローラ101に良好に転移させ得る領域を従来よりも増大させて、従来よりも良好に中間転写ベルト8をクリーニングすることができる。
また、プレクリーニングブラシローラ101の回転軸部材と中間転写ベルト8とが最も近づく位置は、ニップ中心線Lの位置である。このため、このニップ中心線Lの位置では、ニップ圧が最も高くなって、ベルトからのトナーの掻き取り力が最も強くなって、物理的にはベルト上のトナーを最もブラシに転移させ易くなる。変形例2では、このように物理的にトナーを最もブラシに転移させ易くなるニップ中心線Lを、先に図11に示したように、ベルト掛け回し領域(弧BC)よりもベルト移動方向上流側に位置させている。つまり、ニップ中心線Lをプレクリーニング対向ローラ13に対する巻き付きがない上流側ベルト展張ニップ領域の場所に位置させている。上流側ベルト展張ニップ領域では、クリーニング電流の量がベルト掛け回し領域よりも大幅に少なくなる。このような上流側ベルト展張ニップ領域の場所に、物理的にトナーを最もブラシに転移させ易くなるニップ中心線Lを位置させることで、ベルト上の殆どの転写残トナーをクリーニング電流によって逆帯電させる前にプレクリーニングブラシローラ101のブラシ内に転移させることができる。これにより、良好に中間転写ベルト8をクリーニングすることができる。
また、正規帯電トナークリーニング部や逆帯電トナークリーニング部も、プレクリーニング部と同様な構成としてもよい。これにより、良好に正規帯電極性のトナーや逆帯電トナーを中間転写ベルトから除去することができる。
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12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。トナーを二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13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。トナーを二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。以下に、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14(a),(b),(c)はトナーの形状を模式的に示す図である。図14(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14(b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図14(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。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真
を撮り、観察しながら測定した。
また、本発明のクリーニング装置は、中間転写ベルトのおもて面をクリーニングするベルトクリーニング装置100に限らず、図15に示すように、紙搬送ベルト51のクリーニング装置500にも適用することができる。図15に示すように、タンデム型直接転写方式の画像形成装置に用いられる被清掃体としての紙搬送ベルト51は、感光体1Y,M,C,Kにそれぞれ接触してY,M,C,K用の一次転写ニップを形成している。そして、記録紙Pを自らの表面に保持しながら、自らの無端移動に伴って図中左側から右側に向けて搬送する過程で、記録紙PをY,M,C,K用の一次転写ニップに順次送り込む。これにより、記録紙Pには、Y,M,C,Kトナー像が重ね合わせて一次転写される。K用の一次転写ニップを通過した後の紙搬送ベルト51に付着しているトナーなどの汚れは、搬送ベルトクリーニング装置500によって除去される。また、光学センサユニット150が紙搬送ベルト51のおもて面に対して所定の間隙を介して対向するように配設されている。図15に示すプリンタにおいても、所定のタイミングで画像濃度制御や位置ずれ量補正制御を実施し、紙搬送ベルト51に所定のトナーパターン(階調パターン、シェブロンパッチ)を形成し、光学センサユニット150で上記トナーパターンを検知し、検知結果に基づいて所定の補正処理を実行する。光学センサユニット150で検知後の未転写トナー像であるトナーパターンは、搬送ベルトクリーニング装置500で除去される。このように、紙搬送ベルト51は、トナー像を担持する像担持体としての機能を備えている。
上記搬送ベルトクリーニング装置500に本発明のクリーニング装置を適用することによって、回収ローラへの回収率を上げることができ、クリーニングブラシローラに残留する未回収トナー量を減らすことができ、クリーニング性の低下を抑制することができる。
また、本発明のクリーニング装置は、図16に示すように、ドラムクリーニング装置4にも適用できる。ドラムクリーニング装置4に、本発明のクリーニング装置を適用することによって、回収ローラへの回収率を上げることができ、クリーニングブラシローラに残留する未回収トナー量を減らすことができ、クリーニング性の低下を抑制することができる。
以上、本実施形態のクリーニング装置たるベルトクリーニング装置100は、クリーニング電圧が印加され、回転しながら被清掃体たる中間転写ベルト8表面に接触し、中間転写ベルト8表面上のトナーを静電的に除去するクリーニング部材たるクリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、クリーニングブラシローラに付着したトナーを、クリーニングブラシローラから静電的に回収する回収部材たる回収ローラとを備えている。そして、クリーニングブラシローラに付着したトナーが、中間転写ベルト8との当接部から回収ローラとの当接部を抜けるまでの間に、上記クリーニングブラシローラに付着したトナーを、回収電圧の極性と反対の極性に帯電させる帯電手段たるトナー帯電摩擦部材を設けた。これにより、中間転写ベルト8からクリーニングブラシローラに付着したトナーは、トナー摩擦帯電部材との摩擦帯電によって、チャージアップされてから回収ローラとの当接部を通過する。これにより、回収ローラとの当接部で、トナーに回収電圧と同極性の電荷が注入されても、極性反転して、回収電圧と同極性に帯電するトナーが生じるのを抑制できる。このように、回収電圧と同極性に帯電するトナーを抑制できるので、回収ローラに静電的に転移しないトナーを減らすことができ、回収ローラへの回収率を上げることができる。これにより、未回収トナー量を減少させることができ、クリーニング性能の低下を抑制することができる。また、チャージアップすることによって、トナーが、回収ローラへ静電的に移動する力も高まり、クリーニングブラシローラに付着したトナーが、回収ローラへ静電的に転移しやすくなる。このことでも、回収ローラへの回収率を上げることができ、未回収トナー量を減少させることができる。さらに、回収ローラとの当接部で回収電圧と同極性に帯電してクリーニングブラシローラに残留する未回収トナーを、トナー摩擦帯電部材との摩擦帯電によって極性を反転させることができる。これにより、再度、回収ローラとの当接部を通過するときに、回収ローラに静電的に転移させることができる。これにより、残留する未回収トナーを減らすことができ、クリーニング性へ悪影響を抑制することができる。
また、トナー摩擦帯電部材のクリーニングブラシローラへの食い込み量を、回収ローラのクリーニングブラシローラへの食い込み量以上にすることによって、ブラシ繊維の毛先から回収ローラの食い込み量分ブラシ内部へ移動した未回収トナーとトナー摩擦帯電部材とを接触させることができ、未回収トナーを、回収電圧の極性と反対の極性に良好に摩擦帯電させることができる。これにより、未回収トナーが、ブラシに長期間残留することが抑制される。これにより、クリーニング性能の低下を抑制することができる。
また、トナー摩擦帯電部材を、クリーニングブラシローラとの当接部において、トナー摩擦帯電部材の表面がブラシの毛倒れ方向と逆方向にブラシに対して相対的に移動するよう回転するローラ部材とした。具体的には、クリーニングブラシローラのブラシが、ブラシ回転方向流側に毛倒れする場合は、クリーニングブラシローラとの接触箇所において、クリーニングブラシローラの表面移動方向と同方向で、クリーニングブラシローラの表面移動速度よりも速い速度でトナー摩擦帯電部材を表面移動させる。これにより、クリーニングブラシローラの毛を、トナー摩擦帯電部材の表面の移動によって起毛することができる。これにより、クリーニングブラシローラの毛倒れを抑制することができ、クリーニングブラシローラの小径化を抑制することができる。よって、回収ローラとの食い込み量や中間転写ベルトとの食い込み量を長期にわたり維持することができ、回収率の低下およびクリーニング性の低下を長期にわたり抑制することができる。また、トナー摩擦帯電部材とブラシとの当接部において、ブラシ回転方向流側に毛倒れした毛先が、トナー摩擦帯電部材表面の移動によって、ブラシ回転方向流側へ毛倒れする。これにより、ブラシ毛先のブラシ回転方向上流側に付着したトナーおよびブラシ回転方向下流側に付着したトナーの両方と、トナー摩擦帯電部材が接触する。その結果、ブラシ毛先に付着したトナーを万遍なく摩擦帯電させることができる。また、回収ローラとの当接部で、ブラシ毛先が、ブラシ回転方向流側へ倒れる構成(回収ローラとブラシとの当接部において、回収ローラ表面の移動方向が、ブラシ移動方向に対してカウンター方向)の場合は、トナー摩擦帯電部材表面の移動によって、ブラシ回転方向流側へ毛倒れした毛先が、回収ローラの表面の移動によってブラシ回転方向上流側へ倒れる。これにより、ブラシ毛先のブラシ回転方向上流側に付着したトナーおよびブラシ回転方向下流側に付着したトナーの両方と、回収ローラ表面が接触する。よって、ブラシ毛先に付着したトナーを万遍なく回収ローラへ静電的に転移させることができ、回収ローラへの回収率を上げることができる。
また、トナー摩擦帯電部材を、クリーニングブラシローラと当接する複数の当接部材が回転軸に取り付けられた形状にすることによって、ブラシを起毛させる効果を高めることができる。
また、変形例1で示したように、帯電手段を、回収ローラに設けたクリーニングブラシに付着したトナーと接触することでトナーを摩擦帯電させるコート層としてもよい。この構成の場合は、回収ローラとの当接部にブラシが進入すると、ブラシ繊維に付着したトナーが、回収ローラ表面のコート層との摺擦で摩擦帯電される。これにより、上述と同様、クリーニングブラシローラのトナーがチャージアップされ、トナーが回収電圧と同極性となるのを抑制することができ、かつ、回収ローラへの静電的な移動力を高めることができる。これにより、回収率を上げることができる。また、回収ローラとの当接部で、回収電圧と同極性の未回収トナーの極性を摩擦により反転させることができ、未回収トナーを回収ローラで回収することができる。これにより、クリーニングブラシローラに残留する未回収トナーを減らすことができる。また、回収ローラとは別に、ローラ状部材が不要であるので、装置が簡略化され、コストも低くすることができる。
また、クリーニング部材として、ブラシローラを用いることによって、中間転写ベルト8上のトナーを良好に静電転移させることができる。
また、クリーニングブラシローラと回収ローラとを備え、クリーニングブラシローラにトナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧を印加して、中間転写ベルト表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去する正規帯電トナークリーニング部100cと、クリーニングブラシローラと回収ローラとを備え、クリーニングブラシローラにトナーの正規帯電極性と同極性のクリーニング電圧を印加して、中間転写ベルト8表面上の正規帯電極性と反対極性のトナーを静電的に除去する逆帯電トナークリーニング部100bと、クリーニングブラシローラと回収ローラとを備え、中間転写ベルトの表面移動方向に関して正規帯電トナークリーニング部100cおよび逆帯電トナークリーニング部100bより上流に配置され、クリーニングブラシローラにトナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧を印加して、中間転写ベルト表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去するプレクリーニング部100aとを備えている。かかる構成を備えることで、正規帯電極性に帯電したトナーを大量に含む未転写トナー像が、ベルトクリーニング装置100に入力されたとき、プレクリーニング部100aのクリーニングブラシローラで、大まかに未転写トナー像の正規帯電極性に帯電したトナーを除去することができる。これにより、プレクリーニング部100aよりもベルト移動方向下流側に配置された正規帯電トナークリーニング部100cや逆帯電トナークリーニング部100bに入力されるトナー量が減る。これにより、正規帯電トナークリーニング部100cのクリーニングブラシローラで、プレクリーニング部100aで除去できなかった正規帯電極性に帯電したトナーを良好に除去することができる。また、逆帯電トナークリーニング部のクリーニングブラシローラで正規帯電極性と反対極性に帯電トナーを良好に除去することができる。よって、ベルトクリーニング装置に未転写トナー像が入力されても、良好に中間転写ベルト8から未転写トナー像を除去することができる。
また、少なくとも、プレクリーニング部100aに帯電手段たるトナー摩擦帯電部材を設けることによって、プレ回収ローラへのトナー回収率を上げることができる。これにより、プレクリーニングブラシローラに大量のトナーが付着しても、回収ローラで、良好に回収することができ、プレクリーニングローラの未回収トナーを減少させることができる。
また、逆帯電トナークリーニング部100bおよび正規帯電トナークリーニング部100cのうち、中間転写ベルト8の表面移動方向に関して上流側に配置された逆帯電トナークリーニング部100bは、中間転写ベルト8上のトナーに対して正規帯電極性と同極性の電荷を付与しながら、トナーを静電的に除去する。これにより、正規帯電トナークリーニング部100cに入力される中間転写ベルト8のトナーを、正規帯電極性に揃えることができる。これにより、逆帯電トナークリーニング部100bを通過した中間転写ベルト8上のトナーを確実に正規帯電トナークリーニング部100cに静電吸着させて、除去することができる。
また、逆帯電トナークリーニング部100bを、正規帯電トナークリーニング部100cよりも中間転写ベルト移動方向に関して上流側に配置した。トナーは、正規帯電極性に帯電しやすいので、逆帯電トナークリーニング部100bを、正規帯電トナークリーニング部100cよりも中間転写ベルト移動方向に関して上流側に配置することによって、これとは逆の配置関係にした場合に比べて、上流側のクリーニング部で下流側のクリーニング部のクリーニングブラシローラに印加される電圧の極性と反対の極性に極性制御しやすい。これにより、下流側のクリーニング部のクリーニングブラシローラで、上流側のクリーニング部で除去できなかったトナーを良好に除去することができる。
また、中間転写ベルト8上のトナーの帯電極性を制御する極性制御手段と、クリーニングブラシローラと回収ローラとを備え、中間転写ベルト8の表面移動方向に関して極性制御手段より下流に配置され、クリーニングブラシローラに極性制御手段により制御されたトナーの帯電極性と反対極性のクリーニング電圧が印加されてトナーを静電的に除去するクリーニング部と、クリーニングブラシローラと回収ローラとを備え、中間転写ベルト8の表面移動方向に関して極性制御手段より上流に配置され、クリーニングブラシローラにトナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧を印加して、中間転写ベルト8表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去するプレクリーニング部100aとを備えた構成でもよい。かかる構成においても、正規帯電極性に帯電したトナーを大量に含む未転写トナー像が、ベルトクリーニング装置100に入力されたとき、プレクリーニングブラシローラ101で、大まかに未転写トナー像の正規帯電極性に帯電したトナーを除去することができる。これにより、プレクリーニングブラシローラ101よりもベルト移動方向下流側に配置された極性制御手段に入力されるトナー量が減る。その結果、極性制御手段によって、中間転写ベルト8上のトナーの帯電極性を、良好に制御することができる。よって、極性制御手段よりもベルト移動方向下流に配置されたクリーニングブラシローラに入力されるトナーの帯電極性を揃えることができる。また、クリーニングブラシローラに入力されるトナー量も少ないので、クリーニングブラシローラによって、プレクリーニングブラシローラで除去できなかった中間転写ベルト上のトナーを良好に除去することができる。その結果、ベルトクリーニング装置に未転写トナー像が入力されても、良好に中間転写ベルトから未転写トナー像を除去することができる。そして、少なくとも、プレクリーニング部100aに帯電手段たるトナー摩擦帯電部材を設けることによって、プレ回収ローラへのトナー回収率を上げることができる。これにより、プレクリーニングブラシローラに大量のトナーが付着しても、回収ローラで、良好に回収することができ、プレクリーニングローラの未回収トナーを減少させることができる。
また、変形例2のベルトクリーニング装置によれば、プレクリーニングブラシローラ101は、中間転写ベルト8との当接位置でベルト移動方向とは逆方向に表面が移動するように回転するものであり、プレクリーニングブラシローラ101の上記ベルト移動方向における中間転写ベルト8との当接領域たるブラシニップの中心を、ベルト移動方向におけるクリーニング部材対向ローラたるクリーニング対向ローラ13の張架領域たる対向ニップの中心よりもベルト移動方向の上流側に位置させている。このように配置することによって、トナーの逆帯電を引き起こし易い、ベルト掛け回し領域の中央部よりも上流側で、ベルト上のトナーをプレクリーニングブラシローラ101に良好に転移させ得る領域を従来よりも増大させて、従来よりも良好に中間転写ベルト8をクリーニングすることができる。
像担持体上に形成されたトナー像を像担持体上から最終的に記録材上へ転写することで、記録材たる記録紙上に画像を形成する画像形成装置において、転写後に上記像担持体上に残留した転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング装置として、上記クリーニング装置を用いることで、像担持体上のトナーを良好にクリーニングすることができる。これにより、高画質な画像形成を実現することができる。
また、像担持体である中間転写ベルト8をクリーニングするベルトクリーニング装置100として、本発明のクリーニング装置を用いることにより、中間転写ベルト8上のトナーを良好にクリーニングすることができる。中間転写ベルト8上のトナーを良好にクリーニングできることにより、高画質な画像形成を実現することができる。
また、図15に示すように、記録紙を搬送する搬送ベルト上に残留するトナーをクリーニングする搬送ベルトクリーニング装置500として、本発明のクリーニング装置を用いることにより、紙搬送ベルト51上のトナーを良好にクリーニングすることができる。これにより、記録紙の裏面がトナーにより汚れるのを抑制することができる。
1Y,M,C,K:感光体
4Y,M,C,K:ドラムクリーニング装置
8:中間転写ベルト
13:プレクリーニング対向ローラ
51:紙搬送ベルト
100:ベルトクリーニング装置
100a:プレクリーニング部
100b:逆帯電トナークリーニング部
100c:正規帯電トナークリーニング部
101:プレクリーニングブラシローラ
102:プレ回収ローラ
104:逆帯電トナークリーニングブラシローラ
105:逆帯電トナー回収ローラ
107:正規帯電トナークリーニングブラシローラ
108:正規帯電トナー回収ローラ
121:プレトナー摩擦帯電部材
122:逆帯電トナー摩擦帯電部材
123:正規帯電トナー摩擦帯電部材
500:搬送ベルトクリーニング装置
特開平9−179466号公報

Claims (12)

  1. トナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧が印加され、回転しながら被清掃体表面に接触し、上記被清掃体表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去する正規帯電トナークリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、上記正規帯電トナークリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記正規帯電トナークリーニングブラシローラから静電的に回収する正規帯電トナー回収部材とを備えた正規帯電トナークリーニング部と、
    トナーの正規帯電極性と同極性のクリーニング電圧が印加され、回転しながら被清掃体表面に接触し、上記被清掃体表面上の上記被清掃体表面上の正規帯電極性と反対極性のトナーを静電的に除去する逆帯電トナークリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、上記逆帯電トナークリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記逆帯電トナークリーニングブラシローラから静電的に回収する逆帯電トナー回収部材とを備えた逆帯電トナークリーニング部とを備えたクリーニング装置において、
    上記被清掃体の表面移動方向に関して上記正規帯電トナークリーニング部および上記逆帯電トナークリーニング部より上流に配置され、トナーの正規帯電極性と反対極性のクリーニング電圧が印加され、上記被清掃体表面上の正規帯電極性のトナーを静電的に除去するプレクリーニングブラシローラと、回収電圧が印加され、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記プレクリーニングブラシローラから静電的に回収するプレ回収部材とを備えたプレクリーニング部を備え、
    上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーが、上記被清掃体との当接部から上記プレ回収部材との接触部を抜けるまでの間に、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーを、上記回収電圧の極性と反対の極性に帯電させる帯電手段を設けたことを特徴とするクリーニング装置。
  2. 請求項1のクリーニング装置において、
    上記帯電手段として、上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーを摩擦帯電させる摩擦帯電部材を用いたことを特徴とするクリーニング装置。
  3. 請求項2のクリーニング装置において
    記摩擦帯電部材の上記プレクリーニングブラシローラへの食い込み量を、上記プレ回収部材の上記プレクリーニングブラシローラへの食い込み量以上にしたことを特徴とするクリーニング装置。
  4. 請求項2または3のクリーニング装置において
    上記プレクリーニングブラシローラのブラシが、ブラシ回転方向流側に毛倒れするものであり、
    上記摩擦帯電部材は、上記プレクリーニングブラシローラとの接触箇所において、上記プレクリーニングブラシローラの表面移動方向と同方向で、上記プレクリーニングブラシローラの表面移動速度よりも速い速度で表面移動することを特徴とするクリーニング装置。
  5. 請求項4のクリーニング装置において、
    上記摩擦帯電部材を、上記プレクリーニングブラシローラと当接する複数の当接部材が回転軸に取り付けられた形状にしたことを特徴とするクリーニング装置。
  6. 請求項1のクリーニング装置において、
    上記帯電手段は、上記プレ回収部材に設けた上記プレクリーニングブラシローラに付着したトナーと接触することでトナーを摩擦帯電させるコート層であることを特徴とするクリーニング装置。
  7. 請求項1乃至6いずれかのクリーニング装置において、
    上記逆帯電トナークリーニング部および上記正規帯電トナークリーニング部のうち、上記被清掃体の表面移動方向に関して上流側に配置された上流側クリーニング部は、被清掃体上のトナーに対してクリーニング電圧の極性と同極性の電荷を付与しながら、トナーを静電的に除去することを特徴とするクリーニング装置。
  8. 請求項1乃至7いずれかのクリーニング装置において、
    上記逆帯電トナークリーニング部を、上記正規帯電トナークリーニング部よりも上記被清掃体の表面移動方向に関して上流側に配置したことを特徴とするクリーニング装置。
  9. 請求項1乃至8いずれかのクリーニング装置において、
    上記被清掃体は、複数の張架ローラに張架されたベルト部材であり、
    上記プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラに対し、上記ベルト部材を介して対向する位置に配置され、ベルト部材の裏面に当接してベルトを張架するプレクリーニング部対向ローラが設けられており、
    上記プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラは、上記プレクリーニング部材対向ローラの上記ベルト部材との張架領域に対してベルトおもて面側から当接し、該当接部でベルト移動方向とは逆方向に表面が移動するように回転するものであり、
    上記プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラの上記ベルト移動方向における上記ベルト部材との当接領域の中心を、ベルト移動方向における上記張架領域の中心よりもベルト移動方向の上流側に位置させたことを特徴とするクリーニング装置。
  10. 像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体上から最終的に記録材上へ転写することで、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
    転写後に上記像担持体上に残留した転写残トナーをクリーニングするためのクリーニング装置として、請求項1乃至いずれかのクリーニング装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項10の画像形成装置において、
    上記像担持体は、潜像担持体に形成された複数のトナー像が順次重ね合わされて転写される中間転写体であることを特徴とする画像形成装置。
  12. 像担持体上に形成されたトナー像を該像担持体上から最終的に記録材上へ転写することで、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
    上記記録材を搬送する搬送ベルト上に残留するトナーをクリーニングするためのクリーニング装置として、請求項1乃至11いずれかのクリーニング装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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