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JP5585878B2 - 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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JP5585878B2 JP2010235627A JP2010235627A JP5585878B2 JP 5585878 B2 JP5585878 B2 JP 5585878B2 JP 2010235627 A JP2010235627 A JP 2010235627A JP 2010235627 A JP2010235627 A JP 2010235627A JP 5585878 B2 JP5585878 B2 JP 5585878B2
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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。
中間転写方式の画像形成装置におけるベルと部材たる中間転写ベルト上の転写残トナーをクリーニングする中間転写ベルトクリーニング装置として、静電クリーニング装置を採用したものが知られている。
静電クリーニング装置は、中間転写ベルト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。中間転写ベルト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。
従来は、一定のクリーニング電圧をクリーニングブラシローラに印加し、回収ローラにも一定の回収電圧を印加していた。しかし、環境や経時使用などにより中間転写ベルトの抵抗変化が起きてしまうと、中間転写ベルト−クリーニングブラシローラ間に流れるクリーニング電流がクリーニングに最適な値と異なってしまい、良好なクリーニングができなかった。
特許文献1には、クリーニング時にクリーニングブラシと中間転写ベルトとの間に流れる電流を一定に制御する定電流制御手段を備えたクリーニング装置が記載されている。このように定電流制御を行うことで、環境や経時使用により中間転写ベルトの抵抗変動があっても最適なクリーニング電流を流すことができ、クリーニング性の低下を抑制することができる。
しかしながら、抵抗変化は中間転写ベルトだけでなく、クリーニングブラシも環境や経時使用により変化してしまう。このように、クリーニングブラシの抵抗が変動すると、回収ローラ−クリーニングブラシ間に流れる回収電流が回収に最適な値と異なってしまい、クリーニングブラシのトナーを良好に回収ローラに回収することができず、クリーニングブラシに残留するトナーが生じてしまう。クリーニングブラシにトナーが残留してしまうと、クリーニングブラシの回転で再び中間転写ベルト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や、この残留トナーが、中間転写ベルトに再付着して、クリーニング不良となってしまうという課題が生じてしまう。
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、ベルト部材やクリーニング部材の経時変化や環境変化に対しても良好にベルト部材からトナーを除去することができ、かつ、良好にクリーニング部材のトナーを回収部材で回収することの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、クリーニング電圧が印加され、回転しながらベルト部材上のトナーを静電的に除去するクリーニング部材と、回収電圧が印加され、上記クリーニング部材に付着したトナーを、上記クリーニング部材から静電的に回収する回収部材とを備えたクリーニング装置において、上記クリーニング部材と上記回収部材とを備えたクリーニング部を3つ備え、上記3つのクリーニング部のうち、2つのクリーニング部の上記クリーニング電圧の極性をトナーの正規帯電極性と逆極性にし、残りのクリーニング部の上記クリーニング電圧の極性を正規帯電極性と同極性とし、上記トナーの正規帯電極性と逆極性のクリーニング電圧が印加される2つのクリーニング部のうち、上記ベルト部材表面移動方向上流に配置されたプレクリーニング部ついて、所定のタイミングで、上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に互いに異なる複数のクリーニング電流を流し、各クリーニング電流値に対して電圧検知手段で電圧を検知し、クリーニング電圧とクリーニング電流との関係を求めるとともに、各クリーニング電流値に対して、上記回収部材と上記クリーニング部材との間に所定の回収電流を流しそのときの電圧をそれぞれ電圧検知手段で検知し、回収電圧とクリーニング電圧との関係または回収電圧とクリーニング電流との関係を求める手段を備え、未転写トナー像を除去するとき、該未転写トナー像の付着量、および、メモリに記憶されている付着量とクリーニング電流とが関連付けられたテーブルに基づいて該未転写トナー像を除去するのに最適なクリーニング電流を決定し、決定したクリーニング電流および上記手段により求めたクリーニング電圧とクリーニング電流との関係から、上記クリーニング部材に印加するクリーニング電圧を決定し、決定したクリーニング電圧を、上記プレクリーニング部のクリーニング部材に印加するとともに、決定したクリーニング電圧またはクリーニング電流、および、上記手段により求めた回収電圧とクリーニング電圧との関係または回収電圧とクリーニング電流との関係に基づいて、回収電圧を決定し、決定した回収電圧を、上記プレクリーニング部の回収部材に印加する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、所定のタイミングで、各クリーニング部の上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に転写残トナーを除去するのに最適な電流をそれぞれ流し、そのときの電圧を電圧検知手段でそれぞれ検知し、検知した電圧を、上記プレクリーニング部以外のクリーニング部については、クリーニング電圧として設定し、上記プレクリーニング部については、転写残トナーを除去するときのクリーニング電圧として設定するクリーニング電圧設定手段と、所定のタイミングで、各クリーニング部の上記回収部材と上記クリーニング部材との間に転写残トナーをクリーニング部材から回収するのに最適な電流を流し、そのときの電圧をそれぞれ電圧検知手段で検知し、検知した回収電圧を、上記プレクリーニング部以外のクリーニング部については、回収電圧として設定し、上記プレクリーニング部については、転写残トナーを除去するときの回収電圧として設定する回収電圧設定手段とを備え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、上記回収部材と上記クリーニング部材との間に転写残トナーをクリーニング部材から回収するのに最適な電流を流すタイミングを、上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に転写残トナーを除去するのに最適な電流を流すタイミングに同期させ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、上記クリーニング電圧の設定および上記回収電圧の設定は、装置の起動時に行うことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項2乃至4いずれかのクリーニング装置において、クリーニング電圧を設定するときに、上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に流す電流値を各クリーニング部で異ならせたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5のクリーニング装置において、上記プレクリーニング部を、上記ベルト部材表面移動方向最上流に配置し、次に、上記正規帯電極性と同極性のクリーニング電圧を印加する上記残りのクリーニング部を配置したことを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は無端状のベルト部材のおもて面に担持されているトナー像、あるいは、上記ベルト部材のおもて面に保持された記録部材に担持されているトナー像を、上記ベルト部材の無端移動に伴って搬送するベルト装置と、上記ベルト部材のおもて面、あるいは記録部材にトナー像を形成するトナー像形成手段と、上記ベルト部材上のトナーをクリーニングするクリーニング手段とを備えた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乃至いずれかのクリーニング装置を用いたことを特徴とするものである。
本発明によれば、クリーニング部材と回収部材との間に回収に最適な回収電流が流れるよう回収電圧を制御するので、クリーニング部材の抵抗が変動しても、最適な回収電流を維持することができ、クリーニング部材上のトナーを良好に回収することができる。その結果、クリーニングブラシにトナーが残留するのを抑制することができ、クリーニング不良を抑制することができる。
また、クリーニング部材とベルト部材との間にクリーニングに最適なクリーニング電流が流れるようクリーニング電圧を制御するので、ベルト部材の抵抗が変動しても、最適なクリーニング電流を維持することができ、良好なクリーニング性を維持することができる。
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。 プレクリーニング部のプレクリーニングブラシローラへの印加電圧と、プレ回収ローラへの印加電圧とのタイミングチャート。 V−I(クリーニング電圧−クリーニング電流)特性を示す図。 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。
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,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2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1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、2次転写対向ローラ12と、3つの対向ローラ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、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1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1次転写ニップが形成されている。なお、1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1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2次転写対向ローラ12は、ベルトループ外側に配設された2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、2次転写ローラ18とが当接する2次転写ニップが形成されている。なお、2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2次転写バイアスが印加される。また、2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2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2次転写ニップの図中右側方に備えている。また、2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2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2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]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、たとえばフッ素樹脂、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。本プリンタでは潤滑剤塗布装置200を備えているが、使用するトナーや中間転写ベルト8の材質、表面摩擦係数により適宜設ければよいものである。
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1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1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、不図示の給紙部では、給紙ローラによって給紙カセットから記録紙Pを1枚づ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2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2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、2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1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1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25[mm]×250[mm]の面積の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、1.2[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記録紙Pに転写されずにベルトクリーニング装置100へ搬送される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。
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る。
同図において、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、プレ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プレ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。
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電圧が印加されている。
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)に帯電した逆帯電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正規帯電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よりも大きな負極性の電圧が印加されている。
また、ベルトクリーニング装置100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。本ベルトクリーニング装置100においては、搬送スクリュ110で、ベルトクリーニング装置外の不図示の廃トナータンクに搬送しているが、ベルトクリーニング装置100に廃トナーケースを設けて、廃トナーケースに除去したトナーを貯留してもよい。この廃トナーケースは、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する。
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、二層構造の芯鞘構造ではなく、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。
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。
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]
・ブラシ植毛密度:10万[本/inch
・ブラシ繊維径:約25〜35[μm]
・ブラシ先端の毛倒れ処理:なし
・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]
ブラシ植毛密度、ブラシ抵抗、繊維径、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喰い込み量:1.5[mm]
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4に示すように、2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不図示の入口シールを越え、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電圧が印加されたプレ回収ローラ102との当接位置まで移送される。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上に移動した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、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。
次に、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)の電圧が印加されており、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。また、負極性に制御されなかった正極性の逆帯電トナーが、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、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に吸着して除去される。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との当接位置まで移送される。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。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により除去できな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。
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、これらのクリーニングブラシローラ104,107で残りのトナーを良好に除去することができる。
次に、本実施形態の特徴点について説明する。
従来は、一定のクリーニング電圧を各クリーニングブラシローラ101,104,107に印加し、中間転写ベルト8上のトナーを除去していた。また、各回収ローラ102,105,108にも一定の回収電圧を印加し、クリーニングブラシローラ上のトナーを回収していた。しかし、環境によって温度・湿度が変化すると、中間転写ベルト8やクリーニングブラシローラの抵抗変化が起きてしまい、中間転写ベルト−クリーニングブラシローラ間に流れるクリーニング電流がクリーニングに最適な値と異なってしまい、良好なクリーニングができない。また、クリーニングブラシローラ−回収ローラ間に流れる回収電流が回収に最適な値と異なってしまい、良好な回収ができない。また、中間転写ベルト8とクリーニングブラシローラの耐久試験を行ったところ、双方に抵抗変化が起きることがわかり、これが原因で最適な電流が流れずに良好なクリーニングや回収ができない。
そこで、本実施形態においては、中間転写ベルト8−クリーニングブラシローラ間、およびクリーニングブラシローラ−回収ローラ間に、それぞれ独立に適切な電流が流れるような電圧を印加するよう構成した。すなわち、中間転写ベルト−クリーニングブラシローラ間、およびクリーニングブラシローラ−回収ローラ間に最適な電流を流し、その時の電圧を検知し、その電圧をクリーニング電圧、および回収電圧にすることで、環境変化、経時劣化によって中間転写ベルトやクリーニングブラシローラの抵抗変化が起きても、常に良好なクリーニングや回収を行えるようにした。
図4に示すように、各クリーニング部100a,100b,100cには、クリーニングブラシローラ101,104,107にクリーニング電圧を印加するためのクリーニング電源部130,132,134と、回収ローラ102,105,108に回収電源を印加するための回収電源部131,133,135を備えている。各クリーニング電源部130,132,134は、電源130a,132a,134aと、電圧を検知するための電圧検知部130b,132b,134bを有している。また、各回収電源部131,133,135も、電源131a,133a,135aと電圧を検知するための電圧検知部131b,133b,135bとを備えている。
各クリーニング電圧および回収電圧の設定は、画像形成装置起動時に行う。具体的には、画像形成装置を起動してから、画像形成が開始するまでの任意のタイミングでクリーニング電圧および回収電圧を決定する。ただし、各クリーニング電圧および回収電圧を設定するタイミングはこれに限らず、画像形成終了後から次の画像形成開始までの準備動作中でもよい。また、装置本体に環境検知手段としての温湿度センサを設け、温湿度センサの検知結果に基づいて、各クリーニング電圧および回収電圧の設定を実行してもよい。例えば、低湿環境と中湿環境との境界値である第1閾値と、中湿環境と高湿環境との境界値である第2閾値とを設ける。そして、これら閾値をまたいで湿度が変化した場合に、各クリーニング電圧および回収電圧の設定を実行する。
まず、プレクリーニングブラシローラ101に印加する第1クリーニング電圧およびプレ回収ローラ102に印加する第1回収電圧を設定する。中間転写ベルト8、各クリーニング部のクリーニングローラ、回収ローラを回転駆動させる。次に、不図示の制御部で、電源130aを定電流制御して、プレクリーニングブラシローラ101−中間転写ベルト間に20μAの第1クリーニング電流を流し、その時の電圧を電圧検知部130bにより検知し、それを第1クリーニング電圧として決定する。また、同じタイミングで電源131aを定電流制御して、プレ回収ローラ102−プレクリーニングブラシローラ間に5μAの第1回収電流を流し、その時の電圧を電圧検知部131bにより検知し、それを第1回収電圧として決定する。
上記第1クリーニング電流は、予め実験により求めた値であり、転写残トナーが付着した中間転写ベルト8−プレクリーニングブラシローラ101間でクリーニングに最適な電流が流れるクリーニング電圧値を、転写残トナーのないプレクリーニングブラシローラ101に印加したとき、プレクリーニングブラシローラ101−中間転写ベルト間に流れた電流値である。また、第1回収電流は、転写残トナが付着した状態のプレクリーニングブラシ−回収ローラ間で回収に最適な電流が流れたときの回収電圧値をプレ回収ローラに印加したとき、転写残トナーがないプレクリーニングブラシ−回収ローラ間に流れた電流値である。
次に、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に印加する第2クリーニング電圧および逆帯電トナー回収ローラに印加する第2回収電圧を設定する。本実施形態においては、中間転写ベルト8上の第1クリーニング電流が流れた箇所が、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104のクリーニングニップを通過しているときに、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に印加する第2クリーニング電圧および逆帯電トナー回収ローラに印加する第2回収電圧を設定する。本実施例では中間転写ベルトは352[mm/sec]で回転しており、また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との距離は20[mm]である。よって、プレクリーニングブラシローラ101およびプレ回収ローラ102に印加する電圧が決定してから20[mm]÷352[mm/sec]=0.06[sec]以降に第2クリーニング電圧および第2回収電圧を決定する。また、この時、プレクリーニングブラシローラ101およびプレ回収ローラ102には、上述で決定した第1クリーニング電圧、第1回収電圧を印加する。こうすることによって、プレクリーニングブラシローラ101およびプレ回収ローラ102から中間転写ベルト8に付与された電荷による影響も考慮された上で第2クリーニング電圧および第2回収電圧を決定することができる。
第1クリーニング電圧および第1回収電圧が決定されてから0.06[sec]経過したら、電源132aを定電流制御して、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104−中間転写ベルト8間に−40μAの第2クリーニング電流を流す。その時の電圧を電圧検知部132bにより検知し、それを第2クリーニング電圧として設定する。また、同じタイミングで電源133aを定電流制御して、逆帯電トナー回収ローラ105−逆帯電トナークリーニングブラシローラ104間に−5μAの第2回収電流を流し、その時の電圧を電圧検知部133bにより検知し、それを第2回収電圧として決定する。
上記第2クリーニング電流も、第1クリーニング電流と同様にして予め実験により求められた値である。すなわち、転写残トナーが付着した中間転写ベルト8−逆帯電トナークリーニングブラシローラ104間でクリーニングに最適な電流が流れたときのクリーニング電圧値を、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104に印加したとき、転写残トナーがない状態の中間転写ベルト−逆帯電トナークリーニングブラシローラ間に流れた電流値である。また、第2回収電流も、第1回収電流と同様にして予め実験により求められた値である。
次に、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107に印加する第3クリーニング電圧および正規帯電トナー回収ローラ108に印加する第3回収電圧を決定する。この第3クリーニング電圧および第2回収電圧を決定は、中間転写ベルト8上の第1、第2クリーニング電流が流れた箇所が、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107のクリーニングニップを通過しているときに行う。本実施例では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との距離は20[mm]であるので、第2クリーニング電圧および第2回収電圧が決定してから20[mm]÷352[mm/sec]=0.06[sec]以降に第3クリーニング電圧および第3回収電圧を決定することにする。この時、プレクリーニングブラシローラおよびプレ回収ローラ、逆帯電トナークリーニングブラシローラおよび逆帯電トナー回収ローラには電圧は印加し続けたままである。こうすることによって、プレクリーニングブラシローラ101およびプレ回収ローラ102から中間転写ベルト8に付与された電荷による影響と、逆帯電トナークリーニングブラシローラ104および逆帯電トナー回収ローラ105から中間転写ベルト8に付与された電荷による影響が考慮された上で第3クリーニング電圧および第3回収電圧を決定することができる。
第2クリーニング電圧および第2回収電圧が決定されてから0.06[sec]経過したら、電源134aを定電流制御して、正規帯電トナークリーニングブラシローラ107−中間転写ベルト8間に5μAの第3クリーニング電流を流す。その時の電圧を電圧検知部134bにより検知し、それを第3クリーニング電圧として設定する。また、同じタイミングで電源135aを定電流制御して、正規帯電トナー回収ローラ108−正規帯電トナークリーニングブラシローラ107間に5μAの第3回収電流を流し、その時の電圧を電圧検知部135bにより検知し、それを第3回収電圧として決定する。
画像形成動作が開始されたら、不図示の制御部は、設定した各クリーニング電圧、各回収電圧を、それぞれ対応するクリーニングブラシローラおよび回収ローラに印加して、クリーニングを行う。
上記第3クリーニング電流、上記第3回収電流も、上記第1クリーニング電流・第1回収電流と同様にして、求められた値である。
このように、本ベルトクリーニング装置100によれば、環境変化や経時劣化によって中間転写ベルト8やクリーニングブラシローラの抵抗値がどちらか一方、もしくは両方とも変化してもクリーニングに最適なクリーニング電圧、および回収に最適な回収電圧を印加することが可能である。ただし、装置の構成や、中間転写ベルト8、プレクリーニングブラシローラ101、プレ回収ローラ102の回転速度の変化によって、第2、第3クリーニング電流、および第2、第3回収電流の最適値は異なるため、第2、第3クリーニング電流、および第2、第3回収電流の値は、上述した値に限らない。
また、プレクリーニング部100aは、上述したように、トナーパターンなどの未転写トナー像を約90%程度除去する必要がある。この未転写トナー像を除去するとき、設定した第1クリーニング電圧をプレクリーニングブラシローラに印加しても、中間転写ベルト上の未転写トナー像をプレクリーニングブラシローラで除去することができない。これは、中間転写ベルト上の大量のトナーが抵抗となるため、上記設定した第1クリーニング電圧を印加しても、中間転写ベルト−プレクリーニングブラシローラ間に最適なクリーニング電流が流れないためである。そこで、プレクリーニング部100aにおいては、未転写トナー像をクリーニングするときのクリーニング電圧(以下、未転写クリーニング電圧という)およびそのときの回収電圧(以下、未転写回収電圧という)を設定するのが好ましい。
具体的には、上述と同様にして第1クリーニング電圧・第1回収電圧を決定した後、不図示の制御部は、プレクリーニングブラシローラ101−中間転写ベルト8間に80μAのクリーニング電流が流れるよう電源130aを定電流制御する。この80μAは、予め実験により求めた値であり、未転写トナーを除去するときに最適なクリーニング電流が流れたときのクリーニング電圧値を、未転写トナー像がないときにクリーニングブラシローラに印加したとき、クリーニングブラシ−中間転写ベルト間に流れた電流値である。そして、80μAのクリーニング電流が流れたときの電圧値を電圧検知部130bにより検知し、その電圧値を未転写クリーニング電圧として決定する。また、同じタイミングで電源131aを定電流制御してプレクリーニングブラシローラ101−プレ回収ローラ102間に5μAの回収電流を流し、その時の電圧を電圧検知部131bにより検知する。この検知した電圧値を、未転写回収電圧として決定する。
図5は、プレクリーニング部100aのプレクリーニングブラシローラ101への印加電圧と、プレ回収ローラ102への印加電圧とのタイミングチャートである。
図に示すように、紙間に形成される未転写トナー像としてのトナー消費パターンをクリーニングする際、プレクリーニングブラシローラ101に上述で設定した未転写クリーニング電圧を印加し、プレ回収ローラ102に上述で設定した未転写回収電圧を印加する。このように、多量のトナーをクリーニングする必要がある未転写トナー像を除去するときのクリーニング電圧および回収電圧を設定することによって、未転写トナー像を良好にクリーニングすることが可能になる。また、プレクリーニングブラシローラ101によってトナー消費パターンの大部分をクリーニングすることが可能であるため、これより下流に位置するクリーニング部においては、プレクリーニング部100aのように、未転写トナー像を除去するための特別なクリーニング電圧や回収電圧を印加する必要がない。よって、このような未転写トナー像を除去するときも、逆帯電トナークリーニングブラシローラには、第2クリーニング電圧を印加し、逆帯電トナー回収ローラには、第2回収電圧を印加する。また、正規帯電トナークリーニングブラシローラには、第3クリーニング電圧を印加し、正規帯電トナー回収ローラには、第3回収電圧を印加する。
例えば、色ずれ量補正処理の際に形成されるシェブロンパッチPVの付着量は0.3[mg/cm]程度であり、トナー消費パターンの付着量は最大で1.2[mg/cm]程度であり、未転写トナー像の付着量は異なる。そこで、除去する未転写トナー像の付着量に応じて、プレクリーニングブラシローラ101に印加するクリーニング電圧を異ならせてもよい。
この場合は、まず、プレクリーニングブラシローラ101に印加するクリーニング電圧を決定する際に、複数の異なる電流をプレクリーニングブラシローラ101に流し、それぞれの電流値に対して電圧検知部130bを用いて電圧を測定する。得られた測定結果から、図6に示すようなV−I(クリーニング電圧−クリーニング電流)特性を求める。ただし、測定ポイント以外は線形補正する。また、この時、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上のトナーを回収するのに最適な5μAの電流を流し、その時の電圧値を検知する。得られた測定結果から、回収電圧−クリーニング電圧、または、回収電圧−クリーニング電流の特性を求める。
制御部のメモリには、付着量とクリーニング電流値とが関連づけられたテーブルが格納されており、未転写トナー像を除去するとき、この未転写トナー像の付着量とテーブルとからクリーニング電流値を決定する。次に、クリーニング電流値と、図7に示すV−I特性から、プレクリーニングブラシローラ101に印加するクリーニング電圧を決定する。また、クリーニング電流またはクリーニング電圧に基づいて、プレ回収ローラ102に印加する回収電圧を決定する。これにより、いかなる付着量の未転写トナー像(トナーパターン)に対しても良好なクリーニングが可能となる。
本実施形態のベルトクリーニング装置においては、クリーニングするときに最適なクリーニング電流が流れるクリーニング電圧を予め決定し、定電圧制御で、クリーニングを行っている。これは、クリーニングのとき、最適なクリーニング電流が流れるよう定電流制御を行うと、中間転写ベルト上の転写残トナーや未転写トナー像がクリーニングニップに進入した直後は、トナーの抵抗の影響により、クリーニング電流が低下する。このように、転写残トナーや未転写トナー像がクリーニングニップに進入した直後にクリーニング電流が低下するため、初めにクリーニングニップに入力したトナーは、クリーニング不良となるおそれがある。特に、未転写トナー像など、大量のトナーが中間転写ベルトに付着している場合は、クリーニングニップ入力直後のクリーニング電流の低下量が大きいため、初期時にクリーニング不良が生じやすい。一方、本実施形態のように、クリーニングするときに最適なクリーニング電流が流れるクリーニング電圧を予め印加することにより、初期のクリーニング不良が生じることがない。
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、トナー条件や作像条件によっては必ずしも行わなくてもよい。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。また、プレクリーニングブラシローラ101から中間転写ベルト8に再付着するトナー量も少なくなっている。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。
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7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8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。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9(a),(b),(c)はトナーの形状を模式的に示す図である。図9(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9(b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図9(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10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10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10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、紙搬送ベルト51に形成されたトナーパターンを良好に除去することができ、記録紙の裏面が、トナーなどで汚れるのを抑制することができる。
以上、本実施形態のベルトクリーニング装置100によれば、クリーニング電圧が印加され、回転しながらベルト部材たる中間転写ベルト8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、所定のタイミングで、クリーニングブラシローラと中間転写ベルトとの間に予め決められた電流を流し、そのときの電圧を、クリーニング電圧として設定している。これにより、中間転写ベルトの抵抗が変動しても、最適なクリーニング電流を維持することができ、良好なクリーニング性を維持することができる。また、所定のタイミングで、回収ローラとクリーニングブラシローラとの間に予め決められた電流を流し、そのときの電圧を、回収電圧として設定している。これにより、クリーニングブラシローラの抵抗が変動しても最適な回収電流を維持することができ、クリーニングブラシローラ上のトナーを良好に回収することができる。これに、クリーニングブラシローラに残留するトナーが生じるのを抑制することができ、クリーニング不良が生じるのを抑制することができる。
また、回収ローラとクリーニングブラシローラとの間に予め決められた電流を流すタイミングを、クリーニングローラと中間転写ベルトとの間に予め決められた電流を流すタイミングに同期させることで、設定されるクリーニング電圧の影響も考慮された上で回収電圧を設定することができ、設定される回収電圧の影響も考慮された上でクリーニング電圧を設定することができる。
また、クリーニング電圧の設定および上収電圧の設定は、装置の起動時に行う。前回の使用時に比べて大きく環境が変化した可能性が高い装置の起動時に行うことで、クリーニング不良を良好に抑えることができる。
各クリーニング部で除去するトナー量が異なるため、各クリーニング部でクリーニングブラシローラと中間転写ベルトとの間に流れる最適な電流値が異なる。よって、クリーニングブラシローラと回収ローラとを備えたクリーニング部を複数有し、クリーニング電圧を設定するときに、クリーニングブラシローラと中間転写ベルトとの間に流す電流値を各クリーニング部で異なせることで、各クリーニング部で最適なクリーニング電圧を設定することができる。
また、上記クリーニング部を3つ備え、中間転写ベルト表面移動方向最上流に配置された最上流クリーニング部たるプレクリーニング部およびベルト表面移動方向最下流に配置された最下流クリーニング部たる正規帯電トナークリーニング部のクリーニング電圧の極性と、プレクリーニング部と正規帯電クリーニング部との間に配置された中段クリーニング部たる逆帯電トナークリーニング部のクリーニング電圧の極性とを異ならせた。これにより、逆帯電トナークリーニングでプレクリーニング部で除去できなかったトナーに対して、正規帯電トナークリーニング部のクリーニング電圧と逆極性の電荷を注入することができ、正規帯電トナークリーニング部で、正規帯電トナークリーニング部のクリーニング電圧と逆極性のトナーを良好に除去することができる。
また、プレクリーニング部と正規帯電トナークリーニング部のクリーニング電圧の極性を、トナーの正規帯電極性と逆極性にしたことで、ほとんどが正規帯電極性の未転写トナー像を除去する際、プレクリーニング部で未転写トナー像を大まかに除去することができる。これにより、プレクリーニング部よりも下流にクリーニング部に入力されるトナー量が減り、下流のクリーニング部で残りのトナーを良好に除去することができる。その結果、未転写トナー像も良好にクリーニングすることができる。
また、転写残トナーをクリーニングするときのクリーニング電圧と、未転写トナー像をクリーニングするときのクリーニング電圧とを設定する。転写残トナーと未転写トナー像とでは、除去するトナー量が異なるため、転写残トナーをクリーニングするときに最適なクリーニング電圧と、未転写トナー像をクリーニングするときの最適なクリーニング電圧は、異なってくる。よって、転写残トナーをクリーニングするときのクリーニング電圧と、未転写トナー像をクリーニングするときのクリーニング電圧とを設定することによって、転写残トナーをクリーニングするときも、未転写トナー像をクリーニングするときも、良好なクリーニング性を得ることができる。
また、本実施形態の画像形成装置においては、ベルトクリーニング装置として、上述のベルトクリーニング装置を用いることで、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。
4Y,M,C,K:ドラムクリーニング装置
8:中間転写ベルト
13,14,15: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
103:プレ掻き取りブレード
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
106:逆帯電トナー掻き取りブレード
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
109:正規帯電トナー掻き取りブレード
500:搬送ベルトクリーニング装置
特開2005−316268号公報

Claims (7)

  1. クリーニング電圧が印加され、回転しながらベルト部材上のトナーを静電的に除去するクリーニング部材と、
    回収電圧が印加され、上記クリーニング部材に付着したトナーを、上記クリーニング部材から静電的に回収する回収部材とを備えたクリーニング装置において、
    上記クリーニング部材と上記回収部材とを備えたクリーニング部を3つ備え、
    上記3つのクリーニング部のうち、2つのクリーニング部の上記クリーニング電圧の極性をトナーの正規帯電極性と逆極性にし、残りのクリーニング部の上記クリーニング電圧の極性を正規帯電極性と同極性とし、
    上記トナーの正規帯電極性と逆極性のクリーニング電圧が印加される2つのクリーニング部のうち、上記ベルト部材表面移動方向上流に配置されたプレクリーニング部ついて、所定のタイミングで、上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に互いに異なる複数のクリーニング電流を流し、各クリーニング電流値に対して電圧検知手段で電圧を検知し、クリーニング電圧とクリーニング電流との関係を求めるとともに、各クリーニング電流値に対して、上記回収部材と上記クリーニング部材との間に所定の回収電流を流しそのときの電圧をそれぞれ電圧検知手段で検知し、回収電圧とクリーニング電圧との関係または回収電圧とクリーニング電流との関係を求める手段を備え、
    未転写トナー像を除去するとき、該未転写トナー像の付着量、および、メモリに記憶されている付着量とクリーニング電流とが関連付けられたテーブルに基づいて該未転写トナー像を除去するのに最適なクリーニング電流を決定し、決定したクリーニング電流および上記手段により求めたクリーニング電圧とクリーニング電流との関係から、上記クリーニング部材に印加するクリーニング電圧を決定し、決定したクリーニング電圧を、上記プレクリーニング部のクリーニング部材に印加するとともに、決定したクリーニング電圧またはクリーニング電流、および、上記手段により求めた回収電圧とクリーニング電圧との関係または回収電圧とクリーニング電流との関係に基づいて、回収電圧を決定し、決定した回収電圧を、上記プレクリーニング部の回収部材に印加する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、
    所定のタイミングで、各クリーニング部の上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に転写残トナーを除去するのに最適な電流をそれぞれ流し、そのときの電圧を電圧検知手段でそれぞれ検知し、検知した電圧を、上記プレクリーニング部以外のクリーニング部については、クリーニング電圧として設定し、上記プレクリーニング部については、転写残トナーを除去するときのクリーニング電圧として設定するクリーニング電圧設定手段と、
    所定のタイミングで、各クリーニング部の上記回収部材と上記クリーニング部材との間に転写残トナーをクリーニング部材から回収するのに最適な電流を流し、そのときの電圧をそれぞれ電圧検知手段で検知し、検知した回収電圧を、上記プレクリーニング部以外のクリーニング部については、回収電圧として設定し、上記プレクリーニング部については、転写残トナーを除去するときの回収電圧として設定する回収電圧設定手段とを備え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、
    上記回収部材と上記クリーニング部材との間に転写残トナーをクリーニング部材から回収するのに最適な電流を流すタイミングを、上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に転写残トナーを除去するのに最適な電流を流すタイミングに同期させ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、
    上記クリーニング電圧の設定および上記回収電圧の設定は、装置の起動時に行うことを特徴とするクリーニング装置。
  5. 請求項2乃至4いずれかのクリーニング装置において
    リーニング電圧を設定するときに、上記クリーニング部材と上記ベルト部材との間に流す電流値を各クリーニング部で異ならせたことを特徴とするクリーニング装置。
  6. 請求項5のクリーニング装置において、
    上記プレクリーニング部を、上記ベルト部材表面移動方向最上流に配置し、次に、上記正規帯電極性と同極性のクリーニング電圧を印加する上記残りのクリーニング部を配置したことを特徴とするクリーニング装置。
  7. 無端状のベルト部材のおもて面に担持されているトナー像、あるいは、上記ベルト部材のおもて面に保持された記録部材に担持されているトナー像を、上記ベルト部材の無端移動に伴って搬送するベルト装置と、
    上記ベルト部材のおもて面、あるいは記録部材にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
    上記ベルト部材上のトナーをクリーニングするクリーニング手段とを備えた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乃至いずれか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。
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