JP2005084376A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストな構成でクリーニング不良の発生を抑制し、過剰にトナー供給制御を行うことによるプリントスピードの低下とランニングコストの増加を抑えることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】トナー像が形成される像担持体と、該トナー像が転写される中間転写体と、該中間転写体上のトナー像を記録材に転写すべく作用する転写帯電手段と、前記中間転写体に当接し、その表面を清掃する板状クリーニング部材と、を有する画像形成装置において、画像形成時の印字枚数検知手段を有し、検知された印字枚数に応じて、画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を前記中間転写体上に転写し、更に前記板状クリーニング部材まで到達させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式或は静電記録方式を採用する複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。

従来、カラー画像形成装置として、感光ドラム表面のトナー像を中間転写体表面に一旦転写（以後、１次転写と呼ぶ）した後、中間転写体表面のトナー像を記録材に再度転写（以後、２次転写と呼ぶ）させるように構成したカラー画像形成装置が知られている。
そして、この感光ドラムと中間転写体表面に付着したトナーを除去するクリーニング手段として、従来から種々の提案がなされているが、エッジを中間転写体に当接させて付着トナーを掻き落とし除去する、ゴム等の弾性材料から成る板状クリーニング部材であるクリーニングブレード方式は、構成が簡単で、且つ、低コストであり、付着トナー除去機能も優れており、広く実用化されている。

特開２００１−２８２０１０号公報

しかしながら、上記構成のカラー画像形成装置において以下のような問題が生じる。

即ち、中間転写体の表層にはゴム等の弾性材料や樹脂材料が一般的に使用され、装置の使用初期にはそれら材料特有のタック性が生じる。又、画像斑等の画質の観点から、中間転写体上にはトナーを均一に載せる必要があり、そのために中間転写体表面を鏡面仕上げとしている。従って、装置の使用初期は中間転写体表面の摩擦係数は大きくなる。それによりクリーニングブレードのエッジ部と中間転写体の当接部分の摩擦力も大きくなる。摩擦力が大きくなると、クリーニングブレードのスティック−スリップ運動やクリーニング不良、異音（ブレード鳴き）、異常振動（ビビリ）が発生し、最終的にブレード捲れ（クリーニングブレードが中間転写体の回転方向に沿うように反転する）の問題が生じる。
以下、前述した問題の詳細と発生理由について説明する。
スティック−スリップ（Ｓｔｉｃｋ−Ｓｌｉｐ）運動とは、中間転写体表面上の残留トナーを除去するのに必要な力でクリーニングブレードを中間転写体表面に圧接させたとき、そのクリーニングブレードのエッジ部と中間転写体の当接部分で、先ず当接部分に働く摩擦力により中間転写体表面に密着したエッジ部が中間転写体の進行方向に変形（ずり変形、圧縮変形）し、次にその応力に伴うエッジ部に蓄積されたエネルギーが復元力（反発弾性力）として働き元の状態に戻る現象である。
スティック−スリップ運動が起きると、クリーニングブレードのエッジ部が中間転写体表面上に追従することなく跳ね上がり、トナーのすり抜け（クリーニング不良）、異音（ブレード鳴き）、異常振動（ビビリ）が発生する。
そして、最終的に、エッジ部は中間転写体の回転方向に沿うように反転してしまう（ブレード捲れ）と共に、エッジ部や中間転写体の表面が破損する可能性もある。
前述した問題を解決するために、以下に挙げる対策が知られている。
先ず初めに、従来公知であるクリーニングブレードのエッジ部に潤滑剤を塗布する方法について説明する。

使用される潤滑剤は、主に黒鉛、ボロンナイトライド、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、二酸化ケイ素等の無機物質や、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ポリアミド（ナイロン樹脂）、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリイミド等の有機物質の固形粉末である。
しかし、潤滑剤を塗布する方法は、高耐久性と低コストが求められる画像形成装置において、以下の問題が生じた。

即ち、画像形成装置の長期使用により、クリーニングブレードのエッジ部は潤滑剤が枯渇し、再び摩擦力が増加してしまった。又、この対策として、上記の潤滑剤をクリーニングブレードのエッジ部に定期的に供給するための様々な装置を設置すると、クリーニング装置の構成が複雑となり、コストの大幅なアップとなってしまう。
これに対して、特開２００１−２８２０１０号公報に記載された画像形成装置は、潤滑剤の代わりにトナーを定期的にクリーニングブレードと中間転写体の当接部分に供給するものである。この方式は、トナー粒子に外添されたチタン酸ストロンチウム等の微粉末の研磨作用と潤滑作用を効果的に応用したものである。具体的には、画像形成時以外のタイミングにトナー像を中間転写体等に形成し、そのトナーをクリーニングブレードまで到達させる制御（以下、トナー供給制御と呼ぶ）を定期的に行う方法によるものである。
これにより潤滑剤を定期的に供給するための装置を複雑化、高コスト化することなく、画像形成装置の高耐久性を実現していた。
しかしながら、高耐久性、低コスト化に加え、プリントスピード向上と低ランニングコストが求められる画像形成装置において、特開２００１−２８２０１０号公報に記載されたトナー供給制御は以下の問題が残る。
即ち、トナー供給制御は、画像形成装置の使用初期に中間転写体とクリーニングブレードとの摩擦係数が大きいときに生じるクリーニング不良を防止するためのものであり、画像形成装置の使用後期では作動させる必要がない。

しかし、特開２００１−２８２０１０号公報に記載されたトナー供給制御は、所定の画像形成イメージ毎に行なうため、結果的にプリントスピードの低下に繋がる。又、過剰にトナーを消費してしまうため、ランニングコストの増加にも繋がる。又、これを回避するために、クリーニングブレードに歪みゲージを取り付けると装置の複雑化、高コスト化に繋がる。
本発明は上記問題に鑑みてをなされたもので、その目的とする処は、低コストな構成でクリーニング不良の発生を抑制し、過剰にトナー供給制御を行うことによるプリントスピードの低下とランニングコストの増加を抑えることができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トナー像が形成される像担持体と、該トナー像が転写される中間転写体と、該中間転写体上のトナー像を記録材に転写すべく作用する転写帯電手段と、前記中間転写体に当接し、その表面を清掃する板状クリーニング部材と、を有する画像形成装置において、画像形成時の印字枚数検知手段を有し、検知された印字枚数に応じて、画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を前記中間転写体上に転写し、更に前記板状クリーニング部材まで到達させることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成する回数が印字枚数と共に可変することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成する回数が、印字枚数初期は多く、印字枚数増加と共に少なくなることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上に形成される前記トナー像は、主走査方向に対する幅が主走査方向に対する最大通紙幅より大きく、更に該板状クリーニング部材幅よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、プリント枚数に応じてトナー供給制御を行うことにより、必要最小限のトナー消費量と時間で、長期使用における良好なクリーニング性能、画像、使用環境を維持でき、板状クリーニング部材、記録材担持搬送手段及び中間転写体の長寿命化を達成することができる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
＜実施の形態１＞
先ず、図１に基づいて本実施の形態に係る画像形成装置である電子写真方式のカラープリンタの構成について説明する。
本実施の形態に係るカラープリンタの構成は、最大通紙サイズをＡ３サイズ（２９７ｍｍ×４２０ｍｍ）とするカラープリンタであり、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で感光体上にトナー像を現像し、中間転写体上で重ね合わせて転写材に再度転写する構成である。転写材に転写し切れず、中間転写体上に残ったトナーは、クリーニング装置１で除去され、次のプリントプロセスに備える。
先ず、感光体上にトナー像を現像する工程について説明する。
感光ドラム１は矢印Ｒ１方向に回転し、帯電器２により一様帯電され、露光装置３から反射ミラー４を介してレーザービームによる画像露光Ｌが与えられ、静電潜像が形成される。
現像器５（イエロー現像器５Ｙ、マゼンタ現像器５Ｍ、シアン現像器５Ｃ、ブラック現像器５Ｂｋ）は、感光ドラム１上の静電潜像に、イエロートナー画像、マゼンタトナー画像、シアントナー画像、ブラックトナー画像を現像する。尚、このような画像形成装置において、レーザービームが走査される方向を主走査方向、感光ドラム１や中間転写ベルト６が回転する方向を副走査方向とそれぞれ呼ぶ。
次に、感光体から中間転写体への転写工程について説明する。
感光ドラム１上に現像されたトナー像は、１次転写ニップ部Ｂにおいて、中間転写ベルト６がＲ２方向に４周回転する間にその表面上に順次１次転写され，中間転写ベルト６上には４色が重畳されたフルカラートナー画像が形成される。中間転写ベルト６は、駆動ローラ６ａ、２次転写対向ローラ６ｂ及びテンションローラ６ｃによって張架されており、駆動ローラ６ａの回転駆動によって矢印Ｒ２方向に回転する厚み７５μｍの単層シームレスの樹脂ベルトであり、カーボン分散により抵抗調整を行ったポリイミドで形成されている。
次に、中間転写体から転写材への転写工程について説明する。
中間転写ベルト６上のフルカラートナー像は、２次転写ニップ部Ｃにおいて、給送される転写材Ｐに一括して転写される。２次転写ローラ８は、画像転写時のみ転写材Ｐの背面側から中間転写ベルトに当接し、２次転写対向ローラ６ｂを対向電極とし、２次転写ローラ８に高圧電源１３から正極性バイアスを印加する。トナーの２次転写の効率は、本実施の形態に示す画像形成装置では約９０％である。
図２は中間転写体から転写材へのトナー転写後の模式図である。

中間転写体から転写材Ｐ上には９０％のトナー２１が転写され、残りの１０％のトナー２２は中間転写体上に残留する。転写材Ｐ上に転写されたトナー画像は、不図示の定着装置によって転写材Ｐ上に固着される。
次に、クリーニング装置について説明する。
中間転写ベルト６上に残留したトナー２２は、クリーニング装置１で除去され、次のサイクルに備える。図３はクリーニング装置９の詳細図である。

中間転写ベルト６側に開口部を有するケーシング３４と、この開口部にウレタンゴム等から成る板状クリーニング部材であるクリーニングブレード３５を支持部材３５ａによって取り付けている。クリーニング装置９は、中間転写体の支持枠体に装着されており、クリーニングブレード３５は、一辺のエッジを中間転写ベルト９を挟んで駆動ローラ６ｃに対向するように当接しており、主走査方向に対する幅は３５０ｍｍである。中間転写ベルト６上の残留トナーがエッジに達するとこれにより掻き落とされる。掻き落とされたトナーは、ケーシング３４内に落下し、残留トナーを排出するための搬送手段としてスクリュー（不図示）により、クリーニング装置９から排出される。このように構成により、残留トナーによってケーシング３４内が残留トナーにより詰まることがない。
クリーニングブレード３５は、材質がポリウレタンゴムから成り、物性値はＡ硬度が７３°（ＪＩＳの加硫ゴムの試験方法に従って実測）、反発弾性率が５０％である。弾性体から成るブレード方式は、構造が単純で小型であり、コスト面からも有利である。又、クリーニングブレード１５の材質としては、耐薬品性、耐摩耗性、成形性、機械的強度等の点から熱可塑性エラストマーの一種であるポリウレタンゴムを用いている。
ここで、クリーニングブレード１５は、走行する中間転写ベルト９の表面に対してカウンタ方向からクリーニングブレード１５を圧接させる方式を採用しており，当接圧Ｆ＝１０００ｇｆ（＝９．８Ｎ）、当接角度θ＝３０°、自由長Ｌ＝１０ｍｍ、クリーニングブレード１５の板厚２ｍｍとした。
次に、本実施の形態に用いられるトナーとしては、重合法により製造され、低軟化点物質を５〜３０重量％含み、形状係数ＳＦ−１が１００〜１１０である実質球形トナー（以下、単に重合トナーと称す）を用いている。低軟化点物質としては、ＡＳＴＭＤ３４１８−８に準拠して測定された主体極大ピーク値が４０〜９０℃を示す化合物である。重合トナーの極大ピーク値温度の測定は、例えばパーキンエルマー社製ＤＳＣ−７を用いる。装置検出部の温度補正は、インジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。

サンプルは、アルミニウム製パンを用い対照用に空パンをセットし、昇温速度１０℃／ｍｉｎで測定を行った。具体的には、パラフィンワックス、ポリオレフィン、フィッシャートロピッシュワックス、アミドワックス、高級脂肪酸、エステルワックス及びこれらの誘導体又はこれらのグラフト／ブロック化合物が利用できる。好ましくは、下記の一般構造式で示す炭素数が１０以上の長鎖エステル部分を１個以上有するエステルワックスである。具体的なエステルワックスの代表的な化合物の構造式を下記に一般構造式（１），（２），（３）として示す。

本発明で好ましく用いられるエステルワックスは、硬度０．５〜５．０を有するものである。エステルワックスの硬度は、直径２０ｍｍで厚さが５ｍｍの円筒状のサンプルを作製した後、島津製作所製ダイナミック微小硬度計（ＤＵＨ−２００）を用い、ビッカース硬度を測定した値である。測定条件は、０．５ｇの荷重で負荷速度が９．６７ｍｍ／ｓｅｃの条件で１０μｍ変位させた後、１５秒間保持し、得られた打痕形状を測定しビッカース硬度を求める。本発明に好ましく用いられるエステルワックスの硬度は、０．５〜５．０の値を示す。具体的化合物の例を下記の化学式（１），（２），（３），（４）に示す。

尚、ここで言う形状係数ＳＦ−１とは、球状物質の球状の丸さの割合を示す数値であり、球状物質を２次元平面上に投影してできる楕円状の図形の最大長ＭＡＸＬＮＧの２乗を図形面積ＡＲＥＡで割って、１００π／４を乗じたときの値で表わされる。つまり、形状係数ＳＦ−１は次式：

で定義されるものである。

日立製作所ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用いトナー像を無作為に１００個サンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入して解析を行い、上式より算出したものである。

シアントナーは、次のようにして調整した。高速攪拌装置を備えた２１リットル用四つ口フラスコ中にイオン交換水７１０重量部と０．１モル／リットル−Ｎａ_３ ＰＯ_４ 水溶液４５０重量部を添加し、回転数を１２０００回転に調整し、６５℃に加温せしめた。ここに１．０モル／リットルのＣａＣｌ_２ 水溶液６８重量部を徐々に添加し、微少な難水溶液性分散剤Ｃａ_３ （ＰＯ_４ ）_２ を含む分散媒系を調整した。

一方、分散質系は、
スチレン単量体 １６５重量部
ｎ−ブチルアクリレート単量体 ３５重量部
Ｉ．ピクメントブルー１５: ３０１４重量部
飽和ポリエステル １０重量部
｛テレフタール酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールＡ酸価１５、ピーク分子量：６０００}
サリチル酸金属化合物２重量部
下記化合物（極大ピーク値５９．４℃）６０重量部

上記混合物をアトライターを用い３時間分散させた後、重合開始剤である２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）１０重量部を添加した分散物を分散媒中に投入し回転数を維持しつつ１５分間造粒した。その後、高速攪拌器からプロペラ攪拌羽根に攪拌器を変え、内温を８０℃に昇温させ５０回転で重合を１０時間継続させた。重合終了後スリラーを冷却し、希塩酸を添加し分散媒を除去せしめた。更に洗浄し乾燥を行うことでコールターカウンターで測定したシアントナーの重量平均粒径は６．２μｍで個数変動係数が２７％であり、ＳＦ−１が１０４であった。

同様にして、ＳＦ−１が１０４のイエロートナー、マゼンタトナー及びブラックトナーを製造した。尚、着色剤としては、イエロートナーでは、Ｃ. Ｉ. ピグメントイエロー１７、マゼンタトナーでは、Ｃ. Ｉ. ピグメントレッド１２２及びブラックトナーでは、カーボンブラックを用いた。又、クリーニングブレードの研磨、潤滑作用を有するために酸化チタンを外添している。
以上、本実施の形態に示す画像形成装置の構成について説明した。
以下は本実施の形態に係る画像形成装置の特徴である、プリント枚数に基づいて行う制御について説明する。
本実施の形態に係る画像形成装置は、プリント枚数の定義を表１のように用紙の通紙方向の長さで切り分けてカウントとする。

詳細な定義を以下に説明する。

用紙の通紙方向の長さをＬとすると、Ｌがハガキ（縦）サイズ以上で、Ｌｅｔｔｅｒサイズ横以下である場合（１４８［ｍｍ］≦Ｌ≦２１６［ｍｍ］）、通紙１枚に対しカウント１とし、ＬがＬｅｔｔｅｒサイズ横より大で、Ａ４サイズ縦以下である場合（２１６［ｍｍ］＜Ｌ≦３００［ｍｍ］）、通紙１枚に対しカウント１．５とし、ＬがＡ４サイズ縦より大で、Ａ３サイズ縦以下である場合（３００［ｍｍ］＜Ｌ≦４２０［ｍｍ］）、通紙１枚に対しカウント２とする。但し、同一の用紙に両面印刷を行った際は，プリントカウントを２倍する。

以下の表２に、代表的な用紙サイズ及び面積と、本実施の形態で定義している印刷回数との対応を示す。

本発明者等が検討したところ、本実施の形態１に示す画像形成装置は、プリント枚数が１００００カウントになるまで、定期的にクリーニングブレードにトナーが到達するように、中間転写体ベルト６上にトナーを供給する制御をしないと、クリーニング不良の発生確率が高くなることが明らかになった。又、そのトナー量としては、Ｌｅｔｔｅｒ（横）サイズであり、少なくとも１色のベタ画像であった。トナー供給制御の間隔としては、表３のように、

１０００カウントまでは１００カウント毎に、１００１〜５０００カウントまでは５００カウント毎に、５００１〜１００００カウントまでは１０００カウント毎にトナー供給制御を行う。このようにすることで、耐久初期に摩擦係数が高い中間転写ベルトに対し、頻繁にトナーを供給して中間転写ベルトとクリーニングブレードが追従するようにした。そして、耐久が進むに連れて中間転写ベルトはトナーと馴染むので、トナー供給の間隔増加や停止により最低限のトナー消費量で効果を得ることができる。
＜実施の形態２＞
本実施の形態は、画像形成装置の概略構成は前記実施の形態１のそれと同様であるが、モノクロプリントとフルカラープリントとでプリントカウント方法を変えることによって、トナー供給制御の回数を、実施の形態１よりも効率良く実施できる点が異なる。尚、本実施の形態において使用した画像形成装置の主たる構成及びトナー供給制御の方法は、実施例の形態１と同様であり、これらについての詳細な説明は省略する。
通常、中間転写体上の残留トナーは単色トナー（一般的にブラック）を使用するモノクロプリントよりイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色を使用するフルカラープリントの方が多く、クリーニングブレードに到達する残留トナーもモノクロプリントよりフルカラープリントの方が多くなっている。従って、耐久初期に摩擦係数が高い中間転写ベルトにはモノクロプリントよりフルカラープリントの方が、中間転写ベルトとクリーニングブレードとの追従性を上げ、トナーのすり抜け（クリーニング不良）、異音（ブレード鳴き）、異常振動（ビビリ）、エッジ部が中間転写体の回転方向に沿うように反転してしまう現象（ブレードめくれ）の発生を抑える効果がある。
よって、フルカラープリントはモノクロプリントよりもカウント数を小さくすることができ、フルカラープリントは少なくとも２色以上のトナーを使用しているので、（モノクロプリント枚数カウント≧フルカラープリント枚数カウント≧カウント０．２５）とすることができる。
このようにすることで、中間転写ベルトとクリーニングブレードとの追従性を損なうことなく、トナー供給間隔を広げることができ、トナー消費量を抑えることができる。

本発明は、電子写真方式或は静電記録方式を採用する複写機やプリンタ等の任意の画像形成装置に対して適用可能である。

本発明に係る画像形成装置の全体構成を示す説明図である。 本発明に係る画像形成装置が具備する二次転写部における中間転写体から転写材へのトナー転写後の模式図である。 本発明に係る画像形成装置が具備するクリーニング装置の詳細図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電ローラ
３ ＬＤドライバ
４ 反射鏡
５ 現像装置
５Ｙイエロー現像装置
５Ｍマゼンタ現像装置
５Ｃシアン現像装置
５Ｂｋ ブラック現像装置
６ 中間転写ベルト
６ａ中間転写ベルト駆動ローラ
６ｂ２次転写対向ローラ
６ｃ中間転写ベルト張架ローラ
７ １次転写ローラ
８ ２次転写ローラ
９ クリーニング装置
１０感光体ドラムクリーニング装置
１１クリーニングブレード
１２１次転写電源
１３２次転写電源
１４画像コントローラ
１５印字率積算回路
１６ＣＰＵ
１７メモリ
１８ポリゴンミラー
２１転写材上に転写されたトナー像
２２中間転写体上に残留したトナー像

Claims (4)

1. 
   トナー像が形成される像担持体と、該トナー像が転写される中間転写体と、該中間転写体上のトナー像を記録材に転写すべく作用する転写帯電手段と、前記中間転写体に当接し、その表面を清掃する板状クリーニング部材と、を有する画像形成装置において、
   画像形成時の印字枚数検知手段を有し、検知された印字枚数に応じて、画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を前記中間転写体上に転写し、更に前記板状クリーニング部材まで到達させることを特徴とする画像形成装置。
2. 
   前記画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成する回数が印字枚数と共に可変することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 
   前記画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上にトナー像を形成する回数が、印字枚数初期は多く、印字枚数増加と共に少なくなることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 
   前記画像形成時以外の所定タイミングにて、前記像担持体上に形成される前記トナー像は、主走査方向に対する幅が主走査方向に対する最大通紙幅より大きく、更に該板状クリーニング部材幅よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。

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