JP2006189601A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 熱や湿度の影響や外添剤の減少によって転写残トナーの流動性が悪化することがないようにした画像形成装置。
【解決手段】 像担持体に圧接して像担持体に残留した転写残トナーを除去するクリーニングブレードと、像担持体の回転方向に対してクリーニングブレードの圧接位置よりも上流側に位置し像担持体に当接する回転ローラと、回転ローラに対して当接するトナー排出規制部材と、を有し、少なくとも像担持体、回転ローラ及びトナー排出規制部材により転写残トナーを貯溜する貯溜部を形成するクリーニング装置、を備えた画像形成装置であって、クリーニング装置の近傍の温度及び湿度、並びに像担持体の表面の走行距離が所定の条件に達したときは、トナー排出規制部材を回転ローラより一時的に離間させ、貯溜部に貯溜した転写残トナーをトナー排出規制部材及び回転ローラの間隙より排出させること。
【選択図】 図2

Description

本発明は、像担持体に残留した転写残トナーを除去するクリーニング装置を備えた画像形成装置に関する。
感光体ドラムに形成したトナー像を中間転写体に一次転写し、中間転写体に転写されたトナー像を記録材に二次転写し、中間転写体に残留した転写残トナーをクリーニングブレードにて除去する技術は従来より知られている。
また、トナーは母体及び外添剤を混合したものからなるが、母体は顔料、ワックス、樹脂等からなり、外添剤はシリカやチタニア等の帯電付与を行う研磨性粒子や滑材からなる。
クリーニングブレードにより中間転写体の転写残トナーを除去する場合、転写残トナーはクリーニングブレードのエッジで掻き取られるが、エッジにはその一部が付着した状態となる。トナーに含まれる研磨性粒子は潤滑剤ともなり、少量がエッジと中間転写体との隙間に入り込むことにより、クリーニングブレードと中間転写体との摩擦係数を降下させる働きをし、この結果、ブレードめくれを起こさずに、転写残トナーを除去し続けることができる。
しかし、実際にはトナーに含まれるワックスや滑材が部分的に中間転写体に付着し、クリーニングブレードで充分に研磨除去されずに引き延ばされて薄い膜を形成し、進行方向に所謂フィルミング現象が生じる。
更に、トナーは常にエッジに溜まっていることが必要であるが、用紙の一部にしかコピーしない印字率が低い場合には、このようなコピーを多数行うとトナーが欠乏してくる。トナーが欠乏するとクリーニングブレードと中間転写体との摩擦係数が上昇してしまうので、欠乏部所のクリーニングブレードのエッジが損傷し、その部所からワックスや滑材がすり抜けてフィルミングが発生する。
中間転写体にフィルミングが生ずると、その部所の電気抵抗が上昇するために一次転写や二次転写で電荷がフィルミングが生じていない所に優先して流れる結果、フィルミング部所での転写性が悪化し、記録材上では白スジが生ずる。
このような問題に対処するために、感光体ドラムへのクリーニングブレードの当接部より上流側に転写残トナーを貯溜する貯溜部を設け、該貯溜部に貯溜した転写残トナーをクリーニングブレードのエッジに常時供給する方式が想到できる。この結果、クリーニングブレードのエッジで転写残トナーが欠乏しないので、クリーニングブレードのエッジの損傷を防止でき、更に転写残トナーの外添剤の研磨性粒子により中間転写体の研磨も可能になる。
これに類似した方式として、転写残トナーには紙粉も含まれているので、紙粉がクリーニングブレードのエッジに噛み込まれないようにするために、感光体ドラムへのクリーニングブレードの当接部より上流側に転写残トナーを堆積させる堆積溜を感光体ドラムと堆積溜形成手段等によって形成し、感光体ドラムの表面に付着した紙粉を堆積溜の転写残トナーの堆積力で除去するようにした特許文献が開示されている(特許文献1参照)。
なお、特許文献1においては、クリーニング装置を画像形成装置より引き出す際に、手動で前記堆積溜形成手段を回動させて、堆積溜に堆積した転写残トナーをクリーニング装置の底部に落下させ、転写残トナーが外部に脱洩することを防止している。
特開平5−127577号公報
特許文献1に記載の堆積溜形成手段は手動操作によって回動可能であるが、通常は転写残トナーを堆積溜に堆積させている。従って、画像形成装置の作動環境が高温高湿に変化すると、熱や湿度の影響を受けて堆積溜の転写残トナーの流動性が悪化する。その上、堆積溜の転写残トナーが繰り返し利用されると、転写残トナーの外添剤が減少し、更に転写残トナーの流動性が悪化する。このように熱や湿度の影響や外添剤の減少によって流動性が悪化した転写残トナーは、凝縮し易くなり、その結果、クリーニングブレードのエッジでの転写残トナーの滞留や、外添剤の研磨粒子の低下により、潤滑性や研磨性が損なわれてくる。
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、クリーニングブレードの圧接位置よりも上流側に位置して像担持体に当接する回転ローラと、回転ローラに対して当接するトナー排出規制部材とを有し、少なくとも像担持体、回転ローラ及びトナー排出規制部材により転写残トナーを貯溜する貯溜部を形成するクリーニング装置を備えた画像形成装置であって、熱や湿度の影響や外添剤の減少によって転写残トナーの流動性が悪化することがないように、所定の条件に基づいてトナー排出規制部材を回転ローラより一時的に離間させて転写残トナーを貯溜部より排出させるようにした画像形成装置を提案することを目的とする。
上記目的は下記の手段によって達成される。
[請求項1]像担持体に圧接して該像担持体に残留した転写残トナーを除去するクリーニングブレードと、前記像担持体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの圧接位置よりも上流側に位置し、前記像担持体に当接する回転ローラと、前記回転ローラに対して当接するトナー排出規制部材と、を有し、少なくとも前記像担持体、前記回転ローラ及び前記トナー排出規制部材により転写残トナーを貯溜する貯溜部を形成するクリーニング装置、を備えた画像形成装置であって、前記クリーニング装置の近傍の温度及び湿度、並びに前記像担持体の表面の走行距離が所定の条件に達したときは、前記トナー排出規制部材を前記回転ローラより一時的に離間させ、前記貯溜部に貯溜した転写残トナーを前記トナー排出規制部材及び前記回転ローラの間隙より排出させることを特徴とする画像形成装置。
[請求項2]前記クリーニング装置の近傍の温度及び湿度を検知する温湿度検知手段と、前記像担持体の表面の走行距離を検出する走行距離検出手段と、前記排出規制部材を前記回転ローラに対して接離させる駆動手段と、前記温湿度検知手段が検知した温度及び湿度、並びに前記走行距離検出手段が検出した走行距離が所定の条件に達したときは、前記駆動手段によって前記トナー排出規制部材を前記回転ローラより一時的に離間させるべく制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
[請求項3]前記像担持体は、感光体ドラムに形成されたトナー像が一次転写される中間転写体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
[請求項4]前記回転ローラはスポンジローラであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の画像形成装置。
[請求項5]前記トナー排出規制部材は電動により回動することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の画像形成装置。
[請求項6]現像剤強制消費モードの動作を行う前には、前記トナー排出規制部材を前記回転ローラより離間させることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の画像形成装置。
本発明の画像形成装置によれば、クリーニングブレードの圧接位置よりも上流側に位置して像担持体に当接する回転ローラと、回転ローラに対して当接するトナー排出規制部材とを有し、少なくとも像担持体、回転ローラ及びトナー排出規制部材により転写残トナーを貯溜する貯溜部を形成するクリーニング装置を備え、所定の条件に基づいてトナー排出規制部材を回転ローラより一時的に離間させて転写残トナーを貯溜部より排出させるようにしたので、同じ転写残トナーが貯溜部に長く貯溜して、熱や湿度の影響や外添剤の減少によって転写残トナーの流動性が悪化するようなことが生じない。
先ず、像担持体に形成したトナー像を中間転写体に一次転写し、中間転写体に転写されたトナー像を記録材に二次転写して画像形成するカラー画像形成装置の一例を図1を参照して説明する。図1はカラー画像形成装置の構成図である。
図1に示すカラー画像形成装置は、画像形成装置100と画像読取装置200とから構成される。
画像形成装置100は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成手段10Y,10M,10C,10K、ベルト状の中間転写体6、給紙搬送手段20、及び後で詳述するベルト定着装置30とからなる。
画像形成装置100の上部には、自動原稿送り装置201と原稿画像走査露光装置202とから成る画像読取装置200が設置されている。
自動原稿送り装置201の原稿台上に載置された原稿dは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置202の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサCCDに読み込まれる。
ラインイメージセンサCCDにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部101において、アナログ処理、A/D変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、露光手段3Y,3M,3C,3Kに入力される。
イエロー(Y)色の画像を形成する画像形成手段10Yは、像担持体としての感光体ドラム1Yの周囲に配置された帯電手段2Y、露光手段3Y、現像装置4Y及びクリーニング装置5Yを有する。マゼンタ(M)色の画像を形成する画像形成手段10Mは、像担持体としての感光体ドラム1M、帯電手段2M、露光手段3M、現像装置4M及びクリーニング装置5Mを有する。シアン(C)色の画像を形成する画像形成手段10Cは、像担持体としての感光体ドラム1C、帯電手段2C、露光手段3C、現像装置4C及びクリーニング装置5Cを有する。黒(K)色の画像を形成する画像形成手段10Kは、像担持体としての感光体ドラム1K、帯電手段2K、露光手段3K、現像装置4K及びクリーニング装置5Kを有する。帯電手段2Yと露光手段3Y、帯電手段2Mと露光手段3M、帯電手段2Cと露光装置3C、及び帯電手段2Kと露光装置3Kは、潜像形成手段を構成する。
現像装置4Y,4M,4C,4Kは、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及び黒(K)の小粒径トナーとキャリアからなる二成分現像剤を内包する。
中間転写体6は、複数のローラに巻回され、回転可能に支持されている。
画像形成手段10Y,10M,10C,10Kより形成された各色の画像は、回転する中間転写体6上に一次転写手段7Y,7M,7C,7Kにより逐次転写されて(一次転写)、合成されたカラー画像が形成される。
給紙搬送手段20の給紙カセット21内に収容された記録材Pは、給紙手段22により給紙され、給紙ローラ23,24,25,26、レジストローラ27等を経て、転写ローラ9に搬送され、中間転写体6上のカラー画像が記録材P上に転写される(二次転写)。
カラー画像が転写された記録材Pは、ベルト定着装置30において挟着され、熱と圧力とが加えられることにより記録材P上のトナー像が定着されて記録材P上に固定され、排紙ローラ28に挟持される。その後、機外の排紙トレイ29上に載置される。
一方、転写ローラ9により記録材Pにカラー画像を転写した後、記録材Pを曲率分離した中間転写体6は、クリーニング装置8により転写残トナーが除去される。
定着処理された記録材Pを反転排紙する場合には、記録材Pはベルト定着装置30と排紙ローラ28の中間に配置された分岐板28Aの図示右側の搬送路を通過し、下方の第1搬送路〈1〉に搬送された後、逆転搬送されて分岐板28Aの図示左側の第2搬送路〈2〉を通過し、排紙ローラ28により装置外に排出される。
記録材Pの両面に複写する場合には、記録材Pの第1面に形成した画像を定着処理した後、記録材Pを第1搬送路〈1〉、さらに分岐板28Bの下方の第4搬送路〈4〉に導入した後、逆転搬送し、分岐板28Bの図示右側の搬送路を通過させ、第3搬送路〈3〉に搬送した後、上方に迂回し給紙ローラ26により搬送する。記録材Pは画像形成手段10Y,10M,10C,10Kにおいて第2面に各色の画像が両面に形成され、ベルト定着装置30により加熱定着処理され、排紙ローラ28によって装置外に排出される。
なお、以上の画像形成装置においては、カラー画像の形成装置として説明したが、中間転写体を用いればモノクロ画像の形成装置であってもよい。
次に、本発明に係わるクリーニング装置8について詳述する。
図2はクリーニング装置8の拡大図である。6は前述の中間転写体であり、バックアップローラ61等に巻回され、矢印方向に回転する。
80はケーシングで、クリーニング装置8を構成する各部材が装着されている。
81はウレタンゴム等の弾性体からなるクリーニングブレードであり、ブレードホルダ82に接着剤等により固定されている。ブレードホルダ82はケーシング80に設けられた支持軸82Aに回動自在に取り付けられ、引っ張りバネ83によって反時計方向に付勢されている。従って、クリーニングブレード81のエッジ81Aは、中間転写体6の回転方向と反対方向(カウンター方向)に向いた状態で、中間転写体6に圧接している。
84はNBR(アクリルニトリルブタジェンゴム)等から形成されたスポンジローラ(回転ローラ)であり、クリーニングブレード81のエッジ81Aと中間転写体6との当接位置よりも中間転写体6の回転方向上流側の位置で、中間転写体6に当接する。スポンジローラ84は、不図示の回転手段によって回転するが、その回転方向は中間転写体6との当接位置において中間転写体6の回転方向に対して逆方向に回転し、その周速度は中間転写体6の周速度より速い。
85はPET材から形成されて弾性を有するトナー排出規制部材であり、一端がケーシング80の腕部80Aに設けた回転支軸86に貼着され、他端がスポンジローラ84に圧接している。そして、回転支軸86は不図示の駆動手段、例えばソレノイドやモータによって回転可能である。通常は図2に示す如くトナー排出規制部材85はスポンジローラ84に圧接しているが、後述するような画像形成装置の条件によって、回転支軸86が回転し、トナー排出規制部材85は時計方向に回動してスポンジローラ84より離間する。
87はケーシング80の底部に設けられた排出スクリューであり、不図示の回転手段によって回転する。
88はケーシング80に固定されたシール板であり、中間転写体6に当接して、転写残トナーが漏出することを防止している。
以上の如く構成されたクリーニング装置8において、転写ローラ9により記録材Pにトナー画像を転写した後に中間転写体6に残留して付着した転写残トナーは、スポンジローラ84の回転によって中間転写体6より掻き落とされて除去される。また、スポンジローラ84によっても除去しきれずに中間転写体6に付着している転写残トナーは、クリーニングブレード81によって除去される。
この際に、クリーニングブレード81、中間転写体6、スポンジローラ84及びトナー排出規制部材85によって略密閉された空隙が形成されていて、この空隙にスポンジローラ84やクリーニングブレード81によって除去された転写残トナーが貯溜する。以下、この空隙を貯溜部Sと言う。
この結果、貯溜部Sに貯溜した転写残トナーは、研磨剤の役目を果たして中間転写体6を研磨し、フィルミングを除去する。また、転写残トナーは、クリーニングブレード81のエッジ81Aにも供給され、クリーニングブレード81と中間転写体6との摩擦係数を降下させる働きをして、エッジ81Aの欠けや捲れを防止する。
ここで、転写残トナーが貯溜部Sの中で一定量を超えると、転写残トナーの堆積力によってトナー排出規制部材85が変形してスポンジローラ84より僅かに離間し、転写残トナーの一部がトナー排出規制部材85とスポンジローラ84との間隙より下方に落下する。従って、トナー排出規制部材85は圧力調整弁にような作用をして、貯溜部Sに貯溜する転写残トナーは略一定に保たれる。
落下した転写残トナーは搬送スクリュウ87によってクリーニング装置8の外部に搬送され、所定の容器に回収される。
以上の構成のクリーニング装置8において、画像形成装置の作動環境が高温高湿に変化すると、熱や湿度の影響を受けて貯溜部Sの転写残トナーの流動性が悪化する。その上、貯溜部Sの転写残トナーが繰り返し利用されると、転写残トナーの外添剤が減少し、更に転写残トナーの流動性が悪化する。このように熱や湿度の影響や外添剤の減少によって流動性が悪化した転写残トナーは、凝縮し易くなり、その結果、クリーニングブレード81のエッジ81Aでの転写残トナーの滞留や、外添剤の研磨粒子の低下により、潤滑性や研磨性が損なわれてくるという問題が生ずる。
このような問題に対処するためには、時々トナー排出規制部材85を時計方向に大きく回動させて、トナー排出規制部材85とスポンジローラ84との間隙を広げ、貯溜部Sより多量の転写残トナーを排出させて、貯溜部S内の転写残トナーを入れ換えるように制御することが望ましい。
そこで、このような制御の効果を確認するために、下記の如き条件で実験を行い、中間転写体6におけるフィルミングによる白スジの発生状況を評価した。
(1)実験機の構成
実験機:図1の如きタンデムフルカラー複写機
像担持体:外径60mmの感光体ドラムに中間転写体を摺接
一次転写ローラ:外径20mmのスポンジローラ、抵抗値1×107Ω
一次転写の転写制御:定電流制御
中間転写体のクリーニング装置:クリーニングブレード方式
(2)クリーニング装置の構成
クリーニングブレード
材質:ウレタンゴム
形状:厚み2mm、自由長9mm
当接条件:支点回動式、バネ荷重方式
バネ荷重:0.16N/cm
当接角:17°
スポンジローラ
材質:NBR(アクリルニトリルブタジェンゴム)
硬度:30°(アスカー硬度C)
ローラ外径:17mm
芯金径:9mm
ベルト食い込み量:0.5〜1.0mm
トナー排出規制部材
材質:PET
板厚:0.05mm
自由長:9mm
当接圧:約0.014N/cm
(3)実験条件
a.制御方法
実験機に設けた温湿度センサにより、クリーニング装置近傍の温度及び部湿度を4時間毎に検知する。また、中間転写体の回転時間を検知して、中間転写体の走行距離を検出する。そして、表1に示す条件に達したときは、トナー排出規制部材を5〜10秒の間、時計方向に回動させ、スポンジローラより一時的に離間させる。
Figure 2006189601
ここで、トナー排出規制部材の制御に関するブロック図を図3に示す。図3において、CPU90(制御手段)は、温湿度センサ91(温湿度検知手段)が検知したクリーニング装置近傍の温度及び湿度を入力する。また、中間転写体を回転させるモータ92の回転時間より中間転写体の走行距離をCPU90(走行距離検出手段)が検出する。そして、CPU90は、クリーニング装置近傍の温度及び湿度、並びに中間転写体の走行距離が予め記憶されている表1に示す条件に達したか否かを判別し、達しているときは、CPU90はソレノイド93を駆動してトナー排出規制部材をスポンジローラより一時的に離間させる。
b.複写原稿
Y,M,C,K色とも5%印字の文字チャート
c.実験方法
上記の制御を行った場合と制御を行わない場合とで、高温高湿(30℃、80%RH)の環境下で、A4サイズの連続100,000枚のランニングテストを行った。
なお、5,000枚毎にA3サイズ全面のハーフトーンを出力してフィルミングによる白スジを確認し、白スジの発生状況を表2に示す如く5段階に分けて評価した。
Figure 2006189601
(4)実験結果
表3に示す。
Figure 2006189601
この結果、前述の如く制御した方が白スジの発生が少なくなることが明らかになった。
加えて、現像剤強制消費時のトナー排出規制部材の作動についても実験した。
現像剤強制消費モードは、トナー消費量が少ない場合に現像器内でトナーが劣化することを防止するために行うものであり、一般的にY,M,C,Kの各色をベタで20秒出力し、その後、消費トナーをクリーニング装置で搬送するために60秒動作させる。
本実験においては、通常のA4サイズのコピーを黒色のみで5000コピー行い、その後、現像剤強制消費モードの動作をYトナーのみで行った。
そして、現像剤強制消費モード動作の前に、トナー排出規制部材を作動させて転写残トナーを排出させた場合と、トナー排出規制部材を作動させない場合とで、現像剤強制消費モード動作後にクリーニング装置の貯溜部に貯溜する転写残トナーの色を確認した。
この結果、トナー排出規制部材を作動させて転写残トナーを排出させた場合には、貯溜部の転写残トナーは殆どYトナーで新たな転写残トナーに入れ換わっていて、トナー排出規制部材を作動させない場合には、KトナーとYトナーとが混在していた。
依って、現像剤強制消費モードを実施する前には、トナー排出規制部材を作動させることが望ましい。
なお、以上の如き構成における像担持体としては、必ずしも中間転写体に限定されるものではなく、感光体ドラムであってもよい。
また、温湿度センサ91(温湿度検知手段)をクリーニング装置の近傍に配置してもよいが、場合によっては画像形成装置の外部に配置してもよい。この場合は、室内の温湿度を検知し、CPU等によりクリーニング装置の近傍の温湿度を推測することになる。
更に、回転ローラとしては、必ずしもスポンジローラに限定されるものではなく、場合によってはゴムローラや樹脂ローラであってもよい。
カラー画像形成装置の構成図である。 クリーニング装置の拡大図である。 トナー排出規制部材の制御に関するブロック図である。
符号の説明
6 中間転写体
8 クリーニング装置
81 クリーニングブレード
81A エッジ
84 スポンジローラ
85 トナー排出規制部材
P 記録材
S 貯溜部

Claims (6)

  1. 像担持体に圧接して該像担持体に残留した転写残トナーを除去するクリーニングブレードと、
    前記像担持体の回転方向に対して前記クリーニングブレードの圧接位置よりも上流側に位置し、前記像担持体に当接する回転ローラと、
    前記回転ローラに対して当接するトナー排出規制部材と、を有し、
    少なくとも前記像担持体、前記回転ローラ及び前記トナー排出規制部材により転写残トナーを貯溜する貯溜部を形成するクリーニング装置、を備えた画像形成装置であって、
    前記クリーニング装置の近傍の温度及び湿度、並びに前記像担持体の表面の走行距離が所定の条件に達したときは、前記トナー排出規制部材を前記回転ローラより一時的に離間させ、前記貯溜部に貯溜した転写残トナーを前記トナー排出規制部材及び前記回転ローラの間隙より排出させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記クリーニング装置の近傍の温度及び湿度を検知する温湿度検知手段と、
    前記像担持体の表面の走行距離を検出する走行距離検出手段と、
    前記排出規制部材を前記回転ローラに対して接離させる駆動手段と、
    前記温湿度検知手段が検知した温度及び湿度、並びに前記走行距離検出手段が検出した走行距離が所定の条件に達したときは、前記駆動手段によって前記トナー排出規制部材を前記回転ローラより一時的に離間させるべく制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記像担持体は、感光体ドラムに形成されたトナー像が一次転写される中間転写体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記回転ローラはスポンジローラであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記トナー排出規制部材は電動により回動することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の画像形成装置。
  6. 現像剤強制消費モードの動作を行う前には、前記トナー排出規制部材を前記回転ローラより離間させることを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の画像形成装置。
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