JP4207475B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、像担持体上のトナー像を効率よく転写することができる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フルカラー画像を形成する場合に、感光体上に形成されたトナー像を記録紙に転写する方式として、搬送ベルト上を搬送される記録紙または直接搬送される記録紙に直接転写を行う直接転写方式と、感光体と同方向に移動する中間転写体に一旦転写し、中間転写体から記録紙に再転写を行う中間転写方式が用いられている。近年では、カラー画像の高画質化や各種記録紙への対応等の要請から、特に中間転写方式が広く用いられるとともに、転写手段には、コロトロンなどの非接触方式のものより転写ロールなどの接触方式のものが主流となっている。そして、何れの方式を用いる場合であっても、感光体上のトナー像が記録紙や中間転写体などの被転写体に転写された後、感光体上の残留トナーは、クリーナによってクリーニングされる。
【０００３】
したがって、転写率が低く、残留トナーが多いとトナーの消費量が多くなるのでランニングコストが高くなるとともに、クリーナによるクリーニング負担が増加したり、感光体の磨耗が早くなるという問題がある。さらに、フルカラー画像を形成する場合に、被転写体に色トナー像が順次多重転写されるのに伴って、被転写体上のトナー層が厚くなるため、被転写体が感光体に押圧されて形成される転写位置のニップ圧が高くなり、感光体上のトナーの付着力が局所的に強くなるため、感光体上に形成されたトナー像の一部が被転写体に転写されない「中抜け現象」が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
「中抜け」を回避する手段として、特開平１０−４８９６２号公報では、１０点平均表面粗さＲｚが４〜３０μｍである中間転写体を用いる技術が開示されており、特開平８−１３７１８３号公報では、像担持体の１０点平均粗さＲｚ１と、中間転写体の１０点平均粗さＲｚ２と、受像紙の１０点平均粗さＲｚ３の関係をＲｚ１＜Ｒｚ２＜Ｒｚ３とする技術が開示されている。
【０００５】
また「高転写率」を得る手段として、特開平２０００−１６２８９９号公報では、中間転写体の移動速度を像担持体の移動速度より速く設定し、速度差を持たせることにより像担持体上のトナーにせん断力を作用させ、ファンデルワース力とクーロン力とによって像担持体に付着しているトナーが中間転写体に容易に転写できるようにした技術が開示され、特開平７−１２７２０１号公報では、中間転写体にトナーと同じ大きさの１０点平均粗さＲｚ（５μｍ以上２０μｍ以下）をもたせ、中間転写体は像担持体と速度差を持たせて接触させる技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−４８９６２号公報あるいは特開平８−１３７１８３号公報で開示された表面粗さの中間転写体を用いて、クーロン力のみで転写を行っても、転写率を向上させるには至らず、特に多重転写を行う場合には、中抜けが発生してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特開平２０００−１６２８９９号公報で開示された技術によれば、多重転写を行う際には中間転写体上に既に転写されているトナーが摩擦力として作用し充分なせん断力を得ることができるが、中間転写体上に１色目の転写を行うときは摩擦力が弱く、充分なせん断力が作用しないため、残留トナーが劣化し、転写助剤の埋まり込みや脱離によって転写率が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
さらに、特開平７−１２７２０１号公報で開示された技術によれば、中間転写体表面に粗さを持たせたことにより、１色目の転写においてもせん断力を得ることができるが、表面粗さが５μｍ以上、かつ２０μｍ以下と粗いため、小径の残トナーは埋没し、クリーニングが困難になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、トナーが劣化したときに生じる像担持体から被転写体へのトナー像の転写率の低下を防止することにより、画像の中抜けがなく、しかも高転写率が維持できる、中間転写方式の画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する第１の発明の画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成し、形成されたトナー像を最終的に記録媒体上に転写及び定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
所定の移動方向に移動し、該像担持体上に形成されたトナー像の転写を受ける、表面に、該移動方向の凹凸を有する中間転写体を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように、移動方向の凹凸を有する中間転写体を備えているので、像担持体上に形成されたトナー像には摩擦力によるせん断力が作用するので転写率を高めることができる。
【００１２】
上記の目的を達成する第２の発明の画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を、該像担持体に接触する経路を経由して移動する中間転写体に一旦転写し、該中間転写体に転写されたトナー像を記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
上記中間転写体の移動方向に交わる幅方向の往復移動を繰り返すことにより該中間転写体表面に該幅方向の掻き傷をつける表面粗し部と、上記表面粗し部を移動させるとともに、該表面粗し部の往復移動に応じて上記中間転写体を移動させる制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように、中間転写体表面に幅方向の掻き傷をつける表面粗し部と、その表面粗し部の駆動制御を行う制御部を備え、トナーが劣化し、転写率が低下すると中間転写体表面に掻き傷をつけるので、像担持体上に形成されたトナー像には摩擦力によるせん断力が作用し高転写率を維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の画像形成装置の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、第１の発明の第１の実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。
【００１６】
図１に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転しながらトナー像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を均一に帯電する帯電器１２と、帯電した感光体ドラム１１に露光光を照射し静電潜像を形成する露光装置１３と、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）それぞれの色のトナーで静電潜像を現像する現像器３１〜３４をドラム周囲に配した、感光体ドラム１１に近接する位置で回転するロータリー現像装置３０とを備えている。
【００１７】
また、駆動ロール２１、従動ロール２２、テンションロール２３、対向ロール２４に張架され感光体ドラム１１に接触する経路を経由して矢印Ｂ方向に循環移動する中間転写ベルト２０と、感光体ドラム１１に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成する１次転写ロール１４と、対向ロール２４に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成し、中間転写ベルト２０に重ねられた記録媒体に電圧を印加する２次転写ロール２５とを備えている。２次転写ロール２５の上流には記録媒体を収納する図示しない用紙トレイから送り出された記録媒体をニップ部に案内するシュート２８と、ニップ部から出てきた記録媒体を案内する用紙搬送ガイド２６と、記録媒体を搬送する用紙搬送ベルト２７と、記録媒体上のトナー像を加熱および加圧することにより記録媒体上にトナー像を定着させる定着器２９とを備えている。
【００１８】
さらに、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０にトナー像を転写した後に感光体ドラム１１上に残留するトナーをクリーニングするリフレッシャ１５と、中間転写ベルト２０から記録媒体にトナー像を転写した後に中間転写ベルト２０上に残留するトナーをクリーニングするベルトクリーナ１６とを備えている。
ここで、リフレッシャー１５は、ロール形状のブラシで感光体ドラム１１上の残トナーを摺擦して掃き落とし、一部回収した後、画像形成終了後に、その回収したトナーを吐き出すというサイクルを有するものであり、通常のクリーナブレードと比べて感光体ドラム１１に対する圧接力が弱いので感光体ドラム１１を長寿命化することができるとともに、トナー回収手段が不要となるので、クリーナの小型化が図れる。
【００１９】
本実施形態の画像形成装置は、中間転写ベルトの表面に、幅方向の掻き傷による、中間転写ベルトの移動方向の凹凸があり、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、その凹凸によりせん断力を受け、クーロン力によって中間転写ベルト上に容易に転写されるので、転写率が高く、感光体ドラム１１上の残トナーが少ないので、クリーナに代えてリフレッシャー１５を使用することができる。
【００２０】
この画像形成装置で画像を形成する場合には、先ず感光体ドラム１１表面を均一に帯電させ、その感光体ドラム１１表面を、色分解した各色毎の画像信号により変調した露光光を照射することにより、感光体ドラム１１上に各色毎の静電潜像を形成し、その静電潜像をロータリー現像装置３０の対応する色の現像器３１〜３４で現像して各色毎のトナー像を形成する工程をＹＭＣＫ各色毎に４回繰り返し、そのＹＭＣＫ各色毎のトナー像を１次転写ロール１４で中間転写ベルト２０上にその都度転写して、中間転写ベルト２０上に多重色トナー像を形成する。
【００２１】
そして、図示しない用紙トレイから送り出され、シュート２８で案内された記録媒体をその多重色トナー像に重ね合わせて、２次転写ロール２５と対向ロール２４とにより形成されたニップ部を通過させることにより多重色トナー像を記録媒体に静電転写し、セルフストリッピングした記録媒体をさらに定着器２９で定着して記録媒体上に画像を形成する。
【００２２】
図２は、中間転写ベルトを模式的に示す図であり、図２（ａ）は、中間転写ベルトの表面を示し、図２（ｂ）は、中間転写ベルトの断面を示す。
【００２３】
図２に示すように、中間転写ベルト２０表面には、中間転写ベルト２０の移動方向に交わる幅方向の掻き傷２０ａがあり、中間転写ベルト２０の移動方向には、１０点平均粗さが２μｍの凹凸２０ｂがある。
【００２４】
本実施形態では、カーボンなどの抵抗調整剤が所定量分散配合されたポリイミド樹脂で構成され、体積抵抗は、１００Ｖ印加時で１０１ｏｇΩ・ｃｍに設定されているが、これに限定されない。
【００２５】
なお、中間転写ベルトには、ウレタンブレードからなるベルトクリーナー１０が備えられているが、クリーニング性に応じて金属スクレーパ、あるいはウレタンブレードと金属スクレーパの複合されたものを用いることもできる。
【００２６】
図３は、中間転写ベルト表面の凹凸により、感光体ドラム上のトナーが受けるせん断力を示す模式図である。
【００２７】
図３において、トナーを担持した感光体ドラム１１は、矢印Ａ方向に回転し、表面に凹凸のある中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１１に接触しながら矢印Ｂ方向に移動し、感光体ドラム１１からトナー像の転写を受ける。
【００２８】
感光体ドラムの表面層には、ポリテトラフルオエチレン（以下ＰＴＦＥ）の微粒子が分散され、微粒子含有量は表面層中の固形分全量基準で７％重量に設定されているが、これに限定されない。
【００２９】
感光体ドラム１１の移動速度は２００ｍｍ／秒、中間転写ベルト２０の移動速度は２０２ｍｍ／秒に設定され、感光体ドラム１１と中間転写ベルト２０とは速度差が設けられている。また、トナーＴは、平均粒径６．５μｍ、形状係数１１８である球形トナーが用いられ、クリーニング性、転写性、帯電維持性を向上させるため外添剤が添加されているが、これらに限定されない。
【００３０】
ここで、トナーＴの形状係数Ｋは次式により求めることができる。
【００３１】
Ｋ＝｛（トナー径の絶対最大長）2/トナーの投影面積｝×１００π／４
図に示すように、トナーＴを担持した感光体ドラム１１が矢印Ａ方向に回転し、表面に凹凸がある中間転写ベルト２０が感光体ドラム１１に対して速度差をもって矢印Ｂ方向に移動すると、トナーＴには、矢印Ｃ方向のせん断力１０が作用するので、感光体ドラム１１表面からトナーＴが掻き取られ転写率の低下が防止できる。トナーＴと中間転写ベルト２０表面との摩擦力は、中間転写ベルト２０表面に、幅方向の掻き傷による移動方向の凹凸２０ｂがあるときに最大となり、トナーＴに作用するせん断力１０も最大になる。
【００３２】
次に、表面に凹凸を有する中間転写ベルトを用いた本実施形態の画像形成装置の効果を確認する試験結果について説明する。
【００３３】
試験は、感光体ドラム上にトナー像を形成後、順次中間転写ベルトに１次転写し、記録媒体に２次転写する前に画像形成装置をストップさせて行う。
【００３４】
画像形成がＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ色の順で行われ、例えばＣ色トナー像を１次転写した後にストップした場合は、感光体上に、Ｃ色の残トナーとともに、中間転写ベルト上に既に転写されたＹ，Ｍ色の一部が逆に転移したリトランスファ・トナーが付着している。これらのトナーをテープにすべて転写させ、そのテープをトナー濃度限度見本によりグレード付けする。これを１次転写の印加電圧を変えながら行うと、残トナー量は、印加電圧の上昇に従い減少し、リトランスファ・トナー量は、印加電圧の上昇に従い増加する。この測定を各色トナー像の形成毎に行う。
【００３５】
効果は、表１に示すトナー残量限度見本に基いてグレードで評価する。
【００３６】
【表１】
【００３７】
図４は、ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量とリトランスファー・トナー量をそれぞれ測定し、グレード付けした結果を示す図であり、縦軸は、トナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、１次転写ロールに印加される１次転写バイアス電圧をあらわしている。
【００３８】
図４に示す、実線であらわす転写残トナー量は、各色のトナー像を形成したときの転写残トナー量のうち、転写残トナー量が最も多い色の傾向曲線を表し、点線であらわすリトランスファー・トナー量は、各色のトナー像を形成したときのリトランスファー・トナー量のうち、リトランスファーが最も早い色の傾向曲線を表す。
【００３９】
図から明らかなように転写残トナー量は、１次転写バイアス電圧が高くなると減少するが、反面、リトランスファー・トナー量は増加する。したがって、本実施形態では、両方の傾向曲線の交点をクロスポイントと定義し、このクロスポイントにおけるグレードによって転写残トナー量およびリトランスファー・トナー量を評価すれば、フルカラーの画像形成においてもクロスポイント以下のトナー残量を達成することができる。
【００４０】
ここで、トナー残量限度見本におけるグレード２は、最も色差として感知される、Ｋ色トナーがＹ色トナーに混色した場合の最大値であり、これ以上のトナー量が混色すると目視により色差として感知されるグレードである。したがって、クロスポイントのグレードが２以下であれば、感光体ドラム上の残トナーをクリーニングしなくても、中間転写ベルトに転写され、さらに記録媒体に転写されたときに正規のトナー像との色差変動は生じないので、感光体ドラム上の残トナーをクリーナで回収しなくてもよい。
【００４１】
本実施形態の画像形成装置でプリントを約３００００枚行ったときにクロスポイントにおけるグレードは、２を維持し、感光体ドラムに残留する残トナーが劣化したことに伴う転写率低下は確認できず、転写率の高い維持性を持った画像形成装置を得ることができた。ちなみに、プリントを約３００００枚行った段階で、中間転写ベルト２０に備えるベルトクリーナ１６が劣化しクリーニング不良が発生したため試験を終了した。
本実施形態は、４サイクル方式の画像形成装置に基いて説明したが、タンデム方式の画像形成装置であっても適用される。また、中間転写ベルトに限らず、中間転写ドラムであっても適用される。
【００４２】
次に、第２の実施形態の画像形成装置について説明する。
【００４３】
第２の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の第１の実施形態に相当する。
【００４４】
第２の実施形態は、第１の実施形態と較べて感光体ドラム上に残留するトナー量を検知する残トナー検知部と、中間転写ベルトの幅方向に掻き傷をつける表面粗し装置と、その表面粗し装置の表面粗し部の幅方向の移動と、表面粗し部の移動に応じて中間転写ベルトの移動を制御する制御部とを備えている点は相違するがそれ以外は共通するので、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図５は、第２の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００４６】
図５に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転しながらトナー像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を均一に帯電する帯電器１２と、帯電した感光体ドラム１１に露光光を照射し静電潜像を形成する露光装置１３と、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）それぞれの色のトナーで静電潜像を現像する現像器３１〜３４をドラム周囲に配した、感光体ドラム１１に近接する位置で回転するロータリー現像装置３０とを備えている。
【００４７】
また、駆動ロール２１、従動ロール２２、テンションロール２３、対向ロール２４に張架され感光体ドラム１１に接触する経路を経由し、感光体ドラム１１と速度差をもって矢印Ｂ方向に循環移動する中間転写ベルト２０と、感光体ドラム１１に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成する１次転写ロール１１４と、対向ロール２４に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成し、中間転写ベルト２０に重ねられた記録媒体に電圧を印加する２次転写ロール２５とを備えている。２次転写ロール２５の上流には記録媒体を収納する図示しない用紙トレイから送り出された記録媒体をニップ部に案内するシュート２８と、ニップ部から出てきた記録媒体を案内する用紙搬送ガイド２６と、記録媒体を搬送する用紙搬送ベルト２７と、記録媒体上のトナー像を加熱および加圧することにより記録媒体上にトナー像を定着させる定着器２９とを備えている。さらに、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０にトナー像を転写した後に感光体ドラム１１上に残留するトナーをクリーニングするリフレッシャ１５と、中間転写ベルト２０から記録媒体にトナー像を転写した後に中間転写ベルト２０上に残留するトナーをクリーニングするベルトクリーナ１６とを備えている。
【００４８】
また、本実施形態の画像形成装置は、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０にトナー像を転写した後に、感光体ドラム１１上に残留する残トナー量を検知する残トナー検知センサ１８と、中間転写ベルト２０の移動方向Ｂに交わる幅方向の往復移動を繰り返すことにより中間転写ベルト表面に幅方向の掻き傷をつける表面粗し装置１７と、表面粗し装置１７が具備する、図示しない表面粗し部を往復移動させるとともに、その表面粗し部の往復移動に応じて中間転写ベルト２０を移動させる制御部１９とを備えている。
【００４９】
この画像形成装置で画像を形成する場合には、先ず感光体ドラム１１表面を均一に帯電させ、その感光体ドラム１１表面を、色分解した各色毎の画像信号により変調した露光光を照射することにより、感光体ドラム１１上に各色毎の静電潜像を形成し、その静電潜像をロータリー現像装置３０の対応する色の現像器３１〜３４で現像して各色毎のトナー像を形成する工程をＹＭＣＫ各色毎に４回繰り返し、そのＹＭＣＫ各色毎のトナー像を１次転写ロール１４で中間転写ベルト２０上にその都度転写して、中間転写ベルト２０上に多重色トナー像を形成する。
【００５０】
そして、図示しない用紙トレイから送り出されシュート２８で案内された記録媒体をその多重色トナー像に重ね合わせて、２次転写ロール２５と対向ロール２４とにより形成されたニップ部を通過させることにより多重色トナー像を記録媒体に静電転写し、セルフストリッピングした記録媒体をさらに定着器５４で定着して記録媒体上に画像を形成する。
【００５１】
残トナー検知センサ１８は、感光体ドラム１１に光を照射し、感光体ドラム１１上の残トナーで反射した反射光を受光することにより、残トナー量を検知し、その検知結果は、制御部１９に送られる。制御部１９は、その検知結果が閾値を超えたタイミングで表面粗し装置１７の、図示しない表面粗し部を所定回数移動させるとともに、中間転写ベルト２０をその表面粗し部の移動に応じて移動させ、表面に幅方向の掻き傷をつけると、中間転写ベルト２０表面には、図２で説明した、中間転写ベルトの移動方向に凹凸がつく。
【００５２】
本実施形態では、制御部が残トナー検知センサ１８の検知結果が閾値を越えたときに表面粗し装置１７の表面粗し部を移動させることにしているが、画像形成装置の準備処理などに合わせて移動させることもできる。また、表面粗し部を所定回数移動させることにしているが、中間転写ベルトの同一個所を複数回往復移動させながら、中間転写ベルトを移動させることもできる。
【００５３】
このように、中間転写ベルト２０の移動方向に凹凸をつけると、トナー像を担持した感光体ドラム１１が矢印Ａ方向に回転し、表面に凹凸がある中間転写ベルト２０が感光体ドラム１１に対して速度差をもって矢印Ｂ方向に移動すると、トナー像には、図３で説明したせん断力が作用するので、感光体ドラム１１表面からトナー像を１次転写させるときの転写率を向上させることができる。
【００５４】
次に、トナーの劣化と転写率との関係について説明する。
【００５５】
図６は、トナーを補給することなくオフラインで現像器内のトナーの攪拌（空回し）を行いトナーの劣化を加速させたときの、攪拌時間と転写率との関係を示す図である。
【００５６】
図６において、縦軸は、表１で示したトナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、１次転写ロールに印加される１次転写バイアス電圧をあらわしている。図中の実線は、図４で説明した、ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量とリトランスファー・トナー量をそれぞれ測定し、グレード付けした結果を示す図であり、転写残トナー量は、各色のトナー像を形成したときの転写残トナー量のうち、転写残トナー量が最も多い色の傾向曲線を表し、点線であらわすリトランスファー・トナー量は、各色のトナー像を形成したときのリトランスファー・トナー量のうち、リトランスファーが最も早い色の傾向曲線を表している。ただし、転写残トナー量は、空回し時間を変化させたときのそれぞれの傾向曲線を表している。
【００５７】
図から明らかなように、空回し時間が０で、トナーが劣化していないときのクロスポイントは、目標値である、グレード２以下であることがわかる。しかし、空回し時間が長くなり、トナーが劣化するのに伴って１色目の転写率が低下している。
【００５８】
これは、中間転写体ベルトとトナーの摩擦力が小さい単色の転写では、感光体ドラムと中間転写体ベルトとに速度差をつけた場合でも、トナーが劣化して転写助剤等の外添剤がトナーに埋まり込んだり脱離して感光体ドラムとの付着力が増した状態では、クーロン力のみによる転写となるため、転写率が低下すると考えられる。なお、多重色の転写に関しては、トナー劣化に伴う転写率の低下は確認できなかった。これは、中間転写ベルトに既に転写されているトナーが摩擦力となり、感光体ドラムからトナーを掻き取る効果が大きいためと考えられる。
【００５９】
したがって、トナー劣化すなわち転写助剤等の外添剤トナー埋まり込みや脱離は、単色の転写率をモニターすることにより検知することができる。
【００６０】
図７は、残トナー検知センサを示す概略構成図である。
【００６１】
図７に示す残トナー検知センサ１８は、感光体ドラム１１表面に光を照射する発光素子１８ａおよび感光体ドラム１１表面で反射した正反射光を受光して受光信号を出力する受光素子１８ｂを有する。感光体ドラム１１の地肌の受光信号を予め測定しておき、その受光信号と画像形成の準備処理の際に測定した感光体ドラム１１表面の受光信号とを比較することにより、感光体ドラム１１表面の残トナー量を検知することができる。
【００６２】
この残トナー検知センサ１８によって検知された残トナー量が多いときは、トナーの付着力が強く、感光体ドラム１１上の残トナーが劣化し付着力を強めていると判断することができる。
【００６３】
次に、トナーが劣化しているときに、摩擦力を高める手段について説明する。
【００６４】
図８は、表面粗し装置を示す概略構成図である。
【００６５】
図８に示す表面粗し装置１７は、中間転写ベルト２０表面に垂直に当接し掻き傷をつける板状部材４２ｂ、および回転することによりその板状部材４２ｂを矢印Ｄ方向に移動させる歯車４２ａを有する表面粗し部４２と、表面粗し部４２の歯車と噛合う螺旋状のギヤ４１ａがあり、左右に回転することにより歯車を矢印Ｄ方向に移動させる２本の駆動ギヤ４１と、表面粗し部４２、および２本の駆動ギヤ４１を収納するとともに中間転写ベルト２０表面から生じる掻きくずを収容する筐体４３とを備えている。
【００６６】
ここで、表面粗し部４２は、板状部材４２ｂに代えて、回転する金属繊維から成るブラシロール（後述する）を備えることにしてもよい。
【００６７】
次に、図示しない制御部の作用について説明する。
【００６８】
制御部は、残トナー検知センサによって検知された残トナー量が閾値をこえると、例えば準備処理など画像が形成されないタイミングで、図示しないモータを駆動し、駆動ギヤ４１を回転させて表面粗し部４２を矢印Ｄ方向に移動させる。板状部材４２ｂが中間転写ベルト２０の端を越えると、制御部は駆動ギヤ４１を一旦停止させ、板状部材４２ｂの幅だけ中間転写ベルト２０を移動させる。次に、制御部は、モータを逆回転させることにより駆動ギヤ４１を逆回転させ、表面粗し部４２を矢印Ｄ方向と逆方向に移動させる。以下、制御部は、同様の作用を所定の時間繰り返し、中間転写ベルト表面全体に移動方向の凹凸をつけ、これによって、感光体ドラム上のトナーと中間転写ベルトとの摩擦力を高めることができる。
【００６９】
ここで、制御部は、この画像形成装置で画像がプリントされる枚数をカウントする枚数カウント手段、又は感光体ドラムの累積回転数をカウントする回転数カウント手段を持ち、残トナー検知センサ１８による残トナー量の検知に代えて、それらの手段によってトナー劣化を検知し、表面粗し部と中間転写ベルトとを駆動させることもできる。
【００７０】
本実施形態では表面粗し部４２は、中間転写ベルト表面上の同じ個所は１回だけ通過するように制御部によって制御されているが、必ずしも１回だけに限らず、同じ個所を往復２回通過するように制御することもできる。
【００７１】
本実施形態では、表面粗し部４２の移動回数により中間転写ベルト表面の凹凸を制御部により制御しているが、表面粗し部の押圧力により制御することもできる。
【００７２】
このように、トナーが劣化して残トナー量が増加すると、中間転写ベルトの表面に凹凸をつけ、感光体ドラム上のトナーと中間転写ベルトとの摩擦力を高めるので、トナーの転写率を所定のグレードに維持することができる。
【００７３】
次に、本実施形態の表面粗し装置を備えた画像形成装置について、効果を確認した結果について説明する。
【００７４】
本実施形態の画像形成装置でプリントを行い、クロスポイントを評価したところ、約６００００枚プリントまでグレード２以下を維持しトナー劣化に伴う単色の転写率低下は確認できず、高い維持性をもつ画像形成装置が得られた。なお、約６００００枚プリントで、クリーナーブレード１０が劣化しクリーニング不良が発生したため実験を終了した。第１の実施形態と比較してクリーニングブレード１０の寿命が２倍となっているが、表面に凹凸をつけた中間転写ベルトを初期から用いるのではなく、トナーの劣化に伴って中間転写ベルトに凹凸をつけるので、クリーニングブレードの負荷が最小限に抑えられたことによる。
【００７５】
本実施形態は、４サイクル方式の画像形成装置に基いて説明したが、タンデム方式の画像形成装置であっても適用される。また、中間転写ベルトに限らず、中間転写ドラムであっても適用される。
【００７６】
次に、第３の実施形態の画像形成装置について説明する。
【００７７】
第３の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の第２の実施形態に相当する。
【００７８】
第３の実施形態は、第２の実施形態と較べて感光体ドラム上に残留するトナー量を検知する残トナー検知部に代えて、この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数をカウントする枚数カウント手段を備え、また表面粗し装置の表面粗し部が、板状部材に代えて、ブラシロールを備えている点は相違するがそれ以外は共通するので、画像形成装置全体の構成の説明は省略し、相違点について説明する。
【００７９】
図９は、この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数と転写率との関係を示す図である。
【００８０】
図９において、縦軸は、表１で示したトナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、制御部が有する枚数カウント機能によりカウントしたプリント枚数をあらわしている。図中の実線は、転写電圧を一定にして、単色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量を測定し、グレード付けした結果を示す図であり、プリント枚数が増加すると、それに比例してグレードが悪化し、トナーが劣化することが確認された。
【００８１】
したがって、トナー劣化すなわち転写助剤等の外添剤トナー埋まり込みや脱離は、プリント枚数をモニターすることにより検知することができる。
【００８２】
図１０は、表面粗し装置の表面粗し部を示す図である。
【００８３】
第３の実施形態の表面粗し装置は、第２の実施形態の表面粗し装置と較べて、表面粗し部が相違するが、それ以外は共通するので、相違点について説明する。
【００８４】
図１０に示す表面粗し部４２は、金属繊維から成るブラシロール４２ｃと、駆動ギヤの螺旋状のギヤと噛合う歯車４２ａとを備えている。そして、制御部は、駆動ギヤを回転させると共に、ブラシロール４２ｃを回転させて、中間転写ベルトの表面に、幅方向の掻き傷をつける。
【００８５】
次に、本実施形態の表面粗し装置を備えた画像形成装置について、効果を確認した結果について説明する。
【００８６】
本実施形態の画像形成装置でプリントを行い、クロスポイントを評価したところ、約６００００枚プリントまでグレード２以下を維持しトナー劣化に伴う単色の転写率低下は確認できず、第２の実施形態の画像形成装置と同様の効果が得られた。
【００８７】
次に、第４の実施形態の画像形成装置について説明する。
【００８８】
第４の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の第３の実施形態に相当する。
【００８９】
第４の実施形態は、第３の実施形態と較べて、この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数をカウントする枚数カウント手段に代えて、制御部に有する感光体ドラムの累積回転数カウント機能を備える点は相違するがそれ以外は共通するので、感光体ドラムの累積回転数と転写率との関係について説明し、重複する説明は省略する。
【００９０】
図１１は、感光体ドラムの累積回転数と転写率との関係を示す図である。
【００９１】
図１１において、縦軸は、表１で示したトナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、制御部が有する回転数カウント機能によりカウントした累積回転数をあらわしている。図中の実線は、転写電圧を一定にして、単色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量を測定し、グレード付けした結果を示す図であり、累積回転数が増加すると、それに比例してグレードが悪化し、トナーが劣化することが確認された。
【００９２】
本実施形態の画像形成装置でプリントを行い、クロスポイントを評価したところ、約６００００枚プリントまでグレード２以下を維持しトナー劣化に伴う単色の転写率低下は確認できず、第２の実施形態の画像形成装置と同様の効果が得られた。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように第１の発明の画像形成装置によれば、表面に凹凸がある中間転写ベルトを用い像担持体上のトナーと中間転写体との摩擦力によるせん断力を利用して転写を行うので、単色のトナーであっても転写率を向上させることができる。また、第２の発明の画像形成装置によれば、トナーが劣化して転写率が低下すると中間転写ベルトの表面に凹凸をつける装置を備えているので、画像形成装置のライフタイムを延長することが可能になるとともに、高転写率を維持することができるので、廃トナーの回収系を有しない小型で低ランニングコストの画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の第１の実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図２】中間転写ベルトを模式的に示す図である。
【図３】中間転写ベルト表面の凹凸により、感光体ドラム上のトナーが受けるせん断力を示す模式図である。
【図４】ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量とリトランスファー・トナー量をそれぞれ測定し、グレード付けした結果を示す図である。
【図５】第２の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図６】トナーを補給することなくオフラインで現像器内のトナーの攪拌（空回し）を行いトナーの劣化を加速させたときの、攪拌時間と転写率との関係を示す図である。
【図７】残トナー検知センサを示す概略構成図である。
【図８】表面粗し装置を示す概略構成図である。
【図９】この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数と転写率との関係を示す図である。
【図１０】表面粗し装置の表面粗し部を示す図である。
【図１１】感光体ドラムの累積回転数と転写率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ 感光体ドラム
１２ 帯電器
１３ 露光装置
１４ １次転写ロール
１５ リフレッシャ
１６ ベルトクリーナ
１７ 表面粗し装置
１８ 残トナー検知センサ
１８ａ 発光素子
１８ｂ 受光素子
１９ 制御部
２０ 中間転写ベルト
２０ａ 掻き傷
２０ｂ 凹凸
２１ 駆動ロール
２２ 従動ロール
２３ テンションロール
２４ 対向ロール
２５ ２次転写ロール
２６ 用紙搬送ガイド
２７ 用紙搬送ベルト
２８ シュート
２９ 定着器
３０ ロータリー現像装置
３１〜３４ 現像器
４１ 駆動ギヤ
４１ａ ギヤ
４２ 表面粗し部
４２ａ 歯車
４２ｂ 板状部材
４２ｃ ブラシロール
４３ 筐体
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、像担持体上のトナー像を効率よく転写することができる画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、フルカラー画像を形成する場合に、感光体上に形成されたトナー像を記録紙に転写する方式として、搬送ベルト上を搬送される記録紙または直接搬送される記録紙に直接転写を行う直接転写方式と、感光体と同方向に移動する中間転写体に一旦転写し、中間転写体から記録紙に再転写を行う中間転写方式が用いられている。近年では、カラー画像の高画質化や各種記録紙への対応等の要請から、特に中間転写方式が広く用いられるとともに、転写手段には、コロトロンなどの非接触方式のものより転写ロールなどの接触方式のものが主流となっている。そして、何れの方式を用いる場合であっても、感光体上のトナー像が記録紙や中間転写体などの被転写体に転写された後、感光体上の残留トナーは、クリーナによってクリーニングされる。
【０００３】
したがって、転写率が低く、残留トナーが多いとトナーの消費量が多くなるのでランニングコストが高くなるとともに、クリーナによるクリーニング負担が増加したり、感光体の磨耗が早くなるという問題がある。さらに、フルカラー画像を形成する場合に、被転写体に色トナー像が順次多重転写されるのに伴って、被転写体上のトナー層が厚くなるため、被転写体が感光体に押圧されて形成される転写位置のニップ圧が高くなり、感光体上のトナーの付着力が局所的に強くなるため、感光体上に形成されたトナー像の一部が被転写体に転写されない「中抜け現象」が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
「中抜け」を回避する手段として、特開平１０−４８９６２号公報では、１０点平均表面粗さＲｚが４〜３０μｍである中間転写体を用いる技術が開示されており、特開平８−１３７１８３号公報では、像担持体の１０点平均粗さＲｚ１と、中間転写体の１０点平均粗さＲｚ２と、受像紙の１０点平均粗さＲｚ３の関係をＲｚ１＜Ｒｚ２＜Ｒｚ３とする技術が開示されている。
【０００５】
また「高転写率」を得る手段として、特開平２０００−１６２８９９号公報では、中間転写体の移動速度を像担持体の移動速度より速く設定し、速度差を持たせることにより像担持体上のトナーにせん断力を作用させ、ファンデルワース力とクーロン力とによって像担持体に付着しているトナーが中間転写体に容易に転写できるようにした技術が開示され、特開平７−１２７２０１号公報では、中間転写体にトナーと同じ大きさの１０点平均粗さＲｚ（５μｍ以上２０μｍ以下）をもたせ、中間転写体は像担持体と速度差を持たせて接触させる技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−４８９６２号公報あるいは特開平８−１３７１８３号公報で開示された表面粗さの中間転写体を用いて、クーロン力のみで転写を行っても、転写率を向上させるには至らず、特に多重転写を行う場合には、中抜けが発生してしまうという問題がある。
【０００７】
また、特開平２０００−１６２８９９号公報で開示された技術によれば、多重転写を行う際には中間転写体上に既に転写されているトナーが摩擦力として作用し充分なせん断力を得ることができるが、中間転写体上に１色目の転写を行うときは摩擦力が弱く、充分なせん断力が作用しないため、残留トナーが劣化し、転写助剤の埋まり込みや脱離によって転写率が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
さらに、特開平７−１２７２０１号公報で開示された技術によれば、中間転写体表面に粗さを持たせたことにより、１色目の転写においてもせん断力を得ることができるが、表面粗さが５μｍ以上、かつ２０μｍ以下と粗いため、小径の残トナーは埋没し、クリーニングが困難になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、トナーが劣化したときに生じる像担持体から被転写体へのトナー像の転写率の低下を防止することにより、画像の中抜けがなく、しかも高転写率が維持できる、中間転写方式の画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する第１の発明の画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成し、形成されたトナー像を最終的に記録媒体上に転写及び定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
所定の移動方向に移動し、該像担持体上に形成されたトナー像の転写を受ける、表面に、該移動方向の凹凸を有する中間転写体を備えたことを特徴とする。
【００１１】
このように、移動方向の凹凸を有する中間転写体を備えているので、像担持体上に形成されたトナー像には摩擦力によるせん断力が作用するので転写率を高めることができる。
【００１２】
上記の目的を達成する第２の発明の画像形成装置は、像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を、該像担持体に接触する経路を経由して移動する中間転写体に一旦転写し、該中間転写体に転写されたトナー像を記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
上記中間転写体の移動方向に交わる幅方向の往復移動を繰り返すことにより該中間転写体表面に該幅方向の掻き傷をつける表面粗し部と、上記表面粗し部を移動させるとともに、該表面粗し部の往復移動に応じて上記中間転写体を移動させる制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように、中間転写体表面に幅方向の掻き傷をつける表面粗し部と、その表面粗し部の駆動制御を行う制御部を備え、トナーが劣化し、転写率が低下すると中間転写体表面に掻き傷をつけるので、像担持体上に形成されたトナー像には摩擦力によるせん断力が作用し高転写率を維持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の画像形成装置の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、第１の発明の第１の実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。
【００１６】
図１に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転しながらトナー像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を均一に帯電する帯電器１２と、帯電した感光体ドラム１１に露光光を照射し静電潜像を形成する露光装置１３と、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）それぞれの色のトナーで静電潜像を現像する現像器３１〜３４をドラム周囲に配した、感光体ドラム１１に近接する位置で回転するロータリー現像装置３０とを備えている。
【００１７】
また、駆動ロール２１、従動ロール２２、テンションロール２３、対向ロール２４に張架され感光体ドラム１１に接触する経路を経由して矢印Ｂ方向に循環移動する中間転写ベルト２０と、感光体ドラム１１に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成する１次転写ロール１４と、対向ロール２４に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成し、中間転写ベルト２０に重ねられた記録媒体に電圧を印加する２次転写ロール２５とを備えている。２次転写ロール２５の上流には記録媒体を収納する図示しない用紙トレイから送り出された記録媒体をニップ部に案内するシュート２８と、ニップ部から出てきた記録媒体を案内する用紙搬送ガイド２６と、記録媒体を搬送する用紙搬送ベルト２７と、記録媒体上のトナー像を加熱および加圧することにより記録媒体上にトナー像を定着させる定着器２９とを備えている。
【００１８】
さらに、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０にトナー像を転写した後に感光体ドラム１１上に残留するトナーをクリーニングするリフレッシャ１５と、中間転写ベルト２０から記録媒体にトナー像を転写した後に中間転写ベルト２０上に残留するトナーをクリーニングするベルトクリーナ１６とを備えている。
ここで、リフレッシャー１５は、ロール形状のブラシで感光体ドラム１１上の残トナーを摺擦して掃き落とし、一部回収した後、画像形成終了後に、その回収したトナーを吐き出すというサイクルを有するものであり、通常のクリーナブレードと比べて感光体ドラム１１に対する圧接力が弱いので感光体ドラム１１を長寿命化することができるとともに、トナー回収手段が不要となるので、クリーナの小型化が図れる。
【００１９】
本実施形態の画像形成装置は、中間転写ベルトの表面に、幅方向の掻き傷による、中間転写ベルトの移動方向の凹凸があり、感光体ドラム１１上に形成されたトナー像は、その凹凸によりせん断力を受け、クーロン力によって中間転写ベルト上に容易に転写されるので、転写率が高く、感光体ドラム１１上の残トナーが少ないので、クリーナに代えてリフレッシャー１５を使用することができる。
【００２０】
この画像形成装置で画像を形成する場合には、先ず感光体ドラム１１表面を均一に帯電させ、その感光体ドラム１１表面を、色分解した各色毎の画像信号により変調した露光光を照射することにより、感光体ドラム１１上に各色毎の静電潜像を形成し、その静電潜像をロータリー現像装置３０の対応する色の現像器３１〜３４で現像して各色毎のトナー像を形成する工程をＹＭＣＫ各色毎に４回繰り返し、そのＹＭＣＫ各色毎のトナー像を１次転写ロール１４で中間転写ベルト２０上にその都度転写して、中間転写ベルト２０上に多重色トナー像を形成する。
【００２１】
そして、図示しない用紙トレイから送り出され、シュート２８で案内された記録媒体をその多重色トナー像に重ね合わせて、２次転写ロール２５と対向ロール２４とにより形成されたニップ部を通過させることにより多重色トナー像を記録媒体に静電転写し、セルフストリッピングした記録媒体をさらに定着器２９で定着して記録媒体上に画像を形成する。
【００２２】
図２は、中間転写ベルトを模式的に示す図であり、図２（ａ）は、中間転写ベルトの表面を示し、図２（ｂ）は、中間転写ベルトの断面を示す。
【００２３】
図２に示すように、中間転写ベルト２０表面には、中間転写ベルト２０の移動方向に交わる幅方向の掻き傷２０ａがあり、中間転写ベルト２０の移動方向には、１０点平均粗さが２μｍの凹凸２０ｂがある。
【００２４】
本実施形態では、カーボンなどの抵抗調整剤が所定量分散配合されたポリイミド樹脂で構成され、体積抵抗は、１００Ｖ印加時で１０１ｏｇΩ・ｃｍに設定されているが、これに限定されない。
【００２５】
なお、中間転写ベルトには、ウレタンブレードからなるベルトクリーナー１０が備えられているが、クリーニング性に応じて金属スクレーパ、あるいはウレタンブレードと金属スクレーパの複合されたものを用いることもできる。
【００２６】
図３は、中間転写ベルト表面の凹凸により、感光体ドラム上のトナーが受けるせん断力を示す模式図である。
【００２７】
図３において、トナーを担持した感光体ドラム１１は、矢印Ａ方向に回転し、表面に凹凸のある中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１１に接触しながら矢印Ｂ方向に移動し、感光体ドラム１１からトナー像の転写を受ける。
【００２８】
感光体ドラムの表面層には、ポリテトラフルオエチレン（以下ＰＴＦＥ）の微粒子が分散され、微粒子含有量は表面層中の固形分全量基準で７％重量に設定されているが、これに限定されない。
【００２９】
感光体ドラム１１の移動速度は２００ｍｍ／秒、中間転写ベルト２０の移動速度は２０２ｍｍ／秒に設定され、感光体ドラム１１と中間転写ベルト２０とは速度差が設けられている。また、トナーＴは、平均粒径６．５μｍ、形状係数１１８である球形トナーが用いられ、クリーニング性、転写性、帯電維持性を向上させるため外添剤が添加されているが、これらに限定されない。
【００３０】
ここで、トナーＴの形状係数Ｋは次式により求めることができる。
【００３１】
Ｋ＝｛（トナー径の絶対最大長）2/トナーの投影面積｝×１００π／４
図に示すように、トナーＴを担持した感光体ドラム１１が矢印Ａ方向に回転し、表面に凹凸がある中間転写ベルト２０が感光体ドラム１１に対して速度差をもって矢印Ｂ方向に移動すると、トナーＴには、矢印Ｃ方向のせん断力１０が作用するので、感光体ドラム１１表面からトナーＴが掻き取られ転写率の低下が防止できる。トナーＴと中間転写ベルト２０表面との摩擦力は、中間転写ベルト２０表面に、幅方向の掻き傷による移動方向の凹凸２０ｂがあるときに最大となり、トナーＴに作用するせん断力１０も最大になる。
【００３２】
次に、表面に凹凸を有する中間転写ベルトを用いた本実施形態の画像形成装置の効果を確認する試験結果について説明する。
【００３３】
試験は、感光体ドラム上にトナー像を形成後、順次中間転写ベルトに１次転写し、記録媒体に２次転写する前に画像形成装置をストップさせて行う。
【００３４】
画像形成がＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋ色の順で行われ、例えばＣ色トナー像を１次転写した後にストップした場合は、感光体上に、Ｃ色の残トナーとともに、中間転写ベルト上に既に転写されたＹ，Ｍ色の一部が逆に転移したリトランスファ・トナーが付着している。これらのトナーをテープにすべて転写させ、そのテープをトナー濃度限度見本によりグレード付けする。これを１次転写の印加電圧を変えながら行うと、残トナー量は、印加電圧の上昇に従い減少し、リトランスファ・トナー量は、印加電圧の上昇に従い増加する。この測定を各色トナー像の形成毎に行う。
【００３５】
効果は、表１に示すトナー残量限度見本に基いてグレードで評価する。
【００３６】
【表１】
図４は、ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量とリトランスファー・トナー量をそれぞれ測定し、グレード付けした結果を示す図であり、縦軸は、トナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、１次転写ロールに印加される１次転写バイアス電圧をあらわしている。
【００３８】
図４に示す、実線であらわす転写残トナー量は、各色のトナー像を形成したときの転写残トナー量のうち、転写残トナー量が最も多い色の傾向曲線を表し、点線であらわすリトランスファー・トナー量は、各色のトナー像を形成したときのリトランスファー・トナー量のうち、リトランスファーが最も早い色の傾向曲線を表す。
【００３９】
図から明らかなように転写残トナー量は、１次転写バイアス電圧が高くなると減少するが、反面、リトランスファー・トナー量は増加する。したがって、本実施形態では、両方の傾向曲線の交点をクロスポイントと定義し、このクロスポイントにおけるグレードによって転写残トナー量およびリトランスファー・トナー量を評価すれば、フルカラーの画像形成においてもクロスポイント以下のトナー残量を達成することができる。
【００４０】
ここで、トナー残量限度見本におけるグレード２は、最も色差として感知される、Ｋ色トナーがＹ色トナーに混色した場合の最大値であり、これ以上のトナー量が混色すると目視により色差として感知されるグレードである。したがって、クロスポイントのグレードが２以下であれば、感光体ドラム上の残トナーをクリーニングしなくても、中間転写ベルトに転写され、さらに記録媒体に転写されたときに正規のトナー像との色差変動は生じないので、感光体ドラム上の残トナーをクリーナで回収しなくてもよい。
【００４１】
本実施形態の画像形成装置でプリントを約３００００枚行ったときにクロスポイントにおけるグレードは、２を維持し、感光体ドラムに残留する残トナーが劣化したことに伴う転写率低下は確認できず、転写率の高い維持性を持った画像形成装置を得ることができた。ちなみに、プリントを約３００００枚行った段階で、中間転写ベルト２０に備えるベルトクリーナ１６が劣化しクリーニング不良が発生したため試験を終了した。
本実施形態は、４サイクル方式の画像形成装置に基いて説明したが、タンデム方式の画像形成装置であっても適用される。また、中間転写ベルトに限らず、中間転写ドラムであっても適用される。
【００４２】
次に、第２の実施形態の画像形成装置について説明する。
【００４３】
第２の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の第１の実施形態に相当する。
【００４４】
第２の実施形態は、第１の実施形態と較べて感光体ドラム上に残留するトナー量を検知する残トナー検知部と、中間転写ベルトの幅方向に掻き傷をつける表面粗し装置と、その表面粗し装置の表面粗し部の幅方向の移動と、表面粗し部の移動に応じて中間転写ベルトの移動を制御する制御部とを備えている点は相違するがそれ以外は共通するので、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
図５は、第２の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００４６】
図５に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転しながらトナー像が形成される感光体ドラム１１と、感光体ドラム１１を均一に帯電する帯電器１２と、帯電した感光体ドラム１１に露光光を照射し静電潜像を形成する露光装置１３と、ブラック（Ｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）それぞれの色のトナーで静電潜像を現像する現像器３１〜３４をドラム周囲に配した、感光体ドラム１１に近接する位置で回転するロータリー現像装置３０とを備えている。
【００４７】
また、駆動ロール２１、従動ロール２２、テンションロール２３、対向ロール２４に張架され感光体ドラム１１に接触する経路を経由し、感光体ドラム１１と速度差をもって矢印Ｂ方向に循環移動する中間転写ベルト２０と、感光体ドラム１１に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成する１次転写ロール１１４と、対向ロール２４に中間転写ベルト２０を当接させてニップ部を形成し、中間転写ベルト２０に重ねられた記録媒体に電圧を印加する２次転写ロール２５とを備えている。２次転写ロール２５の上流には記録媒体を収納する図示しない用紙トレイから送り出された記録媒体をニップ部に案内するシュート２８と、ニップ部から出てきた記録媒体を案内する用紙搬送ガイド２６と、記録媒体を搬送する用紙搬送ベルト２７と、記録媒体上のトナー像を加熱および加圧することにより記録媒体上にトナー像を定着させる定着器２９とを備えている。さらに、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０にトナー像を転写した後に感光体ドラム１１上に残留するトナーをクリーニングするリフレッシャ１５と、中間転写ベルト２０から記録媒体にトナー像を転写した後に中間転写ベルト２０上に残留するトナーをクリーニングするベルトクリーナ１６とを備えている。
【００４８】
また、本実施形態の画像形成装置は、感光体ドラム１１から中間転写ベルト２０にトナー像を転写した後に、感光体ドラム１１上に残留する残トナー量を検知する残トナー検知センサ１８と、中間転写ベルト２０の移動方向Ｂに交わる幅方向の往復移動を繰り返すことにより中間転写ベルト表面に幅方向の掻き傷をつける表面粗し装置１７と、表面粗し装置１７が具備する、図示しない表面粗し部を往復移動させるとともに、その表面粗し部の往復移動に応じて中間転写ベルト２０を移動させる制御部１９とを備えている。
【００４９】
この画像形成装置で画像を形成する場合には、先ず感光体ドラム１１表面を均一に帯電させ、その感光体ドラム１１表面を、色分解した各色毎の画像信号により変調した露光光を照射することにより、感光体ドラム１１上に各色毎の静電潜像を形成し、その静電潜像をロータリー現像装置３０の対応する色の現像器３１〜３４で現像して各色毎のトナー像を形成する工程をＹＭＣＫ各色毎に４回繰り返し、そのＹＭＣＫ各色毎のトナー像を１次転写ロール１４で中間転写ベルト２０上にその都度転写して、中間転写ベルト２０上に多重色トナー像を形成する。
【００５０】
そして、図示しない用紙トレイから送り出されシュート２８で案内された記録媒体をその多重色トナー像に重ね合わせて、２次転写ロール２５と対向ロール２４とにより形成されたニップ部を通過させることにより多重色トナー像を記録媒体に静電転写し、セルフストリッピングした記録媒体をさらに定着器５４で定着して記録媒体上に画像を形成する。
【００５１】
残トナー検知センサ１８は、感光体ドラム１１に光を照射し、感光体ドラム１１上の残トナーで反射した反射光を受光することにより、残トナー量を検知し、その検知結果は、制御部１９に送られる。制御部１９は、その検知結果が閾値を超えたタイミングで表面粗し装置１７の、図示しない表面粗し部を所定回数移動させるとともに、中間転写ベルト２０をその表面粗し部の移動に応じて移動させ、表面に幅方向の掻き傷をつけると、中間転写ベルト２０表面には、図２で説明した、中間転写ベルトの移動方向に凹凸がつく。
【００５２】
本実施形態では、制御部が残トナー検知センサ１８の検知結果が閾値を越えたときに表面粗し装置１７の表面粗し部を移動させることにしているが、画像形成装置の準備処理などに合わせて移動させることもできる。また、表面粗し部を所定回数移動させることにしているが、中間転写ベルトの同一個所を複数回往復移動させながら、中間転写ベルトを移動させることもできる。
【００５３】
このように、中間転写ベルト２０の移動方向に凹凸をつけると、トナー像を担持した感光体ドラム１１が矢印Ａ方向に回転し、表面に凹凸がある中間転写ベルト２０が感光体ドラム１１に対して速度差をもって矢印Ｂ方向に移動すると、トナー像には、図３で説明したせん断力が作用するので、感光体ドラム１１表面からトナー像を１次転写させるときの転写率を向上させることができる。
【００５４】
次に、トナーの劣化と転写率との関係について説明する。
【００５５】
図６は、トナーを補給することなくオフラインで現像器内のトナーの攪拌（空回し）を行いトナーの劣化を加速させたときの、攪拌時間と転写率との関係を示す図である。
【００５６】
図６において、縦軸は、表１で示したトナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、１次転写ロールに印加される１次転写バイアス電圧をあらわしている。図中の実線は、図４で説明した、ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量とリトランスファー・トナー量をそれぞれ測定し、グレード付けした結果を示す図であり、転写残トナー量は、各色のトナー像を形成したときの転写残トナー量のうち、転写残トナー量が最も多い色の傾向曲線を表し、点線であらわすリトランスファー・トナー量は、各色のトナー像を形成したときのリトランスファー・トナー量のうち、リトランスファーが最も早い色の傾向曲線を表している。ただし、転写残トナー量は、空回し時間を変化させたときのそれぞれの傾向曲線を表している。
【００５７】
図から明らかなように、空回し時間が０で、トナーが劣化していないときのクロスポイントは、目標値である、グレード２以下であることがわかる。しかし、空回し時間が長くなり、トナーが劣化するのに伴って１色目の転写率が低下している。
【００５８】
これは、中間転写体ベルトとトナーの摩擦力が小さい単色の転写では、感光体ドラムと中間転写体ベルトとに速度差をつけた場合でも、トナーが劣化して転写助剤等の外添剤がトナーに埋まり込んだり脱離して感光体ドラムとの付着力が増した状態では、クーロン力のみによる転写となるため、転写率が低下すると考えられる。なお、多重色の転写に関しては、トナー劣化に伴う転写率の低下は確認できなかった。これは、中間転写ベルトに既に転写されているトナーが摩擦力となり、感光体ドラムからトナーを掻き取る効果が大きいためと考えられる。
【００５９】
したがって、トナー劣化すなわち転写助剤等の外添剤トナー埋まり込みや脱離は、単色の転写率をモニターすることにより検知することができる。
【００６０】
図７は、残トナー検知センサを示す概略構成図である。
【００６１】
図７に示す残トナー検知センサ１８は、感光体ドラム１１表面に光を照射する発光素子１８ａおよび感光体ドラム１１表面で反射した正反射光を受光して受光信号を出力する受光素子１８ｂを有する。感光体ドラム１１の地肌の受光信号を予め測定しておき、その受光信号と画像形成の準備処理の際に測定した感光体ドラム１１表面の受光信号とを比較することにより、感光体ドラム１１表面の残トナー量を検知することができる。
【００６２】
この残トナー検知センサ１８によって検知された残トナー量が多いときは、トナーの付着力が強く、感光体ドラム１１上の残トナーが劣化し付着力を強めていると判断することができる。
【００６３】
次に、トナーが劣化しているときに、摩擦力を高める手段について説明する。
【００６４】
図８は、表面粗し装置を示す概略構成図である。
【００６５】
図８に示す表面粗し装置１７は、中間転写ベルト２０表面に垂直に当接し掻き傷をつける板状部材４２ｂ、および回転することによりその板状部材４２ｂを矢印Ｄ方向に移動させる歯車４２ａを有する表面粗し部４２と、表面粗し部４２の歯車と噛合う螺旋状のギヤ４１ａがあり、左右に回転することにより歯車を矢印Ｄ方向に移動させる２本の駆動ギヤ４１と、表面粗し部４２、および２本の駆動ギヤ４１を収納するとともに中間転写ベルト２０表面から生じる掻きくずを収容する筐体４３とを備えている。
【００６６】
ここで、表面粗し部４２は、板状部材４２ｂに代えて、回転する金属繊維から成るブラシロール（後述する）を備えることにしてもよい。
【００６７】
次に、図示しない制御部の作用について説明する。
【００６８】
制御部は、残トナー検知センサによって検知された残トナー量が閾値をこえると、例えば準備処理など画像が形成されないタイミングで、図示しないモータを駆動し、駆動ギヤ４１を回転させて表面粗し部４２を矢印Ｄ方向に移動させる。板状部材４２ｂが中間転写ベルト２０の端を越えると、制御部は駆動ギヤ４１を一旦停止させ、板状部材４２ｂの幅だけ中間転写ベルト２０を移動させる。次に、制御部は、モータを逆回転させることにより駆動ギヤ４１を逆回転させ、表面粗し部４２を矢印Ｄ方向と逆方向に移動させる。以下、制御部は、同様の作用を所定の時間繰り返し、中間転写ベルト表面全体に移動方向の凹凸をつけ、これによって、感光体ドラム上のトナーと中間転写ベルトとの摩擦力を高めることができる。
【００６９】
ここで、制御部は、この画像形成装置で画像がプリントされる枚数をカウントする枚数カウント手段、又は感光体ドラムの累積回転数をカウントする回転数カウント手段を持ち、残トナー検知センサ１８による残トナー量の検知に代えて、それらの手段によってトナー劣化を検知し、表面粗し部と中間転写ベルトとを駆動させることもできる。
【００７０】
本実施形態では表面粗し部４２は、中間転写ベルト表面上の同じ個所は１回だけ通過するように制御部によって制御されているが、必ずしも１回だけに限らず、同じ個所を往復２回通過するように制御することもできる。
【００７１】
本実施形態では、表面粗し部４２の移動回数により中間転写ベルト表面の凹凸を制御部により制御しているが、表面粗し部の押圧力により制御することもできる。
【００７２】
このように、トナーが劣化して残トナー量が増加すると、中間転写ベルトの表面に凹凸をつけ、感光体ドラム上のトナーと中間転写ベルトとの摩擦力を高めるので、トナーの転写率を所定のグレードに維持することができる。
【００７３】
次に、本実施形態の表面粗し装置を備えた画像形成装置について、効果を確認した結果について説明する。
【００７４】
本実施形態の画像形成装置でプリントを行い、クロスポイントを評価したところ、約６００００枚プリントまでグレード２以下を維持しトナー劣化に伴う単色の転写率低下は確認できず、高い維持性をもつ画像形成装置が得られた。なお、約６００００枚プリントで、クリーナーブレード１０が劣化しクリーニング不良が発生したため実験を終了した。第１の実施形態と比較してクリーニングブレード１０の寿命が２倍となっているが、表面に凹凸をつけた中間転写ベルトを初期から用いるのではなく、トナーの劣化に伴って中間転写ベルトに凹凸をつけるので、クリーニングブレードの負荷が最小限に抑えられたことによる。
【００７５】
本実施形態は、４サイクル方式の画像形成装置に基いて説明したが、タンデム方式の画像形成装置であっても適用される。また、中間転写ベルトに限らず、中間転写ドラムであっても適用される。
【００７６】
次に、第３の実施形態の画像形成装置について説明する。
【００７７】
第３の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の第２の実施形態に相当する。
【００７８】
第３の実施形態は、第２の実施形態と較べて感光体ドラム上に残留するトナー量を検知する残トナー検知部に代えて、この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数をカウントする枚数カウント手段を備え、また表面粗し装置の表面粗し部が、板状部材に代えて、ブラシロールを備えている点は相違するがそれ以外は共通するので、画像形成装置全体の構成の説明は省略し、相違点について説明する。
【００７９】
図９は、この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数と転写率との関係を示す図である。
【００８０】
図９において、縦軸は、表１で示したトナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、制御部が有する枚数カウント機能によりカウントしたプリント枚数をあらわしている。図中の実線は、転写電圧を一定にして、単色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量を測定し、グレード付けした結果を示す図であり、プリント枚数が増加すると、それに比例してグレードが悪化し、トナーが劣化することが確認された。
【００８１】
したがって、トナー劣化すなわち転写助剤等の外添剤トナー埋まり込みや脱離は、プリント枚数をモニターすることにより検知することができる。
【００８２】
図１０は、表面粗し装置の表面粗し部を示す図である。
【００８３】
第３の実施形態の表面粗し装置は、第２の実施形態の表面粗し装置と較べて、表面粗し部が相違するが、それ以外は共通するので、相違点について説明する。
【００８４】
図１０に示す表面粗し部４２は、金属繊維から成るブラシロール４２ｃと、駆動ギヤの螺旋状のギヤと噛合う歯車４２ａとを備えている。そして、制御部は、駆動ギヤを回転させると共に、ブラシロール４２ｃを回転させて、中間転写ベルトの表面に、幅方向の掻き傷をつける。
【００８５】
次に、本実施形態の表面粗し装置を備えた画像形成装置について、効果を確認した結果について説明する。
【００８６】
本実施形態の画像形成装置でプリントを行い、クロスポイントを評価したところ、約６００００枚プリントまでグレード２以下を維持しトナー劣化に伴う単色の転写率低下は確認できず、第２の実施形態の画像形成装置と同様の効果が得られた。
【００８７】
次に、第４の実施形態の画像形成装置について説明する。
【００８８】
第４の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の第３の実施形態に相当する。
【００８９】
第４の実施形態は、第３の実施形態と較べて、この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数をカウントする枚数カウント手段に代えて、制御部に有する感光体ドラムの累積回転数カウント機能を備える点は相違するがそれ以外は共通するので、感光体ドラムの累積回転数と転写率との関係について説明し、重複する説明は省略する。
【００９０】
図１１は、感光体ドラムの累積回転数と転写率との関係を示す図である。
【００９１】
図１１において、縦軸は、表１で示したトナー残量限度見本と対比したグレードをあらわし、横軸は、制御部が有する回転数カウント機能によりカウントした累積回転数をあらわしている。図中の実線は、転写電圧を一定にして、単色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量を測定し、グレード付けした結果を示す図であり、累積回転数が増加すると、それに比例してグレードが悪化し、トナーが劣化することが確認された。
【００９２】
本実施形態の画像形成装置でプリントを行い、クロスポイントを評価したところ、約６００００枚プリントまでグレード２以下を維持しトナー劣化に伴う単色の転写率低下は確認できず、第２の実施形態の画像形成装置と同様の効果が得られた。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように第１の発明の画像形成装置によれば、表面に凹凸がある中間転写ベルトを用い像担持体上のトナーと中間転写体との摩擦力によるせん断力を利用して転写を行うので、単色のトナーであっても転写率を向上させることができる。また、第２の発明の画像形成装置によれば、トナーが劣化して転写率が低下すると中間転写ベルトの表面に凹凸をつける装置を備えているので、画像形成装置のライフタイムを延長することが可能になるとともに、高転写率を維持することができるので、廃トナーの回収系を有しない小型で低ランニングコストの画像形成装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の発明の第１の実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図２】中間転写ベルトを模式的に示す図である。
【図３】中間転写ベルト表面の凹凸により、感光体ドラム上のトナーが受けるせん断力を示す模式図である。
【図４】ＹＭＣＫ各色のトナー像を形成する毎に転写残トナー量とリトランスファー・トナー量をそれぞれ測定し、グレード付けした結果を示す図である。
【図５】第２の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図６】トナーを補給することなくオフラインで現像器内のトナーの攪拌（空回し）を行いトナーの劣化を加速させたときの、攪拌時間と転写率との関係を示す図である。
【図７】残トナー検知センサを示す概略構成図である。
【図８】表面粗し装置を示す概略構成図である。
【図９】この画像形成装置により画像が形成されたプリント枚数と転写率との関係を示す図である。
【図１０】表面粗し装置の表面粗し部を示す図である。
【図１１】感光体ドラムの累積回転数と転写率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ 感光体ドラム
１２ 帯電器
１３ 露光装置
１４ １次転写ロール
１５ リフレッシャ
１６ ベルトクリーナ
１７ 表面粗し装置
１８ 残トナー検知センサ
１８ａ 発光素子
１８ｂ 受光素子
１９ 制御部
２０ 中間転写ベルト
２０ａ 掻き傷
２０ｂ 凹凸
２１ 駆動ロール
２２ 従動ロール
２３ テンションロール
２４ 対向ロール
２５ ２次転写ロール
２６ 用紙搬送ガイド
２７ 用紙搬送ベルト
２８ シュート
２９ 定着器
３０ ロータリー現像装置
３１〜３４ 現像器
４１ 駆動ギヤ
４１ａ ギヤ
４２ 表面粗し部
４２ａ 歯車
４２ｂ 板状部材
４２ｃ ブラシロール
４３ 筐体
Claims (7)
- 像担持体上にトナー像を形成し、該トナー像を、該像担持体に接触する経路を経由して移動する中間転写体に一旦転写し、該中間転写体に転写されたトナー像を記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
前記中間転写体の移動方向に交わる幅方向の往復移動を繰り返すことにより該中間転写体表面に該幅方向の掻き傷をつける表面粗し部と、前記表面粗し部を所定のタイミングで往復移動させるとともに、該表面粗し部の往復移動に応じて前記中間転写体を移動させる制御部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記表面粗し部の往復移動により掻き傷をつけられた前記中間転写体の前記移動方向における１０点平均粗さは、３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記像担持体上のトナー像を前記中間転写体に転写した後の該像担持体上に残留するトナー量を検知する残トナー検知センサを備え、前記制御部は、前記表面粗し部を、前記残トナー検知センサの検知結果に基づく回数移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- この画像形成装置は、前記画像が形成された記録媒体の枚数をカウントするカウンタを備え、
前記制御部は、前記表面粗し部を、前記カウンタによりカウントされた前記記録媒体の枚数に基づく回数移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。 - 前記像担持体は、回転しながら表面にトナー像の形成を受けるものであって、
前記制御部は、前記表面粗し部を、前記像担持体の累積回転数に基づく回数移動させるものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。 - 前記表面粗し部は、金属からなる板状部材を有し、該板状部材により前記中間転写体表面に前記幅方向の掻き傷をつけるものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記表面粗し部は、金属繊維からなるブラシロールを有し、該ブラシロールを回転させることにより前記中間転写体表面に前記幅方向の掻き傷をつけるものであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
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