JP2005234142A

JP2005234142A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2005234142A
Application number: JP2004042034A
Authority: JP
Inventors: Kazuchika Saeki; 和親佐伯
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2004-02-18
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】高品質なフルカラーの画像形成装置を提供する。
【解決手段】中間転写体１０を用いたフルカラーの画像形成装置において、中間転写体１０上の転写残トナーをクリーニングする導電性部材（クリーニングブラシ４０）が中間転写体１０から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで導電性部材に付着したトナーを回収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、詳細には中間転写体を用いたフルカラー画像形成装置に関するものである。

従来の画像形成装置では、像担持体（以下、感光体）上に形成されたトナー画像を転写材に転写し、その後転写材上のトナー画像を定着器によって加熱圧着して定着する。また、特許文献１や２に開示されるようなフルカラー画像を形成する装置としては、転写材を転写ドラムなどの転写材担持体に保持させた状態で、感光体に現像されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色を転写材に順次転写し、その後転写材担持体から剥離させた転写材を定着器によって加熱圧着し定着する画像形成装置が公知である。
一方、トナー画像を転写材担持体上の転写材に転写するのではなく、例えば、特許文献３に開示されるように、一旦中間転写体上に重ね合わせた４色のトナー画像を転写材に一括転写した後、定着器によって定着するフルカラー画像形成装置もある。さらに、このような中間転写体を用いたフルカラー画像形成装置には、特許文献４に開示されているように、各色ごとに設けられた複数の感光体を直列に配設し、中間転写体が１回転する間に全色のトナーを重ね転写することで、プリント速度を高めたフルカラー画像形成装置も市場で稼動し始めている。
上述の中間転写体方式のフルカラー画像形成装置においては、転写材を転写材担持体に保持させる必要が無いため薄紙（４０ｇ／ｍ^２）や厚紙（２００ｇ／ｍ^２）、はがき、封筒などさまざまな転写材種類が使用可能であり、転写材の汎用性が高いという利点を有する。中間転写体としては中間転写ドラム、または中間転写ベルトが一般的に用いられる。
しかしながら、前述した中間転写体を用いた画像形成装置には次のような問題点があった。前述した中間転写体を用いた画像形成時において、前記中間転写体に形成されたトナー像は二次転写手段によって第二の像担持体（以下、転写材と呼ぶ）に転移される。この時、転写材に転移しきれず中間転写体上に残った転写残トナーを除去する必要がある。
この転写残トナーを除去する技術としては、特許文献５において、中間転写体に弾性体からなるクリーニングブレードを当接させ転写残トナーを掻き取る技術が提案されている。
さらに、このような課題を解決するための別の技術として、特許文献６に開示されているように、接離可能な中間転写体クリーニングユニットとしてクリーニングブレードを用いず、転写残トナー帯電手段を用いて中間転写体上の転写残トナーの極性を正規の帯電極性と反対の極性になるように帯電を行い、一次転写にて感光体に転移させ、感光体側に設けられたクリーニング手段によって回収するというものがある。
特許第２５７９１３７号特開平８−２９２６５５号公報特開平５−１１５６２号公報特開２００２−２２９３４４公報特開平５−３０３３１０号公報特開平８−２９２６２３号公報

しかしながら、特開平５−３０３３１０号公報の技術では、ブレードの離間時にブレード先端に滞留したトナーが中間転写体上に残り、画像上にスジとなって発現する場合や、滞留したトナーが落下して画像上にトナー落ちとして発現する場合があった。
また、特開平８−２９２６２３号公報の技術を用いた場合においても次のような問題点があった。即ち、転写残トナーの内、正規の帯電極性とは逆極性のトナーが転写残トナー帯電手段に付着し、その後回収手段によって回収されるが、回収しきれなかったトナーが画像形成中の機械振動等で転写残トナー帯電手段から中間転写体上に落下し、画像上にトナー落ちとして発生する場合がある。
また、転写残トナー帯電手段からのトナー回収が十分でないと、次の画像形成時に十分なクリーニングが行えずクリーニング不良となる場合がある。また、転写残トナー帯電手段から回収しきれなかったトナーが中間転写体クリーニングユニット当接時に中間転写体に再付着し、画像汚れとなる場合がある。さらに、転写残トナー帯電手段からのトナー回収を画像形成終了後の空回転時に行おうとすると、機械停止までの時間が長くなるため機械寿命が短くなり、また騒音発生が問題となることがあった。
本発明は上記課題を解決し、高品質なフルカラーの画像形成装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、中間転写体を用いたフルカラーの画像形成装置において、中間転写体上の転写残トナーをクリーニングする導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで導電性部材に付着したトナーを回収する画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、前記導電性部材は回動可能な導電性ブラシである請求項１記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記導電性部材は１ＫＶ印加時の抵抗値が１０^４〜１０^１０Ωの範囲に調整されている請求項１または２記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項４記載の発明では、前記導電性部材は潤滑剤塗布ブラシを兼ねる請求項１ないし３のいずか記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで、前記導電性部材に付着したトナーを回収する動作時には前記導電性部材が回動している請求項１ないし４のいずれか記載の画像形成装置を主要な特徴とする。

請求項６記載の発明では、前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで、前記導電性部材に付着したトナーを回収する動作は非画像形成時に行われる請求項１ないし５のいずれか記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項７記載の発明では、前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで、前記導電性部材に付着したトナーを回収する動作は画像形成動作停止後に行われる請求項１ないし６のいずれか記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項８記載の発明では、前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にて印加されるクリーニングバイアスは、異なる極性が交互に印加される請求項１ないし７のいずれか記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項９記載の発明では、中間転写体を用いたフルカラーの画像形成装置において、中間転写体上の転写残トナーをクリーニングする導電性部材は回動可能な導電性ブラシであり、非画像形成時または画像形成動作停止後のタイミングにおいて導電性部材が中間転写体から離間した状態にて回動し、かつ片方または両方の極性のクリーニングバイアスを印加することで導電性部材に付着したトナーを回収する画像形成装置を最も主要な特徴とする。

本発明によれば、トナー落ちの発生しない良好なフルカラー画像を得ることができる。また、中間転写体への潤滑剤塗布を容易に行うことができ、また中間転写体に回転トルクの変動を与えることが無いためムラの無い良好なフルカラー画像を得ることができる。また、導電性部材からのトナー回収性および中間転写体のクリーニング性に優れ、クリーニング不良の無い良好なフルカラー画像を得ることが可能となる。
また、導電性部材からのトナー回収性および中間転写体のクリーニング性に優れ、クリーニング不良の無い良好なフルカラー画像を得ることが可能となる。また、導電性部材に付着したトナーをムラ無く回収することが可能となり、画像へのトナー落ちやクリーニング不良の無い良好なフルカラー画像を得ることが可能となる。
また、フルカラー画像連続形成時においても常時導電性部材を良好な状態に保持できるため、画像へのトナー落ちやクリーニング不良の無い良好なフルカラー画像を得ることが可能となる。また、画像形成終了後の機械空回しを極力低減できるため、機械寿命を延ばすことが可能となり、また騒音を低減することが可能となる。
また、導電性部材に付着したいずれの極性のトナーをも回収することが可能となり、常時導電性部材を良好な状態に保持できるため、画像へのトナー落ちやクリーニング不良の無い良好なフルカラー画像を得ることが可能となる。また、画像形成終了後の機械空回し時間を極力低減できるため、機械寿命を延ばすことが可能となり、さらに騒音を低減することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。本画像形成装置は、感光体ベルトと中間転写体（以下、中間転写ベルト、と呼ぶ）を当接させる形式のものである。
符号１は図において矢印の方向に回転する感光体（以下、感光体ベルト）で、一次転写対向ローラ１６、感光体駆動ローラ１７、感光体テンションローラ１８で張架されており、この感光体ベルト１の回りには感光体クリーニングユニット２、帯電器４、露光手段５、イエロー現像器６、マゼンタ現像器７、シアン現像器８、ブラック現像器９の４個の現像器から構成される現像手段、中間転写ベルト１０などが配置されている。
フルカラー画像形成時は、イエロー現像器６、マゼンタ現像器７、シアン現像器８、ブラック現像器９の順で可視像を形成し、各色の可視像が中間転写ベルト１０に順次重ね転写されることでフルカラー画像が形成される。なお、感光体ベルト１の周速（所謂プロセススピード）は１８０ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。
符号３は感光体クリーニングユニット２のブレードである。中間転写ベルト１０は、一次転写バイアスローラ１１、二次転写対向ローラ１２、駆動ローラ１３、テンションローラ１４、ベルトクリーニング対向ローラ１５により張架されており、図示しない駆動モータによって駆動される。なお、一次転写バイアスローラ１１は、圧接バネ２７により感光体ベルト１方向に押圧されている。また、各ローラは図示しない中間転写ベルトユニット側板によって中間転写ベルト１０の両側より支持されている。
中間転写ベルト１０に用いる材質としては、ＰＶＤＦ（フッ化ビニルデン）、ＥＴＦＥ（エチレン−四フッ化エチレン共重合体）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等にカーボンブラック等の導電性材料を分散させ樹脂フィルム状のエンドレスベルトとしたものを用いることができる。また、上述したような樹脂フィルムベルト以外に、弾性層を有する中間転写体を用いることも可能である。

弾性層を有する中間転写体の材料としてはゴム、エラストマー、樹脂等が使用可能であり、例えばゴム、エラストマーとしては、天然ゴム、エピクロロヒドリンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム、ポリノルボルネンゴム、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、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレンコポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、アクリロニトリルブタジエンゴム、ウレタンゴム、シンジオタクチック１、２−ポリブタジエン、水素化ニトリルゴムおよび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、ポリエステル系およびフッ素樹脂系）等から１種類あるいは２種類以上を用いることができる。
また、樹脂としてはフェノール樹脂、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、フッ素樹脂、ケトン樹脂、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およびスチレン−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およびスチレン−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および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およびアクリル・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、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアミド樹脂および変性ポリフェニレンオキサイド樹脂等から１種類あるいは２種類以上を用いることができる。

また、前記中間転写体の抵抗を調整するために、前述したゴム、エラストマーおよび樹脂に各種導電剤を添加することも可能である。導電剤としては、カーボン、アルミニウムやニッケル等の金属粉末、酸化チタン等の金属酸化物、４級アンモニウム塩含有ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアニリン、ポリビニルピロール、ポリジアセチレン、ポリエチレンイミン、含硼素高分子化合物およびポリピロール等の導電性高分子化合物等から１種類あるいは２種類以上を用いることができる。
さらに、弾性体層上に感光体の汚染（ブリード）防止、トナー固着（フィルミング）防止、トナーの帯電制御、表面抵抗の調整、摩擦係数の制御等の目的で、種々の樹脂からなる表面被覆層を形成することが好ましい。
この表面被覆層を形成する樹脂としては、公知の材料から適宜選定して用いることができ、具体的には、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、ケトン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリブタジエン樹脂、塩素化ポリエチレン、塩化ビニリデン樹脂、アクリル・ウレタン樹脂、アクリル・シリコーン樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂、塩化ビニル・酢酸ビニル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、スチレン・ブタジエン樹脂、スチレン・マレイン酸樹脂、エチレン・アクリル樹脂などが使用でき、これらの１種または２種以上を混合して用いることができる。

本実施形態で用いた中間転写ベルト１０は、ＰＶＤＦにカーボンブラックを添加し、その厚みを１５０μｍに調整したものを用いた。ところで、中間転写ベルト１０の体積抵抗率および表面抵抗率であるが、体積抵抗率が１０^９〜１０^１２Ωｃｍ、かつ表面抵抗率が１０^１０〜１０^１５Ω／□の範囲であることが望ましい。
中間転写ベルト１０の抵抗測定方法であるが、デジタル超高抵抗微少電流計（アドバンテスト社製：Ｒ８３４０Ａ）にプローブ（内側電極直径５０ｍｍ、リング電極内径６０ｍｍ：ＪＩＳ−Ｋ６９１１準拠）を接続し、中間転写ベルト１０の表裏に１０００Ｖ（表面抵抗率は５００Ｖ）の電圧を印加してｄｉｓｃｈａｒｇｅ５ｓｅｃ、ｃｈａｒｇｅ１０ｓｅｃで測定を行い、その測定時の環境は２２℃５５％ＲＨに固定した。
中間転写ベルト１０の体積抵抗率および表面抵抗率が上述した範囲を超えると、転写に必要なバイアスが高くなるため、電源コストの増大を招くことになり好ましくない。また、転写工程、転写材剥離工程などで中間転写ベルト１０の帯電電位が高くなり、かつ自己放電が困難になるため除電手段を設ける必要が生じる。
また、体積抵抗率および表面抵抗率が上記範囲を下回ると、帯電電位の減衰が早くなるため自己放電による除電には有利となるが、転写時の電流が面方向に流れるためトナー飛び散りが発生してしまう。したがって、本発明における中間転写ベルト１０の体積抵抗率および表面抵抗率は上記範囲内でなければならない。

図２に示すように、符号１９は中間転写ベルト１０に接離可能なベルトクリーニングユニットであり、中間転写ベルト１０に対して接離させる接離機構２６などで構成されており、１色目のイエロー画像をベルト転写した後の、２、３、４色目をベルト転写している間は、接離機構２６によって中間転写ベルト１０面から離間させられ、二次転写が行われると所定のタイミングで圧接され、転写残トナーのクリーニングを行う。
中間転写ベルト１０の端部にはベルト位置検出マーク２３が設けられており、マークセンサ２４によってマーク２３が検出されたタイミングで各色の画像形成プロセスを開始することにより、各色画像の正確な色重ねが可能となる。ベルトクリーニングユニット１９については後述する。
符号２０は二次転写ユニットで、二次転写バイアスローラ２１、および該二次転写バイアスローラ２１を中間転写ベルト１０に対して接離させる接離機構２２などで構成されている。二次転写バイアスローラ２１はＳＵＳ等の金属製芯金上に、導電性材料によって１０^６〜１０^１０Ωの抵抗値に調整されたウレタン等の弾性体を被覆することで構成されている。
ここで、二次転写バイアスローラ２１の抵抗値が上記範囲を超えると電流が流れ難くなるため、必要な転写性を得るためにはより高電圧を印加しなければならなくなり、電源コストの増大を招く。また、高電圧を印加するため転写部ニップ前後の空隙にて放電が起こるため、ハーフトーン画像上に放電による白ポチ抜けが発生する。逆に、二次転写バイアスローラ２１の抵抗値が上記範囲を下回ると同一画像上に存在する複数色画像部（例えば３色重ね像）と単色画像部との転写性が両立できなくなる。
すなわち、二次転写バイアスローラ２１の抵抗値が低いため、比較的低電圧で単色画像部を転写するのに十分な電流が流れるが、複数色画像部を転写するには単色画像部に最適な電圧よりも高い電圧値が必要となるため、複数色画像部を転写できる電圧に設定すると単色画像では転写電流過剰となり転写効率の低減を招く。
なお、二次転写バイアスローラ２１の抵抗値測定は、導電性の金属製板に二次転写バイアスローラ２１を設置し、芯金両端部に片側４．９Ｎ（両側で合計９．８Ｎ）の荷重を掛けた状態にて、芯金と前記金属製板との間に１０００Ｖの電圧を印加した時に流れる電流値から算出した。なお、二次転写バイアスローラ２１の抵抗測定時も、環境を２２℃５５％ＲＨに固定して行った。また、二次転写バイアスローラ２１は駆動ギヤ（図示しない）によって駆動力が与えられており、その周速は中間転写ベルト１０の周速に対して、略同一となるよう調整されている。

二次転写バイアスローラ２１は通常中間転写ベルト１０面から離間しているが、中間転写ベルト１０面に形成された４色の重ね画像を転写材２５に一括転写するときにタイミングを取って接離機構２２で押圧され、所定のバイアス電圧を印加することにより転写材２５への転写を行う。
転写材２５はピックアップローラ２８、給紙搬送ローラ２９、レジストローラ３０によって、中間転写ベルト１０面の４色重ね画像の先端部が二次転写位置に到達するタイミングに合わせて給紙される。転写材２５に転写された４色重ね画像は定着手段３１で定着されたあと排紙ローラ３２によって排紙される。
ここで、フルカラー画像形成について詳述する。まず、感光体ベルト１は帯電器４により一様に表面電位−５００Ｖに帯電され、その後露光手段５により露光されて静電潜像が形成されることで画像の書込みが行われ、この感光体ベルト１上の静電潜像がイエロー現像器６によりイエロートナーからなる一成分現像剤で顕像化されてイエロー画像（イエロートナー像）となる。この時イエロー現像器６に印加される現像バイアスは−３００Ｖである。
一次転写バイアスローラ１１は図示しない高圧電源から二次転写バイアスが印加されて中間転写ベルト１０の裏面に接触して電荷を付与することで感光体ベルト１上のイエロー画像を中間転写ベルト１０に転移させる。この時の一次転写バイアスは７００Ｖと設定した。感光体ベルト１はイエロー画像の転写後に感光体クリーニングユニット２により転写残トナーをクリーニングされる。

次に感光体ベルト１は再度帯電器４により一様に表面電位−５００Ｖに帯電され、その後露光手段５により露光されて静電潜像が形成されることで画像の書込みが行われ、この感光体ベルト１上の静電潜像がマゼンタ現像器７によりマゼンタトナーからなる一成分現像剤で顕像化されてマゼンタ画像（マゼンタトナー像）となる。このマゼンタ現像器７に印加される現像バイアスは−３００Ｖである。
一次転写バイアスローラ１１は高圧電源から転写バイアスが印加されて中間転写ベルト１０の裏面に接触して電荷を付与することで感光体ベルト１上のマゼンタ画像を中間転写ベルト１０に転移させる。この時の一次転写バイアスは８００Ｖと設定した。感光体ベルト１はマゼンタ画像の転写後に感光体クリーニングユニット２によりクリーニングされる。
次に感光体ベルト１は再度帯電器４により一様に表面電位−５００Ｖに帯電され、その後に露光手段５により露光されて静電潜像が形成されることで画像の書込みが行われ、この感光体ベルト１上の静電潜像がシアン現像器８によりシアントナーからなる一成分現像剤で顕像化されてシアン画像（シアントナー像）となる。この時シアン現像器８に印加される現像バイアスは−３００Ｖである。
一次転写バイアスローラ１１は高圧電源から転写バイアスが印加されて中間転写ベルト１０の裏面に接触して電荷を付与することで感光体ベルト１上のシアン画像を中間転写ベルト１０にイエロー画像、マゼンタ画像と重ね合わせて転写させる。この時の一次転写バイアスは９００Ｖと設定した。感光体ベルト１はシアン画像の転写後に感光体クリーニングユニット２によりクリーニングされる。
さらに感光体ベルト１は帯電器４により一様に表面電位−５００Ｖに帯電され、その後に露光手段５により露光されて静電潜像が形成されることで画像の書込みが行われ、この感光体ベルト１上静電潜像がブラック現像器９によりブラックトナーからなる一成分現像剤で顕像化されてブラック画像（ブラックトナー像）となる。この時ブラック現像器９に印加される現像バイアスは−３００Ｖである。

一次転写バイアスローラ１１は高圧電源から転写バイアスが印加されて中間転写ベルト１０の裏面に接触して電荷を付与することで感光体ベルト１上のブラック画像を中間転写ベルト１０にイエロー画像、マゼンタ画像、シアン画像と重ね合わせて転写させる。この時の一次転写バイアスは９００Ｖと設定した。感光体ベルト１はブラック画像の転写後に感光体クリーニングユニット２によりクリーニングされる。
中間転写ベルト１０上のフルカラー画像（４色重ね画像）は給紙装置からピックアップローラ２８、給紙搬送ローラ２９、レジストローラ３０によって給紙されてきた転写材２５へ二次転写バイアスローラ２１により転写され、転写材２５は中間転写ベルト１０から転移されてきた画像が転写手段３１で定着された後に排紙される。
また、本実施形態はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか１色の画像を形成する単色モード、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか２色の画像を重ねて形成する２色モード、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのいずれか３色の画像を重ねて形成する３色モード、上述のような４色重ね画像を形成するフルカラーモードを有し、これらのモードが操作部にて指定可能である。
単色モード、２色モード、３色モードのいずれかが指定された時には、上述のようなフルカラーモードにおいて、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を感光体ベルト１上に形成して中間転写ベルト１０に転写する動作の代わりに、単色モードに応じた単色の画像を感光体ベルト１上に形成して中間転写ベルト１０に転写する動作、または２色モードに応じた２色の画像を感光体ベルト１上に形成して中間転写ベルト１０に転写する動作、または３色モードに応じた３色の画像を感光体ベルト１上に形成して中間転写ベルト１０に転写する動作が行われ、中間転写ベルト１０上の単色画像または２色重ね画像または３色重ね画像が二次転写バイアスローラ２１により転写材２５に転写されて定着手段３１によって定着された後に排紙される。
ここで、複数色の重ね画像を転写材２５上に形成する画像形成動作を操作部による設定枚数分だけ連続して行う時には、転写材２５後端が二次転写バイアスローラ２１を十分に通過するタイミングで高圧電源１００から二次転写バイアスローラ２１への二次転写バイアス電圧がオフされ、その後中間転写ベルト１０上の次ページのトナー像を二次転写バイアスローラ２１へ付着させないために、接離機構２２によって二次転写バイアスローラ２１を中間転写ベルト１０から離間させる。
ところで、トナー粒径は体積平均粒径で４〜１０μｍの範囲であることが望ましい。これよりも小粒径の場合には現像時に地汚れの原因となり、また流動性が悪化し、さらに凝集しやすくなるので中抜けが発生しやすくなる。逆にこれよりも大粒径の場合にはトナー飛び散りや、解像度悪化により高精細な画像を得ることができない。本実施形態では、トナー粒径の体積平均粒径７．５μｍのものを用いた。なお、本画像形成装置にてコピーを行う場合にはスキャナー部３３より行い、各種操作および表示は表示部３４にて行う。

ここで、本発明のクリーニングユニットについて詳述する。図２はベルトクリーニングユニット１９の拡大図である。ベルトクリーニングユニット１９にはクリーニングブラシ４０に１ｍｍ食い込む位置関係で転写残トナー回収ローラ４２が配設されている。この転写残トナー回収ローラ４２はバイアス電源１００に接続されており、所定のタイミングにてバイアス（本実施形態では＋極性）が印加される。
前記バイアスによってクリーニングブラシ４０に付着した転写残トナーはさらに転写残トナー回収ローラ４２に回収され、回収ローラクリーニングブレード４３によって掻き落とされる。掻き落とされた転写残トナーは常時回動している搬送スクリュー４５によって一定方向に搬送され、図示しない廃トナーボトルに回収される。
本実施形態で用いたクリーニングブラシ４０は、２００テックス／５０フィラメント、密度は１０００００本／ｉｎｃｈ^２、ブラシ径はφ１６、芯金径φ１０、毛足長さは６ｍｍとした。ブラシ材質としてＰＥＴにカーボンブラックを混錬し抵抗調整された繊維を用いた。
ところで、クリーニングブラシ４０の抵抗であるが、１０^４Ω以下であると転写残トナー回収ローラ４２との電位差が少なくなるためトナー回収性能、すなわちクリーニングブラシ４０から転写残トナー回収ローラ４２への残トナー転移性が低下してしまう。このようにクリーニングブラシ４０に残トナーが滞留してしまうと−極性トナーの回収が不可能となると同時に、帯電量が０に近いものや＋極性に帯電している残トナーへの電荷注入が十分に行えず、クリーニング不良が発生してしまう。
一方、クリーニングブラシ４０の抵抗が１０^１０Ωを超えると前述した印加バイアスの範囲では電流不足により電荷注入が十分に行われずクリーニング不良となる。ここで、電圧を上げると電流は流れるようになるが高電圧による放電が発生し部分的に＋帯電量の大きい、具体的には６０［μＣ／ｇ］以上の残トナーが発生してしまう。
このように強く＋帯電した残トナーは中間転写ベルト１０との間に静電的吸着力が強く発生し、感光体ベルト１への転移ができなくなるためクリーニング不良となる。したがって、クリーニングブラシ４０の抵抗値範囲は１０^４〜１０^１０Ωであることが望ましい。
なお、クリーニングブラシ４０の抵抗値測定に際しては図３に示すように、導電性の２枚の金属製板５０によってクリーニングブラシ４０を挟むように設置し、各金属製板ともにクリーニングブラシ４０に対して毛先が１ｍｍ程度喰い込むようにした。この状態において、前記金属製板間に高圧供給電源装置５１により１０００Ｖの電圧を印加した時に流れる電流値から抵抗値を算出した。なお、クリーニングブラシ４０の抵抗測定時も、環境を２２℃５５％ＲＨに固定して行った。

クリーニングブラシ４０は図２に示すように中間転写ベルト１０の回転方向に対して逆（カウンター）方向に回転駆動させている。クリーニングブラシ４０の回転方向は中間転写ベルト１０の回転方向と同一方向に回転させても良いが、この時には中間転写ベルト１０の速度よりも相対的に１．１〜１．５倍程度早く回転させるほうが望ましい。これ以下であるとブラシのトナー掻き取り性が不十分となり、またこれ以上であるとトナーを弾き飛ばしてしまうため、機内にトナーが飛散してしまうからである。
符号４４は潤滑剤であり、本実施形態ではステアリン酸亜鉛を棒状に固めたもので、ステアリン酸亜鉛の原材料を溶融→予め熱してある型に注入→冷却→脱型、の手順で作成される。潤滑剤４４は自重にてクリーニングブラシ４０に対して押圧され、回転するクリーニングブラシ４０の毛先によって研磨される。この研磨によって潤滑剤４４は微粒子状となり、微粒子はクリーニングブラシ４０の毛先に付着して搬送された後、中間転写ベルト１０表面に擦り付けられるように塗布され中間転写ベルト１０の表面に均一に成膜される。
このように中間転写ベルト１０上に均一に成膜された潤滑剤によって、中間転写ベルト１０の表面の離型性が上がるので、クリーニング性が向上する一方、トナー外添剤等の付着によるフィルミングを防止できるようになる。さらに、クリーニングブラシ４０の毛先にも同時に潤滑剤が成膜されるため、クリーニングブラシ４０からトナーを回収する際にもその離型性によって容易となる。

ここでベルトクリーニングユニット１９の動作を説明する。フルカラー画像を形成するときは中間転写ベルト１０上に４色のトナー画像が形成されるまで、接離機構２６によって中間転写ベルト１０面から離間させられており、中間転写ベルト１０上の画像が転写材２５に二次転写された後の転写残トナーが該ベルトクリーニングユニット１９に到達するタイミングに合わせ、接離機構２６によって中間転写ベルト１０に当接される。
クリーニングブラシ４０は当接するタイミングに合わせ、図示しないブラシ駆動モータにより回動されると同時に、転写残トナー回収ローラ４２には高圧電源１００によってクリーニングバイアスが印加される。本実施形態ではクリーニングバイアスとして、１３００Ｖの定電圧印加を行った。なお、クリーニングバイアスの検討を行った結果６００〜１８００Ｖの範囲で使用可能なことがわかった。
ところで中間転写ベルト１０上のトナー帯電極性は本実施形態の場合、二次転写前までは−極性であるが二次転写後の残トナー極性は＋極性が多く含まれる。これは二次転写時の放電により極性反転するためで、二次転写バイアスを高くすると＋極性トナーの割合も多くなる。
このように＋極性に帯電した残トナーが一次転写ニップ部に到達すると、一次転写バイアスにより形成された転写電界によって通常の一次転写とは逆に中間転写ベルト１０から感光体ベルト１に転移する。しかしながら、二次転写残トナーの極性は必ずしも全てが＋極性ではなく、−極性や帯電量が０に近いものも混在しており、残トナー帯電量を測定したところ−１０〜＋１０［μＣ／ｇ］であった。
これは転写材２５の材質やその吸湿状態、二次転写が行われる雰囲気環境などによって残トナーの受ける放電状態が変化するからである。このため、前述したようにクリーニングブラシ４０に正極のクリーニングバイアスを印加することによって、−極性の残トナーはクリーニングブラシ４０に吸着し、その後クリーニングブラシ４０と転写残トナー回収ローラ４２との電位差で残トナーは転写残トナー回収ローラ４２に転移する。さらに転写残トナー回収ローラ４２に転移した残トナーはクリーニングブレード４３によって掻き落とされる。
帯電量が０に近いものや、＋極性に帯電している残トナーは言うまでもなくクリーニングブラシ４０には吸着されないため電荷注入のみが行われ、平均的に＋極性に帯電されることで中間転写ベルト１０上の残トナーを感光体ベルト１に転移させることが可能となる。以上説明した一連の動作の概略図を図４に示す。

ここで、一般的な動作のタイミングチャートを図５に、本実施例の特徴的な動作のタイミングチャートを図６に示す。一般的な動作との違いは、画像形成動作時に駆動される感光体駆動モータ（図示せず）が停止した後に、クリーニングユニットが離間したままの状態で高圧電源１００によってクリーニングバイアスを印加させ、かつクリーニングブラシ４０を回動させるクリーニングブラシ駆動モータ（図示せず）を駆動させることで、画像形成動作が停止している間においてクリーニングブラシ４０に付着しているトナーを回収するようにしたことである。上述した動作の概略を図７に示す。
このようにしたことで画像形成動作が停止した後も、クリーニングブラシ４０に付着しているトナーを回収できるため、クリーニングブラシから回収しきれなかった場合に発生する次画像形成時のベルトクリーニングユニット１９接離時にトナー落ちが発生せず、また潤滑剤塗布効果により中間転写ベルト１０およびクリーニングブラシ４０からのトナー回収性が向上することで、画像上にトナー落下等の汚れの無い、良好なフルカラー画像を得ることができると同時に、画像形成終了後の空回転動作を短くできるため機械寿命を延ばすことができる。

実施例１との違いは、転写材間における中間転写ベルト１０からのクリーニングユニット１９離間時に、高圧電源１００によってクリーニングバイアスを印加させ、かつクリーニングブラシ４０を回動させることで、転写材間においてクリーニングブラシ４０に付着しているトナーを回収するようにしたことである。この動作を表すタイミングチャートを図８に示す。
このようにしたことで画像形成動作間においても、クリーニングブラシ４０に付着しているトナーを回収できるため、クリーニングユニット１９接離時のトナー落ちを防止できる。また実施例１と同様に潤滑剤塗布効果により中間転写ベルト１０およびクリーニングブラシ４０からのトナー回収性が向上することで、画像上にトナー落下等の汚れの無い、良好なフルカラー画像を得ることができると同時に、画像形成終了後の空回転動作を短くできるため機械寿命を延ばすことができる。なお、実施例１と２の動作を同時に行うことでより確実な効果が得られることは言うまでもない。

クリーニングブラシ４０に付着するトナーには微量ではあるが、クリーニングバイアスと同極性（本実施例では＋極性）のトナーが付着している場合がある。これは本来であれば同極性のため付着しない（＋）トナーが、ブラシ先端の掻き取り力によって中間転写ベルト１０から剥ぎ取られるために起こる。この（＋）極性トナーは転写残トナー回収ローラ４２によって印加されるクリーニングバイアス（＋極性）では回収できないため、ブラシ内部に滞留してしまい、やがてはトナー塊となってブラシから落下し画像汚れとなる。
そこで、実施例３ではベルトクリーニングユニット１９が中間転写ベルト１０から離間した際に、高圧電源１００によって印加されるクリーニングバイアス極性を、（＋）および（−）の交互印加するようにした。
このような動作としたことで、クリーニングブラシ４０に付着している（＋）極性のトナーにおいてもクリーニングブラシ４０から確実に回収することが可能となり、トナー落ちによる画像不良の発生しない良好なフルカラー画像を得ることができる。なお、実施例１または２の動作と組み合わせて行うことも可能であり、より一層確実な効果が得られることは言うまでもない。

図９は本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の構成図である。本画像形成装置は、ドラム状の感光体と中間転写体（以下、中間転写ベルト、と呼ぶ）を当接させる形式のものである。すなわち中間転写ベルト１０上に各色の感光体（感光体ドラム）１および現像器６〜９を直列に配置した形式のものである。図９に示すような画像形成装置の場合には、図１に示した画像形成装置のように中間転写ベルト１０を色数分回転させる必要がなく、一度の回転で各色トナーの重ね転写を行うために画像形成の生産性が高いという利点を有する。
このような構成の画像形成装置においても、実施例１ないし３と同様の動作をさせることで、トナーがクリーニングブラシ４０から回収しきれなかった場合に発生する次画像形成時のベルトクリーニングユニット１９の接離時トナー落ちが発生せず、また潤滑剤塗布効果により中間転写ベルト１０およびクリーニングブラシ４０からのトナー回収性が向上することで、画像上にトナー落下等の汚れの無い、良好なフルカラー画像を高い生産性と同時に得ることができるとともに、画像形成終了後の空回転動作を短くできるため機械寿命を延ばすことができる。
なお、以上説明した実施形態、実施例は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するものではない。たとえば、上述した実施形態、実施例では、像担持体として感光体ベルト、感光体ドラムを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく全ての像担持体に適用可能である。
さらに、二次転写手段として転写ローラを用いたが、回転型転写ブラシなどの回転型接触転写方式はもちろんのこと、転写ブラシ、転写ブレード、転写プレートなどの転写方式でも本発明を適用可能である。また中間転写体として中間転写ベルトを用いて説明したが、円筒状金属に導電性ゴム等を設けた中間転写ドラムでも本発明を適用可能である。また、トナー現像はマイナス帯電トナーを用いた反転現像方式にて説明したが、プラス帯電トナーおよび正規現像方式であっても本発明を適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る画像形成装置の構成図。クリーニングユニットの拡大詳細図。クリーニングブラシの抵抗測定方法の説明図。中間転写ベルトクリーニング方法の概要を示す図。一般的な画像形成タイミングを示すタイミングチャート。実施例１の画像形成タイミングを示すタイミングチャート。クリーニングユニット動作を示す説明図。実施例２の画像形成タイミングを示すタイミングチャート。本発明の第２の実施形態に係る画像形成装置の構成図。

符号の説明

１０中間転写体
１９ベルトリーニングユニット
４０クリーニングブラシ

Claims

中間転写体を用いたフルカラーの画像形成装置において、中間転写体上の転写残トナーをクリーニングする導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで導電性部材に付着したトナーを回収することを特徴とする画像形成装置。
前記導電性部材は回動可能な導電性ブラシであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記導電性部材は１ＫＶ印加時の抵抗値が１０^４〜１０^１０Ωの範囲に調整されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記導電性部材は潤滑剤塗布ブラシを兼ねることを特徴とする請求項１ないし３のいずか記載の画像形成装置。
前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで、前記導電性部材に付着したトナーを回収する動作時には前記導電性部材が回動していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の画像形成装置。
前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで、前記導電性部材に付着したトナーを回収する動作は非画像形成時に行われることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の画像形成装置。
前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にてクリーニングバイアスを印加することで、前記導電性部材に付着したトナーを回収する動作は画像形成動作停止後に行われることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の画像形成装置。
前記導電性部材が中間転写体から離間した状態にて印加されるクリーニングバイアスは、異なる極性が交互に印加されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の画像形成装置。
中間転写体を用いたフルカラーの画像形成装置において、中間転写体上の転写残トナーをクリーニングする導電性部材は回動可能な導電性ブラシであり、非画像形成時または画像形成動作停止後のタイミングにおいて導電性部材が中間転写体から離間した状態にて回動し、かつ片方または両方の極性のクリーニングバイアスを印加することで導電性部材に付着したトナーを回収することを特徴とする画像形成装置。