JP2005352041A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体から記録材に現像剤像を転写する転写部材である転写ローラのクリーニングにファーブラシを用いる画像形成装置において、ファーブラシのクリーニングに際して、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシに蓄積したトナーを確実に除去することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 ファーブラシ４２にバイアスを印加可能なバイアス印加手段４３ｂを有し、所定のタイミングで、現像剤像が記録材に転写される時にファーブラシ４２に印加されるバイアスとは逆極性のバイアスをファーブラシ４２に印加して、ファーブラシ４２から現像剤を除去するファーブラシクリーニング動作を行い、ファーブラシ４２に付着する現像剤量を予測して、ファーブラシクリーニング動作を行う所定のタイミングを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式又は静電記録方式により像担持体上に形成された現像剤像を、中間転写体を介し、或いは、中間転写体を介さずに直接転写部材により記録材に転写を行う画像形成装置、特に、該転写部材に付着した現像剤を除去する構成の画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式や静電記録方式等で第一の像担持体上に形成された静電潜像を現像装置で現像して現像剤像（トナー像）を形成し、第二の像担持体である中間転写体に、このトナー像を一次転写し、その後に記録材に二次転写するように構成した、所謂、中間転写方式が知られている。

又、画像形成装置は、特に電子写真方式の画像形成装置における近年の高画質化に伴い、使用環境の変化や、耐久変化による画像の劣化を防止するために、中間転写方式においては、特に中間転写体上の、通常画像形成による画像形成物に関わらない部分、つまり記録材上に形成される画像に重ならない部分である非画像形成部に、テストパターンとして、画像制御用現像剤像（パッチ）を画像形成し、その濃度を検知して、潜像の形成条件や現像条件を制御したり、現像剤であるトナーの現像装置への補給量を制御したりといった制御が頻繁に行われるようになってきている。

パッチが中間転写体に形成された場合、パッチは記録材には転写されないので、画像形成時における二次転写の後に残留した現像剤（トナー）や、その他の原因で付着したトナーと同様に、ブレード等の中間転写体のクリーニング手段に回収される。

一般に中間転写体から記録材にトナー像を転写する二次転写手段としては、中間転写体と記録材とが接触する位置に、中間転写体の内側に設置された巻架ローラ（転写対向ローラ）と、又は、中間転写体の外側に該巻架ローラに対向し、転写時の記録材の裏側にローラ状の転写部材（二次転写ローラ）が用いられ、画像形成時においては、これらの中間転写体外側の二次転写ローラと中間転写体とのニップに記録材が挟持され、記録材がこのニップで挟持搬送されている際に印加される、巻架ローラと二次転写ローラ間の転写電界によって、中間転写体から画像が記録材に転写される。

ところが、画像形成中に上記のパッチが形成される場合、パッチは通常紙間において形成されるため、二次転写バイアスを切り換えたり、印加を止めたりする時間がないので、中間転写体の外側に配置された二次転写ローラに付着していくことになる。

そこで、これをクリーニングするために、二次転写部における中間転写体の外側の二次転写ローラのクリーニング手段が設けられ、この二次転写ローラクリーニング手段によるクリーニング性の向上が求められるようになってきている。

一般に、この二次転写ローラのクリーニング方式は、ポリウレタンゴム等のブレードを押し当ててトナーを機械的な力で除去するブレード方式、又は、細い繊維を植えたファーブラシによりトナーを付着させて、回収するファーブラシ方式、又は、記録材への転写が行われないタイミングで、二次転写ローラにトナーと同極性、つまり、トナー像の記録材への転写時とは逆極性のバイアスを印加して、中間転写体へトナーを戻し、中間転写体周囲に設けられたクリーニング手段によって除去させるバイアスクリーニング方式等がある。

これらの二次転写ローラクリーニング方式のうち、上記ファーブラシ方式において、ファーブラシに、バイアスが印加可能な金属ローラを当接させて、ファーブラシに回収したトナーを電位差によって金属ローラに転写させ、この金属ローラに付着させたトナーに対しては、ブレード、スクレーパを用いてクリーニングするバイアスローラ方式も採用されている。

しかし、このバイアスローラ方式は、クリーニング性能を上げることはできるが、構成が複雑になるため、装置の大型化、コストアップにつながってしまう。そこで、ファーブラシ方式のクリーニング性能を上げる様々な発明が提案されている。

例えば、パッチが転写部を通過するとき、二次転写ローラか又はファーブラシに転写時とは逆バイアスをかけてパッチを二次転写ローラになるべく転写させないようにし、中間転写体に対する別のクリーニング手段に回収させたりしている。

又、このファーブラシ方式で回収したトナーは、そのままではファーブラシにたまる一方なので、通常、板金や棒状の部材にファーブラシの毛先を衝突させて離脱させ、ファンによって吸引したりしていたが、ファーブラシ自体への回収トナーの蓄積量が多くなると、二次転写ローラのクリーニングの際に二次転写ローラにトナーが逆戻りし、画像を汚してしまうという問題を起こすことがある。

このような課題は、中間転写体クリーニングに対しては、ファーブラシクリーニング方式を採用した場合でも発生する。例えば、特許文献１では、中間転写体のファーブラシクリーニングに関して、電源投入後のウォーミングアップ時、若しくは記録材への特定回数の転写終了後の非画像形成時、ファーブラシと中間転写体の間に通常のクリーニング時とは逆のバイアス電圧を印加して、ファーブラシに蓄積されたトナーを中間転写体側に移動させ、中間転写体のクリーニング手段によって回収する。

しかしながら、これを転写ローラのクリーニングに応用して、パッチが転写部を通過するときに、二次転写ローラ又はファーブラシに逆バイアスをかける方法では、スループットを上げるために画像形成間隔を短くしていくと、パッチの通過時に逆極性のバイアスをかける時間が短くなり、出力の切り替えが間に合わなくなるという問題が発生する。

又、上記のファーブラシに溜まったトナーを除去するために通常画像形成時に対して逆極性のバイアスをかける構成では、ファーブラシのクリーニング動作中は記録材への画像形成ができないため、結果的にスループットが下がるという問題が発生する。つまり、記録材への特定回数画像形成を行った後では、画像形成を一旦中止して、ファーブラシのクリーニング動作に入ってしまうため、画像形成を連続して行う場合に、頻繁に停止してしまうといった問題が発生する。

更に、中間転写体の耐久による抵抗値の変動は比較的小さいために、中間転写体のクリーニングでは、ファーブラシに印加される中間転写体のクリーニングバイアス、又は、ファーブラシに溜まったトナーを中間転写体に逆転写させるために印加される、中間転写体クリーニングバイアスとは逆極性のバイアスの最適値はほとんど一定値であるのに対して、二次転写ローラのクリーニングにおいては、二次転写ローラは耐久による通電劣化によって、抵抗値が徐々に上がっていく。その対策のために、抵抗値が上昇しても十分なクリーニングができるように、二次転写ローラのクリーニングのために予め高いバイアスを印加するように設定すると、ファーブラシ内のトナーの帯電量が変化して、クリーニング中に二次転写ローラにトナーが逆戻りしてしまう現象が、画像形成の初期より現れる。
特開２００２−７２６９７号公報

本発明の目的は、像担持体から記録材に現像剤像を転写する転写部材である転写ローラのクリーニングにファーブラシを用いる画像形成装置において、ファーブラシのクリーニングに際して、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシに蓄積したトナーを確実に除去することができる画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、現像剤を用いて表面に現像剤像が形成される像担持体と、該像担持体上の現像剤像を中間転写体上に転写し、その後、該中間転写体上に転写された現像剤像を記録材上に転写するための転写部材又は前記像担持体から記録材へと前記現像剤像を転写させる転写部材と、該転写部材に付着した前記現像剤を回収するファーブラシと、を有する画像形成装置において、
前記ファーブラシにバイアスを印加可能なバイアス印加手段を有し、所定のタイミングで、前記現像剤像が前記記録材に転写される時に前記ファーブラシに印加されるバイアスとは逆極性のバイアスを前記ファーブラシに印加して、前記ファーブラシから前記現像剤を除去するファーブラシクリーニング動作を行い、
前記ファーブラシに付着する前記現像剤量を予測して、前記ファーブラシクリーニング動作を行う前記所定のタイミングを制御することを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明の画像形成装置は、現像剤を用いて表面に現像剤像が形成される像担持体と、像担持体上の現像剤像を中間転写体上に転写し、その後、中間転写体上に転写された現像剤像を記録材上に転写するための転写部材又は像担持体から記録材へと現像剤像を転写させる転写部材と、転写部材に付着した現像剤を回収するファーブラシと、を有する画像形成装置において、ファーブラシにバイアスを印加可能なバイアス印加手段を有し、所定のタイミングで、現像剤像が記録材に転写される時にファーブラシに印加されるバイアスとは逆極性のバイアスをファーブラシに印加して、ファーブラシから現像剤を除去するファーブラシクリーニング動作を行い、ファーブラシに付着する現像剤量を予測して、ファーブラシクリーニング動作を行う所定のタイミングを制御するので、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシに蓄積したトナーを確実に、安価な方法で除去することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

実施例１
本実施例が適用される画像形成装置の一例として、図１に示されるインライン方式中間転写方式の画像形成装置を挙げる。

図１に示す画像形成装置は、４色フルカラーのレーザプリンタであり、現像剤像（トナー像）を重ね合わせる第二の像担持体としてのベルト状の中間転写体としての中間転写ベルト１３０と、その回転方向に沿って上流側から順に配置された４個の画像形成部、即ち第１（イエロー）の画像形成部Ｓａと、第２（マゼンタ）の画像形成部Ｓｂと、第３（シアン）の画像形成部Ｓｃと、第４（ブラック）の画像形成部Ｓｄとを備えている。

第１〜第４の画像形成部Ｓ（Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）は、それぞれ第一の像担持体、本実施例では、ドラム型の電子写真感光体（感光ドラム）３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）を有しており、これら感光ドラム３上に各色の現像剤像（トナー像）が形成される。

各画像形成部Ｓにおいて、感光ドラム３の周囲には、ドラム帯電器（一次帯電器）２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）、電位センサ１１３（１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ）、現像器１（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）、一次転写部材としての一次転写ローラ２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）、及び感光ドラム３に対するクリーナ４（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ）が設けられている。そして、画像形成装置本体の上部には、更に光源装置及びポリゴンミラー等で構成されるレーザビームスキャナである露光装置１１７が配設されている。

露光装置１１７は、光源装置から発せられたレーザ光を、ポリゴンミラーを回転させて走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって偏向し、ｆθレンズにより感光ドラム３の母線上に集光して露光することにより、感光ドラム３上に、画像信号に応じた静電潜像が形成される。

現像器１には、それぞれの画像形成部Ｓにおいて、現像剤として、それぞれ現像器１ａにはイエロー、現像器１ｂにはマゼンタ、現像器１ｃにはシアン、現像器１ｄにはブラックのトナーが、供給装置（不図示）により所定量充填されている。現像器１は、それぞれの画像形成部Ｓ毎に感光ドラム３上の静電潜像を現像して、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像及びブラックトナー像として現像（可視化）する。

感光ドラム３上に形成されたトナー像は、各画像形成部Ｓ毎に、一次転写ローラ２４に電圧を印加して、トナーと逆極性の電流を流すことで、中間転写ベルト１３０上に順次転写される。

中間転写ベルト１３０上に重ね合わされたトナー像は記録材Ｐ上に一括して転写される。本実施例では、この二次転写を実施する二次転写部材として、中間転写ベルト１３０を挟んだ一対の転写対向ローラ４０と二次転写ローラ４１が設けられる。そのうちの転写対向ローラ４０が中間転写ベルト１３０の巻架ローラであり、その対となる二次転写ローラ４１が、中間転写ベルト１３０を挟んで転写対向ローラ４０と対向して配置される。この転写ローラ４１が、中間転写ベルト１３０との間に記録材Ｐを挟持搬送し、中間転写ベルト１３０上のトナー像を記録材Ｐに転写する。本実施例では、中間転写ベルト１３０の巻架ローラの１つである転写対向ローラ４０に、図３に示すように、正負切り換え可能の電源４３ａが接続され、画像転写時はトナーと同極性のバイアスが印加されることによって、この転写工程が実施される。本実施例ではトナーがマイナス極性に帯電されているので、転写時は転写対向ローラ４０にマイナスのバイアスが印加される。転写対向ローラ４０に対向する、中間転写ベルト１３０外側に配置された二次転写ローラ４１はアースされている。即ち、転写対向ローラ４０と二次転写ローラ４１の間に転写電界が形成される。

記録材Ｐは、記録材カセット１０に収容され、そこから給紙ローラ１０ａ、複数の搬送ローラ１０ｂ、及びレジストローラ１２を経て二次転写ローラ４１と中間転写ベルト１３０との対向部である二次転写部に供給される。

中間転写ベルト１３０は、ポリエチレンテレフタレート樹脂シート（ＰＥＴ樹脂シート）や、ポリフッ化ビニリデン樹脂シート、ポリウレタン樹脂シート等の誘電体樹脂のシートによって構成されており、その両端部を互いに重ね合わせて接合し、エンドレス形状にしたものか、あるいは継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトである無端状のベルトが用いられている。これらの体積抵抗率は１０⁹〜１０¹⁶Ω・ｃｍのものが一般的である。

トナー像が転写された記録材Ｐは、搬送部６２により定着装置９へ搬送される。定着装置９は、定着ローラ５１、加圧ローラ５２と、これらをクリーニングする耐熱性クリーニング部材５４、５５と、定着ローラ５１内、加圧ローラ５２内に配設されたローラ加熱ヒータ５６、５７と、定着ローラ５１にジメチルシリコーンオイル等の離型剤オイルを塗布する塗布ローラ５０と、そのオイルの溜め５３と、加圧ローラ５２の表面の温度を検知して定着温度を制御するサーミスタ５８とを有している。

４色のトナー像を転写された記録材Ｐは、定着によりトナー像の混色及び記録材Ｐへの固定が行われ、フルカラー画像が形成され、画像形成物として、排紙トレイ６３上に排出される。

転写が終了した感光ドラム３は、各画像形成部Ｓにて、それぞれのクリーナ４により転写残トナーをクリーニング（除去）され、引き続き次の画像形成に供される。

又、本実施例では、中間転写ベルト１３０のクリーニング手段として、クリーニングブレード２０が当接されており、一次転写後に中間転写ベルト１３０上に残留したトナー及びその他の異物は、中間転写ベルト１３０の表面にクリーニングブレード２０で拭い取るようにしている。

本画像形成装置では、画像制御用現像剤像であるパッチ、本実施例では、濃度制御パッチを中間転写ベルト１３０上に形成することによって、上記画像形成工程を実行する条件を制御する。画像形成装置による画像形成は、使用環境の変動、形成画像の画像面積の変化や画像形成枚数の変化によって、形成画像の画像濃度や色味が変化してしまうことがある。この主な要因として、トナーが環境の水分を吸収して帯電特性が変わったり、トナーの消費量と補給量がずれてしまった結果、帯電特性が変化してしまったり、画像形成開始によって、本体内の温度が上昇して、各部材の抵抗値が変化したりといった様々な要因が挙げられる。このような濃度変動を抑えるため、定期的に濃度制御パッチを画像形成して、その濃度を検知して、トナーの補給量を制御したり、感光ドラム３の帯電電位を変化させたり、現像電位を変化させたりといった制御が実行されている。

パッチは、画像形成装置の画像形成手段の動作制御を行う不図示の制御手段に設けられたメモリに、目的に合った画像パターンが記憶させてあり、各画像形成部Ｓ毎に、この画像パターンに基づいたパッチ画像信号を、潜像形成手段である、光源装置やポリゴンミラー１１７を備えた露光装置の駆動手段（不図示）に送信し、ドラム３上にパッチ潜像が形成される。ここで、制御手段のメモリに記憶された、濃度制御パッチに用いるパッチのパッチ画像パターンとしては、画像形成装置が出力する最大濃度のベタ画像であったり（最大濃度パッチ）、ハーフトーン画像であったりする場合がある。本実施例では、濃度制御パッチとて、反射濃度１．０のハーフトーン画像を作成した。

感光ドラム３上に形成されたパッチ潜像は、上記の通常画像形成工程と同様に、一様に一次帯電されたドラム３上に形成され、現像器１によって現像され、各画像形成部Ｓにて、それぞれの色の濃度制御パッチが形成される。

この濃度制御パッチも通常画像と同様に、一次転写ローラ２４によって中間転写ベルト１３０上に転写される。濃度制御パッチは、あくまでテストパターンであり、画像形成物として得られるものではないため、感光ドラム３や中間転写ベルト１３０である像担持体表面の非画像形成部に形成されることが多く、感光ドラム３上に形成されたパッチを濃度センサによって濃度検知する場合もあるが、本実施例では、中間転写ベルト１３０に転写されたパッチを濃度センサ３０によって濃度検知し、画像制御を行うものとする。

そして、濃度制御パッチは非画像形成部に形成されるので、それを画像形成するタイミングは、連続画像形成中の記録材Ｐと記録材Ｐの画像形成間で、所謂、紙間か、又は、画像形成工程が実行される前回転時若しくは後回転時である。

ここで、画像形成終了後の後回転で濃度制御パッチを打つ場合は、濃度制御パッチの画像濃度を、中間転写ベルト１３０に対向した濃度センサ３０により検知（モニタ）して、上記した転写対向ローラ４０に、濃度制御パッチが二次転写ローラ４１に転写されないように逆バイアスを印加する時間が十分にあるので、転写対向ローラ４０に逆バイアスをかける制御が実行されることが好ましい。このことによって、後回転時に形成されたパッチは、二次転写ローラ４１には転写されずに、通常画像と同様に中間転写ベルトクリーニング手段であるクリーニングブレード２０によって除去することができる。

ところで、本実施例の画像形成装置では、スループットを上げるために、連続画像形成中の紙間に濃度制御パッチを画像形成する。図２（ａ）は、本実施例において、中間転写ベルト１３０上における、記録材Ｐに画像形成される中間転写ベルト１３０上の画像位置ＰＡと濃度制御パッチＸの位置関係を示した図である。図２（ａ）においては、４枚の画像形成に対して各色が１回パッチを形成する場合が示されている。

本実施例では、濃度センサ３０は、中間転写ベルト１３０の移動方向に交差する方向（スラスト方向）に２つ並べて配置されている。そのため、２つの画像形成部Ｓによって、パッチを形成する位置を、スラスト方向に各濃度センサ３０に対向するように並べて形成すれば、一度に、２色の画像形成部Ｓによって形成される画像濃度が読み取り可能となり、１回に２色ずつで計２回のパッチ形成及び濃度検知で全ての色の濃度制御が完了する。

このように、濃度制御パッチＸを中間転写ベルト１３０上に画像形成し、中間転写ベルト１３０に対向して各画像形成部Ｓのベルト移動方向下流側に設けられた濃度センサ３０によって画像濃度を読み取り、読み取られた画像濃度信号が制御手段に送信され、トナーの補給量、現像バイアスにフィードバックして、画像濃度を安定させるようにしている。

本実施例の中間転写ベルト１３０上における記録材ＰＡと記録材ＰＡとの間隔、つまり紙間間隔は最小で４０ｍｍとなっている。濃度制御パッチＸの大きさは、２０ｍｍ×２０ｍｍなので、中間転写ベルト１３０進行方向の長さは２０ｍｍである。プロセススピードは２００ｍｍ／ｓであるので、中間転写ベルト１３０の紙間領域が二次転写部を通過する時間は２００ｍｓである。ここから、濃度制御パッチＸを通過する時間を引くと１００ｍｓとなる。

ここで、一般に高圧電源がオンしてから安定に出力される時間は１００ｍ／ｓ程度必要であるため、紙間において、転写対向ローラ４０に印加されるバイアスをマイナスからプラスに切り替えて、又マイナスに戻すといった制御をする時間がなく、即ち、トナーを、中間転写ベルト１３０のパッチ形成面に直接接触する二次転写ローラ４１に転写させないために、電源を切り替える制御をする時間がない。

つまり、紙間に形成されるパッチについては、紙間中に転写対向ローラ４０に印加されるバイアスを切り換えるのは困難であり、後回転におけるパッチと同様に、クリーニングブレード２０のみで除去するのは不可能である。

よって、紙間に形成されるパッチは、二次転写部において中間転写ベルト１３０外側に位置する二次転写ローラ４１に転写される。ここで、図３を用いて、この二次転写ローラ４１周辺における様子から、パッチＸが転写された二次転写ローラ４１のクリーニングについて説明する。

二次転写ローラ４１には、上記濃度制御パッチＸ以外に、記録材位置ＰＡ以外の部分に付着しているかぶりトナーや現像器１からの飛散トナー等の廃トナーが付着する。この廃トナーのクリーニングが不十分であると、記録材Ｐの裏に付着して、裏汚れとなる。

そこで、二次転写ローラ４１のクリーニングが、二次転写ローラ４１周囲に接触して設けられたファーブラシ４２によって行われる。ファーブラシ４２は正負の極性が切り換え可能なバイアス印加手段、即ち電源４３ｂが接続されている。記録材Ｐへトナー像を転写する通常の画像形成時は、トナーと逆極性のプラスのバイアスが印加され、二次転写ローラ４１に付着した廃トナーをファーブラシ４２中に取り込む。

ファーブラシ４２内のトナーのクリーニングシーケンスでは、通常画像形成時とは逆極性の、マイナスのバイアスが印加され、ファーブラシ４２中に溜まった廃トナーは、二次転写ローラ４１に戻され、更に、転写対向ローラ４０のバイアス印加手段、即ち、電源４３ａも極性を反転することによって、中間転写ベルト１３０上に廃トナーを戻す。中間転写ベルト１３０に戻された廃トナーは中間転写ベルト１３０のクリーニングブレード２０によってクリーニングされる。

こうしたファーブラシクリーニング動作を行うため、図３に示すように、ファーブラシ４２に一定量トナーが溜まったら、画像形成を中止して、ファーブラシ４２にマイナスのバイアスを印加して、且つ、転写対向ローラ４０にプラスのバイアスを印加してファーブラシ４２に溜まった廃トナーを中間転写ベルト１３０上に戻す。

本実施例においては、このファーブラシ４２のクリーニングにおいて、印加するバイアスは、プラス制御時は、２０μＡ、マイナス制御時は、−２０μＡとした。マイナス制御する時間は１分とした。この時間は画像形成が行えない時間となるため、短ければ短いほど好都合となるので、ファーブラシ４２内のトナーの量が十分に減少する最低時間を選んだ方が良い。

このシーケンスを行わず、上記に説明した紙間にパッチを形成して画像制御を行いながら、通常画像も形成し続け、ファーブラシ４２にプラスバイアスを印加し続けると、ファーブラシ４２内のトナーが溢れて記録材Ｐ裏汚れが発生する。又、ファーブラシ４２内のトナーがそれほど多くない状態でも、プラスのバイアスを印加し続けると、ファーブラシ４２内のトナーが徐々にマイナスからプラスに帯電されて、やはり記録材Ｐの裏汚れが発生してしまう。

そこで、ファーブラシ４２に溜まるトナーがスラスト方向の一部分に対して、濃度制御パッチが５０パッチ分になると裏汚れが発生した。そこで、４０パッチ画像形成を行った後、画像形成を中止して、転写時と逆バイアスをかけるファーブラシクリーニングシーケンスを行うようにした。

上記したように、本実施例では、スラスト２箇所にセンサが配置されているので、中間転写ベルト１３０のパッチＸ形成状態が図２（ａ）に示す状態となるように、４色の１回の濃度検知制御で、２パッチ分の廃トナーがファーブラシ４２に供給される。他のタイミングでパッチが形成される場合、例えば１０枚に１回濃度制御を行うとすると、２００枚に１回クリーニングシーケンスを行うように設定される。

つまり、ここでは、パッチの形成回数が多い程、ファーブラシ４２に付着するトナー量を多いと判断し、パッチの形成回数に応じてファーブラシクリーニング動作を実施するタイミングを制御するものとする。

ここで、濃度制御パッチを形成するタイミングは、濃度が不安定になる条件によって左右される。例えば、画像の情報量が少なく、トナーの消費が少ない条件では、頻繁に濃度制御する必要がない。

しかしながら、画像情報が多く、トナーの消費が多い場合には、消費量と供給量とが合わなくなってくるため、画像濃度が不安定になってしまう。そこで、濃度制御を頻繁に行うことになる。又、上記したように、記録材のサイズや、使用環境の変化も画像濃度が不安定になってしまう要因となっている。

具体的には、Ａ４サイズの紙で画像情報が１０％の時は、５枚に１回、５％の時には、１０枚に１回濃度制御を行うといった制御を行った。画像制御を頻繁に行うと、それだけ、濃度制御パッチを捨てることになり、トナーの消費量が増えたり、廃トナーを捨てるメンテナンス回数が増えたりするため、できる限り濃度制御は行わない方が良い。

本実施例では、本体内に濃度制御パッチを打つタイミングの情報を持っているが、ユーザーが設定できるようにして、濃度変動を気にする画像の場合には濃度制御の頻度を上げて、又、あまり画像を気にしない場合には濃度制御の頻度を下げるように設定してもよい。

一方、ファーブラシ４２に供給される廃トナー量は、濃度制御パッチのトナー量に比べて、かぶりトナーや飛散トナーは十分少ないために、主に濃度制御パッチの回数に依存する。従って、上記のタイミングで一定量の画像形成枚数でファーブラシ４２のクリーニングを行うと、ファーブラシ４２にトナーがほとんど溜まっていないにもかかわらず、画像形成を中止してしまい、無駄に停止してしまっていることが分かった。

そこで、本発明者は、上記のように、濃度制御パッチの回数と、裏汚れの発生状態を検討して、濃度制御パッチの回数に応じてクリーニングを行えば良いことを見出した。

つまり、最小の濃度制御頻度は、Ａ３サイズの２．５％以下の画像をプリントした時であり、このとき、クリーニングシーケンスを行うタイミングは、２０枚に１回である。この条件でも、４０パッチ分の廃トナーをクリーニングした後に、ファーブラシ４２のクリーニングモードを行えば裏汚れが発生しない。画像形成枚数では４００枚に１回となる。

一方、濃度制御が最大の場合、４枚に１回濃度制御を行うので、８０枚に１回のファーブラシのクリーニングになる。

つまり、濃度制御の回数に応じてクリーニング回数を制御すると、固定枚数で８０枚に１回クリーニングを行う構成に対しては、最長で４００枚に一回の頻度まで、画像形成を中止する頻度を下げられることになる。

そこで、濃度制御の回数をＣＰＵでカウントして、濃度制御が決められた条件に達した場合に、ファーブラシのクリーニングを行うようにした。

以上の制御を、フローチャートとして図４に示す。ここでは、Ｓ１からＳ７の工程によってなされる。パッチ回数が４０回と決められていれば（Ｓ２）、４０回になるまでカウントして（Ｓ２〜Ｓ５）、４０になったら（Ｓ６）、ファーブラシ４２内の廃トナーを吐き出すためのバイアスを印加する（Ｓ７）。

本実施例では、ファーブラシクリーニング動作を行うタイミングを決定する条件とは、濃度制御パッチの形成回数であるが、これに限らず、ファーブラシに付着するトナー量に相関する条件であれば良く、本体使用環境の変化によるパラメータを追加して行っても良い。又、紙サイズの情報や、画像情報によって調整してもよい。

又、パッチに関しても、本実施例では、濃度制御パッチを形成したが、他の目的で形成したパッチ、例えば、色ズレ検知のためのパッチや、現像器１内の現像剤を更新するために吐き出されるパッチが形成されることもある。

以上、説明したように、ファーブラシ内に溜まる廃トナー量に関連する条件をモニタして、クリーニングシーケンスを減らすことができるため、画像形成を中止する頻度を減らすことができる。従って、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシに蓄積したトナーを確実に除去する画像形成装置を提供することができた。

尚、本実施例では、記録材Ｐが中間転写ベルト１３０に接触する二次転写部にて、中間転写ベルト１３０を挟んで対向して２つのローラ４０、４１を設け、中間転写ベルト１３０の内側の方のローラ４０に転写バイアスを印加し、外側のローラ４１を接地状態とした。そのことによって、電圧が印加されるファーブラシ４２によって転写バイアスがぶれるのを防ぐことができて好適であるが、中間転写ベルト１３０の外側の、ファーブラシ４２に接触するローラ４１に、トナーと逆極性のバイアスを、転写バイアスとして印加することもできる。

又、本発明は、パッチの量が多くなるインライン方式としたが、感光ドラムが１個の画像形成装置や、単色画像形成装置においても適用できる。又、静電記録方式のものにも適用できる。又、中間転写方式の画像形成装置でなく、直接転写方式のものにも適用できる。この構成については、実施例５で再度説明する。

実施例２
本実施例の画像形成装置における基本構成、画像形成動作は、実施例１と同様であるが、本実施例の画像形成装置では、濃度１．０と０．６の２つの濃度の濃度制御パッチを形成する。

このように、いくつかの濃度で濃度制御を行うと、ハーフトーン領域の濃度が更に安定する。ここでは、この２種類の濃度制御パッチを交互に形成するようにした。

実施例１では、濃度１．０の濃度制御パッチを４０回打つ構成であった。濃度１．０のパッチにおいては単位面積当たりのトナー量が０．３ｍｇ／ｃｍ²であり、面積が４ｃｍ²であるから、濃度１．０のパッチ１個のトナー量は１．２ｍｇである。例えば、このパッチが４０個分、つまり４８ｍｇがファーブラシ４２に溜まるとファーブラシ４２内のトナーを吐き出すシーケンスを行うようにした。

つまり、濃度１．０のパッチにおけるトナー量は１．２ｍｇ、濃度０．６のパッチに関しては０．７２ｍｇとして、トナー量を積算するようにして、積算量が４８ｍｇになったら、ファーブラシ４２内のトナーを吐き出すシーケンスを行うようにした。このような制御を用いても、良好な結果が得られた。このときは、パッチを形成するタイミングは定期的になるとは限らず、中間転写ベルト１３０上のパッチ形成状態は、図２（ｂ）に示すように、不定期になる場合もある。

尚、実施例１と同じように、濃度制御を行う間隔は、本体内のメモリに蓄えていても良いし、ユーザーが設定してもよい。濃度制御の画像濃度はこれらに限られるわけではなく、さらに複数の濃度を用いてもよい。

以上、説明したように、ファーブラシ４２内に溜まる廃トナー量をモニタして、クリーニングシーケンスを減らすことができるため、画像形成を中止する頻度を減らすことができる。

従って、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシに蓄積したトナーを確実に除去する画像形成装置を提供することができた。

実施例３
本実施例においても、基本構成、画像形成動作は、実施例１と同様である。

ところで、上記のように、パッチには様々な目的を有するものがあり、濃度制御パッチに用いるパッチとしては、最大濃度のパッチを形成したり、ハーフトーン画像を形成したりする。

本実施例では、濃度の低いハーフトーン部分の階調性を重視するため、濃度０．６のハーフトーンで濃度制御を行った。そのため、実施例１と比べて、ファーブラシ４２に供給される廃トナー量が減り、ファーブラシ４２のクリーニングシーケンスを行う頻度も下げることができた。

ところが、ファーブラシ４２内に溜まるトナー量が、実施例１の時と比べて少ないにも係わらず、裏汚れが発生することがあった。その原因として、二次転写ローラ４１をクリーニングする時にファーブラシ４２に印加するプラスバイアスによって、廃トナーのトリボがマイナスからプラスに徐々に変化して、廃トナーが少ないにも係わらずトリボが変化したトナーが二次転写ローラ４１に戻り、裏汚れが発生することが分かった。

更に詳しく調べると、この廃トナーのトナートリボの変化は、転写時に印加する電流に依存することが分かった。

そこで、二次転写ローラ４１に付着する廃トナーをクリーニングするために必要な最低の電荷量をファーブラシ４２に印加しておくことで、上記トナートリボの反転を最小に抑えることができ、ファーブラシ４２内にためることができるトナー量を増やすことができた。つまり、ファーブラシ４２のクリーニングの頻度を減らすことができる。つまりファーブラシ４１に印加するバイアスを定電流制御すると、ファーブラシ４２が保持できるトナー量が多く、クリーニングの頻度を減らすことができる。

より、具体的には、実施例１では、二次転写ローラ４１のクリーニング時はファーブラシ４２に２０μＡのプラス電流を印加していたが、本実施例では、濃度制御パッチの濃度が低いため、１２μＡの電流を印加することで、二次転写ローラ４１のクリーニングができた。このように、電流値を変えることで、トナートリボの反転を最小に抑えることができ、ファーブラシ４２内に保持することができるトナー量を増やすことができた。

定電流で二次転写ローラ４１のクリーニングを行う理由を説明すると、二次転写ローラ４１の抵抗値は、通電によって劣化することが知られている。そのため、定電圧制御でファーブラシ４２にバイアスを印加すると、二次転写ローラ４１の抵抗が小さい時は、クリーニングに必要な電流が確保できるが、二次転写ローラ４１の抵抗値が上がるにつれて、流れる電流が減少しクリーニング不良が発生してしまうからである。

そのため、ファーブラシ４２に印加するバイアスの印加を定電流制御で行い、二次転写ローラ４１の抵抗値が変わってもクリーニング不良が発生しない構成としている。

以上のように、ファーブラシ４２に印加するバイアスを定電流制御で行い、且つ、濃度制御パッチの濃度に合わせて、最適に制御することで、ファーブラシ４２内に保持することができるトナー量を増やし、ファーブラシ４２のクリーニングの頻度を減らすことができた。

従って、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシ４２に蓄積したトナーを確実に除去する画像形成装置を提供することができた。

実施例４
本実施例は、実施例３と同じく基本構成、画像形成動作は、実施例１と同様である。

実施例３において、二次転写ローラ４１のクリーニングを、ファーブラシ４２へ定電流制御で行うメリットは、上記したように、二次転写ローラ４１やファーブラシ４２の抵抗値、つまり、電流が流れる部材の抵抗値が変化しても、必要な電流が確保できることが上げられる。

一方、ジャムなど、予期しない原因によって、二次転写ローラ４１が部分的に汚れたり、かぶりトナーが増えたりといったトナー量の変化やスラスト方向のムラが発生すると、トナーの付着した部分はトナーの抵抗によって抵抗値が上昇し、電流が流れ難くなり、トナーのない部分への電流が増えてしまう。つまり、定電流制御で高圧トランスから出力した電流の一部がトナーのない部分に流れてしまい、その分、トナー部分のクリーニングに必要な電流が確保できないといった問題が発生する。

この問題に対する対策として、ファーブラシ４２に印加するバイアスの定電圧制御を用いた場合、トナーの有り無しといった、部分的なインピーダンスの変化によらず、濃度制御パッチのクリーニングに必要な電流が確保できるといったメリットがある。

そこで、二次転写バイアスが印加される転写対向ローラ４０に流れる電流と電圧を検知して、その結果から、前もって調べられた転写対向ローラ４０と二次転写ローラ４１の抵抗値の関係に基づいて、二次転写ローラ４１の抵抗値を判断して、その抵抗値をもとに、ファーブラシ４２に印加する定電圧制御の電圧値を決定することで、上記問題を解決する構成とした。

具体的には、転写対向ローラ４０を、４０μＡの定電流で制御した場合、耐久変動による抵抗上昇によって、印加する電圧は約２．８ｋＶ〜４ｋＶに変化する。このとき、ファーブラシ４２に所望の電流を流すための電圧は、＋５００Ｖ〜＋１２００Ｖへ変化した。この変化を詳細に調べ、転写対向ローラ４０の電圧とファーブラシ４２に印加すべき電圧の関係を本体内のメモリに記録しておき、その情報をもとに、ファーブラシ４２の電圧を決定する構成とした。

このように構成することで、定電圧制御でも、二次転写ローラ４１のクリーニング不良を防止することができた。ファーブラシ４２に溜まったトナーをクリーニングする間隔は実施例２と同様の間隔で行った。

本実施例では、上記のような数値を用いたがこのような数値に限定される訳ではなく、二次転写ローラ４１や中間転写ベルト１３０の抵抗値、ファーブラシ４２の抵抗値によっても変化することはいうまでもない。

以上のように、二次転写ローラ４１の抵抗値をモニタして、ファーブラシ４２に定電圧制御で印加する電圧の決定を行うことによって、二次転写ローラ４１のクリーニング不良が発生せず、且つ、ファーブラシ４２内に保持することができるトナー量を増やし、ファーブラシ４２のクリーニングの頻度を減らすことができた。

本発明の実施例として実施例１に説明した図１の構成を有する画像形成装置のように、二次転写ローラのファーブラシでクリーニングされるトナーのほとんどが濃度制御パッチである場合には、この濃度制御パッチのタイミングは記録材の種類やサイズ、画像形成枚数によって変更するのが一般的である。つまり、ファーブラシに供給されるトナー量が画像形成の条件によって変化する。

そこで、本発明により、濃度制御パッチの総量とクリーニング時に流した電流量の関係から、ファーブラシをクリーニングするために、ファーブラシに通常画像形成時とは逆極性のバイアスを印加するタイミングを最適に調整することによって、転写対向ローラやファーブラシの電源を切り換えるクリーニング動作を減らすことができ、つまり画像形成を中断する動作を減らすことができ、画像形成装置のスループットを必要以上に下げることなく、ファーブラシに蓄積したトナーを確実に除去する画像形成装置を提供することができた。

実施例５
上記実施例では、本発明の画像形成装置は、中間転写体として、中間転写ベルト１３０を有する構成とされたが、本発明は、斯かる構成の画像形成装置に限定されるものではない。

図５に、本発明の画像形成装置の他の実施例の概略構成を示す。この実施例では、画像形成装置は、電子写真方式の単色の複写機或いはプリンタ等とされる画像形成装置とされ、回転可能に配置された像担持体としての感光ドラム３を備えている。感光ドラム３の周囲には、帯電装置２、現像装置１、クリーニング装置４等のプロセス機器が配置されている。現像装置１には、現像剤が収容されている。

感光ドラム３には、原稿の画像信号によるレーザ光Ｌがポリゴンミラー（不図示）等を介して投射され、感光ドラム３上に静電潜像がトナー像として可視化される。

感光ドラム３上に可視化されたトナー像は、転写部に到達すると、転写バイアスを印加した転写手段としての転写ローラ４１によって、タイミングを同期させて送られてきた転写材Ｐ上に転写される。最後に、感光ドラム３から分離した転写材Ｐは、定着装置９によって定着される。

感光ドラム３上にそのまま残留した付着トナーは、クリーニング装置４でクリーニングされる。

このような画像形成装置では、感光ドラム３に接触回転する転写ローラ４１には、画像制御のために感光ドラム３に形成された、パッチである色ズレ検出パターン像や濃度検出用パターン像Ｘが転写ニップ部で直接にローラ４１表面に付着する。

本実施例の画像形成装置では、感光ドラム３の周面に沿って、現像装置１と転写ローラ４１との間に配設された濃度検知センサ３０で、感光ドラム３上で、パッチＸの画像パターンを濃度検知することで、トナー制御等の画像制御を行っている。

このような構成の本実施例においても、転写ローラ４１に対して、上記実施例１〜４における二次転写ローラ４１のクリーニングと全く同様なシーケンスを持つことにより、即ち、図４に示すシーケンスを実施することにより、上記実施例と同様の効果を得ることができ、転写ローラ４１の裏汚れを確実に防止することができ、又、後回転時の時間を短縮することも可能である。

本発明に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 中間転写体における通常画像の位置と画像制御用現像剤像との位置関係を示す説明図である。 本発明に係る転写部材及びファーブラシ近辺の一例を示す断面図である。 本発明に係るファーブラシクリーニング動作を実施するタイミングを決定する制御工程の一例を示すフローチャートである。 本発明に係る画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。

符号の説明

３ 感光ドラム
４０ 転写対向ローラ
４１ 二次転写ローラ（転写部材）
４２ ファーブラシ
１３０ 中間転写ベルト（中間転写体）

Claims (6)

1. 現像剤を用いて表面に現像剤像が形成される像担持体と、該像担持体上の現像剤像を中間転写体上に転写し、その後、該中間転写体上に転写された現像剤像を記録材上に転写するための転写部材又は前記像担持体から記録材へと前記現像剤像を転写させる転写部材と、該転写部材に付着した前記現像剤を回収するファーブラシと、を有する画像形成装置において、
   前記ファーブラシにバイアスを印加可能なバイアス印加手段を有し、所定のタイミングで、前記現像剤像が前記記録材に転写される時に前記ファーブラシに印加されるバイアスとは逆極性のバイアスを前記ファーブラシに印加して、前記ファーブラシから前記現像剤を除去するファーブラシクリーニング動作を行い、
   前記ファーブラシに付着する前記現像剤量を予測して、前記ファーブラシクリーニング動作を行う前記所定のタイミングを制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ファーブラシに付着する現像剤量は、画像制御のために前記像担持体に形成される画像制御用現像剤像の形成回数により予測することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記ファーブラシに付着する現像剤量は、画像制御のために前記像担持体に形成される画像制御用現像剤像の画像濃度及び形成回数により予測することを特徴とする請求項１の画像形成装置。
4. 前記画像制御用現像剤像を形成するタイミングが、画像形成枚数に応じて変更されることを特徴とする請求項２又は３の画像形成装置。
5. 前記転写部材から前記現像剤を除去する時に、前記ファーブラシに印加するバイアスが定電流制御されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
6. 前記転写部材から前記現像剤を除去する時に、前記ファーブラシに印加するバイアスが定電圧制御され、該定電圧制御時において、前記転写部材の抵抗値を求め、該抵抗値に応じて、前記ファーブラシに印加する電圧が設定されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。

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