JP2006259103A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トナー帯電量が変化しても良好なクリーニング性能が得られる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体に転写し、さらに、当該トナー像を転写材に転写後、前記中間転写体上に残留するトナーを、電圧が印加されたローラ状のクリーニング手段により除去する画像形成装置において、前記中間転写体上のトナー層表面電位を検出するセンサと、前記像担持体上のトナー付着量を検出するセンサと、前記クリーニング手段への印加バイアスを制御する制御手段とを有し、前記トナー層表面電位とトナー付着量の大小に応じて前記印加バイアスを制御することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、中間転写ベルトを用いた画像形成装置に関する。

従来、中間転写体である中間転写ベルトを用いた電子写真方式の画像形成装置としては、感光体に形成したトナー像を中間転写ベルトに１次転写し、その中間転写ベルト上のトナー像を用紙（記録紙）等の転写材に２次転写するものが知られている。すなわち、像担持体である感光体上に形成された所定の極性に帯電しているトナー像を静電気力を利用して中間転写ベルトに転写した後、その中間転写ベルトのトナー像を静電気力を利用して転写材上に転写する。

このような中間転写ベルトを用いた画像形成装置は、静電気力を利用して、各感光体上に形成したトナー像を順次中間転写ベルト上に重ね合わせ、さらに、重ね合わせトナー像を転写材に一括転写することができるので、カラー画像形成装置としてに広く用いられている。

ここで、２次転写を終えた中間転写ベルトには微量のトナーが残存しており、これを放置しておくと、次の画像を形成する場合に、残存トナーによる画像汚れが発生する。

そこで、転写後の中間転写ベルト上の残留トナーを除去するために、ポリウレタンなどの合成ゴム製の板状のクリーニングブレード（以下、単にブレードともいう。）を用い、このエッジ部を中間転写ベルト面に押しつけ、トナーを堰き止めて除去するブレード方式を採用されている。

近年、画像改善のため重合トナー、小粒径トナーが使われはじめ、ブレードに代わる方法として、バイアス電圧が印加されたブラシローラ等によって静電的にトナーを回収する、所謂バイアスクリーニング法が考えられる。

バイアスクリーニング装置では、通常、ブラシローラ等をトナーと逆極性の電位となるように電圧を印加し中間転写ベルトに接触させ、静電的にトナーを除去する。印加電圧は、トナーをベルトから移動させるに十分な電界があり、しかもブラシとベルト間での放電によるトナーのベルトへの再付着がない条件に設定することが必要である。

しかし、トナーは、環境や使用履歴により帯電量が異なるため、全てのトナーの状態において、ある一定のクリーニングバイアス電圧の設定で良好なクリーニング性能を満足することは困難である。

また、トナーを電界で移動させるために、トナー量が多いこともクリーニング性が厳しい条件となる。例えば、画像濃度制御用のトナーパッチ形成による未転写トナーのクリーニング時は、残留トナーのクリーニング時よりも大量のトナーがクリーニング部に移動する点でクリーニングし難くなる。

以上のように、最も厳しい条件となる、さまざまな帯電量のトナーが未転写で、すなわち、大量にクリーニングに移動する場合において、常に良好なクリーニング条件に設定することが課題となる。

転写材裏面汚れ対策の公知例として、転写ローラ等の接触転写部材のクリーニング条件を設定するために、トナー帯電量を検出し、所定の帯電量よりも低下したか否かを判別し、接触転写部材のクリーニング工程時間を変更したり、また、転写後の攪拌時間を帯電量により制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３１０４号公報

本発明は、トナー層表面電位とトナー付着量からトナー帯電量を推定し、クリーニングバイアス電圧を制御することにより、トナー帯電量が変化しても良好なクリーニング性能が得られる画像形成装置を提供することを目的とする。

像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体に転写し、さらに、当該トナー像を転写材に転写後、前記中間転写体上に残留するトナーを、バイアス電圧が印加されたクリーニング手段により除去する画像形成装置において、前記中間転写体上のトナー層表面電位を検出するセンサと、前記像担持体上のトナー付着量を検出するセンサと、前記クリーニング手段への前記バイアス電圧を制御する制御手段とを有し、前記トナー層表面電位とトナー付着量の大小に応じて前記バイアス電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。

トナー帯電量に応じて適正なクリーニングバイアス電圧が設定されるので、トナー帯電量が異なる場合においても良好なクリーニング性能を維持することができる。

はじめに、本発明の画像形成装置について図１を基に説明する。

本発明の実施の形態における説明では、本明細書に用いる用語により技術範囲が限定されることはない。

図１は画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。

図１において、１０は像形成体である感光体、１１は帯電手段であるスコロトロン帯電器、１２はデジタル式像露光手段である書込装置、１３は現像手段である現像器、１４は感光体１０の表面を清掃するためのクリーニング装置、１５は感光体１０のクリーニング用のブレード、１６は現像スリーブ、２０は中間転写体である中間転写ベルト（以下、単にベルトともいう。）を示す。

画像形成手段１は感光体１０、スコロトロン帯電器１１、現像器１３、およびクリーニング装置１４等からなっており、各色毎の画像形成手段１の機械的な構成は同じであるので、図ではＹ（イエロー）系列のみの構成について参照符号を付けており、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）およびＫ（黒）の構成要素については参照符号を省略した。

各色毎の画像形成手段１の配置は中間転写ベルト２０の走行方向に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの順になっており、各感光体１０は中間転写ベルト２０の張設面に接触し、接触点で中間転写ベルト２０の走行方向と同方向、かつ、同線速度で回転する。

中間転写ベルト２０は駆動ローラ２１、アースローラ２２、テンションローラ２３、除電ローラ２７、従動ローラ２４、補助ローラ２９に張架され、これらのローラと中間転写ベルト２０、転写手段である転写ローラ２５、クリーニング手段であるクリーニング装置２８等でベルトユニット３を構成する。

感光体１０は、例えばアルミ材によって形成される円筒状の金属基体の外周に導電層、ａ−Ｓｉ層あるいは有機感光体（ＯＰＣ）等の感光層を形成したものであり、導電層を接地した状態で図の矢印で示す反時計方向に回転する。

読み取り装置８０からの画像データに対応する電気信号は、画像形成レーザで光信号に変換され、書込装置１２によって感光体１０上に投光される。

現像器１３は、感光体１０の周面に対し所定の間隔を保ち、感光体１０の回転方向と最接近位置において同方向に回転する円筒状の非磁性ステンレスあるいはアルミ材で形成された現像スリーブ１６を有している。

中間転写ベルト２０の走行は不図示の駆動モータによる駆動ローラ２１の回転によって行われる。当該中間転写ベルト２０の材質は、体積抵抗率１０⁶〜１０¹²Ω・ｃｍの無端ベルトであり、例えば変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに導電材料を分散した、厚さ０．０４〜０．１０ｍｍの半導電性フィルム基体の外側に、好ましくはトナーフィルミング防止層として厚さ５〜５０μｍのフッ素コーティングを行った、２層構成のシームレスベルトである。ベルトの基体としては、この他に、シリコンゴム或いはウレタンゴム等に導電材料を分散した厚さ０．５〜２．０ｍｍの半導電性ゴムベルトを使用することもできる。

転写ローラ２５には、トナーと反対極性の直流が印加され、感光体１０上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写させる機能を有する。転写機能については、転写ローラの他にコロナ放電器を用いることもできる。

２６はアースローラ２２からベルトを介して当接および当接解除可能な転写ローラで形成されたニップ部Ｓで、中間転写ベルト２０上に形成されたトナー像を転写紙Ｐに再転写する。ただし、トナー濃度測定用のトナーパッチを中間転写ベルト上に形成するときは、転写ローラ２６はベルトから接触解除されている。

除電ローラ２７には、トナーと同極性または逆極性の直流電圧を重畳した交流電圧が印加され、トナー像を転写材Ｐに転写後、中間転写ベルト２０に残留するトナーの電荷を弱めている。

クリーニング装置２８は、本発明に係わる中間転写ベルト２０のクリーニング手段であるが、詳細については後述する。

４０は定着装置で、加熱ローラ４１と圧着ローラ４２を有している。

前記加熱ローラ４１は薄手のアルミから形成された円筒状のもので、内側から所定の温度まで加熱するハロゲンヒータ４７等を有し、その温度は、前記加熱ローラ４１に設置された不図示の接触温度センサにより検出され、制御部Ｂで温度制御される。

次に、図１に基づいて画像形成プロセスを説明する。

画像記録のスタートと同時に不図示の感光体駆動モータの始動により色信号Ｙの感光体１０は矢印で示す反時計方向に回転され、同時にスコロトロン帯電器１１の帯電作用により感光体１０に電位の付与が開始される。

感光体１０は電位を付与されたあと、書込装置１２によってＹの画像データに対応する画像の書込みが開始され、感光体１０の表面に原稿画像のＹの画像に対応する静電潜像が形成される。

前記静電潜像はＹの現像器１３により非接触の状態で反転現像され、感光体１０の回転に応じＹのトナー像が感光体１０上に形成される。

当該感光体１０上に形成されたＹのトナー像は、Ｙの転写ローラ２５の作用により、中間転写ベルト２０上に転写される。

その後、前記感光体１０はクリーニングのブレード１５によって残留トナーが清掃され、次の画像形成サイクルにはいる（以下、Ｍ、Ｃ、Ｋのクリーニングプロセスにても同様故、説明を省略する）。

次いで、書込装置１２によってＭ（マゼンタ）の色信号すなわちＭの画像データに対応する画像書き込みが行われ、感光体１０の表面に原稿画像のＭの画像に対応する静電潜像が形成される。当該静電潜像は、Ｍの現像器１３により感光体１０上にＭのトナー像となり、Ｍの転写ローラ２５において、中間転写ベルト２０上の前記Ｙのトナー像と同期が取られ、前記Ｙのトナー像の上に重ね合わされる。

同様のプロセスにより、Ｙ、Ｍの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｃ（シアン）のトナー像が、Ｃの転写ローラ２５において、前記のＹ、Ｍの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされる。次に、すでに形成されているＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像と同期が取られ、Ｋのトナー像が、Ｋの転写ローラ２５において、前記のＹ、Ｍ、Ｃの重ね合わせトナー像上へ重ね合わされ、Ｙ、Ｍ、ＣおよびＫの重ね合わせトナー像が形成される。

重ね合わせトナー像が担持されている中間転写ベルト２０は矢印のように時計方向に送られ、転写材Ｐが紙カセット７２より、紙送り出しローラ７０によって送り出され、搬送ローラ７３を経て、タイミングローラ７１へ搬送され一時停止し、その後前記タイミングローラ７１の駆動によって、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像と同期がとられて、トナーと反対極性の直流電圧が印加されている転写ローラ２６（中間転写ベルト２０に当接状態にある）の転写領域Ｓに給送され、中間転写ベルト２０上の重ね合わせトナー像が転写材Ｐに転写される。

その後、中間転写ベルト２０は走行し、除電ローラ２７によって残留トナーの電荷が弱められ、クリーニング装置２８でベルト上の残存トナーが清掃され、次の画像形成サイクルに入る。

掻き落とされたトナーは、クリーニング装置２８内に溜められ、搬送スクリュー２８７の回転によって軸方向（図において紙表面から紙裏面方向）に搬送し、不図示の廃棄管を介して貯留箱に溜められる。

前記重ね合わせトナー像が転写された転写材Ｐは、更に定着装置４０へと送られ、加熱ローラ４１と加圧ローラ４２に挟持、加圧され定着される。トナー像が定着された転写材Ｐは、排紙ローラ８１によって排紙皿８２へ搬送される。

次に、本発明に係わる中間転写ベルトのクリーニング処理について、実施の形態である図２を基に説明する。

電子写真方式の画像形成装置では、トナー濃度を検知する場合、像担持体上にトナーパッチを作り、当該トナーパッチの濃度を測定し基準濃度との比較によってトナー補給の是非を決めている。

前述したが、中間転写ベルトのバイアスクリーニング装置では、環境や使用履歴により帯電量が異なるため、全てのトナーの状態において、ある一定のクリーニングバイアス電圧の設定では良好なクリーニング性能を維持することが難しいという問題がある。

すなわち、前記トナーパッチは、転写材等に転写されないで、測定が終了するとクリーニングされることになるが、さまざまな電荷量のトナーが未転写で、大量にクリーニング部に到達する場合において、常に良好なクリーニング性能を維持することが難しい
本発明は、この問題を解決するために提案されたもので、トナー層表面電位とトナー付着量からトナー帯電量を推定し、クリーニングバイアス電圧を制御することにより、トナー帯電量が変化しても良好なクリーニング性能が得られることを特徴としている。

図２は、中間転写ベルト上のトナー層表面電位、トナー付着量の関係に応じたクリーニングバイアスの設定について説明するための図である。

図２において、クリーニング装置２８は、導電性ブラシであるブラシローラ２８１、２８２（以下、単に、ブラシともいう。）、導電性のトナー回収ローラ２８３、２８４、トナースクレーパ２８５、搬送スクリュー２８７等で構成されている。

前中間転写ベルト２０上の前記トナーパッチは、大方が負極性のトナーで、正極性のトナーも混在しているが、バイアス電源Ｖ１で負電圧が印加された上流側のブラシ２８１によって正極性トナーが除去され、トナー回収ローラ２８３に付着し、スクレーパ２８５で掻き落とされる。一方、負極性トナーはベルト２０上に残留した状態で、下流側のバイアス電源Ｖ２で正電圧が印加されたブラシローラ２８２へ運ばれ、トナー回収ローラ２８４に付着し、スクレーパ２８６で掻き落とされる。

しかしながら、未転写トナーであるトナーパッチのような大量のトナーは、環境や使用履歴等により帯電量が異なるため、バイアス電源Ｖ２で一定の電圧の設定では良好なクリーニング性能が保たれない。そこで、トナー帯電量によらず、バイアス電源Ｖ２を制御することによって、良好なクリーニング性能が得られるようにした。

すなわち、現像器１３の下流近傍にトナー付着量を検出する反射型濃度センサＳ１、最終１次転写と２次転写との間にトナー層表面電位センサＳ２を配備して、トナー付着量とトナー層表面電位を測定し、そこから求められるトナー帯電量の大小に応じて、適正なバイアス電源Ｖ２を設定することによって、トナー帯電量が異なる場合においても良好なクリーニング性能が得られるようにした。

次に、本発明の実施の形態の性能について確認実験を行った結果について述べる。

・確認実験１
はじめに、トナー帯電量が分かっている３種（トナー帯電量：４０μＣ／ｇ 、５０μＣ／ｇ、６０μＣ／ｇ）の現像剤を用い、ブラシのクリーニングバイ アス電圧を変えてトナーパッチのクリーニング（ＣＬ）性能を確認した。

・実験条件
中間転写ベルト： ＰＩ（ポリイミド系樹脂）、体積抵抗１０⁹Ω、 導電性ブラシ： 導電性ナイロン、表面抵抗１０¹¹Ω、線径６ｄ、 原糸抵抗１０¹⁰Ω、線速度２２０ｍｍ／秒（ベル トの逆走行方向回転）
上流側ブラシに一定の負バイアス電圧印加
下流側ブラシに可変（制御）正バイアス電圧印加 ブラシ対抗ローラ（従動ローラ）はアルミ地肌で 接地、
ステンレス製フリッカ棒をブラシに１ｍｍ食い込 ませ、トナー回収ローラに付着させトナースクレ ーパにて掻き落とす。

実験環境： 低温低湿（１０℃、２０％）
・結果
表１に示すように、トナー帯電量（−４０〜−６０μＣ／ｇ）のトナーの最 大付着量０．５ｍｇ／ｃｍ²に対し、適正なクリーニングバイアス電圧の範囲 が異なることが判明し、トナーの状態に応じてバイアス電圧設定を変える必要 があることが判明た。

表において、○はベルト上にクリーニング不良発生なし、△は目視にてわず かにクリーニング不良を確認、×は明らかにクリーニング不良発生を示す。

・確認実験２
次に、トナーパッチについて、トナー層表面電位を表面電位計にて、トナー 付着量を反射型濃度計にて測定し、トナー帯電量（Ｑ／Ｍ）を２回測定した。

・現像条件
トナー： シアン（Ｃ）トナー、粒径６．５μｍ（比重１ ．１）
トナーパッチ： 幅５０ｍｍ×長さ１０ｍｍ
線速度： ２２０ｍｍ／秒
・結果
表２参照

なお、トナー層表面電位、トナー付着量、トナー帯電量の間には下記のよう な関係式がある。

（トナー層表面電位Ｖ）＝（トナー帯電量Ｑ）×（トナー付着量Ｍ）×α
従って、表２からα＝４．７（２回の平均）となる。

そこで、表１と前記関係式を使って、トナー層表面電位とトナー付着量とか らトナー帯電量が推定できるので、トナー帯電量が変わっても良好なクリーニ ングが行えるクリーニングバイアス電圧を設定し、再度画像確認を行った（表 ３参照）。

上記のように、トナー層表面電位とトナー付着量とαが決まるので、トナー帯電量が推定され、クリーニングバイアス電圧を制御することにより、トナー帯電量が変化しても良好なクリーニング性能を得ることができる。

なお、トナー帯電量と最適なクリーニングバイアス電圧との組み合わせは、制御部Ｂのテーブルに記憶されている。

以上から、トナー層表面電位とトナー付着量との関係からトナー知電量を推移し、その結果に応じてクリーニングバイアス電圧を設定することにより常に良好なクリーニング性能が得られることを確認できた。

以上から、未転写（トナー）パッチ作成モードのときの制御に関して図３を基に説明する。

図３は、クリーニングバイアス電圧の制御に関するフローチャートを示す。

図３において、ステップＳ１で、トナーパッチ作成モードで像担持体（感光体１０）上にトナーパッチの形成の指示が出される。ステップＳ２で、トナー帯電量検出モード開始の指示が出される。ステップＳ３で、形成されたトナーパッチは中間転写ベルト２０上に１次転写されないように１次転写をＯＦＦする。ステップ４で、感光体１０上にトナーパッチが形成される。ステップ５で、当該トナーパッチの画像濃度（トナー付着量）が反射型濃度センサＳ１にて検出され、制御部Ｂへそのデータが伝達される。また、ステップ５に続いて、ステップ６で、１次転写をＯＮに切り替える。ステップＳ７で、再度、感光体１０上にトナーパッチが形成される。ステップ８で、ＣＬ（クリーニング）バイアス電圧を標準に出力させておく。ステップ９で、中間転写ベルト２０上に前記トナーパッチを１次転写する。ステップ１０で、トナーパッチ層の電位をトナー層表面電位センサＳ２で測定し、データを制御部Ｂへ伝達する。制御部Ｂ内において、ステップＳ１１で、トナー帯電量Ｑが計算式Ｑ＝Ｖ／４．７Ｍにて算出され、ステップ１２で、「トナー帯電量・ＣＬバイアス電圧」テーブルから、算出されたトナー帯電量に最適なＣＬバイアス電圧を選び決定する。ステップ１３で、標準ＣＬバイアス電圧から最適なＣＬバイアス電圧への出力変更指示を出す。ステップ１３で、画像調整用のトナーパッチを作成し、チェックを行い、ステップ１４で、チェック終了と同時に標準のＣＬバイアス電圧出力に戻す。

画像形成装置の全体構成の一例を示す模式図である。 中間転写ベルト上のトナー層表面電位、トナー付着量の関係に応じたクリーニングバイアスの設定について説明するための図である。 クリーニングバイアス電圧の制御に関するフローチャートを示す。

符号の説明

１ 画像形成手段
１０ 感光体
１３ 現像器
２０ 中間転写ベルト
２１ 駆動ローラ
２４ 従動ローラ
２８ クリーニング装置
２８１、２８２ 導電性ブラシ
２８３、２８４ トナー回収ローラ
２８３ トナー回収ローラ
２８５、２８６ スクレーパ
Ｓ１ 反射型濃度センサＳ１
Ｓ２ トナー層表面電位センサ

Claims (2)

1. 像担持体上に形成されたトナー像を中間転写体に転写し、さらに、当該トナー像を転写材に転写後、前記中間転写体上に残留するトナーを、バイアス電圧が印加されたクリーニング手段により除去する画像形成装置において、前記中間転写体上のトナー層表面電位を検出するセンサと、前記像担持体上のトナー付着量を検出するセンサと、前記クリーニング手段への前記バイアス電圧を制御する制御手段とを有し、前記トナー層表面電位とトナー付着量の大小に応じて前記バイアス電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー層表面電位と前記トナー付着量の検知は前記中間転写体上の未転写トナーについてのみ行われることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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