JP2007121716A - 画像形成装置および廃棄トナー回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃棄トナーを装置内部に回収し、外部への排出を軽減した画像形成装置および廃棄トナー回収方法の提供。
【解決手段】タンデム方式の画像形成装置で、各色の像担持体４１に対応して廃棄トナーを回収するクリーニングブラシ１を設け、電源３から各色で絶対値が異なる交番電圧を印加して回収された廃棄トナーを像担持体に排出する。像担持体４１を再帯電して廃棄トナーの極性を揃え、Ｙ、Ｍ、Ｃの各色で異なる間隔で像担持体４１に間歇的な露光電圧を印加する。一次転写ローラ４５の位置で中間転写ベルト５０に廃棄トナーを転写する。Ｋ像担持体４１Ｋに中間転写ベルト５０から廃棄トナーを回収し、Ｋ現像装置４４Ｋに廃棄トナーを収納する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄トナーを装置内部に回収し、外部への排出を軽減した画像形成装置および廃棄トナー回収方法に関するものである。

一般に、電子写真方式のトナー像形成手段は、外周面に感光層を有する像担持体としての感光体と、この感光体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像手段とを有している。

カラー画像を形成するタンデム方式の画像形成装置としては、上記のようなトナー像形成手段を、中間転写ベルト（中間転写媒体）に対して、複数個（例えば４個）配置する。これら単色トナー像形成手段による感光体上のトナー像を順次中間転写ベルトに転写して、中間転写ベルト上で複数色（例えば、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒））のトナー像を重ね合わせ、中間転写ベルト上でカラー画像を得る中間転写ベルト形式のものがある。

ところで、画像形成装置においては、印字処理後に感光体に残存する廃棄トナーを回収して、画質劣化を防止する技術が開発されている。例えば、特許文献１(特開昭６３−２４７７８１号公報）には、転写ローラにクリーニング作用を行なわせることが記載されている。また、特許文献２(特開平５−１９６７０号公報）には、クリーニングブラシを用いて静電作用により感光体に残存するトナーを引き付けることが記載されている。

特開昭６３−２４７７８１号公報 特開平５−１９６７０号公報

特許文献１、特許文献２に記載されているような従来技術は、モノクロ方式の画像形成装置に適用されるものであり、前記タンデム方式のカラー画像形成装置には適用できないという問題があった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、タンデム方式のカラー画像形成装置において、感光体から廃棄トナーを効果的に回収させる構成とした、画像形成装置および廃棄トナー回収方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、像担持体の周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した、黒画像形成ステーションを含む画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行う画像形成装置であって、
画像形成後の廃棄トナークリーニングモードの設定手段と、前記各像担持体に対応して設けられ、各像担持体に残存する廃棄トナーを回収するクリーニング手段と、前記各クリーニング手段に回収された廃棄トナーを前記各像担持体に排出するように、当該クリーニング手段に交番電圧を印加する電源と、前記交番電圧の絶対値を各色で異ならせる第１の制御手段と、前記像担持体に排出された廃棄トナーの極性を揃えるために、前記帯電手段から帯電電圧を出力する第２の制御手段と、前記露光手段から前記像担持体に露光電圧を間歇的に印加し、当該露光電圧を印加する間隔を前記各ステーションで異ならせる第３の制御手段と、前記像担持体に排出された廃棄トナーを転写させるように前記転写手段に電圧を印加する電源と、
黒画像を形成する前記ステーションにおいて、
前記転写媒体に転写された廃棄トナーを前記像担持体に回収するように前記転写手段に 電圧を印加する電源と、前記黒画像形成用の像担持体から前記廃棄トナーを前記現像手 段に回収するように前記現像手段に電圧を印加する電源と、を具備することを特徴とす る。このような構成によれば、転写されずに感光体（像担持体）に残存している廃棄ト ナーを、Ｋ（黒）の現像装置に回収し、黒トナーと混合して印字に使用することができ るこのため、トナー資源の有効利用を図ることができる。また、廃棄トナーを装置内部 に回収して、廃棄トナーの外部への排出を軽減し、環境に配慮した画像形成装置を得る ことができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記クリーニング手段は、前記像担持体に接触して回転する回転部材であることを特徴とする。このような構成によれば、回転部材は弾性的に像担持体と接触しながら回転するので、像担持体に残存している廃棄トナーをムラなくクリーニング手段に回収することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記クリーニング手段は、クリーニングブラシであることを特徴とする。このような構成によれば、廃棄トナーをブラシ間に効果的に捕集することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記転写媒体は、中間転写媒体であることを特徴とする。このような構成によれば、中間転写媒体を用いる画像形成装置において、廃棄トナーを、効果的に回収することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記ステーションは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の各色に対応して設けられており、前記転写媒体の進行方向の上流側からみて、Ｋ（黒）の前記ステーションが最下流に配置されていることを特徴とする。このような構成によれば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色対応のカラー画像形成装置において、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色の廃棄トナーは混色されて黒色トナーとして印字されるので、廃棄トナーの再利用に伴う画質劣化を防止することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記各ステーションの前記クリーニング手段に印加される交番電圧の絶対値は、前記転写媒体の上流側で大きく、下流側で小さくなるように制御することを特徴とする。このような構成によれば、転写媒体の進行方向の上流側から下流側に向かって、各クリーニング手段から排出されて感光体から転写される廃棄トナー層の厚さが薄くなり、全体としては転写媒体に均等に廃棄トナーが転写される。このため、最終的にはＫ（黒）像担持体に廃棄トナーを無理なく回収することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記各ステーションの露光手段から前記像担持体に間歇的に印加される電圧間隔を、前記転写媒体の進行方向の上流側で小さく、下流側で大きく設定することを特徴とする。このような構成によれば、転写媒体の進行方向の上流側から下流側に向かって、均等に廃棄トナーが転写されるので、像担持体に無理なく回収することができる。

本発明の廃棄トナー回収方法は、像担持体の周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行う工程と、
画像形成後の廃棄トナークリーニングモードにおいて、
前記各像担持体に対応して設けられたクリーニング手段により各像担持体に残存する廃棄トナーを回収する工程と、前記各クリーニング手段に接続された電源から出力される交番電圧の絶対値を各色で異ならせて、前記各クリーニング手段に回収された廃棄トナーを前記各像担持体に排出する工程と、前記廃棄トナーが排出された像担持体を再帯電する工程と、前記転写媒体の進行方向上流側で小さく下流側で大きい間隔で前記像担持体を間歇的に露光する工程と、前記像担持体に排出された露光されない部分の廃棄トナーを前記転写手段に転写させる工程と、
黒画像を形成する前記ステーションにおける、
前記転写媒体に転写された廃棄トナーを前記像担持体に回収する工程と、前記像担持体 から前記廃棄トナーを前記現像手段に回収する工程と、
からなることを特徴とする。このような構成によれば、既存の装置を用いて、像担持体に残存している廃棄トナーを、一連のプロセスで無駄なくＫ現像手段に回収することができる。

また、本発明の廃棄トナー回収方法は、前記廃棄トナーが排出された像担持体を再帯電する工程は、前記帯電手段から出力される帯電電圧の極性を、前記像担持体の帯電極性と同じ極性とすることを特徴とする。このような構成によれば、クリーニング手段から像担持体に排出された廃棄トナーの極性を揃え、以後の廃棄トナーの処理を円滑に行なえる。

また、本発明の廃棄トナー回収方法は、前記像担持体に排出された露光されない部分の廃棄トナーを前記転写手段に転写させる工程は、前記転写手段に印加される電圧の絶対値は、トナー像転写時に用いる値よりも小さいことを特徴とする。このような構成によれば、トナー像転写時印加電圧よりも低電圧の印加により、クリーニング手段から像担持体に排出された廃棄トナーを、効率よく転写媒体に転写させることができる。

また、本発明の廃棄トナー回収方法は、前記転写媒体に転写された廃棄トナーを前記像担持体に回収する工程は、前記黒画像形成ステーションにおいて、
前記転写手段に印加される電圧の極性は、前記像担持体の帯電極性と同一極性とすることを特徴とする。このような構成によれば、転写媒体に転写された廃棄トナーを像担持体に吸引して円滑に回収することができる。

本発明は、転写されずに感光体（像担持体）に残存している廃棄トナーを、Ｋ（黒）の現像装置に回収し、黒トナーと混合して印字に使用する。このため、資源の有効利用を図ると共に、廃棄トナーを装置内部に回収して、廃棄トナーの外部への排出を軽減した画像形成装置および廃棄トナー回収方法を提供することができる。このように、廃棄トナーを装置外部には排出しない構成としているので、環境に対する影響に配慮して環境汚染の防止を図ることができる。

本発明の実施形態においては、図１２の断面図に示すような４つの感光体に４つのラインヘッドで露光し、４色の画像を同時に形成し、１つの無端状中間転写ベルト（中間転写媒体）に転写する、タンデム式カラープリンター（画像形成装置）を対象としている。この画像形成装置は、同様な構成の露光装置１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙを、対応する同様な構成である４個の感光体ドラム（像担持体）４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙの露光位置にそれぞれ配置している。露光装置１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙは、光源にＬＥＤや有機ＥＬ素子の発光素子を用いたラインヘッドで構成される。なお、露光装置としてレーザ光を走査する走査光学系を用いても良い。

画像形成装置には、駆動ローラ５１と従動ローラ５２とテンションローラ５３が設けられており、テンションローラ５３によりテンションを加えて張架されて、図示矢印方向（反時計方向）へ循環駆動される中間転写ベルト（中間転写媒体）５０を備えている。この中間転写ベルト５０に対して所定間隔で配置された４個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。前記符号の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは、中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動される。各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電させる帯電手段（コロナ帯電器）４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電させられた外周面を感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して順次ライン走査する露光装置（ラインヘッド）１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）が設けられている。

また、この露光装置１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト５０に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、転写された後に感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とを有している。

現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押圧させることにより、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。

このような４色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写され、中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなる。フルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の記録媒体Ｐに二次転写され、定着部である定着ローラ対６１を通ることで記録媒体Ｐ上に定着され、排紙ローラ対６２によって、装置上部に形成された排紙トレイ６８上へ排出される。

なお、図１２中、６３は多数枚の記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット、６４は給紙カセット６３から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ、６５は二次転写ローラ６６の二次転写部への記録媒体Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６６は中間転写ベルト５０との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、６９は二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。

次に、本発明の実施形態について、図２〜図９に示された説明図により説明する。図２は、クリーニングブラシ１により感光体（像担持体）４１から転写残存トナーを回収するクリーニングプロセスの説明図である。クリーニングブラシ１は、接地６に接続されており、一定方向に回転しながら正常帯電トナー１１（黒丸、負極性）、逆帯電トナー１２（白丸、正極性）を吸引する。この際に、交番電源４で発生する交番電圧は、電源切替スイッチ５が開放されているのでクリーニングブラシ１には印加されない。クリーニングブラシ１には、多数のブラシが円弧状に形成されており、捕捉した廃棄トナーは脱落することなくブラシ間の空間に収納される。このように、クリーニングブラシ１を用いることにより、廃棄トナーをブラシ間に効果的に捕集することができる。なお、感光体４１から転写残存トナーを回収するクリーニング手段は、クリーニングブラシに限定されず、例えばスポンジなどを設けた回転部材を感光体４１に接触回転させる構成とすることもできる。この場合には、回転部材は弾性的に像担持体と接触しながら回転するので、像担持体から廃棄トナーをムラなくクリーニング手段に回収することができる。

図３は、図２でクリーニングブラシ１に回収されたトナーを感光体４１に排出する（吐き出す）プロセスの説明図である。この際には、スイッチ７を開放して、クリーニングブラシ１には交番電源４で発生する交番電圧を印加する。交番電圧の周期は、クリーニングブラシ１が１回転する時間以上とする。１３は、クリーニングブラシ１から感光体４１に吐き出されたトナーである。クリーニングブラシ１には、交番電圧が印加されるので、クリーニングブラシ１に回収された正常帯電トナー１１（黒丸、負極性）、逆帯電トナー１２（白丸、正極性）は、いずれも１周期の間に交互に感光体４１に排出される。クリーニングバイアス電圧の絶対値の大きさは、後述するように各色で異ならせている。すなわち、Ｙの電圧をＶ１、Ｍの電圧をＶ２、Ｃの電圧をＶ３とすると、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係に設定する。このような電圧設定として、印字後期に該当するステーション（転写媒体の下流側のステーション）において、再帯電からの経時変化によりトナー帯電量が低下したときに、クリーニングバイアス電圧の絶対値、すなわち、クリーニングブラシ１からの廃棄トナーの排出電圧を下げて、感光体に排出される廃棄トナー層の厚さを薄くしている。

図４は、図３でクリーニングブラシ１から感光体４１に吐き出されたトナーに対して再帯電するプロセスの説明図である。この際には、帯電装置４２から一定の電圧、例えばー５００Ｖを感光体に印加して、感光体に排出された逆帯電トナーの極性を正常帯電トナーの極性と揃える。このように、感光体に排出されたトナーの極性を負極性に揃えることで、後工程の処理を円滑に行うことができる。

図５は、図４で示したように、感光体４１の表面で再帯電されたトナーに露光電圧を印加するプロセスの説明図である。この際には、露光装置１０１から例えば露光電位をー５０Ｖとするような露光電圧を、間歇的に感光体４１に印加する。ここで印加される露光電圧は、画像形成用の印加電圧ではなく、後述するように感光体４１の当該領域からトナーを中間転写ベルトに転写させないために行なう処理である。このため、感光体４１には露光電圧が印加された部分と、露光電圧が印加されない部分との間で電位差が生じる。ここで、露光電圧を印加する間隔は、Ｙをｄ１、Ｍをｄ２、Ｃをｄ３とすると、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３、とする。この理由については後述する。

図６は、図５で露光電圧が印加された感光体４１が現像装置４４を通過する際のプロセスの説明図である。ここでは、現像装置４４の電源７０は電源切替スイッチ７１が開放されているので、現像装置４４は現像処理を行わない。したがって、感光体４１の表面に形成されている再帯電トナー１４は、現像装置４４に回収されることなく、そのままの状態で現像装置４４の位置を通過して次工程に送られる。

図７は、図６で現像装置４４を通過した感光体４１の再帯電トナー１４が、中間転写ベルト５０に吐き出される（転写される）際のプロセスの説明図である。図７において、一次転写ローラ４５には、電源２から印加される電圧は、前記帯電電圧よりも弱い正負極性の電圧、例えば１００Ｖが印加されている。帯電電位２１（―５００Ｖ）が存在している部分の感光体４１の再帯電トナーは、一次転写ローラ４５との電位差が大きいので吸引される度合いが強くなり、矢視２０方向に進行する中間転写ベルト５０に排出される。これに対して、感光体４１の露光電位２２が存在している部分の再帯電トナーは、一次転写ローラ４５との電位差が小さいので吸引される度合いが弱くなり、そのまま残留トナー１５として感光体４１に付着している。

したがって、図５で説明した露光電圧の大きさを変えることにより、感光体４１の電位レベルの差が変更され、感光体４１への残存トナーの量を調整することができる。図７に示されているように、露光電圧の印加により、感光体４１から間歇的に中間転写ベルト５０に廃棄トナーを排出している。このような処理を行うことにより、中間転写ベルト５０には一度に大量の廃棄トナーが転写されることなく、平均して廃棄トナーが転写されるので、後工程で感光体４１に廃棄トナーを回収する処理が円滑に行なえる。本発明の実施形態においては、中間転写媒体を用いる画像形成装置において、クリーニング手段から像担持体に排出された廃棄トナーを、効果的に中間転写媒体に転写させることができる。なお、この例では、感光体から中間転写ベルトに廃棄トナーを転写しているが、本発明においては、感光体からの廃棄トナーの転写は、中間転写ベルトに限定されず転写媒体一般に適用できる。

図８は、黒（Ｋ）転写装置において中間転写ベルト５０から廃棄トナーを感光体４１Ｋに回収する際のプロセスの説明図である。図８において、一次転写ローラ４５Ｋには、感光体４１Ｋと同極性（負電位）の電圧を印加する電源２を接続する。このため、中間転写ベルト５０に転写されている廃棄トナーは、感光体４１Ｋに吸引されて回収トナー１７として現像装置に運搬される。

図９は、黒（Ｋ）現像装置４４Ｋに感光体４１Ｋに付着している廃棄トナーを回収する際のプロセスの説明図である。図９において、黒（Ｋ）のクリーニングモードでは、前記図２〜図４の処理を行い、図５〜図７の処理は行わない。以下この処理について説明する。クリーニングブラシ１の交流電源４は、スイッチ７を開放し、感光体４１Ｋで中間転写ベルト５０から回収した廃棄トナーがクリーニングブラシ１の位置を通過するまでは負帯電電圧を維持している。前記廃棄トナーがクリーニングブラシ１の位置を通過した後には、クリーニングブラシ１に滞留している逆帯電トナーを感光体４１Ｋに排出するために正極性に電位を反転させる。

次に、帯電装置４２Ｋは、図４と同様にー５００Ｖを感光体４１Ｋに印加して、クリーニングブラシ１から感光体４１Ｋに排出された逆帯電トナーの極性を正常帯電トナーの極性と揃える。ここで、感光体４１Ｋに露光電圧は印加されず、帯電装置４２Ｋで再帯電された感光体４１Ｋは現像装置４４Ｋの位置に進行する。現像装置４４Ｋは電源７０と接続されており、感光体４１Ｋと同一極性（負極性）の電圧が印加されている。このため、感光体４１Ｋに付着している廃棄トナーは、現像装置４４Ｋ（現像ローラ）に回収される。

現像装置４４Ｋに回収された廃棄トナーは、図示を省略した黒色のトナータンクに収納される。この廃棄トナーは、Ｋ（黒）画像形成の際に再利用される。このように、廃棄トナーを画像形成装置外に排出せず再利用しているので、資源の有効利用を図ることができる。また、環境汚染を防止できる。なお、図９において、感光体４１Ｋと現像装置４４Ｋは実際の配置では接触しているが、理解を容易とするために両者を離間して表している。

図１０、図１１は、本発明の処理プロセスを経時的に示すタイミングチャートである。この画像形成装置は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の処理が連続して行なわれるが、１枚の図面には収まらないので、図１０、図１１に分離して示している。すなわち、図１０には、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）の処理を示し、図１１にはＣ（シアン）、Ｋ（黒）の処理を示している。

図１０のＹ（イエロー）を例にとり、画像形成処理と画像形成処理後のクリーニング処理について説明する。以下の説明で電圧値は概算で示している。時刻ｔｙａ〜ｔｙｂの期間は露光による感光体（ＯＰＣ）電位の変化を示している。初期電位はー５００Ｖ、露光電位はー５０Ｖであり、露光電位がー５０Ｖのときに感光体には画像が形成される。時刻ｔｙｃ〜ｔｙｄの期間は、現像バイアスの印加期間であり、直流―２００Ｖ＋交流２ｋＶの現像バイアスが印加される。

時刻ｔｙｅ〜ｔｙｆの期間は、転写バイアスの印加期間であり、直流―５００Ｖの転写バイアスが印加される。転写バイアスの印加期間の終端時刻であるｔｙｆを経過すると、時刻ｔｙｘで図示を省略している制御装置によりクリーニングモードが設定され、画像形成処理後のクリーニング処理に移行する。時刻ｔｙｇ〜ｔｙｈの期間は、クリーニングバイアス印加時間であり、Ｖ１ｋＶのクリーニングバイアスが印加される。この際に、クリーニングブラシに回収されている廃棄トナーが感光体に排出される。感光体の回転に伴い、クリーニングバイアスの印加期間と一部オーバラップして、時刻ｔｙｉ〜ｔｙｊの期間で感光体を再帯電し、続いて感光体に露光電圧を間歇的に印加する。時刻ｔｙｉ〜ｔｙｊの期間で、パルス状の露光電圧が印加されており、露光時間間隔ｄ１の詳細は、右側に示している。

前記感光体の再帯電と露光の期間と一部オーバラップして、時刻ｔｙｋ〜ｔｙｌの期間で、転写ローラに電圧を印加して感光体から中間転写ベルトに廃棄トナーを転写する（吐出す）。中間転写ベルトに吐出された廃棄トナーは、露光部分Ｙｘでは存在せず、未露光部分Ｙｗで疎らに存在している。この際の露光部の間隔はｄ１である。このように、廃棄トナーのクリーニングモードでは、クリーニングバイアスの印加、感光体の再帯電と露光電圧の印加、中間転写ベルトへの転写バイアスの印加がシーケンス制御されている。また、クリーニングバイアス印加時間ｔｙｇ〜ｔｙｈ、感光体の再帯電時間ｔｙｉ〜ｔｙｊ、転写バイアス印加時間ｔｙｋ〜ｔｙｌの各時間の長さを等しくして、同期制御する構成としている。なお、図１０の例では、廃棄トナーを転写手段に転写時に印加される電圧の絶対値は、トナー像転写時に用いる値と同じ電圧としている。本発明の実施形態においては、廃棄トナー転写時の電圧の絶対値をトナー像転写時に用いる値よりも小さくすることもできる。この場合には、トナー像転写時印加電圧よりも低電圧の印加でクリーニング手段から像担持体に排出された廃棄トナーを、効率よく転写媒体に転写させることができる。

Ｙ（イエロー）の画像形成処理から時間Ｔａ後にＭ（マゼンタ）の画像形成処理が行われ、それに引き続いて廃棄トナーのクリーニング処理が行われる。Ｍ（マゼンタ）の各処理の時刻ｔｍａ〜ｔｍｌにおける添字（ａ〜ｌ）は、Ｙ（イエロー）の処理と同じである。この場合の露光部分Ｍｘと未露光部分Ｍｙの分布は、Ｙ（イエロー）よりもさらに疎らになる（露光部間隔はｄ２で、ｄ１＜ｄ２となる）。ここで、感光体４１Ｍと一次転写ローラ４５Ｍ間の中間転写ベルト上の廃棄トナーが転写される位置は、Ｙ（イエロー）の廃棄トナー転写位置とは異なる位置としている。また、クリーニングバイアス電圧はＶ２ｋＶで、Ｖ１＞Ｖ２としている。このように、転写媒体の搬送方向の上流側でクリーニングバイアス電圧の絶対値を大きく、下流側で小さく設定する理由について説明する。この例においては、転写媒体の下流側では、像担持体にはＹ（イエロー）とＭ（マゼンタ）の２色分の廃棄トナーが蓄積されているので、Ｍ（マゼンタ）のクリーニングブラシに回収される廃棄トナーの量は、Ｙ（イエロー）のクリーニングブラシに回収される廃棄トナーの量よりも多くなる。このため、Ｙ（イエロー）のクリーニングブラシと同じクリーニングバイアス電圧を印加すると、像担持体に排出される廃棄トナーの量が増大し、結果的には中間転写媒体に排出される廃棄トナー量も増大する。すなわち、中間転写媒体に排出される廃棄トナーの厚さがＹ（イエロー）の部分とＭ（マゼンタ）の部分で相違してしまい斑になることがある。したがって、最終的にＫ（黒）の現像手段に廃棄トナーを回収する処理が円滑に行なえなくなる。このような不都合を回避するために、前記のようにクリーニングバイアス電圧の絶対値をＶ１＞Ｖ２、に設定して、転写媒体の下流側で排出される廃棄トナーの量を、上流側と同じ厚さとなるようにしている。

同様に、Ｍ（マゼンタ）の画像形成処理から時間Ｔａ後にＣ（シアン）の画像形成処理と、それに続く廃棄トナーのクリーニング処理が行われる。この場合の露光部分Ｃｘと未露光部分Ｃｙの分布は、Ｍ（マゼンタ）よりもさらに疎らになる（露光部間隔はｄ３で、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３となる）。この際の感光体４１Ｃと一次転写ローラ４５Ｃ間の中間転写ベルト上の廃棄トナーの転写位置は、Ｙ（イエロー）、およびＭ（マゼンタ）の廃棄トナー転写位置とは異なる位置としている。また、クリーニングバイアス電圧の絶対値をＶ３として、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係となるように設定されている。転写媒体の搬送方向下流側のＣ（シアン）のクリーニングバイアス電圧の絶対値を、上流側よりも小さく設定する理由は、前記Ｍ（マゼンタ）の処理で説明したところと同じである。このような、クリーニングバイアス電圧の絶対値をＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係となるように設定することで、転写媒体における未露光部分Ｙｗ、Ｍｗ、Ｃｗに対応するトナー層の厚さは均等化されている。

Ｃ（シアン）の画像形成処理から時間Ｔａ後に、Ｋ（黒）の画像形成処理と、それに続く廃棄トナーのクリーニング処理および現像装置への回収が行われる。時刻ｔｋｒ〜ｔｋｓの期間では、中間転写ベルト上に転写されているＹ、Ｍ、Ｃの廃棄トナーを感光体４１Ｋに回収する。この際の転写バイアスは極性を反転させて、直流＋５００Ｖを印加する。また、時刻ｔｋｕ〜ｔｋｖの期間では、感光体４１Ｋに排出されているＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各色の廃棄トナーを現像装置４４Ｋに回収する。この際には、現像装置４４Ｋは感光体４１Ｋと接触しており、現像バイアスとして直流―２００Ｖ＋交流２ｋＶが印加される。

感光体４１Ｋと接触する中間転写ベルト上の廃棄トナーの分布は、前記Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色の廃棄トナーの総和となる。すなわち、Ｙ（イエロー）の未露光部分Ｙｗ、Ｍ（マゼンタ）の未露光部分Ｍｗ、Ｃ（シアン）の未露光部分Ｃｗに対応して、廃棄トナーが中間転写ベルト上の長さ方向に疎らに、その間隔が均等な分布で存在している。また、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色の廃棄トナーの転写位置が中間転写ベルト上で重なり合うことなく相違して形成されているので、中間転写ベルトの一定長さにおける廃棄トナーの転写量は、前記のように一定となる。このため、感光体４１Ｋには無理な負担がかかることなく、中間転写ベルト上の廃棄トナーを円滑に回収することができる。

すなわち、この実施形態においては、露光間隔をｄ１＜ｄ２＜ｄ３に、また、クリーニングバイアス電圧の絶対値をＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係に設定しているので、中間転写媒体には、全体として廃棄トナーが薄く均等に排出されている。したがって、最終的には廃棄トナーはＫ（黒）現像装置に無理なく、円滑に回収されることになる。

図１は、本発明の実施形態にかかるタンデム方式の画像形成装置を示す説明図である。図１２と同じところには同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図１において、中間転写ベルト５０は矢視Ｒ方向に回動し、中間転写ベルト５０の回動方向でみて、上流側からＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の現像装置４４Ｙ、４４Ｍ、４４Ｃ、４４Ｋを配置している。すなわち、現像装置の配置は、図１２とは異なる配置としている。

Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の現像装置４４Ｙ，４４Ｍ、４４Ｃは、感光体４１Ｙ、４１Ｍ、４１Ｃとは離間させて配置して、画像形成時の混色を防止している。６９ａは中間転写ベルトクリーナで、回転ローラにより中間転写ベルト５０に残存する廃棄トナーを回収する。Ｋ一次転写ローラ４５Ｋに接続される電源２Ｋの極性は、画像形成時には、他のＹ、Ｍ、Ｃの電源２Ｙ、２Ｍ、２Ｃと同一極性である。廃棄トナーのクリーニングモードでは、前記図７、図８で説明したように、電源２Ｋの極性は、他のＹ、Ｍ、Ｃの電源２Ｙ、２Ｍ、２Ｃとは反対極性に設定される。

クリーニングモードにおいて、図５で説明したようにＹ、Ｍ、Ｃ各色で露光電圧が印加される。Ｙ（イエロー）の露光装置１０１Ｙは、露光間隔（オンパルスとオフパルスの間隔）がｄ１の露光電圧を印加する。また、Ｍ（マゼンタ）の露光装置１０１Ｍは、露光間隔がｄ２の露光電圧を印加し、Ｃ（シアン）の露光装置１０１ＣＭは、露光間隔がｄ３２の露光電圧を印加する。ここで、露光間隔は、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３に設定する。

このように、露光間隔の関係をｄ１＜ｄ２＜ｄ３に設定するのは、前記したように中間転写ベルト５０の下流側ほど蓄積される廃棄トナーが多くなるので、感光体４１から中間転写ベルト５０に排出される廃棄トナーを少なくするためである。すなわち、Ｍ（マゼンタ）の感光体４１Ｍから中間転写ベルト５０に廃棄トナーを排出する際に、中間転写ベルト５０には既に上流側のＹ（イエロー）の感光体４１Ｙからの廃棄トナーが付着している。

このため、Ｍ（マゼンタ）の露光装置１０１Ｍによる露光間隔ｄ２を、Ｙ（イエロー）の露光装置１０１Ｙの露光間隔ｄ１よりも長くして（露光時間を短くして）、図７で説明した処理で感光体４１Ｍに残留する廃棄トナーの量を少なくしている。同様に、Ｍ（マゼンタ）よりも下流側のＣ（シアン）の露光装置１０１ＣＭによる露光時間ｄ３を、Ｍ（マゼンタ）の露光装置１０１Ｍによる露光間隔ｄ２よりも長くしている。このため、感光体４１Ｃに残留する廃棄トナーの量は、さらに少なくなる。

クリーニングブラシ１Ｙ〜１Ｋには、電源３Ｙ〜３Ｋを接続して、クリーニングバイアスを印加する。前記したように、クリーニングブラシに印加する、クリーニングバイアス電圧の絶対値は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３の関係に設定する。このため、印字後期でトナー帯電量が低下する際に、クリーニングブラシから感光体への廃棄トナー排出電圧が低下するので、感光体に排出される廃棄トナー層の厚さを薄くすることができる。

クリーニングブラシの汚染に差異が生じると、低帯電時に廃棄トナー層の薄層化の維持が困難となり、クリーニング性能の劣化によるメモリ・カブリなどの発生を招くことになる。しかしながら、本発明の実施形態においては、記録媒体の下流側ほど（廃棄トナーの蓄積量が多くなるクリーニングブラシほど）、クリーニングバイアス電圧の絶対値を低下させているので、当該クリーニングブラシから廃棄トナーの過剰排出や、排出性能の劣化を防止することができる。したがって、クリーニング性能の劣化によるメモリ・カブリなどの発生を抑制することができる。図１のような構成によれば、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色対応のカラー画像形成装置において、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の各色の廃棄トナーはＫ現像装置に回収され混色されて黒色トナーとして印字されるので、廃棄トナーの再利用に伴う画質劣化を防止することができる。

本発明の実施形態においては、図１、図１０、図１１で説明したようなクリーニング手段に接続した電源、帯電手段、露光手段の制御は、例えば画像装置に設けた制御装置により行う。すなわち、当該制御装置は、各色のステーションにおいて、各クリーニング手段に回収された廃棄トナーを前記各像担持体に排出するように、当該クリーニング手段に交番電圧を印加する電源の前記交番電圧の絶対値を各色で異ならせる第１の制御手段と、前記像担持体に排出された廃棄トナーの極性を揃えるために、前記帯電手段から帯電電圧を出力する第２の制御手段の構成に相当する。また、前記露光手段から前記像担持体に露光電圧を間歇的に印加し、当該露光電圧を印加する間隔を前記各ステーションで異ならせる第３の制御手段の構成に相当する。

なお、クリーニングブラシ１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに、電源３Ｙ、３Ｍ、３Ｃから電圧を印加する時間ｔ１、ｔ２、ｔ３を変えることによっても、各クリーニングブラシに回収される廃棄トナーの量を調整することができる。図１の構成を用いた廃棄トナー回収方法によれば、既存の装置を用いて、像担持体に残存している廃棄トナーを、一連のプロセスで無駄なくＫ現像手段に回収することができる。

以上、本発明の画像形成装置および廃棄トナー回収方法をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態を示すタイミングチャートである。 本発明に適用される電子写真プロセスを用いた画像形成装置の１実施例の全体構成を示す模式的断面図である。

符号の説明

１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・クリーニングブラシ、２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・転写装置電源、３（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・クリーニングブラシ電源、４・・・交流電源、５、７・・・電源切替スイッチ、６・・・接地、１１・・・正常帯電トナー、１２・・・逆帯電トナー、１３・・・排出トナー、１５・・・残留トナー、１６・・・転写トナー、１７・・・回収トナー、２１・・・帯電電位、２２・・・露光電位、４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・感光体ドラム（像担持体）、４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・帯電手段（コロナ帯電器）、４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・現像装置、４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）・・・一次転写ローラ、５０・・・中間転写ベルト、６６・・・二次転写ローラ、６９、６９ａ・・・中間転写ベルトクリーニング手段、７０・・・現像装置電源、７１・・・電源切替スイッチ、１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙ・・・露光装置、Ｐ・・・記録媒体。

Claims (11)

1. 像担持体の周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した、黒画像形成ステーションを含む画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行う画像形成装置であって、
   画像形成後の廃棄トナークリーニングモードの設定手段と、前記各像担持体に対応して設けられ、各像担持体に残存する廃棄トナーを回収するクリーニング手段と、前記各クリーニング手段に回収された廃棄トナーを前記各像担持体に排出するように、当該クリーニング手段に交番電圧を印加する電源と、前記交番電圧の絶対値を各色で異ならせる第１の制御手段と、前記像担持体に排出された廃棄トナーの極性を揃えるために、前記帯電手段から帯電電圧を出力する第２の制御手段と、前記露光手段から前記像担持体に露光電圧を間歇的に印加し、当該露光電圧を印加する間隔を前記各ステーションで異ならせる第３の制御手段と、前記像担持体に排出された廃棄トナーを転写させるように前記転写手段に電圧を印加する電源と、
   黒画像を形成する前記ステーションにおいて、
   前記転写媒体に転写された廃棄トナーを前記像担持体に回収するように前記転写手段に 電圧を印加する電源と、前記黒画像形成用の像担持体から前記廃棄トナーを前記現像手 段に回収するように前記現像手段に電圧を印加する電源と、
   を具備することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニング手段は、前記像担持体に接触して回転する回転部材であることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記クリーニング手段は、クリーニングブラシであることを特徴とする、請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記転写媒体は、中間転写媒体であることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記ステーションは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の各色に対応して設けられており、前記転写媒体の進行方向の上流側からみて、Ｋ（黒）の前記ステーションが最下流に配置されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記各ステーションの前記クリーニング手段に印加される交番電圧の絶対値は、前記転写媒体の上流側で大きく、下流側で小さくなるように制御することを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記各ステーションの露光手段から前記像担持体に間歇的に印加される電圧間隔を、前記転写媒体の進行方向の上流側で小さく、下流側で大きく設定することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 像担持体の周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを少なくとも２つ以上設け、転写媒体が各ステーションを通過することにより、タンデム方式で画像形成を行う工程と、
   画像形成後の廃棄トナークリーニングモードにおいて、
   前記各像担持体に対応して設けられたクリーニング手段により各像担持体に残存する廃棄トナーを回収する工程と、前記各クリーニング手段に接続された電源から出力される交番電圧の絶対値を各色で異ならせて、前記各クリーニング手段に回収された廃棄トナーを前記各像担持体に排出する工程と、前記廃棄トナーが排出された像担持体を再帯電する工程と、前記転写媒体の進行方向上流側で小さく下流側で大きい間隔で前記像担持体を間歇的に露光する工程と、前記像担持体に排出された露光されない部分の廃棄トナーを前記転写手段に転写させる工程と、
   黒画像を形成する前記ステーションにおける、
   前記転写媒体に転写された廃棄トナーを前記像担持体に回収する工程と、前記像担持体 から前記廃棄トナーを前記現像手段に回収する工程と、
   からなることを特徴とする廃棄トナー回収方法。
9. 前記廃棄トナーが排出された像担持体を再帯電する工程は、前記帯電手段から出力される帯電電圧の極性を、前記像担持体の帯電極性と同じ極性とすることを特徴とする、請求項８に記載の廃棄トナー回収方法。
10. 前記像担持体に排出された露光されない部分の廃棄トナーを前記転写手段に転写させる工程は、前記転写手段に印加される電圧の絶対値は、トナー像転写時に用いる値よりも小さいことを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の廃棄トナー回収方法。
11. 前記黒画像形成ステーションにおいて、前記転写媒体に転写された廃棄トナーを前記像担持体に回収する工程は、前記転写手段に印加される電圧の極性は、前記像担持体の帯電極性と同一極性とすることを特徴とする、請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の廃棄トナー回収方法。

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