JP2007240768A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体上に対してトナーが少ない箇所にのみ適切な量のトナーを供給可能として、クリーニングブレードの能力を最大限発揮させることのできる画像形成装置及び画像形成方法を得る。
【解決手段】各画像形成ステーション２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋで形成された画像を中間転写ベルト４０上に１次転写して合成し、該合成画像を転写材上に２次転写する画像形成装置。中間転写ベルト４０上の転写残トナーはクリーニングブレード４５によって清掃される。中間転写ベルト４０上に形成された画像の副走査方向Ｙに関する総画素数の主走査方向Ｘの分布を算出し、該分布中で所定の閾値より少ない画素部分に対応する中間転写ベルト４０上の非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成し、クリーニングブレード４５にトナーを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法、特に、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写するようにした電子写真法による画像形成装置及び画像形成方法に関する。

一般に、複写機やファクシミリなどの電子写真法による画像形成装置においては、像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写し、転写後に像担持体上に残ったトナーをクリーニングブレードのエッジにて清掃するようにしている。クリーニングブレードはエッジが像担持体上に所定の圧力で接触するように弾性的に付勢され、残留トナーをいわば堰き止めて除去する。

このクリーニングブレードは、ポリウレタンなどの合成ゴム製であり、像担持体（例えば、ポリカーボネートなどからなる中間転写ベルト）との摩擦係数が高く、通常状態ではブレードと像担持体とは滑りにくく、ブレードのエッジにトナーが侵入することによって潤滑効果が発揮され、好ましい清掃能力を得ることができる。像担持体はＡ４サイズやＡ３サイズなどの転写材上に画像を形成可能な幅寸法を有し、ブレードもこの全幅をカバーする長さを有している。しかし、幅方向の両端部は通常画像が少なく、また、最大幅よりも短いサイズの画像の形成が継続されると、ブレード両端部の像担持体に対する滑りが悪化し、ブレードがめくれ上がったりする不具合を有していた。

そこで、特許文献１には、像担持体の画像形成領域前方近傍の非画像形成領域に、クリーニングブレードのめくれ防止用のトナー帯を主走査方向に形成し、プリント設定枚が第１の基準値未満の場合には、過去最終の第２の基準値の枚数間の総プリント作成時にクリーニングブレード両端から所定の長さの領域に書き込まれた総画素数と、トナー帯の形成直前の機内温度とに応じて、トナー帯の副走査方向長さを変更することが記載されている。即ち、トナー量が少なくなりやすいブレード両端部にトナーを適切に供給することで、ブレードと像担持体間の摩擦係数の上昇を防ぎ、ブレードのめくれを防止し、ブレードの摩耗を低減させている。

しかしながら、前記特許文献１に記載の画像形成装置では、ブレードの両端部に対してトナーを適切に供給することは可能であるが、ブレードの中央部であっても画像パターンによっては極端にトナーが少ない箇所が生じた場合に対応できない。また、一律にトナー帯を形成するため、画像によってはトナーが十分に存在しているにも拘わらず必要以上のトナーを供給することになり、トナーの無駄な消費を招くことになる。過剰のトナーが供給されると、ブレードの清掃能力が低下し、以後のトナーがブレードをすり抜けてしまうおそれもある。
特開２００５−１０６９１９号公報

そこで、本発明の目的は、像担持体上に対してトナーが少ない箇所にのみ適切な量のトナーを供給可能として、クリーニングブレードの能力を最大限発揮させることのできる画像形成装置及び画像形成方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、第１の発明は、像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写し、転写後に像担持体上に残ったトナーをクリーニングブレードのエッジにて清掃するようにした画像形成装置において、像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布を算出し、または、前記分布に基づいてクリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出し、いずれかの主走査方向の分布中で所定の閾値より少ない画素部分に対応する像担持体上の非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成することを特徴とする。像担持体は中間転写体あるいは感光体である。

第２の発明は、像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写し、転写後に像担持体上に残ったトナーをクリーニングブレードのエッジにて清掃するようにした画像形成方法において、像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布を算出し、または、前記分布に基づいてクリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出し、いずれかの主走査方向の分布中で所定の閾値より少ない画素部分に対応する像担持体上の非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成することを特徴とする。

本発明においては、像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布を算出してトナー量の主走査方向の分布を推定することにより、または、前記分布に基づいてクリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出することにより、トナー量の少ない箇所にトナーを供給する。これによって、ブレードの両端部分のみならず中央部分であってもトナーが供給され、ブレードの全幅において像担持体との良好な滑り状態を維持でき、ブレードの清掃能力を最大限発揮させることが可能となる。また、閾値以下の箇所のみトナーを供給するためトナーが過剰になることはなく、清掃能力が劣化することもない。

本発明においては、前記分布の大小に応じて、パッチパターンの副走査方向の長さを変更してもよく、あるいは、パッチパターンへのトナー付着量を変更してもよい。

また、像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布と、画像形成時の装置内の環境条件に基づいて、クリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出してもよい。環境条件に応じてより適切な量のトナーを供給することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法の実施例について添付図面を参照して説明する。

（画像形成装置の概略構成）
図１に示す画像形成装置は、電子写真法によるカラープリンタであって、いわゆるタンデム式で４色（Ｙ：イエロー、Ｍ：マゼンタ、Ｃ：シアン、Ｋ：ブラック）の画像を合成するように構成したものである。

その概略を説明すると、感光体ドラム２１、帯電器２２、現像器２３、１次転写ローラ２４、残留トナーや残留電荷のクリーナ２５を含む画像形成ステーション２０（２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｋ）が並置されている。各画像形成ステーション２０の直上にはレーザ走査光学ユニット３０が配置され、４本のレーザビームＢＹ，ＢＭ，ＢＣ，ＢＫによって各感光体ドラム２１を照射し、静電潜像を形成する。

画像形成ステーション２０の直下には中間転写ベルト４０が支持ローラ４１、駆動ローラ４２、テンションローラ４３に無端状に張り渡され、副走査方向Ｙに回転駆動される。中間転写ベルト４０が支持ローラ４１で支持された部分には２次転写ローラ４４が設置されている。

さらに、プリンタの下段には転写材を１枚ずつ給紙する給紙ユニット５１が設置され、２次転写ローラ４４の上方にはトナーの定着ユニット５２が設置されている。また、プリンタには機内の環境条件（温度、湿度）を検出するためのセンサ５９が設置されている。

画像データはプリンタの上部に設けた画像読取りユニット（スキャナ）１０、あるいは、図示しないコンピュータなどからＹＭＣＫごとの画像データとしてＣＰＵを中心として構成されている制御ユニット５５に入力され、これらの画像データに基づいてレーザ走査光学ユニット３０が駆動され、それぞれの感光体ドラム２１上に静電潜像を形成し、現像器２３で現像される。制御ユニット５５に入力された画像データからは画素カウンタ５６によって画素数がカウントされる。

各感光体ドラム２１上に形成されたトナー画像は、副走査方向Ｙに回転駆動される中間転写ベルト４０上に１次転写ローラ２４から付与される電界にて順次１次転写され、４色の画像が合成される。一方、転写材は１枚ずつ給紙ユニット５１から上方に給紙され、２次転写ローラ４４から付与される電界にて合成トナー画像が転写される。その後、転写材は定着ユニット５２に搬送されてトナーの加熱定着を施され、トレイ５３上に排出される。

中間転写ベルト４０は、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイドなどからなる半導電の抵抗層を備え、単層又は多層の厚み１００〜１５０μｍのベルトからなる。この中間転写ベルト４０には、支持ローラ４１にて支持された部分に、残留トナーのクリーニングブレード４５が配置されている。クリーニングブレード４５は、ウレタン樹脂からなり、図示しないばねなどでエッジ部を中間転写ベルト４０に対して弾性的に付勢されており、転写材上に２次転写されずに残されたトナーを中間転写ベルト４０上から払拭する。払拭されたトナーは図示しないスクリューなどで廃トナーボックスに搬送、回収される。なお、各感光体ドラム２１上の１次転写残りトナーも同様に廃トナーボックスに搬送、回収される。

（残留トナーのクリーニング処理）
本実施例においては、中間転写ベルト４０上に形成された画像の副走査方向Ｙに関する総画素数の主走査方向Ｘの分布を算出し、または、前記分布に基づいてクリーニングブレード４５のエッジ上におけるトナー量の主走査方向Ｘの分布を算出し、いずれかの主走査方向Ｘの分布中で所定の閾値より少ない画素部分に対応する中間転写ベルト４０上の非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成する。

図２に中間転写ベルト４０上に形成されたトナーのパッチパターンＴを示す。Ｘは主走査方向を示し、Ｙは副走査方向を示している。中間転写ベルト４０上において、先の画像は領域４０ａに形成され、次の画像は領域４０ｂに形成される。そして、パッチパターンＴは領域４０ａ，４０ｂの間の非画像形成領域４０ｃに形成される。

このパッチパターンＴは、任意の画像形成ステーション２０によって形成されたトナー画像であって、中間転写ベルト４０上に１次転写し、２次転写することなくクリーニングブレード４５まで搬送される。トナーパッチパターンＴは、それまでに形成された画像の主に背景部分（トナーの付着量の少ない部分）に対して適量のトナーを供給し、ブレード４５のエッジ部の中間転写ベルト４０に対する滑りを良好なものに維持し、ブレード４５のめくれ、トナーのすり抜けを防止し、ブレード４５の主走査方向Ｘに対する全域で良好な清掃能力を保持する作用を有している。また、本実施例では、それまでに形成された画像で十分にトナーが付着していた部分には過剰なトナーを供給しないようにしている。

（パッチパターンの形成条件）
ここで、パッチパターンＴの形成条件について説明する。図３に示すように、中間転写ベルト４０上に形成（１次転写）された画像Ｇに対して、主走査方向Ｘの各画素ｘに対して、副走査方向Ｙに関する総画素数を合計した値Ａ（ｘ）を算出する。この値Ａ（ｘ）の分布中で所定の閾値より少ない画素部分にパッチパターンを一の画像の形成ごとに領域４０ａ，４０ｂ間の非画像形成領域４０ｃに形成する。

ｎ枚目の印字ごとにパッチパターンを形成するようにしてもよい。即ち、図４に示すように、一連の印字ジョブにおけるｎ枚目の印字での主走査方向Ｘにｘ番目の画素の副走査方向Ｙの総画素数の合計をＡ（ｎ，ｘ）とする。

ある画素に対して、クリーニングブレード４５に到達するトナーは、通常の転写残トナーの場合、中間転写ベルト４０上に形成されるトナー像のトナー付着量と、トナー像の転写材への転写効率によって決定される。ブレード４５のエッジ部におけるトナー量分布Ｓ（ｎ，ｘ）は、クリーニングブレード４５に到達するトナー量を算出する係数をηとし、エッジ部において中間転写ベルト４０からトナーが１枚の画像形成ごとに排除される減少量をｋとすると、以下の式（１）で表される。
Ｓ（ｎ，ｘ）＝Ｓ（ｎ−１，ｘ）＋η・Ａ（ｎ，ｘ）−ｋ …（１）

前回印字時のトナー量分布に対して、ある量が減少し、今回の印字によって発生する転写残トナーが加算される。各印字ごとに、Ｓ（ｎ，ｘ）の値を制御ユニット５５内のメモリに上書きして記憶しておく。ここで、ｎ枚の累積数は５〜１００枚程度でよい。なお、この累積数は装置に応じて異なる場合がある。

前記係数ηは、副走査方向Ｙに関する印字総画素数に対する中間転写ベルト４０上のトナー付着量をＢ、転写効率をφとすると、以下の式（２）で表される。
η＝Ｂ（Ａ）・（１−φ） …（２）

トナー付着量Ｂと転写効率φは印字時の装置内の環境条件（温度・湿度）によって変化する。具体的には、低温、低湿環境下ではトナーの帯電性が上昇するために中間転写ベルト４０上には画像背景部にかぶりトナーが付着するため、付着量Ｂは多くなる傾向にある。また、転写効率φも大きくなる。よって、トナー量分布の多い部分と少ない部分との差が少なくなる傾向にある。一方、高温、高湿環境下ではこれとは逆の傾向にある。よって、装置内の環境条件に応じて、付着量Ｂと転写効率φをより細かく場合分けすることが好ましい。

また、クリーニングブレード４５の保護などの目的のために、中間転写ベルト４０上にトナーのパッチパターンを形成してブレード４５で清掃する場合には、２次転写工程が省かれるため、η＝Ｂとなる。

クリーニングブレード４５のエッジ部において転写残トナーが１枚の印字ごとに排除される減少量ｋは、ブレード４５の構成と装置内の環境条件に依存する。エッジ部が傾斜した構成の場合、排除されるトナーはエッジ部から重量でこぼれ落ち、排除されるトナー量は多くなる。低湿度の環境であれば、トナーの流動性が増すためにエッジ部からトナーが排除されやすくなる。

主走査方向Ｘにおいて、ブレード４５の全長は画像形成領域よりも長く設定されている。ブレード４５が画像形成領域からはみ出している領域には画像として付着したトナーが存在することはないが、かぶりトナーが付着していたり、トナーのパッチパターンが形成されることで、ブレード４５の潤滑性が保持される。

総画素数ｘの値は、主走査方向Ｘの全ての画素に対しての値として参照される。但し、隣り合う３画素の合計画素数など複数の画素の総画素数として参照してもよい。また、ブレード４５の両端部は細かく１画素について参照し、中央部は広く５画素の合計を参照するようにしてもよい。

ここで、トナー量分布Ｓ（ｎ，ｘ）に対して閾値を設定し、トナー量分布Ｓ（ｎ，ｘ）がその閾値より小さい部分に対してパッチパターンを形成する。閾値は、滑材としてのトナーがそれ以上減ると、ブレード４５のエッジ部の摩耗が急激に進行したり、摩擦係数が上昇してブレード４５にめくれが生じるような値を基準（最低値）として任意に設定可能である。

前記閾値を基準とするトナー不足領域に対しては、非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成する。連続印字ジョブの途中でパッチパターンを形成する場合は、画像と画像の間の領域（図２の４０ｃ参照）に形成し、１枚印字もしくは最終印字の場合は、そのとき印字された画像形成領域の後方領域に形成する。

形成するパッチパターンのトナー量をＰ（ｘ）とすると、パッチパターンを清掃した後のブレード４５のエッジ部のトナー量分布Ｓ’（ｎ，ｘ）は、以下の式（３）で表される。
Ｓ’（ｎ，ｘ）＝Ｓ（ｎ，ｘ）＋Ｐ（ｘ） …（３）

パッチパターンは２次転写されることなく、クリーニングブレード４５で直接清掃されるため、画像形成領域での転写残トナーに対してブレード４５に到達するトナー量が非常に多い。転写材に対する転写効率は一般に８０〜９０％であるため、単純にパッチパターンとしてトナーは転写残トナーの５〜１０倍供給されることになる。

パッチパターンとしてトナーが供給されるため、ブレード４５のエッジ部におけるトナー量分布は局所的に少ない部分がなくなって主走査方向Ｘにほぼ均一化され、滑材の不足によるブレード４５と中間転写ベルト４０との間の摩擦係数の上昇が防止される。

（パッチパターンの形状）
なお、中間転写ベルト４０上に形成されるパッチパターンの形状は、必ずしも、図２に示したように一定の矩形状である必要はない。図５に示すように、所定の閾値に対して、トナーの不足領域を判定する際、算出されたトナー量分布に応じて、パッチパターンの形状を変更してもよい。トナー量が閾値以下であってトナーが非常に少ない部分に対しては、副走査方向Ｙに長くパッチパターンを形成してもよい。逆に、閾値以下であるがトナー量がそれほど少なくはない部分に対しては、副走査方向Ｙに短く形成してもよい。

（パッチパターンへのトナー付着量）
また、パッチパターンへのトナーの単位面積当たりの付着量を算出されたトナー量分布に応じて調整してもよい。トナー量が閾値以下であってトナーが非常に少ない部分に対するパッチパターンに対しては付着量を多くし、閾値以下であってもトナー量がそれほど少なくはない部分に対しては、付着量を少なく形成してもよい。付着量の調整は、前記レーザ走査光学ユニット３０による露光量を制御することにより行うことができる。

（他の実施例）
なお、本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。

特に、本発明は、中間転写ベルト４０上の残留トナーの清掃のみならず、感光体ドラム２１上の残留トナーの清掃にも適用することができる。また、カラープリンタのみならず、種々の電子写真法による画像形成装置に適用することが可能である。

本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 パッチパターンの形成状態を示すチャート図である。 パッチパターンの形成条件を示すチャート図である。 パッチパターンの形成条件の他の例を示すチャート図である。 パッチパターンの形状を副走査方向に変化させる場合を示すチャート図である。

符号の説明

１０…画像読取りユニット
２０…画像形成ステーション
２１…感光体ドラム
３０…レーザ走査光学ユニット
４０…中間転写ベルト
４４…２次転写ローラ
４５…クリーニングブレード
５５…制御ユニット
５６…画素カウンタ
５９…環境条件検出センサ
Ｔ…パッチパターン
Ｘ…主走査方向
Ｙ…副走査方向

Claims (10)

1. 像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写し、転写後に像担持体上に残ったトナーをクリーニングブレードのエッジにて清掃するようにした画像形成装置において、
   像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布を算出し、または、前記分布に基づいてクリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出し、いずれかの主走査方向の分布中で所定の閾値より少ない画素部分に対応する像担持体上の非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体は中間転写体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. 前記像担持体は感光体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。
4. 前記分布の大小に応じて前記パッチパターンの副走査方向の長さを変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記分布の大小に応じて前記パッチパターンへのトナー付着量を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布と、画像形成時の装置内の環境条件に基づいて、前記クリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出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. 像担持体上に形成されたトナー画像を転写材に転写し、転写後に像担持体上に残ったトナーをクリーニングブレードのエッジにて清掃するようにした画像形成方法において、
   像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布を算出し、または、前記分布に基づいてクリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出し、いずれかの主走査方向の分布中で所定の閾値より少ない画素部分に対応する像担持体上の非画像形成領域にトナーのパッチパターンを形成すること、
   を特徴とする画像形成方法。
8. 前記分布の大小に応じて前記パッチパターンの副走査方向の長さを変更することを特徴とする請求項７に記載の画像形成方法。
9. 前記分布の大小に応じて前記パッチパターンへのトナー付着量を変更することを特徴とする請求項７に記載の画像形成方法。
10. 像担持体上に形成された画像の副走査方向に関する総画素数の主走査方向の分布と、画像形成時の装置内の環境条件に基づいて、前記クリーニングブレードのエッジ上におけるトナー量の主走査方向の分布を算出することを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の画像形成方法。

Images