JP2010134320A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨剤の添加されたトナーを上流側の感光体に効率良く供給することにより、感光体表面の付着物を効率良く除去して表面摩擦抵抗の上昇を抑制できるタンデム式のカラー画像形成装置を提供する。
【解決手段】カラー単発印字後、或いはカラー連続印字の最終印字後においてベルトクリーニング装置１９による中間転写ベルト８のクリーニングを見送り、中間転写ベルト８を１回転させる間に１つ以上の一次転写ローラ６ａ〜６ｂにトナーと同極性の転写逆バイアスを印加して１つ以上の感光体ドラム１ａ〜１ｄに中間転写ベルト８上の残留トナーを供給し、その後に中間転写ベルト８のクリーニングを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、感光体を含む複数の画像形成ユニットが中間転写体に沿って並列配置されたタンデム式のカラー画像形成装置における感光体表面の研磨方法に関するものである。

近年、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の像担持体として、ａ−Ｓｉ感光体ドラムが広く用いられている。ａ−Ｓｉ感光体ドラムは、高硬度で優れた耐久性を有しており、長期間使用後も感光体としての特性がほとんど劣化せず高画質が保持できるため、ランニングコストも低く取り扱いも容易であるとともに、環境に対する安全性も高い優れた像担持体である。

このようなａ−Ｓｉ感光体ドラムを用いた画像形成装置においては、帯電装置を用いて感光体ドラムの帯電を行うと、帯電装置からの放電によりオゾンが発生する。このオゾンにより空気中の成分が分解され、ＮＯｘやＳＯｘ等のイオン生成物が生成される。このイオン生成物は水溶性であることにより、感光体ドラムに付着し、感光体ドラム表面の０．１μｍ程度の粗さ構造内に入り込むために、汎用機で使用されるクリーニングシステムでは取り除くことができない。高湿環境下では、このイオン生成物が大気中の水分を取り込むことで感光体ドラム表面の抵抗が低下するため、感光体ドラム表面に形成された静電潜像のエッジ部で電位の横流れが起こり、その結果、像流れ現象が発生する。

特に、印字率が低い（トナー消費量が少ない）画像を出力した場合、感光体表面へのイオン生成物の付着量が増大し、高湿環境下では上述した像流れ現象が発生する。また、付着物により感光体表面の摩擦抵抗が上昇し、感光体から中間転写体への転写（一次転写）効率の低下、クリーニングブレード筋による画像劣化、クリーニングブレード端部の巻き上がり等の不具合が発生する。さらに、感光体の駆動負荷が増加するためジッタの原因にもなる。

そこで、簡易な構成で感光体ドラム表面の抵抗低下を抑えて像流れを低減する方法が提案されており、特許文献１、２には、研磨剤を混入させたトナー（研磨トナー）と研磨部材（摺擦ローラ及びクリーニングブレード）の相互作用で感光体を研磨することにより、ヒータ等を用いることなくオゾン生成物を除去する方法が開示されている。

上記のような研磨システムでは、通常の印字動作中においても感光体上の残留トナーを用いて感光体表面の研磨が行われるが、非印字時（装置立ち上げ時や印字後の待機モード）にトナーを印字または現像し、トナーを記録媒体に転写させることなく感光体ユニット内の研磨手段に積極的に供給して感光体表面の研磨に使用する感光体リフレッシュモードが実行される。
特開平１１−３０１４号公報 特開平１１−１３３４６２号公報 特開２００４−５３９１７号公報

複数の感光体を備えたタンデム式のカラー画像形成装置においては、印字率が低い場合や単色の印字が連続した場合でも各色毎に感光体上にトナーを吐出して各感光体の研磨を実施し、感光体表面の摩擦抵抗を常に一定以下に維持しておく必要がある。ここで、同じ印字率の画像を印字した場合でも、中間転写体の移動方向上流側に位置する感光体表面への付着物が下流側に位置する感光体に比べて多くなり、表面摩擦抵抗値が上昇する。

つまり、上流側の感光体へ現像されたトナーは中間転写体上へ順次転写されるため、中間転写体上のトナー量は下流側へ行くほど多くなる。従って、同じ印字率の画像を印字しても下流側の感光体への逆転写現象により上流側の感光体に比べて感光体へのトナー供給量が多くなり、下流側の感光体表面の研磨効果が高くなるためである。この現象は、特に２％以下の低印字率で顕著となる。

そのため、感光体リフレッシュモードの実施回数を多くして上流側の感光体を十分に研磨する必要が生じるが、感光体リフレッシュモード実行中は通常の印字動作を停止する必要があるため画像形成効率が低下し、印字動作以外でのトナー消費量が増加してしまうという問題点があった。また、上流側の感光体へトナーを供給する方法として、特許文献３には中間転写体上の残留トナーを像担持体（感光体）上に逆転写し、クリーニング手段により回収して再利用する画像形成装置が開示されているが、特許文献３では最も上流の回収剤専用感光体にのみ逆転写されるため、他の全ての感光体にトナーを供給して表面摩擦抵抗の上昇を抑制することはできなかった。

本発明は、上記問題点に鑑み、研磨剤の添加されたトナーを上流側の感光体に効率良く供給することにより、感光体表面の付着物を効率良く除去して表面摩擦抵抗の上昇を抑制できるタンデム式のカラー画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、像担持体と、該像担持体表面に研磨剤を含むトナーを付着させて静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体表面に所定の圧力で圧接されるとともに前記像担持体表面を研磨する研磨部材と、を含む複数の画像形成ユニットと、前記像担持体上に現像されたトナー像が順次積層される無端状の中間転写体と、前記像担持体上に現像されたトナー像を前記中間転写体上に積層する一次転写手段と、前記中間転写体上に積層されたトナー像を記録媒体上に一度に転写する二次転写手段と、を備えたカラー画像形成装置において、カラー単発印字終了後、またはカラー連続印字における最終印字終了後に前記中間転写体を１回以上回転させる間に１つ以上の前記一次転写手段にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加して前記中間転写体上の残留トナーを１つ以上の前記像担持体上に供給することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記中間転写体上の残留トナーが供給される前記像担持体の表面電位を０付近とすることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記中間転写体上の残留トナーを除去する中間転写体クリーニング手段が設けられ、前記中間転写体を１回以上回転させる間、前記中間転写体クリーニング手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性のバイアスを印加することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、カラー単発印字終了後、またはカラー連続印字における最終印字終了後に前記画像形成ユニットのいずれかでブラックの研磨用画像を形成して前記中間転写体上に転写し、前記二次転写手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性の転写逆バイアスを印加した状態で前記中間転写体を１回以上回転させることを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記各画像形成ユニットで使用される複数色のトナーのうち、ブラックトナーは他のカラートナーよりも多くの研磨剤を含むことを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記各画像形成ユニットのうち所定枚数当たりの平均印字率が所定値以下の低印字ユニットに対応する前記一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加することを特徴としている。

また本発明は、上記構成の画像形成装置において、前記各画像形成ユニットのうち所定枚数当たりの平均印字率が所定値以下の低印字ユニットに対応する前記一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加するとともに、前記研磨用画像は、前記低印字ユニットにおいて使用した印字一枚当たりのトナー量と合わせて所定量となるトナーで形成されることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、通常の印字動作終了後にトナー残量の少ない上流側の像担持体に中間転写体上の残留トナーを供給可能となるため、研磨部材による像担持体表面の研磨効果を促進して像担持体表面の摩擦係数の上昇を抑制可能となる。また、現像装置からトナーを強制排出して像担持体表面を研磨するリフレッシュモードの実行頻度も削減できるため、無駄なトナーの消費が抑制されるとともに画像形成効率も向上する。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、中間転写体上の残留トナーが供給される像担持体の表面電位を０付近とすることにより、一次転写手段に印加する転写逆バイアスを過度に大きくすることなく中間転写体上の残留トナーを像担持体上に円滑に移動させることができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１又は第２の構成の画像形成装置において、中間転写体を１回以上回転させる間、中間転写体クリーニング手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性のバイアスを印加することにより、中間転写体クリーニング手段へのトナー付着を防止して像担持体上へのトナー供給効率を高めることができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１乃至第３のいずれかの構成の画像形成装置において、通常の印字動作終了後にブラックの研磨用画像を形成して中間転写体上に転写し、二次転写手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性の転写逆バイアスを印加した状態で中間転写体を１回以上回転させることにより、低印字率の画像のみを出力する場合にも十分な量のトナーを上流側の像担持体へ送り込むことができ、研磨効率の低下を抑制することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の画像形成装置において、各画像形成ユニットで使用される複数色のトナーのうち、ブラックトナーに他のカラートナーよりも多くの研磨剤を添加しておくことにより、トナーの色味を変化させずに像担持体の研磨効果をより高めることができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１乃至第５のいずれかの構成の画像形成装置において、各画像形成ユニットのうち低印字ユニットに対応する一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加することにより、中間転写体上の残留トナーをトナー供給量の少ない像担持体へ優先的に送り込むことができるため、各像担持体へのトナー供給量が平均化され、全ての像担持体を過不足なく研磨することができる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第４又は第５の構成の画像形成装置において、各画像形成ユニットのうち低印字ユニットに対応する一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加するとともに、低印字ユニットにおいて使用した印字一枚当たりのトナー量と合わせて所定量となるトナーで研磨用画像を形成することにより、ブラックトナーの使用量を十分な研磨効果を確保できる最低限の使用量に抑えることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明のタンデム型カラー画像形成装置の構成を示す概略図である。画像形成装置１００本体内には４つの画像形成ユニットＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ及びＰｄが、搬送方向上流側（図１では右側）から順に配設されている。これらの画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄは、異なる４色（イエロー、シアン、マゼンタ及びブラック）の画像に対応して設けられており、それぞれ帯電、露光、現像及び転写の各工程によりイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの画像を順次形成する。

この画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄには、各色の可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄが配設されており、これらの感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に形成されたトナー像が、駆動手段（図示せず）により図１において時計回りに回転しながら各画像形成ユニットに隣接して移動する中間転写ベルト８上に順次転写（一次転写）された後、二次転写ローラ９において用紙Ｐ上に一度に転写（二次転写）され、さらに、定着部７において用紙Ｐ上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム１ａ〜１ｄを図１において反時計回りに回転させながら、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに対する画像形成プロセスが実行される。

トナー像が転写される用紙Ｐは、装置下部の用紙カセット１６内に収容されており、給紙ローラ１２ａ及びレジストローラ対１２ｂを介して二次転写ローラ９へと搬送される。中間転写ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、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ベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。また、画像形成ユニットＰａの上流側には中間転写ベルト８表面に残存するトナーを除去するためのベルトクリーニング装置１９が配置されている。

次に、画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄについて説明する。回転自在に配設された感光体ドラム１ａ〜１ｄの周囲及び下方には、感光体ドラム１ａ〜１ｄを帯電させる帯電装置２ａ、２ｂ、２ｃ及び２ｄと、各感光体ドラム１ａ〜１ｄに画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上にトナー像を形成する現像装置３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄと、感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に残留した現像剤（トナー）を除去するクリーニング装置５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄが設けられている。

ユーザにより画像形成開始が入力されると、先ず、帯電装置２ａ〜２ｄによって感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、各感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置３ａ〜３ｄは、感光体ドラム１ａ〜１ｄに対向配置された現像ローラ（現像剤担持体）を備え、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色のトナーが補給装置（図示せず）によって所定量充填されている。このトナーは、現像装置３ａ〜３ｄの現像ローラにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

そして、中間転写ベルト８に所定の転写電圧で電界が付与された後、転写ローラ６ａ〜６ｄにより感光体ドラム１ａ〜１ｄ上のイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックのトナー像が中間転写ベルト８上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面に残留したトナーがクリーニング装置５ａ〜５ｄにより除去される。

中間転写ベルト８は、従動ローラ１０、駆動ローラ１１及びテンションローラ２０に掛け渡されており、駆動モータ（図示せず）による駆動ローラ１１の回転に伴い中間転写ベルト８が時計回りに回転を開始すると、用紙Ｐがレジストローラ１２ｂから所定のタイミングで中間転写ベルト８に隣接して設けられた二次転写ローラ９へ搬送され、中間転写ベルト８とのニップ部（二次転写ニップ部）において用紙Ｐ上にフルカラー画像が二次転写される。トナー像が転写された用紙Ｐは定着部７へと搬送される。

定着部７に搬送された用紙Ｐは、定着ローラ対１３のニップ部（定着ニップ部）を通過する際に加熱及び加圧されてトナー像が用紙Ｐの表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された用紙Ｐは、複数方向に分岐した分岐部１４によって搬送方向が振り分けられる。用紙Ｐの片面のみに画像を形成する場合は、そのまま排出ローラ１５によって排出トレイ１７に排出される。

一方、用紙Ｐの両面に画像を形成する場合は、定着部７を通過した用紙Ｐの一部を一旦排出ローラ１５から装置外部にまで突出させる。その後、用紙Ｐは排出ローラ１５を逆回転させることにより分岐部１４で用紙搬送路１８に振り分けられ、画像面を反転させた状態で二次転写ローラ９に再搬送される。そして、中間転写ベルト８上に形成された次の画像が二次転写ローラ９により用紙Ｐの画像が形成されていない面に転写され、定着部７に搬送されてトナー像が定着された後、排出トレイ１７に排出される。

図２は、図１における画像形成ユニットＰａ付近の拡大図である。なお、画像形成ユニットＰｂ〜Ｐｄについても基本的に同様の構成であるため説明を省略する。感光体ドラム１ａの周囲には、ドラム回転方向（図２の反時計回り）に沿って帯電装置２ａ、現像装置４ａ、クリーニング装置５ａが配設され、中間転写ベルト８を挟んで一次転写ローラ６ａが配置されている。また、感光体ドラム１ａに対し中間転写ベルト８の回転方向上流側には中間転写ベルト８を挟んで従動ローラ１０に対向するベルトクリーニングローラ１９ａを備えたベルトクリーニング装置１９が配置されている。

帯電装置２ａは、感光体ドラム１ａに接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラ２１と、帯電ローラ２１をクリーニングするための帯電クリーニングローラ２３とを有している。現像装置４ａは、２本の攪拌搬送スクリュー２５と、磁気ローラ２７と、現像ローラ２９とを有するタッチダウン現像式であり、現像ローラ２９にトナーと同極性（正）の現像バイアスを印加してドラム表面にトナーを飛翔させる。

クリーニング装置５ａは、摺擦ローラ３０、クリーニングブレード３１、及び回収スクリュー３３を有している。摺擦ローラ３０は感光体ドラム１ａに所定の圧力で圧接されており、図示しない駆動手段により感光体ドラム１ａとの当接面において同一方向に回転駆動されるが、その周速は感光体ドラム１ａの周速よりも速く（ここでは１．２倍）制御されている。摺擦ローラ３０としては、例えば金属シャフトの周囲にローラ体としてＥＰＤＭゴム製でアスカＣ硬度５５°の発泡体層を形成した構造が挙げられる。ローラ体の材質としてはＥＰＤＭゴムに限定されず、他の材質のゴムや発泡ゴム体であっても良く、アスカＣ硬度が１０〜９０°の範囲のものが好適に使用される。

感光体ドラム１ａ表面の、摺擦ローラ３０との当接面よりも回転方向下流側には、クリーニングブレード３１が感光体ドラム１ａに当接した状態で固定されている。クリーニングブレード３１としては、例えばＪＩＳ硬度が７８°のポリウレタンゴム製のブレードが用いられ、その当接点において感光体接線方向に対し所定の角度で取り付けられている。なお、クリーニングブレード３１の材質及び硬度、寸法、感光体ドラム１ａへの食い込み量及び圧接力等は、感光体ドラム１ａの仕様に応じて適宜設定される。

摺擦ローラ３０及びクリーニングブレード３１によって感光体ドラム１ａ表面から除去された残留トナーは、回収スクリュー３３の回転に伴ってクリーニング装置５ａ（図２参照）の外部に排出される。本発明に用いられるトナーとしては、トナー粒子表面に研磨剤としてシリカ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等が埋め込まれて表面に一部突出するように保持されたものや、研磨剤がトナー表面に静電的に付着しているものが用いられる。

このように摺擦ローラ３０を感光体ドラム１ａに対し速度差を持って回転させることで研磨剤を含む残留トナーによって感光体ドラム１ａの表面を研磨し、摺擦ローラ３０及びクリーニングブレード３１によってドラム表面の水分や汚染物質を残留トナーと共に除去する。

また、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける印字率や環境条件等によっては、画像形成後の残留トナーによる研磨だけでは感光体ドラム１ａ〜１ｄの研磨が十分でない場合もある。そこで、現像装置４ａ〜４ｄ内のトナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に強制排出する工程と、感光体ドラム１ａ〜１ｄ側へ排出されたトナーをクリーニング装置５ａ〜５ｄの摺擦ローラ３０に供給して感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面を研磨する工程とを各１回以上含む感光体リフレッシュモードを実行する。

この感光体リフレッシュモードを、例えば画像形成装置を電源オフ状態やスリープ（省電力）モードからコピー開始状態まで立ち上げる際、或いは所定枚数の印字毎に実行することにより、感光体ドラム１ａ表面の付着物を短時間で除去することができ、長期間に亘って像流れを効果的に防止するとともにドラム表面の感光層の研磨量も一定にできる有効な研磨システムとなる。なお、感光体リフレッシュモードの実行時間は、使用する感光層の構成や装置の使用環境、リフレッシュモードの実行間隔等に応じて適宜設定される。

次に、本発明の画像形成装置の制御経路について説明する。図３は、本発明の画像形成装置に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンタ９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）には、感光体リフレッシュモードの実行の要否を判断する印刷枚数や、後述するように印字終了後に中間転写ベルト８上の残留トナーを感光体ドラム１ａ〜１ｄに供給する際、供給先の感光体ドラムの決定に用いられる基準印字率も格納されている。カウンタ９５は、印刷枚数を積算してカウントする。なお、カウンタ９５を別途設けなくても、例えばＲＡＭ９３でその回数を記憶するようにしてもよい。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄ、露光ユニット４、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、定着部７、二次転写ローラ９、画像入力部４０、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

画像入力部４０は、画像形成装置１００が図１に示すようなプリンタである場合、パーソナルコンピュータ等から送信される画像データを受信する受信部であり、画像形成装置１００が複写機である場合、複写時に原稿を照明するスキャナランプや原稿からの反射光の光路を変更するミラーが搭載された走査光学系、原稿からの反射光を集光して結像する集光レンズ、及び結像された画像光を電気信号に変換するＣＣＤ等から構成される画像読取部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、転写バイアス電源４４、及びベルトクリーニングバイアス電源４５と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電装置２ａ〜２ｄ、現像ローラ２９、一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、二次転写ローラ９、及びベルトクリーニングローラ１９ａに所定のバイアスを印加する。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２、テンキー５３が設けられており、ユーザは操作部５０を操作して指示を入力することで、画像形成装置１００の各種の設定をし、画像形成等の各種機能を実行させる。液晶表示部５１は、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したり、タッチパネルとして、両面印刷や白黒反転等の機能や倍率設定、濃度設定など各種設定を行えるようになっている。テンキー５３は、印刷部数の設定や、画像形成装置１００がＦＡＸ機能も有する場合に相手方のＦＡＸ番号を入力等するためのものである。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

図１に示したようなタンデム式のカラー画像形成装置においては、中間転写ベルト８の下流側へ行くほど中間転写ベルト８へのトナー転写量が増加する。そして、下流側の感光体ドラムでの転写の際に一旦中間転写ベルト８に転写されたトナーの一部が感光体ドラム表面に再付着する。そのため、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおいて同じ印字率（トナー消費量）の画像を出力した場合であっても、最上流側に位置する感光体ドラム１ａへのトナー供給量が最も少なく、感光体ドラム１ｂ、１ｃ、１ｄと下流側へ行くほど感光体ドラムへのトナー供給量が順次増加する。つまり、上流側の感光体ドラムに対する研磨が十分に行われないことになる。

前述した感光体リフレッシュモードを実行すれば上流側の感光体ドラムも同様に研磨可能であるが、感光体リフレッシュモードを頻繁に実行すると印字以外の無駄なトナー消費量が増加してしまう。また、感光体リフレッシュモードの実行中は通常の印字を停止する必要があるため、画像形成効率も低下する。

そこで、本発明の画像形成装置では、カラー単発印字後、或いはカラー連続印字の最終印字後においてベルトクリーニング装置１９による中間転写ベルト８のクリーニングを見送り、中間転写ベルト８を１回転させる間に１つ以上の一次転写ローラ６ａ〜６ｂにトナーと同極性の転写逆バイアスを印加して１つ以上の感光体ドラム１ａ〜１ｄに中間転写ベルト８上の残留トナーを供給し、その後に中間転写ベルト８のクリーニングを行うこととしている。例えば、最上流側の感光体ドラム１ａに残留トナーを供給する場合は、感光体ドラム１ａに対向配置される一次転写ローラ６ａに転写逆バイアスを印加する。

このとき、帯電装置２ａに印加される帯電バイアスをＯＦＦにするとともに、クリーニング装置５ａの下流側に配置された除電装置（図示せず）により感光体ドラム１ａの表面電位を０付近としておくことで、一次転写ローラ６ａに印加する転写逆バイアスを過度に大きくすることなく中間転写ベルト８の残留トナーを感光体ドラム１ａ上に円滑に移動させることができる。

これにより、通常の印字動作終了後にトナー残量の少ない上流側の感光体ドラム１ａに中間転写ベルト８上の残留トナーを供給可能となるため、摺擦ローラ３０による感光体ドラム１ａ表面の研磨効果を促進してドラム表面の摩擦係数の上昇を抑制可能となる。また、感光体リフレッシュモードの実行頻度も削減できるため、無駄なトナーの消費が抑制されるとともに画像形成効率も向上する。転写逆バイアスを印加する一次転写ローラ６ａ〜６ｄ、及び表面電位を０付近とする感光体ドラム１ａ〜１ｄを選択することにより、任意の感光体ドラムに残留トナーを供給することができる。

なお、中間転写ベルト８はクリーニングを行わずに２回転以上させても良いが、中間転写ベルト８上の残留トナーの大部分は１回転目で感光体ドラム１ａ〜１ｄ側に移動する。また、回転数を多くするほどトナー送り込みに要する時間も長くなる。従って、中間転写ベルト８は１回転させれば十分である。

ところで、感光体ドラム１ａ〜１ｄの表面摩擦係数（摩擦抵抗）の上昇は、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける印字率と密接な関係がある。印字率が４％以上であれば、感光体ドラム上に残留する未転写トナーのみで十分な研磨効果が得られるため、ドラム表面の摩擦係数の上昇を抑制することができる。一方、印字率が２％未満、特に１％以下になると、未転写トナーのみでは摺擦ローラ３０へのトナー供給量が不足し、ドラム表面の摩擦係数が上昇する。

そこで、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける平均印字率を算出し、平均印字率が所定値（例えば２％）以下の画像形成ユニットに配置された感光体ドラムに中間転写ベルト８上の残留トナーを優先的に供給することが好ましい。これにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの研磨効果を略均等化して表面摩擦係数をほぼ一定に維持することができる。平均印字率は、一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて画像毎の印字率（全画素数に対するドットの割合）ｂｎを算出し、さらに印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。そして、積算印字率Σｂｎをカウンタ９５でカウントされた印刷枚数Ａで除して所定枚数当たりの平均印字率Σｂｎ／Ａ（％）を算出する。印刷枚数Ａはユーザの使用状況や各色のトナーの特性等に応じて適宜設定することができる。

なお、モノクロ印字の場合はブラックの画像形成ユニットＰｄのみが駆動し、他の画像形成ユニットＰａ〜Ｐｃは停止しているため、感光体ドラム１ａ〜１ｃについては帯電も行われずドラム表面へのイオン生成物の付着も発生しない。従って、上記のような中間転写ベルト８による上流側の感光体ドラムへのトナー送り込み動作はカラー印字終了後のみで良い。

図４は、本発明の画像形成装置において実行される印字終了後のトナー送り込み動作制御の一例を示すフローチャートである。図１〜図３を参照しながら、図４のステップに沿ってトナー送り込みの実行手順について説明する。

先ず、ユーザによる操作パネル５０或いはパソコン等の操作によりカラー印字処理が開始されると、カウンタ９５により印刷枚数ｎがカウントされ（ステップＳ１）、指定された枚数の印字が終了したか否かが判断される（ステップＳ２）。制御部９０は、一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける画像毎の印字率ｂｎを算出し、さらに印字率ｂｎを積算した積算印字率Σｂｎを算出する。そして、Σｂｎ／ｎにより平均印字率を算出する（ステップＳ３）。

次に、制御部９０は平均印字率が所定値（ここでは２％）以下の画像形成ユニットがあるか否かを判断し（ステップＳ４）、２％以下の画像形成ユニットがある場合はベルトクリーニングローラ１９ａへ印加される中間転写クリーニングバイアスのＯＦＦ状態を継続する（ステップＳ５）。そして、印字（二次転写）終了からの経過時間ｔ１と、二次転写ローラ９からステップＳ４で選択された画像形成ユニットＰｎまでの中間転写ベルト８の移動時間Ｔｎとを比較し（ステップＳ６）、ｔ１＝Ｔｎとなった時点でその画像形成ユニットに対応する一次転写ローラへ転写逆バイアスを印加する（ステップＳ７）。二次転写ローラ９から各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄまでの中間転写ベルト８の移動時間Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、及びＴｄは、予めＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）に記憶されている。

例えば画像形成ユニットＰａが印字率２％以下であった場合、二次転写後の経過時間ｔ１が、二次転写ローラ９から画像形成ユニットＰａまでの中間転写ベルト８の移動時間Ｔａとなった時点で一次転写ローラ６ａに転写逆バイアスを印加する。これにより、中間転写ベルト８の回転により画像形成ユニットＰａに到達した二次転写後の残留トナーが感光体ドラム１ａ上に供給される。なお、印字率２％以下の画像形成ユニットが複数ある場合も同様に、それぞれの画像形成ユニットに残留トナーが到達するタイミングで対応する一次転写ローラに転写逆バイアスを印加する。

その後、中間転写ベルト８が１回転したか否かが判断され（ステップＳ８）、１回転している場合は一次転写ローラ６ａ〜６ｄに印加されていた転写逆バイアスをＯＦＦにするとともに（ステップＳ９）中間転写クリーニングバイアスをＯＮとして中間転写ベルト８上の残留トナーを除去する（ステップＳ１０）。なお、ステップＳ４において印字率が２％以下の画像形成ユニットが無かった場合は、印字終了後直ちに中間転写クリーニングバイアスをＯＮとして中間転写ベルト８上の残留トナーを除去する（ステップＳ１０）。

上記手順によれば、通常の印字動作に付随して行う残留トナーを用いた研磨動作でドラム表面の摩擦抵抗の上昇を抑制することが可能になり、良好な画像を継続的に出力することができる。従って、感光体リフレッシュモードの実行頻度も低下させることができ、印字動作以外での無駄なトナーの消費を抑えるとともに画像形成効率の低下も抑制可能となる。

また、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける平均印字率を算出し、平均印字率が低い画像形成ユニットに対応する一次転写ローラへ転写逆バイアスを印加することで、中間転写ベルト８上の残留トナーをトナー供給量の少ない感光体ドラムへ優先的に送り込むことができる。これにより、各感光体ドラム１ａ〜１ｄへのトナー供給量が平均化され、全ての感光体ドラム１ａ〜１ｄを過不足なく研磨することができる。

ところで、主として文字画像のような低印字率の画像を出力するユーザの場合、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおいて中間転写ベルト８上に転写される総トナー量は非常に少なくなる。そのため、中間転写ベルト８上の残留トナーも少なくなり、印字終了後に上記のトナー送り込み動作を実行しても各感光体ドラム１ａ〜１ｄへのトナー供給量が十分に増加されないことがある。

そこで、カラー印字終了直後、ブラックの画像形成ユニットＰｄにおいて研磨用画像を作像し、中間転写ベルト８上に転写する。そして、二次転写ローラ９にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加し、ベルトクリーニングローラ１９ａへのバイアス印加を行わずに中間転写ベルト８を１回転させ、研磨用画像が到達したタイミングで所定の一次転写ローラへ転写逆バイアスを印加する。このように制御すれば、低印字率の画像のみを出力する場合にも十分な量のトナーを上流側の感光体ドラムへ送り込むことができ、研磨効率の低下を抑制することができる。

また、ブラックトナーは研磨剤の添加による色味の変化を考慮する必要がカラートナーに比べて少ないため、ブラックトナーへの研磨剤の添加量を他の色のトナーに比べて多くしておくことにより、感光体ドラム１ａ〜１ｄの研磨効果をより高めることができる。また、研磨用画像の作像によりブラックトナーの消費量は他の色のトナーよりも多くなるが、通常はブラックトナーの初期充填量は他の色のトナーに比べて多いため、トナーコンテナを頻繁に交換するなどの不都合は生じない。

研磨用画像の形成に使用するトナー量は、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける平均印字率に基づいて決定することが好ましい。具体的には、トナーを送り込む必要のある画像形成ユニットにおける現像装置のトナー消費量（印字率）を一枚当たりのトナー消費量（平均印字率）に換算し、この平均印字率に加算して４％〜６％となる量のトナーで研磨用画像を形成する。これにより、通常印字以外のブラックトナーの使用量を必要最低限とすることができる。

なお、ドラム表面を均一に効率良く研磨するためには感光体ドラムの長手方向全域に亘って一定量のトナーを送り込む必要がある。そこで、研磨用画像を現像可能領域（例えばＡ４サイズ）全体に形成することとし、ブラックトナーの使用量は研磨用画像の濃度（ハーフトーン）で調整することが好ましい。

また、トナーを送り込む必要のある画像形成ユニットが複数ある場合には、それぞれの画像形成ユニットで必要な量のトナーを用いて研磨用画像を複数形成すれば良い。或いは、それぞれの画像形成ユニットで必要な量のトナーを合算して１つの研磨用画像を形成し、分割して送り込むようにしても良い。

図５は、印字終了後のトナー送り込み動作の他の制御例を示すフローチャートである。図５の制御例では、ステップＳ４において印字率２％以下の画像形成ユニットがある場合は、最終の印字終了直後にブラックの画像形成ユニットＰｄにおいて研磨用画像を形成し（ステップＳ５）、中間転写ベルト８上へ転写する。研磨用画像の作像タイミングは、最終の印字領域が画像形成ユニットＰｄを通過してから一定間隔（下流側へ２０〜５０ｍｍ移動したとき）を空けて研磨用画像を印字する。また、研磨用画像は平均印字率に加算して４％〜６％となる量のブラックトナーで形成する。

そして、二次転写ローラ９にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加する（ステップＳ６）。また、ベルトクリーニングローラ１９ａへ印加される中間転写クリーニングバイアスのＯＦＦ状態を継続する（ステップＳ７）。これにより、研磨用画像が二次転写ローラ９及びベルトクリーニングローラ１９ａに付着することはない。或いは、二次転写ローラ９及びベルトクリーニングローラ１９ａを中間転写ベルト８から離間させる機構を設けても良い。

そして、研磨用画像の中間転写ベルト８への転写開始からの経過時間ｔ２と、画像形成ユニットＰｄからステップＳ４で選択された画像形成ユニットＰｎまでの中間転写ベルト８の移動時間Ｔｎ′とを比較し（ステップＳ８）、ｔ２＝Ｔｎ′となった時点でその画像形成ユニットに対応する一次転写ローラへ転写逆バイアスを印加する（ステップＳ９）。画像形成ユニットＰｄから各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄまでの中間転写ベルト８の移動時間Ｔａ′、Ｔｂ′、Ｔｃ′、及びＴｄ′は、予めＲＯＭ９２（或いはＲＡＭ９３）に記憶されている。

その後、中間転写ベルト８が１回転したか否かが判断され（ステップＳ１０）、１回転している場合は一次転写ローラ６ａ〜６ｄに印加されていた転写逆バイアスをＯＦＦにするとともに、研磨用画像の領域が再び二次転写ローラ９を通過した後に二次転写ローラ９に印加されていた転写逆バイアスをＯＦＦにする（ステップＳ１１）。最後に中間転写クリーニングバイアスをＯＮとして中間転写ベルト８上の残留トナーを除去する（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ４において印字率が２％以下の画像形成ユニットが無かった場合は、印字終了後直ちに中間転写クリーニングバイアスをＯＮとして中間転写ベルト８上の残留トナーを除去する（ステップＳ１２）。

上記手順によれば、文字画像のみを継続して印字するような使用においても通常の印字動作に付随して行う研磨動作でドラム表面の摩擦抵抗の上昇を抑制可能となる。従って、図４に示した制御と同様に、良好な画像を継続的に出力することができ、感光体リフレッシュモードの実行頻度も低下させることができる。

また、各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける平均印字率を算出し、平均印字率が低い画像形成ユニットの感光体ドラムへ研磨用画像のトナーを優先的に送り込むことにより、各感光体ドラム１ａ〜１ｄへのトナー供給量が平均化され、全ての感光体ドラム１ａ〜１ｄを過不足なく研磨することができる。研磨用画像は平均印字率に加算して４％〜６％となる量のトナーで形成されるため、ブラックトナーの使用量を十分な研磨効果を確保できる最低限の使用量に抑えることができる。

なお、図４及び図５に示した制御は一例に過ぎず、装置の仕様等に応じて適宜変更可能である。例えば、印字終了後に中間転写ベルト８が１回転するまではベルトクリーニングローラ１９ａに印加する中間転写クリーニングバイアスをＯＦＦとしているが、トナーと同極性のバイアスを印加すれば、ベルトクリーニングローラ１９ａへの残留トナー或いは研磨用画像の付着を一層効果的に抑制できる。

また、一次転写ローラへの転写逆バイアスの印加タイミングを他の方法で決定しても良い。例えば、中間転写ベルト８上の基準画像の濃度や色ずれを検知するセンサを備えている場合、印字画像或いは研磨用画像の検知タイミングとセンサ位置から所定の画像形成ユニットまでの中間転写ベルト８の移動時間とに基づいて決定することもできる。

その他本発明は、上記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では、中間転写ベルト８のクリーニング手段としてベルトクリーニングローラ１９ａを備えたベルトクリーニング装置１９を配置しているが、例えばベルトクリーニングローラ１９ａに代えてベルトクリーニングブレードを備えたベルトクリーニング装置１９を配置することもできる。その場合、中間転写ベルト８に対してベルトクリーニングブレードを接触及び離間させる機構を設け、上流側の感光体ドラムに残留トナーを供給する場合はベルトクリーニングブレードを中間転写ベルト８から離間させておけば良い。

本発明は、中間転写方式を用いたタンデム式のカラー画像形成装置に利用可能であり、カラー単発印字終了後、またはカラー連続印字における最終印字終了後に中間転写体を１回以上回転させる間に１つ以上の一次転写手段にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加して中間転写体上の残留トナーを１つ以上の像担持体上に供給するものである。

これにより、通常の印字動作終了後にトナー残量の少ない上流側の像担持体に中間転写体上の残留トナーを供給可能な画像形成装置を提供することができ、研磨部材による像担持体表面の研磨効果を促進して像担持体表面の摩擦係数の上昇を抑制可能となる。また、リフレッシュモードの実行頻度も削減できるため、無駄なトナーの消費が抑制されるとともに画像形成効率の高い画像形成装置となる。

また、通常の印字動作終了後にブラックの研磨用画像を形成して中間転写体上に転写し、二次転写手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性の転写逆バイアスを印加した状態で中間転写体を１回以上回転させることにより、低印字率の画像のみを出力する場合にも研磨用画像を用いて十分な量のトナーを上流側の像担持体へ供給可能な画像形成装置となる。このとき、ブラックトナーに他のトナーよりも多くの研磨剤を添加しておけば、研磨効率を一層高めることができ、トナーの色味も変化しない。

また、平均印字率が所定値以下の低印字ユニットに対応する一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加することにより、中間転写体上の残留トナーをトナー供給量の少ない像担持体へ優先的に送り込むことができるため、各像担持体へのトナー供給量が平均化され、全ての像担持体を過不足なく研磨可能な画像形成装置となる。

は、本発明の画像形成装置の全体構成を示す概略断面図である。 は、図１における画像形成ユニットＰａ周辺の部分拡大図である。 は、本発明の画像形成装置の制御経路を示すブロック図である。 は、本発明の画像形成装置において実行される印字終了後のトナー送り込み動作制御の一例を示すフローチャートである。 は、印字終了後のトナー送り込み動作の他の制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ａ〜１ｄ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ〜２ｄ 帯電装置
３ａ〜３ｄ 現像装置
４ 露光ユニット
５ａ〜５ｄ クリーニング装置
６ａ〜６ｄ 一次転写ローラ（一次転写手段）
８ 中間転写ベルト（中間転写体）
９ 二次転写ローラ（二次転写手段）
１９ ベルトクリーニング装置（中間転写体クリーニング手段）
１９ａ ベルトクリーニングローラ
３０ 摺擦ローラ（研磨部材）
３１ クリーニングブレード（研磨部材）
９０ 制御部
１００ 画像形成装置
Ｐａ〜Ｐｄ 画像形成ユニット

Claims (7)

1. 像担持体と、該像担持体表面に研磨剤を含むトナーを付着させて静電潜像に応じたトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体表面に所定の圧力で圧接されるとともに前記像担持体表面を研磨する研磨部材と、を含む複数の画像形成ユニットと、
   前記像担持体上に現像されたトナー像が順次積層される無端状の中間転写体と、
   前記像担持体上に現像されたトナー像を前記中間転写体上に積層する一次転写手段と、
   前記中間転写体上に積層されたトナー像を記録媒体上に一度に転写する二次転写手段と、を備えたカラー画像形成装置において、
   カラー単発印字終了後、またはカラー連続印字における最終印字終了後に前記中間転写体を１回以上回転させる間に１つ以上の前記一次転写手段にトナーと同極性の転写逆バイアスを印加して前記中間転写体上の残留トナーを１つ以上の前記像担持体上に供給することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記中間転写体上の残留トナーが供給される前記像担持体の表面電位を０付近とすることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記中間転写体上の残留トナーを除去する中間転写体クリーニング手段が設けられ、前記中間転写体を１回以上回転させる間、前記中間転写体クリーニング手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性のバイアスを印加することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. カラー単発印字終了後、またはカラー連続印字における最終印字終了後に前記画像形成ユニットのいずれかでブラックの研磨用画像を形成して前記中間転写体上に転写し、前記二次転写手段に印加されるバイアスをＯＦＦとするか、或いはトナーと同極性の転写逆バイアスを印加した状態で前記中間転写体を１回以上回転させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記各画像形成ユニットで使用される複数色のトナーのうち、ブラックトナーは他のカラートナーよりも多くの研磨剤を含むことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記各画像形成ユニットのうち所定枚数当たりの平均印字率が所定値以下の低印字ユニットに対応する前記一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記各画像形成ユニットのうち所定枚数当たりの平均印字率が所定値以下の低印字ユニットに対応する前記一次転写手段にのみ転写逆バイアスを印加するとともに、前記研磨用画像は、前記低印字ユニットにおいて使用した印字一枚当たりのトナー量と合わせて所定量となるトナーで形成されることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の画像形成装置。

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