JP2013221951A

JP2013221951A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2013221951A
Application number: JP2012091270A
Authority: JP
Inventors: Masataka Yagi; 昌隆八木
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】像担持体における転写領域と非転写領域とからトナーを回収するクリーナーのバイアスを最小限に抑える。
【解決手段】像担持体の表面からトナーを回収するクリーニングローラーと、クリーニングローラーをバイアスするための電源部と、電源部を制御する制御部とを備える画像形成装置において、制御部は、像担持体の表面をその移動方向に第１領域と第２領域とに区分して第１領域には印刷画像に対応するトナー像を形成しかつ第２領域には転写をしない非転写トナー像を形成する画像形成モードにおいて、第１領域がクリーニングローラーと対向する期間内は電源部を定電圧出力状態とし、第２領域のうちの少なくとも非転写トナー像の形成された部分がクリーニングローラーと対向する期間内は電源部を定電流出力状態とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子写真法によって画像を印刷する画像形成装置に関する。

電子写真式の画像形成装置は、感光体上でトナー像を形成し、感光体から直接にまたは中間転写体を介してトナー像を用紙（記録用シート）に転写する。トナー像を一時的に保持する像担持体としての感光体および中間転写体には、トナー像を転写した後に転写効率に応じた量のトナーが残留する。このため、画像形成装置は像担持体に残留するトナーを回収するクリーナーを備えている。

残留するトナーを静電気作用によって回収する静電式クリーナーに関して、種々の先行技術がある。例えば、特許文献１は、像担持体としての転写ベルトに接触する導電性のファーブラシに定電流直流電源を接続するクリーニング装置の構成を開示している。

また、特許文献２では、ベルトに吸着させたシートにトナー像を転写するベルト転写方式の画像形成装置において、転写ローラーをベルトのクリーニングに流用する場合に、転写時には転写ローラーに定電流制御電源を接続し、クリーニング時には転写ローラーに定電圧制御電源を接続することが提案されている。

特許文献３では、感光体と転写ローラーとの間を通過するシートにトナー像を転写するローラー転写方式の画像形成装置において、転写ローラーをベルトのクリーニングに流用する場合に、転写時には定電流制御により転写ローラーに順転写バイアスを印加し、転写ローラーのクリーニング時には定電圧制御により転写ローラーに逆転写バイアスを印加することが提案されている。

特許文献４では、感光体から中間転写ベルトに一次転写したトナー像をシートに二次転写する方式の画像形成装置において、中間転写ベルトに当接するクリーニング用のブラシに付着したトナーを、非作像時にクリーニング時よりも高い電圧をブラシに印加してブラシから吐き出させて除去する手法が開示されている。

特許文献５では、定電流制御により像担持体からシートにトナー像を転写する画像形成装置において、Ｃ／Ｗ比の異なる複数の画像区分を有するテストパターンを定電圧制御により転写して画像区分ごとにシートに流れる電流を測定し、トナー画像のＣ／Ｗ比に応じて定電流制御の電流値を決める手法が開示されている。

一方、現像器内のトナーの品質を保つために、トナーの吐出しと呼ばれるトナー像形成動作を行う画像形成装置がある。トナーの帯電特性は現像器内での滞留時間がながくなるにつれて徐々に不安定になる。トナーが帯電しにくくなると、現像のむらが生じたり、画像形成装置の内部で飛散したりする。トナーの吐出しでは、用紙に転写しない非転写トナー像を形成してトナーを強制的に消費する。現像器には消費された分のトナーが補給されるので、トナーの吐出しによって古いトナーが新しいトナーに入れ替わる。特許文献６では、用紙に転写する通常画像の形成時とトナーの吐出し用のパターン画像の形成時とで、現像器内の電位を異ならせることが提案されている。

特開２００４−３１００６０号公報特開２００８−９６６０１号公報特開２００４−２９６０１号公報特開２０１０−１４５５８８号公報特開２００８−２２５２７２号公報特開２００８−７６９４６号公報

トナーの吐出しを通常の印刷動作の一環として行うことができる。例えば２以上のｎ枚の用紙の片面に印刷するマルチ印刷に際して、ｊ（１≦ｊ＜ｎ）枚目の用紙に転写する印刷用トナー像を像担持体上に形成した後、所定パターンの吐出し用トナー像を形成し、その後に次の（ｊ＋１）枚目の用紙に転写する印刷用トナー像を形成する。つまり、用紙搬送や転写のタイミングの上で必要な印刷用トナー像の形成間隔を利用して吐出し用トナー像を形成する。このようにすれば、トナーの吐出しのためだけに画像形成装置を稼動させる必要がなくなる。トナーの吐出しはカラー部分（Color）と白地部分（White)との面積比率であるＣＷ比の小さい画像の印刷が続いたときに行なえばよい。

ところで、印刷用トナー像については、９０％以上のトナーが用紙に転写されるので、像担持体から回収すべきトナーの量は１ｇ／ｍ²程度である。これに対して、吐出し用トナー像については、短時間のうちに多量のトナーを吐き出す必要から高ＣＷ比の像とされ、かつ用紙に転写されずに像担持体にそのまま残るので、回収すべきトナーの量は通常は５ｇ／ｍ²を超える。複数の色のトナーの重ね合わせにより１０ｇ／ｍ²以上になる場合もある。このように像担持体における印刷用トナー像が転写された後の部分と吐出し用トナー像が形成されている部分とでは残存するトナー量が大幅に異なるので、これら部分の両方を清掃するクリーナーの動作条件を最適化するのは難しい。

本発明は、このような事情に鑑み、像担持体における転写領域と非転写領域とからトナーを回収するクリーナーの動作条件を最適化することを目的としている。

上記目的を達成する装置は、像担持体上に印刷画像に対応したトナー像を形成する画像形成装置であって、前記トナー像を用紙に転写する位置を通過した前記像担持体の表面からトナーを回収するクリーニングローラーと、前記クリーニングローラーをバイアスするための、定電圧出力および定電流出力が可能な電源部と、前記電源部を制御する制御部と、を備える。前記像担持体の前記表面をその移動方向に第１領域と第２領域とに区分して前記第１領域には前記トナー像を形成しかつ前記第２領域には転写をしない非転写トナー像を形成する画像形成モードにおいて、前記第１領域が前記クリーニングローラーと対向する期間内は前記電源部を定電圧出力状態とし、前記第２領域のうちの少なくとも前記非転写トナー像の形成された部分が前記クリーニングローラーと対向する期間内は前記電源部を定電流出力状態とする。

本発明によれば、像担持体における転写領域に付着する転写残りトナーと非転写領域に付着する未転写トナーとの回収に際して、クリーニングローラーのバイアスを最小限に抑えることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の要部の構成を示す図である。像担持体としての中間転写ベルトの領域区分を示す模式図である。中間転写ベルトからトナーを回収するクリーナーのバイアスの適否の説明図である。トナーの回収に係る電圧と電流との関係を示すグラフ図である。クリーナーのバイアスの切替え制御のタイミングチャートである。クリーナーをバイアスする電源部の構成の第１例を示す図である。電源部の構成の第２例を示す図である。電源部の構成の第３例を示す図である。電源部の構成の第４例を示す図である。中間転写ベルトに形成される画像安定化パターンの例を示す図である。クリーニング電圧と拭き残しトナー量との関係を示すグラフである。拭き残しトナーの帯電量分布を示す図である。クリーニングの評価試験のためのチャートの例を示す図である。クリーニングの評価試験の結果を表形式で示す図である。クリーニングの評価試験のためのハーフトーンパターンの例を示す図である。

図１に例示される画像形成装置１は、電子写真法によってカラーまたはモノクロの画像を形成するプリンターエンジンを備えたＭＦＰ（Multi-functional Peripheral）である。画像形成装置１には、操作パネルによる直接の操作またはネットワークを介して接続される外部装置からのアクセスによって印刷ジョブが与えられる。印刷ジョブには原稿シートから画像を読み取って複製するコピージョブが含まれる。

画像形成装置１のプリンターエンジンは、４個の感光体１１，１２，１３，１４を用いてイエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の４色のトナー像を並行して形成するタンデム式である。垂直方向に沿って配列された感光体１１，１２，１３，１４のそれぞれの周囲には、帯電チャージャー、現像器、およびクリーナーといったトナー像の作像に必要なデバイスが配置されている。

カラー印刷において感光体１１，１２，１３，１４のそれぞれの表面に形成された計四つのトナー像は、ローラー２１，２２，２３，２４に懸架されて回転する中間転写ベルト２０の外周面に順に一次転写され、中間転写ベルト２０上で重ねられる。

モノクロ印刷では感光体１４の表面に形成されたブラックのトナー像が中間転写ベルト２０に一次転写される。そして、中間転写ベルト２０上のトナー像は、転写ベルトユニット２５のローラー２６と中間転写ベルト２０とが対向する位置で用紙Ｐに二次転写される。二次転写位置を通過する用紙Ｐの搬送角度が転写ベルトユニット２５によって調整される。二次転写の後、用紙Ｐは図示しない定着器の内部を通過して画像形成装置１の外部へ排出される。

二次転写に際して、中間転写ベルト２０の内周側のローラー２１がバックアップローラーとして用いられる。すなわち、ローラー２１は、定電流電源によってトナー像と同極性（本例では負極性）の電位にバイアスされる。これにより、中間転写ベルト２０からトナー像が離れて用紙Ｐに付着する。これに対して、用紙Ｐに転写しない非転写トナー像として形成される後述の像間パッチが二次転写位置を通過するときには、ローラー２１は、定電流電源によってトナー像と反対極性（本例では正極性）の電位にバイアスされる。これにより、像間パッチは中間転写ベルト２０から離れずに二次転写位置を通過する。

画像形成装置１は、中間転写ベルト２０の外周面から負極性のトナーおよび正極性のトナーを回収するための一対のクリーナー３４，３５を有している。これらクリーナー３４，３５が配置されるクリーニング位置は、一次転写位置と二次転写位置とを循環する中間転写ベルト２０の走行経路における二次転写位置と一次転写位置との間の位置である。

図示では、中間転写ベルト２０が下から上へ向かう方向Ｍ１に走行する位置にクリーナー３４，３５が配置されている。一対のクリーナー３４，３５のうち、方向Ｍ１における上流側に位置するクリーナー３４は、クリーニングローラー４１、回収ローラー４２、ブレード（スクレーパー）４３、および対向ローラー４５を有する。

下流側に位置するクリーナー３５は、クリーニングローラー５１、回収ローラー５２、ブレード５３、および対向ローラー５５を有する。クリーニングローラー４１、５１が中間転写ベルト２０の外周面に接触してトナーを除去し、回収ローラー４２、５２がクリーニングローラー４１、５１からトナーを回収する。そして、ブレード４３、５３が回収ローラー４２、５２からトナーを掻き取る。掻き取られたトナーは図示しない廃棄トナー容器に収容される。ブレード４３、５３は金属製であってもよいし、ゴムやエラストマーからなる弾性体であってもよい。

なお、画像形成装置１は、転写ベルトユニット２５におけるローラー２６，２７に懸架されたベルト２８からトナーを取り除く一対のクリーナー３７，３８を備えている。

図２はトナーの吐出しにおける中間転写ベルトの領域区分を模式的に示している。画像形成装置１は、ＹＭＣＫの各色の現像器におけるトナーの品質を維持するために、トナーを強制的に消費する動作である“トナーの吐出し”を適宜行う。トナーの吐出しは、ユーザーによって投入された印刷ジョブを実行するときに、所定パターンのトナー像である像間パッチ６０を形成する。画像形成装置１において印刷動作を制御する図示しないコントローラーは、例えば印刷ジョブを実行するごとに印刷画像のＣＷ比をＹＭＣＫの色別に調べ、低ＣＷ比の画像の印刷が所定回数以上続いた場合に、該当する色の像間パッチ６０を形成するようプリンターエンジンを制御する。

トナーの吐出しを行う画像形成モードにおいて、図２のように、中間転写ベルト２０の外周面は、走行の方向Ｍ１に沿って第１の領域である印刷画像形成領域Ａ１と第２の領域である画像形成間隔領域Ａ２とに区分される。印刷画像形成領域Ａ１は、印刷ジョブによって要求された印刷画像に対応するトナー像が一次転写される領域である。画像形成間隔領域Ａ２は、一つの印刷画像形成領域Ａ１とその次の印刷画像形成領域Ａ１との間の領域であり、印刷画像形成領域Ａ１と連続している。図では二つの印刷画像形成領域Ａ１，Ａ１とそれらに挟まれた一つの画像形成間隔領域Ａ２とが示されている。二次転写位置を通り過ぎた段階において、二つの印刷画像形成領域Ａ１，Ａ１にはそれぞれ転写済みトナー像５８，５９が残存し、画像形成間隔領域Ａ２には二次転写されることなく二次転写位置を通過した像間パッチ６０が残存している。像間パッチ６０の方向Ｍ１の寸法Ｌ３は画像形成間隔領域Ａ２の方向Ｍ１の寸法Ｌ２よりも小さく、像間パッチ６０と転写済みトナー像５８，５９のそれぞれとの間に、トナーがほとんど付着していない無トナー領域Ａ２１，Ａ２２が存在する。転写済みトナー像５８，５９を構成する転写残りトナーおよび像間パッチ６０を構成する未転写トナーがクリーニングローラー４１、５１によって中間転写ベルト２０から除去される。

なお、中間転写ベルト２０における印刷画像形成領域Ａ１の方向Ｍ１の長さおよび位置は固定ではない。印刷画像のサイズに応じて印刷画像形成領域Ａ１の長さが定められ、それに伴って印刷画像形成領域Ａ１の位置が変わる。

次に、図３を参照してクリーナー３４，３５のバイアスについて説明する。ここでは説明の簡略化のため、負極性のトナーを回収するための正極性のバイアスに注目する。実際には、負極性のトナー（マイナストナー）と比べて少ないが、正極性のトナー（プラストナー）も存在するので、バイアスの極性の異なる一組のクリーナー３４，３５が用いられる。マイナストナーとプラストナーとのいずれを先に回収してもよいが、図３の例示では上流側のクリーナー３４のバイアス極性が正極性とされており、マイナストナーが先に回収される。

図３（Ａ）は適正なバイアスが加えられた状態を示している。中間転写ベルト２０の内周面と接する対向ローラー４５が接地され、クリーニングローラー４１が＋３００Ｖにバイアスされている。クリーニングローラー４１は、中間転写ベルト２０の走行に対してカウンタ回転し、ニップ部を通り抜けようとする中間転写ベルト２０上のマイナストナー（図中で小さい白丸で示す）６１を押し戻すように掻き取る。クリーニングローラー４１とウィズ回転する回収ローラー４２は＋７００Ｖにバイアスされており、クリーニングローラー４１からマイナストナーを電気的に引き付けて回収する。回収ローラー４２の表面に付着しているトナーをブレード４３が機械的に掻き取る。

図３（Ｂ）は過剰なバイアスが加えられた状態を示している。クリーニングローラー４１は＋６００Ｖにバイアスされ、回収ローラー４２は＋１４００Ｖにバイアスされている。
バイアスが過剰であると、各ローラーのニップ部の近傍で不要な放電７１，７２が起こり、マイナストナー６１の逆荷電比率が増加する。クリーニングローラー４１上で負極性から正極性へ逆荷電されたプラストナー（図中で小さい中間濃度の丸で示す）６２は、回収ローラー４２に引き付けられず、クリーニングローラー４１から中間転写ベルト２０に再付着する。過剰なクリーニングバイアスはクリーニング効率の低下を招く。

図３（Ｃ）は不要なバイアスが加えられた状態を示している。クリーニングローラー４１は＋３００Ｖにバイアスされ、回収ローラー４２は＋７００Ｖにバイアスされている。バイアス値は図３（Ａ）と同様であるが、図３（Ｃ）では中間転写ベルト２０にトナーが付着していない。この状態は、図２に示された無トナー領域Ａ２１，Ａ２２がクリーナー３４の配置された位置を通り過ぎようとする状態に相当する。中間転写ベルト２０上にトナーが無い場合に、トナーが有る場合と同様にバイアスを加えると、中間転写ベルト２０とクリーニングローラー４１との間やクリーニングローラー４１と回収ローラー４２との間で不要な放電７３，７４が起こる。放電エネルギーは、微量に残留するトナーや外添剤を融解させ、ローラーやベルトにトナーや外添剤が固着するフィルミングを生じさせてしまう。回収ローラー４２におけるフィルミングはスクレープ不良を招き、クリーニング効率を低下させる。中間転写ベルト２０におけるフィルミングは転写効率の低下を招く。

画像形成装置１は、印刷画像形成領域Ａ１と画像形成間隔領域Ａ２とに応じた最小限のバイアスによるクリーニングを実現するため、クリーナー３４，３５のバイアスにおいて定電圧制御と定電流制御とを使い分ける。この使い分けについて図４のグラフを参照して説明する。

図４は、中間転写ベルト２０の表裏の間に印加される電圧と中間転写ベルト２０を表裏方向に流れる電流との関係を示している。図４では、印刷画像形成領域Ａ１におけるＣＷ比の比較的に小さい低ＣＷ部、ＣＷ比の比較的に大きい高ＣＷ部、画像形成間隔領域Ａ２における像間パッチ６０の形成された像間パッチ部、および無トナー部（無トナー領域Ａ２１，Ａ２２）のそれぞれの電圧−電流特性を表わす曲線が描かれている。基本的に電圧が高いほど大きい電流が流れる。中間転写ベルト２０上のトナー量が多いほど抵抗値が大きく、電流は流れにくい。したがって、電圧値が同じであれば、電流値は、無トナー部、低ＣＷ部、高ＣＷ部、像間パッチ部の順に大きい。

まず、印刷画像形成領域Ａ１の高ＣＷ部に適した電圧の値がＶａであるとする。電圧Ｖａを印加すると、高ＣＷ部では電流Ｉａが流れる。しかし、低ＣＷ部では、そのうちのトナーの無い白地領域に大半の電流が流れるために電圧が降下する。トナーを静電作用で引き付けるには電圧Ｖａを印加する必要があるので、低ＣＷ部のトナーを除去するには白地領域に流れ込む電流を見越して、電流Ｉａより大きい電流Ｉｂが流れるようにする必要がある。しかし、低ＣＷ部に適する電流Ｉｂを流す定電流制御を行うとすると、高ＣＷ部には適正な電圧ＶａよりもＶｃａだけ高い電圧Ｖｃが加わってしまう。過剰な電圧Ｖｃが加わることにより、クリーニング効率を低下させる逆荷電が起こり易くなる。そこで、印刷画像形成領域Ａ１については、クリーニング電圧を電圧Ｖａに保つ定電圧制御を行う。転写残りトナー層のほとんどが粒子の１個から２個分程度の薄い層であるので、適正なクリーニング電圧はＣＷ比によらずほぼ一定である。つまり、定電圧制御によって支障なく印刷画像形成領域Ａ１をクリーニングすることができる。

次に、画像形成間隔領域Ａ２の像間パッチ部に適した電圧が電圧Ｖａよりも大幅に高い電圧Ｖｄであるとする。印刷画像形成領域Ａ１と同様に定電圧制御を行うものとすると、像間パッチ部および無トナー部の双方に電圧Ｖｄが加わり、像間パッチ部を流れる電流Ｉｃよりも大きい電流Ｉｄが無トナー部に流れてしまう。電流Ｉｄと電流Ｉｃとの差分Ｉｄｃはかなり大きい。そこで、画像形成間隔領域Ａ２については、クリーニング電流を電流Ｉｃに保つ定電流制御を行う。これにより、無トナー部に加わる電圧を定電圧制御の場合の電圧Ｖｄよりも低い電圧Ｖｂにすることができる。電圧Ｖｄと電圧Ｖｂとの差分Ｖｄｂはかなり大きい。無トナー部はトナーが無いか有っても僅かであるような部分なので、無トナー部に適した電圧は印刷画像形成領域Ａ１に適した電圧Ｖａ以下である。図４の例では、無トナー部に加わる電圧Ｖｂは電圧Ｖａよりも高いが、像間パッチ部に加わる電圧Ｖｄと比べて十分に電圧Ｖａに近い。

図５は、クリーナー３４，３５のバイアスに係る定電圧制御と定電流制御との切替えのタイミングを示している。中間転写ベルト２０の走行に伴って、印刷画像形成領域Ａ１および画像形成間隔領域Ａ２が、走行経路における上流側のクリーナー３４が配置された位置（これを上流位置という）および下流側のクリーナー３５が配置された位置（これを下流位置という）を順に通過する。定電圧制御と定電流制御との切替えは、印刷画像形成領域Ａ１および画像形成間隔領域Ａ２の移動に同期して行なわれる。

上流側のクリーナー３４におけるバイアスは、印刷画像形成領域Ａ１が上流位置を通過する期間Ｔ１内は定電圧制御とされ、画像形成間隔領域Ａ２のうちの少なくとも像間パッチ６０の形成された部分が上流位置を通過する期間Ｔ４内は定電流制御とされる。詳しくは、転写済みトナー像５８を有した印刷画像形成領域Ａ１が上流位置に到着する少し以前から定電圧制御が始まり、期間Ｔ１から期間Ｔ２に変わって所定の時間が経過するまで、定電圧制御を行う期間Ｔｖが続く。期間Ｔ２のうちの期間Ｔ４が始まる以前に、すなわち、像間パッチ６０よりも上流側の無トナー領域Ａ２１が上流位置を通過する期間Ｔ３の途中で、定電圧制御から定電流制御に切り替わる。定電流制御を行う期間Ｔｉは、期間Ｔ４よりも長く、期間Ｔ５の途中まで続く。期間Ｔ５は、像間パッチ６０より下流側の無トナー領域Ａ２２が上流位置を通過する期間である。期間Ｔ２の一部である期間Ｔ５の途中で定電流制御から定電圧制御に切り替わり、その後、転写済みトナー像５９を有した印刷画像形成領域Ａ１が上流位置を通過する期間Ｔ１の全体にわたって定電圧制御が行なわれる。

なお、中間転写ベルト２０は、上流位置を通過するときにクリーニングローラー４１と対向し、下流位置を通過するときにクリーニングローラー５１と対向する。また、定電圧制御と定電流制御との切替えの時期を、中間転写ベルト２０の走行速度（システム速度）を基準に設定される一連の電子写真プロセスのタイミングにおける例えば二次転写開始時点からの経過時間によって定めることができる。電子写真プロセスの開始段階において、転写済みトナー像５８，５９と像間パッチ６０との相対位置が定まっているので、二次転写位置から上流位置までの距離と走行速度とで決まる移動時間を勘案して、転写済みトナー像５８，５９および像間パッチ６０が上流位置を通過する時点を算定することができる。

下流側のクリーナー３５におけるバイアスの制御のタイミングは、上流位置と下流位置との距離の分だけずれることを除いて、基本的に上流側のタイミングと同様である。すなわち、印刷画像形成領域Ａ１が下流位置を通過する期間内は定電圧制御とされ、少なくとも像間パッチ６０の形成された部分が下流位置を通過する期間内は定電流制御とされる。ただし、必ずしも上流側と下流側とでバイアス制御のタイミングをずらす必要はなく、上流位置から下流位置までの移動時間が、期間Ｔ３および期間Ｔ５よりも短い場合には、クリーナー３４，３５のバイアスを共通のタイミングで制御してもよい。

期間Ｔ３の途中で定電圧制御から定電流制御に切り替え、かつ期間Ｔ５の途中で定電流制御から定電圧制御に切り替えることにより、無トナー部に対して定電流制御を行う時間を可及的に短くすることができる。このことは、図４のように定電流制御において無トナー部に加わる電圧Ｖｂが定電圧制御の電圧Ｖａよりも高い場合に、無トナー部の加わる電圧を低減する上で有利である。ただし、電圧Ｖｂが電圧Ｖａよりも高いがその差が僅かであったり、電圧Ｖｂが電圧Ｖａよりも低かったりする場合は、期間Ｔ１と期間Ｔ２との境界の時点で定電圧制御と定電流制御とを切り替えてもよい。

図６は、一対のクリーナー３４，３５をバイアスする電源部の構成の第１例を示している。図６において、電源部８０は、マイナス定電圧源８１、マイナス定電流源８２、プラス定電圧源８５、プラス定電流源８６、および出力状態を切替えるためのスイッチ回路を有する。マイナス定電圧源８１およびマイナス定電流源８２は、下流側のクリーナー３５の回収ローラー５２に選択的に接続され、間接的にクリーニングローラー５１を負極性電位にバイアスする。プラス定電圧源８５およびプラス定電流源８６は、上流側のクリーナー３４の回収ローラー４２に選択的に接続され、間接的にクリーニングローラー４１を正極性電位にバイアスする。電源部８０の出力状態は電源制御部９０によって切り換えられる。

図６（Ａ）において、プラス定電圧源８５およびマイナス定電圧源８１が回収ローラー４２，５２にそれぞれ接続されている。つまり、電源部８０は印刷画像形成領域Ａ１のクリーニングに適した定電圧出力状態である。本例の回収ローラー５２，４２の抵抗値は１×１０⁷Ω、クリーニングローラー５１，４１の抵抗値は１×１０⁷Ω、中間転写ベルト２０の抵抗率は１×１０⁹Ω・ｃｍ、対向ローラー５５，４５の抵抗値は１×１０⁴である。転写残りトナーの量が通常は１ｇ／ｍ²以下であるような印刷画像形成領域Ａ１に適したバイアス電圧として、上流側については＋７００Ｖが設定され、下流側については−７００Ｖが設定されている。ただし、クリーニング電圧の絶対値は上流と下流とで同じである必要はない。例えば、二次転写バイアスが高い場合には、プラストナーの量が増えるので、下流側のマイナス電圧の絶対値を上流側のプラス電圧の絶対値よりも大きく設定することがあり得る。具体的には上流側を＋６００Ｖに、下流側を−８００Ｖに設定することができる。いずれにしても、印刷画像形成領域Ａ１をクリーニングするときには、定電圧制御によるバイアスを行うのが望ましい。

図６（Ｂ）において、プラス定電流源８６およびマイナス定電流源８２が回収ローラー４２，５２にそれぞれ接続されている。つまり、電源部８０は画像形成間隔領域Ａ２のクリーニングに適した定電流出力状態である。無トナー部と像間パッチ部とが明確に分かれかつ５ｇ／ｍ²以上の多くの未転写トナーが残存する画像形成間隔領域Ａ２に適したクリーニングバイアス電流として、上流側については＋４０μＡが設定され、下流側については−２０μＡが設定されている。像間パッチ６０は、２次転写位置では用紙Ｐに転写するようにはバイアスされないので、一次転写時からほとんどトナー量が減少しない状態（残存率９５％程度）で上流位置に到着する。そして、その転写残りトナーのほとんどがマイナストナーである。このことから、上流側でプラス電流によってマイナストナーを回収するため、上流側のプラス電流の絶対値が、下流側のマイナス電流の絶対値よりも大きい値に設定されている。トナーの帯電量は、動作環境によって変動するので、トナーの帯電量が多いときには、上流側のプラス電流値をさらに大きい値に設定することがあり得る。いずれにしても、画像形成間隔領域Ａ２、特に像間パッチ部をクリーニングするときには、定電流制御によるバイアスを行うのが望ましい。

ここで、クリーナー３４，３５の構成要素の具体例を挙げる。クリーニングローラー４１，５１は、芯金と、芯金の外周を覆うブラシとを有するブラシクリーニングローラーである。ブラシは、抵抗率が１×１０⁵〜１×１０¹³Ω・ｃｍ程度である導電性のブラシ繊維（原糸）と、導電性の基布または裏面に導電剤をコーティングした基布とから構成される。ブラシ繊維は基布に織り込まれ、ブラシ繊維を織り込んだ基布が芯金に巻き付けられている。芯金と基布とが導電性接着剤によって接着されている。

ブラシ材料としては、ナイロン系、ポリエステル系、アクリル系、レーヨン系など、様々なものがある。繊維の太さについて、１デニール以上１０デニール以下が適用範囲である。植毛密度については、概ね１００ｋｆ／ｉｎｃｈ²以上５００ｋｆ／ｉｎｃｈ²以下の範囲が適している。繊維太さが１デニールよりも小さかったり、植毛密度が１００ｋｆ／ｉｎｃｈ²よりも小さかったりすると、十分な掻き取り力が得られない。逆に、繊維太さが１０デニールよりも大きかったり、植毛密度が５００ｋｆ／ｉｎｃｈ²より大きかったりすると、中間転写ベルト２０への負荷が大きくなり、中間転写ベルト２０の表面に傷が生じたり磨耗が進んだりする。

クリーニングローラー４１，５１は、芯金と、芯金の外周を覆うポリウレタンフォーム層とを有するローラーであってもよい。クリーニングローラー４１，５１と中間転写ベルト２０との間に所定の電界を形成するため、ポリウレタンフォーム層には所定の導電性が付与されている。ポリウレタンフォーム層の体積抵抗率としては、１×１０⁴〜１×１０⁸Ω・ｃｍの範囲内の値が好ましい。

中間転写ベルト２０に対してカウンタ回転するクリーニングローラー４１，５１の周速度は、中間転写ベルト２０の走行速度に応じて決定される。具体的には、中間転写ベルト２０の走行速度Ｖａに対するクリーニングローラー４１，５１の周速度Ｖｂの比率（Ｖｂ／Ｖａ）は、０．５以上２以下になるように設定される。中間転写ベルト２０へのクリーニングローラー４１，５１の食込み量については、ブラシのパイル長の厚みの１０％から４０％程度にするのが好ましい。

クリーニングローラー４１，５１とウィズ回転する回収ローラー４２，５２の周速度Ｖｃは、クリーニングローラーの周速度Ｖｂによって決まる。具体的には、クリーニングローラーの周速度Ｖｂに対する回収ローラーの周速度Ｖｃの比率（Ｖｃ／Ｖｂ）は、０．５以上１．５以下に設定される。回収ローラー４２，５２ヘのクリーニングローラー４１，５１の食込み量については、ブラシパイル長の１０％から４０％程度にするのが好ましい。

中間転写体ベルト２０としては、ポリイミドなどに代表される樹脂からなる単層ベルトや、樹脂材からなる基層上にゴムに代表される弾性層を重ねた積層転写ベルトなどがある。
積層転写ベルトの基層の材料としては、ポリカーボネート、フッ素系樹脂（ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ）、スチレン系樹脂（スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体あるいは共重合体）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂（ＰＩ）など種々の樹脂材料の１種類あるいは２種類以上を使用することができる。基層の厚みは、５０〜２００μｍである。弾性層を構成する材料としては、クロロプレンゴム（ＣＲゴム）、ブチルゴム、フッ素系ゴム、アクリルゴム、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、天然ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴムなど種々の弾性材料（弾性材ゴム、エラストマー）の１種類あるいは２種類以上を使用することができる。弾性層の厚みは、５０〜１０００μｍである。

図７において、電源部８０ｂは、マイナス定電圧源８１、プラス定電圧源８５、プラス定電流源８６、およびクリーナー３４に対する出力状態を切替えるためのスイッチ回路を有する。マイナス定電圧源８１は下流側のクリーナー３５の回収ローラー５２に接続されている。プラス定電圧源８５およびプラス定電流源８６は、上流側のクリーナー３４の回収ローラー４２に選択的に接続される。電源部８０ｂの出力状態は電源制御部９０ｂによって切り換えられる。

転写残りトナーの大半がマイナストナーであり、未転写トナーもその大半がマイナストナーである。したがって、画像形成間隔領域Ａ２のクリーニングにおいて、正極性にバイアスされる上流側のクリーナー３４によって未転写トナーのほとんどを回収できてしまう。下流位置で回収しなければならない未転写トナーの量は、印刷画像形成領域Ａ１における低ＣＷ部のトナー量と同程度であるかむしろ少ない。そこで、図７の例では、下流側のクリーナー３５に対しては、残留トナー分布が不定である印刷画像形成領域Ａ１のクリーニングに適したマイナス定電圧源８１のみが設けられ、定電流源が省略されている。下流位置での画像形成間隔領域Ａ２のクリーニングにはマイナス定電圧源８１が流用される。定電流源の省略によって電源部８０ｂの構成が簡素になる。

図７（Ａ）において、プラス定電圧源８５が回収ローラー４２に接続されており、電源部８０は印刷画像形成領域Ａ１のクリーニングに適した定電圧出力状態である。転写残りトナーの回収に適したクリーニング電圧として、上流側については＋７００Ｖが設定され、下流側については−５００Ｖが設定されている。

図７（Ｂ）において、プラス定電流源８６が回収ローラー４２に接続されている。上流側のクリーナー３４に対して、電源部８０は未転写トナーの回収に適した定電流出力状態である。下流側のクリーナー３５に対しては、電源部８０は定電圧出力状態である。未転写トナーを回収するためのクリーニング電流として、＋４０μＡが設定されている。下流側のクリーニングバイアス電圧は、転写残りトナーの回収時と同じ−５００Ｖに設定されている。

図８において、電源部８０は、二つのマイナス定電圧源８１，８３、二つのマイナス定電流源８２，８４、二つのプラス定電圧源８５，８７、二つのプラス定電流源８６，８８、および出力状態を切替えるためのスイッチ回路を有する。マイナス定電圧源８１およびマイナス定電流源８２は、下流側のクリーナー３５の回収ローラー５２に選択的に接続される。マイナス定電圧源８３およびマイナス定電流源８４は、下流側のクリーナー３５のクリーニングローラー５１に選択的に接続される。プラス定電圧源８５およびプラス定電流源８６は、上流側のクリーナー３４の回収ローラー４２に選択的に接続される。そして、プラス定電圧源８７およびプラス定電流源８８は、上流側のクリーナー３４のクリーニングローラー４１に選択的に接続される。電源部８０ｃの出力状態は電源制御部９０ｃによって切り換えられる。

図８（Ａ）において、マイナス定電圧源８１，８３およびプラス定電圧源８５，８７の出力が有効である。つまり、電源部８０ｃは印刷画像形成領域Ａ１のクリーニングに適した定電圧出力状態である。上流側の回収ローラー４２のバイアス電圧は＋７００Ｖに設定され、クリーニングローラー４１のバイアス電圧は＋３００Ｖに設定されている。また、下流側の回収ローラー５２のバイアス電圧は−７００Ｖに設定され、クリーニングローラー５１のバイアス電圧は−３００Ｖに設定されている。

図８（Ｂ）において、マイナス定電流源８２，８４およびプラス定電流源８６，８８の出力が有効である。つまり、電源部８０ｃは画像形成間隔領域Ａ２のクリーニングに適した定電流出力状態である。上流側の回収ローラー４２およびクリーニングローラー４１のバイアス電流は＋２０μＡに設定され、下流側の回収ローラー５２およびクリーニングローラー５１のバイアス電流は−１０μＡに設定されている。

この図８の例の変形として、図７の例と同様に、下流側について定電流源を省略することができる。

図９においって、電源部８０ｄは、負極性の電圧を出力するマイナス電圧電源９１、正極性の電圧を出力するプラス電圧電源９２、および二つの制御回路９５，９６を有する。マイナス電圧電源９１およびプラス電圧電源９２はいずれも定電圧出力動作および定電流出力動作が可能である。一方の制御回路９５はマイナス電圧電源９１の出力動作を切り換え、他方の制御回路９６はプラス電圧電源９２の出力動作を切り換える。これら制御回路９５，９６による切替えは、電源制御部９０ｄからの切替え指示に従って行なわれる。本例において電源部８０ｄは回収ローラー４２，５２に接続されている。バイアス電圧およびバイアス電流の設定は、図６の例と同様でよい。

単一の電源に定電圧出力動作および定電流出力動作を行なわせる場合、動作の切替えに１００ｍｓ以上の時間を要する。このため、図９の例の適用については、比較的にシステム速度が遅い（例えば、２００ｍｍ／秒程度）の画像形成装置を適用対象とするのが現実的である。

以上の実施例１〜４のように印刷画像形成領域Ａ１と画像形成間隔領域Ａ２とで定電圧制御と定電流制御とを使い分けることにより、クリーナー３４，３５を過剰にバイアスすることなく転写残りトナーおよび未転写トナーを回収することができる。

図１０において中間転写ベルト２０上に形成される画像安定化パターン１０１，１０２が示されている。画像安定化パターン１０１，１０２は、画像形成装置１が電子写真プロセスを自動調整する画像安定化機能を有する場合に、現状のプロセス状態を検知するために形成されるトナー像である。電子写真プロセスの自動調整は、電源投入時や積算画像形成数が設定値に達した時点などに実行される。通常、画像安定化パターン１０１，１０２は用紙に転写されず、像間パッチ６０と同様に未転写のままクリーニングローラー４１と対向する。画像安定化パターン１０１，１０２のトナー量は部位によって異なるが、形状は定形である。したがって、中間転写ベルト２０からの画像安定化パターン１０１，１０２を除去する際のクリーナー３４，３５のバイアスには定電流制御が適している。中間転写ベルト２０における画像安定化パターン１０１，１０２の形成される領域Ａ６において画像安定化パターン１０１，１０２の占める割合は少ない（白地が多い）ので、像間パッチ６０の形成される画像形成間隔領域Ａ２のクリーニング時と比べてバイアス電流を大きくする必要がある。例えば、画像形成間隔領域Ａ２のクリーニング時のバイアス電流が＋４０μＡである場合、領域Ａ６のクリーニング時のバイアス電流を＋６０μＡとする。

以下において、像担持体のクリーニングにおける定電圧制御と定電流制御との使い分けの有用性について述べる。

クリーナー３４，３５に印加する電圧には、構成部品の電気的物性によって決まる適切な値の範囲が存在し、高すぎるクリーニング電圧はかえってクリーニング効率を低下させる。図１１は、中間転写ベルト２０上に未転写のまま残った約５ｇ／ｍ²のマゼンタ色のマイナストナーを単一のクリーナーのみを用いて回収した時のクリーニング性を示すグラフである。横軸はクリーニングローラーの芯金に印加された電圧（クリーニング電圧）の値を示し、縦軸はクリーニング部を通過した後に残った拭き残しトナー量ΔＥの測定値を示す。クリーニングに際して、クリーニングローラーに印加する電圧に応じて値を適宜調整した電圧を回収ローラーに印加した。拭き残しトナー量ΔＥの測定には、コニカミノルタセンシング社製の分光測色計ＣＭ−５１２ｍｋ３を使用した。クリーニング後の中間転写ベルト２０の色を測定し、トナーが無い時の色（基準値）とクリーニング後の色との色差を拭き残しトナー量ΔＥとした。縦軸の拭き残しトナー量ΔＥの値の小さいほどクリーニング性が良好である。ブラシ原糸抵抗が１×１０⁸〜１×１０⁹であるブラシクリーニングローラー（８．５乗品）を使用した場合、適正値の約２００Ｖよりも高いクリーニング電圧の印加が、かえってクリーニング効率を低下させていることが分かる。ブラシ原糸抵抗が１×１０¹⁰〜１×１０¹¹であるブラシクリーニングローラー（１０．５乗品）を使用した場合も、適正値の約４００Ｖよりも高いクリーニング電圧の印加が、かえってクリーニング効率を低下させていることが分かる。

図１２は、上記８．５乗品を用いたクリーニングにおける拭き残しトナーの帯電量分布を示している。図１２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）におけるクリーニング電圧は順に、＋１００Ｖ、＋４００Ｖ、＋８００Ｖである。横軸のスケールは中央から右端に近づくほど正の帯電量が大きくなり、中央から左端に近づくほど負の帯電量が大きくなることを表わす。縦軸は残存するトナーの全体量に対する各帯電量のトナー量の比率を表わす。図１２から、クリーニング電圧をプラス側へ増大させるほど、元々のマイナストナーのうちのプラストナーに変る量が増え、帯電量分布がプラス側へシフトしていくことが読み取れる。すなわち、過剰な電圧がマイナストナーをプラスに荷電してクリーニング性を低下させることが分かる。

このように、クリーニング性を良好にする上で、クリーニング電圧を適正値より大きくしないことが肝要である。本発明を適用して定電圧制御と定電流制御とを使い分けることにより、比較的にトナー量が少ない印刷画像形成領域Ａ１と比較的にトナー量が多い画像形成間隔領域Ａ２とを、それぞれの適正値またはそれに近い値のクリーニング電圧の印加によってクリーニングすることができる。なお、図１１および図１２ではクリーニングローラーと中間転写ベルトとの間の電位差に係る測定結果を示したが、回収ローラーとクリーニングローラーと間の電位差もトナーを回収することができる範囲内の最小の電位差に保つのが望ましい。

定電圧制御と定電流制御との使い分けは、像担持体におけるフィルミングの抑制にも有用である。次の要領でフィルミングの有無および程度を調べた。

図１３に示されるチャート２００をＡ３サイズの１万枚の用紙に印刷し、中間転写ベルトの状態を調べた。チャート２００は、濃度１００％のマゼンタパターンと濃度１００％のシアンパターンとを重ねる帯状の２００％着色部２０２が、白部（下地）２０１に配列されるストライプパターン画像である。チャート２００の印刷には、コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製のｂｉｚｈｕｂＰＲＯＣ６５０１Ｐの中間転写体のクリーナーを静電ブラシ式に改造した画像形成装置を使用した。クリーニングにおける正負のバイアスの電流を４水準（±２０μＡ、±４０μＡ、±６０μＡ、±８０μＡ）とし、電流を切り替えて１万枚印刷を繰り返した。印刷では二次転写を行うので、クリーニングをする位置に到着するときの中間転写ベルト上のトナー量は、画像部２０２に対応する部分において１ｇ／ｍ²程度である。１万枚ごとに、中間転写ベルトおよびクリーナーの主要部品を新品に交換した。

印刷開始前と印刷枚数が１万枚になったときに、中間転写ベルトの明度Ｌ＊をコニカミノルタセンシング社製の分光測色計ＣＭ−５１２ｍｋ３を用いて測定することによって、中間転写ベルト上のフィルミング状態を数値化した１万枚印刷の開始から終了までの明度Ｌ＊の変化量ΔＬ＊の値が図１４に示されている。印刷に伴う中間転写ベルトの色の変化の傾向として、元々は黒っぽい色が白っぽい色に変化する。図１４から、正負両極性ともクリーニング電流の絶対値が大きいほど、色の変化が大きいことが読み取れる。チャート２００の白部２０１に対応するトナーの無い領域の方が、２００％着色部２０２に対応するトナーの有る領域よりも色変化が顕著である。これは、トナーの無い領域でフィルミングが進み易いことを意味する。

さらに、１万枚の印刷をした後に、図１５（Ａ）に示す１ｄｏｔ×１ｄｏｔパターンの全面モノクロハーフトーン画像と図１５（Ｂ）に示す２ｄｏｔ×２ｄｏｔパターンの全面モノクロハーフトーン画像とを印刷し、チャート２００の模様が全面モノクロハーフトーン画像に現われる画像メモリ現象の有無を調べた。その結果が図１４に示されている。クリーニング電流を大きくすることで（フィルミング量が多くなることで）、画像メモリ現象が現われ易いことが分かる。なお、フィルミングの起こり易い白部２０１に対応する領域の方が、２００％着色部２０２に対応する領域よりも二次転写効率が劣るので、画像メモリ現象が生じ易い。なお、フィルミングしている物質は、トナーとトナーを被覆する外添剤（特にシリカ）である。白部２０１に対応する領域であっても、クリーニングローラーの回転時にローラー内でトナーが回転軸方向に移動分散するためにフィルミングが生じると考えられる。

このようにクリーニングローラーと中間転写ベルトとの間のバイアスが高いほど中間転写ベルトにおけるフィルミングが発生し易い。同様のことが、クリーニングローラーと回収ローラーとの間でも起こる。別の実験において、クリーニングローラーと回収ローラーとの間電位差を４００Ｖから８００Ｖに増大させ、それにより回収ローラーの表面のフィルミング量の多くなることが確認されている。

以上の実施形態において、画像形成間隔領域Ａ２に像間パッチ６０を形成しない通常の画像形成モードでは、印刷画像形成領域Ａ１のクリーニングから引き続いて画像形成間隔領域Ａ２のクリーニングのバイアスを定電圧制御とすればよい。ただし、クリーニング電圧の絶対値を画像形成間隔領域Ａ２のクリーニングに際して下げるのが好ましい（例えば、±７００Ｖから±２００Ｖへ下げる）。このとき、クリーニング電圧を零にしてしまうと、荷電量が小さくて吸着力の弱いトナーがクリーニングローラー４１，５１から吐き出されて中間転写ベルトへ２０に再付着するおそれがある。したがって、画像形成間隔領域Ａ２においても適度にバイアスを加えるのが好ましい。

上述の実施形態において、プリンターエンジンの形式、中間転写ベルト２０の懸架の形態、クリーナー３４，３５の構成および配置位置、クリーニングのバイアスの切替えのタイミング、電圧および電流の設定値など、画像形成装置１の構成および制御を本発明の趣旨に沿う範囲内で適宜変更することができる。例えば、上流側のクリーナー３４について、期間Ｔ２（図５参照）のうちの像間パッチ６０が上流位置を通過する期間Ｔ４のみ定電流制御を行い、無トナー領域Ａ２１，Ａ２２に対応した期間Ｔ３，Ｔ５において定電圧制御を行なってもよい。その場合、印刷画像形成領域Ａ１に対応する期間Ｔ１と比べて期間Ｔ３，Ｔ５におけるバイアスの電圧を低くすることができる。

１画像形成装置
２０中間転写ベルト（像担持体）
５８，５９転写済みトナー像（印刷画像に対応したトナー像）
５１，５１クリーニングローラー
８０，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ電源部
９０，９０ｂ，９０ｃ，９０ｄ電源制御部（制御部）
Ａ１印刷画像形成領域（第１領域）
Ａ２画像形成間隔領域（第２領域）
６０像間パッチ（非転写トナー像）
１１，１２，１３，１４感光体
８１，８３，８５，８７定電圧源
８２，８４，８６，８８定電流源

Claims

像担持体上に印刷画像に対応したトナー像を形成する画像形成装置であって、
前記トナー像を用紙に転写する位置を通過した前記像担持体の表面からトナーを回収するクリーニングローラーと、
前記クリーニングローラーをバイアスするための、定電圧出力および定電流出力が可能な電源部と、
前記電源部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記像担持体の前記表面をその移動方向に第１領域と第２領域とに区分して前記第１領域には前記トナー像を形成しかつ前記第２領域には転写をしない非転写トナー像を形成する画像形成モードにおいて、前記第１領域が前記クリーニングローラーと対向する期間内は前記電源部を定電圧出力状態とし、前記第２領域のうちの少なくとも前記非転写トナー像の形成された部分が前記クリーニングローラーと対向する期間内は前記電源部を定電流出力状態とする
ことを特徴とする画像形成装置。
前記制御部は、前記第２領域のうちの前記非転写トナー像の形成された部分と前記第１領域との間の部分が前記クリーニングローラーと対向する期間中に、前記定電圧出力状態と前記定電流出力状態とを切り替える
請求項１記載の画像形成装置。
前記像担持体は、前記トナー像および前記非転写トナー像を形成するための感光体の配置された位置、前記転写位置、および前記クリーニングローラーが配置された位置を循環する中間転写体である
請求項１または２記載の画像形成装置。
前記電源部は、定電圧源と定電流源とを有し、
前記制御部は、前記定電圧源および前記定電流源を選択的に負荷に接続される出力状態にする
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。