JP2017021168A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像品質を維持した上で、環境対応やランニングコスト向上のため、画像に使用しない非画像域の現像剤の消費量を節約できる画像形成装置を提供する。【解決手段】複数の色の現像剤を同時に担持可能な転写材を搬送する二次転写ベルト上の現像剤をクリーニングするクリーニング手段と、転写材の画像域外に所定のタイミングで現像剤による像を形成しクリーニング手段に現像剤を供給する制御手段とを有する装置において、現像手段内の現像剤の劣化状態を計測する計測手段の結果に応じて、クリーニング手段に供給する各色の現像剤の量を調整する。【選択図】図３

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に対して転写することにより画像を形成する画像形成装置に関する。

現像剤で形成された画像を転写材に転写し、画像形成を行なう所謂プリントの出力を行なう業界において、画像品質または装置の稼働安定性を維持した上で、環境対応或いはランニングコストの観点で、転写材上の画像に使用されない現像剤（以下、非画像現像剤と表記）の使用量の削減が要望されている。

電子写真装置においては、画像品質を維持するため、画像に応じて、画像域外にトナー像を形成して（吐き出し）装置内でクリーニングし、回収トナーとして装置内で回収を行なっているものがある。

また、像担持体である、中間転写体や転写ローラにクリーニング手段としてブレードを用いて、クリーニングを行なう装置において、ブレードのめくれを防止するために潤滑材としてトナーを供給する手段が提案されている。

特許文献１では、Ｙ（イエロー）、Ｍ(マゼンタ)、Ｃ（シアン）、Ｂｋ（ブラック）の４色により画像形成を行った場合に、それぞれの印字デューティをビデオ信号カウント部により求める。また、これらの印字デューティのうちの最大値Ｄｍａｘを求め、この最大値Ｄｍａｘと各印字デューティの差分を求める。そして、この差分に応じて、トナー強制吐き出し動作を行う。これにより、各色の現像器のトナーの消費量が近くなり、トナー像の濃度変動の傾向を略一致させられ、色相の変化を抑制できる例が提案されている。

特許文献２では、非画像部に形成したトナー像を転写ローラに直接転写し、定期的にトナーを供給することでクリーニングブレードのめくれを防止する。また、トナーの供給をふち無し印字や制御パッチによるトナーの供給を考慮して、非画像部への印字情報を元にトナーの供給を制御することで、無駄なトナーの消費を抑える例が提案されている。

特開2011-154313号公報 特開2007-108589号公報

しかしながら、特許文献1の例では、吐き出し量の削減に関する記載はなく、装置の各色の濃度変動安定の向上のため、各色の現像器のトナー消費量を一定にするため、総合的な非画像転写剤の消費量は増加している。

また、特許文献２の例では、画像に応じて、転写ローラのクリーニング手段へのトナー供給を考慮しているため、非画像転写剤の消費量は低減されているが、色ごとのトナー消費削減に関する記述はなく、更なる非画像転写剤の消費量低減に対しては不十分である。

本発明に係る画像形成装置は、
複数の色の現像剤を同時に担持可能で、転写材を搬送する像担持体と、複数の色の現像剤を現像する現像手段と、該像担持体上の現像剤をクリーニングするクリーニング手段と、該現像手段内の現像剤の劣化状態を計測する計測手段と、該計測手段の結果に応じて、転写材の画像域外に所定のタイミングで現像剤による像を形成し、該クリーニング手段に現像剤を供給する制御手段を有する装置において、該計測手段により計測された各色の現像剤劣化状態により、該クリーニング手段に供給する各色の現像剤の量を調整することを特徴とする。

本発明に係る画像形成装置によれば、不要な吐き出しトナーである非画像現像剤の各色の量を調整し、二次転写クリーニングのためのクリーナ潤滑帯に使用することで、非画像現像剤の消費量の節約が可能となり、環境対応やランニングコスト向上が期待できる。

本発明の装置全体を表す断面図 本発明の二次転写部を表す断面図 本発明の制御ブロック図 本発明のフローチャート図 本発明のシートと画像デューティを表す図 本発明のシートと画像デューティを表す図 本発明の他の実施例のフローチャート図 本発明の他の実施例のシートと画像デューティを表す図

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［実施例1］
本発明による画像形成装置の概略断面図を図１に示す。転写材であるシートＳは給紙装置１０が有するリフトアップ装置１１の上に積載される形で収納されており、給紙手段１２により画像形成装置９０の画像形成タイミングに合わせて給紙される。給紙手段１２は給紙ローラ１３により最上シートＳをピックアップし１枚ずつシートＳを給送する。複数枚のシートＳを同時にピックアップしてしまった際には、分離搬送ローラ対１４にてシートを１枚ずつ分離し、搬送する。前記給紙手段１２により送り出されたシートＳは搬送ユニット２０が有する搬送パスを通過し、レジストユニット３０へと搬送される。レジストユニット３０において斜行補正やタイミング補正を行った後、二次転写部へと送られる。

二次転写部とは、略対向する二次転写内ローラ４３および二次転写ベルトユニット部101により形成されるシートＳへのトナー像転写ニップ部であり、所定の加圧力と静電的負荷バイアスを与えることでシートＳにトナー像を転写させる。

以上説明した二次転写部までのシートＳの搬送プロセスに対して、所定のタイミングで二次転写部まで送られて来るトナー画像の形成プロセスについて説明する。画像形成部９０は、主に感光体９１、露光装置９３、現像器９２、一次転写装置４５、および感光体クリ−ナ９５等から構成される。予め帯電手段９９により表面を一様に帯電された反時計方向に回転する前記感光体９１に対し、送られてきた画像情報の信号に基づいて露光装置93が発光し、反射手段９４等を適宜経由して潜像が形成される。このようにして前記感光体９１上に形成された静電潜像に対して、前記現像器９2によるトナー現像が行われ、感光体９１上にトナー像が形成される。

その後、前記一次転写装置４５により所定の加圧力および静電的負荷バイアスが与えられ、中間転写ベルト４０上にトナー像が転写される。その後、感光体９１上に僅かに残った転写残トナーは前記感光体クリ−ナ９５により回収され、再び次の画像形成に備える。以上説明した画像形成部９０は、イエロー（Ｙ）９０、マゼンタ（Ｍ）９６、シアン（Ｃ）９７およびブラック（Ｂｋ）９８の４セット存在する。各画像形成部の色に対応したトナーボトル100Y,100M,100C,100Kが順に配置され、現像器中のトナー量に応じて、随時現像器へトナー補給を行う。勿論、４色に限定されるものではなく、また色の並び順もこの限りではない。

次に、前記中間転写ベルト４０について説明する。中間転写ベルト４０は駆動ローラ４２、テンションローラ４１および二次転写内ローラ４３等のローラ類によって張架され、図中矢印Ｂの方向へと搬送駆動される。従って、先述のＹ、Ｍ、ＣおよびＢｋの各画像形成装置により並列処理される各色の画像形成プロセスは、中間転写ベルト上に一次転写された上流のトナー像に重ね合わせるタイミングで行われる。その結果、最終的にはフルカラーのトナー像が中間転写ベルト４０上に形成され、二次転写部へと搬送される。

以上、それぞれ説明したシートＳの搬送プロセスと画像形成プロセスを以って二次転写部においてシートＳ上にフルカラーのトナー像が二次転写される。

二次転写ベルトユニット101について、図2を用いて説明を行なう。二次転写ベルトユニット101は高抵抗性の樹脂材料で無端状に形成された二次転写ベルト102、駆動ローラ106、二次転写ローラ104、分離ローラ105、テンションローラ103に支持されて、中間転写ベルト40に従動する方向に移動する。二次転写ベルト102は、レジストユニット30から受け渡されたシートSを搬送して二次転写部Ｔを通過させる。二次転写ローラ104は、中間転写ベルト40および二次転写ベルト102を介して二次転写内ローラ43に圧接して、中間転写ベルト40と二次転写ベルト102との間に二次転写部Ｔを形成する。

二次転写内ローラ43を接地電位に接続する一方で、二次転写ローラ104へ正極性の電圧を印加することで、二次転写部Ｔに転写電界が形成される。転写電界に応答して、中間転写ベルト40に担持されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの負極性のトナー像は、シートSへ一括二次転写される。中間転写ベルトクリーニング装置44は、二次転写部Ｔを通過して中間転写ベルト40に残留したトナーをゴム製のクリーニングブレード47により除去する。二次転写ベルトクリーニング装置107は、ゴム製のクリーニングブレード108を二次転写ベルト102に摺擦して、二次転写部Ｔを通過して二次転写ベルト102に転写されたトナーを除去する。

シートＳは分離ローラ105の外周で曲率分離して搬送ベルト51により定着装置５０へと搬送される。定着装置５０は、略対向するローラもしくはベルト等による所定の加圧力と、一般的にはハロゲンヒ−タ等の熱源による加熱効果を加えてシートＳ上にトナーを溶融固着させる。

次に両面画像形成を要する場合の搬送動作について説明する。反転搬送装置７１へと送られたシートＳはスイッチバック動作を行うことで先後端を入れ替え、両面搬送装置８０へと搬送される。その後、前記給紙装置１０より搬送されてくる後続ジョブのシートＳとのタイミングを合わせて前記搬送ユニット２０が有する再給紙パスから合流し、同様に二次転写部へと送られる。画像形成プロセスに関しては１面目と同様なので省略する。

図３は、本発明が適用された画像形成装置に係る制御ブロック図である。本実施形態の画像形成装置の、画像処理ユニットのシステム構成について説明する。画像形成装置の制御プログラムはＲＯＭ（Read Only Memory）203内に格納され、適宜ＲＡＭ（Random Access Memory）206を作業領域として使用しながらＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）207により各制御を行なっている。

外部入力インタフェース（外部入力Ｉ／Ｆ）201を介して必要に応じて原稿スキャナ、コンピュータ（情報処理装置）等の不図示の外部装置からＲＧＢ画像データとしてカラー画像データを入力する。202はＬＯＧ変換部であり、ＲＯＭ203に格納されているデータ等により構成されるルックアップテーブル（ＬＵＴ）204に基づいて、入力されたＲＧＢ画像データの輝度データをＣＭＹの濃度データ（ＣＭＹ画像データ）に変換する。

２０５はマスキング・ＵＣＲ部であり、ＣＭＹ画像データから黒（Ｂｋ）成分データを抽出し、記録色材の色濁りを補正すべく、ＣＭＹＫ画像データにマトリクス演算を施す。ルックアップテーブル部（ＬＵＴ部）204は、画像データをプリンタ部の理想的な階調特性に合わせるためにガンマルックアップテーブル（γルックアップテーブル）を用いて、入力されたＣＭＹＫ画像データの各色毎に濃度補正を施す。なお、γルックアップテーブルはＲＡＭ206上に展開されたデータに基づいて作成され、そのテーブル内容はＣＰＵ207によって設定される。

208はパルス幅変調部であり、ＬＵＴ部204から入力された画像データ（画像信号）のレベルに対応するパルス幅のパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてレーザドライバ209が露光装置93内のレーザを駆動し、感光ドラム91上を照射することで静電潜像が形成される。

ビデオ信号カウンタ210は、ＬＵＴ部204に入力された画像データの例えば６００ｄｐｉの１画素ごとのレベル（０〜２５５レベル）を画像１面分積算する。この画像データ積算値を、画像が全面すべて２５５レベルだった場合の値で割ったものが、1枚あたりのトナー消費量に相当する画像デューティ（％）となる。なお、ビデオ信号カウンタ210のかわりにレーザ信号カウンタ211を用いて、レーザドライバ209からの画像信号を同様に計算することで、簡易的に画像デューティを求めることも可能である。

消費するトナー量が少ない画像を連続して出力し続けた場合、現像器内のトナーの入れ替わりは僅かずつしか行われず、トナーが現像器で長期に亙って摺擦、撹拌される。この結果、トナーの形状が不規則になったり、粒径の分布が偏ったり、酸化チタンなどの外添剤がトナー表面に埋め込まれたりする。そして、トナーの流動性が低下するなどして画質が劣化する場合がある。更に、トナーが長期に亙って摺擦されることにより電荷量が大きくなって、像担持体上に現像されるトナーの量が少なくなり、濃度の低下などの画像不良が生じる場合もある。よって、本実施例では、現像剤の劣化状態に応じて、非画像域に画像を形成し（吐き出し）画質の劣化が促進されないようにしている。

以下にフローチャート図4及び、シートの流れを表す図5により、説明する。本実施例では、現像剤劣化の指標として、画像形成装置の走行面積から画像形成に使用した画像（印字デューティ）を引いた、画像の白地面積を使用している。画像形成装置の画像形成走行面積Aは画像形成装置の走行距離×最大画像幅とする。画像形成走行面積Aは現像モータドライバ220による現像器92を駆動する現像モータの回転と同時に画像形成走行カウンタ222によりカウント開始し、現像モータの停止でカウント停止する（S001、S002)。現像モータは各色毎に設けられ、駆動時間も異なる場合があるため、画像形成走行面積Aは各色毎にカウントされ、RAM206に格納される。

次に、画像形成された画像に応じた前述のビデオ信号カウント値Bのビデオ信号カウンタ210がスタートし（S003)、シート1枚毎に画像形成走行面積Aとビデオ信号カウント値Bから画像デューティを算出する。次に、予め設定された、1枚当たりの閾値Eとの差分を累積し、現像剤劣化レベルDとして現像剤劣化カウンタ221でカウントし、RAM206に格納している（S004)。

本実施例では、1枚あたりの閾値Eを5％に設定しており、例えば、N枚目の画像形成の各色の画像デューティがY3％、M2％、C4％、Bk5％のとき、それぞれ、現像剤劣化カウンタDは閾値Eの5％から画像デューティを減じたY2％、M3％、C1%、Bk0％が加算される。図中シート内の表記は左列が各色の画像デューティ、右列が加算された現像剤劣化カウンタDの累積値を表している。

枚数は枚数カウンタ224によりカウントされ、RAM206に随時格納されている。連続画像形成にて、累積値が100％を超えた場合（N+1枚目）、シートへの画像形成は一旦停止し、対象の色であるM100％の吐き出し用画像形成を一度におこなう（S010、S011）。吐き出した画像は、１次転写の高圧をOFF又は転写時とは逆極性の高圧を印加することにより、中間転写ベルトに転写せずドラムクリーナ95によって回収される。

このときシート間隔が開くため、生産性が一旦落ちることになる。Mは吐き出しが終了したので、N+2枚目で、現像剤劣化カウンタDの累積値は0％にリセットする（S012）。画像デューティが5％以上の場合は差分は累積値からマイナスし、N+3枚目のデューティがY5％、M7％、C3％、Bk10％の場合、現像剤劣化カウンタDの累積値はそれぞれY82％、M-2％、C59％、Bk25％となる。

一方、２転ベルトクリーナ107には紙間でのかぶりトナー程度しか来ないので、一定間隔でトナーを潤滑剤として供給しないと、弾性体であるクリーニングブレード108と二次転写ベルト102の摩擦が増大し、異音が発生したり、クリーニングブレード108がめくれて装置が停止してしまうことがある。

本実施例では、100枚毎に、クリーニングブレード108の幅に対し、なるべく全域にクリーナ潤滑用のトナーを供給するため、最大画像幅の帯を形成している。ただし、クリーニングブレード108は最大画像でもクリーニング可能であるように、クリーニングブレード108の幅は最大画像幅より若干長くなっている。クリーニング潤滑用帯の量は、シートSの1枚あたりの最大画像デューティを100％としたときに、同サイズで10％の量を供給する。本実施例では、画像デューティ100％で帯を形成し、A4サイズ長さ21cmに対し10％である約2cmの帯を形成しているので、連続通紙のシート間に収めることができ、生産性を低下することはない。クリーニング潤滑用帯面積Fとしては10％としてカウントしている。

図6（a）を用いて動作ステップの説明を行なう、シート毎にクリーニングカウンタ223によって、シート枚数をカウントしクリーニングカウント値Cとして、RAMに格納する（S005）。クリーニングカウント値Cが100枚目に達すると（S006)各色の現像剤劣化カウンタDの累積値の最も大きい色を選択し（S007)、この場合、Mのクリーニング潤滑用帯画像を形成する（S008)。帯として使用した画像Fは現像剤劣化カウンタDの累積値から減ずるので（S010）、Mの累積値は100％を超えず、Mの吐き出し動作は行なう必要がなくなる。その後、累積値が100％に達する104枚目の後にMの吐き出し動作が行なわれる。

上述の例と同様にページごとに画像デューティの異なるジョブもある。101枚目から104枚目の間にMのデューティが5％を超える画像が来た場合、例えば図6（b）のようにM10％の画像が102枚目にきたら、累積値は85％に減り、吐き出しの枚数は更に先に延びることになり、画像デューティの組み合わせによっては吐き出し動作自体が発生しない場合もある。

クリーニング用帯作成1回あたりの不要なトナー消費削減は微々たるものであるが、生涯、装置全台数分の総出力枚数の総量を鑑みると大きな効果を得ることができ、不要なトナー消費を行なわないことで、画像品質や装置の稼働安定性を維持した上で、ランニングコストの削減や環境対応に対して効果が得られる。

［実施例2］
図7は本実施例のフローチャートであるが、S101において、各色の現像剤劣化カウンタDの累積値の比率によって、クリーニング用帯の色比率を決定している。その他の同一符号のステップは上記例と同様であるため、説明は省略する。図8の例では、クリーニングカウント値C が100枚目になったときに、各色の現像剤劣化レベルDの累積値の比率を算出している。累積比率は各色の累積値を全色累積合計値で割ったものである。図8（a）の場合、Yの累積比率31％、Mの累積比率37％、Cの累積比率21％、Bkの累積比率11％、となる。その比率にクリーニング用帯の10％を乗じて、Y3% M4% C2% Bk1%のクリーニング帯を形成する。クリーニング用帯は各色を重ねてもよいし、図8（b）のように、各色を重ねず、面積で各色の量を変化させても良い。

また、本実施例では二次転写搬送手段として、ベルト体を例に挙げたが、二次転写搬送手段としてローラを用いてもよい。また、本実施例では二次転写ベルトクリーナ107の潤滑剤として、クリーニング用帯を形成したが、中間転写ベルトクリーニング装置44の潤滑材としても本発明は適用できる。中間転写ベルトクリーニング装置44には二次転写の残トナーが供給されるため、二次転写ベルトクリーナ107よりは潤滑剤としてのトナーの量は多いが、低濃度の画像が連続して画像形成される場合には、トナー供給量が少なく、クリーニング用帯が必要になる場合がある。

この場合、同様に現像剤劣化の進んだ色のクリーニング帯を形成し、二次転写部Tで転写電圧をOFFまたは逆極性の高圧を印加することで、二次転写部Tで転写が行われず、中間転写ベルトクリーニング装置44に劣化の進んだ現像剤であるトナーを供給でき、装置の品質安定化と不要なトナーの使用削減が可能となる。

40 中間転写ベルト、91 感光体、92 現像器、101 二次転写ベルトユニット、
102 二次転写ベルト、107 二次転写ベルトクリーニング装置、207 CPU、
210 ビデオ信号カウンタ、221 現像剤劣化カウンタ

Claims (9)

1. 複数の色の現像剤を同時に担持可能な転写材を搬送する像担持体（102）と、複数の色の現像剤を現像する現像手段（92）と、該像担持体上の現像剤をクリーニングするクリーニング手段（107）と、該現像手段内の現像剤の劣化状態を計測する計測手段（221）と、該計測手段の結果に応じて、転写材の画像域外に所定のタイミングで現像剤による像を形成し、該クリーニング手段に現像剤を供給する制御手段（207）を有する装置において、該計測手段により計測された各色の現像剤劣化状態により、該クリーニング手段に供給する各色の現像剤の量を調整することを特徴とする画像形成装置。
2. 現像剤劣化状態は該現像剤手段の動作時間又は走行面積と画像形成に使用した現像剤量から算出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. 各色の現像剤劣化状態により、最も劣化状態の進んだ色の現像剤を選択し、転写材の画像域外に所定のタイミングで現像剤による像を形成することを特徴とする請求項１または2に記載の画像形成装置。
4. 各色の現像剤劣化状態により、各色の劣化状態に比例して、転写材の画像域外に所定のタイミングで現像剤による像を形成することを特徴とする請求項１または2に記載の画像形成装置。
5. 該クリーニング手段に現像剤を供給する現像剤は幅方向に画像形成幅最大幅を形成することを特徴とする請求項１乃至4のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 該クリーニング手段に現像剤を供給する現像剤の各色の濃度の割合を調整する請求項5に記載の画像形成装置。
7. 該クリーニング手段に現像剤を供給する現像剤の各色の面積の割合を調整する請求項5に記載の画像形成装置。
8. 該像担持体は樹脂製の無端ベルトで形成され、該クリーニング手段は弾性体であるゴムブレードで形成される請求項1乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 潜像を形成する感光体（91）と、該感光体上にトナー像を著像化する該現像手段と、著像化された複数色のトナー像を同時に転写する中間転写手段（40）と、中間転写手段上のトナー像を該像担持体に転写する転写手段（104）を有する請求項1乃至8のいずれか１項に記載の画像形成装置。