JP2022043800A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写ベルトと、複数の像担持体である感光体ドラムと、複数の感光体ドラム上の残留トナーを除去するように設けられた複数のクリーニングブレードと、中間転写ベルト上の残留トナーおよび異物を除去する中間転写クリーニング部材と、を有する画像形成装置において、像担持体のクリーニング不良を回避することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、フルカラー画像モードとモノクロ画像モードとを有する。画像形成装置の制御装置は、モノクロ画像モード時には、画像形成しない感光体ドラムにトナー帯を形成する。この際、複数の感光体ドラムにおいて、中間転写ベルトの回転方向下流側の感光体ドラムほどトナー供給量を少なくするように、トナー載り量を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを利用した画像形成装に関する。

従来、電子写真プロセスを用いて像担持体（感光体又は中間転写体）にトナー像を形成し、トナー像を紙等の記録媒体に転写／定着する画像形成装置が広く知られている。

また、トナー像が転写された後の像担持体には、現像剤に起因する物質として転写残トナーや現像剤の外添剤、さらには記録媒体から発生する紙粉、填料が付着している。そこで、像担持体から転写残トナーや外添剤および紙粉をクリーニングする装置として、クリーニングブレードを像担持体に摺擦するブレードクリーニング装置が広く用いられている。

一方、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及びブラック（ＢＫ）の複数の作像ユニットを中間転写ベルトに沿って配置したタンデム型のカラー画像形成装置においては、各色トナー像を作像ユニットから順次中間転写ベルトに転写して、中間転写ベルト上にカラートナー像を形成した後、このカラートナー像を記録用紙に転写している。

この種のカラー画像形成装置において、単色の画像形成を連続的に行う場合には、他の色について画像形成が行われない結果、クリーニングブレード部のトナーが枯渇状態になりやすい。そのため中間転写ベルトに付着した紙粉等が非画像形成中の作像ユニットの像担持体（感光体ドラム）に転移し、クリーニングブレードの当接部に挟まることで、トナーがすり抜けるといった画像不良が発生することがあった。

このため、特許文献１では画像形成後から感光ドラムの停止途中に、現像手段により感光ドラム上にトナーを供給させて、ブレード当接部のトナー枯渇を防止し、紙粉が挟まることを抑制しているものも記載されている。

特開平１０－１６１４２６号公報

しかしながら、特許文献１では、各像担持体（感光体ドラム）上にトナーを供給する方法が記載されておらず、過剰にトナーが供給される場合があった。過剰にトナーが供給されてしまうと、トナー消費量が多くなりランニングコストが増大することや、場合によっては供給しすぎたトナーによりクリーニング不良を起こしてしまう課題もあった。

本発明は、像担持体のクリーニング不良を回避することができる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、請求項１記載の画像形成装置は、所定方向に回転する中間転写ベルト８と、前記中間転写ベルトの回転方向に沿って配置される複数の感光体ドラム１と、前記複数の感光体ドラム上の残留トナーを除去するようにそれぞれ設けられた複数のクリーニングブレード７と、前記中間転写ベルト上の残留トナーおよび異物を除去する中間転写クリーニング部材１００と、フルカラー画像形成モードとモノクロ画像形成モードを有し、前記モノクロ画像形成モード時には、画像形成しない感光体ドラム１にトナー帯を形成する制御部をもち、前記トナー形成制御は複数の感光体ドラムにおいて、中間転写ベルトの回転方向下流にいくほどトナー供給量を少なくする制御を有する、ことを特徴とする。

本発明によると、白黒モードばかりで画像のコピーを取り続けられた場合等、他色画像形成装置内の像担持体に接するクリーニングブレードにトナーが枯渇しやすい状況に置かれた場合にも、各像担持体に過不足なくトナーをクリーニングブレードに供給することにより、過剰にトナーを消費することなく、紙粉挟まりによる画像不良を防止することができる。

本発明における画像形成装置の概略構成図である。 本発明における制御フローチャート図である。 実施例の効果を示す図である。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同一の符号を付したものは、同一の構成又は作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

本実施例では、トナー像の形成、および、感光体ドラム上のクリーニング制御に係る主要部のみ説明するが、本発明に必要な機器、装備、筐体構造、等を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機、等の用途で実施可能である。また、本実施例で取り上げる数値は参考値であり、本発明を限定するものではない。

＜画像形成装置概要＞
まず、図１により本実施形態の画像形成装置の概略構成について説明する。なお、本実施形態の画像形成装置は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ｋ）の各色の画像形成ステーションを有するタンデム型である。該画像形成装置は外部ホスト装置から制御回路部（制御手段：ＣＰＵ）に入力する電気的な画像情報に対応したフルカラー画像或いはモノクロ画像を記録材に形成して出力することができる。各画像形成ステーションの基本的構成及び作用は同様であるため、以下の説明では、代表してイエローの画像形成ステーションの構成を説明する。

像担持体として、例えば表層がＯＰＣ（有機光半導体）からなる円筒型の電子写真感光体（以下「感光ドラム」と称する。）１Ｙは、矢印Ａ方向へ回転駆動される。２Ｙは、感光ドラム１Ｙの表面を一様均一に帯電する帯電装置である。所定のバイアスが印加された帯電装置２Ｙは、感光ドラム１Ｙ表面を所定の電位に帯電する。帯電された感光ドラム１Ｙは、露光装置３Ｙによる露光光（レーザ光等）による露光が行われて、不図示のイメージスキャナー、コンピュータ等の外部機器から入力される画像情報に対応した静電潜像が形成される。現像装置４Ｙは、装置を構成する容器内にトナーを充填してあり、現像ローラで帯電したトナーを用いて静電潜像の現像を行い、静電潜像に対応したトナー像を、感光ドラム１Ｙ表面に形成する。本実施例の画像形成装置は、各画像形成部においてドラム１を一次帯電器２によりマイナス極性の所定電位に一様に帯電し、現像剤としてのトナーとしてマイナス帯電特性のネガトナーを用いて静電潜像を反転現像する方式をとっている。

次に、感光ドラム１Ｙ上のトナー像は、感光ドラム１Ｙと一次転写手段である一次転写ローラ５Ｙとの一次転写部Ｔ１Ｙにおいて、一次転写ローラ５Ｙにより、感光ドラム１Ｙの周速とほぼ同速度で回転している中間転写体である中間転写ベルト８上に一次転写される。各画像形成部のドラム１からベルト８へのトナー像の一次転写は一次転写ローラ５Yに対してトナーの帯電極性（マイナス極性）とは逆極性（プラス極性）の所定電位の一次転写バイアスが印加されることでなされる。なお、各感光ドラム１Ｙ・１Ｍ・１Ｃ・１ｋは接地されている。

一次転写後の感光ドラム１Ｙ上の一次転写残トナーは、感光体ドラムクリーニング装置により回収される。感光ドラムクリーニング装置は、ブレード７Ｙを接触させて感光ドラム１Ｙ上の一次転写残トナーを除去する接触クリーニング装置である。そして、一次転写残トナーが除去された感光ドラム１Ｙは、再び帯電装置２Ｙにより一様均一に帯電されて繰り返し作像に供される。

中間転写ベルト８は、駆動ローラ２２、テンションローラ２０、二次転写用のバックアップローラ２１に張架される。そして、４個の画像形成ステーションＹ・Ｍ・Ｃ・ｋの感光ドラム１Ｙ・１Ｍ・１Ｃ・１ｋに接触しながら、駆動ローラ２０の回転により矢印方向に回転駆動される。

フルカラーモード（フルカラー画像形成）が選択されている場合は、以上のような作像動作が４個の画像形成ステーションＹ・Ｍ・Ｃ・Ｂｋにて実行される。そして、感光ドラム１Ｙ・１Ｍ・１Ｃ・１Ｂｋ上にそれぞれ形成されたイエロートナー像・マゼンタトナー像・シアントナー像・ブラックトナー像が中間転写ベルト８上に順次多重転写される。

そして、中間転写ベルト６上に多重転写された４色のトナー像は、二次転写手段であるバックアップローラ２１と二次転写ローラ９との二次転写部で、記録材Ｐへ一括して二次転写される。バックアップローラ２１にはトナーの帯電極性（マイナス極性）とは逆極性（プラス極性）の所定電位の二次転写バイアスが所定の制御タイミングにて印加される。これにより、二次転写部を挟持搬送されていく記録材Ｐの面にベルト８面の未定着のフルカラートナー像が順次に一括して二次転写される。

二次転写後の中間転写ベルト８の二次転写残トナーは、静電クリーニング装置１００により静電的に回収除去される。このように、二次転写残トナー及び付着物が除去された中間転写ベルト８は、繰り返し画像形成の一次転写に供される。

また、記録材Ｐは、給紙カセット（不図示）内から一枚分離給送され、二次転写部に中間転写ベルト８上の多重転写トナー画像に合わせた所定の制御タイミングで供給される。

本実施形態では、記録材上に画像を形成する画像形成部を上述のように構成している。そして、このような画像形成部により記録材上に形成された画像（トナー像）は、不図示の定着装置により記録材に定着される。即ち、トナー像が転写された記録材Ｐは、定着装置に導入され、記録材Ｐ上のトナー像が加圧・加熱されて記録材Ｐ上にフルカラートナー像が定着される。

モノクロ画像形成モードの場合は、ブラック画像用である第４の画像形成部Ｂｋだけが画像形成動作する。一方、第１から第３の画像形成部Ｙ・Ｍ・Ｃは現像手段を停止しながら、感光体ドラムの回転駆動だけがなされる。

＜現像剤＞
現像装置４Ｙは、キャリアとトナーを重量比９１：９（トナー濃度：９％）になるように混合した現像剤を用いた。現像装置７Ｙに収容される初期の現像剤の総重量は３５０ｇとした。

キャリアは、フェライト粒子をシリコン樹脂でコートしたものを用いており、２４０［ｋＡ／ｍ］の印加磁場に対する飽和磁化が２４［Ａｍ２／ｋｇ］である。また、３０００［Ｖ／ｃｍ］の電界強度における比抵抗が１×１０７［Ω・ｃｍ］～１×１０８［Ω・ｃｍ］、重量平均粒径５０μｍである。

トナーは、少なくともバインダ、着色剤、荷電制御剤から構成される。ここでは、バインダ樹脂としてスチレンアクリル系樹脂を使用している。しかし、スチレン系、ポリエステル系、ポリエチレンなどの樹脂を使用することもできる。着色剤としては、種々の顔料や各種染料など、着色剤を１種単独で使用してもよいし、複数種類を併せて使用してもよい。荷電制御剤としては、必要に応じて補強のための帯電制御剤を含有してもよい。補強のための帯電制御剤としては、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料等を利用できる。トナーの重量平均粒径は５．７μｍである。

トナーは、ワックスを含む。ワックスは、定着時の定着部材からの離型性、定着性の向上のために含有される。ワックスは、パラフィンワックス、カルナバワックス、ポリオレフィンなどが使用でき、バインダ樹脂中に混錬分散させて使用する。ここでは、バインダ、着色剤、荷電制御剤、ワックスを混錬分散させた樹脂を、機械式粉砕機により粉砕したものを用いた。

トナーは、外添剤を含む。外添剤は、アモルファスシリカに疎水性処理を施したものや、あるいは、酸化チタンや、チタン化合物等の無機酸化物微粒子が挙げられる。これらの微粒子をトナーに添加して、トナーの紛体流動性や帯電量を調整している。外添剤粒子の粒径は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましい。ここでは、平均粒径５０ｎｍの酸化チタンを重量比で０．５ｗｔ％添加し、平均粒径２ｎｍと１００ｎｍのアモルファスシリカをそれぞれ０．５ｗｔ％、１．０ｗｔ％ずつ添加した。

＜中間転写ベルト＞
中間転写ベルト８は、ステアリングローラ２０、駆動ローラ２２、及び二次転写対向ローラ２１に支持され、駆動モータ２２Ｍに駆動されて矢印Ａ方向に回転する。

中間転写ベルト８の材料はポリイミド、ポリカーボネートなどの単体樹脂、またはこれらの混合物を使用し、導電材料を添加し抵抗調整をした単層の中間転写ベルト２が使用可能である。また、これらの樹脂材料を基材に使用し、複数の層を積層したコートベルトの使用も可能である。表層の材料としてはメラミン樹脂、ウレタン樹脂の単体、及びこれらの混合物又は、これらの複合材料等が使用可能である。

＜ドラムクリーニング装置＞
クリーニング手段はファーブラシ（トナー掻き取り手段、かつ像担持体研磨手段）である回転部材６を具備している。さらにファーブラシ６の回転方向下流には感光体ドラム１表面に当接するクリーニングブレード７が配置されている。トナー像転写後に感光体ドラム１表面に残留した転写残トナー等の残留物はファーブラシ６によってかき乱されることによって感光体ドラム１との付着力を弱められた後にクリーニングブレード７によって感光体ドラム１表面から除去される。

本発明で用いるクリーニングブレード７はウレタンゴム製であり、軸方向の長さは３４０ｍｍであり、所定の当接圧で感光体に当接されている。

また、回転部材であるファーブラシ６はその回転軸に繊維が植毛されたものであり、直径１２ｍｍの金属製の回転軸に繊維を植毛した布材を巻き付けて製作され、ファ－ブラシ６の繊維は６デニ－ルのナイロン製の単繊維を束ねた繊維を、植毛密度５０ｋＦ／ｉｎｃｈ２ （ 単繊維当たり植毛密度）で基材に植毛したものである。なお繊維の長さは４．５ｍｍである。また、感光体ドラム１とファ－ブラシ６は両者の当接ニップ部で同じ方向に回転するように設定されている。

＜ベルト静電クリーニング手段＞
記録材Ｐにトナー像を二次転写した後（二次転写後）に中間転写ベルト８上（中間転写体上）に残存したトナーは、静電クリーニング装置１００により静電的に除去する。本実施形態の場合、高画質を目的として、中間転写ベルト８として弾性層を有するものを使用しており、このような中間転写ベルト８は表層が軟らかい。中間転写ベルト８上に残存したトナーを除去するクリーニング部材としてクリーニングブレードもあるが、表層が軟らかい中間転写ベルト８の場合、静電的にトナーの除去を行う静電クリーニング装置が好ましい。

このような静電クリーニング装置１００は、中間転写ベルト８の回転方向に並べて２対配置され、それぞれファーブラシ１０ａ、１０ｂと金属ローラ１１ａ、１１ｂとを有する。金属ローラ１１ａ、１１ｂには、それぞれ直流電源１４ａ、１４ｂが接続されている。また、本実施形態の場合、静電クリーニング装置１００と中間転写ベルト８を挟んで対向する位置には、それぞれ対向ローラ１３ａ、１３ｂが中間転写ベルト８と当接するように配置されている。これら対向ローラ１３ａ、１３ｂは接地されている。

また、ファーブラシ１０ａ、１０ｂは、中間転写ベルト８に対しカウンターで例えば７０ｒｐｍで回転する。また、ファーブラシ１０ａ、１０ｂは、例えば、毛長５ｍｍ、芯金径１１ｍｍで、全体としての外径２１ｍｍ、抵抗値が２３℃、５０％ＲＨ測定の３００Ｖ印加で１Ｅ＋７～５Ｅ＋８Ωのものを使用する。このようなファーブラシ１０ａ、１０ｂは、中間転写ベルト８がファーブラシ１０ａ、１０ｂに所定量（例えば１．５～２ｍｍ）侵入するように配置する。

また、金属ローラ１１ａ、１１ｂもファーブラシ１０ａ、１０ｂに所定量進入するように配置される。このような金属ローラ１１ａ、１１ｂは、例えば外径２０ｍｍである。そして、中間転写ベルト８の回転方向上流に配置される静電クリーニング装置１００ａの直流電源１４ａには、マイナス極性の直流電圧が印加されるようになっている。ここで、流れるクリーニング電流が所望値になるように制御された高圧（クリーニングバイアス）が印加される。また、同じく下流に配置される静電クリーニング装置の電源１４ｂには、プラス極性の直流電圧が印加されるようになっている。同様に、ここでも、流れるクリーニング電流が所望値になるように制御された高圧（クリーニングバイアス）が印加される。即ち、上流に配置される静電クリーニング装置１２ａと下流に配置される静電クリーニング装置１２ｂとで逆の電圧を印加している。転写残トナーは転写条件により、プラスとマイナスの両極性の電荷をもったトナーが混在するため、複数のファーブラシで、それぞれ異なる極性の電圧を印加することで、良好なクリーニング性能を維持することが可能である。

このように静電クリーニング装置１００にそれぞれ異なる極性のクリーニングバイアスを印加して、中間転写ベルト８の表面に付着した２次転写残存トナーを静電力によりファーブラシ１０ａ、１０ｂに吸着して回収除去する。ファーブラシ１０ａ、１０ｂに回収されたトナーは、金属ローラ１１ａ、１１ｂに回収され、ブレード１２ａ、１２ｂにより除去される。

＜モノクロモード時の作像制御＞
モノクロモード時においては、作像ユニットＢｋの感光体ドラム１Ｋ上にトナー像が形成され、前述したように記録用紙Ｐに転写されて、定着された後排出される。この際、作像ユニットＹ、Ｍ、Ｃにおいて、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは回転制御を行い、現像手段４Ｙ、４Ｍ、４Ｃは回転制御を行わない。

一方、２次転写部９において記録用紙Ｐが通紙される際において、紙と中間転写体の摺擦により、記録用紙Ｐから紙粉、および填料が一部剥がれてしまい、中間転写体に付着する。中間転写体に付着した紙粉は摺擦の際に発生する静電気により帯電されているケースが多い。そこで２次転写下流にある中間転写体クリーニングファーブラシ１０ａ、１０ｂに静電的に回収される。

しかしながら、ファーブラシ１０ａ、１０ｂに回収しきれない場合には、１次転写バイアスによって感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃに一部逆転写されることがある。特にクリーニングファーブラシ１０ｂはバイアス極性が正バイアスであり、除去しきれなかった紙粉は正バイアス特性のものが多い。そこで、感光体ドラムは負極性に帯電しているため、上流である感光体ドラム１Ｙが最も紙粉が回収され、下流につれ感光体ドラムに回収される紙粉量は少なくなる。ここで付着した紙粉が、クリーニングブレード７で除去しきれない場合には、すり抜けとして画像不良が生じてしまう。ところで、クリーニングブレード当接部のトナーおよび外添剤の凝集層が十分にあることで、紙粉がブレードに挟まれることが抑制されることが分かっている。なので、フルカラー時よりも、モノクロモード時の作像ユニットＹ、Ｍ、Ｃではクリーニングブレードへのトナーが枯渇しやすく紙粉が挟まりやすくなる。

＜モノクロモード時のトナー帯供給制御＞
なので、本実施例では、上記課題を防止するために、モノクロモード時において、図２に示すフローチャートに則って、非画像形成時に作像ユニットＹ、Ｍ、Ｃにトナーを供給することを提案している。

ここで図２のフローチャートを詳細に説明する。はじめに画像ＪＯＢがスタートする（Ｓ２０１）。次に制御装置はフルカラー画像モードおよびモノクロ画像モードを判断する（Ｓ２０２）。フルカラーモードの場合には、前述したようにカラー画像を形成し（Ｓ２０３）、画像形成終了を判断し（Ｓ２０４）、終了を判断した場合には、ＪＯＢ処理を終了する。一方、モノクロ画像モードにおいては（Ｓ２０５）、前述した作像制御のもとモノクロ画像を形成する（Ｓ２０６）。ここで制御装置は、モノクロ画像形成がスタートしてから、感光体ドラム５Ｙ、５Ｍ、５Ｃドラムの走行距離Ｌをカウントし続け、ある所望距離ａを超えているか常に判断する（Ｓ２０７）。

ここで上記ドラム走行距離Ｌが所望距離ａを超えた場合には、現像手段４Ｙ、４Ｍ、４Ｃの駆動を開始し、感光体ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃにトナー帯を供給する。その際、下流のドラムに行くにつれ、トナー帯供給量を少なくしている。具体的にはトナー帯供給量をトナー載り量にて調整している。ここでトナー載り量とは単位面積当たりのトナー重量で算出される値であり、感光体ドラム１Ｙにはトナー載り量０．５０ｍｇ／ｃｍ２、ドラム１Ｍでは０．２０ｍｇ／ｃｍ２、ドラム１Ｃには０．０５ｍｇ／ｃｍ２、かつ各副走査方向に１００ｍｍ幅のトナー帯を供給している。

前述したように作像ユニット下流なほど付着する紙粉量は減少していくため、本特許では、上述のように紙粉量に応じてトナー帯を供給することで、過剰なトナー消費を防止し、かつ紙粉挟まりを抑制することができる。

＜本実施例１の効果＞
次に、本実施例において、モノクロモード時において、感光体ドラムの紙粉挟まりによるすり抜け起因の紙上汚れに対する効果を確認した。

本体はキヤノン機種を使用し、プロセススピード：４００ｍｍ/ｓ、画像濃度：約１％（Ｂｋ）、画像形成モード：モノクロモード 両面連続プリント １００ｋ枚、本体周辺環境：２０℃／５％の条件にて検証した。そこで、紙上にトナー帯パッチによる画像汚れが目視上汚れと判別されるかを評価した。

ここで、下記表１に示すように各作像ユニットに供給するトナー載り量を変更しながら同様の試験を実施し、本実施例効果を比較した。トナー帯の副走査方向の長さは１００ｍｍである。

ここで評価した結果を図３に示している。図３から分かるように、従来例１では、紙粉挟まりによるトナーすり抜け起因の画像汚れは発生しなかった。一方、比較例１、２では、感光体に付着する紙粉量に対して、ブレードに必要なトナー量が足りないため、ブレードに紙粉が挟まり画像不良が生じるケースがあった。しかしながら、本実施例１によると、トナー供給量を上流から下流につれ段階的に少なくしながらトナー消費量を抑えながらも、画像上汚れは発生しなかった。

１ 感光体ドラム
７ クリーニングブレード
８ 中間転写ベルト
１００ 中間転写ベルトクリーニング部材

Claims (3)

1. 所定方向に回転する中間転写ベルト８と、前記中間転写ベルトの回転方向に沿って配置される複数の感光体ドラム１と、前記複数の感光体ドラム上の残留トナーを除去するようにそれぞれ設けられた複数のクリーニングブレード７と、前記中間転写ベルト上の残留トナーおよび異物を除去する中間転写クリーニング部材１００と、フルカラー画像形成モードとモノクロ画像形成モードを有し、前記モノクロ画像形成モード時には、画像形成しない感光体ドラム１にトナー帯を形成する制御部をもち、前記トナー形成制御は複数の感光体ドラムにおいて、中間転写ベルトの回転方向下流にいくほどトナー供給量を少なくする制御を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー供給量を制御手段として、中間転写ベルトの回転方向下流にいくほどトナーの載り量（単位面積当たりの重量）を少なくする制御を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記中間転写体クリーニング部材は静電ファーブラシであり、少なくとも２対以上のファーブラシを有し、中間転写体の回転方向下流側に当接するファーブラシの印加極性はトナー帯電極性と逆である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
   

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