JP3752820B2

JP3752820B2 - カラー画像形成装置

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Publication number: JP3752820B2
Application number: JP4690298A
Authority: JP
Inventors: 明博河崎
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: US6029033A; JPH11249452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ等に用いられるカラー画像形成装置に関する。さらに詳細には、画像形成ユニットをクリーナレス構成とすることにより、高画質を維持しつつ印字速度の高速化およびコンパクト化が図られるとともに対環境性に優れたカラー画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のカラー画像形成装置の一例として、図９に示すようなものがある。この画像装置１００は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用の４つの画像形成ユニット１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋを連続して並列配置したタンデム式のものである。イエロー用の画像形成ユニット１０１Ｙは、感光体ドラム１０２Ｙを中心として、その周りに感光体ドラム１０２Ｙの表面を一様に帯電させる帯電チャージャ１０３Ｙと、感光体ドラム１０２Ｙ上に形成された静電潜像を現像してトナー像とする現像器１０４Ｙと、トナー像を記録体に転写するための転写チャージャ１０５Ｙと、トナー像の転写後に感光体ドラム１０２Ｙ上に残留した残留トナーを回収して収容するクリーニングボックス１０６Ｙ等とを有するものである。またマゼンタ、シアン、ブラック用の画像形成ユニット１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋもこれと同様の構成のものである。
【０００３】
そして、画像形成ユニット１０１Ｙによりイエロー成分色の静電潜像が感光体ドラム１０２Ｙ上に形成され、この静電潜像が現像器１０４Ｙにより現像されてトナー像とされた後、そのトナー像が転写チャージャ１０５Ｙにより記録体に転写される。次いで、画像形成ユニット１０１Ｍによりマゼンタ成分色の静電潜像が感光体ドラム１０２Ｍ上に形成され、この静電潜像が現像器１０４Ｍにより現像されてトナー像とされた後、そのトナー像が転写チャージャ１０５Ｍにより積層的に記録体に転写される。以下順次同様な過程を画像形成ユニット１０１Ｃ，１０１Ｋにおいて繰り返した後に定着ローラ１０７によって記録体にトナーを定着させて所要のカラー画像が複写・記録されるようにしている。
【０００４】
また、特開平５−５３４１４号公報に記載されているカラー画像形成装置のように、一部の画像形成ユニットのクリーニングボックスを簡略化してクリーナレス構成とすることによりコンパクト化を図っているものもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のカラー画像形成装置１００では、装置のコンパクト化が困難であるという問題があった。各色の画像形成ユニット１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋごとにクリーニングボックス１０６Ｙ，１０６Ｍ，１０６Ｃ，１０６Ｋを有しており、各画像形成ユニット１０１Ｙ，１０１Ｍ，１０１Ｃ，１０１Ｋの占有容積が大きいからである。
【０００６】
一方、特開平５−５３４１４号公報記載のカラー画像形成装置２００においては、装置のコンパクト化が図られているが十分とは言えない。依然として一部の画像形成ユニットにはクリーナボックスを有しているからである。また、クリーナレスの画像形成ユニットには非接触の帯電チャージャ（コロナ放電器等）が必要となり、オゾンの発生による環境汚染についての問題もあった。
【０００７】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、高画質を維持しつつ印字速度の高速化およびコンパクト化を図ることができ、さらに対環境性に優れたカラー画像形成装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために請求項１の発明によれば、像担持体と、前記像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成する現像手段とを有し連続的に並設された複数の画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットごとに形成されたトナー像が順次重ね転写される中間転写体と、前記中間転写体に重ね転写されたトナー像を記録体に転写する転写手段とを有するカラー画像形成装置において、前記画像形成ユニットの少なくとも１つは、ジャンピング現像方式の現像手段を備えるクリーナレス画像形成ユニットであり、前記中間転写体への転写後に前記像担持体上に残留した残留トナーを一時的に保持するとともに所定のタイミングにて保持している残留トナーを排出するトナー保持手段と、前記トナー保持手段から排出された残留トナーを回収する回収手段とを有し、前記回収手段は、前記中間転写体もしくは前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段のいずれかであることを特徴とする。
【０００９】
請求項１の発明では、静電潜像形成手段により像担持体上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像手段により現像されてトナー像とされる。そして、このトナー像が中間転写体に１次転写される。次いで、他の画像形成ユニットにおいてもトナー像が形成された後、そのトナー像が積層的に中間転写体上に重ねて転写される。以下順次同様な過程が繰り返されることにより中間転写体上にトナー像が形成される。その後、中間転写体に形成されたトナー像は、転写手段により記録体に２次転写され、そして定着されて所要のカラー画像が複写・記録される。ここで、各画像形成ユニットにおいて、トナー像が中間転写体に１次転写された後の像担持体上には、中間転写体に転写されなかったトナーが残留している。この残留トナーは、次回の画像形成が行われる前にトナー保持手段により回収される。そして、トナー保持手段により回収された残留トナーは所定のタイミングにて排出される。所定のタイミングとしては、高画質を維持するために、非画像形成時とするのがよい。また、トナーエンプティ、画質劣化等を検出した場合、あるいはユーザー入力によって、トナー保持手段から残留トナーを排出するようにしてもよい。そして、トナー保持手段から排出され再び像担持体上に担持された残留トナーは、回収手段により回収される。
【００１０】
このように、１次転写後に像担持体上に残留する残留トナーを回収し、所定のタイミングでその残留トナーを排出するトナー保持手段を設けたことにより、クリーナレスの構成としても、残留トナーの適切な処理が行われるから、排出後の残留トナーが画像形成時に像担持体上の露光位置および現像位置に存在することがなく、メモリー画像や網点画像のザラツキ等の画質劣化およびトナーの混色が防止され高画質が維持される。さらに各画像形成ユニットがクリーナレスの構成となりその占有容積が小さくなるから、これらを連続的に並設することにより、印字速度の高速化およびコンパクト化が図られている。なお、ジャンピング現像方法とは、直流電圧に交番電圧を重畳した交流バイアスを印加することによりトナーを飛翔させて現像する非接触現像方法である。
また、トナー保持手段から排出され再び像担持体上に担持された残留トナーが回収手段により回収されるので、残留トナーが画像形成に悪影響を及ぼすことはなく、また装置内を飛散するようなこともない。これにより高画質が確保される。なお、回収手段としては、中間転写体もしくは前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段等を使用するが、場合によっては記録体（コピー用紙等）によって回収することも可能である。
【００１１】
請求項２の発明によれば、像担持体と、前記像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成する現像手段とを有し連続的に並設された複数の画像形成ユニットと、前記画像形成ユニットごとに形成されたトナー像が順次重ね転写される中間転写体と、前記中間転写体に重ね転写されたトナー像を記録体に転写する転写手段とを有するカラー画像形成装置において、前記トナーは、０．９６≦（形状係数）≦１．０の条件を満たし、前記画像形成ユニットは、接触現像方式の現像手段を備えるクリーナレス画像形成ユニットであり、前記中間転写体への転写後に前記像担持体上に残留した残留トナーを一時的に保持するとともに所定のタイミングにて保持している残留トナーを排出するトナー保持手段と、前記トナー保持手段から排出された残留トナーを回収する回収手段とを有し、前記回収手段は、前記中間転写体もしくは前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段のいずれかであることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明でも、静電潜像形成手段により像担持体上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像手段により現像されてトナー像とされる。その後、トナー像が中間転写体に１次転写される。次いで、他の画像形成ユニットにおいてもトナー像が形成された後、そのトナー像が積層的に中間転写体に重ねて転写される。以下順次同様な過程が繰り返されることにより中間転写体上にトナー像が形成される。その後、中間転写体に形成されたトナー像は、転写手段により記録体に２次転写され、そして定着されて所要のカラー画像が複写・記録される。ここで、各画像形成ユニットにおいて、トナー像が中間転写体に１次転写された後の像担持体上には、中間転写体に１次転写されなかったトナーが残留している。この残留トナーは、次回の画像形成が行われる前にトナー保持手段により回収される。そして、トナー保持手段から排出され再び像担持体上に担持された残留トナーは、回収手段により回収される。
このように、１次転写後に像担持体上に残留する残留トナーを回収するトナー保持手段を設けたことにより、クリーナレスの構成としても、残留トナーの適切な処理が行われるから、排出後の残留トナーが画像形成時に像担持体上の露光位置および現像位置に存在することがなく、メモリー画像や網点画像のザラツキ等の画質劣化およびトナーの混色が防止され高画質が維持される。さらに各画像形成ユニットがクリーナレスの構成となりその占有容積が小さくなるから、これらを連続的に並設することにより、印字速度の高速化およびコンパクト化が図られている。
また、トナー保持手段から排出され再び像担持体上に担持された残留トナーが回収手段により回収されるので、残留トナーが画像形成に悪影響を及ぼすことはなく、また装置内を飛散するようなこともない。これにより高画質が確保される。なお、回収手段としては、中間転写体もしくは前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段等を使用するが、場合によっては記録体（コピー用紙等）によって回収することも可能である。
【００１３】
ここで、請求項２の発明では接触現像方式の現像手段を備えているので、トナー保持手段から残留トナーを排出すると現像位置を通過しないために現像に悪影響を及ぼし画像品質が低下するおそれがある。そのため現像に用いるトナーとして、０．９６≦（形状係数）≦１．０の条件を満たすもの（以下、「球形トナー」という）を使用している。形状係数とはトナーの投影像の相当円の周囲長に対する投影像の周囲長の比を表しており、形状係数が「１」のとき完全な球状となり、形状係数が「１」から小さくなるにしたがってその真球度が低くなる。そして、球形トナーを使用することによりほぼ１００％の転写効率を確保することができる。これにより、１次転写後には像担持体上に残留するトナーは微少量となるから、現像手段交換時までであれば、残留トナーをトナー保持手段で回収して保持しておくことができる。従って、画像形成ユニットをクリーナレス構成とすることができる。なお、トナー保持手段に保持された残留トナーは現像手段の交換時に排出して処理される。
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項１に記載するカラー画像形成装置において、前記トナー保持手段から排出された残留トナーが前記像担持体上の露光位置および現像位置に存在する場合には画像形成処理が実行されないように画像形成プロセス制御が行われることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明では、トナー保持手段から排出された残留トナーが露光位置および現像位置に存在する場合には画像形成処理が実行されない。このような制御は、静電潜像形成手段および現像バイアスの制御手段により行われる。具体的には、残留トナーの排出タイミングに合わせて、静電潜像形成手段により露光タイミングが制御され、現像バイアスの制御手段により現像バイアスの交番重畳電圧を直流電圧等に切り替える、現像バイアスをフロート状態に切り替える、あるいはトナーが飛翔しない電圧まで交番電圧成分を小さくする等の制御が行われる。これらにより、トナー保持手段から排出された残留トナーが、像担持体上の露光位置に存在することはないから、メモリー画像や網点画像のザラツキ等の画質劣化が防止される。また、トナー保持手段から排出された残留トナーが、像担持体上の現像位置を現像手段に回収されることなく確実に通過して処理されるから、トナーの混色が防止される。
【００１６】
さらには、非画像形成時から画像形成時の処理に移行する際、あらかじめ像担持体上の任意の点がトナー保持手段と現像位置との間を通過する時間分だけ先にトナー保持手段における残留トナーの排出・回収を切り替え、画像形成時に残留トナーが露光位置および現像位置に来ないように制御することが望ましい。
【００１７】
請求項４の発明によれば、請求項１から請求項３に記載するいずれか１つのカラー画像形成装置において、前記回収手段は、前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段であり、前記清掃手段は、回転清掃手段と固定清掃手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
請求項４の発明では、トナー保持手段から排出された残留トナーが回転清掃手段と固定清掃手段とにより回収される。これにより、残留トナーが確実に回収されるから高画質が確保される。場合によっては、回転清掃手段と固定清掃手段とのどちらか一方のみを用いてもよい。ただし、球形トナーを使用する場合には、固定清掃手段により回収するのが困難であるから、回転清掃手段を用いるか、回転清掃手段と固定清掃手段との併用が望ましい。
【００１９】
請求項５によれば、請求項１から請求項３に記載するいずれか１つのカラー画像形成装置において、前記回収手段は、前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段であり、前記清掃手段の上流側に前記トナー保持手段から排出された残留トナーを正規の極性に再帯電させる荷電手段を有することを特徴とする。また、請求項６の発明によれば、請求項５に記載するカラー画像形成装置において、前記荷電手段は、帯電系列において前記トナー保持手段から排出された残留トナーに対し正側にある材質で形成されていることを特徴とする。さらに、請求項７の発明によれば、請求項５に記載するカラー画像形成装置において、前記荷電手段は、導電性部材で形成され正規の帯電極性と同じ極性の電圧が印加されていることを特徴とする。
【００２０】
これらのカラー画像形成装置では、トナー保持手段から排出された残留トナーが荷電手段により正規の帯電極性に帯電させられる。そして、その残留トナーは清掃手段により回収される。このときの清掃手段による回収は、機械的および電気的に行われるから、確実に残留トナーを回収することができるため、高画質が確保される。なお、荷電手段としては、帯電系列において残留トナーに対し正側にある材質で形成されたものを用いる、あるいは導電性部材を用いてそれに正規の帯電極性と同じ極性の電圧を印加する等が挙げられる。
【００２１】
また、請求項８の発明によれば、請求項１に記載するカラー画像形成装置において、
前記トナー保持手段から排出された残留トナーが前記現像手段と前記像担持体とが対向する位置に到達する直前に、前記現像手段に印加する交流バイアスが直流バイアスに切り換えられることを特徴とする。
【００２２】
この画像形成装置では、トナー保持手段から排出された残留トナーが現像手段と像担持体とが対向する位置に到達する直前に、現像手段に印加する交流バイアスが直流バイアスに切り換えられるので、トナー保持手段から排出された残留トナーが現像手段に回収されることなく現像位置を確実に通過するため、トナーの混色が防止される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカラー画像形成装置を具体化した実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、本発明のカラー画像形成装置を適用したデジタルカラー複写機（以下、単に「複写機」という。）である。
【００２４】
まず、第１に実施の形態について説明する。第１の実施の形態にかかる複写機１は、図１に示すように、大きく分けて原稿画像を読み取るイメージリーダ部ＩＲと、読み取った画像を記録紙上にプリントして再現するプリント部ＰＲとから構成されている。イメージリーダ部ＩＲは、原稿画像を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色に色分解して得られた光情報をＣＣＤセンサで読み取り、その画像データに対して演算処理を行うものである。またプリンタ部ＰＲは、記録紙Ｐを搬送する搬送部２０と、記録紙Ｐに再現色であるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）（以下、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各再現色に関連する部分の番号に色符号「Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ」を適宜付加する。）の４色の画像をそれぞれ形成するための４つの画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋおよび中間転写ベルト１１とを備えてなるものである。
【００２５】
搬送部２０は、記録紙Ｐを収容する給紙トレイ２１と、中間転写ベルト１１上に形成された重ね転写トナー像を記録紙Ｐに２次転写する２次転写ローラ１２と、記録紙Ｐに２次転写されたトナー像を定着させる定着ローラ１３及び複数の搬送ローラ等とを有しており、記録紙Ｐを所定のタイミングで送り出し一定速度で搬送するようになっている。
【００２６】
画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、静電複写方式で画像を形成するものであり、連続的に並列配置された感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋを中心として構成されている。そして、感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの周囲には、感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの表面を一様に帯電させる帯電ブラシ４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋと、感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上に画像情報に応じて所要の静電潜像を形成するレーザヘッド７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋと、静電潜像に対してトナーを飛翔させて現像する現像器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋと、現像後に感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに残留したトナーを一時的に保持する保持ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋ等とが配置されている。すなわち複写機１は、４つのクリーナレス画像形成ユニットを連続的に並列配置したタンデム式のものであり、印刷速度の高速化および装置のコンパクト化が図られている。
【００２７】
また、各感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋの直下には、中間転写ベルト１１に対して感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上に顕像化されたトナー像を１次転写する１次転写ローラ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋが配置されている。中間転写ベルト１１は、１０6〜１０8Ω／□程度の表面抵抗率を有する無端状のベルトである。さらに、２次転写ローラ１３と１次転写ローラ６Ｙとの間には、保持ローラ５から排出された残留トナーおよび２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーを除去回収するクリーニングブレード２２を備えたクリーナボックス２３が配置されている。
【００２８】
続いて、上記のように構成された複写機１の動作について説明する。まず、イメージリーダ部ＩＲで得られた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色成分ごとの画像の光情報の強度レベルを基にして、複写機１の制御部において、シェーディング補正や濃度変換、エッジ強調等の画像演算処理を行う。そして、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各再現色の書き込み画像データに変換し、これらのイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像データを前記制御部に一旦格納する。
【００２９】
その後、前記制御部に格納された画像データに基づいて、レーザヘッド７Ｙ，７Ｍ，７Ｃ，７Ｋにおいて、それぞれの再現色に対応するレーザ光が変調発光される。一方、感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋは、図１中の矢印方向に回転しており、帯電ブラシ４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋにより表面を一様に帯電された後、前記レーザ光により露光走査される。かかる露光により、各感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ上に形成された各再現色に対応する静電潜像は、各再現色のトナーを内蔵する現像器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋによりそれぞれ現像されて各色のトナー像とされる。そしてこれらのトナー像は、感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋと中間転写ベルト１１との各対向部において、１次転写ローラ６Ｙ，６Ｍ，６Ｃ，６Ｋにより、中間転写ベルト１１上に順次重ね転写される。その後、中間転写ベルト１１上に重ね転写されたトナー像は、２次転写ローラ１２との対向部へと搬送される。そして、給紙トレイ２１から給紙された記録紙Ｐに中間転写ベルト１１上のトナー像が２次転写ローラ１２により２次転写される。その後、トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着ローラ１３に搬送されて、ここで加熱されて各色のトナー像が溶融してフルカラー画像にされるとともに、記録紙Ｐ上に定着される。
【００３０】
一方、中間転写ベルト１１への１次転写後に感光体ドラム３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋに残留した残留トナーは保持ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋに、また保持ローラ５Ｙ，５Ｍ，５Ｃ，５Ｋから排出された残留トナーおよび記録紙Ｐへの２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーナボックス２３に回収される。
【００３１】
ここで、クリーナレス化された画像形成ユニットにおける感光体ドラム上の残留トナーの処理について、図２を用いてより詳細に説明する。なお、各画像形成ユニットはすべて同じ構成であるから、色符号を省略して説明する。
【００３２】
まず、帯電ブラシ４に−１２００Ｖを印加して感光体ドラム３の表面を約−７００Ｖに帯電させる。この際、１次転写後に感光体ドラム３上に残留した残留トナーも同時に負極性に帯電させられるため、保持ローラ５に−３００Ｖ程度の電圧を印加することにより残留トナーはすべて保持ローラ５に回収される。このため感光体ドラム３上の露光位置には、トナーが一切存在しないのでメモリー画像や網点画像のザラツキ等の画質劣化は発生しない。このようにして形成された静電潜像は、現像器２により現像が行われる。すなわち、現像ギャップがトナー層より広く２００μｍに設定された現像ローラ２ａに、直流電圧−３００Ｖに振幅１５００Ｖ、周波数２ｋＨｚの交流成分を重畳した現像バイアスが印加され、これにより現像ローラ２ａに形成されたトナー層は現像領域で飛翔して静電潜像に付与され、感光体ドラム３上に形成された静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
【００３３】
このときの感光体ドラム３上での現像に供されるトナー量は０．９ｍｇ／ｃｍ2 程度で十分な濃度を確保できる。また、中間転写ベルト１１に対して適切な転写電圧を印加することにより高転写効率を得ることができる。従って、本実施の形態では１次転写ローラ６に転写電圧として−５００Ｖを印加した。このように中間転写ベルト１１に１次転写するのは、直接記録紙Ｐにトナー像を転写しないので記録紙Ｐの影響がなく高転写効率を保持できるからである。そして高転写効率を確保することにより、１次転写後の感光体ドラム３上に残留する残留トナーの量を少なくすることができる。これにより、残留トナーを回収するクリーナボックスを各画像形成ユニットごとに設けなくても、保持ローラ５だけで残留トナーを回収することが可能になるのである。
【００３４】
ここでＡ３サイズで通紙方向の印字長さを４０ｃｍとして、全面ベタ画像を転写した場合を考える。なお本実施の形態での転写効率は９０％である。前記したように現像に供されるトナーの量が０．９ｍｇ／ｃｍ2 、転写効率が９０％であるから、実際に現像に使用されるトナーの量は３２．４ｍｇ／ｃｍとなる。従って、感光体ドラム３上に残留する残留トナーの量は３．６ｍｇ／ｃｍとなる。そして、本実施の形態では保持ローラ５の外径をΦ１６ｍｍとしているから、保持ローラ５が回収すべきトナー量は０．７２ｍｇ／ｃｍ2 となり、また残留トナーの層は２層以下であることから保持ローラ５によって十分担持することができる。
【００３５】
そして、保持ローラ５に回収した残留トナーを非画像形成時に排出し処理する必要があるが、回収した残留トナーは、１次転写ローラ６による転写でトナー像を重ね合わす際、他の色成分のトナー像と接触するため若干なりとも混色している。このため、モノクロのクリーナレス画像形成装置のように現像器に戻すことができない。そこで、保持ローラ５から排出された残留トナーが現像位置に到達する前に、現像バイアスの交流成分をオフし直流成分のみに切り替えるという現像バイアス制御を行うこととしている。これにより、保持ローラ５から排出された残留トナーが、現像器２に回収されることなく、現像位置を通過することとなりトナーの混色が防止される。
【００３６】
このときの現像バイアス制御について図３のタイミングチャートを用いて説明する。時刻Ｔ1 以前においては、画像形成処理の状態にありレーザヘッド７による露光走査が行われ静電潜像が形成されて、現像器２では現像バイアスとして交流電圧Ｖ１が印加され現像が行われている。また、保持ローラ５には電圧Ｖ３が印加され１次転写後の残留トナーが回収されている。
【００３７】
そして時刻Ｔ1 において、保持ローラ５への印加電圧が電圧Ｖ４に切り替えられ、残留トナーの排出が開始される。また、時刻Ｔ1 から時間ｔ1 経過後の時刻Ｔ2 においては、レーザヘッド７による露光走査が終了する。ここで、時間ｔ1 は、感光体ドラム３上の任意の位置が保持ローラ５との対向位置から露光位置まで移動するのに要する時間である。すなわち、時刻Ｔ2 において、保持ローラ５から感光体ドラム３上に排出された残留トナーが、露光位置に到達する直前にレーザヘッド７による露光走査が終了するのである。これにより、レーザヘッド７による露光走査時に、感光体ドラム３上の露光位置に保持ローラ５から排出された残留トナーが存在することはなく、メモリー画像や網点画像のザラツキ等の画質劣化が防止される。
【００３８】
さらに、時刻Ｔ1 から時間ｔ2 経過後の時刻Ｔ3 においては、現像バイアスが交流電圧Ｖ１から直流電圧Ｖ２に切り替えられる。ここで、時間ｔ2 は、感光体ドラム３上の任意の位置が保持ローラ５との対向位置から現像位置まで移動するのに要する時間である。すなわち、時刻Ｔ3 において、保持ローラ５から感光体ドラム３上に排出された残留トナーが、現像位置に到達する直前に現像バイアスが交流電圧Ｖ１から直流電圧Ｖ２に切り替わるのである。これにより、保持ローラ５から排出された残留トナーが、現像器２に回収されることなく現像位置を確実に通過するので、トナーの混色が防止される。
【００３９】
このようにして現像位置を通り過ぎた保持ローラ５から排出された残留トナーは負極性に帯電している。その一方、１次転写ローラ６には−５００Ｖが印加されているから、残留トナーは中間転写ベルト１１に転写され、その後クリーニングブレード２２により除去され、クリーニングボックス２３内に収容される。
【００４０】
その後、時刻Ｔ4 において、保持ローラ５に印加される電圧が再び電圧Ｖ３に切り替わり、残留トナーの排出を終了し回収を開始する。また、時刻Ｔ4 から時間ｔ1 経過後の時刻Ｔ5 において、レーザヘッド７による露光走査が行われる。さらに時刻Ｔ5 から時間ｔ2 経過後の時刻Ｔ6 において、現像バイアスが直流電圧Ｖ２から交流電圧Ｖ１に切り替えられて、画像形成処理が再び行われる。そして上記の残留トナー処理が繰り返し実行されて、残留トナーが適切に処理される。これにより、各画像形成ユニットごとに残留トナーを回収するためのクリーニングボックスを設ける必要がなくなるから、クリーナレス化を達成できるのである。
【００４１】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る複写機１によれば、１次転写後に感光体ドラム３上に残留した残留トナーを一時的に保持する保持ローラ５を設け、所定のタイミングにて保持ローラ５からその残留トナーを排出し、中間転写ベルト１１上に設けられたクリーナボックス２３内に回収するようにしたことにより、高画質を維持しつつ各画像形成ユニット１０をクリーナレス構成とすることができ占有容積が小さくなるから、装置のコンパクト化が図られている。また、複写機１はタンデム式であるから、印字速度の高速化も図られている。さらに、接触式の帯電ブラシ４、転写ローラ６および１２を用いているのでオゾンの発生による環境汚染もない。
【００４２】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば上記第１の実施の形態では、現像器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋとしてジャンピング現像方式のものを使用しているが、一番最初に中間転写ベルト１１に対して１次転写が行われるイエロー成分については他の色成分と混色することはないので、接触現像方式とすることも可能である。また、保持ローラ５は帯電ブラシ４に対して上流側、下流側のどちら側に配置しても良く、さらに帯電ブラシ４と接触していても一体化されていてもよい。さらにまた、帯電ブラシ４の代わりに、フィルム、ブレード、ローラ等を、保持ローラ５の代わりに、ファイバーブラシ、磁気ブラシ、フィルム、ブレード等を用いることも可能である。なお、各画像形ユニットの配置順序や印加電圧値等は単なる例示であり、これらに限られないことは言うまでもない。
【００４３】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態に係る複写機３０は、図４に示すように、第１の実施の形態に係る複写機１と基本的構造を同じくするが、現像器３２およびクリーニングボックス３３の構成が少し異なる。すなわち、現像器として非磁性１成分球形トナー（平均粒径８μｍ）を収容する接触現像方法のものを用い、クリーニングボックス３３には回転ブラシ３４が備えられている。なお、第１の実施の形態として例示したものと同じものについては同符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
このような複写機３０のクリーナレス化された画像形成ユニットにおける感光体ドラム３上の残留トナーの処理について、図５を用いて詳細に説明する。なお、各画像形成ユニットはすべて同じ構成であるから、代表としてイエロー（Ｙ）の画像形成ユニット３Ｙを用いて説明する。
【００４５】
まず、帯電ブラシ４Ｙに−１２００Ｖを印加して感光体ドラム３Ｙの表面を約−７００Ｖに帯電させる。この際、１次転写後の残留トナーも同時に負極性に帯電させられるため、保持ローラ５Ｙに−３００Ｖ程度の電圧Ｖ３を印加することにより残留トナーはすべて保持ローラ５Ｙに回収される。このため感光体ドラム３Ｙ上の露光位置には、トナーが一切存在しないのでメモリー画像や網点画像のザラツキ等の画質劣化は発生しない。このようにして形成された静電潜像は、現像器２Ｙにより現像が行われる。すなわち、現像器２Ｙに対して現像バイアスＶｂが印加され、これにより現像スリーブ３５上に形成されたトナー層は現像領域で静電潜像へ付与される。これにより、感光体ドラム３Ｙ上に形成された静電潜像が現像されてトナー像が形成される。
【００４６】
このときの感光体ドラム３Ｙ上での現像に供されるトナー量は０．９ｍｇ／ｃｍ2 程度で十分な濃度を確保できる。また、中間転写ベルト１１に対して適切な転写電圧を印加することにより高転写効率を得ることができる。従って、本実施の形態では１次転写ローラ６Ｙに転写電圧として−５００Ｖを印加した。そして高転写効率を確保することにより、１次転写後の感光体ドラム３Ｙ上に残留する残留トナーの量を少なくすることが可能になる。
【００４７】
ところが、現像器３２Ｙにおいては現像スリーブ３５が感光体ドラム３Ｙと接触しているから、保持ローラ５Ｙから排出された残留トナーが現像器３Ｙに回収されてしまう。このため、一番最初に中間転写ベルト１１に１次転写を行うイエローの画像形成ユニットにおいては混色の問題は生じないが、イエロー（Ｙ）の次に配置されているマゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各画像形成ユニットでは他色との混色が問題となる。
【００４８】
そこで本実施の形態においては、球形トナーを用いることにより、転写効率をほぼ１００％とし、１次転写後に感光体ドラム３Ｙ上にトナーがほとんど残留しないようにしている。このため、残留トナーを保持ローラ５Ｙにて回収して現像器３Ｙのライフサイクルまで保持することが可能となる。そして、保持ローラ５Ｙに回収された残留トナーは、現像器２Ｙの交換時に保持ローラ５から排出され、中間転写ベルト１１を介して回転ブラシ３４を備えるクリーニングボックス３３に回収される。球形トナーを使用しているため、ブレードで中間転写ベルト１１上の残留トナーを除去するのが困難だからである。また、除去効率を高めるために、回転ブラシに直流成分が−５００Ｖの電圧に、交流成分として振幅１００Ｖ、周波数２ｋＨｚを重畳した電圧を印加している。これにより、中間転写ベルト１１上の残留トナーが確実に除去され、クリーニングボックス３３内に収容される。
【００４９】
前記したように本実施の形態ではトナーの球形化が必要であるため、トナー形状による画質劣化について調べた。その結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
表１から明らかなように、形状係数ＳＦが小さくなるにしたがって、画質劣化が顕著になる。そして、形状係数ＳＦが「０．９６」以上であれば画質劣化が生じずに高画質を確保できる。従って、球形トナーとして使用できるのは、形状係数ＳＦが「０．９６≦ＳＦ≦１．０」の条件を満たすトナーであり、より好ましくは形状係数ＳＦが限りなく「１．０」に近い方がよい。
【００５２】
以上、詳細に説明したように第２の実施の形態に係る複写機３０によれば、接触現像方式の現像器２に球形トナーを収容したことにより、ほぼ１００％の転写効率が得られる。これにより、１次転写後に感光体ドラム３上に残留する残留トナーは微量となるから、この残留トナーを保持ローラ５にて回収して現像器３のライフサイクルまで保持することが可能となり、トナーの混色も防止される。従って、高画質を維持しつつ各画像形成ユニットをクリーナレス構成とすることができその占有容積が小さくなるから、装置のコンパクト化が図られる。また、複写機１はタンデム式であるから、印字速度の高速化も図られている。さらに、接触式の帯電ブラシ４、転写ローラ６および１２を用いているのでオゾンの発生による環境汚染もない。
【００５３】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば上記第２の実施の形態では、帯電ブラシ４と保持ローラ５との配置位置を逆にしてもよい。中間転写ベルト１１を介しているため１次転写電圧を低く抑えられるから、感光体ドラム３Ｙ上の残留トナーの帯電極性が逆極性になる可能性が少ないため、保持ローラ５の回収能力が低下するおそれがほとんどないからである。また、残留トナーの保持手段として保持ローラ５を使用しているが、保持ローラ５を設けずに帯電ブラシ４に交流電圧を印加することにより、感光体ドラム３の帯電と残留トナーの回収を兼用させることも可能である。なお、各画像形ユニットの配置順序や印加電圧値等は単なる例示であり、これらに限られないことは言うまでもない。
【００５４】
最後に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態に係る複写機は、第２の実施の形態に係る複写機１と基本的構造を同じくし、クリーニングボックスの構成のみが異なる。すなわち図６に示すように、クリーニングボックス４３は、クリーニング回転ブラシ４４とクリーニングブレード４２とを備える。
【００５５】
この複写機でも第２の実施の形態と同様にして、感光体ドラム３上に形成されたトナー像は、感光体ドラム３と中間転写ベルト１１との各対向部において、１次転写ローラ６により、中間転写ベルト１１上に順次重ね転写される。その後、中間転写ベルト１１上に重ね転写されたトナー像は、２次転写ローラ１２との対向部へと搬送される。そして、給紙トレイ２１から給紙された記録紙Ｐに中間転写ベルト１１上のトナー像が２次転写ローラ１２により２次転写される。その後、トナー像が転写された記録紙Ｐは、定着ローラ１３に搬送されて、ここで加熱されて各色のトナー像が溶融してフルカラー画像にされるとともに、記録紙Ｐ上に定着される。
【００５６】
一方、中間転写ベルト１１への１次転写後に感光体ドラム３上に残留した残留トナーは保持ローラ５に、また保持ローラ５から排出された残留トナーおよび記録紙Ｐへの２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、クリーナボックス４３に回収される。
【００５７】
ここで、中間転写ベルト１１上に重ね転写されたトナー像を記録紙Ｐ上に２次転写する際の転写効率が著しく低くなると、回転清掃手段あるいは固定清掃手段のみだけでは十分にクリーニングすることができずに、画質劣化を引き起こす原因となってしまう。例えば、２次転写ローラ１２や中間転写ベルト１１の抵抗変化が大きい場合、記録体が非常に粗い場合等に２次転写効率が低下する。そこで本実施の形態に係る複写機では、クリーニング回転ブラシ４４とクリーニングブレード４２とを備えるクリーニングボックス４３を設けている。
【００５８】
そして、中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、まずクリーニングブレード４２によりその大半が機械的に除去され回収される。また、紙粉や異物等もクリーニングブレード４２により除去される。この際クリーニングブレード４２で除去しきれなかったトナーは、直流成分が−５００Ｖの電圧に、交流成分として振幅１００Ｖ、周波数２ｋＨｚを重畳した電圧が印加されているクリーニング回転ブラシ４４により機械的および電気的に除去され回収される。これにより、中間転写ベルト１１上に残留したトナーは確実に除去され、クリーニングボック４３内に回収される。従って、２次転写効率が低下して中間転写ベルト１１上に多くのトナーが残留した場合でも、そのトナーは確実に除去され画質劣化が防止される。
【００５９】
以上、詳細に説明したように第３の実施の形態に係る複写機によれば、２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは確実に除去され回収される。これにより、画質劣化が防止され高画質が維持される。また、各画像形成ユニットはクリーナレス構成で並列配置（タンデム式）されているから、コンパクト化および印字速度の高速化が図られている。さらに、接触式の帯電ブラシ４、転写ローラ６および１２を用いているのでオゾンの発生による環境汚染もない。
【００６０】
なお、本実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではない。従って本発明は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、中間転写ベルト１１に残留したトナーは両極性の帯電特性を有しているから、本実施の形態ではクリーニング回転ブラシ４４に対して交流成分を重畳した電圧を印加しているが、交流成分を重畳しなくても、以下に示す構成とすることにより同様の除去効果を得ることができる。
【００６１】
すなわち、第１の構成は図７に示すように、クリーニング回転ブラシ４４の上流側に２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーの帯電極性を、正規の極性（本実施の形態においては負極性となる）に帯電させるナイロンシート５２を設けている。また、クリーニング回転ブラシ４４には、直流電圧＋５００Ｖが印加されている。従って、２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、ナイロンシート５２を通過する際に、すべて正規の帯電極性である負極性に帯電させられるから、確実にクリーニング回転ブラシ４４に回収される。なお、クリーニング回転ブラシ４４の上流側に配置するものはナイロンシートに限られず、シリコンゴム等のようにトナーを正規の極性に帯電させるものであればよく、シートに限らずローラやブレード等で構成することも可能である。
【００６２】
また、第２の構成は図８に示すように、クリーニング回転ブラシ４４の上流側に導電性シート６２を設けている。そして、導電性シート６２には直流電圧−１０００Ｖを、クリーニング回転ブラシ４４には直流電圧＋５００Ｖを印加している。従って、２次転写後に中間転写ベルト１１上に残留したトナーは、導電性シート６２を通過する際に、すべて正規の帯電極性である負極性に帯電させられるから、確実にクリーニング回転ブラシ４４に回収される。なお、クリーニング回転ブラシ４４の上流側に配置するものはシート形状に限られずローラやブレード等としてもよい。
【００６３】
以上本発明の実施の形態について説明したが、上記実施の形態として例示した複写機は、各感光体ドラムに形成されたトナー像を中間転写ベルトに重ね転写し、さらに中間転写ベルト上のトナー像を記録紙に転写させるものであるが、本発明は各感光体ドラムに形成されたトナー像を直接記録体に順次重ね転写する複写機等にも適用できることは言うまでもない。
【００６４】
【発明の効果】
以上、説明した通り本発明のカラー画像形成装置によれば、転写後に像担持体上に残留した残留トナーを一時的に保持するトナー保持手段を設け、所定のタイミングにてトナー保持手段からその残留トナーを排出し、中間転写体上に設けられた回収手段内に回収するようにしたことにより、高画質を維持しつつ各画像形成ユニットをクリーナレス構成とすることができた。そして、これらの各画像形成ユニットを連続的に並列配置し、接触式の帯電手段、転写手段を用いたことにより、高画質を維持しつつ印字速度の高速化およびコンパクト化が図られ、かつ対環境性に優れたカラー画像形成装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る複写機の全体構成を示した図である。
【図２】画像形成ユニットの構成を示した図である。
【図３】画像形成処理制御のタイミングチャート図である。
【図４】第２の実施の形態に係る複写機の全体構成を示した図である。
【図５】画像形成ユニットおよびクリーナボックスの構成を示した図である。
【図６】第３の実施の形態に係る複写機におけるクリーナボックスの構成を示した図である。
【図７】第３の実施の形態に係る複写機におけるクリーナボックスの第１の変形例を示した図である。
【図８】第３の実施の形態に係る複写機におけるクリーナボックスの第２の変形例を示した図である。
【図９】従来のカラー画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１，３０複写機
２，３２現像器
３感光体ドラム
４帯電ブラシ
５保持ローラ
６１次転写ローラ
７レーザヘッド
１０画像形成ユニット
１１中間転写ベルト
１２２次転写ベルト
１３定着ローラ
２０搬送部
２１給紙トレイ
２２クリーニングブレード
２３，３３，４３クリーナボックス

Claims

像担持体と、前記像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成する現像手段とを有し連続的に並設された複数の画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットごとに形成されたトナー像が順次重ね転写される中間転写体と、
前記中間転写体に重ね転写されたトナー像を記録体に転写する転写手段とを有するカラー画像形成装置において、
前記画像形成ユニットの少なくとも１つは、
ジャンピング現像方式の現像手段を備えるクリーナレス画像形成ユニットであり、
前記中間転写体への転写後に前記像担持体上に残留した残留トナーを一時的に保持するとともに所定のタイミングにて保持している残留トナーを排出するトナー保持手段と、
前記トナー保持手段から排出された残留トナーを回収する回収手段とを有し、
前記回収手段は、前記中間転写体もしくは前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段のいずれかであることを特徴とするカラー画像形成装置。
像担持体と、前記像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成する現像手段とを有し連続的に並設された複数の画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットごとに形成されたトナー像が順次重ね転写される中間転写体と、
前記中間転写体に重ね転写されたトナー像を記録体に転写する転写手段とを有するカラー画像形成装置において、
前記トナーは、０．９６≦（形状係数）≦１．０の条件を満たし、
前記画像形成ユニットは、接触現像方式の現像手段を備えるクリーナレス画像形成ユニットであり、
前記中間転写体への転写後に前記像担持体上に残留した残留トナーを一時的に保持するとともに所定のタイミングにて保持している残留トナーを排出するトナー保持手段と、
前記トナー保持手段から排出された残留トナーを回収する回収手段とを有し、
前記回収手段は、前記中間転写体もしくは前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段のいずれかであることを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項１に記載するカラー画像形成装置において、
前記トナー保持手段から排出された残留トナーが前記像担持体上の露光位置および現像位置に存在する場合には画像形成処理が実行されないように画像形成プロセス制御が行われることを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つのカラー画像形成装置において、
前記回収手段は、前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段であり、
前記清掃手段は、回転清掃手段と固定清掃手段とを有することを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項１から請求項３に記載するいずれか１つのカラー画像形成装置において、
前記回収手段は、前記中間転写体に接触して設けられた清掃手段であり、
前記清掃手段の上流側に前記トナー保持手段から排出された残留トナーを正規の極性に再帯電させる荷電手段を有することを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項５に記載するカラー画像形成装置において、
前記荷電手段は、帯電系列において前記トナー保持手段から排出された残留トナーに対し正側にある材質で形成されていることを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項５に記載するカラー画像形成装置において、
前記荷電手段は、導電性部材で形成され正規の帯電極性と同じ極性の電圧が印加されていることを特徴とするカラー画像形成装置。
請求項１に記載するカラー画像形成装置において、
前記トナー保持手段から排出された残留トナーが前記現像手段と前記像担持体とが対向する位置に到達する直前に、前記現像手段に印加する交流バイアスを直流バイアスに切り換えることを特徴とする画像形成装置。