JP4490373B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式により画像を形成する画像形成装置に関し、特に、クリーニングブレードによって感光体をクリーニングするブレード方式の画像形成装置に関する。

複写装置、ファクシミリ装置及びプリンタ装置等の画像形成装置は、感光体と、前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、前記露光装置で形成した静電潜像をトナーで現像する現像装置と、前記現像装置で現像したトナー像を直接転写方式又は中間転写方式で転写材に転写する転写装置と、この転写後に前記感光体に残留するトナーを除去することによって前記感光体をクリーニングするクリーニング装置とを備えて構成される。直接転写方式は、感光体上のトナー像を転写材に直接転写して転写材に画像を形成する方式であり、間接転写方式は、感光体上のトナー像を中間転写体上に一旦転写（１次転写）し、これをさらに転写材に２次転写して転写材に画像を形成する方式である。

上記クリーニング装置は、ブラシ方式及びローラ方式等の様々な方式が開発されているが、感光体等の被清浄体との密着性が高く良好なクリーニング性能を得やすいブレード方式が知られている。

図７は、ブレード方式を説明するための図である。図７において、ブレード方式では、板状のクリーニングブレード１００２が、その先端のブレード刃が若干弾性変形した状態でクリーニングすべき感光体ドラム１００１の周面に当接されるように配置される。このような状態において、転写されずに感光体ドラム１００１に残留したトナー（残留トナー）１００５、１００６は、感光体ドラム１００１の回転に伴ってクリーニングブレード１００２に到達し、衝突する。この衝突によりトナー１００５、１００６表面に付着処理してあるシリカや金属酸化物等の微粉な外添剤１００７がトナー１００５、１００６から脱離する。脱離した外添剤１００７は、感光体ドラム１００１が回転を続けているので、ブレードニップ１０１１中やブレードニップ入り口付近１０１２に堆積し、外添剤層１０２１を形成する。この外添剤１００７は、ブレードニップ１０１１内で感光体ドラム１００１とクリーニングブレード１００２との間における潤滑剤として機能すると共に、ブレードニップ入り口付近１０１２に堆積することによってトナー１００５、１００６のブレードニップ１０１１への進入を阻止する。トナー１００５、１００６は、外添剤層１０２１によってブレードニップ１０１１への進入が阻止され、堆積し、トナー層１０２２を形成する。トナー層１０２２では、ブレードニップ１０１１に近くなるほど小さな粒径が堆積するため、ブレードニップ入り口付近１０１２から順に小径トナー１００６の小径トナー層１０１３及び大径トナー１００５の大径トナー層１０１４が形成される。このトナー層１０２２が形成されることによって感光体ドラム１００１がクリーニングされる。そして、このトナー層１０２２が成長して大きくなると感光体ドラム１００１から剥がれ落ちて除去される。

一方、近年では、より高画質な画像を形成するために、トナーの小径化が進んでいる。トナーを小径にしていくとトナーの流動性が低下して緻密で均一な画像が得られない場合があることから、流動性の低下を防止するため、トナーの形状を球形にすることが行われている。小径トナーの製造方法は、懸濁重合法、乳化重合法及び分散重合法等の様々な重合法が開発されており、粒径分布が非常にシャープで且つ真球度が高いため、より緻密で均一な画像が得られる。

このような球形トナーをクリーニングする場合、上記ブラシ方式やローラ方式は、トナーが球形であるがゆえに、その表面に引っかかりがなく、残留トナーを充分に除去することが難しい。また、ブレード方式は、感光体とクリーニングブレードとの当接部における間隙から球形トナーがすり抜けてしまう場合があり、残留トナーを充分に除去することができない場合がある。特に、球形トナーの粒径が小さくなるほどすり抜け易い。

ブレード方式では、外添剤層１０２１及びトナー層１０２２の強固さがクリーニング性能に影響を与える。言い換えると、次から次へと残留トナーが衝突しても、外添剤層１０２１及びトナー層１０２２が崩れず、押し込まれずに残留トナーをブロックすることがクリーニング性能に影響を与える。外添剤層１０２１及びトナー層１０２２の強固さは、トナーにおいては球形よりも不定形の方が強く、形状が同じであれば粒径が大きい方が強く、また、凝集性の高い外添剤を処理したトナーの方が強い。

そこで、トナーに球形トナーだけでなく不定形トナーを用いることでブレード方式のクリーニング性能を向上させることが行われており、特許文献１では、不定形トナーを収容した現像器と、球形トナーを収容した現像器とを備え、球形トナーに対する潜像パターンの先端より前の非画像領域に潜像パターンを常に形成してこれを不定形トナーで現像するなどにより、球形トナーよりも先に不定形トナーがクリーニングユニットに到達するように画像形成装置を構成することで、良好なクリーニング性能を得ている。
特開平８−２５４８７３号公報

ところで、前記特許文献１に開示の画像形成装置では、球形トナーに対する潜像パターンごとにその先端より前の非画像領域に潜像パターンを形成してこれを不定形トナーで現像しているため、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費が増大するという不都合がある。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、クリーニング性能を維持しつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を背景技術に較べて低減することができるブレード方式の画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。即ち、本発明に係る一態様では、感光体に形成された静電潜像を不定形トナー及び球形トナーで現像してトナー像を形成し、前記トナー像を中間転写方式で転写材に転写して画像を形成する画像形成装置において、クリーニングブレードによって前記感光体をクリーニングするクリーニング装置と、前記転写材に形成しようとする画像における前記球形トナーの印字率に対する前記不定形トナーの印字率の比率が０．２以下である場合に、前記クリーニング装置に到達する不定形トナーのトナー量が前記クリーニング装置に到達する球形トナーのトナー量と略同等以上の所定量となるように、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御する制御部とを備え、最初に前記不定形トナーが前記クリーニング装置に到達するように、前記感光体に形成された前記静電潜像を最初に前記不定形トナーで現像することを特徴とする。

この構成によれば、制御部は、前記転写材に形成される画像における前記球形トナーの印字率に対する前記不定形トナーの印字率の比率が０．２以下である場合に、前記クリーニング装置に到達する不定形トナーのトナー量が前記クリーニング装置に到達する球形トナーのトナー量と略同等以上の所定量となるように、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御し、そして、クリーニング装置に、まず、不定形トナーの残留トナーが到達し、球形トナーに較べて強固な外添剤層及びトナー層が形成される。このため、不定形トナーの現像後に現像される球形トナーの残留トナーは、この不定形トナーによる強固な外添剤層及びトナー層によってクリーニングされるので、クリーニング性能を維持しつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を低減することができる。

ここで、不定形トナーは、例えば粉砕法で製造したトナーのように、種々の形状を有するトナーであり、突起や稜角等を有するものである。球形トナーは、例えば重合法で製造したトナーのように、高い真球度を有するものである。

そして、上述の画像形成装置において、前記制御部は、現像バイアスの電位及び転写バイアスの電位を制御することにより、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御することを特徴とする。

この構成によれば、制御部は、クリーニング装置に到達する不定形トナーのトナー量が所定量となるように、転写材に形成した画像における不定形トナーの印字率及び球形トナーの印字率に基づいて現像バイアスの電位及び転写バイアスの電位を制御することによりトナー像における不定形トナーのトナー量を制御するので、クリーニング性能を維持しつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を低減することができる。

また、上述の画像形成装置において、前記トナー像は、複数の色から成り、前記不定形トナーは、ブラックのトナーであり、前記球形トナーは、ブラック以外の色のトナーであることを特徴とする。

この構成によれば、クリーニング性能を維持しつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を低減することができ、そして、不定形トナーがブラックのトナーであり、球形トナーがブラック以外の色のトナーであるので、高精細なカラー画像も形成することができる。

さらに、上述の画像形成装置において、前記制御部は、前記画像がカラー画像である場合に、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御することを特徴とする。

この構成によれば、前記制御部は、前記画像がカラー画像である場合に、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御するので、前記画像がカラー画像である場合に、クリーニング性能を維持しつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を低減することができる。

このような構成のブレード方式の画像形成装置は、クリーニング性能を維持しつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を背景技術に較べて低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
（実施形態の構成）
本発明は、複写装置、ファクシミリ装置及びプリンタ装置等の画像形成装置に適用されるが、一例として、本発明をプリンタ装置に適用した場合について以下に説明する。

図１は、実施形態に係るプリンタ装置の概略構成を示す図である。図２は、実施形態に係るプリンタ装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。

図１及び図２において、プリンタ装置Ａは、用紙貯留部１０と、転写部２０と、定着部３０と、排紙部４０と、用紙搬送路５０と、入力操作部６０と、インタフェース部７０と、制御部８０とを備え、用紙貯留部１０、転写部２０、定着部３０、用紙搬送路５０、インタフェース部７０及び制御部８０は、装置本体１に内装され、排紙部４０は、装置本体１の頂部に設けられ、入力操作部６０は、装置本体１の頂部一方斜面に設けられている。

用紙貯留部１０は、印刷処理に供する転写材の一例としての用紙Ｐを貯留し、制御部８０の制御により用紙Ｐを繰り出て給紙するものである。用紙貯留部１０には、所定数（本実施形態では１つ）の用紙カセット１１が装置本体１に対して挿脱自在に設けられている。用紙カセット１１の上流端（図１に示す例では右方）には、用紙束ＲＰから１枚ずつの用紙Ｐを繰り出させるピックアップローラ１２が設けられている。このピックアップローラ１２の駆動によって用紙カセット１１から繰り出された用紙Ｐは、用紙搬送路５０に給紙されるようになっている。

転写部２０は、制御部８０の制御により、コンピュータ等からインタフェース部７０で受信した画像信号に基づき、用紙貯留部１０に貯留された用紙束ＲＰから繰り出された１枚ずつの用紙Ｐに対して画像の転写処理を施すものである。転写部２０は、前後方向（図１の紙面と直交する方向）に延びるドラム軸回りに回転可能に設けられた感光体ドラム（像担持体）２１、当該感光体ドラム２１の周面に沿うように当該感光体ドラム２１の直上位置から、当該感光体ドラム２１の回転方向である反時計方向に向けて、帯電ローラ２２、露光装置２３、現像装置２４、転写装置２５及びクリーニング装置２６が配設されて構成されている。

感光体ドラム２１は、周面に静電潜像及びこの静電潜像に従ったトナー像（可視像）を形成させるためのものである。本実施形態では、感光体ドラム２１は、周面にアモルファスシリコン層が積層されたアモルファスシリコン感光体ドラムであり、そのアモルファスシリコン層は、導電性基体上にＳｉ：Ｈ：Ｂ：Ｏ等から成るキャリア注入阻止層、Ｓｉ：Ｈ等から成るキャリア励起・輸送層（光導電層）、ＳｉＣ：Ｈ等から成る表面保護層が順次積層されている。

帯電ローラ２２は、ドラム軸回り反時計方向に回転している感光体ドラム２１の周面に一様な電荷を形成させるものであり、周面が感光体ドラム２１の周面と当接しながら従動回転しつつ当該感光体ドラム２１へ電荷を付与するようになっている。

露光装置２３は、画像データに基づき強弱の付与されたレーザ光を回転している感光体ドラム２１の周面に照射し、当該感光体ドラム２１の周面に静電潜像を形成するものである。帯電した感光体ドラム２１の周面にレーザ光を照射すると、その照射された部分の電荷がレーザ光の強度に応じて消去し、これによって当該感光体ドラム２１の周面に静電潜像が形成される。画像データは、インタフェース部７０で受信されたコンピュータ等の外部機器からの画像信号に公知の色補正処理等の処理を施すことによって制御部８０が生成した現像色のブラック（Ｂｋ）、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の画像データである。

現像装置２４は、感光体ドラム２１の周面にトナー（現像剤）を供給することによって周面の静電潜像が形成された部分にトナーを付着させ、これによって感光体ドラム２１の周面にトナー像を形成するものである。現像装置２４は、カラーに対応するために、ブラック、イエロー、マゼンダ、シアンの各色のトナーを収容した４つの現像器２４１Ｋ、２４１Ｙ、２４１Ｍ、２４１Ｃと、これら４つの現像器２４１Ｋ、２４１Ｙ、２４１Ｍ、２４１Ｃが装着されたロータリラック２４２とを備えて構成される。ロータリラック２４２は、図示しない回転手段により回転軸２４３を中心に時計方向に回転しながら４つの現像器２４１Ｋ、２４１Ｙ、２４１Ｍ、２４１Ｃを感光体ドラム２１に対向する現像位置に順に移動し、現像バイアスが印加されることにより、４つの現像器２４１Ｋ、２４１Ｙ、２４１Ｍ、２４１Ｃに現像を行わせる。ブラックの現像器２４１Ｋ、イエローの現像器２４１Ｙ、マゼンダの現像器２４１Ｍ、及び、シアンの現像器２４１Ｃは、反時計回りにこの順で周方向に約９０度の間隔で並べて保持され、配置されている。本実施形態に係る画像形成装置では、ブラックのトナーは、不定形トナーであり、イエロー、マゼンダ、シアンのブラック以外の色の各トナーは、球形トナーである。

転写装置２５は、感光体ドラム２１のトナー像を用紙Ｐに転写するための装置であって、中間転写ベルト２５１、一次転写ローラ２５２、２５３、駆動ローラ２５４、二次転写対向ローラ２５５及び二次転写ローラ２５６を備えている。中間転写ベルト２５１は、無端状であり、一次転写ローラ２５２、２５３、駆動ローラ２５４及び二次転写対向ローラ２５５により張架されており、駆動ローラ２５４の回転駆動力により時計方向に回転可能となっている。二次転写ローラ２５６は、中間転写ベルト２５１の外周面において二次転写対向ローラ２５５に対向する位置に配置されている。

駆動ローラ２５４は、接地されており、一次転写ローラ２５２、２５３は、トナー像が感光体ドラム２１から中間転写ベルト２５１へ一次転写される間、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が一次転写バイアスとして印加されるようになっている。また、二次転写対向ローラ２５５は、接地されており、二次転写ローラ２５６は、中間転写ベルト２５１上のトナー像が用紙Ｐへ二次転写される間、トナーの帯電極性と逆極性の電圧が二次転写バイアスとして印加されるようになっている。このように本実施形態に係るプリンタ装置Ａは、間接転写方式が採用されている。

クリーニング装置２６は、転写処理後の感光体ドラム２１の周面に残留しているトナーを取り除いて清浄化するためのものである。クリーニング装置２６は、クリーニングブレード２６１と、クリーニングローラ２６２と、スクレーパ板２６３と、排出スクリュー２６４とを備えている。クリーニングブレード２６１は、感光体ドラム２１の周面に向けて先下がりに傾斜して配置されており、若干弾性変形した状態でその先端のブレード刃が感光体ドラム２１の周面に当接されるようになっている。より具体的には、クリーニングブレード２６１は、硬度７７度のウレタンゴムを線圧４８Ｎ／ｍで感光体ドラム２１に圧接している。クリーニングローラ２６２は、その周面が感光体ドラム２１の周面と当接するように、クリーニングブレード２６１の上流側に配置されており、その回転方向が制御部８０によって後述のように制御されている。スクレーパ板２６３は、クリーニングローラ２６２からトナーをより確実に剥離するための部材であり、その一方端がクリーニングローラ２６２の周面にその接線方向で当接するように配設されており、そして、この剥離したトナーが排出スクリュー２６４に運ばれるように、その他方端が排出スクリュー２６４の周面上となるように配置されている。排出スクリュー２６４は、クリーニングブレード２６１及びクリーニングローラ２６２によって感光体ドラム２１から除去された残留トナーを装置本体１内に設けられた図略の回収ボトルへ排出する。このクリーニング装置２６によってクリーニングされた感光体ドラム２１の周面は、次の画像形成処理のために再び帯電ローラ２２へ向かうことになる。

定着部３０は、制御部８０の制御により、転写部２０によって転写処理の施された用紙Ｐのトナー像に、加熱による定着処理を施すものであり、内部に通電発熱体が装着されたヒートローラ３１と、このヒートローラ３１の下部で周面同士が対向配置された加圧ローラ３２とを備えている。そして、転写処理後の用紙Ｐは、ローラ軸回りに時計方向に向けて駆動回転しているヒートローラ３１と、ローラ軸回りに反時計方向に向けて従動回転している加圧ローラ３２との間のニップ部を通過することによって、ヒートローラ３１からの熱を得て定着処理が施されるようになっている。定着処理の施された用紙Ｐは、用紙搬送路５０によって排紙部４０へ排出される。

排紙部４０は、定着部３０で定着処理の施された用紙Ｐが排紙され、この排紙された用紙Ｐを貯留するものである。排紙部４０は、装置本体１の頂部が凹没されることによって形成され、この凹没した凹部の底部に排紙された用紙Ｐを受ける排紙トレイ４１が形成されている。

用紙搬送路５０は、制御部８０の制御により、用紙貯留部１０から給紙された用紙Ｐを転写部２０及び定着部３０を介して排紙部４０まで搬送するものである。

入力操作部６０は、ユーザの種々の操作指令を受け付けプリンタ装置Ａに入力するためのものであり、操作ボタンや表示パネル等を備えて構成される。表示パネルには、例えば、操作指令やプリンタ装置Ａの状態等が表示される。

インタフェース部７０は、コンピュータ等の外部機器にＬＡＮ（Local Area Network）等を介して接続され、外部機器との間で種々の信号を送受信するものであり、例えば、ネットワークインタフェース（１０／１００Ｂａｓｅ−ＴＸ）等が用いられる。

制御部８０は、用紙貯留部１０、転写部２０、定着部３０、用紙搬送路５０、入力操作部６０及びインタフェース部７０等に接続され、これらを当該機能に従って制御することにより、プリンタ装置Ａの各部の制御を司るものである。そして、制御部８０は、機能的に、カラー画像かモノクロ画像かの別を識別する画像種類識別部８０１と、球形トナーの印字率Ｒｃに対する不定形トナーの印字率Ｒｂｋの比率（＝（不定形トナーの印字率Ｒｂｋ）／（球形トナーの印字率Ｒｃ））であるトナー比率Ｒｔを計算するトナー比率計算部８０２と、トナー比率Ｒｔに応じて現像条件及び転写条件を設定する設定部８０３とを備え、クリーニング装置２６に到達する不定形トナー（本実施形態ではブラックのトナー）のトナー量が所定量となるように、用紙Ｐに形成した画像における不定形トナーの印字率Ｒｂｋ及び球形トナー（本実施形態ではイエロー、マゼンダ及びシアンの各トナー）の印字率Ｒｃに基づいてトナー像における不定形トナーのトナー量を制御する。制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵによって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵのいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Random Access Memory）及びその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータによって構成される。

このような構成のプリンタ装置Ａに用いられる上記不定形トナーは、例えば粉砕法により製造可能である。より具体的には、まず、ポリエステル系樹脂にカーボンブラックを５重量部及び帯電制御剤（ＣＣＡ）としてニグロシンＮ２１（オリエント化学）を混合し、２本ロール混練機によって１００℃で３０分混練する。次に、この混練りしたものを粗粉砕した後、衝突板方式のジェット気流粉砕機で微粉砕する。この微粉砕された粉体をターボクラシファイアーで分級して、体積平均粒径６．８μｍの粉体を得る。この粉体に疎水性シリカ粉末を１．５重量部加え、ヘンシェルミキサーにて混合することにより不定形トナーを得ることできる。吸引法による帯電量は、約プラス１２μＣ／ｇであった。

また、上記球形トナーは、例えば重合法により製造可能である。より具体的には、まず、スチレン８０重量部、２-エチルヘキシルメタクリレート２０重量部、着色剤５重量部及び低分子量ポリプロピレン３部、電荷制御剤（４級アンモニウム塩）２部、ジビニルベンゼン（架橋剤）１部の混合溶液に重合開始剤２，２-アゾビス（２，４-ジメチルバレロニトリル）２重量部を加え、それを精製水４００重量部に加え、更に懸濁安定剤として第三リン酸カルシウム５重量部とドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．１重量部を加え、ＴＫホモミキサ（特殊機化工業社製）を用いて、回転数７０００ｒｐｍで２０分間攪拌し、窒素雰囲気下、７０℃、１００ｒｐｍで１０時間重合反応させ、体積平均粒径６．８μmの粉体を得る。この粉体に疎水性シリカ粉末を１．５重量部加え、ヘンシェルミキサーにて混合することにより体積平均粒径６．８μｍの球形トナーを得ることができる。電荷制御剤は、ボントロンＮ−０７(正帯電性)でも良い。着色剤（顔料）としては、黒色（ＢＫ）ではカーボンブラックが用いられ、イエロー顔料ではＣ.Ｉ.ピグメントイエロー７４、１８０等が用いられ、マゼンタ顔料ではＣ.Ｉ.ピグメントレッド５７、１２２、２３８等が用いられ、シアン顔料ではＣ.Ｉ.ピグメントブルー１５：１、１５：３等が用いられる。それぞれの帯電量は、大差なく、吸引法で、イエロー（Ｙ）が約プラス３２μＣ/ｇであり、マゼンタ（Ｍ）が約プラス３１μＣ/ｇであり、そして、シアン（Ｃ）が約プラス３３μＣ/ｇであった。

次に、本発明を為すに当たり行った実験について説明する。
（実験内容）
図３は、クリーニング装置に到達する不定形トナーの残留トナーのトナー量を制御しない場合におけるクリーニング装置における残留トナーの擦り抜け状態を示す図である。図４は、クリーニング装置に到達する不定形トナーの残留トナーのトナー量を制御する場合におけるクリーニング装置における残留トナーの擦り抜け状態を示す図である。

発明者らは、図１に示すプリンタ装置Ａにおいて、後述の本発明に係るカラー画像の形成動作をしないで、即ち、制御部８０がクリーニング装置２６に到達する不定形トナーのトナー量が所定量となるように、用紙Ｐに形成した画像における不定形トナーの印字率及び球形トナーの印字率に基づいてトナー像における不定形トナーのトナー量を制御しないで、上記トナー比率Ｒｔを種々に変え、残留トナーの擦り抜けの有無を調べたところ、図３に示す実験結果を得た。

なお、不定形トナー（ブラックのトナー）の場合、現像装置２４の現像器２４１Ｋにおける現像ローラと感光体ドラム２１との距離Ｄｓは、３００μｍであり、そして、現像バイアスのＡＣは、周波数２．４ｋＨｚ、Ｖｐｐ１．６ｋＶの矩形波でデューティ比が３５％である。球形トナー（イエロー、マゼンダ、シアン）の場合、現像装置２４の現像器２４１Ｙ、２４１Ｍ、２４１Ｃにおける現像ローラと感光体ドラム２１との距離Ｄｓは、１５０μｍであり、そして、現像バイアスのＤＣは、＋２００Ｖであり、現像バイアスのＡＣは、周波数２．５ｋＨｚ、Ｖｐｐ１．５ｋＶの矩形波でデューティ比が３０％である。

また、一次転写バイアスを＋８００Ｖに設定したところ、一次転写効率は、不定形トナーが８０％で球形トナーが全て９５％であった。二次転写効率は、全て９０％であった。転写効率は、（転写されるトナー量）／（現像されたトナー量）×１００である。このような転写効率の下において、用紙Ｐへの不定形トナーの最大付着量と球形トナーの最大付着量とを等しくするためには、不定形トナーの感光体ドラム２１への現像量と球形トナーの感光体ドラム２１への現像量を調整する必要がある。全面ベタ画像（印字率が１００％）の用紙Ｐへの付着量をＡとし、一次転写効率をαとし、二次転写効率をβとすると、現像量は、Ａ／α／βであるから、不定形トナーの現像量は、Ａ／０．９／０．８＝１．３９×Ａであり、一色の球形トナーの現像量は、Ａ／０．９／０．９５＝１．１７×Ａである。このように用紙Ｐへの不定形トナーの最大付着量と球形トナーの最大付着量とを等しくなるように設定すると、不定形トナーにおける現像バイアスのＤＣは、＋１９０Ｖとなった。

トナーの擦り抜けの有無は、クリーニング装置２６を通過後の感光体ドラム２１の表面にテープを貼り、テープに残留トナーが付着しているか否かを目視によって判断した。図３の実験結果において、×印で示されるトナー擦り抜け状態は、残留トナーがクリーニング装置２６を擦り抜け、この擦り抜けた残留トナーが用紙Ｐに転写された状態であり、△印で示されるトナー擦り抜け状態は、残留トナーがクリーニング装置２６を擦り抜けるが、この擦り抜けた残留トナーが用紙Ｐに転写されない状態であり、○印で示されるトナー擦り抜け状態は、残留トナーがクリーニング装置２６を擦り抜けない状態である。

この実験結果から図１に示すプリンタ装置Ａでは、本発明に係るカラー画像の形成動作をしない場合、トナー比率Ｒｔが０．２０以下で残留トナーの擦り抜けが生じることから、トナー比率Ｒｔが０．２０以下になった場合に、不定形トナー（ブラックのトナー）における残留トナーのトナー量を増やせばよい。

不定形トナーにおける残留トナーのトナー量の増量は、不定形トナーの用紙Ｐへの付着量が増減しないように、即ち、不定形トナーの感光体ドラム２１への現像量を増量し、一次転写効率を下げることによって、この増量分の不定形トナーが残留トナーとなってクリーニング装置２６に到達するようにすればよい。

ここで、不定形トナーにおける残留トナーのトナー量の増量分を設定するに当たり、発明者らは、クリーニング装置２６に到達する、球形トナーのトナー量に対する不定形トナーのトナー量の比率（以下、「残留トナー比率」と呼称する。）を種々に変え、残留トナーの擦り抜けの有無を調べたところ、残留トナー比率が略１以上で、即ち、不定形トナーの残留トナーのトナー量が球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等以上で残留トナーの擦り抜けが無く、良好なクリーニング性能が得られることを見出した。このため、不定形トナーの残留トナーのトナー量は、球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等以上にすればよい。このようなトナー量の残留トナーが生じるように、現像バイアスの電位を制御することによって不定形トナーの現像量を増量し、一次転写バイアスの電位を制御することによって、一次転写効率を下げればよい。

このような考えに基づいて、図１に示すプリンタ装置Ａにおいて、図３に示すトナーの擦り抜けが認められたトナー比率Ｒｔ＝０．０５、０．１０、０．１５、０．２０について、図４に示すように、現像バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位を＋１４０Ｖ、−８００Ｖ；＋２５０Ｖ、＋６８０Ｖ；＋２２０Ｖ、＋７３０Ｖ；＋２０３Ｖ、＋７７０Ｖにそれぞれ制御したところ、図４に示すように、トナー比率Ｒｔ＝０．０５、０．１０、０．１５、０．２０でもトナーの擦り抜けが生じず、クリーニング性能が向上した。

例えば、現像バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位を制御しない場合（即ち、図３の場合）、Ｒｔ＝０．１０の条件では、クリーニング装置２６に到達する残留トナーのトナー量は、不定形トナーがＡ／０．９／０．８×（１−０．８）＝０．２８×Ａであり、球形トナーが１０×Ａ／０．９／０．９５×（１−０．９５）＝０．５８×Ａである。一方、図４に示すように、現像バイアスの電位を＋２５０Ｖにすることによって不定形トナーの現像量を約１．２倍に増量し、一次転写バイアスの電位を＋６８０Ｖにすることによって一次転写効率を６７％に下げる。これによってクリーニング装置２６に到達する不定形トナーの残留トナーのトナー量は、１．３９×Ａ×１．２×（１−０．６７）＝０．５６×Ａとなり、球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等になる。この結果、クリーニング装置２６における残留トナーの擦り抜けが生じず、クリーニング性能が向上した。

上記実験結果に基づき、次に、本実施形態に係るプリンタ装置Ａの画像形成動作について説明する。
（実施形態の動作）
図５は、実施形態に係るプリンタ装置の画像形成動作を示すフローチャートである。図５において、まず、ステップＳ１１で画像データが入力される。次に、ステップＳ１２で制御部８０の画像種類識別部８０１によって画像データに基づき画像がカラー画像であるかモノクロ画像であるかの別が識別され、画像の種類が判断される。この判断の結果、カラー画像である場合（カラー）では、ステップＳ１３が実行され、モノクロ画像である場合（モノクロ）では、ステップＳ２１が実行される。

ステップＳ１３において、制御部８０のトナー比率計算部８０２によって、入力された画像データからトナー比率Ｒｔが計算される。次に、ステップＳ１４において、制御部８０の設定部８０３によって、ステップＳ１３で計算したトナー比率Ｒｔが０．２以下であるか否かが判断される。この判断の結果、トナー比率Ｒｔが０．２以下である場合（Ｙｅｓ）では、ステップＳ１５が実行され、トナー比率Ｒｔが０．２より大きい場合（Ｎｏ）では、ステップＳ２１が実行される。

ステップＳ１５において、制御部８０の設定部８０３によって、転写部２０の現像バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位が例えば図４に示すように設定され、現像条件及び転写条件が設定される。このような現像条件及び転写条件の設定を行うために、例えば、制御部８０のＲＯＭ等に、トナー比率Ｒｔと現像条件及び転写条件との対応関係を示すルックアップテーブルが予め記憶される。そして、この設定された現像条件及び転写条件で、ステップＳ１６において、後述のカラー画像の形成動作が実行される。

また、ステップＳ２１において、制御部８０の設定部８０３によって、転写部２０の現像バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位が通常の条件、例えば上述では、不定形トナー（ブラックのトナー）の場合、現像バイアスのＤＣが＋１９０Ｖであり、現像バイアスのＡＣが周波数２．４ｋＨｚ、Ｖｐｐ１．６ｋＶの矩形波でデューティ比が３５％であり、一次転写バイアスのＤＣが＋８００Ｖである。球形トナー（イエロー、マゼンダ、シアン）の場合、現像バイアスのＤＣが＋２００Ｖであり、現像バイアスのＡＣが周波数２．５ｋＨｚ、Ｖｐｐ１．５ｋＶの矩形波でデューティ比が３０％であり、一次転写バイアスのＤＣが＋８００Ｖである。そして、この設定された現像条件及び転写条件で、ステップＳ１６において、後述のカラー画像の形成動作が実行される。

上記カラー画像の形成動作をさらに説明すると、まず、帯電ローラ２２によって感光体ドラム２１に帯電が行われた後、現像装置２４のロータリラック２４２は、その中心部に設けられている回転軸２４３を中心に回転する。そして、ロータリラック２４２は、最初色であるブラックに対応した現像器２４１Ｋが感光体ドラム２１に対向する位置である現像位置に停止する。この状態で、ブラックに対応した露光が露光装置２３によって行われ、ブラックに対応した静電潜像が感光体ドラム２１の表面に形成される。この静電潜像は、トナー比率Ｒｔに応じた不定形トナーの現像バイアスの電位で現像器２４１Ｋによってトナー像化され、感光体ドラム２１の表面に形成されたこのトナー像は、一次転写ローラ２５２、２５３に印加されたトナー比率Ｒｔに応じた不定形トナーの一次転写バイアスの電位で中間転写ベルト２５１上に転写される。そして、中間転写ベルト２５１に転写されずに感光体ドラム２１に残留したブラックの残留トナーは、クリーニング装置２６によってクリーニングされる。このような露光、現像及び転写の動作が画像領域に対応する分だけ行われる。

このように不定形トナーのブラックを最初色とするので、最初に不定形トナーであるブラックのトナーがクリーニング装置２６に到達し、クリーニングブレード２６１に強固な外添剤層及びトナー層を形成することができる。そして、トナー比率Ｒｔに応じて、不定形トナーであるブラックのトナーに対する転写バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位が制御されるので、不定形トナーの残留トナーのトナー量は、球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等以上にされる。

このようにして画像領域に対応する分だけのブラックのトナー像の中間転写ベルト２５１上への形成が完了すると、ロータリラック２４２は、その中心部に設けられている回転軸２５３を中心に回転し、次色のイエローに対応した現像器２４１Ｍが現像位置に位置付けられる。この状態で、イエローに対応した露光が露光装置２３によって行われ、イエローに対応した静電潜像が感光体ドラム２１の表面に形成される。この静電潜像は、トナー比率Ｒｔに応じた球形トナーの現像バイアスの電位で現像器２４１Ｙによってトナー像化され、感光体ドラム２１の表面に形成されたこのトナー像は、ブラックのトナー像に位置が合わせられて、一次転写ローラ２５２、２５３に印加されたトナー比率Ｒｔに応じた球形トナーの一次転写バイアスの電位で中間転写ベルト２５１上に転写される。そして、中間転写ベルト２５１に転写されずに感光体ドラム２１に残留したイエローの残留トナーは、クリーニング装置２６によってクリーニングされる。このような露光、現像及び転写の動作が画像領域に対応する分だけ行われ、ブラックのトナー像に上書きされる。

そして、このようなイエローに対する動作が他の色、マゼンタ、シアンに関しても行われて、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像が形成される。このように本実施形態に係るプリンタ装置Ａは、１ドラム４サイクルプロセスによりフルカラーのトナー像を形成する。

上記のように、トナー像が中間転写ベルト２５１に一次転写する過程では、二次転写ローラ２５６は、中間転写ベルト２５１から離間される。一方、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト２５１に形成されると、二次転写ローラ２５６は、中間転写ベルト２５１に当接される。その際、タイミングを合わせて用紙貯留部１０から用紙搬送路５０によって転写位置まで搬送された用紙Ｐに、二次転写ローラ２５６に印加された二次転写バイアスの電位で転写ベルト２５１に形成されたフルカラーのトナー像が転写される。そして、用紙Ｐに転写されたフルカラーのトナー像は、定着部３０による加熱及び加圧によって用紙Ｐに定着され、用紙Ｐは、排紙部４０に排出される。

ここで、クリーニング装置２６は、次のように動作している。図６は、クリーニング動作を説明するための図である。本実施形態に係るプリンタ装置Ａのクリーニング装置２６では、ブラックの画像形成動作の開始後からシアンの画像形成動作の終了までの間、即ち、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像を形成している間、クリーニング装置２６のクリーニングローラ２６２は、図６（Ａ）に示すように、クリーニングローラ２６２と感光体ドラム２１とが摺接している面において、感光体ドラム２１の回転方向と逆方向（以下、「カウンター方向」と呼称する。）に回転し、シアンの画像形成動作が終了した後、即ち、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像が形成された後、クリーニング装置２６のクリーニングローラ２６２が、図６（Ｂ）に示すように、クリーニングローラ２６２と感光体ドラム２１とが摺接している面において、感光体ドラム２１の回転方向と同方向（以下、「ウィズ方向」と呼称する。）に回転する。本実施形態では、感光体ドラム２１が反時計回りに回転しているので、クリーニングローラ２６２は、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像を形成している間、反時計回りに回転し、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像が形成された後、時計回りに回転する。

このようにクリーニングローラ２６２が回転しているので、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像を形成している間、クリーニングブレード２６１にトナー層を形成した不定形トナーであるブラックのトナーは、クリーニングブレード２６１によって感光体ドラム２１から剥がれ落ちたとしてもクリーニングローラ２６２によって感光体ドラム２１に戻され、再び、クリーニングブレード２６１に到達し、クリーニングブレード２６１に強固なトナー層を形成する。従って、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像を形成している間、不定形トナーであるブラックのトナーは、クリーニングブレード２６１とクリーニングローラ２６２との間で循環することになる。よって、シアンの画像形成動作、イエローの画像形成動作及びシアンの画像形成動作の各場合に、新たに不定形トナーであるブラックのトナーをクリーニング装置２６に供給する必要が無く、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費を抑制することができる。

このように、中間転写ベルト２５１上にフルカラーのトナー像を形成している間、不定形トナーであるブラックのトナーがクリーニングブレード２６１とクリーニングローラ２６２との間で循環しているので、この間は、不定形トナーであるブラックのトナーにより、クリーニングブレード２６１に強固なトナー層が形成され、しかも上述したように、不定形トナーであるブラックの残留トナーのトナー量が球形トナーであるイエロー、マゼンダ及びシアンの残留トナーのトナー量と略同等以上にされているので、イエロー、マゼンダ及びシアンの各画像形成動作が行われ、クリーニング装置２６に到達したイエロー、マゼンダ及びシアンの各残留トナーは、このブラックのトナー層により、擦り抜けが防止され、イエロー、マゼンダ及びシアンに対するクリーニング装置２６のクリーニング性能が向上し、良好なクリーニング性能が維持される。

一方、中間転写ベルト２５１に残留したトナーは、中間転写ベルト２５１の図略のクリーニング装置を二次転写後に中間転写ベルト２５１に当接させることによってクリーニングされ、図略の回収ボトルに収容される。この中間転写ベルト２５１のクリーニング装置は、中間転写ベルト２５１の一周分をクリーニングした後、中間転写ベルト２５１から離間される。

また、モノクロ画像形成の場合には、ロータリラック２４２は、回転することなく、現像器２４１Ｋのみを感光体ドラム２１に対向させて現像を行う。モノクロ画像形成における他の動作は、上記カラー画像形成の場合と同様である。

なお、一般的な業務書類では、カラープリントであっても文字には通常黒色が使われるので、トナー比率Ｒｔが０．１以下となることは稀であり、また、写真等の画像でも通常陰影があるので、トナー比率Ｒｔが０．１以下となることは稀である。しかしながら、トナー比率Ｒｔが０になる場合も起こり得る。そこで、このような場合、あるいは、トナー比率Ｒｔが０．１以下となる場合には、球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等以上とするための不定形トナーの増量分を画像領域全体に均一に現像し、現像バイアスの電位を制御して意図的にいわゆるカブリを発生させて、この不定形トナーの増量分が全て残留トナーとなるようにすればよい。

以上、説明したように、本発明を適用した本実施形態に係るプリンタ装置Ａでは、制御部８０が、クリーニング装置２６に到達する不定形トナーのトナー量が所定量となるように、用紙Ｐに形成した画像における不定形トナーの印字率Ｒｂｋ及び球形トナーの印字率Ｒｃに基づいて現像バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位を制御することにより、トナー像における不定形トナーのトナー量を制御するので、クリーニング性能が維持されつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費が低減され得る。

また、本発明を適用した本実施形態に係るプリンタ装置Ａでは、最初に不定形トナーで現像するので、クリーニング装置２６に、まず、不定形トナーの残留トナーが到達し、球形トナーに較べて強固な外添剤層及びトナー層が形成される。このため、不定形トナーの現像後に現像される球形トナーの残留トナーは、この不定形トナーによる強固な外添剤層及びトナー層によってクリーニングされるので、クリーニング性能が維持されつつ、クリーニング性能の向上のためだけの画像形成に寄与しない無駄な不定形トナーの消費が低減され得る。

そして、本発明を適用した本実施形態に係るプリンタ装置Ａでは、不定形トナーがブラックのトナーであり、球形トナーがブラック以外の色のトナーであるので、高精細なカラー画像が形成され得る。

なお、上述の実施形態では、トナー比率Ｒｔが０．２以下で、不定形トナーの残留トナーのトナー量が球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等以上とするために、トナー比率Ｒｔに応じて現像バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位を制御したが、もちろん、画像形成装置の仕様やトナーの物性等に応じて適宜な値の閾値に設定される。

また、上述の実施形態では、トナー比率Ｒｔに応じて転写バイアスの電位及び一次転写バイアスの電位を制御することによって、球形トナーの残留トナーのトナー量と略同等以上とするための不定形トナーの増量分を制御したが、これに限定されるものではない。例えば、トナー比率Ｒｔに応じて露光装置２３のレーザ光の光強度を制御することによってこの不定形トナーの増量分を制御してもよい。また例えば、トナー比率Ｒｔに応じて感光体ドラム２１の帯電電位を制御することによってこの不定形トナーの増量分を制御してもよい。また例えば、クリーニング後における感光体ドラム２１の除電の光量を制御することによってこの不定形トナーの増量分を制御してもよい。

実施形態に係るプリンタ装置の概略構成を示す図である。 実施形態に係るプリンタ装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。 クリーニング装置に到達する不定形トナーの残留トナーのトナー量を制御しない場合におけるクリーニング装置における残留トナーの擦り抜け状態を示す図である。 クリーニング装置に到達する不定形トナーの残留トナーのトナー量を制御する場合におけるクリーニング装置における残留トナーの擦り抜け状態を示す図である。 実施形態に係るプリンタ装置の画像形成動作を示すフローチャートである。 クリーニング動作を説明するための図である。 ブレード方式を説明するための図である。

符号の説明

Ａ プリンタ装置
１ 装置本体
１０ 用紙貯留部
２０ 転写部
２１、１００１ 感光体ドラム
２２ 帯電ローラ
２３ 露光装置
２４ 現像装置
２５ 転写装置
２６ クリーニング装置
３０ 定着部
４０ 排紙部
５０ 用紙搬送路
６０ 入力操作部
７０ インタフェース部
８０ 制御部
２６１、１００２ クリーニングブレード
２６２ クリーニングローラ
２６３ スクレーパ板
２６４ 排出スクリュー
８０１ 画像種類識別部
８０２ トナー比率計算部
８０３ 設定部

Claims (4)

1. 感光体に形成された静電潜像を不定形トナー及び球形トナーで現像してトナー像を形成し、前記トナー像を中間転写方式で転写材に転写して画像を形成する画像形成装置において、
   クリーニングブレードによって前記感光体をクリーニングするクリーニング装置と、
   前記転写材に形成しようとする画像における前記球形トナーの印字率に対する前記不定形トナーの印字率の比率が０．２以下である場合に、前記クリーニング装置に到達する不定形トナーのトナー量が前記クリーニング装置に到達する球形トナーのトナー量と略同等以上の所定量となるように、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御する制御部とを備え、
   最初に前記不定形トナーが前記クリーニング装置に到達するように、前記感光体に形成された前記静電潜像を最初に前記不定形トナーで現像すること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、現像バイアスの電位及び転写バイアスの電位を制御することにより、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー像は、複数の色から成り、
   前記不定形トナーは、ブラックのトナーであり、
   前記球形トナーは、ブラック以外の色のトナーであること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記画像がカラー画像である場合に、前記トナー像における不定形トナーのトナー量を制御すること
   を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。

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