JP4589066B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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用いた画像形成装置に関し、さらに詳しくは、像担持体上の転写残トナーをクリーニング手段により回収し、回収したトナーを有効に利用する画像形成装置に関する。

ＰＣ（パーソナルコンピュータ）の発展と普及に伴い、電子写真装置のカラー画像形成の高画質化の要求は非常に強くなってきている。例えば、デジタルカメラやスキャナによるカラー画像を取り込んだ資料は極普通に使われているし、グラフのプロットエリアをハーフトーンのカラーとすることは当たり前に行われてきている。このような画像形成においては、白黒の画像形成よりも、多数の色のサプライを必要とするため、白黒の画像形成よりもコストが高くなる。
しかし、ビジネスユースで提出する資料や、公式の場でのプレゼンテーション資料における画像は、書かれている内容もさることながら、資料としての見やすさや見た目の美しさなどの第一印象が重要であるため、高精細、高解像度のカラーの画像形成を安定して行う必要があった。

一般に、カラー画像の色濃度や色位置合わせを高いレベルに維持するために、カラープリンタやカラーコピー機はジョブの前後や所定枚数毎にプロセスコントロールを実施するモードを備えている。ここで言うプロセスコントロールとは、像担持体（以下、「感光体」とも記す。）もしくは中間転写ベルト上に実際にトナー画像（パッチ）を形成し、その感光体もしくは中間転写ベルト上のトナー像（パッチ）をフォトセンサなどの検知手段で読み取ることで画像濃度や位置ズレの状態を検知し、その検知情報に応じてトナー濃度や帯電や現像の電位条件、感光体駆動タイミングなどを制御することで画像濃度や位置合わせの調整を実施することを指している。

例えば、特許文献１では、感光体上に複数のトナーパッチパターンを作成し、パッチパターンの電位及びトナー付着量をセンサで測定して各種電位を制御する画像形成装置が記載されている。このプロセスコントロールは、求められる画質が高画質であればあるほど、よりたくさんのパッチが必要になり、また実施する頻度も高くする必要がある。これらプロセスコントロールにより感光体や中間転写ベルト上に形成されたトナーはそれぞれのクリーニング手段によって回収されて廃トナー保管部材（ボトル）に保管された後に廃棄される。このようにカラー高画質を維持するためには、どうしても実際のカラー画像出力に使用される以外にもトナーを消費せざるを得ない状況が存在する。

また、電子写真装置では、長時間画像形成を行うと、感光体表面に付着物が薄く膜状に形成しやすくなる。一般にカラー画像形成では、複数の色の現像剤を収納した現像器を用いているが、ユーザーが画像形成を行う画像によっては、各色毎のトナーの消費量が大きく異なる。特に特定のソフトでユーザーの好みのテンプレートを用いたプレゼンテーション資料を作成するユーザーによっては、その各色のトナーの消費量の差は非常に大きい。消費量の多い色の現像剤には、常に新しいトナーが補給されるために、現像剤中のトナーの状態は経時で変化することはないが、消費量の少ない色の現像剤にはなかなか新しいトナーが供給されないため、消費量の少ない現像剤は空撹拌に近い状態に置かれることになるため、トナーの外部添加剤がトナーから分離したり、トナー樹脂中に埋まりこんだりして、トナーの状態が大きく変化するため、トナーの流動性、現像性が低下し、画像品質が低下しやすい。
これらの状態は、比較的低い解像度で、白黒の画像においては問題に至ることは少なかったが、高解像度のカラー画像においては画像形成の枚数が少ない初期の段階で問題になる場合があった。この問題に対しては、前述のプロセスコントロールにより電位条件を制御する以外にも、特性が劣化してきた色の現像ユニットに新しいトナーを供給して現像剤の特性を向上させることを行っている。特性が劣化してきた色の現像に新しいトナーを供給する際は、その色の現像剤から一定量のトナーを排出しないとならないため、通常にはユーザーが画像形成を行わない間に、感光体上に帯電、露光、現像を行い、転写をせずにクリーニング装置により感光体上のトナーを廃トナー保管部材（ボトル）へ排出し、トナーのリフレッシュが行われる。

また、感光体上に画像形成されたトナー像は転写体に転写され、転写残のトナーはクリーニング装置で除去されるが、感光体とクリーニングブレードとの摩擦力が大きいと、感光体が早期に摩耗してしまい、地汚れ画像が発生しやすくなるとともに、クリーニングブレードも部分的に欠陥が生じたり、摩耗が生じることにより、トナーのクリーニング性が低下するため、スジ状の異常画像が発生しやすい。その対策として、トナー中に潤滑性物質を外部添加して、現像、クリーニング時にトナー中の潤滑性物質を感光体上に移動させて感光体上に潤滑性物質の膜を形成し、感光体とクリーニングブレード間の摩擦力を大幅に低下させ、感光体の摩耗速度の低減による地汚れの防止、クリーニングブレードの長寿命化によるスジ状画像の防止が図られてきた。

しかし、前述のように各色のトナー使用量の差によりなかなか使用されなかった色のトナーは撹拌等のみを繰り返されることにより、トナー表面に付着させていた潤滑性物質が脱離し、感光体とクリーニングブレード間の摩擦力が増大し、感光体の摩耗速度が上昇し、地汚れが発生したり、クリーニングブレードの部分的に欠陥やトナーのクリーニング性低下によるスジ状の異常画像が発生しやすい。そのため、前述と同じ様に、ユーザーが画像形成を行わない間に、感光体上に帯電、露光し、使用量の少ない色の現像を行い、転写をせずにクリーニング装置により感光体上のトナーを廃トナー収納装置へ排出し、新しいトナーを現像装置に供給し、トナーのリフレッシュが行われる。
このようなトナーのリフレッシュは、高画質のカラー画像形成を維持するために必要不可欠であるが、高画質を求めないモノクロ画像形成には必要ではない。しかし、ユーザーの通常出力の大部分が低解像度のモノクロ画像で十分であっても、高解像度のカラー画像形成可能とうたって販売している以上、画像形成装置は常に高画質のカラー画像形成を行える状態にしておく必要があり、そのためにはプロセスコントロールやトナーリフレッシュによる廃トナーの量は、多くなる傾向になってしまっていた。

画像形成装置を使用するユーザーは、高画質の画像形成を要求する反面、画像形成におけるコストを低く抑えようとする思いは強く、特にトナーや紙に安価な製品や、一度使用したものの再利用を積極的に行っている。例えば、紙の場合には、片面に画像形成した画像が不要になったら、画像形成を行っていない別の面に画像形成を行って、紙の購入量を半分にしようとすることは、一般に行われている。このように片面に画像形成した紙を再利用する場合（裏紙コピー）には、画像形成した面から既に画像形成された画像が一部透けて見えてしまうため、高画質のカラーの画像形成を行ってもきれいな画像として扱いづらい。しかし、社内での打ち合わせ資料や、社外に持ち出さない資料用としては何の問題がなく、むしろ圧倒的に裏紙コピーの比率が高いユーザーも多い。このような場合には、コストを低く抑える意味からも、高画質のカラーの画像形成を行うよりも、モノクロで安定した画像形成を行う方が好まれる場合が多い。

このように画像形成装置のユーザーはランニングコストを低く抑えようと、画像形成される紙の購入量を削減を行うように努力しているが、トナーのコスト削減は、高画像のカラー画像を必要とする以外、白黒の画像形成を行ったり、コストの低い純正品以外のトナーを使用するぐらいしか対策はない。一方、前述のように、従来の機械は高画質の画像形成を維持するために、多量の廃トナーを排出してしまうため、サービスマンがユーザーのところで画像形成装置のメンテナンスを行う際に、溜まった大量の廃トナーをユーザーが目にした場合、サービスマンにクレームをつけたり、メーカーやサービスマンに不信感を覚えることも多々あった。

また、特許文献２では、廃トナーの量を削減するための試みとしては、一つの感光体に対して同時に２色以上の現像が可能な画像形成装置において、特定の現像装置に前記感光体上に設けられたクリーニング手段により回収された回収トナーを特定の現像装置へ搬送しリサイクルを行う画像形成装置が開示されている。しかしながら、回収されたトナーは外部添加剤の脱離や埋没、微粉化が一定割合で生じているため、低解像度の画像形成においては問題がほとんどないものの、高画質の画像形成を行う場合には、回収されたトナーの帯電性、流動性、粒径等が、画像形成されていないトナーと異なるために、高画質の画像形成に用いると画質の低下につながり易く好ましくない。

また、特許文献３では、一本のアモルファスシリコン感光体を用い、黒色に磁性トナー、他の色に非磁性トナーを用いたカラー電子写真方法において、各色のトナーを順次、感光体上に現像し、転写体に転写して画像形成後、感光体上の転写残りトナーから使用量の多い黒色トナーを分離回収し、黒色現像器に搬送して再利用する方法が開示されている。しかしながら、上述のように、回収されたトナーは高画質の画像形成には向かないため好ましくなく、黒色トナーを回収する際に、他の色のトナーも若干回収されてしまうため、高画質の画像形成に用いると画質の低下につながり易く好ましくない。

また、特許文献４では、感光体上にトナー像を形成後、中間転写体へ一次転写しする操作を各色行った後、中間転写体上のカラー画像を転写体へ二次転写しカラー画像形成を行う画像形成装置において、中間転写体上の二次転写残トナーを感光体上に戻し、さらに黒色の現像剤として黒色現像器へ回収して再利用する方法が開示されている。しかしながら、上述のように、回収されたトナーと画像形成を行っていないトナーとを混ぜての使用する場合、高画質の画像形成に用いると画質の低下につながり易く好ましくない。

また、特許文献５では、複数の感光体上にそれぞれ異なる色のトナー像を形成し、転写体へ転写して画像形成を行う画像形成装置において、各感光体上の転写残トナーを一箇所に回収し、前記画像形成とは異なる現像剤として使用する画像形成装置が開示されている。
回収されたトナーは、画像形成を行っていないトナーに混ぜて使用する場合には、高画質の画像形成を行うことは難しいが、回収されたトナーのみを用いる場合には、画像形成を行っていないトナーのみで画像形成を行った場合の画像には及ばないものの、画像形成を行っていないトナーに混ぜて使用する場合に比べて遥かに高画質の画像を得ることができる。複数の色が混ざっているため、完全な黒とは言えないものの、前述の社内での打ち合わせ資料や、社外に持ち出さない資料用としては何の問題がない。そのため、クリーニングされた転写残トナーや、トナーリフレッシュにより排出された廃トナーを再利用することができるため、ユーザーのコスト削減につながると同時に、ユーザーのメーカーやサービスマンに対して悪いイメージを持つことがかくなるため大変好ましい。
しかしながら、回収されたトナーのみを用いた画像形成においては、高解像度の画像形成を行った場合には、細線の再現性悪化や、画像のかすれ、地汚れなどが生じやすくなるため、安定した画像形成が求められていた。

特開平９−７３２２１号公報 特開平９−６２０１号公報 特開２００２−２７８１３２号公報 特開２００３−１７３０６１号公報 特開２０００−３５７０３号公報

上記問題点に鑑み、本発明は、回収した廃トナーを画像形成使用でき、ユーザーが裏紙にコピーを行う場合には、回収されたトナーのみを用いて画像形成を行うことができ、コスト削減が達成できる画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、回収されたトナーのみを用いた画像形成を行う場合のユーザーのニーズを詳細に調査したところ、回収されたトナーで最高画質の画像形成を行うことができないことにユーザーは納得しており、むしろ安定した画像形成ができることに対する要望が多いことが分った。また、裏紙をコピー用紙に用いる場合にも、ユーザーは高画質のカラー画像形成を行うことは非常に少なく、ほとんどのユーザーは、安定した画像形成ができるモノクロ画像を選択することが非常に多いことが分った。
従って、本発明者らは回収されたトナーをユーザーが抵抗なく使用でき、ユーザーの画像形成に対するコスト削減の要求を同時に解決できないか鋭意検討を行った結果、ユーザーが裏紙にコピーを行おうとした場合には、回収されたトナーのみを用いた画像形成を行うことを優先して行うようにすれば良いことを見出し、本発明に至った。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のことを特徴とする。
１．本発明は、画像形成される紙の面と反対の面に、画像が形成されていることを認識することができる裏紙認識装置を有し、複数の潜像担持体と、潜像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、現像手段により顕像化された潜像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、被転写材への現像剤転写後の潜像担持体上に残留した残留トナーを潜像担持体上から除去するクリーニング手段とからなる画像形成ユニットを各色毎に備えるカラー画像形成プロセスによりカラー画像を形成可能な画像形成装置であって、前記画像形成装置が、潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、潜像担持体上の潜像を顕像化する現像剤として一個所に回収した前記残留トナーとを用いるモノクロ画像形成プロセスが可能であり、前記裏紙認識装置で印刷する紙が裏紙と認識されたときに、このモノクロ画像形成プロセス用いて優先的に画像形成を行い、前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化を行った後、転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、回収したトナーを、前記モノクロ画像形成プロセスに用い、前記カラー画像形成プロセスにおける潜像形成手段の最大の解像度が１０００ｄｐｉ以上であり、前記モノクロ画像形成プロセスにおける潜像形成手段の解像度が、６００ｄｐｉ以下であることを特徴とする。

２．ユーザーがモノクロモードまたは自動カラー選択モードを選択し、かつ、前記裏紙認識装置で印刷する紙が裏紙と認識されたときに、前記モノクロ画像形成プロセスで画像形成を行うことを特徴とする。
３．連続して複数の画像形成を行う命令が為され、一枚目の画像形成を行う際に、画像形成される紙が、画像形成される紙の面と反対の面に画像が形成されていると認識されたときは、連続して、前記モノクロ画像形成プロセスで優先的に画像形成を行うことを特徴とする。
４．前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化を行った後、転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、回収したトナーを、前記モノクロ画像形成プロセスに用いることを特徴とする。

５．前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化とを行った後、顕在化された画像の濃度を測定後、測定された画像の濃度に従い、画像形成プロセス条件を調整するとともに、潜在化された画像を転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、回収したトナーを前記モノクロ画像形成プロセスに用いることを特徴とする。
６．前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化とを行った後、顕在化された画像の濃度を測定後、測定された画像の濃度に従い、画像形成プロセス条件の調整が、２０００枚以下の画像形成をする毎に行われることを特徴とする。
７．前記カラー画像形成プロセスの各色のトナー消費量を定期的に計測し、トナーの消費速度が閾値以下となった色は、前記カラー画像形成プロセスが潜像形成と潜像の顕像化とを行った後、転写材への現像剤転写を行うことなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、前記モノクロ画像形成プロセスに用いることを特徴とする。
８．前記カラー画像形成プロセスの各色のトナーが潤滑性粒子を含有していることを特徴とする。
９．前記潤滑性粒子が金属石鹸であることを特徴とする。

本発明により、モノクロ画像形成プロセスの解像度を高画質のカラー画像形成プロセスよりも低くしたことで、高画質のカラー画像形成プロセスにより回収される廃トナーが、モノクロ画像プロセスとは異なる画像形成プロセスで用いられ、安定的に画像形成ができるため、回収した廃トナーをモノクロ画像プロセスに積極的に再利用することで、ユーザーにコスト削減、環境保護、メンテナンス向上を満足させる画像形成装置を提供することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明はこの発明の最良の形態の例であって、いわゆる当業者は特許請求の範囲内で、変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、以下の説明が特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、本発明に係る電子写真装置の画像形成装置の概略構成図である。
図１において、符号１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ、１Ｘはドラム状の感光体であり、この感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋは図中の矢印方向に回転し、その周りに少なくとも回転順に帯電部材２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２Ｋ、２Ｘ、現像部材４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ、４Ｘ、クリーニング部材５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ、５Ｘが配置されている。帯電部材２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２Ｋ、２Ｘは、感光体表面を均一に帯電するための帯電装置を構成する帯電部材である。この帯電部材２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２Ｋ、２Ｘと現像部材４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ、４Ｘの間の感光体表面に図示しない露光部材からのレーザー光３Ｃ、３Ｍ、３Ｙ、３Ｋ、３Ｘが照射され、感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ、１Ｘに静電潜像が形成されるようになっている。そして、このような感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ、１Ｘを中心とした５つの画像形成要素６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋ、６Ｘが、中間転写ベルト１０に沿って並置されている。中間転写ベルト１０は、各画像形成ユニット６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋ、６Ｘの現像部材４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ、４Ｘとクリーニング部材５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ、５Ｘの間で感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ、１Ｘに当接しており、転写搬送ベルト１０の感光体側の裏側に当たる面（裏面）には転写バイアスを印加するための転写ローラ１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ、１１Ｋ、１１Ｘが配置されている。各画像形成要素６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋ、６Ｘは現像装置内部のトナーの色が異なるのと、本発明に係わる回収トナーによる画像形成用感光体１Ｘは基本的に他の感光体と同じで良いが、感光体１Ｘの使用頻度が高くなると判断される場合には、感光体の感光層の厚みを厚くしたり、感光体の径を大きくして感光体の寿命を長く設計することも可能である。

図１に示す構成のカラー電子写真装置では、カラー画像形成動作は次のようにして行われる。まず、各画像形成要素６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋにおいて、感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋが矢印方向（感光体と連れ周り方向）に回転する帯電部材２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２Ｋにより帯電され、次に露光部でレーザー光３Ｃ、３Ｍ、３Ｙ、３Ｋにより、作成する各色の画像に対応した静電潜像が形成される。次に現像部材４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋにより潜像を現像してトナー像が形成される。現像部材４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋは、それぞれＣ（シアン）トナー、Ｍ（マゼンタ）トナー、Ｙ（イエロー）トナー、Ｋ（ブラック）トナーで現像を行う現像部材で、感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ上で作られた各色のトナー像は、中間転写ベルトを介して対抗の位置にある転写ローラ１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ、１１Ｋに印加された転写バイアスと感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋとの電位差から形成される電界により、各感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋの順で中間転写ベルト上に重ねられる。中間転写ベルトは３つの支持ローラ１０ａ、１０ｂ、１０ｃに掛け回して図中時計周りに回転搬送可能とする。図１では、一例として、第２の支持ローラ１０ｂの左に、中間転写ベルトクリーニング装置１４を設けている。

中間転写体１０を挟んで画像形成要素６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋ、６Ｘと反対の側には、２次転写手段１２を備える。２次転写手段１２は、図１では、一例として、２つのローラ１２ａ、１２ｂ間に、無端ベルトである２次転写ベルト１２ｃを掛け渡して構成し、中間転写体１０を介して第３の支持ローラ１０ｃに押し当てて配置し、中間転写体１０上の画像をシートなどの転写材に転写する。
転写紙７は、未図示の給紙コロにより未図示の給紙トレイから送り出され、一対のレジストローラ９で一旦停止し、上記中間転写ベルト上への画像形成とタイミングを合わせて２次転写部１２に送られ、中間転写ベルト１０から転写紙７へのトナー像の転写が行われる。トナーが転写された転写紙７は定着装置１３に搬送され、トナーが定着されて、図示しない排紙部に排紙される。
中間転写ベルト１０は、伸びの少ないポリイミド樹脂やフッ素系樹脂で構成されている。これらのベース層の上にフッ素系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなどの弾性層１２と、例えばフッ素系樹脂をコーティングして平滑性のよいコート層１３とで被っても良い。上述した２次転写手段１２には、画像転写後の転写材をこの定着手段１３へと搬送する機能も備えてなる。もちろん、２次転写手段１２として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよいが、この場合は、転写材の搬送装置を新たに設ける必要がある。
ここでは中間転写ベルトを用いた画像形成装置を例示したが、中間転写ベルトを使用せず、紙に直接転写する方法を用いても何ら問題はない。

図２は、本発明に係る画像形成装置の裏紙認識装置を示す図である。裏紙認識装置は光学的手段、物理的手段、電気的手段等により、印刷しようとする紙の反対側の面に画像があるかどうか検出する装置である。本発明の実施例では、光学的手段を用いている。画像形成を行う紙１７の裏面に光源３０を斜めから照射し、裏面濃度検出ＣＣＤ３１で裏面の濃度を検出し、閾値以上の濃度であれば、画像形成しようとする紙は裏紙と認識することがでる。
この裏紙認識装置が、画像形成を行おうとする紙を裏紙と認識した場合には、画像形成の設定を、カラー画像形成プロセスとは異なる感光体及び現像剤を用いて画像形成を行うかどうかユーザーに確認してもらうため、画像形成装置の操作パネルにその旨の表示や音声での問いかけたり、また、画像形成装置がプリンターの場合には、画像形成の命令を行ったパーソナルコンピュータ画面を介して、ユーザーに同様の問いかけを行い、ユーザーにカラー画像形成プロセスとは異なる感光体及び現像剤を用いて画像形成を行うかどうか判断してもらう。
また、予め、ユーザーがモノクロ画像印刷の設定や、印刷する画像の情報からカラーかモノクロ印刷を自動的に選択する自動カラー選択モードを選定している場合には、裏紙認識装置が画像形成を行おうとする紙を裏紙と認識した場合には、画像形成の設定を、カラー画像形成プロセスとは異なる感光体及び現像剤を用いて画像形成を行うようにすることが、ユーザーの手間もなく、効率的に回収トナーを利用できるため、好ましい。
本発明の画像形成装置における裏紙認識装置は、基本的には、画像形成を行う紙毎に検査することが基本であるが、例えば、ユーザーが複数枚の画像形成を同時に行おうとし、その画像形成で最初に印刷しようとした紙を裏紙と認識した場合には、連続して前記カラー画像形成プロセスとは異なる感光体上に潜像を形成するための潜像形成手段と前記カラー画像形成プロセスとは異なる感光体及び現像剤を用いて画像形成を行うようにすることが好ましい。

本発明の画像形成装置は、カラー画像形成プロセスにおける潜像形成手段の最大の解像度が１０００ｄｐｉ以上、好ましくは１２００ｄｐｉ以上、さらに好ましくは１４００〜４００００ｄｐｉのときに本発明の効果が高い。カラー画像形成プロセスにおける潜像形成手段の最大の解像度が１０００ｄｐｉ未満では、それぞれの色の感光体上の転写残トナーをそれぞれの色の現像に静電的手段、物理的手段で戻して使用しても画像としてそれほど問題になることが少ないため、必ずしも本発明の構成にしなくても良い。

また、本発明の画像形成装置は、高画質のカラー画像形成を安定に行うことができるようにするため、カラー画像形成プロセスが、定期的に、潜像形成と潜像の顕像化を行った後、転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収する、所謂、プロセスコントロールが行われることが好ましい。プロセスコントロールは、高画質のカラー画像形成を行う上では、欠かせないものの、回収されるトナーの量を増大させしまう。本発明の画像形成装置では、回収したトナーを用いた画像形成を、ユーザーが抵抗なく行うことができるため好ましい。本発明におけるプロセスコントロールは、前述のように定期的に行われるのであるが、その間隔は画像形成２０００枚以下、好ましくは２０〜１５００、さらに好ましくは５０〜１０００枚である。プロセスコントロールの行われる間隔が２０００枚以下では、高画質の画像形成を維持することが難しく好ましくない。また、画像形成が行われない時間が一定以上経過した場合には、画像形成の命令が新たに入ったときに、画像形成に先立って、プロセスコントロールを実施することが好ましい。

プロセスコントロールは、画像形成装置に取り付けた温度、湿度等の各種センサーあるいは有線回線、無線回線、インターネット等により接続された各種センサーが、各種センサーの設定された値、あるいは変化量により実行することもできる。
本発明の画像形成装置では、カラー画像形成プロセスの各色のトナー消費量を定期的に計測し、トナーの消費速度が閾値以下となった色は、カラー画像形成プロセスが潜像形成と潜像の顕像化を行った後、転写材への現像剤転写を行うことなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収する所謂トナーリフレッシュを行うことにより、高画質のカラー画像形成を安定に行うことができるようになり好ましい。トナーリフレッシュを行わないと、トナー消費速度が遅い色のトナーは撹拌のみが行われるため、微粉のトナーが増えてしまったり、トナーから外添剤が外れたり、埋没したりするため、トナーの流動性、帯電性が新品のトナーに比べて異なってしまうため、高画質のカラー画像形成を安定に行うためには必要不可欠である。しかし、トナーリフレッシュを行うことは回収されるトナーの量を増大させしまう。本発明の画像形成装置では、回収したトナーを用いた画像形成を、ユーザーが抵抗なく行うことができるため好ましい。

本発明の画像形成装置において、トナーリフレッシュを行うときの各トナー消費速度は、各色のトナーボトル中のトナーの重量あるいは体積を定期的に測定して測定する方法、回収される各色のトナーをそれぞれ重量、体積を計測する方法、画像形成を行う書き込み画像から、各色の書き込み光量を画像形成毎に積算していき、各色のトナー消費量に換算し、トナー消費速度を求めることができるが、各色の書き込み光陵からの積算からトナー消費速度を求めることが、容易で、誤差も少なく好ましい。

一方、回収トナー用の画像形成要素６Ｘにおいては、４つのカラー画像形成プロセスとは独立して作動する。画像形成要素６Ｘにおいて感光体１Ｘが矢印方向（感光体と連れ周り方向）に回転する帯電部材２Ｘにより帯電され、次に、露光部でレーザー光３Ｘにより作成する各色の画像に対応した静電潜像が形成され、現像部材４Ｘにより潜像を現像してトナー像が形成される。現像部材４ＸはＸトナー（回収トナー）で現像を行う現像部材で、感光体１Ｘ上で作られたトナー像は、中間転写ベルトを介して対抗の位置にある転写ローラ１１Ｘに印加された転写バイアスと感光体１Ｘとの電位差から形成される電界により中間転写ベルト上に転写され、２次転写手段１２で転写紙７に転写、その後定着装置１３にて定着排紙される。カラー画像形成要素６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋが作動しているときは回収トナー用画像形成要素６Ｘは作動せず、回収トナー用画像形成要素６Ｘが作動するときはカラー画像形成要素６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋは作動しない。

中間転写ベルト１０に転写されずに各感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ、１Ｘ上に残った残留トナーは、クリーニング装置５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ、５Ｘで回収される。また、中間転写ベルト１０から転写紙７に転写されずに中間転写ベルト１０上に残った残留トナーは中間転写ベルトのクリーニング装置１４で回収される。各クリーニング装置は感光体及び中間転写ベルトに接触して感光体および中間転写ベルト上の残留トナーを掻き取るためのクリーニングブレード５ａＣ、５ａＭ、５ａＹ、５ａＫ、５ａＸ、１４ａ、感光体および中間転写ベルトの表面に接触回転して感光体表面を清掃するためのファーブラシ５ｂＣ、５ｂＭ、５ｂＹ、５ｂＫ、５ｂＸ、１４ｂ、感光体および中間転写ベルト表面から掻き落とされた残留トナーを収容するためのクリーニング容器５ｃＣ、５ｃＭ、５ｃＹ、５ｃＫ、５ｃＸ、１４ｃなどをそれぞれ備えている。
なお、本実施例では、クリーニング装置としてクリーニングブレードを用いたものを紹介しているが、クリーニング装置として、バイアスブラシ又はバイアスローラ等を用いて感光体上の残留トナーを静電的に回収するものについても同様に考えることができる。

各画像形成要素のクリーニング装置５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ、５Ｘおよび中間転写ベルトのクリーニング装置１４によって各感光体上および中間転写ベルト上から除去された残留トナーは、一般的にオーガと呼称されているパイプ内に回転自在の可撓性のコイルを配設して構成されたトナー回収コイル１５によって回収トナー調整装置１６に回収される。 この現像剤調整装置１６にて回収された回収トナーを撹拌して回収トナーの帯電特性を調整し、トナー供給コイルによって回収トナーの現像ユニット４Ｘに供給される。
カラー画像形成装置における回収されたトナーは、上述したように複数の色の現像剤が混色された状態となっているため、この回収現像剤をそのままカラー画像形成プロセスにおける純正な現像剤として使用したり、正式な書類等をコピーする際の現像剤として再利用することは難しかったが、本実施形態に係る画像形成装置においては、図１に示したように、各クリーニングユニット５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ、５Ｘにより各感光体上から除去された残留トナーを、トナー回収コイル１５を通して一箇所に集めて回収し、あえて積極的に混色させてカラー画像形成プロセスで用いられる現像剤とは異なった色の再生トナーＸとして生成し、トナー供給コイルにより、図１に示すような上記カラー画像形成プロセスに関与しない独立したリサイクル現像ユニット４Ｘに供給して再利用することが可能となる。これにより、社内での打ち合わせ資料や、社外に持ち出さない資料用の出力画像のトナーとして用いることは何の問題がなく、むしろトナーのコストがかからないため、積極的に利用される。

また、モノクロ画像形成要素６Ｘでは、高画質を狙わない画像形成（例えば低解像度での小値書き込み）による画像を前提としており、最高画質は得られないものの回収トナーを用いて安定した画像を得ることができる。解像度は７００ｄｐｉ以下、好ましくは６００ｄｐｉ以下、さらに好ましくは３００〜５００ｄｐｉである。７００ｄｐｉより大きいと、前記カラー画像プロセスでクリーニング手段により回収した残留トナーから画像形成を行う場合、かすれが発生しやすいなど画像品質が安定しないため好ましない。

ここで、上記リサイクル現像ユニット４Ｘの画像形成動作時、すなわち、再生トナーＸの使用時には、少なくとも、カラー画像形成プロセスで用いられる各カラー現像ユニットを、非画像形成状態、例えば、各カラー現像ユニット４の画像形成動作を停止させた状態、または、カラー現像ユニットやそれらの転写手段としての中間転写ベルト１０を感光体から離隔した状態にすることが望ましい。このようにすることで、リサイクル現像ユニット４Ｘで使用されている再生トナーがカラー現像ユニット内へ混入することを防止できる。
なお、図１に示す例では、画像形成要素は中間転写ベルト回転方向上流側から下流側に向けて、Ｘ（再生現像剤）、Ｋ（ブラック）、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）の順で並んでいるが、この順番に限るものでは無く、色順は任意に設定されるものである。

図１に示す帯電部材は感光体と当接しているが、両者の間に適当なギャップ（１０〜２００μｍ程度）を設けることにより、両者の摩耗量が低減できると共に、帯電部材へのトナーフィルミングが少なくて済み、良好に使用できる。帯電部材は、感光体表面に帯電部材の表面が接触するタイプのものとして、帯電ローラ、帯電ブレード又は帯電ブラシの形状がある。中でも帯電ローラや帯電ブラシが良好に使用される。
また、近接配置した帯電部材２として、感光体１表面と帯電部材２表面との間に２００μｍ以下の空隙（ギャップ）を有するように、非接触状態で近接配置したタイプのものがある。空隙の距離から、コロトロン、スコロトロンに代表される公知の帯電器とは区別されるものである。本発明において使用される近接配置された帯電部材は、感光体表面との空隙を適切に制御できる機構のものであればいかなる形状のものでも良い。例えば、感光体の回転軸と帯電部材の回転軸を機械的に固定して、適正ギャップを有するような配置にすればよい。
図３は、帯電部材側にギャップ形成部材を配置した近接帯電機構を示す図である。帯電ローラの形状の帯電部材２を用い、帯電部材２の非画像形成部両端にギャップ形成部材２ｂを配置して、この部分のみを感光体１表面に当接させ、画像形成領域を非接触配置させる、あるいは、感光体１の非画像形成部の両端にギャップ形成部材を配置して、この部分のみを帯電部材表面に当接させ、画像形成領域を非接触配置させるような方法が、簡便な方法でギャップを安定して維持できる方法である。

本発明の画像形成装置では、トナーの外添剤として潤滑性粒子を用いることが好ましい。トナーに外添された潤滑性粒子は、画像形成の際に、トナーから感光体へ移行し、感光体とクリーニングブレードとの摩擦力低下による感光体摩耗速度の低減、感光体表面への付着物の防止等による感光体の寿命を飛躍的に向上させることができるため好ましい。潤滑性粒子としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッカビニリデン等のフッ素樹脂、高級脂肪酸のアルカリ金属以外の、亜鉛やアルミニウムなどの金属塩からなる金属石鹸、ワックス等が、例示することができるが、中でも金属石鹸は純度や安定性、少量で感光体表面に薄膜を形成しやすく、画像品質を低下させることなく、感光体の摩耗速度の低減、転写効率の向上を行うことができるために非常に好ましい。
しかし、潤滑性粒子はトナーから感光体へ移行できるように設計されているため、トナーの消費速度が遅い場合、トナーは現像剤中で撹拌され続けるとトナーから潤滑性粒子が離脱しやすい。トナーから潤滑性粒子が脱離したトナーを画像形成に用いると、感光体の摩耗速度が大きくなり、また感光体の各場所でのバラツキも大きくなるため、高画質のカラー画像形成を行うことはできなくなる。そのため、前述のトナーリフレッシュを行うことが非常に重要になる。そのため回収されるトナーの量を増大させしまう。本発明の画像形成装置では、回収したトナーを用いた画像形成を、ユーザーが抵抗なく行うことができるため好ましい。

以上に示すような画像形成手段は、プリンタ、複写装置、ファクシミリ内に固定して組み込まれていてもよいが、各々の電子写真要素はプロセスカートリッジの形でそれら装置内に組み込まれてもよい。
図４は、プロセスカートリッジを示す図である。プロセスカートリッジとは、感光体１を内蔵し、他に帯電手段２、クリーニング手段５ｃ、現像手段４等を含んで、画像形成装置本体に着脱自在に形成したものである。
また、プロセスカートリッジ化することにより、メンテナンスの面で有利であり、感光体１、帯電手段２、クリーニング手段５ｃ、または現像装置４等に起因した故障を起こした場合、カートリッジを交換するだけで、早期に原状回復させることができるため、サービス時間を短縮することが可能になる。

本発明に係る電子写真装置の画像形成装置の概略構成図である。 本発明に係る画像形成装置の裏紙認識装置を示す図である。 帯電部材側にギャップ形成部材を配置した近接帯電機構を示す図である。 プロセスカートリッジを示す図である。

符号の説明

１Ｃ、１Ｍ、１Ｙ、１Ｋ、１Ｘ 感光体（潜像担持体）
２Ｃ、２Ｍ、２Ｙ、２Ｋ、２Ｘ 帯電装置
２ａ 帯電ローラ
２ｂ 帯電ローラギャップテープ
２ｃ 帯電ローラ軸受
３Ｃ、３Ｍ、３Ｙ、３Ｋ、３Ｘ レーザ光
４Ｃ、４Ｍ、４Ｙ、４Ｋ、４Ｘ 現像装置
５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ、５Ｘ クリーニング装置
５ａＣ、５ａＭ、５ａＹ、５ａＫ、５ａＸ クリーニング容器
５ａ クリーニングブレード
５ｂ ファーブラシ
５ｃ クリーニング容器
６Ｃ、６Ｍ、６Ｙ、６Ｋ、６Ｘ 画像形成要素（潜像形成手段）
７ 転写紙
９ レジストローラ
１０ 中間転写ベルト
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 支持ローラ
１１Ｃ、１１Ｍ、１１Ｙ、１１Ｋ、１１Ｘ 転写ローラ
１２ ２次転写部材
１３ 定着装置
１４ 中間転写ベルトのクリーニング装置
１５ トナー回収コイル
１７ 紙
３０ 光源
３１ 裏面濃度検出ＣＣＤ

Claims (9)

1. 画像形成される紙の面と反対の面に、画像が形成されていることを認識することができる裏紙認識装置を有し、
   複数の潜像担持体と、
   潜像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、顕像化する現像手段と、
   現像手段により顕像化された像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、
   被転写材への現像剤転写後の潜像担持体上に残留した残留トナーを潜像担持体上から除去するクリーニング手段と
   からなる画像形成ユニットを各色毎に備えるカラー画像形成プロセスによりカラー画像を形成可能な画像形成装置であって、
   前記画像形成装置が、潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、
   潜像担持体上の潜像を顕像化する現像剤として一個所に回収した前記残留トナーと
   を用いるモノクロ画像形成プロセスが可能であり、
   前記裏紙認識装置で印刷する紙が裏紙と認識されたときに、このモノクロ画像形成プロセス用いて優先的に画像形成を行い、
   前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化を行った後、
   転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、
   回収したトナーを、前記モノクロ画像形成プロセスに用い、
   前記カラー画像形成プロセスにおける潜像形成手段の最大の解像度が１０００ｄｐｉ以上であり、前記モノクロ画像形成プロセスにおける潜像形成手段の解像度が、６００ｄｐｉ以下である
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   ユーザーがモノクロモードまたは自動カラー選択モードを選択し、かつ、前記裏紙認識装置で印刷する紙が裏紙と認識されたときに、
   前記モノクロ画像形成プロセスで画像形成を行う
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、
   連続して複数の画像形成を行う命令が為され、一枚目の画像形成を行う際に、
   画像形成される紙が、画像形成される紙の面と反対の面に画像が形成されていると認識されたときは、
   連続して、前記モノクロ画像形成プロセスで優先的に画像形成を行う
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化を行った後、
   転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、
   回収したトナーを、前記モノクロ画像形成プロセスに用いる
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、
   前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化とを行った後、
   顕在化された画像の濃度を測定後、測定された画像の濃度に従い、画像形成プロセス条件を調整するとともに、潜在化された画像を転写材へトナーを転写することなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、
   回収したトナーを前記モノクロ画像形成プロセスに用いる
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置において、
   前記カラー画像形成プロセスが、定期的に潜像形成と潜像の顕像化とを行った後、
   顕在化された画像の濃度を測定後、測定された画像の濃度に従い、
   画像形成プロセス条件の調整が、２０００枚以下の画像形成をする毎に行われる
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項４ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記カラー画像形成プロセスの各色のトナー消費量を定期的に計測し、トナーの消費速度が閾値以下となった色は、前記カラー画像形成プロセスが潜像形成と潜像の顕像化とを行った後、
   転写材への現像剤転写を行うことなく、クリーニング手段により潜像担持体上からトナーを除去、回収し、前記モノクロ画像形成プロセスに用いる
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置において、
   前記カラー画像形成プロセスの各色のトナーが潤滑性粒子を含有している
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項８に記載の画像形成装置において、
   前記潤滑性粒子が金属石鹸である
   ことを特徴とする画像形成装置。

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