JP4736552B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は，転写残トナーを廃棄することなく現像器へ戻すいわゆるクリーナレス方式の画像形成装置に関する。さらに詳細には，トナーの転写効率の変動や一時回収回転部材におけるトナーの蓄積状況の変動に対応して適切に転写残トナーの回収や吐き出しを行うようにした画像形成装置に関するものである。

従来，電子写真方式の画像形成装置では，一般に，感光体ドラム等の像担持体にトナー像を形成し，そのトナー像を用紙等に転写して画像を得ている。また，転写後の感光体上に残った残留トナーを，ブレード等のクリーニング装置によって除去し廃棄する代わりに，現像装置によって回収して再利用するクリーナレスといわれる画像形成装置もある。

従来のクリーナレス方式の画像形成装置としては，例えば特許文献１には，転写装置と帯電装置との間で感光体に接触する回転ブラシを有し，そのブラシに交流のバイアス電圧を印加させている画像形成装置が開示されている。この文献に記載の画像形成装置では，回転ブラシによって，トナーの掻き乱しと遊離しやすいトナーの回収とを行わせることにより，帯電ブラシへのトナーの固着が防止できるとされている。

また特許文献２には，メモリ除去ブラシを有する画像形成装置が開示されている。この文献の技術では，感光体ドラムに残留している転写残トナーをメモリ除去ブラシによって拡散させている。さらに，メモリ除去ブラシに過剰なトナーが蓄積されると，クリーニングシーケンスを行ってトナーを現像器で回収するとされている。
特開２００１−２７２８６０号公報 特開２００２−１５６８８１号公報

しかしながら，電子写真方式の画像形成装置では，転写装置における転写効率は環境によって変化する。そのため，前記した従来の画像形成装置のようにトナーの回収や拡散をしても，もともと感光体ドラムに残留している転写残トナーの量が多くなると，帯電ケリ・露光ゲリ・現像装置における回収不良等により画質低下の原因となるおそれがあった。

本発明は，前記した従来の画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，環境等の変化により転写残トナーの量が多くなっても，画質低下が発生しない画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の画像形成装置は，トナー像を担持する像担持体と，像担持体上のトナー像を被転写体に転写する転写部とを有する画像形成装置であって，像担持体に対する直流と交流とを重畳したバイアス電圧が掛かり，回転しつつ像担持体に接触することにより，転写部を通過した後の像担持体上のトナーを一時的に回収するとともに回収したトナーを像担持体上に吐き出す一時回収回転部材と，一時回収回転部材の回転のためのトルクを検出することで一時回収回転部材に蓄積したトナー蓄積量を検出するトナー蓄積量検出部と，一時回収回転部材のトルクが所定値より小さくなったことによりトナー蓄積量が所定量より多くなったと判断された場合に，一時回収回転部材のバイアス電圧を，一時回収回転部材のトルクが所定値以上である場合のバイアス電圧より，回収側がより優勢になるように直流成分と交流成分のＤｕｔｙとの少なくとも一方を変更するバイアス制御部とを有するものである。

本発明の画像形成装置によれば，像担持体に担持されたトナー像が被転写体に転写される。その後も像担持体に残ったトナーは，一時回収回転部材によって一時的に回収され，再び像担持体上に吐き出される。

一般に，一時回収回転部材のトナー蓄積量が多くなると，トナーの回収効率が低下する。すなわち通常のバイアス電圧では回収量が不足する。本発明によれば，トナー蓄積量が所定量より多い場合には，バイアス制御部により一時回収回転部材のバイアス電圧が通常時のバイアス電圧より回収側に変更されるので，適切な回収量を保つことができる。

さらに本発明では，一時回収回転部材の回転トルクは，一時回収回転部材とそれに接触される像担持体との間の摩擦によって変化される。一般にトナーは潤滑作用があり，接触面間にトナーが多量に存在すれば摩擦が低下する。すなわち，一時回収回転部材のトルクを検出することにより，一時回収回転部材に蓄積されているトナーの量を把握することができる。

さらに本発明では，バイアス制御部は，バイアス電圧を回収側に変更するときには，像担持体へのトナーの吐き出し量が０.３ｇ／ｍ²以下となるようにバイアス電圧を制御することが望ましい。
トナー吐き出し量が０.３ｇ／ｍ²以下であれば，残留トナーによる画質低下は発生しない。

さらに本発明では，バイアス制御部は，像担持体における次回の画像形成に対して画像内領域となる部分に対してのみ，バイアス電圧の回収側への変更を行うことが望ましい。
画像外領域に多くのトナーが残留していても，画質への影響はない。すなわち，画像内領域となる部分のみ制御すれば十分である。

さらに本発明では，一時回収回転部材から像担持体の次回の画像形成に対して非画像領域となる部分へトナーを吐き出させるクリーニングシーケンスを行わせるクリーニング制御部を有し，クリーニング制御部は，バイアス制御部がバイアス電圧の回収側への変更を行った場合には，通常時と比較して，クリーニングシーケンスの実行時間を長くするかまたは実行頻度を上げることが望ましい。
バイアス制御部によってバイアス電圧が回収側へ変更されると，一時回収回転部材にトナーが溜まりがちとなる。そこで，クリーニングシーケンスの実行時間を長くするかまたは実行頻度を上げることにより，一時回収回転部材に蓄積されたトナーを画質に影響を与えることなく放出させることができる。

本発明によれば，環境等の変化により転写残トナーの量が多くなっても，画質低下が発生しない。

「第１の参考形態」
以下，第１の参考形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本参考形態は，クリーナレス方式のカラープリンタである。

本参考形態のカラープリンタ１は，図１にその概略構成を示すように，各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋ，中間転写ベルト１１，２次転写装置１２，ベルトクリーナ１３を有している。各色の画像形成部１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂｋは，中間転写ベルト１１に沿って配置され，中間転写ベルト１１上に各色のトナー像を重ね合わせて形成する。重ね合わされたトナー像は，２次転写装置１２で記録紙１４に転写される。また，中間転写ベルト１１上に残ったトナーは，ベルトクリーナ１３によって掻き取られる。本参考形態では，負帯電トナーを使用するカラープリンタ１とする。なお以下では，特に区別の必要がない場合には，各色の添字ＹＭＣＢｋを省略して記載する。

各色の画像形成部１０はいずれも同じ構成である。各画像形成部１０は，図１に示すように，感光体ドラム２０を中心として，その周囲に帯電装置３０，露光装置４０，現像装置５０，転写装置６０を有している。各装置は一般的なものを使用する。本参考形態のカラープリンタ１では，転写装置６０と帯電装置３０との間に残留トナー制御部７０が備えられている。各色の残留トナー制御部７０は，コントローラ８０によって制御されている。

残留トナー制御部７０は，図２に示すように，ブラシローラ７１とトナー濃度センサ７２とを有している。ブラシローラ７１は，その毛先が感光体ドラム２０の表面に接するように設けられている。トナー濃度センサ７２は，感光体ドラム２０の回転についてブラシローラ７１の上流側に配置され，感光体ドラム２０表面に残留するトナーの量を検出する。また，ブラシローラ７１には，電源７３が接続され，直流と交流との重畳バイアス電圧が印加されている。さらに，電源７３とトナー濃度センサ７２とは，コントローラ８０が接続されて制御されている。なお，ブラシローラ７１と感光体ドラム２０とは，いずれも図中矢印で示すように時計回りに回転されている。

次に，本参考形態のカラープリンタ１における残留トナー制御部７０の動作を説明する。画像形成時には，感光体ドラム２０は帯電装置３０によって一様に帯電され，露光装置４０によって画像データに基づいて静電潜像が形成される。形成された静電潜像が現像装置５０によってトナーで現像され，転写装置６０によって中間転写ベルト１１に転写される。この転写工程後も感光体ドラム２０上に残ったトナーが残留トナーである。ブラシローラ７１には，電源７３によってバイアスが印加されている。これにより，感光体ドラム２０上の残留トナーはブラシローラ７１に一時的に回収され，再び感光体ドラム２０上に吐き出される。この工程によって，残留トナーはある程度分散される。

ここで，転写効率は一般的に環境等の要因によって変化する。そのため，転写効率が非常に低下した環境では，上記のように残留トナーが分散されても露光ゲリ等の画質低下を招くおそれがある。そこで発明者らは，まず画質低下を招くおそれがない残留トナー濃度の範囲を，実験によって求めた。発明者らの実験では，トナー残量と画像濃度ムラとの関係は，図３に示すようなものであった。すなわち，残留トナー濃度が０．３ｇ／ｍ²以下であれば，露光ゲリ等の画質低下は発生しないことが判った。そこで，本参考形態のカラープリンタ１では，残留トナー濃度が０．３ｇ／ｍ²以下となるようにコントローラ８０によって制御する。

次に制御の方法について説明する。上記のようにブラシローラ７１にはバイアス電圧が印加されているので，コントローラ８０によって，このバイアス電圧の直流成分または交流成分のＤｕｔｙを変化させる。これにより，ブラシローラ７１による残留トナーの回収と吐き出しとの割合を変化させるのである。バイアス電圧の直流成分Ｖｄｃを変化させた場合，図４に示すように，Ｖｄｃを大きくするにつれて吐き出し率が低下する。

また，交流成分のＤｕｔｙを大きくしていくと，図５に示すように，吐き出し率が上昇する。なお，ここでは交流成分として矩形波を使用し，そのＶｐｐは３００Ｖとしている。さらにＤｕｔｙは，交流成分のうち吐き出し側の電圧に相当する負電圧が出力されている時間の割合としている。

本参考形態のカラープリンタ１では，残留トナー濃度を制御するために，まず所定のタイミングで残留トナー濃度を検出している。例えば，電源ＯＮ時や画像形成前等に，所定の濃度検出用パターンを形成し，中間転写ベルト１１に転写させる。その後の感光体ドラム２０表面に残留しているトナーの濃度を，トナー濃度センサ７２によって検出する。残留トナー濃度が０．３ｇ／ｍ²以下であれば，特に制御を変更する必要はないので，通常のバイアス電圧を印加する。

一方，残留トナー濃度が０．３ｇ／ｍ²を超えていた場合は，バイアス電圧を変化させて吐き出し率を低下させる。すなわち，バイアス電圧の直流成分を上昇させるか，または，交流成分のＤｕｔｙを低下させる。例えば，バイアス電圧の直流成分として，−２００Ｖ〜１５０Ｖ程度の範囲内で多段階の調節ができるようにしておき，検出された残留トナー濃度に応じて切り替えるようにすればよい。または，−２００Ｖと＋１００Ｖ程度の２水準のバイアス電圧を用意しておき，切り替えるようにしても良い。Ｄｕｔｙを変化させる場合も同様である。

ところで，コントローラ８０による制御には，クリーニングシーケンスを行わせるクリーニング制御も含まれる。クリーニングシーケンスでは，バイアス電圧を吐き出し側に変更して，ブラシローラ７１に蓄積されているトナーを感光体ドラム２０に吐き出す。そして，吐き出されたトナーを現像装置５０によって回収する。通常の制御においても，ブラシローラ７１にトナーがある程度溜まると，この処理が行われる。なお，この制御を行っている間は画像形成を行わない。

上記のようにバイアス電圧を制御してトナーの吐き出し率を低下させると，当然ブラシローラ７１に次第に多くのトナーが溜まることになる。そこで，本参考形態では，吐き出し率を低下させた後に，ブラシローラ７１のクリーニングシーケンスの間隔を短くするか，または，クリーニングシーケンスの実行時間を長くする。これにより，ブラシローラ７１に溜まったトナーを吐き出させ，以後の画像形成に対する影響を防止する。

すなわち，本参考形態のカラープリンタ１によれば，所定のタイミングで標準パターンの残留トナーを検出し，転写効率が低下していると判断されたときにはバイアス電圧の直流成分を上昇させるか，または，交流成分のＤｕｔｙを低下させる。これにより，ブラシローラ７１からのトナーの吐き出し率が低下するので，感光体ドラム２０上のトナー濃度を減少させることができる。従って，環境等の変化により転写残トナーの量が多くなっても，画質低下が発生しないカラープリンタ１となっている。

「実施の形態」
以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，第１の参考形態と残留トナー制御部がやや異なるのみであり，その他の部分は共通であるので，同一の符号を付して説明を省略する。

本形態の残留トナー制御部７５は，トナー濃度センサ７２に代えて，ブラシローラ７１にトルク検出部７６を備えている。トルク検出部７６は，ブラシローラ７１を一定回転させるためのモータの消費電力を検出し，その結果からブラシローラ７１の回転にかかるトルクが所定の範囲内にあるかどうかを検出する。トルク検出部７６による検出結果は，コントローラ８０に入力される。コントローラ８０は，トルク検出部７６の検出結果を受けて電源７３を制御する。

一般にトナーには潤滑性がある。そのため，ブラシローラ７１にある程度以上のトナーが蓄積していると，ブラシローラ７１と感光体ドラム２０との間の摩擦が小さくなるため，ブラシローラ７１の回転のためのトルクは小さくなる。すなわち，トルク検出部７６の検出結果が，所定の範囲より小さい場合には，ブラシローラ７１に蓄積しているトナー量が多くなっていると判断できる。

ブラシローラ７１にトナーが多く蓄積されていると，通常時よりトナーの回収効率が低下する。そのため，残留トナー制御部７５を通過した後の残留トナーが通常時より増加するおそれがある。そこでこのときには，第１の参考形態と同様に電源７３を制御して，バイアス電圧の直流成分を上昇させるか，または，交流成分のＤｕｔｙを低下させる。これにより，ブラシローラ７１からのトナー吐き出し率を低下させ，残留トナー濃度が０．３ｇ／ｍ²以下となるようにコントローラ８０によって制御する。

なお，本形態において，トナーの吐き出し率を低下させた場合には，当然ブラシローラ７１に次第に多くのトナーが溜まることになる。そのため，その場合には，ブラシローラ７１のクリーニングシーケンスの間隔を短くするか，または，クリーニングシーケンスの実行時間を長くするとよい。

これにより，第１の参考形態と同様に，環境等の変化により転写残トナーの量が多くなっても，画質低下が発生しないカラープリンタとなっている。

「第２の参考形態」
以下，本発明を具体化した第２の参考形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本参考形態は，第１の参考形態と残留トナー制御部がやや異なるのみであり，その他の部分は共通であるので，同一の符号を付して説明を省略する。

本参考形態の残留トナー制御部７７は，トナー濃度センサ７２に代えて，ブラシローラ７１に電流検出部７８を備えている。電流検出部７８は，ブラシローラ７１に流れる電流の大きさを検出する。ブラシローラ７１に印加されるバイアスは電圧制御とされているので，ブラシローラ７１の抵抗値が変化すると電流値が変化する。ブラシローラ７１に蓄積されたトナーは抵抗として働くので，トナーの蓄積が少ないブラシローラ７１では電流値が大きく，トナーが蓄積するに従って電流値は小さくなる。従って，電流検出部７８の検出結果からブラシローラ７１のトナー蓄積の程度が判断できる。コントローラ８０は，電流検出部７８の検出結果を受けて電源７３を制御する。

そこで，本参考形態の残留トナー制御部７７では，電流検出部７８により所定のタイミングで電流値を検出する。電流値が所定値以下となったらブラシローラ７１に蓄積しているトナー量が多くなっていると判断できる。このときには，第１の参考形態，実施の形態と同様に電源７３を制御して，バイアス電圧の直流成分を上昇させるか，または，交流成分のＤｕｔｙを低下させる。これにより，ブラシローラ７１からのトナー吐き出し率を低下させ，残留トナー濃度が０．３ｇ／ｍ²以下となるようにコントローラ８０によって制御する。

なお，本参考形態においても，トナーの吐き出し率を低下させた場合には，当然ブラシローラ７１に次第に多くのトナーが溜まることになる。そのため，その場合には，ブラシローラ７１のクリーニングシーケンスの間隔を短くするか，または，クリーニングシーケンスの実行時間を長くするとよい。

これにより，第１の参考形態と同様に，環境等の変化により転写残トナーの量が多くなっても，画質低下が発生しないカラープリンタとなっている。

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。したが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。 また例えば，カラープリンタに限らず，モノクロプリンタやコピー機，ＦＡＸ等の画像形成装置にも適用できる。

本形態に係るカラープリンタを示す概略構成図である。 第１の参考形態に係る残留トナー制御部を示す説明図である。 トナー残量と画像濃度ムラとの関係を示す説明図である。 バイアス電圧の直流成分と吐き出し率との関係を示す説明図である。 バイアス電圧のＤｕｔｙと吐き出し率との関係を示す説明図である。 実施の形態に係る残留トナー制御部を示す説明図である。 第２の参考形態に係る残留トナー制御部を示す説明図である。

１ カラープリンタ（画像形成装置）
２０ 感光体ドラム（像担持体）
６０ 転写装置（転写部）
７１ ブラシローラ（一時回収回転部材）
７６ トルク検出部（トナー蓄積量検出部）
８０ コントローラ（バイアス制御部，クリーニング制御部）

Claims (4)

1. トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体上のトナー像を被転写体に転写する転写部とを有する画像形成装置において，
   前記像担持体に対する直流と交流とを重畳したバイアス電圧が掛かり，回転しつつ前記像担持体に接触することにより，前記転写部を通過した後の前記像担持体上のトナーを一時的に回収するとともに回収したトナーを前記像担持体上に吐き出す一時回収回転部材と，
   前記一時回収回転部材の回転のためのトルクを検出することで前記一時回収回転部材に蓄積したトナー蓄積量を検出するトナー蓄積量検出部と，
   前記一時回収回転部材のトルクが所定値より小さくなったことによりトナー蓄積量が所定量より多くなったと判断された場合に，前記一時回収回転部材のバイアス電圧を，前記一時回収回転部材のトルクが所定値以上である場合のバイアス電圧より，回収側がより優勢になるように直流成分と交流成分のＤｕｔｙとの少なくとも一方を変更するバイアス制御部とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において，
   前記バイアス制御部は，バイアス電圧を回収側に変更するときには，前記像担持体へのトナーの吐き出し量が０.３ｇ／ｍ²以下となるようにバイアス電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の画像形成装置において，
   前記バイアス制御部は，前記像担持体における次回の画像形成に対して画像内領域となる部分に対してのみ，バイアス電圧の回収側への変更を行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の画像形成装置において，
   前記一時回収回転部材から前記像担持体の次回の画像形成に対して非画像領域となる部分へトナーを吐き出させるクリーニングシーケンスを行わせるクリーニング制御部を有し，
   前記クリーニング制御部は，前記バイアス制御部がバイアス電圧の回収側への変更を行った場合には，通常時と比較して，クリーニングシーケンスの実行時間を長くするかまたは実行頻度を上げることを特徴とする画像形成装置。

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