JP4817716B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
ところが近年、環境保全に対する社会的な意識の高まりと、各種規制の強化に伴い、電子写真技術においても省資源化と、製品のリサイクル技術は、重要な課題の一つになってきている。画像形成装置では、廃トナーをなくし、転写残トナーをリサイクルする要請が高まっている。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、中間転写体上の転写残トナーの廃トナー量を減らし、装置の大型化を伴わずに、安定した高画質画像を出力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。
本発明の画像形成装置は、複数の像担持体と、複数の像担持体のそれぞれに各色ごとのトナー像を形成する複数の現像手段と、複数の像担持体上に形成された各色ごとのトナー像を中間転写体上にそれぞれ重ね合わせて一次転写する一次転写手段と、中間転写体上に重ね合わされたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写手段と、中間転写体上の転写残トナーを回収する回収手段とを備えた画像形成装置において、前記回収手段は、カラーモード時には、前記中間転写体上にクリーニング手段を接触させて転写残トナーを回収して廃棄する第一のトナー回収機構を備え、白黒モード時には、前記中間転写体上からクリーニング手段を離して、前記中間転写体上に一時回収手段を接触させて転写残トナーを回収する第二のトナー回収機構を備え、前記第二のトナー回収機構は、前記一時回収手段を極性制御剤を含有する表層を備えた一時回収ローラとし、かつ、前記一時回収ローラにバイアスを印加することにより、転写残トナーを一時回収ローラに静電的に付着させて保持し、前記一時回収ローラ上に保持された転写残トナーを前記中間転写体上に戻し、さらに一次転写手段のバイアスを転写残トナーの極性と同極性に切り替えることにより前記中間転写体上に戻された転写残トナーを前記像担持体上に静電的に戻し、前記像担持体上に戻された転写残トナーを、黒色トナーを収容する現像手段に戻して回収するための印加バイアス制御手段を有することを特徴とする。
すなわち、カラーモード時には、中間転写体上で色が混じり合ったカラーの転写残トナーを再利用すると高品質なカラー画像を形成することができなくなるため、中間転写体上にクリーニング手段を接触させて、転写残トナーを廃棄する。白黒モード時には、黒色の転写残トナーのみを黒色トナーを収容する現像器へ戻して回収する。
なお、「カラーモード」とは、複数の色のトナー像が中間転写体上に重畳され、二次転写手段によって一括で記録媒体に転写されるモードをいう。「白黒モード」とは、黒色単色のトナー像のみが中間転写体上に形成され、それが二次転写手段によって記録媒体に転写されるモードをいう。
一時回収ローラとして、金属ローラのほかに、金属ローラとは弾性、表面積、および中間転写体との摩擦力の異なるゴムローラ、スポンジローラ、ブラシローラを用いることにより、転写残トナーの回収率が向上する。金属ローラからゴムローラにすると、ローラと中間転写体の間の摩擦力が大きくなるため、中間転写体上の転写残トナーを除去する力も大きくなる。金属ローラからスポンジローラにすると、ローラの表面積が大きくなるために、トナーを付着させる面積も大きくなる。金属ローラからブラシローラにすると、ブラシの先端が中間転写体上に接触する力が、金属ローラ表面が中間転写体上に均一に接触する力と比較して大きくなる。
一時回収ローラと中間転写体との間に線速差を持たせることにより、転写残トナーを摩擦帯電させて一時回収ローラに静電的に回収することを促し、転写残トナーの回収率を向上させる。
カラーモード時に転写残トナーの保持手段である一時回収ローラを中間転写体から離すことで、各色のトナーが一時回収ローラに付着することを防止する。そして、白黒モード時に、黒色の転写残トナーを一時回収ローラ上に保持する際に、カラーの転写残トナーが混在しないようにする。
白黒モード時に、黒色トナーを除く各色のトナーを収容する現像手段を中間転写体から離すことで、カラーのトナーが転写ベルトに付着することが防止され、混色のない黒色トナーのみを回収する。
図1は、カラーモード時のプリンタの概略構成図である。本プリンタは、潜像担持体として4つの感光体ドラム1K,1C,1M,1Yを備えている。各感光体ドラム1K,1C,1M,1Yは、それぞれ表面移動部材としての無端移動部材である中間転写ベルト10に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。各感光体ドラム1K,1C,1M,1Yは、比較的薄い円筒状の導電性基体上に感光層を形成し、更にその感光層の上に保護層を形成したもので、その外径は30[mm]、内径は28.5[mm]である。なお、本実施形態では、低コスト化、感光体設計の自由度、無公害性等の観点から有機系感光体を用いている。
露光装置4は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体ドラム1に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置4は、レーザ方式の露光装置であるが、LEDアレイと結像手段からなる露光装置など他の方式の露光装置を採用することもできる。
中間転写体としての中間転写ベルト10は、3つの支持ローラ11,12,13に無端状に張架され、図中矢印の方向に移動する構成となっている。この中間転写ベルト10上に、各感光体ドラム1Y,1C,1M,1K上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。本実施形態では、静電転写方式に転写チリの発生が少ない転写ローラを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体ドラム1K,1C,1M,1Yと接触する中間転写ベルト10の部分の裏面に、それぞれ一次転写手段としての一次転写ローラ14K,14C,14M,14Yを配置する。各1次転写ローラ14K,14C,14M,14Yが中間転写ベルト10に押圧されると、その中間転写ベルト10の部分と各感光体ドラム1K,1C,1M,1Yとの間に1次転写ニップ部が形成される。そして、各感光体ドラム1K,1C,1M,1Y上のトナー像を中間転写ベルト10上に転写する際には、各1次転写ローラ14K,14C,14M,14Yに正極性のバイアスが印加される。これにより、各1次転写ニップ部には転写電界が形成され、各感光体ドラム1K,1C,1M,1Y上のトナー像は、中間転写ベルト10上に静電的に付着し、転写される。
支持ローラ13に張架された中間転写ベルト10の部分には、二次転写ローラ16が接触して配置されている。この中間転写ベルト10と二次転写ローラ16との間には二次転写ニップ部が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録材としての転写紙が送り込まれるようになっている。この転写紙は、露光装置4の図中下側にある給紙カセット20内に収容されており、給紙ローラ21、レジストローラ22等によって、二次転写ニップ部まで搬送される。そして、中間転写ベルト10上に重ね合わされたトナー像は、二次転写ニップ部において、転写紙上に一括して転写される。この二次転写時には、二次転写ローラ16に正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト10上のトナー像が転写紙上に転写される。
二次転写ニップ部の転写紙搬送方向下流側には、定着手段としての定着装置23が配置されている。この加熱定着装置23は、ヒータを内蔵した加熱ローラ23aと、圧力を加えるための加圧ローラ23bを備えている。二次転写ニップ部を通過した転写紙は、これらのローラ間に挟み込まれ、熱と圧力を受けることになる。これにより、転写紙上に載っていたトナーが溶融し、トナー像が転写紙に定着される。定着後の転写紙は、排紙ローラ24によって、装置上面の排紙トレイ上に排出される。
プロセスカートリッジ30は、各感光体ドラム1K,1C,1M,1Yと、その周囲に配置された帯電装置3、現像装置5、感光体クリーニング装置40とを一体に支持し、プリンタ本体から着脱自在な構成となっている。プロセスカートリッジ30内に収容された部品に寿命が到来したり、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジ30を交換すればよいため、利便性が向上する。また、トナーボトル31Y,31C,31M,31Kは、プロセスカートリッジ30とは別に、それぞれが単体で交換できるように、プリンタ本体から着脱自在な構成となっている。このような構成とすることで、トナーが消耗した時にはそのトナーボトルだけを交換すればよく、トナーエンド時にまだ寿命になっていない他の構成部材はそのまま利用することができ、ユーザーの出費を抑えることができる。
本実施形態では、プロセスカートリッジ30に各感光体ドラム1K,1C,1M,1Yと現像装置5等が一体に支持されており、黒色トナーを除く各色のトナーを収容するプロセスカートリッジ30を、図示していないクラッチにより中間転写ベルト10から離すことで、カラーのトナーが中間転写ベルト10に付着することが防止され、混色のない黒色トナーのみを回収し、再利用することができる。
感光体ドラム1の周りには、その表面移動方向に沿って、転写残トナーの保持手段としてのトナー保持装置40、磁気ブラシローラ41、帯電手段としての帯電装置3、現像手段としての現像装置5の順に配置されている。帯電装置3と現像装置5との間には、潜像形成手段としての露光装置4から発せられる光が感光体ドラム1まで通過できるようにスペースが確保されている。
帯電装置3は、感光体ドラム1の表面を負極性に一様帯電する。本実施形態における帯電装置3は、いわゆる接触帯電方式で帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ3aを備えている。すなわち、この帯電装置3は、帯電ローラ3aを感光体ドラム1の表面に接触させ、その帯電ローラ3aに負極性バイアスを印加することで、感光体ドラム1の表面を一様帯電する。本実施形態では、感光体ドラム1の表面電位が一様に−500[V]となるように、帯電ローラ3aに−1000[V]のバイアスを印加している。このようにして一様帯電した感光体ドラム1の表面には、図1に示した露光装置4によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。
現像装置5は、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ5aが部分的に露出している。本実施形態で使用する現像装置5では、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を使用しているが、キャリアを含まない一成分現像剤を使用してもよい。トナーは、図1に示したトナーボトル31K,31C,31M,31Yから、対応する色のトナーの補給を受けて、各色ごとにそれぞれの現像装置5内部に収容される。現像装置5に補給されたトナーは、攪拌搬送スクリュー5bによってキャリアと撹拌されながら搬送され、現像ローラ5a上に担持される。この現像ローラ5aは、磁界発生手段としてのマグネットローラと、その周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。現像剤中のキャリアは、マグネットローラが発生させる磁力により現像ローラ5a上に穂立ちした状態となって感光体ドラム1と対向する現像領域に搬送される。
ここで、現像ローラ5aは、現像領域において感光体ドラム1の表面よりも速い線速度で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ5a上に穂立ちしたキャリアは、感光体ドラム1の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体ドラム1の表面に供給する。このとき、現像ローラ5aには、図示しない電源から−300[V]のバイアスが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。そして、感光体ドラム1上の静電潜像と現像ローラ5aとの間では、現像ローラ5a上のトナーに静電潜像側に向かう静電力が働く。これにより、現像ローラ5a上のトナーが感光体ドラム1上の静電潜像に付着し、それぞれ対応する色のトナー像に現像する。
一次転写ローラ14には、第一電源43又は第二電源44のいずれか一方から、バイアスが印加される構成になっている。バイアスの切り替えは、切替スイッチ45を操作し、第一電源43と第二電源44の電源を切り替えることにより可能である。
[実施例1]は、一時回収ローラに金属ローラ50を用いた例である。
本発明では、カラーモード時と白黒モード時によって、中間転写ベルト10表面に残留した転写残トナーの取り扱いが異なる。すなわち、カラーモード時には、中間転写ベルト10上にベルトクリーニング装置15を接触させ、カラーの転写残トナーはベルトクリーニング装置15によって回収され廃棄される第一のトナー回収機構を備えている。一方、白黒モード時には、中間転写ベルト10からベルトクリーニング装置15を図示しないクラッチにより離し、黒色の転写残トナーをベルトクリーニング装置15によって回収および廃棄されることを避け、中間転写ベルト10に金属ローラ50を接触させ、黒色の転写残トナーを金属ローラ50に保持し、中間転写ベルト10、感光体ドラム1を経て現像装置5に戻して回収する第二のトナー回収機構を備えている。
転写工程では、感光体ドラム1上の潜像に付着したトナーを中間転写ベルト10へ転写する場合、負帯電したトナーを中間転写ベルト10へ引き付ける力が必要であるから、第一電源43から500〜600[V]の正極性のバイアスを一次転写ローラ14に印加する。そして、中間転写ベルト10上の黒色のトナー像は、二次転写ニップ部において、転写紙上に一括して転写される。
第二のトナー回収機構では、二次転写後の中間転写ベルト10上に残留した黒色の転写残トナーを、金属ローラ50で保持させる。具体的には、白黒モード時には、中間転写ベルト10からベルトクリーニング装置15を離し、転写残トナーの保持手段である金属ローラ50を中間転写ベルト10に接触させる。金属ローラ表層50aには、転写での電荷注入や放電により逆極性となったトナーを負極性に制御するための極性制御剤を含有させる。また、金属ローラ50と中間転写ベルト10との間に線速差を持たせ、逆極性になったトナーを摩擦帯電させて、金属ローラ50への印加バイアスも併用して静電的に回収する。本実施形態では、線速差は1.05〜2.00という値が最適であった。線速差が1.05未満では、トナーの摩擦帯電効果が小さくなり、線速差が2.0より大きいとトナーのフィルミングが発生し、さらに金属ローラ50と中間転写ベルト10との接触が不安定になるなどの問題が生じたことによる。
次に、金属ローラ50で保持した転写残トナーを中間転写ベルト10上に戻す。具体的には、本プリンタが画像形成を行わない時、すなわち画像形成を終えてから次の画像形成を行うまでのあいだに、負帯電したトナーを金属ローラ50から中間転写ベルト10上に押し出すため、金属ローラ50に第二電源44から−500〜−600[V]の負極性の放出バイアスを印加する。
次に、中間転写ベルト10上に戻された転写残トナーを感光体ドラム1上に戻す。具体的には、中間転写ベルト10上の転写残トナーを感光体ドラム1に戻すときは、負帯電したトナーを押し出す力が必要であるから、第二電源44から−600〜−700[V]の負極性のバイアスを一次転写ローラ14に印加する。
このように、感光体ドラム1上の潜像に付着したトナーを中間転写ベルト10へ転写する場合と、二次転写後の中間転写ベルト10上に残留した黒色の転写残トナーを感光体ドラム1上に戻す場合とで、一次転写ローラ14に印加するバイアスの極性を切り替える。具体的には、切替スイッチ45を操作し、第一電源43と第二電源44の電源を切り替える。
最後に、中間転写ベルト10から感光体ドラム1の表面に戻された転写残トナーを現像装置5で回収する。具体的には、まず、感光体ドラム1の表面に付着した転写残の負帯電トナーは、帯電ローラ3aとの接触領域に到達する。本実施形態では、負帯電トナーが付着した感光体ドラム1表面は−500[V]に帯電されているため、−1000[V]の帯電用のバイアスが印加されている帯電ローラ3aとの接触領域では、負帯電トナーには感光体ドラム1側に向かう静電力が働くことになる。したがって、負帯電トナーは帯電ローラ3aに付着することなく、その接触領域を通過することができる。感光体ドラム1の表面は−500[V]に帯電されているため、感光体ドラム1の表面に戻された転写残の負帯電トナーは、次に通過する−350[V]のバイアスが印加された現像スリーブで回収される。
[実施例2]は、一時回収ローラにゴムローラを用いた例である。一時回収ローラを、[実施例1]の金属ローラからゴムローラに換えることにより、ゴムローラ50と中間転写ベルト10の間に働く摩擦力が大きくなり、転写残トナーを除去する力も大きくなるので、転写残トナーの回収率が向上する。ゴムローラ表層50aには、転写での電荷注入や放電により逆極性となったトナーを負極性に制御するための極性制御剤を含有させる。
[実施例3]は、一時回収ローラにスポンジローラを用いた例である。一時回収ローラを、[実施例1]の金属ローラからスポンジローラに換えることにより、金属ローラの場合よりも表面積が大きくなり、転写残トナーを付着させる面積も大きくなるので、転写残トナーの回収率が向上する。スポンジローラ表層50aには、転写での電荷注入や放電により逆極性となったトナーを負極性に制御するための極性制御剤を含有させる。
[実施例4]は、一時回収ローラにブラシローラを用いた例である。一時回収ローラを、[実施例1]の金属ローラからブラシローラに換えることにより、ブラシの先端が中間転写ベルト10に当たる力が、金属ローラが均一に中間転写ベルトに接する力よりも大きくなるので、転写残トナーの回収率が向上する。ブラシローラ表層50aには、転写での電荷注入や放電により逆極性となったトナーを負極性に制御するための極性制御剤を含有させる。
これらの表層樹脂は、適当な溶媒に溶解・分散させ塗料としてコートする方法の他に、押し出し機などを用いてチューブ化したものを被覆する方法でもよい。
カップリング剤としては、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤などであるが、以下に具体例を示す。
シラン系カップリング剤としては、例えば、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシランなどが挙げられる。
3 帯電装置
3a 帯電ローラ
4 露光装置
5 現像装置
5a 現像ローラ
5b 攪拌搬送スクリュー
10 中間転写ベルト
11,12,13 支持ローラ
14K,15C,16M,14Y 1次転写ローラ
15 ベルトクリーニング装置
16 二次転写ローラ
20 給紙カセット
21 給紙ローラ
22 レジストローラ
23 定着装置
23a 加熱ローラ
23b 加圧ローラ
24 排紙ローラ
30 プロセスカートリッジ
31K,31C,31M,31Y トナーボトル
40 感光体クリーニング装置
41 磁気ブラシローラ
43 第一電源
44 第二電源
45 切替スイッチ
50 本実施例の一時回収ローラ(金属、ゴム、スポンジ、ブラシ)
50a 本実施例の一時回収ローラ表層(金属、ゴム、スポンジ、ブラシ)
Claims (7)
- 複数の像担持体と、複数の像担持体のそれぞれに各色ごとのトナー像を形成する複数の現像手段と、複数の像担持体上に形成された各色ごとのトナー像を中間転写体上にそれぞれ重ね合わせて一次転写する一次転写手段と、中間転写体上に重ね合わされたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写手段と、中間転写体上の転写残トナーを回収する回収手段とを備えた画像形成装置において、
前記回収手段は、
カラーモード時には、前記中間転写体上にクリーニング手段を接触させて転写残トナーを回収して廃棄する第一のトナー回収機構を備え、
白黒モード時には、前記中間転写体上からクリーニング手段を離して、前記中間転写体上に一時回収手段を接触させて転写残トナーを回収する第二のトナー回収機構を備え、
前記第二のトナー回収機構は、
前記一時回収手段を極性制御剤を含有する表層を備えた一時回収ローラとし、
かつ、前記一時回収ローラにバイアスを印加することにより、転写残トナーを一時回収ローラに静電的に付着させて保持し、前記一時回収ローラ上に保持された転写残トナーを前記中間転写体上に戻し、さらに一次転写手段のバイアスを転写残トナーの極性と同極性に切り替えることにより前記中間転写体上に戻された転写残トナーを前記像担持体上に静電的に戻し、前記像担持体上に戻された転写残トナーを、黒色トナーを収容する現像手段に戻して回収するための印加バイアス制御手段を有する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記一時回収ローラは、金属ローラである
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記一時回収ローラは、ゴムローラである
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記一時回収ローラは、スポンジローラである
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記一時回収ローラは、ブラシローラである
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記一時回収ローラと前記中間転写体との間に線速差を持たせる
ことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記カラーモード時に、前記一時回収ローラを前記中間転写体から離す
ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の画像形成装置。
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