JP5375501B2 - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法に関する。

画像形成装置におけるクリーニング装置は一般に、ブレード、ブラシ、ローラ等を備えて構成され、これらを用いて像担持体等の表面に残留する残留トナーを除去する。中でもブレードは、像担持体等の表面に当接し、残留トナーを直接的かつ物理的に剥ぎ取ることから、クリーニング装置においては特に重要な構成部品の一つである。

ブレードに当接される部材としては、例えば感光体ドラムや中間転写体等の像担持体、或いは転写ベルトである。像担持体では、画像領域に画像（トナー像）を担持し、必要に応じて非画像領域にトナー強制排出用のパッチを担持する。なお、画像領域とは、像担持体上において用紙が通紙される領域をいい、画像形成対象となるトナー像はこの領域に形成される。また、非画像領域とは、複数の用紙に連続的に画像形成する際の画像間の領域をいい、通紙される用紙と用紙との間、すなわち「紙間」をいう。

トナー強制排出用のパッチを形成する理由に、ブレードの磨耗やブレードめくれを抑制できることが挙げられる。近年、トナーに滑剤を混合した現像剤が用いられており、一定量のトナーを定期的に排出することで像担持体等を滑剤で潤滑することができる。像担持体等を滑剤で潤滑することによりブレードと像担持体等との摩擦係数が小さくなり、ブレードの磨耗やブレードめくれを抑制することができる。
転写ベルト上にも同様の理由でトナー強制排出用パッチを設けるようにすることがある。

ここで、転写ベルトの表面粗さは、用紙が直接的に接触する通紙領域と非通紙領域とで異なることが確認されている。そのため、非通紙領域に排出されるパッチの副走査方向（転写ベルト移動方向）の幅が常に一定で同じ場合、すなわち転写ベルトの表面粗さが考慮されずに非通紙領域に常に同一形状のパッチが排出される場合、通紙領域の配置によってはブレードの非通紙領域に対応する部分と通紙領域に対応する部分の磨耗が均一にならず、偏磨耗する問題が生じる。なお、非通紙領域に形成されるトナー強制排出用のパッチは一般に、主走査方向に延在する帯状のパッチであり、副走査方向に一定の幅をもって構成される。
ブレードの偏磨耗を抑制するため、トナー強制排出用のパッチの構成について下記に示す従来技術がある。

特許文献１によれば、転写ベルト端部のパッチ幅を中央部のパッチ幅よりも長くする技術が開示されている（特許文献１参照）。
特許文献２によれば、用紙端部よりも外側であり、かつ、転写ベルト端部よりも内側である非通紙領域にパッチを形成する技術が開示されている（特許文献２参照）。
特許文献３によれば、転写ベルトの表面粗さを検出し、検出結果に基づいてパッチのトナー量を決定する技術が開示されている（特許文献３参照）。

特開平１１−１５２９２号公報 特開２００６−１５４１５０号公報 特開２００６−３１７６４４号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２の技術では、多種多様な使用状況が想定される中でブレードの磨耗に直接的な影響を与える転写ベルトの表面状態を反映することができず、ブレードの磨耗を進行させ、過剰にトナーを排出する場合がある。

また、特許文献３の技術では、転写ベルトの表面粗さに基づいて、トナーの排出量、すなわちパッチの副走査方向の幅の大小を決定することができるため、ブレードの偏磨耗を低減することができる。しかし、転写ベルトの表面粗さを検出する検出装置が必要となり、画像形成装置が大型化する問題がある。

本発明の課題は、ブレードの偏磨耗を抑制するとともに、装置の大型化を回避し得る画像形成装置及び画像形成方法を提供することである。

本発明によれば、像担持体と、
前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記像担持体上のトナー像を用紙に転写する転写ベルトを有する転写手段と、
前記転写ベルトの表面をクリーニングするブレードと、
前記転写ベルトの摺動方向の用紙の非画像領域にトナー強制排出用のパッチを形成する制御部と、を有する画像形成装置において、
前記制御部は、前記パッチを、前記転写ベルトの摺動方向に一定の幅を有し、該摺動方向に垂直方向に延在して設けられる帯状に形成し、該摺動方向の幅を前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合に基づいて算出する画像形成装置が提供される。

また、本発明によれば、像担持体と、
前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
前記像担持体上のトナー像を用紙に転写する転写ベルトを有する転写手段と、
前記転写ベルトの表面をクリーニングするブレードと、
前記転写ベルトの摺動方向の用紙の非画像領域にトナー強制排出用のパッチを形成する制御部と、を有する画像形成装置の画像形成方法において、
前記制御部により、前記パッチを、前記転写ベルトの摺動方向に一定の幅を有し、該摺動方向に垂直方向に延在して設けられる帯状に形成し、該摺動方向の幅を前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合に基づいて算出する工程を含む画像形成方法が提供される。

本発明によれば、転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合に基づいて、主走査方向に延在する帯状のパッチの副走査方向の幅を決定することができる。これにより、像担持体の表面粗さを考慮したパッチを非画像領域に形成することができ、ブレードの偏磨耗を抑制することができる。また、表面粗さを検出する検出装置等は不要であるため、画像形成装置が大型化することもない。

画像形成装置の概略構成図である。 画像形成装置の機能的構成図である。 一般的なトナー強制排出用パッチの概念図である。 ブレードの耐久評価試験の結果を示す図である。 通紙割合と必要なパッチ幅との関係を示す図である。 環境に応じた通紙割合と必要なパッチ幅との関係を示す図である。 パッチ形成処理を示すフロー図である。 本実施形態のパッチの概念図を示す図である。 本実施形態の他のパッチの概念図を示す図である。

本実施形態における画像形成装置の構成及び動作について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本発明は、本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態ではカラーの画像形成装置を例に挙げて説明しているが、モノクロの画像形成装置によっても本発明を実施することは可能である。

図１に、画像形成装置１０の概略構成を示す。
画像形成装置１０は、イエロー作像部Ｙ、マゼンダ作像部Ｍ、シアン作像部Ｃ、ブラック作像部Ｋを備える。各作像部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、中間転写ベルト１１の回転方向に沿って設けられる。

イエロー作像部Ｙは、感光体ドラム１２Ｙの周囲に、帯電装置１３Ｙ、露光装置１４Ｙ、現像装置１５Ｙ、１次転写ローラ１６Ｙ、感光体ドラムクリーニング装置１７Ｙ等を備えて構成される。イエロー作像部Ｙは、感光体ドラム１２Ｙ上に各装置（１３Ｙ〜１７Ｙ）を用いてイエローのトナー像を形成し、形成されたトナー像を中間転写ベルト１１に転写する。

帯電装置１３Ｙは、感光体ドラム１２Ｙの表面を均一に帯電する。
露光装置１４Ｙは、感光体ドラム１２Ｙの非画像領域を露光し、露光した部分の電荷を除去することで静電潜像を形成する。また、露光装置１４Ｙは、非画像領域には後述するトナー強制排出用パッチに相当する静電潜像を形成する。

現像装置１５Ｙは、感光体ドラム１２Ｙ上の静電潜像にトナーを供給し、感光体ドラム１２Ｙ上の画像領域とトナー強制排出用パッチの領域にトナー像を形成する。なお、トナーには滑剤が混合されており、トナーが感光体ドラム１２Ｙに供給される際、滑剤もトナーとともに感光体ドラム１２Ｙに供給される。感光体ドラム１２Ｙに供給された滑剤は、感光体ドラム１２Ｙ表面を潤滑する。

１次転写ローラ１６Ｙは、中間転写ベルト１１の裏面からトナーとは逆極性の電荷を付加し、静電力により感光体ドラム１２Ｙに形成されたトナー像を中間転写ベルト１１に転写する。このとき、トナーとともに滑剤も中間転写ベルト１１に転写される。
感光体ドラムクリーニング装置１７Ｙは、感光体ドラム１２Ｙに残留する残留トナーをブレードやブラシ等で除去する。
その他、イエロー作像部Ｙは、図示しない分離装置、分離爪等を備える。

マゼンダ作像部Ｍ、シアン作像部Ｃ、ブラック作像部Ｋについては、上記説明してきたイエロー作像部Ｙと同様の構成及び動作を伴うため、ここでの説明は省略する。

２次転写ローラ２１は、２次転写ベルト２２の裏面からトナーとは逆極性の電荷を付加し、静電力により中間転写ベルト１１に転写された画像領域のトナー像を更に２次転写ベルト２２により搬送されてきた用紙Ｐに転写する。このとき、トナー強制排出用パッチに相当する領域のトナー像は２次転写ベルト２２に転写される。
２次転写駆動ローラ２３は、回転駆動して２次転写ベルト２２を回転させる。

２次転写クリーニング装置２４は、２次転写ベルト２２に残留する残留トナーをブレード２５や図示しないブラシ等で除去する。ブレード２５は、２次転写ベルト２２表面に当接し、２次転写ベルト２２上の残留トナーを直接的かつ物理的に剥ぎ取る。トナーに含まれていた滑剤は２次転写ベルト２２上に残留し、ブレードとの間の潤滑剤として作用する。
画像形成装置１０のその他の条件について、下記表１に示す。

図２に、画像形成装置１０の機能的構成を示す。
画像形成装置１０は、制御部１、記憶部２、印字率カウンタ３、温湿度検出部４、プリンタコントローラ５、スキャナ系画像処理部６、メモリ制御部７、画像メモリ８、メモリ制御部９、画像メモリ９ａ、プリンタ系画像処理部９ｂ等を備えて構成される。
また、画像形成装置１０は、ＬＡＮ経由で外部ＰＣ２００と接続される。

制御部１は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えて構成される。
制御部１は、ＣＰＵにより、ＲＯＭ又は記憶部２に記憶されている各種プログラムをＲＡＭに展開し、展開された各種プログラムと協働して画像形成装置１０の動作を集中制御する。

記憶部２は、不揮発性メモリ等で構成され、システムプログラム又は各種プログラム等を記憶する。

印字率カウンタ３は、印刷処理される１ページ辺りの印字率を算出し、算出された印字率のデータを制御部１に出力する。

温湿度検出部４は、画像形成装置１０の内部の温度又は湿度を検出し、検出された温度又は湿度のデータを制御部１に出力する。

プリンタコントローラ５は、外部ＰＣ２００から出力されるＰＤＬ（Page Description Language）データをＬＡＮ経由で入力する。
プリンタコントローラ５は、入力されたＰＤＬデータを圧縮／伸張処理してメモリ制御部７に出力する。

スキャナ系画像処理部６は、図示しないＣＣＤ等の光学系により原稿の画像が読み取られ、Ａ／Ｄ変換等されて生成された画像データを入力し、入力された画像データに各種画像処理を施してメモリ制御部７又はメモリ制御部９に出力する。

スキャナ系画像処理部６が行う各種画像処理には、シェーディング補正、画像遅延、領域判別、空間フィルタ、変倍、濃度γ変換、傾き補正、誤差拡散、解像度変換等がある。

メモリ制御部７は、スキャナ系画像処理部６から出力された画像データを入力し、入力された画像データを圧縮処理して画像メモリ８に出力する。
また、メモリ制御部７は、画像メモリ８から出力される画像データを入力し、伸張処理してプリンタ系画像処理部９ｂに出力する。

画像メモリ８は、メモリ制御部７から出力される画像データを入力して記憶する。また、画像メモリ８は、メモリ制御部７に画像データを出力する。

メモリ制御部９は、プリンタコントローラ５又はスキャナ系画像処理部６から出力された画像データを入力し、入力された画像データを圧縮処理して画像メモリ９ａに出力する。
また、メモリ制御部９は、画像メモリ９ａから出力される画像データを入力し、伸張処理してプリンタ系画像処理部９ｂに出力する。

画像メモリ９ａは、メモリ制御部９から出力される画像データを入力して記憶する。また、画像メモリ９ａは、メモリ制御部９に画像データを出力する。

プリンタ系画像処理部９ｂは、メモリ制御部７又はメモリ制御部９から出力された画像データを入力し、入力された画像データに各種画像処理を施して画像形成部４０に出力する。

プリンタ系画像処理部９ｂが行う各種画像処理には、セル平均、解像度変換、画像遅延、領域判別、プリンタγ変換、細線化処理、微少変倍、スクリーン処理、印字率カウンタ等がある。

図３に、一般的なトナー強制排出用パッチの概念図を示す。
制御部１は図１及び図２に示す各部や各装置の動作を制御して、２次転写ベルト２２の非通紙領域にトナー強制排出用のトナー像（「トナー強制排出用パッチ」又は単に「パッチ」）を形成する。通紙領域とは、２次転写ベルト２２上において用紙Ｐが通紙される領域をいう。非通紙領域とは、複数の用紙が連続的に搬送される際の用紙間の領域をいい、通紙される用紙と用紙との間、すなわち「紙間」をいう。なお、通紙領域ではなく非通紙領域（紙間）にパッチを形成することにより、単位時間辺りの生産性を確保することができる。

図３に示すように、トナー強制排出用パッチＰＴは、２次転写ベルト２２上に形成されるトナー像であり、主走査方向に延在する帯状のパッチである。パッチＰＴは、用紙Ｐ１、用紙Ｐ２、用紙Ｐ３、…の各用紙Ｐ間の非通紙領域（紙間）に形成される。なお、パッチＰＴのトナー量が十分に多ければ、つまり、パッチＰＴの副走査方向の幅（以下、単にパッチの「幅」又は「パッチ幅」ともいう）が十分に大きければ、２次転写ベルト２２上において滑剤が枯渇する部分はなく、ベルト表面は十分に潤滑されるため、ブレード２５が偏磨耗することはない。しかし、パッチＰＴの幅を大きくすることでその分トナー消費量が増加し、用紙一枚辺りのコストが増加する問題が生じる。

一般に、２次転写ベルト２２において用紙Ｐが通紙される部分、つまり通紙領域では、ベルトの表面粗さは粗くなる傾向にある。また、２次転写ベルトにおいて用紙Ｐが通紙されない非通紙領域では、中間転写ベルト１１等の対向物との摺動により、画像領域ほどに表面粗さが粗くなることはない。このことから、２次転写ベルト２２の表面粗さは、２次転写ベルト２２の摺動距離Ｄ１に対する通紙距離Ｄ２の割合（以下、通紙割合という）に大きく依存するといえる。

図４に、通紙割合とパッチ幅との関係におけるブレードの耐久評価試験の結果を示す。
耐久評価試験は、常温常湿環境下（温度２０℃、湿度５０％）で、副走査方向における通紙割合を０〜０．７と変更し、変更するごとに摺動距離２０ｋｍ程度まで実際に画像形成した。評価は、ブレード２５に偏磨耗が発生していない場合を〇、偏磨耗が発生している場合を×とした。なお、偏磨耗発生の有無は、目視評価とした。

図４に示すように、通紙割合が小さいほどブレード２５は偏磨耗し、通紙割合が大きいほどブレード２５は偏磨耗しなかった。また、パッチ幅が小さいほどブレード２５は偏磨耗し、パッチ幅が大きいほどブレード２５は偏磨耗しなかった。以上の結果より、ブレード２５の偏磨耗は、２次転写ベルト２２表面が粗い場合には発生せず、平滑な場合に発生するといえる。
なお、２次転写ベルト２２の摺動距離が１〜５ｋｍ程度となる時点で、通紙割合に応じた表面粗さとなることが確認された。

図５に、通紙割合と必要なパッチ幅との関係を示す。
図５に示す通紙割合と必要なパッチ幅との関係は、図４に示した試験結果に基づいて定めたものである。図５に示す関係を満たすようにして通紙割合に対してパッチ幅を決定することにより、不必要にパッチ幅を大きくすることなくトナー消費量を抑え、ブレード２５の偏磨耗を抑制することができる。本実施形態では、図５に示す関係を記憶部２がテーブルとして予め記憶する。

図６に、環境に応じた通紙割合と必要なパッチ幅との関係を示す。
図６に示す環境に応じた通紙割合と必要なパッチ幅との関係は、図４に示した試験結果及び図５に示した関係に基づいて定めたものである。図６に示す関係を満たすようにしてパッチ幅を決定することにより、上記同様、トナー消費量を抑え、ブレード２５の偏磨耗を抑制することができる。本実施形態では、図６に示す関係を記憶部２がテーブルとして予め記憶する。

図７を参照して、パッチ形成処理について説明する。
制御部１は、用紙Ｐを検出したか否か判断する（ステップＳ１）。
用紙Ｐの検出に際して、例えば制御部１は、２次転写ベルト２２上や図示しない給紙部からの搬送路上に設置されたセンサから検出信号を入力する。

用紙Ｐを検出した場合（ステップＳ１；Ｙ）、制御部１は、用紙Ｐの副走査方向の長さを算出する（ステップＳ２）。
用紙Ｐのサイズが記憶部２に予め記憶されている場合、制御部１はこれを読み取ることで用紙Ｐの副走査方向の長さを算出する。

用紙Ｐを検出しない場合（ステップＳ１；Ｎ）、制御部１は、用紙Ｐの副走査方向の長さを０にする（ステップＳ３）。

制御部１は、通紙距離Ｄ２を積算して、２次転写ベルト２２の摺動距離Ｄ１に対する通紙距離Ｄ２の割合（通紙割合）を算出する（ステップＳ４）。
通紙割合を算出する際、摺動距離Ｄ１は１ｋｍ〜５ｋｍ程度以上であることが望ましい。摺動距離Ｄ１があまりに短いと、２次転写ベルト２２の表面粗さが通紙割合に応じた表面粗さとならないからである。

制御部１は、高温高湿や低温低湿等の環境を検出する（ステップＳ５）。
制御部１は、記憶部２に予め記憶されているテーブル（図５、図６参照）を参照して、主走査方向の位置ごとに、予め定められた単位でパッチ幅を決定する（ステップＳ６）。

制御部１は、決定されたパッチ幅のパッチＰＴを紙間に形成して（ステップＳ７）、パッチ形成処理を終了する。

図８に、パッチの概念図を示す。
パッチＰＴ１及びパッチＰＴ２は、図７のパッチ形成処理により形成されたパッチである。用紙Ｐ１、用紙Ｐ２、…は同一サイズの用紙であり、用紙Ｐ３、…用紙Ｐｎは主走査方向の長さＬ１が用紙Ｐ１、用紙Ｐ２よりも短い用紙である。
用紙Ｐ１〜用紙Ｐ３直後の紙間までに形成されるパッチＰＴ１は、主走査方向における通紙領域と非通紙領域とで副走査方向の幅が異なる。これは、非通紙領域では通紙割合が低く、パッチ幅を大きくする必要があるためである。通紙領域内では通紙割合は同じであるため、パッチ幅は同じとなっている。更に、用紙Ｐｎは用紙Ｐ１や用紙Ｐ２よりもサイズが小さく、用紙Ｐｎ上の主走査方向における非通紙領域は用紙Ｐ１や用紙Ｐ２上の主走査方向における非通紙領域よりも大きいため、通紙割合が主走査方向の位置により異なるため、パッチＰＴ２のようにその分パッチ幅を大きくする。
このようにして紙間にパッチＰＴ１又はパッチＰＴ２を形成することで、ブレード２５は偏磨耗せず均一に磨耗する。

図９に、他のパッチの概念図を示す。
パッチＰＴ１１及びパッチＰＴ１２は、主走査方向に予め定められた複数の領域に分割されたパッチである。副走査方向の摺動面積に対する通紙面積の割合に応じて図５又は図６に示すような予め定められたテーブルを記憶部２が記憶しており、制御部１はテーブルを参照して、分割された複数の領域ごとに、パッチ幅を図９に示すように決定することができる。

その他、パッチ幅は一定の大きさにして、副走査方向の摺動距離に対する通紙距離、或いは副走査方向の摺動面積に対する通紙面積の割合、すなわち通紙割合に基づいて、パッチＰＴの濃度を増減させるように制御するとしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、２次転写ベルト２２の摺動距離に対する通紙距離の割合、すなわち通紙割合に基づいて、パッチＰＴの副走査方向の幅を決定することができる。これにより、２次転写ベルト２２の主走査方向における表面粗さの分布を滑剤で均一化することができ、ブレード２５の偏磨耗を抑制することができる。

また、副走査方向における通紙割合、又は温湿度の情報のうち、何れか又は全てに基づいて、パッチＰＴの副走査方向の幅を決定することができる。これにより、２次転写ベルト２２の主走査方向における表面粗さの分布が環境によって均一ではない場合でもこれを滑剤で均一化することができ、ブレード２５の偏磨耗を抑制することができる。

また、副走査方向における通紙割合とパッチの副走査方向の幅とが対応付けられたテーブル（図５参照）を記憶部２に予め記憶しておくことで、制御部１は、テーブルを参照してパッチＰＴの副走査方向の幅を決定することができる。

また、温湿度ごとに、副走査方向における通紙割合とパッチの副走査方向の割合とが対応付けられたテーブル（図６参照）を記憶部２に予め記憶しておくことで、制御部１は、テーブルを参照してパッチＰＴの副走査方向の幅を決定することができる。

また、主走査方向を複数の領域に分割し、分割された領域ごとに、上記述べてきたパッチＰＴの副走査方向の幅を決定することができる。これにより、２次転写ベルト２２の主走査方向における表面粗さの分布を均一化することができ、ブレード２５の偏磨耗を抑制することができる。

１０ 画像形成装置
１１ 中間転写ベルト
２２ ２次転写ベルト
２５ ブレード
１ 制御部
２ 記憶部

Claims (5)

1. 像担持体と、
   前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記像担持体上のトナー像を用紙に転写する転写ベルトを有する転写手段と、
   前記転写ベルトの表面をクリーニングするブレードと、
   前記転写ベルトの摺動方向の用紙の非画像領域にトナー強制排出用のパッチを形成する制御部と、を有する画像形成装置において、
   前記制御部は、前記パッチを、前記転写ベルトの摺動方向に一定の幅を有し、該摺動方向に垂直方向に延在して設けられる帯状に形成し、該摺動方向の幅を前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合に基づいて算出する画像形成装置。
2. 前記制御部は、前記パッチの該摺動方向の幅を、前記通紙距離の割合が小さいほど大きくし、前記通紙距離の割合が大きいほど小さくする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合と前記パッチの幅とが予め対応づけられた第１のテーブルを記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合を算出し、当該算出された割合及び前記記憶されている第１のテーブルを参照して、前記パッチの副走査方向の幅を決定する請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記記憶部は、温度又は湿度ごとに、前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合と前記パッチの幅とが対応付けられた第２のテーブルを記憶し、
   前記制御部は、前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合を算出し、当該算出された割合、前記温度又は湿度の情報、及び前記第２のテーブルを参照して、前記パッチの副走査方向の幅を決定する請求項３に記載の画像形成装置。
5. 像担持体と、
   前記像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記像担持体上のトナー像を用紙に転写する転写ベルトを有する転写手段と、
   前記転写ベルトの表面をクリーニングするブレードと、
   前記転写ベルトの摺動方向の用紙の非画像領域にトナー強制排出用のパッチを形成する制御部と、を有する画像形成装置の画像形成方法において、
   前記制御部により、前記パッチを、前記転写ベルトの摺動方向に一定の幅を有し、該摺動方向に垂直方向に延在して設けられる帯状に形成し、該摺動方向の幅を前記転写ベルトの摺動距離に対する通紙距離の割合に基づいて算出する工程を含む画像形成方法。

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