JP5380484B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、紙等の記録媒体上に画像を形成する画像形成装置に関する。

周知の通り、複写機、プリンター、ファクシミリ、或いはこれら各機器の機能を複合化した複合機等の画像形成装置は、形成すべき画像に応じたトナー像を形成し、このトナー像を記録媒体に転写して定着させることにより記録媒体上に画像を形成する。ここで、記録媒体に対するトナー像の転写方式は、直接転写方式と中間転写方式とに大別される。

直接転写方式は、例えば感光ドラム上に形成されたトナー像を紙に転写する場合のように、転写体（直接転写体）上にトナー像を形成して記録媒体上に直接転写する転写方式である。これに対し、中間転写方式は、例えば感光ドラム上に形成されたトナー像を中間転写ベルトに一旦転写してから紙に転写する場合のように、他で形成されたトナー像を転写体（中間転写体）に転写してから記録媒体上に転写する転写方式である。

上記の直接転写方式及び中間転写方式の何れの転写方式であっても、転写体に飛散したトナーや未転写のトナーが残留していると画像形成品質（印刷品質）が低下する。このため、画像形成装置は、転写体から残留トナーを取り除く清掃装置（クリーニング装置）を備えている。ここで、クリーニング装置は、クリーニングブレードやファーブラシローラーを転写体に当接させて残留トナーを取り除くものが多い。

前者のクリーニング装置は、クリーニングブレードのエッジ部を転写体に直接当接させて残留トナーを取り除いているため、異物が混入した場合に転写体の表面が損傷する虞があるとともに、転写体の駆動負荷が大きくなるという短所がある。これに対し、後者のクリーニング装置は、バイアスが印加されたファーブラシローラーを回転させることによって、ファーブラシによる物理的な掻き取り力と静電力とによって転写体から残留トナーを取り除いているため、クリーニングブレードを用いるものよりも転写体へのダメージが少なく、駆動負荷も小さいという長所がある。

ここで、トナーは均一に帯電している訳ではなく、殆ど帯電していないものや、逆極性に帯電したものも存在する。特に、物理的な力で転写体から取り除かれたトナーには、このようなものが多く存在するため、上述した後者のクリーニング装置では、このようなトナーがファーブラシローラーに残留してしまう。以下の特許文献１，２には、正バイアスと逆バイアスとをブラシに印加して帯電が均一ではないトナーを全て回収してブラシの性能を維持する技術が開示されている。また、以下の特許文献３には、正バイアスが印加されたブラシと、逆バイアスが印加されたブラシとを備えることによって、ブラシの性能を維持する技術が開示されている。

特開２００４−１７０５３０号公報 特開２００４−１７０５５５号公報 特開平９−３２５６２３号公報

ところで、上述した特許文献１，２に開示された技術は、正規の極性に帯電しているトナーと逆極性に帯電しているトナーとをブラシから回収するために正バイアスと逆バイアスとを印加する必要があるため、コストが上昇してしまうという問題がある。また、上述した特許文献３に開示された技術は、正バイアスが印加されたブラシと、逆バイアスが印加されたブラシとを備える必要があるため、コストの上昇を招くばかりではなく、２つのブラシの設置スペースが必要になることから大型化してしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コストの大幅な上昇及び大型化を招くことなく、簡易な制御で安定且つ高品質な画像形成を行う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。

上記課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、前記記録媒体上に形成すべき画像に応じたトナー像を担持する像担持体と、前記像担持体の像担持面に残留した残留トナーを清掃して取り除く清掃部材を備える清掃装置と、正規の極性に帯電している残留トナーを静電力によって前記像担持体から前記清掃部材側に取り除くとともに、逆極性に帯電している残留トナーを静電力によって前記清掃部材から前記像担持体側に吐き出させる第１バイアスを前記像担持体と前記清掃部材との間に与えるバイアス印加部とを備えることを特徴としている。
また、本発明の画像形成装置は、前記第１バイアスが、正規の極性に帯電している残留トナーを前記像担持体から前記清掃部材側に取り除くために前記像担持体と前記清掃部材との間に与えられる第２バイアスと極性が同じであって、該第２バイアスよりも値が大のバイアスであることを特徴としている。
また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体の移動方向に沿って前記清掃装置よりも下流側に配置され、前記記録媒体上に形成すべき画像に応じたトナー像を形成して前記像担持体上に転写するとともに、前記第１バイアスにより前記像担持体側に吐き出された残留トナーを回収する画像形成ユニットを備えることを特徴としている。
また、本発明の画像形成装置は、前記画像形成ユニットが、前記像担持体の像担持面に対向配置されて前記記録媒体上に形成すべき画像の静電潜像が形成される感光体ドラムと、前記感光体ドラムに形成された前記静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、前記感光体ドラムに残留する残留トナーを取り除いて回収する回収装置とを備えることを特徴としている。
また、本発明の画像形成装置は、前記バイアス印加部が、前記画像形成ユニットによる前記トナー像の形成中は前記第２バイアスを印加し、前記画像形成ユニットによる前記トナー像の形成前又は形成後のタイミングで前記第１バイアスを印加することを特徴としている。

本発明によれば、像担持体と清掃部材との間に第１バイアスを与えることにより、正規の極性に帯電している残留トナーを静電力によって像担持体から清掃部材側に取り除くとともに、逆極性に帯電している残留トナーを静電力によって清掃部材から像担持体側に吐き出させているため、コストの大幅な上昇及び大型化を招くことなく、簡易な制御で安定且つ高品質な画像形成を行うことができるという効果がある。

本発明の一実施形態による画像形成装置としてのカラープリンターの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態における画像形成ユニットの構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態におけるクリーニング装置の構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による画像形成装置としてのカラープリンターの制御系の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による画像形成装置としてのカラープリンターの動作を説明するタイミングチャートである。 本発明の一実施形態においてクリーニングバイアスの大きさとトナー量との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態においてクリーニングバイアスの大きさとトナー汚れ個数との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による画像形成装置について詳細に説明する。尚、以下では、画像形成装置としてカラープリンターを例に挙げて説明するが、本発明は、モノクロのプリンターにも適用可能であり、更には、複写機、ファクシミリ、複合機等のプリンター以外の画像形成装置にも適用することができる。

〔画像形成装置の全体構成〕
図１は、本発明の一実施形態による画像形成装置としてのカラープリンターの構成を示す断面図である。図１に示す通り、カラープリンター１は、箱形形状の装置本体１ａ内に、給紙カセット１１、レーザースキャナーユニット（ＬＳＵ）１２、画像形成ユニット１３、中間転写ベルト１４（像担持体）、クリーニング装置１５（清掃装置）、及び定着装置１６等を備えており、例えば外部から入力される印刷データに応じた画像を所定の印刷用紙Ｐ（記録媒体）に印刷する。

給紙カセット１１は、定型の印刷用紙Ｐを複数枚（例えば、数百枚程度）収容可能であり、装置本体１ａの正面から引き出し可能なように装置本体１ａの底部に配置されている。レーザースキャナーユニット１２は、例えば外部から入力される印刷データに応じて光源から発光するレーザー光を画像形成ユニット１３に照射する。具体的には、イエロー（Ｙ）の画像を形成するためのレーザー光、シアン（Ｃ）の画像を形成するためのレーザー光、マゼンタ（Ｍ）の画像を形成するためのレーザー光、及びブラック（Ｋ）の画像を形成するためのレーザー光の計４種類のレーザー光を各光源から画像形成ユニット１３に照射する。

画像形成ユニット１３は、中間転写ベルト１４の移動方向（図１中矢印で示す時計回り方向）に沿ってクリーニング装置１５よりも下流側に配置されており、レーザースキャナーユニット１２から照射されるレーザー光により印刷用紙Ｐに転写すべき各色のトナー像の静電潜像を形成する。具体的に、画像形成ユニット１３は、一定の間隔でタンデムに配置されたイエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、及びブラック画像形成ユニット１３Ｋを備えており、レーザースキャナーユニット１２から照射されるレーザー光により、イエロー（Ｙ）のトナー像、シアン（Ｃ）のトナー像、マゼンタ（Ｍ）のトナー像、及びブラック（Ｋ）のトナー像をそれぞれ形成する。尚、画像形成ユニット１３の詳細については後述する。

中間転写ベルト１４は、イエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、及びブラック画像形成ユニット１３Ｋの各々で形成されたトナー像が転写されるベルトであり、駆動ローラー１４ａ、従動ローラー１４ｂ、及びテンションローラー１４ｃによって張設されている。具体的に、この中間転写ベルト１４は、ＰＶＤＦ樹脂（厚み０．１ｍｍ）の基材にＮＢＲゴム（厚み０．３ｍｍ）の弾性層を設け、弾性層の表面にＰＴＦＥ（厚み１０μｍ）のコート層を設けた３層構造を有し、抵抗が１０．５ｌｏｇΩ・ｃｍ程度の無端状ベルトである。

尚、イエロー画像形成ユニット１３Ｙ〜ブラック画像形成ユニット１３Ｋの各々に対応して一次転写ローラーＴ１〜Ｔ４がそれぞれ設けられており、駆動ローラー１４ａに対向して二次転写ローラーＴ１０が設けられている。具体的に、一次転写ローラーＴ１〜Ｔ４は、直径８ｍｍの金属軸にＥＰＤＭ発砲体を設けた直径２０ｍｍのローラーである。また、二次転写ローラーＴ１０は、直径１０ｍｍの金属軸にＥＰＤＭ発砲体を設けた直径２４ｍｍのローラーである。

クリーニング装置１５は、従動ローラー１４ｂとともに中間転写ベルト１４を挟むように配置されており、中間転写ベルト１４に残留した残留トナー（トナー画像が形成される面に残留した残留トナー）を清掃して取り除く。尚、詳細は後述するが、このクリーニング装置１５は、中間転写ベルト１４から取り除いたトナーのうち、逆極性に帯電したトナーや未帯電のトナー等の異常なトナーを中間転写ベルト１４側に吐き出す動作も行う。

定着装置１６は、加熱ローラー、定着ローラー、及び加圧ローラー等を備えており、中間転写ベルト１４から印刷用紙Ｐ上に転写されたトナー像（フルカラーのトナー像）を加熱及び加圧して印刷用紙Ｐに定着させる。尚、装置本体１ａの上部は画像が印刷された印刷用紙Ｐを載置する排紙トレイ１７とされており、装置本体１ａの側部には手差しトレイ１８が設けられている。

〔画像形成ユニット〕
図２は、本発明の一実施形態における画像形成ユニットの構成を示す断面図である。尚、画像形成ユニット１３が備えるイエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、及びブラック画像形成ユニット１３Ｋは同様の構成であるため、以下ではイエロー画像形成ユニット１３Ｙを例に挙げて説明し、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、及びブラック画像形成ユニット１３Ｋについての説明は省略する。

図２に示す通り、イエロー画像形成ユニット１３Ｙは、感光体ドラム２１、帯電器２２、現像装置２３、及びドラムクリーニング装置２４（回収装置）を備える構成である。かかる構成のイエロー画像形成ユニット１３Ｙには、レーザースキャナーユニット１２からレーザー光ＬＹ（イエロー（Ｙ）の画像を形成するためのレーザー光）が照射される。

感光体ドラム２１は、表面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の感光層を有し、軸方向約３００ｍｍの幅にレーザースキャナーユニット１２からレーザー光ＬＹが照射されることによってイエロー（Ｙ）の画像に応じた静電潜像が形成される円筒形の感光体である。この感光体ドラム２１は、一次転写ローラーＴ１とともに中間転写ベルト１４を挟むように配置されており、不図示のモータによって図示矢印方向（図２における反時計回り方向）に所定のプロセススピード（本実施形態では１５０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転駆動される。帯電器２２は、不図示の帯電バイアス電源から印加される帯電バイアスによって感光体ドラム２１の表面を所定の電位に均一に帯電させる。

現像装置２３は、現像容器３０内に、攪拌スクリュー３１ａ，３１ｂ、磁気ローラー３２、及び現像ローラー３３等を備えており、イエロー（Ｙ）の現像剤を収容し、感光体ドラム２１上に形成された静電潜像にトナーを付着させることによってイエロー（Ｙ）のトナー像を形成する。ここで、現像装置２３が収容する現像剤は、トナーとキャリアとを有する二成分現像剤であり、トナーとしては非磁性トナーが用いられている。

攪拌スクリュー３１ａ，３１ｂは、現像容器３０内に収容されるイエロー（Ｙ）の現像剤を攪拌するためのスパイラル形状の部材である。磁気ローラー３２は、複数の磁極Ｎ１〜Ｎ３，Ｓ１，Ｓ２を備える円筒状の固定マグネットローラー３２ａと、内部に固定マグネットローラー３２ａが設けられる非磁性体の円環状の部材である回転スリーブ３２ｂとを備えており、回転スリーブ３２ｂの外周面に二成分現像剤からなる磁気ブラシを形成する。

現像ローラー３３は、磁気ローラー３２と対向する対向マグネット３３ａが内部に配置された非磁性の円環状である回転スリーブ３３ｂを備えており、磁気ローラー３２からトナーが移送されて、感光体ドラム２１に形成される静電潜像を現像するためのトナー層を回転スリーブ３３ｂの外周面に形成する。また、現像容器３０には、現像剤層厚規制部材としてのドクターブレード３４が回転スリーブ３２ｂの軸方向（図２の紙面垂直方向）に沿って取り付けられている。

ドラムクリーニング装置２４は、中間転写ベルト１４上に転写されずに感光体ドラム２１上に残留しているトナーを除去して清浄化する。このドラムクリーニング装置２４によって感光体ドラム２１の外周面から取り除かれた廃トナーは、所定の経路を通って不図示のトナー回収ボトルに回収される。尚、ドラムクリーニング装置２４は、前述したクリーニング装置１５によって中間転写ベルト１４側に吐き出されたトナーの回収も行う。

〔クリーニング装置〕
図３は、本発明の一実施形態におけるクリーニング装置の構成を示す断面図である。図３に示す通り、クリーニング装置１５は、ケーシング４０、ファーブラシローラー４１（清掃部材）、回収ローラー４２、クリーニングブレード４３、搬送スパイラル４４、及びバイアス印加部４５を備える。ケーシング４０は、ファーブラシローラー４１〜クリーニングブレード４３の下方に配置されており、中間転写ベルト１４から取り除かれた残留トナーを受けて不図示のトナー回収ボトルに回収する。

ファーブラシローラー４１は、ブラシ軸４１ａとファーブラシ本体４１ｂとからなり、ファーブラシ本体４１ｂが中間転写ベルト１４の表面に当接されて中間転写ベルト１４に残留した残留トナーを取り除く。ブラシ軸４１ａは、直径１０ｍｍの金属軸であり、ファーブラシ本体４１ｂが外嵌されており、ファーブラシ本体４１ｂと一体的に図中の矢印方向（図３における時計回り方向）に回転する。ファーブラシ本体４１ｂは、ブラシ軸４１ａに巻き付けて貼着される合成樹脂製の基布の周面に、例えば導電性アクリル製或いはナイロン系のブラシ毛を一様に植設したものである。本実施形態では、導電性アクリルのブラシ毛が植設されて外径１９ｍｍになっている。

回収ローラー４２は、回収ローラー軸４２ａと回収ローラー本体４２ｂとからなり、回収ローラー本体４２ｂがファーブラシ本体４１ｂに当接されて中間転写ベルト１４から取り除かれた残留トナーをファーブラシ本体４１ｂから回収する。回収ローラー軸４２ａは、回収ローラー本体４２ｂが外嵌されており、回収ローラー本体４２ｂと一体的に図中の矢印方向（図３における反時計回り方向）に回転する。回収ローラー本体４２ｂは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）或いはアルミニウムで形成された円筒状の部材である。本実施形態では、直径が１８ｍｍのステンレス鋼製のローラーを使用している。

クリーニングブレード４３は、ファーブラシ本体４１ｂから回収ローラー４２の外周面に回収された残留トナーを掻き落とすためのものである。このクリーニングブレード４３は、その左端上縁部が回収ローラー本体４２ｂの外周面に当接するように、左方に向かって先下がりに傾斜した状態でケーシング４０の右縁部に固定されている。従って、回収ローラー４２が回収ローラー軸４２ａの回りで反時計方向に回転することにより、回収ローラー本体４２ｂの外周面に付着していた残留トナーが、クリーニングブレード４３により掻き取られる。本実施形態では、厚さ１．４ｍｍのウレタンゴムを用いている。

搬送スパイラル４４は、クリーニングブレード４３によって掻き取られた残留トナーを不図示のトナー回収ボトルに向けて搬送するスパイラル形状の部材であり、その回転軸が図３の紙面垂直方向に沿うように、ケーシング４０に形成されたトナー搬送室Ｒ内に回転可能に配設されている。この搬送スパイラル４４が回転すると、クリーニングブレード４３によって掻き取られてケーシング４０のトナー搬送室Ｒに収容された残留トナーが軸方向（図３の紙面垂直方向）に搬送される。

バイアス印加部４５は、制御部５０（図４参照）の制御の下で、回収ローラー４２に対してクリーニングバイアスＢ１を印加する。ここで、図３に示す通り、従動ローラー１４ｂは電気的に接地されており、中間転写ベルト１４とファーブラシ本体４１ｂとが当接するとともに、ファーブラシ本体４１ｂと回収ローラー本体４２ｂとが当接している。このため、バイアス印加部４５によって回収ローラー４２にクリーニングバイアスＢ１が印加されると、中間転写ベルト１４とファーブラシローラー４１との間、及び、ファーブラシローラー４１と回収ローラー４２との間にクリーニングバイアスＢ１の大きさに応じたバイアスがそれぞれ印加されることになる。

バイアス印加部４５は、制御部５０の制御により、回収ローラー４２に対するクリーニングバイアスＢ１として２種類のバイアスを印加する。１種類目のバイアスは、正規の極性に帯電している残留トナーを中間転写ベルト１４からファーブラシローラー４１側に取り除くためのバイアス（第２バイアス：以下「通常バイアス」という）である。２種類目のバイアスは、正規の極性に帯電している残留トナーを中間転写ベルト１４からファーブラシローラー４１側に取り除くとともに、逆極性に帯電したトナーや未帯電のトナー等の異常なトナーをファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に吐き出させるバイアス（第１バイアス：以下「リフレッシュバイアス」という）である。リフレッシュバイアスは、通常バイアスと極性が同じであって、通常バイアスよりも値が大きなバイアスである。

つまり、通常バイアス及びリフレッシュバイアスの何れが印加される場合であっても、正規の極性に帯電している残留トナーは中間転写ベルト１４からファーブラシローラー４１側に静電力によって取り除かれるとともに、ファーブラシローラー４１から回収ローラー４２側に回収される。但し、逆極性に帯電したトナーや未帯電のトナー等の異常なトナーは、リフレッシュバイアスが印加した場合にファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に静電力によって強制的に吐き出される。

ファーブラシローラー４１によって中間転写ベルト１４から取り除かれた残留トナーのうち、逆極性に帯電したトナーや未帯電のトナー等の異常なトナーは、通常バイアスによる静電力で回収ローラー４２側に回収するのは困難である。ファーブラシローラー４１に残留する異常なトナーの量が増大すると、ファーブラシローラー４１の性能が低下して画像形成の品質低下が引き起こされる虞が考えられるため、本実施形態ではリフレッシュバイアスを印加してファーブラシローラー４１に残留する異常なトナーの量を低下させることとしている。

ここで、バイアス印加部４５は、画像形成ユニット１３（イエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、ブラック画像形成ユニット１３Ｋ）によるトナー像の形成中は通常バイアスを印加し、画像形成ユニット１３によるトナー像の形成前又は形成後のタイミングでリフレッシュバイアスを印加する。これは、リフレッシュバイアスによってファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に吐き出されたトナーが、画像形成ユニット１３によって形成されるトナー像に悪影響を及ぼすのを防止するためである。各バイアスの値の大きさについては後述する。

〔画像形成装置の制御系〕
図４は、本発明の一実施形態による画像形成装置としてのカラープリンターの制御系の要部構成を示すブロック図である。図４に示す通り、カラープリンター１は、制御部５０、操作表示部５１、通信Ｉ／Ｆ部５２、画像データ記憶部５３、画像処理部５４、用紙搬送部５５、画像形成部５６、及び各種センサー群５７を備える。

制御部５０は、各種センサー群５７から出力される各種検出信号を参照しつつ、操作表示部５１から入力される操作指示、又は通信Ｉ／Ｆ部５２から入力される各種指示に応じてカラープリンター１の動作を制御する。例えば、通信Ｉ／Ｆ部５２で受信された画像データを画像データ記憶部５３に記憶させ、この画像データ記憶部５３に記憶された画像データを印刷する制御を行う。また、制御部５０は、クリーニング装置１５が備えるバイアス印加部４５の制御等も行う。

操作表示部５１は、タッチパネル及び各種操作キーを備えており、操作キーの操作内容を制御部５０に出力するとともに、制御部５０の制御の下でタッチパネルに種々の情報を表示する。通信Ｉ／Ｆ部５２は、クライアントコンピュータ（図示省略）やローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等のネットワーク（図示省略）に接続され、このクライアントコンピュータやネットワークとの間で各種信号の送受信を行う。

画像データ記憶部５３は、通信Ｉ／Ｆ部５２がクライアントコンピュータ（図示省略）やネットワーク（図示省略）から受信するプリント画像データ等の画像データ、或いは画像処理部５４で画像処理が行われた画像データを一時的に記憶する。画像処理部５４は、画像データ記憶部５３に記憶された画像データに対して各種の画像処理を行う、例えば、画像データの圧縮・伸張処理や画像データの印字率の算出処理等を行う。

用紙搬送部５５は、搬送ローラー、搬送ローラー駆動用のモータ等を備えており、給紙カセット１１（図１参照）に収納されている印刷用紙Ｐ等を画像形成部５６に搬送するとともに、画像形成部５６で画像形成処理が行われた印刷用紙Ｐを排紙トレイ１７に搬送する。画像形成部５６は、制御部５０の制御の下で、画像データ記憶部５３に記憶されているプリント画像データ等の画像データを用いて画像形成処理を行う。具体的には、上記の各種画像データに応じて画像形成ユニット１３によって中間転写ベルト１４上に形成されたトナー像を用紙搬送部５５から搬送される印刷用紙Ｐに転写し、定着装置１６によってそのトナー像の定着処理を行う。各種センサー群５７は、用紙切れ検出センサー、用紙詰まり検出センサー、用紙位置検出センサー、温度センサー等の画像形成動作に必要な各種センサーであり、それぞれのセンサーで検出した各種の情報を検出信号として制御部５０に出力する。

〔画像形成装置の動作〕
次に、上記構成におけるカラープリンター１の動作について説明する。図５は、本発明の一実施形態による画像形成装置としてのカラープリンターの動作を説明するタイミングチャートである。尚、図５中のブラシ駆動信号Ｄ１はクリーニング装置１５のファーブラシローラー４１を回転駆動する信号であり、ベルト駆動信号Ｄ２は中間転写ベルト１４を回転駆動する信号であり、ドラム駆動信号Ｄ３は画像形成ユニット１３（イエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、ブラック画像形成ユニット１３Ｋ）の各々に設けられた感光体ドラム２１を回転駆動する信号である。

また、一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫは、イエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、及びブラック画像形成ユニット１３Ｋの各々で形成されるトナー像を中間転写ベルト１４に転写するために、一次転写ローラーＴ１〜Ｔ４にそれぞれ印加されるバイアスである。具体的には、図５に示す通り、一次転写バイアスＢＹ，ＢＭとして正バイアスが印加され、一次転写バイアスＢＣ，ＢＫとして正バイアス或いは逆バイアスが印加される。

ここで、正バイアスは、正規の極性に帯電したトナー像を画像形成ユニット１３から中間転写ベルト１４に転写するとともに、逆極性に帯電しているトナーが中間転写ベルト１４上にあった場合には、そのトナーを各画像形成ユニット１３に移送するバイアスである。これに対し、「逆バイアス」は、正規の極性に帯電しているトナーが中間転写ベルト１４上にあった場合には、そのトナーを画像形成ユニット１３に移送するバイアスである。

正規の極性に帯電したトナー像を画像形成ユニット１３から中間転写ベルト１４に転写する場合には、一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫとして正バイアスが印加される。尚、一次転写バイアスＢＣ，ＢＫについては、トナー像の転写が行われない場合には逆バイアスが印加される。一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫの正バイアスは定電流制御により−１０μＡに制御され、逆バイアスは定電圧制御により＋５００Ｖに制御される。

二次転写バイアスＢＴは、中間転写ベルト１４上のトナー像を印刷用紙Ｐ上に転写するために、二次転写ローラーＴ１０に印加されるバイアスである。具体的に、印刷用紙Ｐが中間転写ベルト１４と二次転写ローラーＴ１０のニップ部を通過している最中（印刷用紙Ｐに対するトナー像の転写が行われている最中）は二次転写バイアスＢＴとして正バイアスが印加され、それ以外は二次転写バイアスＢＴとして逆バイアスが印加される。

二次転写バイアスＢＴとして逆バイアスが印加されている場合には、正規の極性に帯電したトナーは二次転写ローラーＴ１０に移送されずに中間転写ベルト１４に移送される。二次転写バイアスＢＴの正バイアスは定電流制御により−３０μＡに制御され、逆バイアスは定電圧制御により＋５００Ｖに制御される。

クリーニングバイアスＢ１は、図３に示すバイアス印加部４５によって回収ローラー４２に印加されるバイアスである。このクリーニングバイアスＢ１は、定電流制御により−２０μＡ又は−５５μＡに設定されるが、詳細については後述する。尚、図５に示す各信号やバイアスの印加タイミングは図４に示す制御部５０によって制御される。

印刷用紙Ｐに印刷すべき画像を示す印刷データが外部から入力されると、通信Ｉ／Ｆ部５２で受信されて画像データ記憶部５３に一時的に記憶される。この印刷データは画像処理部５４に読み出されて伸張処理等の画像処理が行われ、画像処理が行われた印刷データが画像データ記憶部５３に記憶される。画像データ記憶部５３に記憶された印刷データは制御部５０に読み出され、制御部５０の制御の下でその印刷データに応じた画像形成が画像形成部５６で行われるとともに、印刷用紙Ｐの搬送が用紙搬送部５５で行われる。

印刷用紙Ｐの搬送が開始されると、図５に示す時刻ｔ１において、制御部５０の制御の下でブラシ駆動信号Ｄ１が出力されるとともに、バイアス印加部４５から回収ローラー４２にクリーニングバイアスＢ１の通常バイアスＩ１（−２０μＡ）が印加される。これにより、クリーニング装置１５に設けられたファーブラシローラー４１が回転するとともに、回収ローラー４２に通常バイアスＩ１が印加される。

続いて時刻ｔ２において、制御部５０の制御の下でベルト駆動信号Ｄ２及びドラム駆動信号Ｄ３が出力される。これにより、中間転写ベルト１４及び画像形成ユニット１３（イエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、ブラック画像形成ユニット１３Ｋ）の各々に設けられた感光体ドラム２１の回転が開始される。

図５に示す時刻ｔ３になると、中間転写ベルト１４の回転速度が一定になり、制御部５０の制御の下で、一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫが一次転写ローラーＴ１〜Ｔ４にそれぞれ印加される。このとき、一次転写バイアスＢＹ，ＢＭは正バイアスになり、一次転写バイアスはＢＣ，ＢＫは逆バイアスになるようそれぞれ制御される。

そして、これら一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫの印加が開始された後に、イエロー画像形成ユニット１３Ｙ、シアン画像形成ユニット１３Ｃ、マゼンタ画像形成ユニット１３Ｍ、及びブラック画像形成ユニット１３Ｋの各々で順次画像形成が行われる。尚、シアン画像形成ユニット１３Ｃにおいて画像形成が行われる時刻ｔ４〜ｔ７の間、及び、ブラック画像形成ユニット１３Ｋにおいて画像形成が行われる時刻ｔ５〜ｔ８の間においては、一次転写バイアスＢＣ，ＢＫが正バイアスとなるよう制御される。

形成されたイエロートナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、及びブラックトナー像が中間転写ベルト１４上に順次重ねて転写される。これにより、中間転写ベルト１４上にはフルカラーのトナー像が形成される。また、時刻ｔ３では、二次転写ローラーＴ１０に対し、二次転写バイアスＢＴとして逆バイアスが印加される。この二次転写バイアスＢＴは、時刻ｔ６までの間に二次転写ローラーＴ１０が少なくとも１回転する以上の時間正バイアスに切り換えられる。

中間転写ベルト１４上に形成されたフルカラーのトナー像の先端が駆動ローラー１４ａに達するタイミングに合わせて、給紙カセット１１又は手差しトレイ１８から用紙搬送部５５により搬送されてきた印刷用紙Ｐが中間転写ベルト１４と二次転写ローラーＴ１０のニップ部に搬送される。そして、図５中の時刻ｔ６において、制御部５０の制御の下で、二次転写バイアスＢＴとして正バイアスが二次転写ローラーＴ１０に印加され、中間転写ベルト１４に形成されたフルカラーのトナー像が、搬送されてきた印刷用紙Ｐに転写される。このようにして、フルカラーのトナー像が転写された印刷用紙Ｐは、定着装置１６へと搬送され、フルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて印刷用紙Ｐの表面に熱定着され、トナー像が定着された用紙が排紙トレイ１７上に排出される。

以上の動作が行われている間において、中間転写ベルト１４上に残留した残留トナーは、クリーニング装置１５に設けられたファーブラシローラー４１によって物理的な力で掻き取られるとともに、通常バイアスＩ１による静電力によって取り除かれる。ファーブラシローラー４１によって中間転写ベルト１４から取り除かれた残留トナーは、通常バイアスＩ１による静電力によって回収ローラー４２に回収される。

印刷用紙Ｐに対するトナー像の転写が終了して図５中の時刻ｔ９になると、制御部５０の制御により、バイアス印加部４５から回収ローラー４２に対し、クリーニングバイアスＢ１としてリフレッシュバイアスＩ２（−５５μＡ）が印加される。このリフレッシュバイアスＩ２が印加されると、中間転写ベルト１４の残留トナーが静電力によってファーブラシローラー４１側に取り除かれるとともに、ファーブラシローラー４１によって中間転写ベルト１４から取り除かれた残留トナーのうち、逆極性に帯電したトナーや未帯電のトナー等の異常なトナーが中間転写ベルト１４側に吐き出される。

中間転写ベルト１４側に吐き出されたトナーは、一次転写ローラーＴ１〜Ｔ４にそれぞれ印加されている一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫによって画像形成ユニット１３に設けられた感光体ドラム２１に移送され、ドラムクリーニング装置２４によって回収される。図５中の時刻ｔ１０になると、制御部５０の制御の下で、一次転写ローラーＴ１〜Ｔ４に対する一次転写バイアスＢＹ，ＢＣ，ＢＭ，ＢＫの印加及び二次転写ローラーＴ１０に対する二次転写バイアスＢＴの印加が停止されるとともに、バイアス印加部４５から回収ローラー４２に対するクリーニングバイアスＢ１として通常バイアスＩ１が印加される。

また、制御部５０の制御の下でベルト駆動信号Ｄ２及びドラム駆動信号Ｄ３が停止され、画像形成ユニット１３の各々に設けられた感光体ドラム２１及び中間転写ベルト１４の回転が停止される。そして、図５中の時刻ｔ１１になると、制御部５０の制御の下でブラシ駆動信号Ｄ１が停止されるとともに、回収ローラー４２に対するクリーニングバイアスＢ１の印加が停止される。これにより、クリーニング装置１５に設けられたファーブラシローラー４１が停止して一連の動作が終了する。

以上の通り、本実施形態では、通常バイアスと極性が同じであって、通常バイアスよりも値が大きなリフレッシュバイアスを回収ローラー４２に印加している。これにより、正規の極性に帯電している残留トナーが静電力によって中間転写ベルト１４からファーブラシローラー４１側に取り除かれるとともに、逆極性に帯電したトナーや未帯電のトナー等の異常なトナーが静電力によってファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に吐き出される。中間転写ベルト１４側に吐き出されたトナーは、画像形成ユニット１３に設けられたドラムクリーニング装置２４によって回収される。

すると、逆極性に帯電したトナー等がファーブラシローラー４１に蓄積してファーブラシローラー４１の性能低下が引き起こされる事態を防止することができる。また、逆極性に帯電したトナー等が、画像形成中にファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に吐き出される事態を防止することができる。更に、中間転写ベルト１４側に吐き出されたトナーが、画像形成品質に悪影響を及ぼす事態も避けることができる。この結果として、コストの大幅な上昇及び大型化を招くことなく、簡易な制御で安定且つ高品質な画像形成を行うことができる。

ここで、リフレッシュバイアスの印加を、電源投入時、スリープ復帰時の停止前、一定枚数印字後の停止前、連続一定枚数印字中の紙間等で行えば、画像形成動作を中断することなく異常なトナーをファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に吐き出すことができる。また、画像条件、装置の使用状況、環境条件に合わせてリフレッシュバイアスの印加時間を変更すれば、ファーブラシローラー４１を常に良好な状態に維持することができる。

次に、クリーニングバイアスＢ１の通常バイアスＩ１及びリフレッシュバイアスＩ２の適切な値の設定方法について説明する。クリーニングバイアスＢ１の通常バイアスＩ１及びリフレッシュバイアスＩ２の適切な値を設定するために、上述した本発明の実施形態のカラープリンター１で使用されている中間転写ベルト１４、ファーブラシローラー４１、回収ローラー４２と同じ仕様の部材を用いて以下の実験を行った。

まず、カラープリンター１において、ファーブラシローラー４１が回収トナーを含んで飽和状態になった状態を想定して、所定の帯電状態にしたトナーを含ませて実験用のファーブラシローラー４１を飽和状態にした。このファーブラシローラー４１の重さを測定すると、飽和状態では常に約３．５ｇのトナーを含んでいた。次に、飽和状態のファーブラシローラー４１をカラープリンター１と同様の状態で中間転写ベルト１４に接触させて、クリーニングバイアスＢ１を印加した状態で３０秒間エージング駆動した。

エージングした後、ファーブラシローラー４１の重さを再度測定して、ファーブラシローラー４１から除去されたトナーの量を計算した。このような実験を、回収ローラー４２が有る状態及び無い状態の各々の状態で、クリーニングバイアスＢ１の設定値を変えながら行った。尚、回収ローラー４２が無い状態ではクリーニングバイアスＢ１をファーブラシローラー４１の軸心に印加し、回収ローラー４２が有る状態では回収ローラー４２の軸心にクリーニングバイアスＢ１を印加した。

図６は、本発明の実施形態においてクリーニングバイアスの大きさとトナー量との関係を示すグラフである。具体的に、図６（ａ）はエージング時におけるクリーニングバイアスの大きさとファーブラシローラーに保持されるトナー量との関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は、クリーニングバイアスＢ１と回収されるトナー量（中間転写ベルト１４に吐き出されるトナー量及び回収ローラー４２に回収されるトナー量）との関係を示すグラフである。

図６（ａ）において、グラフの各値は、上述のエージングを行った際のファーブラシローラー４１の重量変化から、エージング前の飽和トナー量３．５ｇの内、エージング後にファーブラシローラー４１に保持されているトナー量を示している。即ち、３．５ｇからグラフ中の各値を差し引いた値が、中間転写ベルト１４又は回収ローラー４２によって除去されたトナーの重量である。符号Ｌ１１を付した折れ線は、回収ローラー４２が無い状態の測定結果を示すグラフである。この状態で除去されたトナーは、クリーニングバイアスＢ１によってファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４に吐き出されたと考えられる。また、符号Ｌ１２を付した折れ線は、回収ローラー４２が有る状態での測定結果を示すグラフである。この状態で除去されたトナーは、グラフＬ１１で示したファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４に吐き出されたトナーと、回収ローラー４２によって回収されたトナーであると考えられる。

図６（ｂ）中において、符号Ｌ２１を付した折れ線はファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４側に吐き出されるトナー量を示すグラフであり、符号Ｌ２２を付した折れ線はファーブラシローラー４１から回収ローラー４２側に回収されるトナー量を示すグラフである。尚、グラフＬ２１は、エージング前の飽和トナー量３．５ｇから図６（ａ）中のグラフＬ１１の値を減算した値を示すグラフである。また、グラフＬ２２は、エージング前の飽和トナー量３．５ｇから図６（ａ）中のグラフＬ１２の値を減算するとともに、そこから図６（ｂ）中のグラフＬ２１の値を減算した値を示すグラフ（即ち、回収ローラー４２によって回収されたトナー量を示すグラフ）である。

図６（ｂ）を参照すると、クリーニングバイアスＢ１の大きさが−２５μＡ以下である場合には、グラフＬ２１で示されるトナー量はクリーニングバイアスＢ１が変化しても殆ど変わらないが、クリーニングバイアスＢ１の大きさが−２５μＡから−５５μＡ付近である場合には、クリーニングバイアスＢ１の大きさが大きくなるに従って増大することが分かる。これは、クリーニングバイアスＢ１を大きくすると逆極性に帯電したトナーがファーブラシローラー４１から中間転写ベルト１４に吐き出されることを示している。

これに対し、グラフＬ２２で示される回収ローラー４２で回収されるトナー量は、クリーニングバイアスＢ１の大きさが−２０〜−２５μＡ付近で大きな量になるが、−２５μＡよりも大きい場合には減少することが分かる。この結果から、通常印字時はクリーニングバイアスＢ１の通常バイアスＩ１を−２０〜−２５μＡに制御して、回収ローラー４２により正極性に帯電したトナーを効率よく回収し、逆極性に帯電したトナーを吐き出すにはリフレッシュバイアスＩ２を−５５μＡ以上に制御するのが良いことが分かる。

図７は、本発明の一実施形態においてクリーニングバイアスの大きさとトナー汚れ個数との関係を示すグラフである。具体的に、図７においては、Ａ４サイズ（横置き）の印刷用紙Ｐを１００枚印刷する毎にリフレッシュバイアスＩ２を１０秒間印加する動作を１０回繰り返して合計１０００枚の印刷用紙Ｐのトナー汚れ個数を確認し、この確認を５回繰り返した平均値を示している。図７を参照すると、クリーニングバイアスＢ１の値を大きくするに従って、トナー汚れ個数が低減しているのが分かる。以上の図６，７に示す結果を考慮して、上記の仕様のカラープリンター１においては、リフレッシュバイアスＩ２を、−２５μＡよりも大きな−５５μＡに設定している。

以上、本発明の一実施形態による画像形成装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、中間転写体としての中間転写ベルトを像担持体として用いる画像形成装置について説明したが、本発明は中間転写ベルトを用いない画像形成装置にも適用することができる。例えば、直接転写体としての感光ドラムを像担持体として用いる画像形成装置にも適用することができる。

１ カラープリンター
１３ 画像形成ユニット
１３Ｃ シアン画像形成ユニット
１３Ｋ ブラック画像形成ユニット
１３Ｍ マゼンタ画像形成ユニット
１３Ｙ イエロー画像形成ユニット
１４ 中間転写ベルト
１５ クリーニング装置
２１ 感光ドラム
２３ 現像装置
２４ ドラムクリーニング装置
４１ ファーブラシローラー
４５ バイアス印加部
Ｐ 印刷用紙

Claims (3)

1. 記録媒体上に画像を形成する画像形成装置において、
   前記記録媒体上に形成すべき画像に応じたトナー像を担持する像担持体と、
   前記像担持体の像担持面に残留した残留トナーを清掃して取り除く清掃部材を備える清掃装置と、
   正規の極性に帯電している残留トナーを静電力によって前記像担持体から前記清掃部材側に取り除くとともに、逆極性に帯電している残留トナーを静電力によって前記清掃部材から前記像担持体側に吐き出させる第１バイアスを前記像担持体と前記清掃部材との間に与えるバイアス印加部と、
   前記像担持体の移動方向に沿って前記清掃装置よりも下流側に配置され、前記記録媒体上に形成すべき画像に応じたトナー像を形成して前記像担持体上に転写するとともに、前記像担持体に残留した残留トナーを回収装置に回収する複数の画像形成ユニットと
   を備えており、
   前記第１バイアスは、正規の極性に帯電している残留トナーを前記像担持体から前記清掃部材側に取り除くために前記像担持体と前記清掃部材との間に与えられる第２バイアスと極性が同じであって、該第２バイアスよりも値が大のバイアスであり、
   前記バイアス印加部によって前記第１バイアスが与えられる場合に、前記トナー像を前記像担持体上に転写するために前記複数の画像形成ユニットの各々で用いられる転写バイアスのうちの少なくとも１つを他とは異なる極性にして、前記第１バイアスにより前記像担持体側に吐き出された残留トナーと正規の極性に帯電している残留トナーとを前記回収装置にそれぞれ回収する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記画像形成ユニットは、前記像担持体の像担持面に対向配置されて前記記録媒体上に形成すべき画像の静電潜像が形成される感光体ドラムと、
   前記感光体ドラムに形成された前記静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、
   前記感光体ドラムに残留する残留トナーを取り除いて回収する前記回収装置と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記バイアス印加部は、前記画像形成ユニットによる前記トナー像の形成中は前記第２バイアスを印加し、前記画像形成ユニットによる前記トナー像の形成前又は形成後のタイミングで前記第１バイアスを印加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。

Images