JP5997847B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ等に用いられる画像形成装置に関する。

フルカラー式の画像形成装置においては、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（ＢＫ）の各色にそれぞれ対応した複数の感光体ドラムの周面に、レーザスキャニングユニットを用いて電気的潜像を形成し、各色のトナーによって各色のトナー像をそれぞれ生成するように構成されている。

各感光体ドラムの周面に生成された各色のトナー像は、無端回走する中間転写ベルトに順次重畳転写され、これにより、中間転写ベルト上にカラー画像が合成される。次いで、この中間転写ベルト上に合成されたカラー画像を、転写ローラーを用いて用紙等からなるシート材に転写した後、定着装置で加圧・加熱することで、カラー画像を形成するように構成されている。１次転写部で転写されずに感光体表面に残留したトナーは、感光体のクリーニング装置で回収され、回収されたトナーを研磨ローラー表面に付着させることにより感光体を研磨している。

トナーには流動性付与を目的としたシリカや研磨性を付与するための研磨粒子である金属粒子が使われることが多い。金属粒子はシリカなどに比べて電気抵抗が低く帯電量も低いため、トナー粒子から外れやすい特性があり、1次転写部において、中間転写ベルトに転写されずに感光体表面に残りやすい。そのため、画像の印字率が高くなると、クリーニング内に回収されるトナー中の金属粒子の比率が高くなる。

この金属粒子の外径は、トナー粒子の１／１００程度と非常に小さいため、クリーニングブレードをすり抜け、下流の帯電装置に付着し帯電装置の汚染が促進される。

タンデム式のカラー機では、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックなど複数の感光体ユニットを有するが、各色の印字率が大きく異なる場合が多く、そのため、各画像形成ステーション（以下、単に「ステーション」と略す）のクリーニング装置内に回収されるトナー中の金属粒子の比率に差が発生し、帯電装置の汚染レベルに差が発生し易い。

一方、回収トナー中の金属粒子の比率が低いと、感光体の絶縁破壊を起こしやすくなる。すなわち、回収トナー中の金属粒子は電荷を逃がす効果があるため、回収トナー中の金属粒子の比率が低いと、クリーニング装置内での摩擦でトナーが過剰に帯電してしまい、クリーニングブレードで感光体から剥ぎ取られる際に、感光体に放電して感光体の絶縁破壊を起こやすくなる。

したがって、回収トナー中の金属粒子の比率は、所定の範囲に維持することが望ましい。従来は、例えば特許文献１に記載のように、中間転写ベルトのクリーニングブラシのバイアスをＯＦＦすることにより、中間転写ベルトのクリーニングを見送り、中間転写ベルトを１回転させる間に中間転写ベルト上に残留したトナーを感光体ドラムに供給している。

特開２０１０−１３４３２０号公報

しかしながら、特許文献１では、動作実施タイミングが、印字動作の終了後、あるいは印字動作を中断して実施する必要があるため、ドラムユニットに供給できるトナーは、直前の印字動作で中間転写ベルト上に残留したトナーのみであり、得られる効果が低いという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回収トナー中の金属粒子の比率を所定の範囲に維持することにより、帯電装置の汚染および感光体の絶縁破壊を抑制できる、画像形成装置を提供することにある。

本発明は、複数の感光体と、各々の感光体に対して接触して帯電させる帯電装置と、研磨粒子である金属粒子を含むトナーを付着させて潜像を現像する現像装置と、前記感光体の表面から残留トナーを除去するクリーニング装置とを備え、前記感光体上に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置であって、直前の所定枚数の各色の平均印字率に応じて、感光体上の画像形成時以外の１次転写バイアスを、トナーの帯電と同極性または逆極性に切り替える１次転写バイアス制御部を有する画像形成装置を要旨とする。

本発明によれば、クリーニング装置内の回収トナー中の研磨粒子である金属粒子の比率を所定の範囲に維持することができる。そのため、各ステーションの帯電装置の金属粒子による汚染、および感光体ドラムの絶縁破壊を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態に係る複写機の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るドラムユニットの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る複写機のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る複写機の制御処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、本発明に係る画像形成装置として複写機を例示して説明する。

図１は、本発明の実施形態における複写機Ｐの概略構成図である。

複写機（画像形成装置）Ｐは、用紙排出部ａ、トナーカートリッジ収納部ｂ、画像形成部ｃ、用紙カセット部ｄを備えている。また、複写機Ｐには、下部に位置する用紙カセット部ｄから上部に位置する用紙排出部ａにかけて、用紙搬送部ｅが設けられている。また、複写機Ｐには、用紙排出部ａの上部に、原稿を読み取るスキャナー部ｆが設けられている。

用紙排出部ａは、所定の画像が形成された用紙（シート材）が用紙搬送部ｅを介して排出されるように構成されている。この用紙排出部ａの底面は傾斜が付されていて、排出される用紙が複数枚のときに一端側が揃えて積層できるように工夫されている。

トナーカートリッジ収納部ｂは、ブラックトナー（ＢＫ）のトナーカートリッジｂ１、イエロートナー（Ｙ）のトナーカートリッジｂ２、シアントナー（Ｃ）のトナーカートリッジｂ３及びマゼンダトナー（Ｍ）のトナーカートリッジｂ４を収納できるように構成されている。そして、各トナーカートリッジｂ１〜ｂ４からは、画像形成部ｃの現像ユニットｃ２にトナーを供給できるように構成されている。

画像形成部ｃは、レーザースキャンニングユニットｃ１、現像ユニットｃ２、ドラムユニットｃ３、転写ユニットｃ４及び定着ユニットｃ５を含んで構成されている。現像ユニットｃ２及びドラムユニットｃ３は、トナーカートリッジｂ１〜ｂ４に対応して一対一で設けられている。

レーザースキャンニングユニットｃ１は、周知のレーザースキャンニングユニットと同様に、レーザー光を発生する光ビーム発生器と、その光ビーム発生器から照射されてくる光ビームを走査するポリゴンミラーと、そのポリゴンミラーにより走査された光ビームを後述する感光体ドラム１上に結像させるｆθレンズ等を含んで構成されている。

現像ユニットｃ２は、感光体ドラム１に対してトナーを供給することによって感光体ドラム１の周面に形成された静電潜像を現像するものであり、感光体ドラム１の周面に対して、その半径方向において対向して配置されている。

ドラムユニットｃ３は、そのドラム周面にレーザースキャンニングユニットｃ１を用いて静電潜像が生成されると共に、トナーカートリッジ収納部ｂから現像ユニットｃ２に供給されたトナーによりトナー像が形成される感光体ドラム１を有する。

感光体ドラム１の周りには、転写後その周面を除電する除電ランプ２と、転写後その周面に残存したトナーを除去するクリーニング装置３及び転写前にその周面を帯電状態とさせる帯電装置４が対向配置されている。本実施形態の除電ランプ２、クリーニング装置３及び帯電装置４は、感光体ドラム１と共にドラムユニットｃ３として一体的に着脱自在にユニット化されている。

転写ユニットｃ４は、感光体ドラム１からトナー像が転写される中間転写ベルト５と、中間転写ベルト５を挟んで感光体ドラム１と対向して配置される一次転写ローラー６と、中間転写ベルト５に転写されたトナー像を二次転写する二次転写ローラー７，８と、中間転写ベルト５をクリーニングするクリーニングブラシ９とを有している。用紙搬送部ｅを介して所定のシート材、例えば用紙が搬送されてきたときは、その用紙を中間転写ベルト５を間に介在させた状態で二次転写ローラー７，８が回転することで、用紙に対し二次転写が行われ、当該用紙を定着ユニットｃ５側に搬送することができる。

定着ユニットｃ５は、転写ユニットｃ４が設けられている位置よりも下流側の用紙搬送部ｅの一部に設けられていて、その用紙搬送部ｅを搬送する用紙を挟持できるように配置された一対のローラーで構成されている。そして、定着ユニットｃ５は、その一対のローラーによって加圧・加熱して転写ユニットｃ４で転写された用紙上のトナー像を用紙に定着できるように構成されている。

用紙カセット部ｄは、装置本体に対して引き出し自在に設けられている給紙カセットである。そして、用紙カセット部ｄは、給紙カセットから用紙搬送部ｅに１枚ずつ用紙を供給できるように構成されている。

用紙搬送部ｅは、下部に位置する用紙カセット部ｄから上部に位置する用紙排出部ａにかけて設けられていて、複数の搬送ローラー及びガイド板によって構成されている。そして、この用紙搬送部ｅは、用紙カセット部ｄから供給された用紙を１枚ずつ用紙排出部ａに向けて搬送できるように構成されている。

上記構成からなる複写機Ｐは、レーザースキャンニングユニットｃ１から感光体ドラム１に画像データに対応したレーザー光が照射されて静電潜像が形成され、供給されたトナーによってトナー像が現像される。そして、この感光体ドラム１上に担持されたトナー像は転写ユニットｃ４によって用紙に転写された後、定着ユニットｃ５で加圧・加熱されて定着処理される。最後に、画像の印刷された用紙が用紙排出部ａに排出される。

図２は、ドラムユニットｃ３の構成を示す断面図である。ドラムユニットｃ３においては、感光体ドラム１と対向するように、感光体ドラム１の周囲に、除電ランプ２、クリーニング装置３及び帯電装置４が配置されている。除電ランプ２は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

ドラムユニットｃ３は、感光体ドラム１を保持するユニットフレーム本体１０を有する。ユニットフレーム本体１０は、感光体ドラム１と、クリーニング装置３及び帯電装置４を一体的に保持する構成となっている。クリーニング装置３は、感光体ドラム１の側方に配置されており、帯電装置４は、感光体ドラム１の下方に配置されている。

クリーニング装置３と、感光体ドラム１と、帯電装置４とは、ドラムユニットｃ３（像担持体ユニット）として一体的に構成されている。ドラムユニットｃ３は、左右方向（図２の紙面に直交する方向）の両端部に、不図示の一対の側板（支持体）を備える。該一対の側板によって、感光体ドラム１が回転可能に支持される。また、前記一対の側板によって、帯電装置４およびクリーニング装置３が、感光体ドラム１に対向して支持される。

クリーニング装置３は、クリーニングブレード３１と、搬送スクリュー３２と、研磨ローラー３３とを備え、トナー像転写後の感光体ドラム１の周面に付着したトナーを清掃するとともに、不図示の回収装置に該トナーを搬送する。

クリーニングブレード３１は、ゴム材料（ウレタンゴム等）から構成される板状部材である。クリーニングブレード３１は、ブレードホルダ３４によってユニットフレーム本体１０に支持される。ブレードホルダ３４は、前記断面視において、Ｌ字型形状を備えた板金部材である。クリーニングブレード３１と、ブレードホルダ３４とは、接着剤によって固定される。この結果、クリーニングブレード３１の固定端が形成される。一方、クリーニングブレード３１の先端は自由端とされ、感光体ドラム１の周面に当接される。クリーニングブレード３１の前記先端は、後記の研磨ローラー３３よりも、感光体ドラム１の回転方向下流側の円筒面に当接する。この結果、クリーニングブレード３１の前記先端によって、感光体ドラム１の周面上に残留（付着）したトナーが除去される。

搬送スクリュー３２は、クリーニングブレード３１の上方において、クリーナーハウジングに回転可能に支持される。搬送スクリュー３２は、軸部と、該軸部周りに配設されたスパイラル状の羽根部材とを備える。搬送スクリュー３２は、クリーニングブレード３１によって掻き取られ、クリーニングブレード３１上に堆積した回収トナーを感光体ドラム１の回転軸の軸方向に搬送する。

研磨ローラー３３は、搬送スクリュー３２の後方に配設される。研磨ローラー３３は、表面が粗面化処理されたゴムローラーである。研磨ローラー３３は、感光体ドラム１の表面に当接しながら、感光体ドラム１に従動して回転される。研磨ローラー３３は、感光体ドラム１の円筒面に付着したトナーを回収する。また、研磨ローラー３３は、感光体ドラム１の表面に付着した放電生成物などの付着物を研磨する。この際、研磨ローラー３３の周面に、所定量のトナーが付着することによって、前記放電生成物の除去性能（研磨性能）が向上される。

帯電装置４は、帯電ローラー４１と、クリーニングローラー４２とを備える。帯電ローラー４１は、表面がゴム材料から構成されるロール部材である。帯電ローラー４１には、不図示のバイアス印加部から、帯電電圧が印加される。帯電ローラー４１は、感光体ドラム１の周面に当接することで、感光体ドラム１に従動しながら回転される。帯電電圧が印加された帯電ローラー４１によって、感光体ドラム１の周面が一様に帯電される。

クリーニングローラー４２は、帯電ローラー４１に当接し、帯電ローラー４１と線速差をもって回転する。クリーニングローラー４２は導電性ナイロンの繊維で形成されたブラシローラーである。帯電ローラー４１が、感光体ドラム１の表面に当接することによって、帯電ローラー４１の表面にトナーや異物などが付着する。また、帯電ローラー４１に帯電電圧が印加され、感光体ドラム１との当接位置において放電が生じることによって、帯電ローラー４１の表面には、放電生成物が付着される。クリーニングローラー４２が、帯電ローラー４１に接触しながら、線速差をもって回転されることによって、帯電ローラー４１の表面に付着したトナー、異物などが、好適に除去される。

（複写機Ｐのハードウェア構成）
次に、図３に基づき本発明の実施形態に係る複写機Ｐのハードウェア構成を説明する。図３は複写機Ｐのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

図３に示すように、本実施形態に係る複写機Ｐは、制御部９０、操作部８０、画像入力部７０、高圧電源部５０、露光装置１１、定着装置１２、画像形成部ｃ等を有する。

制御部９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、複写機Ｐ内の各装置に制御信号を送信したり、操作部８０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６、制御に必要な数値の演算処理を行う演算部９７を備えている。なお、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

また、制御部９０は、複写機Ｐにおける各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、例えば、画像形成部ｃ、高圧電源部５０、露光装置１１、定着装置１２、操作部８０等が挙げられる。

ＣＰＵ９１は中央演算処理装置であり、展開される制御プログラムに基づき複写機Ｐの各部の制御や演算を行う。ＲＯＭ９２には、複写機Ｐの制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、複写機Ｐの使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、複写機Ｐの制御途中で発生した必要なデータや、複写機Ｐの制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、クリーニング動作のトリガーとなる印字枚数等が格納されている。カウンター９５は、印字枚数を積算してカウントする。

演算部９７は、一時記憶部９４に記憶された画像データに基づいて画像の印字率、及び所定枚数の画像の平均印字率を算出する。本実施形態では、演算部９７は、直前１００枚分の感光体ドラム上に形成された画像データから、１枚あたりの平均印字率を算出する。なお、平均印字率とは、用紙全体の面積に対して画像が形成される領域の面積を示す指標である。

高圧電源部５０は、帯電バイアス部５１、現像バイアス部５２、１次転写バイアス制御部５３、２次転写バイアス部５４、Ｉ／Ｆ（インターフェイス）５６を有する。帯電バイアス部５１は、制御部９０からの出力信号により、帯電装置４の帯電ローラー４１（図２参照）に所定のバイアスを印加（出力）する。現像バイアス部５２は、制御部９０からの出力信号により、現像装置２１の現像ローラーに所定のバイアスを印加（出力）する。１次転写バイアス制御部５３は、制御部９０からの出力信号により、トナーの帯電と同極性または逆極性に切り替えて、１次転写装置２２の一次転写ローラー６（図１参照）に所定のバイアスを印加（出力）する。２次転写バイアス部５４は、制御部９０からの出力信号により、２次転写装置２３の二次転写ローラー７，８（図１参照）に所定のバイアスを印加（出力）する。

画像入力部７０は、複写機Ｐにパーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部７０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

操作部８０には、液晶表示部８１、入力キー８２、ＬＥＤ８３が設けられている。液晶表示部８１及びＬＥＤ８３は、複写機Ｐの状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したりするようになっている。複写機Ｐの各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部８０には、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、複写機Ｐの各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

図４は、本発明の実施形態に係る複写機Ｐの制御処理を示すフローチャートである。

印字命令により複写機Ｐによる印字動作が開始され（ステップＳ１）、各色毎の印字率フラッグが「Ｈｉｇｈ」か「Ｌｏｗ」かが判断される（ステップＳ２）。なお、製品の出荷状態である初期は「Ｌｏｗ」として、１枚印字以降は、後述するステップＳ７の「直前１００枚の平均印字率が１０％以上である？」という条件により、「Ｈｉｇｈ」か「Ｌｏｗ」かが決定され、随時更新される。

印字率フラッグが「Ｈｉｇｈ」である場合は（ステップＳ２でＹＥＳ）、１次転写バイアス制御部５３で、画像形成時以外の１次転写バイアスを、トナーの帯電極性と逆の極性に切り替える（ステップＳ３）。本実施形態において、画像形成時以外の１次転写バイアスとは、画像直前の空白部分、画像と画像の間の空白部分、および画像後の空白部分の１次転写バイアスをいう。

印字率が高いと、回収トナー中の研磨粒子である金属粒子の比率が高くなるため、帯電装置４が汚染されやすくなる。クリーニング装置内の金属粒子装置内で攪拌されてトナーと同じ極性に帯電している。そこで、トナーの帯電極性と逆の極性の１次転写バイアスを一次転写ローラー６に印加することにより、金属粒子による帯電装置４の汚染を抑制することができる。

一方、各色毎の印字率フラッグが「Ｈｉｇｈ」でない場合（「Ｌｏｗ」の場合）は（ステップＳ２でＮＯ）、１次転写バイアス制御部５３で、画像形成時以外の１次転写バイアスを、トナーの帯電極性と同じ極性にする（ステップＳ４）。

印字率が低いと、回収トナー中の研磨粒子である金属粒子の比率が低くなる。回収トナー中の金属粒子は電荷を逃がす効果があり、回収トナー中の金属粒子の比率が低いと、クリーニング装置３内での摩擦でトナーが過剰に帯電してしまい、クリーニングブレード３１で感光体ドラム１から剥ぎ取られる際に、感光体ドラム１に放電して感光体ドラム１の絶縁破壊を起こしてしまう。そこで、トナーの帯電極性と同じ極性の１次転写バイアスを一次転写ローラー６に印加することにより、クリーニング装置３内の回収トナー中の金属粒子の比率が上昇する。そのため、感光体ドラム１の絶縁破壊を抑制することができる。

そして、１ページ印字すると（ステップＳ５）、演算部９７によって、１ページ中の各色の印字率が算出され（ステップＳ６）、各色毎の直前１００枚の平均印字率が１０％以上であるか否かが判断される（ステップＳ７）。なお、累計の印字枚数が１００枚に満たない状況でも、直前までの印字枚数から平均印字率を算出する。

平均印字率が１０％以上である場合は（ステップＳ７でＹＥＳ）、各色毎の印字率フラッグを「Ｈｉｇｈ」にする（ステップＳ８）。

一方、平均印字率が１０％以上でない場合は（ステップＳ７でＮｏ）、各色毎の印字率フラッグを「Ｌｏｗ」にする（ステップＳ９）。

続いて、次ページ以降の印字があるか否かが判断され（ステップＳ１０）、次ページ以降の印字がある場合は（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ２に戻る。一方、次ページ以降の印字がない場合は（ステップＳ１０でＮＯ）、印字動作を終了する（ステップＳ１１）。

以上の手順により、各ステーションのクリーニング装置内の金属粒子等比率を所定の範囲に維持することができる。そのため、各ステーションの帯電装置の外添剤による汚染、および感光体ドラムの絶縁破壊を抑制することが可能となる。

本実施形態においては、ステップＳ７において、直前１００枚の平均印字率が１０％以上であるか否かを判断したが、これに限定されず、直前の所定枚数の平均印字率が高い方から順に感光体ドラムを順位づけし、高い順から少なくとも１つ（例えば、１つ）の感光体ドラムに対して、ステップＳ８以降の処理を同様に行うことも可能である。この場合、各ステーションのクリーニング装置内の金属粒子比率をより正確に制御することができるようになる。

なお、本実施形態においては、感光体ドラム１はアモルファスシリコン製、ＯＰＣ製のいずれでもよいが、アモルファスシリコン製が好ましい。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

本発明の画像形成装置は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ等に適用可能である。

Claims (5)

1. 複数の感光体と、
   各々の感光体に対して接触して帯電させる帯電装置と、
   研磨粒子である金属粒子を含むトナーを付着させて潜像を現像する現像装置と、
   前記感光体の表面から残留トナーを除去するクリーニング装置とを備え、
   前記感光体上に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト上に順次重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置であって、
   直前の所定枚数の各色の平均印字率に応じて、感光体上の画像形成時以外の１次転写バイアスを、トナーの帯電と同極性または逆極性に切り替える１次転写バイアス制御部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、
   画像形成時以外の１次転写バイアスが、画像直前の空白部分、画像と画像の間の空白部分、および画像後の空白部分の１次転写バイアスであることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   直前の所定枚数の平均印字率が所定の印字率よりも高い感光体に対して、画像形成時以外の１次転写バイアスを、トナーの帯電極性と逆極性に切り替え、
   所定の印字率よりも低い感光体に対しては、トナーの帯電極性と同極性にすることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   直前の所定枚数の平均印字率が高い方から少なくとも１つの感光体に対して、画像形成時以外の１次転写バイアスを、トナーの帯電極性と逆極性に切り替え、
   他の感光体に対しては、トナーの帯電極性と同極性にすることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記感光体がアモルファスシリコン製であることを特徴とする画像形成装置。

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