JP7205265B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、トナーを用いて画像を形成する画像形成装置に関する。

電子写真法によりシートに画像を形成する画像形成装置は、感光体の表面（外周面）にトナー像を形成し、このトナー像を感光体から中間転写体を介してまたは直接にシートに転写する。画像形成装置は、トナー像を転写した後の感光体の表面を次の画像形成に備えて清掃する。

感光体の表面の清掃にロールブラシが用いられている。ロールブラシは、芯金とそれに支持される樹脂製のブラシ毛とから構成される。ロールブラシは、ブラシ毛が感光体と当接した状態で回転し、転写されずに残ったトナーおよびその他の付着物を感光体から掻き取る。また、ロールブラシによると、トナーから離れた外添剤の付着を均す作用、および感光体の表層を薄く削って表面をリフレッシュする作用が得られる。

ロールブラシの回転の制御に関する先行技術として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、画像形成動作を終了して感光体ドラムの回転停止後に、画像形成動作時とは逆方向にファーブラシローラをさらに所定時間だけ回転させて、感光体ドラムとファーブラシローラとの当接部に残留するトナーを除去することが開示されている。

特開２００１－１０９３５０号公報

ロールブラシには感光体から掻き取ったトナーが付着する。ロールブラシに付着してもその後に自然にロールブラシから離れるトナーもあるし、付着したままロールブラシに残留するトナーもある。ロールブラシからトナーを払い落すフリッカを設けることでトナーの残留を低減することできるが、残留を皆無にするのは困難である。一般に、ロールブラシの使用に伴ってロールブラシに残留するトナーの量が次第に増加する。

ロールブラシに残留するトナーが多くなるにつれて、ブラシ毛は硬くなる。それは、ブラシ毛の各繊維がより厚くトナーでコーティングされた状態になるからである。ブラシ毛が硬くなると、感光体に対するロールブラシの擦過力が大きくなり、感光体の単位回転数あたりの膜厚の減耗量が増加する。減耗量が感光体のリフレッシュに必要な量を超えると、感光体の寿命が当初の想定値よりも短くなってしまう。

上に述べた特許文献１の技術のように画像形成を終えるごとにロールブラシを回転させると、画質が低下する場合があった。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、感光体を清掃するブラシにおけるトナーの残留による感光体の寿命の短縮および画質の低下を抑えることを目的とする。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置は、トナー像を形成するための感光体と、前記感光体に当接して当該感光体の表面を清掃するロールブラシと、前記ロールブラシに当接するローラ型のフリッカと、前記ロールブラシ、前記感光体、および前記フリッカを回転駆動する回転駆動装置ならびに当該ロールブラシおよび当該フリッカをバイアスするバイアス回路を有し、当該ロールブラシにおけるトナーの残留量を変化させる動作部と、前記残留量の推定値を取得する取得部および取得された当該推定値が設定値を含む設定範囲の上限値よりも大きいか否かを判定する判定部と、印刷ジョブに応じた印刷用トナー像を前記トナー像として前記感光体に形成していないときにおいて前記推定値が前記上限値よりも大きいと判定された場合に、前記残留量が前記設定値に近づくように前記動作部を動作させるブラシ内トナー量制御として、前記回転駆動装置に前記ロールブラシを設定時間にわたって回転駆動させ、当該回転駆動装置に前記感光体を回転させ、当該回転駆動装置に前記フリッカを回転させ、前記バイアス回路に当該ロールブラシを前記トナーと同じ極性の電位にバイアスさせ、当該バイアス回路に当該フリッカを当該トナーとは反対の極性の電位にバイアスさせる、制御部と、を有する。

本発明によると、感光体を清掃するブラシにおけるトナーの残留による感光体の寿命の短縮および画質の低下を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成の概要を示す図である。 感光体ドラムユニットの構成を示す図である。 クリーニングブラシの擦過力とα値との関係を示す図である。 クリーニングブラシにおけるトナーの残留量と擦過力との関係を示す図である。 画像形成装置の要部の機能的構成を示す図である。 画像形成時およびブラシ内トナー量制御時における感光体およびクリーニングブラシの状態を模式的に示す図である。 感光体ドラムユニットの構成の変形例を示す図である。 画像形成装置の要部の機能的構成を示す図である。 画像形成時およびブラシ内トナー量制御時における感光体、クリーニングブラシ、およびフリッカの状態を模式的に示す図である。 画像形成装置の要部の機能的構成を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置１の構成の概要を示す図である。図２は、感光体ドラムユニット３の構成を示す図である。

図１に示される画像形成装置１は、タンデム型のプリンタエンジン１Ａを備える電子写真方式のカラープリンタである。画像形成装置１は、外部のホスト装置から入力される印刷ジョブに応じて、カラーまたはモノクロの画像を形成する。

画像形成装置１は、その動作を制御する制御回路１００を有している。制御回路１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、および特定の処理を行う回路を有している。

プリンタエンジン１Ａは、４個のイメージングステーション２ｙ，２ｍ，２ｃ，２ｋ、プリントヘッド６、および中間転写ベルト２２を有する。

イメージングステーション２ｙ～２ｋは、それぞれ感光体ドラムユニット３、および現像器７などを有している。感光体ドラムユニット３は、トナー像を形成するための筒状の感光体４を有する。イメージングステーション２ｙ～２ｋの基本的な構成は同様である。以下においてイメージングステーション２ｙ～２ｋを区別せずに「イメージングステーション２」と記すことがある。

プリントヘッド６は、イメージングステーション２ｙ～２ｋのそれぞれに対してパターン露光（潜像形成）を行うためのレーザビーム６Ｂを射出する。プリントヘッド６において、感光体４の回転軸方向にレーザビーム６Ｂを偏向する主走査が行われる。この主走査と並行して、感光体４を定速回転させる副走査が行われる。

中間転写ベルト２２は、トナー像の一次転写における被転写部材である。中間転写ベルト２２は、一対のローラ間に巻回されて回転する。中間転写ベルト２２の内側には、各イメージングステーション２の感光体４に転写電圧を印加するための４個の一次転写ローラ２１、および圧接離間機構２１０が配置されている。圧接離間機構２１０は、４個の一次転写ローラ２１を一括にまたは選択的に感光体４の径方向に移動させて感光体４と中間転写ベルト２２とを圧接させたり離間させたりする
カラー印刷モードにおいて、イメージングステーション２ｙ～２ｋは、帯電・パターン露光・現像を行うことにより、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、およびＫ（ブラック）の４色のトナー像を並行して形成する。４色のトナー像は、回転中の中間転写ベルト２２に順次に一次転写される。最初にＹのトナー像が転写され、それに重なるようにＭのトナー像、Ｃのトナー像、およびＫのトナー像が順次に転写される。

モノクロ印刷モードにおいては、４個のイメージングステーション２ｙ～２ｋのうち、イメージングステーション２ｋによりＫのトナー像が作像される。他のイメージングステーション２ｙ～２ｃはトナー像を作像しない。

一次転写されたトナー像は、二次転写ローラ２６と対向するとき、下方の給紙カセット２４から取り出されてタイミングローラ２５を経て搬送されてきたシート（記録媒体）２０に二次転写される。その後、シート２０は、定着器２７の内部を通って上部の排紙トレイ２９へ送り出される。定着器２７を通過するとき、加熱および加圧によってトナー像がシート２０に定着する。

画像形成装置１においてトナー像の形成に用いるトナーは、色材、電荷調整剤、および離型剤などを添加したバインダ樹脂の粒子の表面に、滑剤を外添剤として付着させたものである。滑剤は、帯電における放電生成物を感光体４に付着しにくくしたり、後述のクリーニングブレード９と感光体４との摩擦を低減したりする固形物である。例えば脂肪酸金属塩の一種であるステアリン酸亜鉛が滑剤として好ましい。

図２に示す通り、感光体ドラムユニット３は、感光体４、帯電ローラ５、クリーニングブラシ８、クリーニングブレード９、搬送スクリュー１０、およびクリーニングローラ１１などを備えている。

感光体４は、導電性の基体に下引き層、有機分子を含む電荷発生層、電荷輸送層、および保護層を積層した有機感光体である。感光体４は、導電性のドラム４Ａに支持され、図における時計回り方向に回転駆動される。

ドラム４Ａの電位は、電位切替え部５２ｂにより、接地電位（０ボルト）またはトナーの帯電電位（例えばマイナス）と反対の極性（例えばプラス）の電位に切り替えられる。

帯電ローラ５は、感光体４に帯電部材を接触させまたは近接させて感光体４の表面を帯電させる方式（接触帯電方式または近接帯電方式）の帯電部材であり、金属製の芯金とそれに支持されたロール状の半導電性ゴム層とから構成される。帯電ローラ５は、帯電位置Ｐ１で感光体４に当接し、感光体４に従動して回転する。帯電位置Ｐ１は、帯電ローラ５と感光体４とのニップ部、およびニップ部の近傍を含む。

この帯電ローラ５には、画像形成時（印刷動作時）において高圧電源回路５１によって帯電バイアスＶ１が印加される。帯電バイアスＶ１は、交流電圧と直流電圧とを重畳させた高周波電圧である。ただし、帯電バイアスＶ１を直流電圧としてもよい。

クリーニングローラ１１は、帯電ローラ５を清掃する清掃部材である。クリーニングローラ１１は、感光体４と帯電ローラ５との間の放電により生じて帯電ローラ５に付着した異物を帯電ローラ５に当接して回転しながら除去する。

クリーニングブラシ８およびクリーニングブレード９は、感光体４を清掃する清掃部材である。感光体４の表面のうち、一次転写位置Ｐ４を通過して帯電位置Ｐ１へ向かって移動する領域がクリーニングブラシ８とクリーニングブレード９とにより清掃される。本実施形態では、感光体４の回転方向においてクリーニングブレード９の上流側にクリーニングブラシ８が配置されている。

クリーニングブラシ８は、金属製の芯金８０とその周面に設けられたブラシ毛８１とから構成されるロールブラシである。ブラシ毛８１は、繊維の束をパイル糸として織り込んだ細長い基布８２を芯金８０に螺旋状に巻き付けて接着させる製法によりロール状に成形されている。クリーニングブラシ８の直径は、例えば１１．３ｍｍであり、回転軸方向におけるブラシ毛８１を有する部分の長さは、例えば３１０ｍｍである。

クリーニングブラシ８は、ブラシ毛８１が感光体４に押し当たって曲がる食込み状態となるように配置され、感光体４との間で周速度の差が生じるように回転駆動される。クリーニングブラシ８の回転方向は、感光体４との当接部において周縁の移動方向が感光体４と同一となる方向（いわゆるウィズ方向）とされる。

ブラシ毛８１の繊維としては、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ビニロンまたはその他の化学繊維が用いられる。カーボンまたはニッケルなどの導電材料を繊維に分散させまたは繊維の表面にコーティングすることによりブラシ毛８１の各繊維に導電性を付与することができる。

ブラシ毛８１の繊維のヤング率、繊度、植込みの密度、毛丈、感光体４に対するブラシ毛８１の食込み量、および感光体４との周速度差などのパラメータの値は、これらの組合せによって決まる感光体４に対する擦過力Ｆが所望の大きさになるように選定される。なお、擦過力Ｆは、ｍＮオーダーの検出が可能な市販の微小力タイプの押圧力センサを用いて測定することができる。

ヤング率の値としては１５００～９８００［Ｎ／ｍｍ²］の範囲内の値が、繊度の値としては３～１５［デニール］の範囲内の値が、植込みの密度の値としては３００００～５０００００［ｉｎｃｈ²］の範囲内の値が、それぞれ好ましい。ブラシ毛８１の外形寸法を上述の値とした場合、毛丈の値としては、１～３．５［ｍｍ］程度の範囲内の値が好ましく、食込み量の値としては、０．５～１．５［ｍｍ］の範囲内の値が好ましい。また、周速度差の値は、例えば１～２［ｍｍ／ｓ］程度の値とすることができる。

クリーニングブラシ８の芯金８０は、ブラシ電位設定部５２ａにより、トナーの帯電電位と同じ極性の電位にバイアスされる。

クリーニングブレード９は、板状の弾性体（例えばウレタンゴム）であり、ステー９Ａに片持ち支持の形でその自由端側の端縁が感光体４と当接するように固定されている。クリーニングブレード９の配置の方式は、先端面を感光体４の回転方向の上流側に向けるカウンタ方式（ドクター方式）である。

クリーニングブレード９は、弾性変形した状態で感光体４と当接し、その復元力により感光体４に圧接する。クリーニングブレード９は、クリーニングブラシ８では取り切れなかったトナーを感光体４から取り除く。

搬送スクリュー１０は、クリーニングブラシ８およびクリーニングブレード９が感光体４から取り除いたトナーなどの異物を廃トナーボックスへ搬送する。搬送スクリュー１０は、回転駆動され、感光体ドラムユニット３から廃トナーボックスへ流れる空気流を生じさせる。異物は、この空気流により廃トナーボックスへ送られる。

さて、画像形成装置１は、クリーニングブラシ８のブラシ毛８１が次第に硬くなる経時変化を低減する機能を有している。以下、この機能を中心に画像形成装置１の構成および動作を説明する。

図３は、クリーニングブラシ８の擦過力Ｆとα値との関係を示す図である。図４は、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘと擦過力Ｆとの関係を示す図である。図３におけるα値とは、感光体４の１０万回転当たりの感光体４の膜厚の減耗量である。

図３に示すように、α値は擦過力Ｆに比例する。

擦過力Ｆがその適正範囲の下限よりも小さい場合は、感光体４の保護層がほとんど削られない。すなわち、α値が過小となる。この場合、感光体４の表面に付着した滑剤が除去されないまま残って次第に劣化するとともに、保護層の劣化が進む。このため、形成される画像に像ボケ（鮮明度の低下）が生じて印刷の品質が低下する。

反対に、擦過力Ｆがその適正範囲の上限よりも大きい場合は、感光体４の保護層がリフレッシュに必要な分よりも多く削られてしまう。すなわち、α値が過大となる。このため、保護層の減耗の進行が速くなり、感光体４の寿命が縮む。

図３において、所望の画質を得る上でのα値の下限値を０．０２とし、感光体４の寿命を所定値以上とする上でのα値の上限値を０．０５とすると、擦過力Ｆの適正範囲は、２０～５０［ｍＮ］となる。

図４に示すように、擦過力Ｆは、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘに比例する。

擦過力Ｆをその適正値である２０～５０［ｍＮ］の範囲内の値に保つには、残留量Ｘを０．２～０．５［ｍＮ］の範囲（設定範囲Ｒ）内の値となるように画像形成装置１を制御すればよい。

図５は、画像形成装置１の要部の機能的構成を示す図である。なお、図５および後述の図８および図１０では、要部の構成要素のうちのイメージングステーション２を構成する要素についてはそれらを１つずつ図示した。ただし、実際には４個のイメージングステーション２ｙ～２ｋに対応する４個ずつの要素が要部の構成要素となる。例えば、図５における感光体４は、４個の感光体４の代表として描かれている。

図５において、画像形成装置１は、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘを変化させる動作部２００、および動作部２００に対して「ブラシ内トナー量制御」を行う制御回路１００と、を有する。

ブラシ内トナー量制御とは、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘが設定値Ｘｔに近づくように動作部２００を動作させる制御である。ブラシ内トナー量制御は、印刷ジョブにより指定された画像に対応するトナー像、すなわちシート２０に転写するべきトナー像の形成を行っていないときに、実行される。ブラシ内トナー量制御に関わる設定値Ｘｔは、上述した設定範囲Ｒ（０．２～０．５）内の値であり、例えば設定範囲Ｒの中央値（０．３５）とされる（図４参照）。

本実施形態において、トナーの残留量Ｘは、印刷ジョブにおいて形成した画像のカバレッジ（印字率）に基づいて算出される。カバレッジは、シート２０の画像形成領域の面積に対するトナーを付着させる部分の面積（ドット面積の総和）の比率であり、印刷ジョブに含まれる画像データにより特定される。

動作部２００は、感光体４、回転駆動系２０１、およびバイアス系２０２を有する。

回転駆動系２０１は、感光体４およびクリーニングブラシ８をそれぞれ回転駆動するシステムである。回転駆動系２０１は、駆動源である複数または単一のモータ、モータの駆動力を駆動対象に伝える伝達機構、およびモータを駆動するモータ駆動回路などから構成される。

バイアス系２０２は、感光体４およびクリーニングブラシ８をそれぞれバイアスするシステムである。バイアス系２０２は、プラスおよびマイナスのバイアス電圧の出力が可能な電源回路から構成される。バイアス系２０２は、上述のブラシ電位設定部５２ａおよび電位切替え部５２ｂを含んでいる。

制御回路１００は、ジョブ管理部１０１、積算部１０２、取得部１０３、判定部１０４、および動作指令部１０５などを有している。これらの機能は、制御回路１００のハードウェア構成により、または制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより、またはこれらの組合わせにより実現される。

ジョブ管理部１０１は、印刷ジョブにおいて形成する全ての画像のカバレッジＣｏをトナー色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）ごとに特定し、印刷ジョブが実行されるごとに積算部１０２に通知する。

また、ジョブ管理部１０１は、クリーニングブラシ８の稼働量を示す情報として、印刷ジョブにおけるクリーニングブラシ８の回転時間ｔおよび回転速度Ｖを印刷ジョブが実行されるごとに積算部１０２に通知する。回転速度Ｖは、画像形成時における感光体４の周速度を規定するプロセス速度の設定に応じて切り替えられるものである。以下において、回転速度Ｖの選択肢として２つの速度Ｖ１，Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）が定められているものとする。ただし、この選択肢の数は３以上であってもよい。

積算部１０２は、通知されたトナー色ごとのカバレッジＣｏを一次転写前のトナー像のトナー量に換算し、このトナー量をトナー色ごとに積算する。そして、トナー量の最新の積算値を積算トナー量ΣＴとして記憶する。

また、積算部１０２は、通知された回転時間ｔを回転速度Ｖごとに積算する。そして、速度Ｖ１の回転時間ｔの最新の積算値を積算時間Σｔ１として記憶し、速度Ｖ２の回転時間ｔの最新の積算値を積算時間Σｔ２として記憶する。

取得部１０３は、例えば印刷ジョブが行われるごとに、トナー色ごとにクリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘの推定値Ｘｍを取得する。詳しくは、取得部１０３は、積算トナー量ΣＴおよび積算時間Σｔ１，Σｔ２をこれらが更新されるごとに積算部１０２から取得し、積算トナー量ΣＴと積算時間Σｔ１，Σｔ２を変数とする次の（１）式に基づく演算を行うことによって推定値Ｘｍをトナー色ごとに取得する。

Ｘｍ＝ΣＴ×Ａ－Σｔ１×Ｔｕ１－Σｔ２×Ｔｕ２ …（１）
式中のＡは、一次転写の転写残率（１から一次転写率を差し引いた値）を示す定数である。Ｔｕ１は、速度Ｖ１で回転させた場合に感光体４から離れかつクリーニングブラシ８からも離れる離脱トナーの単位時間当たりの量（離脱トナー量）を示す定数である。Ｔｕ２は、速度Ｖ２で回転させた場合の単位時間当たりの離脱トナー量を示す定数である。

つまり、（１）式による演算は、一次転写されずに感光体４に残ったトナーの積算値から離脱トナーの積算値を差し引いた値をクリーニングブラシ８における残留量Ｘとして求めることに相当する。

判定部１０４は、取得部１０３により得られた推定値Ｘｍが設定範囲Ｒ内の値であるか否かを判定する。ただし、白紙に近い極端にカバレッジが小さい画像ばかりを形成するという状況が続かない限り、残留量Ｘが設定範囲Ｒの下限値（０．２）よりも少なくなることはほとんど起こらないように画像形成装置１を設計することができる。このように設計された場合において、判定部１０４は、推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの上限値（０．５）よりも大きいか否かを判定するものであってよい。

いずれにしても、判定部１０４は、判定結果Ｄｊを動作指令部１０５に通知する。判定結果Ｄｊには、判定に用いた推定値Ｘｍを含めておく。

動作指令部１０５は、推定値Ｘｍが設定範囲Ｒ内の値ではないと判定され、または推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの上限値よりも大きいと判定され場合に、残留量Ｘが設定値Ｘｔに近づくように動作部２００を動作させる。

例えば、推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの上限値よりも大きいと判定され場合には、回転駆動系２０１に対してクリーニングブラシ８を回転させる指令を与える。回転方向は、画像形成時と同じ方向でよい。回転させる時間は、数回以上回転する時間（例えば１～２秒）でよい。回転速度Ｖを画像形成時の速度Ｖ１，Ｖ２の大きい方の速度Ｖ１よりも大きくするのが好ましい。回転速度Ｖを大きくすることにより、トナーをブラシ毛８１から振り払う遠心力が増すので、画像形成時と同じ速度とする場合よりも早く効率的に残留量Ｘを設定範囲Ｒ内の値まで減らすことができる。

クリーニングブラシ８を回転させている間、感光体４を停止させておいてもよいし、画像形成時と同様に回転させておいてもよい。感光体４を停止させる場合は、感光体４およびクリーニングブレード９の摩耗の原因となる感光体４とクリーニングブレード９との摺動は生じない。感光体４を回転させる場合は、クリーニングブラシ８による感光体４の局所的な摩耗を防ぐことができる。

クリーニングブラシ８を回転させるとともに、動作指令部１０５は、バイアス系２０２に対してクリーニングブラシ８をトナーの帯電電位と同極性の電位にバイアスする指令を与える。これにより、回転による遠心力にバイアスによる静電反発力が加わって、ブラシ毛８１からのトナーの離脱が促進される。

さらに、感光体４を回転させる場合には、感光体４をトナーの帯電電位と反対の極性の電位にバイアスしてもよい。これにより、ブラシ毛８１から感光体４にトナーを引き付ける静電作用が生じるので、ブラシ毛８１からトナーの離脱がより促進される。ブラシ毛８１から感光体４に移動したトナーは、クリーニングブレード９により感光体４から取り除かれる。

動作指令部１０５は、ブラシ内トナー量制御時においてクリーニングブラシ８を回転させる時間の長さを、判定結果Ｄｊに含まれる推定値Ｘｍと設定値Ｘｔとの差に応じて設定する。推定値Ｘｍと設定値Ｘｔとの差が大きいほど、回転させる時間を長くする。

予め設定範囲Ｒの上限値を超える残留量Ｘとそれを設定値Ｘｔまで減少させるのに必要な回転時間との関係を例えば実験により求め、残留量Ｘに応じた回転時間を示すテーブルを記憶させておくことができる。

動作指令部１０５は、このテーブルを参照するルックアップテーブル方式で回転時間を設定する。このようにして回転時間を設定すると、推定値Ｘｍと実際の残留量Ｘとの誤差の範囲内に残留量Ｘを設定値Ｘｔに近づけることができる。

動作指令部１０５は、ブラシ内トナー量制御の終了に際して、積算部１０２に積算リセット指令Ｓｒを与える。

積算リセット指令Ｓｒを受けると、積算部１０２は、積算トナー量ΣＴを設定値Ｘｔに定数Ａの逆数（１／Ａ）を乗じた値にリセットする。つまり、以後の印刷ジョブにおいて残留量Ｘが設定値Ｘｔから増えるものとして取得部１０３が推定値Ｘｍを算出することができるようにする。

また、積算部１０２は、積算リセット指令Ｓｒを受けると、積算時間Σｔ１，Σｔ２を共に０にリセットする。

図６は、画像形成時およびブラシ内トナー量制御時における感光体４およびクリーニングブラシ８の状態を模式的に示す図である。図６において黒丸はトナーを表わす。

図６（Ａ）に示すように、画像形成時には、感光体４の表面における一次転写位置Ｐ４とクリーニングブラシ８との間に部分に、転写されずに残った転写残トナーが付着している。

転写残トナーの少なくとも一部は、感光体４からクリーニングブラシ８に移ってクリーニングブラシ８に付着する。クリーニングブラシ８に付着した後に離脱するトナーもあるが、クリーニングブラシ８に付着したまま残留するトナーもある。

図６（Ｂ）では、感光体４を停止させてクリーニングブラシ８を回転させるブラシ内トナー量制御が行われている。画像形成は行われていないので、感光体４に転写残トナーは付着していない。

図６（Ｃ）では、クリーニングブラシ８を回転させて感光体４も回転させるブラシ内トナー量制御が行われている。

感光体４を例えば画像形成時と同じ速度で回転させ、クリーニングブラシ８を画像形成時よりも速く回転させると、感光体４とクリーニングブラシ８との周速度差が画像形成時よりも大きくなってブラシ毛８１が当接するときの衝撃が大きくなる。この衝撃の増大とクリーニングブラシ８が速く回ることによる遠心力の増大との相乗により、残留トナーの離脱が促進される。

また、クリーニングブラシ８を画像形成時よりも速く回転させ、かつ感光体４も画像形成時よりも速く回転させて周速度差を画像形成時と同程度またはそれ以下とし、感光体４の摩耗を低減することができる。この場合も、遠心力の増大により残留トナーの離脱が画像形成時よりも速く進む。

図７は、感光体ドラムユニット３の構成の変形例を示す図である。

図７に示す感光体ドラムユニット３ｂの基本的構成は、感光体ドラムユニット３と同様である。感光体ドラムユニット３ｂと感光体ドラムユニット３との差異は、感光体ドラムユニット３ｂが、感光体ドラムユニット３には無いフリッカ１２およびスクレーパ１３を有していることである。

フリッカ１２は、金属製のローラであり、クリーニングブラシ８のブラシ毛８１に押し当たる食込み状態となるように配置されている。フリッカ１２の回転方向は、ブラシ毛８１との当接部において周縁の移動方向がクリーニングブラシ８と同一となるウィズ方向である。フリッカ１２は、フリッカ電位設定部５２ｃにより、トナーの帯電電位と反対の極性の電位にバイアスされる。

画像形成時において、フリッカ１２およびクリーニングブラシ８は回転駆動される。ブラシ毛８１に付着しているトナーは、ブラシ毛８１とフリッカ１２との当接による衝撃および静電吸引によりブラシ毛８１から離脱する。離脱トナーの一部は落下し、一部はフリッカ１２の周面に付着する。

スクレーパ１３は、例えば金属板により構成される。スクレーパ１３は、フリッカ１２の周面に付着しているトナーを掻き取る。

図８は、画像形成装置１ｂの要部の機能的構成を示す図である。画像形成装置１ｂは、図１に示した画像形成装置１の構成において感光体ドラムユニット３に代えて図７に示した感光体ドラムユニット３ｂを用いて画像を形成する。画像形成装置１ｂにおいても、ブラシ内トナー量制御が行われる。

画像形成装置１ｂは、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘを変化させる動作部２００ｂ、および動作部２００ｂに対してブラシ内トナー量制御を行う制御回路１００ｂと、を有する。

動作部２００ｂは、感光体４、フリッカ１２、回転駆動系２０１ｂ、およびバイアス系２０２ｂを有する。

回転駆動系２０１ｂは、感光体４、クリーニングブラシ８、およびフリッカ１２をそれぞれ回転駆動するシステムである。

バイアス系２０２ｂは、感光体４、クリーニングブラシ８、およびフリッカ１２をそれぞれバイアスするシステムである。バイアス系２０２ｂは、ブラシ電位設定部５２ａ、電位切替え部５２ｂ、およびフリッカ電位設定部５２ｃを含んでいる。

制御回路１００ｂの構成は、図５の制御回路１００の動作指令部１０５に代えて動作指令部１０５ｂを有する点を除いて、制御回路１００の構成と同様である。

動作指令部１０５ｂの基本的機能は、上述した動作指令部１０５の機能と同様である。動作指令部１０５ｂと動作指令部１０５との機能の差異は、動作指令部１０５ｂがフリッカ１２に関する指令を出力する点である。詳しくは、次の通りである。

取得部１０３は、上に述べたように（１）式に基づく演算を行うことによって推定値Ｘｍをトナー色ごとに取得する。ただし、この場合の（１）式における離脱トナー量Ｔｕ１，Ｔｕ２の値は、フリッカ１２を有する感光体ドラムユニット３ｂに対応した値とされる。

動作指令部１０５ｂは、判定部１０４において推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの上限値よりも大きいと判定され場合に、回転駆動系２０１ｂに対してフリッカ１２を回転させる指令を与える。クリーニングブラシ８とフリッカ１２とを回転させる指令、または、クリーニングブラシ８と感光体４とフリッカ１２とを回転させる指令を与えてもよい。

フリッカ１２の回転方向は、画像形成時と同じ方向でよい。回転速度を画像形成時よりも速くしてクリーニングブラシ８からのトナーの離脱を促進させてもよい。

フリッカ１２を回転させるとともに、動作指令部１０５ｂは、バイアス系２０２ｂに対してフリッカ１２をトナーの帯電電位と反対の極性の電位にバイアスする指令を与える。これにより、当接による衝撃力に静電吸引力が加わってブラシ毛８１からのトナーの離脱が促進される。

図９は、画像形成時およびブラシ内トナー量制御時における感光体４、クリーニングブラシ８、およびフリッカ１２の状態を模式的に示す図である。図９において黒丸はトナーを表わす。

図９（Ａ）に示すように、画像形成時には、感光体４の表面に付着している転写残トナーの一部が感光体４からクリーニングブラシ８に移り、クリーニングブラシ８に残留しているトナーの一部がフリッカ１２に移る。

図６（Ｂ）では、クリーニングブラシ８、フリッカ１２、および感光体４を回転させるブラシ内トナー量制御が行われている。画像形成は行われていないので、感光体４に転写残トナーは付着していない。

クリーニングブラシ８の回転速度を画像形成時よりも速くすることにより、ブラシ毛８１からのトナーの離脱が促進される。クリーニングブラシ８との周速度差が画像形成時よりも大きくなる速度でフリッカ１２を回転させることにより、ブラシ毛８１がフリッカ１２と当接するときの衝撃が大きくなってブラシ毛８１からのトナーの離脱が促進される。

ところで、ブラシ内トナー量制御の態様には、残留量Ｘを減らすように動作部２００，２００ｂを動作させる態様に限らず、残留量Ｘが過小である場合には残留量Ｘを増やすように画像形成装置を動作させる態様もある。

クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘを意図的に増加させる手法として、残留量Ｘを増加させるためだけのトナー像を形成し、一次転写することなくクリーニングブラシ８に供給する手法が考えられる。

次に、この手法によるブラシ内トナー量制御を行う画像形成装置の構成の例を挙げる。

図１０は、画像形成装置１ｃの要部の機能的構成を示す図である。画像形成装置１ｃは、図８に示した画像形成装置１ｂと同様に感光体ドラムユニット３ｂを用いて画像を形成する。

画像形成装置１ｃは、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘを変化させる動作部２００ｃ、および動作部２００ｃに対してブラシ内トナー量制御を行う制御回路１００ｃと、を有する。

動作部２００ｃは、感光体４、帯電ローラ５、現像器７、プリントヘッド６、圧接離間機構２１０、フリッカ１２、回転駆動系２０１ｃ、およびバイアス系２０２ｃを有する。動作部２００ｃは、一次転写ローラ２１を含んでいない。

回転駆動系２０１ｃは、感光体４、クリーニングブラシ８、およびフリッカ１２をそれぞれ回転駆動するシステムである。

バイアス系２０２ｃは、感光体４、帯電ローラ５、現像器７、クリーニングブラシ８、およびフリッカ１２をそれぞれバイアスするシステムである。バイアス系２０２ｃは、ブラシ電位設定部５２ａ、電位切替え部５２ｂ、フリッカ電位設定部５２ｃ、および帯電用の高圧電源回路５１を含んでいる。

制御回路１００ｃの構成は、図８の制御回路１００ｂの動作指令部１０５ｂに代えて動作指令部１０５ｃを有する点を除いて、図５の制御回路１００の構成および図８の制御回路１００ｂの構成と同様である。

動作指令部１０５ｃは、上述した動作指令部１０５ｂの機能に加えて、残留量Ｘを増加させるための指令を発する機能を有している。詳しくは、次の通りである。

取得部１０３は、図８の例と同様に（１）式に基づく演算を行うことによって推定値Ｘｍをトナー色ごとに取得する。

判定部１０４は、取得部１０３により得られた推定値Ｘｍが設定範囲Ｒ内の値であるか否かを判定する。つまり、推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの上限値（０．５）よりも大きいか否か、および推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの下限値（０．２）よりも小さいか否かを判定する。

そして、判定部１０４は、判定結果Ｄｊを動作指令部１０５ｃに通知する。判定結果Ｄｊには、判定に用いた推定値Ｘｍを含めておく。

動作指令部１０５ｃは、判定部１０４において推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの上限値よりも大きいと判定され場合に、回転駆動系２０１ｃに対して、例えばクリーニングブラシ８、感光体４、およびフリッカ１２を回転させる指令を与える。これとともに、バイアス系２０２ｃに対して、クリーニングブラシ８、感光体４、およびフリッカ１２をそれぞれクリーニングブラシ８からのトナーの離脱に有効な極性の電位にバイアスする指令を与える。

これに対して、判定部１０４において推定値Ｘｍが設定範囲Ｒの下限値よりも小さいと判定された場合に、動作指令部１０５ｃは、例えば画像形成時と同じプロセス条件でトナー像を形成するための指令を回転駆動系２０１ｃおよびバイアス系２０２ｃに与える。

加えて、動作指令部１０５ｃは、プリントヘッド６に対して、予め用意しておいたパターンの潜像を形成する指令を与える。このパターンとしては、主走査方向のドット密度が均一なパターンが好ましい。例えば、主走査方向に長い帯状の塗り潰しパターン、形成可能領域の全域を塗り潰すベタパターン、または網点パターンなどを設定パターンとすることができる。

また、クリーニングブラシ８に供給するトナーの量を調整することができるように、カバレッジＣｏが異なる複数のパターンを用意しておくことができる。動作指令部１０５ｃは、複数のパターンのうち、カバレッジＣｏをトナー量に換算した値が設定値Ｘｔと推定値Ｘｍとの差に最も近いパターンを選択し、選択したパターンの潜像を形成するようにプリントヘッド６を制御する。

さらに、動作指令部１０５ｃは、圧接離間機構２１０に対して、トナー像が一次転写位置Ｐ４を通過し終えるまで感光体４から中間転写ベルト２２が離れる位置に一次転写ローラ２１を配置しておく指令を与える。

このような制御により、感光体４にトナー像が形成され、一次転写されずにクリーニングブラシ８と感光体４との当接部に運ばれ、クリーニングブラシ８により掻き取られる。掻き取られたトナーがクリーニングブラシ８に残留し、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘが設定値Ｘｔまたはそれに近い値に増加する。

動作指令部１０５は、ブラシ内トナー量制御の終了に際して、積算部１０２に積算リセット指令Ｓｒを与える。

積算リセット指令Ｓｒを受けると、積算部１０２は、上に述べたように積算トナー量ΣＴを設定値Ｘｔに定数Ａの逆数を乗じた値にリセットし、積算時間Σｔ１，Σｔ２を共に０にリセットする。

以上の実施形態によると、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘに依存する当該クリーニングブラシ８の感光体４に対する擦過力の過不足を低減することができる。これにより、擦過力が過大になることによる感光体４の寿命の低下、および擦過力が過小になることによる画質の低下を防ぐことができる。また、ブラシ毛８１の繊維の形状が曲がったままになるブラシクリープの発生を抑えることができる。

上に述べた実施形態において、ブラシ内トナー量制御は、４個のイメージングステーション２ｙ～２ｋのうち、残留量Ｘの過不足が生じたイメージングステーション２について選択的に実行すればよい。

上に述べた実施形態においては、印刷する画像の画像データにより特定されるカバレッジに基づいて残留量Ｘを推定するものとして説明したが、センサを用いて残留量Ｘを測定してもよい。例えば、繊維自体の色からトナーの付着が進むにつれてトナー色に近づくブラシ毛８１の色の変化の度合を残留量Ｘとして検出する。またはブラシ毛８１を撮影し、繊維におけるトナーの量を画像処理により解析してもよい。その場合、繊維とトナーとの識別が容易となるように繊維の色を定めるのが好ましい。例えば、ブラックのトナーが付着するクリーニングブラシ８のブラシ毛８１については、繊維の色を白または他の明色にする。

また、ブラシ毛８１の硬さをトナーの残留量Ｘとして測定してもよい。例えば、小型のフォースセンサをブラシ毛８１が当接する位置に配置し、ブラシ毛８１が当接するときにフォースセンサに加わる押圧力を測定する。押圧力は、ブラシ毛８１が硬いほど、すなわち残留量Ｘが多いほど大きい。したがって、押圧力の測定値によって残留量Ｘの過不足を判定することができる。

上に述べた実施形態において、感光体４を停止させてクリーニングブラシ８を回転させるブラシ内トナー量制御を行う場合は、クリーニングブラシ８を画像形成時と同じ方向に回転させてもよいし、反対の方向に回転させてもよい。ただし、搬送スクリュー１０に向かう方向に飛び出すトナーがより多くなる方向に回転させるのが好ましい。

上に述べた実施形態においては、ブラシ内トナー量制御によるクリーニングブラシ８の回転時間を残留量Ｘが設定値Ｘｔになるまでの時間とするものとして説明したが、これに限らない。当該回転時間を一定の時間に定めておいてもよい。その場合は、当該回転時間と単位時間当たりの離脱トナー量との積を制御開始時の残留量Ｘから差し引いた値を、制御終了時の残留量Ｘとして求め、積算部１０２における積算トナー量ΣＴのリセットにおける初期値とすればよい。

上に述べた実施形態において、ブラシ内トナー量制御とは別に、画像形成時以外においてクリーニングブラシ８を回転させる制御を行ってもよい。例えば、高温高湿の環境では感光体４に付着している滑剤が吸湿して固着しやすくなり、画質の低下が起こりやすくなる。そこで、高温高湿でありかつカバレッジが大きい画像の形成が続いて滑剤の付着量が多いと推定される場合などに、クリーニングブラシ８を回転させて感光体４に付着している滑剤を除去するのが好ましい。

上に述べた実施形態において、印刷ジョブの印刷枚数、または環境条件（例えば温湿度）の測定値に応じて、設定範囲Ｒの下限値または上限値をブラシ内トナー量制御により所望の効果が得られるように変更してもよい。

例えば、印刷枚数の多いほど、クリーニングブラシ８におけるトナーの残留量Ｘの増加が顕著であると考えられる。そこで、印刷枚数がしきい値よりも多い場合は、設定範囲Ｒを０．２～０．５から例えば０．２～０．４に変更し、これによってブラシ内トナー量制御が実行されやすくする。

また、温度はしきい値よりも高い場合に、像ボケの発生を抑えるために、設定範囲Ｒを例えば０．２～０．４に変更し、ブラシ内トナー量制御が実行されやすくする。

その他、画像形成装置１，１ｂ，１ｃの全体または各部の構成、材質、寸法、処理の内容、またはタイミング、クリーニングブラシ８におけるブラシ毛８１の構造などは、本発明の趣旨に沿って適宜変更することができる。

１，１ｂ，１ｃ 画像形成装置
４ 感光体
８ クリーニングブラシ（ブラシ）
１２ フリッカ
１００，１００ｂ，１００ｃ 制御回路（制御部）
１０３ 取得部
１０４ 判定部
２００，２００ｂ，２００ｃ 動作部
２０１ 回転駆動系（回転駆動装置）
２０２ バイアス系（バイアス回路）
Ｒ 設定範囲
Ｘ 残留量
Ｘｍ 推定値
Ｘｔ 設定値

Claims (3)

1. トナー像を形成するための感光体と、
   前記感光体に当接して当該感光体の表面を清掃するロールブラシと、
   前記ロールブラシに当接するローラ型のフリッカと、
   前記ロールブラシ、前記感光体、および前記フリッカを回転駆動する回転駆動装置ならびに当該ロールブラシおよび当該フリッカをバイアスするバイアス回路を有し、当該ロールブラシにおけるトナーの残留量を変化させる動作部と、
   前記残留量の推定値を取得する取得部および取得された当該推定値が設定値を含む設定範囲の上限値よりも大きいか否かを判定する判定部と、
   印刷ジョブに応じた印刷用トナー像を前記トナー像として前記感光体に形成していないときにおいて前記推定値が前記上限値よりも大きいと判定された場合に、前記残留量が前記設定値に近づくように前記動作部を動作させるブラシ内トナー量制御として、前記回転駆動装置に前記ロールブラシを設定時間にわたって回転駆動させ、当該回転駆動装置に前記感光体を回転させ、当該回転駆動装置に前記フリッカを回転させ、前記バイアス回路に当該ロールブラシを前記トナーと同じ極性の電位にバイアスさせ、当該バイアス回路に当該フリッカを当該トナーとは反対の極性の電位にバイアスさせる、制御部と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記取得部は、前記印刷ジョブである複数のジョブのそれぞれに応じた前記印刷用トナー像のトナー量の積算値と前記ロールブラシの稼働量とを変数とする演算式に基づく演算を行うことによって前記推定値を取得する、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記ブラシ内トナー量制御による前記ロールブラシの回転の速度は、前記印刷用トナー像を形成するときの当該ロールブラシの回転の速度よりも速い、
   請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
   

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