JP2007108418A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非画像領域に形成したパッチ画像が２次転写部を通過するときに、パッチトナーが２次転写ローラに付着し記録材の裏汚れとなるのを防止する簡易な手段を提供する。２次転写ローラの汚れトナーの清掃シーケンスを無くし装置のダウンタイムを減らす。
【解決手段】 パッチ形成が不要な現像装置をもつ画像形成部を最も下流側にそなえ、該画像形成部の上流側に、他色のパッチ濃度を測定する濃度センサを配置し、該画像形成部の１次転写バイアスの極性を画像領域と非画像領域で切り替えることにより、非画像領域に形成したパッチ画像が２次転写部を通過する前にパッチ画像を該画像形成部の感光ドラムおよびクリーニング装置に回収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真方式により像担持体上に形成したトナー像を中間転写体に転写し続いて該トナー像を記録材に転写して記録画像を得る複写機またはプリンターにおいて、２次転写手段および記録材のトナー汚れを防止する装置に関する。

従来より、１個または複数個の感光体に静電潜像を形成し該潜像をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナーにより現像して各色のトナー像を形成し、それらのトナー像を、一旦、ドラム状またはベルト状の中間転写体上に順次重ねて転写（１次転写）したのち、つづいて転写紙に一括転写（２次転写）して記録画像を得る中間転写方式のフルカラー画像形成装置が知られている。この装置においては、中間転写体の周囲に各色用の４個の感光体を並べ中間転写体が１回転するあいだに中間転写体上にフルカラー像を転写できる複数感光体の構成をとることで、１枚の記録画像を形成する時間を短縮できるという利点がある。

一方、フルカラー画像では各色の濃度がわずかに変化しても色味変化になってしまうため、各色の画像濃度を一定に維持することが重要である。そのため、以下のような画像濃度制御が行われている。すなわち、画像形成の前回転中または後回転中、もしくは連続画像形成中に、感光体上の連続する画像領域と画像領域のあいだの非画像領域に所定濃度のパッチ画像を形成し、該パッチ画像を中間転写体に転写して中間転写体の周囲に配置した濃度センサによってパッチ画像の濃度を読み取り、その濃度に基づいてトナーの過不足量を演算し、例えば不足の場合には対応する現像器にトナーを補給するか、あるいは、対応する感光体の潜像電位コントラストを大きくしてトナー現像量を増やし、濃度を一定に維持している。
特開平０８−３２８４０号公報 開平０９−２１８６２３号公報

しかし、上記のような複数感光体の中間転写方式の装置において上述の画像濃度制御を行った場合、以下のような課題があった。

中間転写体上のトナー像を記録紙に転写するための２次転写手段としては導電性の転写ローラが多用されており、この転写ローラは中間転写体に常時当接している。このため、濃度測定後のパッチ画像が２次転写位置を通過する際にパッチ画像が直接、転写ローラに接触して転写ローラにトナーが付着し、転写ローラ、ついで、転写紙の裏面を汚すという問題を生じた。

このような転写ローラおよび記録紙のトナー汚れを防止する方法として、前述の特許文献１では２次転写位置に記録紙が存在しない時に転写ローラにトナーと同極性のバイアスを印加し静電反発力によりトナーが転写ローラに付着しないようにしている。また、前述の特許文献２では転写ローラにクリーニングブレードを当接し転写ローラに付着したトナーをブレードにより除去回収するようにしている。

しかし、転写ローラは転写効率を確保するため中間転写体に圧接しており、トナーと同極性のバイアスを印加してもパッチ画像の一部が転写ローラに付着し汚れを生じた。付着量が微量であれば、一旦転写ローラに付着したトナーが転写紙に転移しても目立ちにくい。しかし、画像濃度を精度良く一定に維持しようとするとパッチ画像の形成頻度を上げる必要があり、その場合は転写ローラに蓄積するトナー量が増え転写紙の汚れが顕著になった。これを回避するため、画像形成の後回転中か連続画像形成中に定期的に所定時間だけトナーと同極性のバイアスを印加し続け、転写ローラに溜まったトナーを中間転写体に戻し中間転写体上に設けたクリーニング手段で回収する工程が必要となる。しかし、この工程中は画像形成を行えないため、生産性すなわち単位時間あたりに出力可能な記録画像枚数が減少し装置性能を向上できないという課題があった。

また、転写ローラにクリーニングブレードを当接したり、パッチ通過中に転写ローラを中間転写体から離間させる離間機構を設けることは、装置構成が複雑になりコストアップを招くため好ましくない。

本発明の目的は、パッチ画像に起因する２次転写手段および記録材の汚れを防止する手段を簡易な構成で実現し、高品質で低コストな画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するため本発明に係る画像形成装置は以下のように構成される。すなわち、本発明は、複数の像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像が転写される中間転写体と、トナーと逆極性の転写バイアスを印加することにより像担持体上の複数のトナー像を順次、中間転写体上に重ね合わせて転写する複数の１次転写手段と、中間転写体に接触し中間転写体上のトナー像を記録材に一括転写する２次転写手段と、像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング手段をそなえた画像形成装置において、
前記中間転写体上の非画像領域に形成したトナー像を、該トナー像が２次転写手段の位置を通過する以前に、所定の１次転写手段にトナーと同極性のバイアスを印加することにより、像担持体に回収するとともに、回収したトナー像をクリーニング手段によりクリーニングするように構成される。

さらに本発明は、非画像領域に形成するトナー像は画像濃度調整用のパッチ画像で、該パッチ画像の濃度を測定する濃度測定手段を、中間転写体の回転方向に沿ってパッチ画像を回収する像担持体より上流に配置するように構成される。

これにより、中間転写体上のパッチ画像が２次転写手段を通過させないようにしたので、パッチ画像による２次転写手段および転写紙の汚れを防止することができた。また、パッチ画像を既存の像担持体に回収するようにしたので、あらたな回収手段を設ける必要がなくコストアップも抑えることができた。

以上説明したように、本発明の画像形成装置によれば、パッチ形成が不要な現像装置をもつ画像形成部を最も下流側にそなえ、該画像形成部の上流側に、他色のパッチ画像の濃度を測定する濃度センサを配置し、該画像形成部の１次転写バイアスの極性を画像領域と非画像領域で切り替えることにより、非画像領域に形成したパッチ画像が２次転写部を通過する前にパッチ画像を該画像形成部の感光ドラムおよびクリーニング装置に回収するようにした。これにより、パッチトナーが２次転写ローラに付着するのを防止し、従って記録材の裏汚れを防止し、高品質画像を得ることができた。さらに、専用のパッチ回収手段を設ける必要がなく、コストアップも抑えることができた。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施例を説明する。

図１は本発明を適用したカラー複写機の全体図である。装置内には第１、第２、第３、第４の画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄが配置され、潜像、現像、転写のプロセスをへて各々異なった色のトナー像が形成される。

像担持体である感光ドラム１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは回転可動に支持され、その外周には、帯電手段である帯電器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、現像手段である現像器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、及び１次転写手段である１次転写帯電器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられ、装置の上方にはさらに光源装置５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、及び図示しないポリゴンミラーなどが配設されている。

感光ドラム１ａ〜１ｄは負帯電型のＯＰＣ感光体を使用し、不図示のドラムモータにより回転駆動され、帯電器２ａ〜２ｄで所定電位に帯電されたあと、光源装置５ａ〜５ｄから発せられたレーザ光をポリゴンミラーを回転して走査し、その走査光の光束を反射ミラーによって反射し、ｆθレンズにより感光ドラム１ａ〜１ｄの母線上に集光して露光することにより、感光ドラム１ａ〜１ｄ上に画像信号に応じた静電潜像が形成される。

現像器３ａ〜３ｄには、現像剤としてそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックのトナーが所定量充填されている。現像器３ａ〜３ｄは、それぞれ感光ドラム１ａ〜１ｄ上の潜像を現像して、イエロー、マゼンタ、シアン、及びブラックのトナー像として可視化する。本実施例では反転現像方式を採用し、感光体の帯電極性と同極性のトナーを用いて、該トナーを露光部にを付着させて画像を形成した。

そして、テンションローラ１１、駆動ローラ１２、バックアップローラ１３により支持された中間転写体５０が駆動ローラ１２により回転駆動され、図示しない高圧電源により、１次転写帯電器４ａに印加されたトナーの帯電極性とは逆極性の転写電圧（本実施例では正電圧）により、感光ドラム１ａ上の１色目のイエロートナー像が中間転写体５０に転写される（１次転写）。同様に、２色目、３色目、及び４色目について潜像を形成し、それぞれの潜像をマゼンタ現像器３ｂ、シアン現像器３ｃ、ブラック現像器３ｄで現像し、マゼンタ、シアン、及びブラックのトナー像を中間転写体５０上に重ね合わせて転写し４色のトナー像を重畳したカラー画像が得られる。本実施例では、１次転写帯電器４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄとして、金属の軸棒に導電性のゴムまたはスポンジの弾性層を設けた抵抗値106〜108Ωの導電ローラ（１次転写ローラ）を用い、その１次転写帯電器を中間転写体５０に当接させるとともに軸棒に１次転写バイアスを印加し、中間転写体５０に従動で回転しながら転写を行う。また、１次転写バイアスとして定電圧＋500Vを印加する。

トナー像転写後の感光ドラム１ａ〜１ｄの表面上には転写残トナーが残留しており、この転写残トナーは、感光ドラム１ａ〜１ｄの回転とともに移動しクリーニング装置６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄで除去され不図示のトナー回収容器に回収される。その後、感光ドラム１ａ〜１ｄの残留電荷は前露光装置７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄにより除電され次回の潜像形成にそなえられる。

中間転写体５０の材質としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリイミドなどの誘電体樹脂にカーボンブラック等の導電材を分散して抵抗調整したシートを用い、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたものか、あるいは継ぎ目を有しないシームレスベルトを用いる。

中間転写体５０上に形成された４色のフルカラートナー像は、不図示の記録材カセットから給紙され、中間転写体５０を挟んで２次転写帯電器である２次転写ローラ１４とバックアップローラ１３の圧接ニップ部（２次転写部）に搬送された記録材Ｐ上に一括して転写される（２次転写）。２次転写ローラ１４には１次転写ローラと同様に金属軸に導電ゴム層を設けた導電ローラを用い、抵抗値として107〜109Ωを用いる。また、２次転写ローラの表層にトナーが付着しにくいように離型層として、例えば、導電性のフッ素系樹脂層を設けてもよい。バックアップローラ１３は２次転写ローラ１４より抵抗値が低い106Ω以下の導電ローラを用いる。２次転写ローラ１４は常に中間転写体５０に当接されており、中間転写体５０の移動とともに回転し、トナーの帯電極性とは逆極性の２次転写バイアス（本実施例では正電圧）が印加され、これにより、中間転写体５０から４色のトナー像が記録材Ｐへ一括転写される。２次転写バイアスとして定電圧＋3000Vを印加する。

トナー像を転写された記録材Ｐは定着装置３０へ搬送され、トナー像の溶融混色及び記録材Ｐへの固定が行われ、フルカラーのコピー画像が形成される。

また、中間転写体５０上に残留した未転写トナーは中間転写体５０の回転とともに移動しクリーニングブレード２０により除去され不図示の回収容器に回収される。

次に、本発明の構成について説明する。

図２において、画像形成部Ｐｄは4色目すなわちブラックの画像形成部を示しており、中間転写体５０の回転方向に沿ってＰｄの上流側に、中間転写体５０上に転写されたパッチ画像Ｔの濃度を測定する濃度センサ８が設けてある。

濃度センサ８はパッチ濃度を所定の精度で測定するため、センサと中間転写体の距離を所定値に保つ必要がある。中間転写体５０はベルト状であるが、テンションローラ１１、駆動ローラ１２、バックアップローラ１３で支持され、テンションローラ１１により張力を付与されており、さらに画像形成部Ｐａ〜Ｐｄの位置で感光ドラムと１次転写ローラに挟持されているため、走行面は振動することなく所定位置に固定されている。このため、濃度センサ８と中間転写体５０の距離が固定され精度良く濃度を測定できた。中間転写体５０の位置精度をさらに向上させるため、図３（ａ）に示すように、濃度センサ８近傍の上下流で、中間転写体５０をローラ対９ａおよび９ｂで挟持する構成を用いてもよい。図３（ｂ）に示すように、中間転写体５０の裏面側に接するローラ９ａは中間転写体５０の幅方向全域にわたる長さを有するか、または両端部だけに接するローラであり、一方、中間転写体５０のトナー像保持面側に接するローラ９ｂは両端部だけに接するローラである。ローラ９ａ、９ｂの材質としては金属、樹脂、または金属軸にゴム層を設けたものを使用する。

画像濃度を一定に維持するための制御は次のように行う。感光ドラム上の連続する画像領域と画像領域のあいだの非画像領域にパッチ画像用の潜像を形成し、その潜像を現像して所定濃度のパッチ画像Ｔを形成し、続いて中間転写体５０上に転写し、濃度センサ８によってパッチ画像の濃度を読み取り、その濃度に基づいて不図示のＣＰＵ（中央演算処理装置）でメモリ（不図示に記憶された計算式によりトナーの過不足量を演算し、現像器へのトナー補給量を制御して、濃度を一定に保つ。パッチ画像としてはイエロー、マゼンタ、シアンの各色の単色のパッチ画像を別々に形成し、反射濃度は0.6〜0.8、形状は感光ドラムの軸方向の幅を20mm、回転方向の幅を30mmとし、中間転写体の幅方向の中央に形成した。

本実施例では、イエロー、マゼンタ、シアンの現像剤としてトナーとキャリア粒子を一定重量比で混合した２成分現像剤を使用し、トナーの過不足量を判定するために上記パッチを形成して濃度を測定する。一方、ブラックの現像剤としては磁性１成分トナーを採用した。磁性１成分トナーはキャリア粒子を含まずトナーのみから成るので現像容器内のトナー残量が十分か否かだけを判定すればよく、容器内に残量検知手段として周知のピエゾ素子型トナーセンサをそなえている。これによりブラックのパッチ形成は不要である。また、ブラックに２成分現像剤を用いた場合でも、現像剤の透磁率を検知する透磁率センサを設ければ透磁率の検知結果からトナーとキャリアの重量比がわかりトナーの過不足量が判定できる。従って透磁率センサを設けてもよい。

次に、図２によりパッチ画像の回収方法を説明する。パッチ画像Ｔの濃度測定後、パッチ画像は中間転写体５０の回転とともにブラックの画像形成部に移動する。ブラックの１次転写ローラ４ｄには１次転写バイアスを印加するための高圧電源１０が接続してあり、ブラックのトナー像を１次転写する時、および画像領域に形成したイエロー、マゼンタ、シアンのトナー像を重ね合わせた3色のトナー像が通過時は、トナーと逆極性の正電圧を印加する。一方、非画像領域に形成したパッチ画像Ｔが通過時には１次転写バイアスをトナーと同極性の負電圧に切り替え、静電反発力によりパッチ画像Ｔをブラックの感光ドラム１ａ上に逆転写し、逆転写されたパッチ画像Ｔ´をクリーニング装置６ｄにより除去、回収する。逆転写するための負電圧は-1400Vを印加した。

図４にパッチ回収制御に関するタイミングチャートを示す。ただし、簡単のため、帯電装置２、露光装置５など、各色の画像形成部で共通に配置されている要素の動作は１本のチャートにまとめて表示した。図４では、フルカラー画像を３枚連続で形成する場合のチャートを示す。露光の動作に示したように、本実施例では、１枚目のイエローの画像領域とマゼンタの画像領域のあいだの非画像領域にイエローのパッチＴＹを形成した。続いて、２枚目のマゼンタとシアンの画像領域のあいだにマゼンタのパッチＴＭを形成し、３枚目のシアンとブラックの画像領域のあいだにシアンのパッチＴＣを形成した。ブラックについてはパッチ形成は不要である。なお、パッチの形成は１枚毎に行ってもよいし所定枚数毎に行ってもよい。また、ブラックと次枚目のイエローの画像領域のあいだにパッチ形成を行ってもよい。このようにして形成したパッチの潜像を、各色ごとに現像バイアスをONして現像し、１次転写バイアスとして正電圧を印加して各色のパッチを中間転写体に１次転写する。ブラックの１次転写バイアスは画像領域で正電圧を印加したのちイエロー、マゼンタ、シアンのいずれかのパッチが通過する非画像領域の期間ｔでは負電圧を印加する。本実施例では、中間転写体の周速を300mm/secに設定し、パッチ長さ30mmからパッチ通過時間をt＝100msecとした。また、１次転写バイアスの正負切り替えに要する時間はtr＝約100msecであり、これより非画像領域の時間はt＋2×tr＝約300msecとした。

上記のように、パッチ形成が不要な現像装置をもつ画像形成部を最も下流側にそなえ、該画像形成部の上流側に、他色のパッチ画像の濃度を測定する濃度センサを配置し、該画像形成部の１次転写バイアスの極性を画像領域と非画像領域で切り替えることにより、パッチ画像を該画像形成部の感光ドラムおよびクリーニング装置に回収するようにした。これにより、パッチ画像が２次転写ローラに達しないので、転写ローラおよび記録材裏にパッチトナーが転移して記録材の裏汚れを生じるというた問題を解決することができた。また、連続画像形成を行っても汚れが蓄積しないので、２次転写ローラに溜まった汚れトナーを定期的に中間転写体に戻す特別な工程が不要となり、生産性を向上することができた。さらに、専用のパッチ回収手段を設ける必要がなく、コストアップも抑えることができた。

上記では、パッチ画像に起因する汚れを防止するケースについて説明したが、パッチ以外にも画像品質を維持するために種々の画像パターンを形成する場合があり、このような画像パターンに対しても本発明を適用することで画像パターンに起因する汚れを防止することが可能である。例えば、濃度階調を制御するために形成する複数濃度レベルのパッチや、１枚あたりの画像量が極端に少ない画像が多数枚にわたり続いた際に現像器内でトナー帯電量が過剰に上昇したトナーを意図的に消費させるために形成するベタ画像などに、本発明を適用してもよい。

次に、本発明の実施例２について図５により説明する。

実施例１ではパッチをブラックの感光ドラムに回収する方法を説明したが、ブラックで２成分現像方式を用いたとき、濃度を精度良く一定制御するためにパッチ形成が必要な場合がある。その場合にはブラックのパッチを回収するため、あらたに回収機構を設ける必要がある。実施例２はこの構成について説明する。ただし、回収機構を設けるためにコストアップはまぬがれず、転写紙の汚れ防止と生産性の向上だけを目的としたものである。

図５で、実施例１と同じ機能をもつ部分は図１と同じ番号を付してある。濃度センサ８は、ブラックのパッチを測定するため、ブラックの画像形成部Ｐｄの下流側に配置した。さらに２次転写ローラ１４の上流側にパッチ回収装置４０を設けた。パッチ回収装置４０は、中間転写体５０を挟んで圧接されたローラ対４１、４２と、ローラ４２のクリーニング装置４３、およびローラ４１にバイアスを印加する高圧電源４５から構成される。ローラ４１は金属ローラ、または金属軸に導電性のゴムまたはスポンジ層を設けたもので、本実施例では１次転写ローラと同じ抵抗値106〜108Ωの導電ローラを使用した。ローラ４２は金属ローラ、または金属軸に導電性の樹脂層を設けたもので、本実施例では金属ローラを使用した。

この回収装置の動作は次のとおりである。すなわち、画像領域のトナー像が回収装置を通過している時はローラ４１にトナー像を電気的に引き寄せる正電圧（+700V）を印加し、非画像領域のパッチが通過している時はパッチＴを電気的に反発する負電圧（-700V）に切り替えてパッチをローラ４２に逆転写する。つづいて逆転写したパッチをクリーニング装置４３により除去、回収する。

上記のように、２次転写ローラの上流側に専用の回収装置を設けることで、全色でパッチ形成を行う場合でも２次転写ローラや転写紙の汚れを防止することができた。また、この構成を用いれば、各色トナー像の位置ずれを補正するために形成する位置検知用画像についても汚れ防止を図ることができる。

画像形成装置の全体図 パッチ回収方法の説明図 濃度センサ付近の説明図 パッチ回収のタイミングチャート図 画像形成装置の全体図（実施例２）

符号の説明

１ａ〜１ｄ 感光ドラム
４ａ〜４ｄ １次転写ローラ
６ａ〜６ｄ クリーニング装置
８ 濃度センサ
１０ 高圧電源（１次転写バイアス印加手段）
１４ ２次転写ローラ
４０ パッチ回収装置（実施例２）
５０ 中間転写体
Ｔ パッチ画像

Claims (4)

1. 複数の像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成するトナー像形成手段と、トナー像が転写される中間転写体と、トナーと逆極性の転写バイアスを印加することにより像担持体上の複数のトナー像を順次、中間転写体上に重ね合わせて転写する複数の１次転写手段と、中間転写体に接触し中間転写体上のトナー像を記録材に一括転写する２次転写手段と、像担持体上のトナーをクリーニングするクリーニング手段をそなえた画像形成装置において、
   前記中間転写体上の非画像領域に形成したトナー像を、該トナー像が２次転写手段の位置を通過する以前に、所定の１次転写手段にトナーと同極性のバイアスを印加することにより、像担持体に回収するとともに、回収したトナー像をクリーニング手段によりクリーニングすることを特徴とする画像形成装置。
2. 非画像領域に形成するトナー像は画像濃度調整用のパッチ画像で、該パッチ画像の濃度を測定する濃度測定手段を、中間転写体の回転方向に沿ってパッチ画像を回収する像担持体より上流に配置したことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 非画像領域に形成するトナー像は、連続する複数の画像領域の間に形成することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. トナー像を回収する像担持体は、磁性１成分トナーを用いた現像手段をそなえたことを特徴とする請求項１乃至３に記載の画像形成装置。

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