JP2016180963A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ハイブリッドクリーニング方式を用いた画像形成において、帯電部材の通電劣化を抑制しつつクリーニング不良の発生を抑制することが難しかった。
【解決手段】 ベルトクリーニングブレード21と、導電性ブラシ23と、を備えるクリーニング手段有し、導電性ブラシ23によって残留トナーを帯電する際に生じる帯電電流の値は、モノモード時よりもカラーモード実行時の方が小さいことを特徴とする。
【選択図】 図2

Description

本発明は、電子写真方式で画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ装置、及び複合機等の画像形成装置に関するものである。
近年、プリンタや複写機などの画像形成装置におけるカラー化が進んできている。例えば、電子写真方式の画像形成装置としては、次のような中間転写方式及びインライン方式を採用した画像形成装置が良く知られている。即ち、この画像形成装置では、各々が電子写真感光体(感光体)を備える複数の画像形成部を中間転写体の表面の移動方向に沿って一列に配置する。そして、各画像形成部の感光体上に形成された異なる色のトナー像を、中間転写体に順次重ね合わせて転写(1次転写)する。その後、この中間転写体上の多重トナー像を、転写材に一括して転写(2次転写)し、定着させることで、カラー画像を形成する。
中間転写方式の画像形成装置においては、中間転写体から転写材へのトナー像の2次転写の後に、中間転写体上に残留するトナー(2次転写残トナー)が発生する。従って、中間転写体上に次の画像を形成する際に妨げとならないように、2次転写残トナーの除去処理がなされる。
2次転写残トナーを除去するための中間転写体クリーニング手段としては、中間転写体クリーニング装置に、弾性体で形成された板状部材であるクリーニングブレードを設け、中間転写体上の2次転写残トナーを掻き取る構成のものが良く知られている。このクリーニング方式は、低コストで良好なクリーニング性が期待できるが、中間転写体表面の凹凸の影響を受けやすく、凹凸付近の2次転写残トナーがクリーニングブレードをすり抜けて、良好なクリーニング性が保てない場合がある。
また、特許文献1に記載されている次のような構成のものも良く知られている。即ち、中間転写体クリーニング装置を、中間転写体上の2次転写残トナーをトナーの正規の帯電極性とは逆極性に帯電させるトナー帯電手段として構成することが提案されている。この構成では、2次転写残トナーは、トナーの正規の帯電極性とは逆極性に帯電されることで、その直後の画像形成部の1次転写部において中間転写体から感光体に逆転写される。逆転写された2次転写残トナーは、感光体をクリーニングする感光体クリーニング装置により回収される。即ち、感光体から中間転写体へのトナー像の1次転写と同時に、中間転写体から感光体へと2次転写残トナーを逆転写させて、中間転写体をクリーニングすることが可能となる(転写同時回収方式)。帯電手段により、2次転写残トナーをトナーの正規の帯電極性とは逆極性に帯電させる際、発生する帯電電流値を最適値に制御する必要があり、この帯電電流の最適値は、クリーニング不良とネガゴーストの観点から決定される。
先ず、クリーニング不良について説明する。感光体に回収される時のトナーのトリボ(単位重量当たりのトナーの持つ電荷量)の絶対値が所望の値に対して低い場合、連続画像形成時においては、形成中の次画像にクリーニング不良が発生することがある。
つまり、転写同時回収による中間転写体のクリーニングは、トナーの正規の帯電極性(負極性)とは逆極性である正極性に帯電させられた2次転写残トナーを、感光体と中間転写ベルトとの間の電界で感光体に回収することによって行われる。そのため、正極性の弱い(即ち、絶対値が小さい)トリボ又は負極性のトリボを持ったトナーは、1次転写部で感光体に回収されず、この感光体に回収されなかったトナーが形成中の画像に残ってしまう。これにより、形成中の画像に、前画像の2次転写残トナーが、画像不良を発生させてしまうことがある。この現象を防止するためには、感光体に回収される時のトナーのトリボが正極性の適度な値になるような帯電電流を帯電手段に流す必要がある。
次に、ネガゴーストについて説明する。感光体に回収される時のトナーのトリボの絶対値が所望の値に対して高い場合、連続画像形成時においては、形成中の次画像にネガゴーストが発生することがある。
帯電手段によって正極性に帯電された後のトリボが高い(即ち、絶対値が大きい)トナーは、1次転写部で感光体に回収される際に、感光体に形成された次画像のトナー(負極性)を静電的に吸着してしまう。そして、この吸着された次画像のトナーは、中間転写体に1次転写されることなく、感光体に戻ってしまう。この結果、形成中の画像には、前画像に対応する部分のトナーが感光体に戻ってしまっているため、濃度差が生じる。これにより、形成中の画像に、前画像の2次転写残トナーに対応する部分が濃度の薄いネガゴーストとして観察されることがある。特に2次転写残トナーの帯電極性が正極性でかつ、高いトリボ(即ち、絶対値が大きい)であるときにネガゴーストが発生しやすい。この現象を防止するためには、感光体に回収される時のトナーのトリボが正極性の適度な値になるような帯電電流を帯電手段に流す必要がある。
このように、転写同時回収方式においては、帯電手段に流す帯電電流を大きくするとネガゴーストが悪化し、小さくすると逆にクリーニング不良が悪化するため、両者を満足する帯電電流を設定する必要がある。
他のクリーニング手段として、特許文献2に記載の上流にクリーニングブレード、下流に帯電手段を設けた、所謂ハイブリッドクリーニング方式のものもある。この方式では、2次転写残トナーのほとんどを上流のクリーニングブレードで機械的に掻き取るため、下流の帯電手段に供給されるトナー(すり抜けトナー)の量は少ない。したがって、帯電手段のみでクリーニング装置を構成する場合に比べ、帯電手段に付着するトナーの量も少なく、帯電手段の清掃に必要な時間、所謂ダウンタイムが低減できるというメリットがある。
特開2009−139442号公報 特開2014−119464号公報
しかしながら、上記ハイブリッドクリーニング方式において、装置の長寿命化を増加させた場合、以下に説明する新たな課題が発生する事がわかった。
装置の長寿命化を増加させた場合、帯電手段が前記すり抜けトナーを帯電する時間が相対的に増加する。その結果、帯電手段の通電劣化による抵抗上昇が発生し、すり抜けトナーを帯電するのに必要な帯電電流が流れにくくなり、クリーニング不良が発生する場合があった。
従って、本発明の目的は、ハイブリッドクリーニング方式を用いた画像形成において、帯電部材の通電劣化を抑制しつつクリーニング不良の発生を抑制することである。
上記目的を達成するため、本発明は、トナー像を担持する複数の像担持体と、前記像担持体に当接して移動可能であり、前記像担持体からトナー像が1次転写される中間転写体と、前記中間転写体から転写材へ2次転写されず前記中間転写体上に残留した残留トナーを掻き取る当接部材と、前記中間転写体の移動方向において前記当接部材より下流側に位置し、前記当接部材をすり抜けた残留トナーを電圧が印加されることで帯電する帯電部材と、を備えるクリーニング手段と、を有し、前記クリーニング手段によって帯電された残留トナーを前記像担持体に移動させつつ前記像担持体からトナー像を前記中間転写体に1次転写する画像形成装置において、複数の像担持体から前記中間転写体へトナー像を1次転写する第1のモードと、前記複数の像担持体のうちの一つの像担持体から前記中間転写体へトナー像を1次転写する第2のモードとを実行可能であり、前記帯電部材によって残留トナーを帯電する際に生じる帯電電流の値は、前記第2のモード実行時よりも前記第1のモード実行時の方が小さいことを特徴とする。
本発明によれば、ハイブリッドクリーニング方式を用いた画像形成において、帯電部材の通電劣化を抑制しつつクリーニング不良の発生を抑制することが可能である。
本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態におけるベルトクリーニング装置近傍の模式図である。 (a)本発明の一実施形態におけるフルカラーモード時の1次転写部近傍の模式図である。(b)本発明の一実施形態におけるモノモード時の1次転写部近傍の模式図である。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
(実施形態1)
(1)画像形成装置の全体構成
図1は、本発明に係る画像形成装置の一実施形態の概略構成を示す。本実施形態の画像形成装置100は、中間転写方式、インライン方式を採用した電子写真方式のフルカラープリンタである。
画像形成装置100は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック(黒色)の各色の画像を形成する第1、第2、第3、第4の画像形成部PY、PM、PC、PKの4つの画像形成部を備えている。これらの4つの画像形成部PY〜PKは、一定の間隔をおいて一列に配置されている。
尚、本実施形態では、各画像形成部PY〜PKの構成及び動作は、使用するトナーの色を除いて共通する部分が多い。従って、以下の説明において、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために図中符号に与えた添え字Y、M、C、Kは省略して総括的に説明する。
画像形成部Pには、像担持体としての円筒型の感光体、即ち、感光ドラム1が設けられている。感光ドラム1の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ2、現像手段としての現像装置7、1次転写部材としての1次転写ローラ5、感光体クリーニング手段としてのドラムクリーニング装置6が設けられている。又、帯電ローラ2と現像装置7との間の図中下方には、露光手段としての露光装置3が設けられている。又、全ての画像形成部Pの感光ドラム1に対向するように、中間転写体としての無端ベルト状の回転部材である中間転写ベルト8が配置されている。
現像装置7Y、7M、7C、7Kには、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナーが収納されている。本実施形態では、いずれの色も、粒径が6μm、正規の帯電極性が負極性のトナーを用いている。
感光ドラム1は、本実施形態では負帯電性の有機感光体である。この感光ドラム1は、アルミニウムのドラム状の基体上に感光層を有しており、駆動装置(不図示)によって図中矢印R1方向(時計方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。本実施形態では、プロセススピードは、感光ドラム1の周速度(表面移動速度)に相当する。
帯電ローラ2は、感光ドラム1に所定の圧接力で接触しており、帯電高圧電源(不図示)によって、所望の帯電電圧を印加され、感光ドラム1の表面を所定の電位に均一に帯電させる。本実施形態では、感光ドラム1は帯電ローラ2により負極性に帯電される。
露光装置3は、本実施形態では、レーザスキャナ装置であり、画像情報に対応したレーザ光を出力し、感光ドラム1の表面を走査露光する。これにより、感光ドラム1の表面に画像情報に応じた静電潜像(静電像)が形成される。
現像装置7は、本実施形態では、現像方式として接触現像方式を用いている。現像装置7は、トナー担持体としての現像ローラ41を有し、感光ドラム1上に形成された静電潜像は、現像ローラ41と感光ドラム1との対向部(現像部)において、現像ローラ41によって搬送されたトナーによってトナー像として現像される。このとき、現像ローラ41には、現像高圧電源(不図示)により現像電圧が印加される。本実施形態では、反転現像方式にて、静電潜像を現像する。即ち、帯電処理後の感光ドラム1における、露光によって電荷が減衰した部分に、感光ドラム1の帯電極性と同極性に帯電したトナーを付着させることで、静電潜像をトナー像として現像する。
後述するフルカラーモードでは、全ての画像形成部Pの現像装置7の現像ローラ41は、感光ドラム1に当接する。一方、後述するモノモードでは、画像を形成する画像形成部以外の画像形成部においては、現像装置7の現像ローラ41は、感光ドラム1から離間する。斯かる構成は現像ローラ41及びトナーの劣化、消耗を防止するのに有効である。
中間転写体である中間転写ベルト8は、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PVdF(弗化ビニリデン樹脂)、ETFE(四弗化エチレン−エチレン共重合樹脂)、ポリイミド、PET(ポリエチレンテレフタレート)、ポリカーボネート等の樹脂単層を無端ベルト状に構成し、体積抵抗率1×1010Ω・cm程度に抵抗調整したものを好適に用いることができる。或いは、上記基層の表面に例えばアクリル等のコート層を設けた多層構成のものを、無端ベルト状に構成したものを好適に用いることができる。
中間転写ベルト8は、複数の支持部材としての駆動ローラ9、テンションローラ10に掛け渡されており、駆動ローラ9に回転駆動力が伝達されることで、図中矢印R2方向(反時計回り)に移動可能である。本実施形態では、中間転写ベルト8は、感光ドラム1の周速度と略同一の所定のプロセススピードで回転駆動される。1次転写ローラ5は、中間転写ベルト8の内周面側において、画像形成部Pの感光ドラム1に対向して設けられている。
1次転写ローラ5としては、ポリウレタンゴムやEPDM(エチレン・プロピレン・ジエン)、NBR(ニトリルブタジエンゴム)などから成るスポンジゴムなどの弾性部材で構成されたものを好適に用いることができる。1次転写ローラ5は、中間転写ベルト8を感光ドラム1に向けて押圧して、感光ドラム1と中間転写ベルト8とが圧接する1次転写部(1次転写ニップ)N1を形成する。即ち、1次転写ローラ5は、1次転写部N1にて、中間転写ベルト8を介して感光ドラム1に当接する。そして、1次転写ローラ5は、中間転写ベルト8に従動して回転する。
1次転写ローラ5には、転写高圧電源(不図示)が接続されている。そして、1次転写ローラ5には転写高圧電源(不図示)から、所定のタイミングで所定の電圧が印加される。感光ドラム1上形成されたトナー像は、転写高圧電源(不図示)によって所定の転写電圧が印加された1次転写ローラ5により、回転している中間転写ベルト8上に転写(1次転写)される。
2次転写ローラ11は、駆動ローラ9に対向する位置において中間転写ベルト8に圧接し、2次転写部(2次転写ニップ)N2を形成する。即ち、2次転写ローラ11は、中間転写ベルト8を介して駆動ローラ9と当接する。
2次転写ローラ11には、2次転写高圧電源(不図示)が接続されている。そして、2次転写ローラ11には、2次転写高圧電源から、所定のタイミングで所定の電圧が印加される。中間転写ベルト8上に形成されたトナー像は、2次転写高圧電源によって所定の2次転写電圧が印加された2次転写ローラ11により、2次転写部N2を通過する転写材Sに転写(2次転写)される。
中間転写ベルト8の外周面側において、駆動ローラ9の近傍には、中間転写ベルト8の表面に残った転写残トナーを除去して回収するための中間転写体のクリーニング手段としてのベルトクリーニング装置52が設けられている。ベルトクリーニング装置52の構成及び動作の詳細については後述する。
尚、本実施形態では、感光ドラム1、駆動ローラ9、テンションローラ10は、電気的に接地されている。
転写材Sの搬送方向において2次転写部N2の上流側には、転写材収容部13から供給された転写材Sと中間転写ベルト8上の画像との同期をとるためのレジストローラ16が配置されている。
又、転写材Sの搬送方向において2次転写部N2の下流側には、定着手段としての定着装置17が設けられている。定着装置17は、加熱手段を内蔵した定着ローラ18と、定着ローラ18に圧接する加圧ローラ19と、を有する。そして、定着装置17は、未定着トナーを担持した転写材Sを定着ローラ18と加圧ローラ19とで挟持して搬送することで、転写材Sの表面にトナー像を溶融定着させる。
ドラムクリーニング装置6は、1次転写後に感光ドラム1の表面に残ったトナー(1次転写残トナー)を除去して回収する。即ち、本実施形態では、ドラムクリーニング装置6は、クリーニング部材としての弾性体で形成された板状部材である弾性ブレード61と、回収トナー容器62とを有する。そして、弾性ブレード61によって感光ドラム1の表面から除去したトナーを、回収トナー容器62に回収する。
ここで、各画像形成部にて、感光体と、感光体に作用するプロセス手段としての1次帯電手段、現像手段及びクリーニング手段のうち少なくとも1つと、を一体的にカートリッジ化して、画像形成装置の本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジを構成できる。
(2)ベルトクリーニング装置
本実施形態では、前述のハイブリッドクリーニング方式を採用している。中間転写ベルト8の移動方向において上流側に当接部材であるベルトクリーニングブレード21を配置し、中間転写ベルト8上のトナーの大半を掻き取る。そして、微量のすり抜けトナーを、中間転写ベルト8の移動方向において下流側に配置した帯電部材である導電性ブラシ23で帯電させる。以下、詳細に説明する。
図2は、本実施形態におけるベルトクリーニング装置52の近傍をより詳しく示す模式図である。ベルトクリーニング装置52は、中間転写ベルト8の移動方向において上流側に、クリーニング部材として、中間転写ベルト8に当接するブレード状の部材(当接部材)であるベルトクリーニングブレード21を有する。また、ベルトクリーニング装置52は、ベルトクリーニングブレード21よりも中間転写ベルト8の移動方向下流側に、中間転写ベルト8上のトナーを帯電させる帯電部材として、中間転写ベルト8に当接する導電性ブラシ23を有する。ベルトクリーニングブレード21、導電性ブラシ23は、中間転写ベルト8を介してテンションローラ10に向けて押圧されている。また、ベルトクリーニングブレード21、導電性ブラシ23は、廃トナー容器22に支持されている。
ベルトクリーニングブレード21は、弾性材料で形成された板状部材である。本実施形態では、ベルトクリーニングブレード21として、弾性材料としてのウレタンゴムで形成された板状部材を用いた。より具体的には、本実施形態では、ベルトクリーニングブレード21は、長手方向長さが232mm、短手方向長さが12mm、厚さが2mmの板状部材である。
ベルトクリーニングブレード21は、中間転写ベルト8の移動方向と略直交する長手方向の全域で、長手方向と略直交する短手方向の自由端側が中間転写ベルト8の移動方向の上流を向くようにして、中間転写ベルト8に当接している。また、その自由端の中間転写ベルト8側のエッジ部、及び/又は、エッジ部から固定端部側の所定範囲の面が、中間転写ベルト8の表面に接触する。ベルトクリーニングブレード21の線圧は、良好なクリーニング性を得ると共に、必要以上の加圧力によりブレードやベルトにダメージを与えないために、好ましくは0.4〜0.8N/cm、より好ましくは0.55〜0.67N/cmである。
ここで、ベルトクリーニングブレード21の線圧とは、ベルトクリーニングブレード21の単位長さ当たりの、中間転写ベルト8に対するベルトクリーニングブレード21の当接圧である。この線圧は、中間転写ベルト8に荷重変換器を取り付けておき、中間転写ベルト8の表面にベルトクリーニングブレード21を押し付け、その荷重を測定することで求めることができる。
導電性ブラシ23は、中間転写ベルト8の移動方向において、ベルトクリーニングブレード21よりも下流側、且つ、第一の画像形成部PYよりも上流側に位置する。そして、導電性ブラシ23は、中間転写ベルト8の移動中に先端が中間転写ベルト8に接触し続ける構成であり、すり抜けトナーを帯電する。これに限定されるものではないが、本実施形態では、導電性ブラシ23の材料はナイロンであり、繊度は7デシテックス、パイル長さは3mm、ブラシ幅(中間転写ベルト8の移動方向に沿う方向の幅)は5mm、電気抵抗値は1.0×10Ωに設定されている。導電性ブラシ23には、電圧供給手段としての高圧電源60が接続されており、所定の電圧が印加される。導電性ブラシ23に印加する電圧は、導電性ブラシ23の材料や画像形成装置100が使用される環境(温度、湿度)などによって異なる。
(3)ハイブリッドクリーニング
次に、本実施形態における中間転写ベルト8上のトナーのクリーニング方法について更に詳しく説明する。
中間転写体上に残留した残留トナーは、その大半が中間転写ベルト8の移動方向において上流側に配置されたベルトクリーニングブレード21によって機械的に掻き取られ、廃トナー容器22へ回収される(図2中のA)。
一方、中間転写ベルト8の表面には、製造時の原因や異物などの付着により微小な凹凸が存在する。微小な凹凸がある部分は、ベルトクリーニングブレード21と中間転写ベルト8との密着性が十分でなくなるため、ベルトクリーニングブレード21を通過するすり抜けトナーが発生しやすい(図2中のB)。また、すり抜けトナーは、ベルトクリーニングブレード21と中間転写ベルト8との摺擦により、トリボの極性が負極性になりやすいという特徴がある。
すり抜けトナーをそのままの状態にしておくとクリーニング不良となるため、中間転写ベルト8の移動方向において下流側に配置された導電性ブラシ23で帯電させ、本実施形態では画像形成部Pにおいて感光ドラム1に逆転写させて回収する。回収する画像形成部は、モノモード実行時(第2のモード)とフルカラーモード実行時(第1のモード)とで異なり、詳細は後述する。
ここで、中間転写ベルト8上のトナーを帯電させる帯電手段として、ローラ状の部材(導電性ローラ)を用いることもできる。ただし、中間転写ベルト8の表面の凹凸に柔軟に追従する点で、ブラシ状の部材(導電性ブラシ)の方がより好ましい。
すり抜けトナーは、導電性ブラシ23を通過する際に、高圧電源60より印加された正極性の電圧により、現像時のトナーの帯電極性と逆極性である正極性に帯電される。これにより、すり抜けトナーには、静電クリーニングを実現するのに適した正電荷が付与される(図2中のC)。静電クリーニングに適した正電荷を略均一にすり抜けトナーに付与するために必要な電圧値は、前述したクリーニング不良とネガゴーストのバランスから両者を満足する領域に設定される。本実施形態においては、導電性ブラシ23に印加する正極性の電圧値は、+1.25(第1の値)kV以上〜+1.75(第2の値)kVとすることが好ましい。本発明の特徴として、モノモードとフルカラーモードとで好適な電圧値は異なるため、詳しくは後述する。
(4)モノカラー画像形成動作
本実施形態の画像形成装置100は、後述するフルカラーモード(第1のモード)の他に、単色トナー像を形成するモノモード(第2のモード)を実行可能である。以下、本実施形態の画像形成装置100によるモノモードでの画像形成動作について、最初に説明する。
尚、本実施形態では、一番使用頻度が高いブラック単色の画像形成を行うモノモードを例に説明する。モノモード時に使用される画像形成部PKは、中間転写ベルト8の移動方向において最下流に配置される。モノモード時においては、一つの感光ドラム1K以外(一つの像担持体以外)は、画像形成動作に使用されない。
モノモード(ブラック単色)での画像形成動作の開始信号が発せられると、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの現像装置7Y〜7Cの現像ローラ41Y〜41Cは、それぞれ感光ドラム1Y〜1Cから離間される。これら感光ドラム1Y〜1Cから離間させられた現像ローラ41Y〜41Cの回転駆動を行わないことで、現像ローラ41Y〜41C及び対応する色のトナーの劣化、消耗を防止することができる。これにより、画像形成部としての寿命の減少を防止することができる。
そして、第1〜第4の画像形成部PY〜PKの各感光ドラム1Y〜1Kは、210mm/secのプロセススピードで回転駆動される。又、回転する各感光ドラム1Y〜1Kは、各帯電ローラ2Y〜2Kによって一様に帯電される。具体的には、本実施形態では、各感光ドラム1Y〜1Kの表面は約−500Vに均一に帯電される。
第1〜第3の画像形成部PY〜PCにおいては、上述の感光ドラム1Y〜1Cと帯電ローラ2Y〜2Cの動作を行うのみであり、その他の画像形成動作は行わない。
一方、第4の画像形成部PKでは、次のようにして画像形成を行う。感光ドラム1Kの表面にブラック色の画像情報に従って静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置7Kによってブラック色のトナー像として現像する。即ち、現像装置7Kの現像ローラ41K上に担持されて薄層を形成しているトナーは、現像ローラ41Kが回転することにより感光ドラム1Kと現像ローラ41Kとの対向部(現像部)に搬送される。又、現像ローラ41Kには、感光ドラム1Kの帯電極性(本実施形態では負極性)と同極性の現像電圧が印加される。これにより、現像ローラ41K上のブラック色のトナーが、感光ドラム1Kの表面の帯電電位に応じて感光ドラム1Kの表面に静電吸着し、感光ドラム1K上の静電潜像をトナー像として現像する。
こうして感光ドラム1K上に形成されたブラック色のトナー像は、第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kにて、プロセススピード210mm/secで移動している中間転写ベルト8上に転写(1次転写)される。このとき、1次転写ローラ5Kには、1次転写電圧として、温度23℃、湿度50%Rhの環境(以下、「N/N環境」という。)では、トナーの正規の帯電極性とは逆極性(本実施形態では正極性)である+600Vの電圧が、その芯金を介して印加される。1次転写電圧の印加により、1次転写部N1Kには、正規の帯電極性(本実施形態では負極性)に帯電したトナーを感光ドラム1Kから中間転写ベルト8へと移動させる方向の電界が形成される。又、このときの第1〜第3の画像形成部PY〜PCの転写ローラ5Y〜5Cの動作については後述する。
そして、中間転写ベルト8上のブラック色のトナー像の先端が2次転写部N2に移動されるタイミングに合わせて、レジストローラ16により、転写材Sが2次転写部N2に搬送されてくる。この転写材Sに、中間転写ベルト8上のブラック色のトナー像が転写(2次転写)される。このとき、2次転写ローラ11には、2次転写電圧として、トナーの正規の帯電極性とは逆極性(本実施形態では正極性)の所定の電圧が印加される。その後、モノカラー(ブラック)のトナー像が形成された転写材Sは、定着装置17に搬送される。転写材Sは、定着装置17に設けられた定着ローラ18と加圧ローラ19と間の定着ニップ部で未定着のフルカラーのトナー像が加熱、加圧されて、その表面に熱定着された後、画像形成装置100の外部に排出される。こうして、モノカラー(ブラック)画像が出力される。
1次転写後に感光ドラム1K上に残った1次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置6Kによって除去されて回収される。
又、2次転写後に中間転写ベルト8上に残った2次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置52によって、次のようにして回収される。
本実施形態では、モノモードにおけるすり抜けトナーの主たる回収先は、モノモードで画像形成を行っている第4の画像形成部PKとする。この理由は、次の通りである。即ち、モノモードにおいて劣化、消耗するのは第4の画像形成部PKであり、その他の画像形成部PY〜PCはほとんど劣化、消耗しない。従って、モノモードですり抜けトナーを回収する回収トナー容器として、第4の画像形成部PKの回収トナー容器62を利用することで、画像を形成しない第1〜第3の画像形成部PY〜PCの寿命の減少を防止できる。
このようにすり抜けトナーを第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kにおいて感光ドラム1Kに逆転写させて回収することを達成するために、第1〜第3の画像形成部PY〜PCでは次のような動作を行う。即ち、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの1次転写部N1Y〜N1Cにて、1次転写ローラ5Y〜5Cには、トナーの正規の帯電極性と同極性である負極性の電圧を印加する。具体的には、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの1次転写ローラ5Y〜5Cには、その芯金を介して−700Vの電圧を印加する。
これにより、第1〜第3の画像形成部PY〜PCにおいて、約−500Vに帯電した感光ドラム1Y〜1Cに対して200Vの電位差(放電閾値以下の電位差)を設けることができる。従って、導電性ブラシ23を通過した後の正極性に帯電したすり抜けトナーは、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの1次転写部N1Y〜N1Cにて感光ドラム1Y〜1Cに回収されることなく、中間転写ベルト8上に保持される。そして、このすり抜けトナーは、そのまま、第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kまで搬送される。このとき、1次転写部N1Y〜N1Cには、上記の電圧の印加により、正極性に帯電したすり抜けトナーを感光ドラム1Y〜1Cから中間転写ベルト8へと移動させる方向の電界が形成される。
ここで、1次転写ローラ5Y〜5Cに印加する電圧は、導電性ブラシ23を通過するトナー量(すり抜けトナー量)が少ないため、小さくすることが可能である。仮に、ベルトクリーニングブレード21を外したクリーニング装置を採用した場合、導電性ブラシ23を通過するトナー量が多くなってしまう。そのため、中間転写ベルト8上にトナーを保持するためには、1次転写ローラ5Y〜5Cに印加する印加する負極性の電圧の絶対値は−700Vでは不十分であり、−1000V程度必要になる。
そして、すり抜けトナーは、第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kにて、感光ドラム1Kから中間転写ベルト8へのブラック色のトナー像の1次転写を行いながら、感光ドラム1Kに逆転写されて回収される。このとき、第4の画像形成部PKの1次転写ローラ5Kには、その芯金を介して+600Vの1次転写電圧が印加されている。つまり、このとき、1次転写部N1Kには、1次転写電圧の印加により、負極性に帯電したトナーを感光ドラム1Kから中間転写ベルト8へと移動させる方向の電界が形成される。同時に、1次転写部N1Kには、1次転写電圧の印加により、正極性に帯電したすり抜けトナーを中間転写ベルト8から感光ドラム1Kへと移動させる方向の電界が形成される(転写同時回収)。
第4の画像形成部PKの感光ドラム1Kに逆転写されて、その感光ドラム1K上の1次転写残トナーと共に搬送されたすり抜けトナーは、ドラムクリーニング装置6Kによって除去されて回収される。
前述のクリーニング不良とネガゴーストのバランスから、本実施形態において、モノモード時、ベルトクリーニング装置52の導電性ブラシ23には、N/N環境において+1.75kVの定電圧を印加する。その結果、導電性ブラシ23には、約+70μAの電流が流れる。
このトナー帯電電圧の印加によって、中間転写ベルト8上のすり抜けトナーは、導電性ブラシ23から放電を受け、均一に帯電される。
具体的には、このトナー帯電電圧の印加によって、中間転写ベルト8上のすり抜けトナーは、導電性ブラシ23を通過した後に、約+30μC/gに帯電される。約+30μC/gに帯電されたすり抜けトナーは、上述のように第1〜第3の画像形成部PY〜PCの1次転写部N1Y〜N1Cにて感光ドラム1Y〜1Cに回収されることなく、中間転写ベルト8上に保持される。そして、このすり抜けトナーは、そのまま、第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kまで搬送される。
前述の通り、第1〜第3の画像形成部PY〜PCでは、1次転写ローラ5Y〜5Cと感光ドラム1Y〜1Cの電位差は200Vであり、放電閾値電圧より小さい。そのため、すり抜けトナーのトリボ値は、帯電直後から第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kの直前まで変化することなく搬送される。具体的には、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの1次転写部N1Y〜N1Cを通過した後でも、すり抜けトナーは、約+30μC/gのままである。従って、1次転写ローラ5Y〜5Cと感光ドラム1Y〜1Cの電位差を200Vに維持することが可能であるため、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの1次転写部N1Y〜N1Cを通過した後に、トナーのトリボが上昇することを抑制する。
(5)フルカラー画像形成動作
次に、本実施形態の画像形成装置100によるフルカラーモードでの画像形成動作について説明する。
モノモードと同様に、先ず、第1の画像形成部PYにおいて画像形成される。1次転写が行われるまでの過程はモノモードと同様であるため、割愛する。次いで、第2、第3、第4の画像形成部PC、PKにおいても、上記同様にして、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像の転写(1次転写)が行われる。即ち、感光ドラム1M、1C、1K上にそれぞれ形成されたマゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像が、各1次転写部N1M、N1C、N1Kにおいて、中間転写ベルト8上に転写されたイエローのトナー像の上に順次重ね合わせて転写(1次転写)される。これにより、フルカラーのトナー像が中間転写ベルト8上に形成される。
そして、モノモードと同様に、2次転写、定着、排出され、フルカラー画像が出力される。1次転写後に各感光ドラム1Y〜1K上に残った1次転写残トナーは、各ドラムクリーニング装置6Y〜6Kによって除去されて回収される。
2次転写後に中間転写ベルト8上に残った2次転写残トナーは、ベルトクリーニング装置52によって、次のようにして回収される。2次転写残トナーは前述の通り、そのほとんどがベルトクリーニングブレード21によって、機械的に掻き取られる。一部のすり抜けトナーは、導電性ブラシ23によって正極性に帯電され、画像形成部Pで回収される。
本実施形態では、フルカラーモードにおけるすり抜けトナーの主たる回収先は第1の画像形成部PYとする。ただし、PY部で回収しきれないすり抜けトナーは第2、第3の画像形成部であるPM、PCで回収される。回収比率はPY:PM:PC=約9:約0.7:約0.3である。前述の通り、すり抜けトナーの量は微量であり、ドラムクリーニング装置6の容積に対する比率は無視できる程度であるため、この回収比率の差によって問題が生じることはない。
前述のモノモードと同様に、ベルトクリーニング装置52の導電性ブラシ23には、定電圧を印加する。ただし、フルカラーモードでは、N/N環境において、電圧は+1.25kVを印加する。このトナー帯電電圧の印加により、導電性ブラシ23には、N/N環境では、約+30μAの電流が流れ、すり抜けトナーは、導電性ブラシ23を通過した後に、約+21μC/gに帯電される。
本発明の特徴として、高圧電源60が導電性ブラシ23に供給する電圧の絶対値は、フルカラーモード(+1.25kV)の方がモノモード(+1.75kV)よりも小さい。すなわち、高圧電源60が導電性ブラシ23に電圧を供給することにより導電性ブラシ23に流れる帯電電流の絶対値は、フルカラーモード(+30μA)の方がモノモード(+70μA)よりも小さい。その結果、帯電後のすり抜けトナーのトリボはフルカラーモード(+21μC/g)の方が、モノモード(+30μC/g)よりも小さい。
フルカラーモード時に、導電性ブラシ23に流す電流値を小さくでき、帯電後のすり抜けトナーのトリボが+21μC/gでもクリーニング不良が発生しない理由は、帯電後のすり抜けトナーを回収する画像形成部の数がモノモードよりも多いためである。具体的には、フルカラーモード時には、帯電後のすり抜けトナーを回収する画像形成部が、前述の通りPY、PM、PCの3つである。その結果、回収する画像形成部がPK一つであるモノモードに比べて、感光ドラム1に回収される機会が増えるため、帯電後のすり抜けトナーのトリボが約+21μC/gでも、全てのすり抜けトナーを回収することができる。
クリーニング不良に関しては、導電性ブラシ23に流す電流値を+30μAよりも大きくし、帯電後のトリボ値を+21μC/gより大きくしても問題ない。具体的には、モノモードと同じ+30μC/g(導電性ブラシ23に1.75kV印加し、70μAの電流を流す)としても、ネガゴーストの発生もなく問題ない。
一方で、フルカラーモードの長寿命化を増加させるためには、導電性ブラシ23の通電劣化を抑制する必要があるため、できる限り導電性ブラシ23に流す小さくした方が好ましい。従って、クリーニング不良と、長寿命化のバランスをとって、導電性ブラシ23に+1.25kVの電圧を印加し、+30μAの電流を流して、すり抜けトナーの帯電後のトリボを+21μC/gとした。
帯電されたすり抜けトナーは、その後、第1の画像形成部PYの1次転写部N1Yまで搬送される。以下モノモード時と同様に、第1の画像形成部PYの1次転写部N1Yにおいて、転写同時回収される。
PY部で回収しきれなかったすり抜けトナーは、第2、第3の画像形成部PM、PCで前述のPY部と同様にして回収される。
(6)本実施形態の画像出力実験結果
次に、本実施形態の画像出力実験の結果について説明する。実験に用いた画像形成装置のプロセススピードは210mm/sec、スループットは1分間に40枚であった。又、実験を行った雰囲気環境は温度23℃、湿度50%のN/N環境下であった。
転写材SにLTRサイズ、坪量75g/mの「25% COTTON CONTENT」(商品名)を用いた。評価した画像は、ブラック単色のベタ画像(最大濃度の画像)を2枚、ベタ白(最小濃度の画像、即ち、非画像部)を2枚の繰り返しで、計20枚の出力を、導電性ブラシ23に印加する電圧を後述のように7段階に変化させて、7セット出力した。画像形成モードとしてはラフ紙(粗面紙)モードを用いた。
実験に用いた転写材Sは、所謂、ラフ紙と呼ばれるものであり、2次転写効率が悪くなることから、2次転写残トナーの量が多くなるため、クリーニングにとって不利な条件となる。
サンプリングした評価画像を用いて、「(1)クリーニング不良、(2)ネガゴースト」について、出力画像を観察しランク付け評価を行った。ランク付けは、画像不良がまったく発生しない場合をA、わずかに確認できる場合をB、確認できる場合をC、レベルが悪い場合をD、極めてレベルが悪い場合をEとして行った。
また「(3)寿命到達ページ数」についても評価を行った。具体的には、通電劣化によるクリーニング不良が発生しない最大プリント可能ページ数を寿命到達ページ数と定義した。
導電性ブラシ23に印加した電圧は、電圧を+0.75kVから+2.25kVまで、0.25kV刻みで変化させた。
各条件における、すり抜けトナーのトリボの状態を観察するため、画像出力とは別に、同条件で画像形成動作中の画像形成装置を強制停止させて、すり抜けトナーが回収される画像形成部の1次転写部N1の直前のトナーのトリボを測定した。同様にして、導電性ブラシ23を通過した後であって、第1の画像形成部PYの1次転写部N1Yに到達する前のすり抜けトナーのトリボも測定した。トナーのトリボとしては、中間転写ベルト8上のトナーを吸引し、サンプリングされたトナーの重量と電荷量を、電子天秤とファラデーゲージで測定した値から、μC/gの単位で定義される値を算出した。
評価結果を表1に示す。
本実施形態では、モノモード時に導電性ブラシ23に印加する電圧を+1.75kV、流れる電流を+70μA、フルカラーモード時の電圧を+1.25kV、電流を+30μAとした。これによりクリーニング不良とネガゴーストの両方を満足し、且つフルカラーモード時の長寿命化を達成できる電圧/電流条件を選択できることが分かった。具体的には、モノモード時には、150Kページで寿命到達となるのに対し、フルカラーモード時は、200Kページとなり、50Kページの長寿命化を実現できる。
一方、モノモードとフルカラーモード時で、導電性ブラシ23に同一の電圧/電流設定とした場合、次のような不具合がある。例えば、+1.25kV/+30μAの場合には、フルカラーモードでは画像不良は発生しないものの、モノモードではレベルの悪いクリーニング不良(D)が発生する。
又、+1.5kV/+50μAの場合には、フルカラーモードでは、寿命到達ページ数が175Kページと減少し、またモノモードではわずかに確認できるクリーニング不良(B)が発生する。更に、電圧を+1.75kV印加した場合には、モノモードでは画像不良は発生しないものの、フルカラーモードでは、寿命到達ページ数が150Kページと減少する。このように、モノモードとフルカラーモード時で、導電性ブラシ23に同一の電圧/電流設定とした場合には、クリーニング不良が発生せず、且つフルカラーモード時の長寿命化を実現することができる電圧条件を選択することができないことが分かった。
(7)まとめ
以上、本実施形態では、ベルトクリーニング装置52は、ベルトクリーニングブレード21及び導電性ブラシ23を用いる。そして、フルカラーモードが選択された場合の、導電性ブラシ23に流す電流の絶対値を、モノモードが選択された場合よりも小さくするようにしたものである。これにより導電性ブラシ23の通電劣化を抑制し、フルカラーモード時の長寿命化を増加させることができる。
(実施形態2)
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の画像形成装置の基本的な構成及び動作は実施形態1のものと同じである。従って、実施形態1のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
本実施形態では、モノモード時に、画像形成を行わない画像形成部の感光ドラム1と中間転写ベルト8が離間する構成である。これにより画像形成を行わない画像形成部の減少を実施形態1よりもさらに抑制する事が出来る点でより好ましい構成である。
本実施形態の概略形成及びフルカラーモードの動作は、実施形態1と同じである。図3(a)に示す通り、全ての画像形成部において、感光ドラム1と1次転写ローラ5は、中間転写ベルト8を介して、当接している。
また実施形態1同様に、フルカラーモード時は、N/N環境において、電圧は+1.25kVを印加する。このトナー帯電電圧の印加により、導電性ブラシ23には、N/N環境では、約+30μAの電流が流れる。その結果、帯電後のすり抜けトナーのトリボは約+21μC/gとなる。
本実施形態の特徴であるモノモード時に、画像形成を行わない画像形成部の感光ドラム1と中間転写ベルト8が離間する動作について説明する。モノモード(ブラック単色)での画像形成動作の開始信号が発せられると、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの現像装置7Y〜7Cの現像ローラ41Y〜41Cは、それぞれ感光ドラム1Y〜1Cから離間される。これら感光ドラム1Y〜1Cから離間させられた現像ローラ41Y〜41Cの回転駆動を行わないことで、現像ローラ41Y〜41C及び対応する色のトナーの劣化、消耗を防止することができる。これにより、画像形成部としての寿命の減少を防止することができる。
同時に第1〜第3の画像形成部PY〜PCの感光ドラム1Y〜1Cは、中間転写ベルト8から離間させられ、回転駆動及び1次帯電されない状態で保持される。これにより、モノモード時に画像形成を行わない色の感光ドラムの劣化、消耗を防止する事ができ、画像形成部としての寿命の減少を防止する事が出来る。図3(b)に離間状態の図を示す。本実施形態では、1次転写ローラ5Y〜5Cが退避する事で、中間転写ベルト8が、感光ドラム1Y〜1Cから離間する構成となっている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば感光ドラム1Y〜1Cが退避する構成でも良い。
第4の画像形成部PKにおける画像形成動作(帯電、潜像形成、現像、1次転写、2次転写、定着)は、実施形態1のモノモード時と同じであるため、割愛する。1次転写後に感光ドラム1K上に残った1次転写残トナーは、ドラムクリーニング装置6Kによって除去されて回収される。
又、2次転写後に中間転写ベルト8上に残った2次転写残トナーの大半は、ベルトクリーニングブレード21によって掻き取られ、一部のすり抜けトナーは次のようにして回収される。モノモードにおけるすり抜けトナーの主たる回収先は、モノモードで画像形成を行っている第4の画像形成部PKとする。本実施形態では、前述の通り、第1〜第3の画像形成部PY〜PCの感光ドラム1Y〜1Cは、中間転写ベルト8から離間させられているため、中間転写ベルト8上のすり抜けトナーが第1〜第3の画像形成部PY〜PCで回収されることはない。すり抜けトナーが第1〜第3の画像形成部PY〜PCを通過する際、感光ドラム1Y〜1C及び1次転写ローラ5Y〜5Cには電圧を印加しない。そして、すり抜けトナーは、実施形態1のモノモード時と同様に、第4の画像形成部PKの1次転写部N1Kにて、転写同時回収される。
実施形態1同様に、モノモード時に導電性ブラシ23に印加する電圧を+1.75kV、流れる電流を+70μA、フルカラーモード時の電圧を+1.25kV、電流を+30μAとした。これによりクリーニング不良とネガゴーストの両方を満足し、且つフルカラーモード時の長寿命化を達成できる電圧/電流条件を選択できることが分かった。具体的には、モノモード時には、150Kページで寿命到達となるのに対し、フルカラーモード時は、200Kページとなり、50Kページの長寿命化を実現できる。
従って、本実施形態においても、実施形態1同様に、高圧電源60が導電性ブラシ23に電圧を供給することにより導電性ブラシ23に流れる電流の絶対値は、フルカラーモードにおけるものの方がモノモードにおけるものよりも小さい。
以上、本実施形態は、導電性ブラシ23の通電劣化を抑制しつつ、モノモード時に、画像形成を行わない画像形成部の感光ドラム1と中間転写ベルト8が離間することで、使用しない画像形成部の寿命の減少を抑制することが可能である。
1 感光ドラム
8 中間転写ベルト
21 ベルトクリーニングブレード
23 導電性ブラシ
52 ベルトクリーニング装置
S 転写材

Claims (10)

  1. トナー像を担持する複数の像担持体と、
    前記像担持体に当接して移動可能であり、前記像担持体からトナー像が1次転写される中間転写体と、
    前記中間転写体から転写材へ2次転写されず前記中間転写体上に残留した残留トナーを掻き取る当接部材と、前記中間転写体の移動方向において前記当接部材より下流側に位置し、前記当接部材をすり抜けた残留トナーを電圧が印加されることで帯電する帯電部材と、を備えるクリーニング手段と、を有し、前記クリーニング手段によって帯電された残留トナーを前記像担持体に移動させつつ前記像担持体からトナー像を前記中間転写体に1次転写する画像形成装置において、
    複数の像担持体から前記中間転写体へトナー像を1次転写する第1のモードと、前記複数の像担持体のうちの一つの像担持体から前記中間転写体へトナー像を1次転写する第2のモードとを実行可能であり、
    前記帯電部材によって残留トナーを帯電する際に生じる帯電電流の値は、前記第2のモード実行時よりも前記第1のモード実行時の方が小さいことを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記複数の像担持体は、それぞれが異なる色のトナー像を担持することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第2のモードにおける前記一つの像担持体は、前記中間転写体の移動方向において最下流に配置される像担持体であることを特徴とする請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記第2のモードにおいて前記一つの像担持体以外の他の像担持体と前記中間転写体は、当接していることを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記他の像担持体と前記中間転写体の間で形成される電位差は、それぞれ放電閾値以下であることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
  6. 前記帯電部材に帯電電圧を印加する高圧電源を有し、前記高圧電源は、第1の値から第2の値までの正極性の電圧を前記帯電部材に印加することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  7. 前記第1のモード実行時において前記高圧電源が前記帯電部材に印加する電圧は前記第1の値であり、前記第2のモード実行時において前記高圧電源が前記帯電部材に印加する電圧は前記第2の値であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
  8. 前記第2のモードにおいて、前記一つの像担持体以外の他の像担持体と前記中間転写体は離間することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
  9. 前記当接部材は、ゴムで形成されたクリーニングブレードであることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の画像形成装置。
  10. 前記帯電部材は、前記中間転写体の移動中に、先端が接触し続ける導電性ブラシであることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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