JP4861039B2

JP4861039B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4861039B2
Application number: JP2006101826A
Authority: JP
Inventors: 浩基 ▲高▼柳
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: US20070230992A1; US20100266309A1; JP2007279122A; US7773907B2; US8290392B2

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、ファクシミリ装置、プリンタおよび複合機などの電子写真画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」という）に関するものである。

画像形成装置の分野において特にカラー画像形成装置の場合、像担持体である電子写真感光体ドラム（以下、単に「感光体ドラム」という）や無端状の中間転写体ベルトを用いた中間転写方式が多用されている。すなわち、感光体ドラム上の静電潜像をトナーを用いて現像したトナー像を一旦中間転写体ベルトに転写する（一次転写）。この一次転写像を中間転写体ベルトを圧接する二次転写ローラとの間のニップ部に送り込まれてきた被転写材である記録紙などシート上に転写する（二次転写）。二次転写ローラは、二次転写する時には中間転写体ベルトに圧接する。一方二次転写が行われていない時、二次転写ローラは中間転写体ベルトから離間され、二次転写ベルトや中間転写ベルトの変質が防止される。て二次転写するときは、転写電界を形成するための電荷を二次転写ローラに付与し、転写電界と二次転写ローラによる圧接力とでシート上にトナー像を中間転写体ベルトから転移させて二次転写する。

特開平１１−５２７５７

上記画像形成装置においては、二次転写ローラにトナーが付着すると、二次転写時に、このトナーがシートへ転移して、シートの裏汚れが生ずる。そこで、回転する二次転写ローラと、二次転写ローラに接触するクリーニング部材の間に電流（以降、この電流をクリーニング電流と称す。）を流し、二次転写ローラに付着するトナーを除去する。また、クリーニング性向上のため、二次転写ローラからのトナー除去は、二次転写ローラが中間転写体に接触している時及び離間している時の双方で行われる。

しかしながら、二次転写ローラが中間転写ベルトから離間している時に、上述の二次転写ローラのトナー除去を行ったところ、十分にトナーが除去できない課題が生じた。

つまり、二次転写ローラが中間転写体に接触して回転している時、二次転写ローラの回転は、中間転写体の回転トルクの影響を受ける。二次転写ローラが中間転写ベルトから離間すると、中間転写ベルトの回転トルクの影響がなくなり、二次転写ローラの回転速度が変化する。回転速度の変化により、二次転写ローラ表面の単位面積当たりに流れるクリーニング電流の量が変化し、適切なトナー除去ができなくなる。

特に、二次転写ローラにトルクリミッターを設け、中間転写ベルトに接触しながらの回転を安定させる画像形成装置においては、離間による速度変化はより大きくなる。

即ち、一度、中間転写ベルトからの助勢がなくなって速度が遅くなると、二次転写ローラ表面の単位面積当たりのクリーニング電流の量は増加し、クリーニング部材と二次転写ローラの静電的な付着力が大きくなる。すると、二次転写ローラの回転トルクは大きくなり、トルクリミッターの作用で駆動力が減少し、益々、速度は遅くなる。

図４は、二次転写トルク（ｇｆ・ｃｍ）と、クリーニング電流（μＡ）との相関を示す特性線図である。二次転写ローラが中間転写体ベルトから離間しているときは、クリーニング電流が増加することでクリーニング部材から受ける負荷トルクも増大する。

図５は、二次転写ローラが中間転写体ベルトから離間中および圧接時のそれぞれにおいて、クリーニング電流とファーブラシ通過後の二次転写ローラの表面のクリーニング残濃度との関係を示す特性線図である。二次転写ローラ圧接時のクリーニング電流１５〜２０μＡを、そのまま離間時のクリーニング電流に用いたとする。その場合、二次転写ローラの表面のクリーニング残濃度は高濃度であり、シートの裏面に接触すると裏汚れを生じさせてしまう。そうなる理由はつぎのことが考えられる。ファーブラシに転移させて除去すべきパッチトナーに対して過剰なクリーニング電界を形成してしまうからである。」

本発明の目的は、転写ローラに接触し、静電的にトナーを除去するクリーニング部材によって、クリーニング部材が像担持体に接触しているとき及び離間している時に、適切なトナー除去を行い、シート汚れを防止できる画像形成装置を提供することである。

本発明の画像形成装置は、トナー像を担持する像担持体と、前記像担持体に接触しながら回転し、前記像担持体上の前記トナー像を記録材へ転写する転写ローラと、前記転写ローラを回転させる駆動手段と、前記転写ローラと前記像担持体を接触離間させる接離手段と、前記転写ローラと前記像担持体の接触時及び離間時に、回転する前記転写ローラに接触し、前記転写ローラに付着するトナーを静電的に除去するクリーニング部材と、前記転写ローラと前記クリーニング部材の間にクリーニング電流を流す電源と、前記転写ローラが前記像担持体に接触して第１の速度で回転する時の前記クリーニング電流の電流値が、前記転写ローラが前記像担持体から離間して前記第１の速度より低い第２の速度で回転する時の前記クリーニング電流の電流値よりも大きくなるように、前記クリーニング電流の電流値を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、クリーニング部材が像担持体に接触している時、離間している時のそれぞれの状態に合った電流値のクリーニング電流を流し、裏汚れの発生を防止することができる。

以下、本発明による画像形成装置の好適な実施形態について図を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、静電像担持体である感光体ドラム１は図中矢印Ａで示す反時計廻りの方向に回転し、そのドラム表面に帯電装置２で帯電バイアス電圧を印加して一様に帯電される。露光装置３は画像情報に基づいて露光を行い、電子写真プロセスによって画像情報に応じた静電潜像を感光体ドラム１上に形成する。

また、たとえばＹ（イエロー），Ｍ（マゼンタ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の各色トナーを収容した現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４ｋを回転体の同一円周上に放射状に等配分したロータリ式現像ユニットを備えている。感光体ドラム１上の静電潜像はそれら現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４ｋによって現像され、ドラム面上にトナー像を形成し、静電潜像の露光部にトナーを付着させて現像する反転現像方式である。

また、本実施形態の画像形成装置は、像担持体である無端状のたとえば２８５ｍｍ／ｓｅｃの周回速度で走行する中間転写体ベルト（中間転写体）６を装備した中間転写方式である。中間転写体ベルト６は複数の回転ローラ間に捲回されて矢印Ｇで示す時計廻りの方向に周回して走行し、感光体ドラム１の表面に接触してドラム上のトナー画像が一次転写される。回転ローラはつぎの各機能を有している。中間転写体ベルト６に対して一定の張力を付与するためのテンションローラ２０を有し、回転駆動源のモータ（図示略）から出力された回転動力を受けて中間転写体ベルト６を時計廻り方向へ周回させる駆動ローラ２２を有する。また、中間転写体ベルト６上のトナー画像を被転写材である記録紙などシート７上に二次転写する対向一対でなる二次転写内外側ローラ２１，９を有している。

中間転写体ベルト６の材質については、つぎの各種の樹脂やゴムを用いることができる。たとえば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、アクリルおよび塩化ビニルなどの樹脂またはゴムなどに帯電防止剤としてカーボンブラックを適当量含有させる。その場合に、体積抵抗率をたとえば１Ｅ+８〜１Ｅ+１３［Ω・ｃｍ］、厚さ寸法をたとえば０.０７〜０.１［ｍｍ］としたものを用いることができる。

かかる中間転写体ベルト６を感光体ドラム１に対向させて配置し、中間転写体ベルト６が１回転周回するごとに形成する感光体ドラム１上の各色未定着トナー像を、一次転写ローラ５で中間転写体ベルト６上に順次静電的に一次転写する。それを繰り返して中間転写体ベルト６上に４色の未定着トナー像を重ね合わせたフルカラー画像を得る。

一次転写で感光体ドラム１が１回転するごとに、感光体ドラム１の表面に残留した残留トナーをドラムクリーナ１１で除去しながら作像を繰り返す。一次転写ローラ５は中間転写体ベルト６が感光体ドラム１に対向する一次転写位置において、中間転写体ベルト６を背面から押して感光体ドラム１に圧接させる。この一次転写ローラ５にトナーの帯電極性と逆極性の正極性の一次転写バイアスを印加することにより、感光体ドラム１上のトナー像が中間転写体ベルト６上に一次転写される。ドラムクリーナ１１は一次転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーを除去する。

また、シート７の搬送路に面した中間転写体ベルト６の二次転写位置には、中間転写体ベルト６のトナー像担持面を圧接する二次転写外側ローラ９と、これに対向してベルト背面側から押圧して圧接する二次転写内側ローラ２１が配置されている。二次転写内側ローラ２１は電極機能してトナーをアース接地させ、トナーと逆極性のバイアス電圧が印加される。二次転写外側ローラ９は、たとえば芯金を中心にイオン導電系ソリッドゴム（ＮＢＲゴム）の弾性層を成形して構成され、外径がたとえば２４ｍｍ、ローラ表面粗さＲａ＝５．０（μｍ）以下、抵抗値がＮ／Ｎ（２３℃、５０％ＲＨ）測定、２ｋＶ印加で１Ｅ+６〜１Ｅ+８Ωのものを用いることができる。

図２は、その二次転写外側ローラ９を単体で示す。回転軸となる芯金９ａの一端部にトルクリミッタ３３を介してモータ３４の出力軸が連結されている。トルクリミッタ３３は、モータ３４から出力された回転動力を設定されたトルクに応じて二次転写外側ローラ９に伝達し、あるいは伝達を断つ機能を有する。すなわち、トルクリミッタ３３の設定トルクがたとえば５００ｇｆ・ｃｍに達すると、トルクリミッタ３３は二次転写外側ローラ９にモータ回転動力が伝達されるのを断って制限する。

二次転写外側ローラ９は、そのように一端部でトルクリミッタ３３を介してモータ回転動力が伝達オン／オフされるほか、接離機構（図示略）によって中間転写体ベルト６に接離する方向に回転軸ごと移動可能となっている。

前述のように、中間転写体ベルト６は周速度２８５ｍｍ／ｓｅｃで周回する。その中間転写体ベルト６から二次転写外側ローラ９が離間しているとき、トルクリミッタ３３は「連結（オン）」作動してモータ３４の回転動力を二次転写外側ローラ９に伝達する。この状態において、二次転写外側ローラ９に対して後述する設定されたクリーニングモードの１つである「非転写モード」が適用される。

それに対して、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６を圧接して二次転写中は、トルクリミッタ３３が「断（オフ）」作動してモータ３４からの回転動力が二次転写外側ローラ９に伝達されない。トルクリミッタ３３のオフ作動により、二次転写外側ローラ９は中間転写体ベルト６との回転摩擦力を受けて連れ回され、中間転写体ベルトの上記周速度２８５ｍｍ／ｓｅｃと同じ速度でもって回転する。この状態において、二次転写外側ローラ９に対して後述する設定されたもう１つのクリーニングモードである「転写モード」が適用される。

また、二次転写外側ローラ９に接触して、クリーニングデバイスとしてファーブラシローラ２９が配置されている。このファーブラシローラ２９に形成されたファーブラシは、たとえば毛長５ｍｍ、芯金径８ｍｍで外径１８ｍｍ、抵抗値がＮ／Ｎ（２３℃、５０％ＲＨ）測定の１００Ｖ印加で１Ｅ+８〜１Ｅ+１０Ωのものを使用することができる。また、ファーブラシローラ２９に接触してバイアスローラ３０が配置され、このバイアスローラ３０にはトナーと逆極性のバイアス電圧がクリーニングバイアス印加手段３１によって印加される。バイアスローラ３０としては、たとえば外径１５ｍｍのステンレス（ＳＵＳ）製の金属ローラを使用している。ファーブラシローラ２９に対して二次転写外側ローラ９およびバイアスローラ３０はそれぞれたとえば１〜２ｍｍ侵入させ、ファーブラシローラ２９を二次転写外側ローラ９とカウンタ回転させ、バイアスローラ３０は順回転させる。バイアスローラ３０にはトナーと逆極性のバイアスが印加され、二次転写外側ローラ９に付着したパッチトナー１６はファーブラシ２９に静電的に転移し、次いでバイアスローラ３０へ転移してクリーニングブレード３２で機械的に掻き落とされ、廃トナー容器（図示略）に回収される。なお、クリーニングブレード１５には、弾性を備えさせるためにたとえばポリウレタンゴムを使用している。

また、二次転写部を形成する上記二次転写内外側ローラ２１，９の下流側には、二次転写されて通過後に中間転写体ベルト６上に残留したトナーを除去するベルトクリーナ１２が配置されている。シート７はレジストローラ８によって一旦位置決め停止された後、所定のタイミングで二次転写位置へと送り込まれる。

ここで、図６に示す様に、二次転写外側ローラ９は、偏心カム36（接離手段）の回転により、中間転写体ベルト６に対して接触離間する。図６（ａ）は二次転写ローラ支持アーム35に支持された二次転写外側ローラ９が、中間転写体ベルト６に接触している様子を示す。図６（ｂ）は、偏心カム36が180°回転し、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６から離間している様子を示す。二次転写後のシート７は搬送装置によって定着装置（いずれも図示略）に搬送され、シート７上のトナー画像を溶融固着するようになっている。

そこで、感光体ドラム１では、帯電手段２によって帯電バイアス電圧を印加して一様に帯電後、露光手段３で露光してトナー濃度を制御するための基準パターンとなるトナー像（以下、「パッチ画像」という）をたとえばシート間（紙間）に書き込む。すなわち、イメージスキャナ・コンピュータなど外部機器から入力された画像情報に対応した画像と重ならないよう、シート間（紙間）に相当する位置に書き込まれたパッチ画像のための静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４ｋによって現像されてパッチ画像１６となる。このパッチ画像１６を中間転写体ベルト６上に一次転写し、ベルトローラ１９の位置に運ばれてきたそのパッチ画像１６の濃度を濃度センサ１７で検出する。このパッチ濃度検出信号に基づいて露光手段３の露光量を調節し、感光体ドラム１上のトナー濃度を補正して常に一定濃度となるように制御する。

感光体ドラム１から中間転写体ベルト６上に一次転写されたトナー像の先端部が二次転写内外側ローラ２１，９による二次転写部に運ばれて到達する。そのトナー像到達のタイミングに同期させて上記レジストローラ８はシート７の搬送を制御する。その制御下で二次転写外側ローラ９には二次転写バイアス電圧を印加する手段から定電圧バイアス電圧（転写バイアス電圧）が印加される。たとえば、二次転写外側ローラ９にトナーと逆極性の転写バイアス電圧+２０〜+６０００Ｖが印加されると、二次写電流が+１０〜+５０μＡ流れる。それにより、二次転写部にて中間転写体ベルト６上に重ね合わされた４色のフルカラー画像をシート７に一括転写し、シート７上にフルカラーの未定着トナー像が形成される。

図３は、上記画像形成時において、二次転写外側ローラ９の動作を中心に示すタイミングチャートである。

二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６を圧接する転写時、クリーニングデバイスであるファーブラシローラ２９によって二次転写外側ローラ９に付着したトナーやパッチトナーを除去するクリーニングモードの１つ「転写モード」が設定される。

また、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６から離間した非転写時、ファーブラシローラ２９によって二次転写外側ローラ９に付着したトナーやパッチトナーを除去するもう１つのクリーニングモード「非転写モード」が設定される。

転写モードにおいて、画像形成開始の信号が入力されると、二次転写外側ローラ９を回転駆動するモータ３４およびファーブラシ回転駆動モータ（図示略）が作動オンし、二次転写外側ローラ９に静電クリーニング用バイアス電圧を定電流電源で３〜７μＡ印加する。また、ファーブラシローラ２９にはバイアスローラ３０を介してトナーと逆極性の所定のバイアス電圧がクリーニングバイアス印加手段３１によって印加される。二次転写外側ローラ９が少なくとも１回転以上回転して、中間転写体ベルト６上の一次転写画像が二次転写部に搬送されて到達する以前に二次転写外側ローラ９を移動させる接離機構の着脱カムが回動する。この着脱カム動作によって、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６に接触して圧接し、転写当接時の状態になる。それと同時に二次転写外側ローラ９に静電クリーニング用バイアス電圧を定電流電源によって１５〜２０μＡで印加する。次いで二次転写高圧を二次転写部に印加してシート７に二次転写する。

非転写モードにおいて、二次転写画像が二次転写部を通過すると、接離機構の着脱カムが再び回動して二次転写外側ローラ９を中間転写体ベルト６から離間させ、同時に二次転写外側ローラ９に静電クリーニング用バイアス電圧を定電流電源で３〜７μＡ印加し、非転写離間時の状態になる。また、このときファーブラシローラ２９にはバイアスローラ３０を介してトナーと逆極性の所定のバイアス電圧がクリーニングバイアス印加手段３１によって印加される。二次転写外側ローラ９が少なくとも１回転したならば、二次転写外側ローラ９の回転駆動、ファーブラシローラ２９の回転駆動、そして静電クリーニング用バイアス電圧をすべてオフにする。

以上から明らかなように、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６に接離する２つの状態において、二次転写外側ローラ９を清掃するクリーニングモードを転写モードと非転写モードごとに静電クリーニング用バイアス電圧の出力を相違させる。つまり、二次転写外側ローラ９とファーブラシローラ２９の間を流れる電流の電流値は異なり、接触、非接触のそれぞれの状態に合った電流値の電流が流れる。それによって、生産性を落とすことなく二次転写外側ローラ９の表面の効率的に清掃できる。すなわち、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６から離間している間、非接触モードによるクリーニングモードを作動させてファーブラシローラ２９によって二次転写外側ローラ９に付着したパッチトナーの回収を十分に行う。つまり、二次転写外側ローラ９が中間転写体ベルト６に当接し始めるまで待つ必要はないから、生産性も上がり、しかも未回収のパッチトナーでシート７の裏面を汚すといった従来の問題を解消できる。

上述実施例では、二次転写外側ローラ９にトルクリミッタ33を設けた。しかし、トルクリミッタ33を備えない画像形成装置においても、二次転写外側ローラ９と中間転写体ベルト９の接離により、二次転写外側ローラ９の速度の異なる画像形成装置においては同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であればその他の実施形態、応用例、変形例およびそれらの組み合わせも可能である。

本発明の画像形成装置の実施形態を示す図。本実施形態の要部である二次転写外側ローラを示す図。本実施形態の二次転写外側ローラの動作を中心とするタイムチャート。二次転写トルクとファーブラシ電流との相関を示す特性線図。二次転写ローラが中間転写体ベルトから離間中および圧接時のそれぞれにおいて、ファーブラシ電流とファーブラシ通過後の二次転写ローラの表面のクリーニング残濃度との関係を示す特性線図。同図（ａ），（ｂ）は二次転写外側ローラが中間転写体ベルトに接触した状態と離間した状態を示す図。

符号の説明

１感光体ドラム
５一次転写ローラ
６中間転写体ベルト（像担持体）
７シート
９二次転写外側ローラ（転写回転部材）
１１ドラムクリーナ
１２ベルトクリーナ
１４トナー
１５出力画像のトナー像
１６濃度検出用のパッチ画像
１７パッチ濃度検出センサ
２１二次転写内側ローラ）
２２駆動ローラ
２９ファーブラシローラ（クリーニングデバイス）
３０バイアスローラ
３２クリーニングブレード
３３トルクリミッタ（トルク制限手段）
３４モータ（回転駆動源）

Claims

トナー像を担持する像担持体と、
前記像担持体に接触しながら回転し、前記像担持体上の前記トナー像を記録材へ転写する転写ローラと、
前記転写ローラを回転させる駆動手段と、
前記転写ローラと前記像担持体を接触離間させる接離手段と、
前記転写ローラと前記像担持体の接触時及び離間時に、回転する前記転写ローラに接触し、前記転写ローラに付着するトナーを静電的に除去するクリーニング部材と、
前記転写ローラと前記クリーニング部材の間にクリーニング電流を流す電源と、
前記転写ローラが前記像担持体に接触して第１の速度で回転する時の前記クリーニング電流の電流値が、前記転写ローラが前記像担持体から離間して前記第１の速度より低い第２の速度で回転する時の前記クリーニング電流の電流値よりも大きくなるように、前記クリーニング電流の電流値を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする画像形成装置。
前記転写ローラの回転負荷に応じて、前記駆動手段が前記転写ローラへ与える駆動力を制限する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記クリーニング部材はブラシであることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。