JP4966043B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐き出しトナー像を像担持体に形成する画像形成装置に関する。詳しくは、吐き出しトナー像の形成に伴って像担持体または中間転写体からトナー像を記録材へ転写する転写部材に付着するトナーを除去する制御に関する。

帯電したトナーを用いて像担持体や中間転写体にトナー像を形成し、像担持体又は中間転写体に接触する転写ローラを用いて記録材に転写する画像形成装置が実用化されている。このような画像形成装置では、画質安定化を目的として、通常の画像形成を一時的に中断して、記録材に転写されない吐き出しトナー像を像担持体に形成して現像装置内のトナーを吐き出す吐き出し制御を採用している場合がある。

特許文献１には、二成分現像剤の流動性の低下やトナーの帯電量の異常等を防ぐために、通常の画像形成を一時的に中断して感光ドラムに吐き出しトナー像を形成する画像形成装置が示される。ここでは、所定枚数（１００枚）の画像形成を行うごとに、その期間を通じた総トナー消費不足量を求め、総トナー消費不足量に相当するトナー量の吐き出しトナー像を、帯電、露光を含む通常の画像形成プロセスにより形成する。吐き出しトナー像は、記録材に転写されることなく、感光ドラムに付設されたクリーニング装置によって除去される。そして、連続画像形成の期間を通じたトナー消費不足量は、画像データの濃度積算値を画像ごとに求め、基準濃度積算値（全面最大濃度の５％）との差分を所定枚数（１００枚）分積算して求めている。

また、吐き出しトナーが転写ローラに付着すると、吐き出し制御後の通常画像で、記録材の裏汚れを引き起す可能性がある。そこで、吐き出し制御後、毎回、一定時間だけ通常画像を待機させ、二次転写外ローラに付設されたクリーニング装置で吐き出しトナーを除去する提案がされた。

特願平７−２０２７１０号公報

しかし、このようにして定めたクリーニング時間は多くの場合、過剰であり、いたずらに通常画像を待機させて、画像形成装置の生産性を低下させる。いかなる場合にもクリーニング不良を残さないためには、最大の総トナー消費不足量に対応して形成される最長の吐き出しトナー像を想定して待機時間を設定する必要があるからである。

本発明の画像形成装置は、静電像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体のトナー像が転写される中間転写体と、前記像担持体から前記中間転写体へトナー像が転写される第１転写部を形成する第１転写部材と、前記第１転写部で像担持体のトナー像を前記中間転写体へ転写する第１転写電界を形成可能な第１電界形成手段と、前記中間転写体に接触して第２転写部を形成する第２転写部材と、前記第２転写部で前記中間転写体へ転写されたトナー像を記録材へ転写する第２転写電界を形成可能な第２電界形成手段と、前記像担持体に前記現像装置のトナーを吐き出す吐き出し制御手段と、前記第２転写部材に付着しているトナーのクリーニングを行うクリーニング装置と、前記吐き出し制御手段によって吐き出したトナーの量を、前記現像装置のトナー像形成履歴に応じて変更する第１変更手段とを有するものである。そして、吐き出したトナーに接触した前記中間転写体の領域が前記第２転写部を通過後に前記クリーニング装置が行うクリーニング時間を、前記第１変更手段によって変更された吐き出したトナーの量が少ない場合の方が当該吐き出したトナーの量が多い場合よりも短くなるように変更する第２変更手段を有するとともに、吐き出したトナーが前記第１転写部を通過中は、前記第１電界形成手段は前記第１転写電界と逆方向の電界を前記第１転写部に形成し、吐き出したトナーに接触した前記中間転写体の領域が前記第２転写部を通過中は、前記第２電界形成手段は、前記第２転写電界と同方向でかつ前記第２転写電界よりも絶対値が小さい電界を前記第２転写部に形成する。

別発明の画像形成装置は、静電像を担持する像担持体と、前記像担持体上の静電像を現像してトナー像を形成する現像装置と、前記像担持体のトナー像が転写される中間転写体と、前記像担持体から前記中間転写体へトナー像が転写される第１転写部を形成する第１転写部材と、前記第１転写部で像担持体のトナー像を前記中間転写体へ転写する第１転写電界を形成可能な第１電界形成手段と、前記中間転写体に接触して第２転写部を形成する第２転写部材と、前記第２転写部で前記中間転写体へ転写されたトナー像を記録材へ転写する第２転写電界を形成可能な第２電界形成手段と、前記像担持体に前記現像装置のトナーを吐き出す吐き出し制御手段とを有するものである。そして、吐き出したトナーが前記第１転写部を通過中は、前記第１電界形成手段は前記第１転写電界と逆方向の電界を前記第１転写部に形成し、吐き出したトナーに接触した前記中間転写体の領域が前記第２転写部を通過中は、前記第２電界形成手段は前記第２転写電界と同方向でかつ前記第２転写電界よりも絶対値が小さい電界を前記第２転写部に形成する。

本発明によれば、転写部材からトナーを除去する時間を最適化することが可能になり、転写部材からのトナー除去のために画像形成が中断される時間を短くすることができる。

以下、本発明のいくつかの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、吐き出し制御に起因する周辺部材の汚れのクリーニング完了を待機する限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。従って、タンデム型フルカラー画像形成装置のみならず、１つの像担持体に複数の現像装置を付設した画像形成装置、中間転写体又は記録材搬送体に付設した像担持体が３つ以下の画像形成装置でも実施できる。像担持体から記録材へトナー像を直接転写する画像形成装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１に示される現像装置の構成、二成分現像剤、プロセス制御等の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は中間転写ベルトの断面構成の説明図である。第１実施形態の画像形成装置１００は、中間転写ベルト１８１の直線区間にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄを配列したタンデム型フルカラー複写機である。

図１に示すように、中間転写体の一例である中間転写ベルト１８１は、駆動ローラ１２５、従動ローラ１２６、二次転写内ローラ１２７に掛け渡して支持される。駆動ローラ１２５は、不図示の駆動モータ（例えば、ステッピングモータ）によって回転駆動されて、中間転写ベルト１８１を矢印Ｘ方向に３０１ｍｍ／ｓｅｃの周速度で循環させる。図２に示すように、中間転写ベルト１８１は、樹脂層１８１ａ、弾性層１８１ｂ、表層１８１ｃの３層構造からなる弾性中間転写ベルトである。

図１に示すように、画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、中間転写ベルト１８１と感光ドラム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄとの間にそれぞれの転写部Ｔ１を形成している。画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄは、現像装置１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄで用いるトナーの色がイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと異なる以外は同様に構成されている。従って、画像形成部Ｐａについて詳細に説明して、画像形成部Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄについては、画像形成部Ｐａの構成部材の参照符号のａをｂ、ｃ、ｄに読み替えて理解されるものとする。

画像形成部Ｐａは、中間転写ベルト１８１とほぼ等しい周速度で回転するドラム状の電子写真感光体（感光ドラム１０１ａ）を備えている。像担持体の一例である感光体ドラム１０１ａは、アルミニウム製シリンダの外周面に有機光導電体層（ＯＰＣ）を塗布して構成される。感光体ドラム１０１ａは、その両端部をフランジによって回転自在に支持され、一方の端部に不図示の駆動モータから駆動力を伝達することにより、図中の反時計回り方向に回転される。

感光ドラム１０１ａの周囲には、帯電装置１２２ａ、露光装置１１１ａ、現像装置１２３ａ、転写ローラ１２４ａ、クリーニング装置１１２ａが配置されている。

帯電装置１２２ａは、静電像の形成に先立って感光ドラム１０１ａの表面を均一な電位に帯電する。帯電装置１２２ａは、感光体ドラム１０１ａ表面に当接回転するローラ状に形成された導電性ローラであって、不図示の電源から帯電電圧を印加される。

静電像形成手段の一例である露光装置１１１ａは、原稿のイエロー成分色の画像信号をパルス変調したレーザー光を回転ミラーで感光ドラム１０１ａの表面に走査して、イエロー成分色の静電像を書き込む。ただし、不図示の駆動回路により画像信号に応じて点灯制御されるＬＥＤアレイで置き換えてもよい。

現像装置の一例である現像装置１２３ａは、トナーボトル１３２ａから供給されたトナーを磁性キャリアに混合して帯電させ、像担持体上の一例である感光ドラム１０１ａ上の静電像に静電気的に付着させてトナー像に現像する。

第１実施形態では、トナーを負極性に帯電させて反転現像方式を採用している。例えば、帯電装置１２２ａは感光ドラム１０１ａの表面を負極性の−５００Ｖに帯電させ、露光装置１１１ａに露光された部分は−１５０Ｖまで帯電解除される。現像時には−３５０Ｖの現像電圧を用いて、感光ドラム１０１ａの帯電解除された部分に負極性に帯電したトナーを付着させる。

転写ローラ１２４ａは、中間転写ベルト１８１を介して感光ドラム１０１ａに常時圧接して、感光ドラム１０１ａと中間転写ベルト１８１との間に、転写部の一例である転写部Ｔ１を形成する。

電源手段の一例である転写電源（第１電界形成手段）Ｄ１ａは、トナーの正規の帯電極性と逆極性の一次転写電圧を転写ローラ１２４ａに出力して、感光ドラム１０１ａから中間転写ベルト１８１へトナー像を静電気的に移動させる。

クリーニング装置１１２ａは、感光ドラム１０１ａの表面にクリーニングブレードを摺擦させて、中間転写ベルト１８１へ転写されることなく転写部Ｔ１を通過した転写残トナーを除去する。

感光ドラム１０１ａの転写部Ｔ１で中間転写ベルト１８１に転写されたイエロー成分色のトナー像は、中間転写ベルト１８１の移動に伴って感光ドラム１０１ｂの転写部Ｔ１へ搬送される。このときまでに感光ドラム１０１ｂには、同様の手順でマゼンタ成分色のトナー像が形成されていて、転写部Ｔ１で、イエロー成分色のトナー像に位置を重ねて転写される。

同様にして、感光ドラム１０１ｃの転写部Ｔ１でシアン成分色のトナー像が位置を重ねて転写され、感光ドラム１０１ｄの転写部Ｔ１でブラック成分色のトナー像が位置を重ねて転写される。画像形成部Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄで転写された４色のトナー像は、中間転写ベルト１８１の移動に伴って二次転写部Ｔ２へ搬送されて記録材に一括二次転写される。給紙カセット１５０から１枚ずつ取り出された記録材は、レジストローラ１５３で待機し、中間転写ベルト１８１の４色のトナー像にタイミングを合わせてレジストローラ１５３から二次転写部Ｔ２へ送出される。

転写部材の一例である二次転写外ローラ１２９は、導電性のスポンジ状のゴムローラであって、中間転写ベルト１８１を介して二次転写内ローラ１２７に常時圧接して、中間転写ベルト１８１と二次転写外ローラ１２９との間にニップ部（二次転写部Ｔ２）を形成する。二次転写外ローラ１２９は、エピクロルヒドリンゴムのスポンジ層とソリッド層からなるゴムローラにフッ素コーティングを施した３層ローラである。

二次転写外ローラ１２９は接地電位に接続され、二次転写内ローラ１２７は、転写電源（第２電界形成手段）Ｄ２から転写電圧を印加される。これにより、二次転写内ローラ１２７と二次転写外ローラ１２９との間には、中間転写ベルト１８１上の４色のトナー像を記録材へ静電気的に移動させる転写電界が形成される。

二次転写部Ｔ２にて４色のトナー像が転写された記録材は、中間転写ベルト１８１から分離されて定着装置１１１に搬送される。定着装置１１１では、ヒータ１１１ｈによって加熱される定着ローラ１１１ｔと加圧ローラ１１１ｋとが形成する定着ニップで記録材を挟持搬送する。これにより、４色のトナー像に熱と圧力を加えて、トナー像を記録材の表面に定着させる。

二次転写部Ｔ２にて記録材に転写されることなく中間転写ベルト１８１に残った転写残トナーは、中間転写ベルト１８１の移動に伴ってクリーニング装置１１６へ搬送されて静電気的に除去される。上流側クリーニング部１１６Ａは、電源Ｄ４ａにより負極性に帯電されて回転する導電性ファーブラシを中間転写ベルト１８１に接触させて、転写残トナーの主成分である逆極性に帯電したトナーを吸着除去する。下流側クリーニング部１１６Ｂは、電源Ｄ４ｂにより正極性に帯電して回転する導電性ファーブラシを中間転写ベルト１８１に接触させて、上流側クリーニング部１１６Ａが負極性に帯電させたトナーを吸着除去する。

二次転写外ローラ１２９には、二次転写部Ｔ２で、常時圧接状態にある中間転写ベルト１８１から二次転写外ローラ１２９へ付着したトナーを静電気的に除去するクリーニング装置１４０が付設されている。

クリーニング装置１１６で除去されなかった未帯電（帯電量の少ない）トナーは、クリーニング装置１１６の下流側に配置されたクリーニング装置１３０に搬送されて除去される。クリーニング装置１３０は、所定の画像形成枚数ごとに数ｍｍ間欠送りされるロール状のクリーニングウエブを中間転写ベルト１８１に摺擦させて、クリーニングウエブの繊維でトナー粒子を捕捉する。クリーニングウエブの終端は、センサ１３１によって検知される。

通常画像形成時の転写部Ｔ１、二次転写部Ｔ２の転写電流設定を表１に示す。

制御部１１０は、非画像形成時に転写電源Ｄ１ａから複数段階の電圧を出力させて電流値を計測し、電流値の計測結果を用いて所定の転写電流３０μＡを流し得る転写電圧を演算し、画像形成時に定電圧で出力させる。このようなＡＴＶＣ定電圧制御を通じて、通常、転写電源Ｄ１ａは＋５００Ｖ〜＋１０００Ｖを転写ローラ１２４ａに出力して、感光ドラム１０１ａのトナー像を中間転写ベルト１８１へ一次転写させる。

制御部１１０は、非通紙時に転写電源Ｄ２から複数段階の電圧を出力させて電流値を計測し、電流値の計測結果を用いて所定の転写電流−５５〜−４５μＡを流し得る転写電圧を演算し、通紙時に定電圧で出力させる。このようなＡＴＶＣ定電圧制御を通じて、通常、転写電源Ｄ２は記録材に応じて調整される−１０００Ｖ〜−４０００Ｖを二次転写内ローラ１２７に出力して、中間転写ベルト１８１から記録材へ負極性のトナー像を二次転写させる。

クリーニング装置１４０の導電性ファーブラシ（１４３ａ、１４３ｂ：図４）には、１２．５μＡの定電流制御で正極性の電圧が印加され、接地電位に接続された二次転写外ローラ１２９から負極性に帯電したトナーを吸着除去する。

画像形成装置１００は、像担持体（１０１ａ）の非画像領域に現像装置１２３ａのトナーを吐き出す吐き出し制御手段（１１０）と、吐き出し制御手段によって吐き出される吐き出しトナーのトナー量を、現像装置１２３ａのトナー像形成履歴に応じて変更する第１変更手段（１１０）とを有する。また、吐き出しトナーが少ない場合にクリーニング装置１４０が転写部材（１２９）から吐き出しトナーを除去するクリーニング時間ｔ２が、吐き出しトナーが多い場合のクリーニング時間ｔ２よりも短くなるように、クリーニング時間ｔ２を変更する第２変更手段（１１０）を有する。制御部１１０が実行する図７のフローチャート中、吐き出し制御手段はステップＳ１８、第１変更手段はステップＳ１６、第２変更手段はステップＳ１７に対応している。

画像形成装置１００は、中間転写体（１８１）に沿って現像色が異なる複数の像担持体（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ）が配置される。そして、中間転写体（１８１）上で重なる領域に対応させて、複数の像担持体（１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ）に対してそれぞれの現像装置（１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ）からそれぞれの前記トナー量でトナーを吐き出す。

吐き出し制御手段（１１０）は、予め定めた回数の通常画像を出力するごとに、前記通常画像と同じプロセスで均一濃度同一幅の吐き出しトナー像を像担持体（１０１ａ）に形成する。第１変更手段（１１０）は、前記回数の画像形成を通じた総トナー消費不足量に相当する前記吐き出しトナー像の長さを設定する。

クリーニング装置１４０は、被清掃面に付着したトナーを静電気的に吸着除去する静電クリーニング装置である。

＜現像装置＞
図３は現像装置の部分的な構成の説明図である。図３に示すように、現像装置１２３ａは、トナーを担持して感光体ドラム１０１ａの静電像を現像する現像スリーブを２つ備えてプロセススピードの高速化に対応させたダブルギャップ型である。現像装置１２３ａは、負帯電特性のイエローの未使用トナーを収納したトナー収納部であるトナーボトル（１３２ａ：図１）から本体で消費しただけのトナーを補給される。

現像装置１２３ａ内には、磁性キャリアと外添剤とイエロートナーとが混合された二成分現像剤が充填され、回転して紙面と垂直な反対方向に現像剤を搬送する搬送スクリュー１６２、１６３が配置される。搬送スクリュー１６２の奥側でトナーボトル（１３２ａ：図１）から供給された未使用トナーは、搬送スクリュー１６２によって手前側に搬送される過程で、古い現像剤に混合攪拌されて搬送スクリュー１６３に受け渡される。

搬送スクリュー１６３は、回転して、現像剤を手前側から奥側へ搬送する過程で現像スリーブ１６１に現像剤を供給する。現像剤は、現像スリーブ１６１に薄層担持されて感光ドラム１０１ａとの対向面を通過して静電像を現像する。現像スリーブ１６１で使用された現像剤は、現像スリーブ１６０に受け渡されて薄層担持され、感光ドラム１０１ａとの対向面を通過して再度現像に使用される。現像に関与することなく、現像スリーブ１６０からあふれたトナーが搬送スクリュー１６２へ再循環する。

現像スリーブ１６０、１６１は、不図示の駆動部により回転駆動されて、中心に固定配置されたマグネットローラの外側で高速回転する。現像スリーブ１６０、１６１は、磁性キャリアとトナーとを含む現像剤をマグネットローラの磁極に対応する表面に穂立ち状態で担持して感光ドラム１０１ａに接触させる。現像スリーブ１６０、１６１には、不図示の現像電源から負極性の直流電圧と直流電圧よりも振幅の大きい交流電圧とを重畳した現像電圧が印加される。

現像装置１２３ａでは、連続的な画像形成が行われている間、搬送スクリュー１６２、１６３が回転し続け、トナーと磁性キャリアと外添剤とを混合し続けてトナーの帯電量を次第に増加させる。そして、トナーの帯電量、トナーに対する外添剤の付着状態、トナーの粒子形状、平均粒径等は、現像装置１２３ａへ一定量以上のトナー供給が行われることで正常に維持される。従って、印刷量の少ない画像形成が連続して現像装置１２３ａで一定量以上のトナー消費が行われないと、現像特性が悪化する。

具体的には、画像比率が２％以下の画像形成が続くと、トナーに適正な電荷が付与されず、画像のがさつき、濃度むら、かぶりなどの画像不良が発生する可能性が高まることが判明した。

そこで、画像形成装置１００では、画像形成を７０枚行うごとに、記録材に転写されない吐き出しトナー像を感光ドラム１０１ａに形成して、７０枚の画像形成期間を通じたトナー消費不足量を相殺している。

＜クリーニング装置＞
図４は二次転写外ローラに付設されたクリーニング装置の構成の説明図である。図４に示すように、二次転写外ローラ１２９は、中間転写ベルト１８１を挟んで二次転写内ローラ１２７に圧接されて約３０１ｍｍ／ｓｅｃの周速度（記録材の転写速度としてのプロセススピード３００ｍｍ／ｓｅｃに対応）で回転する。しかし、機構的には、二次転写外ローラ１２９とクリーニング装置１４０とは一体に中間転写ベルト１８１から離間可能に構成されていて、待機時やジャム復帰時には、二次転写部Ｔ２が離間される。

待機時は、二次転写外ローラ１２９の磨耗を回避するために離間される。記録材のジャム処理後の復帰動作には、中間転写ベルト１８１上に残った濃厚なトナー像に接触して、二次転写外ローラ１２９に大量のトナーが付着してしまうため、二次転写部Ｔ２は離間される。これにより、二次転写外ローラ１２９に大量のトナーが付着しないようにし、中間転写ベルト１８１上に残ったトナーは感光ドラム１０１ａに再転写させて回収する。

ただし、連続プリント中は、離間・接触動作による振動を防止するため、中間転写ベルト１８１の非画像部に対しても二次転写部Ｔ２は離間することなく、二次転写外ローラ１２９は常に中間転写ベルト１８１に接触して回転している。このため、連続プリント中の記録材が無い期間、いわゆる中間転写ベルト１８１上の紙間スペースでは、中間転写ベルト１８１に付着したトナーが二次転写外ローラ１２９に転写されてしまう。

そして、二次転写外ローラ１２９にトナーが付着した状態で次の画像形成を行うと、記録材の裏面にトナーが付着してそのまま定着されて裏汚れ不良となる。このため、二次転写外ローラ１２９には、柔軟な被清掃面からでも強力にトナーを除去できる静電ファーブラシ方式のクリーニング装置１４０が付設されている。

クリーニング装置１４０は、一対の導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂの外周の一部分を二次転写外ローラ１２９に接触させ、別の一部分を金属製の共通のバイアスローラ１４４に接触させている。導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂとバイアスローラ１４４とは、二次転写外ローラ１２９の回転機構から駆動力を分配されて回転する。導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂの回転方向は、二次転写外ローラ１２９と同一方向、バイアスローラ１４４の回転方向は導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂの回転方向と逆方向である。導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂは、二次転写外ローラ１２９と対向方向に４００ｒｐｍの回転速度で回転して二次転写外ローラ１２９の表面に付着したトナーを機械的に掻き落とす。

バイアスローラ１４４には、電源Ｄ５から１２．５μＡに定電流制御された正極性の電圧が印加される。導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂは、バイアスローラ１４４を介して正極性に帯電して、二次転写外ローラ１２９の表面に付着した負極性に帯電したトナーを電気的に除去する。導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂに電気的に付着したトナーは、電気的にバイアスローラ１４４へ受け渡された後に、クリーニングブレード１４５によって掻き落とされる。

図１に示すように、画像形成装置１００では、感光ドラム１０１ａに吐き出しトナー像を形成する際には、転写部Ｔ１で中間転写ベルト１８１に転写する際とは逆極性の転写阻止電圧を印加している。このため、吐き出しトナー像のほとんどは感光ドラム１０１ａ上に残り、感光ドラム１０１ａに付設されたクリーニング装置１１２ａにより清掃される。

しかし、転写阻止電圧を印加しても、吐き出しトナー像の全てのトナーを中間転写ベルト１８１に転写せずに感光ドラム１０１ａ上に残すことはできない。何故なら、転写部Ｔ１においては、０．１Ｎ程度の力で転写ローラ１２４ａが加圧されており、感光ドラム１０１ａの表面電位より転写されにくい電位設定になっていても、圧転写されるトナーがある。また、圧転写されるトナーの量は、中間転写ベルト１８１の表面の材質、表面状態にも影響され、一定量以上のトナーが中間転写ベルト１８１上に転写されてしまう。

そして、感光ドラム１０１ａに形成された吐き出しトナー像に接触して付着した中間転写ベルト１８１上のトナーは、中間転写ベルト１８１が二次転写部Ｔ２を通過する際に二次転写外ローラ１２９に付着する。

このため、中間転写ベルト１８１の吐き出しトナー像に接触した領域が二次転写部Ｔ２を通過した後に、二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間を設けて、通常の画像形成の開始を遅らせている。吐き出しトナー像に起因して二次転写外ローラ１２９に付着したトナーは、クリーニング時間の間に、クリーニング装置１４０によって除去される。

＜吐き出し制御＞
図５は吐き出し制御のタイムチャート、図６は連続画像形成期間の平均画像比率に対するクリーニング時間の関係の説明図である。

制御部１１０は、画像形成を７０枚連続して行うごとに、吐き出しトナー像を１枚形成して、７０枚の連続画像形成期間を通じた各色でのトナー消費不足量を相殺する。吐き出しトナー像は、感光ドラム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄのそれぞれにて、同一濃度、同一幅、各色のトナー消費不足量に相当した長さで、中間転写ベルト１８１上で重なるタイミングで並行して形成される。つまり、感光ドラム１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄには、現像装置１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄそれぞれのトナー像形成履歴に応じたばらばらのトナー量の吐き出しトナー像が形成される。画像７０枚を通じたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナー消費不足量に相当したばらばらの長さの吐き出しトナー像が形成される。吐き出し制御では、表２に示すように、転写部Ｔ１、二次転写部Ｔ２への印加電圧が表１から変更される。

制御部１１０は、吐き出し制御時、転写電源Ｄ１ａから通常の画像形成時とは逆極性の転写阻止電圧−２０００Ｖ〜−１０００Ｖを転写ローラ１２４ａに出力させる。これにより、感光ドラム１０１ａに形成された吐き出しトナー像は、常時圧接状態の感光ドラム１０１ａから中間転写ベルト１８１へ転写されることなく、転写部Ｔ１を素通りしてクリーニング装置１１２ａで除去される。

また、制御部１１０は、吐き出し制御時、吐き出しトナー像が二次転写部Ｔ２を通過する期間、転写電源Ｄ２から通常の画像形成時よりも低い転写阻止電圧−１００Ｖを二次転写外ローラ１２９に出力させる。

後述するように、吐き出しトナー像に接触した中間転写ベルト１８１の部分には、後述するように、正極性に帯電したトナーや未帯電（帯電量の少ない）トナーが付着している。従って、通常の画像形成時と逆極性の電圧を印加すると、正極性に帯電したトナーが二次転写外ローラ１２９へ効率的に転写されて、二次転写外ローラ１２９のトナー汚れをひどくする。

しかし、通常の画像形成時と同じ−１０００Ｖ〜−４０００Ｖを印加し続けると、中間転写ベルト１８１と二次転写外ローラ１２９との間で放電を生じて、これらのトナーが負極性に帯電される可能性が高くなる。そして、負極性に帯電したトナーは、二次転写内ローラ１２７に印加された負極性の転写電圧に応答して二次転写外ローラ１２９へ効率的に転写されて、二次転写外ローラ１２９のトナー汚れをひどくする。これらの理由で、二次転写外ローラ１２９への付着量が極小となる−１００Ｖを設定している。

図１を参照して図５に示すように、制御部１１０は、中間転写ベルト１８１上で所定間隔（１００ｍｍ）となる時間間隔で連続的に通常の画像形成を実行する。そして、７０枚目の画像形成が終了すると、同じ時間間隔を置いて、制御部１１０は、吐き出しトナー像のための露光時間ｔ１の露光を行って、長さＬ１の吐き出しトナー像を感光ドラム１０１ａに形成する。

そして、吐き出しトナー像の形成に続いて、制御部１１０は、二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間ｔ２を確保して、クリーニング時間ｔ２に相当する長さＬ２の非画像形成領域を感光ドラム１０１ａに形成する。

制御部１１０は、吐き出しトナー像の露光時間ｔ１とクリーニング時間ｔ２とを７０枚の連続画像形成を通じたトナー消費不足量に比例した長さに設定している。クリーニング時間ｔ２は、吐き出しトナー像が二次転写部Ｔ２を通過してから、記録材が二次転写部Ｔ２に到達するまでの時間である。ただし、実際には、二次転写部Ｔ２の電圧切り替えに要する若干の時間が付加される。クリーニング時間ｔ２中、クリーニング装置１４０の導電性ファーブラシ（１４３ａ、１４３ｂ：図４）には、必要なクリーニング電圧が印加され続ける。

従って、図６に示すように、吐き出しトナー像の長さＬ１および非画像形成領域の長さＬ２は、７０枚の連続画像形成を通じたトナー消費不足量、あるいは同期間を通じた基準ドット数以下の画像枚数に比例している。長さＬ１、Ｌ２は、同期間の総画像ドット数、総トナー消費量、および同期間の１枚当たりの画像比率の平均値である平均画像比率に逆比例している。

制御部１１０は、具体的には吐き出しトナー像を形成しないで済む画像比率（Ａ４縦送り最大濃度に換算した画像面積比率）を２％としている。そして、制御部１１０は、７０枚の連続画像形成を通じた平均画像比率αが２％を割り込んでいる場合に、画像比率の不足率（２−α）に定数を乗じて長さＬ１、Ｌ２を求める。さらに、制御部１１０は、長さＬ１に相当する露光時間ｔ１と長さＬ２に相当するクリーニング時間ｔ２とを設定する。

＜具体的な制御＞
図７は吐き出し制御のフローチャートである。図７中、吐き出し制御手段はステップＳ１８、第１変更手段はステップＳ１６、第２変更手段はステップＳ１７に対応している。

図１を参照して図７に示すように、ジョブが入力されると制御部１１０は画像形成を開始して（Ｓ１１）、出力設定された各色のトナー画像比率の計算、画像形成枚数の積算を行う（Ｓ１２）。

そして、各色の画像比率が設定された２％に対して不足するトナー量である差分を計算し、差分のトナー量が１００％相当になるまで（Ｓ１４のＮＯ）、画像形成を継続して印刷枚数分の差分を積算する（Ｓ２１〜Ｓ１３）。

そして、差分のトナー量が１００％相当になると（Ｓ１４のＹＥＳ）、画像形成枚数がＰＰＭ（７０枚）以上に達したかを判定する（Ｓ１５）。７０枚に達すると（Ｓ１５のＹＥＳ）、吐き出しトナー像で消費するトナーの量を計算し（Ｓ１６）、吐き出しトナー像のトナー量に応じて二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間を計算する（Ｓ１７）。

例えば、ベタ白画像を連続通紙した場合、不足率は２％なので、５０枚で最大濃度Ａ４ベタ画像１枚分の吐き出しトナー像を形成する必要がある。しかし、最大濃度では、転写部Ｔ１で中間転写ベルト１８１に付着するトナー量が過剰になるので、１／２最大濃度でＡ３ベタ画像１枚を吐き出しトナー像として形成する。

また、画像形成装置１００は、毎分７０枚のＡ４画像を形成する７０ｐｐｍ仕様なので、Ａ４画像７０枚未満で１００％に達した場合は７０枚通紙した後に吐き出しトナー像を形成する。

従って、７０枚目と７１枚目の画像の間に、図６に示すように、「７０枚／５０枚×Ａ３長さ＝５８８ｍｍ」の吐き出しトナー像を１／２最大濃度にて形成する。そして、この時の２次転写外ローラ１２９のクリーニング時間は３．３５秒（紙間１００８ｍｍ相当）とする。

例えば、１％の画像比率の画像を連続通紙した場合、Ａ４画像１００枚でＡ３ベタ画像１枚分の吐き出しトナー像を１／２最大濃度にて形成する必要がある。従って、７０枚目と７１枚目の画像の間に、図６に示すように、「７０枚／１００枚×Ａ３長さ＝２９４ｍｍ」の画像を吐き出しトナー像として形成する。そして、この時の二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間は１．６９秒（紙間５０８ｍｍ相当）とする。

このように画像比率によって消費するトナー量とクリーニング時間とを変更し、吐き出しトナー像が短い場合にはクリーニング時間を短くすることで、画像形成装置１００の生産性をアップさせている。

７０枚目の画像形成終了後、吐き出しトナー像を形成する吐き出し制御を実行し（Ｓ１８）、二次転写部Ｔ２に吐き出しトナー像から中間転写ベルト１８１へ付着したトナーが来るタイミングで二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間を待機する（Ｓ１９）。画像間で吐き出しトナー像が形成された場合、画像比率の不足率の積算値をリセットする（Ｓ２０）。

ジョブがまだ続く場合（Ｓ２１のＮＯ）は、次の画像形成に戻り（Ｓ１１）、ジョブが終了するまで（Ｓ２１のＹＥＳ）続けられる。

なお、管理者は、画像形成装置１００（制御部１１０）に接続された不図示の管理用端末装置を通じて、任意に次の設定ができる。生産性を優先させる場合には、吐き出しトナー像の消費トナー積算を開始する画像比率の設定（２％）を例えば１．５％に変更することができる。また、吐き出しトナー像のトナー量に対する二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間の比率関係を長さと時間との両方で設定でき、環境や清掃部材の耐久状態により最適な待機時間に変更できる。

＜第２実施形態＞
図８は第２実施形態における吐き出し制御のフローチャートである。第２実施形態は、第１実施形態の画像形成装置１００をそのまま用いて、制御部１１０で実行する吐き出し制御の一部分を変更している。従って、ここでは、図１〜図６を併せて参照して説明し、図８中、図７と共通するステップには、共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図１に示すように、画像形成装置１００は、画像形成部Ｐｄの下流側で中間転写ベルト１８１に対向させて、実測手段の一例である光学式センサ１５１を配置している。光学式センサ１５１は、中間転写ベルト１８１上のトナー濃度に応じた出力を制御部１１０に入力する。第２実施形態では、制御部１１０が、中間転写ベルト１８１の吐き出しトナー像に接触した領域を光学式センサ１５１で検知して、二次転写外ローラ１２９に付着するトナー量を見積もる。そして、見積もり量が多い場合には、図４に示す二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間ｔ２を延長し、見積もり量が少ない場合には、クリーニング時間ｔ２を短縮する。

中間転写ベルト１８１、感光ドラム１０１ａ、現像装置１２３ａ等の構成部品の劣化具合や環境条件によって、転写部Ｔ１で感光ドラム１０１ａから中間転写ベルト１８１へ転写されるトナーの量が変化する。従って、いかなる場合にも吐き出しトナー像に起因して二次転写外ローラ１２９に付着したトナーを十分に除去させるためには、構成部品の最悪の劣化具合と最悪の環境条件とを想定したクリーニング時間ｔ２を設定する必要がある。しかし、このようなクリーニング時間ｔ２は、画像形成装置１００の新品期間や通常の環境条件では過剰となって、画像形成装置１００の生産性を低下させる。

そこで、第２実施形態では、中間転写体上の一例である中間転写ベルト１８１上の吐き出しトナーを検知する光学式センサ１５１を設けた。制御部１１０は、光学式センサ１５１の出力変化に基づいて、構成部品の劣化具合や環境条件を考慮することなく、吐き出しトナー像に起因して二次転写外ローラ１２９に付着するトナー量を見積もる。クリーニング装置１４０が除去すべきトナー量を正確に見積もることで、クリーニング時間ｔ２を最適化して、無意味に次の画像形成が遅れることを回避している。

図８に示すように、制御部１１０は、吐き出しトナー像の形成後（Ｓ１８）、中間転写ベルト１８１の吐き出しトナー像に接触した領域が光学式センサ１５１に到達するのを待ってトナー濃度（トナー量）を測定する（Ｓ３１）。そして、実測したトナー濃度をしきい値と比較して（Ｓ３２）、二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間を補正する（Ｓ３３）。そして、二次転写部Ｔ２にトナーが来るタイミングで二次転写外ローラ１２９のクリーニング待機を実施して（Ｓ１９）、差分の積算値をリセットする（Ｓ２０）。言い換えれば、補正したクリーニング時間の経過後に通常の画像形成を再開させる（Ｓ２１〜Ｓ１４）。

これにより、二次転写外ローラ１２９のクリーニング時間に対してトナー濃度が高すぎる場合にはクリーニング時間ｔ２が延長され、低すぎる場合にはクリーニング時間ｔ２が短縮される。現像剤の劣化による画像不良を防止しながら、生産性を極力落とさずに最適なクリーニングを行うことができ、記録剤Ｐへの裏汚れを防ぐことができる。

第２実施形態の画像形成装置は、前記中間転写体（１８１）上の吐き出しトナーを検知する検知手段（１５１）を有する。第２変更手段（１１０）は、前記検知手段（１５１）の検知結果に基づいて、クリーニング時間ｔ２を変更する。

＜第３実施形態＞
図９は第３実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。第３実施形態の画像形成装置２００は、中間転写ベルトを備えず、感光ドラム１０１ａに形成したトナー像を転写ローラ１２４ａとのニップ部（転写部Ｔ１）で記録材に直接転写する。第３実施形態は、第１実施形態の画像形成装置１００の画像形成部Ｐａを用いて単色の画像形成を行うもので、図９中、第１実施形態と共通する構成には図１と等しい符号を付して重複する説明を省略する。

図９に示すように、画像形成装置２００は、回転する感光ドラム１０１ａの表面を帯電装置１２２ａにより一様に帯電させ、露光装置１１１ａで走査露光して画像の静電像を書き込む。現像装置１２３ａは、帯電したトナーを静電像に付着させてトナー像に現像する。

トナー像は感光ドラム１０１ａの回転に伴って、感光ドラム１０１ａに転写ローラ１２４ａを圧接させた転写部Ｔ１に搬送される。一方、記録材は、給紙カセット１５０から１枚ずつ取り出されてレジストローラ１５３で待機し、トナー像にタイミングを合わせて転写部Ｔ１へ送出される。

転写部Ｔ１では、転写電源Ｄ１ａからトナーの帯電極性と逆極性の転写電圧が出力され、トナー像に重ねて挟持搬送される記録材に、感光ドラム１０１ａからトナー像が直接転写される。

現像装置１２３ａでは、トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現像剤を攪拌してトナーに所定の帯電量を付与している。このため、画像比率が２％以下の画像形成が続くと、トナーに適正な電荷が付与されず、画像のがさつき、濃度むら、かぶりなどの画像不良が発生する可能性が高まることが判明した。

そこで、画像形成装置２００でも、画像形成を７０枚行うごとに、記録材に転写されない吐き出しトナー像を感光ドラム１０１ａに形成して、７０枚の画像形成期間を通じた総トナー消費不足量を相殺している。

図９を参照して図５に示す（ただし、中間転写ベルト１８１を感光ドラム１０１ａに読み替える）ように、感光ドラム１０１ａには、所定の紙間距離を置いて連続的に通常画像のトナー像が形成される。そして、７０枚目のトナー像に続いて、吐き出しトナー像が感光ドラム１０１ａに形成されると、吐き出しトナー像が転写部Ｔ１を通過する間、転写ローラ１２４ａには、トナーの帯電極性と等しい転写阻止電圧が印加される。これにより、吐き出しトナー像の大部分は、転写ローラ１２４ａに付着することなく、転写部Ｔ１を素通りしてクリーニング装置１１２ａによって除去される。

しかし、一部の吐き出しトナーは、転写ローラ１２４ａに付着して、次の通常画像のトナー像を記録材へ転写した際に、記録材の裏汚れを発生する可能性がある。

そこで、吐き出しトナー像を形成するための時間ｔ１の露光処理後、感光ドラム１０１ａの回転を継続して、可変のクリーニング時間ｔ２を待機させた後に、次の７１枚目の通常画像の露光処理を開始する。これにより、感光ドラム１０１には、長さＬ１の吐き出しトナー像に続く長さＬ２の空白領域が形成される。

吐き出しトナー像の長さＬ１と空白領域の長さＬ２とは、図６に示すように、制御部１１０が、７０枚の連続画像形成期間における平均画像比率の２％に満たない不足率に比例して変更する。

例えば、画像比率１％の画像を連続通紙した場合、７０枚ではベタ黒画像分の７０％であり、ベタ黒１枚分の７０％のトナー量（７０枚／１００枚×Ａ３長さ＝２９４ｍｍ）の吐き出しトナー像を形成する必要がある。この時の転写ローラ１２４ａのクリーニング時間は１．６７秒（５０４ｍｍ相当）とする。

これにより、吐き出しトナーが付着した転写ローラ１２４ａは、クリーニング時間ｔ２の間にクリーニング装置１４０によってクリーニングされる。ただし、回転する一対の導電性ファーブラシ１４３ａ、１４３ｂは、別々のバイアスローラ１４４ａ、１４４ｂを経由して負極性と正極性とにそれぞれ帯電させ、転写ローラ１２４ａから両極性のトナーを除去できるようにしている。

これにより、毎回の吐き出しトナーのトナー量の実態に即した実用的なクリーニング時間ｔ２が設定されるので、吐き出しトナーによる転写ローラ１２４ａの汚れのクリーニング完了を過剰に待たないで済む。

これにより、０％の画像比率で７０枚の連続画像形成を想定した１００８ｍｍ送り相当のクリーニング時間を用いる場合よりも通常画像を平均的に早期に再開でき、画像形成装置２００の実働時間が増して生産性が高まる。

画像形成装置２００は、像担持体（１０１ａ）の非画像領域に現像装置１２３ａのトナーを吐き出す吐き出し制御手段（１１０）と、吐き出し制御手段（１１０）によって吐き出される吐き出しトナーのトナー量を現像装置１２３ａのトナー像形成履歴に応じて変更する第１変更手段（１１０）とを有する。また、吐き出しトナーが少ない場合にクリーニング装置１４０が転写部材（１２４ａ）から吐き出しトナーを除去するクリーニング時間ｔ２が、吐き出しトナーが多い場合のクリーニング時間ｔ２よりも短くなるように、クリーニング時間ｔ２を変更する第２変更手段（１１０）を有する。制御部１１０が第１実施形態と同様に実行する図７のフローチャート中、吐き出し制御手段はステップＳ１８、第１変更手段はステップＳ１６、第２変更手段はステップＳ１７に対応している。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 中間転写ベルトの断面構成の説明図である。 現像装置の部分的な構成の説明図である。 二次転写外ローラに付設されたクリーニング装置の構成の説明図である。 吐き出し制御のタイムチャートである。 連続画像形成期間の平均画像比率に対するクリーニング時間の関係の説明図である。 吐き出し制御のフローチャートである。 第２実施形態における吐き出し制御のフローチャートである。 第３実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。

符号の説明

Ｔ１ 転写部
Ｔ２ 二次転写部
Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ、Ｄ１ｃ、Ｄ１ｄ 転写電源
Ｄ２ 転写電源
Ｄ３ａ 現像電源
Ｄ４ａ、Ｄ４ｂ、Ｄ５ 電源
１００、２００ 画像形成装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、１０１ｄ 像担持体（感光ドラム）
１１０ 吐き出し制御手段、第１変更手段、第２変更手段（制御部）
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ 静電像形成手段（露光装置）
１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ 帯電装置
１２３ａ、１２３ｂ、１２３ｃ、１２３ｄ 現像装置
１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ 転写部材（転写ローラ）
１２５ 駆動ローラ
１２６ 従動ローラ
１２７ 二次転写内ローラ
１２９ 転写部材（二次転写外ローラ）
１３０ クリーニング装置
１４０ クリーニング装置
１４３ａ、１４３ｂ 導電性ファーブラシ
１４４ バイアスローラ
１４５ クリーニングブレード
１５０ 給紙カセット
１５１ 実測手段（光学式センサ）
１５３ レジストローラ
１６０、１６１ 現像スリーブ
１６２、１６３ 搬送スクリュー
１８１ 中間転写体（中間転写ベルト）

Claims (4)

1. 静電像を担持する像担持体と、
   前記像担持体上の静電像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
   前記像担持体のトナー像が転写される中間転写体と、
   前記像担持体から前記中間転写体へトナーが転写される第１転写部を形成する第１転写部材と、
   前記第１転写部で像担持体のトナー像を前記中間転写体へ転写する第１転写電界を形成可能な第１電界形成手段と、
   前記中間転写体に接触して第２転写部を形成する第２転写部材と、
   前記第２転写部で前記中間転写体へ転写されたトナー像を記録材へ転写する第２転写電界を形成可能な第２電界形成手段と、
   前記像担持体に前記現像装置のトナーを吐き出す吐き出し制御手段と、
   前記第２転写部材に付着しているトナーのクリーニングを行うクリーニング装置と、
   前記吐き出し制御手段によって吐き出したトナーの量を、前記現像装置のトナー像形成履歴に応じて変更する第１変更手段と、を有する画像形成装置において、
   吐き出したトナーに接触した前記中間転写体の領域が前記第２転写部を通過後に前記クリーニング装置が行うクリーニング時間を、前記第１変更手段によって変更された吐き出したトナーの量が少ない場合の方が当該吐き出したトナーの量が多い場合よりも短くなるように変更する第２変更手段を有するとともに、
   吐き出したトナーが前記第１転写部を通過中は、前記第１電界形成手段は前記第１転写電界と逆方向の電界を前記第１転写部に形成し、
   吐き出したトナーに接触した前記中間転写体の領域が前記第２転写部を通過中は、前記第２電界形成手段は、前記第２転写電界と同方向でかつ前記第２転写電界よりも絶対値が小さい電界を前記第２転写部に形成することを特徴とする画像形成装置。
2. 静電像を担持する像担持体と、
   前記像担持体上の静電像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
   前記像担持体のトナー像が転写される中間転写体と、
   前記像担持体から前記中間転写体へトナー像が転写される第１転写部を形成する第１転写部材と、
   前記第１転写部で像担持体のトナー像を前記中間転写体へ転写する第１転写電界を形成可能な第１電界形成手段と、
   前記中間転写体に接触して第２転写部を形成する第２転写部材と、
   前記第２転写部で前記中間転写体へ転写されたトナー像を記録材へ転写する第２転写電界を形成可能な第２電界形成手段と、
   前記像担持体に前記現像装置のトナーを吐き出す吐き出し制御手段と、
   を有する画像形成装置において、
   吐き出したトナーが前記第１転写部を通過中は、前記第１電界形成手段は前記第１転写電界と逆方向の電界を前記第１転写部に形成し、
   吐き出したトナーに接触した前記中間転写体の領域が前記第２転写部を通過中は、前記第２電界形成手段は前記第２転写電界と同方向でかつ前記第２転写電界よりも絶対値が小さい電界を前記第２転写部に形成することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記第２転写部材に付着しているトナーのクリーニングを行うクリーニング装置と、
   前記吐き出し制御手段によって吐き出したトナーの量を、前記現像装置のトナー像形成履歴に応じて変更する第１変更手段と、
   前記領域が前記第２転写部を通過後に前記クリーニング装置が行うクリーニング時間を、前記第１変更手段によって変更された吐き出したトナーの量が少ない場合の方が当該吐き出したトナーの量が多い場合よりも短くなるように変更する第２変更手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記クリーニング装置は、被クリーニング面に付着したトナーを静電気的に吸着除去する静電クリーニング装置であることを特徴とする請求項１又は３に記載の画像形成装置。

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