JP2008281786A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トナーの消費量を極力抑え、トナーを潤滑剤として用いて色ずれを小さくすることのできる画像形成装置及び画像形成方法を得る。
【解決手段】４サイクル方式のカラープリンタにおいて、中間転写ベルトに残留したトナーを除去するクリーナブレードは中間転写ベルトに対して接離可能に設置されている。このブレードは、１色目のＹ画像が中間転写ベルト上に１次転写されているタイミングＴ１にて中間転写ベルトから離間し、その後は離間状態を保持し、４色目のＫ画像が１次転写されているタイミングＴ２にて中間転写ベルトに圧接する。Ｋ画像後端部分Ｋ’に画像が存在し、かつ、領域Ｙ’，Ｍ’，Ｃ’，Ｋ’の４色積算トナー量が所定の閾値よりも少ない場合に、中間転写ベルトの非画像形成領域Ｙ”，Ｍ”，Ｃ”，Ｋ”に潤滑剤としてトナーを付与する。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置及び画像形成方法、特に、電子写真法によるカラーの画像形成装置及び画像形成方法に関する。

一般に、電子写真法による複写機やプリンタなどのカラー画像形成装置として、一つの感光体に順次形成される４色のトナー画像を中間転写ベルト上に順次１次転写して合成し、該合成画像を記録媒体上に２次転写する４サイクル方式が知られている。

この種の４サイクル方式の画像形成装置において、中間転写ベルトから残留トナーを除去するためのクリーナブレードは１次転写されたトナー画像が通過中は中間転写ベルトから離間され、２次転写後に中間転写ベルトに圧接するように駆動される。また、２次転写ローラも４色目トナー画像が１次転写された後に中間転写ベルトに圧接するように駆動される。

中間転写ベルトにポリカーボネートなどの剛性を有する材料を用いた場合、クリーナブレードや２次転写ローラが接離する際に、中間転写ベルトの撓みが変化し、１次転写部におけるベルト移動速度が変動する不具合を有していた。その結果、４色間での色ずれが発生していた。特に、クリーナブレードの接離による色ずれが顕著であり、クリーナブレードと中間転写ベルトとの摩擦力が上昇すると、接離時（特に、圧接する際）の速度変動が大きくなる傾向にある。

クリーナブレードの圧接動作に起因する色ずれ防止のため、従来では、特許文献１，２，３に記載されているように、定期的に中間転写ベルト上にトナーを供給してクリーナブレードとの摩擦力を低減させることが提案されている。トナーは滑材などを含むため、クリーナブレードと中間転写ベルトとの摩擦力を低減させる効果があることに着目した対策である。

しかしながら、前述の対策では、中間転写ベルトの非画像形成領域に常時２次転写されないトナーを供給するため、トナーの消費量が膨大になるという問題点を有している。確かに、色ずれは解決されるが、トナーの消費量が必要以上に増加することは好ましい対策ではない。
特開２００５−１０６９１９号公報 特開２００５−２５０２１５号公報 特開２００４−２６４７００号公報

そこで、本発明の目的は、トナーの消費量を極力抑えつつ、トナーを潤滑剤として用いて色ずれを小さくすることのできる画像形成装置及び画像形成方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、
一つの感光体に順次形成される４色のトナー画像を中間転写ベルト上に順次１次転写して合成し、該合成画像を記録媒体上に２次転写する４サイクル方式の画像形成装置において、
前記中間転写ベルトに残留したトナーを除去するクリーナ部材と、
前記クリーナ部材を前記中間転写ベルトに圧接／離間させる駆動手段と、
画像形成処理を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、４色目画像後端部分のクリーナ部材圧接領域に画像が存在し、かつ、４色の各画像形成領域であって圧接開始部から画像後端までの４色積算トナー量が所定の閾値より少ない場合に、クリーナ部材圧接開始部から少なくとも画像後端までの中間転写ベルト上の非画像形成領域に潤滑剤としてトナーを付与すること、
を特徴とする。

本発明に係る画像形成方法は、
一つの感光体に順次形成される４色のトナー画像を中間転写ベルト上に順次１次転写して合成し、該合成画像を記録媒体上に２次転写する４サイクル方式の画像形成方法において、
１色目の画像が前記中間転写ベルト上に１次転写されている第１のタイミングにてクリーナ部材が中間転写ベルトから離間し、４色目の画像が１次転写されている第２のタイミングでクリーナ部材が中間転写ベルトに圧接し、
４色目画像後端部分のクリーナ部材圧接領域に画像が存在し、かつ、４色の各画像形成領域であって圧接開始部から画像後端までの４色積算トナー量が所定の閾値より少ない場合に、クリーナ部材圧接開始部から少なくとも画像後端までの中間転写ベルト上の非画像形成領域に潤滑剤としてトナーを付与すること、
を特徴とする。

本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法においては、クリーナ部材が中間転写ベルトに圧接する際に生じる中間転写ベルトの速度変動を、中間転写ベルトの非画像形成領域にトナーを付与してクリーナ部材との摩擦力を低減することで減少させ、色ずれを未然に防止する。クリーナ部材が中間転写ベルトに圧接するタイミングは、通常、４色目画像後端部分が１次転写部を通過中であり、４色目画像後端部分の色ずれが目立ちやすい。そこで、潤滑剤としてのトナーを付与するのは、４色目画像後端部分のクリーナ部材圧接領域に画像が存在し、かつ、４色の画像形成領域であって圧接開始部から画像後端までの４色積算トナー量が所定の閾値より少ない場合とした。これにて、トナーの消費量を極力抑えることができる。

中間転写ベルトとクリーナ部材との摩擦力は、クリーナ部材圧接領域での残留トナー量、環境条件（温度、湿度など）、耐久条件（中間転写ベルトの累積稼働時間など）に応じて変化する。そこで、前記４色積算トナー量、環境条件、耐久条件の少なくともいずれか一つに基づいて決定することが好ましい。

以下、本発明に係る画像形成装置及び画像形成方法の実施例について添付図面を参照して説明する。

（カラープリンタの概略構成）
図１に、本発明に係る画像形成装置の一実施例であるカラープリンタ１の概略構成を示す。このカラープリンタ１は、概略、感光体ユニット１０、現像ユニット１５、中間転写ユニット２０、レーザ走査ユニット１４、定着ユニット４５及び給紙ユニット４０を備えている。

感光体ユニット１０は、感光体ドラム１１、帯電器１２、クリーナブレード１３などを備えている。現像ユニット１５は、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色の現像器１６（１６Ｙ，１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋ）を支軸１７を中心に一体的に矢印Ａ方向に回転可能に設置したものである。中間転写ユニット２０は、中間転写ベルト２１を駆動ローラ２２、従動ローラ２３、テンションを付与するコイルばね２８を備えたローラ２４にエンドレス状に矢印Ｂ方向に回転可能に保持したもので、巻付けローラ２５及び１次転写ローラ２６を備えている。さらに、残留トナーのクリーナブレード３０を備えている。

画像の形成は、まず、画像データが外部のコンピュータなどから入力され、４色の画像がＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの順にレーザ走査ユニット１４から感光体ドラム１１に対して露光され（静電潜像の形成）、各色の現像器１６によって現像（トナー像化）される。このトナー像は１色ごとに１次転写ローラ２６から付与される電界によって中間転写ベルト２１上に１次転写され、４色の画像が中間転写ベルト２１上に重ね合わされる。

１次転写における４色のトナー画像の色合わせは、中間転写ベルト２１の一側部に形成した検知孔を位置検出センサＳＥ１（図４参照）で検出し、各感光体ドラム１１への画像書出しタイミングを合わせることで行われる。

一方、用紙は、給紙ユニット４０から給紙ローラ４１にて１枚ずつ給紙され、搬送ローラ対４２を経て、駆動ローラ２２にて支持されている中間転写ベルト２１と２次転写ローラ２７とのニップ部に搬送され、２次転写ローラ２７から付与される電界によって中間転写ベルト２１から合成画像が２次転写される。その後、用紙は定着ユニット４５にてトナーの加熱定着を施され、排出ローラ対５から排紙トレイ６上に排出される。

なお、それぞれの作像用ユニットの構成やその作用は従来周知であり、その詳細な説明は省略する。

（中間転写ユニット）
クリーニングブレード３０は、図２に示すように、クリーナブレード接離機構３１にて中間転写ベルト２１に対して以下に説明する所定のタイミングで圧接／離間される。クリーナブレード接離機構３１は、クリーナブレード３０を保持するブラケット３２とコイルばね３４とカム３５と図示しないモータとで構成されている。

即ち、ブラケット３２は支軸３３を支点として回動自在であり、コイルばね３４にて矢印Ｃ方向に弾性的に付勢されている。カム３５は支軸３６を介して図示しないモータに連結され、その外周面にはブラケット３２の側面３２ａがコイルばね３４のばね力にて弾性的に圧接している。カム３５の小径部が側面３２ａに当接しているとき、クリーナブレード３０は中間転写ベルト２１に圧接し、この圧接力はコイルばね３４により付与されている。一方、カム３５が９０°回転駆動されると、カム３５の大径部が側面３２ａに当接し、ブラケット３２が支軸３３を支点として矢印Ｃとは逆方向に回動し、クリーナブレード３０は中間転写ベルト２１から離間する。

クリーナブレード３０は、１次転写されたトナー画像が通過中は中間転写ベルト２１から離間され、２次転写後に中間転写ベルト２１に圧接する。具体的には、クリーナブレード３０は、通常、中間転写ベルト２１に圧接した状態にセットされ、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、画像形成処理が開始され、１色目のＹトナー画像が１次転写されている途中のタイミングＴ１にて中間転写ベルト２１から離間し、その後は離間状態を保持し、４色目のＫトナー画像が１次転写されている途中のタイミングＴ２にて中間転写ベルト２１に圧接し、残留トナーを除去する。

中間転写ベルト２１上に１次転写されたトナー画像は、４色目のＫトナー画像が１次転写された後に、前述のごとく用紙上に２次転写される。従って、２次転写ローラ２７も前記接離機構３１と同様の接離機構（図示せず）を備え、２次転写が行われる領域でのみ中間転写ベルト２１に圧接される。

（制御部）
ここで、プリンタの制御部について図４を参照して説明する。この制御部は、ＣＰＵ５０を中心として構成され、ＣＰＵ５０には入力された画像データの各色の画素数をカウントする画素カウンタＣＬ、温度や湿度などの環境条件検出センサＳＥ２（図１参照）、プリントの累積枚数などをカウントする耐久カウンタＴＣなどからの信号が入力される。また、ＣＰＵ５０はクリーナブレード接離機構３１や２次転写ローラ２７の接離機構を含めて画像形成駆動機構を制御する。

（色ずれの発生）
クリーニングブレード３０は例えばウレタンゴムからなる。また、中間転写ベルト２１は、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミドなどの樹脂材料からなり、剛性を有している。ここで、中間転写ベルト２１の剛性とは、ヤング率１〜５ＧＰａ程度を意味する。ちなみに、ゴムのヤング率は１．５〜５ＭＰａ程度である。

中間転写ベルト２１が剛性を有する材料からなると、クリーナブレード３０が接離する際に、中間転写ベルト２１の撓みが変化し、１次転写部におけるベルト移動速度が変動する。通常、図３に実線で示すように張り渡された状態で移動している中間転写ベルト２１は、クリーナブレード３０が圧接する際には、点線で示すように撓むことになる。このように、中間転写ベルト２１の撓みが変化して移動速度が変動すると、４色の画像間で色ずれが発生する。

このような色ずれの様子を図６を参照して説明する。図６はＡ４サイズの用紙を長辺方向に連続的に通紙させて画像を形成した場合を模式的に示し、曲線Ｍ−ＣはＭ画像とＣ画像との色ずれ、曲線Ｍ−ＫはＭ画像とＫ画像との色ずれ、曲線Ｍ−ＹはＭ画像とＹ画像との色ずれを示している。Ｙ画像は１次転写している間に２次転写ローラ２７とクリーナブレード３０が離間するので、接離動作が生じないＭ画像やＣ画像に対して色ずれが生じる。また、Ｋ画像も１次転写している間に２次転写ローラ２７とクリーナブレード３０が圧接するので色ずれが生じる。

図６から明らかなように、１枚のカラー画像では、画像の後端部においてクリーナブレード３０の接離によるＹ画像とＫ画像の色ずれがかなり大きくなってしまう。本実施例は、以下に説明するように、クリーナブレード３０が圧接する際の色ずれ（図６に符号Ｇで示す領域）を極力小さくし、色ずれの拡大を解消する。

図７に、クリーナ部（クリーナブレード３０が中間転写ベルト２１に圧接する部分）のトルクとＫ画像の色ずれ量の関係を実測した結果を示す。実測タイミングによって多少のばらつきが出ているが、トルクが大きくなると、中間転写ベルト２１の撓み量が大きくなり、その結果、色ずれ量も大きくなる傾向にある。

また、図８に、中間転写ベルト２１とクリーナブレード３０との摩擦係数μの環境条件（低温・低湿、常温・常湿、高温・高湿）による依存性を実測した結果を示す。実測タイミングによって多少のばらつきが出ているが、摩擦係数μは温度・湿度ともに高くなるに伴って大きくなる傾向にある。

その他、摩擦力が大きくなる原因としては、画像形成領域に対する画像の占める割合（以下、カバレッジと称する）がある。カバレッジとは平均化した単位面積当たりのトナー量でもある。トナーは摩擦力を小さくする潤滑剤として機能するため、カバレッジが小さくなるに従ってクリーナブレード３０と中間転写ベルト２１との摩擦力が大きくなる傾向にある。また、中間転写ベルト２１による画像形成の累積枚数が多くなり、その表面が荒れると摩擦力が大きくなる。

（色ずれの解消）
そこで、本実施例においては、Ｋ画像後端部分のクリーナブレード圧接領域（図５（Ａ）の符号Ｋ’参照）に画像が存在し、かつ、４色の各画像形成領域であって圧接開始部から画像後端まで（図５（Ａ）の符号Ｙ’，Ｍ’，Ｃ’，Ｋ’参照）の４色積算トナー量が所定の閾値より少ない場合に、クリーナブレード圧接開始部から画像後端までの中間転写ベルト２１上の非画像形成領域（図５（Ｂ）の符号Ｙ”，Ｍ”，Ｃ”，Ｋ”参照）に潤滑剤としてトナーを付与する。クリーナブレード３０の圧接領域Ｙ”，Ｍ”，Ｃ”，Ｋ”にトナーが余分に付与されていることにより、トナーによる潤滑効果（ブレード３０とベルト２１との低摩擦力化）が発生し、図６に符号Ｇで示した画像後端部領域でのＫ画像の色ずれが低減し、４色全体での色ずれが小さくなる。

トナーが潤滑剤として機能するのは、金属石鹸であるステアリン酸亜鉛やステアリン酸カルシウムがトナーに添加されていることによる。

潤滑剤としてのトナーは４色の画像に対してその非画像形成領域Ｙ”，Ｍ”，Ｃ”，Ｋ”の全てに付与してもよく、あるいは、任意の画像の非画像形成領域に付与してもよい。４色のトナーのうち潤滑剤成分の含有量の多いトナーを選択して付与してもよく、あるいは、トナー残量の多い現像器１６からの付与を優先させてもよい。また、潤滑剤として付与するトナー量は、クリーナブレード３０と中間転写ベルト２１との摩擦力の変動に応じて調整してもよい。即ち、前記４色積算トナー量、温度・湿度などの環境条件、中間転写ベルト２１の表面荒れの程度（ベルト２１によるプリント累積枚数＝耐久時間）に応じて決定してもよい。

潤滑剤としてのトナーを付与するか否かの基準となる４色積算トナー量の閾値は、例えば、Ｋ画像の色ずれが０．０８ｍｍ以上生じるような摩擦力がブレード３０とベルト２１との間に発生する厳しい条件での閾値を予め決めておき、以下の表１に示すように、環境条件やプリント累積枚数に応じて閾値を減少させるように切り換えることが好ましい。

本実施例では、ブレード３０とベルト２１の低摩擦力化を図る必要のある場合（Ｋ画像の後端部に画像がある場合）のみ、必要な量のトナーを付与するため、必要最低限のトナー消費量で画像後端部の色ずれを極力小さくすることができる。

（制御手順）
ここで、本実施例において前記ＣＰＵ５０によって実行される制御手順の要部に関して図９を参照して説明する。まず、制御がスタートした後、ＣＰＵ５０は画素カウンタＣＬから各色の画像の画素数、環境条件検出センサＳＥ２から温度、湿度、耐久カウンタＴＣからプリント累積枚数の情報を得る（ステップＳ１）。続いて、Ｋ画像の後端部分Ｋ’に画像が存在するか否かを判定し、画像が存在しなければ（ステップＳ２でＮＯ）、通常の画像形成処理を実行する（ステップＳ３）。

Ｋ画像の後端部分に画像が存在していれば（ステップＳ２でＹＥＳ）、領域Ｙ’，Ｍ’，Ｃ’，Ｋ’での４色積算トナー量と閾値とを比較し、４色積算トナー量が閾値よりも多ければ（ステップＳ４でＮＯ）、通常の画像形成処理を実行する（ステップＳ３）。４色積算トナー量が閾値よりも少なければ（ステップＳ４でＹＥＳ）、トナー付与領域及びトナー付与量を決定する（ステップＳ５）。ステップＳ５で決定するトナー付与領域とは潤滑剤としてのトナーを付与する現像器１６の決定でもある。また、トナー付与量は、画像の画素数、温度・湿度やプリント累積枚数に基づいて、ブレード３０とベルト２１との摩擦力がＫ画像の色ずれ量を極力小さくできる量に決定する。

本発明に係る画像形成装置の一例であるカラープリンタを示す概略構成図である。 クリーナブレードの接離機構を示す説明図である。 中間転写ベルトの撓みを示す説明図である。 カラープリンタの制御部を示すブロック図である。 （Ａ），（Ｂ）ともに、中間転写ベルト上に１次転写された各色のトナー画像の移動とクリーナブレードの接離タイミングを示すチャート図である。 カラー画像の色ずれ量を示すグラフである。 クリーナ部のトルクに対するＫ画像の色ずれ量の関係を示すグラフである。 環境条件に対するクリーナブレードと中間転写ベルトとの摩擦力の関係を示すグラフである。 制御手順の一例を示すフローチャート図である。

符号の説明

１…カラープリンタ
１０…感光体ユニット
１１…感光体ドラム
２０…中間転写ユニット
２１…中間転写ベルト
３０…クリーナブレード
３１…接離機構
５０…ＣＰＵ

Claims (3)

1. 一つの感光体に順次形成される４色のトナー画像を中間転写ベルト上に順次１次転写して合成し、該合成画像を記録媒体上に２次転写する４サイクル方式の画像形成装置において、
   前記中間転写ベルトに残留したトナーを除去するクリーナ部材と、
   前記クリーナ部材を前記中間転写ベルトに圧接／離間させる駆動手段と、
   画像形成処理を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、４色目画像後端部分のクリーナ部材圧接領域に画像が存在し、かつ、４色の各画像形成領域であって圧接開始部から画像後端までの４色積算トナー量が所定の閾値より少ない場合に、クリーナ部材圧接開始部から少なくとも画像後端までの中間転写ベルト上の非画像形成領域に潤滑剤としてトナーを付与すること、
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、潤滑剤として付与するトナー量を、前記４色積算トナー量、環境条件、耐久条件の少なくともいずれか一つに基づいて決定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. 一つの感光体に順次形成される４色のトナー画像を中間転写ベルト上に順次１次転写して合成し、該合成画像を記録媒体上に２次転写する４サイクル方式の画像形成方法において、
   １色目の画像が前記中間転写ベルト上に１次転写されている第１のタイミングにてクリーナ部材が中間転写ベルトから離間し、４色目の画像が１次転写されている第２のタイミングでクリーナ部材が中間転写ベルトに圧接し、
   ４色目画像後端部分のクリーナ部材圧接領域に画像が存在し、かつ、４色の各画像形成領域であって圧接開始部から画像後端までの４色積算トナー量が所定の閾値より少ない場合に、クリーナ部材圧接開始部から少なくとも画像後端までの中間転写ベルト上の非画像形成領域に潤滑剤としてトナーを付与すること、
   を特徴とする画像形成方法。

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