(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像が多重転写される中間転写体と、前記中間転写体の周囲に並列配置され互いに異なる色のトナー像を前記中間転写体上に形成する複数のカラー画像形成ユニットと、前記中間転写体上の合成カラー画像を記録媒体に転写する二次転写器と、前記二次転写器よりも記録媒体搬送経路の上流側に設けられたブラックのトナー像を記録媒体に転写するモノクロ画像形成ユニットとを備えた画像形成装置であって、前記モノクロ画像形成ユニットの転写位置より記録媒体搬送経路の下流側で、且つ二次転写器による二次転写位置より記録媒体搬送経路の上流側に配されたブラックトナー像帯電のための再帯電手段を更に備える画像形成装置において、
カラーモードとモノクロモードとで前記再帯電手段に印加する電圧を変更させ、カラーモードでは一定の電圧を印加するものであり、モノクロモードでは温湿度環境に応じて印加電圧を調整することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
モノクロモードで高温・高湿環境では低温・低湿環境より印加する電圧を高く設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。
【請求項３】
記録媒体に転写されたブラックのトナー像の帯電量が１．５倍から２倍の範囲で増えるように前記再帯電手段を制御す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。
【請求項４】
前記再帯電手段が非接触帯電器であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記再帯電手段に、記録媒体が通過する間のみ印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタあるいはこれら機能を兼ね備えた複合機などの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、黒色を含む複数色それぞれに対応して複数の画像形成部を設け、画像形成部それぞれが有する像担持体上にそれぞれの色の画像を形成する画像形成装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された画像形成装置は、中間転写体の周囲に各色の作像ユニットが直列して配列されている。この画像形成装置では、直列に並んだ作像ユニットにおいて、上流で中間転写体に作像したトナー像を次の色の一次転写ニップに入る前に帯電分布の調整を行う手段が備えられている。こうすることで、二次転写部で充分な転写がなされること、また中間転写体の上流で作像したトナー像が次の色の一次転写ニップにおいて逆転写し難くなるという効果があると説明されている。しかしながら、このような構成では、中間転写体に下流にて作像されたトナー像と上流にて作像されたトナー像で帯電量の差が生じ、二次転写部にて転写量に差が出易いという問題がある。また特許文献２に開示された画像形成装置では、中間転写体に作像された各色のトナー像の帯電を二次転写前に調整する手段が備えられている。これによって、トナー像の厚みにかかわらず、良好な二次転写を行うことができると説明されている。この構成では、各色の一次転写部での逆転写を防止する構成になっていない。
【０００３】
これら２件の先行技術に係る構成では、フルカラー画像形成では全ての色がそれぞれ、画像に使用されない色成分が存在する画像形成では必要な各色が中間転写体上に一次転写される。そして、このような４連タンデム構成では一般に、ブラックトナーの作像ユニットが最下流に位置する。一次転写では、１色分のトナー像を転写するのに必要な電流を流すため、後工程に当たる複数の色のトナー像を転写する二次転写よりも低い電流値で済む（一次転写電流＜二次転写電流）メリットがあるが、上述した問題がある。一方、フルカラー画像形成時とモノクロ画像形成時とでそれぞれ要求される画質及び画像形成速度を共に満足させ、しかもモノクロ画像形成時にはカラー画像形成ユニットの無駄な駆動を行わずに済み、カラー画像形成ユニットの各種消耗品の劣化防止を防ぐ構成として、カラー画像形成ユニットとモノクロ画像形成ユニットとをそれぞれ設けることが知られ、例えば特許文献３では、モノクロ画像形成ユニットで形成された黒色画像を記録媒体に直接転写する直接転写位置と、カラー画像形成ユニットから中間転写体に一次転写された残りの他色画像を記録媒体へ二次転写する二次転写位置とを、記録媒体搬送方向に相前後して設けている。このようにモノクロ画像形成ユニットを独立させた構成では、一般的なモノクロ機と同様の生産性とコストを確保できる。特許文献３では、カラー画像形成ユニットをモノクロ画像形成ユニットよりも、記録媒体搬送方向の上流側においているが、簡単な廃トナー回収の構成を追加することで混色のない廃トナーのリサイクルを実現して、相対的に使用頻度の高いブラックトナーをリサイクルする観点からは、モノクロ画像形成ユニットをカラー画像形成ユニットよりも、即ち、二次転写位置よりも記録媒体搬送方向の上流側に配置する方が優れている。
【０００４】
しかしながら、カラートナー像を二次転写させる際には大きな電流を要するため、モノクロ画像形成ユニットを二次転写位置よりも記録媒体搬送方向上流側に配置すると、記録媒体に転写済みのモノクロ画像からブラックトナーが中間転写体に逆転写してしまう現象が発生する。この逆転写量は、先に述べた「中間転写体に各色それぞれを一次転写する構成」での逆転写量に比べて多くなる。そのためユーザーコストが上がる問題がある。
【０００５】
結局、４連タンデム構成では、一次転写での逆転写防止のために各色下流で再帯電すると、上流の画像形成ステーションのトナーほど帯電量が大きくなり、二次転写で転写率に差が生じ、各色間で濃度偏差が生じる問題がある一方、二次転写位置よりも記録媒体搬送方向の上流側にモノクロ画像形成ユニットを独立配置する構成のものでは、カラートナー像の二次転写では付着量の多いトナー像を記録媒体に転写させるために高い転写電流が必要で、その二次転写の際に、既に記録媒体に転写されているモノクロ画像からブラックトナーが高い二次転写電流に起因して逆転写する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ブラックトナーのリサイクルを容易可能とするモノクロ画像ユニット独立構成の画像形成装置において、カラー画像の二次転写時の放電によるブラックトナー像の逆転写を抑制するとともに、各温湿度環境におけるジャムやシワなどの異常発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、トナー像が多重転写される中間転写体と、前記中間転写体の周囲に並列配置され互いに異なる色のトナー像を前記中間転写体上に形成する複数のカラー画像形成ユニットと、前記中間転写体上の合成カラー画像を記録媒体に転写する二次転写器と、前記二次転写器よりも記録媒体搬送経路の上流側に設けられたブラックのトナー像を記録媒体に転写するモノクロ画像形成ユニットとを備えた画像形成装置であって、前記モノクロ画像形成ユニットの転写位置より記録媒体搬送経路の下流側で、且つ二次転写器による二次転写位置より記録媒体搬送経路の上流側に配されたブラックトナー像帯電のための再帯電手段を更に備える画像形成装置において、カラーモードとモノクロモードとで前記再帯電手段に印加する電圧を変更させ、カラーモードでは一定の電圧を印加するものであり、モノクロモードでは温湿度環境に応じて印加電圧を調整することによって、解決される。
【０００８】
例えば、モノクロモードで高温・高湿環境では低温・低湿環境より印加する電圧を高く設定する。記録媒体に転写されたブラックのトナー像の帯電量が１．５倍から２倍の範囲で増えるように前記再帯電手段を制御するのが、好適である。
【０００９】
前記再帯電手段が非接触帯電器であることも、好都合である。そして前記再帯電手段に、記録媒体が通過する間のみ印加すれば、一層好都合である。
【発明の効果】
【００１０】
ブラックトナーのリサイクルを容易可能とするモノクロ画像ユニット独立構成の画像形成装置では、４連タンデムレイアウトと比較してカラートナーの逆転写が減りカラートナー消費量を低減できるが、カラーモード処理において中間転写体上に合成カラートナー像が転写されていて二次転写に際してブラックトナーの中間転写体への逆転写が多くならざるを得ない。しかしながら、本発明によれば、モノクロ画像形成ユニットの転写位置より記録媒体搬送経路の下流側で、且つ二次転写器による二次転写位置より記録媒体搬送経路の上流側に配されたブラックトナー像帯電のための再帯電手段を備えているので、二次転写時の放電によるブラックトナーの逆転写を抑制することができる。更に、各温湿度環境におけるジャムやシワなどの異常発生を抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１の画像形成装置におけるモノクロ画像形成ユニットから二次転写位置までの拡大図である。
【図３】本発明の効果を表す実験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき説明する。なお、当業者は以下の最良の形態を変更修正して他の実施形態をなすことは容易であるが、これら変更修正も特許請求の範囲に含まれ得るものである。以下の説明は特許請求の範囲を限定するものではない。
【００１３】
図１に示すカラーデジタル複合機である画像形成装置では、イエロー、シアン、マゼンタ（以下、Ｙ，Ｃ，Ｍと略す）の３つの画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｍが横置きの中間転写ベルト６に沿って直列に配置されたカラータンデム方式をとる一方、ブラック（以下、Ｂと略す）の画像形成ユニット３０Ｂはカラータンデム配列より記録媒体搬送方向上流に位置するように独立して設けられており、モノクロ画像形成ユニット３０Ｂで形成された黒画像は記録紙に直接転写される。
【００１４】
カラー画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｍに対してモノクロ画像形成ユニット３０Ｂは独立したレイアウトをとっているが、各画像形成ユニットにおける画像形成は共通であるので、以下では部分的にまとめて説明する。各色の潜像担持体である感光体１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂそれぞれの周りには、各感光体の表面を帯電せしめる帯電装置２Ｙ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｂ、帯電せしめられた各感光体の表面にレーザーにより潜像を形成する露光装置５、各感光体上の潜像に各色のトナーを供給してトナー像を形成する現像装置３Ｙ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｂ、各感光体表面に付着したトナー等の付着物を除去するクリーニング装置４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｂが備えられている。なお本例で示されたクリーニング装置４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｂはブレードタイプのものであるが、これに限定されず、ファーブラシローラ、磁気ブラシクリーニング方式であっても良い。また、露光装置５についてもレーザー方式に限定されず、ＬＥＤ方式等の方式であっても良い。また、感光体、帯電装置、現像装置及びクリーニング装置は、画像形成ユニットとして一体で構成されている。
【００１５】
また給紙トレイ４０には、出力画像が形成される記録媒体である記録紙がセットされており、記録紙は給紙トレイ４０から給紙コロ等（図示せず）により転写搬送ベルト８に向かって搬送され、転写搬送ベルト８のループ外側面であるおもて面に担持されるようになる。
【００１６】
スキャナで読み取られた原稿、ファクシミリ等の受信データ、又はコンピュータから送信されたカラー画像情報は、各色に色分解され、それぞれのデータとして形成され、露光装置５に送られる。均一に帯電された感光体１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂは、露光装置５によって画像部を露光され、現像装置３Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂによってトナー像が作られる。感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ上に形成されたカラートナー像は、タイミングを合わせて中間転写体である中間転写ベルト６に転写され、色重ねされたＹＣＭトナー像が形成される。一方、モノクロ画像情報に基づき感光体１Ｂ上に作られたブラックトナー像は、縦置きの転写搬送ベルト８によって搬送される記録紙に直接転写され、その後、中間転写ベルト６上に色重ねされたＹＣＭトナー像が記録紙上に転写される。これらについて、詳述する。
【００１７】
転写搬送ベルト８を介して感光体１Ｂに対向する位置には直接転写ローラ１５が設けられており、転写搬送ベルト８を介して感光体１Ｂと直接転写ローラ１５とにより直接転写ニップが形成されている。直接転写ローラ１５にはブラックトナーと逆極性の電圧がかけられ、この電圧によって感光体１Ｂ上に形成されたブラックトナー像が、感光体１Ｂと転写搬送ベルト８とに挟まれた記録紙へ直接転写ニップで転写される。ブラックトナー像を直接転写にて転写された記録紙は、転写搬送ベルト８により二次転写前帯電器１９へ搬送される。図２で明確に理解できるように、二次転写前帯電器１９は対向電極２０と、転写搬送ベルト８並びに記録紙を介して向い合わせの位置に配置されていて、記録紙上のブラックトナー像とは非接触に対向する。ここで、記録紙上のブラックトナー像は二次転写前帯電器１９を通過する際に、ブラックトナーの正規帯電極性と同極性側に再帯電される。同極性側に再帯電されたブラックトナー像を載置した記録紙は、中間転写ベルト６と転写搬送ベルト８の接触部（二次転写ニップ）へ搬送される。
【００１８】
本例において二次転写前帯電器１９は、トナーと同極性のスコロトロン帯電器であり、鋸歯電極である。二次転写前帯電器１９は、転写搬送ベルト８が動作を開始した後に電圧の印加が開始され、転写搬送ベルト８が動作を停止する前に電圧の印加を停止する。スコロトロン帯電器１９には、鋸歯電極に電圧を印加した際に発生する荷電粒子を制御するためにグリッドを備えている。グリッドに印加する電圧により、記録紙上のトナー像の帯電量を制御できる。例えば、鋸歯電極に−４．５［ｋＶ］、グリッドに−３５０［Ｖ］印加する。これにより帯電量が２５〜４０［−μＣ／ｇ］であった記録紙上のトナー像を５０〜６０［−μＣ／ｇ］に再帯電する。即ち、直接転写時の帯電量に対して再転写で１．５〜２倍に帯電量を増加させる。１．５倍より小さいと、湿度環境によって逆転写率が変動し、ベタ濃度やライン幅の変化が生じて適当でない。また再帯電することで得られる、二次転写ニップ出口や定着部までの搬送ガイド沿いでのチリ抑制効果も低減する。一方、２倍を越えると、二次転写ニップ入口でカラートナー像を静電的に乱すことや、Ｂトナーの定着ローラへの静電オフセットの懸念があり、適当でない。図３は、再帯電による逆転写率の低減効果を示している。横軸は、一次転写ローラ１３で制御される転写電流、縦軸は逆転写率を示す。トナーＡ，Ｂはそれぞれ、帯電制御剤ＣＣＡの処方の異なる重合トナーである。どちらのトナーについても、帯電量を３０［−μＣ／ｇ］から５０又は６０［−μＣ／ｇ］に再帯電させることで逆転写率が改善していることが分かる。
【００１９】
ちなみに二次転写前帯電器１９はスコロトロン帯電器としているが、非接触帯電器であれば、コロトロン帯電器などその他の帯電器でも良い。
一方、中間転写ベルト６に沿って直列配置された３つのカラー画像形成ユニットの感光体１Ｙ，１Ｃ，１Ｍに中間転写ベルト６を介して対向し且つ中間転写ベルト回転方向の若干下流側に一次転写ローラ１４Ｙ，１４Ｃ，１４Ｍが設けられている。一次転写ローラ１４Ｙ，１４Ｃ，１４Ｍにも各色トナーと逆極性の高電圧が印加されており、この電圧による電界で感光体１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ上の各色トナー像は中間転写ベルト６上に重なり合うように順次転写され、中間転写ベルト６上にＹ，Ｍ，Ｃの三色からなるＹＣＭカラー画像が形成される。
【００２０】
中間転写ベルト６を介して二次転写ローラ１６と対向ローラ１７とで形成される二次転写ニップで、中間転写ベルト６上のカラー画像は、二次転写ローラ１６と対向ローラ１７間に印加された電圧により、転写搬送ベルト８によって二次転写ニップまで搬送された記録紙に転写される。この際、二次転写電圧として、二次転写ローラ１６にトナーの帯電極性とは逆極性の高電圧を印加しても良いし、対向ローラ１７にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加しても良い。
【００２１】
二次転写ローラ１６にトナーの帯電極性と逆極性の高電圧を印加する場合は、直接転写ローラ１５への電圧印加のための高圧電源を利用することが可能となり、二次転写ローラ１６に電圧を印加する専用の電源を設ける必要が無い分、コスト削減や画像形成装置の小型化を図ることができる。一方、対向ローラ１７にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加する場合は、中間転写ベルト６を介してトナーに電圧がかかるため、記録紙が吸湿して抵抗が低下していても良好な転写が可能となる。なお、二次転写ローラ１６と対向ローラ１７と、これらに高電圧を印加する電源（図示せず）とが二次転写装置を構成する。
【００２２】
ここで二次転写ローラ１６で制御される転写電流について説明する。一次転写ローラ１４Ｙ，１４Ｃ，１４Ｍにはそれぞれ、３０，２０，２０［μＡ］の転写電流をかけて各色トナー像を転写する。一次転写ローラ１４Ｙに対して１４Ｃ，１４Ｍの転写電流を下げることで、下流側の感光体１Ｃ，１Ｍへの逆転写を抑える。二次転写ローラ１６には４０［μＡ］の転写電流をかける。三色分のトナー像を記録紙に転写させるため、各色の一次転写電流に比べて大きな電流値とするのである。図３に示すように、二次転写ローラ１６の転写電流を４０［μＡ］で制御した場合、再帯電させることで逆転写率が５〜１５％程度改善する。
【００２３】
このようにして、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂのトナー像が転写された記録紙は、二次転写ニップよりも転写搬送ベルト回転方向下流側で転写搬送ベルト８を張架するローラ部材の曲率によってベルト回転方向が急激に変化した屈曲部で、記録紙の腰により転写搬送ベルト８から曲率分離して定着装置１０に到達し、記録紙上のＹ，Ｃ，Ｍ，Ｂのトナー像を最後に定着装置１０により定着して、記録紙上にフルカラー画像が形成される。
【００２４】
なお、本例で用いたブラックトナー像の転写は記録紙への直接転写であるが、この直接転写は、構成部品を少なくすることと、露光装置５から露光するブラック画像のレーザー書込み像が、Ｙ，Ｃ，Ｍ画像のレーザー書込み像と同じ方向に書込みができるというメリットがある。更に、モノクロ画像形成部で感光体１Ｂ上に形成されたブラック画像を記録紙上に直接転写することで、Ｙ，Ｍ，Ｃの画像のように中間転写ベルトを介して感光体上から記録紙上にブラック画像を転写する場合よりも転写効率が高くなる。そのため、感光体１Ｂ上から記録紙上にブラック画像を直接転写するほうが、中間転写ベルトを介して感光体から記録紙上にブラック画像を転写するよりも、モノクロ画像形成部で感光体上にブラック画像を形成する際のブラックトナーの消費量を抑えることができる。
【００２５】
以上、記録紙上にＹ，Ｃ，Ｍ，Ｂのトナー像からなるフルカラー画像を作成するフルカラーモードについて説明したが、本例の画像形成装置においては、当然ながら、記録紙上にブラックトナー像だけからなるモノクロ画像を作成するモノクロモードも有しており、モノクロモードでは、スコロトロン帯電器１９には電圧を印加しない。中間転写ベルト６と転写搬送ベルト８の接触部（二次転写ニップ）を不図示の機構により解除して離間させる。これにより、カラー画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｍ及び中間転写ベルト６を動作させずに済み、その分、カラー画像形成ユニット３０Ｙ，３０Ｃ，３０Ｍ及び中間転写ベルト６等の劣化を抑えることができる。二次転写ニップが解除離間することで、カラートナーの二次転写が行われず、ブラックトナー像の中間転写ベルト６への逆転写は発生しない。
【００２６】
なお、本例においては、４色のトナー像の記録紙上への転写が終了した位置よりも転写搬送ベルト回転方向下流側、又は、中間転写ベルト６の回転方向下流側に、転写搬送ベルト８のループ外側面であるおもて面、又は、中間転写ベルト６のループ外側面であるおもて面、に対向させて不図示の光センサを配置している。そして、紙間等でプロセスコントロールを行い、感光体１Ｙ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｂ上に形成された画像濃度測定用のパターン画像を最終的に転写搬送ベルト８上又は中間転写ベルト６上に転写して、光センサで反射による画像濃度検知を行うようになっている。その検知結果に基づいて画像形成条件の調整を行うことにより、記録紙上に形成される画像の濃度を適切な濃度に維持することができる。また、転写搬送ベルト８上又は中間転写ベルト６上に色合わせ（位置ずれ）検知用のパターン画像を作成して、そのパターン画像を光センサによって検知する。これにより、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂの画像の位置ずれ量を検出することができる。よって、光センサによる検知結果に基づいて各色作像位置の調整や画像形成条件の調整を行うことで、Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂの画像の位置合わせを行うことができる。
【００２７】
また、温湿度センサ２１と、この温湿度センサ２１からの出力により二次転写前帯電器１９に印加する電圧を制御する不図示の制御装置を備えている。モノクロモードでは、低温・低湿環境では二次転写前帯電器１９に電圧を印加せず、高温・高湿環境では二次転写前帯電器１９に電圧を印加する。具体的に温湿度環境はマトリックスで設定され、各温度・湿度の組み合わせにより、二次転写帯電器１９に電圧を印加するか否か、印加電圧は異なる。例えば、１０℃１５パーセントの低温・低湿環境では、モノクロモードでは二次転写帯電器１９に電圧を印加しない。２３℃５０％の環境では、鋸歯電極に−４．５［ｋＶ］、グリッドに−３００［Ｖ］印加する。これにより帯電量が２５〜４０［−μＣ／ｇ］であった記録紙上のトナー像を４０〜５０［−μＣ／ｇ］に再帯電する。２７℃８０％の高温・高湿環境では、鋸歯電極に−４．５［ｋＶ］、グリッドに−３５０［Ｖ］印加する。これにより帯電量が２５〜４０［−μＣ／ｇ］であった記録紙上のトナー像を５０〜６０［−μＣ／ｇ］に再帯電する。このようにして各温湿度環境においてジャムやシワなど異常なく、記録紙を定着装置１０に搬送できる。
【００２８】
なお、本例の中間転写ベルト６や転写搬送ベルト８としては、種々の記録紙に対応するため、言い換えれば、記録紙の表面の凹凸に追従してベルト表面が弾性変形しベルト上から記録紙上への画像の転写不良の発生が抑えられるように、弾性体で形成した弾性ベルトであることが好ましい。弾性体としては、ウレタンゴム、シリコーンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）などが用いられる。
【００２９】
そしてトナーは磁性キャリアと混合して二成分現像剤として用いられる場合、現像剤中のキャリアとトナーとのトナー濃度は、キャリア１００質量部に対してトナー１〜１０質量部が好ましい。また、トナーはキャリアを使用しない一成分系の磁性トナー或いは非磁性トナーとしても用いることができる。
【００３０】
画像形成ユニット３０は、潜像を形成する感光体１（像担持体）と、帯電装置２、現像装置３、クリーニング装置４の中から選択される１つ以上の装置とが一体に支持されて、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジとなっており、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジを交換すれば良い。
【符号の説明】
【００３１】
１Ｂ  感光体
８  転写搬送ベルト
１５  直接転写ローラ
１６  二次転写ローラ
１７  対向ローラ
１９  二次転写前帯電器
２０  対向電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３２】
【特許文献１】特開２００６−２５９５７１号公報
【特許文献２】特開２００６−９９０２１号公報
【特許文献３】特開２００６−２０１７４３号公報
【図１】
0005482301.tif 000002
【図２】
0005482301.tif 000003
【図３】
0005482301.tif 000004