(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なった色のトナー画像が担持される複数の像担持体と、
前記複数の像担持体のうち、一部の像担持体からトナー画像が一次転写される第１の一次中間転写体と、
前記複数の像担持体のうち、残りの像担持体からトナー画像が一次転写される第２の一次中間転写体と、
前記第１及び第２の一次中間転写体からトナー像が二次転写される二次中間転写体と、
前記二次中間転写体から記録媒体にトナー像を転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
前記第１及び第２の一次中間転写体に当接し転写後の残留トナーを保持し得る第１及び第２の一次トナー保持手段と、
前記二次中間転写体に当接し転写後の残留トナーを保持し得る二次トナー保持手段と、
通常時には残留トナーを保持するような保持バイアスが、クリーニング時には通常時に保持された残留トナーを放出するような放出バイアスが前記第１及び第２の一次中間転写体と第１及び第２の一次トナー保持手段との間、及び前記二次中間転写体と二次トナー保持手段との間にかかるように制御するバイアス制御手段と
を有し、
前記バイアス制御手段は、通常時、前記第１及び第２の一次トナー保持手段に、前記第１及び第２の一次中間転写体に印加する電圧と前記二次中間転写体に印加する電圧の間の値となる保持バイアスを印加するとともに、前記二次トナー保持手段に、前記二次中間転写体に印加する電圧と前記転写手段に印加する電圧の間の値となる保持バイアスを印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の一次トナー保持手段と前記第１及び第２の一次中間転写体との間、及び前記二次トナー保持手段と前記二次中間転写体との間の電気抵抗値が１０10Ω以下である請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記保持バイアスの大きさは、前記残留トナーを静電的にトナー保持手段に保持し得る値をその下限とし、前記残留トナーの帯電極性を逆転させ得る値をその上限とする範囲内に設定される請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記保持バイアスの大きさは、前記残留トナーを静電的に前記第１及び第２の一次トナー保持手段に保持し得る値をその下限とし、前記残留トナーの帯電極性を逆転させ得る値をその上限とする範囲内であり、かつその範囲内において前記第１及び第２の一次トナー保持手段と前記第１及び第２の一次中間転写体との間、及び前記二次トナー保持手段と前記二次中間転写体との間の透過電流が最小となる値近傍に設定される請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記転写手段に当接し放出後の残留トナーを回収する回収手段とを有し、クリーング時には前記第１及び第２の一次トナー保持手段、並び二次トナー保持手段から放出された残留トナーが当該転写手段に達する請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関し、より詳しくは、その中間転写体上の残留トナー除去技術に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来から複写機、プリンタなどの電子写真方式、静電記録方式の画像形成装置が広く知られている。このような画像形成装置において小型化の妨げになる問題の一つが感光体のクリーニングボックスの存在であった。特に、複数の感光体を備えフルカラー画像を得るタイプの画像形成装置では、比較的高速なフルカラー画像形成を行うことができるというメリットを有する一方で、各感光体がクリーニングボックスを備えるため、装置の大型化というデメリットが顕在化しがちである。
【０００３】
このような問題に鑑みて、従来から感光体にクリーニングボックスを備えないタイプの画像形成装置が提案されている。例えば、特開平１１−２４９４５２号公報には、各感光体にクリーニングボックスではなく、比較的小さなトナー保持手段を設け、トナー保持手段に一時的に保持したトナーを所定のタイミングで放出し、放出したトナーは中間転写体に設けられる単一のクリーニングボックスで回収する構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、特開平１１−２４９４５２号公報などに記載されている技術によれば、各感光体にはクリーニングボックスを設ける必要がなく、装置の小型化に資する。しかし、画像形成装置の更なる小型化、或いは画像形成装置のレイアウト上の問題など観点から、中間転写体にもクリーニングボックスを設けることが難しい場合もある。
【０００５】
本発明はこのような技術的な課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、適切なクリーニングを行いつつ、より小型の、レイアウト自由度の高い画像形成装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、互いに異なった色のトナー画像が担持される複数の像担持体と、
前記複数の像担持体のうち、一部の像担持体からトナー画像が一次転写される第１の一次中間転写体と、
前記複数の像担持体のうち、残りの像担持体からトナー画像が一次転写される第２の一次中間転写体と、
前記第１及び第２の一次中間転写体からトナー像が二次転写される二次中間転写体と、
前記二次中間転写体から記録媒体にトナー像を転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
前記第１及び第２の一次中間転写体に当接し転写後の残留トナーを保持し得る第１及び第２の一次トナー保持手段と、
前記二次中間転写体に当接し転写後の残留トナーを保持し得る二次トナー保持手段と、
通常時には残留トナーを保持するような保持バイアスが、クリーニング時には通常時に保持された残留トナーを放出するような放出バイアスが前記第１及び第２の一次中間転写体と第１及び第２の一次トナー保持手段との間、及び前記二次中間転写体と二次トナー保持手段との間にかかるように制御するバイアス制御手段と
を有し、
前記バイアス制御手段は、通常時、前記第１及び第２の一次トナー保持手段に、前記第１及び第２の一次中間転写体に印加する電圧と前記二次中間転写体に印加する電圧の間の値となる保持バイアスを印加するとともに、前記二次トナー保持手段に、前記二次中間転写体に印加する電圧と前記転写手段に印加する電圧の間の値となる保持バイアスを印加するものである。
【０００７】
画像形成装置をこのように構成することにより、所定タイミングで行われるクリーニング時には、トナー保持手段から通常時に保持していた残留トナーが放出されるため、トナー保持手段は小型なもので足る。なお、クリーニングが行われるタイミングとしては、一般に画像形成動作時以外であり、例えば、画像形成前、画像形成後、画像形成装置への電源投入後、所定枚数の画像形成後、一のページの画像形成と次のページの画像形成との間（所謂ページ間）などが挙げれる。
【００１０】
とろこで、このようなトナー保持手段を（像担持体ではなく）中間転写体に設ける場合には、トナー保持手段とそれを備える中間転写体との間の透過電流を考慮する必要性がより高い。すなわち、一般に像担持体よりも中間転写体の方が電気抵抗値が小さいため、保持バイアス（の大きさ）を大きくすると、トナー保持手段と中間転写体との間に流れる透過電流値が大きくなり、透過電流により電荷の注入が生じ、トナー保持手段に保持している残留トナーの帯電極性が反転し、トナー保持手段から意図せず放出されてしまう場合が生じる。このような問題が生じやすい場合としては、トナー保持手段と中間転写体との間の電気抵抗値が１０10Ω以下の場合、さらに生じやすい場合としては電気抵抗値が１０8Ω以下の場合が挙げられる。
【００１１】
一方、保持バイアス（の大きさ）が小さいと、トナー保持手段により（本来の帯電極性の）残留トナーを保持することができない。
【００１２】
このように、透過電流による残留トナーの帯電極性反転を考慮して保持バイアスを設定することが好ましい。具体的には、前記保持バイアスの大きさは、前記残留トナーを静電的にトナー保持手段に保持し得る値をその下限とし、前記残留トナーの帯電極性を逆転させ得る値をその上限とする範囲内に設定されることが好ましく、前記保持バイアスの大きさは、前記残留トナーを静電的にトナー保持手段に保持し得る値をその下限とし、前記残留トナーの帯電極性を逆転させ得る値をその上限とする範囲内であり、かつその範囲内において前記トナー保持手段と中間転写体との間の透過電流が実質的に最小となる値、最小となる値近傍に設定されることがより好ましい。また、このような保持バイアスの上限及び下限は、普遍的に決定されるものではなく、想定される画像形成装置の特性、要求される画質などに応じて適宜設定することができる。これら上限及び下限を確認するためには、所定枚数の画像形成後のトナー保持手段の重量増加、トナー保持手段を通過したトナーの量などにより確認することができる。
【００１３】
ここでトナー保持手段と中間転写体との間の透過電流を左右する要因としては、上述の保持バイアスのほか、トナー保持手段の電気抵抗値、中間転写体の電気抵抗値、トナー保持手段と中間転写体との当接態様（接触面積など）などが挙げられる。例えば、トナー保持手段が金属パイプにブラシ部材を取り付けた回転ブラシである場合には、当該ブラシ部材の電気抵抗値を適宜設定することにより、また当該ブラシ部材のブラシ植毛密度を適宜設定することにより、それぞれ透過電流を適切な値とすることができる。また例えば、中間転写体が多層構造で構成される場合には、その最外層を他の層よりも高い抵抗値の材質で構成すると共に、その最外層の層厚を適宜設定することにより、透過電流を適切な値とすることができる。
【００１４】
ところでこの画像形成装置では、クリーニング時には通常時に保持された残留トナーを放出するものであるが、この放出された残留トナーは（クリーニング用の）記録媒体に転写することもできるが、次のような構成を採用することもできる。つまり、前記中間転写体に当接し中間転写体から記録媒体へトナー画像を転写させる転写手段と、当該転写手段に当接し放出後の残留トナーを回収する回収手段とを有し、クリーング時には前記トナー保持手段から放出された残留トナーが当該転写手段に達するように構成することもできる。
【００１５】
【発明の実施による態様】
◎実施例
図１はこの発明の実施例に係るタンデム型フルカラープリンタ（画像形成装置）を示すものである。尚、図１中の矢印は、各回転部材の回転方向を示している。
【００１６】
このフルカラープリンタは、図１に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）用の各感光体ドラム（像担持体）１０（Y）〜（K）を有する画像形成ユニット１（Y）〜（K）と、これら感光体ドラム１０（Y）〜（K）に接触する帯電用の帯電ロール１１（Y）〜（K）と、各色のレーザ光L（Y）〜（K）を照射する図示しないレーザ光学ユニットと、各感光体ドラム１０（Y）〜（K）表面に形成される潜像を各色トナーで可視化（顕像化）する現像装置１３（Y）〜（K）と、上記４つの感光体ドラム１０（Y）〜（K）のうちの２つの感光体ドラム１０（K）（C）に接触する第１の一次中間転写ドラム（中間転写体）２１ａ及び他の２つの感光体ドラム１０（M）（Y）に接触する第２の一次中間転写ドラム（中間転写体）２１ｂと、上記第１、第２の一次中間転写ドラム２１ａ、２１ｂに接触する二次中間転写ドラム（中間転写体）２２と、この二次中間転写ドラム２２に接触する最終転写ロール（転写手段）３０と、トナー回収ボックス（回収手段）６でその主要部が構成されている。
【００１７】
感光体ドラム１０（Y）〜（K）は、共通の接平面（図中一点鎖線で示す）M を有するように一定の間隔をおいて配置されている。また、第１の一次中間転写ドラム２１ａ及び第２の一次中間転写ドラム２１ｂは、各回転軸が該感光体ドラム１０（Y）〜（K）軸に対し平行かつ所定の対象面を境界とした面対象の関係にあるように配置されている。さらに、二次中間転写ドラム２２は、該感光体ドラム１０（Y）〜（K）と回転軸が平行であるように配置されている。
【００１８】
各色毎の画像情報に応じた信号は、図示しない画像処理ユニットによりラスタライジングされて図示しないレーザ光学ユニットに入力される。このレーザ光学ユニットでは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のレーザ光Ｌ（Y）〜（K）が変調され、対応する色の感光体ドラム１０（Y）〜（K）に照射される。
【００１９】
上記各感光体ドラム１０（Y）〜（K）の周囲では、周知の電子写真方式による各色毎の画像形成プロセスが行なわれる。まず、上記感光体ドラム１０（Y）〜（K）としては、例えば、直径２０ｍｍのＯＰＣ感光体を用いたものが用いられ、これらの感光体ドラム１０（Y）〜（K）は、例えば、95ｍｍ／ｓｅｃの回転速度で回転駆動される。上記感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面は、図１に示すように、帯電ロール１１（Y）〜（K）に、例えば約−８４０ＶのＤＣ電圧を印加することによって、例えば約−３００Ｖ程度に帯電される。なお、上記接触型の帯電装置としては、ロールタイプのもの、フィルムタイプのもの、ブラシタイプのもの等が挙げられるが、どのタイプのものを用いても良い。この実施の形態では、近年、電子写真装置で一般に使用されている帯電ロールを採用している。また、感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面を帯電させるために、この実施の形態では、ＤＣのみ印加の帯電方式をとっているが、ＡＣ＋ＤＣ印加の帯電方式を用いても良い。
【００２０】
その後、感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面には、露光装置としてのレーザ光学ユニットによって各色に対応したレーザ光Ｌ（Y）〜（K）が照射され、各色毎の入力画像情報に応じた静電潜像が形成される。感光体ドラム１０（Y）〜（K）は、レーザ光学ユニットで静電潜像が書き込まれた際に、その画像露光部の表面電位は−６０Ｖ以下程度にまで除電される。
【００２１】
また、上記感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面に形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色に対応した静電潜像は、対応する色の現像装置１３（Y）〜（K）によって現像され、感光体ドラム１０（Y）〜（K）上に各色のトナー像として可視化される。この実施例では、現像装置１３（Y）〜（K）として、磁気ブラシ接触型の二成分現像方式を採用しているが、この発明の適用範囲はこの現像方式に限定されるものではなく、非接触型の現像方式など、他の現像方式においてもこの発明を充分に適用することができることは勿論である。
【００２２】
現像装置１３（Y）〜（K）には、それぞれ色の異なったイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）色のトナーとキャリアとからなる現像剤が充填されている。これらの現像装置１３（Y）〜（K）は、不図示のトナー補給装置からトナーが補給されると、この補給されたトナーは、不図示のオーガーで充分にキャリアと攪拌されて摩擦帯電される。現像ロール１３０（Y）〜（K）１３０（Y）〜（K）の内部には、複数の磁極を所定の角度に配置したマグネットロール（不図示）が固定した状態で配置されている。この現像ロール１３０（Y）〜（K）１３０（Y）〜（K）に現像剤を搬送するパドル（不図示）によって、当該現像ロール１３０（Y）〜（K）１３０（Y）〜（K）の表面近傍に搬送された現像剤は、現像剤量規制部材（不図示）によって現像部に搬送される量が規制される。この実施例では、上記現像剤の量は、３０〜５０ｇ／ｍ2 であり、また、このとき現像ロール１３０（Y）〜（K）上に存在するトナーの帯電量は、概ね−２０〜３５μＣ／g 程度である。
【００２３】
上記現像ロール１３０（Y）〜（K）上に供給されたトナーは、マグネットロールの磁力によって、キャリアとトナーで構成された磁気ブラシ状となっており、この磁気ブラシが感光体ドラム１０（Y）〜（K）と接触している。この現像ロール１３０（Y）〜（K）にAC＋DCの現像バイアス電圧を印加して、現像ロール１３０（Y）〜（K）上のトナーを感光体ドラム１０（Y）〜（K）上に形成された静電潜像に現像することにより、トナー像が形成される。この実施例では、この現像バイアス電圧はACが4 ｋＨｚ、１．５ｋＶppで、ＤＣが−２３０Ｖ程度である。
【００２４】
この実施例では、上記現像装置１３（Y）〜（K）において、略球形状のトナーである所謂”球形トナー”であって、その平均粒径が３〜１０μｍ程度のものが使用されている。
【００２５】
ここで、”球形トナー”としては、例えば、日立製作所製の走査型電子顕微鏡ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ＝８００）を用いて、倍率５００倍に拡大したトナーの像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェイスを介して例えばニコレ社製の画像解析装置に導入し、解析を行い、下記式より算出して得られた値として定義される形状係数値ＭＬＳ２が１００〜１４０の値を持つ、略球形のトナーという。ＭＬＳ２＝｛（トナー粒子の絶対最大長）×２｝／｛（トナー粒子の投影面積）×π×１／４×１００｝なお、通常の混練粉砕法で作製したトナーの形状は不定形であり、ＭＬＳ２は１４０〜１６０程度である。
【００２６】
次に、上記各感光体ドラム１０（Y）〜（K）上に形成された各色のトナー像は、第１の一次中間転写ドラム２１ａ及び第２の一次中間転写ドラム２１ｂ上に、静電的に二次転写される。感光体ドラム１０（K）（C）上にそれぞれ形成されるブラック（K）、シアン（Ｃ）色のトナー像は、ともに第１の一次中間転写ドラム２１ａ上に、感光体ドラム１０（M）（Y）上にそれぞれ形成されるマゼンタ（M）、イエロー（Ｙ）色のトナー像は、ともに第２の一次中間転写ドラム２１ｂ上に、それぞれ（一次）転写される。
【００２７】
上記第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ、２１ｂ上に感光体ドラム１０（Y）〜（K） からトナー像を静電的に転写するために必要な表面電位は、+２５０〜５００Ｖ程度である。この表面電位は、トナーの帯電状態や雰囲気温度、湿度によって最適値に設定される。この雰囲気温度や湿度は、雰囲気温度や湿度によって抵抗値が変化する特性を持った部材の抵抗値を検知することで簡易的に知ることが可能である。上述のように、トナーの帯電量が−２０〜３５μＣ／g の範囲内にあり、常温常湿環境下にある場合には、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ、ｂの表面電位は、+３８０Ｖ程度が望ましい。
【００２８】
この実施例で用いる第１、第２の一次中間転写ドラム２１ａ、２１ｂは、例えば、外径が42ｍｍに形成され、抵抗値は１０8 Ω程度に設定される。第１、第２の一次中間転写ドラム２１ａ、２１ｂは、単層、あるいは複数層からなる表面が可撓性、もしくは弾性を有する円筒状の回転体であり、一般的にはＦｅやＡｌ等からなる金属製コアとしての金属パイプの上に、導電性シリコーンゴム等で代表される低抵抗弾性ゴム層（Ｒ＝102 〜103 Ω）が、厚さ0.1 〜10mm程度に設けられている。更に、第１、第２の中間転写ドラム２１ａ、２１ｂの最表面は、代表的にはフッ素樹脂微粒子を分散させたフッ素ゴムを厚さ3 〜100 μｍの高離型層（Ｒ＝105 〜109 Ω）として形成し、シランカップリング剤系の接着剤（プライマ）で接着されている。ここで重要なのは、抵抗値と表面の離型性であり、高離型層の抵抗値がＲ＝105 〜109 Ω程度であり、高離型性を有する材料であれば、特に材料は限定されない。
【００２９】
このように第１、第２の一次中間転写ドラム２１ａ、２１ｂ上に形成されたトナー像は、二次中間転写ドラム２２上に静電的に（二次）転写される。従って、二次中間転写ドラム２２上には、単色像からイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）色の四重色像までの最終的なトナー像が形成されることになる。
【００３０】
この二次中間転写ドラム２２上へ第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ からトナー像を静電的に転写するために必要な表面電位は、+600〜1200Ｖ程度である。この表面電位は、感光体ドラム１０（Y）〜（K）から第１の一次中間転写ドラム２１ａ及び第２の一次中間転写ドラム２１ｂへ転写するときと同様に、トナーの帯電状態や雰囲気温度、湿度によって最適値に設定されることになる。また、転写に必要なのは、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ と二次中間転写ドラム２２との間の電位差であるので、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ の表面電位に応じた値に設定することが必要である。上述のように、トナーの帯電量が−２０〜３５μＣ／g の範囲内にあり、常温常湿環境下であって、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ の表面電位が+380Ｖ程度の場合には、二次中間転写ドラム２２の表面電位は、+880Ｖ程度、つまり第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ と二次中間転写ドラム２２との間の電位差は、+500Ｖ程度に設定することが望ましい。
【００３１】
この実施例で用いる二次中間転写ドラム２２は、例えば、外径が第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ と同じ42ｍｍに形成され、抵抗値は１０11Ω程度に設定される。また、上記二次中間転写ドラム２２も第１、第２の一次中間転写ドラム２１ａ, ２１ｂと同様、単層、あるいは複数層からなる表面が可撓性、もしくは弾性を有する円筒状の回転体であり、一般的にはＦｅやＡｌ等からなる金属製コアとしての金属パイプの上に、導電性シリコーンゴム等で代表される低抵抗弾性ゴム層（Ｒ＝102 〜103 Ω）が、厚さ0.1 〜10mm程度に設けられている。更に、二次中間転写ドラム２２の最表面は、代表的にはフッ素樹脂微粒子を分散させたフッ素ゴムを厚さ3 〜100 μｍの高離型層として形成し、シランカップリング剤系の接着剤（プライマ）で接着されている。ここで、二次中間転写ドラム２２の抵抗値は、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ よりも高く設定する必要がある。そうしないと、二次中間転写ドラム２２が第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ を帯電してしまい、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ の表面電位の制御が難しくなる。このような条件を満たす材料であれば、特に材料は限定されない。
【００３２】
次に、上記二次中間転写ドラム２２上に形成された単色像から四重色像までの最終的なトナー像は、最終転写ロール３０によって、用紙搬送路P を通る用紙に（３次）転写される。この用紙は、不図示の紙送り工程を経て用紙搬送ロール対４を通過し、二次中間転写ドラム２２と最終転写ロール３０のニップ部に送り込まれる。この最終転写工程の後、用紙上に形成された最終的なトナー像は、加熱ロール５０と加圧ロール５１とを備える定着器５によって定着され、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００３３】
一方、所謂プロセスコントロールなどで用いられる未転写パッチトナー像や、クリーニング時に放出される残留トナー（後述する）などは、最終転写ロール３０上に付着し、スクレーパ６１により掻き取られ、回収ボックスハウジング６０内に回収される。
【００３４】
最終転写ロール３０は、ＳＵＳなどの金属ロールにポリイミド樹脂層を設けたものである。ここで、金属ロールへのリークを確実に防止するためには、金属ロールの表面を陽極酸化処理により酸化膜を形成した後、その酸化膜上にポリイミド樹脂層を設けることが好ましい。このポリイミド樹脂層は、１００Ｖ印加条件で６〜１２logΩｃｍ、さらには９〜１１logΩｃｍの体積抵抗を有するものであることが好ましい。ポリイミド樹脂層にこのような体積抵抗条件を与えるには、例えばそれを構成するポリイミド樹脂を電子導電タイプの材料で構成し、カーボンなどの体積抵抗調整剤適量（例えば２〜２５％）含有させることができる。また、ポリイミド樹脂の電気抵抗維持性や均一性を高めるためには、ポリイミド樹脂の導電材料として導電ポリマー材料を用いることが好ましい。また、最終転写ロール３０の表面粗さとしては、トナーの外添剤などが付着しがたい程度に平滑であれば良く、例えば１０点平均粗さＲｚで０．３〜１．０μｍ程度であればよい。
【００３５】
最終転写ロール３０に印加される電圧は、雰囲気温度、湿度、用紙の種類（抵抗値等）等によって最適値が異なり、概ね+1200 〜5000Ｖ程度である。この実施の形態では、定電流方式を採用しており、常温常湿環境下で約+6μＡの電流を通電して、ほぼ適正な転写電圧(+1600〜2000Ｖ) を得ている。
【００３６】
スクレーパ６１は、その材料として例えばＳＵＳなどが用いられ、スクレーピング機能を確保するためには、その最終転写ロール３０と接触するエッジ面をエッジング処理することが好ましい。また、最終転写ロール３０との摩擦を低減するために、スクレーパ６１の最終転写ロール３０と接触する部分を低摩擦コート層（例えばフッ素コート層）で被覆することが好ましい。スクレーパ６１の厚さ、自由長、押し圧などは適宜設定することができる。また、その取り付け状態としては、スクレーピング性能を考慮すれば、スクレーパ６１の先端が最終転写ロール３０の回転方向に対向する方向、すなわちドクター方向に配設するレイアウトが好ましく、接線に対する設定角度については例えば、１５〜４５度程度が好ましい。
【００３７】
ところで、この図１に示すタンデム型フルカラープリンタ（画像形成装置）の二次転写、三次転写工程においては、トナー画像が完全に転写されず、そのごく一部が中間転写ロール２１ａ、ｂ、２２に残留してしまう場合がある。そこで、本実施例に係るフルカラープリンタでは、その中間転写体ロール２１ａ、ｂ、２２上の残留トナーを一時的にトナー除去ブラシ（トナー保持手段）７１ａ、ｂ、７２に保持させ、所定のタイミングで行われるクリーニング時にトナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２からその残留トナーを排出させて、最終転写ロール３０上に移動させ、最終的にトナー回収ボックス６内に廃棄するようにしている。なお、本実施例で対象とするのは通常のマイナス（−）極性に帯電したトナー（通常極性トナー）であって、反転されプラス（＋）極性に帯電したトナー（逆極性トナー）のクリーニングについては後述の変形例として説明する。
【００３８】
図１に示すように、第一の一次中間転写ロール２１ａの回転方向の二次転写部分よりも下流側、かつ感光体ドラム１０（Ｋ）との一次転写部分よりも上流側にその中間転写ロール２１ａに当接して第一の一次トナー除去ブラシ７１ａが設けられている。また、第二の一次中間転写ロール２１ｂの回転方向の二次転写部分よりも下流側、かつ感光体ドラム１０（Ｍ）との一次転写部分よりも上流側にその中間転写ロール２１ｂに当接して第二の一次トナー除去ブラシ７１ｂが設けられている。さらに、二次中間転写ロール２２の回転方向の三次転写部分よりも下流側、かつ第二の一次中間転写ロール２１ｂとの二次転写部分よりも上流側にその二次中間転写ロール２２に当接して二次トナー除去ブラシ７２が設けられている。これらのトナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２はいずれもＳＵＳなどの金属パイプに所定の電気抵抗を有するブラシ部材を植毛した回転ブラシである。
【００３９】
また、これらのトナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２は、各中間転写ロール２１ａ、ｂ、２２の表面の移動速度に対して２０％以上の周速度差で従動回転している。
【００４０】
図２はこのような本実施例によるトナー除去ブラシに保持された残留トナー（正極性トナー）クリーニングを行うための制御系を示すブロック図である。一方、図３は、図２に示した制御系の作用を説明する電位勾配図であり、図３（ａ）は通常時の電位勾配を、図３（ｂ）は本実施例のクリーニング時の電位勾配をそれぞれ示している。
【００４１】
図２に示すように、この制御系は電位制御部（バイアス制御手段）８を中心としおり、その電位制御部８の検知対象はプリンタ装置の主制御装置１００から送信されるプリンタの状態を示す信号であり、電位制御部８の制御対象は現像ロール１３０（Y）〜（K）、トナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２等への印加バイアス電圧である。なお、図２には示していないが、この電位制御部８の制御対象はこの他にも感光体ドラム１０（Y）〜（K）や、中間転写ドラム２１ａ、ｂ、２２への印加バイアス電圧も含まれる。
【００４２】
印字動作中であることを示す信号を主制御装置１００から受信すると、電位制御部８は図３（ａ）に示す電位勾配となるようなバイアス電圧を各制御対象に印加する。すなわち、印字動作中の現像ロール１３０の電位をＶ（１３０）、感光体ドラム１０の電位をＶ（１０）、一次中間転写ロール２１の電位をＶ（２１）、一次トナー除去ブラシ７１の電位をＶ（７１）、二次中間転写ロール２２の電位をＶ（２２）、二次トナー除去ブラシ７２の電位をＶ（７２）、最終転写ロール３０の電位をＶ（３０）とすると、これらの電位の間にはＶ（１３０）＜Ｖ（１０）＜Ｖ（２１）＜Ｖ（７１）＜Ｖ（２２）＜Ｖ（７２）＜Ｖ（３０）の関係が成り立つ。
【００４３】
したがって、印字動作中にトナー像は一次〜三次転写を経て、そのほとんどが用紙上に最終転写され、ごく一部が一次トナー除去ブラシ７１ａ、ｂや二次トナー除去ブラシ７２に保持される。なお、本実施例では、Ｖ（１３０）＝−２３０〔Ｖ〕、Ｖ（１０）＝−６０（画像部）〔Ｖ〕、Ｖ（２１）＝＋３８０〔Ｖ〕、Ｖ（７１）＝＋６００〔Ｖ〕、Ｖ（２２）＝＋８８０〔Ｖ〕、Ｖ（７２）＝＋１１００〔Ｖ〕、Ｖ（３０）＝＋１８００〔Ｖ〕である。
【００４４】
ここで、本実施例では各一次中間転写ロール２１と一次トナー除去ブラシ７１との間の電位差（図３（ａ）中のΔＶ１参照）、両者間の電気抵抗値を適切に設定することにより両者間の透過電流を規定し、その結果残留トナーを保持しつつ、しかも保持している残留トナーの極性が反転されて意図せず放出してしまうことを防止することができる。同様に、二次中間転写ロール２２と一次トナー除去ブラシ７２との間の電位差（図３（ａ）中のΔＶ２参照）、両者間の電気抵抗値を適切に設定することにより両者間の透過電流を規定し、その結果残留トナーを保持しつつ、しかも保持している残留トナーの極性が反転されて意図せず放出してしまうことを防止することができる。なお、これらの電位差、電気抵抗値、透過電流、トナーの保持との関係は後述の実験例において説明する。
【００４５】
一方、印字動作前、印字動作後、連続印字持の所定枚数毎など、ある所定のタイミングでそれらの状態を示す信号を主制御装置１００から受信すると、電位制御部８は図３（ｂ）に示す電位勾配となるようなバイアス電圧を各制御対象に印加する。
【００４６】
すなわち、（通常極性トナーの）クリーニング動作中の現像ロール１３０の電位をＶ’（１３０）、感光体ドラム１０の電位をＶ’（１０）、一次中間転写ロール２１の電位をＶ’（２１）、一次トナー除去ブラシ７１の電位をＶ’（７１）、二次中間転写ロール２２の電位をＶ’（２２）、二次トナー除去ブラシ７２の電位をＶ’（７２）、最終転写ロール３０の電位をＶ’（３０）とすると、これらの電位の間にはＶ’（１０）＜Ｖ’（７２）＝Ｖ’（７１）＝Ｖ’（１３０）＜Ｖ’（２１）＜Ｖ’（２２）＜Ｖ’（３０）の関係が成り立つ。
【００４７】
したがって、（通常極性トナーの）クリーニング動作中に各トナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２に保持されていた残留トナーは二次〜三次転写を経て、最終転写ロール３０上に転写され、スクレーパ６１により掻き取られ、最終的にはトナー回収ボックス６内に回収される。なお、本実施例では、Ｖ’（１３０）＝Ｖ’（１０）＝Ｖ’（７１）＝Ｖ’（７２）＝０〔Ｖ〕、Ｖ’（２１）＝＋３８０〔Ｖ〕、Ｖ’（２２）＝＋８８０〔Ｖ〕、Ｖ’（３０）＝＋１８００〔Ｖ〕である。
【００４８】
本実施例における図３（ａ）（ｂ）に示す電位勾配は、各部材の金属部（シャフト、パイプ）に電圧を給電する方式によって得ているが、例えば、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ 又は二次中間転写ドラム２２などを電気的に浮かせて、これら部材の抵抗値の関係によって所望の表面電位が得られる場合には、そのような方法をとっても良い。
【００４９】
◎実験例
本実施例では、印字時において各トナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２に残留トナーを静電的に保持し、かつその保持している残留トナーの帯電極性を逆転させないよう、各トナー除去ブラシ７１ａ、ｂ、７２と各中間転写ロール２１ａ、ｂ、２２との間の電位差、電気抵抗値、透過電流値を規定している。以下、これらのパラメータを適切に設定するための実験を説明する。
【００５０】
図４は、本実施例及び本実験例において説明される電位差、電気抵抗値、透過電流値の測定方法を説明するものである。同図に示すように、トナー除去ブラシ７（７１ａ、７１ｂ、７２）と中間転写ロール２（２１ａ、２１ｂ、２２）とを当接させて両者の断面中心の金属部分に高圧電源を接続し、その際の電圧値と電流値とを測定することとしている。なお、トナー除去ブラシ７の外径は１４ｍｍ、中間転写ロール２の外径は４２ｍｍ、両者の回転軸間隔は２７．５ｍｍであり、０．５ｍｍのオーバーラップ部分が存在している。このトナー除去ブラシ７は１平方インチあたり１０万本のブラシが植毛されている。
【００５１】
【表１】
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表１は、トナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差、透過電流値及び残留トナー保持の関係を示す実験結果をまとめたものである。本発明者は、トナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差ΔＶ（図３のΔＶ１又はΔＶ２に相当）を、０、１００、２００、３００、４００、５００〔Ｖ〕と変化させ、各電位差において標準的な評価パターンの画像を連続２０枚印字させ、その際の▲１▼トナー除去ブラシ７の重量増加〔ｍｇ〕、▲２▼中間転写ロール２表面のトナー除去ブラシ７との当接部分の下流側近傍におけるテープ転写像反射濃度〔Ｇ〕、▲３▼転写残像グレード〔Grade〕、▲４▼印加電圧〔Ｖ〕、▲５▼透過電流〔μＡ〕を観察、計測するものである。なお、▲１▼の重量増加はトナー除去ブラシ７に保持される残留トナーの量を示し、多いほど好ましい、▲２▼の転写像濃度はトナー除去ブラシ７に保持されないトナーの量（トナー除去ブラシ７を通過するトナーの量）を示し、小さいほど好ましい、▲３▼の転写残像グレードは記録媒体に現れる未転写トナーの量を示し、小さいほど好ましい。
【００５２】
図５は、表１に示した実験結果をグラフに表したものである。横軸にトナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差ΔＶを、縦軸に▲１▼トナー除去ブラシ７の重量増加と、▲２▼テープ転写像反射濃度と、▲３▼転写残像グレードをそれぞれ示したものである。このグラフが示すように、まず電位差ΔＶが０から大きくなるにしたがって、▲１▼トナー除去ブラシ７の重量は徐々に増加し、▲２▼テープ転写像反射濃度は徐々に低下し、▲３▼転写残像グレードは徐々に小さくなる。そして、電位差ΔＶが１８０〔Ｖ〕から２８０〔Ｖ〕の間で、▲１▼トナー除去ブラシ７の重量は最大値をとり、▲２▼テープ転写像反射濃度は最小値をとり、▲３▼転写残像グレードは画質上実質的に問題のないレベルＧ１に落ち着く。さらに、電位差ΔＶが２８０〔Ｖ〕から大きくなるにしたがって、▲１▼トナー除去ブラシ７の重量は徐々に低下し、▲２▼テープ転写像反射濃度は徐々に増加し、▲３▼転写残像グレードはまったく問題のないレベルＧ０を維持する。
【００５３】
電位差ΔＶによりこのように▲１▼トナー除去ブラシ７の重量増加、▲２▼テープ転写像反射濃度、▲３▼転写残像グレードがそれぞれ変化するには、電位差ΔＶが１８０〔Ｖ〕未満の範囲では残留トナーをトナー除去ブラシ７が静電的に保持し難いためであると考えられ、電位差ΔＶが２８０〔Ｖ〕よりも大きい範囲では一旦トナー除去ブラシ７が保持した残留トナーに電荷が注入され、帯電極性が反転して、トナー除去ブラシ７から離れてしまうためであると考えられる。
【００５４】
したがって、この実験から、電位制御部８が印字時においてトナー除去ブラシ７に対して印加する保持バイアスの大きさは、トナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差ΔＶが１８０〔Ｖ〕となるような電位を下限とし、トナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差ΔＶが２８０〔Ｖ〕となるような電位を上限とすることが好ましい。なお、この際のトナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の透過電流の値は、約１．１〜２．１μｍである。
【００５５】
さらにトナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差ΔＶがこのような１８０〔Ｖ〕から２８０〔Ｖ〕の範囲内において、トナー除去ブラシ７に対して印加する保持バイアスの大きさは、除去ブラシ７と中間転写ロール２との間に流れる透過電流の値が最小となるような電位とすることが好ましい。ここで、電位差ΔＶが小さくなれば、透過電流も小さくなる傾向にあるため、保持バイアスの大きさは電位差ΔＶが１８０〔Ｖ〕となるような値とすることが好ましい。
【００５６】
【表２】
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表２は、トナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差、電気抵抗値、透過電流値及びトナー除去ブラシ７の形態の関係を示す実験結果をまとめたものである。本発明者は、トナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電位差ΔＶを、０、１００、２００、３００、４００、５００〔Ｖ〕と変化させ、トナー除去ブラシ７として１平方インチあたり５万本のブラシが植毛されているトナー除去ブラシ７（５）と、１平方インチあたり１０万本のブラシが植毛されているトナー除去ブラシ７（１０）とを使用し、▲１▼印加電圧〔Ｖ〕、▲２▼透過電流〔μＡ〕を計測し、それらの印加電圧と透過電流とから求められるトナー除去ブラシ７と中間転写ロール２との間の電気抵抗をまとめたものである。
【００５７】
図６は、表２に示した実験結果をグラフに表したものである。横軸に▲１▼トナー除去ブラシ７への印加電圧〔Ｖ〕を、縦軸に▲２▼透過電流〔μＡ〕をそれぞれ示したものである。このグラフが示すように、いずれのトナー除去ブラシ７（５）（１０）においても、印加電圧と透過電流との間には略正比例の関係が認められ、その傾きはブラシ７（５）の方がブラシ７（１０）よりも小さい。
【００５８】
したがって、この実験から、電位制御部８が印字時においてトナー除去ブラシ７に対して印加する保持バイアスの大きさは、トナー除去ブラシ７の植毛密度によりその好適な範囲及び値が異なることが分かる。
【００５９】
◎変形例
ところで、この図１に示すタンデム型フルカラープリンタ（画像形成装置）の一連の転写工程（一次転写〜三次転写）においては、各転写工程の転写部位をトナー像が通過するとき、パッシェン放電や電荷注入により、（−）帯電している像中の正極性トナーの一部が逆極性の（＋）帯電トナーとなることがある。この（＋）帯電トナーは、次工程へ転写されずに、上流側に逆流することになるので、最もマイナス電位が高い帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）に付着、堆積する。これら帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）のトナーが付着した部分は、放電が活発となり、感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面電位が高くなる傾向になるため、トナーの付着が多い部分、トナーの付着が少ない部分、トナーの付着がない部分で感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面電位にムラが生じることになる。感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面電位にムラが生じると、静電潜像を形成させるために当該感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面に画像を一様に露光しても、潜像電位にムラが生じてしまい、現像量に違いが出てきてしまうので、特に中間調画像を現像しようとすると、濃度ムラが目立つことになる。
【００６０】
そこで、このような帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）に付着したトナーによる濃度ムラの発生を防ぐために、この変形例では、印字動作前、印字動作後、連続印字持の所定枚数毎、ページ間など、ある所定のタイミングで以下のような他のクリーニング動作を行なうようになっている。
【００６１】
帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）、感光体ドラム１０（Y）〜（K）、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ 、二次中間転写ドラム２２、最終転写ロール３０の順に、最終転写ロール３０が最もマイナス電位が高くなるように、順々に電位勾配をつけた電圧を印加することによって、印字動作中に、帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）に付着、堆積した逆極性の（＋）帯電トナーを、最終転写ロール３０まで順々に転写して移動し、最終転写ロール３０に圧接して設けた金属スクレーパ６１によって回収する。
【００６２】
この実施例では、帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）の表面電位を０Ｖ、感光体ドラム１０（Y）〜（K）の表面電位を−３００Ｖ、第１及び第２の一次中間転写ドラム２１ａ,２１ｂ の表面電位を−８００Ｖ、二次中間転写ドラム２２の表面電位を−１３００Ｖ、最終転写ロール３０の表面電位を−２０００Ｖに設定している。このようなマイナス印加クリーニングモード、つまり逆極性の（＋）帯電トナー回収モードによって帯電装置１１（Ｙ）〜（Ｋ）に付着したトナーによる濃度ムラの発生を防ぐことができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、適切なクリーニングを行いつつ、より小型の、レイアウト自由度の高い画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例に係るフルカラープリンタの断面要部概略図である。
【図２】図２は、電位制御系を説明する制御ブロック図である。
【図３】図３は、プリント時及びクリーング時の電位勾配を説明するものである。
【図４】図４は、電気抵抗の計測方法を説明するものである。
【図５】図５は、トナー除去ブラシの各種特性を説明するグラフである。
【図６】図６は、トナー除去ブラシの植毛密度の別による電気抵抗値の違いを説明するグラフである。
【符号の説明】
１０…感光体ドラム（像担持体）、２１…一次中間転写ロール（中間転写体）、２２…二次中間転写ロール（中間転写体）、３０…最終転写ロール（転写手段）、６…トナー回収ボックス（回収手段）、７１…一次トナー除去ブラシ、７２…二次トナー除去ブラシ、８…電位制御部（バイアス制御手段）、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004032643.tif 000008
【図６】
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