(57)【要約】【課題】印刷可能枚数が多く、かつ地汚れや色味変化がなく高画質画像を得ることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体１１に残存する転写残トナーを回収し、現像ユニット１４に戻し再利用する画像形成装置１において、現像ユニット１４内のトナーを撹拌する攪拌手段１５と、攪拌手段１５を駆動する第１駆動手段と、像担持体１１に残存した転写残トナーを回収する回収手段１７と、回収手段１７により回収された使用済みトナーを現像ユニット１４へ移送する移送手段１８と、回収手段１７と現像ユニット１４間の移送路１９と、移送手段１８を駆動する第２駆動手段と、第１駆動手段と第２駆動手段の駆動を制御する制御手段２２とを備え、第２駆動手段は、第１駆動手段と同期して駆動され、且つ第１駆動手段と別個に制御されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二成分現像ユニットによりトナー画像を形成する黒色及びカラーの作像ユニットを並列に配置して、各々の作像ユニットで作像されたトナー画像を、中間転写体上又は転写紙上に重ね合せて画像を形成する画像形成装置において、
前記各作像ユニットの像担持体のクリーニング部でクリーニングされたトナーを各々現像ユニットの剤攪拌部に戻すトナーリサイクル機構を有し、
前記現像ユニットと像担持体とは独立に駆動させ、
前記トナーリサイクル機構は、現像ユニットに同期させて駆動する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記黒色の作像ユニット及びトナー像を形成する順番が最上流位置の作像ユニットのみが、
像担持体のクリーニング部でクリーニングされたトナーを各々の現像ユニットの剤攪拌部に戻すトナーリサイクル機構を有する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
前記画像形成装置は、出力した画像条件を基に、トナーリサイクル機構がクリーニングされたトナーを現像ユニットの剤攪拌部に戻すか又は廃トナー容器に搬送するかを制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成措置において、
トナー像を形成する順番が最下流の位置に黒色の作像ユニットを配置する
ことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式で画像を形成し、転写後像担持体に残存する転写残トナーをリサイクルして再使用するトナーリサイクル機構を備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フルカラー画像形成装置には、１つの感光体の周りに複数色の現像装置を備え、それらの現像装置でトナーを付着して感光体上に合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を転写して転写紙にカラー画像を記録する、いわゆる１ドラム型のものと、並べて備える複数の感光体にそれぞれ個別に現像装置を備え、各感光体上にそれぞれ単色トナー画像を形成し、それらの単色トナー画像を順次転写して転写紙に合成カラー画像を記録する、いわゆるタンデム型のものとがある。
１ドラム型とタンデム型とを比較すると、前者は感光体が１つであるから、比較的小型化でき、コストも低減できる利点はあるものの、１つの感光体を用いて複数回（通常４回）画像形成を繰り返してフルカラー画像を形成するので、画像形成の高速化には困難である欠点があり、後者は逆に大型化し、コスト高となる欠点はあるものの、画像形成の高速化が容易である利点がある。最近は、フルカラーもモノクロ並みのスピード要求が望まれることから、タンデム型が注目されてきている。
タンデム型の画像形成装置には、各感光体上の画像を転写装置により搬送ベルトで搬送する転写紙に順次転写する直接転写方式のものと、各感光体上の画像を１次転写部で一旦中間転写体に順次転写して後、その中間転写体上の画像を２次転写部で転写紙に一括転写する間接転写方式のものとがある。中間転写体を備える画像形成装置では、２次転写部では、２次転写ローラと対向ローラで転写ニップ部を形成して転写バイアスを印加し、転写紙にトナー像を一括で転写する。
【０００３】
このような画像形成装置では、感光体でクリーニングされたトナーを再利用することにより、全てのトナーを画像形成に利用することができるので、同じ量を収納する現像装置・画像形成装置であっても、印刷枚数を多くすることができる。
しかし、画像形成装置でトナーリサイクル方式を行なうときは、次のような問題がある。
リサイクルされたトナーは、１度現像に供されており、その時に、地汚れトナーや転写残トナーのため帯電性が悪いトナーやストレスを受けたトナーが含まれている。そのようなトナーを廃トナー容器に捨てずに現像器に戻すため、現像剤の中の帯電性の悪いトナーやストレスを受けたトナーの割合がトナーリサイクルをしていないときより多くなり、感光体上の地汚れが多くなる場合がある。その場合でも転写部では地汚れトナーが転写しにくいような電界がかかるので、転写紙上の地汚れは問題にならない。しかし、カラーの画像形成装置では、中間転写体上又は転写紙上に上流位置の作像ユニットで作像したトナー層があると、その部分に地汚れトナーが転写されてしまい問題となる。特に、黒色の単独のファーストプリントタイムを短くするために、黒色の作像ユニットを、現像順番又は中間転写体の回転方向に対して最下流位置にしたときは、イエロートナー上に付着した黒色の地汚れトナーが非常に目立ちやすい。
また、中間転写体を持つカラー画像形成装置では、中間転写体回転方向の上流側に配置された作像ユニットで中間転写体に転写されたトナーが下流側にある作像ユニットを通過するとき、一部のトナーが中間転写体から感光体に逆転写してしまう。この逆転写されたトナーは通常は感光体クリーニング部でクリーニングされるので問題にならないが、トナーリサイクルを行なうと上流ステーションの逆転写トナーが現像ユニット内に混入してしまう。そのため混入した逆転写トナー量が多くなると、色味が少し変化するという不具合が起きる。
【０００４】
この不具合を解消するために、特許文献１では、表面に潜像が形成される像担持体と、前記像担持体の表面にモノクロの現像剤像を形成するモノクロ画像用の現像装置と、前記像担持体の表面にカラーの現像剤像を形成する複数のカラー画像用の現像装置と、モノクロ画像用の現像装置のみを使用する時に、現像剤像を用紙に転写した後に前記像担持体に残っている現像剤を除去する第１クリーニング装置と、少なくとも１つのカラー画像用の現像装置を使用する時に、現像剤像を用紙に転写した後に前記像担持体に残っている現像剤を除去する第２クリーニング装置と、前記第１クリーニング装置によって除去された現像剤を前記モノクロ画像用の現像装置に搬送するリサイクル機構と、を備えた画像形成装置が開示されている。
また、特許文献２では、タンデム型画像形成装置を用いて中間転写体上に合成トナー画像を形成し、そのトナー画像を転写してシートにカラー画像を記録するカラー電子写真装置に備え、前記中間転写体上の転写残トナーを、前記タンデム型画像形成装置におけるブラックの画像形成手段で用いる現像装置に戻すトナー戻し手段を備えてなる中間転写体クリーニング装置が開示されている。
また、特許文献３では、一作像工程で、黒画像、２色画像、モノカラー画像、をつくるモードを選択できる電子写真画像形成装置のクリーニング工程で排出された回収トナーを、リサイクルトナーとして黒現像器に戻すためのリサイクルトナー搬送手段と、該回収トナーを廃トナーとして廃トナー容器に廃棄回収するための廃トナー搬送手段と、該回収トナーの搬送経路を該リサイクルトナー搬送手段の搬送経路または該廃トナー搬送手段の搬送経路の何れかに切り換えるためのトナー搬送経路切換手段とを有する多色電子写真トナー回収装置において、黒以外の色のトナーを含んだ画像の転写残トナーのクリーニング工程を、作像工程終了後のクリーニング装置内の回収トナーが次工程に影響しない量になるまで行い、上記廃トナー搬送手段を用いて該回収トナーを搬送して次工程に入るようにした多色電子写真トナー回収装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４８１５２
【特許文献２】特開２００２−１８９３３５
【特許文献３】特開平０９−００６２０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、リサイクル・トナーは、像担持体の表面に付着する地汚れトナーや転写残トナー等が未使用トナーに混合されて生成されるため、相対的に帯電性が劣るという問題がある。
【０００７】
そこでこの発明は、前記のような従来のものが有する問題点を解消し、経済性の観点から、従来のものと比較して印刷可能枚数が多く、かつ地汚れや色味変化がなく高画質画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本願の記載に係る発明は、二成分現像ユニットによりトナー画像を形成する黒色及びカラーの作像ユニットを並列に配置して、各々の作像ユニットで作像されたトナー画像を、中間転写体上又は転写紙上に重ね合せて画像を形成する画像形成装置において、前記各作像ユニットの像担持体のクリーニング部でクリーニングされたトナーを各々現像ユニットの剤攪拌部に戻すトナーリサイクル機構を有し、前記現像ユニットと像担持体は独立に駆動させ、前記トナーリサイクル機構は、現像ユニットに同期させて駆動する画像形成装置である。
また、本願の記載に係る発明は、さらに、前記黒色の作像ユニット及びトナー像を形成する順番が最上流位置の作像ユニットのみが、像担持体のクリーニング部でクリーニングされたトナーを各々の現像ユニットの剤攪拌部に戻すトナーリサイクル機構を有する。
また、本願の記載に係る発明は、さらに、前記トナーリサイクル機構は、像担持体のクリーニング部でクリーニングされたトナーを廃トナー容器に搬送することを特徴とする。
また、本願の記載に係る発明は、さらに、出力した画像条件を基に、トナーリサイクル機構がクリーニングされたトナーを現像ユニットの剤攪拌部に戻すか又は廃トナー容器に搬送するかを制御することを特徴とする。
また、本願の記載に係る発明は、さらに、トナー像を形成する順番が最下流の位置に黒色の作像ユニットを配置することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明を実施するための最良の形態を、添付図面に示す実施の形態を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態を示すタンデム型のフルカラー画像形成装置の概略図である。
本発明に係るフルカラー画像形成装置１は、中間転写手段２５と像担持体(以下、感光体と記す)１１ａ〜１１ｄの表面が直接接触しているため、中間転写手段２５が回転しているとき、感光体１１ａ〜１１ｄの接触面が中間転写手段２５により傷つけないように、中間転写手段２５の回転とともに感光体１１ａ〜１１ｄが回転する。感光体１１ａ〜１１ｄの駆動と現像ローラ１２ａ〜１２ｂは別駆動なので、現像ローラ１２ａ〜１２ｄは制御手段２２により予め記憶された所定時間だけ駆動される。感光体１１ａ〜１１ｂが回転しているときに現像ローラ１２ａ〜１２ｄを回転させると、１頁の画像形成に対して現像駆動時間が非常に長くなり、トナーの寿命枚数が短くなるからである。各感光体１１上の画像を転写装置により、搬送ベルトで搬送する転写紙に順次転写する直接転写方式のものと、図１に示すように、各感光体上１１の画像を１次転写装置２３で一旦中間転写体２５に順次転写して後、その中間転写体２５上の画像を２次転写装置２４で転写紙に一括転写する
【００１０】
次に、図２でトナーリサイクルを説明する。感光体１１上のクリーニングされたトナーは、クリーニング装置から廃トナー容器へ搬送されて中間転写ベルトのクリーニングされたトナーとともに廃トナー容器に貯められる。しかし、クリーニングされたトナーを廃トナーとして捨てていると、ある割合のトナーを無駄にすることになる。そのため、図２のような構成でクリーニングされたトナーを現像ユニットに戻して再利用することにより、トナーを無駄にすることなく利用できる。図２で示すように、感光体１１が、図の矢印の方向に回転し、現像剤担持体１２(以下、現像ローラと記す)が非常に狭い間隔Ｇp(以下、現像ギャップと記す)で感光体１１に近接している。現像剤攪拌部１４には、トナーと磁性体のキャリアからなる二成分現像剤が、現像ローラ１２と平行に配置された２本のスクリューにより循環しながら攪拌され、トナーが帯電してキャリアに付着している状態となっている。現像ローラ１２は内部に固定されたマグネットを有し、外側の円筒状の現像ローラが図の方向に回転することにより、現像剤を供給する供給ローラ１５ａの現像剤が磁力により汲み上げられ、現像剤規制部材１３により所定の汲み上げ量にして、感光体１２と現像ローラ１２の対向部で磁気ブラシを形成する。現像ローラ１２の表面速度(現像ローラ線速)は感光体１１の表面速度(感光体線速)より速く設定し、磁気ブラシの先端が感光体１１を摺擦することによりトナーが供給される。現像ローラ１２に印加しているバイアスと感光体１１の潜像電位との電位差により、マイナスに帯電しているトナーが潜像に付着する。現像されたトナーは、転写部で中間転写体２５又は転写紙に転写されるが、全部のトナーは転写されずに感光体１１上に転写残トナーとして残ってしまう。そのトナーをクリーニングブレード１７でクリーニングし、搬送部材１８でユニットの後側に搬送する。ユニットの後側で、図の点線で示した搬送経路１９で図の矢印(白抜き)方向に搬送し、現像剤攪拌部１５ｂにトナーを落下させて再利用する。
【００１１】
この画像形成装置では、現像ユニット１４と感光体とは独立に駆動させ、トナーリサイクル機構は、現像ユニット１４に同期させて駆動させる。通常、感光体クリーニング部でクリーニングされたトナーを搬送する駆動は感光体駆動からとるので、感光体が駆動されている間は現像ユニット１４にリサイクルトナーが戻ることになる。モノクロの画像形成装置では、感光体１１が駆動されているときは現像も駆動されている場合が多く、リサイクルトナーが現像ユニット１４に戻るときは現像剤が攪拌されている。しかし、タンデム型のカラー画像形成装置では中間転写体２５が回転しているときは接触している感光体１１も回転させる。同様に、感光体が回転しているときに現像を回転させていると、プリント１枚に対しての現像駆動時間が非常に長くなり、現像剤の寿命枚数が短くなってしまう。そのため、感光体の駆動と現像は別駆動にして、現像は必要な時間だけ駆動する。これによって、現像剤に対するストレスを減らして、地汚れの発生を抑える。
さらに、トナーリサイクル機構１９と現像ユニット１４とを同期させて、駆動させる。図３は、１例として、黒色作像ユニット１４を最下流位置に配置し、カラー３色の現像を同じモータで駆動する構成での作像シーケンスを示すタイミングチャートである。二成分現像ユニット１４では、現像ローラ１２の表面と感光体１１の表面は直接接触していなくて、流動性のある現像剤の穂が接触しているので、感光体１１が回転しているときに現像ユニット１４が止まっていても問題は無い。これに対し中間転写体２５と感光体１１は直接接触しているので、中間転写体２５が回転しているときに感光体１１を止めると、表面を傷つける可能性がある。上記説明は中間転写体２５を用いる方式であるが、直接転写方式で転写紙を搬送ベルトを用いて搬送する場合も同様である。
タンデム型のカラー画像形成装置では、感光体１１が駆動しているときに現像ユニット１４を止めているタイミングがあるので、リサイクルトナーを搬送する駆動を感光体１１からとると、現像が止まっているときにリサイクルトナーが現像ユニット１４に戻ることになる。前述したように、リサイクルトナーは地汚れトナーや転写残トナーのため帯電性が悪いトナーやストレスを受けたトナーが含まれているので、このようなトナーは、感光体１１から離れた混合・撹拌ローラ１５ｂ等からできるだけ現像剤に分散させ、攪拌させてから、感光体１１、現像ローラ１２に近いに供給ローラ１５ａに送られないと、感光体１１上の地汚れの原因になる。
【００１２】
現像ユニット１４が駆動しているときにリサイクルトナーが現像ユニット１４に戻ると、少しずつ現像剤の中に分散されていくが、現像ユニット１４が止まっているときに戻ると、次の作像で、現像ユニット１４が駆動開始するときには、リサイクルトナーが現像ユニット１４に戻る位置にある量が溜まっていることになる。このような状態になると感光体１１上の地汚れが悪化し、上流位置の作像ユニット２０で作像されたトナーの上に地汚れトナーが転写されて問題となる。
このために、リサイクルトナーを剤攪拌部材である撹拌ローラ１５ｂに戻すトナーリサイクル機構１９の駆動を現像ユニット１４の駆動と同期させて、同じ駆動をさせる。これにより、現像ユニット１４が駆動されているときだけトナーリサイクル機構１９が駆動してリサイクルトナーが撹拌ローラ１５ｂに戻るので、リサイクルトナーが良く分散・攪拌・混合されてることで、感光体上１１の地汚れの発生を抑えることができる。
【００１３】
前記黒色の作像ユニット２０ｄ及びトナー像を形成する順番が最上流位置の作像ユニット２０ａのみが、感光体１１のクリーニング１７でクリーニングされたトナーを各々の現像ユニット１４の撹拌ローラ１５ｂに戻すトナーリサイクル機構１９を有する。
カラー画像形成装置では、それぞれの作像ユニット２０における感光体１１上のトナーでリサイクルを行なうと、その作像ユニット２０よりも、現像の順序として上流ステーションの逆転写トナーが、それぞれの現像ユニット１４内に混入してしまうため、混入した逆転写トナー量が多くなると混色が起きるという問題がある。
図４は、シアントナーとイエロートナーとの混色による色差ΔＥを示すグラフである。図５は、マゼンタトナーとイエロートナーとの混色による色差ΔＥを示すグラフである。図６は、黒色トナーとイエロートナーとの混色による色差ΔＥを示すグラフである。複数のカラートナーの一例であるが、シアントナー、マゼンタトナー、黒色トナーに、それぞれ１％、２％、４％、１０％のイエロートナーを混ぜたものを作って階調パターンを出力し、シアントナー、マゼンタトナー、黒色トナーだけの画像との色差ΔＥを測定した結果を示している。図４ないし６からわかるように、同じ量のトナーを混ぜたときでも、黒色トナーに混ぜたときが最も色差が小さいので、黒色トナーの色味の変化が最も目立ちにくい。
【００１４】
また、黒色トナーの作像ユニット２０ｄのみトナーリサイクルを行なった実験では、色差の変化が目立たなかった。ローラ１５の駆動と感光体１１の駆動は別個に制御され、トナーを現像ユニット１４に回収する移送手段１８は、現像ユニット１４の駆動と同期して駆動される。したがって、Ｂｋ地汚れトナーが、上流にあるの作像ユニット２０で作像されたトナー画像の上に転写されても画像上は目だたない。また最上流の作像ユニット２０ａにおいては逆転写が発生しないため、最上流の作像ユニット２０ａでトナーリサイクルを行っても色味の変化は発生しない事が確認された。したがって、回収手段、移送手段及び移送路は、最上流でＢｋトナーを用いる作像ユニット２０ｄではない作像ユニット２０に配設するのが好適である。
【００１５】
図７は、この発明の他の実施形態に係る作像ユニットの概略正面図である。感光体１１の中心と現像ローラ１２の中心を結んだ線と略平行に、紙面の奥側においてトナーリサイクル機構１９の移送路が設けられており、移送路の一端は移送手段１８に、他端は廃トナー容器２１と連通している。廃トナー容器２１の２軸側において、移走路は現像ユニット１４側の現像経路２３ｂと廃トナー容器２１側の廃棄経路２３ａとに分岐している。廃トナー容器２１手前の廃棄経路２３には、回転軸２６aの周り（矢印方向）に回動自在な切替手段２６が設けられており、切替手段２６は制御手段２２により、移送路１９が廃棄経路２３ａと現像経路２３ｂのいずれか一方と連通するように制御される。図中、切替手段２６が実線の位置のとき、回収された転写残トナーが現像ユニット１４に収容され、切替手段２６が破線の位置のとき、回収された転写残トナーが廃トナー容器２１に収容される。
【００１６】
この作像ユニット２０に係る実験結果について説明する。Ｂｋトナーは他色のトナーが混入しても色味の変化が目立たなかったが、色差ΔＥが５．０程度に画像評価されたとき官能的に目立つようになった。そのため、図４に示すように、１０％程度の他色トナーが混入すると問題になった。実際的に逆転写によって、他色トナーが１０％程度も混入することは生じないが、ユーザーの使用条件如何ではカラー画像比率が非常に高い場合がある。この場合、他色のトナーが多く混入する。また、カラー画像の画像面積率が非常に高く、且つＢｋの画像面積率が低いような場合、逆転写率が変わらなくても逆転写トナー量が多くなることが思料される。したがって、回収手段、移送手段及び移送路は、黒色作像ユニットに配設することが好適である。
【００１７】
また、Ｂｋの使用トナー量が少なかったため、補給されるＢｋトナー量は少なかった。その結果、作像ユニット内の他色トナーの割合が多くなった。このため使用条件によっては、混色が問題になる場合があるのではないかと思料される。この問題を解決するために図７に示すように、再利用する転写残トナーが移送される現像経路２３ｂと、廃棄される転写残トナーが移送される廃棄経路２３ａと、現像経路２３ｂと廃棄経路２３ａとのいずれか一方を選択する切替手段２６と、切替手段２６を制御する制御手段２２とを備え、形成された画像に基づき、廃棄経路２３ａと現像経路２３ｂのいずれか一方と移送路１９とが連通するように制御される。具体的には、各作像ユニットで出力された画像面積率及びカラー画像比率を記憶装置に記憶し、あらかじめ記憶装置に記憶されたしきい値を超えたときには、移走路１９が廃棄経路２３ａと通ずるように切替手段２６を回動させるよう制御した。この結果、逆転写トナーによる混色が生ずる可能性がある条件下において、混色を確認することはできなかった。
【００１８】
本発明に係るトナーリサイクル装置を用いて実験した結果、以下の結果を得た。タンデム型のカラー画像形成装置において、上流で作像されたシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナー上に黒色トナーの地汚れトナーが転写した場合、及びシアントナー、マゼンタトナー、イエロートナーの逆転写の影響を受ける最下流工程に黒色トナー作像ユニットを配置した場合、画像上問題が発生しなかった。そのため、黒色トナー作像ユニットを最下流に配設したが、黒色トナー作像位置と転写紙に２次転写する位置の距離を短くすることができた。それとともに、単色のファーストプリントタイムを短くすることができた。したがって、最終工程にける作像ユニットを、黒色トナー作像ユニットとすることが好適である。なお、この発明に係るトナーリサイクル装置は、中間転写手段を用いる画像形成装置のみに限らず、直接転写方式、すなわち転写紙を搬送ベルトによって搬送する方式の画像形成装置にも適用できる。また、本発明はリサイクルトナー式のモノカラー画像形成装置に適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】タンデム型のフルカラー画像形成装置の概略図である。
【図２】この発明の一実施形態に係る作像ユニットの概略正面図である。
【図３】作像シーケンスのタイミングチャートである。
【図４】輝度Ｌと色差ΔＥの関係を示すでグラフある。
【図５】輝度Ｌと色差ΔＥの関係を示すグラフである。
【図６】輝度Ｌと色差ΔＥの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の他の実施形態に係る作像ユニットの概略正面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  画像形成装置
１１  像担持体
１２  現像ローラ
１３  トナー規制部材
１４  現像ユニット
１５ａ  供給ローラ
１５ｂ  撹拌ローラ（剤撹拌部材）
１６  帯電ローラ
１６ａ  クリーニング部材
１７  クリーニング１８  移送手段
１９  トナーリサイクル機構
２０  作像ユニット
２１  廃トナー容器
２２  制御手段
２３ａ  廃棄経路
２３ｂ  現像経路
２４  二次転写手段
２５  中間転写手段
２６  切替手段
２６ａ  回転軸
２８  定着手段
【図１】
2009015097.tif 000003
【図２】
2009015097.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009015097.tif 000006
【図５】
2009015097.tif 000007
【図６】
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【図７】
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