JP4436660B2 - 転写装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば複写機、プリンタ、ファクシミリ等の装置における電子写真方式の画像形成に用いられ、無端状の転写担持体を有する転写装置、及び、この転写装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置は、静電気力を利用して均一に帯電させた像担持体の表面に光書込手段によって画像光を露光し、画像データに基づいた静電潜像を形成する。この静電潜像を現像手段によってトナー像に現像し、得られたトナー像を転写手段によって記録シートに転写後、定着手段による加熱及び加圧によってトナー像を記録シートに溶融固着させる。従来、このような画像形成装置の転写手段としては、チャージャ方式の転写器が、構造が簡単であり一般的に用いられてきたが、転写出力を得るための放電時にオゾンが発生し不快な臭いと健康上問題となっていた。このため、近年では接触タイプの転写手段が主流になっている。

接触タイプの転写手段には、導電性のローラやブラシ等を転写電極として、直接記録シートの裏側に接触させて像担持体上に形成されたトナー像を記録シートに転写させる方法と、像担持体と記録シートとの間に導電性の無端状のベルトやフィルム等の転写担持体を介在させて転写を行う方法と、がある。

ところで、像担持体と記録シートとの間に導電性の無端状のベルトやフィルム等の転写担持体を介在させて転写を行う方法では、記録シートを転写担持体に静電吸着させて像担持体から記録シートに画像を転写させた後、そのまま記録シートを静電吸着させて像担持体から剥離して定着手段へ搬送する役目を転写担持体が担っている。

転写担持体には、記録シートの静電吸着と像担持体に形成された画像の転写とを行うために、現像剤とは逆極性の転写バイアスが印加される。そのため、転写担持体には像担持体に付着している記録シートに転写されなかったトナーが付着してしまい、次に静電吸着する記録シートの裏面を汚してしまう。そこで、転写担持体の表面からトナーを除去するクリーニング手段が設けられる。クリーニング手段としては、転写担持体に接触して転写担持体に付着しているトナーを擦り取り回収容器に回収する手段（例えば、特許文献１参照。）や、転写バイアス印加部材へ印加される転写バイアスの極性を切り換えてクリーニングバイアスとして機能させ、転写担持体に付着したトナーを像担持体に戻すことによりクリーニングを行う手段（例えば、特許文献２参照。）が一般的に用いられる。

ところが、転写担持体に接触して転写担持体に付着しているトナーを擦り取るクリーニング手段は、転写担持体を常時クリーニングすることができるが、回収したトナーを溜めておく回収容器が必要となり装置の大型化につながる。一方、転写バイアスの極性を切り換えて転写担持体に付着したトナーを像担持体に戻すクリーニング手段は、画像形成中にはクリーニング動作を行うことができないため、多数枚の記録シートに対する画像形成が連続して行われる場合には記録シートの裏面の汚れが発生しやすい。また、転写バイアスが印加されているときに転写担持体が直接像担持体に接触している部分は、記録シートを介して接触している部分に比べて像担持体の表面電位の低下が大きく、より多くのトナーが像担持体を介して転写担持体に付着してしまい、記録シートの裏面の端部が著しく汚れてしまう。

この問題を解決するために、特許第３３８６２６５号のように転写担持体に一時的に接触してトナーを保持する補助クリーニング部材を設け、画像形成が連続して行われるときには転写担持体に付着したトナーを補助クリーニング部材に吸着させておき、所定枚の画像形成が収容したタイミングで、吸着させておいたトナーを転写担持体を経由して像担持体に戻すようにしたものがある（例えば、特許文献３参照。）。
特許第３４５２２８７号公報 特許第３３１２８００号公報 特許第３３８６２６５号公報

しかしながら、所定枚数毎のタイミングで補助クリーニング部材に吸着させておいたトナーを転写担持体を経由して像担持体に戻してクリーニングを行うこととすると、記録シートのサイズが大きい場合、記録シートの種類に応じた転写バイアス制御等が組み込まれている場合、トナーの補給動作が実行された場合等に、補助クリーニング部材のトナーの吸着保持能力を超えてしまうことがあり、転写担持体に付着したトナーを吸着しきれなくなる問題がある。

この発明の目的は、転写担持体へ付着したトナーを補助クリーニング部によって一時的に吸着保持させた後に転写担持体を経由して像担持体に戻すタイミングを制御し、転写担持体のクリーニングを確実に行うことができる転写装置及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

この発明は上記の課題を解決するために、以下の構成を備えている。

（１）複数の支持部材に張架されてループ状の経路を移動する無端状の転写担持体と、前記転写担持体に転写バイアス又はクリーニングバイアスを選択的に印加するバイアス印加手段と、前記転写担持体に付着しているトナーを一時的に吸着する補助クリーニング部材と、を備え、前記バイアス印加手段から転写バイアスを印加して前記転写担持体が搬送する記録シートに対して像担持体表面からトナーを転写する動作、及び、前記補助クリーニング部材に吸着バイアスを印加して前記転写担持体に付着したトナーを前記補助クリーニング部材に吸着させる動作を含む転写動作を行う転写装置において、
前記転写担持体による記録シートの搬送時間又は前記バイアス印加手段による転写バイアスの印加時間を積算して積算時間が所定時間に達した時にタイムアップ信号を出力するとともに積算値をクリアする積算手段と、転写装置本体の動作状況に関する情報を更新的に記憶して本体装置への通電が遮断されてもその記憶内容を継続的に保存する記憶手段と、を備え、前記バイアス印加手段から前記転写担持体にクリーニングバイアスを印加するとともに前記補助クリーニング部材に吐出バイアスを印加して前記補助クリーニング部材が吸着したトナーを前記転写担持体を経由して像担持体に戻すクリーニング動作を前記積算手段がタイムアップ信号を出力した時に実行する転写装置であって、
クリーニングバイアスは、ＤＣ成分に対してＡＣ成分を重畳したバイアスであり、
吸着バイアスは、プラス極性のバイアスであり、
前記バイアス印加手段から前記補助クリーニング部材までの距離は、前記転写担持体の搬送方向における前記バイアス印加手段の下流側よりも上流側の方が短いことを特徴とする。

この構成においては、転写担持体に付着したトナーを補助クリーニング部材に吸着させる動作を含む転写動作の実行量に基づいて決定された実行タイミングで、バイアス印加手段から転写担持体にクリーニングバイアスが印加され、転写担持体から補助クリーニング部材に吸着させたトナーが転写担持体を介して像担持体に戻された後にクリーニングユニットに回収される。したがって、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作が、補助クリーニング部材におけるトナーの吸着量に応じたタイミングで実行される。
また、転写担持体に付着したトナーを補助クリーニング部材に吸着させる動作を含む転写動作の実行時間が所定時間に達した時に、バイアス印加手段から転写担持体にクリーニングバイアスが印加され、転写担持体から補助クリーニング部材に吸着させたトナーが転写担持体を介して像担持体に戻された後にクリーニングユニットに回収される。したがって、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作が、転写動作の実行時間の測定結果に応じたタイミングで実行される。
さらに、転写動作時における記録シートの搬送時間が所定時間に達した時に、バイアス印加手段から転写担持体にクリーニングバイアスが印加され、転写担持体から補助クリーニング部材に吸着させたトナーが転写担持体を介して像担持体に戻された後にクリーニングユニットに回収される。転写動作時における記録シートの搬送時には、転写担持体に対して転写バイアスが印加されており、転写担持体にもトナーが付着する。したがって、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作が、記録シートの搬送時間の測定結果に基づいて、転写担持体におけるトナーの付着状態に応じたタイミングで実行される。
加えて、転写バイアスの印加時間が所定時間に達した時に、バイアス印加手段から転写担持体にクリーニングバイアスが印加され、転写担持体から補助クリーニング部材に吸着させたトナーが転写担持体を介して像担持体に戻された後にクリーニングユニットに回収される。したがって、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作が、転写バイアスの印加時間の測定結果に応じたタイミングで実行される。
そのうえ、転写動作の実行時間の積算時間が所定時間に達した時に、バイアス印加手段から転写担持体にクリーニングバイアスが印加され、転写担持体から補助クリーニング部材に吸着させたトナーが転写担持体を介して像担持体に戻された後にクリーニングユニットに回収される。したがって、転写動作の連続状態に拘らず、転写動作が所定時間実行されたタイミングで、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作が実行される。
また、補助クリーニング部材から吐き出されたトナーの転写担持体による搬送距離が短くされる。したがって、補助クリーニング部材に吸着した不要トナーを転写担持体を経由して像担持体に戻すために必要な時間が短縮される。

（２）前記転写担持体を挟んで前記補助クリーニング部材に対向する補助クリーニング電極を接地して配置したことを特徴とする。

この構成においては、補助クリーニング電極が転写担持体を挟んで補助クリーニング部材に対向する。したがって、補助クリーニング部材に印加された電圧が転写担持体及び補助クリーニング電極を経由して接地され、補助クリーニング部材に多量の電流が流れる。

（３）前記補助クリーニング電極は、ブラシ状の電極であることを特徴とする。

この構成においては、ブラシ状の補助クリーニング電極が転写担持体を挟んで補助クリーニング部材に対向する。したがって、補助クリーニング電極が広い範囲にわたって転写担持体に接触し、補助クリーニング部材に印加された電圧が転写担持体及び補助クリーニング電極を経由して安定して流れ易くなる。

（４）電子写真方式の画像形成を行う画像形成装置であって、（１）〜（３）の何れかに記載の転写装置を備えたことを特徴とする。

この構成においては、転写担持体に付着したトナーを補助クリーニング部材に吸着させる動作を含む転写動作の実行量に基づいて決定された実行タイミングで、バイアス印加手段から転写担持体にクリーニングバイアスが印加され、転写担持体から補助クリーニング部材に吸着させたトナーが転写担持体を介して像担持体に戻された後にクリーニングユニットに回収される。したがって、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作が、補助クリーニング部材におけるトナーの吸着量に応じたタイミングで実行される。

（５）本体装置の通電が遮断された時に少なくとも通電が遮断される前の前記転写装置の動作情況に関する情報を記憶する記憶手段を備え、本体装置に対する通電が再開された時に記憶手段に記憶されている情報に基づいて転写装置を制御することを特徴とする。

この構成においては、本体装置に対する通電が再開された時に、本体装置に対する通電が遮断される前の転写装置の動作情況に基づいて転写装置が制御される。したがって、本体装置に対する通電が遮断された時にクリーニング動作が必要な状態であったか否かに応じて、本体装置に対する通電が再開された時にクリーニング動作が実行され、本体装置に対する通電の再開時に不必要なクリーニング動作が行われることがない。

（１）補助クリーニング部材におけるトナーの吸着量に応じたタイミングでクリーニング動作を実行することにより、転写担持体に付着したトナーを補助クリーニング部材に一時的にトナーを吸着させ、補助クリーニング部材によるトナーの吸着能力を超える前に補助クリーニング部材に吸着したトナーを回収することができる。これによって、転写担持体のクリーニング不良を発生することなく、効率のよいクリーニング動作を行うことができる。

（２）転写動作の実行時間の測定結果に応じたタイミングでクリーニング動作を実行することにより、転写担持体へのトナーの付着量や補助クリーニング部材のトナーの吸着量を精度よく把握して、最適なタイミングで補助クリーニング部材に吸着したトナーを回収することができる。これによって、クリーニング動作を効率よく行うことができ、クリーニング動作の実行回数を少なくして稼動効率を向上することができるとともに、装置の長寿命化を実現できる。

（３）記録シートの搬送時間の測定結果に応じたタイミングでクリーニング動作を実行することにより、トナーの付着による転写担持体の汚損状態を記録シートの搬送時間によって判断した結果に基づいて、補助クリーニング部材によるトナーの吸着能力を超える前に補助クリーニングに吸着したトナーを回収することができる。これによって、転写担持体のクリーニング不良を発生することなく、効率よくクリーニング動作を行うことができる。

（４）転写バイアスの印加時間の測定結果に応じたタイミングでクリーニング動作を実行することにより、トナーの付着による転写担持体の汚損状態を転写バイアスの印加時間によって判断した結果に基づいて、補助クリーニング部材によるトナーの吸着能力を超える前に補助クリーニングに吸着したトナーを回収することができる。これによって、転写担持体のクリーニング不良を発生することなく、より効率よくクリーニング動作を行うことができる。

（５）転写動作の連続状態に拘らず、転写動作が所定時間実行されたタイミングで、補助クリーニング部材に吸着しているトナーを回収するクリーニング動作を実行することにより、補助クリーニング部材におけるトナーの吸着量が所定量に達したタイミングで補助クリーニング部材に吸着したトナーを回収することができる。これによって、補助クリーニング部材のトナーの吸着能力、及び、補助クリーニング部材におけるトナーの吸着量に応じて、クリーニング動作を過不足なく行うことができる。

（６）補助クリーニング部材に印加された電圧を転写担持体及び補助クリーニング電極を経由して接地することにより、補助クリーニング部材に多量の電流を供給することができ、クリーニング性を向上させることができる。

（７）補助クリーニング電極を広い範囲にわたって転写担持体に接触させることにより、補助クリーニング部材に印加された電圧が転写担持体及び補助クリーニング電極を経由して安定して流れ易くなり、印加電流を低くできるばかりかクリーニング性能を向上させることができる。また、転写担持体の裏側に付着した塵埃やトナー等を吸収することができ、安定した転写担持体の走行性能を長期にわたって維持できる。

（８）補助クリーニング部材に吸着した不要トナーを転写担持体を経由して像担持体に戻すために必要な時間を短縮することができる。

（９）本体装置に対する通電が遮断された時にクリーニング動作が必要な状態であったか否かに応じて、本体装置に対する通電が再開された時にクリーニング動作を実行することにより、本体装置に対する通電の再開時に不必要なクリーニング動作を行わないようにすることができる。これによって、本体装置の稼働効率を向上することができるとともに、転写装置を含む画像形成プロセス部の長寿命化を実現できる。

図１は、この発明の実施形態に係る転写装置を備えた画像形成装置の構成の一例を示す図である。画像形成装置１００は、画像形成される用紙（記録シート）を収容する供給トレイ１０が下部に配設される。一方で、画像形成されて装置外部に排出された用紙を収容する積載トレイ１５が上部に配設される。供給トレイ１０から積載トレイ１５までの間には上下方向に用紙搬送路Ｒが形成される。供給トレイ１０は、収容されている用紙を一枚ずつ用紙搬送路Ｒに送り出すためのピックアップローラ１６を備えている。

用紙搬送路Ｒの近傍に、この発明の像担持体である感光体ドラム３が配設される。感光体ドラム３は、用紙搬送路Ｒを搬送される用紙に転写すべき像を担持するための像担持体である。感光体ドラム３の周囲には、帯電装置５、光走査ユニット１１、現像ユニット２、転写装置６、クリーナユニット４及び除電ランプ１２が配設される。

帯電装置５は、感光体ドラム３の表面を均一に帯電させる。光走査ユニット１１は、均一に帯電された感光体ドラム３上に光像を走査して静電潜像を書き込む。現像ユニット２は、感光体ドラム３の表面に形成された静電潜像に対して現像剤供給容器７内のトナーを供給してトナー像を形成する。

クリーナユニット４は、感光体ドラム３上に新たな像を形成するために感光体ドラム３の表面に残留したトナーを除去する。除電ランプ１２は、感光体ドラム３表面に残留した電荷を除去する。

用紙搬送路Ｒにおける感光体ドラム３の上流側にはレジストローラ１４が配設される。レジストローラ１４は、感光体ドラム３と転写電極ローラ６Ａとの間に形成される画像形成位置（転写ニップ部）に用紙を案内するタイミングを調整する。

さらに、画像形成装置１００の下方には周辺装置として準備される多段用紙トレイを含む図示しない用紙供給装置、および大量の用紙を収容できる図示しない大容量用紙供給装置が配設される。画像形成装置１００における供給トレイ１０の近傍には、用紙供給装置から画像形成位置に導かれる用紙を受け入れる用紙受入部１０１、および大容量用紙供給装置から画像形成位置に導かれる用紙を受け入れる拡張用紙受入部１０２が形成される。

用紙搬送路Ｒにおける感光体ドラム３の下流側には定着装置８が配設される。定着装置８は、用紙搬送路Ｒを挟んだ両側に配置される定着ローラ８１および加圧ローラ８２を備えている。定着装置８は、定着ローラ８１と加圧ローラ８２からの熱と圧力により用紙搬送路Ｒを搬送される用紙の画像形成面に転写された未定着の現像剤像を用紙に定着させる。

定着ローラ８１の用紙搬送方向の下流側には、搬送ローラ２５と切換ゲート９が配設されている。搬送ローラ２５は、定着装置８を通過した用紙をさらに用紙搬送路Ｒの下流側に搬送する。切換ゲート９は、搬送ローラ２５によって搬送される用紙が搬送されるべき搬送路を選択的に開放する。

光走査ユニット１１の上方には、画像形成処理を制御する回路基板および外部機器からの画像データを受け入れるインタフェース基板を含む制御部１１０が配置されている。一方、光走査ユニット１１の下方には、画像形成装置１００における上述の各部に電力を供給する電源装置１１１が配置されている。

図２は、上記転写装置の構成を示している。転写装置６は、用紙搬送路Ｒの近傍に感光体ドラム３に対向するように配置され、感光体ドラム３表面に形成されたトナー像を用紙搬送路Ｒ上の用紙に転写する。転写装置６は、転写電極ローラ６Ａ、駆動ローラ６Ｂ、テンションローラ６Ｃ、この発明の転写担持体である転写ベルト６Ｄ、この発明の補助クリーニング部材である補助クリーニングローラ６Ｅ及びブラシ電極６Ｆを備えている。

また、転写装置６は、高圧電源６３Ａ，６３Ｂを備えている。高圧電源６３Ａは、転写電極ローラ６Ａを介して転写ベルト６Ｄに転写バイアスおよびクリーニングバイアスを選択的に印加する。高圧電源６３Ｂは、補助クリーニングローラ６Ｅに補助バイアスを印加する。

転写装置６は、転写動作時に感光体ドラム３の表面に形成されたトナー像を用紙に転写するとともに、トナー像が転写された用紙を用紙搬送方向の下流側に搬送する。また、転写動作時に転写ベルト６Ｄに付着した不要トナーを補助クリーニングローラ６Ｅに一時的に吸着させる。次に搬送される用紙の裏面が、転写ベルト６Ｄに付着した不要トナーによって汚損されることを防止するためである。

さらに、転写装置６は、所定のタイミングで補助クリーニングローラ６Ｅに吸着した不要トナーを転写ベルト６Ｄを経由して感光体ドラム３に戻し、クリーナユニット４に回収させるクリーニング動作を実行する。補助クリーニングローラ６Ｅにおける不要トナーの吸着量には制限があり、これを超えて補助クリーニングローラ６Ｅに不要トナーを吸着させようとすると、画像形成装置１００内に不要トナーが飛散して汚損されるからである。

転写装置６は、転写ユニットフレーム６１を備えている。転写ユニットフレーム６１には、転写電極ローラ６Ａ、駆動ローラ６Ｂ、テンションローラ６Ｃ、転写ベルト６Ｄ、補助クリーニングローラ６Ｅ及びブラシ電極６Ｆが取り付けられる。

転写電極ローラ６Ａは、感光体ドラム３に対向する位置に配置された導電性軸受６６に両端を軸支されており、転写ベルト６Ｄを挟んで感光体ドラム３に接触している。導電性軸受６６は、圧縮スプリング６５に接続されている。このため、転写電極ローラ６Ａは、導電性軸受６６を介して圧縮スプリング６５から感光体ドラム３の方向（矢印Ａで示す方向）に力を加えられる。

圧縮スプリング６５は、例えばステンレス製のバネ用鋼線材によってコイル形状に形成されている。圧縮スプリング６５から導電性軸受６６に与えられる力は、転写電極ローラ６Ａの片側で約０．５ｋｇ〜１．５ｋｇである。このため、全体として、圧縮スプリング６５から転写電極ローラ６Ａに対して約１ｋｇ〜３ｋｇの力が加えられる。この力は、転写電極ローラ６Ａが感光体ドラム３の中心に向う方向に対して、僅かに搬送方向の下流側にオフセットしている。

転写電極ローラ６Ａは、ステンレスや鉄系の棒材からなる芯金と、この芯金の外周に形成される導電性の発泡弾性層とで構成される。発泡弾性層は、ウレタンゴムやＮＢＲ（アクリルニトリル・ブタジエンゴム）等で構成されている。また、発泡弾性層の体積抵抗値は、１０⁵ 〜１０⁷ Ω・ｃｍ程度であり、硬度はＪＩＳ−Ｃ（アスカーＣ）で４５〜６０度に設定されている。なお、転写電極ローラ６Ａの外径は、本実施形態では約１４ｍｍである。

さらに、転写電極ローラ６Ａは、圧縮スプリング６５および導電性軸受６６を介して高圧電源６３Ａに接続されている。高圧電源６３Ａは、転写動作時に、圧縮スプリング６５、導電性軸受６６及び転写電極ローラ６Ａを介して転写ベルト６Ｄにトナーの帯電極性と逆極性の転写バイアスを印加する。したがって、高圧電源６３Ａ、圧縮スプリング６５、導電性軸受６６及び転写電極ローラ６Ａがこの発明のバイアス印加手段に相当する。

本実施形態では、トナーがマイナスに帯電しているため、転写動作時には、転写電極ローラ６Ａを介して転写ベルト３にプラス極性の転写バイアスが与えられる。一方、クリーニング動作時には、転写電極ローラ６Ａを介して転写ベルト３にマイナス極性のクリーニングバイアスが印加される。なお、転写電極ローラ６Ａの発泡弾性層は、単層で構成しても複数層で構成しても良い。

転写電極ローラ６Ａより用紙搬送方向の下流側には、駆動ローラ６Ｂが配置される。駆動ローラ６Ｂは、後述する駆動モータの回転力が伝達されて図中反時計回りに回転駆動される。駆動ローラ６Ｂは、ステンレス製又はアルミニウム製の金属ローラである。転写ベルト６Ｄがゴム系材料により構成されていることから、駆動ローラ６Ｂと転写ベルト６Ｄとの摩擦抵抗が課題になることを防止するとともに、外径の精度を高めて振動等の発生を防止する必要があるためである。駆動ローラ６Ｂの芯金は、接地されている。

テンションローラ６Ｃは、転写ベルト６Ｄに対して用紙搬送路Ｒから遠ざかる方向（矢印Ｂで示す方向）に約２．４ｋｇの力を加える金属製のローラである。ここでは、ステンレス製の棒材を加工して製作したものが使用されている。なお、転写装置６を配置するスペースに余裕がある場合には、テンションローラ６Ｃをアルミ系の材料を用いて、その外径をより大きくすることも可能である。なお、補助クリーニングローラ６Ｅにテンション機能を与え、テンションローラ６Ｃを省略することもできる。

転写ベルト６Ｄは、ウレタンまたはＮＢＲを主材料として、押し出し成型または遠心成型等によって無端状に形成されている。また、転写ベルト６Ｄは、導電性を有しており、厚さが約０．５ｍｍ〜０．６５ｍｍにされている。さらに、転写ベルト６Ｄは、その表面がフッ素コートされている。なお、転写ベルト６Ｄの体積抵抗値は、１０⁹ 〜１０¹¹Ω・ｃｍである。

補助クリーニングローラ６Ｅは、転写電極ローラ６Ａと同一に構成されている。高圧電源６３Ｂから補助クリーニングローラ６Ｅに印加される補助バイアスは、転写動作時の吸着バイアスとクリーニング動作時の吐出バイアスとからなる。一例として、吸着バイアスは＋２．０ＫＶ〜＋２．５ＫＶであり、吐出バイアスは−２．０ＫＶ〜−２．５ＫＶである。

図７は、この発明の別の実施形態に係る転写装置の構成を示す図である。この実施形態に係る転写装置６′では、転写ベルト６Ｄの移動方向において、転写電極ローラ６Ａの上流側での転写電極ローラ６Ａから補助クリーニングローラ６Ｅまでの距離Ｌ０は、転写電極ローラ６Ａの下流側での転写電極ローラ６Ａから補助クリーニングローラ６Ｅまでの距離Ｌ１よりも短くされている。

これによって、クリーニング動作時に、補助クリーニングローラ６Ｅから吐き出された不要トナーの転写ベルト６Ｄによる搬送距離が短くなり、補助クリーニングローラ６Ｅに吸着した不要トナーを転写ベルト６Ｄを経由して感光体ドラム３に戻すために必要な時間を短縮することができる。

ブラシ電極６Ｆは、この発明の補助クリーニング電極であり、補助クリーニングローラ６Ｅとの間に転写ベルト６Ｄを挟んで配置される。ブラシ電極６Ｆは、一例として、抵抗値が１０⁶ Ωであり、幅５ｍｍ、毛足６ｍｍ、長さ３１４ｍｍ、ブラシ密度１００〜３００本ｃｍ² の導電性の植毛ブラシである。ブラシ電極６Ｆは、転写電極ローラ６Ａ以外のローラと同様に接地されている。

ブラシ電極６Ｆに代えて、スポンジローラ等のローラ状電極を用いることもできる。但し、実験によれば、図８（Ｃ）に示すように、同図（Ａ）に示すブラシ電極６Ｆを用いた場合には、同図（Ｂ）に示すスポンジローラ電極６Ｆ′を用いた場合に比較して、補助クリーニングローラ６Ｅ介して転写ベルト６Ｄに流れる電流値が高くなる。なお、ブラシ電極６Ｆの抵抗値は４．６×１０⁶ Ωであり、スポンジローラ電極６Ｆ′の抵抗値は１．９×１０⁶ Ωである。ブラシ電極６Ｆは、転写ベルト６Ｄに対してスポンジローラ電極６Ｆ′よりも広い範囲で接触するため、補助クリーニングローラ６Ｅに印加された電圧が転写ベルト６Ｄを経由して安定して流れ易くなるためであると考えられる。これによって、ブラシ電極６Ｆはクリーニング性能をより向上させることができる。また、転写ベルト６Ｄの裏側に付着したトナーや塵埃等を吸収することができ、安定した転写ベルト６Ｄの移動性能を長期にわたり維持することができる。ブラシ電極６Ｆ等の補助クリーニング電極は必須の構成ではない。

図３は、転写装置の動作を制御する制御部の構成を示している。本実施形態では、転写装置６の動作を制御する制御部６００が画像形成装置１００の制御部１１０内に含まれている。ただし、制御部６００を転写装置６に搭載することもできる。

制御部６００は、ＣＰＵ６０１にＲＯＭ６０２、ＲＡＭ６０３、ドライバ６０４〜６０６、タイマ６０７及び記憶部６０８等の入出力機器を接続して構成されている。ＲＯＭ６０２は、転写装置６の動作に必要なプログラム等を格納している。ＲＡＭ６０３は、必要なデータを一次的に記憶する揮発性のメモリである。

ドライバ６０４及びドライバ６０５は、それぞれ高圧電源６３Ａ及び６３Ｂを駆動する。ドライバ６０６は、駆動モータ６８を駆動する。駆動モータ６８の回転は、駆動ローラ６Ｂに伝達される。タイマ６０７は、この発明の積算手段であり、転写動作の実行時間を積算して計時し、転写動作の実行時間の積算値が所定時間に達した時に、ＣＰＵ６０１にタイムアップ信号を出力するとともに、積算値をクリアする。タイマ６０７は、用紙の搬送時間又は転写バイアスの印加時間を転写動作の実行時間として計時する。

記憶部６０８は、この発明の記憶手段であり、転写装置６の動作状況に関する情報、例えばタイマ６０７が計時する転写動作の実行時間の積算値を更新的に記憶する。記憶部６０８は、不揮発性メモリ又はバッテリバックアップされた揮発性メモリによって構成されている。したがって、画像形成装置１００への通電が遮断されても記憶部６０８の記憶内容は継続的に保存され、画像形成装置１００への通電が再開された際に記憶部６０８の記憶内容を読み出して通電が遮断される前の状況に応じた処理を継続的に実行することができる。

例えば、ＣＰＵ６０１は、画像形成装置１００への通電が遮断された時にタイマ６０７の計時時間を記憶部６０８に退避させ、画像形成装置１００への通電が再開された時に記憶部６０８が記憶している計時時間をタイマ６０７に設定する。

ＣＰＵ６０１は、ＲＯＭ６０２に格納されているプログラムにしたがって、各入出力機器を統括して制御する。ＣＰＵ６０１は、感光体ドラム３を介して行われる電子写真方式の画像形成プロセスにおける転写工程時に、高圧電源６３Ａから転写電極ローラ６Ａに対して転写バイアスを印加するとともに、高圧電源６３Ｂから補助クリーニングローラ６Ｅに対して吸着バイアスを印加する。また、ＣＰＵ６０１は、タイマ６０７からタイムアップ信号が入力されたタイミングでクリーニング動作を実行し、補助クリーニングローラ６Ｅに吸着したトナーを転写ベルト６Ｄを介して感光体ドラム３に戻すべく、高圧電源６３Ａから転写電極ローラ６Ａにクリーニングバイアスを印加するとともに、高圧電源６３Ｂから補助クリーニングローラ６Ｅに吐出バイアスを印加する。

電源回路６３Ａは、ＤＣトランスとＡＣトランスを直列に備えており、両方のトランスからクリーニングバイアスを出力する。ＤＣトランスからは−１００Ｖ〜−３００Ｖ、ＡＣトランスからは４．５ＫＶpp〜５．０ＫＶpp（周波数は１００Ｈｚ〜５００Ｈｚ）を出力する。したがって、クリーニングバイアスは、一例として図５（Ａ）に示すように、−３００Ｖを中心として＋側に２．５ＫＶ、−側に２．５ＫＶの振幅のサイン波となる。但し、クリーニングバイアスは、サイン波だけでなく、図５（Ｂ）に示す矩形波又は図５（Ｃ）に示す三角波を用いても同様な効果を得ることができる。

従来の転写装置では、クリーニングバイアスとしてトナーと逆極性のＤＣ成分のみを印加して電気的反発力で転写ベルト６Ｄのクリーニングを行うようにしている。しかし、ＤＣ成分のみのクリーニングバイアスを印加しても充分なクリーニング効果を得ることができないため、この実施形態に係る転写装置６では、ＤＣ成分に対してＡＣ成分を重畳したクリーニングバイアスを印加する。

高圧電源６３Ａは、転写電極ローラ６Ａに３０μＡ〜５０μＡの電流が流れるように定電流制御される。高圧電源６３から転写電極ローラ６Ａに印加される電圧は、用紙の材質や環境条件によって５００Ｖ〜４ＫＶに変動する。転写電極ローラ６Ａへの転写バイアスの供給は、圧縮スプリング６５から導電性の軸受６６を介して、通常、転写電極ローラ６Ａの芯金に向うように行われる。

ＤＣバイアスの範囲を、−３００Ｖ〜０Ｖの範囲にしたのは、この範囲外のＤＣを転写電極ローラ６Ａに印加すると、感光体ドラム３が帯電されてしまいクリーニング効果が低下するからである。

また、ＡＣバイアスの範囲を上述の範囲にしたのは、ＡＣの電位が４．０ｋＶｐｐ以上においてクリーニング効果が良好になることが実験的に示されているからである。一方で、ＡＣの電位を上げすぎた場合には、ユニットから周辺部へのリークが発生し易くなりリーク対策を施す必要が生じるからであり、かつ、感光体ドラム３の帯電特性が不良となり感光体ドラム３にダメージを与えてしまうからである。

即ち、帯電したトナー微粒子は、クーロン力とファンデルワールス力とによって転写ベルト６Ｄに付着している。クーロン力は電気的な吸着力であるために逆極性のバイアスを与えることによってトナーを転写ベルト６Ｄから引き離すことができる。しかし、ファンデルアールス力（分子間引力）に関してはトナー粒子間の距離に起因する力のため、機械的な動きを加えないとトナー粒子同士を動かすことができない。つまり、電気的にクリーニングできるのはクーロン力（電気的吸着力）の支配が大きいトナーだけということになり、電荷の低いトナーや逆極性に帯電したトナーは電気的にクリーニングできない。これは、転写効率が理論上１００％にならない理由でもある。

また、比較的下層にあり転写ベルト６Ｄに密着したトナー粒子は、クーロン力よりもファンデルワールス力による支配が強く、機械的にトナーを動かさないとクリーニングすることができない。このような機械的な吸着力は、感光体ドラム３と用紙との周速比を大きし、感光体ドラム３の表面に対して用紙を滑らせてトナーに対して横方向のモーメトを付与することで弱めることができる。しかし、この方法では、感光体ドラム３の周速と転写ベルト６Ｄの周速とが異なるため、画像の伸縮を発生して画像形成倍率が変化してしまう。

そこでＡＣバイアスの振幅要素をトナーへ加えることにより、トナーは感光体ドラム３と転写ベルト６Ｄとの転写ニップの微小空隙において電気的浮遊状態になり、トナー粒子同士の距離が大きくなることで機械的な吸着力が弱められる。ＡＣバイアスによってトナー粒子同士の機械的な吸着力が弱められた状態で、転写ニップにトナーと逆極性のＤＣバイアスを印加することにより、電気的な反発力によってトナーを感光体ドラム３に移動させることができる。

実験においてクリーニング効果があるＤＣバイアスは、０Ｖ〜−３００Ｖ程度の範囲であった。これを越えたＤＣバイアスを加えると逆に感光体ドラム３が帯電してしまい、クリーニング効果が低下する。ＡＣバイアスについては、４ＫＶｐｐ以上において良好なクリーニング効果が得られた。ＡＣバイアスの電位が高すぎる場合には、転写装置６の周辺部へのトナーのリークが発生し易くなり、リーク対策を施さなければならないばかりか、感光体ドラム３の帯電不良を生じて感光体ドラム３に著しいダメージを与える。ＡＣバイアスが４ＫＶｐｐ〜４．５ＫＶｐｐの範囲であれば、このような問題は生じない。

図６は、上記転写装置における各バイアスの印加状態を説明するタイミングチャートである。前述のように、感光体ドラム３に形成されたトナー像を用紙に転写する転写動作時には、高圧電源６３Ａから転写ベルト６Ｄに対して転写バイアスが印加されるとともに、高圧電源６３Ｂから補助クリーニングローラ６Ｅに対して吸着バイアスが印加される。転写動作時に高圧電源６３Ｂからプラス極性の吸着バイアスが印加されることにより、補助クリーニングローラ６Ｅは、転写ベルト６Ｄに付着したトナーを吸着する。転写バイアスが印加される期間には、感光体ドラム３と転写ベルト６Ｄとの間に用紙が存在する実印加期間だけでなく、感光体ドラム３と転写ベルト６Ｄとの間に用紙が到達する前の所定期間の前印加期間を含む。図６では、前印加期間と実印加期間とを合せて転写動作期間としている。

補助クリーニングローラ６Ｅに吸着したトナーを転写ベルト６Ｄを経由して感光体ドラム３に戻すクリーニング動作時には、高圧電源６３Ａから転写ベルト６Ｄに対してＤＣ成分にＡＣ成分を重畳したクリーニングバイアスが印加されるとともに、高圧電源６３Ｂから補助クリーニングローラ６Ｅに対して吐出バイアスが印加される。クリーニング動作時に高圧電源６３Ｂからマイナス極性の吐出バイアスが印加されることにより、補助クリーニングローラ６Ｅは、吸着していたトナーを転写ベルト６Ｄに吐き出す。

補助クリーニングローラ６Ｅに対する吐出バイアスの印加は、高圧電源６３Ａから転写電極ローラ６Ａに対するクリーニングバイアスが印加されるクリーニング動作時に、クリーニングバイアスの印加期間よりも所定時間Ｌｓだけ短い期間に印加される。所定時間Ｌｓは転写ベルト６Ｄが補助クリーニングローラ６Ｅとの対向位置から感光体ドラム３との対向位置までの間（図４に示す距離Ｌ）を移動する時間に相当する。これによって、補助クリーニングローラ６Ｅから転写ベルト６Ｄに吐き出されたトナーが残さず感光体ドラム３に戻される。

前述のタイマ６０７及び記憶部６０８の動作により、クリーニング動作は、転写動作の実行時間の積算値が所定時間に達した時に行われる。したがって、複数枚の用紙に対する転写動作の連続した実行時間が所定時間に達した場合だけでなく、画像形成装置１００に対する通電の遮断及び再開を挟んで間欠的に行われた複数の転写動作の実行時間の合計値が所定時間に達した場合にもクリーニング動作が行われる。所定時間は、補助クリーニングローラ６Ｅにおけるトナーの吸着能力に基づいて決定される。

これによって、補助クリーニングローラ６Ｅにその吸着能力を超えて不要トナーが吸着される前に補助クリーニングローラ６Ｅから転写ベルト６Ｄを経由して感光体ドラム３に不要トナーが戻され、補助クリーニングローラ６Ｅから不要トナーが離脱することがなく、装置の汚損を確実に防止できる。

また、用紙の搬送ジャムや転写動作中に突発的な電源の遮断等のトラブルを発生して画像形成装置１００の動作が緊急に停止した場合には、転写ベルト３上だけでなく補助クリーニングローラ６Ｅ上に多量のトナーが付着する可能性がある。そこで、トラブルの発生によって画像形成装置１００の動作が緊急に停止した場合には、強制的にクリーニング動作を実行してもよい。

クリーニング動作は、例えば、１０枚のＡ４サイズの用紙に対して画像形成が行われた後に実行されるように設定することもできる。この場合には、タイマ６０７に代えて画像形成された用紙枚数をＡ４サイズに換算して計数するカウンタを備える。したがって、Ａ３サイズでは５枚の画像形成が行われた時点でクリーニング動作が実行される。

一方、毎分６０枚の画像形成速度の画像形成装置では、Ａ４サイズの１０枚の用紙に画像形成される時間は１秒×１０枚つまり１０秒である。そこで、タイマ６０７が１０秒を積算して計時するごとにクリーニング動作を行うようにしてもよい。

また、転写バイアスの印加時間を積算して計時し、転写バイアスの印加時間の積算値が所定時間に達したタイミングでクリーニング動作を行うようにしてもよい。

図６では連続して複数枚の画像形成が行われる場合に、１枚ごとに転写バイアスをオン／オフさせる状態を示しているが、転写バイアスをオフせずに連続して印加する制御が成される画像形成装置もある。この場合には転写バイアスの印加時間の積算値と転写装置の動作時間（転写装置が動作する正味の時間）の積算値とは一致する。しかし、用紙間で転写バイアスをオフさせる場合には、若干であるが転写バイアスの印加時間の積算値が転写装置の動作時間の積算値よりも短くなる。

したがって、用紙間でも転写バイアスを印加する場合には、用紙間で転写バイアスをオフさせる場合に比較して転写装置の動作時間を短く設定しなければならない。したがって、現実の転写バイアスの印加時間を積算して計時した結果に基づいてクリーニング動作の実行タイミングを設定する方法が好ましいが、シートサイズを転写動作を行った用紙枚数の積算値を用いてクリーニング動作の実行タイミングを設定する方が制御がより簡単になる。

この発明の実施形態に係る画像形成装置の構成の一例を示す図である。 この発明の実施形態に係る転写装置の構成の一例を示す図である。 転写装置の動作を制御する制御部の構成を示す図である。 補助クリーニングローラの配置位置を示す図である。 クリーニングバイアスの波形を示す図である。 転写バイアス、クリーニングバイアス及び補助バイアスのタイミングチャートである。 この発明の別の実施形態に係る転写装置における補助クリーニングローラの配置位置を示す図である。 補助クリーニング電極としてのブラシ電極及びローラ電極の印加電圧と電流値との関係を示す図である。

符号の説明

３−感光体ドラム（像担持体）
６−転写装置
６Ａ−転写電極ローラ（バイアス印加手段）
６Ｂ−駆動ローラ
６Ｃ−テンションローラ
６Ｄ−転写ベルト（転写担持体）
６Ｅ−補助クリーニングローラ（補助クリーニング部材）
６Ｆ−ブラシ電極（補助クリーニング電極）
６５−圧縮スプリング
６６−導電性軸受
１００−画像形成装置

Claims (5)

1. 複数の支持部材に張架されてループ状の経路を移動する無端状の転写担持体と、前記転写担持体に転写バイアス又はクリーニングバイアスを選択的に印加するバイアス印加手段と、前記転写担持体に付着しているトナーを一時的に吸着する補助クリーニング部材と、を備え、前記バイアス印加手段から転写バイアスを印加して前記転写担持体が搬送する記録シートに対して像担持体表面からトナーを転写する動作、及び、前記補助クリーニング部材に吸着バイアスを印加して前記転写担持体に付着したトナーを前記補助クリーニング部材に吸着させる動作を含む転写動作を行う転写装置において、
   前記転写担持体による記録シートの搬送時間又は前記バイアス印加手段による転写バイアスの印加時間を積算して積算時間が所定時間に達した時にタイムアップ信号を出力するとともに積算値をクリアする積算手段と、転写装置本体の動作状況に関する情報を更新的に記憶して本体装置への通電が遮断されてもその記憶内容を継続的に保存する記憶手段と、を備え、前記バイアス印加手段から前記転写担持体にクリーニングバイアスを印加するとともに前記補助クリーニング部材に吐出バイアスを印加して前記補助クリーニング部材が吸着したトナーを前記転写担持体を経由して像担持体に戻すクリーニング動作を前記積算手段がタイムアップ信号を出力した時に実行する転写装置であって、
   クリーニングバイアスは、ＤＣ成分に対してＡＣ成分を重畳したバイアスであり、
   吸着バイアスは、プラス極性のバイアスであり、
   前記バイアス印加手段から前記補助クリーニング部材までの距離は、前記転写担持体の搬送方向における前記バイアス印加手段の下流側よりも上流側の方が短いことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記転写担持体を挟んで前記補助クリーニング部材に対向する補助クリーニング電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載の転写装置。
3. 前記補助クリーニング電極は、ブラシ状の電極であることを特徴とする請求項２に記載の転写装置。
4. 電子写真方式の画像形成を行う画像形成装置であって、請求項１乃至３の何れかに記載の転写装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
5. 本体装置の通電が遮断された時に少なくとも通電が遮断される前の前記転写装置の動作状況に関する情報を記憶する記憶手段を備え、本体装置に対する通電が再開された時に記憶手段に記憶されている情報に基づいて転写装置を制御することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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