JP2004279528A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化、省スペース化を図った画像形成装置において、経時的な感光体偏摩耗によるフォトセンサの調整不良を防止することが可能な画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】外径がφ４０ｍｍ以下の小径有機感光体１を搭載し、感光体表面に付着したトナー量を検出する反射型フォトセンサ１０を備え、初期的に該反射型フォトセンサ１０の出力調整値に閥値を設け、出力調整時の発光光量が一定期間所定値以上となった場合、該出力調整値に前記閥値を変更する。また、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、Ｗａｘ添加量が５．０重量％以下で、さらに結着樹脂として主にポリエステル樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有するトナー及びキャリアを用いる二成分現像剤を使用する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機、プリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、限られたオフィス環境に設置する上で、複写機や複合機は小型省スペース化が望まれており、それらを構成する各種ユニットの小型化も要求されている。現在、実機に搭載されている感光体ドラムの外径は小型のものでφ２０〜３０ｍｍであるが、電子写真方式を用いた画像形成装置の感光体周囲には、一般的に帯電、露光、現像、転写、クリーニングおよび除電工程を必要とするため、それらを機能させるべくユニットを配置する必要がある。しかし現状の技術では、感光体周りの各種ユニットを小型化することには限界がある。上記に列挙した各種ユニット以外にも、分離爪や画像濃度制御用の反射型フォトセンサ（以下Ｐセンサという）などを設置する必要がある。前記Ｐセンサは感光体表面に付着したトナー量を検出し、トナー補給量制御にフィードバックしているものであるが、転写紙上の画像濃度を制御する上では、電子写真プロセスの中で、より最終工程に近い状態を検出できるので、安定した画像濃度制御をするための有効な手段である。このＰセンサで感光体表面に現像されたトナー像を検出するためには、感光体周りの現像工程からクリーニング工程の間で検出する必要がある。つまり転写工程の近傍に前記Ｐセンサを設置する必要があり、転写紙の搬送経路を妨害することなく設置する必要がある。
【０００３】
以上の制約の中でＰセンサを搭載する手段として、遠距離型Ｐセンサがある。この遠距離型Ｐセンサは、検知対象である感光体表面との距離が約２０ｍｍで、従来の近距離型の３〜５ｍｍに比べて感光体から離して設置することができる。つまり、Ｐセンサの発光及び受光に必要な光路さえ確保できれば、感光体近傍にＰセンサそのものを設置する必要がなく、小径感光体ドラムを搭載した画像形成装置の限られたスペースを有効に使えるという大きなメリットがある。
【０００４】
ここで、Ｐセンサ制御に関して簡単に述べる。
感光体表面のトナー付着していない地肌部分に対して、センサ出力（Ｖｓｇ）が４．０ｖとなるように発光光量を振って調整する。実際に画像形成装置に設置されたＰセンサの発光光量を調整するには、Ｐセンサ発光素子に流れる電流値をＰＷＭ制御しており、このＰＷＭ値を自動的に振って、Ｖｓｇ＝４．０ｖになったところでＶｓｇ調整動作が終了する。その後は次回のＶｓｇ調整実行まで、調整されたＰＷＭ値に固定される。Ｖｓｇ調整の実行タイミングは、画像形成装置の本体電源投入時、予熱モードからの復帰時や、予め設定されたコピー枚数経過後のコピー動作終了時などである。通常は、１００枚毎のコピー動作終了後に、Ｐセンサによる感光体上のトナー付着量検知が実行され、Ｐセンサ検知用のトナー付着パターン部を検知した出力（Ｖｓｐ）と、地肌部検知出力（Ｖｓｇ）との出力比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）によってトナー補給量が決定される。
【０００５】
反射型フォトセンサによる画像濃度制御は、感光体地肌部のセンサ出力（Ｖｓｇ）とトナー付着パターン部のセンサ出力（Ｖｓｐ）の比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）によって行われている。 経時の摩耗によって感光体表面に凹凸が発生し、感光体表面の光反射率が低減した場合でも、Ｐセンサ発光光量を増加することで、Ｖｓｇ＝４．０ｖへの調整は可能である。しかし、反射率が低下した感光体表面に対して、大光量で調整したＶｓｇと、元々正反射光が得られなくなった感光体表面に付着したトナーを含めたパターン部の正反射光量（Ｖｓｐ）との比は、初期状態とは異なり、Ｖｓｐ／Ｖｓｇの値は初期の値よりも高くなる。この結果、トナー濃度は正常時に比べて高くなる。
通常安価なＰセンサに用いる光源はフォトトランジスタやフォトダイオードであり、レーザー光と違ってある程度拡散する。従って、主に正反射光を受光するような構成ではあるが、一部乱反射光も受光している。
【０００６】
電子写真方式を採用した画像形成装置において、感光体は現像剤、トナー飛散防止用の現像入口シール、クリーニングブレード、クリーニングファーブラシ、クリーニング入口シール、分離爪、帯電ローラ及び転写ローラ等数多くの部品と接触した状態にあり、コピー動作中には、これらの部品と絶えず擦れ合っている。この結果、コピー動作が繰り返し実施されることで、感光体表面は徐々に摩耗していく。
前記感光体との接触部材の中で、特にクリーニングブレードは、感光体表面に付着したトナーを除去するという機能上、一定の圧力を掛けて感光体に接触しているため、感光体表面の摩耗に関して寄与率が高い。クリーニングブレードエッジに堆積したトナーから染み出たＷＡＸ量が偏差を持った場合、感光体摩擦係数の高い部分と低い部分ができてしまい、上記と同様に感光体の偏摩耗が発生してしまう。異物の挟み込みなどによる縦スジ状汚れなどを防止するために、特許文献１に記載されているように、クリーニングブレードを感光体軸方向に揺動させる機構を備えた画像形成装置があり、この揺動機構によって局所的な摩耗を防ぎ、摩耗の均一化を図ることはある程度可能である。しかし、低コスト、省スペースを追求する画像形成装置への搭載は困難である。
【０００７】
上記のような偏摩耗が発生した感光体を使用した場合、ハーフトーン画像などで縦スジ状の濃度ムラ画像が発生するという不具合がある。元来、遠距離型のＰセンサは近距離型に比べて正反射光を受光する比率が高く、また発光量に対する受光量の減衰率が高い。従って、偏摩耗感光体でＰセンサのＶｓｇ調整を実行した場合には、摩耗していない感光体や均一に摩耗している感光体と比べて、正反射光が著しく減少してしまうため、Ｐセンサの発光光量すなわちＰＷＭ値を大幅増加させる必要がある。
【０００８】
感光体表面の摩耗の進みが正常にもかかわらず，ＰＷＭ値がある一定の制御値を超える場合は、Ｐセンサ自体あるいは感光体、現像装置を含んだ作像装置自体に異常が発生している可能性があるため、ＰＷＭ値にある一定の閥値を設け、これを異常検出に使用したり、閥値以上の制御値とならないように制御したりする。
しかしながら、上述のように経時での使用により感光体の摩耗の進みが激しくなり、前記閥値以内では制御できない限界値を、このＰＷＭ値の大幅増加分が超えてしまった場合には、ＰセンサのＶｓｇ調整不良という不具合が発生してしまう。この状態、すなわちＰＷＭ値がある一定の閥値以上になった状態で画像濃度検出の為のトナーパターンを現像し、反射型フォトセンサによりその濃度の読みとりを行うと、その検出値（Ｖｓｐ）は初期の設定値（濃度との相関値）と異なった値となってしまうため、初期の狙い値よりも画像濃度を高める方向に制御を行うことになる。
【０００９】
上述のような不具合は、経時で発生する感光体表面の偏摩耗が原因となっており、トナーから染み出したＷＡＸの影響がある。トナー中に添加するＷＡＸは、転写工程で転写した転写紙上のトナー像を定着工程で融着させ、その際にオフセット画像が発生しないように、定着ローラから引き剥がす効果をもたらすためである。
現像に用いるトナー中へのＷＡＸ添加量が５．０重量部より多くなると、感光体とクリーニングブレードの間に存在するＷＡＸ量のばらつきによって、偏摩耗が発生してしまい、感光体表面に周方向の無数の傷（凹凸）ができる。小径ほどコピー１枚当たりの感光体回転数が多いため、感光体摩耗量が多く、偏摩耗が顕著になり易い。また、低温定着トナーに関しては低エネルギーで定着出来るようにトナーの設計が行われているため、熱、ストレスによりトナー表面にワックスが染み出やすくなる。ＷＡＸを添加する従来技術を記載した文献には、特許文献２及び３がある。トナー中のＷＡＸ量が多いほど、定着時のオフセット余裕度が増加するが、一方で、現像剤中或いはクリーニング部等でトナーに与えられた熱及び圧力等のハザードによって徐々にトナー表面に流出するＷＡＸ量は、トナー中への添加量が多いほど増加するので、感光体表面の偏摩耗が悪化してしまう。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−４７４８３
【特許文献２】
特開平６−１１９７０
【特許文献３】
特開平９−７３２３０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、低コスト化、省スペース化を図った画像形成装置において、経時的な感光体偏摩耗によるＰセンサの調整不良を防止することが可能な画像形成装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、外径がφ４０ｍｍ以下の小径有機感光体を搭載し、反射型フォトセンサによって感光体表面に付着したトナー量を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給制御手段と、初期的に前記反射型フォトセンサの出力調整値に閥値を設けた画像形成装置において、前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が一定期間所定値以上となった場合、前記反射型フォトセンサの出力調整値に閥値を変更することを特徴とする画像形成装置である。
【００１３】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、Ｗａｘ添加量が５．０重量％以下で、さらに結着樹脂として主にポリエステル樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有するトナーで、該トナーのＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも１つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量の１５，０００以下で有る該トナーとキャリアを用いる２成分現像剤を使用することを特徴とする画像形成装置である。
請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記画像形成装置はプロセスカートリッジの形態をとることを特徴とする画像形成装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置における感光体周辺の概略構成図を図１に示す。通常の画像形成動作は以下に示す通りである。
図示しない露光ランプによってコンタクトガラス上の原稿を露光し、その反射光をスキャナーで読み取り、帯電ローラ３によって一様に帯電された感光体１上にＬＤ光４を照射する。そして得られた感光体１上の静電潜像を、現像器１４によって顕像化し、感光体１上に形成されたトナー像を転写ローラ９にて転写紙上に転写し、最後に図示しない定着器を通して排紙される。
【００１５】
本体全体を小型化するために、感光体周りの各ユニットも小型化しており、各ユニットの外径は以下の通りである。
感光体１の外径：３０ｍｍ、帯電ローラ３：１６ｍｍ、転写ローラ９：１４ｍｍ、現像ローラ１１：１６ｍｍ
本実施例に用いている反射型フォトセンサは、発光素子としてＬＥＤ、受光素子としてフォトトランジスタで構成されており、前記両素子が感光体軸と平行に並んだ形で、転写ローラの下側に設置されている。受発光素子が埋め込まれた反射型フォトセンサの感光体に面した部分に防塵カバーがセットされており、ここを反射型フォトセンサの検知面とすると、センサ検知面から感光体上の光反射面までの距離は２０ｍｍとしている。
【００１６】
次に画像形成装置における反射型フォトセンサのキャリブレーション動作に関して説明する。反射型フォトセンサのキャリブレーションは、画像形成装置本体の電源投入時に自動的に実行している。
まず、感光体１を回転駆動させた状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、感光体１の表面に非画像領域を作る。この領域で反射型フォトセンサ１０の発光素子を発光し、受光素子で感光体１からの反射光量を受光した結果反射型フォトセンサ１０の出力電圧Ｖｓｇが４．０ｖとなるように、反射型フォトセンサ１０の発光光量すなわち発光素子に流れる電流値をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。 前記ＰＷＭ値は２５６データで表され、通常は新品の感光体使用時に７０〜７５に設定される。ところが、感光体１の表面が偏摩耗した場合には感光体１からの光反射効率が低下し、感光体１からの反射光量が低下する。このため、Ｖｓｇ＝４．０ｖとするための反射型フォトセンサ１０の発光光量調整値（ＰＷＭ値）は通常よりも高くなってしまう。
【００１７】
上述のような劣化が進行した場合でも、Ｖｓｇ調整時のＰＷＭ値を高くする、すなわち発光光量を多くすることでＶｓｇ＝４．０ｖに調整することができる。
しかし、感光体表面が偏摩耗している状態では、感光体周方向にできたスジ状の凹部（溝）に入射した発光光は、感光体表面で正反射できない。このように本来受光すべき正反射光を得るための感光体表面積が減少してしまっている。前記スジ状凹部はトナーが付着していなくても正反射光が得られないので、Ｐセンサパターン用のトナーが上記スジ状凹部に付着しても、それに伴う正反射光の減衰が無いので、Ｐセンサ出力によるトナー付着量があらかじめ設定した特性値テーブルと異なる値を検出することとなる。つまり、感光体表面が偏摩耗した場合、見かけ上はＶｓｇ調整ができても、Ｖｓｐ／Ｖｓｇによるトナー補給制御は適切に行われず、トナー飛散や地肌汚れ等の不具合を引き起こす可能性がある。
【００１８】
次に、反射型フォトセンサ１０によるトナー濃度制御について説明する。
まず、上述のごとく反射型フォトセンサ１０のキャリブレーションすなわちＶｓｇ＝４．０ｖ調整時に設定されたＰＷＭ値によって、画像形成動作中以外のタイミングで不定期に感光体上に所定の作像条件（帯電印加電圧：−２００ｖ、現像バイアス電圧：−４００ｖ）でトナー付着パターンを作像し、前記反射型フォトセンサの検知出力（Ｖｓｐ１）と概ね４．０ｖに設定されたＶｓｇとの出力比（Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１）によってそのパターン部のトナー付着量が適切であるか否かを判断している。上述の如く帯電印加電圧を−１４５０ｖに設定することで、感光体表面電位は−１５０ｖとなる。そしてこの部分に現像バイアス電圧−４５０ｖを印加することで、現像ポテンシャル電圧：−３００ｖでトナー付着パターンが現像されることになる。これは通常の黒部原稿の現像ポテンシャル電圧：−５００ｖに比べて６割と小さく設定しており、トナー付着量も０．４ｍｇ／ｃｍ^２と黒ベタ部に比べて少なくすることで、反射型フォトセンサの高感度領域を使うようにしている。
【００１９】
図２は、本発明の実施における反射型フォトセンサの特性値−１を示す。パターン部のトナー付着量が少ない場合には、感光体表面のトナーで覆われない部分が多くなるため、一定の発光光量を感光体上に照射したときに反射する光量が多くなり、反射型フォトセンサの受光素子で検出する光量が増えることによってセンサ出力（Ｖｓｐ１）の値が大きくなる。
前記Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１出力比が所定値（１０％）を超えた場合にトナー補給する制御の働きによってトナー補給が行われ、現像能力を高くする。このようにして感光体上に付着するトナー量を一定に維持することで、画像濃度を一定に保っている。
【００２０】
本発明においては、一定枚数以上の使用の後、反射型フォトセンサの出力光量ＰＷＭ値がある一定の閥値を超えた出力となった場合、感光体表面性が変化したことにより、反射型フォトセンサの出力値と感光体上トナー付着量の関係が初期の関係と変化したと判断し、反射型フォトセンサの特性値が図３になるように変更し、あらたにＶｓｐ１／Ｖｓｐｇ１出力比が２０％を超えた場合トナー補給する制御へと変更される。
以上により、低コスト化、省スペース化を達成させるために、
ａ）小外径感光体
ｂ）シンプル機構のクリーニング装置
を搭載し、画像濃度を安定維持させるために、限られた空間に
ｃ）遠距離光反射型フォトセンサ
を搭載した場合、経時での感光体表面の偏摩耗は、画像濃度を安定維持させる上で致命傷となる。上記ａ）、ｂ）、ｃ）を存続させつつ偏摩耗の発生を抑えるには、トナー中に添加するＷａｘ量を規定し、Ｗａｘによる悪影響を抑える必要がある。
【００２１】
本実施例における現像剤は二成分乾式現像剤で、平均粒径が１０μｍ以下のトナーと平均粒径が５０μｍ以下のキャリアとの混合体として構成され、トナー中のＷａｘ添加量を５．０％以下に規定している。さらに結着樹脂として主にポリエステル樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有するトナーで、トナーのＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも１つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量の１５，０００以下であるトナーを使用する。
トナー中のＷａｘ添加量が多すぎると、高温環境下での放置や動作中に温度上昇した画像形成装置内で、様々なハザードを受けながらトナー表面に染み出してしまい、それがトナー帯電量低下や感光体表面の偏摩耗を引き起こしてしまう。一方、トナー中のＷａｘ添加量が少なすぎると定着性を悪化させてしまうので、Ｗａｘ添加量は３．５〜４．５％が好ましい。
また、本発明は、低コスト、省スペースに対して有効な構成であるプロセスカートリッジの形態をとっても良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が一定期間所定値以上となった場合、前記反射型フォトセンサの出力調整値に閥値を変更することにより、感光体表面性の変化により反射型フォトセンサの出力値が変化した場合でも、適切なトナー濃度制御を維持でき、濃度過多や地肌汚れのない適切な画像を維持することが可能な画像形成装置を提供することができる。
また、本発明は、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、Ｗａｘ添加量が５．０重量％以下で、さらに結着樹脂として主にポリエステル樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有するトナーで、該トナーのＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも１つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量の１５，０００以下である低温定着トナーを使用し、感光体扁摩耗を低減することにより濃度ムラの少ない画像形成装置を提供することができる。
また、本発明は、プロセスカートリッジの形態をとることにより、低コスト、省スペースに対して有効な構成となるため、小型軽量化を実現することが可能な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】感光体周辺の概略構成図である。
【図２】本発明の実施による反射型フォトセンサの特性値−１を示す図である。
【図３】本発明の実施による反射型フォトセンサの特性値−２を示す図である。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
２ 除電ランプ
３ 帯電ローラ
４ ＬＤ光
５ クリーニングブレード
６ トナー搬送スクリュー
７ ドラム分離爪
８ ブラシローラ
９ 転写ローラ
１０ フォトセンサ
１１ 現像ローラ

Claims (3)

1. 外径がφ４０ｍｍ以下の小径有機感光体を搭載し、反射型フォトセンサによって感光体表面に付着したトナー量を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給制御手段と、初期的に該反射型フォトセンサの出力調整値に閥値を設けた画像形成装置において、
   前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が一定期間所定値以上となった場合、前記反射型フォトセンサの出力調整値に閥値を変更することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、Ｗａｘ添加量が５．０重量％以下で、さらに結着樹脂として主にポリエステル樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有するトナーで、該トナーのＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも１つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量の１５，０００以下で有る前記トナーとキャリアを用いる二成分現像剤を使用することを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、プロセスカートリッジの形態をとることを特徴とする画像形成装置。

Images