JP2004301948A - 画像形成装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度、湿度などの環境条件によって、像担持体表面の表面抵抗を低下させる水分量は大きく異なるが、環境条件によらず像流れを起こさない画像形成装置を提供する。
【解決手段】ａ−Ｓｉ感光層を備えた像担持体上に研磨剤を有するトナーを供給する現像手段と、像担持体表面をクリーニングするための回転体を備えたクリーニング手段と、装置外部の温湿度を検知する検知手段と、装置内部の温度を検知する検知手段とを備え、装置外部温湿度と装置内部温度と装置外部温度の温度差に基いて、現像手段から像担持体上に供給するトナー量、並びにクリーニング手段の回転時間を制御するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体表面をトナーに含まれる研磨剤で研磨することにより像流れを抑制することが出来る画像形成装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
像担持体における耐久性の向上とフリーメンテナンス化を図るため、ａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）感光体が使われているが、ａ−ＳｉはＯＰＣその他の有機半導体に比較して表面が酸化されやすく水分を吸着しやすい。そのため、ａ−Ｓｉを使用した像担持体は像流れが発生しやすいという問題がある。
【０００３】
電子写真方式の画像形成装置において、帯電器で帯電を行う際の放電によりオゾンが発生する。このオゾンによってａ−Ｓｉ感光体表面が酸化されて、イオン生成物や水分子などを吸着しやすい酸化膜が形成される。また、放電によって空気中の成分が分解されて、窒素酸化物やアンモニウム塩等のイオン生成物が生成される。前記酸化膜にイオン生成物が吸着され、このイオン生成物は水溶性であるので、大気中の水分を取り込みやすい。酸化膜自体も水分を吸着しやすいため、特に高湿環境下において多量の水分を吸着して、像担持体表面の抵抗が低下する。これにより、像担持体表面に形成された静電潜像のエッジ部で電位の横流れが起り、その結果、像流れ現象が生じる。
【０００４】
このような像流れ現象を防ぐには、像担持体表面の酸化膜やイオン生成物に吸着されて表面抵抗を低下させている水分を効果的に除去し、新たな水分が吸着するのを防止する必要がある。このため、像担持体内面にヒーターを入れて加熱することにより、像担持体表面に吸着した水分を蒸発させて高湿環境下における像担持体表面の抵抗低下を抑えることが提案されている。（特許文献１参照）
【０００５】
しかしながら、このようなヒーターを用いたシステムは、熱制御手段などが必要になり、その分、構成が複雑になるとともに、ヒーターに電源を供給する摺導接点の磨耗に関する耐久性などが問題になり、また電源容量が大きくなりコストアップにつながる。さらに、像担持体表面が一定温度まで上昇するのに時間がかかり、プリントするまでの時間が長くなると共に消費電力が増大する。
【０００６】
また、トナーに含まれる研磨剤を利用して、弾性ローラにより像担持体表面を研磨し、像担持体表面に吸着されて表面抵抗を低下させている水分を酸化膜やイオン生成物ごと除去することが知られている。しかし、通常の印字動作モードで供給されるトナーはそれほど多くなく、高温、高湿環境で像担持体へ吸着したイオン生成物や水分の量が多いと、通常の印字動作モードで供給されるトナーだけではすべてが除去しきれないことがあった。
そこで、像流れ現象が生じた時に、この現象を早期に取り除き画像を回復させる手段を提供するために、通常の印字動作モードとは別に現像器により像担持体にトナーを供給し、トナーに含まれる研磨剤で像担持体表面を摺擦研磨してリフレッシュするモードを設け、ヒーターを用いずに済むようにすることが提案されている。（特許文献２、３参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−４０８７６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３０１４号公報
【特許文献３】
特開２００２−１４５８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
温度、湿度などの環境条件によって、像担持体表面の酸化膜やイオン生成物に吸着されて表面抵抗を低下させている水分量は大きく異なるが、前記特許文献２に記載の方法では、こういった環境条件とは無関係に最悪条件に合わせて摺擦研磨動作を行うので、像流れが生じないような環境でも最悪条件に合わせたトナー量を消費するため非効率的で非経済的であった。このため、前記特許文献３では環境条件に応じて、トナー量を変化させることによってトナーの消費を抑えて効率化を図っているが、環境の変化によって対応できない場合があった。
上述の事情により本願発明は、環境変化に対応した像流れを起こさない画像形成装置を提供することが課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、ａ−Ｓｉ感光層を備えた像担持体上に研磨剤を有するトナーを供給する現像手段と、像担持体表面をクリーニングするための回転体を備えたクリーニング手段と、装置外部の温湿度を検知する検知手段と、装置内部の温度を検知する検知手段とを備え、装置外部温湿度と装置内部温度と装置外部温度の温度差に基いて、現像手段から像担持体上に供給するトナー量、並びにクリーニング手段の回転時間を制御するようにしたもの。
また、前記トナー量を現像バイアスの実行時間、及び／又は電圧を変更することで変化させるようにしたもの。
また、前記画像形成装置がカラー画像形成装置で、像担持体周囲に各色毎に用意した現像器を有し、前記トナー供給に使用する現像器は、出力画像の印字率の低い現像器を使用するようにしたもの。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１１】
図１は本発明の実施の形態であるカラー電子写真装置を示した画像形成装置１の概略断面図である。以下の説明ではカラー電子写真装置を一例として説明するが、本発明はカラー電子写真装置だけではなく、モノクロの電子写真装置にも応用できる。
【００１２】
同図において像担持体２はａ−Ｓｉ感光体で形成されており周りには、帯電器３、露光ユニット４、現像器５〜８は、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像剤を含んだ現像手段、中間転写体９、クリーニング部１０を配している。
【００１３】
なお、ａ−Ｓｉ感光体としては、例えばドラム状などの所定の形状に形成した導電性基体上にキャリア阻止層、感光層、表面保護層が順次積層されてなる、従来公知の種々の構造を有する感光体を用いることが出来る。
【００１４】
このように構成した電子写真装置における通常の画像形成工程は、まず図示していない待避装置で、中間転写体用クリーニング部１１、２次転写ローラ１２を待避させる。像担持体２に約＋３５０Ｖの電圧を供給し、中間転写体９を接地する。この電位差が像担持体上のトナー像を中間転写体９に１次転写するための１次転写電圧になる。そして帯電器３で像担持体２の表面を例えば＋７５０Ｖ程度に帯電させ、露光ユニット４から各色に対応した画像を露光すると、光が当たった部分（露光部）は＋３５０Ｖに、光の当たらなかった部分（未露光部）は＋７５０Ｖのままとなる。
【００１５】
各色の現像器には、重量平均粒径８μｍである各色のトナー５重量部と重量平均粒径７０μｍのフェライトキャリア９５重量部とから混合してなる現像剤が収納されている。ここで、トナーはその表面にシリカや酸化チタンなどの微粉末が分散処理されており、キャリアとの摩擦帯電によって正に帯電する。さらにトナーには、研磨剤として粒径が０．０５μｍ〜２．０μｍで１〜３％重量部添加されているのが好ましい。
【００１６】
現像器５〜８のうち、対応する色の現像器５〜８の現像スリーブ５ａ〜８ａに像担持体と同じ約＋３５０Ｖの電圧を供給し、現像バイアスとして＋２００Ｖを印加（スリーブに印加されている電圧の合計は＋５５０Ｖになる）して現像すると、トナーが露光部に付着してトナー像が形成される。
【００１７】
そしてこのトナー像は、像担持体２と中間転写体９が接するニップ部で像担持体２からアース電位になっている中間転写体側に移動し、１次転写が行われる。そして、全ての色のトナー像が中間転写体９に１次転写されると、図示していない待避装置で中間転写体用のクリーニング部１１、２次転写ローラ１２を中間転写体９に接触させ、２次転写ローラ１２に転写用電圧を印加し、給紙カセット１３から記録媒体１４を搬送して中間転写体９に接触させると、中間転写体９上のトナー像は記録媒体１４に２次転写され、その後定着器１５で加熱・加圧されて排紙される。
【００１８】
この間、像担持体２のクリーニング部１０は、像担持体２から中間転写体９へ転写されずに残ったトナーを用いて摺擦研磨ローラ１０ａで像担持体２の表面を摺擦研磨し、さらにクリーニングブレード１０ｂで像担持体２の表面からトナーを掻き落として像担持体２をクリーニングし、次の画像形成に備える。一方、中間転写体上から記録媒体１４に転写されずに残ったトナーは、中間転写体用クリーニング部１１でクリーニングされる。
【００１９】
以上が通常の画像形成工程である。像担持体２のクリーニング動作について詳細に説明する。クリーニング部１０は上記のように摺擦研磨ローラ１０ａとクリーニングブレード１０ｂを有している。摺擦研磨ローラ１０ａはウレタンフォーム等の弾性体からなり、像担持体２に対抗する位置に配設され、図示していない弾性部材によって、像担持体２の表面に、一定の圧接力で圧接している。この摺擦研磨ローラ１０ａは、像担持体２による１次転写位置の下流側で像担持体２の表面に摺擦するように配置され、像担持体２の回転方向の順方向に回転自在に設けられている。摺擦研磨ローラ１０ａの回転速度は、像担持体２との摺擦面において像担持体２の周速に対して約１．２倍の周速となるように設定され、像担持体２との周速差により像担持体表面が摺擦されるようになっている。
【００２０】
この摺擦研磨ローラ１０ａの摺擦で像担持体２の表面のトナーが摺擦研磨ローラ１０ａの表面に付着する。このトナーが付着した表面状態の摺擦研磨ローラ１０ａによって再び像担持体２が摺擦されると、トナー表面に分散されている酸化チタン等が研磨剤の役割を果たして像担持体２の表面を研磨するようになっている。クリーニングブレード１０ｂは板状体の部材からなり、その一端部が摺擦研磨ローラ１０ａよりもさらに下流側で像担持体に摺擦するように配置され、摺擦研磨ローラ１０ａによる清掃後に像担持体表面に残留するトナーを掻き取るために設けられている。掻き取られたトナーはトナー回収スクリュー１０ｃ等のトナー回収装置によって図示していない廃棄トナーボトルへと搬送される。
【００２１】
前記したようにａ−Ｓｉ感光体を用いた像担持体は、高温、高湿環境では、像担持体表面に形成された酸化膜やイオン生成物の吸湿性の高さなどにより、大気中の水分を吸着して表面抵抗が低下する。一定時間以上使われていない装置内の温度、湿度は、装置が置かれている環境の温度、湿度と同じと考えられ、高温、高湿の環境においては像流れが起きやすくなる。装置内が外部環境と同じであれば、１箇所の温湿度測定だけで環境の変化に対応できる。
【００２２】
しかし、実際には装置内部と外部環境では、温度差がある場合が多い。それは、装置内部の温度変化が、外部環境の温度変化に比べ遅いためである。装置は小型軽量化のため樹脂部材が多く使用されて熱伝導性が悪くなり、装置内部の密度や気密性も高くなっているので、装置内部の温度変化が遅くなる傾向にある。特に、冬季など温度が低い場合に問題となっている。暖房により室内の温度は上昇しているが、装置内の温度上昇が遅いため、装置内部と装置外部で温度差が生じている。このように装置内部と外部とで温度差が生じている場合、低温の装置内に温度の高い外気が入ると、装置内部の湿度が上昇し、像担持体への水分の付着が起きやすくなり、像流れが起きやすくなる。
【００２３】
画像形成装置の電源投入時の動作を例に説明する。画像形成装置の電源投入により各ユニットは準備動作に入る。像担持体２と摺擦研磨ローラ１０ａの駆動、各現像器５〜８のトナーの撹拌、定着装置１５のヒーターの加熱、中間転写体９の駆動とクリーニング動作などが行われる。それと同時に、外気温湿度センサ１６により外気温湿度を計測する。次に、図示していない温度センサにより装置内温度を計測し外気温湿度センサ１６による外気温度との温度差を検出する。装置制御部には、あらかじめ外気温湿度と前記温度差によって像担持体の研摩に使用するためのトナー量と研摩時間の関係が記憶されている。従って、外気温湿度と前記温度差によって像担持体を研摩するためのトナー量と研摩時間が決定される。
【００２４】
また、装置外部の温湿度を検知するための外気温湿度センサ１６は、温度センサ、湿度センサを独立して備えることも、両センサを１つのユニットとして組み合わせて使用することもできる。外気温湿度センサ１６の設置場所としては、装置内の熱源となりうる部材から遠く、装置内の温度変化が小さい場所で、外気温湿度センサ１６近傍の外装部材には装置外部と貫通した数個の開口部を設けていることが好ましく、装置内温度としては像担持体温度であることが好ましい。
【００２５】
前記したように、像担持体が吸湿して電位の横流れが発生すると、電位の流入によって露光部分の電位が上昇する。結果、露光部分に十分な量のトナーが付着せず、横流れが発生しない場合よりトナー像の濃度が低下する。このように像流れが生じている状態では通常の画像形成動作を行っても像担持体に付着させるトナー量を制御しにくいという問題点がある。よって、像流れが生じている状態で所定量のトナーを像担持体上に現像させるためには、像担持体を帯電させずに現像バイアスによる現像がよい。
【００２６】
現像バイアスによる現像は、像担持体２と現像する現像スリーブを回転させ、像担持体２は帯電させずに、現像スリーブに現像バイアスを印加する。現像バイアスに＋２００Ｖを印加した場合は、通常の画像形成工程で像担持体表面が露光された場合と同じ電圧差になり、画像濃度の濃い所謂ベタ画像が現像される。現像バイアスを低くすると像担持体２との電位差が小さくなり、画像濃度が薄くなる。よって、現像バイアスの電圧を変化させることで画像濃度が変化し、現像するトナー量を変化させることができる。また、現像バイアスを印加している時間だけ現像されるので、現像バイアスを印加する時間を変化させることで、現像するトナー量を変化させることができる。
【００２７】
また、像担持体周囲に各色毎に現像手段を有しているカラー画像形成装置では、トナー供給に使用する現像器を出力画像の印字率の低い現像器を使用することで各色毎のトナー消費の不均衡を起こすことがなくなる。また、印字率が低いと現像剤の帯電が上昇し、画像濃度低下やかぶりといった画像不良が起りやすくなるので、これらの予防にもなる。
【００２８】
このようにして、像担持体２上には、前記外気温湿度及び装置内外温度差に対応したトナー像が形成される。そのトナー像は中間転写体９にトナーと同極性の電圧を印可しているため中間転写体側に転写されることなく、そのほとんどが像担持体２のクリーニング部１０の摺擦研磨ローラ１０ａに供給される。
【００２９】
そのため摺擦研磨ローラ１０ａは、このトナーに含まれる研磨剤で像担持体２の表面を摺擦研磨し、像担持体表面の水分をイオン生成物や酸化膜ごと除去する。そしてこの研磨時間は、前記したように外気温湿度及び装置内外温度差に対応した時間だけ継続し、電子写真装置の準備動作が終了して使用できる状態になっても、この像担持体２の研磨時間が経過していない場合はそのまま継続し、この研磨動作が終了した後ＲＥＡＤＹ（使用可能）表示が行われる。
【００３０】
また、この研磨動作中は、前記したように中間転写体側はトナーと同極性の電位、または像担持体と同電位にして、トナーが電気的に転写しないようにしているが、実際には像担持体２と中間転写体９の接触圧力でトナーが中間転写体側に移動してしまうので、中間転写体用クリーニング部１１で中間転写体９のクリーニングを実施する。
【００３１】
こうして研摩動作が終了すると、前記した通常の画像形成工程に戻る。ＲＥＡＤＹ状態では、定着の熱などによって装置内の温度が上昇し、装置内の湿度が低下するので前記したような像担持体２への水分の付着は起きにくくなり、像流れも起きにくくなる。また、前記したように帯電器による放電でオゾンや空気中の成分が分解されてイオン生成物が生成される。このため帯電器付近はオゾンやイオン生成物濃度が高く、像流れが起りやすい。画像装置内の風路設計により帯電器付近のオゾンやイオン生成物濃度を低下させることや、像担持体を定期的に回転させるなどをして、同じ部分がオゾンやイオン生成物濃度の高い場所に曝されないようにしておくほうがよい。
【００３２】
なお、上記実施形態では、画像形成装置の電源投入された時を例に説明したが、省エネルギーモードからの復帰時や、環境の急激な変化が認められたときにおこなうようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、像担持体２の周速に対して約１．２倍の周速で摺擦研磨ローラ１０ａが回転するようにその回転速度を設定しているが、摺擦研磨ローラ１０ａの回転速度はこれに限定されるものではなく、像担持体２と周速差を有するものであればよい。例えば、像担持体２の周速よりも遅い周速となるように回転駆動したり、像担持体２の周速の約１．２倍よりも速い周速で回転するようにしてもよい。ＲＥＡＤＹになる前だけ回転速度を変化させてもよい。また、回転方向においても、像担持体回転方向の順方向でなく逆方向に回転させてもよい
【００３４】
また、上記実施形態では、摺擦研磨ローラ１０ａにウレタンフォームを使用したがこれに限定するものではなく、他の材質の弾性発砲体やポリウレタンなどのゴムであってもよい。また、クリーニングのための回転体としてローラ部材以外にファーブラシ、磁気ブラシを使用することが可能である。
【００３５】
また、上記実施形態では、トナー表面に分散されている酸化チタンが研磨剤の役割を果たしているが、それに限定されず、トナー表面に分散されたマグネタイト、アルミナ等の微粉末を利用して感光体表面を研磨するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、環境変化によって像流れを生じやすい条件であっても摺擦研磨ローラによる感光体の十分な研磨を行い像流れを防止できる画像形成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示した画像形成装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
２ 像担持体
３ 帯電器
４ 露光ユニット
５〜８ 現像器
５ａ〜８ａ 現像スリーブ
９ 中間転写体
１０ クリーニング部
１０ａ 摺擦研磨ローラ
１０ｂ クリーニングブレード
１０ｃ トナー回収スクリュー
１１ 中間転写体用クリーニング部
１２ ２次転写ローラ
１３ 給紙カセット
１４ 記録媒体
１５ 定着器
１６ 外気温湿度センサ

Claims (3)

1. ａ−Ｓｉ感光層を備えた像担持体上に研磨剤を有するトナーを供給する現像手段と、像担持体表面をクリーニングするための回転体を備えたクリーニング手段と、
   装置外部の温湿度を検知する検知手段と、
   装置内部の温度を検知する検知手段とを備え、
   装置外部温湿度と装置内部温度と装置外部温度の温度差に基いて、
   現像手段から像担持体上に供給するトナー量、並びにクリーニング手段の回転時間を制御することを特徴とする画像形成装置の制御方法。
2. 前記トナー量を現像バイアスの実行時間、及び／又は電圧を変更することで変化させることを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置の制御方法。
3. 前記画像形成装置がカラー画像形成装置で、像担持体周囲に各色毎に用意した現像器を有し、前記トナー供給に使用する現像器は、出力画像の印字率の低い現像器を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載した画像形成装置の制御方法。

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