JP2005099153A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体表面を効率的に研摩して感光体寿命を低下させることなく、感光体表面に付着した帯電生成物及び添加物を除去し、しかも構成も簡単で安価な画像形成装置を提供する。
【解決手段】 感光体１表面に静電潜像を形成する書込装置２１と、静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像装置４と、トナー像を転写材表面に転写する転写装置６と転写後の像担持体の表面を清掃するクリーニング装置８とを備えた画像形成装置１００において、入力された画像信号を数値処理して、予め設定された主走査方向(感光体１軸方向)のブロック毎の画像面積率を検知する画像面積検知手段を設けた
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の電子写真方式による画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式を利用した画像形成装置は広範に普及してきており、また、デジタル化された画像が容易に入手できることも関係して、プリントされる画像の高精細化が要望されている。また、これらの画像形成装置の普及により、環境を含めて長期間使用しても安定した画像が得られることが要望されている。
しかし、電子写真方式では、画像が形成された後に感光体に残留するトナーをクリーニングして除去するクリーニング装置が設けられることが多い。また、一方、帯電装置で感光体を帯電させるときに、帯電装置による放電でオゾン、窒素酸化物等が生成される。このオゾンは、高濃度で画像形成装置内に滞留すると感光体表面が酸化され、感光体光感度の低下や帯電能力の劣化を生じさせ、形成画像が悪化する。窒素酸化物は、空気中の水分と反応して硝酸になり、さらに、金属等と反応して金属硝酸塩が生成される。また、放電領域中では、アンモニウムイオンも同時に形成されており、このアンモニウムイオンが窒素酸化物と反応し、化合物が生成される。これらの生成物は低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、感光体表面に硝酸または硝酸塩による薄い膜が形成されて低抵抗となり、画像が流れるような異常画像が発生する。

そこで、クリーニング装置は、転写後の感光体に残留するトナー、転写紙の紙粉、転写紙中の微量添加物、またコロナ放電等で発生する帯電生成物を除去する必要があり、クリーニングブラシ及びクリーニングブレードを接触または摺擦させることによって、感光体表面を傷つけることなく、付着物を除去している。しかしながら、近年、感光体の高寿命化にともない感光体表面の摩耗量が減少し帯電生成物及び添加物は感光体に付着し、その除去が容易でない方向に向かいつつある。
クリーニング装置へ入る転写残トナーは感光体の研磨剤として働く作用を持っている。したがって、上記付着物を効率よく除去するためには一定量以上のトナー入力が必要である。しかし通常、感光体主走査方向で均一にトナー入力されることはなくまた、トナー入力量が極端に少ないないところが存在する。その場合、帯電生成物および添加剤除去が困難となり、感光体表面への帯電生成物および添加剤の付着により異常画像が発生する。異常画像は感光体表面に帯電生成物および添加剤が付着することで、表面抵抗が低くなり高温高湿環境下で吸湿したときに、画像白抜けとなって顕在化する。

したがって、感光体上の黒スジ、化合物等を除去するために、特許文献１では、電子写真感光体に形成された静電潜像を、研摩物質の含有するトナーで現像する電子写真画像形成方法が開示されている。これによって、繰り返し使用後まで高品位の画像を安定して得ることができる。しかしながら、トナーに添加するのでは、形成する画像の状態によって感光体上の研摩物質が不均一になり、研摩状態が不均一になるという問題点がある。
また、特許文献２では、トナー像の形成工程の前に微粒子を付着させる工程を設け、かつ、画像形成サイクルを繰り返す過程で感光体の劣化に応じて感光体表面の研摩、清浄化工程を設ける画像形成方法が開示されている。特許文献３では、感光体に当接した研摩手段を有し、感光体の感光体の研摩手段による研摩速度は０．５〜５μｍ／１０^４プリントであるカラー画像形成装置が開示されている。しかし、研摩手段等では感光体まで研摩するために感光体の寿命が低下するという問題点がある。

特開平６−１３８６８７号公報 特開平１０−２２２００８号公報 特開平１０−２０７１６８号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、感光体表面を効率的に研摩して感光体寿命を低下させることなく、感光体表面に付着した帯電生成物及び添加物を除去し、しかも構成も簡単で安価な画像形成装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像手段と、前記トナー像を転写材表面に転写する転写手段と転写後の像担持体の表面を清掃するクリーニング手段とを備えた画像形成装置において、入力された画像信号を数値処理して、予め設定された主走査方向(感光体長手方向)のブロック毎の画像面積率を検知する画像面積検知手段を設けたことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像面積検知手段によるブロック毎の画像面積率の検知結果と予め定められる基準面積との比較結果に基づいて、前記像担持体表面に所定量のトナーを付着させるよう制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記画像形成装置は、画像形成装置周辺の温湿度を検知する温湿度検知手段を備え、該温湿度検知手段が検知した温湿度と予め定められた温湿度との比較結果に基づいて、前記像担持体表面に所定量のトナーを付着させるよう制御する制御手段とを設けたことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体と、少なくとも現像手段、帯電手段、クリーニング手段の中から選択される１以上の手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジを備えることを特徴とする。

以上説明してきたように、本発明は、上記解決するための手段によって、本発明の画像形成装置では、主走査方向の画像面積率の偏りに応じて、画像面積率が低い部分ではトナー消費パターンを入力し、主走査方向全域にわたり感光体表面に付着した帯電生成物および添加剤を容易に除去することができる。
また、画像面積率が高くトナー消費パターンの入力が不要な部分ではトナー消費を行わないため、無駄なトナー消費をなくすことができる。
さらに、温湿度に応じてトナー消費パターンの付着量を制御することができるので、高温環境下では効率よく主走査方向全域にわたり感光体表面に付着した帯電生成物および添加剤を容易に除去することができる。
一方、低温低湿環境下では無駄なトナー消費をなくすだけでなく、低温低湿環境で発生しやすい感光体表面へのトナー固着を防止することが出来る。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態である構成を示す概略図である。
像担持体である感光体１の周囲は、帯電手段として帯電装置２、露光するためのレーザ光３、現像手段として現像装置４、転写手段として転写装置６、定着手段として定着装置７、クリーニング手段としてクリーニング装置８が配置されている。また、この画像を形成する上部には、原稿を自動的に搬送する自動原稿搬送装置（ＡＤＦ）２３、画像を読みとる読取装置２０、感光体１に潜像を形成するレーザ光３を発光させる書込装置２１が配置されている。この読取装置２０で読みとられた原稿は信号に変えられて図示しない制御部を配置している。この制御部には、画像面積検知手段、トナー量を制御する制御手段、温湿度検知手段が含まれている。

感光体１は、光導電性を有するアモルファスシリコン、アモルファスセレン等の非晶質金属、ビスアゾ顔料、フタロシアニン顔料等の有機化合物を用いることができる。環境及び使用後の後処理を考慮すると、有機化合物による感光体を用いることが好ましい。
帯電装置２は、芯金の外周に少なくとも弾性層を設けてなる帯電ローラ２ａと帯電ローラ２ａに接続される図示しない電源を備える。帯電ローラ２ａに高電圧を印加して、曲率を有する帯電ローラ２ａと感光体１との間に所定の電圧を印加し、感光体１との間でコロナ放電を発生させて感光体１の表面を帯電させるものである。

現像装置４は、現像剤を担持して感光体１に供給する現像剤担持体（以下、「現像スリーブ」と記す。）４ａと、トナー供給室等を備える。感光体１と微小間隔をおいて配置された円筒状の現像スリーブ４ａと、現像スリーブ４ａ上の現像剤量を規制する現像剤規制部材とを有している。現像スリーブ４ａは、回転可能に支持された中空円筒状で、現像スリーブ４ａの内部にこれと同軸に固設されたマグネットロールとを備えており、現像スリーブ４ａの外周面に現像剤を磁気的に吸着して搬送するようになっている。現像スリーブ４ａは導電性で、非磁性部材で構成されており、現像バイアスを印加するための電源が接続されている。現像スリーブ４ａと感光体１との間には、電源から電圧が印加され、現像領域に電界が形成される。

転写装置６は、転写バイアスローラ６ａ、転写ベルト６ｂとテンションローラ６ｃから構成されている。転写バイアスローラ６ａは、鉄、アルミ、ステンレス等の芯金表面に、導電性又は半導電性の弾性層を設けて構成する。転写ベルト６ｂには、記録紙を感光体１に密着させるために、感光体１側に必要な圧力がかけられる。転写ベルト６ｂは、基材として耐熱性の材料を種々選択する事で効果が得られ、例えばシームレスのポリイミドフィルムで構成することができる。その外側には、フッ素樹脂層を設ける構成とすることができる。又、必要に応じてポリイミドフィルムの上にシリコーンゴム層を設け、その上にフッ素樹脂層を設けても良い。転写ベルト６ｂの内側には、転写ベルトを駆動及び張架するためにテンションローラ６ｃが設けられている。
定着装置７は、ハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータを有する定着ローラと、圧接される加圧ローラとを備えている。定着ローラは、芯金表面にシリコーンゴム等の弾性層を１００〜５００μｍ、好ましくは４００μｍの厚みに設け、更にトナーの粘性による付着を防止する目的で、フッ素樹脂等の離型性の良い樹脂表層が形成されている。樹脂表層は、ＰＦＡチューブ等で構成され、その厚みは機械的劣化を考慮して１０〜５０μｍ程度の厚みが好ましい。定着ローラの外周面には、温度検知手段が設けられ、定着ローラの表面温度を約１６０〜２００℃の範囲の中で、ほぼ一定に保つようにヒータが制御されている。加圧ローラは、芯金表面にテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなオフセット防止層が被覆されている。定着ローラと同様に、芯金表面にシリコーンゴム等の弾性層を設けても良い。

クリーニング装置８は、クリーニング手段としてクリーニングブレード８ａを有する。また、クリーニングブレード８ａに当接する荷重を付勢する加圧スプリング８ｂ、クリーニングされたトナーを搬送する回収コイル８ｃ、クリーニングされたトナーを回収するトナー回収羽根８ｄ、クリーニングブレード８ａを支持する支持部材８ｅを備えている。更に、図示されないトナー回収ボックスを備える。クリーニングブレード８ａは、金属、樹脂、ゴム等の材質からなるが、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等のゴムが好ましく用いられ、この中でも特にウレタンゴムが好ましい。

図２は、本発明の一実施形態を示す画像形成装置内の書込装置の構成を示す概略図である。書込装置２１は、読取装置２０内のスキャナーで読み取ったデータ及び図示しないＰＣ等外部より送られた画像信号を変換し、ポリゴンミラー２１３でレーザー光３をスキャンさせ、ミラーを通して読み取られた画像信号を基に感光体１上に静電潜像を形成する。以下に、さらに詳細に説明する。
この書込装置２１は、図３に構成例を示すように、１つのＬＤによる光源ユニット２１１と、各光源ユニットからの光ビームを振り分けて偏向走査するポリゴンミラー２１３と、このポリゴンミラー２１３を中心にして対応する感光体１の被走査面上に導き結像する光学系の光学部材を備えており、これらの構成部材は１つのハウジング内に収納されている。また、ハウジングの上部と下部にはカバーが設けられており、下部側のカバーには光ビームを通過する開口が設けられ、その開口には防塵ガラス２１８が取り付けられている。

この書込装置２１では、原稿の読取装置２０あるいは画像データ出力装置（パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ファクシミリの受信部等）から入力される色分解された画像データを光源駆動用の信号に変換し、それに従いＬＤユニット２１１内の半導体レーザ（ＬＤ）を駆動してレーザ光３を出射する。ＬＤユニット２１１から出射されたレーザ光３は、面倒れ補正用のシリンドリカルレンズ２１２を通り、直接あるいはミラー２１７を介してポリゴンミラー２１３に至り、ポリゴンモータで等速回転されているポリゴンミラー２１３で偏向走査される。ポリゴンミラー２１３で偏向走査された光ビームは、走査線の位置を主走査対応方向に補正する機能を持ったｆθレンズ２１４からなる第１の結像用レンズを通過し、次に、例えば、走査線の位置を副走査対応方向に補正する機能を持った、長尺トロイダルレンズ（ＷＴＬ）２１５を通過し、第２折り返しミラー２１８で反射され、防塵ガラス２１６を介して感光体１被走査面上に照射され静電潜像を書き込む。
さらに、レーザ光３の光路には、主走査方向の走査開始位置の光束を取り出すための図示しない同期検知用ミラーが設けられており、同期検知用ミラーで反射された光束は、同期検知器で受光されて走査開始の同期信号が出力される。尚、ポリゴンミラー２１３によって偏向走査される光ビームの走査方向が主走査対応方向であり、これは感光体１の軸方向である。また、この主走査対応方向に直交する方向が副走査対応方向である。

ここでは、画像形成装置１００全体の制御をつかさどる制御部には、ＣＰＵが設けられている。ＣＰＵ内部には画素数カウンタが配されており、例えば、図３に示すように、主走査方向に６分割されたＡ〜Ｆブロック毎に感光体１上に書き込まれるドット数をカウントする。また、ＣＰＵ内部には感光体１回転時間カウンタも配されており、感光体１の回転時間をカウントすることができる。画像形成動作が開始すると、感光体回転時間カウンタが動作し感光体回転時間をカウントする。同時に、画素数カウントを開始し画素数をカウントする。画像形成終了時にこれらのカウント数を基にＡ〜Ｆのブロック毎の画像面積率を計算する。所定の画像面積率以下であったブロックでは、トナー消費パターンの静電潜像を感光体上に形成し、現像装置４によりトナーを付着させ、クリーニング装置８に強制的にトナーを入力させる。これによって、クリーニング８装置に配置されているクリーニングブレード８ａと感光体１との間に供給されたトナーが、クリーニングブレード８ａで感光体１に押圧され、感光体１を研摩する。これにより、感光体１表面に付着した帯電生成物および感光体上に埋め込まれたトナーの添加剤を除去することができる。
また、本発明は転写ベルト方式の転写手段を用いているが、このように感光体１と接触する転写手段では、トナー消費パターンを付着させるタイミングでは転写手段を回避させるようにする。

また、画像形成装置１００内に温湿度センサ３１が設けられており、予め設定された温湿度以上になった場合には、上記トナー消費パターンの付着量を増やすようにする。トナー消費パターンの付着量はトナー消費パターンの副走査方向の幅や、トナー消費パターンの本数を変えることで制御することができる。逆に予め設定された温湿度以下の場合には、トナー消費パターンを付着させないよう制御する。

また、図３は、この画像形成装置が備えることができるプロセスカートリッジの一実施形態の構成を示す概略図である。
以上説明してきた本発明の画像形成装置１００は、感光体１とを少なくとも含み、更に、帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置８から選択される任意の手段とを含んで一体に支持し、画像形成装置１００本体に着脱自在に形成したプロセスカートリッジ２００にも用いることができる。プロセスカートリッジ２００に設けられた感光体１にクリーニング装置８を配備することで、感光体１表面のクリーニングを良好に行い、感光体１表面を効率的に研摩して感光体寿命を低下させることなく、感光体表面に付着した帯電生成物及び添加物を除去し、帯電の均一性を維持する。また、プロセスカートリッジ２００の寿命が到来するまで、感光体１の一様帯電性を損なうことはない。
また、本発明の画像形成装置１００は、図１の構成に限るものではなく、感光体１上のトナー像を一旦転写されて担持する中間転写体を備える構成や、多色画像を形成するために感光体を複数備える構成であってもよい。また、感光体がドラム状ではなく、ベルト状であっても良い。

本発明の画像形成装置の一実施形態である構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態を示す画像形成装置内の書込装置の構成を示す概略図である この画像形成装置が備えることができるプロセスカートリッジの一実施形態の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 感光体（像担持体）
２ 帯電装置
２ａ 帯電ローラ
２ｂ クリーニングパッド
３ レーザ光
４ 現像装置
６ 転写装置
６ａ 転写バイアスローラ
６ｂ 転写ベルト
６ｃ テンションローラ
７ 定着装置
８ クリーニング装置
８ａ クリーニングブレード
８ｂ 加圧スプリング
８ｃ 回収コイル
８ｄ トナー回収羽根
８ｅ 支持部材
１１ 転写前露光
２０ 読取装置
２１ 書込装置
２１１ ＬＤユニット
２１２ シリンダレンズ
２１３ ポリゴンミラー
２１４ ｆθレンズ
２１５ ＷＴＬ
２１６ 防塵ガラス
２１７、２１８ ミラー
２２ ＡＤＦ
３１ 温湿度センサ
１００ 画像形成装置
２００ プロセスカートリッジ

Claims (4)

1. 像担持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像手段と、前記トナー像を転写材表面に転写する転写手段と転写後の像担持体の表面を清掃するクリーニング手段とを備えた画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、入力された画像信号を数値処理して、予め設定された主走査方向(感光体長手方向)のブロック毎の画像面積率を検知する画像面積検知手段を設けた
   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、
   前記画像形成装置は、画像面積検知手段によるブロック毎の画像面積率の検知結果と予め定められる基準面積との比較結果に基づいて、
   前記像担持体表面に所定量のトナーを付着させるよう制御する制御手段とを設けた
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求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、画像形成装置周辺の温湿度を検知する温湿度検知手段を備え、
   該温湿度検知手段が検知した温湿度と予め定められた温湿度との比較結果に基づいて、
   前記像担持体表面に所定量のトナーを付着させるよう制御する制御手段とを設けたことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   像担持体と、少なくとも現像手段、帯電手段、クリーニング手段の中から選択される１以上の手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能なカートリッジを備える
   ことを特徴とする画像形成装置。

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