JP2005215110A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子写真方式を用いた画像形成装置において、画像濃度を適正に維持するためのリフレッシュ工程の実施によるクリーニング装置近傍からのトナー落ちを防止する。
【解決手段】 リフレッシュ工程実施時に印字するトナーの帯を複数に分けて印字し、トナーの帯を印字する時間Ｔ₁（秒）は、摺擦ローラ７の周長をＡ（ｍｍ）、摺擦ローラの線速をＢ（ｍｍ/ｓ）とすると、Ｔ₁＜Ａ／Ｂを満足し、さらにトナーの帯を印字する間隔Ｔ₂（秒）はＴ₂＞Ａ／Ｂを満足するように設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、又はファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、静電潜像担持体と対向して、現像剤を現像領域に搬送する現像剤担持体を設け、記録媒体への非転写状態において、前記現像剤担持体上のトナーを強制的に消費する、所謂リフレッシュ手段を備えた画像形成方法及び画像形成装置に関する。

電子写真方式を用いた画像形成装置においては、一般に潜像担持体をコロナ帯電装置で規定の極性に帯電させ、一定の表面電位が形成された静電潜像担持体の表面を所望する画像のデータにしたがってレーザ光等を用いた露光装置を用いて露光して静電潜像を形成し、
この静電潜像に現像装置からのトナーを付着させてトナー像とし、このようにして潜像担持体に形成されたトナー像を転写位置で転写ローラ等の転写装置を用いて用紙などの転写材に転写する。トナー像が転写された転写材は定着装置に搬送されて、熱と圧力の作用によってトナー像は転写材に定着される。また、転写されずに静電潜像担持体に残留したトナーはブレードなどを用いたクリーニング装置によって除去され、潜像担持体表面に残留した電位は除電装置によって除電される。

ここで、一般に１成分現像装置においては、画像形成を繰り返し行うことにより粒径の小さなトナーがトナー担持体表面に高い帯電量による鏡映力により付着し、他のトナー粒子がトナー担持体との間で摩擦帯電することを阻害し、トナー担持体上で均一な帯電が行われないまま静電潜像部まで搬送されることにより、画像濃度低下やカブリといった問題を引き起こすことがある。

このような現象は、特に画像の印字率が低い状態が続いた場合に生じやすい。画像形成時には粒径の大きなトナー粒子のほうが現像電界の影響を受けて感光体上に形成された静電潜像に付着しやすく、トナー担持体上には粒径の小さなトナー粒子が残る傾向がある。

そして、このような状態ではトナー担持体（現像スリーブ）から静電潜像部（感光体ドラム）に飛翔するトナーが少ないために、同一のトナー粒子が何度もトナー担持体に担持されたまま現像ブレードとの間を通過するなどして摩擦帯電されつづけ、トナー帯電量が過度に高くなり上述のようにトナー担持体の表面に付着してしてしまうため、他のトナーの帯電が不足して画像濃度低下やカブリが発生する。このような場合には、ベタ黒等の原稿印字率が高いパターンにより現像スリーブからトナーを感光体ドラム側に多量のトナーを飛翔させ、該トナーを記録媒体に転写させてトナーを消費することにより緩和することが可能ではあるが、長期にわたりトナーの消費が行われないまま放置した後に、現像スリーブ表面にトナー粒子が湿度等の影響により固着され、回復しないこともある。そして、環境条件としては、低湿環境で特に現れやすい。

このような現象を解決するため、印字率が低い場合、すなわち、１枚の画像において印字ドットが少ない場合が続いた場合には、画像形成後に前記トナー担持部のトナーを消費するように前記トナー担持部に交番電界の印加を行うことによって、前記トナー担持部表面上のトナーをリフレッシュするリフレッシュ工程を実施し、画像の劣化を防げるようにした技術が提案されている（特許文献１参照）。

一方２成分現像装置を用いた現像装置を画像形成装置に適用した場合にも、上述した１成分現像装置を用いた場合と同様の問題が生じる。印字率が低い状態が続いたときには、トナーが摩擦帯電され続け帯電量が過大になる。その結果、トナーとキャリアの静電気的な結合が増大し、静電潜像の現像時にトナーが静電潜像に移行しずらくなり、画像濃度が低下してしまう。このような現象を回避するために、現像剤担持体表面に担持された現像剤をリフレッシュするリフレッシュ工程を実施し、画像の劣化を防げるようにした技術が提案されている（特許文献２参照）。
また、画像形成装置の静電潜像担持体としてアモルファスシリコン感光体を用いると、感光体の帯電時に発生する窒素酸化物等が感光体の表面に付着し、この窒素酸化物等が吸湿性を有するため高湿時に画像流れが発生するという問題があり、このような問題の発生を防止するため、クリーニング装置（例えばクリーニングブレード）の感光体回転方向上流側に適量の転写残トナーを担持して、転写残トナーに含まれる酸化チタン等の研磨剤によって感光体の表面を摺擦研磨し、感光体の表面に付着した前記窒素酸化物を除去する研磨（摺擦）ローラを用いた技術が提案されている（特許文献３参照）
特開２０００−３１０９０９号公報 特開２００３−１９５６０７号公報 特開平１１−１３３６４２号公報

特許文献３記載のように、クリーニング装置のクリーニングブレードの静電潜像担持体である感光体の回転方向上流側に上述のような摺擦ローラを有する画像形成装置に対して、特許文献１または特許文献２に記載の所謂リフレッシュ工程を実施するとクリーニング装置からトナーが漏れ出すという不具合が発生することがあった。クリーニング装置からのトナー漏れが発生すると、位置的にクリーニング装置の下方にある転写材搬送経路にトナーが落下するので転写材を汚染してしまうということになる。

このような不具合が発生する理由は次のように考えられる。リフレッシュ工程では、その効率を高めるため感光体上に作成するトナー像の濃度をベタ画像と同等に設定しており、この濃度の濃いトナー像が転写材に転写されずにクリーニング装置を構成する摺擦ローラにまで到達することになる。リフレッシュ工程では転写残トナーと比較して感光体上の単位時間あたり大量のトナーが摺擦ローラに到達することになり、さらに同じような大きさの画像形成装置で高速化が図られているため、リフレッシュ工程の実施によって単位時間により大量のトナーが摺擦ローラと感光体との間のニップを通過しようとし、特に摺擦ローラを感光体に圧接している摺擦ローラの端部では、摺擦ローラと感光体の間のニップをトナーが前記圧接によって通過しずらくるために、トナー落ちが発生すると考えられる。

なお、トナー落ちが発生する理由をさらに詳述すると以下の通りである。図４はトナー落ちのメカニズムを模式的に示した図である。像担持体である感光体ドラム１００に形成されたトナー像は転写材に転写され、転写材に転写されず感光体ドラム１０１に残留したトナーＴは摺擦ローラにその一部が電気的に保持され、さらに感光体ドラム１０１上に残留したトナーＴはクリーニングブレード１０６で掻き落とされる。なお、摺擦ローラ１０１に担持されたトナーＴは余分な量が摺擦ローラ１０１に当接した掻き落とし板１０５によって掻き落とされ、感光体ドラム１００の摺擦研磨に用いられる。なお、１０２は感光体ドラム１００から掻き落とされたトナーを感光体ドラム１００の軸方向に搬送するスクリュ−部材である。

ここで、リフレッシュ工程が実行されると、特に摺擦ローラ１０１を感光体ドラム１００に圧接している摺擦ローラ１０１の両端部において、上述のようにトナーＴが感光体ドラム１００と摺擦ローラの当接ニップＮを通過できずに落下してしまうことがある。その理由はリフレッシュ工程実施時に摺擦ローラ１０１に担持されたトナーＴは、その量が多いため掻き落とし板１０５で余分な量を除去しきれずに過剰な量が当接ニップＮに到達する。この時さらに感光体ドラム１００にリフレッシュ工程実施時のトナーＴが担持されてニップＮに到達すると、ニップＮを通過するトナー量は非常に多くなるためにニップＮを通過できなくなり落下する。このように当接ニップＮから落下したトナーＴはクリーニング装置を構成する下部壁１０３とクリーニング装置からのトナー飛散を防止するシート材１０４によって区画された空間Ｄに溜まる。この空間Ｄに溜まったトナーＴの量が多くなるとシート材１０４が区画Ｄに溜まったトナーＴの圧力で感光体ドラム１００の方へ押し曲げられて感光体ドラム１００と接触してしまう。この状態でリフレッシュ工程を実施すると感光体ドラム１００に担持されたトナーＴはその一部が感光体ドラム１００とシール材１０４の間を通過できずに落下してしまう。

上記目的を達成するために、本願発明では、像担持体にトナー像を形成する現像装置と、
少なくともクリーニングブレードと、該クリーニングブレードの静電潜像担持体の回転方向上流側に静電潜像担持体の表面を摺擦する回動可能な摺擦部材が配設されたクリーニング装置を有し、転写材への非転写時に、前記現像器中の現像剤を前記像担持体にトナー像として現像して現像剤のリフレッシュを行うリフレッシュ工程を実施する画像形成装置において、前記リフレッシュ工程におけるトナー像の形成を前記転写材の搬送方向に垂直な方向の複数の帯状トナー像に分割して実施することを特徴とする。

また、前記画像形成装置において、前記複数の帯状トナー像のそれぞれを形成する時間Ｔ₁（秒）は、摺擦部材の周長をＡ（ｍｍ）、摺擦部材の周速をＢ（ｍｍ／秒）としたとき、Ｔ₁＜Ａ／Ｂであることを特徴とする。

また、前記画像形成装置において、前記複数の帯状トナー像の隣接する帯状トナー像を形成する時間Ｔ₁間の間の時間間隔Ｔ₂（秒）は、Ｔ₂＞Ａ／Ｂであることを特徴とする。

また、前記画像形成装置において、前記摺擦部材には、トナーを保持するための電圧が印加されていることを特徴とする。

本発明によれば、画像形成装置においてリフレッシュ工程を実施したとしてもクリーニング装置、特にその端部付近からのトナー落ちを良好に防止することができ、トナー落ちによる搬送経路の汚染やそれに伴う転写材のトナーによる汚染を有効に防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等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に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明が適用される画像形成装置の概略構造を模式的に示す図である。同図において、１は例えばアモルファスシリコンより成る像担持体としての感光体ドラムである。感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、主帯電器２，露光器３，現像装置４，転写ローラ５，摺擦ローラ７，クリーニングブレード６，及び除電器１０が設けられている。摺擦ローラ７及びクリーニングブレード６は、クリーニング手段としてクリーニング容器Ｃに収納されていてクリーニング装置として機能する。なお、感光体ドラムの材質としては、アモルファスシリコンに限らずＯＰＣ(Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；有機感光体)を用いても良い。

本発明において、アモルファスシリコンより成る感光体ドラム１としては、図２に示すように、導電性基体１４上にアモルファスシリコンの感光層２０を有する構造となっているが、この感光層２０は、キャリヤ阻止層１３と、アモルファスシリコン系の光導電層１２、及び表面保護層１１からなっていることが好ましい。

上記感光層２０の内、光導電層１２を形成する材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に限定されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＯＮ等を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣ（アモルファスシリコンカーバイド）が特に高抵抗であり、より優れた帯電能力，耐磨耗性，耐環境性が得られることより、感光層材料として好適である。

上述したアモルファスシリコン系の感光体ドラム１は、主帯電器２によって、正極性に均一に帯電される。主帯電器２としては、コロトロン，スコロトロン等のコロナ帯電器や、導体ローラなどが使用される。スコロトロンを帯電器として用いた場合には、グリッドと感光体ドラム１表面との間隔は、０．４〜０．８ｍｍの範囲とするのが好適である。この間隔があまり小さいと、火花放電の恐れがあり、あまり大きいと、帯電を有効に行うことが困難となってしまう。

上記の主帯電後に、露光器３により、所定の画像情報に基づいて、レーザ光等の光を照射することにより画像露光が行われる。この光照射により、光が照射された部分の電位が低下し、静電潜像が形成される。感光体ドラム１表面に形成された静電潜像は、現像装置４によって現像され、感光体表面にトナー像が形成される。現像器４による現像は、正規現像方式で行っても良いし、反転現像方式で行っても良い。反転現像方式で現像を行う場合には、前記画像露光による光照射部が画像部となり、光が照射されない部分が画像のバックグラウンド部となる。また正規現像では、この逆のパターンとなる。

現像に使用される現像剤としては、非磁性トナー或いは磁性粉が樹脂中に分散された磁性トナーから成る一成分系現像剤や、非磁性或いは磁性のトナーと磁性キャリヤ（例えば鉄粉やフェライト）とから成る二成分系現像剤が使用され、公知の現像装置４によって現像剤を感光体表面に供給することにより、反転現像ではプラス帯電したトナーが、また正規現像ではマイナス帯電したトナーが、静電潜像形成部に付着することにより現像が行われ、トナー像が形成される。

上記のようにして形成されたトナー像は、転写バイアスが印加された転写ローラ５により、感光体ドラム１と転写ローラ５との間を通過する用紙に転写される。即ち、転写バイアスにより感光体ドラム１と転写ローラ５との間に形成される電界によって、トナー像が感光体ドラム１表面から用紙の表面に移行する。従って、トナー像の帯電極性がプラスの場合（反転現像の場合）には、転写ローラ５にはマイナスの転写バイアスが印加され、トナー像の帯電極性がマイナスの場合（正規現像の場合）には、プラスの転写バイアスが転写ローラ５に印加される。

上記の転写ローラ５による、トナー像の用紙への転写が行われた後、転写トナー像を有する用紙は、図示されていない定着装置に導入され、熱及び圧力によってトナー像が用紙表面に定着された後に、装置外に排出される。一方、転写ローラ５による転写終了後において、感光体ドラム１は摺擦ローラ７と摩擦接触する。既に述べたように、この摺擦ローラ７は、感光体ドラム１に対して摺擦回転することで、その摩擦接触によって感光体ドラム１表面に付着した帯電生成物等を除去可能である。従って、かかる摺擦ローラ７としては、感光体ドラム１との間に十分なニップ幅（接触幅）を確保するためと電圧を印加してトナーを保持可能とするため、導電性材料が分散されたＥＰＤＭ等のゴムローラを用いることが好ましい。なお、摺擦ローラ７にはその担持するトナーの量を適正に保つために掻き落とし板９が当接している。

感光体ドラム１が上記摺擦ローラ７と接触した後には、クリーニングブレード６によって感光体ドラム１表面に残存するトナーが除去され、さらに除電器８によって残存電荷が除去される。クリーニングブレード６としては、通常、ポリウレタン等から成るゴムブレードが感光体ドラム１表面に圧接して使用されるが、必要に応じて、ファーブラシ等が使用されることもある。クリーニングブレード６及び摺擦ローラ７によって感光体ドラム１から除去されたトナー等はクリーニング容器Ｃに配設されたトナー搬送用のスクリュー８によって感光体ドラム１の軸方向に搬送され、クリーニング容器Ｃから不図示の廃棄トナー容器に収容される。この廃棄トナー容器は満杯となれば未使用品と交換される。また、除電器１０としてはＬＥＤ等が使用され、光照射により除電が行われるが、帯電ローラやコロナ帯電器等が使用されることもある。

なお、摺擦ローラ７は金属製のシャフトと上述したような弾性部材とから成り、金属シャフトの両端部をバネ等で押圧することで感光体ドラム１に圧接されている。また摺擦ローラ７は導電性材料から成り、そのシャフトに電圧が印加されることによって転写残留トナーを一定量保持し、常に感光体表面を効率よく、均一に研磨できる構成となっている。なおこの研磨を良好に行うために現像に用いるトナーに研磨効果のある酸化チタンや酸化アルミニウム等を１〜３％程度外添処理することが好ましい。

実施形態として図１において感光体ドラム１の直径を４０ｍｍ、その線速を２１０ｍｍ／ｓ、摺擦ローラ７の直径を１３ｍｍ、周長を４１ｍｍ、その線速を２７０ｍｍ／ｓに設定している。ここで図３はリフレッシュ工程で感光体ドラム１上に作成する帯状トナー像を模式的に示した図である。図３（ａ）に示すようにリフレッシュ工程実施時の帯状トナー像を印字する時間Ｔ₁₁を０．２８秒として約５９mmの長さのトナーの帯（印字率１００％）を作成した。なお、帯状トナー像は転写材の搬送方向に垂直な方向に印字可能な領域と同等の幅を有するものとする。感光体ドラム１上で５９ｍｍの長さの帯状トナー像は感光体ドラム１と摺擦ローラの線速の違いの関係で、摺擦ローラ７に担持されると摺擦ローラ７の周長の２倍弱（７６ｍｍ）の長さに相当する。このようなリフレッシュ工程を印字率３％の画像を連続印字する評価中に、１０００枚の印字おきに２０回実施したところトナー落ちが発生した。

次にリフレッシュ工程として、まず、図３（ｂ）に示すように帯状トナー像を印字する時間Ｔ₁₂を０．１４秒としとして約３０mm幅の帯状トナー像（印字率１００％）を作成した。感光体ドラム１上で３０ｍｍ幅の帯状トナー像は感光体ドラム１と摺擦ローラの線速の違いの関係で、摺擦ローラ７に担持されると摺擦ローラ７上では約３８ｍｍの長さとなる。そして最初のトナーの帯の作成から時間Ｔ₂₁経過後、つまり０．１４秒経過後前回と同様の時間Ｔ₁₂の間感光体ドラム１上に帯状トナー像（印字率１００％）を形成した。このようなリフレッシュ工程を印字率３％の画像を連続印字する評価中に、１０００枚の印字おきに７４回実施したところトナー落ちが発生した。

次にリフレッシュ工程として、まず、図３（ｃ）に示すように帯状トナー像を印字する時間Ｔ₁₃を０．１４秒としとして約３０mm幅の帯状トナー像（印字率１００％）を作成した。感光体ドラム１上で３０ｍｍ幅の帯状トナー像は感光体ドラム１と摺擦ローラの線速の違いの関係で、摺擦ローラ７に担持されると摺擦ローラ７上では約３８ｍｍの長さとなる。そして最初のトナーの帯の作成から時間Ｔ₂₂経過後、つまり０．１６秒経過後前回と同様の時間Ｔ₁₃感光体ドラム１上に帯状トナー像（印字率１００％）を形成した。このようなリフレッシュ工程を印字率３％の画像を連続印字する評価中に、１０００枚の印字おきに２００回実施してもトナー落ちは発生しなかった。なお、図４における空間Ｄを調査したところ若干の飛散によると考えられるトナーが存在しただけでトナー落ちによると思われるトナーは認められなかった。またリフレッシュ工程によって充分な画像特性が継続して得られることも確認できた。

以上の評価結果からリフレッシュ工程実施時のトナーの帯を複数回に分けて印字し、帯状トナー像を印字する時間Ｔ₁（秒）は、摺擦ローラ７の周長をＡ（ｍｍ）、摺擦ローラの線速をＢ（ｍｍ/ｓ）とすると、従来と同じ印字率でリフレッシュ工程を実施する場合に、
Ｔ₁＜Ａ／Ｂ
を満たすことが有効であることが判明した。

さらに帯状トナー像を複数回に分けて印字する必要がある場合に、帯状トナー像を印字する間隔Ｔ₂（秒）は、従来と同じ印字率でリフレッシュ工程を実施する場合に、
Ｔ₂＞Ａ／Ｂ
を満たすことが有効であることが判明した。なお、印字率を低減させるて帯状トナー像を形成させる場合は上記の式を満たす必要は必ずしもないが、印字率を低減させると現像電界が低下してしまうので、現像装置から除去すべき帯電量の高いトナーが除去しきれなくなるため注意が必要である。

この発明は、電子写真方式を用いた、複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機等の画像形成装置において、画像濃度を適正に保つためのリフレッシュ工程を実施する際に広く適用できる。

本願の実施の形態に係わる画像形成装置の模式的な概略構成図である。 感光体ドラムの層断面構造を模式的に示す図。 リフレッシュ工程で印字するトナー像を模式的に示した図である。 トナー落ちの発生メカニズムを模式的に示す図である。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 主帯電器
３ 露光器
４ 現像器
５ 転写ローラ
６ クリーニングブレード
７ 褶擦ローラ
８ スクリュー
９ 掻き落とし板
１０ 除電器

Claims (4)

1. 像担持体にトナー像を形成する現像装置と、
   少なくともクリーニングブレードと、該クリーニングブレードの静電潜像担持体の回転方向上流側に静電潜像担持体の表面を研磨する回動可能な摺擦部材が配設されたクリーニング装置を有し、
   転写材への非転写時に、前記現像器中の現像剤を前記像担持体にトナー像として現像して現像剤のリフレッシュを行うリフレッシュ工程を実施する画像形成装置において、
   前記リフレッシュ工程におけるトナー像の形成を前記転写材の搬送方向に垂直な方向の複数の帯状トナー像に分割して実施することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の帯状トナー像のそれぞれを形成する時間Ｔ₁（秒）は、摺擦部材の周長をＡ（ｍｍ）、摺擦部材の周速をＢ（ｍｍ／秒）としたとき、Ｔ₁＜Ａ／Ｂであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記複数の帯状トナー像の隣接する帯状トナー像を形成する時間Ｔ₁間の間の時間間隔Ｔ₂（秒）は、Ｔ₂＞Ａ／Ｂであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記摺擦部材には、トナーを保持するための電圧が印加されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
   

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