JP2005321605A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 現像剤が新品のときに発生しやすいブラックスポットを防止し、像担持体の寿命を維持することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 現像剤７が新品に交換されたことを検出する現像剤交換検知装置１７を設けて、現像剤交換検知装置１７により現像剤７が新品に交換されたことが検出されると、所定時間、ブラックスポットの原因となる像担持体１上の核を研磨する制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、モノクロ、モノカラー、フルカラーの複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に関する。

この種の画像形成装置で使用される現像剤は、径時変化により劣化して画像ノイズを生来するため、使用開始から一定時間経過すると新品に交換され、高画質の画像が維持されている。

ところで、画像形成装置において高画質、高解像度、低ランニングコストを得るには、トナーの小粒径化が有効であることが知られている。しかし、トナーを小粒径化すると、トナーの熱容量が小さくなることによる保管時の断熱性低下、トナーの単位重量当たりの表面積が増加することによる流動性の低下、この流動性の低下に伴うトナーの帯電性の低下や搬送性の低下、またこれらに伴う現像性の低下等の問題が指摘されている。

トナーの小粒径化に伴うこれらの問題を解決するために、従来、トナーにシリカ（二酸化ケイ素）を添加してトナー同士が接触しないようにすることで、断熱性、流動性、帯電性、搬送性、現像性を向上している。

しかしながら、トナーへのシリカ添加料が多くなると、特に新品現像剤では、トナーから遊離した遊離シリカの量が増え、この遊離シリカが像担持体の表面を傷つけ、この傷に遊離シリカが埋没して核となり、核の前後にシリカが堆積してブラックスポットに成長する結果、画像上にノイズが発生する。また、このようなブラックスポットの発生により像担持体の寿命が低下する等の問題があった。

従来、像担持体上の放電生成物を除去するために、特許文献１には、電源投入時、所定枚数画像形成時、トナーリカバリー動作中などの所定のタイミングに、帯電装置をオフし、現像バイアスをオフして、現像ユニットにより像担持体にトナーを付着し、像担持体上の放電生成物をトナーとともに除去するものが記載されている。また、感光体表面の結露に基づく異常画像を防止するために、特許文献２には、電源投入から所定時間だけトナー飛散防止用シールのシール先端部を感光体表面から離間するものが記載されている。これらは、像担持体上の放電生成物や結露を除去するものであって、ブラックスポットの発生の原因となる像担持体上の遊離シリカの核を除去するのには有効ではない。

特開２００３−５６０８号公報 特開平５−２２４５１５号公報

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、現像剤が新品のときに発生しやすいブラックスポットを防止し、像担持体の寿命を維持することができる画像形成装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、ブラックボックスの発生原因を調査するために、種々の実験を行った。図８は、画像形成枚数に対するブラックスポットの発生数の関係を示し、これによると画像形成を繰り返すことでブラックスポットが増加し、特に７０００枚ぐらいまではブラックスポットは急激に増加することが分かる。

図９は、現像剤、像担持体及び清掃手段が新品の状態から画像形成を行い、画像形成枚数が７０００枚になった時点で、像担持体と清掃手段を新品に交換したときの画像形成枚数に対するブラックスポットの発生数の関係を示す。これによると、現像剤、像担持体及び清掃手段が新品の状態から画像形成を繰り返すとブラックスポットの発生数が増加してゆくが、現像剤はそのままにして像担持体と清掃手段を新品に交換した時点から、画像形成を再開してもブラックスポットの発生は無かった。

図１０は、新品の現像剤と使用開始後相当時間画像形成を繰り返した現像剤（以下、使用済み現像剤という。）の遊離シリカの量を測定した結果を示す。これによると、新品の現像剤は遊離シリカ量が多く、使用済み現像剤は遊離シリカ量は非常に少ないことが分る。

以上の実験の結果、遊離シリカ量の多い新品の現像剤においてブラックスポットが発生しやすいことが確認できた。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、
像担持体、前記像担持体を帯電する帯電手段、前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段、前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤で現像してトナー像を形成する現像手段、および前記トナー像を用紙又は転写体に転写する転写手段を有する画像形成装置において、
前記現像剤が新品に交換されたことを検出する現像剤交換検知手段と、
前記現像剤交換検知手段により前記現像剤が新品に交換されたことが検出されると、所定時間、ブラックスポットの原因となる前記像担持体上の核を研磨する制御を行う制御手段とを有するものである。

前記像担持体上の核を研磨する第１の制御は、前記像担持体の非画像形成領域に対して前記露光手段による露光を行うことである。ここで、前記非画像形成領域における像担持体の表面電位と前記現像手段に印加される電圧との差は、画像形成領域における像担持体の表面電位と前記現像手段に印加される電圧との差よりも小さいことが好ましい。

前記像担持体上の核を研磨する第２の制御は、前記現像剤に研磨剤が外添されている場合に、画像形成領域と非画像形成領域とで前記像担持体と前記転写手段の間の表面速度差を異ならせることである。

前記像担持体上の核を研磨する第３の制御は、画像形成領域と非画像形成領域とで前記像担持体と前記転写体の間の表面速度差を異ならせることである。

前記像担持体上の核を研磨する第４の制御は、前記転写手段で転写されずに前記像担持体上に残留した残留トナーを清掃する清掃手段を備えた場合に、前記清掃手段を前記像担持体に圧接する清掃手段圧接力を変更することである。ここで、前記像担持体上の核を研磨する制御中の前記清掃手段圧接力は、通常時に比べて大きくすることが好ましい。

前記像担持体上の核を研磨する第５の制御は、前記像担持体と前記現像手段の間の表面速度差を異ならせることである。

前記トナーの体積平均粒径は８μｍ以下であることが好ましい。

前記所定時間は、前記像担持体の駆動時間、前記現像手段の駆動時間、画像形成枚数、トナー補給量に基づいて設定することが好ましい。

本発明によれば、現像剤が新品に交換されると、現像剤交換検知手段によりこれが検知され、所定時間、像担持体上の核を研磨する制御が行われるので、像担持体上の核が減少し、ブラックスポットの発生を防止することができるとともに、像担持体の寿命を維持することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明にかかる画像形成装置を示す。円筒状で回転可能に支持された感光体ドラムからなる像担持体１の周囲には、帯電ユニット２、露光ユニット３、現像ユニット４、転写ローラ５、清掃ユニット６が順に配設されている。帯電ユニット２は、コロナ放電により像担持体１の表面を一様に帯電する。露光ユニット３は、画像データに基づいて像担持体１を露光し、画像データに対応した静電潜像を形成する。現像ユニット４は、現像剤７を収容する現像槽８内に、回転可能に支持されて像担持体１に対向する現像ローラ９と、現像ローラ９に向かって現像剤７を搬送する複数の搬送ローラ１０とからなり、現像ローラ１０に印加される電圧と像担持体１の静電潜像の電位差により像担持体１上の静電潜像を現像剤７で現像し、トナー像を形成する。転写ローラ５は、像担持体１に圧接して回転可能に支持され、トナー像と逆極性の電圧を印加することで、給紙カセット１１から給紙ローラ１２により給紙され搬送されてくる用紙１３にトナー像を転写する。清掃ユニット６は、像担持体１に圧接するブレード１４を有し、転写ローラ５により用紙１３に転写されずに像担持体１上の残留した残留トナーを除去する。転写ローラ５で転写された用紙１３は、定着ローラ１５を通過し、ここで用紙１３上のトナー像が定着され、図示しないトレイ上に排出される。

前記画像形成装置で使用する現像剤７は、トナーのみからなる一成分現像剤でもよいし、トナーと磁性キャリアからなる二成分現像剤でもよい。トナーには、研磨剤として、チタン酸ストロンチウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化モリブデン、酸化ストロンチウム、酸化タングステン、酸化ホウ素、窒化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の微粉末が外添加されている。

トナーの粒径は、小さくなるほど、保管時耐熱性と流動性、帯電性、現像性を補うためのシリカの添加量が多くなり、ブラックスポットが発生しやすくなるため、トナーの体積平均粒径は８μｍ以下とするとよい。トナーの形状については、不定形、球形のどちらでもよく、製造方法についても粉砕、重合のどちらでもよい。

前記実施形態の画像形成装置では、図２に示すように、制御装置１６、現像剤交換検知装置１７、画像形成枚数計数装置１８が設けられている。制御装置１６は、現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから、画像形成枚数計数装置１８が所定の画像形成枚数を計数するまでの所定時間、帯電ユニット２、露光ユニット３、後述するソレノイド２９，３３に対して、像担持体１上の核を研磨する制御を行い、ブラックスポットの発生を防止する。

現像剤交換検知装置１７としては、図３に示すように、現像槽８内に設けられた現像剤７より比重の小さいフロート２１と、現像槽８外に設けられ前記フロート２１の移動を検出するスイッチ２２とで構成することができる。すなわち、図３（ａ）に示すように、通常の使用状態ではフロート２１は現像剤７の表面レベルに浮上していて、図３（ｂ）に示すように、現像槽８から現像剤７が排出されると重力によって下方の位置に移動し、図３（ｃ）に示すように、現像槽８に新品の現像剤７が投入されるとその位置のまま現像剤７中に埋没する。そして、現像剤７が搬送ローラ１０によって攪拌されると、フロート２１は現像剤７の表面レベルに浮上して図３（ａ）に示す通常の位置に戻る。このフロート２１の位置の移動がスイッチ２２により検出されて、現像剤７が交換されたことが検知できる。

なお、この実施形態は現像槽８内の現像剤７を交換するタイプであるが、現像槽８自体を取り外して新品の現像剤７が収容された現像槽８を装着するタイプのものでは、現像槽８の着脱を検出するマイクロスイッチ、光センサ、磁気センサ等のセンサを使用して検出することができるし、現像槽８に設けられたヒューズ、メモリを用いて検知することもできる。すなわち、新品の現像槽８にヒューズを設け、当該新品現像槽８を装着して電源をオンしカバーを閉じたときに、現像槽８のヒューズに電圧を印加することにより、電流が流れると現像槽８が新品で現像剤７が交換されたことを検知することができる。ヒューズは、１回電流が流れると溶断され、次回以降は電圧を印加しても電流が流れないので、新品とは検出されない。また、新品の現像槽８と画像形成装置にメモリを設けてそれぞれにシリアル番号を設定して記憶させておき、当該新品現像槽８を装着して電源をオンしカバーを閉じたときに、現像槽８と画像形成装置のメモリのシリアル番号を相互に認証し、双方のシリアル番号の組み合わせが初めてであれば、現像槽８が新品で現像剤７が交換されたことを検知することができる。次回以降は、双方のシリアル番号の組み合わせが初めてではないので、新品とは検出されない。

画像形成枚数計数装置１８は、帯電ユニット２による帯電回数、露光ユニット３による露光回数、現像ユニット４による現像回数、または給紙カセット１１からの給紙枚数等に基づいて所定の画像形成枚数をカウントし、所定の画像形成枚数になると制御装置１６に検出信号を出力する。所定の画像形成枚数は、本実施形態では７０００枚であるが、画像形成装置の作像方式やその他の作像条件等により適宜変更することができる。この実施例は、現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから、像担持体１上の核を研磨する制御を行うまでの所定時間は、画像形成枚数により設定しているが、像担持体１の駆動時間、現像手段の駆動時間、トナー補給量に基づいて設定することもできる。７０００枚の画像形成枚数に相当する像担持体１や現像手段の駆動時間は、画像形成装置によって異なるが、３．５時間程度である。また、７０００枚の画像形成枚数に相当するトナー補給量は、トナーによって異なるが、１５０〜２００ｇが一般的である。

制御装置１６が行う像担持体１上の核を研磨する制御は、露光ユニット３、現像ユニット４、転写ローラ５、清掃ユニット６に対する制御があり、以下、順にこれらの制御について説明する。なお、これらの制御は、いずれか１つ行えばよいが、複数の制御を適宜組み合わせて行ってもよい。

＜露光ユニットに対する制御＞
現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから所定時間、制御装置１６は、像担持体１の非画像形成領域に対して露光ユニット３により露光を行う。非画像形成領域は、紙間、画像形成前後の像担持体１の予備回転時、小サイズ紙の紙範囲外である。露光により作成するトナー像は、像担持体１の長手方向に全域、回転方向に長さ５ｍｍ程度の帯状である。非画像形成領域にトナー像を形成するには、（非画像形成領域の像担持体の表面電位−現像ローラに印加される電圧）＞（画像形成領域の像担持体の表面電位−現像ローラに印加される電圧）とする。この電位条件は、現像ローラ９に印加される電圧は常に一定とし、非画像形成領域で帯電ユニット２に印加する電圧を画像形成領域より大きくすることで得られる。

この露光ユニット３の制御により、図４に示すように、画像形成を繰り返してもブラックスポットの発生はなかった。これは、非画像形成領域へのトナー像の形成によりトナーの供給量が増加し、トナーに外添された研磨剤の供給量も増加するので、ブラックスポットの発生原因となる像担持体１上の核が研磨されたことによるものと考えられる。

＜現像ユニットに対する制御＞
現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから所定時間、制御装置１６は、像担持体１に対向する現像ローラ９の表面速度を像担持体１の表面速度と異ならせる。現像ローラ９の表面速度は、像担持体１よりも速くしてもよいし、遅くしてもよいが、−９０％から＋２００％の間で変化させるとよい。現像ローラ９の表面速度を変更する機構としては、図５に示すように、モータで駆動される駆動ギヤ２３と該駆動ギヤ２３に噛合する切換ギヤ２４とをリンク２５で連結して切換ギヤ２４を駆動ギヤ２３の周りに回動可能に設ける一方、現像ローラ９の軸に固定された従動ギヤ２６に歯数の異なる第１中間ギヤ２７と第２中間ギヤ２８を噛合させ、前記切換ギヤ２４をソレノイド２９により回動させて第１中間ギヤ２７と第２中間ギヤ２８に噛合させる機構を採用することができるが、これに限定されるものではない。この例では、現像ローラ９の表面速度を像担持体１と同じにするときは、図５（ａ）のように、切換ギヤ２４を第１中間ギヤ２７に噛合させる。また、現像ローラ９の表面速度を像担持体１と異ならせる（高速にする）ときは、ソレノイド２９を駆動して図５（ｂ）のように、切換ギヤ２４を第２中間ギヤ２８に噛合させる。

このように、像担持体１に対向する現像ローラ９の表面速度を像担持体１の表面速度と異ならせることで、像担持体１に対する現像ローラ９に機械的な研磨力が得られ、ブラックスポットの発生原因となる像担持体１上の核が研磨される。現像ローラ９の表面速度を像担持体１よりも速くした場合には、機械的な研磨力のほか、像担持体１に供給される研磨剤７が増加し、像担持体１上の核の研磨効果が与えられる。

＜転写ローラに対する制御＞

現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから所定時間、制御装置１６は、画像形成領域と非画像形成領域とで、像担持体１に接触する転写ローラ５の表面速度を像担持体１の表面速度と異ならせる。具体的には、画像形成領域では画像の伸縮等の乱れが発生するのを防止するために転写ローラ５の表面速度を像担持体１の表面速度と等しくするが、非画像形成領域では転写ローラ５の表面速度を像担持体１の表面速度と異ならせる。転写ローラ５の表面速度は、像担持体１よりも速くしてもよいし、遅くしてもよいが、−９０％から＋２００％の間で変化させるとよい。転写ローラ５の表面速度を変更する機構は、図５に示す前記現像ローラ９と同様の機構を採用することができる。本実施形態では、転写手段は像担持体１から直接用紙１３にトナー像を転写する円筒状の転写ローラ５であるが、像担持体１から一旦ベルトやローラからなる中間転写体に一次転写してから用紙に二次転写するタイプの中間転写体でもよい。このタイプにおいても、同様に、現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから所定時間、制御装置１６は、画像形成領域と非画像形成領域とで、像担持体１に接触する中間転写体の表面速度を像担持体１の表面速度と異ならせる。

このように、画像形成領域と非画像形成領域とで、像担持体１に対向する転写手段（転写ローラまたは中間転写体）７の表面速度を像担持体１の表面速度と異ならせることで、像担持体１に対する転写ローラ５の現像ローラ９の機械的な研磨力がえられ、ブラックスポットの発生原因となる像担持体１上の核が研磨されることは現像ローラ９の場合と同様である。転写ローラ５の表面速度を像担持体１よりも速くした場合には、機械的な研磨力のほか、像担持体１に供給される研磨剤７が増加し、像担持体１上の核の研磨効果が与えられることも、現像ローラ９の場合に述べた通りである。

＜清掃ユニットに対する制御＞

現像剤交換検知装置１７により現像剤７の交換が検出されてから所定時間、制御装置１６は、清掃ユニット６のブレード１４を前記像担持体１に圧接するブレード圧接力を通常時に比べて大きくする。清掃ユニット６は、本実施形態では、ブレード１４であるが、ローラや、ブラシ、ベルト等の周知の手段を採用することができる。ブレード圧接力を変更する機構としては、図６に示すように、ブレード１４を保持する保持部材３０を軸３１を中心に回動可能に設け、該保持部材３０に設けたレバー３２をソレノイド３３により移動可能にする機構を採用することができるが、これに限定されるものではない。この例では、通常時は図６に示す状態にあり、核研磨制御時には、ソレノイド３３を駆動し、保持部材３０を軸３１を中心に時計回りに回動させて、像担持体１に対するブレード１４の圧接力を通常時に比べて大きくする。

この清掃ユニット６の制御により、図７に示すように、画像形成を繰り返してもブラックスポットの発生はなかった。これは、清掃ユニット６のブレード１４を像担持体１に圧接する圧接力が増加することで、ブラックスポットの発生原因となる像担持体１上の核が研磨されたことによるものと考えられる。

前記実施形態は、モノクロの複写機であるが、本発明はモノカラー、フルカラーの複写機、ファクシミリ、プリンタ、またはこれらの複合機にも適用することができる。

本発明に係る画像形成装置の構成図。 本発明に係る画像形成装置における制御ブロック図。 現像剤交換検知手段を備えた現像槽の断面図。 本発明に係る画像形成装置における画像形成枚数とブラックスポット発生数の関係を示すグラフ。 現像ローラの表面速度を変更する機構の正面図で（ａ）は正常時、（ｂ）は核研磨制御時を示す。 清掃手段圧接力を変更する機構の正面図。 本発明に係る画像形成装置における画像形成枚数とブラックスポット発生数の関係を示すグラフ。 従来の画像形成装置における画像形成枚数とブラックスポット発生数の関係を示すグラフ。 画像形成途中で像担持体と清掃手段を新品に交換したときの画像形成枚数に対するブラックスポットの発生数の関係を示すグラフ。 新品の現像剤と使用済み現像剤の遊離シリカの量を示すグラフ。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電ユニット
３ 露光ユニット
４ 現像ユニット
５ 転写ローラ
６ 清掃ユニット
７ 現像剤
３０ 制御装置
３１ 現像剤交換検知装置
３２ 画像形成枚数計数装置

Claims (12)

1. 像担持体、前記像担持体を帯電する帯電手段、前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段、前記像担持体に形成された静電潜像を現像剤で現像してトナー像を形成する現像手段、および前記トナー像を用紙又は転写体に転写する転写手段を有する画像形成装置において、
   前記現像剤が新品に交換されたことを検出する現像剤交換検知手段と、
   前記現像剤交換検知手段により前記現像剤が新品に交換されたことが検出されると、所定時間、ブラックスポットの原因となる前記像担持体上の核を研磨する制御を行う制御手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像担持体上の核を研磨する制御は、前記像担持体の非画像形成領域に対して前記露光手段による露光を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記非画像形成領域における像担持体の表面電位と前記現像手段に印加される電圧との差は、画像形成領域における像担持体の表面電位と前記現像手段に印加される電圧との差よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像剤に研磨剤が外添されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体上の核を研磨する制御は、画像形成領域と非画像形成領域とで前記像担持体と前記転写手段の間の表面速度差を異ならせることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体上の核を研磨する制御は、画像形成領域と非画像形成領域とで前記像担持体と前記転写体の間の表面速度差を異ならせることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
7. 前記転写手段で転写されずに前記像担持体上に残留した残留トナーを清掃する清掃手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体上の核を研磨する制御は、前記清掃手段を前記像担持体に圧接する清掃手段圧接力を変更する制御であることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記像担持体上の核を研磨する制御中の前記清掃手段圧接力は、通常時に比べて大きくすることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
10. 前記像担持体上の核を研磨する制御は、前記像担持体と前記現像手段の間の表面速度差を異ならせることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
11. 前記トナーの体積平均粒径は８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
12. 前記所定時間は、前記像担持体の駆動時間、前記現像手段の駆動時間、画像形成枚数、トナー補給量に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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