JP2007279511A

JP2007279511A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2007279511A
Application number: JP2006107724A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Kasuya; 俊暢粕谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-25

Abstract

【課題】強制消費をしないでトナーイールドを低下させずトナー過帯電による転写効率の低下、転写残トナーによるクリーニング不良などを防止し、過帯電状態になる条件に対して転写電界を大きく制御できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】転写装置６の転写電界を制御する手段１００と、ジョブ中の現像スリーブの空転時間を算出する手段８６と、を備え、現像スリーブの空転時間の累積時間及びジョブ中の総駆動時間における空転時間の割合がある一定時間以上になった場合、ジョブ中の転写電界を大きく制御する画像形成装置１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、像担持体等の潜像担持体上に形成される静電潜像を二成分トナーにより顕像化する電子写真方式の画像形成装置に関するものである。また、本発明は、プリンタ・複写機・ＦＡＸ等の電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式の画像形成装置に使用されているニ成分現像剤は、磁性材料からなるキャリアと非磁性トナーが現像機内の攪拌部材や現像剤量を規制するドクターブレードにより攪拌され、トナーに電荷を付与する。このため、長時間トナーが消費されず現像機内で攪拌されてしまうとトナーが過帯電になり、転写効率が低下し、画像濃度低下、転写残トナーによるクリーニング不良などの問題が発生してしまう。
そこで、特許文献１、特許文献２では画像印字率に応じてトナーを強制的に消費させ、トナー担持体上のトナー帯電量を安定することで、以上の不具合を解決させている。
しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載された発明において、印字率に応じて強制的にトナーを消費させると、トナー帯電量は安定するが、無駄なトナーを消費してしまいイールドが低下してしまう虞がある。また、トナーの過帯電は、消費されない同じトナーが長時間攪拌されることでなり易く、現像駆動時間に対する空転時間の割合が高いほど、消費量が少ないほどなりやすい。
すなわち、印字率に応じてトナー強制消費を行った場合、同じ原稿印字率であっても転写紙サイズによりトナー消費量が異なり、印字率が低くても転写紙サイズがＡ２のように大きければ、消費量が多くなる。また、印字率が低くても１ジョブ当たりの通紙枚数が多くなれば、ジョブ前後の処理時間回数が減るため単位駆動時間当たりの消費量は多くなる。このような場合、低印字率でも過帯電が抑制できる。逆に、高印字率であっても１ｔｏ１のように１ジョブ当たりの通紙枚数が少なければ、ジョブ前後の処理時間が毎ジョブに入るため、単位駆動時間当たりの消費量は減少するため過帯電は発生しやすい。
強制消費をしないでトナーイールドを低下させずトナー過帯電による転写効率の低下、転写残トナーによるクリーニング不良などの問題を解決させるには、過帯電状態になる条件に対して転写電界を大きく制御させる必要がある。

特開２０００−３１０９０９号公報特開２０００−３３０３７９号公報

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、強制消費をしないでトナーイールドを低下させずトナー過帯電による転写効率の低下、転写残トナーによるクリーニング不良などを防止し、過帯電状態になる条件に対して転写電界を大きく制御できる画像形成装置を提供することである。

前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。
本発明は、像担持体と、前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体上の静電潜像をキャリアとトナーから成る二成分現像剤を担持する現像剤担持手段で現像してトナー像とする現像装置と、前記像担持体とニップ部を形成しこのニップ部に転写材を通過させ電界をかけ、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、を有する画像形成装置において、前記転写装置の転写電界を制御する手段と、ジョブ中の現像スリーブの空転時間を算出する手段と、を備え、現像スリーブの空転時間の累積時間及びジョブ中の総駆動時間における空転時間の割合がある一定時間以上になった場合、ジョブ中の転写電界を大きく制御することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、作像するトナー像の画像信号を検出し、トナー像の画像面積比率を検出する手段と、ジョブ中のトナー像の画像面積比率、用紙サイズ、現像駆動時間からジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する手段と、を備え、算出された消費量が少ない場合、ジョブ中の転写電界を大きく制御することを特徴とする。
本発明は、現像装置より下流に設けられた像担持体上トナー量検出手段と、現像装置より下流に設けられた像担持体表面電位検出手段と、を有し、基準画像を前記像担持体上に作成し、前記像担持体上トナー量検出手段検出値と前記像担持体表面電位検出手段の検出値から、前記像担持体上トナーの帯電量を算出し、ある一定の帯電量以上の場合、転写装置の転写出力条件を制御することを特徴とする。
本発明は、複数の異なる基準画像を前記像担持体上に作成し、前記像担持体上トナーの帯電量分布を算出し、ある一定の帯電量以上の分布がある場合、転写装置の転写出力条件を制御することを特徴とする。
本発明は、転写電流を通常制御値の４倍値までの範囲で制御することを特徴とする。

本発明は、前記解決するための手段によって、強制消費をしないでトナーイールドを低下させずトナー過帯電による転写効率の低下、転写残トナーによるクリーニング不良などを防止し、過帯電状態になる条件に対して転写電界を大きく制御できる画像形成装置を提供することが可能となった。

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、本発明で用いられる画像形成装置１である。これに基づき画像形成装置１の構成と機能を説明する。
本発明の画像形成装置１は、反転現像方式（Ｎ／Ｐ現像方式）を採用している。感光体（像担持体）１０の表面を帯電装置２により約−７００Ｖに一様にマイナス帯電させた後、露光装置４からのレーザ露光３によって約−５０Ｖの静電潜像が形成され、さらにマイナス帯電した非磁性トナーによってトナー像が作成される。
現像装置７は、二成分現像装置であり、現像装置７内には、磁性材料からなるキャリアに非磁性トナーが所定の割合（濃度）になるよう内包されている。現像装置７は、感光体１０に現像剤中のトナーを付与する現像スリーブ７１ａ、７１ｂと現像スリーブ７１ａ上の現像剤量を規制する現像ドクター７２、現像剤を攪拌する攪拌部剤７３、７４、７５を備えている。この現像スリーブ７１は感光体１０と対向しており、線速比２．０で回転している。

現像装置７の右側にはトナー補給部８があり、図示していないトナーカートリッジから送られたトナーを現像装置７内へトナー補給ローラ８１を使って徐々に補給する。トナー補給は現像装置７内の現像剤濃度に応じ、不足分のみ補給される。
補給されたトナーは攪拌部剤７３、７４、７５によりキャリアと攪拌され、キャリアに付きマイナス帯電する。そして、現像スリーブ７１の磁石に引きつけられ現像ローラに付着する。現像スリーブ７１の回転により現像ドクター７２の所まで搬送され、所定量に規制された後、感光体１０との現像領域まで来る。図示していない現像バイアス電源から現像スリーブ７１に約−５５０Ｖが印加されて、現像剤中のマイナス帯電したトナーのみが静電潜像に移動し、トナー像となる。

転写紙を収容する給紙カセット８２より転写紙が搬送され、レジストローラ５にて一旦停止する。感光体１０上のトナー像のタイミングに合わせて、レジストローラ５より転写紙が送られ、転写手段６である転写ベルト６１により、感光体１０上のトナー像が転写紙に移る。転写ベルト６１はベルト内側に駆動ローラ６２、従動ローラ６３、バイアスローラ６４が配設されている。バイアスローラ６４は転写高圧電源６５とつながり、転写バイアスが印加され、感光体１０側に流れる電流が一定になるように制御されている。
トナー像が乗った転写紙は定着手段９０によりトナーが転写紙に定着され、この後、画像形成装置に排出される。
転写紙に転写されなかったトナーは感光体クリーニング手段９１のブラシローラ９２、クリーニングブレード９３によって回収される。その後、感光体１０表面は除電手段である除電ランプ９４により除電される。

図２は現像ポテンシャルとドラム上付着量の関係を示した図である。ここでの現像ポテンシャルは静電潜像部電位と現像スリーブに印加される電圧との差で静電潜像部にトナー像を形成するのに必要な電位であり、ドラム上付着量はトナー像の付着量である。この現像ポテンシャルは通常５００Ｖ程度に制御されている。この場合、通常帯電量状態においては、ドラム上付着量が０．８ｍｇ／ｃｍ^２に制御されているが、過帯電状態になった場合、０．６ｍｇ／ｃｍ^２まで付着量が落ち込む。

図３はドラム上付着量と転写紙上画像濃度の関係である。良好な画像濃度を得るには１．２以上必要である。通常帯電量状態では、０．８ｍｇ／ｃｍ^２に対し画像濃度が１．２以上あったのに対して、過帯電量状態では、０．６ｍｇ／ｃｍ^２となり画像濃度も１．２以下に低下してしまう。ただし、通常帯電量状態でも０．６ｍｇ／ｃｍ^２の付着量があれば十分に画像濃度１．２以上出力できるため、過帯電量状態では転写効率も低下していることを示している。

図４は転写電流と転写効率の関係を示した図である。これによると、過帯電量状態では最適な転写効率が得られるのに必要な転写電流が高めになっているのがわかる。これは、トナー帯電量が上昇しているため、通常の転写電界では、十分にドラム上のトナーを転写させることが出来ないためである。これにより、画像濃度低下だけでなく、転写残トナーが増加し、クリーニングブレード９３に入力されるトナーが多くなりクリーニング不良などの不具合も生じてしまう。

図５は累積現像駆動時間とトナー帯電量の関係を示した図である。この図より剤の帯電立ち上げに必要な累積現像駆動時間がある一定時間Ａ以上になり、空転時間割合が高い場合、トナーが過帯電量状態になる。空転時間割合が低ければ、累積現像駆動時間が長くても過帯電量状態には陥らない。

図６は１ｔｏＮ時における１ジョブ中に発生する現像スリーブ駆動時間の概略図である。図中のａが転写紙通過時の駆動時間、ｂが前後処理動作時間、ｃが１ジョブ中の駆動時間、ｄが紙間時間である。１ジョブ総駆動時間における空転時間割合は以下の式１で計算される。

空転時間割合＝［１ジョブ中の駆動時間−（転写紙副走査長／現像スリーブ線速）×Ｎ］／１ジョブ中の駆動時間（式１）

この式より、転写紙サイズが大きく、１ジョブに入力される枚数が多いほど空転割合が低くなるため過帯電になりにくく、転写紙サイズが小さく、１ｔｏ１であるほど、空転時間割合が高くなり、過帯電になりやすい。

まず、ジョブスタート時に、用紙サイズ検知部８３からの信号により、ジョブ中の用紙サイズを検知する。また、コントローラ１００に送られてきた図示しない操作部やプリンタ、ファクシミリの回線から入力された情報より、ジョブ中の入力枚数を検知する。ジョブ中の駆動時間及び現像スリーブ線速を現像駆動時間測定回路８４により計測し、これらの信号から空転時間計算回路８６によりジョブ中の空転時間割合を計算する。この計算された空転時間割合が高く、かつ、累積現像駆動時間Ａ以上になっていた場合、コントローラ１００からの信号により転写電源６５の出力値を大きくし、転写電流を高めする制御を行う。
これにより、現像駆動時間に対して、空回転時間の割合が多い場合、トナーの過帯電量状態になりやすいため、転写電界を大きくすることで過帯電状態における転写不良、クリーニング不良などを抑制し、異常画像や画像濃度低下を発生させず常に良好な画像を提供できる。

図７は累積現像駆動時間と画像印字率の関係から単位駆動時間当たりの消費量に応じた過帯電状態への影響を示した図である。例えば、画像印字率が低く、１枚当たりの現像駆動時間が長い場合、単位駆動時間当たりの消費量が小さくなり、過帯電状態になりやすい。

まず、通常のプリントシーケンスに入る前、例えば本体電源ＯＮ後の立ち上げ時や、ある一定稼動休止後や、連続稼動後などの休止時間を利用して、感光体１０を回転させ、コントローラから感光体上に基準潜像を作成する。作成した基準トナー画像を光反射式センサ５０（トナー量検出手段）で検出し、これらの出力により基準トナー量を求める。基準トナー画像を作成する際の現像バイアスは通常画像を作成する際と同じ−５５０Ｖとする。原稿読み取り部１１０で読み込まれた画像信号は、画像メモリ制御部１１１に蓄積される。この画像信号により原稿の画像面積比を測定する。次に現像駆動時間測定回路８４によりジョブ中の現像機の駆動時間を測定する。この画像面積比と用紙サイズ検知部８３、現像駆動時間測定回路８４より、１ジョブ中に作像されるトナー像の単位駆動時間当たりの消費量を算出する。

単位駆動消費量（ｍｇ／ｓｅｃ）＝［転写紙サイズ×画像面積比×基準画像付着量（ｍｇ／ｃｍ^２）×１ジョブ中枚数］／１ジョブ中の駆動時間（ｓｅｃ）（式２）

上記から計算された単位駆動時間消費量が少なく、かつ、累積現像駆動時間Ａ以上になっていた場合、コントローラ１００からの信号により転写電源６５の出力値を大きくし、転写電流を高めにする制御を行う。
これにより、小サイズ、低印字率のように画像消費面積が小さい場合、単位駆動時間当たりの消費量が少なくなり、トナーの過帯電量状態になりやすいため、転写電界を大きくすることで過帯電状態における転写不良、クリーニング不良などを抑制し、異常画像や画像濃度低下を発生させず常に良好な画像を提供できる。

感光体１０の現像装置７下流側には基準トナー画像の電位を測定するための電位センサ５１（表面電位検出手段）と、そして、現像されたトナー量を測定するための光反射式センサ５０（トナー量検出手段）が設けられ、この二つの出力がトナー帯電量測定回路５３に送られ、感光体上のトナーの帯電量を求める。
一般的にトナーの帯電量は、電荷量を単位質量で割った数値Ｑ／Ｍで表し、単位μＣ／ｇで示す。測定されたトナー帯電量が図５中の過帯電量状態になる帯電量Ｂ以上になっていた場合、コントローラ１００からの信号により転写電源６５の出力値を大きくし、転写電流を大きくする制御を行う。
これにより、トナーの帯電量が過帯電量状態になっているかどうかを判断し、それに応じて転写電界を大きくすることで、無駄な転写出力変動を抑え、過帯電状態における転写不良、クリーニング不良などを抑制し、異常画像や画像濃度低下を発生させず常に良好な画像を提供できる。

トナー帯電量の分布は画像形成装置の使用状態によっても異なってくる。図８ａ〜ｄは、トナーの帯電量の分布曲線を表す。一般的にトナー帯電量分布は、縦軸にトナー個数または頻度（％）、横軸に帯電量をトナー径で割ったｑ／ｄで表す。通常の状態は図８ａのようにきれいな分布をしている。長期放置後や高温高湿環境の場合は、図８ｂのように通常の状態に比べ低めにシフトした状態なる。また、トナー補給直後においては、図８ｃのように低い帯電量の割合が増えた状態になる。また、経時で特に現像剤中のキャリアがコート膜剥がれ等を起こし、トナーへの摩擦帯電能力が低下した場合は、図８ｄのように通常の場合と比べ低帯電量かつ分布に幅を持った状態になる。すなわち、単一の基準画像により算出された平均のトナー帯電量のみでは、使用環境によりトナー帯電量分布が変動した際の過帯電量トナーの存在を見逃す場合が生じる。例えば、過帯電状態であってもトナー補給直後では図８ｃのように、弱帯電トナーが発生するため、平均のトナー帯電量は低く測定されてしまう可能性がある。

まず、通常のプリントシーケンスに入る前、例えば本体電源ＯＮ後の立ち上げ時や、ある一定稼動休止後や、連続稼動後などの休止時間を利用して、感光体１０を回転させ、コントローラから感光体１０上に基準潜像を２種類以上の現像バイアス値により現像し、基準トナー画像を複数種類作成する。複数種類作成した基準画像を電位センサ５１と光反射式センサ５０で検出し、これらの出力がトナー帯電量測定回路５３に送られ、感光体１０上のトナーの帯電量分布を算出する。

基準トナー像の電位Ｖと帯電量分布の関係は、Ｖ＝ａ×Ｑ／Ｍ×Ｍで求まる。
ここで、ａは係数、Ｑ／Ｍは帯電量分布中の平均帯電量、Ｍはトナー量である。これにより、電位Ｖとトナー量Ｍがわかれば、Ｑ／Ｍが求められる。
さらに、現像バイアス等を変えて、電位Ｖを２水準以上とれば、図８ｃや図８ｄのような帯電量分布も算出できる。

具体的には、図８ａ〜ｄにおいて、例えば基準画像作成の現像バイアス値を通常のバイアス値よりも小さい値Ｃ１とさらに小さい値Ｃ２とする。バイアスＣ１で現像するトナーは帯電量分布中の一点鎖線左側のトナーである。バイアスＣ２で現像するトナーは破線左側のトナーである。図８ａ〜ｄにおいて、それぞれのバイアスにおける電位センサの出力値Ｖ１、Ｖ２と光反射センサの出力値Ｍ１、Ｍ２がわかれば、トナー帯電量分布を算出できる。
このように算出されたトナー帯電量分布が図５中の過帯電量状態になる帯電量Ｂ以上になっていた場合、コントローラ１００からの信号により転写電源６５の出力値を大きくし、転写電流を大きくする制御を行う。
これにより、トナーの帯電量分布を検知することで、あらゆる使われかたに対して、過帯電量トナーを検知することができ、それに応じて転写電界を大きくすることで過帯電状態における転写不良、クリーニング不良などを抑制し、異常画像や画像濃度低下を発生させず常に良好な画像を提供できる。

一般的に転写ベルトから感光体に流れる転写電流値は紙種や紙サイズによって通常制御値が異なる。例えば、普通紙での通常制御値に対して、厚紙のように高抵抗の転写紙の通紙時や、小サイズ紙のように転写する際にドラム両端側に空隙があり、転写電流がリークしやすい場合、転写に対してより多くの電流が必要になる。このような場合、通常制御値を高めに制御させている。本画像形成装置では、転写電流を通常制御値から約４倍大きくしてしまうと異常放電による版画画像などの異常画像を発生させてしまうことがわかっている。そのため、良好な画像を提供するのに通常制御値の４倍値までの範囲内で制御させる必要がある。
これにより、転写電流の出力値を通常制御値の４倍値までの範囲内で転写させることで、異常放電による版画画像などの異常画像を発生させることなく、常に良好な画像を提供できる。

本発明で用いられる画像形成装置１である。現像ポテンシャルとドラム上付着量の関係を示した図である。ドラム上付着量と転写紙上画像濃度の関係である。転写電流と転写効率の関係を示した図である。累積現像駆動時間とトナー帯電量の関係を示した図である。１ｔｏＮ時における１ジョブ中に発生する現像スリーブ駆動時間の概略図である。累積現像駆動時間と画像印字率の関係から単位駆動時間当たりの消費量に応じた過帯電状態への影響を示した図である。トナーの帯電量の分布曲線を表す。

符号の説明

１画像形成装置
２帯電装置
３レーザ露光
４露光装置
５レジストローラ
６転写手段
７現像装置
８トナー補給部
１０感光体（像担持体）
５０光反射式センサ（トナー量検出手段）
５１電位センサ（表面電位検出手段）
５３トナー帯電量測定回路
６１転写ベルト
６２駆動ローラ
６３従動ローラ
６４バイアスローラ
６５転写高圧電源
７１ａ、７１ｂ現像スリーブ
７２現像ドクター
７３攪拌部剤
７４攪拌部剤
７５攪拌部剤
８１トナー補給ローラ
８２給紙カセット
８３用紙サイズ検知部
８４現像駆動時間測定回路
８６空転時間計算回路
９０定着手段
９１感光体クリーニング手段
９２ブラシローラ
９３クリーニングブレード
９４除電ランプ
１００コントローラ
１１０原稿読み取り部
１１１画像メモリ制御部

Claims

像担持体と、
前記像担持体上を露光して静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記像担持体上の静電潜像をキャリアとトナーから成る二成分現像剤を担持する現像剤担持手段で現像してトナー像とする現像装置と、
前記像担持体とニップ部を形成しこのニップ部に転写材を通過させ電界をかけ、前記像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写装置と、
を有する画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
前記転写装置の転写電界を制御する手段と、
ジョブ中の現像スリーブの空転時間を算出する手段と、
を備え、
現像スリーブの空転時間の累積時間及びジョブ中の総駆動時間における空転時間の割合がある一定時間以上になった場合、ジョブ中の転写電界を大きく制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
作像するトナー像の画像信号を検出し、トナー像の画像面積比率を検出する手段と、
ジョブ中のトナー像の画像面積比率、用紙サイズ、現像駆動時間からジョブ中の単位駆動時間当たりの消費量を算出する手段と、
を備え、
算出された消費量が少ない場合、ジョブ中の転写電界を大きく制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
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、
現像装置より下流に設けられた像担持体上トナー量検出手段と、
現像装置より下流に設けられた像担持体表面電位検出手段と、
を有し、
基準画像を前記像担持体上に作成し、
前記像担持体上トナー量検出手段検出値と前記像担持体表面電位検出手段の検出値から、前記像担持体上トナーの帯電量を算出し、
ある一定の帯電量以上の場合、転写装置の転写出力条件を制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項３に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
複数の異なる基準画像を前記像担持体上に作成し、
前記像担持体上トナーの帯電量分布を算出し、
ある一定の帯電量以上の分布がある場合、転写装置の転写出力条件を制御する
ことを特徴とする画像形成装置。
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
転写電流を通常制御値の４倍値までの範囲で制御する
ことを特徴とする画像形成装置。