JP2008032938A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットローラの磁性体に対向していない現像ローラの部分に積層されたトナーを、効果的に除去可能な画像形成装置の提供。
【解決手段】プリンタ１は、感光体ドラム３、現像ローラ５ａ、マグネットローラ５ｂ及び露光器６を含む。感光体ドラム３の表面には、画像データに基づいた静電潜像が形成される。現像ローラ５ａは、感光体ドラム３に対向して配置され、感光体ドラム３に現像剤を供給し静電潜像をトナー像として現像する。マグネットローラ５ｂは、現像ローラ５ａに対向して配置され、外周面のうち現像ローラ５ａの長手方向の長さよりも短い部分が磁性体で形成されている。露光器６は、所定期間に、感光体ドラム３の表面のうちマグネットローラ５ｂの磁性体の長手方向領域に対応する第１部分を除く第２部分を露光する。
【選択図】図７

Description

本発明は、画像形成装置に関する。

レーザープリンタや複写機等の電子写真方式を採用する従来の画像形成装置としては、感光体ドラムや、感光体ドラムの表面上を露光する露光器、感光体ドラム表面にトナーを供給してトナー像を現像する現像装置を含むものがある。また、現像装置で採用される現像方法としては、カスケード現像法やジャンピング現像法、タッチダウン現像法等が挙げられる。

タッチダウン現像法が採用された現像装置は、主に現像ローラと、この現像ローラに対向して配置されておりトナーを現像ローラに供給させるためのマグネットローラとを含む。このような現像装置では、構成上、マグネットローラの磁性体部分が現像ローラの長手方向の長さよりも短いため、例えばマグネットローラの磁性体に対向していない現像ローラの両端部には、トナーが感光体ドラムに移動することなく付着して積層されてしまう。積層されたトナーは帯電器や光学系に飛散し、画像不良等を引き起こす恐れがある。

そこで、積層されたトナーの飛散を防止するための方法として、マグネットローラの磁性体のない部分に弾性体からなるシール部材を設けてトナーの飛散を防止する方法や、印刷する枚数が所定枚数に至ると現像ローラから感光体ドラムにトナーを吐き出させる方法（特許文献１）、画像データの印字率が低い場合、画像形成後に現像ローラから感光体ドラムにトナーを吐き出させる方法等が知られている（特許文献２）。
特開２００４−２５２０３０号公報 特開２０００−３１０９０９号公報

しかしながら、シール部材を設ける方法では、シール部材が除々にトナーで汚れてしまい、その結果トナーの飛散を防止する効果が低下してしまう。従って、この方法では、トナーの飛散を防止する効果を持続させることができない。

また、特許文献１では、印刷時に給紙される用紙のサイズが給紙毎に検知され、その用紙幅をこえる感光体ドラムの領域にトナーが吐き出される。従って、用紙のサイズを検知するためのセンサ等を設ける必要があり、コストが高くなってしまう。また、トナーの吐き出し位置を、吐き出しを行う度に調節しなければならないため、制御が複雑になってしまう。

更に、特許文献２では、印字率の高い画像データにおける印刷処理が連続して行われた場合は、感光体ドラムにトナーを吐き出させる動作が行われない。そのため、必ずしも現像ローラの両端部に積層されたトナーを効果的に除去できるとは限らない。

そこで、本発明は、上述した現像ローラの両端部のように、マグネットローラの磁性体に対向していない現像ローラの部分に積層されたトナーを効果的に除去可能な画像形成装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、発明１は、像担持体と、現像ローラと、マグネットローラと、露光手段とを含む画像形成装置を提供する。像担持体の表面には、画像データに基づいて静電潜像が形成される。現像ローラは、前記像担持体に対向して配置され、前記像担持体に現像剤を供給し前記静電潜像をトナー像として現像する。マグネットローラは、前記現像ローラに対向して配置され、外周面のうち前記現像ローラの長手方向の長さよりも短い部分が磁性体からなる。露光手段は、所定期間に、前記像担持体の表面のうち前記マグネットローラの前記磁性体の長手方向領域に対応する第１部分を除く第２部分を露光する。

以下より、現像ローラの両端部がマグネットローラの磁性体に対応していない部分である場合を考える。この画像形成装置によると、現像ローラの両端部に付着した現像剤は、所定期間の間に露光された像担持体上に移動するため、現像ローラの両端部に付着した現像剤が帯電器や光学系に飛散することにより生じる画像不良を防止することができる。また、現像ローラの両端に積層された現像剤の像担持体への溶着や、この現像剤が像担持体の表面を摺擦してしまうことにより像担持体の表面が削れる等の現象を防止することができる。

発明２は、前記発明１において、前記所定期間は、前記画像データに基づいて画像形成を行う期間を除く非画像形成期間である画像形成装置を提供する。

これにより、現像ローラの両端部に付着した現像剤は紙間や画像形成終了後の非画像形成時に像担持体に移動し、その後像担持体上で回収される等する。即ち、現像ローラの両端部に付着した現像剤を現像ローラから除去する動作は、画像形成動作に影響を及ぼすことなく行われる。特に、非画像形成時毎に上記動作を行うことで、現像ローラの両端部に付着した現像剤はその位置で積層されることなく像担持体上に移動するため、この現像剤が帯電器や光学系に飛散することを最小限に抑えることができる。

発明３は、前記発明１または２において、前記露光手段は、前記所定期間毎に前記像担持体の表面における第２部分を露光する画像形成装置を提供する。

これにより、現像ローラの両端部に付着した現像剤の量を常に最小限に抑えることができる。

発明４は、前記発明１または２において、前記画像データ毎の印字率を計算して前記印字率に対応する現像剤の吐出量を求め、前記現像剤の吐出量を累積して現像剤の総吐出量を算出する算出手段と、前記算出手段により算出された前記現像剤の総吐出量が所定量以上である場合、前記露光手段が前記像担持体の表面における前記第２部分の露光を開始させるように、前記露光手段を制御する制御手段と、を更に含む画像形成装置を提供する。

通常、画像形成装置は、現像装置内の現像剤の劣化を防ぐため、現像剤を少なくとも所定量消費することで現像剤の劣化を防止する。具体的には、画像形成装置は、非画像形成時に、印字率に応じた量の現像剤を強制的に吐き出す動作を行う。しかし、このような動作が行われると、現像ローラの両端部には更に現像剤が付着してしまう。そこで、この画像形成装置は、現像装置外部に強制的に吐き出された現像剤の総量が所定量以上となった場合に、現像ローラの両端部に付着した現像剤を除去するための動作を行う。これにより、現像剤を強制的に吐き出す動作により現像ローラの両端部に付着した現像剤を、効果的に除去することができる。

発明５は、前記発明１〜４のいずれかにおいて、前記像担持体の表面に当接可能に設けられ、前記像担持体の表面に残留した現像剤を除去するクリーニング部材を更に含む画像形成装置を提供する。

これにより、現像ローラの両端部に付着した現像剤は、像担持体の表面に移動した後、記録紙に転写されることなく像担持体上で回収される。従って、現像ローラの両端部に付着した現像剤が転写装置に付着することを防止できる。

本発明によると、現像ローラの両端部のように、マグネットローラの磁性体に対向していない現像ローラの部分に積層されたトナーを簡単な方法で、かつ効果的に除去することができる。従って、現像ローラに積層されたトナーが帯電器や光学系に飛散することを抑制することができると共に、トナーの飛散により生じる画像不良を防ぐことができる。

＜実施形態＞
（１）構成
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置が採用されたプリンタ１の概略断面図である。本実施形態のプリンタ１は、図３に示すように、外部のＰＣ等の他の端末と通信可能に接続されている。プリンタ１は、図１及び図３に示すように、カラー画像形成のための各色の画像形成部２、転写装置９及び制御部２１を含む。

画像形成部２は、感光体ドラム３、帯電器４、現像装置５、露光器６及びクリーニングローラ７を含む。これらの部材は、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの４色の各トナーそれぞれに対応して設けられている。

感光体ドラム３の表面には、他の端末から取得した画像データに基づいて静電潜像が形成される。また、感光体ドラム３は、図示しないドラム電圧印加部と接続されており、電圧を印加されることが可能となっている。

帯電器４は、感光体ドラム３の表面を一様に帯電させる。

現像装置５は、タッチダウン現像方法が採用された現像装置であって、内部にトナーとキャリアとからなる２成分の現像剤を備えており、図２に示すように、現像ローラ５ａ、マグネットローラ５ｂ、ドクターブレード５ｃ及び攪拌部材５ｄ，５ｅを含む。現像ローラ５ａは、感光体ドラム３にトナーを供給し静電潜像をトナー像として現像するためのものであって、感光体ドラム３に対向して配置されている。また、現像ローラ５ａは、感光体ドラム３と同様、図示しないローラ電圧印加部と接続されており、電圧を印加されることが可能となっている。マグネットローラ５ｂは、現像ローラ５ａに対向して配置されており、図４に示すように、外周面のうち、現像ローラ５ａの長手方向の長さよりも短くかつ記録紙の最大通紙幅以上の幅を有する部分が磁性体で形成されている。尚、図４中の現像ローラ５ａのベタ部分は、マグネットローラ５ｂに対向していない現像ローラ５ａの両端部であって、トナーが付着する部分を示している。ドクターブレード５ｃは、マグネットローラ５ｂに付着したトナーの穂切りを行う。攪拌部材５ｄ，５ｅは、現像装置５内のトナーが凝集しないようにトナーを適宜攪拌させる。

露光器６は、感光体ドラム３の表面を露光する。特に、露光器６は、所定期間の間、図４に示すように、感光体ドラム３の表面のうちマグネットローラ５ｂの磁性体の長手方向領域に対応する第１部分を除く第２部分を露光する。第２部分には、トナーが付着し積層される現像ローラ５ａの両端部に対応する部分を含む、感光体ドラム３の両端部が該当する。また、所定期間としては、例えば画像形成終了後や紙間等の、画像データに基づいて画像形成を行う期間を除く非画像形成期間が挙げられる。

クリーニングローラ７は、感光体ドラム３の表面に残留したトナーを除去するためのものであって、感光体ドラム３の表面に当接可能に設けられている。

温度センサ８は、１つの現像装置５の付近に設けられており、画像形成装置１内部の温度ｓを検知する。

転写装置９は、現像装置５の現像ローラ５ａにより現像されたトナー像を記録紙に転写するためのものであって、図３に示すように、転写ベルト９ａ、転写ローラ９ｂ及び電圧印加部９ｃを含む。転写ベルト９ａは、給紙カセット１１から用紙搬送路１０を介して搬送されてきた記録紙を吸着して定着装置に搬送する。転写ローラ９ｂは、転写ベルト９ａにより送られてきた記録紙に各感光体ドラム３のトナー像を順次転写する。電圧印加部９ｃは、転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに電圧を印加する。具体的には、電圧印加部９ｃは、画像形成時には第１電圧を転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに印加し、所定時間の間には、第１電圧と逆の極性を有する第２電圧を転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに印加する。尚、転写装置９によりトナー像が転写された記録紙は、定着装置によるトナー像の定着後、排出部１２を経てプリンタ１外部へ排出される。

制御部２１は、ＣＰＵやメモリ（図示せず）を含むマイクロコンピュータで構成されており、図３に示すように、他の端末と通信を行う通信部１６、感光体ドラム３、現像装置５、露光器６、温度センサ８、転写装置９及びその他の入出部と接続されている。その他の入出部には、クリーニングローラ７等が含まれる。制御部２１は、接続されている各機能部の入出力部の動作や画像処理の制御を行う。特に、制御部２１は、現像装置５により強制的に吐き出されたトナーの総吐出量が所定値以上となった場合、所定時間の間に電圧印加部９ｃが転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第２電圧を印加し露光器６が感光体ドラム３の第２部分の露光を開始するように、露光器６及び電圧印加部９ｃの制御を行う。このような動作を行うため、制御部２１は、印字算出部２１ａ、トナー総吐出量算出部２１ｂ、トナー吐出制御部２１ｃ、露光器制御部２１ｄ及び電圧制御部２１ｅとして機能する。

印字算出部２１ａは、通信部１６が他の端末から受信した画像データの印字率ｘを、定着装置によりトナー像が定着される記録紙毎に算出する。

トナー総吐出量算出部２１ｂは、印字率算出部２１ａにより算出された印字率ｘ及び温度センサ８により検知された画像形成装置１内部の温度ｓに応じて、現像装置５が強制的に消費するトナー吐出量ｔを算出する。次いで、トナー総吐出量算出部２１ｂは、メモリが記憶している既に吐き出されたトナーの総吐出量Ｍに算出したトナー吐出量ｔを加算し、これを新たな消費されたトナーの総吐出量Ｍ’としてメモリに上書きする。尚、トナー総吐出量算出部２１ｂがトナー吐出量ｔを算出する方法としては、例えば予めメモリに演算式を記憶しておき、この演算式に印字率ｘ及び温度ｓを当てはめてトナー吐出量ｔを算出する方法が挙げられる。図５は、トナー総吐出量算出部２１ｂがトナー吐出量ｔを求める際に用いられる演算式を、横軸を印字率ｘ、縦軸をトナー吐出量ｔとして画像形成装置１内部の温度ｓ毎に平面に図示した概念図である。図５に示すように、印字率ｘとトナー吐出量ｔとは画像形成装置１内部の温度ｓ毎に相関関係にあり、特に画像形成装置１内部の温度ｓが高くなる程トナー吐出量ｔは多くなる。これは、画像形成装置１内部の温度ｓが高くなる程現像装置５中の現像剤におけるトナーの劣化は進行しやすくなり、これにより現像剤中のトナー濃度が低下してしまうためである。そこで、トナー濃度が低下した場合、現像装置５は現像剤中のトナーをより多く吐き出し、現像装置５内の現像剤のトナー濃度を安定させる。

トナー吐出制御部２１ｃは、トナー総吐出量算出部２１ｂによりトナー吐出量ｔが算出されると、紙間や画像形成終了後に現像装置５がこのトナー吐出量ｔ分のトナーを現像装置５外部に吐き出すように、現像装置５を制御する。

露光器制御部２１ｄは、トナーの総吐出量Ｍ’が所定量以上となった場合、露光器６が感光体ドラム３の表面における第２部分の露光を開始するように、露光器６を制御する。尚、画像形成が行われる時には、露光器制御部２１ｄは、感光体ドラム３の表面全体が露光されるように露光器６を制御する。

電圧制御部２１ｅは、画像形成時には転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第１電圧が印加されるように、またトナーの総吐出量Ｍ’が所定量以上となった場合には、転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第２電圧が印加されるように、電圧印加部９ｃを制御する。

（２）動作
次に、本実施形態のプリンタ１の動作について、図６を用いて説明する。

ステップＳ１〜３：通信部１６が他の端末から画像データと画像形成の開始指示とを取得すると、印字率算出部２１ａは画像形成処理で用いられる画像データの印字率ｘを算出し、温度センサ８は画像形成装置１内部の温度ｓを検知する。トナー総吐出量算出部２１ｂはこの印字率ｘ及び温度ｓから現像装置５が強制的に吐き出すトナー吐出量ｔを算出してメモリ内のトナー総吐出量Ｍに加算し、これを新たなトナー総吐出量Ｍ’としてメモリに上書きする。

ステップＳ４〜５：電圧制御部２１ｅは、転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第１電圧が印加されるように電圧印加部９ｃを制御し、露光器制御部２１ｄは、感光体ドラム３の表面全体が露光されるように露光器６を制御する。これにより、電圧印加部９ｃは転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第１電圧を印加し、露光器６は感光体ドラム３の表面全体の露光を開始する。また、この時、感光体ドラム３及び現像ローラ５ａには、図示しないドラム電圧印加部及びローラ電圧印加部によりそれぞれ異なった所定の電圧が印加され、クリーニングローラ７は回転を開始する。この状態で、画像形成部２は画像形成を開始する。 ステップＳ６〜９：画像形成部２が画像形成動作を終了し、ステップＳ３において算出された新たなトナー総吐出量Ｍ’が所定量以上である場合、電圧制御部２１ｅは、転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第２電圧が印加されるように電圧印加部９ｃを制御し、露光器制御部２１ｄは、感光体ドラム３の表面のうち第２部分が露光されるように露光器６を制御する。これにより、電圧印加部９ｃは転写ベルト９ａ及び転写ローラ９ｂに第２電圧を印加し、露光器６は感光体ドラム３表面の第２部分の露光を開始する。尚、この時、感光体ドラム３及び現像ローラ５ａには、ステップＳ４で印加された電圧が続けて印加されているか、またはこの電圧とは異なる電圧が印加される。この動作により、図７に示すように、紙間及び画像形成終了後には、現像ローラ５ａの両端部に積層されたトナーが感光体ドラム３の第２部分に移動するようになる（図７中の斜線部分Ａ）。感光体ドラム３の第２部分に移動したトナーは、記録紙に転写されることなくクリーニングローラ７により感光体ドラム３上で回収される。

ステップＳ１０：ステップＳ３において算出された新たなトナー総吐出量Ｍ’が所定量未満である場合、制御部２１のトナー吐出制御部２１ｃは現像装置５がステップＳ３で算出されたトナー吐出量ｔ分のトナーを現像装置５外部へ強制的に吐き出すように、現像装置５を制御する。これにより、現像装置５はトナーを強制的に吐き出す動作を行う（図７中の斜線部分Ｂ）。

ステップＳ１１：感光体ドラム３が、例えば制御部２１から回転停止の信号を受けて回転を停止するまで、上記動作を繰り返す。

（３）効果
このプリンタ１によると、現像ローラ５ａの両端部に付着したトナーは、紙間や画像形成終了後の非画像形成の間に、露光された感光体ドラム３上の第２部分に移動する。これにより、現像ローラ５ａの両端部に付着したトナーが帯電器４や光学系に飛散することにより生じる画像不良を防止することができると共に、現像ローラ５ａの両端に積層されたトナーの感光体ドラム３への溶着や、このトナーが感光体ドラム３の表面を摺擦してしまうことにより感光体ドラム３の表面が削れる等の現象を防止することができる。

また、プリンタ１は、トナーの総吐出量Ｍ’が所定量以上となった場合に、現像ローラ５ａの両端部に付着したトナーを現像ローラ５ａから除去する動作を行う。これにより、現像装置５内部の現像剤におけるトナーの劣化防止のために強制的にトナーを吐き出す動作を行うことで現像ローラ５ａの両端部に付着したトナーを、効果的に除去することができる。

更に、非画像形成期間、転写ベルト９ａや転写ローラ９ｂには画像形成時と逆の電圧が印加された状態で、クリーニングローラ７は現像ローラ５ａの両端部に付着したトナーを感光体ドラム３上で回収する。従って、現像ローラ５ａの両端部に付着したトナーが転写装置９に付着することを防止できる。

＜その他の実施形態＞
（ａ）上記実施形態では、消費したトナー総吐出量が所定値以上となった場合に感光体ドラム表面における第２部分の露光が行われると記載したが、画像形成装置は、図８に示すように、画像データの印字率及び消費されたトナーの総吐出量の計算を行わずに、非画像形成時に毎回上記動作を行っても良い。これにより、現像ローラの両端部に付着したトナーは頻繁に感光体ドラムへ移動し除去されるため、現像ローラの両端部に付着したトナーの量を常に最小に抑えることができる。

（ｂ）上記実施形態では、トナー吐出量が演算式により算出された場合について記載したが、トナー吐出量は他の方法で算出されてもよい。その他の方法としては、例えば印字率とトナー吐出量とが対応しているテーブルを画像形成装置内部の温度毎に予め記憶しておき、このテーブルにより強制的に現像装置外部に吐き出されるトナーの量を算出する方法が挙げられる。

本発明の画像形成装置は、複写機や、モノクロまたはカラープリンタ、ファクシミリ装置の各機種や、これらの機能に更にスキャナ機能を併せ持つ複合機として適用できる。

本発明の一実施形態に係るプリンタの概略断面図。 現像装置の内部構造を示す模式図。 プリンタの構成を模式的に示すブロック図。 感光体ドラム、現像ローラ及びマグネットローラを、任意の間隔を空けて並べた場合の図。 印字率とトナー吐出量との関係を、画像形成装置内部の温度毎に平面に示した概念図。 プリンタの動作を説明するためのフローチャート。 感光体ドラム、現像ローラ及びマグネットローラを任意の間隔を空けて並べた場合を示すと共に、時間的に推移する感光体ドラムの表面の状態を表した図。 その他の実施形態（ａ）に係るプリンタの動作フローチャート。 その他の実施形態（ａ）に係る感光体ドラム、現像ローラ及びマグネットローラを任意の間隔を空けて並べた場合を示すと共に、時間的に推移する感光体ドラムの表面の状態を表した図。

符号の説明

１ プリンタ
２ 画像形成部
３ 感光体ドラム
５ 現像装置
５ａ 現像ローラ
５ｂ マグネットローラ
６ 露光器
７ クリーニングローラ
８ 温度センサ
９ 転写装置
２１ａ 印字率算出部
２１ｂ トナー総吐出量算出部
２１ｃ トナー吐出制御部
２１ｄ 露光器制御部
２１ｅ 電圧制御部

Claims (5)

1. 画像データに基づいて表面に静電潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に対向して配置され、前記像担持体に現像剤を供給し前記静電潜像をトナー像として現像する現像ローラと、
   前記現像ローラに対向して配置され、外周面のうち前記現像ローラの長手方向の長さよりも短い部分が磁性体からなるマグネットローラと、
   所定期間に、前記像担持体の表面のうち前記マグネットローラの前記磁性体の長手方向領域に対応する第１部分を除く第２部分を露光する露光手段と、
   を含む、画像形成装置。
2. 前記所定期間は、前記画像データに基づいて画像形成を行う期間を除く非画像形成期間である、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記露光手段は、前記所定期間毎に前記像担持体の表面における第２部分を露光する、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記画像データ毎の印字率を計算して前記印字率に対応する現像剤の吐出量を求め、前記現像剤の吐出量を累積して現像剤の総吐出量を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出された前記現像剤の総吐出量が所定量以上である場合、前記露光手段が前記像担持体の表面における前記第２部分の露光を開始させるように、前記露光手段を制御する制御手段と、
   を更に含む、請求項１または２に記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体の表面に当接可能に設けられ、前記像担持体の表面に残留した現像剤を除去するクリーニング部材を更に含む、請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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