JP2009109614A - 作像装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】固着トナー除去を必要に応じて実施するに際して、トナーイールドの悪化や現像下流の転写プロセス、像担持体クリーニングプロセスへのトナー入力過多を最小限にしつつ、トナー固着を抑制できるものとする。
【解決手段】所定のタイミングで像担持体12上に基準濃度トナー像を作成し、像担持体12の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知し、この検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、基準濃度トナー像を作成するに際して、像担持体12上の長手端部における露光電位を−300Vに、長手中央部における露光電位を−200Vにし、これらの濃度差が閾値以上になったとき固着トナー除去のため像担持体12の現像を行う。
【選択図】図2

Description

本発明は、作像装置及び画像形成装置に係り、特に所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置に関する。
近年、複写機の高速化、省エネルギー化に伴い、低融点のトナーを使用する所謂トナーの低融点化が進んでいる。しかし、トナーをある程度以上低融点化すると、トナー凝集による現像不良、現像スリーブ上でのトナー固着など、様々な問題が発生する。特に複写機のデジタル化が進み、電子文書等の出力では、現像スリーブの軸方向において、同一個所(特に余白部分)に非画像部が連続する場合が増え、この非画像部に対向する現像スリーブはトナー固着が発生しやすいこととなる。
特に高速複写機については、現像スリーブの回転数も高いことから現像スリーブ上の温度も上昇しやすく低融点のトナーは現像スリーブに固着しやすい。更に、非画像部については、トナーが現像スリーブに押し付けられるように静電気力が働くために、現像スリーブへのトナー固着を加速させる。
像担持体の露光部分にトナーを付着させるネガ/ポジ・プロセス(以下、N/Pプロセスと言う)の場合、トナーは現像バイアスと同極性に帯電しているため、トナー固着が発生している領域は、像担持体上での実効的な現像ポテンシャルが大きい状態と同様の現象を生ずる。よって、トナーが固着していない領域で十分な現像能力を確保しようとすると、トナーが固着している領域では現像能力過多状態となり、地肌汚れ等の異常画像が発生する。
このような2成分現像法における現像スリーブのトナー固着は、比較的最近着目された課題である。特許文献1には、低融点トナーを用いた2成分現像の画像形成装置において、地肌ポテンシャル(像担持体帯電電位と現像バイアスの差)を絶対値で400V以上に設定し、所定のタイミングで現像スリーブ軸方向の端部でベタ画像を像担持体に現像することで現像スリーブへのトナー固着を未然に防いでいるものが記載されている。
特許文献2には、現像スリーブにトナー回収部材を対向させ、その回収部材にバイアスを印加することで静電的に現像スリーブ上のトナーを取り除く構成の画像形成装置が記載されている。
特許文献3には、テスト潜像電位に応じた値のテスト用現像バイアスによってテスト現像を実施させ、テスト現像後のテスト潜像に対するトナー付着量(Vsp/Vsg)に応じた値の基準画像用現像バイアスを特定させ、これによって形成した基準画像に対するトナー付着量(Vsp/Vsg)に基づいてトナー補給を実施させるようにしたものが記載されている。
特開2001−312126号公報 特開2002−278275号公報 特開2002−278183号公報
しかしながら特許文献1のものは、必要以上に像担持体へベタ画像を現像することになり、トナーイールドの減少や現像下流のプロセス(転写機構、像担持体のクリーニング機構)への負荷増大等が発生するという問題がある。
また、特許文献2のものは、部品点数の増加を伴い、更に機構が複雑になるため現像装置のコスト高を招くという問題がある。
そして、特許文献3のものは、現像スリーブのトナー固着領域では、固着トナーが電荷を帯びているために実効的な現像ポテンシャルが増大するため、通常どおりの制御を行った場合、像担持体上の付着量測定用像のトナー付着量が固着していないスリーブ領域と比較して多くなり、狙いの付着量にするためにトナー濃度を低めに制御してしまい、結果として画像濃度の低下を招いてしまう他、現像バイアス電位と潜像領域電位を同一に制御し、その状態で付着量測定用像の付着量を測定することでトナー固着による実効的な現像バイアスの上昇の有無を検知し、トナー濃度制御に反映しているため、トナー濃度を適正に制御した場合に、固着トナー部分に地肌汚れが発生するおそれがある。
ところで、このような画像形成装置において、現像スリーブ上にトナーが固着してしまった場合であっても、固着領域で像担持体に現像を行うことでスリーブ表面から固着トナーを除去し、実効的な現像ポテンシャル増加を抑制することができる。
そこで本発明は、このような固着トナー除去を必要に応じて実施するに際して、トナーイールドの悪化や現像下流の転写プロセス、像担持体クリーニングプロセスへのトナー入力過多を最小限にしつつ、トナー固着を抑制できる作像装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。
請求項1の発明は、所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、前記像担持体上の基準濃度トナー像の作像電位を長手中央部と端部で異ならせることを特徴とする作像装置である。
請求項2の発明は、所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、前記像担持体にトナーを担持させる現像スリーブ上への現像剤担持量を規制するギャップ量を中央部と端部で異なるものとすることを特徴とする作像装置である。
請求項3の発明は、所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、前記像担持体にトナーを担持させる現像スリーブが前記像担持体に近接する位置に現像磁極を設け、該現像磁極の半値中央角度が中央部と端部で異なるものとすることを特徴とする作像装置である。
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか記載の作像装置において、検知する基準濃度トナー像の副走査方向長さを、現像スリーブ周長以上とすることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項1乃至3のいずれか記載の作像装置において、使用するトナーは、重量平均径が4〜10μmであり、重量平均径が4μm以下のものが60〜80個数%含まれていることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれか記載の作像装置を備えることを特徴とする画像形成装置である。
本発明に係る作像装置及び画像形成装置は、像担持体上において長手中央部と端部で条件を変えることにより、端部のトナー固着による実効的な現像ポテンシャルの増加を検知しやすくでき、必要以上のトナーを消費することなく効果的にトナー固着を抑制することができるという効果がある。
以下本発明を実施するための最良の形態としての実施例を図面に基づいて説明する。
図1は実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す概略断面図、図2は図1に示した画像形装置に使用する作像装置を示す概略断面図である。
画像形成装置の装置本体10内には、ドラム状の像担持体12が設けられている。像担持体12の周囲には、帯電装置13、現像装置14、転写・搬送装置15、クリーニング装置16、除電装置17などが配置されている。これらの上部には、レーザ書込装置18が配置されている。レーザ書込装置18には、レーザダイオード等の光源20、走査用の回転多面鏡21、ポリゴンモータ22、fθレンズ等の走査光学系23などを備える。光源20は、書込みDutyをPWM制御によって調整できるものである。
クリーニング装置16の図中左側には、定着装置25が配置され、定着装置25は、ヒータを内蔵する定着ローラ26と、定着ローラ26に下方から押し当てられる加圧ローラ27とを備える。また、装置本体10内の上部には、原稿読取装置30を備え、原稿読取装置30には、光源31、複数のミラー32、結像レンズ33、CCD等のイメージセンサ34などが備えられる。
上述した現像装置14は、図2に示すように、現像タンク50と現像ホッパ60とを備える。現像タンク50は、第1現像ローラ51、第2現像ローラ52、パドルホイール53、攪拌ローラ54、搬送スクリュ55、セパレータ56、ドクタブレード57、トナー濃度センサ58などを現像ケース59内に備える。そして、現像ケース59内には、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤が収納される。現像ホッパ60内には、歯車状のトナー補給部材61、補給規制板62、アジテータ63などが設けられる。現像ホッパ60内には、補充用のトナーが収納される。そして、現像装置14では、現像ケース59内の2成分現像剤を、攪拌ローラ54の回転により攪拌して摩擦帯電し、パドルホイール53の回転によって跳ね上げ、第1現像ローラ51及び第2現像ローラ52内の磁石によってそれらの第1現像ローラ51及び第2現像ローラ52に吸着させる。
第1現像ローラ51及び第2現像ローラ52に吸着した現像剤は、それらの第1現像ローラ51及び第2現像ローラ52外周のスリーブにより搬送されてドクタブレード57で余剰分が掻き落とされた後、現像剤は現像バイアスで像担持体12に付着し、像担持体12上の静電潜像が現像される。本実施例では現像スリーブ、現像ケース59(アルミ製)にそれぞれ個別のパワーパックからバイアスが印加されており、現像スリーブには−650Vが印加され、ケーシングには任意に決定されたバイアスを印加(以下ケーシングバイアスと記す)される。
また、本実施例の現像スリーブの線速は700mm/secとする。この現像装置14では、像担持体12に付着してトナーを消費すると、トナーの割合(トナー濃度)が減少する。そこで、現像剤中のトナー濃度がトナー濃度の目標値に対して所定値以下になると、アジテータ63を回転してトナーを攪拌するとともにトナー補給部材61へと搬送し、そのトナー補給部材61を回転して補給規制板62を揺動し、現像ホッパ60から現像タンク50内へとトナーを補給して現像剤中のトナー濃度を維持する。現像剤中のトナー濃度は、現像ケース59に取り付けるトナー濃度センサ58により測定する。
即ち、所定の印刷枚数毎に像担持体12に基準濃度像潜像をレーザ光で書込み、この基準濃度像潜像に現像バイアスを印加して、所定の現像ポテンシャル(本実施例では280V)で基準濃度トナー像として現像する。そして、この基準濃度トナー像の反射濃度を反射濃度センサによって検知し、その反射濃度が一定範囲になるように現像ホッパ60中のトナーを補給する。基準濃度トナー像は、反射濃度センサによってその反射濃度(Vsp)を検知する。地肌濃度(Vsg0)は1ジョブ間のドラム起動時(現像起動前)の、ドラム上にまったくトナーが付着していない状態で検知する。
現像装置14では、重量平均径が5〜10μmであり、5μm以下のものが60〜80個数%含まれているトナーと、重量平均粒径65ミクロンm以下のキャリアとを含む2成分系現像剤を使用する。トナーは、樹脂成分、着色剤から構成され、更に、ワックス成分や無機微粒子を添加した構成を採用する場合もある。製造方法は特に限定されるものではなく、粉砕方式、重合方式いずれを用いることができる。
樹脂成分としては従来公知の樹脂全てを用いることができ、例えば、以下のものが挙げられる。スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂等が挙げられる。また、単独使用も可能であるが、2種類併用してもよい。
着色剤としては公知のものとして、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、オイルブラック、アゾオイルブラック等、特に限定はされない。ワックス成分としては公知のものとして、カルナウバワックス、ライスワックス、合成エステルワックスなど、特に限定されないものが用いられる。無機微粒子としては、公知のものとして、シリカ、酸化チタン微粉末などが用いられる。
ところで、上述したとおり、像担持体12に付着したトナーは、転写・搬送装置15によってシートに静電転写する。ところが、約10%のトナーは、シートに転写されず像担持体12上に残る。残留トナーは、クリーニング装置16に設けるクリーニングブレード65及びブラシローラ66によって像担持体12上から掻き落とす。クリーニング装置16によって像担持体12上から掻き落とされたトナーは、クリーニング装置16の回収タンク67内に入る。そして、回収スクリュ68によってクリーニング装置16の片側に搬送され、不図示の排出口から排出してトナーリサイクル装置へと導かれる。
本実施例では、像担持体12の現像長手方向(軸方向)の中央部と端部とに基準濃度トナー像を作成し、これらの基準濃度トナー像に対向する位置に反射濃度センサを配置して基準濃度トナー像の濃度を検知している。そして、検知値の差〈ΔVsp〉=〈Vsp中央〉−〈Vsp端部〉を実効的な現像ポテンシャル増加の代用特性値としている。また、中央部の基準濃度トナー像の露光後電位を−300Vに設定し、端部を−200Vに設定する。基準濃度トナー像を作像する際の現像バイアスは中央部、端部とも−650Vとしている。また、本実施例では、基準濃度トナー像の露光後電位の設定を光源20のDutyを変更することで実現している。
このように像担持体12の現像長手端部に基準濃度トナー像を作成する理由は以下のとおりである。即ち、この像担持体12において長手端部は画像領域外もしくは余白に対応する場合が多く、現像スリーブ表面へのトナー固着が最も発生しやすく、長手端部と中央部で基準濃度トナー像を個別に検出することで、トナー固着に起因する現像能力の上昇を確実に検知できる。
このような作像装置において、本実施例ではΔVspの値が閾値を超えたとき、像担持体12を現像する。これによりスリーブ表面から固着トナーが除去され、実効的な現像ポテンシャル増加が抑制される。ここで、ΔVspの閾値を0.1V程度の小さい値とすると、現像装置中央、端部でのトナー濃度差に起因する検知値の差と実効バイアス上昇による検知値の差と区別できないため、本実施例ではΔVsp値を0.2Vとし、これ以上となったときに現像長手両端部でパタンを作像しトナー固着を抑制している。
図3は実施例に係る作像装置のプリント枚数に対する実効バイアス上昇量を示すグラフである。比較例である中央部と端部で条件を変更しない場合は、実効バイアスが100V程度になると固着トナー除去パタンを作成するが、この程度の実効バイアス上昇になると、トナーがスリーブ上に強固に固着しているため、固着トナーを除去しきれない。従って、固着トナー除去パタンの効果が十分に得られず、実効バイアス増加量が高止まりしてしまう。これに対して第1実施例のように中央部と端部で条件を変更すると、実効バイアス増加量が50V程度で固着トナー除去パタンを作成するため、十分に固着トナーを除去することができることが分かる。
図4は本発明の各実施例に係る作像装置のΔVspの値と実効バイアス上昇量との関係を示すグラフである。ここで、図4中(A)は比較例を、(B)は第1実施例を、(C)は第2実施例を、(D)は第3実施例を示す。本例に係る作像装置は、図4(B)に示すように、比較例に比してトナー固着に起因する実効バイアス上昇を感度よく検知し、トナー固着を未然に防止できることが分かる。
従って、本実施例によれば、像担持体上の基準濃度トナー像の作像電位を長手中央部より端部より高くしたので、像担持体の端部における基準濃度トナー像の濃度を像担持体の中央部における基準濃度トナー像より濃くでき、像担持体の端部におけるトナー固着による実効的な現像ポテンシャルの増加を検知しやすくでき、必要以上のトナーを消費することなく効果的にトナー固着を抑制することができる。
次に本発明の第2実施例について説明する。本例は、スリーブ表面の現像剤量の規制ギャップ、即ちドクタブレード57と第1現像ローラ51との隙間寸法を、像担持体の中央において0.6mmとし、端部において0.7mmとしたものである。これにより、像担持体12の端部に形成する基準濃度トナー像の現像能力を中央部より増強し、トナー固着による実効バイアスの上昇を検知しやすくしている。
本例に係る作像装置は、図4(C)に示すように、比較例に比してトナー固着に起因する実効バイアス上昇を感度よく検知し、トナー固着を未然に防止できることが分かる。
本例に係る作像装置によれば像担持体にトナーを担持させる現像スリーブ上への現像剤担持量を規制するギャップ量を中央部と端部で異なるものとしたので、像担持体の端部における基準濃度トナー像の濃度を像担持体の中央部における基準濃度トナー像より濃くでき、像担持体の端部におけるトナー固着による実効的な現像ポテンシャルの増加を検知しやすくでき、必要以上のトナーを消費することなく効果的にトナー固着を抑制することができる。
次に本発明の第3実施例について説明する。本例は、像担持体に近接配置される現像ローラにおける現像磁極の半値中央角度を現像長手中央部と端部で異ならせるものである。これにより、トナー固着による実効バイアス上昇の検知しやすくすることができる。
本実施例では、中央部における半値中央角度は50deg、端部における半値中央角を30degとし、中央部より端部の方が狭くしている。尚、端部半値中央角度の変更は、端部の現像磁極位置に中央部とは別体のマグネットを埋め込むことで実現している。このように現像磁極の半値中央角度が狭くすると現像領域の幅が小さくなり、一度現像したトナーが現像終了後のキャリアに再付着しにくくなるため、現像能力は高くなる。
本例に係る作像装置は、図4(D)に示すように、比較例に比してトナー固着に起因する実効バイアス上昇を感度よく検知し、トナー固着を未然に防止できることが分かる。
本実施例によれば、像担持体にトナーを担持させる現像スリーブは、前記像担持体に近接する位置に現像磁極を備え、該現像磁極の半値中央角度を中央部より端部において狭いものとしたので、像担持体の端部における基準濃度トナー像の濃度を像担持体の中央部における基準濃度トナー像より濃くでき、像担持体の端部におけるトナー固着による実効的な現像ポテンシャルの増加を検知しやすくでき、必要以上のトナーを消費することなく効果的にトナー固着を抑制することができる。
尚、上記各実施例において、検知する基準濃度トナー像の副走査方向長さを、現像スリーブ周長以上とすることが望ましい。
現像スリーブへのトナー固着は、像担持体12と現像ローラ51,52との間のギャップ寸法が小さいほど発生しやすい。これは、ギャップが小さいほど現像領域のトナーへのストレス(摩擦熱など)が高くなり、現像スリーブに付着したトナーがスリーブに定着しやすくなるためである。従って、現像スリーブの振れが大きい場合、像担持体と現像スリーブとの間のギャップ寸法が広い個所と狭い個所が生じる。これに対処して、検知する基準濃度トナー像を現像スリーブの周長以上とすることで、現像スリーブの振れ等に起因する像担持体−現像スリーブ間のギャップ変動に起因するトナー固着ムラが発生した場合であっても、実効的な現像ポテンシャルの増加量を的確に検知することができる。
また、上記各実施例において、使用するトナーは、重量平均径が4〜10μmであり、重量平均径が4μm以下のものが60〜80個数%含まれているものを使用することが望ましい。
近年画像形成装置の高画質化達成のため、粒径の小さなトナーが適用されるようになってきている。重量平均粒径が4um以下のトナー含有率が異なるトナーで現像スリーブへのトナー固着による実効現像バイアスの上昇量を印刷実験にて確認した結果を示す。
図5はトナーの種類による実効現像バイアス増加量の違いを示すグラフである。含有率30%、45%のトナーと比較して、60%のトナーでは実効現像バイアスの上昇量が大きいことが分かる。従って、上記実施例では重量平均粒径が4um以下のものが60%以上含まれるトナーを適用する場合には、特に有効となる。
実施例に係る画像形成装置の概略構成を示す概略断面図。 図1に示した画像形装置に使用する作像装置を示す概略断面図である。 実施例に係る作像装置のプリント枚数に対する実効バイアス上昇量を示すグラフである。 各実施例に係る作像装置のΔVspの値と実効バイアス上昇量との関係を示すグラフであり、(A)は比較例を、(B)は第1実施例を、(C)は第2実施例を、(D)は第3実施例を示すグラフである。 トナーの種類による実効現像バイアス増加量の違いを示すグラフである。
符号の説明
10 装置本体
12 像担持体
13 帯電装置
14 現像装置
15 搬送装置
16 クリーニング装置
17 除電装置
18 レーザ書込装置
20 光源
21 回転多面鏡
22 ポリゴンモータ
23 走査光学系
25 定着装置
26 定着ローラ
27 加圧ローラ
30 原稿読取装置
31 光源
32 ミラー
33 結像レンズ
34 イメージセンサ
50 現像タンク
51 第1現像ローラ
52 第2現像ローラ
53 パドルホイール
54 攪拌ローラ
55 搬送スクリュ
56 セパレータ
57 ドクタブレード
58 トナー濃度センサ
59 現像ケース
60 現像ホッパ
61 トナー補給部材
62 補給規制板
63 アジテータ
65 クリーニングブレード
66 ブラシローラ
67 回収タンク
68 回収スクリュ

Claims (6)

  1. 所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置とで前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、
    前記像担持体上の基準濃度トナー像の作像電位を長手中央部と端部で異ならせることを特徴とする作像装置。
  2. 所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、
    前記像担持体にトナーを担持させる現像スリーブ上への現像剤担持量を規制するギャップ量を中央部と端部で異なるものとしたことを特徴とする作像装置。
  3. 所定のタイミングで像担持体上に基準濃度トナー像を作成する手段と、前記像担持体の現像長手の中央部と端部位置で前記基準濃度トナー像のトナー付着量を検知する手段とを具備し、前記検知結果に基づいて現像長手端部位置で画像パタンを作像する作像装置であって、
    前記像担持体にトナーを担持させる現像スリーブは、前記像担持体に近接する位置に現像磁極を備え、該現像磁極の半値中央角度を中央部と端部で異なるものとしたことを特徴とする作像装置。
  4. 検知する基準濃度トナー像の副走査方向長さを、現像スリーブ周長以上とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の作像装置。
    作像装置。
  5. 使用するトナーは、重量平均径が4〜10μmであり、重量平均径が4μm以下のものが60〜80個数%含まれていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の作像装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか記載の作像装置を備えることを特徴とする画像形成装置。

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