JP2009216974A - 画像形成装置、これに用いるプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤の放置時間によらず地汚れのない良質な画像を得るとともに攪拌時にトナーを無駄に消費することがなく、不良の発生を抑えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体３０、これと対向し、静電潜像を現像しトナー像化する現像剤担持体３２、現像剤を攪拌しながら現像剤担持体へ搬送する回転搬送体３３、３４、現像剤量を規制する規制部材３７、クリーニング部材３５、そして帯電部材３１からなるプロセスカートリッジを用いる。画像形成前に像担持体３０を静止させたまま現像剤担持体３２を駆動可能とする。画像形成を行う際に、現像剤が攪拌されずに所定時間放置されていたと判断した場合には、像担持体３０を帯電させた後一定時間静止させたまま現像剤担持体３２を駆動し、その後に画像形成を行う。放置されていなかった場合は、像担持体３０を帯電させた後静止させずに現像剤担持体３２を駆動して画像形成する制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及びこれに用いるプロセスカートリッジに関する。

二成分現像方法は、電子写真その他の、粉体トナーを用いた画像形成方法において、特に高速対応性に優れた現像方式として知られている。近年では複写機やレーザープリンタなどの商品分野において主流の技術として使われている。

二成分現像では、現像剤担持体である、内部に磁石を設置した非磁性スリーブの表面に現像剤を搬送し、現像剤をブラシ状（磁気ブラシ）に保持させて像担持体に接触ないし近接させ、静電潜像が形成された像担持体と電気的バイアスが印加されたスリーブとの間の電界によってトナーが潜像面に選択的に付着することにより、現像が行われる。

ところで、現像装置内のトナーの単位質量あたりの帯電量：Ｑ／Ｍ［−μｃ／ｇ］は、トナーやキャリアの表面特性や質量のバラツキによってある程度の幅を持っている（ある程度の範囲に分布している）。また、トナーはキャリアと接触することにより摩擦帯電されるので、Ｑ／Ｍは現像剤の放置時間や攪拌時間によっても大きく変動する。このため、トナーのＱ／Ｍが高い場合はキャリアとの付着力が大きいために画像濃度が低下し、また、トナーの帯電量が低いもしくは逆極性の場合には感光体上画像部の地肌部に付着するという不具合が生じていた。なお従来より、現像剤のキャリアを低抵抗化することでドット均一性などの画質が向上することも公知である。なお、現像能力とは、現像剤担持体（現像スリーブ）上に搬送されたトナーの量に対する現像後の像担持体（感光体）に移動するトナー量の割合であると、ここでは定義する。

しかし、低抵抗キャリアを用いた場合、現像剤の攪拌時間や放置時間によってトナーのＱ／Ｍの変動が大きくなる。現像剤を長い時間放置した場合、トナーのＱ／Ｍは小さくなり、この状態で画像を出力すると非画像部に地肌汚れが発生してしまう。このため、高画質化させるには現像剤のトナーのＱ／Ｍを一定になるように制御して地肌汚れのない良好な画像を得る必要がある。なおこのＱ／Ｍの低下は特に高温高湿環境において顕著である。

一般的に、現像装置内のトナーの帯電量を制御することは難しく、放置した現像剤においてはトナーが立ちあがる前に現像剤が現像スリーブに達して感光体上へ付着することが多いため、地肌汚れが多く見られることになる。

特許文献１では、現像剤の放置時間によらず初期画像において地汚れやチリのない良質な画像を得ることのできる画像形成装置を提供するために、図５に示すように、装置主電源１１に連動したタイマにより現像剤放置時間を計測し、その放置時間が所定時間より長い場合は、現像ローラ４ａに印加する現像バイアスを、現像能力の低い直流バイアスに切り替えることにより、初期画像における地肌汚れやチリを低減する。現像バイアスの切り替えは、切換装置９を制御部１０からの指示によって切り換えるようにしている。

なお、現像剤（トナー）の立ち上がりとは、現像剤担持体上のトナーの帯電量が見かけ上平衡状態に達した状態をいう。

上述の特許文献１に係る発明においては、現像バイアスとして直流電圧と交流電圧を使用できる環境が前提になっているため、コスト等の理由により現像バイアスとして直流電圧しか使用できない環境においては効力を発揮できない。

特開平１１−１５３９００

ところで、例えば１ヶ月くらいの長時間、高温高湿環境において装置を放置してから作動させた場合には、従来の装置においては、放置後作動させたときの初期画像において地肌汚れがひどく発生するという問題がある。通常、現像剤を立ち上げるために画像形成装置の主電源をＯＮしてから装置内で一定時間現像剤を攪拌した後に画像を出力するが、上記のように長時間放置した現像剤では現像剤が立ち上がらないことが多い。それは、長い放置時間によってトナーのＱ／Ｍが減少するので、現像剤が立ち上がるまでにはある程度の攪拌時間が必要だからである。

またこのようにＱ／Ｍが低下した状態で単に通常印刷動作前に攪拌時間を長くしただけでは、地汚れによりトナーを大量に像担持体に現像することになる。これはトナーイールドが低下させ、廃トナータンク等トナー回収機構の寿命を縮めるとともに、大量のトナーが像担持体や中間転写ベルトに載ることでクリーニング不良やクリーニングブレードめくれを発生させ、或いは他の機構を汚すことにつながる。

本発明は、上記問題を解決し、現像剤の放置時間によらず地汚れのない良質な画像を得るとともに攪拌時にトナーを無駄に消費することがなく、不良の発生を抑えた画像形成装置と、これに用いるプロセスカートリッジを提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置のうち請求項１に係るものは、トナーとキャリアからなる現像剤を用い、静電潜像を担持させる像担持体と、該像担持体の対向位置に位置し、前記静電潜像を現像しトナー像化する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給するトナーもしくは現像剤を内包する現像器と、前記像担持体を帯電させる帯電装置と、現像後のトナー像を転写材に転写した後に前記像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを備える画像形成装置において、
画像形成前に前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動可能としてなることを特徴とする。

請求項２に係るものは、請求項１に記載の画像形成装置において、画像形成前に前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動させる駆動力を共通のモータ出力を前記像担持体と前記現像剤担持体とに分配するクラッチ機構を備えることを特徴とする。

請求項３に係るものは、請求項１または２に記載の画像形成装置において、画像形成を行う際に現像剤が攪拌されずに所定時間放置されたかどうかを判断する判断手段を備え、該判断手段が、現像剤が攪拌されずに所定時間放置されていたと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後一定時間該像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動し、その後に画像形成を行い、現像剤が攪拌されずに所定時間放置されていなかったと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後前記像担持体を静止させずに前記現像剤担持体を駆動させて画像形成する制御を行うことを特徴とする。

請求項４に係るものは、請求項３に記載の画像形成装置において、現像剤が攪拌されずに放置されていた状態の温度と湿度を検知する検知手段を備え、該検知手段が、現像剤が攪拌されずに所定の温度、湿度で所定時間放置されていたと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後一定時間前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動し、その後に画像形成を行い、現像剤が攪拌されずに所定の温度湿度で所定時間放置されてはいなかったと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後前記像担持体を静止させずに前記現像剤担持体を駆動させて画像形成する制御を行うことを特徴とする。

請求項５に係るものは、請求項３または４に記載の画像形成装置において、前記判断基準が判断する上記所定の温度、湿度、時間の少なくとも一つを複数備え、それらの値と前記検知手段が検出する温度、湿度、時間との大小関係に応じて前記像担持体を帯電させた後、一定時間前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動する時間を変更する制御を行うことを特徴とする。

請求項６に係るプロセスカートリッジは、画像形成装置に使用するプロセスカートリッジであって、該プロセスカートリッジは、請求項１から５のいずれかに記載の画像形成装置に用いられる現像器と、像担持体とを有し、前記画像形成装置本体に対して着脱自由としてなることを特徴とする。

請求項７に係るものは、請求項６に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記プロセスカートリッジは、前記像担持体を帯電させる帯電装置、及び／又は現像後のトナー像を転写材に転写した後に前記像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、画像形成前に像担持体を静止させたまま現像剤担持体を駆動させることが可能であるため、現像剤担持体に対向する像担持体がその時点での現像ニップ位置という一箇所に限定されるため、攪拌時に地汚れにより現像されるトナーが最小限に抑え得るという効果を奏する。

以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。なお、以下に述べる実施例は本発明の一例であり、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

まず本発明の実施対象とする画像形成装置の一例の基本構成を、例えばタンデム型カラー複写機を用いた例により説明する。なお、この画像形成装置のカラー複写機は単なる例であり、本発明の現像装置は、白黒の複写機でもよく、好ましくは２成分現像剤を使用する電子写真方式の画像形成装置であれば、使用することができる。

図１に示すように、タンデム型カラー複写機と称されるカラー複写機１０１は、装置本体中央部に位置する画像形成部１０１Ａと、該画像形成部１０１Ａの下方に位置する給紙部１０１Ｂと、画像形成部１０１Ａの上方に位置する原稿搬送部１０１Ｃと、スキャナ部とを有している。

画像形成部１０１Ａには、水平方向に延びる転写面を有する中間転写体としての中間転写ベルト１０２が配置されており、該中間転写ベルト１０２の上面には、色分解色と補色関係にある色の画像を形成するための構成が設けられている。すなわち、補色関係にある色のトナー（イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）による像を担持可能な像担持体としての感光体１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｂが中間転写ベルト１０２の転写面に沿って並置されている。

各感光体１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｂはそれぞれ同じ方向（反時計回り方向）に回転可能なドラムで構成されており、その周りには、回転過程において画像形成処理を実行する帯電装置１０４、光書き込み手段としての書き込み装置１０５、現像装置１０８、一次転写装置１０７、及びクリーニング装置１０６が配置されている。各符号に付記しているアルファベットは、感光体１０３と同様、トナーの色別に対応している。図１中にはイエローに対応する帯電装置１０４Ｙ、現像装置１０８Ｙ、一次転写装置１０７Ｙ、及びクリーニング装置１０６Ｙに記号が付記されているが他の色の装置も同様である。

１０５Ｙはイエロートナー画像の書き込み光を示す。各現像装置１０８には、それぞれのカラートナーが収容されている。中間転写ベルト１０２は、駆動ローラ１０２Ｂと、従動ローラ１０２Ａに掛け回されて感光体１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｂとの対峙位置において同方向に移動可能な構成を有している。従動ローラ１０２Ａと対向する位置には、中間転写ベルト１０２の表面をクリーニングするクリーニング装置１１０が設けられている。

感光体１０３Ｙの表面が帯電装置１０４Ｙにより一様に帯電され、スキャナ部からの画像情報に基づいて感光体１０３Ｙ上に静電潜像が形成される。該静電潜像はイエローのトナーを収容した現像装置１０８Ｙによりトナー像として可視像化され、該トナー像は所定のバイアスが印加される一次転写装置１０７Ｙにより中間転写ベルト１０２上に一次転写される。他の感光体１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｂでもトナーの色が異なるだけで同様の画像形成がなされ、それぞれの色のトナー像が中間転写ベルト１０２上に順に転写されて重ね合わせられる。転写後感光体１０３上に残留したトナーはクリーニング装置１０６により除去され、また、転写後図示しない除電ランプにより感光体１０３の電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。

給紙部１０１Ｂは、記録媒体としての用紙Ｐを積載収容する給紙トレイ１０１Ｂ１と、該給紙トレイ１０１Ｂ１内の用紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して給紙する給紙コロと、給紙された用紙Ｐを搬送する搬送ローラ対１０１Ｂ２と、用紙Ｐが一旦停止され、斜めずれを修正された後、中間転写ベルト１０２上の画像の先端と搬送方向の所定位置とが一致するタイミングでニップＮに向けて送り出されるレジストローラ対１０１Ｂ３を有している。レジストローラ対１０１Ｂ３の近傍には紙表面の反射率を検知する図示しないセンサを持ち、前工程におけるセンサ出力と異なる値の場合は中間転写ベルト１０２、あるいは対向ローラ１０２Ｃの切り換えを行う。

感光体１０３Ｙ、１０３Ｍ、１０３Ｃ、１０３Ｂから中間転写ベルト１０２上に一次転写されたトナー像Ｔ（以下、単にトナーともいう）は、図示しない二次転写バイアス印加手段によりバイアス（ＡＣ、パルスなどの重畳を含む）が対向ローラ１０２Ｃに印加され、中間転写ベルト１０２を介して二次転写ローラ１０９Ｂとの間で電界の作用により用紙Ｐの上に二次転写される。

その後、表面にトナー像Ｔを二次転写された用紙Ｐは、定着装置１１１により熱と圧力の作用に表面にトナー像を強固に定着される。

本発明の効果を確認する実験について説明する。
図２は、像担持体３０、これと対向し、静電潜像を現像しトナー像化する現像剤担持体３２、現像剤担持体３２の中に位置し、現像剤を現像剤担持体３２に引き付ける永久磁石、現像剤を攪拌しながら現像剤担持体へ搬送する第１回転搬送体３３、第２回転搬送体３４、現像剤担持体３２上の現像剤量を規制する規制部材３７、クリーニング部材３５、そして帯電部材３１からなるプロセスカートリッジの基本構成を示す図である。

上述の構成の装置を３台準備し、現像線速３６４ｍｍ／秒にて画像面積率２０％の画像をＡ４縦方向送りで５００００枚通紙した後に、２７℃８０％ＲＨの高温高湿環境に７日間放置した。７日後に現像剤のトナー濃度（ＴＣ）を測定し、以下の３通りの方法でＡ４縦送りの白紙（画像面積率０％画像）を３枚通紙した。
１．何もせずすぐに白紙を通紙した。
２．像担持体、現像剤担持体ともに駆動させながら６０秒間書き込みをせずに地肌ポテンシャル（＝像担持体表面電位−現像バイアス）＝−１３０Ｖで攪拌動作を行うことで、現像剤立ち上げ動作を行い、その後白紙を通紙した。
３．像担持体を一周分帯電させた後駆動を停止して、現像剤担持体を駆動させながら６０秒間書き込みをせずに地肌ポテンシャル＝−１３０Ｖで攪拌動作を行うことで、現像剤立ち上げ動作を行い、その後白紙を通紙した。

通紙後のＴＣを測定し、放置直後のＴＣと比較した。また、出力した白紙上の地汚れによる画像濃度を評価した。その結果を図３に示す。本実施例で、トナー濃度の低下が少なく（＝トナーの消費が少ない）、地汚れの程度が良好になることを確認できた。

図４は、本実施例の制御を説明するためのブロック図であり、同図において制御部４２は、画像形成シーケンスを実行する制御部が用いられ、本実施例と関係する部材として、入力側には、温度・湿度測定手段４１と放置時間検出手段４６が接続され、出力側には作像部４３、像担持体駆動部４４、現像剤担持体駆動部４５が接続されている。

本実施例での温度・湿度測定手段４１は装置本体に設置されたセンサであり、放置時間検出手段は前回印刷終了時より次の印刷指令までの時間を常時測定する装置に内蔵されたタイマである。

所定の温度、湿度、時間を超えた場合には、像担持体を一周分帯電させた後に駆動を停止して、現像剤担持体を駆動させながら書き込みをせずに地肌ポテンシャル＝−１３０Ｖで攪拌動作を行う時間を長くするよう設定する。すると、最適なＱ／Ｍ立ち上げ時間が実現できる。

すなわち本発明では、画像形成前に像担持体を静止させたまま現像剤担持体を駆動させることが可能であるため、現像剤担持体に対向する像担持体がその時点での現像ニップ位置という一箇所に限定されるため、攪拌時に地汚れにより現像されるトナーが最小限に抑えられる。また放置時間の検知手段を設けることで、放置時間に対し必要十分な時間だけ印刷前の攪拌を行うことができ、動作終了まで待たせる時間と品質の最適化を図ることができる。

さらに、温度湿度の検知手段を設けることで、放置環境に対し必要十分な時間だけ印刷前の攪拌を行うことができ、やはり動作終了まで待たせる時間と品質の最適化を図ることができる。

またさらに、放置時間、放置環境の温度湿度の検知手段を複数設けているため、放置時間、放置環境に対し必要十分な時間だけ印刷前の攪拌を行うことができ、やはり動作終了まで待たせる時間と品質の最適化を図ることができる。

なお本発明のプロセスカートリッジにおいては、上述のような本発明の作用、効果を得ることで、安定した画像を形成することができる。なおプロセスカートリッジを画像形成装置本体に対し着脱が自由に構成する構造は公知であるので説明及び図示を省略する。

また本発明のプロセスカートリッジにおいては、帯電機能、トナークリーニング機能も有しており、安定した画像を形成することができる。

本本発明の実施対象とする画像形成装置の一例の基本構成を示す図 本発明に係るプロセスカートリッジの基本構成を示す図 通紙後のＴＣを測定し、放置直後のＴＣと比較し、また、出力した白紙上の地汚れによる画像濃度を評価した結果を示す図 本実施例の制御を説明するためのブロック図 従来の画像形成装置の概念図

符号の説明

３０：像担持体
３１：帯電部材
３２：現像剤担持体
３３：第１回転搬送体
３４：第２回転搬送体
３５：クリーニング部材
３７：規制部材
４１：温度・湿度測定手段
４２：制御部
４３：作像部
４４：像担持体駆動部
４５：現像剤担持体駆動部
４６：放置時間検出手段
１０１：カラー複写機
１０１Ａ：画像形成部
１０１Ｂ：給紙部
１０１Ｂ１：給紙トレイ
１０１Ｂ２：搬送ローラ対
１０１Ｂ３：レジストローラ対
１０１Ｃ：原稿搬送部
１０２：中間転写ベルト
１０２Ｃ：対向ローラ
１０３：感光体
１０４：帯電装置
１０５：書き込み装置
１０６：クリーニング装置
１０７：一次転写装置
１０８：現像装置
１０９Ｂ：二次転写ローラ
１１０：クリーニング装置
Ｐ：用紙
Ｔ：トナー像

Claims (7)

1. トナーとキャリアからなる現像剤を用い、静電潜像を担持させる像担持体と、該像担持体の対向位置に位置し、前記静電潜像を現像しトナー像化する現像剤担持体と、該現像剤担持体に供給するトナーもしくは現像剤を内包する現像器と、前記像担持体を帯電させる帯電装置と、現像後のトナー像を転写材に転写した後に前記像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置とを備える画像形成装置において、
   画像形成前に前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動可能としてなることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   画像形成前に前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動させる駆動力を共通のモータ出力を前記像担持体と前記現像剤担持体とに分配するクラッチ機構を備えることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、
   画像形成を行う際に現像剤が攪拌されずに所定時間放置されたかどうかを判断する判断手段を備え、
   該判断手段が、
   現像剤が攪拌されずに所定時間放置されていたと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後一定時間該像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動し、その後に画像形成を行い、
   現像剤が攪拌されずに所定時間放置されていなかったと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後前記像担持体を静止させずに前記現像剤担持体を駆動させて画像形成する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   現像剤が攪拌されずに放置されていた状態の温度と湿度を検知する検知手段を備え、
   該検知手段が、
   現像剤が攪拌されずに所定の温度、湿度で所定時間放置されていたと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後一定時間前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動し、その後に画像形成を行い、
   現像剤が攪拌されずに所定の温度湿度で所定時間放置されてはいなかったと判断した場合には、前記像担持体を帯電させた後前記像担持体を静止させずに前記現像剤担持体を駆動させて画像形成する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３または４に記載の画像形成装置において、
   前記判断基準が判断する上記所定の温度、湿度、時間の少なくとも一つを複数備え、それらの値と前記検知手段が検出する温度、湿度、時間との大小関係に応じて前記像担持体を帯電させた後、一定時間前記像担持体を静止させたまま前記現像剤担持体を駆動する時間を変更する制御を行うことを特徴とする画像形成装置。
6. 画像形成装置に使用するプロセスカートリッジであって、
   該プロセスカートリッジは、請求項１から５のいずれかに記載の画像形成装置に用いられる現像器と、像担持体とを有し、前記画像形成装置本体に対して着脱自由としてなることを特徴とするプロセスカートリッジ。
7. 請求項６に記載のプロセスカートリッジにおいて、
   前記プロセスカートリッジは、前記像担持体を帯電させる帯電装置、及び／又は現像後のトナー像を転写材に転写した後に前記像担持体上に残留する転写残トナーを除去するクリーニング装置を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。