JP2010276705A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、トナーの強制消費処理を行う場合に劣化したトナーが増加した段階でも画質の劣化を抑えることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】記録制御部４０は、累積枚数カウンタ４０１及びトナー消費処理部４０２を備えており、累積枚数カウンタ４０１は、装置の使用開始時から画像形成処理された枚数をカウントして累積枚数データとして記憶する。トナー消費処理部４０２は、累積枚数カウンタ４０１がカウントした累積枚数データ及びトナー残量検知回路４７からの検知信号に基づくトナー残量データにより供給ローラ３４に印加する供給電圧を決定してトナーの強制消費に関する制御処理を行う。トナーの強制消費量は、トナー残量が減少していくに従い増加するように設定し、累積枚数データが増加していく場合にその分消費量を増加するように補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関する。

上述の画像形成装置では、感光体ドラムの表面に静電潜像を形成してトナーにより可視像化し、形成されたトナー像を用紙に転写して画像形成を行い、用紙に転写されたトナー像を用紙に定着させる電子写真方式が採用されている。

こうした電子写真方式の画像形成装置では、貯留室に貯留されたトナーを現像ローラに供給し、現像ローラを所定方向に回転しながら現像バイアスを印加して感光体ドラムに形成された静電潜像にトナーを付着させて現像する現像部を備えている。

現像部では、トナーを消費していくに従い貯留室内のトナーが劣化していき、劣化したトナーを使用して画像形成処理を行う場合、静電潜像にトナーが均一に付着せず画質劣化の要因となっている。トナーの品質劣化は、例えば、粒径の小さいトナー粒子が感光体ドラムに付着しやすいためにトナーの消費が進むに従い粒径の大きいトナー粒子が残留するようになって現像しにくいトナーとなる。また、駐留室内でトナーが長時間撹拌された場合にも、トナー粒子が互いに擦れ合って表面が劣化し、撹拌時間の経過によりトナーの品質劣化が進むようになる。

こうしたトナーの消費に伴う品質劣化に対しては、現像部内に滞留する劣化したトナーを外部に強制的に排出する処理が行われている。例えば、特許文献１では、画像形成動作に伴って感光体ドラム上にトナー画像を形成するときには、現像ローラ及びブレード部材にそれぞれ異なった直流成分を含む交流電圧を印加する現像装置が記載されている。そして、画像形成動作とは無関係にトナーを強制的に消費するときには、現像ローラ及びブレード部材に印加する電圧の直流成分の差を小さくする点が記載されている。また、特許文献２では、現像装置内に収容された現像剤の濃度が規定量を下回ったときに、潜像坦持体に余剰現像剤を強制付着させて現像装置内から排出する画像形成装置が記載されている。そして、潜像坦持体に強制付着させて移送した余剰現像剤を、潜像坦持体上の残留トナーをクリーニングするためのクリーニング装置により回収する点が記載されている。また、特許文献３では、トナー強制排出モードにおいて画像形成領域より低い周波数の交流バイアスを強制排出用画像形成領域に印加して強制排出用潜像を現像して強制排出用トナー像を形成し、クリーニング装置でトナーを回収する点が記載されている。

特開２００７−１４８０３１号公報 特開平８−９５３８３号公報 特開２００６−３１３３０７号公報

上記の特許文献では、劣化したトナーを強制的に排出するトナー強制消費処理を実行する際に排出するトナー量を調整することが行われているが、こうしたトナー強制消費処理を定期的に行う場合、上述したように、トナーの消費が進むに従って劣化したトナーの割合が増加してくるため、画質の劣化が避けられない。

そこで、本発明は、トナーの強制消費処理を行う場合に劣化したトナーが増加した段階でも画質の劣化を抑えることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る画像形成装置は、感光体ドラムと、前記感光体ドラムの表面を帯電させる帯電部と、前記感光体ドラムの帯電表面を露光して静電潜像を形成する露光部と、前記感光体ドラム表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて可視像化する現像部と、前記感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を用紙に転写させる転写部と、前記感光体ドラムを回転制御するとともに用紙に画像形成するように前記各部を制御する制御部とを備えた画像形成装置において、前記現像部は、前記静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ及び内部に貯留するトナーを当該現像ローラに供給する供給ローラを備えており、前記制御部は、前記現像部におけるトナーの消費量に関連する使用実績データを蓄積する使用実績処理部と、前記感光体ドラムの画像形成領域以外の領域にトナーを付着させてトナーを強制的に消費させるとともに前記供給ローラに印加する供給電圧を制御することで前記使用実績データの増加に伴って強制的に消費されるトナーの消費量を増加させるトナー消費処理部とを備えていることを特徴とする。さらに、前記使用実績処理部は、前記使用実績データとして、前記現像部に貯留されたトナーの残量データ、画像形成された累積枚数データ、画像形成された画素数の累積データ及び前記現像部における現像処理の累積時間データのうち少なくとも１つを算出して記憶することを特徴とする。さらに、前記トナー消費処理部は、前記現像部に印加する現像電圧と前記供給電圧との差を制御して強制的に消費されるトナーの消費量を調整することを特徴とする。

上記のような構成を有することで、トナーの消費量に関連する使用実績データの増加に伴って強制的に消費されるトナーの消費量を増加させて、劣化したトナーの割合が増加した場合でも強制的に劣化したトナーを排出し、画質劣化を抑えることができる。

本発明に係る画像形成装置全体の概略構成図である。 記録部における回路構成を示す概略図である。 トナー残量検知機構に関する概略図である。 トナーの強制消費処理に関するフローである。

以下、本発明に係る実施形態について詳しく説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る画像形成装置全体の概略断面図である。画像形成装置１の上部には用紙排出トレイ１０が設けられ、その下部には、記録部２及び給紙部３が配されている。

給紙部３では、給紙カセット１１が配置されており、フラッパ１２に所定のサイズの用紙が複数枚積載されている。給紙カセット１１の右端部には、ピックアップローラ１３が配置されている。フラッパ１２は、積載された用紙の上面がピックアップローラ１３に圧接するように、図示しないバネ部材により上方に付勢されている。この状態でピックアップローラ１３が回転駆動することで、摩擦力により用紙が１枚ずつ用紙搬送路に給紙されるようになる。

給紙された用紙は、まずフィードローラ１４及びプレスローラ１５により記録部２に搬送される。記録部２では、搬送された用紙に記録するために、現像器１６、クリーニング機構１７、コロナ帯電器１８、感光体ドラム１９、転写ローラ２０、露光ヘッド２１及び定着ローラ２２が備えられている。クリーニング機構１７は、転写後の感光体ドラム１９の表面に付着した残留トナーや紙粉等の異物をクリーニングローラにより捕捉して感光体ドラム１９の表面を清掃する。コロナ帯電器１８は、放電ワイヤからのコロナ放電により感光体ドラム１９の表面を一様に帯電する。一様に帯電された感光体ドラム１９に、露光ヘッド（ＬＥＤヘッド）２１で画像記録信号に応じて露光することで静電潜像が形成される。

そして、現像器１６は、内部に貯留されたトナーを感光体ドラム１９に形成された静電潜像に転移させて、静電潜像を可視像化する。転写ローラ２０は、用紙を挟んで感光体ドラム１９と対向する位置に設置されており、所定の電圧が印加されると感光体ドラム１９表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。そして、転写されたトナー像は、定着ローラ２２及びプレスローラ２３によって挟持されて加熱・プレスされ用紙に定着される。定着された用紙は、排紙ローラ２４及びプレスローラ２５の間に挟持されて用紙排出トレイ１０に搬出される。

また、装置本体の側面には、手差し給紙機構及び反転搬送機構が設けられており、手差し給紙を行う場合には、側面カバー２６を開いて給紙ローラ２７に用紙を差し込むことで行われる。差し込まれた用紙は、給紙ローラ２７によりフィードローラ１４及びプレスローラ１５に搬送されて記録動作が行われる。また、反転搬送を行う場合には、片面に記録した用紙が一旦排紙ローラ２４及びプレスローラ２５の間に挟持されて搬出された後排紙ローラ２４を逆回転して反転搬送路に搬送する。そして、フィードローラ２８及びプレスローラ２９、フィードローラ３０及びプレスローラ３１の２対の搬送ローラにより下方に向けて搬送する。次に、再度フィードローラ１４及びプレスローラ１５に搬送されてもう一方の面に記録動作が行われ、用紙の両面に記録されるようになる。

図２は、記録部２における回路構成を示す概略図である。記録動作全体の制御を行う記録制御部４０は、帯電電圧印加回路４１、現像電圧印加回路４２、クリーニング電圧印加回路４３及び転写電圧印加回路４４に制御信号を送信して電圧制御を行う。

帯電電圧印加回路４１は、コロナ帯電器１８の放電ワイヤ３２に帯電電圧ＨＶＣを印加し、現像電圧印加回路４２は、現像ローラ３３及び供給ローラ３４に現像電圧ＨＶＢ及び供給電圧ＨＶＳを印加する。また、クリーニング電圧印加回路４３は、クリーニングローラ３５、回収ローラ３６及びスポンジ体３７にクリーニング電圧ＨＶＣＬを印加し、転写電圧印加回路４４は、転写ローラ２０に転写電圧ＨＶＴを印加する。なお、記録制御部４０は、定着ローラ２２等の部材の電圧制御も行うようになっているが、図２では省略している。

そして、記録制御部４０は、現像電圧印加回路４２を制御して現像ローラに印加する現像電圧を増加させると感光体ドラム１９の表面電位との電位差が大きくなってトナーの付着量を増加させることができる。

また、記録制御部４０は、画像信号に基づいて露光ヘッド２１の露光制御を行い、コロナ帯電器１８により一様に帯電された感光体ドラム１９の表面に静電潜像を形成する。記録制御部４０は、露光ヘッド２１に配列された多数のＬＥＤ素子による照射時間を調整することで露光量を調整する。感光体ドラム１９の各ＬＥＤ素子の露光位置に対して照射時間を長くすることで露光量を大きくして表面電位を低下させることができる。そして、表面電位を低下させることで現像する際のトナーの付着量を増加させることが可能となる。

記録制御部４０は、主モータ（ＲＸ）４５及び副モータ（ＤＵＰ）４６に対して制御信号を送信して回転駆動制御を行う。主モータ４５は、記録制御部４０からの制御信号に基づいて、ピックアップローラ１３、フィードローラ１４、クリーニングローラ３５、回収ローラ３６、感光体ドラム１９、供給ローラ３４、現像ローラ３３、転写ローラ２０、定着ローラ２２を回転駆動させる。また、排紙ローラ２４は、主モータ４５からの回転駆動力によりクラッチを介して用紙を排紙する方向に回転されるようになっている。副モータ４６は、記録制御部４０からの制御信号に基づいて、フィードローラ２９及び３１を回転駆動するとともに、排紙ローラ２４をクラッチを介して用紙を反転搬送する方向に回転駆動する。

また、記録制御部４０は、累積枚数カウンタ４０１及びトナー消費処理部４０２を備えており、累積枚数カウンタ４０１は、装置の使用開始時から画像形成処理された枚数をカウントして累積枚数データとして記憶する。画像形成処理された用紙のカウントは、例えば、ピックアップローラ１３の動作回数をカウントするようにすればよい。

トナー消費処理部４０２は、累積枚数カウンタ４０１がカウントした累積枚数データ及び後述するトナー残量検知回路４７からの検知信号に基づくトナー残量データによりトナーの強制消費量を決定してトナーの強制消費に関する制御処理を行う。

トナーの強制消費量は、トナー残量が減少していくに従い増加するように設定する。トナーは消費されるに従い劣化したトナーの割合が増加してくるため、それに合わせてトナーを強制的に排出するためのトナーの強制消費量を増加させるようにする。また、累積枚数データが増加する場合、その分現像器１６内のトナーが撹拌される時間が長くなることから、劣化するトナーの割合が増加するため、その分トナーの強制消費量を増加させればよい。このように、累積枚数データ及びトナー残量データを用いてトナーの強制消費量を決定するが、いずれかのデータに基づいて決定するようにしてもよい。

また、累積枚数データの代わりに、画像形成された画素数の累積データ又は現像処理の累積時間データといった現像処理におけるトナーの消費量に関連する使用実績データを用いてもよい。画素数の累積データは、装置の使用開始時から画像形成処理で用いられた記録信号に含まれる画素数をカウントして累積したデータで、静電潜像の画素数の増加がトナーの消費量の増加となり、正の相関関係を有する。また、累積時間データは、現像ローラ３３の回転時間をカウントして累積したデータで、現像ローラ３３の回転速度が一定であれば、回転数をカウントするようにしてもよい。現像ローラ３３は記録動作以外の前回転処理及び後回転処理でも動作するので、そうした点を考慮して累積時間データを用いることもできる。

トナーを強制的に排出する強制消費処理は、供給ローラ３４に印加する供給電圧ＨＶＳを制御することにより行われる。供給電圧ＨＶＳと現像ローラ３３に印加する現像電圧ＨＶＢとの間の電位差が大きくなるように供給電圧ＨＶＳを調整する。例えば、現像電圧ＨＶＢが−３００Ｖ〜−３５０Ｖに設定されている場合、通常の現像処理では供給電圧ＨＶＳを−４５０Ｖに設定し、強制消費処理では−５００Ｖに設定して電位差を大きくする。現像ローラ３３及び供給ローラ３４の間の電位差が大きくなることで、供給ローラ３４から現像ローラ３４に供給されるトナー量が増加するようになる。そのため、通常より多いトナー量が供給された現像ローラ３４から感光体ドラム１９の表面に付着するトナー量が増加してトナーの消費量が増加するようになる。このように、供給電圧ＨＶＳを制御して現像電圧ＨＶＢとの間の電位差を調整することで、強制排出されるトナーの消費量を調整することができる。

また、トナー強制消費処理の際には、帯電電圧ＨＶＣを感光体ドラム１９の表面が帯電しないオフの状態とし、感光体ドラム１９の表面電位を低い状態に設定するとよい。そして、現像電圧ＨＶＢを現像処理するオンの状態にして現像ローラ３３と感光体ドラム１９との間に電位差を生じさせれば、現像ローラ３３から感光体ドラム１９の表面全体にトナーが転移して大量のトナーが消費される。その際に、転写ローラ２０の転写電圧ＨＶＴはオフの状態か通常の転写電圧とは逆極性の電圧を印加しておけば、転写ローラ２０へのトナーの転移を防止することができる。そして、感光体ドラム１９の表面に転移したトナーはクリーニングローラ３５に転移して回収される。

同様に、露光ヘッド２１により感光体ドラム１９の表面を全露光して行うこともできる。この場合には、コロナ帯電器１８に印加する帯電電圧ＨＶＣをオンの状態にして、感光体ドラム１９の表面を帯電状態とする。そして、露光ヘッド２１により帯電した感光体ドラム１９の表面を全露光して表面電位を低下させる。現像ローラ３３には現像電圧ＨＶＢを印加するオンの状態にして、現像ローラ３３と感光体ドラム１９との間に電位差を生じさせれば、現像ローラ３３から感光体ドラム１９の表面全体にトナーが転移して大量のトナーが消費される。

なお、強制消費されるトナー量は、強制消費処理を行う処理時間に基づいて設定されるが、露光ヘッド２１の露光量を調整することで設定することもできる。例えば、全露光ではなく所定の露光パターンで露光すれば、同じ処理時間でも露光パターンを変化させて強制消費されるトナーの量を変化させることができる。

また、トナー強制消費処理の際に、現像電圧ＨＶＢに交流成分を重畳して感光体ドラムに転移するトナー量を増加させてトナーの消費量を調整するようにしてもよい。

記録制御部４０は、トナー残量検知回路４７からの検知信号に基づいてニアエンプティ制御及びエンプティ制御を行う。ニアエンプティ制御では、トナー残量が所定の設定量以下であると検知された場合にニアエンプティの表示を行ってユーザにトナーが残り少なくなっていることを報知する。そして、さらにトナー残量が少なくなった場合にはエンプティ制御を行い、画像形成処理を停止してユーザに現像器の交換を促すように制御する。

図３は、トナー残量検知機構に関する概略図である。トナー残量検知機構は、現像器１６の補給室の底面に設けられた２つの凹溝内にセットされるトナー残量検知センサ５０及び５１を備えている。現像器１６の凹溝は透明部材からなり、発光器及び受光器からなるトナー残量検知センサが凹溝内に光が透過するか否かで凹溝内のトナーの有無を検知する。凹溝内のトナーは、撹拌パドルに取り付けられたクリーニング部材によりクリーニングされる。トナー残量が多い場合にはクリーニング後に凹溝内がトナーで埋まるが、トナー残量が少なくなると凹溝内がトナーで埋まらなくなるため受光器では発光器の光を検知し続けることになる。トナー残量検知回路４７は、残量検知センサ５０及び５１の検知出力に基づいてトナー残量を示す検知信号を記録制御部４０に出力する。

トナー残量検知センサ５１は、現像ローラから最も遠いトナー室の残量を検知し、トナー残量検知センサ５０は、次に遠いトナー室の残量を検知するので、トナー残量検知センサ５１で検知された残量の方が多くなる。すなわち、トナーはパドルにより順次現像ローラの方に移送されるので、現像ローラから最も遠いトナー室から近いトナー室に行くに従い残量が多くなる。したがって、トナー残量検知センサ５０及び５１の検知信号を用いれば、トナー残量検知センサ５１により現像器１６内のトナーの残量が多い設定量で残量検知が行なわれ、トナー残量検知センサ５０によりトナー残量が少ない設定量で残量検知を行なわれる。

記録制御部４０には、予めトナー残量検知センサ５０及び５１からのトナーの有無の検知パターンと現像器１６内の残留状態との相関を示すデータを記憶する相関データ記憶部４１０設けられている。記録制御部４０は、相関データ記憶部４１０から相関データを読み出してトナー残量検知回路４７からの入力データと比較して現像器１６内のトナーの残量を検知する。

図４は、トナーの強制消費処理に関するフローである。まず、記録信号が入力されたか否かがチェックされ（Ｓ１００）、記録信号が入力された場合には現像ローラの駆動が開始される（Ｓ１０１）。そして、累積枚数データ等の使用実績データが読み出され（Ｓ１０２）、トナー残量データが検知される（Ｓ１０３）。

読み出された使用実績データ及び検知されたトナー残量データに基づいて供給ローラ３４に印加する供給電圧ＨＶＳが決定される（Ｓ１０４）。強制消費処理時間は、予め使用実績データ及びトナー残量データに対応した供給電圧ＨＶＳをテーブルに記憶しておくか、算出式により計算して決定すればよい。

供給電圧ＨＶＳが決定された後画像形成処理が行われる（Ｓ１０５）。そして、感光体ドラム表面の画像形成領域と次の画像形成領域との間の非画像形成領域を用いてトナーの強制消費処理が行われる（Ｓ１０６）。なお、非画像形成領域に対するトナーの強制消費処理は、必要に応じて行えばよい。

次の画像形成処理を行うか否かチェックし（Ｓ１０７）、画像形成処理が必要な記録信号が存在する場合には、ステップＳ１０５に戻り、画像形成処理を繰り返す。ステップＳ１０７において画像形成処理が必要な記録信号がないと判断された場合には、後回転処理を行って（Ｓ１０８）、現像ローラが駆動停止される（Ｓ１０９）。

以上説明したフローでは、画像形成処理中に感光体ドラムの非画像形成領域に対してトナーの強制消費処理を行っているが、トナーの強制消費量が多くなってきた場合にはステップＳ１０８の後回転処理で行うようにしてもよい。

１ 画像形成装置
２ 記録部
３ 給紙部
17 クリーニング機構
18 コロナ帯電器
19 感光体ドラム
20 転写ローラ
21 露光ヘッド
32 放電ワイヤ
33 現像ローラ
34 供給ローラ
35 クリーニングローラ
40 記録制御部
41 帯電電圧印加回路
42 現像電圧印加回路
43 クリーニング電圧印加回路
44 転写電圧印加回路
45 主モータ
46 副モータ
47 トナー残量検知回路
50 トナー残量検知センサ
51 トナー残量検知センサ

Claims (3)

1. 感光体ドラムと、前記感光体ドラムの表面を帯電させる帯電部と、前記感光体ドラムの帯電表面を露光して静電潜像を形成する露光部と、前記感光体ドラム表面に形成された静電潜像にトナーを付着させて可視像化する現像部と、前記感光体ドラムの表面に形成されたトナー像を用紙に転写させる転写部と、前記感光体ドラムを回転制御するとともに用紙に画像形成するように前記各部を制御する制御部とを備えた画像形成装置において、前記現像部は、前記静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ及び内部に貯留するトナーを当該現像ローラに供給する供給ローラを備えており、前記制御部は、前記現像部におけるトナーの消費量に関連する使用実績データを蓄積する使用実績処理部と、前記感光体ドラムの画像形成領域以外の領域にトナーを付着させてトナーを強制的に消費させるとともに前記供給ローラに印加する供給電圧を制御することで前記使用実績データの増加に伴って強制的に消費されるトナーの消費量を増加させるトナー消費処理部とを備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記使用実績処理部は、前記使用実績データとして、前記現像部に貯留されたトナーの残量データ、画像形成された累積枚数データ、画像形成された画素数の累積データ及び前記現像部における現像処理の累積時間データのうち少なくとも１つを算出して記憶することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記トナー消費処理部は、前記現像部に印加する現像電圧と前記供給電圧との差を制御して強制的に消費されるトナーの消費量を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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