JP2011145352A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】局所的なトナー消費量に応じて帯電器の放電電極の清掃を行うことで、縦スジ発生を抑制した高耐久の画像形成装置を提供する。
【解決手段】放電電極１０ａを備えたコロナ帯電器１０が像担持体２に対向配置されており、現像剤担持体３ａの長手方向に沿って分割された複数の領域における各トナー消費量を算出し、その値が所定の値以上になるとコロナ帯電器１０の放電電極１０ａの清掃動作を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真感光体等の像担持体上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像装置を備え、電子写真方式によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、ドラム型の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）を所定の極性、電位に一様に帯電する帯電手段として、一般にコロナ帯電器（１次帯電器）が用いられている。これは、感光ドラムにコロナ帯電器を非接触に対向配置して、コロナ帯電器のコロナ放電によって発生するコロナイオンにより、感光ドラム表面を所定の極性、電位に一様に帯電処理するものである。

また、電子写真方式の画像形成装置では、上記した感光ドラムを帯電するためのコロナ帯電器（１次帯電器）以外にも、複数のコロナ帯電器が用いられている。

例えば、感光ドラム上の帯電したトナー像（トナー）の電荷極性を強めるためのコロナ帯電器（転写前帯電器）、感光ドラム上のトナー像を転写材（用紙）に転写させるためのコロナ帯電器（転写帯電器）である。更には、トナー像が転写された転写材（用紙）を除電して感光ドラム表面から分離させるためのコロナ帯電器（分離帯電器）などである。

これらのコロナ帯電器は、その動作時にオゾンＯ₃や窒素酸化物ＮＯ_X等のコロナ生成物を生成する。

これらのコロナ生成物は、放電エネルギー及び大気中のガス、水分等に作用する。この作用により、感光ドラム表面に窒素化合物、アルデヒド基、カルボキシル基等の親水性の化合物が付着する。付着した化合物質は、大気中の水分を吸湿し、その結果、感光ドラムの表面抵抗が低下してしまい、静電潜像が欠落する、所謂、「画像流れ」現象を引き起こす原因となる。

一方、コロナ生成物は、画像形成動作中にコロナ帯電器のとりわけ放電電極（放電ワイヤ―、鋸歯電極など）部分に徐々に付着する。そして、堆積したコロナ生成物は、コロナ帯電器の放電ムラを引き起こし、静電潜像上に電位ムラを発生させてしまい、画像上に縦スジ画像が発生してしまう。

このようなコロナ生成物の付着に対しては、清掃部材（清掃パット）を追加すると共に経時で放電電極に沿ってこの清掃部材を往復運動することで清掃動作を行い、放電ムラの発生を抑制することが可能である（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、コロナ生成物以外の、現像時のトナー飛散やクリーニングでのトナーすり抜け等によりコロナ帯電器にワイヤー（放電電極）汚れが発生してしまうことがある。

このような場合については、現像領域でのトナー消費量の状況に応じてワイヤー清掃動作を行うことが必要になってくる。

特許文献２では、全体的な画像情報の積算量に応じて帯電器の清掃動作を入れることで、トナー汚れに対して帯電器の清掃を行っている。出力される画像が常に全面均一画像である場合はこの方法で問題はない。しかし、実際に出力される画像は多種様々なものがほとんどである。このときには、ある一部だけ画像が載っているもの、すなわち一領域のみトナーの消費量が多くなるという現象が多々発生する。

とりわけ、近年のさらなる高速化が進む複写機の出力物としては、同じ出力物を大量に出力するという場合が非常に多く、その場合帯電ワイヤーの一部分が汚れるという現象が起こり易くなってしまう。

このような場合においては、全体的なトナーの消費量だけでは、清掃動作の必要なタイミングを計ることが不可能であり、結果的にはトナー消費量の多い一部の領域で帯電器のワイヤーにトナー付着が発生してしまう。

一方、このような一部だけ偏って帯電器ワイヤーが汚れてしまうのを防止する手段として帯電器の清掃が入る閾値を下げるという方法がある。しかし、この場合、清掃を行う回数が多くなり過ぎてしまい、ワイヤーの寿命低下や機械のダウンタイム増加という不具合が発生してしまう。

また帯電器のワイヤー部に一度トナーが多くついてしまうと、クリーニングで清掃してもなかなかとれにくく、結局その部分は縦スジとしてずっと出続けてしまう。

特開２００５−８４２１１号公報 特開平１１−１８４２１８号公報

そこで、本発明の目的は、局所的なトナー消費量に応じて帯電器の放電電極の清掃を行うことで、縦スジ発生を抑制した高耐久の画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、露光手段により像担持体に画像情報に応じた画像露光を行い前記像担持体に静電潜像を形成し、現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備えた現像装置により、前記像担持体の静電潜像をトナー像とし、前記像担持体のトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、
放電電極を備えたコロナ帯電器が前記像担持体に対向配置されており、
前記現像剤担持体の長手方向に沿って分割された複数の領域における各トナー消費量を算出し、その値が所定の値以上になると前記コロナ帯電器の前記放電電極の清掃動作を行うことを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明によれば、局所的なトナー消費量に応じて帯電器の放電電極の清掃を行うことで、縦スジ発生を抑制した高耐久の画像形成装置を実現することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。 電子写真感光体の層構成を説明するための模式図である。 本発明に係る画像形成装置の動作を説明するためのブロック図である。 本発明に係る画像形成装置の動作を説明するためのフローチャート図である。 画像処理装置の動作を説明するためのブロック図である。 画像処理装置における１画像当たりの各画像データに対するヒストグラムの一例を示す信号図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１は、本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。本実施例にて、画像形成装置は、電子写真方式のレーザプリンタとされる。ただ、本発明の画像形成装置はこのレーザプリンタに限定されるものではない。

本実施例にて、画像形成装置は、矢印方向（時計方向）に回転駆動される像担持体としてドラム状の電子写真感光体、即ち、感光ドラム２を備えている。感光ドラム２の周囲には、感光ドラム２の回転方向に沿って１次帯電器１０、感光ドラム２の表面電位を測定する電位センサ２１、現像装置３、転写前帯電器４、転写前露光ランプ５、転写ローラ７、クリーニング装置８、除電露光ランプ９が配設されている。また、１次帯電器１０と現像装置３の間の上方に露光装置１が配設されている。更に、転写材（用紙）１４の搬送方向（矢印方向）に対して転写ローラ７の下流側には定着器１１が配設されている。

本実施例では、１次帯電器１０、転写前帯電器４は、それぞれ放電電極１０ａ、４ａを備えたコロナ帯電器とされる。本実施例では、放電電極１０ａ、４ａは、図示するように、放電ワイヤーとされるが、これに限定されるものではなく、鋸歯電極とすることもできる。

なお、本実施例では、上述のように、１次帯電器１０、転写前帯電器４がコロナ帯電器とされているが、勿論、転写手段としての転写ローラ７も又コロナ帯電器とすることができる。しかし、これら帯電器が全てコロナ帯電器である必要はなく、感光ドラム２に対向配置された、少なくとも何れか一つの帯電器がコロナ帯電器であればよい。このようなコロナ帯電器の構造、機能は当業者には周知であるのでこれ以上の詳しい説明は省略する。

感光ドラム２は、本実施例では直径８０ｍｍのａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）であり、駆動装置（不図示）の駆動によって所定の周速度（プロセススピード）で矢印方向（時計方向）に回転駆動される。感光ドラム２は、図２に示すように、導電性材料のアルミニウムからなる円筒状の基体２ｅ上に阻止層２ｄ、光導電層（Ｉ、ＩＩ）２ｃ、２ｂ及び表面層２ａを順次積層して構成されている。光導電層（Ｉ、ＩＩ）２ｃ、２ｂは、シリコン原子が水素原子及びハロゲン原子を含むアモルファスシリコン材料を主体にして形成されている。

また、感光ドラム２の内側にはドラムヒータ２０が配設されており、空気中の絶対水分量が一定値以上の環境下では、通紙中にドラムヒータ２０への通電をＯＮすることによって感光ドラム２表面を加熱し、コロナ生成物の感光ドラム２への付着を防ぐ。

次に、本実施例の画像形成装置による画像形成動作について説明する。

画像形成時には、感光ドラム２は、矢印方向（時計方向）に所定の周速度（プロセススピード）で回転駆動され、帯電バイアスが印加された帯電手段である１次帯電器１０により感光ドラム２表面を一様に、所定の極性、電位に帯電する。そして、帯電された感光ドラム２表面に、露光手段である露光装置１から画像情報に応じた画像露光Ｌが付与されることにより、感光ドラム２表面の電位は画像露光Ｌされた部分の電位が低下して、入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。

現像剤（トナー）を収容した現像手段である現像装置３は、トナーを担持搬送する現像剤担持体としての現像スリーブ３ａを備えている。現像装置３は、現像スリーブ３ａにて搬送する感光ドラム２の帯電極性と同極性に帯電したトナーを静電潜像に付着させてトナー像として可視像化する。そして、トナー像は、転写前帯電手段である転写前帯電器４によりトナー像の電荷極性をさらに強められる。所定のタイミングで、転写材１４は、感光ドラム１と転写ローラ７の間で形成された転写ニップ内に搬送される。転写材１４が転写ニップ部に搬送されたタイミングで、転写バイアス（トナーと逆極性）を転写手段である転写ローラ７に印加することで、転写材１４上にトナー像を転写する。

トナー像が転写された転写材１４は、転写ローラ７で搬送装置１３にまで搬送され、さらに搬送装置１３により定着器１１に搬送される。定着器１１に搬送された転写材１４は、加熱されてトナー像が転写材１４上に定着された後、外部に排出される。

一方、トナー像転写後の感光ドラム２表面に残留している転写残トナーは、クリーニング手段であるクリーニング装置８によって除去されて回収される。また、感光ドラム２表面の残留電荷は除電露光ランプ９で除去され、次の画像形成動作に備える。

ここで現像装置３からのトナー飛散により、経時で一次帯電器１０と転写前帯電器４の放電電極である放電ワイヤー１０ａ、４ａが汚れてしまう。とりわけ転写前帯電器４は、現像装置３の下流近傍に位置しているため、現像時のトナー飛翔によりワイヤー汚れが顕著に発生してしまう。

ところで、本実施例の画像形成装置では、画像処理装置１０２（図３参照）を備えており、出力画像のビデオカウント情報１０１をエンジンメモリ（記憶手段）の中に逐次蓄積していくことができる。

ビデオカウント抽出のタイミングは現像工程前でも終了後でもよい。このビデオカウントデータは、出力用紙に対する画像面積率データであり、現像スリーブ３ａの長手方向（回転軸線方向）のデータに分割されて抽出される。次に、現像スリーブ３ａの長手方向のビデオカウントデータ分割方法について説明する。

図３は、本実施例の画像形成装置の一連の動作を説明するために装置構成をブロック図で示している。

図３において、画像形成装置における画像処理装置１０２により長手方向に換算された画像データ（画像情報）１０１は、ＣＰＵ１０４でトナー消費量として算出される。この結果は、記憶回路１０３に累積トナー消費量として記憶され、再度ＣＰＵ１０４にて帯電器清掃動作の可否を判断される。帯電器清掃実行となった場合、実行されているＪＯＢ終了時に帯電器清掃動作が実行される。従って、ＣＰＵ１０４は、特許文献１などに記載するように、当業者には周知の技術であるが、帯電器の清掃部材（清掃パット）をワイヤーに沿って往復移動するために、帯電器清掃モータ１０５を駆動制御する。

ここで、画像処理装置１０２内では、現像スリーブ３ａの長手方向に沿ってビデオカウントの分割処理が行われ、その詳細ブロック図を図５に示す。

図５は、例えば画像情報１０１を現像スリーブ３ａの長手方向に４分割した処理系統を示している。１画像あたりの各画像データに対するヒストグラムは、例えば図６のようになる。入力ビデオ信号の全画像データを００〜ＦＦとしたときに、これに対して４つの区分でデータ選別を行い、データ累積部２０３にて４つの領域でのビデオカウントデータとして蓄積する。この例ではＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４つの区分に選別されるものとする。この識別はデコーダ２０１でビデオ信号の上位に２ビットをデコードすることによって行われる。その後データ値選別部２０２にて、このそれぞれデコードされたデータに対して、同期信号との論理積がとられることで、データの選別が行われる。選別されたデータは、データ累積部２０３にて各カウンタＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにて累積処理される。

上述のようにして、現像スリーブ３ａの長手方向に分割されたビデオカウントデータに対して、出力用紙の進行方向の長さと感光体上のトナーの載り量から、消費したトナーの量を換算することができる。

従来、このような出力用紙の進行方向と直交する現像スリーブ３ａの長手方向への分割したトナーの消費量の見積もりは、例えば感光ドラム２上のトナー像を複数の反射型光センサで測定する方法等がある。しかし、この方法はある所定サイズのトナーの載り量を測定するのには非常に適している。しかし、ライン等の入り混じった実画像の載り量を精度良く測定することは困難である。そのため、実画像のトナーの消費量を算出する方法としては、本発明のようにビデオカウント情報から算出することが望ましい。

下記式１は、長手方向のｎ個分割したトナー消費量の算出式を示す。
（式１）
トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＝分割領域の画像面積率（ｎ）×（スリーブ長さ／ｎ）［ｃｍ］×紙サイズの長さ［ｃｍ］×感光体上のトナーの載り量［ｍｇ／ｃｍ²］

ここで、感光体上の、即ち、感光ドラム２上のトナーの載り量は所定のパッチ領域に対して光検知センサ３１（図１参照）から検出した値を採用する。上述したように所定領域のトナーの載り量を測定するに対して、この反射型光センサ検知方式は有効である。

本実施例の画像形成装置では、感光ドラム２上のトナーの載り量は０．７ｍｇ／ｃｍ²である。

式１より得られた各領域での消費量に対して、下記式２のように累積のトナー消費量を算出する。
（式２）
累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＝累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＋トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］
式２より算出された累積トナー消費量から、帯電器清掃を行うかどうかは、下記式３で判断する。
（式３）
累積トナー消費量（ｎ）［ｍｇ］＞清掃リミット消費量［ｍｇ］（設定値）
式３を満足する条件のとき、帯電器清掃を実行ＯＫと判断する。ここで清掃動作実行ＯＫとなった場合、このとき実行されているそのＪＯＢが終了した後に帯電器清掃動作を実行する。

ここで清掃リミット消費量は任意に設定することができる。清掃リミット消費量は、ビデオカウントの分割数に依存しており、分割数が多ければその分この値は小さくする必要がある。もちろん、清掃リミット消費量が大き過ぎると、なかなか帯電器清掃が行なわれないために帯電器が汚れてしまう。逆に、清掃リミット消費量が小さ過ぎると帯電器清掃が頻繁に入り過ぎてしまい、装置本体の他の動作に影響してしまう。そのためこの設定値を装置特有の帯電器の汚れ状況に合わせて設定する必要がある。

ここで、本発明の一連の動作について図４に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートの各種機器の制御は、ＣＰＵ１０４によって行われる。

ＳＴＥＰ１〜３：
上述したように、上記式１より得られた各領域での消費量に対して、上記式２のように累積のトナー消費量を算出する。

上記式２より算出された累積トナー消費量から、帯電器清掃を行うかどうかを、上記式式３で判断する。ＹＥＳの場合には、ＳＴＥＰ４に進み、ＮＯの場合には、終了する。

ＳＴＥＰ４：
ＳＴＥＰ３にて式３を満足する条件のとき、帯電器清掃を実行ＯＫと判断し、清掃動作実行フラグを立て、その時に実行されているそのＪＯＢが終了した後に帯電器清掃動作を実行する。ＣＰＵ１０４は、帯電器清掃モータ１０５を駆動する。これにより、帯電器の放電ワイヤーが清掃される。

ＳＴＥＰ５、６：
ここで、帯電器清掃実行のフラグが立ってもＪＯＢが途切れず装置が動き続けているような場合は、フラグが立ってから所定の通紙枚数後に帯電器清掃が実行されていない場合（ＮＯの場合）は、強制的に帯電器清掃を行うようにする。その後、ＳＴＥＰ７に移行し、累積トナー消費量をリセットして、終了する。

ＳＴＥＰ７：
ＳＴＥＰ５にて、フラグが立ってから所定の通紙枚数後に帯電器清掃が実行された場合（ＹＥＳの場合）には、累積トナー消費量をリセットして、終了する。

上述のように、本発明では、局所的なトナー消費量を算出しそれに応じて帯電器のワイヤー清掃を行。従来のように、平均画像情報で算出すると、一部分消費量が多くても平均ではトナー消費量が少ないという場合が生じてしまい、その一部分的にトナーが多くついてしまう。これに対して、本発明では、局所的なトナー消費量を算出しそれに応じて帯電器のワイヤー清掃を行う構成とされるので、縦スジ発生抑制が可能となる。

実施例２
実施例１において、長手方向のトナー消費量によって帯電器の清掃入れることで縦スジのない画像形成装置を実現することが可能となった。しかし、帯電器の清掃能力は経時で落ちてくる傾向がある。それは清掃動作を行うことにより、帯電器の清掃パット（清掃部材）が汚れてくるためであり、所定の寿命がきたらこの清掃パットは交換しなければならない。

ただし、寿命により交換されるまでは何回か清掃パットを繰り返し使用することが必要であり、清掃パットの清掃能力が経時で落ちてくるため、清掃回数に応じて帯電器の清掃間隔も変化させる必要がある。

本実施例では、実施例１の分割ビデオカウントに加え、分割した領域の清掃履歴を蓄積することにより、それに応じて帯電器の清掃間隔を変更させる。即ち、清掃回数が増大するにつれて、清掃間隔が短くなるように、清掃間隔が変更される。

これは、下記式５に示されるように、実施例１で使用した清掃リミット消費量を帯電器清掃が行われた回数に応じて小さくしていけばよい。
（式５）
清掃リミット消費量＝清掃リミット消費量−（所定量×清掃回数）

これにより、経時においてさらに縦スジ発生を抑制した画像形成装置を提供することが可能となる。

上記各実施例では、本発明は、感光ドラム２のトナー像を直接、記録媒体としての転写材１４に転写する画像形成装置であるとして説明したが、本発明はこの構成の画像形成装置に限定されるものではない。感光ドラム以外の記録媒体としての中間転写体を備え、感光ドラム２のトナー像を一旦この中間転写体に転写し、その後、中間転写体のトナー像を転写材に転写する中間転写方式の画像形成装置であってもよい。斯かる画像形成装置の構成は、当業者には周知であるので、これ以上の詳しい説明は省略する。

１ 露光装置（露光手段）
２ 感光ドラム（像担持体）
３ 現像装置（現像手段）
３ａ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４ 転写前帯電器（転写前帯電手段）
４ａ 放電ワイヤー（放電電極）
７ 転写ローラ（転写手段）
１０ １次帯電器（帯電手段）
１０ａ 放電ワイヤー（放電電極）
３１ 光検知センサ

Claims (7)

1. 露光手段により像担持体に画像情報に応じた画像露光を行い前記像担持体に静電潜像を形成し、現像剤を担持搬送する現像剤担持体を備えた現像装置により、前記像担持体の静電潜像をトナー像とし、前記像担持体のトナー像を記録媒体に転写する画像形成装置において、
   放電電極を備えたコロナ帯電器が前記像担持体に対向配置されており、
   前記現像剤担持体の長手方向に沿って分割された複数の領域における各トナー消費量を算出し、その値が所定の値以上になると前記コロナ帯電器の前記放電電極の清掃動作を行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コロナ帯電器は、前記露光手段により静電潜像が形成される前記像担持体を、前記露光手段による露光の前に一様に帯電する帯電手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記コロナ帯電器は、前記像担持体のトナー像を記録媒体に転写する転写手段であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成装置は、前記像担持体のトナー像を記録媒体に転写する前に、前記像担持体に形成されたトナー像の電荷を強めるための転写前帯電器を備えており、前記コロナ帯電器は、前記転写前帯電器であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記現像剤担持体の長手方向に沿って分割された複数の領域における各トナー消費量の算出は、前記露光手段に対する画像情報であるビデオカウント情報を現像剤担持体の長手方向のデータに分割して行なうことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
6. 前記現像剤担持体の長手方向に沿って分割された複数の領域の清掃履歴を蓄積し、前記清掃履歴の中の前記帯電器の清掃回数が増大するにつれて清掃間隔が短くなるように当該帯電器の清掃間隔を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の画像形成装置。
7. 前記現像剤担持体の長手方向に沿って分割された複数の領域の清掃履歴を蓄積し、前記清掃履歴の中の前記帯電器の清掃を判断するトナーの清掃リミット消費量を、当該帯電器の清掃が行われた回数が増えるにつれて小さくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の画像形成装置。

Images