JP2011180193A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 経時における出力画像の画像品質を高品位に維持しつつ、強制消費されるトナーを低減してトナーの利用効率を高めることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 現像担持体(現像ローラ33Yb)と現像剤規制部材(ドクタブレード33Ye)を有する現像装置(現像手段33Y)を備えた画像形成装置(カラープリンタ1)において、現像装置で現像する画像の画像面積率Cを予め現像前に算出する画像面積率算出手段Aと、この画像面積率算出手段Aの算出値に基づいて、現像装置の現像剤担持体と現像剤規制部材(ドクタブレード33Ye,B10,B20)との間を通過する現像剤通過量を制御する現像剤通過量制御手段Bと、を設け、この現像剤通過量制御手段Bにより、画像面積率算出手段Aによる算出値が所定値C0よりも小さい場合には、現像剤通過量が多くなるように制御する。
【選択図】 図12
【解決手段】 現像担持体(現像ローラ33Yb)と現像剤規制部材(ドクタブレード33Ye)を有する現像装置(現像手段33Y)を備えた画像形成装置(カラープリンタ1)において、現像装置で現像する画像の画像面積率Cを予め現像前に算出する画像面積率算出手段Aと、この画像面積率算出手段Aの算出値に基づいて、現像装置の現像剤担持体と現像剤規制部材(ドクタブレード33Ye,B10,B20)との間を通過する現像剤通過量を制御する現像剤通過量制御手段Bと、を設け、この現像剤通過量制御手段Bにより、画像面積率算出手段Aによる算出値が所定値C0よりも小さい場合には、現像剤通過量が多くなるように制御する。
【選択図】 図12
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、これらの複合機等の電子写真プロセスを利用した画像形成装置に関し、より詳しくは、画像形成装置において、現像剤に与えるストレスを緩和する技術に関するものである。
従来、現像剤収容部内の現像剤(キャリア、トナー)を撹拌し、トナーを感光体に対向する現像領域に搬送して感光体上に形成された潜像を現像し、現像領域で現像に用いられなかったトナーを現像剤収容部内に戻し、現像剤収容部内に必要に応じてトナーを補給する画像形成装置が知られている。
また、このような画像形成装置において、低画像面積率(例えば、A4用紙で画像密度5%未満の場合など)の画像を多く出力するなど、トナー消費の少ない状態で現像剤収容部内の現像剤を撹拌すると、地汚れ、画像のボソツキ、濃度変動、補給トナーの地肌汚れ等々、様々な不具合が生じることが知られている。
このような出力画像の品質低下が発生する原因としては、トナーが現像器内に長時間滞留することにより、現像剤の撹拌時や搬送時に機械的ストレスを受け続けてトナーが劣化することが考えられる。即ち、薄層化用のブレードや現像剤供給ローラとの摩擦が生じた際にトナー表面の添加剤(例えば、シリカ(SiO2)や酸化チタン、アルミナや脂肪酸金属などの微粉末)がトナー中へ埋没することによる帯電異常や、圧縮や摩擦によるトナー平均粒径の変化による帯電特性変化等があると推定されている。
このようにトナーの帯電特性が劣化すると、現像器内に残留する劣化したトナーが逆極性に帯電する場合があり、その残留トナーが感光体ドラム上の静電潜像が形成されていない地肌部に付着し、上述のような地肌汚れ等の出力画像の品質低下を発生させるものと考えられる。これらの不具合はいずれも高画像面積出力時には発生しない問題であるため、対策の一つとして、所定のタイミングでトナーを強制的に消費させてしまう方法が提案されている。
例えば、特許文献1には、現像装置駆動時間当たりの画像書き込み量が少ないときにトナーを強制消費させる方式が開示されている。即ち、静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置により現像する画像形成装置において、作像する画像の面積率を検知する画像面積率検知手段と、前記現像装置の現像駆動時間を検知する現像駆動時間検知手段とを備え、現像の単位駆動時間あたりの画像面積率に応じて現像剤を強制消費させる画像形成装置が提案されている。
また、特許文献2には、制御装置を備え、平均画像密度算出手段で算出された平均画像密度が予め設定された所定値以下であり、且つ、RAMに格納されている画像量積算値に対するトナー供給量積算手段により積算されたトナー供給量の積算値の比率が所定値以上である、という二つの条件を満たした場合に、トナー強制消費手段によるトナーの強制的な消費を実行する方式が開示されている。
特許文献1及び特許文献2に開示されている発明は、トナーの強制的な消費のタイミングを効率的に制御し、無駄なトナー消費を極力減らすという思想である。しかしながら、低画像面積率の現像が非常に多い場合にはトナーの強制消費を行わざるを得ず、トナーの利用効率という点では効果が少ないという問題があった。また、トナーの強制消費量は減らせても基本的には劣化トナーの生成量は変わらず、よって、特許文献1及び特許文献2記載の画像形成装置では、トナー利用効率の大幅な向上は見込めないという問題もある。
ところで、現像剤の劣化は、現像剤規制部材と現像剤担持体とのギャップ(ドクタギャップ)を通過する際に現像剤にストレスが繰り返し与えられることが主要因であると考えられる。つまり、画像面積率が低い画像を続けて出力すると現像剤担持体上のトナーがあまり消費されずに何度もドクタギャップを通過し、トナーの劣化が促進されてしまう。トナーは劣化が進むと外添剤が離脱したり埋没したりし、トナーの帯電能力が失われて、地肌汚れやトナー飛散を引き起こす。このように、汲み上げられた現像剤量に対し、現像剤規制部材による通過後の現像剤量が少ない場合、即ち、現像剤規制部材による規制量が多い場合、それだけトナーの劣化の度合いも大きくなることとなる。
従来の画像形成装置では、画像面積率の低い画像を出力した際には、劣化したトナーを強制的に現像装置外に排出すること(トナーリフレッシュ)で、劣化トナーの画像形成への使用を防止していた。しかし、トナーリフレッシュを行うことはトナーの利用効率が低下し、コストアップを招くという問題がある。そのうえ、廃棄物が増えるため環境負荷に対しても不利である。一方、予め現像剤へのストレスが少なくなるように、現像剤規制部材による規制量を少なく、即ち、通過する現像剤量を多く設定した場合には、現像剤規制部材による現像剤へのストレスは低下するが、トナーと現像剤の摩擦帯電性も低下し、トナーに十分な電荷が付与されないという問題が発生する。即ち、図11に示すように、現像能力である電位差(現像ポテンシャル)に対する感光体上の面積あたりの付着量は、標準状態に対してストレスの小さい場合には傾きが小さくなり、所望のトナーの摩擦帯電性が得られずに現像能力が低下し、十分な画像濃度が得られないという問題が生じてしまう。
以上説明したように、現像剤には適度なストレスを与えて適正な現像能力を得る必要があるが、ストレスを与えすぎるとトナーが劣化してしまうため、劣化トナーを低減させるためには、現像剤に与えるストレスを画像に応じて制御し、トナーの高寿命化と画像品質向上を両立させる必要がある。
そこで、本発明は、前記問題点を解決するべく、経時における出力画像の画像品質を高品位に維持しつつ、強制消費されるトナーを低減してトナーの利用効率を高めることができ、それによって、コストダウンと環境負荷の低減を行うことができ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。
前記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、トナーとキャリアからなる現像剤と、該現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材と、を有する現像装置を備えた画像形成装置において、前記現像装置で現像する画像の画像面積率を予め現像前に算出する画像面積率算出手段と、この画像面積率算出手段の算出値に基づいて、前記現像装置の前記現像剤担持体と現像剤規制部材との間を通過する現像剤通過量を制御する現像剤通過量制御手段と、を設け、前記現像剤通過量制御手段は、前記画像面積率算出手段による算出値が所定値よりも小さい場合には、前記現像剤通過量が多くなるように制御することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の画像形成装置において、前記現像剤規制部材は、前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間のギャップが可変に構成され、前記現像剤通過量制御手段は、前記ギャップを変えることで前記現像剤通過量を制御することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の画像形成装置において、前記現像剤規制部材には、磁束密度が可変の磁界発生手段が取り付けられ、前記現像剤通過量制御手段は、前記磁界発生手段の磁束密度を変えることで前記現像剤通過量を制御することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の画像形成装置において、前記磁界発生手段は、前記現像剤担持体の幅方向に沿って複数設けられて、それぞれの磁束密度が可変に構成されており、前記画像面積率算出手段は、前記磁界発生手段に対応する領域毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、前記領域毎に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記画像面積率算出手段は、現像するページ毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、ページ毎に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記画像面積率算出手段は、ジョブ毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、ジョブ毎に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、請求項1ないし6のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像装置は、使用するトナー色毎に複数設けられ、前記画像面積率算出手段は、トナー色毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、トナー色毎に個別に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする。
この発明は、前記のようであって、請求項1の発明によれば、トナーとキャリアからなる現像剤と、該現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材と、を有する現像装置を備えた画像形成装置において、前記現像装置で現像する画像の画像面積率を予め現像前に算出する画像面積率算出手段と、この画像面積率算出手段の算出値に基づいて、前記現像装置の前記現像剤担持体と現像剤規制部材との間を通過する現像剤通過量を制御する現像剤通過量制御手段と、を設け、前記現像剤通過量制御手段は、前記画像面積率算出手段による算出値が所定値よりも小さい場合には、前記現像剤通過量が多くなるように制御するので、経時における出力画像の画像品質を高品位に維持しつつ、現像剤通過量制御手段により、現像剤へのストレスの主要因である現像剤規制部材と現像剤担持体との間のギャップ(ドクターギャップ)を通過する際のストレスを必要最小限とすることができ、強制消費されるトナーを低減して、それにより廃棄される劣化トナー量を低減できるため、トナーの利用効率を高めることができる。そのため、コストダウンと環境負荷の低減を行うことができる。
請求項2の発明によれば、請求項1に記載の画像形成装置において、前記現像剤規制部材は、前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間のギャップが可変に構成され、前記現像剤通過量制御手段は、前記ギャップを変えることで前記現像剤通過量を制御するので、ドクタギャップを変更することにより、現像剤のストレスを直接的に制御することが可能となる。
請求項3の発明によれば、請求項1又は2に記載の画像形成装置において、前記現像剤規制部材には、磁束密度が可変の磁界発生手段が取り付けられ、前記現像剤通過量制御手段は、前記磁界発生手段の磁束密度を変えることで前記現像剤通過量を制御するので、磁界発生手段の磁束密度を変更することにより、現像剤に与えるストレスを低減することが可能となる。
請求項4の発明によれば、請求項3に記載の画像形成装置において、前記磁界発生手段は、前記現像剤担持体の幅方向に沿って複数設けられて、それぞれの磁束密度が可変に構成されており、前記画像面積率算出手段は、前記磁界発生手段に対応する領域毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、前記領域毎に前記現像剤通過量を制御するので、各磁界発生手段と対応する領域毎に現像剤通過量の制御を行うことにより、非常に細かい範囲で現像剤に与えるストレスを最小限とすることができ、劣化トナーの生成を極限まで低減して、トナーの利用効率を高めることができる。
請求項5の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記画像面積率算出手段は、現像するページ毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、ページ毎に前記現像剤通過量を制御するので、ページ毎に現像剤通過量を制御することにより、細かく現像剤へのストレスを最小限とすることが可能となり、トナーの利用効率を高めることができる。また、制御頻度も減らすことができるため生産性向上とトナー利用効率向上とを両立することができる。
請求項6の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記画像面積率算出手段は、ジョブ毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、ジョブ毎に前記現像剤通過量を制御するので、ジョブ毎に現像剤通過量を制御することにより、ジョブ単位での作像には同一の現像条件にて作像がなされるため、各ジョブでの一定の画像品質を保障することができる。また、制御頻度も大幅に減らすことができるため生産性を向上させることができる。
請求項7の発明によれば、請求項1ないし6のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像装置は、使用するトナー色毎に複数設けられ、前記画像面積率算出手段は、トナー色毎に画像面積率を算出し、前記現像剤通過量制御手段は、トナー色毎に個別に前記現像剤通過量を制御するので、カラー画像形成装置においてトナー色毎に画像面積率を算出して現像剤通過量の制御を行うことで、各色のトナーの劣化を最小限に抑えることができる。例えば、カラー画像形成装置においてある色のトナーが偏った使われ方をされた場合にも、使用量の少ない色のトナーに対してのみ現像剤通過量を増やして現像剤に掛かるストレスを緩和し、装置全体として劣化トナーを少なくして廃棄トナーを低減することが可能となり、トナーの利用効率を高めることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
[画像形成装置の全体構成]
先ず、図1を用いて、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図中の符号1は、本発明の一実施の形態として例示する色材三原色であるイエロー、マゼンダ、シアンと、無彩色であるブラックの4色のトナーからフルカラーの画像が形成可能なタンデム型中間転写方式のカラープリンタであり、このカラープリンタ1は、主に、画像形成装置全体の筐体である装置本体10と、その装置本体10の内部略中央に配置された露光装置2と、この露光装置2の上方に配置された画像形成部3と、この画像形成部3の上方に配置された転写部4と、転写部4の上方であって装置本体10上部の一側面に寄った位置に配置された定着部5と、装置本体10の最下部に配置された給紙部6と、装置本体10の上面に形成された排紙部7と、給紙部6と排紙部7の間に設けられた用紙搬送路8などから構成された、下部の給紙部6から用紙を供給し、画像等をプリントして上面の排紙部7に排紙する縦搬送方式のプリンタである。
先ず、図1を用いて、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図中の符号1は、本発明の一実施の形態として例示する色材三原色であるイエロー、マゼンダ、シアンと、無彩色であるブラックの4色のトナーからフルカラーの画像が形成可能なタンデム型中間転写方式のカラープリンタであり、このカラープリンタ1は、主に、画像形成装置全体の筐体である装置本体10と、その装置本体10の内部略中央に配置された露光装置2と、この露光装置2の上方に配置された画像形成部3と、この画像形成部3の上方に配置された転写部4と、転写部4の上方であって装置本体10上部の一側面に寄った位置に配置された定着部5と、装置本体10の最下部に配置された給紙部6と、装置本体10の上面に形成された排紙部7と、給紙部6と排紙部7の間に設けられた用紙搬送路8などから構成された、下部の給紙部6から用紙を供給し、画像等をプリントして上面の排紙部7に排紙する縦搬送方式のプリンタである。
露光装置2は、レーザ光源(LD)や発光ダイオード(LED)などの光源と図示しないポリゴンミラーやfθレンズなどを備え、スキャナやパソコンなどから入力された画像情報を基に変調したレーザ光を照射しながら走査し、一様に帯電された後述の感光体ドラムの外周表面を選択的に露光させて、照射した部分の表面電位を低下させ、感光体ドラム上に静電潜像を形成する光書き込み装置としての機能を有する。
画像形成部3は、プロセスカートリッジとして装置本体10に対して着脱可能に構成された4つの作像ユニット3Y,3M,3C,3Kが、後述の中間転写ベルト41の外周表面の移動方向(図中の矢印方向)に沿って上流側からイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの順番に配列されたタンデム型の作像部である。なお、この作像ユニットについては、後で詳述する。
転写部4は、間接転写方式の転写装置である転写ユニット40から主に構成され、この転写ユニット40は、中間転写体としてポリイミドやポリアミドなどの耐熱性樹脂にカーボンブラック等の導電性材料を分散させ電気抵抗値を調整した筒状フィルムを基体として、表面に離型層などが形成された多層構造の無端状ベルトである中間転写ベルト41と、この中間転写ベルト41を支持・張架する4つの支持ローラ42,43,44,45と、感光体ドラムY,M,C,Kとそれぞれ中間転写ベルト41を挟んで対向する4つの1次転写ローラ4Y,4M,4C,4Kなどが備えられている。
また、支持ローラ42は、図示しない駆動手段の駆動力が伝達可能な駆動ローラとなっており、図の矢印方向に中間転写ベルト41を回転駆動させる機能を有している。なお、この駆動ローラ42と中間転写ベルト41を挟んで対向する位置には2次転写ローラ46が配設され、支持ローラ43近傍の中間転写ベルト41の外側には、2次転写後も中間転写ベルト41に付着・残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニングユニット47が配設されている。
各1次転写ローラ4Y,4M,4C,4Kは、空隙放電による画像劣化を考慮し、各感光体ドラムY,M,C,Kと中間転写ベルト41を挟んで中心間距離が最短距離で当接する正対位置から中間転写ベルト41の搬送方向下流側(図中の矢印方向)に少しズレた位置に配設され、図示しないバイアス電源に接続された接触印加方式の転写バイアス(転写電圧)印加手段である。この1次転写ローラ4Y,4M,4C,4Kは、中間転写ベルト41の裏面(内周面)に接離可能に構成され、中間転写ベルト41を介して感光体ドラムに圧接されて1次転写ニップを形成し、この1次転写ニップに1次転写バイアスを印加してクーロン力により感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルト41へ1次転写する。
2次転写ローラ46は、図示しない付勢手段により駆動ローラ42の外周において付勢されて中間転写ベルト41に圧接され、2次転写ニップを形成するよう構成されており、駆動ローラ42が、図示しないバイアス電源に接続された接触方式の転写バイアス印加手段となっている。また、2次転写ローラ46が転写バイアス印加手段となっていてもよく、その場合、転写するトナー像とは逆極性の転写バイアスを印加することになる。
定着部5は、転写部4で画像が転写されたシート材(コピー用紙、OHP用の樹脂シート、厚紙、葉書などのシート状の物を指す、以下同じ)に熱と圧力を加えて定着させる定着装置50が配設され、この定着装置50は、無端フィルムからなる定着ベルト51と、この定着ベルト51を張架し、内部に図示しない発熱手段であるハロゲンヒータを有する加熱ローラ52と、同じく定着ベルト51を張架する定着ローラ53と、この定着ローラ53に図示しない付勢手段により付勢されて圧接・離間可能な加圧ローラ54などから構成され、定着ローラ53に加圧ローラ54が圧接することで定着ニップが形成され、この定着ニップにおいて、搬送されてきたシート材に熱と圧力が加えられ、転写部4で転写されたトナー像がシート材に溶融浸透して定着されるようになっている。
給紙部6は、シート材として所定の大きさのコピー用紙を収容・ストックし、装置本体10から引き出し可能な給紙カセット60と、このストックされたコピー用紙に所定圧で弾接し、制御手段(図示せず)の制御信号に基づいてコピー用紙を後述の用紙搬送路8に送り出す給紙ローラ61と、この給紙ローラ61に弾接し、重送されたコピー用紙を1枚ずつに分離する分離部材である図示しないフリクションパッドなどから構成されている。
排紙部7は、装置本体10の上面に形成された斜面からなる排紙トレイ70と、この排紙トレイ70に定着部5を通過したコピー用紙を装置本体10から排紙する排紙ローラ対71などから構成され、この排紙ローラ対71から排出されたコピー用紙が排紙トレイ70上に集積されるようになっている。
用紙搬送路8は、装置本体10の最下部に配置された給紙部6から装置本体10の上面に形成された排紙部7へ搬送する縦搬送方式(縦パス方式)の搬送路であり、通常の片面(表面)印刷用の通常搬送路80と、両面印刷するために用紙の表裏を反転させる反転搬送路81などから構成され、これらの通常搬送路80及び反転搬送路81には、コピー用紙を搬送する搬送ローラ対82がコピー用紙の大きさに応じた所定間隔毎に設けられており、通常搬送路80には、図示しない制御手段の指令に基づいて2次転写ニップへコピー用紙を搬送するタイミングを調整するレジストローラ対83も設けられている。
なお、符号Y1,M1,C1,K1は、前記4色のニュートナー(新規トナー)を個別に収容し、図示しないトナー搬送手段を通じて各作像ユニットの現像手段へ随時供給するトナーボトルである。
[作像ユニット]
次に、図2を用いてプリンタ1の作像ユニットについて説明する。
前述のように、カラープリンタ1は、中間転写ベルト41の下面に沿って移動方向上流側からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順番で4つの作像ユニット3Y,3M,3C,3Kを備えている(図1参照)が、これらの作像ユニット3Y,3M,3C,3Kは、略同様な構成となっているので、最上流に配設されたイエロー用作像ユニット3Yを例に挙げて説明し、他色の画像形成ユニット3M,3C,3Kについては説明を省略する。
次に、図2を用いてプリンタ1の作像ユニットについて説明する。
前述のように、カラープリンタ1は、中間転写ベルト41の下面に沿って移動方向上流側からイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順番で4つの作像ユニット3Y,3M,3C,3Kを備えている(図1参照)が、これらの作像ユニット3Y,3M,3C,3Kは、略同様な構成となっているので、最上流に配設されたイエロー用作像ユニット3Yを例に挙げて説明し、他色の画像形成ユニット3M,3C,3Kについては説明を省略する。
図2に示すように、作像ユニット3Yは、1次転写ニップを基準にすると、潜像担持体である感光体ドラムYを中心に、その回転方向上流側から、感光体ドラムYに潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段30Yと、1次転写後も感光体ドラムY上に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段31Yと、感光体ドラムYの外周表面を一様に帯電させる帯電手段32Yと、感光体ドラムYが担持する静電潜像をイエロー色のトナーで可視像化する現像装置33Yと、から主に構成され、プロセスカートリッジとして、装置本体10から着脱可能となっている。
(感光体ドラム)
感光体ドラムYは、図の矢印方向に回転可能な直径30〜90mm程度の金属円筒管を基体とし、その外周表面に光導電性物質である有機感光層(OPC)が形成された、いわゆる有機感光体である。また、感光層の上には、ポリカーボネート系の樹脂で保護層が形成されており、感光層と保護層との間に中間層を設けても構わない。なお、本実施例では、金属円筒管として直径30mmのアルミニウム管が採用されている。
感光体ドラムYは、図の矢印方向に回転可能な直径30〜90mm程度の金属円筒管を基体とし、その外周表面に光導電性物質である有機感光層(OPC)が形成された、いわゆる有機感光体である。また、感光層の上には、ポリカーボネート系の樹脂で保護層が形成されており、感光層と保護層との間に中間層を設けても構わない。なお、本実施例では、金属円筒管として直径30mmのアルミニウム管が採用されている。
(潤滑剤塗布手段)
潤滑剤塗布手段30Yは、収容ケース30Yaと、この収容ケース30Yaに収容され、直方体状に成形されたステアリン酸亜鉛からなる固形潤滑剤30Ybと、回転することにより、この固形潤滑剤30Ybを削り取って感光体ドラムYに塗布するブラシローラ30Ycと、このブラシローラ30Ycに固形潤滑剤30Ybを押圧する加圧スプリング30Ydとから主に構成されている。
潤滑剤塗布手段30Yは、収容ケース30Yaと、この収容ケース30Yaに収容され、直方体状に成形されたステアリン酸亜鉛からなる固形潤滑剤30Ybと、回転することにより、この固形潤滑剤30Ybを削り取って感光体ドラムYに塗布するブラシローラ30Ycと、このブラシローラ30Ycに固形潤滑剤30Ybを押圧する加圧スプリング30Ydとから主に構成されている。
この固形潤滑剤30Ybとしては、乾燥した固体疎水性潤滑剤を用いることが可能であり、ステアリン酸亜鉛の他にも、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸鉛、ステアリン酸鉄、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸銅、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸カドミウム、ステアリン酸マグネシウムなどのステアリン酸基を持つものを用いることができる。また、同じ脂肪酸基であるオレイン酸亜鉛、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉄、オレイン酸コバルト、オレイン酸鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸銅、や、パルチミン酸、亜鉛パルチミン酸コバルト、パルチミン酸銅、パルチミン酸マグネシウム、パルチミン酸アルミニウム、パルチミン酸カルシウムを用いてもよい。他にも、カプリル酸鉛、カプロン酸鉛、リノレン酸亜鉛、リノレン酸コバルト、リノレン酸カルシウム、及びリコリノレン酸カドミウム等の脂肪酸、脂肪酸の金属塩なども使用できる。さらに、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木蝋、オオバ油、みつろう、ラノリンなどのワックス等も使用できる。
また、ブラシローラ30Ycは、ブラシ繊維の太さが3〜8デニールが好ましく、ブラシ繊維の密度が2万〜10万本/inch2であるこが好ましい。ブラシ繊維の太さが細すぎると、ブラシローラ30Ycが感光体ドラム表面に当接したときに毛倒れを起こし易くなり、逆にブラシ繊維が太すぎると繊維の密度を高くすることができなくなる。ブラシ繊維の密度が低いと感光体ドラム表面に当接するブラシ繊維の本数が少ないため、潤滑剤を均一に塗布することができず、逆にブラシ繊維の密度が高すぎると繊維と繊維の隙間が小さくなり、掻き取った潤滑剤の粉体の付着量が減るため、塗布量が不足してしまうことになるからである。
(クリーニング手段)
クリーニング手段31Yは、感光体ドラムYに当接し1次転写後も感光体ドラムYの外周表面に付着する1次転写残トナーを掻き取ってクリーニングするクリーニングブレード31Yaと、その支持部材31Ybと、この支持部材31Ybを加圧してクリーニングブレード31Yaを所定圧で感光体ドラムYに押圧する付勢手段としてのブレード加圧スプリング31Ycと、クリーニングブレード31Yaで掻き取った転写残トナーを図示しない廃トナータンクへ搬送するトナー搬送スクリュー31Yd、などから構成されている。
クリーニング手段31Yは、感光体ドラムYに当接し1次転写後も感光体ドラムYの外周表面に付着する1次転写残トナーを掻き取ってクリーニングするクリーニングブレード31Yaと、その支持部材31Ybと、この支持部材31Ybを加圧してクリーニングブレード31Yaを所定圧で感光体ドラムYに押圧する付勢手段としてのブレード加圧スプリング31Ycと、クリーニングブレード31Yaで掻き取った転写残トナーを図示しない廃トナータンクへ搬送するトナー搬送スクリュー31Yd、などから構成されている。
なお、潤滑剤塗布手段30Yは、クリーニング手段31Y内にクリーニングブレード31Yaと共に設けてもよい。そうすることで、ブラシローラ30Ycで感光体ドラムYを摺擦することでブラシに付着するトナーを、固形潤滑剤30Yb又はフリッカーで振り落とし、容易に回収することができる。
(帯電手段)
帯電手段32Yは、感光体ドラムY表面との距離が5〜100[μm]程度に近接配置(された帯電部材としての帯電ローラ32Yaと、この帯電ローラ32Yaの外周表面に近接配置され、帯電ローラ32Yaに付着したトナーを除去するクリーニングローラ32Ybなどから構成され、感光体ドラムYの外周表面を帯電ローラ32Yaで所定の極性に一様に帯電させる機能を有している。なお、感光体ドラムY表面との距離は、30〜65[μm]であれば好ましく、本実施の形態では、50[μm]に設定されている。
帯電手段32Yは、感光体ドラムY表面との距離が5〜100[μm]程度に近接配置(された帯電部材としての帯電ローラ32Yaと、この帯電ローラ32Yaの外周表面に近接配置され、帯電ローラ32Yaに付着したトナーを除去するクリーニングローラ32Ybなどから構成され、感光体ドラムYの外周表面を帯電ローラ32Yaで所定の極性に一様に帯電させる機能を有している。なお、感光体ドラムY表面との距離は、30〜65[μm]であれば好ましく、本実施の形態では、50[μm]に設定されている。
この帯電ローラ32Yaは、直径10mm程度の導電性芯金の外側に中抵抗の弾性層が被覆され、図示しない電源に接続されており、直流成分であるDC電圧に交流成分であるAC電圧が重畳された交番電圧が印加可能となっている。本実施の形態は、この交番電圧は、DC電圧が−700v、ACはピークツウピーク電圧が2kv、周波数が2kHzの矩形波のバイアスである。なお、帯電ローラ32Yaの表面は、硬質であることが望ましい。何故なら、ゴムのように変形し易い部材だと感光体ドラムとの微小ギャップの均一な維持が困難となり、帯電ローラ32Yaの中央部が感光体ドラムの表面に接触するおそれがあるからである。弾性層の具体的な材質としては、高分子型イオン導電剤が分散する熱可塑性樹脂組成物(ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン及びその共重合体等)からなる抵抗調整層の表面を硬化剤により硬化皮膜処理されたものが挙げられる。この硬化皮膜処理は、例えば、イソシアネート含有化合物を含む処理溶液に抵抗調整層を浸漬させることにより行われるが、抵抗調整層の表面に改めて硬化処理皮膜層を形成してもよい。
(現像手段)
現像手段33Yは、トナーと磁性キャリアからなる粉体状の2成分現像剤を収容する現像剤収容ケース33Yaと、この現像剤収容ケース33Yaに軸支された現像剤担持体としての現像ローラ33Ybと、2成分現像剤を撹拌しながら現像ローラ33Ybへ搬送する2本の撹拌スクリュー33Yc,33Ydと、現像ローラ33Ybが担持する現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材としてのドクタブレード33Yeなど、から構成された現像装置である。
現像手段33Yは、トナーと磁性キャリアからなる粉体状の2成分現像剤を収容する現像剤収容ケース33Yaと、この現像剤収容ケース33Yaに軸支された現像剤担持体としての現像ローラ33Ybと、2成分現像剤を撹拌しながら現像ローラ33Ybへ搬送する2本の撹拌スクリュー33Yc,33Ydと、現像ローラ33Ybが担持する現像剤の層厚を規制する現像剤規制部材としてのドクタブレード33Yeなど、から構成された現像装置である。
この現像ローラ33Ybは、現像剤収容ケース33Yaの開口部から部分的に露出して感光体ドラムYと近接対向配置され、図示しない電源に接続され、現像バイアスが印加可能となっている。また、現像ローラ33Ybは、現像剤収容ケース33Yaに固定され、磁界発生手段として複数の磁極が内蔵されたマグネットローラMYと、このマグネットローラMYに外嵌され、その周りを図の矢印方向に回転駆動する現像スリーブSYと、から構成され、現像剤を担持して感光体ドラムYと近接対向する現像領域において現像バイアスを印加することにより、トナーを感光体ドラム上の静電潜像に転移させて現像する機能を有している。
撹拌スクリュー33Yc,33Ydは、現像剤収容ケース33Yaに軸支されたフレキシブルなスクリュー形状の部材であり、図の矢印方向にそれぞれ回転し、現像剤を撹拌しながら帯電させ、互いに逆方向に搬送することで現像剤を循環しながら、現像ローラ33Ybの軸方向(水平方向に)に沿って供給する部材である。
ドクタブレード33Yeは、現像ローラ33Ybの軸方向を長手方向とする断面L字状のブレード部材であり、現像剤収容ケース33Yaの感光体と対向する外面に、その先端が現像ローラ33Ybの外周面と所定のギャップだけ離間するように固着されている。なお、このドクタブレードについては、後で詳述する。
(現像動作)
次に、図2を用いて現像装置の動作について説明する。
トナーとキャリアからなる現像剤が撹拌スクリュー33Yc,33Ydで撹拌されて、それぞれ摩擦帯電する。そして、この帯電したトナーが現像ローラ33Ybに内蔵されたマグネットローラMYの磁力によりキャリアと共に現像ローラ33Ybの外周表面に担持される。そして、現像スリーブSYの回動に伴ってドクタブレード33Yeの先端で現像剤の層厚が規制され、更なる回転により感光体ドラムYの外周表面と近接対向する現像領域に運ばれる。そこで、現像バイアスが印加されることにより、現像ローラ33Ybに担持されたイエロー色のトナーが、感光体ドラムYの外周面に形成された静電潜像に静電的に移行することにより感光体ドラムY上の静電潜像が可視化されてイエロー色の単色トナー像となる。現像後に感光体ドラムYの外周表面に残る現像剤は、現像ローラ33Ybの現像スリーブSYの更なる回転によりマグネットローラMYの無磁力領域へ搬送され、現像スリーブSYの表面から離脱して現像剤収容ケース33Ya内へ落下する。落下した現像剤は、再び現像ローラ33Ybに担持されて再度使用される。
次に、図2を用いて現像装置の動作について説明する。
トナーとキャリアからなる現像剤が撹拌スクリュー33Yc,33Ydで撹拌されて、それぞれ摩擦帯電する。そして、この帯電したトナーが現像ローラ33Ybに内蔵されたマグネットローラMYの磁力によりキャリアと共に現像ローラ33Ybの外周表面に担持される。そして、現像スリーブSYの回動に伴ってドクタブレード33Yeの先端で現像剤の層厚が規制され、更なる回転により感光体ドラムYの外周表面と近接対向する現像領域に運ばれる。そこで、現像バイアスが印加されることにより、現像ローラ33Ybに担持されたイエロー色のトナーが、感光体ドラムYの外周面に形成された静電潜像に静電的に移行することにより感光体ドラムY上の静電潜像が可視化されてイエロー色の単色トナー像となる。現像後に感光体ドラムYの外周表面に残る現像剤は、現像ローラ33Ybの現像スリーブSYの更なる回転によりマグネットローラMYの無磁力領域へ搬送され、現像スリーブSYの表面から離脱して現像剤収容ケース33Ya内へ落下する。落下した現像剤は、再び現像ローラ33Ybに担持されて再度使用される。
(作像ユニットの動作)
次に、図2を用いて作像ユニットの動作について説明する。
先ず、帯電ローラ32Yaにより感光体ドラムYの外周表面を均一に所定の極性に帯電し、この帯電ローラ32Yaの感光体ドラムYの回転方向下流域において、画像情報に基いて露光装置2によりレーザ光が照射され、一様に帯電させた感光体ドラムYの表面電位が照射された部分だけ減衰・低下することにより静電潜像が形成される。そして、前記のように現像装置33Yで静電潜像が単色トナー像に現像される。この単色トナー像は、感光体ドラムYの回転に伴って1次転写ニップに移動し、そこで、1次転写ローラ4Yから1次転写バイアスが印加されることにより、単色トナー像が感光体ドラムYから中間転写ベルト41へ転写される。その後、潤滑剤塗布手段30Yで感光体ドラムYの表面に潤滑剤が塗布され、1次転写後も感光体ドラムYの外周表面に付着する1次転写残トナーが、クリーニング手段31Yでクリーニングされ、再度の画像形成に備えられる。
次に、図2を用いて作像ユニットの動作について説明する。
先ず、帯電ローラ32Yaにより感光体ドラムYの外周表面を均一に所定の極性に帯電し、この帯電ローラ32Yaの感光体ドラムYの回転方向下流域において、画像情報に基いて露光装置2によりレーザ光が照射され、一様に帯電させた感光体ドラムYの表面電位が照射された部分だけ減衰・低下することにより静電潜像が形成される。そして、前記のように現像装置33Yで静電潜像が単色トナー像に現像される。この単色トナー像は、感光体ドラムYの回転に伴って1次転写ニップに移動し、そこで、1次転写ローラ4Yから1次転写バイアスが印加されることにより、単色トナー像が感光体ドラムYから中間転写ベルト41へ転写される。その後、潤滑剤塗布手段30Yで感光体ドラムYの表面に潤滑剤が塗布され、1次転写後も感光体ドラムYの外周表面に付着する1次転写残トナーが、クリーニング手段31Yでクリーニングされ、再度の画像形成に備えられる。
(画像形成動作)
次に、カラープリンタ1の画像形成動作について図1を用いて説明する。
先ず、前述のイエロー色の作像ユニット3Yと同様の動作により、作像ユニット3M,3C,3Kにおいてもそれぞれのトナー色の単色トナー像が形成されると共に、中間転写ベルト41の回転のタイミングに合わせてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの順番で1次転写が行われ、中間転写ベルト41上に単色トナー像が重畳されて行き、フルカラーのトナー像が形成される。
次に、カラープリンタ1の画像形成動作について図1を用いて説明する。
先ず、前述のイエロー色の作像ユニット3Yと同様の動作により、作像ユニット3M,3C,3Kにおいてもそれぞれのトナー色の単色トナー像が形成されると共に、中間転写ベルト41の回転のタイミングに合わせてイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの順番で1次転写が行われ、中間転写ベルト41上に単色トナー像が重畳されて行き、フルカラーのトナー像が形成される。
一方、給紙部6の給紙カセット60から給紙ローラ61によりシート材であるコピー用紙が用紙搬送路8の通常搬送路80に送り出されて、搬送ローラ対82によりレジストローラ対83まで運ばれる。そこで、2次転写と用紙搬送のタイミングが調整されて、コピー用紙が2次転写ニップに送られる。そこで、2次転写ローラ46により2次転写バイアスが印加され、静電引力により前述の中間転写ベルト41上のフルカラーのトナー像がコピー用紙の上に転写される。次に、この未定着のトナー像を表面に担持するコピー用紙が定着部5の定着ニップに送られ、そこで熱と圧力が加えられて定着される。このように、コピー用紙に画像が定着された後、排紙ローラ対71により排紙部7の排紙トレイ70上に排紙されてスタックされる。また、中間転写ベルト41の表面に2次転写後も付着する転写残トナーは、クリーニングユニット47により除去され、再度の画像形成動作に備えられる。
(トナー)
次に、前述のカラープリンタ1に好適に使用されるトナーについて説明する。
好適なトナーとしては、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られる重合トナーが挙げられる。
また、粒径については、トナーの重量平均粒径が3〜8[μm]の範囲が好ましい。粒径が小さくかつ粒径分布のシャープなトナーを用いることで、トナー粒子間の間隙が小さくなるため、色再現性を損なうことなくトナーの必要付着量を低減し、現像における濃度変動を小さくすることができるからである。また、600dpi以上の微小なドット画像の安定再現性が向上し、長期間安定した高画質を得ることもできる。
次に、前述のカラープリンタ1に好適に使用されるトナーについて説明する。
好適なトナーとしては、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られる重合トナーが挙げられる。
また、粒径については、トナーの重量平均粒径が3〜8[μm]の範囲が好ましい。粒径が小さくかつ粒径分布のシャープなトナーを用いることで、トナー粒子間の間隙が小さくなるため、色再現性を損なうことなくトナーの必要付着量を低減し、現像における濃度変動を小さくすることができるからである。また、600dpi以上の微小なドット画像の安定再現性が向上し、長期間安定した高画質を得ることもできる。
一方、重量平均粒径(D4)が3[μm]未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生し易く、重量平均粒径(D4)が8[μm]を超えると、画像のパイルハイトが大きくなり、文字やラインの飛び散りを抑えることが難しくなる。
また、同時に重量平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)との比(D4/D1)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。(D4/D1)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)が挙げられる。以下に測定方法について述べる。まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)を求めることができる。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)が挙げられる。以下に測定方法について述べる。まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(D1)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
トナーの形状係数SF−1は100〜150、形状係数SF−2は100〜150の範囲にあることが好ましい。ここで、形状係数SF−1とは、図3に示すように、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4)・・・式(1)
トナーの形状係数SF−1は、トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。このSF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形となる。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4)・・・式(1)
トナーの形状係数SF−1は、トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。このSF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形となる。
また、形状係数SF−2とは、図4に示すように、トナー形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π)・・・式(2)
トナーの形状係数SF−2は、トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π)・・・式(2)
トナーの形状係数SF−2は、トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
これらの形状係数の測定は、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナー、或いはトナーと感光体ドラムとの接触状態が点接触となるため、トナー同士の吸着力は弱くなる。したがって、流動性が高くなり、トナーが感光体へ吸着される力も弱くなって、転写効率が高くなるため好ましい。反対に、形状係数SF−1、SF−2のいずれかが150を超えると、転写効率が低下すると共に、感光体ドラムや中間転写ベルトなどの像担持体に付着したトナーのクリーニング性も低下するため好ましくない。
(画像面積率算出手段)
次に、図5を用いて画像面積率算出手段について説明する。
図5に示すように、前述のカラープリンタ1は、トナー色毎に画像面積率算出手段Aと後述の現像剤通過量制御手段Bを備えており、これらがカラープリンタ1全体の制御手段に双方通信可能に構成され、画像面積率算出手段Aの算出値に基づいて、後述の現像剤通過量の制御フローに従い現像剤通過量制御手段Bが制御手段で制御される仕組みとなっている。
次に、図5を用いて画像面積率算出手段について説明する。
図5に示すように、前述のカラープリンタ1は、トナー色毎に画像面積率算出手段Aと後述の現像剤通過量制御手段Bを備えており、これらがカラープリンタ1全体の制御手段に双方通信可能に構成され、画像面積率算出手段Aの算出値に基づいて、後述の現像剤通過量の制御フローに従い現像剤通過量制御手段Bが制御手段で制御される仕組みとなっている。
ところで、カラープリンタ1では、スキャナやパソコンなどから入力される画像情報は、トナー色毎の情報に変換された後、各画素の発光素子の発光時間や発光(露光)強度などの情報に変換され、前記露光装置2のレーザ発光装置のLDドライバーなどに入力されて制御され、各画素のLD等で点灯発光される。このとき、本実施の形態に係る画像面積率算出手段Aでは、発光させる画素数をカウントし、カウントした画素数を全画素数で割ることで予め画像を出力する前にその画像面積率を算出することができるようになっている。この全画素数は、1ページの全画素数と1ジョブの全画素数の2通りをとることができる。
この全画素数を出力する用紙一枚(1ページ)分の画像データの全画素数とすれば、出力(現像)するページ毎に非常に細かく短い制御スパンで現像剤通過量制御手段Bを操作することとなり、現像剤に与えるストレスを最小限とすることができ、出力する画像の画像品質を経時においても高品質とすることができる。
また、全画素数を1ジョブ分の全画素数とすれば、それよりは長い単位の制御スパンで現像剤通過量制御手段Bを操作することとなり、その分、画像面積率の算出時間や制御時間を節約することができ、各ジョブでの一定の画像品質を保てると共に、制御頻度も大幅に減らして生産性を向上させることができる。
また、全画素数を1ジョブ分の全画素数とすれば、それよりは長い単位の制御スパンで現像剤通過量制御手段Bを操作することとなり、その分、画像面積率の算出時間や制御時間を節約することができ、各ジョブでの一定の画像品質を保てると共に、制御頻度も大幅に減らして生産性を向上させることができる。
(現像剤通過量制御手段)
次に、図6を用いて実施例1に係る現像剤通過量制御手段について説明する。
実施例1に係る現像剤通過量制御手段B1は、前述のドクタブレード(30Ye)の現像ローラ(33Yb)との離間距離であるドクタギャップを物理的に増減する機構であり、図6に示すように、ドクタブレードB10と、このドクタブレードB10の基端部にその円周面が接するように軸支された偏芯カムB11と、この偏芯カムB11にドクタブレードB10を引っ張って当接させる引張手段としてのコイルスプリングB12などから構成され、偏芯カムB11を回転させることでドクタギャップを変更し、ドクタギャップを通過する現像剤通過量を制御する仕組みとなっている。現像剤通過量を多くしたい場合は、(a)の状態から偏芯カムB11を回転させて、(b)の状態とし、ドクタギャップをg1からg2に変更する。
なお、偏心カムの構成や制御を変更し、ドクタギャップを多段階に変化させ、現像剤通過量を多段階に制御するようにしてもよいことは云うまでもない。
次に、図6を用いて実施例1に係る現像剤通過量制御手段について説明する。
実施例1に係る現像剤通過量制御手段B1は、前述のドクタブレード(30Ye)の現像ローラ(33Yb)との離間距離であるドクタギャップを物理的に増減する機構であり、図6に示すように、ドクタブレードB10と、このドクタブレードB10の基端部にその円周面が接するように軸支された偏芯カムB11と、この偏芯カムB11にドクタブレードB10を引っ張って当接させる引張手段としてのコイルスプリングB12などから構成され、偏芯カムB11を回転させることでドクタギャップを変更し、ドクタギャップを通過する現像剤通過量を制御する仕組みとなっている。現像剤通過量を多くしたい場合は、(a)の状態から偏芯カムB11を回転させて、(b)の状態とし、ドクタギャップをg1からg2に変更する。
なお、偏心カムの構成や制御を変更し、ドクタギャップを多段階に変化させ、現像剤通過量を多段階に制御するようにしてもよいことは云うまでもない。
次に、図7〜9を用いて実施例2に係る現像剤通過量制御手段について説明する。
実施例2に係る現像剤通過量制御手段B2は、前述のドクタブレード(30Ye、図2等参照)に電磁石を取り付けて、この電磁石で現像ローラ(33Yb)のマグネットローラ(MY)の内部磁極(図示形態ではS極)と反対極性(図示形態ではN極)の磁力を誘起して、マグネットローラ(MY)の磁極と電磁石との間に強い磁力線(磁界)を形成し、この磁力で磁性キャリアを含んだ現像剤を補足することにより、ドクタギャップを通過する通過現像剤量をギャップ以上に規制する機構である。この現像剤通過量制御手段B2は、図7に示すように、ドクタブレードB20と、このドクタブレードB20の現像ケース側となる面に装着された磁界発生手段である電磁石B21とから構成され、この電磁石B21は、図8に示すように、同構成の電磁石が現像ローラの幅方向(軸方向)(感光体ドラム上に静電潜像を書き込む際のレーザ光線の主走査方向)に沿って複数(図示形態では、8個)連設され、各電磁石B21は、図9に示すように、直方体状の強磁性体と、この強磁性体に巻かれたコイルと、から構成されている。各コイルは、それぞれ直流電源にスイッチを介して接続され、各スイッチのON/OFF制御することで各コイルへの通電をON/OFF制御することができる。ドクタギャップを通過する現像剤通過量を増やしたい場合は、このスイッチをOFFにして電磁石B21への通電を停止することにより、誘起していたN極の磁性を消失させ、マグネットローラ(MY)の磁極と電磁石B21との間に形成していた磁力線を減少させる。
実施例2に係る現像剤通過量制御手段B2は、前述のドクタブレード(30Ye、図2等参照)に電磁石を取り付けて、この電磁石で現像ローラ(33Yb)のマグネットローラ(MY)の内部磁極(図示形態ではS極)と反対極性(図示形態ではN極)の磁力を誘起して、マグネットローラ(MY)の磁極と電磁石との間に強い磁力線(磁界)を形成し、この磁力で磁性キャリアを含んだ現像剤を補足することにより、ドクタギャップを通過する通過現像剤量をギャップ以上に規制する機構である。この現像剤通過量制御手段B2は、図7に示すように、ドクタブレードB20と、このドクタブレードB20の現像ケース側となる面に装着された磁界発生手段である電磁石B21とから構成され、この電磁石B21は、図8に示すように、同構成の電磁石が現像ローラの幅方向(軸方向)(感光体ドラム上に静電潜像を書き込む際のレーザ光線の主走査方向)に沿って複数(図示形態では、8個)連設され、各電磁石B21は、図9に示すように、直方体状の強磁性体と、この強磁性体に巻かれたコイルと、から構成されている。各コイルは、それぞれ直流電源にスイッチを介して接続され、各スイッチのON/OFF制御することで各コイルへの通電をON/OFF制御することができる。ドクタギャップを通過する現像剤通過量を増やしたい場合は、このスイッチをOFFにして電磁石B21への通電を停止することにより、誘起していたN極の磁性を消失させ、マグネットローラ(MY)の磁極と電磁石B21との間に形成していた磁力線を減少させる。
なお、現像剤通過量制御手段B2は、スイッチでON/OFF制御するのではなく、電磁石と電源との間に可変抵抗などを設けて、電磁石B21に流れる通電量を変化させることにより、電磁石B21で発生させる磁力の強さを変化させ、マグネットローラ(MY)の磁極と電磁石B21との間に形成される磁力線の量を変化させる構成であってもかまわない。即ち、現像剤通過量制御手段B2は、磁界発生手段としての電磁石B21の磁束密度が可変であればよい。また、ドクタギャップが可変の実施例1のドクタブレードB10に電磁石B21を取り付けることも可能である。
次に、図10及び図11を用いて画像面積率とトナー付着量の関係について説明する。
図10のグラフに示すように、ライン画像はベタ画像より感光体ドラム上の単位面積あたりのトナー付着量[mg/cm2]が高くなる特性がある。この現象は、いわゆるエッジ効果と呼ばれる現象であり、現像領域における現像部と潜像部間の電気力線の局所的な回りこみにより、画像のエッジ部の付着量が高くなるという効果である。この付着量の比は、用いる現像条件及び潜像(感光体含む)条件に応じて異なるが、本実施の形態に係る画像形成装置の構成ではベタ画像に対するライン画像の付着量比は1.3倍であった。一方、実施例1及び2の現像剤通過量制御手段によって現像剤通過量を多くした場合は、図11に示すように、現像剤に掛かるストレスが小さく、即ち、トナー帯電量が低いため現像能力が低くなる。但し、ライン画像のように画像面積率が低い場合の現像は、図11で示した現像能力特性よりも図10に示したエッジ効果によるトナー付着効果の方が支配的であり、現像能力が小さくとも画像品質に影響が出るほどの付着量不足は起こらない。画像面積率が低い場合とは、文字やライン画像などエッジ効果の寄与の大きいパターンが想定され、一方ベタ画像などの現像能力の寄与の大きいパターンが存在することは少ないと想定される。よって、画像面積率が低い場合には現像剤のストレスを下げても画像品質には影響が少ない。
図10のグラフに示すように、ライン画像はベタ画像より感光体ドラム上の単位面積あたりのトナー付着量[mg/cm2]が高くなる特性がある。この現象は、いわゆるエッジ効果と呼ばれる現象であり、現像領域における現像部と潜像部間の電気力線の局所的な回りこみにより、画像のエッジ部の付着量が高くなるという効果である。この付着量の比は、用いる現像条件及び潜像(感光体含む)条件に応じて異なるが、本実施の形態に係る画像形成装置の構成ではベタ画像に対するライン画像の付着量比は1.3倍であった。一方、実施例1及び2の現像剤通過量制御手段によって現像剤通過量を多くした場合は、図11に示すように、現像剤に掛かるストレスが小さく、即ち、トナー帯電量が低いため現像能力が低くなる。但し、ライン画像のように画像面積率が低い場合の現像は、図11で示した現像能力特性よりも図10に示したエッジ効果によるトナー付着効果の方が支配的であり、現像能力が小さくとも画像品質に影響が出るほどの付着量不足は起こらない。画像面積率が低い場合とは、文字やライン画像などエッジ効果の寄与の大きいパターンが想定され、一方ベタ画像などの現像能力の寄与の大きいパターンが存在することは少ないと想定される。よって、画像面積率が低い場合には現像剤のストレスを下げても画像品質には影響が少ない。
(現像剤通過量の制御)
次に、図12を用いて現像剤通過量の制御フローについて説明する。
先ず、前述のように、画像面積率算出手段により出力(現像)しようとする画像の画像面積率Cを算出する(Step1)。このとき、画像の画像面積率Cはトナー色(作像ユニット)毎、且つ、出力するページ毎に算出する。次に、その画像面積率が所定面積率C0より小さいか否かを判断する(Step2)。本実施例に係る制御フローでは、この面積率C0は5%に設定されており、算出した画像面積率Cが、所定面積率C0(5%)よりも小さい場合は、実施例1の現像剤通過量制御手段により、ドクタギャップを拡げてドクタギャップを通過する現像剤通過量を通常設定値よりも多い所定値(増加値)に設定し(Step3)、また、算出した画像面積率Cが、所定面積率C0(5%)以上の場合は、ドクタギャップを通過する現像剤通過量を通常値に設定する(Step4)。そして、その後、現像ローラが担持する単位面積あたりの現像剤の量以外は同じ条件で画像出力を1ページ分行う(Step5)。このように現像剤通過量を制御することにより、画像品質を落とさない範囲において、ページ毎に現像剤へ掛かるストレスをできるだけ緩和することができ、劣化トナーの生成を抑制し、トナーの利用効率を高めることができる。
次に、図12を用いて現像剤通過量の制御フローについて説明する。
先ず、前述のように、画像面積率算出手段により出力(現像)しようとする画像の画像面積率Cを算出する(Step1)。このとき、画像の画像面積率Cはトナー色(作像ユニット)毎、且つ、出力するページ毎に算出する。次に、その画像面積率が所定面積率C0より小さいか否かを判断する(Step2)。本実施例に係る制御フローでは、この面積率C0は5%に設定されており、算出した画像面積率Cが、所定面積率C0(5%)よりも小さい場合は、実施例1の現像剤通過量制御手段により、ドクタギャップを拡げてドクタギャップを通過する現像剤通過量を通常設定値よりも多い所定値(増加値)に設定し(Step3)、また、算出した画像面積率Cが、所定面積率C0(5%)以上の場合は、ドクタギャップを通過する現像剤通過量を通常値に設定する(Step4)。そして、その後、現像ローラが担持する単位面積あたりの現像剤の量以外は同じ条件で画像出力を1ページ分行う(Step5)。このように現像剤通過量を制御することにより、画像品質を落とさない範囲において、ページ毎に現像剤へ掛かるストレスをできるだけ緩和することができ、劣化トナーの生成を抑制し、トナーの利用効率を高めることができる。
また、現像剤通過量の制御フローの別形態としては、実施例2に係る現像剤通過量制御手段を用いて、画像面積率算出手段で算出する画像面積率を、図8で示した8個の電磁石B21に対応する主走査方向に8等分に分割された8つの領域毎に算出し、図12の制御フローと同様の制御を行う形態が考えられる。即ち、Step1では、各ページの主走査方向に8等分された電磁石と対応する領域毎に画像面積率を算出し、Step2では、その算出した画像面積率を各領域に応じた所定面積率と比較して、Step3又は4では、ドクタギャップを通過する現像剤通過量も実施例2に係る現像剤通過量制御手段の各電磁石を個別に制御し、それぞれの電磁石への通電をOFF又はONすることで、それぞれ独立して現像剤通過量を増加したり、又は通常値としたりする制御を行い。Step5で、主走査方向に分割された領域毎に担持する単位面積あたりの現像剤が異なった状態の現像ローラで画像出力を1ページ分行う制御フローを用いることが考えられる。このように制御することにより、前述のページ毎に現像剤通過量を制御するより細かい範囲で現像剤の通過量を制御して現像剤に与えるストレスを最小限まで少なくすることができ、劣化トナーの生成を極限まで低減して、トナーの利用効率を高めることができる。
更に、現像剤通過量の制御フローの別形態としては、前述の画像面積率算出手段の説明で述べたように、画像面積率の算出をユーザの印刷要求単位であるジョブ毎、且つ、トナー色毎に行い、現像剤通過量の制御もジョブ毎に行う、即ち、実施例1又は2の現像剤通過量制御手段で制御する現像剤通過量を1ジョブの間一定とすることが考えられる。つまり、例えば、1ジョブで3ページ分出力(印刷)する場合は、レーザ発光装置で静電潜像を書き込む際の3ページ分の発光させる画素数を積算し、3ページ分の全画素数で割ったものが画像面積率となり、現像剤通過量も3ページを出力し終わるまでは一定(通常値かそれより多い所定値かのいずれか)とする制御を行う。このように現像剤通過量を制御することにより、ジョブ単位での作像には同一の現像条件にて作像がなされるため、各ジョブでの一定の画像品質を保障することができる。また、制御頻度も大幅に減らすことができるため生産性を向上させることができる。
以上のように、本発明の実施の形態に係る画像形成装置として4連タンデム型の間接転写方式のカラープリンタを例に挙げて説明したが、必ずしもこのようなものに限られず、例えば、モノクロ用のプリンタでも本発明を適用することができる。つまり、現像剤規制部材を有する現像装置を備えた画像形成装置であれば本発明を適用することができる。
また、露光装置、画像形成部、転写部、定着部、給紙部、排紙部、用紙搬送路等は、あくまでも一例を示したものであって、他の既知の装置・手段などの構成を採用することができる。その場合でも画像面積率算出手段や現像剤通過量制御手段を設けて、前述のように、現像剤通過量を制御すれば、前記課題に対して前述の作用効果を奏することは明らかである。
なお、図面で示した各構成部材の形状や構造等も、あくまでも好ましい一例を示すものであり、特許請求の範囲内で適宜設計変更可能であることは云うまでもない。
なお、図面で示した各構成部材の形状や構造等も、あくまでも好ましい一例を示すものであり、特許請求の範囲内で適宜設計変更可能であることは云うまでもない。
1 カラープリンタ(画像形成装置)
3Y,3C,3M,3K 作像ユニット
33Y 現像手段(現像装置)
33Yb 現像ローラ(現像剤担持体)
33Ye ドクタブレード(現像剤規制部材)
A 画像面積率算出手段
B,B1,B2 現像剤通過量制御手段
B10,B20 ドクタブレード(現像剤規制部材)
B21 電磁石(磁界発生手段)
3Y,3C,3M,3K 作像ユニット
33Y 現像手段(現像装置)
33Yb 現像ローラ(現像剤担持体)
33Ye ドクタブレード(現像剤規制部材)
A 画像面積率算出手段
B,B1,B2 現像剤通過量制御手段
B10,B20 ドクタブレード(現像剤規制部材)
B21 電磁石(磁界発生手段)
Claims (7)
- トナーとキャリアからなる現像剤と、該現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に担持される現像剤量を規制する現像剤規制部材と、を有する現像装置を備えた画像形成装置において、
前記現像装置で現像する画像の画像面積率を予め現像前に算出する画像面積率算出手段と、この画像面積率算出手段の算出値に基づいて、前記現像装置の前記現像剤担持体と現像剤規制部材との間を通過する現像剤通過量を制御する現像剤通過量制御手段と、を設け、
前記現像剤通過量制御手段は、前記画像面積率算出手段による算出値が所定値よりも小さい場合には、前記現像剤通過量が多くなるように制御することを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像剤規制部材は、前記現像剤担持体と前記現像剤規制部材との間のギャップが可変に構成され、
前記現像剤通過量制御手段は、前記ギャップを変えることで前記現像剤通過量を制御することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記現像剤規制部材には、磁束密度が可変の磁界発生手段が取り付けられ、
前記現像剤通過量制御手段は、前記磁界発生手段の磁束密度を変えることで前記現像剤通過量を制御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。 - 前記磁界発生手段は、前記現像剤担持体の幅方向に沿って複数設けられて、それぞれの磁束密度が可変に構成されており、
前記画像面積率算出手段は、前記磁界発生手段に対応する領域毎に画像面積率を算出し、
前記現像剤通過量制御手段は、前記領域毎に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。 - 前記画像面積率算出手段は、現像するページ毎に画像面積率を算出し、
前記現像剤通過量制御手段は、ページ毎に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記画像面積率算出手段は、ジョブ毎に画像面積率を算出し、
前記現像剤通過量制御手段は、ジョブ毎に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置。 - 前記現像装置は、使用するトナー色毎に複数設けられ、
前記画像面積率算出手段は、トナー色毎に画像面積率を算出し、
前記現像剤通過量制御手段は、トナー色毎に個別に前記現像剤通過量を制御することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010041632A JP2011180193A (ja) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | 画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2010041632A JP2011180193A (ja) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | 画像形成装置 |
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ID=44691796
Family Applications (1)
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JP2010041632A Withdrawn JP2011180193A (ja) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | 画像形成装置 |
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JP (1) | JP2011180193A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014021369A (ja) * | 2012-07-20 | 2014-02-03 | Fuji Xerox Co Ltd | 画像形成装置 |
-
2010
- 2010-02-26 JP JP2010041632A patent/JP2011180193A/ja not_active Withdrawn
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