JP2012113109A - Image forming apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、二成分現像剤を用いる電子写真方式の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an electrophotographic image forming apparatus using a two-component developer.
電子写真方式を利用した画像形成装置は、一般に帯電、露光、現像、転写、剥離、クリーニング、除電および定着の各工程を経ることにより、転写材に画像を形成する。
画像を形成する工程では、例えば、回転駆動される感光体の表面を帯電装置によって均一に帯電し、露光装置によって帯電した感光体表面にレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。
An image forming apparatus using an electrophotographic method generally forms an image on a transfer material through steps of charging, exposure, development, transfer, peeling, cleaning, static elimination, and fixing.
In the image forming step, for example, the surface of the photoconductor to be rotated is uniformly charged by a charging device, and the surface of the photoconductor charged by the exposure device is irradiated with laser light to form an electrostatic latent image.
続いて、現像装置によって感光体上の静電潜像が現像されて感光体表面上にトナー像が形成される。次いで、転写装置によって感光体上のトナー像は転写材上に転写され、その後、定着装置によって加熱されることによってトナー像は転写材上に固定される。また、感光体表面上に残った転写残留トナーは、クリーニング装置により除去されて所定の回収部に回収される。また、クリーニングされた後の感光体表面は、次の画像形成に備えるために、除電装置により残留電荷が除去される。 Subsequently, the electrostatic latent image on the photoconductor is developed by the developing device to form a toner image on the surface of the photoconductor. Next, the toner image on the photosensitive member is transferred onto the transfer material by the transfer device, and then the toner image is fixed on the transfer material by being heated by the fixing device. Further, the transfer residual toner remaining on the surface of the photoreceptor is removed by a cleaning device and collected in a predetermined collection unit. In addition, the remaining charge is removed from the surface of the photoreceptor after the cleaning by a static eliminator in order to prepare for the next image formation.
感光体上の静電潜像を現像する現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤またはトナーとキャリアからなる二成分現像剤が一般に用いられる。
一成分現像剤はキャリアを使用しないことから、二成分現像剤のようにトナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構等を必要としない。そのため、現像装置がシンプルになるといった利点を有する。しかし、トナーの帯電量が安定しにくい等の欠点がある。
As the developer for developing the electrostatic latent image on the photoreceptor, a one-component developer composed of only toner or a two-component developer composed of toner and carrier is generally used.
Since the one-component developer does not use a carrier, a stirring mechanism or the like for uniformly mixing the toner and the carrier is not required unlike the two-component developer. Therefore, there is an advantage that the developing device is simplified. However, there are drawbacks such as the toner charge amount being difficult to stabilize.
二成分現像剤は、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構等を必要とすることから、現像装置が複雑になるといった欠点を有する。しかし、帯電安定性や高速機への適合性に優れている。そのため、高速画像形成装置やカラー画像形成装置によく使用されている。 Since the two-component developer requires a stirring mechanism for uniformly mixing the toner and the carrier, there is a disadvantage that the developing device becomes complicated. However, it has excellent charging stability and compatibility with high-speed machines. Therefore, it is often used in high-speed image forming apparatuses and color image forming apparatuses.
近年はメンテナンス性の向上と画質劣化防止のためにキャリアを含むトナーを補給するとともに、現像剤を排出することで、劣化した現像剤、特にキャリアを新しいものと徐々に入れ替えていくトリクル方式が採用されている。しかし、キャリアの劣化レベルによらずに現像剤の置換が行われることになるので無駄が多い。 In recent years, a trickle method has been adopted in which toner containing carrier is replenished to improve maintainability and prevent deterioration in image quality, and the developer is gradually replaced with a new one by discharging the developer. Has been. However, since the replacement of the developer is performed regardless of the deterioration level of the carrier, there is a lot of waste.
これに対し、帯電バイアス及び現像バイアスを制御して感光体上に前記現像剤中のキャリアを移転させ感光体のクリーニング手段で回収する方法が知られている。
また、さらに中間転写体上に転写させてから中間転写体のクリーニング手段で回収すると共に、クリーニング手段を磁気ブラシクリーニング方式にすることで中間転写体の傷の防止を図るようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
On the other hand, a method is known in which the carrier in the developer is transferred onto the photosensitive member by controlling the charging bias and the developing bias and collected by the cleaning means for the photosensitive member.
Further, it is also known that the intermediate transfer member is transferred to the intermediate transfer member and then recovered by the intermediate transfer member cleaning means, and the cleaning means is made of a magnetic brush cleaning system so as to prevent scratches on the intermediate transfer member. (For example, refer to Patent Document 1).
感光体や中間転写体上の劣化キャリアをクリーニング手段で回収すると摺擦により感光体や中間転写体に傷が付き、そのために画像上に筋が発生するという問題がある。傷を防止するために磁気ブラシクリーニングを用いる方法は、キャリアの回収には有効であるがトナーの回収には通常のブレードクリーニングの方が向いているので、二つのクリーニングが必要となるという問題がある。 When the deteriorated carrier on the photosensitive member or intermediate transfer member is collected by the cleaning means, there is a problem that the photosensitive member or the intermediate transfer member is scratched by rubbing, thereby causing streaks on the image. The method of using magnetic brush cleaning to prevent scratches is effective for carrier recovery, but normal blade cleaning is more suitable for toner recovery, so there is a problem that two cleanings are required. is there.
この発明は、感光体と、露光部と、現像装置と、中間転写体と、第1および第2転写装置と、クリーニング装置と、第1および第2モードを実行する制御装置とを備え、現像装置にトナーとキャリアを含む二成分現像剤が使用されるとき、制御装置は、第1モードにおいて、露光部により感光体上に静電潜像を形成させ、現像装置により静電潜像をトナー像に現像し、第1転写装置によりトナー像を中間転写体の第1領域に転写させ、転写したトナー像を第2転写装置により記録媒体に転写した後、中間転写体上の残余トナーをクリーニング装置で回収する工程を実行し、第2モードにおいて、現像装置の劣化キャリアを感光体上に静電的に付着させ、付着した劣化キャリアを第1転写装置により中間転写体の第2領域に移転させた後、移転した劣化キャリアをクリーニング装置で回収する工程を実行する画像形成装置を提供するものである。 The present invention includes a photosensitive member, an exposure unit, a developing device, an intermediate transfer member, first and second transfer devices, a cleaning device, and a control device that executes first and second modes, and When a two-component developer containing toner and carrier is used in the apparatus, the control device causes the exposure unit to form an electrostatic latent image on the photoreceptor in the first mode, and the developing device converts the electrostatic latent image into toner. The image is developed, the toner image is transferred to the first area of the intermediate transfer member by the first transfer device, the transferred toner image is transferred to the recording medium by the second transfer device, and the residual toner on the intermediate transfer member is cleaned. The recovery process is executed by the apparatus, and in the second mode, the deteriorated carrier of the developing device is electrostatically attached onto the photosensitive member, and the attached deteriorated carrier is transferred to the second region of the intermediate transfer member by the first transfer device. Then move There is provided an image forming apparatus for executing the step of recovering the cleaning device degradation carriers.
この発明によれば、劣化キャリアの採取は中間転写体の画像形成に用いない第2領域を使用して行われるので、中間転写体の画像形成に用いる第1領域に傷をつけることは無い。従って、キャリアとトナーを同一のブレードクリーニング装置で回収できる。 According to the present invention, since the deteriorated carrier is collected using the second region that is not used for image formation of the intermediate transfer member, the first region used for image formation of the intermediate transfer member is not damaged. Therefore, the carrier and the toner can be collected by the same blade cleaning device.
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を説明する。
図1は、この発明の一実施形態の画像形成装置を示す構成説明図である。図2は、図1の要部を示す構成説明図である。
The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a configuration explanatory view showing the main part of FIG.
図1に示すように、画像形成装置100は、4つの画像形成ユニット1〜4を備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。画像形成ユニット1は黒トナー画像を形成するユニットであり、画像形成ユニット2はシアントナー画像を形成するユニットであり、画像形成ユニット3はマゼンタトナー画像を形成するユニットであり、画像形成ユニット4はイエロートナー画像を形成するユニットである。
As shown in FIG. 1, the
これら4つの画像形成ユニット1〜4の上方には、中間転写体としての中間転写ベルト(無端ベルト)5が配設されている。中間転写ベルト5は、2つの支持ロール6,6aに掛け渡され、矢印Rにて示す方向に回動するように構成されている。なお、支持ロール6aは駆動ロール、支持ロール6は従動ロールである。
Above these four
中間転写ベルト5の材料としては、ポリイミド(PI)、ポリカーボネイト(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ウレタンゴム、ナイロン、又はポリアミドイミド(PAI)が用いられる。後述の中間転写ベルト5のキャリア回収領域では、抵抗を高めにするために含有する導伝性カーボンの量が減量されたり、材料が変更される。 As a material for the intermediate transfer belt 5, polyimide (PI), polycarbonate (PC), polyvinylidene fluoride (PVDF), urethane rubber, nylon, or polyamideimide (PAI) is used. In the carrier recovery area of the intermediate transfer belt 5 described later, the amount of conductive carbon contained to increase the resistance is reduced or the material is changed.
そのために、中間転写ベルト5のキャリア回収領域と画像形成領域では色に違いが生じるので、光学的なセンサによって、其々の領域を識別できる。そこで、中間転写ベルト5の外側に領域検出センサ41が設けられている。
4つの画像形成ユニット1〜4は、中間転写ベルト5の回動方向Rに沿って順に配置されている。
For this reason, there is a difference in color between the carrier recovery area and the image forming area of the intermediate transfer belt 5, and therefore each area can be identified by an optical sensor. Therefore, an
The four
中間転写ベルト5の内側には、各画像形成ユニット1〜4で形成された単色トナー画像の各々を中間転写ベルト5上に転写する1次転写ローラ71〜74が、画像形成ユニット1〜4に対向するように各々設けられている。画像形成ユニット1〜4で形成された単色トナー画像は、中間転写ベルト5上に重ね合うように転写され、一つのカラートナー像を形成する。
中間転写ベルト5上に形成されたカラートナー像を用紙(記録媒体)に転写する2次転写ローラ8が支持ロール6aに対向して配設されている。
Inside the intermediate transfer belt 5,
A
また、2次転写ローラ8よりも中間転写ベルト5の回動方向Rの下流側には、転写後の中間転写ベルト5の表面をクリーニングするためのベルトクリーニングユニット10が支持ロール6に対向して設けられている。ベルトクリーニングユニット10は、中間転写ベルト5に接触配置されるベルトクリーニングブラシ11と、ベルトクリーニングブレード12とを有している。ベルトクリーニングブレード12は、ベルトクリーニングブラシ11より中間転写ベルト5の回動方向Rの下流側に配置される。
A
また、4つの画像形成ユニット1〜4の下方には、用紙を収容するトレー14が配設されている。トレー14内の用紙は、複数の給紙ローラ13にて、2次転写ローラ8が中間転写ベルト5と対向する2次転写位置まで搬送される。矢印Pは、トレー14から2次転写ローラ8への用紙の搬送方向を示す。
Further, below the four
2次転写ローラ8の用紙搬送方向下流には、用紙に転写されたカラートナー像を用紙上に定着するための定着ユニット15が設けられている。そして、定着ユニット15のさらに搬送方向Pの下流には、定着ユニット15でカラートナー像が定着された用紙を画像形成装置100から排出する排紙ローラ13aが設けられている。また、これらの装置を制御する制御装置34が画像形成装置100の上部に設けられている。
A
図2は、図1に示した画像形成ユニット1のみの構成を示している。画像形成ユニット2、画像形成ユニット3、及び画像形成ユニット4の構成は、実質的に画像形成ユニット1と同じ構成であるので、それらの構成の説明は省略する。
FIG. 2 shows the configuration of only the
図2に示すように、感光体ドラム16の周囲には、感光体ドラム16を帯電する帯電装置17、感光体ドラム16上に静電潜像を形成する露光装置18、感光体ドラム16上の静電潜像をトナー像に現像して可視化する現像装置19、カブリ濃度センサ26、感光体ドラム16上に残留するトナーを含む残留物を除去するクリーニング装置20、および感光体ドラム上の残留電荷を除去する除電ランプ25が、この順序で感光体ドラム16の回転方向Rdに沿って配置される。
As shown in FIG. 2, there are a
帯電装置17は、スコロトロン帯電装置からなり、ノコ歯電極(放電電極)17aと、ノコ歯電極17aから感光体ドラム16の表面に到達するコロナイオンの量を制御する制御グリッド17bとを備えている。ノコ歯電極17aには−2kVの高電圧を出力する高電圧電源(図示せず)が接続されている。
The
また、制御グリッド17bには、切替えスイッチ31を介して、高電圧用トランス(TH)を有する高電圧電源32と、定電圧電源であり低電圧用トランス(TL )を有する低電圧電源33とが接続されている。この実施形態において、低電圧電源33の出力電圧は約600Vであり、高電圧電源32の出力電圧は約750Vである。但し、電圧の極性は何れもマイナスである。切替えスイッチ31の切換は、制御装置34(図1,図3)によって行われる。
The
露光装置18は、例えばレーザ露光器からなり、入力された画像信号に応じたレーザ走査による露光を行い、帯電装置17によって帯電された感光体ドラム16の表面電位を変化させることで、画像情報に応じた静電潜像を形成する。露光装置18としては、LEDアレイ装置等も用いることができる。
The
現像装置19は、内部にキャリアとトナー(この実施形態においては負帯電トナーを使用)からなる二成分現像剤を収容し、二成分現像剤を感光体ドラム16の表面に供給する現像ローラ24を備えている。前記二成分現像剤は、磁性キャリアとトナーを含み、二成分反転現像方式により、感光体ドラム16に形成された静電潜像を現像する。
The developing
カブリ濃度センサ26は、感光体ドラム16表面の非画像部におけるトナー付着量を測定するセンサで、発光素子と受光素子からなるフォトセンサからなり、測定結果を制御装置34に出力する。現像ローラ24には現像バイアス電源35が現像バイアス電圧を印加するようになっている。
The
図3は画像形成装置100の制御周りを示すブロック図である。同図に示すように、制御装置34は、操作部40,領域検出センサ41およびカブリ濃度センサ26からの出力を受けて、画像形成ユニット1〜4の各々が備える露光装置18,現像装置19,現像バイアス電源35,感光体ドラム16,切替えスイッチ31および除電ランプ25と、1次転写ローラ71〜74のバイアス電源71a〜74a、2次転写ローラ8のバイアス電源8a、中間転写ベルト5の支持ロール6a、給紙ローラ13、排紙ローラ13aおよび定着ユニット15を駆動制御するようになっている。
FIG. 3 is a block diagram illustrating the periphery of control of the
なお、操作部40は画像形成条件や劣化キャリア回収条件などを入力設定するためのキーボードやタッチパネルなどを備える。制御装置34は、CPU,ROM,RAMからなるマイクロコンピュータを備える。
領域検出センサ41は、前述のように中間転写ベルト5の上側近傍(図1)に設けられ、中間転写ベルト5の画像形成領域と劣化キャリア回収領域とを識別するセンサである。
The
The
このような構成において、制御装置34は、第1モード(画像形成モード)にあると、通常の画像形成動作を、次のようにして行う。まず、図2に示すように、感光体ドラム16が図示しないドラムモータにより回転駆動され、切替えスイッチ31が低電圧電源33側に切替えられてグリッド17bに−600Vが印加され、感光体ドラム16の表面が帯電装置17によって均一な−600Vの電位に帯電される。
In such a configuration, when in the first mode (image forming mode), the
次に、感光体ドラム16の表面に、露光装置18からレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。感光体ドラム16での静電潜像の形成は、感光体ドラム16の基体をなすアルミニウム素管(図示せず)がドラムフランジからドラムシャフトを介してグランドに接続されており、上記レーザ光による露光部の電位が未露光部分よりも低下することにより行われる。
Next, the surface of the
形成された静電潜像は、現像装置19から供給される帯電されたトナーによって現像され、トナー像となる。このとき、現像装置19の現像ローラ24には、トナーを感光体ドラム16の表面に供給するために、現像バイアス電源35から現像バイアス電圧が印加されている。
The formed electrostatic latent image is developed with the charged toner supplied from the developing
現像装置19によって現像されたトナー像は、領域検出センサ41によって検出された中間転写ベルト5上の第1領域(画像形成領域)に一次転写される。転写後に感光体ドラム16の表面に残留したトナーはクリーニング装置20によって回収される一方、感光体ドラム16の表面に残留する電荷は、除電ランプ25によって除去される。
The toner image developed by the developing
そして、図1に示すように各画像形成ユニット1〜4で形成された各単色トナー画像は、中間転写ベルト5上へ順次重ねて転写されて、中間転写ベルト5上にカラートナー像が形成される。中間転写ベルト5上のカラートナー像は、2次転写位置において、給紙ローラ13で搬送される用紙へ2次転写され、その後、定着ユニット15にて用紙に定着される。
As shown in FIG. 1, the single color toner images formed by the
カラー画像が定着された用紙は、排紙ローラ13aにて画像形成装置100から排出される。一方、2次転写後、用紙に転写さないまま中間転写ベルト5上に残ったトナーは、ベルトクリーニングユニット10にて回収される。
The paper on which the color image is fixed is discharged from the
次に、制御装置34が第2モード(劣化キャリア回収モード)にあると、図2に示す切替えスイッチ31が高電圧電源32側に切替えられて制御グリッド17bに−750Vが印加され、感光体ドラム16は一様に−750Vの電位に帯電される。
Next, when the
そして、通常の画像形成時の現像動作で印加する現像バイアス電圧(−600V)よりも高い現像バイアス電圧(−750V)が現像ローラ24に印加され、感光体ドラム16と現像ローラ24が所定時間駆動される。それによって二成分現像剤中の劣化キャリアが現像ローラ24から感光体ドラム16上に移転して付着する。
A developing bias voltage (-750 V) higher than the developing bias voltage (-600 V) applied in the developing operation during normal image formation is applied to the developing
そこで、支持ロール6aを駆動して中間転写ベルト5を回動させ、領域検出センサ41により中間転写ベルト5上の第2領域(劣化キャリア回収領域)を検出する。そして、制御装置34が領域検出センサ41の出力をうけて、1次転写ローラ71〜74に−3500Vのバイアス電圧を中間転写ベルト5の回動に同期して順次印加すると、回動する中間転写ベルト5上の第2領域に画像形成ユニット1〜4の各感光体ドラム16からキャリアが重なるように移転(転写)される。次に、中間転写ベルト5上の劣化キャリアがベルトクリーニングユニット10によって回収される。
Therefore, the
なお、制御装置34は、通常画像形成モード(第1モード)と劣化キャリア回収モード(第2モード)において、各部のバイアス電位を表1のように切替えている。
また、制御装置34は、第2モードを次のような条件を考慮して実行する。
(1)キャリアの劣化は現像装置19内での攪拌時間に大きく依存するので、現像ローラ24の積算回転時間が所定の時間に達した時点を、第2モードの実行条件とする。
(2)現像剤を現像装置19に供給した初期には殆ど劣化キャリアの排出は不要であるが、積算回転時間がある程度に達してからは排出動作を多くすると効果的であるので、50×103回後に1回、50×103〜100×103回は25×103回毎に1回、100×103〜200×103回では20×103回毎に1回、200×103回以後は15×103回毎に1回という具合に徐々に実行間隔を狭くする。
(3)使用環境によりキャリア劣化が変化するので、かぶり濃度センサ26の情報によって実行の間隔を調整する。
このような条件に基づいて、制御装置34は、通常の画像形成動作期間(第1モード期間)以外において、第2モードを実行する。
The
(1) Since the deterioration of the carrier greatly depends on the stirring time in the developing
(2) Although it is almost unnecessary to discharge the deteriorated carrier at the initial stage when the developer is supplied to the developing
(3) Since the carrier deterioration varies depending on the use environment, the execution interval is adjusted according to the information of the
Based on such conditions, the
また、第2モードにおいて、現像装置19から劣化キャリアのみが感光体ドラム16へ移動する理由は、次の通りである。
劣化キャリア回収時には、感光体ドラム16と現像ローラ24との間には、-750-(-450)=-300Vの電位差が生じている。負帯電のトナーはプラス側の現像ローラ24方向に力を受けるので感光体ローラ24には移動しない。
In the second mode, the reason why only the deteriorated carrier moves from the developing
At the time of recovering the deteriorated carrier, a potential difference of −750 − (− 450) = − 300V is generated between the
キャリアは現像ローラ24の磁力により現像ローラ24上に保持されている。感光体ドラム16側がマイナス300Vで電位が低いのでプラス帯電であるキャリアは感光体ドラム16側に電気的に引っ張られる。磁気的に現像ローラに留め置かれる。しかし、劣化キャリアは抵抗が高くなっており、プラス側に高く帯電しているので、電気的な力が勝り感光体ドラム16側に移動する。なお、この時、帯電装置17はグリッド電位-750Vで感光体ドラム16の表面を-750Vに帯電させる(露光装置18は露光させない)。
The carrier is held on the developing
また、中間転写ベルト5のキャリア回収領域の抵抗を他の領域より高くする理由は、次の通りである。
劣化キャリア回収時の1次転写ローラの電位は-3500Vである。
この電位設定では、感光体ドラム16と1次転写ローラ71〜74間の電圧は-3500-(-750)=-2750Vとなる。通常の画像形成時には+1500-(-600)=2100Vであるので650Vだけ高い電圧がかかる。
The reason why the resistance of the carrier recovery area of the intermediate transfer belt 5 is made higher than that of the other areas is as follows.
The potential of the primary transfer roller when recovering the deteriorated carrier is -3500V.
In this potential setting, the voltage between the
従って、中間転写ベルト5の抵抗が低すぎると絶縁が不十分となり一次転写ローラ71〜74と感光体ドラム16の間の電流により電圧維持ができずに劣化キャリアの移動が阻害される恐れがある。尚、劣化キャリア回収時の電圧を高く設定するのは、より確実に劣化キャリアを中間転写ベルト5に移動させるためであり、それが可能なのはトナーの転写時のように画質を考慮する必要が無いからである。
Therefore, if the resistance of the intermediate transfer belt 5 is too low, the insulation is insufficient, and the voltage between the
1〜4 画像形成ユニット
5 中間転写ベルト
6a,6b 支持ロール
8 2次転写ローラ
10 ベルトクリーニングユニット
11 ベルトクリーニングブラシ
12 ベルトクリーニングブレード
13 給紙ローラ
13a 排紙ローラ
14 トレー
15 定着ユニット
16 感光体ドラム
17 帯電装置
17a ノコ歯電極
17b 制御グリッド
18 露光装置
19 現像装置
20 クリーニング装置
24 現像ローラ
25 除電ランプ
26 カブリ濃度センサ
31 切替えスイッチ
32 高電圧電源
33 低電圧電源
34 制御装置
35 現像バイアス電源
40 操作部
41 領域検出センサ
71〜74 1次転写ローラ
100 画像形成装置
R 回動方向
1-4 Image forming unit 5
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