JP2017067904A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体上に存在する紙粉による不具合、即ち、クリーニング手段の機能低下を少量のトナー供給で防ぐ。
【解決手段】感光体と、前記感光体の表面に形成された潜像を現像する現像手段と、前記感光体の表面と接触して前記感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを備え、感光体から記録材に直接転写する方式の画像形成装置において、非画像形成時に、記録材搬送用の搬送コロの位置に対応する感光体上の箇所にのみ、トナー供給を行って、クリーニングする。
【選択図】図４

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの少なくとも２つの機能を有する複合機等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置にあっては、潜像形成手段により像担持体上に形成された静電潜像に、トナーを付着することによって可視像化し、このトナー像を転写紙等に転写、定着して画像形成を行っている。このような画像形成プロセスにおいて、像担持体上の静電潜像に付着したトナーの一部は転写されずに像担持体上に残留しクリーニング手段によって回収されている。

近年において、地球環境保護の観点から、クリーニング手段により回収されたトナー（以下、回収トナーという）を現像装置に戻して再利用する画像形成装置が提案され、実用化されている。

一方、同じく地球環境保護の観点から、市場ではリサイクル紙等、様々な紙が用いられるようになってきている。電子写真技術では、記録材として使用される紙がシステムに与える影響も大きく、紙への転写性、定着性、搬送性等、様々なモジュールに関係し、様々なモジュールにおいて紙に起因した問題が生じる。具体的には、その紙から出る填料（カオリン、タルク、シリカ、二酸化チタン等）がトナーと混ざり、感光体上にフィルミングしたり、填料がクリーニングブレードにダメージを与えたり、クリーニングブレードエッジに挟み込まれたりする。

特許文献１では、クリーニング装置（ブレード）とは別に、スパイラル状の凹凸表面を形成したローラを具備して感光体表面に接触回転させて感光体長手方向で均一に紙粉等を取り除きながら、感光体表面を研磨している。

また特許文献２では、感光体ドラムの現像器と転写ロールとの間に、感光体ドラムに付着する紙粉等の異物を除去するための異物回収機構が設けられている。この異物回収機構は、感光体ドラムに対向する異物回収ロール、この異物回収ロールに所定の回収バイアスを印加するバイアス電源、異物回収ロールに転移、付着した異物を取り除くウェブクリーナを備えていて、感光体ドラム上の紙粉等の異物を取り除くようになっている。

更に特許文献３では、非画像形成時に感光体ドラム上に所定のトナーパターン像（ハーフトーンの所謂ベタ画像）を形成するパターン像形成モードに一定のタイミングで切り換え、上記パターン像形成モード中に第２クリーニング装置を用いて紙粉を多く含む上記トナーパターン像を除去し、回収している。

しかしながら、特許文献１や特許文献２では、感光体長手方向に対して、特に紙粉の入力が多い箇所への検討がされておらず、そのような箇所ではクリーニング装置に悪影響を及ぼすことが考えられる。特許文献３では、トナーリサイクルシステムで、現像器内の紙粉混入対策のために特別なトナー吐き出しを行っている。

また、画像形成に用いられる紙に対する対策ではないが、平均印字率が低い作像時におけるクリーニングブレードのびびり、めくれ、欠けといった不具合に対する対策として、特許文献４では、平均印字率に応じて、非画像形成時に現像剤供給量を調整してクリーニングブレードにトナー入力を行うようになっている。その現像剤供給動作は、感光ドラム上に、軸方向では全域で且つ感光ドラムの回転方向（周方向）に短い横帯状の画像の露光を行い、現像手段により顕像化させるものである。

この特許文献４では、感光ドラムの軸方向で全域、即ち、クリーニングブレード全面へのトナー入力に関して必要最小限のトナー量を入力することを目的にしているが、クリーニングブレードに入力される紙粉の影響は考慮されていない。

紙粉による不具合が起こる箇所は、紙端部（カット面）と、紙搬送のための搬送コロとが接する位置で、そのような箇所で紙粉の発生量が多くなることが分かっている。作像領域内には回収トナーもあり、クリーニングブレードエッジ部周辺の紙粉量の割合が少ないが、紙搬送コロが紙と接触する箇所は紙粉の入力が多く、低画像面積を多く出力すると、紙粉がクリーニング装置に溜まり、クリーニング不良や感光体フィルミングを起こし易くなる。

本発明の課題は、感光体上に存在する紙粉による不具合、即ち、クリーニング手段の機能低下を少量のトナー供給で防ぐことである。

上記課題を解決するため、本発明では、感光体と、前記感光体の表面に形成された潜像を現像する現像手段と、前記感光体の表面と接触して前記感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを備え、感光体から記録材に直接転写する方式の画像形成装置において、非画像形成時に、記録材搬送用の搬送コロの位置に対応する感光体上の箇所にのみ、トナー供給を行って、クリーニングする。

本発明によれば、非画像形成時に、記録材搬送用の搬送コロの位置に対応する感光体上の箇所にのみ、トナー供給を行い、クリーニングするので、クリーニング手段における紙粉入力がより多い箇所を紙粉の割合を減らしてクリーニングすることとなり、少量のトナー供給でクリーニング手段の機能低下を防ぐことができる。

複写機の全体構成を示す概念図である。 感光体と紙搬送コロ、紙の搬送経路の概略を示す図である。 作像ユニットの構成を示す概略図である。 累積画像面積率に基づくトナー入力制御のシーケンスを表すフロー図である。 印字枚数に基づくトナー入力制御のシーケンスを表すフロー図である。 各記録材と制御パラメータの関係を示す表である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置であるモノクロ複写機の全体構成を概略的に示すものである。なお、本発明はモノクロ機に限定されず、カラー画像形成装置であれば現像ユニットの数が増えるだけであって適用可能なものである。

本複写機の基本的な全体構成は公知であり、感光体の周囲に、画像を形成するために必要な所定の装置、即ち、帯電手段、露光手段、現像手段等が設けられるものなので、その説明は簡略化する。

本複写機では、装置本体１００の下部に記録材としての用紙を収納する給紙カセット１０を備えた給紙部が設けられ、その上方に作像ユニット２０と光書き込みユニット３０が配され、そのまた上方に定着装置４０が配された構成となっている。装置本体１００の上には画像情報読み取りのためのスキャナ７０が設けられている。また、給紙カセット１０から定着装置４０を介して排出ローラ８０により装置本体外へ排出されるまで、ゴム製の記録材搬送用のゴム製の搬送コロ１３が少なくとも１個付設され紙を搬送する用紙搬送経路が形成されている。図２に示すように、本実施形態では、搬送コロ１３は用紙搬送方向に直交する方向に複数付設されている。更に図中、符号１１は重送防止機構を備えた呼び出しローラ、１２はレジストローラ対である。

給紙カセット１０から搬出された用紙が、作像ユニット２０で形成された像を感光体と転写ローラ６０との間の電界によって直接転写され、その後、定着装置４０によって定着され、排紙される。

作像ユニット２０では、図３に示されるように、像担持体である感光体２１の周りに、帯電手段、感光体上にトナー像を形成する現像手段２３、転写ローラ６０、クリーニング手段２４、除電ランプから成る除電手段２５がそれぞれ配置されている。

帯電手段は、弾性ゴムの帯電ローラ２２を感光体２１に接触させ、ＤＣバイアスを印加し、感光体２１を所定の電位に帯電するものである。帯電ローラ表面の粗さは感光体の膜削れや地肌汚れ、感光体フィルミングに影響してくる。帯電ローラ２２は、芯金上に導電性弾性層としての導電性ゴム層を設けて構成されるものである。このようなゴムローラの成形法として、射出成形法、押出成形法、トランスファー成形法、プレス成形法等を挙げることができるが、特にこれらに限定されるものではない。

現像手段２３には、感光体２１に対向し感光体上の潜像を可視像化する現像ローラ２３１、現像剤を攪拌搬送すべく並列した２本の搬送スクリュ２３２，２３３、現像ローラ上の層厚を規制する現像ドクタ２３４が備えられている。一方の搬送スクリュ２３３にはトナー濃度センサ２３５が付設されている。

クリーニング手段２４には、感光体２１から廃トナーを掻き取るため感光体長手方向に延びるウレタンゴム製のクリーニングブレード２４１、同様に感光体長手方向に延びバイアスを印加される導電ブラシ２４２、導電ＰＥＴ２４３が備えられている。導電ブラシ２４２の主な目的は紙粉の回収であり、そのためマイナスのバイアスを印加される。

光書き込みユニット３０は、本例では、光変調したレーザ光を感光体２１の表面に照射して、感光体表面に潜像を形成するものであり、本実施形態では、図１において作像ユニット２０の左方に配置されている。露光装置としては半導体レーザ（ＬＤ）に限られず、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた構成であってもよい。

また図１に示されるように、装置本体１００の上部にはトナーボトル５０が備えられ、通常はトナーボトル５０のみの交換で追加的なフレッシュトナーを補給する。そして、作像ユニット２０は、感光体２１や帯電ローラ２２等の交換時期にのみプロセスカートリッジとして交換する。更に、装置本体１００には、周知のように、各種駆動部、バイアス供給部、各種検知部、操作パネル部（操作部）、メモリ部と接続されたＣＰＵも配置され、制御部を構成している。

なお図１のように、トナーボトル５０から作像ユニット２０までトナーを搬送してトナーを補給する構成であれば、本複写機は通常、トナーボトル５０の交換をユーザー自らができるようになる。

次に作像動作を簡単に説明する。
画像形成動作が開始されると、作像ユニット２０の感光体２１を周知のように図１の反時計方向に回転駆動し、感光体表面を帯電ローラ２２によって所定の極性に一様に帯電させる。帯電した感光体２１の表面には、光書き込みユニット３０からレーザ光を照射し、感光体表面に静電潜像を形成する。この時、例えばスキャナ７０で読み取った画像を演算装置にて処理して、感光体２１に露光する。このように形成された静電潜像は、感光体２１と現像手段２３の間を通る際、現像手段２３に収納されたトナーによってトナー像として可視像化される。

感光体上で可視像化されたトナーは、給紙カセット１０から給紙された用紙と接触し、用紙背面の転写ローラ６０から、トナー電荷とは逆バイアスを印加され、用紙上に転写される。

トナー像を転写された後の感光体表面に付着する残留トナーは、クリーニング手段２４によって感光体表面から除去され、感光体表面が除電手段２５によって除電され、表面電位を初期化して次の画像形成に備えさせる。

一方、トナー像の転写を受けた用紙は定着装置４０へ搬送され、定着装置４０を通過する際に熱と圧を加えられ、トナー像を溶融させて定着させる。そして、トナー像が定着された用紙、即ち、プリント済みの用紙は、装置本体１００の上部寄りに設けられた搬送経路の終端に位置する排出ローラ８０へ搬送され、装置本体１００の上面に形成された積載部に排出される。

本実施形態では、非画像形成時、特に画像形成が終了して待機状態に入る前に、トナー入力制御シーケンスを実行して、所定条件下で感光体２１の紙搬送コロ対応位置にトナー入力（トナー供給）を行う。そのトナー入力制御シーケンスについて、図４、図５、図６を用いて説明する。

図４は、累積画像面積率に関して、計算される累積画像面積率が或る値（○％）以下になるときの、トナー入力制御のシーケンスを示している。なお、このシーケンス上での印刷、印字は感光体への印刷、印字を意味する。出力画像の画像面積（用紙の単位面積当たりに出力画像が占める比率）を制御部で算出し、その値の所定枚数分での累積平均（例えば１０枚出力での画像面積の平均値）を計算して記憶する。累積画像面積率は以下の計算式によって定義される。

ここでＸ_{ａｖｅ（ｎ）}は今回計算する累積画像面積率であり、Ｘ_{ａｖｅ（ｎ−１）}は前回までの累積画像面積率、Ｐ_{（ｎ−１）}は前回までの総印字枚数、Ｐ_（ｎ）は今回新しい印字命令によって印字する枚数、Ｓは今回のJobの画像面積である。

図６の表に示すように、その閾値は記録材によって変わり、より紙粉の量が多いものほど、その閾値を低く設定する。ＯＨＰやコート紙、マット紙は紙粉量の影響が殆んどなく、ユーザーがこれらの紙を選択して画像形成した場合は、トナー入力は行わない。またユーザーは同じ紙種だけを使用するとは限らないので、操作パネル上の用紙の種類を設定する項目において切り替えがなされた場合には、閾値も切り替えるようにする。

計算された累積画像面積率が閾値以下の場合、感光体上の搬送コロ対応位置にトナー入力（供給）を行い、感光体上のクリーニングブレード２４１との対応箇所におけるトナー割合を増やし、したがって該対応箇所におけるブレードエッジ部の紙粉の割合を減らすようにする。そして、転写動作を行うことなく、そのトナーをクリーニングすることによって、紙粉の溜まり易い位置でのクリーニング機能の低下を抑制する。なお、感光体上の搬送コロ対応位置に供給されたトナーを記録材に転写して紙粉を多く含んだトナーを記録材に移した上で転写後の感光体をクリーニングすることも可能である。

図５は、印字枚数に関して、印字枚数をカウントし、カウント記録された印字枚数が所定値（○枚）に達したときにトナー入力を行う制御のシーケンスを示している。このシーケンス上での印刷、印字も感光体への印刷、印字を意味する。図６の表に示すように、その所定値も記録材によって変わる。ユーザーがＯＨＰやコート紙、マット紙を選択した場合、累積画像面積率の場合と同様、トナー入力は行わない。

図４、図５における夫々の制御シーケンスにおいて、クリーニングブレードへのトナー入力は、感光体から転写ローラを離間させた上で、感光体上の紙搬送コロに対応した位置に、縦帯状のベタ画像を形成することで実行される。トナー入力／画像入力はクリーニングブレードの長手方向全域に行わずに、必要な箇所、即ち、感光体上の紙搬送コロ位置に該当する箇所にのみ行い、縦帯１００％画像として、即ち、感光体１周分の帯画像として印字する。帯画像は感光体１周分であることを必須としないが、溜まった紙粉除去のためには、できるだけ長めの帯画像を形成するのがよい。

なお、ブレード全域にトナー入力を行っても、紙搬送コロ対応位置の紙粉の割合は減り、その位置のクリーニング性等は良くなるが、紙粉の堆積が少ない箇所では余計なトナー消費が増えることになるので、本実施態様では必要箇所にのみトナー入力する。

また、トナー入力を過度に行うと、感光体の摩耗も促進される懸念や、経時的にクリーニングブレードが摩耗した場合のクリーニング性の懸念等もあるので、トナー入力は必要な箇所に必要な分だけ行う方が好ましい。

本実施形態のように、モノクロ機であれば、転写残トナーをクリーニング装置で回収し、現像器にもう一度戻して使うリサイクルシステムも考案されているが、本発明はそのようなリサイクルシステムにおいても有用である。その場合、導電ＰＥＴで回収した紙粉は廃棄すると、よりリフレッシュなトナーがリサイクルでき、システムも最適化される。

１１ 呼び出しローラ
１３ 搬送コロ
２１ 感光体
２３ 現像手段
２４ クリーニング手段

特開２００１−１５４５３４号公報 特許第４８１５８１６号公報 特開平９−２１８６３０号公報 特開２０１０−１２２４６８号公報

Claims (5)

1. 感光体と、前記感光体の表面に形成された潜像を現像する現像手段と、前記感光体の表面と接触して前記感光体の表面をクリーニングするクリーニング手段とを備え、感光体から記録材に直接転写する方式の画像形成装置において、非画像形成時に、記録材搬送用の搬送コロの位置に対応する感光体上の箇所にのみ、トナー供給を行って、クリーニングす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、出力画像の画像面積を算出し、所定枚数分でのそれら画像面積を累積平均し、その累積画像面積率が閾値以下である場合に、前記搬送コロの位置に対応する感光体上の箇所にトナー供給を行うことを特徴とする、画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置において、選択された記録材の種類に応じて前記閾値を変えることを特徴とする、画像形成装置。
4. 請求項１の画像形成装置において、印字枚数をカウントし、カウントされた印字枚数が所定値に達した場合に、前記搬送コロの位置に対応する感光体上の箇所にトナー供給を行うことを特徴とする、画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置において、選択された記録材の種類に応じて前記所定値を変えることを特徴とする、画像形成装置。

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