JP2017227834A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サービスマンのメンテナンスによらずトナー固着に対応可能な画像形成装置の提供。【解決手段】トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して、像担持体１１５にトナーを付着させる現像を行う現像剤担持体１２０を有し、２成分現像剤にトナーを供給することなく現像剤担持体１２０の駆動を行って現像を行うことで２成分現像剤中のトナーの消費を行うトナー吐出しモードと、トナー吐出しモードの後に実行され、継続して現像剤担持体１２０の駆動を行うフリーランモードと、を有するクリーニング動作モードを実行可能である画像形成装置１００。【選択図】図１

Description

本発明は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置に関する。

従来より、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置が知られている（たとえば、〔特許文献１〕〜〔特許文献５〕参照）。この画像形成装置では、現像ローラなどと言われる現像剤担持体に２成分現像剤を担持して、感光体などと言われる像担持体の現像を行う。現像剤担持体にトナーが経時的に固着するトナー固着という現象が生じると、形成する画像の品質が低下するなどの不具合が生じる。
トナー固着への対応としては、サービスマンによる装置の分解及び清掃によるメンテナンスその他現像剤担持体を含むユニットの交換が行われている。従来の対応では、サービスマンのメンテナンスに要する時間、工数、交換費用等のコストがかかる。

本発明は、サービスマンのメンテナンスによらずトナー固着に対応可能な画像形成装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して、像担持体にトナーを付着させる現像を行う現像剤担持体を有し、前記２成分現像剤にトナーを供給することなく前記現像剤担持体の駆動を行って前記現像を行うことで前記２成分現像剤中のトナーの消費を行うトナー吐出しモードと、当該トナー吐出しモードの後に実行され、継続して前記現像剤担持体の駆動を行うフリーランモードと、を有するクリーニング動作モードを実行可能である画像形成装置にある。

本発明によれば、サービスマンのメンテナンスによらずトナー固着に対応可能となる。

本発明に係る画像形成装置の一例の斜視図である。 図１に示した画像形成装置に備えられる操作パネルの一例を示す図である。 図１に示した画像形成装置に備えられる現像剤担持体の経時的な状態変化を示す図である。 図１に示した画像形成装置において実行可能なクリーニング動作モードの一例を示したフローチャートである。 図１に示した画像形成装置において実行可能なクリーニング動作モードの他の例を示したフローチャートである。 図１に示した画像形成装置において実行可能なクリーニング動作モードのさらに他の例を示したフローチャートである。

図１に、本発明に係る、２成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置の一例である画像形成装置１００の概略を示す。画像形成装置１００は、モノクロ画像を形成可能な複写機でありプリンタとしても機能する。

画像形成装置１００は、本体フレーム９９と、本体フレーム９９の上部に位置し原稿を読み取る原稿読取手段としての原稿読取装置たる原稿読取部５０とを有している。
画像形成装置１００は、本体フレーム９９の中央に位置する画像形成部１０と、画像形成部１０に記録媒体であるシートとしての用紙たる転写紙Ｓを給送する給紙部２０と、画像形成部１０を通過した転写紙Ｓにトナー像を定着する定着部３０とを有している。
画像形成装置１００は、定着部３０を通過して画像の形成が完了した転写紙Ｓを積載する排紙トレイ１０６と、定着部３０を通過した転写紙Ｓを排紙トレイ１０６に向けて排出する排紙ローラ１２７とを有している。
画像形成装置１００は、本体フレーム９９の外部に設けられた、図２に示す操作パネル４０と、機械的な駆動の駆動源であるメインモータと、以上述べた各構成の制御など画像形成装置１００の制御一般を担う制御手段としての制御部とを有している。

図１に示すように、画像形成部１０は、潜像担持体である像担持体としての感光体ドラム１１５と、トナーと磁性キャリアであるキャリアとを含む２成分現像剤により感光体ドラム１１５を現像する現像手段としての現像装置たる現像部１１とを有している。
画像形成部１０は、現像部１１による現像によって感光体ドラム１１５に担持されたトナー像を給紙部２０から給送されてきた転写紙Ｓに転写する転写手段としての転写装置たる転写部１１４を有している。
画像形成部１０は、感光体ドラム１１５を帯電させる帯電手段としての帯電装置たる帯電部１１６と、帯電部１１６によって帯電された感光体ドラム１１５を露光する露光手段としての露光装置たる書き込みＬＤ１２９とを有している。

画像形成部１０は、転写部１１４によってトナー像を転写紙Ｓに転写された感光体ドラム１１５をクリーニングするクリーニング手段としてのクリーニング装置としてのクリーニング部１１７を有している。
画像形成部１０は、現像部１１に新規のトナーを補給するトナーボトルユニット１２８と、転写部１１４によってトナー像を転写された転写紙Ｓを感光体ドラム１１５から分離する分離爪及び除電ブラシとを有している。
画像形成部１０は、感光体ドラム１１５上に形成されたトナー像の濃度を検知する画像濃度検知手段と、感光体ドラム１１５の位相を検知する位相検知手段とを有している。

原稿読取部５０は、原稿が載置される原稿コンタクトガラス１０１と、原稿コンタクトガラス１０１に向けて原稿を給送する圧板一体型の自動原稿送り装置即ちＡＤＦ１０２と、原稿コンタクトガラス１０１上の原稿を読み取る原稿スキャナ１０３とを有している。
なお、画像形成装置１００は、複写機であるためスキャナとして機能する原稿読取部５０を有しているが、ＰＣオンライン出力専用機、所謂プリンタバージョン等でコントローラを内蔵する場合は、原稿読取部５０を省略しても良い。

現像部１１は、感光体ドラム１１５に対向して設けられ２成分現像剤を担持して感光体ドラム１１５に形成された静電潜像をトナーで現像しトナー像を得る現像剤担持体としての現像ローラ１２０を有している。
現像部１１は、２成分現像剤を撹拌混合して現像ローラ１２０に供給する搬送スクリュー１１９ａ、１１９ｂと、現像部１１のハウジングであるケーシング内の２成分現像剤中のトナー濃度／T.C.を検出するトナー濃度センサ１２１とを有している。
現像部１１は、現像ローラ１２０に担持された２成分現像剤を規制する現像剤穂立ち規制部材としての規制部材と、現像ローラ１２０と感光体ドラム１１５との間に現像バイアスを印加するバイアス印加手段とを有している。
現像部１１は、現像ローラ１２０の周辺に設けられ、ケーシング外へのトナー飛散を防止するための入り口シールを有している。

現像ローラ１２０は、感光体ドラム１１５に対向する位置等の周方向における複数の位置に磁極を有するマグネットローラと、マグネットローラの外周を回転する図３に示す現像スリーブとしてのスリーブ１２０ａとを有している。
図３において、上段は現像ローラ１２０が新品の状態を示している。図３は、矢印で示すように中段、下段と下方に行くにつれて現像ローラ１２０の状態が経時的に変化する様子を示している。図３において左側は現像ローラ１２０の平面図であり、右側はスリーブ１２０ａの断面を拡大しスリーブ１２０ａの表面形状を誇張して示している。

スリーブ１２０ａは、ＳＵＳ溶射のタイプであり、ＳＵＳ溶射によって表面形状が設定されている。スリーブ１２０ａは、表面形状にある程度の表面粗さが形成されていればよいため、ＳＵＳ溶射に限らず、Ｖ溝タイプ等の切削形状等によって表面形状を設定されていても良い。
スリーブ１２０ａは、感光体ドラム１１５との対向領域に、スリーブ１２０ａ上に形成される２成分現像剤による磁気穂が感光体ドラム１１５と摺擦する部分である接触部である現像ニップを形成する。現像ニップは感光体ドラム１１５が現像される現像領域である。

トナー濃度センサ１２１は、ケーシング内において搬送スクリュー１１９ｂによって２成分現像剤が搬送される領域の底部に設けられている。
規制部材は、現像ローラ１２０の下方に配置されたドクタブレードと、現像部１１のケーシングの一部によって形成された規制部とを有している。入り口シールはマイラー製であるがスポンジ製など他の材質で形成しても良い。
現像部１１は現像ユニットとして一体化され、画像形成装置１００本体に対して着脱可能となっている。

帯電部１１６は、感光体ドラム１１５に当接して配置された帯電ローラを有し、従来のコロナ帯電機と比較してオゾン発生量が少ない帯電ローラ方式が採用されている。帯電ローラにはPSU（Power Supply Unit）から、リセプタクル、電極端子、帯電ローラ加圧スプリング、導電性軸受け等を介して電圧が印加される。帯電ローラは常に感光体ドラム１１５と接触しており、感光体ドラム１１５のフランジに設けられたギア形状と合致する帯電ローラの軸に設けられたギアを介し、感光体ドラム１１５と同一速度で駆動される。

転写部１１４は、感光体ドラム１１５に当接して配置された転写ローラを有している。転写ローラにはPSU（Power Supply Unit）から、リセクタプル、電極端子、転写ローラ加圧スプリング、軸受け等を介して電圧が印加される。転写電流は、環境や転写紙Ｓの紙種等に依る変動を抑える為に定電流制御されているとともに、転写紙Ｓのサイズ等に応じて適宜切り替えが行われている。
転写ローラは感光体ドラム１１５のフランジに設けられたギアにより駆動される。

転写ローラに付着したトナーによる転写紙Ｓの裏汚れを防止するために、所定のタイミングで転写ローラにマイナスバイアスが印加され、付着したトナーを感光体ドラム１１５側に戻す事で、転写ローラのクリーニングが行われる。転写ローラに付着している逆帯電トナーや、現像剤とくにキャリアの付着を防ぐべく、転写バイアスの極性を交互に入れ替えて転写ローラのクリーニング動作が行われる。

クリーニング部１１７は、転写部１１４によってトナー像を転写紙Ｓに転写された感光体ドラム１１５上に残留している未転写のトナーを感光体ドラム１１５から掻き落とすクリーニングブレードを有している。クリーニング部１１７は、クリーニングブレードが掻き取ったトナーを現像部１１に戻すトナー搬送部を有している。

図１に示すように、定着部３０は、加熱手段としてのヒータ１２４を備えた定着ローラ１２２と、定着ローラ１２２に対向して配置された加圧ローラ１２３と、定着ローラ１２２に当接して設けられた接触型のサーミスタ１２５とを有している。
定着部３０は、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３との間の定着ニップを通過した転写紙Ｓを定着ローラ１２２から分離する定着分離爪１２６を有している。
定着部３０は、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とを互いに当接するように常時加圧するスプリングと、スプリングに抗して定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とを互いに離間させる定着圧解除レバー及びカムとを有している。
定着部３０は、メインモータからの駆動を定着ローラ１２２に伝達するギアと、過昇温防止のために設けられた温度ヒューズと、サーミスタ１２５が検知した温度に基づいてヒータ１２４のオン／オフ制御を行う温度制御手段とを有している。温度制御手段は制御部の一機能として実現されている。

定着ローラ１２２はメインモータからの駆動が各ギアを介して伝達され回転駆動される。定着圧解除レバーを下へ押し下げると連結されたカムの回転に依り定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とが互いに離間し、定着圧が解除される。定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３とを互いに離間することによりジャム時に転写紙Ｓが除去され易くなる。なお、定着ローラ１２２が回転するとギアを介して連結されている排紙ローラ１２７も回転する。

給紙部２０は、本体フレーム９９内で転写紙Ｓを積載する給紙トレイ３１と、給紙トレイ３１に積載された転写紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１１１とを有している。給紙部２０は、給紙ローラ１１１によって繰り出された転写紙Ｓを１枚だけ分離して画像形成部１０に送り出すための分離パッド１１２と、給紙トレイ３１の底板を押し上げて転写紙Ｓを給紙ローラ１１１に押し当てるスプリングとを有している。
給紙部２０は、本体フレーム９９外で転写紙Ｓを積載する手差しユニット３４と、手差しユニット３４に積載された転写紙Ｓを繰り出す給紙ローラ１０８とを有している。給紙部２０は、給紙ローラ１０８によって繰り出された転写紙Ｓを１枚だけ分離して画像形成部１０に送り出すための分離パッド１０９と、手差しユニット３４の底板を押し上げて転写紙Ｓを給紙ローラ１０８に押し当てるスプリングとを有している。

給紙部２０は、給紙トレイ３１又は手差しユニット３４から送り出された転写紙Ｓを画像形成部１０に向けて搬送する搬送ローラ１１０を有している。給紙部２０は、搬送ローラ１１０によって搬送されてきた転写紙を所定のタイミングで画像形成部１０に送り出すレジストローラ１１３を有している。

図２に示すように、操作パネル４０は、液晶画面２０１と、テンキー２０２と、クリア/ストップキー２０３と、スタートキー２０４と、省エネキー２０５と、ユーザーツール（昨日設定）キー２０６とを有している。操作パネル４０は、液晶画面表示部操作キー２０７と、機能選択キー（コピーモード）２０８と、機能選択キー（スキャナモード）２０９と、データインランプ２１０と、警告ランプ２１１と、ファンクションキー配列２１２とを有している。

以上説明した構成の画像形成装置１００において、ユーザ所望の画像形成を行う画像形成モードの動作の一例について説明する。ここでの画像形成は、複写によって行うものとする。なお、以下説明する動作に関するあらゆる制御は制御部によって行われる。
先ずユーザであるオペレータが、コンタクトガラス１０１上に印刷すべき画像を持つ原稿をセットする。オペレータは、操作パネル４０上の機能選択キー２０８でコピーモードを選択し、液晶画面２０１の表示内容を確認しつつ、テンキー２０２やファンクションキー配列２１２等により所望の複写画像形成条件を設定する。

その後、操作パネル４０上のスタートキー２０４を押下すると、複写画像形成工程が開始される。
原稿読取部５０で読み取られた画像信号はSBU（SensorBoard Unit）にてA/D （Analog / Digital）変換された後、書き込みＬＤ１２９においてレーザ光として照射される。なお、画像形成装置１００がプリンタとして機能するときは、オンライン接続により送られた画像データ等に基づいて書き込みＬＤ１２９が駆動される。書き込みＬＤ１２９において、レーザ光はシリンダレンズにより集光され、ポリゴンミラーにより主走査方向にライン走査される。書き込みＬＤ１２９は、ライン走査したレーザ光により、帯電部１１６によって均一に表面を帯電された感光体ドラム１１５の露光を行い、感光体ドラム１１５上に静電潜像を形成する。
なお、画像形成部１０は独立した除電機構を持たないため、ジョブ終了後に書き込みＬＤ１２９を全点灯させて感光体ドラム１１５の除電を行う。

現像部１１においては、ケーシング内に充填されている２成分現像剤が、搬送スクリュー１１９ａ、１１９ｂにより攪拌混合され、トナーが摩擦帯電された状態で、現像ローラ１２０へと運ばれる。現像ローラ１２０がマグネットローラの磁力により静電吸着しているトナーはマイナスに帯電している。
現像ローラ１２０に担持された２成分現像剤は、規制部材によって適量に規制された後、感光体ドラム１１５に対向する現像領域に至る。現像領域において、帯電したトナーがバイアス電圧によって感光体ドラム１１５上へと移動し静電潜像に応じて選択的に付着することで静電潜像が顕像化され感光体ドラム１１５の現像が行われる。

現像部１１内部のトナー濃度はトナー濃度センサ１２１により、トナーの帯電量に基づいて検知される。感光体ドラム１１５の現像に伴ってトナー濃度センサ１２１によって検知されるトナー濃度が低下していき、検知されたトナー濃度が所定の閾値、本形態では６％以下になると、トナーボトルユニット１２８から現像部１１内部に新規のトナーが補給される。トナーボトルユニット１２８から現像部１１内部に随時供給される新規のトナーは、搬送スクリュー１１９ａ、１１９ｂにより、予め現像ユニット内に充填されていた現像剤に攪拌混合され、トナーが十分に帯電するタイミングで現像ローラ１２０へと運ばれる。

現像部１１による現像工程によって感光体ドラム１１５上に担持されたトナー像は、給紙部２０によって所定のタイミングで給送されてきた転写紙Ｓが、感光体ドラム１１５と転写部１１４との間の転写ニップを通過するときに、転写紙Ｓに転写される。
転写紙Ｓは、転写ニップを通過するに先立って、給紙部２０から送り出されている。給紙部２０では、給紙信号を受けると給紙クラッチがONし給紙ローラ１１１または給紙ローラ１０８が回転駆動されてレジストローラ１１３に向けて送り出される。転写紙Ｓは、分離パッド１１２または１０９の作用により、給紙トレイ３１または手差しユニット３４に積載されている転写紙Ｓのうち一番上の転写紙Ｓだけが分離給紙されレジストローラ１１３に至る。転写紙Ｓの先端がレジストセンサをONすると給紙クラッチはOFFし、画像位置が合うタイミングになるとレジストクラッチがONしてレジストローラ１１３が回転し転写紙Ｓを転写ニップに進入させる。

転写部１１４による転写工程による感光体ドラム１１５から転写紙Ｓへのトナー像の転写は、転写ローラによってプラス電荷が印加されることで行われる。
転写ニップを通過した転写紙Ｓは、分離爪及び除電ブラシによって感光体ドラム１１５から分離される。
転写後の感光体ドラム１１５表面上に残った未転写のトナーはクリーニング部１１７で感光体ドラム１１５の表面から掻き落とされて現像部１１内に回収され，リサイクルトナーとして再び現像に利用される。

転写ニップを通過し感光体ドラム１１５から分離された転写紙Ｓは定着部３０に進入する。
定着部３０では、定着ローラ１２２と加圧ローラ１２３との間の定着ニップにおいて、転写紙Ｓに担持されているトナー像および転写紙Ｓに一定の温度と圧力を加えてトナー像を転写紙Ｓ上に融着させる。定着に際し、ヒータ１２４のON/OFF制御が、サーミスタ１２５による温度検知に基づいて行われる。
定着部３０による定着工程によりトナー像を定着された転写紙Ｓは定着分離爪１２６により定着ローラ１２２から分離された後、排紙ローラ１２７により排紙トレイ１０６へと排出される。
これら一連の動作により電子写真方式を用いた画像形成の工程が完了する。

画像形成装置１００では、画像形成モードの他に、プロセスコントロールモードと、クリーニング動作モードとを実行可能となっている。
プロセスコントロールモードは、画像形成モードの実行時に形成する画像濃度の調整、感光体ドラム１１５の回転方向であり主走査方向に直交した副走査方向における画像位置の調整等を目的として行われる。

プロセスコントロールモードは、次の点で画像形成モードと異なる。
プロセスコントロールモードでは、給紙部２０による転写紙Ｓの送り出し、転写工程、定着工程の何れもが行われず、現像部１１による現像工程によって感光体ドラム１１５上に形成された像すなわちトナー像が転写紙Ｓに非転写とされる。感光体ドラム１１５上に形成されたトナー像は全てクリーニング部１１７によってクリーニングされる。プロセスコントロールモードにおいてクリーニング部１１７によって感光体ドラム１１５から除去されたトナーは、トナー搬送部によって現像部１１に戻される。プロセスコントロールモードでは、現像部１１による現像によって感光体ドラム１１５上に形成されるトナー像は、ユーザ所望の像でなく、予め制御部に記憶された、パッチ画像などと言われる、ベタ画像など画像濃度条件を一定としたパターン画像である。

プロセスコントロールモードにおいては、次の条件を満たすようにトナーボトルユニット１２８から現像部１１内部に新規トナーが供給される。画像濃度検知手段が検知したパターン画像の濃度が所定の濃度となるとともにトナー濃度センサ１２１によって検知されるトナー濃度が６％を超えた範囲で維持されるという条件である。
プロセスコントロールモードにおいては、位相検知手段が検知したパターン画像の位置が所定の位置となるように書き込みＬＤ１２９の駆動タイミングが制御される。
プロセスコントロールモードは、画像形成モードによる画像形成が所定回数、たとえば１０００回行われる度に実行される。
プロセスコントロールモードは、以上のように実行されることで、画像形成モード時における画像形成の濃度及び位置が最適化され、高品質の画像形成が経時的に維持されることに寄与する。

プロセスコントロールモードが実行されても、画像形成の質が低下することがある。たとえば、現像ローラ１２０にトナーが経時的に固着するトナー固着という現象が生じると、プロセスコントロールモードを実行しても、形成する画像の品質が低下する不具合が発生することがある。トナー固着が生じると、現像ローラ１２０の現像剤担持性能が低下するため、画像濃度が低くなるのである。
トナー固着が生じた状態でプロセスコントロールを行うと、パターン画像の濃度が低下するため新規トナーの補給制御が行われるが、現像ローラ１２０の現像剤担持性能自体が低下しているため画像濃度が適正範囲に至らず、次の不具合も生じ得る。新規トナーの補給制御が過度に行われると、２成分現像剤中のトナー濃度が制御上限値で貼り付いた状態で継続するなどして、過剰となったトナーが画像形成装置１００の機内を汚染するいわゆるトナー飛散という不具合が生じ得る。
その他、トナー固着が生じると、スリーブ１２０ａにおけるトナーの固着箇所のバイアスチャージアップなどの不具合も生じ得る。

トナー固着については次の知見が得られている。
トナー固着は、スリーブ表面にトナー母体、トナーＷＡＸ成分、シリカなどの添加剤及び紙粉などの成分が固着する、スリーブ上トナー固着とも言われる現象である。
トナー固着は、現像の際の像担持体とスリーブ上の現像剤の摩擦ストレス、ドクタブレードとスリーブ上の現像剤の摩擦ストレスで生じる。

例えば、像担持体や現像剤担持体の偏心により像担持体や現像剤担持体の回転時に像担持体と現像剤担持体との間の現像ギャップ幅が減少した場合や、スリーブ上の現像剤が正規汲み上げ量を超えた場合に摩擦ストレスが高まり、スリーブ表面上に現像剤が固着する。
具体的には、現像工程において現像剤が現像ニップ内で押圧されながら現像ニップを通過する際に、現像ニップが狭い空隙であることから生じるストレスが、現像ギャップ幅の減少や現像剤汲み上げ量の増加に伴い増加する。現像ニップを通過できない高密度の現像剤は、スリーブ表面で摩擦熱を発生しスリーブに溶融、固着してしまう。さらに、軟化、溶融したトナーに他のトナー、キャリアが凝集し始め，始めに溶融した部分を核とした固着部の成長が起こる。近年では省エネ化と印刷速度すなわち画像形成速度の高速化のために低融点トナーが求められているが、トナーの低融点化はトナー固着を一層発生しやすくしている。

図３に示すように、トナー固着は経時的に進行する。上段に示されているように、初期状態では、スリーブ表面のＳＵＳ溶射によって形成された凹凸が清浄な状態である。凹凸が清浄な状態であることにより、マグネットローラに形成されている磁極のマグネット軸配置と相まって、２成分現像剤の汲み上げ量が確保される。
実通紙時間が有る程度経ってくると、すなわち画像形成が繰り返されると、中段に示されているように、スリーブ表面に徐々にトナーが固着しスリーブ表面の凹凸が固着したトナーで埋まり始める現象が起こる。
さらに実通紙時間が経過すると、下段に示されているように、スリーブ表面へのトナー固着領域が拡大し、スリーブ表面の凹凸が殆ど埋め尽くされてしまう
。下段に示されている状態になると、マグネットローラのマグネット軸配置だけでは２成分現像剤の汲み上げ量を規定量確保する事が出来なくなり、形成する画像の品質が低下する上述の種々の問題を引き起こす。

トナー固着への対応としては、サービスマンによる装置の分解及び清掃によるメンテナンスその他現像剤担持体を含むユニットの交換が行われている。従来の対応では、サービスマンのメンテナンスに要する時間、工数、交換費用等のコストがかかる。

トナー固着への対応としては、他に、ブレード状の清掃部材をスリーブ表面に接触させることが考えられる。しかしながら、近年の画像形成装置における高耐久化、高速化、省エネルギー化の流れでは、清掃部材を現像スリーブ表面に接触させたままの状態では、経時で清掃部材の摩耗が進み高耐久性が得られない。さらには、清掃部材を接触したままの状態で画像形成速度の高速化に伴いスリーブを高速回転させると、スリーブと清掃部材との接触部が高温になり、却ってスリーブ上への固着を促進させる場合がある。特に省エネルギー化のために低融点トナーを用いた場合はスリーブ上への固着の促進が顕著となる。

このように、スリーブ上に固着したトナーを剥離清掃するためにブレード状の清掃部材を用いることには問題があるものの、スリーブを直接的且つ物理的に清掃するのが最も効果的なのは改めて言うまでも無い。
ところで、トナー固着と２成分現像剤中のトナー濃度との間には密接な関係が有る事が分かった。トナー濃度が低いと、トナー固着の原因となるトナー成分が少なくなる。その一方で、トナー濃度が低いと、相対的に多くなった鉄粉で形成されるキャリア成分がいわゆる研磨剤としての働きをし、スリーブ表面の磨耗を促進させる。
本発明者は、トナー濃度の低下による直接的なトナー固着要因の低下のみならずキャリア成分の相対的増量による摩耗促進作用とトナー固着との関係性に着目し、以下説明するクリーニング動作モードを開発するに至った。

クリーニング動作モードでは、現像ユニットの構成を変更せず、新たな清掃部材、その他、接離機構、電源装置等を設けずとも、所定の制御動作を実行することによって、サービスマンのメンテナンスを行わずとも、効率的かつ効果的にトナー固着を低減可能とする。
クリーニング動作モードでは、画像形成モード及びプロセスコントロールモードよりも現像部１１における２成分現像剤のトナー濃度を低くした状態でスリーブを回転駆動し、２成分現像剤とスリーブとの摩擦によってスリーブのクリーニングを行う。
クリーニング動作モードでは、画像形成モード及びプロセスコントロールモードよりも現像部１１における２成分現像剤のトナー濃度を低くするために、トナーボトルユニット１２８から現像部１１内部への新規のトナーの補給を次のように制御する。クリーニング動作モード中は、トナーボトルユニット１２８から現像部１１内部への新規のトナーを供給することなく、あるいは供給するとしても画像形成モード及びプロセスコントロールモードよりも現像部１１におけるトナー濃度を低くしてスリーブを駆動する。

クリーニング動作モードでは、２成分現像剤中のトナー成分を意図的に減少させ、キャリア成分を相対的に多くした状態で、後述のフリーラン動作を実行する。２成分現像剤中のトナー成分を意図的に減少させるために、クリーニング動作モードでは、プロセスコントロールモードと比べて、トナー濃度制御を異ならせた制御を行う。

クリーニング動作モード時における２成分現像剤中のトナー濃度は、画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の標準設定値である６％以下の所定の閾値、本形態では４％以下となるように制御される。
クリーニング動作モードは、２成分現像剤中のトナー成分を強制的に減少させるトナー吐出しモードと、トナー吐出しモードの後に実行されフリーラン動作によって２成分現像剤との摩擦によりスリーブのクリーニングを行うフリーランモードとを有する。

トナー吐出しモードは、２成分現像剤中のトナーの濃度が４％以下となるまで新規のトナー補給を行わずに、ユーザ所望の像でなく、予め制御部に記憶された、パターン画像を形成する。トナー吐出しモードにおいて形成されるパターン画像は、トナー濃度の早期の低減を行うため、最大濃度画像となるように画像濃度条件を一定として形成されるベタ画像によるパッチ画像とされる。

フリーランモードは、２成分現像剤中のトナーの濃度が４％以下となった状態で継続してスリーブの駆動を行う。スリーブの駆動は所定時間経過するまで実行され、トナー成分が減少しキャリア成分の濃度が相対的に増加した２成分現像剤との摩擦によって、スリーブのクリーニングが行われる。ここで、スリーブの駆動を継続して行うとは、スリーブの駆動を停止することなく等速で行う駆動態様の他、スリーブの駆動速度を周期的あるいは変則的に変化させたりスリーブの駆動を間欠的に停止したりするなどスリーブの回転速度を変化させる駆動態様も含む。このような駆動態様でスリーブを連続駆動し、スリーブのクリーニングが完了するまでスリーブを継続的、連続的に駆動することでフリーランモードが実行される。

画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の標準設定値が６％であるのに対し、クリーニング動作モード時における２成分現像剤中のトナー濃度の所定の閾値を４％とするのは、表１を参照して、次の理由による。
同表に示されているように、画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の下限値の目標設定値である標準設定値６％は、あらかじめ設定された標準設定の値である。２成分現像剤中のトナー濃度が６％を超えた領域はスリーブにトナーが固着しやすくなるトナー固着領域であり、２成分現像剤中のトナー濃度が６％を下回る領域はスリーブに固着したトナーが減じられるスリーブ摩耗領域である。そこで、クリーニング動作モード時における２成分現像剤中のトナー濃度の所定の閾値が、スリーブ摩耗領域内の４％に予め設定されている。

画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の標準設定値６％は、システムの狙い中心値であって、操作パネル４０等を用いても設定変更不可となっている。一方で、画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度は、トナーの消費、新規トナーの補給により、表１に下限設定として示されている３％から、表１に上限設定として示されている９％の範囲で変動する。この変動範囲であれば、画像形成モード時における画像形成において、画像濃度に関連する画像の品質は許容範囲であって、良好な画像形成が行われる。

トナー吐出しモード時及びフリーランモード時においては、次の点でプロセスコントロールモード時と同じ制御が行われる。給紙部２０による転写紙Ｓの送り出し、転写工程、定着工程の何れもが行われず、現像部１１による現像工程によって感光体ドラム１１５上に形成された像すなわちトナー像が転写紙Ｓに非転写とされる。感光体ドラム１１５上に形成されたトナー像は全てクリーニング部１１７によってクリーニングされる。トナー吐出しモード時及びフリーランモード時において現像工程を行うのは、スリーブに担持された２成分現像剤によって感光体ドラム１１５が過剰に摺擦されて劣化が生じることを抑制するためである。

クリーニング動作モードにおいて、現像部１１への新規のトナーの供給は、トナー吐出しモードとフリーランモードとのうち、少なくともトナー吐出しモード時において停止されれば良い。フリーランモード時においては、現像部１１への新規のトナーの供給を、画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の下限値以下の所定の閾値である４％以下に維持される範囲で実行しても良い。トナー吐出しモードではトナーの消費を速やかに行うことが望ましく、フリーランモードでは過剰なトナー濃度低下により相対的なキャリア濃度が過大となってスリーブ表面の過剰な摩耗が生じることを抑制することが望ましいためである。

トナー吐出しモード時においては、プロセスコントロールモード時と異なり、クリーニング部１１７によって感光体ドラム１１５から除去されたトナーは、トナー搬送部によって現像部１１に戻されることはない。
フリーランモード時においては、プロセスコントロールモード時と同じく、クリーニング部１１７によって感光体ドラム１１５から除去されたトナーは、トナー搬送部によって現像部１１に戻される。フリーランモードでは過剰なトナー濃度低下により相対的なキャリア濃度が過大となってスリーブ表面の過剰な摩耗が生じることを抑制することが望ましいためである。クリーニング部１１７によって感光体ドラム１１５から除去されたトナーを現像部１１に戻せば、現像部１１への新規のトナーの供給を、トナー濃度の下限値以下の所定の閾値４％以下に維持される範囲で実行しても、新規のトナーの消費量が抑制されるためである。

画像形成装置１００は、以上述べたクリーニング動作モードを実行可能である。従って、画像形成装置１００は、現像ユニットの構成を変更せず、新たな清掃部材、その他、接離機構、電源装置等を設けず、サービスマンのメンテナンスを行わずとも、効率的かつ効果的にトナー固着を低減可能としている。トナー固着が効率的かつ効果的に低減可能であることにより、トナー固着に起因する画像濃度低下が低減可能であり、画像形成モード、プロセスコントロールモードにおいて現像部１１に過剰なトナー供給が行われることが低減される。現像部１１に過剰なトナー供給が行われることが低減されるため、過剰となったトナーが画像形成装置１００の機内を汚染するいわゆるトナー飛散が低減される。その他、スリーブ固着個所のバイアスチャージアップが低減される。

以下、クリーニング動作モードの実施例１〜３をそれぞれ図４〜６に沿って説明する。
・実施例１
オペレータが操作パネル４０を操作して、クリーニング動作モードである現像スリーブ清掃モードを選択すると（図４（Ｓ１））、画像形成モードが終了し（図４（Ｓ２））、現像スリーブ清掃モードの実行が開始される（図４（Ｓ３））。現像スリーブ清掃モードでは、まず、トナー吐出しモードの実行が開始され（図４（Ｓ４））、トナー濃度センサ１２１に２成分現像剤のトナー濃度を検出しながら（図４（Ｓ５））、キャリア成分を相対的に多くする動作が行われる。キャリア成分を相対的に多くする動作は、トナー濃度センサ１２１よって検出されるトナー濃度が所定の閾値４％以下となるまで、２成分現像剤中のトナーを意図的に消費して減少させることによって行われる（図４（Ｓ６））。トナー濃度センサ１２１よって検出されるトナー濃度が所定の閾値４％以下となると、トナー吐出しモードの実行が終了される（図４（Ｓ７））。

トナー吐出しモードの実行が終了すると、フリーランモードの実行が開始される（図４（Ｓ８））。フリーランモードでは、液晶画面２０１に、「現像スリーブ清掃モード実施中です。しばらくお待ち下さい」など、現像スリーブ清掃モードを実施中である旨を表示し（図４（Ｓ９））、設定時間が経過するまで、スリーブの回転駆動を継続する（図４（Ｓ１０））。本実施例において、設定時間すなわちスリーブの駆動の継続時間は定値の６０分とされている。

スリーブの駆動により、キャリア濃度が相対的に多くなった２成分現像剤でスリーブに付着したトナー等の異物がスリーブから除去される。トナー濃度が低く相対的にキャリア成分が多くなると、固着の原因となるトナー成分が少なくなるだけでは無く、相対的に多くなった“鉄粉”で形成されるキャリア成分がいわゆる“研磨剤”としての働きをするからである。キャリア成分が研磨剤として機能することでスリーブ表面のトナー固着を適宜剥ぎ取る作用が得られる。
設定時間が経過すると、スリーブの回転駆動を停止して、フリーランモードの実行を停止する（図４（Ｓ１１））。フリーランモードの実行を停止することで、現像スリーブ清掃モードの実行が終了する（図４（Ｓ１２））。

現像スリーブ清掃モードの実行が終了すると、液晶画面２０１に、画像形成が可能である旨の表示を行い（図４（Ｓ１３））、ユーザ所望の画像形成が可能なコピーモード等の画像形成モードに復帰し、画像形成モードが再開される（図４（Ｓ１４））。
なお、現像スリーブ清掃モードの実行中にプロセスコントロールを行うと、SC（サービスマンコール）の異常に因り機械が停止してしまう恐れが有るため、現像スリーブ清掃モードの実行期間中は一連のプロセスコントロールは実施されない様になっている。

・実施例２
基本的な動作、制御、作用は 実施例１に準ずるため、実施例１と異なる動作、制御、作用について説明し、実施例１と同じ動作、制御、作用については、図５に図４と同じ符号を付して説明を省略する。
本実施例では、現像スリーブ清掃モードの実行条件を変更可能となっている。

具体的には、現像スリーブ清掃モード時、とくにトナー吐出しモード時における現像工程によるトナーの消費の程度を変更可能となっている（図５（Ｓ２１））。実施例１では、所定の閾値すなわち目標とするトナー濃度が定値の４％であったが、本実施例では、操作パネル４０により、目標とするトナー濃度をオペレータが設定可能であって、目標とするトナー濃度が適宜制御ソフト内で微調整可能な構成となっている。所定の閾値として設定可能な目標値は、表１に示したスリーブ摩耗領域内の値である。
トナー吐出しモード時における所定の閾値を変更可能とした意義を次に説明する。

表１に沿ってすでに説明したように、画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の標準設定値は６％で固定であるが、実際のトナー濃度は、下限設定の値である３％から、上限設定の値である９％の範囲で変動する。この変動範囲であれば、画像形成モード時における画像形成において、画像濃度に関連する画像の品質は許容範囲であって、良好な画像形成が行われるが、トナー固着に関しては、トナー濃度の変動により、トナー固着進行の程度にばらつきが生じる場合がある。トナー固着進行の程度のばらつきは環境要因によっても生じ得る。また、オペレータの好みにより、１回のトナー吐出しモードでできるだけトナー固着からの回復を行わせておきたい場合、その他、トナー吐出しモードに要する時間であるダウンタイムを短縮したい場合がある。そこで、オペレータの要求等にきめ細やかに対応することを可能とするために、トナー吐出しモード時における所定の閾値を変更可能としている。

所定の閾値として設定可能な具体的な目標値は、画像形成モード時およびプロセスコントロールモード時における２成分現像剤中のトナー濃度の下限値６．０％以下であり、すでに述べた定値の４％の他たとえば５．０％、３．０％、２．０％、１．０％等である。

目標値が設定可能であることにより、オペレータが所望の程度で２成分現像剤にスリーブの研磨性能を発揮させ、２成分現像剤によるスリーブの研磨を実行することが可能となっている。現像工程によるトナーの消費の程度を調整することで、個体毎など個々に異なるスリーブ上のトナー固着状態に応じて、スリーブ表面を過剰に磨耗させる事無く、最も適した条件を選択可能となり、スリーブ表面の状態を適切に保つ事が可能となる。

本実施例において、実行条件の変更は、現像スリーブ清掃モード、とくにフリーランモードの継続時間についても変更可能となっている（図５（Ｓ２２））。実施例１では、フリーランモードの継続時間が定値の６０分であったが、本実施例では、操作パネル４０により、フリーランモードの継続時間をオペレータが設定可能であって、フリーランモードの継続時間が適宜制御ソフト内で微調整可能な構成となっている。設定可能な継続時間は、基準値である６０分の他、この基準値よりも短い３０分、その他、この基準値よりも長い９０分、１２０分等である。フリーランモードの継続時間が設定可能であることにより、オペレータが所望の程度で２成分現像剤にスリーブの研磨を実行させることが可能となっている。フリーランモードの継続時間を調整することで、個体毎など個々に異なるスリーブ上のトナー固着状態に応じて、スリーブ表面を過剰に磨耗させる事無く、最も適した条件を選択可能となり、スリーブ表面の状態を適切に保つ事が可能となる。

現像スリーブ清掃モードの実行条件として、現像工程によるトナーの消費の程度と、フリーランモードの継続時間とのうち、いずれか一方のみを採用しても良い。
現像スリーブ清掃モードの実行条件が変更可能であることにより、現像スリーブ清掃モードの動作状態が微調整可能となり、スリーブ表面を必要以上に研磨することなく常に良好な状態に保つ事が可能となる。

・実施例３
基本的な動作、制御、作用は 実施例１、実施例２に準ずるため、実施例１、実施例２と異なる動作、制御、作用について説明し、実施例１、実施例２と同じ動作、制御、作用については、図６に図５、図４と同じ符号を付して説明を省略する。
本実施例では、オペレータによる操作パネル４０の操作によって現像スリーブ清掃モードが選択された時に現像スリーブ清掃モードが開始されるのではなく、予め設定された開始条件が満たされたことを条件として現像スリーブ清掃モードが開始される。
本実施例では、オペレータは操作パネル４０の操作によって現像スリーブ清掃モードを選択するのではなく、予め、操作パネル４０の操作によって、現像スリーブ清掃モードの開始条件、具体的には前回の現像スリーブ清掃モードからの通紙枚数を設定しておく。

制御部は、画像形成モードにおいて、画像形成回数すなわち通紙枚数をカウントし（図６（Ｓ３１））、通紙枚数がオペレータによって予め設定された通紙枚数に到達したか否かを判断する（図６（Ｓ３２））。制御部が、通紙枚数がオペレータによって予め設定された通紙枚数に到達したと判断すると、画像形成モードが終了され（図６（Ｓ２））、現像スリーブ清掃モードに移行する（図６（Ｓ３））。
通紙枚数がオペレータによって予め設定された通紙枚数に到達したときに現像スリーブ清掃モードが実行可能であることにより次の利点が得られる。現像スリーブ清掃モードを選択するという、ユーザやサービスマンの手を煩わせる事無く、通紙枚数に応じて自動で現像スリーブ清掃モードが開始され、スリーブを現像に最適な状態に維持する事が可能となるという利点が得られる。

現像スリーブ清掃モードへの移行は、通紙枚数がオペレータによって予め設定された通紙枚数に到達したと判断された後、画像形成が終了してから実行しても良い。
本実施例において、ステップＳ２以降は実施例２と同じであるが、ステップＳ２以降は実施例１と同じとしても良い。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

たとえば、本発明に係る画像形成装置は、２成分現像剤を用いて画像形成を行うのであれば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタの単体、これらの２つ以上を組み合わせた複合機であってもよく、また、モノクロ画像のみならずカラー画像を形成可能であっても良い。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１００ 画像形成装置
１１５ 像担持体
１２０ 現像剤担持体

特開２０１３−０５７８６９号公報 特開２０１２−１０３５５０号公報 特開２０１５−０２６０１０号公報 特開２０１３−１２７５１４号公報 特許第５３８１２３０号公報

Claims (8)

1. トナーとキャリアとを含む２成分現像剤を担持して、像担持体にトナーを付着させる現像を行う現像剤担持体を有し、
   前記２成分現像剤にトナーを供給することなく前記現像剤担持体の駆動を行って前記現像を行うことで前記２成分現像剤中のトナーの消費を行うトナー吐出しモードと、当該トナー吐出しモードの後に実行され、継続して前記現像剤担持体の駆動を行うフリーランモードと、を有するクリーニング動作モードを実行可能である画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記トナー吐出しモードにおいて、ユーザ所望の画像形成を行う画像形成モード時における前記２成分現像剤中のトナーの濃度の下限値以下となるまで前記消費を行う画像形成装置。
3. 請求項２記載の画像形成装置において、
   前記フリーランモードにおいて、前記２成分現像剤中のトナーの濃度が前記下限値以下に維持される範囲で前記２成分現像剤へのトナーの供給が行われる画像形成装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載の画像形成装置において、
   前記クリーニング動作モードにおいては、前記現像によって前記像担持体上に形成された像は記録媒体に非転写とされる画像形成装置。
5. 請求項１ないし４の何れか１つに記載の画像形成装置において、
   前記クリーニング動作モードの実行条件を変更可能である画像形成装置。
6. 請求項５記載の画像形成装置において、
   前記実行条件に、前記トナー吐出しモード時における前記消費の程度を含む画像形成装置。
7. 請求項５または６記載の画像形成装置において、
   前記実行条件に、前記フリーランモードの継続時間を含む画像形成装置。
8. 請求項１ないし７の何れか１つに記載の画像形成装置において、
   予め設定された開始条件が満たれたことを条件として前記クリーニング動作モードを開始する画像形成装置。

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