JP2020079815A - 画像形成装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
具体的には、電界と磁界の作用によって、現像装置内のトナーがキャリアーに付着して、感光体ドラムとの間の現像領域に輸送され、静電的に感光体ドラムの表面に移行する。一方で、キャリアーは現像装置内に回収されて再びトナーと付着するが、一部のキャリアーは感光体ドラムの表面に転移してしまう。特に、キャリアーは耐久により表面のコーティングが摩耗して抵抗値が下がるため、現像バイアスによる電荷注入によって感光体ドラムに付着しやすくなる。
このような問題に対し、特許文献1には感光体ドラムの表面に内部に磁石を有するキャリアー回収ローラーを当接させ、電界と磁界の作用により、感光体ドラムに付着したキャリアーをキャリアー回収ローラーに転移させて回収する画像形成装置が開示されている。
用紙に転写するトナー像を担持する像担持体と、トナーとキャリアーとを含む二成分現像剤により前記像担持体にトナー像を現像する現像部と、前記像担持体が担持するトナー像を転写する転写部と、前記像担持体の回転方向において、前記現像部の下流かつ前記転写部の上流に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを回収する回収部と、を有した画像形成部と、
前記回収部が担持するキャリアーの量を制御する制御部と、を備え、
前記回収部は、前記像担持体に対向し、キャリアーを担持して前記像担持体の軸と平行な軸を中心に回転する非磁性回転体と、当該非磁性回転体の内側に固定配置された磁石と、を有し、
前記磁石は、少なくとも、前記像担持体に略対向する位置に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを前記非磁性回転体の表面に回収するための回収極と、当該回収極に対して前記非磁性回転体の回転方向下流側に配置され、回収されたキャリアーを前記非磁性回転体の表面から剥離させるための剥離極と、を備え、
前記制御部は、前記非磁性回転体の表面のキャリアーの量が所定の量を下回ったときに、画像形成時よりも前記現像部から前記像担持体の表面にキャリアーが移動しやすい条件下において、前記像担持体、前記現像部及び前記回収部を駆動させるキャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする。
前記現像部には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、
前記制御部は、前記キャリアー供給モードにおいて、前記像担持体の表面電位と前記現像バイアスの直流成分との電位差が、画像形成時よりも大きくなるように制御する
ことを特徴とする。
前記現像部には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、
前記制御部は、前記キャリアー供給モードにおいて、前記現像バイアスの交流成分の周波数が、画像形成時よりも小さくなるように制御する
ことを特徴とする。
前記剥離極は、前記回収極と同極性であり、
前記磁石は、前記剥離極に対して前記非磁性回転体の回転方向において前記剥離極の下流側かつ前記回収極の上流側の領域に脱磁領域を有する
ことを特徴とする。
前記制御部は、画像形成時における非印字領域の面積が所定の値を上回ったときに、前記キャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする。
前記制御部は、前記非磁性回転体の回転量が所定の量を上回ったときに、前記キャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする。
前記非磁性回転体を回転させるためのモーターを備え、
前記制御部は、前記モーターの駆動電流が所定の値を下回ったときに、前記キャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする。
用紙に転写するトナー像を担持する像担持体と、トナーとキャリアーとを含む二成分現像剤により前記像担持体にトナー像を現像する現像部と、前記像担持体が担持するトナー像を転写する転写部と、前記像担持体の回転方向において、前記現像部の下流かつ前記転写部の上流に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを回収する回収部と、を有した画像形成部を備える画像形成装置のコンピューターを、
前記回収部が担持するキャリアーの量を制御する制御部として機能させ、
前記回収部は、前記像担持体に対向し、キャリアーを担持して前記像担持体の軸と平行な軸を中心に回転する非磁性回転体と、当該非磁性回転体の内側に固定配置された磁石と、を有し、
前記磁石は、少なくとも、前記像担持体に略対向する位置に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを前記非磁性回転体の表面に回収するための回収極と、当該回収極に対して前記非磁性回転体の回転方向下流側に配置され、回収されたキャリアーを前記非磁性回転体の表面から剥離させるための剥離極と、を備え、
前記制御部は、前記非磁性回転体の表面のキャリアーの量が所定の量を下回ったときに、画像形成時よりも前記現像部から前記像担持体の表面にキャリアーが移動しやすい条件下において、前記像担持体、前記現像部及び前記回収部を駆動させるキャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする。
自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された原稿Dを搬送機構により搬送して原稿画像走査装置12へ送り出す。自動原稿給紙装置11は、原稿トレイに載置された多数枚の原稿Dの画像(両面を含む)を連続して一挙に読み取ることができる。
具体的には、現像装置412は、感光体ドラム413と現像領域を介して対向するように配置された現像スリーブ412aを備える。現像スリーブ412aには、例えば、帯電装置414の帯電極性と同極性、即ち負極性の直流電圧に、交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、これによりトナーを摩擦帯電させ、キャリアーにトナーを静電的に付着させる。また、現像スリーブ412aの内側には磁極を有する現像マグネットロールが配置され、現像マグネットロールが発生する磁界によって、現像スリーブ412aの外周面上に磁気ブラシが発生して、現像剤の層が現像スリーブ412aの外周面上に形成される。そして、現像スリーブ412aは、図中反時計回りに回転することにより、現像剤を磁界によって現像スリーブ412aの外周面に担持しながら、感光体ドラム413に最も接近する現像領域まで搬送する。現像領域において、トナーは、現像スリーブ412aから感光体ドラム413の表面に形成された静電潜像へ静電的に移行する。なお、トナーは特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができる。例えば、バインダー樹脂中に、着色剤や必要に応じて荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用することができる。トナー粒径は、特に限定されるものではないが、3〜15μm程度が好ましい。
キャリアー回収機構416の構成についての詳細は、後述する。
キャリアー回収機構416は、感光体ドラム413の表面に存在するキャリアーを回収するための機構であり、図3に示すように、キャリアー回収ローラー110と、キャリアー回収室120と、排出スクリュー130と、等を備える。
また、キャリアー回収ローラー110は図示しない電源に接続され、直流電圧に交流電圧が重畳された電圧が印加されている。
即ち、回収マグネットロール110Bに配置された磁極が発生させる磁力と電界に発生する静電気力によって、キャリアー回収ローラー110の表面に回収されたキャリアーcは、回収スリーブ110Aの外周面に引き寄せられ、回収スリーブ110Aの表面に担持されると、図中Bに示す方向の回転に伴ってキャリアー回収ローラー110の表面上を搬送される。
回収マグネットロール110Bは、感光体ドラム413に略対向するように磁極N1が有している。磁極N1は、回収極として機能する。即ち、磁極N1が発生させる磁力によって、感光体ドラム413の表面のキャリアーcが回収スリーブ110Aの表面に引き寄せられて回収される。
なお、図3に示すように、キャリアー回収ローラー110の中心と感光体ドラム413とを結んだ中心線をL1とし、中心線L1を基準とした反時計回りの角度をθで表すと、回収極N1はそのピーク位置がθ=0〜10°の位置となるように配置される。即ち、回収極N1を感光体ドラム413とキャリアー回収ローラー110が最も近接する位置から少しずらした位置に配置させることで、感光体ドラム413に対してカウンター回転する回収スリーブ110Aに、キャリアーが付着しやすくなる。
次に、本実施形態に係る画像形成装置1が実行するキャリアー供給モードについて、図面を参照しながら説明する。
この時、感光体ドラム413の表面の弱帯電トナーやかぶりトナーなども、キャリアー回収ローラー110によって回収される。トナーは静電気力により感光体ドラム413に付着しているが、弱帯電トナーやかぶりトナーなどは静電気力による感光体ドラム413への付着力が弱いため、図3に示すように、キャリアー回収ローラー110と感光体ドラム413との接点において、キャリアー回収ローラー110に転移する。回収されたトナーtは非磁性体であるため、回収マグネットロール110Bの磁極が発生させる磁力の影響を受けず、回収スリーブ110Aの表面に固定されたまま移動するが、剥離極部Pに到達したとき、剥離極部Pに滞留したキャリアーcによって摺擦され、キャリアーcとともに堆積して最終的にキャリアー回収室120に回収される。
したがって、回収スリーブ110Aの表面には適量のキャリアーが必要であるため、本実施形態においては、キャリアー回収ローラー110の表面のキャリアーが、キャリアー回収ローラー110表面のトナーの回収に必要な量を下回った場合に、キャリアーを供給するためのキャリアー供給モードを実行する。
ここで、キャリアー回収ローラー110の表面のキャリアーの最低必要量について説明する。キャリアーの最低必要量は、剥離極N3の磁力に依存する。図5に、トナー汚れとキャリアー回収ローラー110上のキャリアー量との関係を示す。なお、図5中、「磁力」とは剥離極N3の磁力を、「長手方向」とはキャリアー回収ローラー110の軸方向の長さを表し、「トナー汚れの発生」が〇の場合は、感光体ドラム413上にトナー汚れが発生しなかったことを、×の場合は発生したことを示す。キャリアー回収ローラー110の長手方向の長さが330mmで、剥離極N3に磁力が45[mT]のとき、キャリアー量が3.0[g]を下回るとトナー汚れが発生したことから、用紙にトナー汚れを発生させないためのキャリアーの最低必要量は、{3[g]/330[mm]}*1000=9.090909[g/m]である。したがって、キャリアー回収ローラー110上にこれ以上の量のキャリアーを維持する必要がある。
キャリアー回収ローラー110には、初期状態において予め所定の量のキャリアーが供給されているが、キャリアー回収ローラー110の表面のキャリアーが徐々に除去されて最低必要量に達した時点で、キャリアーを供給する。
図6を用いて、キャリアー供給モードにおける画像形成装置1の動作を説明する。なお、図6における処理は、制御部100と記憶部70に記憶されたプログラムとの協働により実現される。
感光体ドラム413の表面電位V0と、現像バイアスVdcとの電位差ΔVが大きいほど、感光体ドラム413にキャリアーが供給されやすくなる。具体的には、上述したように、現像スリーブ412aには負極性の直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、感光体ドラム413の表面は帯電装置414により負極性に帯電されている。例えば、現像バイアスVdcを−580Vとし、感光体ドラム413の表面電位V0を−700Vとすると、正極性に帯電したキャリアーは、電界に働く静電気力により、現像スリーブ412aから感光体ドラム413に引き寄せられる。しかし、現像スリーブ412aに発生する磁力により、現像スリーブ412aに留まっている。この時、感光体ドラム413の表面電位V0を−900Vに引き上げると、電界に働く静電気力が大きくなり、キャリアーは現像スリーブ412aから感光体ドラム413に移動する。
よって、ステップS31では、電位差ΔVを増加させるため、帯電装置414を制御して感光体ドラム413の表面電位V0を引き上げる。なお、現像バイアスVdcを同じ値だけ下げても、同様の効果を得られる。
次いで、制御部100は、現像装置412に現像バイアスを印加させる(ステップS33)。
キャリアー供給モードは、キャリアーを供給ために必要であると考えられる、予め設定された所定の時間のみ実行する。
制御部100は、所定の時間経過したか否かを判断し(ステップS35)、経過していないと判断すると(ステップS35:NO)、ステップS35の処理を繰り返すが、経過したと判断すると(ステップS35:YES)、ステップS36に移行する。
以上の処理により、キャリアー供給モードを完了する。
以上により、図4の制御を完了する。
したがって、本実施形態に係る画像形成装置1によれば、感光体ドラム413上のキャリアーを効率よく回収するとともに、キャリアー回収ローラー110上のトナーを除去し、トナーに起因する画像汚れを未然に防ぐことができる。
現像スリーブ412aには、上述したように、直流電圧に交流電圧を重畳させた現像バイアスが印加されており、この交流電圧によりトナーを振動させて煙状にすることで、感光体ドラム413に付着しやすくさせている。キャリアーは粒径が大きくトナーと比較して振動し難いが、周波数成分を低下さえて振動速度を遅くすると、キャリアーも振動により現像スリーブ412aから離れやすくなる。現像スリーブ412aから離れると、現像スリーブ412aに生じる磁界の影響が弱くなるため、感光体ドラム413との間の電界い働く静電気力により感光体ドラム413に引き寄せられる。したがって、例えば画像形成時の交流電圧の周波数成分が10kHzである場合、キャリアー供給モードにおいて3000Hzに低下させることが有効である。
具体的には、前回のキャリアー供給動作の実施後やキャリアー回収ローラー110の初期状態などの所定の基準時から感光体ドラム413に形成された非印字領域の面積に基づいて判断する方法が挙げられる。即ち、感光体ドラム413の表面の非印字領域にはかぶりトナーや弱帯電トナーが付着しやすいため、低カバレッジ画像の印字が続くと、キャリアー回収ローラー110に回収されるトナー量が増えるためこれを回収するために必要なキャリアーの量が増加する。したがって、基準時からトナー汚れが発生するまでに形成される非印字領域の面積を予め測定しておき、画像形成時において当該面積に到達したときにキャリアーを供給する必要が生じたと判断して、キャリアー供給モードを実行する。
画像形成を行う前の初期状態において、キャリアー回収ローラー110の剥離極部Pに3[g]のキャリアーを供給した。
画像形成時における非印字領域の用紙搬送方向における長さを積算し、3[km]印字する度にキャリアー供給モードを10秒間実施した。
(実施例2)
画像形成を行う前の初期状態において、キャリアー回収ローラー110の剥離極部Pに3[g]のキャリアーを供給した。
画像形成を行う前の初期状態において測定した駆動電流をメモリーに記憶させ、画像形成時におけるキャリアー回収ローラー110を回転駆動させるモーターの駆動電流をモニターした。駆動電流が初期値48[mA]を下回ったとき、キャリアー供給モードを10秒間実施した。なお、初期状態における駆動トルクは42[mNm]、キャリアー供給モードの開始時点における駆動トルクは40[mNm]であった。
(比較例1)
キャリアー供給モードを実施しない構成とし、また、キャリアー回収ローラー110にスクレーパーを当接させ、スクレーパーによりキャリアー回収ローラー110の表面のトナーを掻き取る構成とした。
(比較例2)
キャリアー供給モードを実施しない構成とし、また、キャリアー回収ローラー110にスクレーパーを当接させない構成とした。
感光体ドラム413の直径はφ100であり、表面の線速が650[mm/sec]となるように感光体ドラム413を回転させた。
回収スリーブ110Aの直径はφ25であり、表面の線速が150[mm/sec]となるように回収スリーブ110Aを回転させた。
また、回収極N1の磁力を150[mT]とし、感光体ドラム413の中心とキャリアー回収ローラー110の中心とを結ぶ中心線L1に対して、感光体ドラム413の回転方向下流側に5[°]ずれた位置がピーク位置となるように、回収極N1を配置させた。
感光体ドラム413とキャリアー回収ローラー110とが対向する位置における、両者の表面の間の距離を0.3[mm]とした。
現像スリーブ412aに印加される現像バイアスを、直流電圧が感光体ドラム413の表面電位に対して−400[V]、交流電圧のVppが1000[V]、デューティ比が50[%]、周波数を2.5[kHz]となるように設定した。
一方で、比較例1においては、120[kp]の印字時点でトナー汚れが発生した。比較例1においては、キャリアーがスクレーパーにより掻き取られる一方で、キャリアーに比べて小粒径のトナーはスクレーパーをすり抜け、キャリアー回収ローラー110の表面に固着した。トナーがキャリアー回収ローラーの表面に広がることで、回収マグネットロール110Bによる磁界が弱まり、磁力を用いた剥離極部Pにおけるキャリアー及びトナーの回収量も不十分となったためと考えられる。なお、スクレーパーとキャリアー回収ローラー110との間で、キャリアーがキャリアー回収ローラー110の表面を摺擦することにより傷が発生するため、キャリアー回収ローラー110の交換が必要となった。
また、比較例2においては、98[kp]の印字時点でキャリアー回収ローラー110から感光体ドラム413にトナーが再付着し、用紙上にトナー汚れが発生した。
以上のように、実施例1及び実施例2において、キャリアー供給モードの実行がキャリアー回収ローラー110上のトナーを回収し、トナー汚れを未然に防ぐことに効果的であることが示された。
以上、本発明に係る実施形態に基づいて具体的に説明したが、上記の実施形態は本発明の好適な例であり、これに限定されない。
100 制御部
40 画像形成部
412 現像装置(現像部)
413 感光体ドラム(像担持体)
416 キャリアー回収機構
110 キャリアー回収ローラー(回収部)
110A 回収スリーブ(非磁性回転体)
110B 回収マグネットロール(磁石)
120 キャリアー回収室
130 排出スクリュー
421 中間転写ベルト
422 一次転写ローラー(転写部)
70 記憶部
N1 回収極
N3 剥離極
P 剥離極部
Claims (8)
- 用紙に転写するトナー像を担持する像担持体と、トナーとキャリアーとを含む二成分現像剤により前記像担持体にトナー像を現像する現像部と、前記像担持体が担持するトナー像を転写する転写部と、前記像担持体の回転方向において、前記現像部の下流かつ前記転写部の上流に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを回収する回収部と、を有した画像形成部と、
前記回収部が担持するキャリアーの量を制御する制御部と、を備え、
前記回収部は、前記像担持体に対向し、キャリアーを担持して前記像担持体の軸と平行な軸を中心に回転する非磁性回転体と、当該非磁性回転体の内側に固定配置された磁石と、を有し、
前記磁石は、少なくとも、前記像担持体に略対向する位置に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを前記非磁性回転体の表面に回収するための回収極と、当該回収極に対して前記非磁性回転体の回転方向下流側に配置され、回収されたキャリアーを前記非磁性回転体の表面から剥離させるための剥離極と、を備え、
前記制御部は、前記非磁性回転体の表面のキャリアーの量が所定の量を下回ったときに、画像形成時よりも前記現像部から前記像担持体の表面にキャリアーが移動しやすい条件下において、前記像担持体、前記現像部及び前記回収部を駆動させるキャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記現像部には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、
前記制御部は、前記キャリアー供給モードにおいて、前記像担持体の表面電位と前記現像バイアスの直流成分との電位差が、画像形成時よりも大きくなるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記現像部には、直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスが印加され、
前記制御部は、前記キャリアー供給モードにおいて、前記現像バイアスの交流成分の周波数が、画像形成時よりも小さくなるように制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記剥離極は、前記回収極と同極性であり、
前記磁石は、前記剥離極に対して前記非磁性回転体の回転方向において前記剥離極の下流側かつ前記回収極の上流側の領域に脱磁領域を有する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、画像形成時における非印字領域の面積が所定の値を上回ったときに、前記キャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記制御部は、前記非磁性回転体の回転量が所定の量を上回ったときに、前記キャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 前記非磁性回転体を回転させるためのモーターを備え、
前記制御部は、前記モーターの駆動電流が所定の値を下回ったときに、前記キャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像形成装置。 - 用紙に転写するトナー像を担持する像担持体と、トナーとキャリアーとを含む二成分現像剤により前記像担持体にトナー像を現像する現像部と、前記像担持体が担持するトナー像を転写する転写部と、前記像担持体の回転方向において、前記現像部の下流かつ前記転写部の上流に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを回収する回収部と、を有した画像形成部を備える画像形成装置のコンピューターを、
前記回収部が担持するキャリアーの量を制御する制御部として機能させ、
前記回収部は、前記像担持体に対向し、キャリアーを担持して前記像担持体の軸と平行な軸を中心に回転する非磁性回転体と、当該非磁性回転体の内側に固定配置された磁石と、を有し、
前記磁石は、少なくとも、前記像担持体に略対向する位置に配置され、前記像担持体の表面のキャリアーを前記非磁性回転体の表面に回収するための回収極と、当該回収極に対して前記非磁性回転体の回転方向下流側に配置され、回収されたキャリアーを前記非磁性回転体の表面から剥離させるための剥離極と、を備え、
前記制御部は、前記非磁性回転体の表面のキャリアーの量が所定の量を下回ったときに、画像形成時よりも前記現像部から前記像担持体の表面にキャリアーが移動しやすい条件下において、前記像担持体、前記現像部及び前記回収部を駆動させるキャリアー供給モードを実行する
ことを特徴とするプログラム。
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