JP2024013513A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非磁性一成分現像方式を用いる構成において、印刷待ち時間を極力短縮しつつ、トナー劣化に起因する画像不良を抑制可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、制御部と、温度検知装置と、を備える。現像装置は、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、外周面にトナー層が形成される現像剤担持体と、トナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有する。制御部は、画像形成前のウォームアップ時における現像剤担持体の回転速度を画像形成時の基準速度よりも遅い第１速度とする減速制御を実行し、ウォームアップ後の印刷動作が間欠印刷であり、且つ間欠印刷のインターバルが所定時間以上であるか、若しくは温度検知装置の検知温度が所定温度以下であるとき、減速制御における現像剤担持体の回転速度を第１速度よりも遅い第２速度とする。【選択図】図１１

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、特に、非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置において使用される現像装置は、現像剤にトナーとキャリアとを使用した二成分現像方式、キャリアを使用せずにトナーのみを使用した一成分現像方式のものが知られている。

非磁性トナーを用いる非磁性一成分現像方式の現像装置では、現像剤規制部材としての規制ブレードが現像剤担持体である現像ローラーの表面に接触するように配置されている。そしてトナーが現像ローラーの表面に設けられた微細な凹凸によって搬送され、余分なトナーは規制ブレードですり切られることでトナー薄層が形成される。また、規制ブレードの下をトナーが通過する際に現像ローラーの表面とトナーが摩擦帯電する。そして、感光体と現像ローラーを接触回転させ、現像ローラーの表面のトナーは電界により感光体に現像される。

上述したような非磁性一成分現像方式においては、規制ブレードと回転する現像ローラーとの間で生じる摩擦熱によってトナーが溶融し、溶融したトナーが規制ブレードに固着（融着）するといった問題がある。トナーが規制ブレードに固着すると、固着したトナーを起点にさらにトナーが固着し、数１０μｍ～数１００μｍの大きさに成長した固着トナーによって現像ローラー上のトナー層の形成が阻害される、白筋画像が発生することがある。長時間の使用において高品質な画像を実現するためには、規制ブレードへのトナー固着を抑制することが非常に重要な課題となる。

そこで、ポリエステル等のトナー母粒子の表面に外添剤としてシリカ等の微粒子を添加したトナーが用いられている。外添剤は、トナーの流動性や帯電性を向上させるとともに、比較的軟らかく変形し易いトナー母粒子が規制ブレードの表面に直接触れないようにする役割も有している。これにより、前述したような規制ブレードへのトナー固着を抑制している。しかし、耐久印刷によってトナーが規制ブレードを繰り返し通過すると、外添剤がトナー母粒子の内部に埋没したり、或いはトナー母粒子から脱離したりして、トナー母粒子が露出状態となる（便宜上トナー劣化と呼ぶ）。その結果、規制ブレードへのトナー固着が発生し易くなる。従って、規制ブレードへのトナー固着は現像装置の寿命（耐用期間）の後半に発生し易い。

そこで、耐久印刷によるトナー劣化を抑制する方法が提案されており、例えば特許文献１には、非現像時における現像剤担持体の回転速度を現像時の回転速度より遅くする方法が開示されている。具体的には、非現像時における現像剤担持体の回転速度を現像時における回転速度の２／３以下にする減速制御を行うことでトナー劣化を抑制している。

特開２００２－２５８５７１号公報

電子写真方式の画像形成装置では、非現像時には定着装置の昇温、転写部材のクリーニング（電界で転写部材に付着したトナーをドラムに逆転写する作業）等を実施している。特許文献１に記載されるように感光体や現像装置の回転速度を遅くする（システム線速を遅くする）ほど規制ブレードと現像ローラーとの間で生じる摩擦が抑制されるため、トナー劣化およびそれに起因するトナー固着も抑制される。

一方で、非現像時のシステム線速を遅くすると、定着温度の安定化や転写部材のクリーニングに時間を要し、印刷待ち時間（ファーストプリントタイム）が長くなり、画像形成効率（生産性）が低下する。さらに、昨今、画像形成装置の高速化・長寿命化のニーズがあり、特許文献１のように現像装置の回転速度を遅くするだけでは、印刷待ち時間の短縮とトナー劣化の抑制との両立が困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、非磁性一成分現像方式を用いる構成において、印刷待ち時間を極力短縮しつつ、トナー劣化に起因する画像不良を抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、制御部と、温度検知装置と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電装置は、像担持体を所定の表面電位に帯電させる。露光装置は、帯電装置により帯電された像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する。現像装置は、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、像担持体に所定の押圧力で圧接され、外周面にトナーを担持することによりトナー層が形成される現像剤担持体と、現像剤担持体の外周面に接触して現像剤担持体の外周面に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有し、静電潜像が形成された像担持体にトナーを供給する。制御部は、現像装置の駆動を制御する。温度検知装置は、現像装置周辺の温度を検知する。制御部は、画像形成前のウォームアップ時における現像剤担持体の回転速度を画像形成時の基準速度よりも遅い第１速度とする減速制御を実行する。制御部は、ウォームアップ後の印刷動作が間欠印刷であり、且つ間欠印刷のインターバルが所定時間以上であるか、若しくは温度検知装置の検知温度が所定温度以下であるとき、減速制御における現像剤担持体の回転速度を第１速度よりも遅い第２速度とする。

本発明の第１の構成によれば、通常は現像剤担持体の回転速度を第１速度とする減速制御を行い、間欠印刷のインターバルが所定時間以上、若しくは環境温度が所定温度以下の場合はさらに第２速度まで減速することにより、印刷待ち時間への影響を最小限にしつつ、トナーの劣化による白筋画像の発生を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図 本実施形態の画像形成装置１の画像形成部３０の概略構成を示す側面断面図 感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図 現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の拡大断面図 本実施形態の画像形成装置１に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 ウォームアップ時にシステム線速の減速制御を行わない場合（従来例）の耐久印刷試験結果であって、画像形成時のシステム線速が１２０［ｍｍ／ｓｅｃ］であるときの結果を示すグラフ ウォームアップ時にシステム線速の減速制御を行わない場合（従来例）の耐久印刷試験結果であって、画像形成時のシステム線速が２００［ｍｍ／ｓｅｃ］であるときの結果を示すグラフ ウォームアップ時のシステム線速を画像形成時の３／４速（１５０［ｍｍ／ｓｅｃ］）に減速した場合（従来例）の耐久印刷試験結果を示すグラフ ウォームアップ時のシステム線速を、間欠印刷のインターバルおよび環境温度に応じて変化させた場合の耐久印刷試験結果を示すグラフ ウォームアップ時のシステム線速の減速制御を、現像部３３の寿命の１５％以降で実行した場合の耐久印刷試験結果を示すグラフ 本実施形態の画像形成装置１において実行されるウォームアップ時のシステム線速の減速制御例を示すフローチャート 現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ）との関係を示すグラフ

（１．画像形成装置１の全体構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図である。なお、図１において右側を画像形成装置１の前側、左側を後側とする。

画像形成装置１（ここではモノクロプリンター）は、略直方体形状の筐体構造を有する本体ハウジング１０、本体ハウジング１０内に収容される給紙部２０、画像形成部３０および定着部４０を含む。本体ハウジング１０の前面側には前カバー１１が、後面側には後カバー１２が各々備えられている。画像形成部３０および定着部４０の各ユニットは、後カバー１２が開放されることで、本体ハウジング１０の後面側から出し入れ可能となる。また、本体ハウジング１０の上面には、画像形成後のシートが排出される排紙部１３が備えられている。尚、以下の説明において、「シート」との用語は、コピー用紙、コート紙、ＯＨＰシート、厚紙、葉書、トレーシングペーパーや画像形成処理を受ける他のシート材料を意味する。

給紙部２０は、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット２１を含む。給紙カセット２１は、その一部が本体ハウジング１０の前面から更に前方に突出している。給紙カセット２１のうち、本体ハウジング１０内に収容されている部分の上面は、給紙カセット天板２１Ｕによって覆われている。給紙カセット２１には、シートの束が収容される用紙収容空間、シートの束を給紙のためにリフトアップするリフト板等が備えられている。給紙カセット２１の後端側の上部には用紙繰出部２１Ａが設けられている。この用紙繰出部２１Ａには、給紙カセット２１内のシート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すための給紙ローラー２１Ｂが配置されている。

画像形成部３０は、給紙部２０から送り出されるシートにトナー像（現像剤像）を形成する画像形成動作を行う。画像形成部３０は、感光体ドラム３１と、感光体ドラム３１の周囲に配置された、帯電部３２、露光部３５、現像部３３および転写ローラー３４を含む。

感光体ドラム３１（像担持体）は、回転軸と、回転軸周りに回転する外周面（ドラム本体）と、を備える。感光体ドラム３１の外周面には、例えば公知の有機（ＯＰＣ）感光体で構成され、外周面に電荷発生層、電荷輸送層等で構成される感光層が形成される。感光層は、後述する帯電部３２により均一に帯電された後、露光部３５により光照射されて帯電を減衰させた静電潜像が形成され、現像部３３により静電潜像を顕在化したトナー像が担持される。

帯電部３２（帯電装置）は、感光体ドラム３１の外周面に対して所定の間隔を置いて配置され、感光体ドラム３１の外周面を非接触の状態で均一に帯電させる。具体的には、帯電部３２は、チャージワイヤー３２１およびグリッド電極３２２（いずれも図２参照）を有する。チャージワイヤー３２１は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる線状の電極であり、感光体ドラム３１との間でコロナ放電を発生させる。グリッド電極３２２は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる格子状の電極であり、チャージワイヤー３２１と感光体ドラム３１との間に配設される。帯電部３２は、チャージワイヤー３２１に所定の電流値の電流を流すことでコロナ放電を発生させ、且つ、グリッド電極３２２に所定電圧を印加することで、グリッド電極３２２に対向する感光体ドラム３１の外周面を、所定の表面電位に均一に帯電させる。

露光部３５（露光装置）は、レーザー光源とミラーやレンズ等の光学系機器とを有し、感光体ドラム３１の外周面に、パーソナルコンピューター等の外部装置から与えられる画像データに基づき変調された光を照射する。これにより、露光部３５は、感光体ドラム３１の外周面に、画像データに基づく画像に対応する静電潜像を形成する。

現像部３３（現像装置）は、本体ハウジング１０に着脱可能であり、感光体ドラム３１の外周面に非磁性一成分のトナー（現像剤）を供給することにより、感光体ドラム３１の外周面に形成された静電潜像を現像する。静電潜像を現像するとは、静電潜像を顕在化したトナー像（現像剤像）を形成することを示す。現像部３３の詳細な構成については後述する。

転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面に形成されたトナー像をシート上に転写させるためのローラーである。具体的には、転写ローラー３４は、軸周りに回転し、感光体ドラム３１の回転方向における現像ローラー３３１よりも下流側の位置で、感光体ドラム３１の外周面と対向する外周面を有する。転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面との間のニップ部を通過するシートに、感光体ドラム３１の外周面に担持されているトナー像を転写する。当該転写の際、転写ローラー３４にはトナーと逆極性の転写電圧が印加される。

定着部４０は、シートに転写されたトナー像を、シート上に定着させる定着処理を行う。定着部４０は、定着ローラー４１と加圧ローラー４２とを有する。定着ローラー４１は、加熱源を内部に備え、シートに転写されたトナーを所定温度で加熱する。加圧ローラー４２は、定着ローラー４１に対して圧接され、定着ローラー４１との間に定着ニップ部を形成する。トナー像が転写されたシートが定着ニップ部に通紙されると、トナー像は、定着ローラー４１による加熱、および加圧ローラー４２による加圧によりシート上に定着される。

本体ハウジング１０内には、シートを搬送するための主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂが備えられている。主搬送路２２Ｆは、給紙部２０の用紙繰出部２１Ａから画像形成部３０および定着部４０を経由して、本体ハウジング１０上面の排紙部１３に対向して設けられている排紙口１４まで延びている。反転搬送路２２Ｂは、シートに対して両面印刷を行う場合に、片面印刷されたシートを主搬送路２２Ｆにおける画像形成部３０の上流側に戻すための搬送路である。

主搬送路２２Ｆは、感光体ドラム３１および転写ローラー３４によって形成される転写ニップ部を、下方から上方に向かって通過するように延設される。また、主搬送路２２Ｆの、転写ニップ部よりも上流側には、レジストローラー対２３が配置されている。シートは、レジストローラー対２３にて一旦停止され、スキュー矯正が行われた後、画像転写のための所定のタイミングで転写ニップ部に送り出される。主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂの適所には、シートを搬送するための搬送ローラーが複数配置されている。排紙口１４の近傍には排紙ローラー対２４が配置されている。

反転搬送路２２Ｂは、反転ユニット２５の外側面と、本体ハウジング１０の後カバー１２の内面との間に形成されている。尚、反転ユニット２５の内側面には、転写ローラー３４およびレジストローラー対２３の一方のローラーが搭載されている。後カバー１２および反転ユニット２５は、それらの下端に設けられた支点部１２１の軸回りに各々回動可能である。反転搬送路２２Ｂにおいてジャム（紙詰まり）が発生した場合、後カバー１２が開放される。主搬送路２２Ｆでジャムが発生した場合、或いは感光体ドラム３１のユニットや現像部３３が外部に取り出される場合には、後カバー１２に加えて反転ユニット２５も開放される。

（２．画像形成部３０の構成）
図２は、本実施形態の画像形成装置１における画像形成部３０の断面図である。図３は、感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図である。図４は、現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の拡大断面図である。

図２および図３に示すように、現像部３３は、現像ハウジング３３０（現像容器）と、現像ローラー３３１（現像剤担持体）と、供給ローラー３３２と、攪拌パドル３３３と、規制ブレード３３４と、を備える。

現像ハウジング３３０は、内部にトナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容すると共に、現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、規制ブレード３３４等を収容する。現像ハウジング３３０は、攪拌された状態の現像剤（トナー）を収容する攪拌室３３５を備える。攪拌室３３５には攪拌パドル３３３が配置される。攪拌パドル３３３は、攪拌室３３５内のトナーを攪拌する。

現像ローラー３３１は、回転軸３３１ａと、ローラー部３３１ｂを備える。回転軸３３１ａは、現像ハウジング３３０の軸受部（不図示）に回転可能に支持される。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの外周面に積層される円筒状の部材であり、基材ゴム（例えばシリコーンゴム）の表面にウレタン等の凹凸のあるコーティング材によってコート層を積層した構成である。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの回転に伴って回転軸３３１ａと一体的に回転する。ローラー部３３１ｂの表面には、所定厚さのトナー層（現像剤層）が形成される。トナー層は、後述する規制ブレード３３４により層厚が規制（所定厚さに均一に調整）される。トナー層は、規制ブレード３３４との当接により生じる静電気により帯電する。

現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置において、感光体ドラム３１の回転方向（図２の時計回り方向）における上流側から下流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置では、感光体ドラム３１と同方向に回転する。

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１に対向して配置される。供給ローラー３３２は、攪拌室３３５に収容された現像剤を外周面に保持する。また、供給ローラー３３２は、外周面に保持した現像剤を現像ローラー３３１に供給する。

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置において、現像ローラー３３１の回転方向（図２の反時計回り方向）における下流側から上流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置では、現像ローラー３３１と逆方向に回転する。供給ローラー３３２から現像ローラー３３１にトナーを移動させるために、供給ローラー３３２に所定の供給電圧（直流電圧）が印加される。

現像ローラー３３１は、供給ローラー３３２から現像剤の供給を受けると共に、外周面にトナー層を保持する。そして、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１に現像剤を供給する。現像ローラー３３１および供給ローラー３３２の軸方向（図２の紙面と直交する方向）の長さは、感光体ドラム３１の軸方向長さと略同一である。現像ローラー３３１から感光体ドラム３１にトナーを移動させるために、現像ローラー３３１に所定の現像電圧（直流電圧）が印加される。

画像形成部３０には、現像ハウジング３３０を挟んで感光体ドラム３１と反対側（図２の右下側、図３の下側）に、押圧部材３６１と押圧バネ３６２から成る押圧機構３６が配置されている。押圧機構３６は、現像ハウジング３３０の長手方向の２箇所（感光体ドラム３１の軸方向中央からそれぞれ８５ｍｍの位置）に配置されている。画像形成部３０に現像部３３を装着すると、現像ハウジング３３０に押圧部材３６１が圧接されて感光体ドラム３１に近づく方向（図２の左上方向、図３の上方向）に押圧され、現像ローラー３３１が感光体ドラム３１に所定の押圧力で押圧される。なお、現像部３３および感光体ドラム３１には現像ローラー３３１と感光体ドラム３１との間の距離を規制する機構、即ち、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を規制する機構は存在しない。

規制ブレード３３４は、金属製の薄板状の部材である。規制ブレード３３４は、基端部３３４ａが現像ハウジング３３０に固定され、先端部３３４ｂが自由端となるよう構成される。規制ブレード３３４は、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１とが対向する位置よりも現像ローラー３３１の回転方向における上流側の位置で現像ローラー３３１の外周面に接触する。

規制ブレード３３４は撓み変形可能であり、現像ローラー３３１の周方向において規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の接触部分（ニップ）が存在する。規制ブレード３３４は、所定の規制圧およびニップ幅Ｗで現像ローラー３３１（ローラー部３３１ｂ）の外周面に当接する。

規制ブレード３３４の材質は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）であり、本実施形態では自由長を１０ｍｍとしている。規制ブレード３３４の先端部３３４ｂには曲げ加工が施され、湾曲部分３３４ｃが形成される。この湾曲部分３３４ｃが現像ローラー３３１の外周面に当接する。湾曲部分３３４ｃの曲率半径は０．１ｍｍ以上である。

図４に示すように、規制ブレード３３４が一定の規制圧（接触線圧）で現像ローラー３３１に当接するので、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナー層が均一な厚さに調整される。これにより、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面トナーの量を規制する。また、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナーを摩擦することで、トナーを帯電させる。規制ブレード３３４の現像ローラー３３１に対する接触線圧とは、規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の外周面との接触位置における規制ブレード３３４の単位長さ当たりの接触圧である。

（３．画像形成装置１の制御経路）
図５は、本実施形態の画像形成装置１に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

メインモーター５０は、制御部９０からの出力信号により給紙ローラー２１Ｂ、感光体ドラム３１、現像部３３内の現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、攪拌パドル３３３、定着部４０内の定着ローラー４１等を所定の回転速度で回転駆動する。

電圧制御回路５１は、帯電電圧電源５２、現像電圧電源５３、転写電圧電源５４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。電圧制御回路５１からの制御信号によって、帯電電圧電源５２は帯電部３２内のチャージワイヤー３２１に帯電電圧を印加する。現像電圧電源５３は現像部３３内の現像ローラー３３１に現像電圧を印加し、供給ローラー３３２に供給電圧を印加する。転写電圧電源５４は転写ローラー３４に転写電圧を印加する。

画像入力部６０は、画像形成装置１にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部６０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

機内温湿度センサー６１は、画像形成装置１内部の温度および湿度、特に現像部３３周辺の温度および湿度を検知するものであり、画像形成部３０の近傍に配置される。

操作部７０には、液晶表示部７１、各種の状態を示すＬＥＤ７２が設けられており、画像形成装置１の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１内の各装置に制御信号を送信したり操作部７０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。

一時記憶部９４は、パソコン等から送信される画像データを受信する画像入力部６０より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印刷枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、画像形成装置１における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部３０、定着部４０、メインモーター５０、電圧制御回路５１、画像入力部６０、操作部７０等が挙げられる。

（４．非画像形成時におけるシステム線速の減速制御）
以下、本実施形態の画像形成装置１の特徴部分である、非画像形成時（非現像時）におけるシステム線速の減速制御について説明する。前述したように、白筋画像の発生は、現像ローラー３３１の回転速度と密接な関連がある。具体的には、現像ローラー３３１の回転速度が速くなると、規制ブレード３３４と現像ローラー３３１との間で生じる摩擦が大きくなるため、トナー劣化およびそれに起因する規制ブレード３３４へのトナー固着が発生し易くなり、白筋画像が発生する。

また、規制ブレード３３４へのトナー固着は印刷条件によって変動する。具体的には、連続印刷であるか間欠印刷であるかによって変動し、間欠印刷のインターバル（印刷間隔）によっても変動する。さらに、画像形成装置１の周辺温度（環境温度）によっても変動する。

そこで、本実施形態の画像形成装置１では、印刷条件に応じた非画像形成時におけるシステム線速（現像ローラー３３１の回転速度）の減速制御を行うことで、印刷待ち時間を極力短縮しつつ、規制ブレード３３４へのトナー固着を抑制する。以下、システム線速の減速制御について詳細に説明する。

先ず、印刷条件（連続印刷、間欠印刷、間欠印刷のインターバル、環境温度）を変化させて耐久印刷試験を行い、システム線速の減速制御による現像部３３の寿命（現像部３３の使用開始時から現像ハウジング３３０内のトナーが無くなるまでの期間、若しくは出力画像の文字が白筋画像の悪化により途切れるまでの期間のうち早い方）の延長効果を検証した。試験機として、図１に示したような画像形成装置１（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用いた。

現像ローラー３３１は、基材層として層厚３．５ｍｍのシリコーンゴム層にウレタンコーティグを施した外径１３ｍｍ、軸方向長さ２３２ｍｍ、抵抗値７．１［ｌｏｇΩ］のローラー部３３１ｂと、シャフト径６ｍｍの回転軸３３１ａとを有し、アスカーＣ硬度が５５°であるローラー（ＮＩＣＫ社製）を用い、現像ローラー３３１の線速を１９５ｍｍ／ｓｅｃとした。アスカーＣ硬度は定圧荷重器（ＣＬ－１５０、高分子計器社製）を用いて測定した。抵抗値は現像ローラー３３１を金属ローラーに接触させて回転させ、１００Ｖの直流電圧を印加して測定した。

感光体ドラム３１は、外径２４ｍｍ、感光層膜厚２２μｍの正帯電単層ＯＰＣ感光体ドラム（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用いた。

試験方法としては、テスト画像としてＩＳＯ／ＩＥＣ１９７５２に規定された標準データ（印字率３．９％の文字パターン）をＡ４サイズで出力した。規制ブレード３３４へのトナー固着は、出力されたテスト画像に白筋画像が発生しているか否かを目視により判定した。現像部３３の寿命は、現像部３３内のトナーが空になったとき、若しくは出力されたテスト画像の文字が白筋画像の悪化により途切れたときのいずれか早いほうの累積印刷枚数によって判定し、目標値を１５００枚とした。

図６および図７は、ウォームアップ時（画像形成前の立ち上げ時）にシステム線速の減速制御を行わない場合の耐久印刷試験結果を示すグラフである。図６および図７では、画像形成時のシステム線速（基準速度）をそれぞれ１２０［ｍｍ／ｓｅｃ］、２００［ｍｍ／ｓｅｃ］としている。

図６に示すように、画像形成時のシステム線速が１２０［ｍｍ／ｓｅｃ］のときは、連続印刷時およびインターバル０［ｍｉｎ］の間欠印刷では、現像部３３内のトナーが無くなるまでトナー固着による白筋画像は発生しなかった。一方、間欠印刷のインターバルが５［ｍｉｎ］、１０［ｍｉｎ］、２０［ｍｉｎ］と延びるにつれてトナー固着による白筋画像が発生し易くなり、さらに画像形成装置１が設置される環境温度が２３℃から１８℃、１０℃と低温になるとさらに白筋画像が発生し易くなった。間欠印刷のインターバルが２０［ｍｉｎ］以上、かつ環境温度が１８℃以下になると、現像部３３の寿命の目標値である１５００枚未満でトナー固着が発生してしまう。

図７に示すように、画像形成時のシステム線速が２００［ｍｍ／ｓｅｃ］のときは、トナー固着の発生傾向は１２０［ｍｍ／ｓｅｃ］のときと同様であるが、線速が速くなるとさらにトナー固着による白筋画像が発生し易くなった。具体的には、間欠印刷のインターバルが１０［ｍｉｎ］以上になると１５００枚未満でトナー固着が発生し、目標値である１５００枚をクリアできない条件が増加した。なお、間欠印刷のインターバルが１０［ｍｉｎ］から２０［ｍｉｎ］に延びてもトナー固着が発生する枚数はさほど変わらず、間欠印刷のインターバルが１０［ｍｉｎ］以上になっても、それ以上はトナー固着の悪化に影響しないことがわかった。

図８は、画像形成時のシステム線速が２００［ｍｍ／ｓｅｃ］のときにウォームアップ時のシステム線速を画像形成時の３／４速（第１速度、１５０［ｍｍ／ｓｅｃ］）に減速した場合の耐久印刷試験結果を示すグラフである。図８に示すように、ウォームアップ時のシステム線速を３／４速とする減速制御を行うと、白筋画像が発生するまでの枚数が増加し、現像部３３の寿命を延長することができる。しかしながら、環境温度が１８℃以下、且つ間欠印刷のインターバルが２０［ｍｉｎ］以上の場合は目標値である１５００枚をクリアできなかった。また、環境温度が２３℃の場合も目標値である１５００枚をクリアしているものの裕度（マージン）がなく、試験条件のバラツキ等で目標枚数をクリアできないおそれがある。

図９は、ウォームアップ時のシステム線速を、間欠印刷のインターバルおよび環境温度に応じて変化させた場合の耐久印刷試験結果を示すグラフである。図９に示すように、間欠印刷のインターバルが５［ｍｉｎ］以上、あるいは環境温度が１８℃以下である場合に、ウォームアップ時のシステム線速をさらに画像形成時の１／２速（第２速度、１００［ｍｍ／ｓｅｃ］）まで減速することで、環境温度が１８℃以下、且つ間欠印刷のインターバルが２０［ｍｉｎ］以上の場合も目標値である１５００枚をクリアすることができ、環境温度が２３℃で間欠印刷のインターバルが１０［ｍｉｎ］以上であっても白筋画像が発生するまでの枚数（裕度）が増加した。

図１０は、図９と同様のウォームアップ時のシステム線速の減速制御を、現像部３３の寿命の１５％（累積印刷枚数２２５枚）以降で実行した場合の耐久印刷試験結果を示すグラフである。図１０に示すように、現像部３３の寿命の１５％以降で減速制御を実行した場合、全体的に白筋画像が発生するまでの枚数が減少し、環境温度が１８℃以下、且つ間欠印刷のインターバルが２０［ｍｉｎ］以上の場合に目標値である１５００枚をクリアできなくなる。従って、減速制御は現像部３３の寿命の１０％以降で実行することが好ましい。

以上の結果より、システム線速が高速になるほど白筋画像が発生し易くなるが、ウォームアップ時に画像形成時のシステム線速の３／４速まで減速制御することで白筋画像の発生を抑制することができる。一方、減速制御時のシステム線速を遅くするほど白筋画像の発生は抑制できるが、印刷待ち時間が長くなる。そこで、減速制御は基本的に画像形成時のシステム線速の３／４速（第１速度）とし、間欠印刷のインターバルが１０［ｍｉｎ］以上、もしくは環境温度が１８℃以下の場合はシステム線速の１／２速（第２速度）まで減速する。これにより、通常使用における印刷待ち時間への影響を最小限にしつつ、白筋画像の発生を効果的に抑制することができる。

なお、新品の現像部３３に交換した直後はトナー劣化が進行していないため白筋画像は発生しない。そのため、現像部３３の寿命の１０％以降で減速制御を実行することで、画像形成装置１の画質および画像形成効率をさらに向上することができる。

現像部３３の寿命は現像ハウジング３３０内に収容されるトナー量によって変化し、現像ハウジング３３０内のトナー収容量が多くなるほど現像部３３の寿命が長くなる。ここで、トナー収容量が多くなるほどトナーの劣化は進行し難くなる。規制ブレード３３４へのトナー固着はトナーの劣化と密接な関係があり、トナー収容量が多くなるほどトナー固着が抑制され、白筋画像の発生し始める累積印刷枚数も増加する。従って、現像部３３の寿命の長さ（トナー収容量）に係わらず、現像部３３の寿命の１０％以降で減速制御を実行することで白筋画像が発生するまでの枚数（裕度）を確保することができる。例えば、現像部３３の寿命の目標値が３０００枚である場合は、ウォームアップ時のシステム線速の減速制御を累積印刷枚数３００枚以降で実行すればよい。

図１１は、本実施形態の画像形成装置１において実行されるウォームアップ時のシステム線速の減速制御例を示すフローチャートである。必要に応じて図１～図１０を参照しながら、図１０のステップに沿ってウォームアップ時のシステム線速の減速制御手順について説明する。

先ず、制御部９０はパソコン等の上位機器から印刷命令を受信したか否かを判定する（ステップＳ１）。印刷命令を受信していない場合は（ステップＳ１でＮｏ）そのまま印刷待機状態を継続する。印刷命令を受信した場合は（ステップＳ１でＹｅｓ）、カウンター９５により累積印刷枚数をカウントする（ステップＳ２）。

次に、制御部９０は、累積印刷枚数が現像部３３の寿命（例えば１５００枚）の１０％（１５０枚）に到達したか否かを判定する（ステップＳ３）。現像部３３の寿命の１０％に到達している場合は（ステップＳ３でＹｅｓ）、次に印刷命令が連続印刷であるか否かを判定する（ステップＳ４）。連続印刷である場合は（ステップＳ４でＹｅｓ）、ウォームアップ時のシステム線速を画像形成時のシステム線速（例えば２００［ｍｍ／ｓｅｃ］）の３／４速（１５０［ｍｍ／ｓｅｃ］）に設定する（ステップＳ５）。

一方、間欠印刷である場合は（ステップＳ４でＮｏ）、直前の印刷からのインターバルが１０分以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。インターバルが１０分未満である場合は（ステップＳ６でＮｏ）、さらに機内温湿度センサー６１により測定された環境温度が１８℃以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。そして、直前の印刷からのインターバルが１０分以上である場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、または環境温度が１８℃以下である場合は（ステップＳ７でＹｅｓ）、ウォームアップ時のシステム線速を画像形成時のシステム線速の１／２速（１００［ｍｍ／ｓｅｃ］）に設定する（ステップＳ８）。

直前の印刷からのインターバルが１０分未満であり、且つ環境温度が１８℃以上である場合は（ステップＳ７でＮｏ）、連続印刷の場合と同様にウォームアップ時のシステム線速を画像形成時のシステム線速の３／４速（１５０［ｍｍ／ｓｅｃ］）に設定する（ステップＳ９）。なお、ステップＳ３で累積印刷枚数が現像部３３の寿命の１０％に到達していない場合は（ステップＳ３でＮｏ）、ウォームアップ時のシステム線速を画像形成時のシステム線速とする（減速制御を実行しない）。

そして、設定されたシステム線速でウォームアップを実行後、印刷を実行する（ステップＳ１０）。その後、印刷が終了したか否かを判定し（ステップＳ１１）、印刷が継続している場合は（ステップＳ１１でＮｏ）ステップＳ１に戻り、以下同様の手順を繰り返す（ステップＳ１～Ｓ１１）。印刷が終了している場合は（ステップＳ１１でＹｅｓ）処理を終了する。

図１１に示した制御例によれば、連続印刷若しくは間欠印刷のインターバルが１０分未満、且つ環境温度が１８℃以上の場合は画像形成時のシステム線速の３／４速、間欠印刷のインターバルが１０［ｍｉｎ］以上、もしくは環境温度が１８℃以下の場合は画像形成時のシステム線速の１／２速でウォームアップが実行される。これにより、白筋画像の発生し易い印刷条件でウォームアップ時のシステム線速がさらに減速されるため、ウォームアップ時間を極力短縮しつつ、白筋画像の発生を抑制することができる。

また、白筋画像の発生し難い現像部３３の使用開始時には減速制御が実行されず、現像部３３の寿命の１０％に到達した時点で減速制御が実行されるため、現像部３３の使用初期における不必要な減速制御を省略して画像形成効率を向上させることができる。

なお、本実施形態では現像部３３の使用開始時からの累積印刷枚数に基づいて現像部３３の寿命を推定しているが、現像部３３の使用開始時からの現像部３３（またはメインモーター５０）の累積駆動時間に基づいて現像部３３の寿命を推定することもできる。

また、本実施形態ではメインモーター５０によって感光体ドラム３１、現像ローラー３３１、定着ローラー４１を含む画像形成装置１内部の全ての駆動部材を駆動しているが、現像部３３を駆動する現像駆動モーターをメインモーター５０とは別個に備える構成の場合、ウォームアップ時にメインモーター５０を制御してシステム線速を減速する代わりに、現像駆動モーターを制御して現像ローラー３３１の回転速度のみを減速すればよい。

（５．その他の構成）
図１２は、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ）との関係を示すグラフである。表面自由エネルギー（surface free energy）とは、固体における液体での表面張力に当たるもので、固体の表面自体がもつ分子のエネルギーのことである。図１２において、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが１２ｍＪ／ｍ^２の場合を◇のデータ系列、２１ｍＪ／ｍ^２の場合を□のデータ系列、３０ｍＪ／ｍ^２の場合を△のデータ系列で示している。

図１２に示すように、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるほど現像電圧の使用可能領域ＯＷは狭くなる傾向にある。これは、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるにつれてハーフトーン画像の白抜けが発生する現像ローラー３３１の押圧力の上限値が低下するためである。現像ローラー３３１の表面自由エネルギーは５ｍｊ／ｍ^２以上２７ｍｊ／ｍ^２以下が好ましい。

また、規制ブレード３３４によって規制されるトナーの量は、現像ローラー３３１の外周面の接触面積率によっても変化する。現像ローラー３３１の外周面の接触面積率とは、現像ローラー３３１の外周面の面積に対する当該外周面における凹部（非接触部）を除いた領域の面積の占める割合である。つまり、現像ローラー３３１の周面の接触面積率は、現像ローラー３３１の外周面と規制ブレード３３４との見掛け上の接触面積に対する、真の接触面積を表すものである。接触面積率は４．５～１０％が好ましく、６～８％がより好ましい。

規制ブレード３３４の規制圧は１０～６０Ｎ／ｍが好ましく、１５～２５Ｎ／ｍがより好ましい。なお、現像ローラー３３１の製法は特に限定されず、現像ローラー３３１の表面粗さは粒子を含むコート層をコーティングして調整してもよいし、研磨のみで粗さを調整してもよい。

また、本実施形態では粉砕法により製造されたトナー（粉砕トナー）、重合法により製造されたトナー（重合トナー）の両方を使用することができる。重合トナーは円形度が高い真球形状のため付着力が低く、現像性が良いため使用可能領域ＯＷが広い。そのため、本発明は重合トナーに比べて低コストである粉砕トナーを用いる非磁性一成分現像方式において特に有効である。

また、本実施形態では中心粒径が６．０～８．０μｍのトナーで良好な結果が得られることを確認している。中心粒径の範囲の選択理由は、中心粒径が６．０μｍより小さくなるとトナーの製造コストアップにつながり、８．０μｍより大きいとトナー消費量が増えて定着性が悪化し、好ましくないためである。

また、本実施形態では円形度が０．９３～０．９７のトナーで良好な結果が得られることを確認している。円形度が０．９３以下の場合は画像品質が低下する傾向にある。円形度が０．９７以上である場合は製造コストが大幅にアップするため、それぞれ好ましくない。

また、本実施形態では９０℃における溶融粘度が１００，０００Ｐａ・ｓ以下のトナーで良好な結果が得られることを確認している。９０℃における溶融粘度が１００，０００Ｐａ・ｓを超える場合はトナーの定着性が悪くなるため、省エネルギーの観点から好ましくない。

また、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１の線速差は１．１～１．６倍（現像ローラー３３１のほうが感光体ドラム３１よりも表面速度が速い）の範囲で同様の結果が得られることを確認している。線速差が１．１倍より小さくなると白紙部にトナーが付着するカブリが発生するため好ましくない。一方、線速差が１．６倍以上では現像部３３の駆動トルクや振動、トナーの機械的ストレスが増加するため、装置の寿命の観点から好ましくない。

また、感光体ドラム３１の表面電位Ｖ０は５００～８００Ｖ、露光後電位ＶＬは７０～２００Ｖの範囲で同様の結果が得られることを確認している。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、画像形成装置１の例として、モノクロプリンターについて説明したが、例えば、タンデム方式やロータリー式のカラープリンターにも適用できる。また、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置にも適用できる。ただし、感光体ドラム３１と、非磁性一成分現像方式の現像部３３を備える必要はある。

また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、支持体として円筒状の素管を利用したが、他の形状の支持体を利用しても良い。他の形状としては、板状、無端ベルト状であってもよい。また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、感光層としてアモルファスシリコンを利用したが、例えば、支持体からの電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層を有しても良い。

本発明は、非磁性トナーを用いた非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、非磁性一成分現像方式における画像の白抜けやクリーニング不良を効果的に抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

１ 画像形成装置
３０ 画像形成部
３１ 感光体ドラム（像担持体）
３２ 帯電部（帯電装置）
３３ 現像部（現像装置）
３３０ 現像ハウジング（現像容器）
３３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
３３２ 供給ローラー
３３４ 規制ブレード
３５ 露光部（露光装置）
５０ メインモーター
６１ 機内温湿度センサー（温度検知装置）
９０ 制御部
９５ カウンター（印刷枚数カウント部）

Claims (5)

1. 表面に感光層が形成される像担持体と、
   前記像担持体を所定の表面電位に帯電させる帯電装置と、
   前記帯電装置により帯電された前記像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する露光装置と、
   トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、
   前記像担持体に所定の押圧力で圧接され、外周面に前記トナーを担持することによりトナー層が形成される現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の外周面に接触して前記現像剤担持体の外周面に形成される前記トナー層の層厚を規制する規制ブレードと、
   を有し、前記静電潜像が形成された前記像担持体に前記トナーを供給する現像装置と、
   前記現像装置の駆動を制御する制御部と、
   前記現像装置周辺の温度を検知する温度検知装置と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記制御部は、画像形成前のウォームアップ時における前記現像剤担持体の回転速度を画像形成時の基準速度よりも遅い第１速度とする減速制御を実行し、
   前記ウォームアップ後の印刷動作が間欠印刷であり、且つ前記間欠印刷のインターバルが所定時間以上であるか、若しくは前記温度検知装置の検知温度が所定温度以下であるとき、前記減速制御における前記現像剤担持体の回転速度を前記第１速度よりも遅い第２速度とすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１速度は前記基準速度の３／４であり、前記第２速度は前記基準速度の１／２であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記間欠印刷のインターバルが１０分以上であるとき、若しくは前記温度検知装置の検知温度が１８℃以下であるとき、前記減速制御における前記現像剤担持体の回転速度を前記第２速度とすることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記現像装置の使用開始時からの累積駆動時間が前記現像装置の寿命の１０％に到達した後に前記減速制御を実行することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記現像装置の使用開始時からの累積印刷枚数をカウントする印刷枚数カウント部を備え、
   前記制御部は、前記累積印刷枚数に基づいて前記累積駆動時間を推定することを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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