JP3596535B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザプリンタなどの画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、レーザプリンタなどの画像形成装置には、感光ドラムと、その感光ドラムの周りに、帯電器、スキャナ装置、現像ローラおよび転写ローラとが設けられている。感光ドラムの表面は、その感光ドラムの回転に伴なって、まず、帯電器により一様に帯電された後、スキャナ装置からのレーザービームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。次いで、現像ローラの回転により、現像ローラ上に担持され帯電されているトナーが、感光ドラムに対向して接触する時に、感光ドラムの表面上に形成されている静電潜像に供給され、レーザビームによって露光された露光部分に選択的に担持されることによって可視像が形成される。その後、感光ドラムの表面上に担持された可視像は、用紙が感光ドラムと転写ローラとの間を通る間に、その用紙に転写される。
【0003】
そして、このような画像形成装置には、転写後の感光ドラムの表面に付着している紙粉を除去するために、紙粉取りブラシを備えるものが知られている。この紙粉取りブラシは、たとえば、感光ドラムの回転方向における転写ローラとの対向部分の下流側で、かつ、帯電器との対向部分の上流側において、感光ドラムの表面に摺擦するようにして設けられており、紙粉を物理的に絡め取り、さらには、紙粉取りブラシに所定のバイアスを印加して、感光ドラムの表面上の紙粉を電気的に捕捉するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、このような紙粉取りブラシに、転写後の感光ドラムの表面上に残存するトナーが付着すると、紙粉除去能力が低下したり、あるいは、感光ドラムのフィルミングが促進されるので、紙粉取りブラシにトナーが付着することを防止する必要がある。
【0005】
トナーが新品である時には、現像ローラから供給され、感光ドラムの表面上で可視像を形成しているトナーは、帯電極性が揃っており、転写後においても、ほぼ同一極性のままの状態が保持されている。そのため、そのようなトナーが新品の初期状態においては、紙粉取りブラシに、転写後における感光ドラムの未露光部分の表面電位よりも高いバイアスを印加しておけば、紙粉取りブラシにトナーが付着することを抑制することができる。
【0006】
しかし、記録枚数が増加すると、それに伴なってトナーの劣化も進むので、帯電不良により逆極性に帯電するトナーの割合が増加するようになる。そうすると、初期状態のままバイアスを印加していると、そのような逆極性に帯電したトナーが紙粉取りブラシに付着するようになり、紙粉除去能力が低下するなどの不具合を生じる。
【0007】
そこで、本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、新品の現像剤が使用される初期状態から、継続的に紙粉除去手段に現像剤が付着することを抑制することができる画像形成装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、現像剤により形成される現像剤像を担持搬送する像担持体と、前記像担持体に対向し、前記現像剤像を転写媒体に転写するための転写手段と、前記転写手段との対向位置を通過した前記像担持体の表面に接触して紙粉を除去するための紙粉除去手段とを備える画像形成装置において、前記紙粉除去手段に、前記紙粉除去手段と前記像担持体との間に電位差を形成するためのバイアスを印加するバイアス印加手段と、前記電位差を画像形成量に応じて変更するように、前記バイアス印加手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴としている。
【0009】
このような構成によると、制御手段によって、バイアス印加手段から紙粉除去手段に対して印加するバイアスを、画像形成量に応じて変更することができるので、画像形成量に応じて変化する現像剤の帯電状態に対応させて、バイアス印加手段から紙粉除去手段に対して印加するバイアスを変更することができる。そのため、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0010】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記バイアス印加手段は、前記像担持体の表面上の紙粉が前記紙粉除去手段へ向かう方向に電位差を形成するバイアスを印加することを特徴としている。
このような構成によると、バイアス印加手段から印加されるバイアスによって、像担持体の表面上の紙粉が確実に紙粉除去手段へ向かい、その紙粉除去手段によって捕捉される。そのため、紙粉除去手段による確実な紙粉の捕捉を図りつつ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0011】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、現像手段と現像剤収容室とを備え、前記制御手段は、前記現像剤収容室内の現像剤が少なくとも新品の現像剤を含む初期状態の電位差から、画像形成量に応じて前記電位差が変更されるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴としている。
【0012】
このような構成によると、制御手段が、バイアス印加手段から印加されるバイアスを、初期状態から、紙粉除去手段と像担持体との間に形成される電位差が画像形成量に応じて変更されるように制御するので、初期状態から画像形成量の増加に伴なって現像剤の帯電状態が変化しても、その初期状態からの帯電状態の変化に応じてバイアスを変更することができ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0013】
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記制御手段は、前記初期状態の電位差から、前記電位差を小さくするように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴としている。
このような構成によると、制御手段が、バイアス印加手段から印加されるバイアスを、初期状態の電位差から、その電位差が画像形成量に応じて小さくなるように制御するので、初期状態から画像形成量の増加に伴なって現像剤の劣化が進み、帯電不良により逆極性に帯電する現像剤の割合が次第に増加しても、そのような逆極性に帯電した現像剤を、増加の割合に応じて継続的に紙粉除去手段に付着させにくくすることができる。そのため、より確実に、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0014】
また、請求項5に記載の発明は、請求項3または4に記載の発明において、前記制御手段は、前記初期状態において、前記紙粉除去手段に放電開始電圧以下のバイアスが印加されるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴としている。
このような構成によると、初期状態においては、バイアス印加手段から、紙粉除去手段に放電開始電圧以下のバイアスが印加されるので、紙粉除去手段と像担持体との間で放電することを防止しつつ、かつ、これらの間に大きな電位差を形成することができる。そのため、紙粉除去手段に現像剤が付着することを抑制し、かつ、放電によって捕捉した紙粉を像担持体上に放出することもなく、紙粉を電気的に確実に捕捉することができる。
【0015】
また、請求項6に記載の発明は、請求項4または5に記載の発明において、前記制御手段は、前記初期状態の電位差から小さくなる最終状態の電位差が、少なくとも前記紙粉除去手段によって紙粉を電気的に捕捉し得る電位差となるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴としている。
このような構成によると、制御手段によって、最終状態の電位差が、少なくとも紙粉除去手段によって紙粉を電気的に捕捉し得る電位差となるように、バイアス印加手段が制御されるので、初期状態から最終状態に至るまで、確実な紙粉の捕捉を達成することができる。
【0016】
また、請求項7に記載の発明は、請求項4ないし6のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記初期状態の電位差から、前記電位差が段階的に小さくなるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴としている。
このような構成によると、制御手段が、電位差を段階的に小さくするようにバイアス印加手段を制御するので、簡易な制御によって、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0017】
また、請求項8に記載の発明は、請求項3または7に記載の発明において、前記現像剤収容室を含む部材が交換可能に設けられ、前記制御手段は、前記現像剤収容室を含む部材の交換を検知して、その検知を契機として前記初期状態に設定することを特徴としている。
このような構成によると、現像剤収容室を含む部材が交換されると、その交換が制御手段によって検知され、初期状態が設定される。そのため、現像剤収容室を、新品の現像剤が充填されている現像剤収容室に交換さえすれば、制御手段によるバイアス印加手段の制御が、再び初期状態から自動的に行なわれるので、現像剤収容室を交換する毎に、制御手段による制御を手動によってわざわざリセットする必要がなく、確実な制御を達成することができる。
【0018】
また、請求項9に記載の発明は、請求項3ないし8のいずれかに記載の発明において、前記現像剤収容室内の現像剤のエンプティーを検知する検知手段を備えており、前記制御手段は、前記検知手段のエンプティー検知の解除を検知して、その検知を契機として前記初期状態に設定することを特徴としている。
このような構成によると、検知手段のエンプティー検知の解除が検知されると、制御手段によって初期状態が設定される。つまり、現像剤収容室内の現像剤が新品の現像剤になれば、検知手段のエンプティー検知が解除されるので、制御手段によるバイアス印加手段の制御が、再び初期状態から自動的に行なわれる。そのため、制御手段による制御を手動によってわざわざリセットする必要がなく、確実な制御を達成することができる。
【0019】
また、請求項10に記載の発明は、請求項1ないし9のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記画像形成量を、現像手段の駆動時間に基づいて計測することを特徴としている。
このような構成によると、画像形成量が現像手段の駆動時間に基づいて計測されるので、制御手段は、現像手段から現像剤が実際に像担持体に供給される時間に対応して、バイアス印加手段によるバイアスの印加を制御することができる。そのため、より正確に、現像剤の経時的な劣化による帯電状態の変化に対応したバイアスの印加を達成することができ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを、より確実に抑制することができる。
【0020】
また、請求項11に記載の発明は、請求項1ないし9のいずれかに記載の発明において、前記制御手段は、前記画像形成量を、記録枚数に基づいて計測することを特徴としている。
このような構成によると、画像形成量が記録枚数に基づいて計測されるので、制御手段は、実際に画像が形成される時間に対応して、バイアス印加手段によるバイアスの印加を制御することができる。そのため、画像形成が進むにつれて劣化する現像剤の帯電状態の変化に対応したバイアスの印加を達成することができ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを、より確実に抑制することができる。
【0021】
また、請求項12に記載の発明は、請求項1ないし11のいずれかに記載の発明において、前記紙粉除去手段は、導電性部材から構成されていることを特徴としている。
このような構成によると、紙粉除去手段が導電性部材から構成されているので、バイアス印加手段から紙粉除去手段に印加されるバイアスの効果を高めることができ、像担持体に付着する紙粉を、良好に電気的に捕捉することができる。そのため、良好な紙粉の除去を達成することができる。
【0022】
また、請求項13に記載の発明は、請求項1ないし12のいずれかに記載の発明において、前記紙粉除去手段が、ブラシまたは不織布から構成されていることを特徴としている。
このような構成によると、紙粉除去手段がブラシまたは不織布から構成されているので、像担持体に付着する紙粉を、電気的に捕捉することに加えて、物理的に絡め取ることができ、しかも、通常、現像剤は紙粉よりも像担持体に対する付着力が大きいので、ブラシまたは不織布においては、像担持体上の現像剤を通過させつつ、紙粉のみを良好に捕捉することができる。そのため、紙粉除去手段への現像剤の機械的な付着を抑制して、より一層効率的な紙粉の除去を達成することができる。
【0023】
また、請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の発明において、前記ブラシは、相対湿度20%で測定した抵抗値の体積抵抗換算値が109 Ω・cm以上であることを特徴としている。
このような構成によると、相対湿度20%で測定したブラシの抵抗値の体積抵抗換算値が、109 Ω・cm以上であるので、低湿度環境におけるブラシに流れる電流を、小さくすることができる。その結果、帯電不良によって逆極性に帯電した現像剤が、ブラシに付着することを抑制でき、像担持体のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0024】
また、請求項15に記載の発明は、請求項13または14に記載の発明において、前記ブラシは、相対湿度20%で測定した抵抗値の体積抵抗換算値が109Ω・cm以上であり、かつ、相対湿度80%で測定した抵抗値の体積抵抗換算値が108 Ω・cm以下であることを特徴としている。
このような構成によると、低湿度環境で測定したブラシの抵抗値の体積抵抗換算値が、109 Ω・cm以上であって、かつ、高湿度環境で測定したブラシの抵抗値の体積抵抗換算値が、108 Ω・cm以下であるため、低湿度環境においては、ブラシに流れる電流を小さくして、帯電不良によって逆極性に帯電した現像剤がブラシに付着することを抑制でき、高湿度環境においては、ブラシに流れる電流を大きくして、高湿度環境においてより強い付着力によって像担持体に付着した紙粉を、ブラシによって捕捉するための、像担持体とブラシとの間の十分な電位差を設けることができる。そのため、より一層、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0025】
また、請求項16に記載の発明は、請求項13ないし15のいずれかに記載の発明において、前記ブラシの繊維の太さは、10デニール以下であることを特徴としている。
たとえば、ブラシの繊維が10デニールよりも太い繊維である場合には、ブラシの腰が強く、ブラシによって像担持体の表面を強く摺擦してしまい、像担持体のフィルミングが発生しやすくなってしまう場合がある。
【0026】
一方、このような構成によると、ブラシが10デニール以下の細い繊維によって形成されているため、ブラシの腰が強すぎず、ブラシが像担持体の表面に沿うように接触するので、そのような像担持体のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
また、請求項17に記載の発明は、請求項13ないし16のいずれかに記載の発明において、前記ブラシは、ナイロン、アクリルまたはレーヨンに、導電性粒子または導電性フィラーが分散されている材料によって形成されていることを特徴としている。
【0027】
たとえば、ブラシが、ブラシの表面が金属コーティングされることにより形成されているものでは、湿度環境によって、その表面の金属の抵抗値がほとんど変化せず、低湿度環境または高湿度環境のいずれにおいても、ブラシ電流がほぼ一定とされる。
一方、このような構成によると、ナイロン、アクリルまたはレーヨンなどの絶縁母材に導電性粒子または導電性フィラーが分散されているため、低湿度環境においては、抵抗値を高く保つことができ、高湿度環境においては、ブラシ表面への水分付着によって電流が流れやすくなり、抵抗値が低くなる。その結果、低湿度環境においては、ブラシに流れる電流を小さくして、帯電不良によって逆極性に帯電した現像剤がブラシに付着することを抑制でき、高湿度環境においては、ブラシに流れる電流を大きくして、高湿度環境におけるより強い付着力によって像担持体に付着した紙粉を、ブラシによって捕捉するための、像担持体とブラシとの間の十分な電位差を設けることができる。そのため、より一層、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0028】
また、請求項18に記載の発明は、請求項13ないし17のいずれかに記載の発明において、前記ブラシは、その植毛密度が7.76k本/cm2以上であることを特徴としている。
たとえば、ブラシの密度が7.76k本/cm2未満であると、紙粉が、ブラシをすり抜けてしまう場合があるが、このような構成によると、ブラシの密度が7.76k本/cm2以上であるので、紙粉を良好に絡め取ることができる。そのため、より一層の紙粉除去性能の向上を図ることができる。
【0029】
また、請求項19に記載の発明は、請求項1ないし18のいずれかに記載の発明において、前記現像剤が、略球形のトナーであることを特徴としている。
現像剤が略球形のトナーであると、像担持体への付着力が大きいため、紙粉除去手段によって除去されにくくなる。そのため、より一層、紙粉除去手段に現像剤が機械的に付着することを抑制でき、紙粉の効率的な除去を達成することができる。
【0030】
また、請求項20に記載の発明は、請求項1ないし19のいずれかに記載の発明において、前記現像剤および前記像担持体の帯電極性が、正極性であることを特徴としている。
このような構成によると、現像剤および像担持体の帯電極性が正極性であるため、転写手段に印加される転写バイアスは負極性となる。そして、転写時に転写媒体から像担持体に付着する紙粉は、転写バイアスと同極性、つまり負極性となるが、紙粉はもともと負帯電されやすいため、このように、現像剤および像担持体の帯電極性が正極性であると、特に像担持体に紙粉が付着しやすく、紙粉除去手段を設けることが重要となる。そして、本発明の紙粉除去手段では、現像剤が付着することを抑制しつつ、紙粉の効率的な除去を達成することができるので、良好な画像形成を達成することができる。
【0031】
また、請求項21に記載の発明は、請求項1ないし20のいずれかに記載の発明において、前記転写手段によって転写された後に前記像担持体上に残存する現像剤を、現像手段によって回収するクリーナレス方式によって、前記像担持体上に残存する現像剤を回収するように構成されていることを特徴としている。
クリーナレス方式によって現像剤を回収すれば、転写後の像担持体上に残存する現像剤を除去するための格別の部材および貯留部が不要となり、装置構成の簡略化を図ることができる。しかし、一方で、クリーナレス方式では、転写後に像担持体上に残存する現像剤を現像手段によって回収するため、像担持体上に紙粉があると、その紙粉が回収される現像剤とともに現像手段に混入してしまい、画像品質に直接影響してしまうという不具合を生じる。
【0032】
しかし、このような構成によると、紙粉除去手段によって、効率的に紙粉を除去することができるので、クリーナレス方式によって、簡易に現像剤を回収しつつ、良好な画像形成を確実に達成することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の画像形成装置としてのレーザプリンタの一実施形態を示す要部側断面図である。図1において、レーザプリンタ1は、本体ケーシング2内に、転写媒体としての用紙3を給紙するためのフィーダ部4や、給紙された用紙3に所定の画像を形成するための画像形成部5などを備えている。
【0034】
フィーダ部4は、本体ケーシング2内の底部に、着脱可能に装着される給紙トレイ6と、給紙トレイ6内に設けられた用紙押圧板7と、給紙トレイ6の一端側端部の上方に設けられる給紙ローラ8および給紙パット9と、給紙ローラ8に対し用紙3の搬送方向の下流側に設けられる紙粉取りローラ10および11と、紙粉取りローラ10および11に対し用紙3の搬送方向の下流側に設けられるレジストローラ12とを備えている。
【0035】
用紙押圧板7は、用紙3を積層状にスタック可能とされ、給紙ローラ8に対して遠い方の端部において揺動可能に支持されることによって、近い方の端部が上下方向に移動可能とされており、また、その裏側から図示しないばねによって上方向に付勢されている。そのため、用紙押圧板7は、用紙3の積層量が増えるに従って、給紙ローラ8に対して遠い方の端部を支点として、ばねの付勢力に抗して下向きに揺動される。給紙ローラ8および給紙パット9は、互いに対向状に配設され、給紙パット9の裏側に配設されるばね13によって、給紙パット9が給紙ローラ8に向かって押圧されている。用紙押圧板7上の最上位にある用紙3は、用紙押圧板7の裏側から図示しないばねによって給紙ローラ8に向かって押圧され、その給紙ローラ8の回転によって給紙ローラ8と給紙パット9とで挟まれた後、1枚毎に給紙される。給紙された用紙3は、紙粉取りローラ10および11によって、紙粉が取り除かれた後、レジストローラ12に送られる。レジストローラ12は、1対のローラから構成されており、用紙3を所定のレジスト後に、画像形成位置に送るようにしている。なお、画像形成位置は、用紙3に感光ドラム27上の現像剤像を転写する転写位置であって、本実施形態では感光ドラム27と転写ローラ30との接触位置である。
【0036】
なお、このフィーダ部4は、さらに、マルチパーパストレイ14と、マルチパーパストレイ14上に積層される用紙3を給紙するためのマルチパーパス側給紙ローラ15およびマルチパーパス側給紙パット25とを備えており、マルチパーパス側給紙ローラ15およびマルチパーパス側給紙パット25は、互いに対向状に配設され、マルチパーパス側給紙パット25の裏側に配設されるばね25aによって、マルチパーパス側給紙パット25がマルチパーパス側給紙ローラ15に向かって押圧されている。マルチパーパストレイ14上に積層される用紙3は、マルチパーパス側給紙ローラ15の回転によってマルチパーパス側給紙ローラ15とマルチパーパス側給紙パット25とで挟まれた後、1枚毎に給紙される。
【0037】
画像形成部5は、スキャナ部16、プロセス部17、定着部18などを備えている。
スキャナ部16は、本体ケーシング2内の上部に設けられ、レーザ発光部(図示せず。)、回転駆動されるポリゴンミラー19、レンズ20および21、反射鏡22、23および24などを備えており、レーザ発光部からの発光される所定の画像データに基づくレーザビームを、鎖線で示すように、ポリゴンミラー19、レンズ20、反射鏡22および23、レンズ21、反射鏡24の順に通過あるいは反射させて、後述するプロセス部17の感光ドラム27の表面上に高速走査にて照射させている。
【0038】
プロセス部17は、スキャナ部16の下方に配設され、図2に示すように、本体ケーシング2に対して着脱自在に装着されるドラムカートリッジ26内に、現像カートリッジ28、像担持体としての感光ドラム27、スコロトロン型帯電器29、転写手段としての転写ローラ30および紙粉除去手段としての導電性ブラシ51などを備えている。
【0039】
現像カートリッジ28は、ドラムカートリッジ26に対して着脱自在に装着されており、現像手段としての現像ローラ31、層厚規制ブレード32、供給ローラ33、現像剤収容室としてのトナーホッパ34などを備えている。
トナーホッパ34内には、現像剤として、正帯電性の非磁性1成分のトナーが充填されている。このトナーとしては、重合性単量体、たとえば、スチレンなどのスチレン系単量体や、アクリル酸、アルキル(C1〜C4)アクリレート、アルキル(C1〜C4)メタアクリレートなどのアクリル系単量体を、懸濁重合などの公知の重合方法によって共重合させることにより得られる重合トナーが使用されている。このような重合トナーは、略球状をなし、流動性が極めて良好である。なお、このようなトナーには、カーボンブラックなどの着色剤やワックスなどが配合されるとともに、流動性を向上させるために、シリカなどの外添剤が添加されている。その粒子径は、約6〜10μm程度である。
【0040】
そして、トナーホッパ34内のトナーは、トナーホッパ34の中心に設けられる回転軸35に支持されるアジテータ36により攪拌されて、トナーホッパ34の側部に開口されたトナー供給口37から放出される。なお、トナーホッパ34の側壁には、トナーの残量検知用の窓38が設けられており、回転軸35に支持されたクリーナ39によって清掃される。
【0041】
トナー供給口37の側方位置には、供給ローラ33が回転可能に配設されており、また、この供給ローラ33に対向して、現像ローラ31が回転可能に配設されている。そして、これら供給ローラ33と現像ローラ31とは、そのそれぞれがある程度圧縮するような状態で互いに当接されている。
供給ローラ33は、金属製のローラ軸に、導電性の発泡材料からなるローラが被覆されている。また、現像ローラ31は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されている。より具体的には、現像ローラ31のローラ部分は、カーボン微粒子などを含む導電性のウレタンゴムまたはシリコーンゴムからなるローラ本体の表面に、フッ素が含有されているウレタンゴムまたはシリコーンゴムのコート層が被覆されている。なお、現像ローラ31には、感光ドラム27に対して、約300〜400Vの現像バイアスが印加されるように設定されている。
【0042】
また、現像ローラ31の近傍には、層厚規制ブレード32が配設されている。この層厚規制ブレード32は、金属の板ばね材からなるブレード本体の先端部に、絶縁性のシリコーンゴムからなる断面半円形状の押圧部40を備えており、現像ローラ31の近くにおいて現像カートリッジ28に支持されて、押圧部40がブレード本体の弾性力によって現像ローラ31上に圧接されるように構成されている。
【0043】
そして、トナー供給口37から放出されるトナーは、供給ローラ33の回転により、現像ローラ31に供給され、この時、供給ローラ33と現像ローラ31との間で正に摩擦帯電され、さらに、現像ローラ31上に供給されたトナーは、現像ローラ31の回転に伴って、層厚規制ブレード32の押圧部40と現像ローラ31との間に進入し、一定厚さの薄層として現像ローラ31上に担持される。
【0044】
感光ドラム27は、現像ローラ31の側方位置において、その現像ローラ31と対向するような状態で回転可能に配設されている。この感光ドラム27は、ドラム本体が接地されるとともに、その表面部分がポリカーボネートなどから構成される正帯電性の感光層により形成されている。
スコロトロン型帯電器29は、感光ドラム27の上方に、感光ドラム27に接触しないように、所定の間隔を隔てて対向配設されている。このスコロトロン型帯電器29は、タングステンなどの帯電用ワイヤからコロナ放電を発生させる正帯電用のスコロトロン型の帯電器であり、感光ドラム27の表面を一様に正極性に帯電させるように構成されている。なお、このスコロトロン型帯電器29による帯電によって、感光ドラム27の表面は、その初期帯電電位が、約870Vとなるように設定されている。
【0045】
転写ローラ30は、感光ドラム27の下方において、この感光ドラム27に対向するように配置され、ドラムカートリッジ26に回転可能に支持されている。この転写ローラ30は、金属製のローラ軸に、導電性のゴム材料からなるローラが被覆されており、転写時には、感光ドラム27に対して、定電流制御にて約−12μAの転写バイアスが印加されるように設定されている。
【0046】
また、導電性ブラシ51は、感光ドラム27の側方位置(現像ローラ31と反対側の側方位置)において、感光ドラム27の回転方向における、転写ローラ30との対向位置の下流側であって、スコロトロン帯電器29との対向位置の上流側に、感光ドラム27と対向するように配置されている。この導電性ブラシ51は、略L字形状の金属材料からなるベース部材54と、そのベース部材54の一方の片に植え付けられる、後に詳述する、導電性繊維によって形成されているブラシ部材55とを備えている。そして、ベース部材54の他方の片が、感光ドラム27の側方に延びるドラムカートリッジ26のブラシフレーム56に取り付けられることにより、ブラシ部材55の先端が感光ドラム27の表面に接触するように配置されている。
【0047】
また、この導電性ブラシ51のベース部材54には、導電性ブラシ51に感光ドラム27との間に電位差を形成するためのクリーニングバイアスを印加するバイアス印加手段としてのバイアス印加電源53が接続されている。
そして、感光ドラム27の表面は、スコロトロン型帯電器29により一様に正帯電された後、スキャナ部16からのレーザビームの高速走査により露光され、所定の画像データに基づく静電潜像が形成される。より具体的には、この露光によって、感光ドラムの表面電位は、その未露光部分において約870V、その露光部分において約50〜100Vとなるような静電潜像が形成される。
【0048】
次いで、現像ローラ31の回転により、現像ローラ31上に担持されかつ正帯電されているトナーが、感光ドラム27に対向して接触する時に、感光ドラム27の表面上に形成される静電潜像、すなわち、一様に正帯電されている感光ドラム27の表面のうち、レーザビームによって露光され電位が下がっている露光部分に供給され、選択的に担持されることによって可視像(現像剤像)が形成され、これによって反転現像が達成される。
【0049】
その後、感光ドラム27の表面上に担持された可視像は、用紙3が感光ドラム27と転写ローラ30との間を通る間に転写ローラ30に印加される転写バイアスによって、用紙3に転写される。なお、この転写ローラ30による転写によって、感光ドラム27の表面は、その未露光部分の転写後の帯電電位が、約250Vとされる。
【0050】
そして、転写後に、用紙3との接触によって、感光ドラム27の表面に付着した紙粉は、その感光ドラム27の表面が、感光ドラム27の回転に伴って、導電性ブラシ51のブラシ部材55と対向した時に、ブラシ部材55によって物理的に絡め取られるとともに、後述するCPU56の制御によってバイアス印加電源53から印加されるクリーニングバイアスによって、電気的に捕捉される。
【0051】
定着部18は、図1に示すように、プロセス部17の側方下流側に配設され、加熱ローラ41、加熱ローラ41を押圧する押圧ローラ42、および、これら加熱ローラ41および押圧ローラ42の下流側に設けられる1対の搬送ローラ43を備えている。加熱ローラ41は、金属製で加熱のためのハロゲンランプを備えており、プロセス部17において用紙3上に転写されたトナーを、用紙3が加熱ローラ41と押圧ローラ42との間を通過する間に熱定着させ、その後、その用紙3を搬送ローラ43によって、排紙パス44に搬送するようにしている。排紙パス44に送られた用紙3は、排紙ローラ45に送られて、その排紙ローラ45によって排紙トレイ46上に排紙される。
【0052】
また、このレーザプリンタ1には、用紙3の両面に画像を形成するために、反転搬送部47が設けられている。この反転搬送部47は、排紙ローラ45と、反転搬送パス48と、フラッパ49と、複数の反転搬送ローラ50とを備えている。
排紙ローラ45は、1対のローラからなり、正回転および逆回転の切り換えができるように構成されている。この排紙ローラ45は、上記したように、排紙トレイ46上に用紙3を排紙する場合には、正方向に回転するが、用紙3を反転させる場合には、逆方向に回転する。
【0053】
反転搬送パス48は、排紙ローラ45から画像形成位置の下方に配設される複数の反転搬送ローラ50まで用紙3を搬送することができるように、上下方向に沿って設けられており、その上流側端部が、排紙ローラ45の近くに配置されるとともに、その下流側端部が、反転搬送ローラ50の近くに配置されている。
フラッパ49は、排紙パス44と反転搬送パス48との分岐部分に臨むように、揺動可能に設けられており、図示しないソレノイドの励磁または非励磁により、排紙ローラ45によって反転された用紙3の搬送方向を、排紙パス44に向かう方向から、反転搬送パス48に向かう方向に切り換えることができるように構成されている。
【0054】
反転搬送ローラ50は、給紙トレイ6の上方において、略水平方向に複数設けられており、最も上流側の反転搬送ローラ50が、反転搬送パス48の後端部の近くに配置されるとともに、最も下流側の反転搬送ローラ50が、レジストローラ12の下方に配置されるように設けられている。
そして、用紙3の両面に画像を形成する場合には、この反転搬送部47が、次のように動作される。すなわち、一方の面に画像が形成された用紙3が搬送ローラ43によって排紙パス44から排紙ローラ45に送られてくると、排紙ローラ45は、用紙3を挟んだ状態で正回転して、この用紙3を一旦外側(排紙トレイ46側)に向けて搬送し、用紙3の大部分が外側に送られ、用紙3の後端が排紙ローラ45に挟まれた時に、正回転を停止する。次いで、排紙ローラ45は、逆回転するとともに、フラッパ49が、用紙3が反転搬送パス48に搬送されるように、搬送方向を切り換えて、用紙3を前後逆向きの状態で反転搬送パス48に搬送するようにする。なお、フラッパ49は、用紙3の搬送が終了すると、元の状態、すなわち、搬送ローラ43から送られる用紙3を排紙ローラ45に送る状態に切り換えられる。次いで、反転搬送パス48に逆向きに搬送された用紙3は、反転搬送ローラ50に搬送され、この反転搬送ローラ50から、上方向に反転されて、レジストローラ12に送られる。レジストローラ12に搬送された用紙3は、裏返しの状態で、再び、所定のレジスト後に、画像形成位置に向けて送られ、これによって、用紙3の両面に所定の画像が形成される。
【0055】
また、このレーザプリンタ1では、転写ローラ30によって用紙3に転写された後に感光ドラム27の表面上に残存する残存トナーを、現像ローラ31によって回収する、いわゆるクリーナレス方式によって残存トナーを回収するようにしている。このようなクリーナレス方式によって感光ドラム27上に残存するトナーを回収すれば、トナークリーナ装置や廃トナーの貯留部が不要となり、装置構成の簡略化を図ることができる。
【0056】
そして、このレーザプリンタ1では、制御手段としてのCPU56(図2参照)によって、バイアス印加電源53が導電性ブラシ51に印加するクリーニングバイアスが画像形成量に応じて変更されるように制御されている。
図2には、そのような制御を実行するための制御系のブロック図が示されている。図2において、このレーザプリンタ1では、CPU56に、バイアス印加電源53と、現像ローラ31を駆動させるためのモータ57と、モータ57の回転数をカウントするためのモータカウンタ58と、検知手段としてのトナーセンサ59と、レーザプリンタ1の各種設定状態が表示されるディスプレイパネル60とが接続されている。
【0057】
CPU56は、RAM56aおよびROM56bを備え、各部の制御を実行する。RAM56aには、モータカウンタ58およびトナーセンサ59などから入力される一時的な数値が格納される。ROM56bには、モータ57、バイアス印加電源53およびディスプレイパネル60などを制御するための制御プログラムが格納されている。なお、RAM56aは、バックアップ電源によって、レーザプリンタ1の電源が切られても、数値を記憶している。
【0058】
バイアス印加電源53は、上記したように、導電性ブラシ51のベース部材54に接続されており、画像形成時においては、CPU56の制御によって、導電性ブラシ51に、所定のクリーニングバイアスを印加する。
モータ57は、図示しないギヤ列を介して、現像ローラ31に接続されている。また、モータ57には、図示していないが、給紙ローラ8、感光ドラム27および加熱ローラ41などのレーザプリンタ1の駆動部材が、ギヤ列を介して接続されている。そして、モータ57は、画像形成時にCPU56の制御によって、その駆動または停止が制御されるので、現像ローラ31やその他の駆動部材は、CPU56によって、その回転の駆動または停止が制御される。
【0059】
モータカウンタ58は、モータ57に接続されており、モータ57の回転数をカウントして、そのカウントしたモータ57の回転数をCPU56に入力している。
トナーセンサ59は、発光部と受光部とを備える光センサから構成されており、発光部および受光部は、現像カートリッジ28のトナーホッパ34の両側壁に対向状に設けられる窓38の外側において、これら窓38を介して互いに対向するように配設されている。そして、このトナーセンサ59では、発光部から発せられた発光量に対する、受光部によって受光される受光量によって、トナーホッパ34内のトナーエンプティーを検知して、その検知信号をCPU56に入力している。
【0060】
ディスプレイパネル60は、図1には示されないが、本体ケーシング2の上面に設けられており、トナーエンプティーを報知するための液晶表示部を備えている。そして、CPU56は、トナーセンサ59からトナーエンプティーの検知信号が入力されると、トナーエンプティーである旨をディスプレイパネル60の液晶表示部に表示する。
【0061】
そして、上記したクリーニングバイアスの画像形成量に応じた制御(以下、バイアス制御とする。)は、レーザプリンタ1を初めて使用する時や、トナーエンプティーの報知により、操作者がトナーエンプティー状態の現像カートリッジ28を新品の現像カートリッジ28に交換した時など、新品のトナーが充填されている現像カートリッジ28がレーザプリンタ1に装着された時から開始される。
【0062】
すなわち、たとえば、バイアス制御が、現像カートリッジ28の交換から開始される場合には、操作者によって新品の現像カートリッジ28が装着されると、トナーセンサ59のトナーエンプティーの検知が解除されるので、CPU56は、そのトナーエンプティーの検知信号の解除を検知して、その検知を契機としてバイアス制御を初期状態に設定する。
【0063】
そして、このバイアス制御では、この初期状態から、CPU56によるバイアス印加電源53の制御によって、バイアス印加電源53から、導電性ブラシ51に対して、感光ドラム27の表面上の紙粉が導電性ブラシ51へ向かう方向に電位差を形成する所定のクリーニングバイアス(すなわち、負極性に帯電している紙粉を捕捉するための正極性のバイアス電圧)が、画像形成量に応じて、その電位差が小さくなるように印加される。
【0064】
このようなクリーニングバイアスを印加することによって、感光ドラム27の表面上の紙粉を確実に導電性ブラシ51へ向かわせて、その導電性ブラシ51によって捕捉させることができる。そのため、導電性ブラシ51による確実な紙粉の捕捉を図ることができる。
より具体的には、画像形成量は、CPU56に入力されるモータカウンタ58からのモータ57の回転数から現像ローラ31の積算駆動時間を算出して、この積算駆動時間に基づいて計測される。なお、この積算駆動時間は、初期状態の設定毎にリセットされる。なお、モータカウンタ58がモータ57の駆動時間をカウントするようにしてもよい。
【0065】
そして、クリーニングバイアスは、図3に示すように、初期状態から、現像ローラ31の積算駆動時間の経過に従って、段階的に印加電圧を低くして、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が段階的に小さくなるように設定されている。
さらに詳述すると、クリーニングバイアスは、初期状態において、導電性ブラシ51と感光ドラム27との間に放電が発生する放電開始電圧(約600V)よりも低く、かつ、感光ドラム27の表面における転写後の未露光部分の帯電電位(約250V)よりもなるべく高い約400Vに設定されている。
【0066】
そして、クリーニングバイアスは、初期状態から、たとえば、4時間毎に20〜10V程度毎(図3では、最初の2回が20V毎、後の2回が10V毎)に段階的に小さくなるように設定されている。たとえば、図3では、その初期状態の約400Vから4時間の到来により、約380Vに設定され、次いで、8時間の到来により約360Vに設定され、次いで、12時間の到来により約350Vに設定され、次いで、16時間の到来により約340Vに設定されている。
【0067】
なお、このレーザプリンタ1では、A4縦の印刷処理速度が20ppmであり、4時間現像ローラ31が駆動すると、約1000枚印刷されたこととなる。
そして、このように初期状態から段階的に低くなった最終状態のクリーニングバイアス(約340V)は、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が、少なくとも導電性ブラシ51によって紙粉が電気的に捕捉し得る電位差となるように設定されている。
【0068】
また、図3において、線Aは、転写後の感光ドラム27の表面上の残存トナーの単位質量あたりの帯電量(以下、トナーQ/Mとする。)を示し、現像ローラ31の積算駆動時間が経過するに従って直線的に低下する。つまり、トナーが新品の初期状態では、帯電極性が揃っており、良好な帯電性能を示すが、積算駆動時間の経過に従って、トナーが劣化して帯電不良が生じ、帯電性能が次第に低下する。また、線Bは、下地かぶりの発生量を示し、積算駆動時間がある所定時間(12時間)を経過すると顕著に増加する。
【0069】
そして、このように、積算駆動時間の経過に従って劣化するトナー中には、紙粉と同じ負極性に帯電した逆極性トナーの割合が増加するため、このような逆極性トナーが、感光ドラム27の回転によって導電性ブラシ51と対向した時に、紙粉と共に導電性ブラシ51に捕捉されてしまうと、導電性ブラシ51の紙粉除去性能が次第に低下するという不具合を生じる。一方、画像形成に対する紙粉の影響は、トナーの帯電が高い程、現れやすく、トナーの帯電が低い程、現れにくいという特性がある。
【0070】
そのため、このレーザプリンタ1では、上記したように、クリーニングバイアスを感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が段階的に低くなるように設定して、積算駆動時間の経過とともに増加する逆極性トナーの導電性ブラシ51への付着を抑制するようにしている。
すなわち、このレーザプリンタ1では、初期状態においては、クリーニングバイアスを約400Vに設定して、感光ドラム27の表面における転写後の未露光部分の帯電電位(約250V)よりもなるべく高く、導電性ブラシ51との間の電位差(約150V)が十分に確保されるように制御する。そして、現像ローラ31の積算駆動時間が経過すると、トナーQ/Mが低下するので、それに応じて、クリーニングバイアスを約380V、約360Vおよび約350Vと段階的に下げていき、電位差が約130V、約110Vおよび約100Vと段階的に小さくなるように制御する。その後、下地かぶりの発生量が増大してくる時(16時間)には、最終的にクリーニングバイアスを約340Vに設定して、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が90Vとなるように制御する。
【0071】
このようなバイアス制御によると、初期状態から現像ローラ31の積算駆動時間の経過に従ってトナーの劣化が進み、帯電状態(すなわち、トナーQ/M)が変化(低下)して、逆極性トナーの割合が次第に増加しても、その逆極性トナーの増加の割合に応じて、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が段階的に小さくなるので、そのような逆極性トナーを、増加の割合に応じて継続的に導電性ブラシ51に付着させにくくすることができる。そのため、導電性ブラシ51にトナーが付着することを継続的に抑制することができ、導電性ブラシ51の紙粉除去性能の低下およびフィルミングを抑制して、良好な画像形成を達成することができる。
【0072】
また、このバイアス制御では、初期状態においては、バイアス印加電源53から、放電開始電圧以下のクリーニングバイアス(約400V)が印加され、また、最終状態においては、バイアス印加電源53から、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が、少なくとも導電性ブラシ51によって感光ドラム27から紙粉を電気的に捕捉し得る電位差(約90V)となるクリーニングバイアス(約340V)が印加される。
【0073】
その結果、初期状態においては、導電性ブラシ51と感光ドラム27との間で放電することを防止しつつ、これらの間に大きな電位差を形成することができるので、放電によって捕捉した紙粉を感光ドラム27上に放出することもなく、紙粉を電気的に確実に捕捉することができる。また、最終状態においても、紙粉を電気的に捕捉しつつ、導電性ブラシ51にトナーが付着することを抑制できるので、初期状態から最終状態に至るまで、確実な紙粉の捕捉を達成することができる。
【0074】
なお、このバイアス制御では、クリーニングバイアスを段階的に小さくするのみの制御であるため、簡易な制御によって、導電性ブラシ51にトナーが付着することを継続的に抑制することができる。
また、このレーザプリンタ1は、トナーセンサ59によって、トナーホッパ34内のトナーのエンプティーが検知されると、トナーセンサ59は、トナーエンプティー検知状態となる。そして、現像カートリッジ28の交換により、トナーエンプティー検知が解除されると、CPU56が、その解除を検知して、その検知を契機として初期状態に設定する。そのため、トナーエンプティー状態の現像カートリッジ28を、新品のトナーが充填されている新品の現像カートリッジ28に交換さえすれば、CPU56によるバイアス印加電源53の制御が、再び初期状態から自動的に行なわれるので、現像カートリッジ28を交換する毎に、CPU56による制御を操作者が手動によってわざわざリセットする必要がなく、確実な制御を達成することができる。
【0075】
また、画像形成量が現像ローラ31の積算駆動時間に基づいて計測されるので、CPU56は、現像ローラ31からトナーが実際に感光ドラム27に供給される時間に対応して、バイアス印加電源53によるクリーニングバイアスの印加を制御することができる。そのため、より正確に、トナーの経時的な劣化による帯電状態(すなわち、トナーQ/M)の変化に対応したクリーニングバイアスの印加を達成することができ、導電性ブラシ51にトナーが付着することを、より確実に抑制することができる。
【0076】
また、この導電性ブラシ51は、導電性部材から構成されているので、バイアス印加電源53から導電性ブラシ51に印加されるクリーニングバイアスの効果を高めることができ、感光ドラム27に付着する紙粉を、良好に電気的に捕捉することができる。そのため、良好な紙粉の除去を達成することができる。
しかも、この導電性ブラシ51は、感光ドラム27の表面と接触する部分が、ブラシ部材55から構成されているので、感光ドラム27に付着する紙粉を、電気的に捕捉することに加えて、物理的に絡め取ることができ、しかも、通常、トナーは紙粉よりも感光ドラム27に対する付着力が大きいので、ブラシ部材55において、感光ドラム27上のトナーを通過させつつ、紙粉のみを良好に捕捉することができる。そのため、導電性ブラシ51へのトナーの付着を抑制して、より一層効率的な紙粉の除去を達成することができる。
【0077】
また、このレーザプリンタ1には、実質的に球形の重合トナーが用いられている。このような球形のトナーは、感光ドラム27への付着力が大きいため、導電性ブラシ51によって除去されにくく、そのため、より一層、導電性ブラシ51にトナーが機械的に付着することを抑制でき、紙粉の効率的な除去を達成することができる。
【0078】
また、このレーザプリンタ1は、トナーおよび感光ドラム27の帯電極性が正極性であるため、転写ローラ30に印加される転写バイアスが負極性となる。そして、転写時に用紙3から感光ドラム27に付着する紙粉は、転写バイアスと同極性、つまり負極性となるが、紙粉はもともと負帯電されやすいため、このように、トナーおよび感光ドラム27の帯電極性が正極性であると、感光ドラム27に紙粉が付着しやすく、導電性ブラシ51を設けることが重要となる。そして、このレーザプリンタ1の導電性ブラシ51では、上記したように、トナーが付着することを抑制しつつ、紙粉の効率的な除去を達成することができるので、良好な画像形成を達成することができる。
【0079】
さらに、このレーザプリンタ1では、上記したように、クリーナレス方式によって、感光ドラム27上に残存するトナーを回収しており、転写時に、感光ドラム27上に紙粉があると、その紙粉が回収されるトナーとともに現像ローラ31に混入してしまい、画像品質に直接影響してしまうという不具合を生じるが、この導電性ブラシ51によって、効率的に紙粉を除去することができるので、クリーナレス方式によって、簡易にトナーを回収しつつ、良好な画像形成を確実に達成することができる。
【0080】
また、上記の説明では、画像形成量を、現像ローラ31の積算駆動時間に基づいて計測したが、この積算駆動時間に代えて、印刷処理時に外部のパーソナルコンピュータから入力される画像データ中のページデータから印刷枚数(記録枚数)を積算し、その積算印刷枚数に基づいて画像形成量を計測してもよい。なお、この積算印刷枚数も、上記と同様に、初期状態の設定毎にリセットされる。
【0081】
すなわち、図4に示すように、このバイアス制御では、初期状態から、たとえば、1000枚毎に20〜10V程度毎(図3では、最初の2回が20V毎、後の2回が10V毎)に段階的に小さくなるように設定されている。たとえば、図4では、その初期状態の約400Vから1000枚の到来により、約380Vに設定され、次いで、2000枚の到来により約360Vに設定され、次いで、3000枚の到来により約350Vに設定され、次いで、4000枚の到来により約340Vに設定されている。
【0082】
そして、このバイアス制御によっても、上記と同様に、初期状態から現像ローラ31の積算駆動時間の経過に従ってトナーの劣化が進み、帯電状態(すなわち、トナーQ/M)が変化(低下)して、逆極性トナーの割合が次第に増加しても、その逆極性トナーの増加の割合に応じて、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が段階的に小さくなるので、そのような逆極性トナーを、増加の割合に応じて継続的に導電性ブラシ51に付着させにくくすることができる。そのため、導電性ブラシ51にトナーが付着することを継続的に抑制することができ、導電性ブラシ51の紙粉除去性能の低下およびフィルミングを抑制して、良好な画像形成を達成することができる。
【0083】
また、画像形成量が、積算印刷枚数に基づいて計測されるので、実際に画像が形成される時間に対応して、バイアス印加電源53によるクリーニングバイアスの印加を制御することができる。そのため、より正確に、画像形成が進むにつれて劣化するトナーの帯電状態(すなわち、トナーQ/M)の変化(低下)に対応したクリーニングバイアスの印加を達成することができ、導電性ブラシ51にトナーが付着することを、より確実に抑制することができる。
【0084】
また、上記の説明では、クリーニングバイアスを段階的に小さくして、感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が段階的に小さくなるように制御したが、電位差を小さくする方法はこれに限定されず、たとえば、図5に示すように、クリーニングバイアスを、トナーQ/Mの傾きと略同一の傾きで直線的に、初期状態(約400V)から、最終状態(約340V)まで、低下させるように制御してもよい。
【0085】
また、トナーの劣化は、積算印刷枚数の増加に従って直線的に生じるが、実際に下地かぶりが発生するのは、図6に示すように、ある程度の積算印刷枚数(約3000枚)を経過した後からである。そのため、トナーの劣化よりも、むしろ下地かぶりの発生に対応させて、下地かぶりの発生時を契機として初期状態のクリーニングバイアス(約400V)を、一度に最終状態のクリーニングバイアス(約340V)まで低下させるように制御してもよい。
【0086】
また、上記の説明では、現像カートリッジ28の交換を契機として、バイアス制御を初期状態に設定したが、たとえば、現像カートリッジ28をレーザプリンタ1に装着した状態で、新品のトナーをトナーホッパ34に補充した場合にも、バイアス制御を初期状態に設定して、上記した制御を実行する必要がある。そのような場合には、たとえば、図示しない操作パネルに、初期状態に設定するための操作ボタンを設けておき、トナーの補充後に操作者がその操作ボタンを押下することによって、初期状態に設定するようにしておけばよい。
【0087】
そして、このように新品のトナーを補充する場合には、現像カートリッジ28内には、劣化したトナーが残留しているので、このような状態でバイアス制御を開始すると、劣化したトナーに起因する下地かぶりの発生量が多くなり、また、このように劣化したトナー中の逆極性トナーの導電性ブラシ51への付着が発生しやすい。
【0088】
そこで、このような場合には、図7に示すように、初期状態設定直後のクリーニングバイアスを、上記の制御よりも低い、たとえば、350Vに設定して、ある程度の積算印刷枚数となり、劣化したトナーが消費され、下地かぶりの発生量が減少した時点(約1000枚)で、クリーニングバイアスを、上記した制御の初期状態の設定である約400Vに設定し、その後は、上記した制御と同様に、クリーニングバイアスが段階的に低くなるように設定すれば、導電性ブラシ51にトナーが付着することを抑制でき、紙粉の効率的な除去を達成することができる。
【0089】
なお、このような新品のトナーの補充は、通常トナーエンプティーが表示された場合に行われるが、これに限らず、現像カートリッジ28内にまだ十分量のトナーがある場合に行なってもよく、そのような場合には、残存するトナーと新品のトナーとの割合に応じて、初期状態のクリーニングバイアスを設定する。
また、上記のバイアス制御では、画像形成量に応じて最終状態における感光ドラム27と導電性ブラシ51との間の電位差が小さくなるように設定されているが、これとは逆に、画像形成量に応じて、最終状態における電位差が大きくなるように設定してもよい。
【0090】
すなわち、たとえば、図8に示すように、転写時において、用紙3の先端が転写ローラ30と感光ドラム27との間(転写位置)に進入する時には、転写ローラ30と感光ドラム27との間の抵抗が急激に変動するため、定電流制御されている転写バイアスによって感光ドラム27の表面電位(未露光部分の電位)が局部的に上昇してしまい、導電性ブラシ51のクリーニングバイアス(約400V)よりも高くなってしまうことがある。この時、逆極性トナーが導電性ブラシ51に付着していると、その逆極性トナーがこの部分に吐き出されてしまい、用紙3の印刷面に横筋となって現われる場合がある。
【0091】
そこで、図9に示すように、CPU56によって、初期状態から逆極性トナーの導電性ブラシ51への付着が少ない期間は(〜約4000枚)、クリーニングバイアスを約400Vに設定し、その時間を超え、トナーの劣化が進み逆極性トナーの導電性ブラシ51への付着が増加する時点(約4000枚)からは、導電性ブラシ51のクリーニングバイアスを、局部的に上昇する感光ドラム27の表面電位よりも高い、たとえば、約500Vに設定するように制御する。
【0092】
このように制御すれば、たとえ、積算印刷枚数の増加に従って、逆極性トナーの導電性ブラシ51への付着が増加しても、その導電性ブラシ51に捕捉された逆極性トナーを、感光ドラム27の表面に吐き出してしまうことを抑制することができ、上記したような横筋の発生を抑制することができる。
また、このレーザプリンタ1の導電性ブラシ51のブラシ部材55は、10デニール以下の細い繊維が、植毛密度7.76k本/cm2以上となるように、ベース部材54に植毛されることにより構成されている。
【0093】
より具体的には、この繊維は、ナイロン、アクリルまたはレーヨンにカーボンなどの導電性粒子または導電性フィラーが低密度に分散されている導電性繊維であって、相対湿度が20%の時の抵抗値の体積抵抗換算値が、109 Ω・cm以上であって、相対湿度が80%の時の抵抗値の体積抵抗換算値が、108 Ω・cm以下とされている。
【0094】
なお、1デニールは、1gの材料を9000mに引き伸ばした時の太さである。
たとえば、材料の密度を1.2g/mlとすると、1gの材料は、1/1.2mlの体積を有する。したがって、この材料が9000mに引き伸ばされた時の繊維の断面積は、S=1/1.2÷900000=9.26×10−7cm2となる。
【0095】
この繊維を円柱状とすると、S=πr2 より、直径2r=2×√9.26×10−7/π=10.86×10−4cmすなわち、1デニールの繊維は、約10μmとなる。
また、300デニール/48フィラメントの繊維、すなわち、48本で300デニールの繊維が、植毛密度が100000本/(25.4mm)2、植毛領域が226×4mmとして構成されるブラシ部材55の総繊維本数と総デニールは、総繊維本数=100000×226×4/25.42=140120本総デニール数=140120×300/48=875750デニール繊維の総断面積=875750×S=0.81cm2とされる。
【0096】
また、ブラシ部材55の抵抗の測定値(抵抗値)をR、体積抵抗をRvとすると、RとRvとには以下の関係がある。
R=Rv×植毛高さ/総断面積S ∴Rv=R×S/植毛高さ
そして、ブラシ部材55の抵抗値は、図10に示すように、アルミニウム素管71にブラシ部材55を接触させた状態で、高圧電源72によってブラシ部材55とアルミニウム素管71との間に100Vの電圧を印加した時の電流値を、電流計73によって測定することにより求めることができる。
【0097】
次に、以下に示す4種類のブラシ部材55を用いて、図10に示す方法によって抵抗値を測定した結果について説明する。
まず、各ブラシ部材55の繊維特性および構成を以下に示す。
なお、植毛高さは、各ブラシ部材55すべて6mmである。
【0098】
そして、測定値から上記式によって、それぞれのブラシ部材55の体積抵抗を換算した値を表1に示す。なお、L/L環境とは、温度10℃、湿度20%RHの低湿度環境であり、H/H環境とは、温度32.5℃、湿度80%RHの高湿度環境である。
【0099】
【表1】
表1において、ブラシAおよびブラシBとが、L/L環境に比べてH/H環境で抵抗値が2桁以上低下するのは、これらのブラシで用いている繊維が6デニールと非常に細く、表面に水分を吸着しやすいため、相対湿度が高くなると表面に吸着した水分により電流が流れやすくなるためである。つまり、繊維表面への水分付着の程度は、相対湿度に依存している。他方、周囲の温度にはあまり依存せず、上記のL/L環境での抵抗値は、相対湿度20%なら他の温度でもほぼ同じ値が得られる。
【0100】
一方、ブラシCは、その繊維が、カーボンが高密度に分散された低抵抗のコアをアクリルの絶縁材で被覆しているため、表面に付着した水分がブラシ部材55の抵抗に影響し難い。また、ブラシDは、その繊維の分散されたカーボン密度が高く、表面に付着する水分での抵抗値の低下よりも、繊維そのものの抵抗値が低いため、環境による抵抗値の変動がほとんど起こらない。
【0101】
次に、上記した4種類のブラシを用いて、L/L環境およびH/H環境のそれぞれにおいて間欠印刷耐久試験を行なった時の20000枚後の印刷サンプルの評価結果を表2に示す。なお、間欠印刷耐久試験は、レーザプリンタ1の起動の後、用紙3を1枚印刷する毎に停止させるサイクルを繰り返す試験であり、モータ57の回転時間が長くなるため、連続印刷よりも厳しい条件の試験とされる。
【0102】
【表2】
表2に示すように、ブラシAおよびブラシBにおいては、いずれの環境でも良好な結果が得られているが、ブラシCでは、L/L環境においては、フィルミングがやや発生し、H/H環境では、やや紙粉印刷が見られた。また、ブラシDでは、L/L環境においては、フィルミングの発生が他のブラシよりもかなり加速した。
【0103】
L/L環境におけるフィルミングは、ブラシ部材55へのトナーの付着によって加速され、ブラシ部材55に流れる電流が大きくなるとトナーの付着が増えるという関係がある。ブラシDは、抵抗値が低くブラシ部材55に流れる電流が大きいため、ブラシ部材55へのトナーの付着が多く、その結果、フィルミングが加速される。また、ブラシCは、構造上電流が集中する部分があり、この部分にトナーが付着することとなるため、ブラシAおよびブラシBよりもフィルミングを起こしやすい。
【0104】
また、H/H環境においては、紙粉と感光ドラム27との付着力が、L/L環境よりも強くなるため、ブラシ部材55によって感光ドラム27の表面から紙粉を除去するためには、ある程度のブラシ部材55への電流が必要である。一方、転写後における感光ドラム27の表面の残存トナーは、電荷を失いやすいため、ブラシ部材55に流れる電流を大きくしても、ブラシ部材55に付着することが少ない。そして、ブラシAおよびブラシBでは、H/H環境で抵抗値が低下するため、十分なブラシ部材55での電流が得られるが、ブラシCは、H/H環境においても抵抗値の低下が起こらないため、紙粉除去性能はブラシAおよびブラシBと比べるとやや劣ることになり、紙粉印刷が発生してしまう。
【0105】
また、ブラシAを用いて、植毛密度を変更して印刷耐久試験を行なった結果を表3に示す。
【0106】
【表3】
表3に示すように、単位面積(cm2)あたり7760本(インチ平方あたり50000本)以上あれば十分な紙粉除去性能が得られることがわかる。
そして、上記したように、この導電性ブラシ51のブラシ部材55は、L/L環境で測定したブラシ部材55の抵抗値の体積抵抗換算値が、109 Ω・cm以上であって、かつ、H/H環境で測定したブラシ部材55の抵抗値の体積抵抗換算値が、108 Ω・cm以下であるため、L/L環境においては、ブラシ部材55に流れる電流を小さくして、帯電不良によって逆極性に帯電したトナーがブラシ部材55に付着することを抑制でき、H/H環境においては、ブラシ部材55に流れる電流を大きくして、H/H環境におけるより強い付着力によって感光ドラム27の表面に付着した紙粉を、ブラシ部材55によって捕捉するための、感光ドラム27とブラシ部材55との間の十分な電位差を設けることができる。そのため、感光ドラム27のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0107】
また、たとえば、ブラシ部材55の繊維が10デニールよりも太い繊維である場合には、ブラシ部材55の腰が強く、ブラシ部材55によって感光ドラム27の表面を強く摺擦してしまい、感光ドラム27のフィルミングが発生しやすくなってしまう場合がある。
しかし、この導電性ブラシ51では、ブラシ部材55が10デニール以下の細い繊維によって形成されているため、ブラシ部材55の腰が強すぎず、ブラシ部材55が感光ドラム27の表面に沿うように接触するので、そのような感光ドラム27のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0108】
また、たとえば、ブラシ部材55が、繊維の表面が金属コーティングされている繊維から形成されているものでは、湿度環境によって、その表面の金属の抵抗値がほとんど変化せず、L/L環境またはH/H環境のいずれにおいても、ブラシ部材55に流れる電流がほぼ一定とされる。
しかし、このブラシ部材55では、絶縁母材であるナイロン、アクリルまたはレーヨンに導電性粒子または導電性フィラーが分散されているため、L/L環境においては、抵抗値を高く保つことができ、H/H環境においては、ブラシ部材55の繊維表面への水分の付着によって電流が流れやすくなり、抵抗値が低くなる。その結果、L/L環境においては、ブラシ部材55に流れる電流を小さくして、帯電不良によって逆極性に帯電したトナーがブラシ部材55に付着することを抑制でき、H/H環境においては、ブラシ部材55に流れる電流を大きくして、H/H環境におけるより強い付着力によって感光ドラム27の表面に付着した紙粉を、ブラシ部材55によって捕捉するための、感光ドラム27とブラシ部材55との間の十分な電位差を設けることができる。そのため、より一層、感光ドラム27のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0109】
また、たとえば、ブラシ部材55の密度が7.76k本/cm2未満であると、紙粉が、ブラシ部材55をすり抜けてしまう場合があるが、このブラシ部材55では、繊維の植毛密度が7.76k本/cm2以上であるので、紙粉を良好に絡め取ることができる。そのため、より一層の紙粉除去性能の向上を図ることができる。
【0110】
なお、このようなレーザプリンタ1では、現像ローラ31の積算駆動時間に応じて現像バイアスが変更される場合があるが、そのような場合には、その現像バイアスの制御と連動させて、クリーニングバイアスを制御してもよい。
また、上記のバイアス制御において、初期状態の設定のタイミングは、上記の様態に限らず、たとえば、新品のトナーが充填された新品の現像カートリッジ28にヒューズを設けて、その現像カートリッジ28をレーザプリンタ1に装着して駆動を開始させた時にヒューズが切れるように構成して、そのヒューズの切断の検知を契機として、初期状態を設定するようにしてもよい。
【0111】
なお、以上の説明においては、本発明の紙粉除去手段を、導電性ブラシ51として構成したが、本発明の紙粉除去手段は、感光ドラム27に接触して紙粉を除去できるものであれば、何ら限定されず、たとえば、導電性ブラシ51と同様に、感光ドラム27上のトナーを通過させつつ紙粉のみを良好に捕捉することのできる不織布などから構成することも好適である。
【0112】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項1に記載の発明によれば、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
請求項2に記載の発明によれば、紙粉除去手段による確実な紙粉の捕捉を図りつつ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0113】
請求項3に記載の発明によれば、初期状態から画像形成量の増加に伴なって現像剤の帯電状態が変化しても、その初期状態からの帯電状態の変化に応じてバイアスを変更することができ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
請求項4に記載の発明によれば、初期状態から画像形成量の増加に伴なって現像剤の劣化が進み、帯電不良により逆極性に帯電する現像剤の割合が次第に増加しても、そのような逆極性に帯電した現像剤を、増加の割合に応じて継続的に紙粉除去手段に付着させにくくすることができ、より確実に、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
【0114】
請求項5に記載の発明によれば、紙粉除去手段に現像剤が付着することを抑制し、かつ、放電によって捕捉した紙粉を像担持体上に放出することもなく、紙粉を電気的に確実に捕捉することができる。
請求項6に記載の発明によれば、初期状態から最終状態に至るまで、確実な紙粉の捕捉を達成することができる。
【0115】
請求項7に記載の発明によれば、簡易な制御によって、紙粉除去手段に現像剤が付着することを継続的に抑制することができる。
請求項8に記載の発明によれば、現像剤収容室を、新品の現像剤が充填されている現像剤収容室に交換さえすれば、制御手段によるバイアス印加手段の制御が、再び初期状態から自動的に行なわれるので、現像剤収容室を交換する毎に、制御手段による制御を手動によってわざわざリセットする必要がなく、確実な制御を達成することができる。
【0116】
請求項9に記載の発明によれば、現像剤収容室内の現像剤が新品の現像剤になれば、検知手段のエンプティー検知が解除されるので、制御手段によるバイアス印加手段の制御が、再び初期状態から自動的に行なわれ、制御手段による制御を手動によってわざわざリセットする必要がなく、確実な制御を達成することができる。
【0117】
請求項10に記載の発明によれば、より正確に、現像剤の経時的な劣化による帯電状態の変化に対応したバイアスの印加を達成することができ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを、より確実に抑制することができる。
請求項11に記載の発明によれば、より正確に、画像形成が進むにつれて劣化する現像剤の帯電状態の変化に対応したバイアスの印加を達成することができ、紙粉除去手段に現像剤が付着することを、より確実に抑制することができる。
【0118】
請求項12に記載の発明によれば、像担持体に付着する紙粉を、良好に電気的に捕捉することができ、良好な紙粉の除去を達成することができる。
請求項13に記載の発明によれば、像担持体に付着する紙粉を、電気的に捕捉することに加えて、物理的に絡め取ることができ、しかも、像担持体上の現像剤を通過させつつ、紙粉のみを良好に捕捉することができるので、紙粉除去手段への現像剤の機械的な付着を抑制して、より一層効率的な紙粉の除去を達成することができる。
【0119】
請求項14に記載の発明によれば、像担持体のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
請求項15に記載の発明によれば、より一層、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
請求項16に記載の発明によれば、ブラシが像担持体の表面に沿うように接触するので、像担持体のフィルミングの発生を低減しつつ、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
【0120】
請求項17に記載の発明によれば、より一層、十分な紙粉の除去性能を得ることができる。
請求項18に記載の発明によれば、ブラシの密度が7.76k本/cm2以上であるので、紙粉を良好に絡め取ることができ、より一層の紙粉除去性能の向上を図ることができる。
【0121】
請求項19に記載の発明によれば、より一層、紙粉除去手段に現像剤が機械的に付着することを抑制でき、紙粉の効率的な除去を達成することができる。
請求項20に記載の発明によれば、現像剤および像担持体の帯電極性が正極性として構成される画像形成装置においては、特に像担持体に紙粉が付着しやすいが、本発明の紙粉除去手段では、現像剤が付着することを抑制しつつ、紙粉の効率的な除去を達成することができるので、良好な画像形成を達成することができる。
【0122】
請求項21に記載の発明によれば、紙粉除去手段によって、効率的に紙粉を除去することができるので、クリーナレス方式によって、簡易に現像剤を回収しつつ、良好な画像形成を確実に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置としての、レーザプリンタの一実施形態を示す要部側断面図である。
【図2】図1に示すレーザプリンタのプロセスユニットの要部側断面図である。
【図3】図1に示すレーザプリンタのクリーニングバイアスの制御(現像ローラの積算駆動時間に基づく制御)を示す図である。
【図4】図1に示すレーザプリンタのクリーニングバイアスの制御の他の実施形態(積算印刷枚数に基づく制御)を示す図である。
【図5】図1に示すレーザプリンタのクリーニングバイアスの制御の他の実施形態(クリーニングバイアスを直線的に低く設定する)を示す図である。
【図6】図1に示すレーザプリンタのクリーニングバイアスの制御の他の実施形態(クリーニングバイアスを下地かぶりの発生時点で低く設定する)を示す図である。
【図7】図1に示すレーザプリンタのクリーニングバイアスの制御の他の実施形態(クリーニングバイアスを初期状態から一旦高く設定して、その後、段階的に低く設定する)を示す図である。
【図8】図1に示すレーザプリンタの転写時における感光ドラムの表面電位の変化を示す図である。
【図9】図1に示すレーザプリンタのクリーニングバイアスの制御の他の実施形態(クリーニングバイアスを下地かぶりが増加する時点から高く設定する)を示す図である。
【図10】ブラシ部材の抵抗値の測定方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 レーザプリンタ
3 用紙
27 感光ドラム
30 転写ローラ
31 現像ローラ
34 トナーホッパ
51 導電性ブラシ
53 バイアス印加電源
56 CPU
59 トナーセンサ
Claims (21)
- 現像剤により形成される現像剤像を担持搬送する像担持体と、前記像担持体に対向し、前記現像剤像を転写媒体に転写するための転写手段と、前記転写手段との対向位置を通過した前記像担持体の表面に接触して紙粉を除去するための紙粉除去手段とを備える画像形成装置において、前記紙粉除去手段に、前記紙粉除去手段と前記像担持体との間に電位差を形成するためのバイアスを印加するバイアス印加手段と、前記電位差を画像形成量に応じて変更するように、前記バイアス印加手段を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする、画像形成装置。
- 前記バイアス印加手段は、前記像担持体の表面上の紙粉が前記紙粉除去手段へ向かう方向に電位差を形成するバイアスを印加することを特徴とする、請求項1に記載の画像形成装置。
- 現像手段と現像剤収容室とを備え、前記制御手段は、前記現像剤収容室内の現像剤が少なくとも新品の現像剤を含む初期状態の電位差から、画像形成量に応じて前記電位差が変更されるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴とする、請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記初期状態の電位差から、前記電位差を小さくするように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴とする、請求項3に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記初期状態において、前記紙粉除去手段に放電開始電圧以下のバイアスが印加されるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴とする、請求項3または4に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記初期状態の電位差から小さくなる最終状態の電位差が、少なくとも前記紙粉除去手段によって紙粉を電気的に捕捉し得る電位差となるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴とする、請求項4または5に記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記初期状態の電位差から、前記電位差が段階的に小さくなるように、前記バイアス印加手段を制御することを特徴とする、請求項4ないし6のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記現像剤収容室を含む部材が交換可能に設けられ、前記制御手段は、前記現像剤収容室を含む部材の交換を検知して、その検知を契機として前記初期状態に設定することを特徴とする、請求項3または7に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤収容室内の現像剤のエンプティーを検知する検知手段を備えており、前記制御手段は、前記検知手段のエンプティー検知の解除を検知して、その検知を契機として前記初期状態に設定することを特徴とする、請求項3ないし8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記画像形成量を、現像手段の駆動時間に基づいて計測することを特徴とする、請求項1ないし9のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記制御手段は、前記画像形成量を、記録枚数に基づいて計測することを特徴とする、請求項1ないし9のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記紙粉除去手段は、導電性部材から構成されていることを特徴とする、請求項1ないし11のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記紙粉除去手段が、ブラシまたは不織布から構成されていることを特徴とする、請求項1ないし12のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記ブラシは、相対湿度20%で測定した抵抗値の体積抵抗換算値が109 Ω・cm以上であることを特徴とする、請求項13に記載の画像形成装置。
- 前記ブラシは、相対湿度20%で測定した抵抗値の体積抵抗換算値が109 Ω・cm以上であり、かつ、相対湿度80%で測定した抵抗値の体積抵抗換算値が108 Ω・cm以下であることを特徴とする、請求項13または14に記載の画像形成装置。
- 前記ブラシの繊維の太さは、10デニール以下であることを特徴とする、請求項13ないし15のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記ブラシは、ナイロン、アクリルまたはレーヨンに、導電性粒子または導電性フィラーが分散されている材料によって形成されていることを特徴とする、請求項13ないし16のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記ブラシは、その植毛密度が7.76k本/cm2以上であることを特徴とする請求項13ないし17のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記現像剤が、略球形のトナーであることを特徴とする、請求項1ないし18のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記現像剤および前記像担持体の帯電極性が、正極性であることを特徴とする、請求項1ないし19のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記転写手段によって転写された後に前記像担持体上に残存する現像剤を、現像手段によって回収するクリーナレス方式によって、前記像担持体上に残存する現像剤を回収するように構成されていることを特徴とする、請求項1ないし20のいずれかに記載の画像形成装置。
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