JP4097025B2

JP4097025B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4097025B2
Application number: JP2002331540A
Authority: JP
Inventors: 真長谷川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2022-11-15
Also published as: JP2004163783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、限られたオフィス環境に設置する上で、複写機や複合機は小型化、省スペース化が望まれており、それらを構成する各種ユニットの小型化も要求されている。現在、実機に搭載されている感光体ドラムの外径は小型のもので径がφ２０〜３０ｍｍであるが、一般的に、電子写真方式を用いた画像形成装置の感光体周囲には、帯電、露光、現像、転写、クリーニングおよび除電工程を実行する機能を有するユニットを配置する必要がある。しかし現状の技術では、各種感光体周りのユニットを小型化することに限界がある。
【０００３】
また上記列挙した各種ユニット以外にも、分離爪や画像濃度制御用の反射型フォトセンサ（以下Ｐセンサという）などを設置する必要がある。Ｐセンサは感光体表面に付着したトナー量を検出し、トナー補給量制御にフィードバックしているものであるが、転写紙上の画像濃度を制御する上では、電子写真プロセスの中で、より最終工程に近い状態を検出できるので、安定した画像濃度制御をするための有効な手段である。
【０００４】
このＰセンサで感光体表面に現像されたトナー像を検出するためには、感光体周りの現像工程からクリーニング工程の間で検出する必要がある。そのため転写工程の近傍にＰセンサを転写紙の搬送経路を妨害することがないように設置する必要がある。
【０００５】
以上のような制約の中でＰセンサを搭載する手段として、遠距離型Ｐセンサがある。この遠距離型Ｐセンサは、検知対象である感光体表面との距離が約２０ｍｍで、従来の近距離型の３〜５ｍｍに比べて感光体から離して設置することができる。つまり、Ｐセンサの発光及び受光に必要な光路さえ確保できれば、感光体近傍にＰセンサそのものを設置する必要がなく、小径感光体ドラムを搭載した画像形成装置の限られたスペースを有効に使えるという大きなメリットがある。
【０００６】
このようなＰセンサ制御に関して説明する。感光体表面のトナー付着していない地肌部分に対して、センサ出力（Ｖｓｇ）が４．０ｖとなるように発光光量を振って調整する。実際に画像形成装置に設置したＰセンサの発光光量を調整するには、Ｐセンサの発光素子に流れる電流値をＰＷＭ制御して行っており、ＰＷＭ値を自動的に振ってＶｓｇ＝４．０ｖになったところでＶｓｇ調整動作が終了する。その後は次回のＶｓｇ調整の実行まで、調整したＰＷＭ値に固定する。
【０００７】
Ｖｓｇ調整の実行タイミングは、画像形成装置の本体電源投入時、予熱モードからの復帰時や、予め設定されたコピー枚数経過後のコピー動作終了時などである。通常は、１００枚毎のコピー動作終了後にＰセンサによる感光体上のトナー付着量検知を実行させ、Ｐセンサ検知用のトナー付着パターン部を検知した出力（Ｖｓｐ）と、地肌部検知出力（Ｖｓｇ）との出力比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）によってトナー補給量を決定する。なお、通常安価なＰセンサに用いる光源はフォトトランジスタやフォトダイオードであり、レーザ光と違ってある程度拡散する。従って、主に正反射光を受光するような構成ではあるが、一部乱反射光も受光している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子写真方式を採用した画像形成装置において、感光体は現像剤、トナー飛散防止用の現像入口シール、クリーニングブレード、クリーニングファーブラシ、クリーニング入口シール、分離爪や帯電ローラ、転写ローラなど数多くの部品と接触した状態にあり、コピー動作中には、これらの部品と絶えず擦れ合っている。この結果、コピー動作が繰り返し実施されることで、感光体表面は徐々に摩耗していく。
【０００９】
このような感光体と接触する部材の中で、特にクリーニングブレードは、感光体表面に付着したトナーを除去するという機能上、一定の圧力を掛けて感光体に接触しているため、感光体表面の摩耗に関して寄与率が高い。すなわち、クリーニングブレードエッジに堆積したトナーから染み出したワックス量が偏差を持った場合、感光体摩擦係数の高い部分と低い部分ができてしまい、上記と同様に感光体の偏摩耗が発生してしまう。
【００１０】
トナー中に添加されたワックスは、転写工程で転写した転写紙上のトナー像を定着工程で融着させ、その際にオフセット画像が発生しないように、定着ローラから引き剥がす効果をもたらし、トナー中のワックス量が多いほど定着時のオフセット余裕度が増加するが、一方で、現像剤中あるいはクリーニング部などでトナーに与えられた熱や圧力などのハザードによって徐々にトナー表面に流出するワックス量は、トナー中への添加量が多いほど増加する。したがって、感光体表面の偏摩耗を悪化させてしまう。このような偏摩耗が発生した感光体を使用した場合、ハーフトーン画像などで縦スジ状の濃度ムラ画像が発生するという不具合がある。
【００１１】
例えば径がφ３０ｍｍ等の小径感光体ドラムおよびそのような感光体表面をクリーニングする固定ブレードを搭載した画像形成装置においては、現像に用いるトナー中へのワックス添加量が５．０重量部より多くなると、感光体とクリーニングブレードの間に存在するワックス量のばらつきによって、偏摩耗が発生してしまい、感光体表面に周方向の無数の傷（凹凸）ができてしまう。小径の感光体ほどコピー１枚当たりの感光体回転数が多いため、感光体摩耗量が多く、偏摩耗が顕著になり易い。
【００１２】
上述した遠距離型のＰセンサは、近距離型に比べて正反射光を受光する比率が高く、また発光量に対する受光量の減衰率が高い。従って、偏摩耗した感光体でＰセンサのＶｓｇ調整を実行した場合には、摩耗していない感光体や均一に摩耗している感光体と比べて、正反射光が著しく減少してしまう。そのため、Ｐセンサの発光光量、すなわちＰＷＭ値を大幅増加させる必要がある。しかし、反射率が低下した感光体表面に対して、大光量で調整したＶｓｇと、元々正反射光が得られなくなった感光体表面に付着したトナーを含めたパターン部の正反射光量（Ｖｓｐ）との比は、初期状態とは異なり、Ｖｓｐ／Ｖｓｇの値は初期よりも高くなってしまう。この結果、制御トナー濃度は正常時に比べて高くなってしまう。すなわちＰＷＭ値の大幅増加分が限界を超えてしまった場合には、ＰセンサのＶｓｇ調整不良という不具合が発生してしまう。
【００１３】
なお異物の挟み込みなどによる縦スジ状汚れなどを防止するために、クリーニングブレードを感光体軸方向に揺動させる機構を備えた画像形成装置が知られており、この揺動機構によって局所的な摩耗を防ぎ、摩耗の均一化を図ることはある程度可能である。しかし、低コスト、省スペースを追求する画像形成装置への搭載は困難である。
【００１４】
本発明は上記従来の問題点にかんがみ、摩耗量を均一化させるとともに、ワックスの染み出し量を均一化させ、経時的にトナー中のワックスが多量に染み出すことで生じる感光体表面の偏摩耗を抑制することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る画像形成装置は、上記目的を達成するために、外径４０ｍｍ以下程度の小径の有機感光体を搭載し、前記感光体表面に現像装置により現像したトナーを除去するためのクリーニング装置が、前記有機感光体に圧接させる固定ブレードを用いてなる画像形成装置において、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、ワックス添加量が５．０重量％以下である現像剤を使用する画像形成装置において、反射型フォトセンサによって前記感光体表面に付着したトナー量を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給制御手段と、前記クリーニング装置によって前記感光体表面から除去したトナーを回収し、再び前記現像装置にフィードバックするトナーリサイクル機構を備え、前記反射型フォトセンサが出力調整可能であり、該出力調整は、前記感光体を回転駆動した状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、該感光体の表面に非画像領域を作り、該非画像領域に対して発光素子を発光させ、受光素子で前記感光体表面の非画像領域からの反射光量を受光し、前記受光素子の出力電圧が所定の出力電圧となるように前記発光素子に流れる電流値を制御し、前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に前記トナーリサイクル機構の動作を停止させる手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
同請求項２に係るものは、上記目的を達成するために、外径４０ｍｍ以下程度の小径の有機感光体を搭載し、前記感光体表面に現像装置により現像したトナーを除去するためのクリーニング装置が、前記有機感光体に圧接させる固定ブレードを用いてなる画像形成装置において、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、ワックス添加量が５．０重量％以下である現像剤を使用する画像形成装置において、反射型フォトセンサによって前記感光体表面に付着したトナー量を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給制御手段と、前記クリーニング装置によって前記感光体表面から除去したトナーを回収し、再び前記現像装置にフィードバックするトナーリサイクル機構と、前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に前記トナーリサイクル機構の動作を停止させる手段を備え、前記反射型フォトセンサが出力調整可能であり、該出力調整は、前記感光体を回転駆動した状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、該感光体の表面に非画像領域を作り、該非画像領域に対して発光素子を発光させ、受光素子で前記感光体表面の非画像領域からの反射光量を受光し、前記受光素子の出力電圧が所定の出力電圧となるように前記発光素子に流れる電流値を制御し、前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に前記トナー補給を一時的に停止させて、前記トナーリサイクル機構へフィードバックしたリサイクルトナーの強制消費モードを実行する手段を備えることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
まず一般的な画像形成装置の感光体周りレイアウトを図１に示す。図中１が感光体、２が除電ランプ、３が帯電ローラ、４が図示しないレーザ光学系からのＬＤ光、５がクリーニングブレード、６がトナー搬送スクリュー、７がドラム分離爪、８がブラシローラ、９が転写ローラ、１０がＰセンサ、そして１１が現像ローラである。
【００１９】
このような画像形成装置における通常の画像形成動作は以下に述べるように一般的なものである。まず図示しない露光ランプによってこれも図示しないコンタクトガラス上の原稿を露光し、その反射光を図示しないスキャナで読み取り、帯電ローラ３によって一様に帯電させた感光体１上にＬＤ光４を照射する。そして得られた感光体１上の静電潜像を、現像器の現像ローラ１１によって顕像化し、感光体１上に形成されたトナー像を転写ローラ９で図示しない転写紙上に転写し、最後に図示しない定着器を通して転写紙を機外へ排紙する。この種の画像形成装置では、装置本体全体を小型化するために、感光体１周りの各ユニット、機器も小型化している。例えば各ユニットの外径は、感光体１：３０ｍｍ、帯電ローラ３：１６ｍｍ、転写ローラ９：１４ｍｍ、現像ローラ１１：１６ｍｍである。
【００２０】
Ｐセンサ１０は、反射型フォトセンサで、発光素子としてＬＥＤ、受光素子としてフォトトランジスタで構成してあり、両素子が感光体１の軸（図の紙面垂直方向）と平行に並んだ形で、転写ローラ９の下側に設置してある。図示は省略するが、受、発光素子を埋め込んだＰセンサ１０の感光体１側に面した部分に防塵カバーをセットし、これを反射型フォトセンサとしての検知面とすると、センサ検知面から感光体１上の光反射面までの距離は、上記のような径寸法の構成の場合、約２０ｍｍとする。
【００２１】
次に上記のような画像形成装置における反射型フォトセンサのキャリブレーション動作に関して説明する。反射型フォトセンサであるＰセンサ１０のキャリブレーションは、画像形成装置本体の電源投入時に自動的に実行する。
【００２２】
まず、感光体１を回転駆動した状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、感光体１の表面に非画像領域を作る。この領域でＰセンサ１０の発光素子を発光させ、受光素子で感光体１からの反射光量を受光した結果、Ｐセンサ１０の出力電圧（Ｖｓｇ）が４．０ｖとなるように、Ｐセンサ１０の発光光量、すなわち発光素子に流れる電流値をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。
【００２３】
このＰＷＭ値は２５６データで表し、通常は新品の感光体使用時に７０〜７５に設定する。ところが既述のように、感光体１の表面が偏摩耗した場合には感光体１からの光反射効率が低下し、感光体１からの反射光量が低下する。このため、Ｖｓｇ＝４．０ｖとするためのＰセンサ１０の発光光量調整値（ＰＷＭ値）は通常よりも高くなってしまう。感光体１の劣化が進行した場合でも、Ｖｓｇ調整時のＰＷＭ値を高くして、発光光量を多くすることでＶｓｇ＝４．０ｖに調整することができるが、これも先に述べたように、感光体１の表面が偏摩耗している状態では、感光体周方向にできたスジ状の凹部（溝）に入射した発光光は、感光体１の表面で正反射できないため、本来受光すべき正反射光を得るための感光体１の表面積が減少してしまっている。すなわちスジ状凹部はトナーが付着していなくても正反射光が得られないので、Ｐセンサパターン用のトナーがスジ状凹部に付着しても、それに伴う正反射光の減衰が無いので、Ｐセンサ１０の出力によるトナー付着有無を検出することができない。つまり、感光体１の表面が偏摩耗した場合、見かけ上はＶｓｇ調整ができても、Ｖｓｐ／Ｖｓｇによるトナー補給制御は適切に行われず、トナー飛散や地肌汚れ等の不具合を引き起こす可能性があることは既に述べたとおりである。
【００２４】
次に、Ｐセンサ１０によるトナー濃度制御について説明する。先ず、前述のようにＰセンサ１０のキャリブレーション、すなわちＶｓｇ＝４．０ｖ調整時に設定されたＰＷＭ値によって、画像形成動作中以外のタイミングで不定期に感光体１上に所定の作像条件（帯電印加電圧：−２００ｖ、現像バイアス電圧：−４００ｖ）でトナー付着パターンを作像し、Ｐセンサ１０の検知出力（Ｖｓｐ１）と概ね４．０ｖに設定したＶｓｇとの出力比（Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１）によってそのパターン部のトナー付着量が適切であるか否かを判断する。
【００２５】
前記のように帯電印加電圧を−１４５０ｖに設定することで、感光体１の表面電位は−１５０ｖとなる。そしてこの部分に現像バイアス電圧−４５０ｖを印加することで、現像ポテンシャル電圧：−３００ｖでトナー付着パターンが現像されることになる。これは、通常の黒部原稿の現像ポテンシャル電圧：−５００ｖに比べて６割と小さく設定してあり、トナー付着量も０．４ｍｇ／ｃｍ^２と黒ベタ部に比べて少なくすることで、Ｐセンサ１０の高感度領域を使うようにしている。そして、パターン部のトナー付着量が少ない場合には、感光体１の表面のトナーで覆われない部分が多くなるため、一定の発光光量を感光体１上に照射したときに反射する光量が多くなり、Ｐセンサ１０の受光素子で検出する光量が増えることによってセンサ出力（Ｖｓｐ１）の値が大きくなる（図２参照）。またＶｓｐ１／Ｖｓｇ１出力比が所定値（１０％）を超えた場合にトナー補給する制御系（図示せず）の動作によってトナー補給を行わせ、現像能力を高くする。このようにして感光体１上に付着するトナー量を一定に維持することで、画像濃度を一定に保つ。
【００２６】
次に感光体１表面のクリーニング機構に関して説明する。低コスト、省スペースに重点を置いて構成した画像形成装置では、極力簡単な構成でクリーニング機能を満足する必要がある。そのような目的を達成できるクリーニング装置としては、図示のクリーニングブレード５のようなカウンターブレード方式のものがある。この方式は、板金に接着したゴムブレードを、スプリング力によって感光体１の表面に当接させる。このクリーニングブレード５によってせき止めたトナーは、トナー搬送スクリュー６によって図の紙面奥側から手前側へと搬送し、リサイクルトナーとしてクリーニングブレード５等からなるクリーニングユニットの図の紙面手前に設ける搬送路１２（図３参照）を通して現像ローラ１１などからなる現像部へ戻す。クリーニングについての補助的な役割を果たすファーブラシやクリーニングブレード５を感光体１の軸方向で揺動させる機構は備える必要はない。このようなシンプル構造のクリーニング装置においては、クリーニングブレード５のブレードエッジにワックスがまばらに付着、堆積した場合には、自己修復能力が無く、偏摩耗を促進してしまう危険がある。
【００２７】
感光体１の偏摩耗の発生を抑えるには、トナー中に添加するワックス量を規定し、ワックスによる悪影響を抑える必要がある。例えば、現像剤を二成分乾式現像剤とし、平均粒径：１０μｍ以下のトナーと平均粒径：５０μｍ以下のキャリア（現像剤）との混合体として構成し、トナー中のワックス添加量を５．０重量％以下に規定する。既述のように、トナー中のワックス添加量が多すぎると、高温環境下での放置や動作中に温度上昇した画像形成装置内で、様々なハザードを受けながらトナー表面に染み出してしまい、それがトナー帯電量低下や感光体表面の偏摩耗を引き起こしてしまうが、トナー中のワックス添加量が少なすぎると定着性を悪化させてしまうので、ワックス添加量は３．５〜４．５重量％が好ましい（図４参照）。
【００２８】
そして、上述のように、Ｐセンサ１０の出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合にはトナーリサイクル機構の動作を停止させ、トナー補給を一時的に停止させて、トナーリサイクル機構へフィードバックしたリサイクルトナーの強制消費モードを実行する。
すなわち、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、ワックス添加量が５．０重量％以下である現像剤を使用すると、経時的にトナー中のワックスが多量に染み出すことによって生じる感光体表面の偏摩耗を抑制することができる。また、反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合にトナーリサイクル機構の動作を停止させるようにすれば、ワックス染み出し量過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーの影響を防ぐことができ、感光体表面の偏摩耗の進行を抑えることができる。さらに、反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合にはトナー補給を一時的に停止させて、リサイクルトナーの強制消費モードを実行すれば、ワックス染み出し量過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーをリサイクル経路から排除することができ、それによってリサイクルトナーの影響を防ぐことができ、感光体表面の偏摩耗の進行を抑えることができる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１に係る画像形成装置は、以上説明してきたように、経時的にトナー中のワックスが多量に染み出すことによって生じる感光体表面の偏摩耗を抑制することができ、また、ワックス染み出し量過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーの影響を防ぐことができ、感光体表面の偏摩耗の進行を抑えることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の感光体周りレイアウトを示す概念的断面図である。
【図２】反射型フォトセンサの特性を示す図である。
【図３】感光体を含むユニットの斜視図である。
【図４】感光体偏磨耗と定着性に対するトナー中のワックス添加量の影響を示す図である。
【符号の説明】
１感光体
２除電ランプ
３帯電ローラ
４ＬＤ光
５クリーニングブレード
６トナー搬送スクリュー
７ドラム分離爪
８ブラシローラ
９転写ローラ
１０Ｐセンサ
１１現像ローラ
１２リサイクルトナーの搬送路

Claims

外径４０ｍｍ以下程度の小径の有機感光体を搭載し、前記感光体表面に現像装置により現像したトナーを除去するためのクリーニング装置が、前記有機感光体に圧接させる固定ブレードを用いてなる画像形成装置において、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、ワックス添加量が５．０重量％以下である現像剤を使用する画像形成装置において、反射型フォトセンサによって前記感光体表面に付着したトナー量を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給制御手段と、前記クリーニング装置によって前記感光体表面から除去したトナーを回収し、再び前記現像装置にフィードバックするトナーリサイクル機構を備え、前記反射型フォトセンサが出力調整可能であり、該出力調整は、前記感光体を回転駆動した状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、該感光体の表面に非画像領域を作り、該非画像領域に対して発光素子を発光させ、受光素子で前記感光体表面の非画像領域からの反射光量を受光し、前記受光素子の出力電圧が所定の出力電圧となるように前記発光素子に流れる電流値を制御し、前記反射型フォトセンサの該出力調整時の前記発光素子の発光光量が所定値以上となった場合に前記トナーリサイクル機構の動作を停止させる手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
外径４０ｍｍ以下程度の小径の有機感光体を搭載し、前記感光体表面に現像装置により現像したトナーを除去するためのクリーニング装置が、前記有機感光体に圧接させる固定ブレードを用いてなる画像形成装置において、現像に用いるトナーの平均粒径が１０μｍ以下であり、ワックス添加量が５．０重量％以下である現像剤を使用する画像形成装置において、反射型フォトセンサによって前記感光体表面に付着したトナー量を検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給制御手段と、前記クリーニング装置によって前記感光体表面から除去したトナーを回収し、再び前記現像装置にフィードバックするトナーリサイクル機構と、前記反射型フォトセンサが出力調整可能であり、該出力調整は、前記感光体を回転駆動した状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧を印加し、該感光体の表面に非画像領域を作り、該非画像領域に対して発光素子を発光させ、受光素子で前記感光体表面の非画像領域からの反射光量を受光し、前記受光素子の出力電圧が所定の出力電圧となるように前記発光素子に流れる電流値を制御し、前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に前記トナーリサイクル機構の動作を停止させる手段を備え、前記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に前記トナー補給を一時的に停止させて、前記トナーリサイクル機構へフィードバックしたリサイクルトナーの強制消費モードを実行する手段を備えることを特徴とする画像形成装置。