JP5251622B2

JP5251622B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5251622B2
Application number: JP2009056089A
Authority: JP
Inventors: 崇晴中島
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: JP2010210859A

Description

本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。

近年、像保持体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段およびクリーニング手段を有する、いわゆる電子写真方式の画像形成装置は、各部材、システムの技術進展により一層の高品質化、高速化、ロングライフ化が図られている。これに伴い、各サブシステムの高速対応性、高信頼性に対する要求が従来に増して高くなっている。

現像剤による現像は、感光体等の像保持体における像保持面を帯電手段により帯電した後、帯電された像保持面を露光して静電潜像を形成し、静電潜像を所要の色の現像剤を供給して静電的に付着させることで行われる。この現像により形成される像は、直接又は中間転写体を中継して記録シート等の記録媒体に対し転写される。クリーニング手段は、クリーニングブレード等の板状部材を像保持体に押し当て、転写が行われた後の像保持面上の残存現像剤あるいは現像剤外添剤を清掃する。また、上記クリーニング手段の板状部材と像保持体との間の摩擦を低減するために、潤滑剤塗布手段が設けられる。

このようなクリーニング手段や潤滑剤塗布手段を有する画像形成装置としては、固形潤滑剤と、固形潤滑剤の表面から潤滑剤を掻取し、掻取された潤滑剤を像保持体の表面に塗布するブラシロールからなる潤滑剤塗布手段と、該ブラシロールによる固形潤滑剤からの潤滑剤の掻取量及び／又は像保持体の表面への塗布量を制御する潤滑剤塗布量の制御手段とを有する画像形成装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この画像形成装置における潤滑剤塗布量の制御手段は、画像担持体の表面状態（摩擦係数）を判断する検知センサと、その出力を受け塗布状態の判断をする制御装置から構成され、像保持体の表面状態に応じて潤滑剤を塗布している。

また、クリーニング手段と像保持体との摩擦は雰囲気の湿度によっても左右されるため、湿度を検知する手段を儲け、この湿度検知手段によって検知された湿度に応じて変化させた直流電圧をブラシロールに印加して、該ブラシロールによる固形潤滑剤からの潤滑剤の掻取量及び／又は像保持体の表面への塗布量を制御することができる画像形成装置が知られている。

特開平１１−２１９０８７号公報

本発明は、像保持体に対してクリーニング手段および潤滑剤塗布手段を適用した画像形成装置において、湿度の変動、特に湿度が低下したときに生じるクリーニング不良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している。

請求項１に記載の発明は、像保持体と、前記像保持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像保持体の帯電面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像剤で現像する現像手段と、前記像保持体に押し当てられて前記現像剤が転写される転写手段と、前記転写された現像剤を定着させる定着手段と、前記転写後、前記像保持体上に残存する現像剤を除去するクリーニング手段と、前記クリーニング手段によるクリーニングの前の像保持面に接触して回転するブラシロールを介して前記像保持面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、温度および／または湿度を検出する検出手段と、前記クリーニング手段にて除去された現像剤を回収する現像剤回収手段とを備えた画像形成装置において、さらに、前記ブラシロールに付着して保持される現像剤の保持量を制御する保持量制御手段を備え、前記保持量制御手段は、前記ブラシロールへ交流電圧を印加するとともに、前記検出手段の検出結果に基づいてその電圧を制御することを特徴とする画像形成装置である。

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、前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される湿度が所定の湿度よりも低い低湿度である場合には、前記交流電圧を増加させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される温度が所定の温度よりも低い低温度である場合には、前記交流電圧を増加させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される湿度が所定の湿度よりも高い高湿度である場合には、前記交流電圧を減少させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される温度が所定の温度よりも高い高温度である場合には、前記交流電圧を減少させることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明を用いない場合と比較して、湿度が低下したときに生じるクリーニング不良を抑制することができる。また、請求項１に記載の発明によれば、ブラシロールへの交流電圧の印加すなわちブラシロールによる潤滑剤の掻取量及び像保持体の表面への塗布量を、検知した温度および／または湿度によって変化させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、クリーニング不良の起こり安い低湿度下においてはブラシロールによる潤滑剤の掻取量及び像保持体の表面への塗布量を増加させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、クリーニング不良の起こり難い高湿度下においてはブラシロールによる潤滑剤の掻取量及び像保持体の表面への塗布量を減少させることができる。

本発明の画像形成装置の概略断面図である。ブラシロールへの印加交流電圧とゴーストレベルの関係を示すグラフである。本発明の画像形成装置の一例を示す概念図である。現像前後の感光体表面における元素組成比を示すグラフである。感光体表面の経時的変化を示す模式図と、各模式図の状態における電位を示すグラフである。プリントゴーストを示す画像である。画像部／非画像部の電位とトナー印加電位との電位差と、ゴースト画像濃度の関係を示すグラフである。感光体表面における電位の経過変化を示すグラフである。ＸＰＳ分析（Ｘ線光電子分光分析）の結果であり、外添剤すり抜け量とゴーストレベルの関係を示すグラフである。潤滑剤被覆量と外添剤すり抜け量の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の潤滑剤塗布装置およびこれを用いた画像形成装置の実施形態について詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の一例の構成図である。図１に示す画像形成装置において、符号１は、少なくとも円筒状で回転可能な感光体（像保持体）１であり、この感光体１に近接して、感光体１の表面を一様に帯電する帯電装置２が設けられている。帯電装置２の、感光体回転方向下流側には、感光体１に光を照射して潜像パターンを形成する露光装置３が設けられている。露光装置３の下流側には、トナー等の現像剤を感光体１上に供給しトナー画像を形成する現像装置４が設けられている。現像装置４の下流側には、トナー画像を記録媒体上に転写する転写装置５が設けられている。転写装置５の下流側には、記録媒体上のトナー画像を定着させる定着装置６が設けられている。定着装置６の下流側には、感光体１上に潤滑剤を供給する潤滑剤塗布装置７が設けられている。潤滑剤塗布装置７の下流側には、感光体１上の残留トナーを清掃するクリーニングブレード１０が設けられている。クリーニングブレード１０の下流側には、感光体１上の電荷を除去する除電装置１１が設けられている。

図１の潤滑剤塗布装置７は、感光体１とクリーニングブレード１０との摩擦を低減するとともに転写後の感光体１上の残存トナー量を抑制する目的のため、感光体１に潤滑剤を供給するための装置である。潤滑剤塗布装置７は、感光体１上の転写装置５の下流側に接触し矢印方向に回転可能であるブラシロール（潤滑剤塗布部材）８と、ブラシロール８上に接触させられている固形潤滑剤９により構成されている。

固形潤滑剤９は、自重のみによって、もしくはばね等の補助的な手段を併用することによって、ブラシロール８に対して押し当てられている。ブラシロール８が回転することにより固形潤滑剤９が削られてブラシロール８上に保持され、続いて感光体１上に潤滑剤が供給・塗布される。なお、本実施形態では、潤滑剤塗布部材としてブラシロール８を使用しているが、固形潤滑剤９に接触してこれを削り取ることができれば、その他の回転可能な弾性体等であってもかまわない。

符号１２は、感光体１上の残存トナーがブラシロール８上に以降した際にその量が過剰となった場合にその付着トナーを掻き落とすフリッカーである。潤滑剤塗布装置７およびクリーニングブレード１０の下方には、オーガ（現像剤回収装置）１４が設けられており、フリッカー１２およびクリーニングブレード１０によって掻き落とされた過剰量のトナーは、オーガ１４によって回収され、図示しない装置外部に排出される。

潤滑剤塗布装置７のブラシロール８には、本発明のトナー保持量制御手段として、交流電圧を印加するための交流電源１３が接続されている。ここで感光体１上のトナーは、転写装置５によってそのほとんどが記録媒体等に転写されるが、一部のトナーおよび／またはトナー外添剤は、感光体１上に残存する。この残存トナーは、クリーニングブレード１０によって掻き落とされるが、一部がブラシロール８に移行して蓄積され、ブラシロール８の見かけ上の外形が変化し、固形潤滑剤９の掻き取り性能に影響を及ぼす。そのため、本発明では、ブラシロール８に交流電圧を印加し、その電圧の強弱によって、ブラシロールに蓄積されたトナーを除去することを特徴としている。

画像形成装置においては、同じ画像を連続的に印刷した場合、トナー外添剤がクリーニング手段によって除去しきれずに感光体上に残留し、この履歴が重なることによって、次に他の画像を印刷した時に当該履歴が画像として印刷されてしまう連続プリントゴーストという現象が発生する。

図２は、印加する交流電圧（Ｖ）と、そのようなプリントゴーストの関係を表すグラフである。図２のグラフに示すように、いずれの温度下および湿度下においても、交流電圧を増加させるに伴ってプリントゴーストの発生が抑制されることが示されている。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る画像形成装置においては、前記トナー保持量制御手段として、図１において図示しない湿度検出手段を備えていることを特徴とする。プリントゴーストを抑制するためにこの湿度検出手段が好ましい理由を、以下に説明する。

上述したプリントゴーストは、電子写真装置において残存トナーにより発生する一般的なゴーストとは異なり、主にクリーニングブレード１０をすり抜けやすい外添剤が用いられた場合に発生する。一般的に外添剤はその粒径が小さくなればなるほど、また、その形状が球形に近づくにつれてクリーニングブレード１０をすり抜けやすくなることが知られている。このようにクリーニングブレード１０をすり抜けやすい外添剤を用いると、すり抜けた外添剤が、感光体にフィルミングすることがある。

クリーニングブレード１０をすり抜ける外添剤の量は、クリーニングブレード１０に突入する外添剤の量にも対応して増加する。例えば、現像装置４のＭａｇＲｏｌｌ４０上の単位面積あたりのトナーの搬送量（ＭＯＳ）が多ければ、すり抜け量は増加し、また、画像部では非画像部よりも感光体に付着するトナー量が増加するために、すり抜け量が増加する。図４にその関係を示す。図４は、画像部および非画像部のそれぞれにおいて、トナー搬送量を変化させた場合の現像前後での残存している元素組成比を表す。

従って、感光体における同じ位置に複数回連続でトナーを現像すると、すり抜けた外添剤の量が徐々に蓄積し、感光体上へフィルミングを起こすこととなる。このフィルミングによるゴーストが発生する過程を、図５を用いて説明する。同図の下半分は、感光体表面の外添剤及びトナーの様子を示しており、上半分は、横軸が感光体表面の位置、縦軸がその電位を表すグラフである。グラフと感光体表面を示す図は、上下に各々対応している。また、黒丸は外添剤を示し、白丸はトナーを示している。なお、本実施形態では、感光体表面及びトナーはマイナスに帯電されるものとする。それに伴い、同図に示されるグラフの縦軸は、負の大きさを示すものとなっている。

まず、（ａ）は、クリーニングブレード１０通過後の感光体表面に外添剤がすり抜けた様子が示されている。このように、同一部分に画像が繰り返し形成されると、潤滑剤のＺｎＳｔ供給が少なくなり、さらにＭＯＳの多さ、また現像装置４と感光体１との周速比などにより摺擦が強い条件では特にＺｎＳｔをかき取り、クリーニングブレード１０での外添剤せき止めが出来なくなり、画像部に外添剤すり抜け層が形成される。

次の（ｂ）は、帯電装置２により、感光体表面が一様に帯電された様子が示されている。（ｃ）は、露光装置３により、画像部に対応する部分が露光された様子が示されている。

そして、（ｄ）に示されるように、負帯電された外添剤すり抜け層は、現像装置４で一部剥ぎ取られ、剥ぎ取られた部分の電位が低下するため、外添剤すり抜けの無いところに比べ表面電位が低下し、トナーに印加された電位と画像部の電位との差が増加するため、（ｅ）に示されるように現像剤量が増える。

図６は、このようにして発生する実際のゴースト画像であり、図７は、ゴースト画像濃度Ｄと電位差Ｖ_ｄｅｖｅおよびＶ_ｃｌｎの関係を示すグラフである。Ｖ_ｄｅｖｅとは、画像部に帯電している電位とトナーに印加された電位との電位差を示し、Ｖ_ｃｌｎとは、トナーに印加された電位と非画像部に帯電している電位との電位差を示している。

図７に示されるグラフにより、電位差が１０Ｖ付近で、画像部と非画像部との濃度差が最も大きくなることが示されている。

また、図６（ａ）に示されるように、中央下部付近が画像部となっており、それ以外が非画像部となっている。そして、（ｂ）〜（ｅ）は、（ａ）のような画像を繰り返し印刷した後のプリントゴーストの画像を示す。（ｂ）〜（ｅ）の４つの画像のうち、（ｂ）ではゴーストは観察されないが、（ｃ）で示されるようにＶ_ｃｌｎが５０Ｖ程度で画像部にゴースト画像が見え始め、上述したＶ_ｄｅｖｅが１０Ｖ付近の（ｄ）において画像部と非画像部との濃淡がはっきり確認でき、Ｖ_ｄｅｖｅが５０Ｖの（ｅ）になると、画像部と非画像部との濃度差が減り、全体的に濃くなる。

このようなメカニズムで発生するゴーストが、外添剤起因以外の連続プリントゴーストであり、潜像起因のゴースト画像ではないことを、図８を用いて示す。図８には、横軸に経過時間、縦軸に感光体表面電位を示すグラフが示されている。このグラフは、３０回に渡り試験画像を潜像させた後に、画像を潜像させないようにした場合の現像前の感光体表面電位を示しているが、潜像させないようにした後に、矢印に示されるように現像前に表面電位の低下がおきていないので、潜像起因のゴースト画像ではないことが分かる。

またこの連続プリントゴーストの発生レベルは、外添剤のすり抜け量に依存する。図９は、ＸＰＳ分析（Ｘ線光電子分光分析）の結果を示すグラフであるが、外添剤のすり抜け量が増加すると、ゴーストレベル（出力画像中のゴースト部と他部の明度差）が悪化していることを示している。

外添剤のすり抜けを抑制する方法は多種考えられるが、図１０では、潤滑剤を感光体上に被覆させることですり抜け量を抑制できることを示している。

感光体のすり抜け量は、温度、湿度等の環境に依存する。図２では温度／湿度を１０℃／１５％、２１℃／１０％、２８℃／８５％、の条件でＡＣバイアスを印加し、それぞれゴーストの発生レベルをテストした結果である。この結果から、連続プリントゴーストは、低温、低湿環境であるほど、悪化する傾向にあることが分かり、更に印加するＡＣバイアスの強弱で、その発生レベルを調整することが出来ることを表している。

そこで、本発明では、湿度検出手段を設けることにより、湿度検出手段が検出した湿度に応じてブラシロールに印加する交流電圧を変化させてブラシロール上のトナー保持量を制御し、これにより潤滑剤保持量を制御し、結果として感光体上のトナーおよびトナー外添剤を除去してプリントゴースト現象を抑制することができる。

具体的には、プリントゴースト現象がより生じやすい低湿度を検出した場合には、交流電圧を増加させてブラシロール上のトナーを除去し、潤滑剤保持量および感光体への潤滑剤塗布量を増加させる。一方、高湿度を検出した場合は、プリントゴースト現象は生じにくいため、印加する交流電圧を減少させ、ブラシロール上のトナー除去量を減少させ、潤滑剤保持量および感光体への潤滑剤塗布量を減少させることができる。

以上の説明では、固形潤滑剤の塗布対象である像保持体を感光体１とした例を示したが，像保持体が中間転写ベルトなどであっても同様である。また、画像形成装置には、像保持体として感光体のみを有するもの、感光体と中間転写体とを有するものとがあるが、本発明はいずれの画像形成装置に対しても適用可能である。

また、画像形成装置に用いられる他の構成要素である帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、定着装置６、潤滑剤塗布装置７、クリーニングブレード１０、除電装置１１等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用することができる。

（画像形成装置の例）
図１に示したブラシロールおよびトナー保持量制御手段（交流電圧源）を備えた画像形成装置の一例を説明する。図３は、本発明を利用した画像形成装置の一例を示す概念図である。図３には、画像形成装置２０が示されている。画像形成装置２０は、用紙を供給する用紙供給部３０と、画像形成手段２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋを備えた画像形成部４０とを備えている。

用紙供給部３０は、複数枚の用紙を収めた収納装置３１と、収納装置３１から用紙を図の右方向に送り出す図示省略した機構と、この機構から送り出された用紙を図の右方向に搬送する搬送ロール３２を備えている。

画像形成部４０は、用紙供給部３０から送り出された用紙を画像形成部４０の二次転写部４３に向かって搬送経路４２上で搬送する搬送ロール４１を備えている。二次転写部４３は、転写ロール４４と対向ロール４５を備え、その間に転写ベルト４６と用紙を挟むことで、用紙上に転写ベルト４６上のトナー像を転写する。二次転写部４３の下流側には、定着装置４７が配置されている。定着装置４７の下流側には、用紙を装置外に排出する排出ロール４８が配置されている。

画像形成手段２１Ｙ〜Ｋのそれぞれは、図１に示す感光体１、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、定着装置６、潤滑剤塗布装置７、ブラシロール８、固形潤滑剤９、クリーニングブレード１０および除電装置１１を備えており、また、それぞれに、独立した交流電圧源１３Ｙ〜Ｋおよび図示しない湿度検出手段を備えている。

これら画像形成手段２１Ｙ〜Ｋは、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンダ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）のトナー像を形成し、それを回転している転写ベルト４６に一次転写する。これにより、ＹＭＣＫのトナー像が重ねられ、カラーのトナー像が転写ベルト４６上に形成される。

以下、収納装置３１に収納された用紙に画像を形成する動作の一例を説明する。まず、収納装置３１に収納された用紙が搬送ロール３２によって図の右方向に搬送され、用紙供給部３０から画像形成部４０へと送り出される。画像形成部４０に送り込まれた用紙は、搬送経路４２を図の右方向へと搬送され、二次転写部４３に送られる。

このタイミングに合わせて、画像形成手段２１Ｙ〜Ｋの働きにより、転写ベルト４６上にＹＭＣＫの各トナー像が積層され、カラーのトナー像が形成される。この転写ベルト４６上のカラーのトナー像は、二次転写部４３において用紙に転写される。用紙上のカラーのトナー像は未定着の状態であり、定着装置４７において、用紙上に定着される。画像の定着処理が行われた用紙は、搬送ロール４８の働きで装置外に排出される。

この例では、各画像形成手段２１Ｙ〜Ｋにおいて、湿度が低下した場合でも、湿度検出手段によって低湿度が検出され、交流電圧源１３Ｙ〜Ｋによって各ブラシローラへ交流電圧が印加される。これにより上述したように、連続して同じ画像を印刷した場合に生じ易いプリントゴースト現象を抑制することができる。

勿論、本発明の画像形成装置は、上述したカラートナーを使用する画像形成装置に限定されず、黒色トナーのみを使用するモノクロの画像形成装置とすることもできる。

像保持体上の残留トナーやトナー外添剤に対する高いクリーニング性能を持ち、特に、低湿度環境におけるプリントゴースト現象を抑制し、良好なプリント画質を長期間に渡って維持することができる画像形成装置を提供することができる。

１…像保持体（感光体）、２…帯電装置、３…露光装置、４…現像装置、４０…ＭａｇＲｏｌｌ、５…転写装置、６…定着装置、７…潤滑剤塗布装置、８…ブラシロール、９…固形潤滑剤、１０…クリーニングブレード、１１…除電装置、１２…フリッカー、１３…交流電圧源、１４…オーガ、２０…画像形成装置、２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ…画像形成手段、３０…用紙供給部、３１…収納装置、３２…搬送ロール、４０…画像形成部、４１…搬送ロール、４２…搬送経路、４３…二次転写部、４４…転写ロール、４５…対向ロール、４６…転写ベルト、４７…定着装置、４８…排出ロール。

Claims

像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段によって帯電された前記像保持体の帯電面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像を現像剤で現像する現像手段と、
前記像保持体に押し当てられて前記現像剤が転写される転写手段と、
前記転写された現像剤を定着させる定着手段と、
前記転写後、前記像保持体上に残存する現像剤を除去するクリーニング手段と、
前記クリーニング手段によるクリーニングの前の像保持面に接触して回転するブラシロールを介して前記像保持面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、
温度および／または湿度を検出する検出手段と、
前記クリーニング手段にて除去された現像剤を回収する現像剤回収手段とを備えた画像形成装置において、
さらに、前記ブラシロールに付着して保持される現像剤の保持量を制御する保持量制御手段を備え、
前記保持量制御手段は、前記ブラシロールへ交流電圧を印加するとともに、前記検出手段の検出結果に基づいてその電圧を制御することを特徴とする画像形成装置。
前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される湿度が所定の湿度よりも低い低湿度である場合には、前記交流電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される温度が所定の温度よりも低い低温度である場合には、前記交流電圧を増加させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記保持量制御手段は、前記検出手段で検出される湿度が所定の湿度よりも高い高湿度である場合には、前記交流電圧を減少させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記保持量制御手段は、前記温度検出手段で検出される温度が所定の温度よりも高い高温度である場合には、前記交流電圧を減少させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。