JP5268328B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はクリーナレスの転写方式画像形成装置に関するものである。

従来、クリーニング装置を廃し、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において「現像同時クリーニング」で感光体上から除去・回収し再用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置がある。

現像同時クリーニングは、静電潜像の現像工程過程時にかぶり取りバイアスによって、トナーで現像されるべきではない感光体面部分上に存在する転写残トナーは現像装置に回収する方法である。

一方、帯電手段としては、近年、コロナ帯電器に代わり、特に、接触帯電部材として導電ローラを用いたローラ帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラ（帯電ローラ）を被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体の帯電処理を行なう。

しかし、転写工程後の感光体上の転写残トナーを、現像器において除去・回収するクリーナレス方式の画像形成装置において、上記接触帯電装置を用いる場合は、以下の課題がある。すなわち、感光体上の転写残トナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に、転写残トナーが接触帯電装置に付着し、トナー汚染することによって、帯電不良の原因となることがある。

これは、帯電極性が正規極性のトナーであっても転写バイアスや剥離放電などに影響されて帯電極性が反転するものや、除電されて帯電量が少なくなるものがある。そのため、転写残トナーには、帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在している。その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが、感光体と接触帯電装置との接触ニップ部である帯電部を通過する際に接触帯電装置に付着し易い。

また感光体上の転写残トナーを現像器にて除去・回収するためには、帯電部を通過して現像部に持ち運ばれる感光体上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーは、感光体上から現像器に除去・回収できず、不良画像の原因となるため、発生を極力抑える必要がある。

そこで、感光体の回転方向において、転写部の下流に残留トナー均一化手段を設け、更に下流で且つ感光体を帯電する帯電手段の上流にトナー帯電量制御手段を設けた画像形成装置が案された（特許文献１）。

この画像形成装置おいて、残留トナー均一化手段は、転写部からトナー帯電量制御手段部へ持ち運ばれる感光体上のパターン状の残留トナー像を、感光体面に分散分布化して、非パターン化する。次に、正規極性が印加されたトナー帯電量制御手段によって、転写残トナー全体に対する正規極性の帯電処理が行われ、転写残トナーの帯電手段への付着抑制が効果的になされる。

上記の手段により、クリーナレスの画像形成装置において、転写残トナーが帯電手段に付着するのを抑制し、かつ、感光体の電位を安定に帯電させることができる。また、転写残トナーの帯電が均一になることと、感光体の電位が安定することによって、現像器での転写残トナーの回収が効率的になされ、ゴーストや帯電不良のない良好な画像が得ることができる。

特開２００１―２１５７９８号公報

しかしながら、クリーナレスの画像形成装置において画像形成が繰り返し行われ、現像剤が劣化してくると、現像器のかぶりトナーが増えてくる。かぶりトナーは、帯電極性が逆極性になっているものや帯電量がゼロに近いものなどが多く含まれており、帯電装置に付着しやすい。トナーが付着した帯電装置は、感光体を狙った帯電電位に帯電することができない。そのため、現像装置に印加する電圧と感光体の表面電位の電位差（＝かぶり取り電位差）Ｖｂａｃｋが狙いよりも小さくなってしまう。かぶり取り電位差であるＶｂａｃｋが小さくなると、現像装置のかぶり量がさらに増加する。その結果、ますます帯電装置に付着し、帯電電位がずれてしまい、現像装置のかぶりが悪化し、かぶり不良画像という課題が生じる。

また、かぶりトナーは上記のような帯電極性をしており転写効率が低く多量の転写残トナーが発生するため、転写部の下流に設けた残留トナー均一化手段とトナー帯電量制御手段の効果が薄れ、より一層、感光体の帯電電位がずれる。そうなると、現像器でのトナー回収効率が低下し、画像形成した感光体１周後にゴーストによる不良画像の発生といった課題も生じる。

そこで本発明は、現像器のかぶりを抑制し長期にわたって良好な画像を形成できる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段と、前記感光体に形成されたトナー像を転写する転写手段と、前記感光体に残留する転写残トナーを前記現像手段にて回収するため転写残トナーを帯電するトナー帯電手段と、を有する画像形成装置において、前記感光体の長手方向の異なる位置にて前記感光体上のかぶりトナーの濃度を検知する複数の濃度検知センサを有し、前記複数の濃度検知センサにより検知された濃度差が所定の閾値を超えている場合、前記帯電手段に付着したトナーを清掃するかぶり抑制動作を実行することを特徴とする。

本発明によれば、現像器のかぶりを抑制し、長期にわたって良好な画像を形成できる。

［第一実施形態］
本発明に係る画像形成装置の第一実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の構成図である。

（画像形成装置）
図１に示すように、画像形成装置１００は、クリーナレスシステムを用いた、カラーレーザープリンタである。画像形成装置１００は、画像形成装置本体（装置本体）と通信可能に接続された外部ホスト装置からの画像情報に応じて転写材にフルカラーの画像を形成し、出力する。転写材として、用紙、ＯＨＰシート、布などがあり、画像形成装置１００の最大通紙サイズは、Ａ３サイズである。

画像形成装置１００は、４連ドラム方式（インライン方式）であり、複数の画像形成手段たる画像形成部として、イエロー（ＰＹ）、マゼンタ（ＰＭ）、シアン（ＰＣ）、ブラック（ＰＢｋ）を有し、各画像形成部はプロセスカートリッジ８を備える。各プロセスカートリッジ８は、中間転写体（中間転写ベルト）９１に連続的にトナー像（現像剤像）を多重転写し、その後、転写材Ｐに一括転写することによりフルカラープリント画像を得る。

各色の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋは、使用する現像剤の色が異なる他は同一の構成である。以下、特に区別を要しない場合は、各画像形成部の要素であることを示す符号の添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｂｋは省略し、総括的に説明する。

４色フルカラー画像を形成する場合、画像形成装置１００と通信可能に接続された外部ホスト装置からの信号に従って、色分解された画像信号が生成される。画像信号に応じて、各画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋの各プロセスカートリッジ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋにおいて各色のトナー像の形成が行われる。

各プロセスカートリッジ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｂｋでは、像担持体としての電子写真感光体（感光ドラム）１を帯電手段（帯電ローラ）２によって帯電させる。一様に帯電した帯電面を露光手段３によって走査露光することで感光ドラム１上に静電潜像を形成する。この静電潜像に現像器（現像手段）４によって現像剤であるトナーを供給することによりトナー像を形成する。

各感光ドラム１に形成された各色のトナー像は、移動する中間転写体（第２の像担持体）としての中間転写ベルト９１上に順次重ね合わせて転写される。そして、中間転写ベルト９１上に形成されたフルカラーのトナー像は、中間転写ベルト９１と２次転写手段としての２次転写ローラ１０とが対向する２次転写部に搬送されてきた転写材Ｐ上に一括転写される。トナー像を転写された転写材Ｐは、定着手段１３に搬送され、トナー像を定着された後、装置本体外に排出される。

（感光ドラム１、帯電ローラ２）
図２に示すように、感光ドラム１は、外径３０ｍｍの回転ドラム型の有機光導電体（ＯＰＣ）ドラムである。そして、１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で回転軸を中心として回転駆動される。感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）の表面に、順に、光の干渉を抑えて上層の接着性を向上させる下引き層、光電荷発生層、電荷輸送層（厚さ２０μｍ）を塗り重ねてなる。

帯電ローラ２は、所定の条件の電圧を印加することで、感光ドラム１を一様に負極性に帯電させる接触帯電器である。帯電ローラ２は、芯金（支持部材）２ａの外回りに、下層２ｂ、中間層２ｃ、表面層２ｄを下から順次積層した直径１４ｍｍのローラである。帯電ローラ２は、押圧バネ２ｈによって感光ドラム１方向に付勢して、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって押圧され、感光ドラム１に従動回転する。

電圧印加手段としての電源２０から、直流電圧に所定周波数の交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が、芯金２ａを介して帯電ローラ２に印加される。帯電ローラ２に印加される電圧は、直流電圧（−５００Ｖ）と、一定の放電電流量になるよう制御されたピーク間電圧を有する交流電圧（正弦波，周波数：１１５０Ｈｚ）とを重畳した振動電圧である。回転する感光ドラム１の周面は、帯電ローラ２により所定の電位（−５００Ｖ（帯電電位＝暗電位Ｖｄ））に帯電処理される。帯電部ａは、帯電ローラ２と感光ドラム１との接触部である。

帯電処理された感光ドラム１は、露光手段３から画像露光Ｌを受け、画像情報に対応した静電潜像が形成される。露光部電位Ｖｌを−１５０Ｖとした。露光部ｂは、感光ドラム１における画像露光Ｌの照射位置である。なお、画像形成装置１００が備える電源２０、２１、２２などの電圧印加手段は、装置動作を統括制御する制御手段としての制御回路１３０によって制御される。

（現像器４）
現像器４は、２成分接触現像器（２成分磁気ブラシ現像器）である。現像器４は、現像容器（現像器本体）４０、現像スリーブ４１、現像剤規制部材（現像剤規制ブレード）４２、現像剤攪拌部材（攪拌スクリュー）４３、４４、二成分現像剤（現像剤）４６を有する。

現像剤４６は、現像容器４０に収容した主に樹脂トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）との混合物である。トナーとして、平均粒径６μｍの負帯電性の非磁性トナーを用い、キャリアとしては、平均粒径４０μｍの磁性キャリアを用いる。

現像スリーブ４１は、内部に固定配置されたマグネットローラを有する現像剤担持体である。現像スリーブ４１は、その外周面の一部を外部に露呈させて現像容器４０内に回転可能に配設されている。現像スリーブ４１は、所定間隙を有して現像剤規制ブレード４２と対向するように配置されており、現像スリーブ４１の回転に伴い、現像スリーブ４１上に現像剤薄層を形成する。現像スリーブ４１は、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）を３５０μｍに保たせて感光ドラム１に近接させて対向配設した。現像部ｃは、感光ドラム１と現像スリーブ４１との対向部である。

現像スリーブ４１上の現像剤薄層は、現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して、感光ドラム１を適度に摺擦する。現像スリーブ４１には電圧印加手段としての電源（図示せず）から所定の現像バイアス電圧が印加される。現像スリーブ４１に印加する現像バイアス電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧とする。より具体的には、−３５０ＶのＶｄｃと、１８００Ｖｐｐ、周波数＝２３００ＨｚのＶａｃとを重畳した振動電圧とする。よって、帯電電位が−５００Ｖなので、かぶり取り電位Ｖｂａｃｋは１５０Ｖとなる。

そして、現像部ｃに搬送された現像剤４６中のトナーが、現像バイアス電圧による電界によって感光ドラム１に形成された静電潜像に対応して選択的に付着することで、静電潜像がトナー像として現像される。感光ドラム１上の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。現像部ｃを通過した現像スリーブ４１上の現像剤薄層は、引き続く現像スリーブ４１の回転に伴い現像容器４０内の現像剤溜り部に戻される。

攪拌スクリュー４３、４４は、現像容器４０内の底部側に配設されている。攪拌スクリュー４３、４４は、現像スリーブ４１の回転と同期して回転し、補給されたトナーをキャリアと攪拌・混合して、トナーに所定の帯電電荷を与える機能を有する。

攪拌スクリュー４３、４４による現像剤の動きを説明する。図３は現像器４を上からみた図である。図３に示すように、攪拌スクリュー４３、４４は、それぞれ長手方向において反対方向に現像剤４６を搬送する。これにより、現像剤４６を現像スリーブ４１に供給すると共に、現像工程によりトナー濃度（現像剤中のトナーの割合）の薄くなった現像剤４６をトナー補給部に搬送し、現像剤４６を現像容器４０内で循環させる。現像器４のスクリュー４４の上流側壁面には、現像剤４６の透磁率変化を検出して現像剤４６中のトナー濃度を検知するトナー濃度センサ４５（図２参照）が設けられており、トナー濃度が検知される。

その検知結果に応じて、適宜、現像器４に接続された現像剤補給容器（トナー補給ユニット）５のスクリュー５１の回転により、トナー補給ユニット５から現像器４のトナー補給開口４７を通してトナー補給が行われる。これにより、現像剤４６中のトナー濃度を一定に維持する。またトナー補給は、センサ４５だけでなく、画像形成時の画像比率をカウントする演算部（不図示）が設けられており、演算部にてカウントされた画像比率に応じてトナー補給量が決定され、トナー補給が行われる。

補給されたトナーは、攪拌スクリュー４４により搬送され、キャリアと混ざり合い、適度な帯電電荷を付与された後に、現像スリーブ４１の近傍に運ばれ、現像スリーブ４１上で薄層形成され現像に供される。補給されたトナーが十分に帯電することができず低い帯電量や逆極性のまま現像部ｃに搬送されてしまうと、かぶりトナーになってしまう。したがって、補給されたトナーは、現像部ｃに搬送されるまでの間に、現像に供するに適正な帯電量を持たなければならない。

（転写部）
次に転写部について説明する。各画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＢｋの各感光ドラム１に対向するように、転写手段としての中間転写ユニット９が設けられている。中間転写ユニット９は、中間転写ベルト９１、駆動ローラ９４、テンションローラ９５、２次転写対向ローラ９６を有している。

中間転写ベルト９１は、中間転写体（第２の像担持体）としての無端状のベルトである。中間転写ベルト９１は、ローラ９４、９５、９６に所定の張力を持って掛け渡されており、図中矢印の方向に移動する。中間転写ベルト９１の材料としては、樹脂系、或いは金属芯体入りのゴムベルト、樹脂及びゴムからなるベルトが望ましい。一次転写ローラ９２としては、導電性スポンジからなるものを用いた。

感光ドラム１上に形成されたトナー像は、感光ドラム１と中間転写ベルト９１との対向部である１次転写ニップ部（転写部）ｄへ進入する。転写部ｄでは、中間転写ベルト９１の裏側に、１次転写手段としての１次転写ローラ９２が当接され、１色目（イエロー）から順次、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナー像を転写する。露光部（露光部電位Ｖｌ：−１５０Ｖ）に転移されたトナーに対する転写効率を考慮し、一次転写バイアス電圧として、１色目〜４色目まですべて＋３５０Ｖの電圧を印加した。

中間転写ベルト９１上で形成された４色フルカラー画像は、次いで２次転写手段としての２次転写ローラ１０により、転写材Ｐに一括転写される。転写材Ｐは、転写材送給手段（図示せず）から供給され、所定のタイミングで搬送手段としての給送ローラ１２により２次転写ローラ１０へ送られる。

トナー像が転写された転写材Ｐは、定着手段としてのローラ定着器１３に搬送され、ここで熱、圧力によってトナー像が転写材Ｐに溶融定着され、カラープリント画像として機外に搬送される。また中間転写ベルト９１上に残留する２次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナ１１が備えるクリーニング手段としてのクリーニングブレード１１ａによってクリーニングされ、次の作像工程に備える。

また図２に示すように、感光ドラム１の回転方向における、転写部ｄと帯電部ａとの間に、トナー帯電手段であるトナー帯電制御手段６と残留トナー像均一化手段７とが感光ドラム１に当接されている。残留トナー均一化手段７、トナー帯電量制御手段６は、転写部ｄよりも感光ドラム１の回転方向下流側且つ帯電部ａよりも上流側に位置して、感光ドラム１の回転方向上流から順に配置されている。残留トナー均一化手段７は感光ドラム１との接触部ｅを形成し、トナー帯電量制御手段６は感光ドラム１との接触部ｆを形成している。

トナー帯電量制御手段６、残留トナー均一化手段７は、両者とも導電性の繊維からなるブラシ部６１、７１を有する。トナー帯電量制御手段６、残留トナー均一化手段７は、感光ドラム１の長手方向（像担持体回転軸方向）に対して略平行に固定支持して配設され、ブラシ部６１、７１が感光ドラム１面に当接する。トナー帯電量制御手段６、残留トナー均一化手段７は、所定の電圧が電源２２より印加されている。ブラシ部６１、７１は、レーヨン、アクリル、ポリエステルなどの繊維にカーボンや金属粉を含ませて抵抗値を制御したものである。

トナー帯電量制御手段６及び残留トナー均一化手段７は、転写残トナー中のゼロ若しくは逆極性に帯電されているトナーに電界を印加することによって、転写残トナーを適正な帯電量にする。そして、トナー帯電量制御手段６を通過した転写残トナーは、更に感光ドラム１の回転方向下流に位置する帯電部ａを通過する際に、感光ドラム１との鏡映力により帯電ローラ２に付着することなく通過する。また、転写残トナーの帯電量は、帯電部ａにて帯電ローラ２に印加されるＡＣ電圧による除電効果で、現像器４で回収可能な適正帯電量まで低下させられる。

こうして、帯電部ａを通過した転写残トナーは、現像器４において現像同時クリーニングによって感光ドラム１上から除去される。

（かぶり）
かぶりの発生状況について詳細を説明する。かぶりとは、白地部に付着するトナーのことであり、帯電電位と現像電位によって形成されたかぶり取り電位Ｖｂａｃｋにより白地部へのトナー付着は抑制される。

かぶりトナーには、帯電量がゼロに近い状態や、逆極性の状態であるなど適正な帯電量を持っていないトナーが多く含まれている。画像形成を繰り返し行うと、現像剤が劣化してくる。現像剤の劣化とは、トナーのキャリア表面への付着やキャリア表面の削れなどによるキャリア帯電能の低下や、トナーの外添剤の遊離、蓄積などによるトナー帯電能の低下である。

現像剤の劣化がすすむと、適正な帯電量を保持することが困難となり、帯電せずに帯電量がゼロや低い状態や、逆極性の状態になりやすく、かぶりの原因となる。クリーナレスの画像形成装置は、一度、転写残トナーとなり、転写部や帯電部において、物理的な圧力や電界が印加され、トナーの形状が変形しているものや外添剤が遊離してしまい帯電能力が著しく低下した劣化状態にあるトナーを再利用する。

かぶり現象は、短期間の間に大量にトナー補給が行われた場合、に生じやすい。補給されたトナーが、現像器内の攪拌スクリュー４３、４４によって十分に混合されず、適正な帯電を持たないまま現像部ｃへ搬送されてくるためである。また、最後に画像形成を行ってから長期間にわたって画像形成装置を使用せずに放置した直後に画像形成を行うと、放置によりトナー帯電量が低下し、適正な帯電を持つことをできないまま画像形成に供され、かぶりが悪化する。

クリーナレスの画像形成装置においては、かぶりは出力物に現れるだけでなく画像形成装置に大きな影響を与える。かぶりトナーは、帯電量がゼロに近いものや逆極性のものが多く含まれているため、転写効率が低く、トナー帯電量制御手段６や残留トナー均一化手段７での効果も通常の転写残トナーに比べて低く、帯電ローラ２に付着しやすい。帯電ローラ２に付着しなかったかぶり転写残トナーは、帯電量が適正ではないため、現像器４での回収効率も低く、感光ドラム表面に付着し、帯電だけでなく、露光も阻害してしまう。

また、帯電ローラ２に付着すると、帯電電位が、かぶりを抑制するためのかぶり取り電位差が減少する方向にずれるため、益々、かぶりトナーが増加してしまう。すると、さらに帯電ローラ２が転写残トナーによって汚染され、帯電電位のずれ幅が大きくなり、かぶりトナーがより発生する。こうなってしまうと、帯電ローラ２も感光ドラム１も転写残トナーに汚染された状態になり、交換を余儀なくされる。帯電ローラ２や感光ドラム１の交換時間によるダウンタイムや、交換寿命が短くなることはランニングコストが高くなるなど、ユーザーにとって大きなデメリットである。したがって、帯電ローラ２が転写残トナーによって汚染される前に、早急に対処しなければならない。

また、全面にかぶりが現れるような状態では、転写残トナーとなったかぶりトナーは帯電ローラ２や感光ドラム表面に軽く付着しただけでなく、放電や物理的な負荷が繰り返し行われたため、強固に融着した状態になってしまう。軽度の付着であれば、電界印加により除去できるが、融着のように強固に付着した状態になってしまうと、電界を印加しても、除去できなくなる。よって、かぶりを確実に抑制するには、かぶりの悪化し始めをいち早く検出し対応しなればならない。

かぶり濃度のように画像濃度が非常に薄い画像は、画像がのっている感光ドラム１の表面性（下地）に影響されるため、精度よく検知することが難しい。特に、クリーナレスの画像形成装置においては、感光ドラム１にクリーナがないため、転写残トナーが感光ドラム上にあり、どのタイミングを下地とするか判断が難しい。

例えば、画像形成中や画像形成終了直後だと、かぶりトナーが感光ドラムに付着した状態であるかもしれない。単一の画像濃度センサでは、かぶりトナーが付着した状態を下地として検知してしまうため、下地なのか、かぶりトナーなのかを正確に検知することができない。仮に、検知する下地レベルに閾値を持たせ、あるレベル以上の下地はかぶりだと判断するようにして、かぶりだと検知できた時は、既にかぶりのレベルはかなり悪く、かぶり画像が発生してしまう。

そこで、図３に示すように、画像濃度検知センサ３０１、３０２を、感光ドラム１の長手方向（像担持体回転軸方向）の２箇所に、感光ドラム１に対向して設ける。画像濃度検知センサ３０１、３０２は、感光ドラム上に現像されたトナーの画像濃度を検知される。画像濃度検知センサ３０１、３０２は、発光部と受光部を有する。発光部が検出したい画像に対して所定の光量にて発光を行い、画像が無い時の下地の反射光量と画像部の反射光量を受光部にて検出することによって、画像濃度を検知する。画像濃度検知センサ３０１、３０２の検知結果に応じてトナー補給や現像電界などを制御し、出力物の濃度を一定に保つ。

画像濃度検知センサ３０１は攪拌スクリュー４３のトナー搬送方向上流に位置され、画像濃度検知センサ３０２は攪拌スクリュー４３の搬送方向下流に設置される。感光ドラム１の長手方向２箇所に、２つの画像濃度検知センサを配設することによって、長手方向の濃度差を検知でき、かぶりを精度よく検出できる。

これは、かぶりが攪拌スクリュー４３の搬送方向の上流側から悪化しはじめる傾向を利用している。かぶりは、短期間に大量のトナーが補給され、トナーが十分に混合・帯電されない状態などに発生しやすい。そのため、トナー補給口４７から搬送距離の短い、攪拌スクリュー４３の搬送方向の上流側は、十分に混合・帯電できていない状態のまま、現像部ｃに搬送されるため、上流側からかぶりが悪化しはじめる。

したがって、かぶりの悪くなり始めは、搬送方向の下流側のセンサ３０２と上流側センサ３０１の検出値を比較すると、上流側センサ３０１の検出値の画像濃度が高くなる。単一のセンサと異なり、上流側のセンサ３０１と下流側のセンサ３０２にて検知し、比較することによって、下地変化なのか、かぶりであるのかを判別することができ、かぶりレベルを精度よく判断することができる。

図６に示すように、制御記録部３０は、ＣＰＵ３１、メモリ３２、トナー補給ユニット５を制御するトナー補給制御ユニット３４、作像ユニット（帯電ローラ２、現像器４等）を制御する作像制御ユニット３５を有している。制御記録部３０は、トナー補給ユニット５、作像ユニット、本体内に内蔵されている計測手段である時計３３（画像形成した時間を計測できる装置）と制御信号のやりとりを行っている。

時計３３と作像ユニットの動作状況をＣＰＵ３１とメモリ３２に記録しておき、前回の画像形成からの放置時間を計算している。

また、メモリ３２とＣＰＵ３１は、画像データなどが入力された際、補給トナー量を計算し、補給トナー量を決めている。トナー補給制御ユニット３４は現像器４へのトナー補給を制御しており、ＣＰＵ３１からの信号に応じてトナーを補給する。その際、補給トナー量をメモリ３２に記録しておく事によって、所定期間のトナー補給量を計算している。さらに、作像条件なども制御記録部３０にて制御している。

（かぶり検知、かぶり抑制動作）
以下に、かぶり検知のタイミングから、かぶり抑制動作までの一連の流れについて、図４を参照しながら具体的に説明する。

まず、画像形成の入力信号が入力されると（ステップ１＝Ｓ１）、前回の画像形成からの装置の放置時間Ｔｈを制御記録部３０から読み出す（Ｓ２）。読み出した放置時間Ｔｈが閾値Ｔ（１０時間とした）を超えているかを判断する（Ｓ３）。

Ｓ３で閾値Ｔを超えていない場合、所定期間に補給されたトナー量を読み出し（Ｓ４）、読み出した補給トナー量が閾値Ｈを超えているかを判断する（Ｓ５）。前回までのＡ４サイズ１０枚での補給量が０．５ｇ以上かどうかを閾値Ｈとした。

Ｓ５で閾値Ｈを超えていない場合、かぶり発生の確率は少ないと判断して、画像形成を開始できる状態へと移行し（Ｓ１０）、画像形成動作を行う。

Ｓ３で閾値Ｔを超えていた場合は、放置により現像器内のトナーの帯電量が低くなっており、かぶり発生の可能性がある。また、Ｓ５で閾値Ｈを超えている場合は、補給トナーが十分に帯電されず、かぶりが発生する可能性がある。そこで、画像濃度検知センサ３０１、３０２でかぶり濃度を検出する（Ｓ６）。

かぶりの検出は、感光ドラム上に長手方向（像担持体回転軸方向）に１５ｍｍほどの白地部を形成し、センサ３０１、３０２にて白地部（像担持体回転軸方向の複数の位置）における画像濃度を検出する。そして、上流側センサ３０１と下流側センサ３０２の値を比較し、閾値Ｐ（濃度差０．０３）を超えているかを判断する（Ｓ７）。

Ｓ７で閾値Ｐを超えていない場合、かぶりはまだ発生していないと判断して、画像形成を開始できる状態へと移行し（Ｓ１０）、画像形成動作を行う。

Ｓ７で閾値Ｐを超えていた場合、かぶりが悪化し始めていると判断し、かぶり抑制動作を行う（Ｓ８）。かぶり抑制動作として、具体的には、現像器４の空回転を１分間、行い、現像器内の帯電量を高めることによって、かぶりの発生を抑制する。

さらに、かぶりが発生しないように（かぶり抑制動作）、作像条件にフィードバックを行う（Ｓ９）。具体的には、現像器内にかぶりトナーが存在しても、現像されにくいようにかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋを１０Ｖほど大きくした現像電界を印加する。

また、帯電ローラ２に付着したトナーを清掃する清掃部材による清掃動作や、清掃電界を印加するような清掃動作を設け、Ｓ８をきっかけに清掃動作を行ってもよい。清掃動作により帯電ローラ２を綺麗な状態にしておけば、万が一、かぶりトナーが付着しても、絶対量が少ないため作像に与える影響は少なくてすむ。

また、帯電ローラ２だけでなく、トナー帯電量制御手段６及び残留トナー均一化手段７にも転写残トナーが付着するので、清掃する必要がある。Ｓ８にて、トナー帯電量制御手段６及び残留トナー均一化手段７に付着したトナーを吐き出すような制御をすることもかぶり抑制に対して効果がある。

さらには、転写電界の最適化を行い、極力、転写残トナーの発生を防ぐ制御を行ってもよい。また、現像器４の空回転だけでなく、現像器内のかぶりトナーを吐き出すような吐き出し制御や、次回以降のトナー補給量を通常より何割か減らして補給するような補給制御を行うことでも、かぶりを抑制できる。

これにより、かぶりは良化し、再度、かぶり濃度を画像濃度センサ３０１、３０２によって確認し（Ｓ６）、かぶり濃度レベルを検出する（Ｓ７）。かぶりが所定のレベル以下になるまで、Ｓ６〜Ｓ９の制御が行われる。

以上のようなかぶり抑制動作を行うことによって、かぶりが発生することなく良好な画像を長期にわたって出力できる。かぶりを抑制することにより、転写残トナーの帯電ローラ２や感光ドラム１への付着を低減できるので、帯電ローラ２や感光ドラム１、現像器４を想定寿命まで使用することができ、メンテナンス回数やランニングコストを低減できる。

（実験）
画像比率５％の画像と時折、画像比率１００％の画像を出力しながら画像形成を連続して行う実験を行った。

具体的には、まず画像比率５％の画像を5千枚出力する。その後、画像形成装置の電源をOFFし、画像形成装置を１０時間以上動作させずにとめておく。そして、１０時間以上経過したら、再び電源をONし、画像比率１００％の画像を１０枚連続出力し、その後、再び画像比率５％の画像を出力する。その際、画像比率１００％後に出力する画像比率５％の画像において、紙上のかぶりを確認する。かぶりを確認して問題がなければ、そのまま画像比率５％の画像を５千枚まで出力を続ける。

その結果、従来の画像形成装置では、２万枚でかぶりが発生してしまい、感光ドラム１と帯電ローラ２の交換をする必要があった。本実施形態の画像形成装置１００では、４．５万枚まで、かぶりを発生することなく画像形成を行うことができ、かぶり抑制に効果があることを実証できた。

なお、温度や湿度を検出できる環境センサを装備し、温度や湿度によって、上記の閾値ＴやＨを変更すると、より確実にかぶりを抑制できる。閾値Ｔ、Ｈ、Ｐは、画像形成システム全体のバランスを考え、決定するのがよい。

トナー帯電制御手段６、残留トナー像均一化手段７をブラシ状の形状と記載したが、本発明はこれに限定されるものでなく、ブラシ回転体や弾性ローラ体など任意の形態の部材にしてもよい。残留トナー像均一化手段７に印加する電圧は直流電圧のみとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。転写残トナーの残留トナー像均一化手段７への回収性向上を目的として、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加した場合においても、本発明の効果を得ることが可能である。

また、像担持体は表面の体積抵抗率が１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果が得られる。また、表層の体積抵抗率が約１０^１３Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体であってもよい。

接触帯電部材や現像部材に印加する振動電界の交番電圧成分（ＡＣ成分、周期的に電圧値が変化する電圧）の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。直流電源を周期的にオン／オフすることによって形成された矩形波であってもよい。

更には、像担持体としての感光ドラム１の帯電面に対する情報書き込み手段としての露光手段は実施形態のレーザ走査手段以外にも、例えば、ＬＥＤのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。ハロゲンランプや蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。要するに、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。

［第二実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第二実施形態について図を用いて説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記第一実施形態では、未然にかぶり画像を抑制し、かぶり画像を１枚も形成しないかぶり抑制制御について述べた。本実施形態の画像形成装置１００では、かぶり抑制動作を画像形成終了後の後回転時に行う。

（かぶり検知、かぶり抑制動作）
以下に、かぶり検知のタイミングから、かぶり抑制動作までの一連の流れについて、図６を参照しながら説明する。Ｓ１〜Ｓ５の動作については、上記第一実施形態と同様であるが、Ｓ３、Ｓ５で閾値Ｔ、Ｈを超えていた場合は、閾値Ｔ、Ｈを越えた状態であることを記録し、画像形成を行う（Ｓ１１）。

Ｓ１１の画像形成が終わった後、画像形成終了後の後回転時や、連続画像形成であれば紙間などに、かぶり濃度の確認とかぶり抑制動作を行う（Ｓ６）。Ｓ６〜Ｓ９の動作は、上記第一実施形態と同様である。

（効果）
中間転写ベルト上にて画像濃度を検知する場合においても、本実施形態も上記第一実施形態と同様に、単一のセンサで検出する場合に比べ、複数のセンサ３０１、３０２の検出値を比較演算することによって、かぶりの悪化し始めをより早く検知できる。

また、画像比率５％の画像と所定間隔に画像比率１００％の画像を時折、出力しながら画像形成を行う検討を行った。その結果、従来の画像形成装置では２万枚でかぶりが発生し、上記第一実施形態では４．５万枚でかぶりが発生し、本実施形態では５．３万枚までかぶりを発生させることなく画像形成を行うことができた。

さらに、かぶり抑制動作を画像形成終了後の後回転時に行うことにより、ユーザーがコピー開始ボタンを押してから、出力物が出力される前にかぶり抑制動作に入ることがない。このため、ユーザーが画像形成の信号を入力（コピーボタンを押して）から出力物が出るまでの時間が上記第一実施形態に比べ、早くなる。具体的に、画像形成の信号が入力されてから出力物が出るまでの時間は、上記第一実施形態では、６５．０秒と、かぶり抑制動作が作動すると、大幅に遅くなる。これに対して、本実施形態では、かぶり確認とかぶり抑制動作を画像形成後に変更したことによって、１０．５秒と迅速に画像形成を行い、出力できる。

検知時間が短いタイプのセンサを用い、閾値を変更し、画像形成１枚毎や紙間などにかぶり濃度を確認する構成にすれば、ダウンタイムを極力減らしながら、より確実にかぶりを抑制することができる。

なお、かぶり濃度を検出するタイミングを通常の画像濃度確認時に兼ねて行ってもよい。

［第三実施形態］
次に本発明に係る画像形成装置の第三実施形態について説明する。上記第一実施形態と説明の重複する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

上記実施形態では、感光ドラム１のかぶり濃度を検知していた。本実施形態の画像形成装置は、中間転写ベルト９１の対向部に画像濃度検知センサ３０１、３０２を配置し、中間転写ベルト上の画像のかぶり濃度を検知する。

中間転写ベルト上で画像濃度を確認することは、感光ドラム上で確認するのにくらべ、出力に近い工程にてかぶり濃度を検出しているので、出力物のかぶりを精度よく検出できる。

ＹＭＣＫ全色の画像濃度を像担持体回転軸方向に複数個設置された一組の画像濃度検知センサ３０１、３０２のみで、ＹＭＣＫ全ての色のかぶり濃度を検出できる。このため、各色の感光ドラム１にセンサ３０１、３０２を配置する場合に比べ、センサの数が１／４となり、コストダウンや小型化といったメリットがある。

第一実施形態に係る画像形成装置の構成図である。 プロセスカートリッジの断面図である。 現像器の構成図である。 かぶり検知、かぶり抑制動作のフローチャートである。 制御記録部と周辺の概略図である。 第二実施形態に係るかぶり検知、かぶり抑制動作のフローチャートである。

符号の説明

Ｈ …閾値
Ｌ …画像露光
Ｐ …転写材
ＰＢｋ〜ＰＹ …画像形成部
Ｔ …閾値
ａ …帯電部
ｂ …露光部
ｃ …現像部
ｄ …転写部
ｅ、ｆ …接触部
１ …感光ドラム
２ …帯電ローラ
２ａ …芯金
２ｂ …下層
２ｃ …中間層
２ｄ …表面層
２ｈ …押圧バネ
３ …露光手段
４ …現像器
５ …トナー補給ユニット
６ …トナー帯電制御手段
７ …残留トナー像均一化手段
８ …プロセスカートリッジ
９ …中間転写ユニット
１０ …２次転写ローラ
１１ …中間転写ベルトクリーナ
１１ａ …クリーニングブレード
１２ …給送ローラ
１３ …ローラ定着器
２０ …電源
２１、２２ …電源
３０ …制御記録部
３１ …ＣＰＵ
３２ …メモリ
３３ …時計
３４ …トナー補給制御ユニット
３５ …作像制御ユニット
４０ …現像容器
４１ …現像スリーブ
４２ …現像剤規制ブレード
４３、４４ …攪拌スクリュー
４５ …センサ
４６ …現像剤
４７ …トナー補給開口
５１ …スクリュー
６１、７１ …ブラシ部
９１ …中間転写ベルト
９２ …次転写ローラ
９４ …駆動ローラ
９５ …テンションローラ
９６ …２次転写対向ローラ
１００ …画像形成装置
１３０ …制御回路
３０１、３０２ …画像濃度検知センサ

Claims (9)

1. 感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段と、前記感光体に形成されたトナー像を転写する転写手段と、前記感光体に残留する転写残トナーを前記現像手段にて回収するため転写残トナーを帯電するトナー帯電手段と、を有する画像形成装置において、
   前記感光体の長手方向の異なる位置にて前記感光体上のかぶりトナーの濃度を検知する複数の濃度検知センサを有し、前記複数の濃度検知センサにより検知された濃度差が所定の閾値を超えている場合、前記帯電手段に付着したトナーを清掃するかぶり抑制動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
2. 感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段と、前記感光体に形成されたトナー像を中間転写体に転写する転写手段と、前記感光体に残留する転写残トナーを前記現像手段にて回収するため転写残トナーを帯電するトナー帯電手段と、を有する画像形成装置において、
   前記中間転写体の移動方向に直交する方向の異なる位置にて前記中間転写体上のかぶりトナーの濃度を検知する複数の濃度検知センサを有し、前記複数の濃度検知センサにより検知された濃度差が所定の閾値を超えている場合、前記帯電手段に付着したトナーを清掃するかぶり抑制動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
3. 前記帯電手段の清掃動作を実行するとき清掃電界が印加されることを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
4. 前回の画像形成からの装置の放置時間を計測する計測手段を有し、前記計測手段により計測された放置時間が所定時間を超えている場合、画像形成開始前に前記複数の濃度検知センサによるかぶりトナーの検知動作を実行するか否かを決定することを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
5. 前記計測手段により計測された放置時間が所定時間を超えている場合、所定期間に前記現像手段へ補給されたトナー量に応じて、画像形成開始前に前記複数の濃度検知センサによるかぶりトナーの検知動作を実行するか否かを決定することを特徴とする請求項４の画像形成装置。
6. 感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段と、前記感光体に形成されたトナー像を転写する転写手段と、前記感光体に残留する転写残トナーを前記現像手段にて回収するため転写残トナーを帯電するトナー帯電手段と、を有する画像形成装置において、
   前記感光体の長手方向の異なる位置にて前記感光体上のかぶりトナーの濃度を検知する複数の濃度検知センサを有し、前記複数の濃度検知センサにより検知された濃度差が所定の閾値を超えている場合、前記トナー帯電手段に付着したトナーを清掃するかぶり抑制動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
7. 感光体と、前記感光体を帯電する帯電手段と、画像情報に応じて前記感光体を露光する露光手段と、前記感光体に形成された静電潜像をトナーで現像する現像手段と、前記感光体に形成されたトナー像を中間転写体に転写する転写手段と、前記感光体に残留する転写残トナーを前記現像手段にて回収するため転写残トナーを帯電するトナー帯電手段と、を有する画像形成装置において、
   前記中間転写体の移動方向に直交する方向の異なる位置にて前記中間転写体上のかぶりトナーの濃度を検知する複数の濃度検知センサを有し、前記複数の濃度検知センサにより検知された濃度差が所定の閾値を超えている場合、前記トナー帯電手段に付着したトナーを清掃するかぶり抑制動作を実行することを特徴とする画像形成装置。
8. 前回の画像形成からの装置の放置時間を計測する計測手段を有し、前記計測手段により計測された放置時間が所定時間を超えている場合、画像形成開始前に前記複数の濃度検知センサによるかぶりトナーの検知動作を実行するか否かを決定することを特徴とする請求項６又は７の画像形成装置。
9. 前記計測手段により計測された放置時間が所定時間を超えている場合、所定期間に前記現像手段へ補給されたトナー量に応じて、画像形成開始前に前記複数の濃度検知センサによるかぶりトナーの検知動作を実行するか否かを決定することを特徴とする請求項８の画像形成装置。

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