JP5423346B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に関し、さらに詳しくは、像担持体上に生じるフィルミングの解消および現像剤のリフレッシュ機構に関する。

周知のように、複写機やプリンタあるいは印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体である感光体上に形成された静電潜像が現像装置から供給される現像剤によって可視像処理される。

可視像処理されたトナー像は転写材に転写された後、定着装置による加熱・加圧によってトナーが融解・浸透することで定着されて複写画像とされる。

一方、トナー像転写を終えた感光体は、クリーニング装置により未転写などによる残留トナーや紙粉などの異物を除去され、さらには、残留電荷を除電することが行われる。

クリーニング装置には、感光体表面に当接する部材としてクリーニングブレードやクリーニングブラシが備えられており、感光体表面からの異物の除去が可能になっている、
ところで、クリーニング装置による異物除去に関する問題として、近年要求が高まってきている画像品質向上のために用いられるトナーの小粒径化や真円度による問題、そして放電生成物の堆積によるフィルミングの問題がある。前者の問題は、トナーがブレードをすり抜けた場合にそれが堆積することが原因となる。

後者のフィルミングに関しては次の理由により発生する。
近年、電子写真における作像プロセスの帯電手段に、帯電部材を感光体に接触もしくは近接に配置し、帯電処理を行う帯電装置が多く採用されているが、前記帯電部材にＡＣを印加した場合、コロナ帯電器に比べて発生オゾン量は少ないが、放電生成物による悪影響がある。すなわち感光体表面に放電生成物が付着、俗にいう感光体フィルミングが発生することによって、感光体表面が低抵抗化して潜像の解像力が低下し、ボケ、画像流れ等が発生しやすくなる。更にこのフィルミングはＡＣバイアスが大きくなるほど顕著となる。このような感光体フィルミングの発生は、感光体表面の平滑性が損なわれ、感光体のクリーニング不良を誘発し、経時品質を不安定にさせている。

そこで、従来では、画像形成動作を行いながら現像装置から供給される現像剤を用いて感光体を研磨することでフィルミングを解消する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、フィルミング除去が必要と判断された場合に、感光体の間欠的駆動を行うことあるいは感光体の周速を通常画像形成時よりも低速に設定したうえで、現像装置から供給される現像剤を感光体に付着させてその付着した現像剤をクリーニングする際の研磨によりフィルミングを除去する構成が開示されている。

一方、感光体にベタ画像などの現像剤消費量の多い画像を形成し、現像装置へのトナー補給を行わないようにして現像処理することにより現像装置内の現像剤の置換を行い現像剤をリフレッシュする方法も提案されている（例えば、特許文献２）。

さらに、一葉の記録シートではなく長尺状の連続紙を対象として、常に同じ印刷パターンを印刷するフォーム印刷の場合には、フィルミング解消に際して現像バイアスとは逆極性のバイアスを印加することも提案されている（例えば、特許文献３）。

フィルミングはトナーのみを用いる一成分系現像剤に限らず、トナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤においても発生する。特に、二成分系現像剤を用いた場合、原稿印字率が低いと現像剤中のトナーの消費がほとんど行われない場合があり、これによってキャリアとの摩擦帯電が促進されてトナーの電荷量が大きくなることがある。このため、小粒径トナーを用いるような場合には、トナーの単位重量当たりの電荷量が大きくなることでキャリアに対する静電吸着力が強まり、現像剤中に多くの小粒径トナーが含まれることになる。

キャリア側に吸着されているトナーが多くなると、静電潜像へのトナーの供給がおぼつかなくなる結果、画像濃度低下を引き起こす虞がある。

しかも、同極性に帯電したトナー同士は反撥しやすくなり、現像剤の嵩密度が実際のものと異なることにもなる。この結果、透磁率センサを用いてトナー濃度を管理するような場合には、トナーの密度が低いにも拘わらず、嵩密度が高く、トナー濃度は十分であると判断されて新たなトナー補給が行われないことやトナーの不足によるキャリアの存在により感光体表面の摺擦が発生されてしまうことなどの新たな問題が発生する。

フィルミングの解消を提案している特許文献において、感光体を間欠的に移動させて現像剤の供給によるフィルミングの研磨を行う方式では、感光体の移動開始時での摺擦力が大きくなることで感光体への損傷が広がる虞がある。また、研磨のために二成分系現像剤を用いる際に逆バイアスを印加した場合には、キャリアの飛びが多くなることで現像ロールロック現象が発生しやすくなる。

現像剤のリフレッシュに関しては、新たなトナーの補給を行わない状態で既存の現像剤の消費を行うようになっているだけであることから、新たな現像剤の置換を改めて行うことが必要となる。

これら特許文献に開示されている技術は、いずれもフィルミングの解消と現像剤のリフレッシュとを独立して行うことが前提となっており、使用されるトナーも経時的劣化が進行したものが対象となっている。

フィルミングの解消には、帯電特性や表面性状などに経時劣化を来していないトナー、いわゆる新しいトナーであることが望ましいが、特許文献に開示されている方式では、既存のものを用いるに過ぎないことからフィルミングの解消効率や現像剤のリフレッシュの良好性を期待することができない虞がある。さらに、上記特許文献に開示されている方式では、フィルミング解消のためのサイクルを改めて設定することで画像形成に係る稼働時間以外の稼働時間が多大となる虞もある。

本発明の目的は、上記従来の画像形成装置における問題に鑑み、特別なフィルミング除去サイクルを設けることなく通常の画像形成プロセス内においてフィルミング除去および現像剤のリフレッシュ作業が可能な構成を備えた画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は次の構成よりなる。
（１）一様帯電後に実行される露光により静電潜像が形成される像担持体と、静電潜像を可視像処理する現像剤を有し、該現像剤を前記像担持体に供給する複数の現像剤担持体を備え、そのうちの一つが前記像担持体の移動方向と逆方向に移動する構成を備えた現像装置と、可視像処理されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、転写後の像担持体に残るトナーをクリーニングするクリーニング装置とを備えた画像形成装置において、
前記現像剤の置換に相当するリフレッシュ作業時は、画像形成時と同様に、前記帯電および露光により印字密度が３０〜５０％とされたリフレッシュ、フィルミング除去用の画像を前記像担持体に印字しながら該像担持体を空転させて、該リフレッシュ用の画像を前記現像装置から供給される現像剤およびクリーニング装置を用いることにより像担持体上のフィルミングの除去と現像装置内に現像剤のリフレッシュとを同時に行うことを特徴とする画像形成装置。
（２）前記リフレッシュ作業時には、像担持体の表面電位を地肌かぶりが生じる電位に設定されることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
（３）前記現像装置に用いられる現像剤は、二成分系現像剤が用いられ、該二成分系現像剤で構成される穂によって像担持体表面を研磨することを特徴とする（１）または（２）に記載の画像形成装置。
（４）前記リフレッシュ作業は、画像印字密度が４％以下の画像が所定時間継続して行われることを基準にして開始されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の画像形成装置。
（５）前記リフレッシュ作業は、印刷枚数をＰとし、像担持体の回転数をＲとしたとき、Ｐ／Ｒ≦０．５の関係が成立したときに開始されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の画像形成装置。
（６）前記像担持体を用いた印字プロセス速度が１０００ｍｍ／ｓ以上に設定されていることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の画像形成装置。
（７）前記印字プロセス速度が変更可能であることを特徴とする（６）に記載の画像形成装置。

本発明によれば、リフレッシュとフィルミング除去とを通常の画像形成プロセスと同様な処理を用いて同時に行うことができる。特に、リフレッシュ作業時に形成される画像の印字密度を３０〜５０％として形成することにより、全ベタ画像の場合のように、リフレッシュ時の画像が記録媒体には転写されないことにより多くの現像剤がクリーニング装置に作用するのを防止しながら現像剤によるフィルミングの研磨とトナーの消費によるリフレッシュを行うことができる。

しかも、フレッシュ作業時での像担持体の表面電位が地肌かぶりを生じる値に設定されているので、トナーを故意にかぶらせることによってトナーのリフレッシュを促進することができる。

さらに、印刷密度が低い画像形成が所定時間連続した場合をリフレッシュ作業開始時期としているので、低密度印字が連続した場合に発生する、トナーの置換が行われない状態を解消してトナーのリフレッシュを促進することができる。

また、印刷枚数と像担持体の回転数との比を設定することにより像担持体の回転数に対して印刷頁数が少ない場合に空転が多くなることが原因する現像剤他の置換機会が少なくなるのを解消することができる。さらに印字プロセス速度を高められることを利用して、現像剤がフィルミングに接触する機会を多くしてフィルミングの解消を促進することができる。

本発明による画像形成装置の構成を説明するための模式図である。 図１に示した画像形成装置に用いられる作像部の拡大図である。 図１に示した画像形成装置で実施されるリフレッシュ作業の手順を実行する制御部の構成を説明するためのブロック図である。 本発明による画像形成装置の第１実施例で実行される作業手順を説明するためのフローチャートである。 本発明による画像形成装置の第２実施例で実行される作業手順を説明するためのフローチャートである。 本発明による画像形成装置に用いられる現像装置に装備されている現像ローラの回転スピードとフィルミングの発生状態との関係を説明するための線図である。

以下、図面により本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明による画像形成装置１００の全体構成を示す模式図であり、同図において、画像形成装置１００は、感光体１の回転方向に沿って帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写部５及びクリーニングブラシ６などが配置されている。
帯電装置２により像担持体である感光体１の表面に一様に電荷が付与された後、画像データに応じて露光装置３により感光体１の表面にレーザ光が照射される。

以上のような構成において、感光体１の表面に静電潜像が形成され、現像機４により現像されて、感光体１の表面にトナー像が形成される。
感光体１としては、セレン感光体、有機感光体（ＯＰＣ）、アモルファス・シリコン（ａ‐Ｓｉ）等のプラス帯電感光体が用いられている。

感光体１の現像方式は反転現像方式であり、トナーの帯電極性はプラス極性である。

連続紙７は搬送装置８〜１２により転写部５に向けて搬送され、転写部５により連続紙７上にトナー像が転写される。
連続紙７上のトナー像は、プレヒータ１３を通過する時に、トナー樹脂の転移温度付近まで加熱された後、ヒータを内蔵した加熱ローラ１４とバックアップローラ１５からなる定着機１６によりトナー像は紙媒体７に溶融固着される。定着後の記録用紙Ｐは装置外へ排出される。

また、転写後の感光体ドラム１は、クリーニングブラシ６によりドラム表面に付着するトナー等が除去された後、図示しないブロアで吸引し、サイクロンフィルターおよび、廃トナーボックスに送られる。その後、感光体は図示しない除電ランプにより電荷を除電される（０Ｖ状態になる）。

図１に示されている画像形成装置の印写部を拡大したのが図２である。
図２において、この画像形成装置１００は、絶縁性トナーと磁性キャリアからなる二成分系現像剤によって感光体に形成された静電潜像を可視像処理する構成であり、摩擦帯電によりトナーを正極性にキャリアを負極性にそれぞれ帯電させるようになっている。以下に、二成分現像剤を使用して画像形成を行う場合について説明する。
現像装置４は、現像剤撹拌部１９と搬送ロール１７、現像ロール４ａ，４ｂ、４ｃからなり、現像剤は現像剤攪拌部材１９により、現像装置内に収容されている二成分現像剤のトナーとキャリアが攪拌されるとともに摩擦帯電されるようになっている。現像ロール４ａ、４ｂ、４ｃには、内部にマグネットが固定配設されて現像ロール４ａのみ感光体１と同方向に、４ｂ、４ｃは感光体と逆方向に回転する。現像剤２０が搬送ロール１７から現像ロール４ｂに移り、感光体１と現像ロールの間に送り出す現像剤量を規制板２４にて規制し、規制板２４と現像ロール４ａ、４ｂのそれぞれのドクタギャップによって現像剤量が規制される。

現像ロールには図示しない高圧電源から現像バイアス電圧（ＶＢ）が印加されるように構成される。
さらに、この現像装置４には、キャリアとトナーの割合であるトナー濃度を検知して、トナー濃度が基準値からずれると、随時トナーホッパ１８からトナーが適時補給されるようになっている。
そして、上記二成分現像剤を使用して、次のような条件で現像を行うことができる。
すなわち、７００Ｖの表面電位になるように帯電された感光体ドラム１に光像を露光して残留電位が５０Ｖの静電潜像を形成し、３５０Ｖの現像バイアス電圧を印加した状態で現像を行うことにより、現像ロール４ａ（スリーブ）上にキャリアによる磁気ブラシにて保持された負極性のトナーが、その潜像部分のみに静電吸着される。
これにより、二成分現像剤を用いた反転現像が行われ、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。

以上のような構成を対象として、本発明者は、以下の条件に基づきフィルミングの解消状態について実験した。この実験を行うための構成として、図３に示す制御部１０１が用いられている。

図３において制御部１０１は、入力側に感光体回転数計１０２および印刷枚数カウンタ１０２が接続され、出力側には、帯電装置５、露光装置３、および現像装置４が接続されている。

出力側に接続されている帯電装置５は、リフレッシュ作業時での感光体の表面電位を通常の画像形成時とは異なり、地肌かぶりが生じる電位に設定できるようになっており、露光装置３は画素密度を設定するために用いられ、さらに現像装置４は、現像スピードを変更できる制御が実行されるようになっている。なお、以下の説明において現像装置を現像機と称し、クリーニング装置を清掃機と称する場合があることを前置きしておく。
画像形成装置１００での印字プロセス速度は、１１６８ｍｍ／ｓ（４６ｉｎｃｈ／ｓ）に設定され、現像マグロールの回転数として、５７１ｒｐｍ、６６３ｒｐｍ、７４８ｒｐｍの３条件を設定し、表面電位７００Ｖ、バイアス電位３５０Ｖで、トナー濃度４％程度で、２０ｋｐ（２万枚）印刷を行い、形成された画像の顕微鏡撮影を行い、その画像の輝度をある閾値以下の点をフィルミングとみなし、面積率を求めたのが図６である。

横軸は感光体オペレーション側からの距離を示している。この結果から、周速が速い程、フィルミング面積率が少なく研磨効果が大きいことがわかった。特に、現像ロールの周速が高いほうがよいことがわかる。

しかし、９００ｒｐｍを超えるとキャリアとびが多くなるので、５００〜８００ｒｐｍが望ましい。
ここで、像担持体を停止して、ブラシと現像ロールのみをまわす実験をしたが、３分ほどの空転で目に見えるフィルミングがブラシとマグロールの位置に発生した。
像担持体に対してブラシもマグロールも停止させてはいけないことがわかった。

つまり、空転させる時はマグロールの周速を早くし、像担持体も清掃機も通常通り回転させたほうが、フィルミングのかきとり効果があることがわかる。

現像機の現像ロールが複数あっても、順回転の場合は、像担持体と現像ロールの間陵では速度ベクトル同じ方向なので、剤担持体の研磨効果はないことが明らかである。このため、図１に示した画像形成装置においては、複数の現像ロールの一つを感光体１との対向位置で感光体１の移動方向と逆方向に移動するようにしているので、現像剤による研磨作用が効率よく行えることが判る。

次に、本発明の実施例としてフィルミング解消およびリフレッシュ作業に関する手順を実施例として説明する。
（実施例１）
画像形成装置の原理は前に述べてあるので、ここではフィルミング掻き取り（解消）とリフレッシュのシーケンスだけ述べる。
図４において、電源ＯＮ時には、定着機が所定の温度になるまで、現像剤カウンタが０ならば、新品なので、通常イニシャライズを行う（Ｓ１，Ｓ２）。
現像剤カウンタが０ではないときは、画像密度を計測し、直前１００００ページの平均印字密度を算出し（Ｓ３）、予めメモリしてあり値である４％以下であれば、トナーリフレッシュフィルミング除去を開始する時期として判断し、そのために４０％ハーフトンの潜像をつくり、１分間空転する。

像担持体（感光体１）に形成された静電潜像を現像し、現像機内トナーの入れ替えを行う。残りの時間はフィルミング除去のための空転を行う（Ｓ５）。

印字密度５％以上の時は十分トナーが入れ替わっているので、リフレッシュモードもフィルミング除去も行わない（Ｓ６）。
上記手順を用いることにより、３０００００ページ印刷してもフィルミングは観測されなかった。
（実施例２）
間欠印刷時の場合は、図５のフローチャートに示す手順が用いられる。なお、手順内容において図４に示した内容と同じである場合には同じステップ表示を行うことを前置きしておく。
電源ＯＮ時には、定着機が所定の温度になるまで、現像剤カウンタが０ならば、新品なので、通常イニシャライズを行う（Ｓ１，Ｓ２）。
印刷が開始されると、直前の１００００頁の平均画像印字密度と像担持体の回転数Ｒと印刷ページ数Ｐの比を（Ｐ／Ｒ）、割り出す。
割り出された値が、予め設定されている関係式（Ｐ／Ｒ≧０．５）と比較する（Ｓ７）。

ステップＳ７において、Ｐ／Ｒ≧０．５の時は、短いジョブの連続であり、印刷密度が高くても、見かけ上、低密度印字となる。この時も前述した場合と同様に、リフレッシュ作業開始時期として判断し、４０％ハーフトンの潜像を形成したうえで１分間空転する。これにより、像担持体に現像処理を施すことにより、現像機内トナーの入れ替えを行う。

現像機内のトナーの入れ替えと同時に供給される現像剤を用いてフィルミングの研磨が行われる。

ステップＳ７において、Ｐ／Ｒ≧０．５のときは通常印刷を続ける（Ｓ６）。
上記手順を用いることにより、３０００００ページ印刷してもフィルミングは観測されなかった。

実施例１，２には低密度印字の時と間欠印刷場合を書いたが、低密度印字と間欠印字が連続していることに関してこの判別を一緒に行い、この結果に応じてトナーリフレッシュとフィルミング研磨を行うこともできる。

１分間空転するのは４０％密度ならばプロセススピード１０００ｍｍ／ｓ以上の速さの機械なら、現像機内のトナーを入れ替えるのに十分な長さであるからである。
（実施例３）
図１の機械で、プロセス速度が可変の場合は、１１６８ｍｍ／ｓ（４６ｉｎｃｈ／ｓ）、１４２２ｍｍ／ｓ（５６ｉｎｃｈ／ｓ）の２種類のプロセス速度で稼動できる機械では、トナーリフレッシュ時には速いほうの１４２２ｍｍ／ｓのプロセススピードの時の現像ロール回転数、清掃機の条件で空転をかける以外は実施例１，２と同じである。３種類以上プロセス速度を変えられる場合は、一番速いプロセススピードの時の現ロール回転数、清掃機の条件を選択する。
（実施例４）
図１の機械で、リフレッシュ、フィルミング除去動作時は、表面電位とバイアス電位の差を小さくすることにより、かぶり電位にして、トナーを消費する方法もある。たとえば、通常印刷の時は表面電位７００Ｖ、バイアス電位３５０Ｖであるが表面電位５００Ｖ、バイアス電位３５０Ｖとして空転する方法もある。この方法だと、キャリア飛びを、ある程度防ぎながら空転できる。それ以外は実施例１，２と同じである。

１ 感光体
３ 露光装置
４ 現像装置
５ 帯電装置
１００ 画像形成装置
１０１ 制御部
１０２ 感光体回転数計
１０３ 印刷枚数カウンタ

特開平１１−５２７８９号公報 特開２００７−２７１８７１号公報 特開２００９−１９２８２１号公報

Claims (7)

1. 一様帯電後に実行される露光により静電潜像が形成される像担持体と、静電潜像を可視像処理する現像剤を有し、該現像剤を前記像担持体に供給する複数の現像剤担持体を備え、そのうちの一つが前記像担持体の移動方向と逆方向に移動する構成を備えた現像装置と、可視像処理されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、転写後の像担持体に残るトナーをクリーニングするクリーニング装置とを備えた画像形成装置において、
   前記現像剤の置換に相当するリフレッシュ作業時は、画像形成時と同様に、前記帯電および露光により印字密度が３０〜５０％とされたリフレッシュ、フィルミング除去用の画像を前記像担持体に印字しながら該像担持体を空転させて、該リフレッシュ用の画像を前記現像装置から供給される現像剤およびクリーニング装置を用いることにより像担持体上のフィルミングの除去と現像装置内に現像剤のリフレッシュとを同時に行うことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記リフレッシュ作業時には、像担持体の表面電位を地肌かぶりが生じる電位に設定されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像装置に用いられる現像剤は、二成分系現像剤が用いられ、該二成分系現像剤で構成される穂によって像担持体表面を研磨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。
4. 前記リフレッシュ作業は、画像印字密度が４％以下の画像が所定時間継続して行われることを基準にして開始されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
5. 前記リフレッシュ作業は、印刷枚数をＰとし、像担持体の回転数をＲとしたとき、Ｐ／Ｒ≦０．５の関係が成立したときに開始されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体を用いた印字プロセス速度が１０００ｍｍ／ｓ以上に設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の画像形成装置。
7. 前記印字プロセス速度が変更可能であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。

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