JP6332157B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真法を用いた画像形成装置に関するものであり、特に、感光体ドラムの表面を接触状態で帯電させる帯電部材を備えた画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置には、感光体ドラム（像担持体）表面を帯電させるために帯電装置が用いられている。帯電装置としては、感光体ドラムと非接触に配置し、コロナ放電により感光体ドラムの表面を帯電させるコロトロン（若しくはスコロトロン）帯電装置と、感光体ドラムに接触して配置されて感光体ドラムを帯電する帯電ローラー等の帯電部材を用いる接触式の帯電装置と、が知られている。しかし、近年、人体に有害なオゾンの排出量を減らすため、オゾン排出量がより少ない接触式の帯電装置が採用されることが多くなっている。

これらの感光体ドラムを用いた画像形成装置においては、その特性から、使用条件によっては画像がかすれたようになったり、或いは画像の周囲が滲んだようになったりする、いわゆる画像流れが発生しやすいことが知られている。画像流れの発生要因は、帯電装置を用いて感光体ドラム表面の帯電を行うと、帯電装置の放電によりオゾンが発生する。このオゾンにより空気中の成分が分解され、ＮＯｘやＳＯｘ等のイオン生成物が生成される。このイオン生成物は水溶性であることにより、感光体ドラムに付着し、感光体ドラム表面の０．１μｍ程度の粗さ構造内に入り込むために、汎用機で使用されるクリーニングシステムでは取り除くことができず、さらに、これらが大気中の水分を取り込むことで感光体ドラム表面の抵抗が低下する。これにより、感光体ドラム表面に形成された静電潜像のエッジ部で電位の横流れが起こり、その結果、画像流れを生じることがある。この現象は、特にブレード等による表面磨耗が少なく、感光体表面の分子構造が水分を吸着しやすいアモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉと記す）感光体ドラムにおいて顕著である。

上記のような画像流れは、一般に研磨材を含むトナーを感光体ドラム表面に吐出し、研磨部材に供給して感光体ドラム表面を研磨することで解消可能である。例えば特許文献１には、感光体ドラムの表面を回転軸方向に区分して区分ごとに形成されたトナー像のカバレッジ（印字率）を部分カバレッジとして算出し、算出された部分カバレッジが予め設定されたカバレッジよりも小さい区分に対応する感光体ドラムの表面の非画像形成領域にトナー強制排出用パターンのトナー像を形成することにより、形成されるトナー像の形状によらず画像流れの発生を抑える技術が開示されている。

特開２０１２−１７７７２１号公報

ところで、上記の画像流れは、感光体ドラム表面に接触している帯電ローラー等のゴム部材中の導電剤や、ゴム部材の成形時に添加されたプロセスオイル（可塑剤）がブリード（染出）して感光体ドラムに移行することでも発生する。特に、高温高湿環境下における装置の停止時に帯電ローラー表面にプロセスオイルがブリードし易いことが知られている。

トナー像の形成後に感光体ドラム表面に残存する廃トナーを研磨部材に再供給できる研磨システムを備えた画像形成装置では、画像流れの発生要因として感光体ドラム表面の研磨不足よりも帯電ローラーからのプロセスオイルのブリードが支配的になる場合がある。その場合、特許文献１のように印字率に基づくトナー吐出では不必要なトナー吐出を行いトナーの浪費につながるおそれがあった。

本発明は、上記問題点に鑑み、像担持体に接触する帯電部材により帯電される像担持体表面にトナーを強制吐出して研磨するリフレッシュモードを実行する際の、不必要なトナー吐出を抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電部材と、現像装置と、転写部材と、クリーニング装置と、機内温湿度検知センサーと、制御部と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、静電潜像が形成される。帯電部材は、像担持体に接触して像担持体を帯電する。現像装置は、像担持体表面に対向配置されるトナー担持体を有し、トナー担持体から像担持体表面に外添剤を含むトナーを供給する。転写部材は、現像装置により形成されたトナー像を記録媒体に転写する。クリーニング装置は、転写部材により記録媒体にトナー像が転写された後の像担持体表面の残留トナーを回収する。機内温湿度検知センサーは、画像形成装置内部の温度および湿度を検知する。制御部は、像担持体、帯電部材、現像装置、およびクリーニング装置を含む装置各部の動作を制御する。制御部は、機内温湿度検知センサーにより検知された温度および湿度が所定値以上である場合、トナー担持体から像担持体表面にトナーを吐出するとともに、吐出されたトナーをクリーニング装置により回収するドラムリフレッシュモードを実行可能であり、帯電部材への外添剤の付着量に基づいてドラムリフレッシュモードの実行時におけるトナー吐出量を決定する。

本発明の第１の構成によれば、省電力モードからの復帰時にドラムリフレッシュモードが実行される際、帯電部材への外添剤の付着量に基づいてトナー吐出量が決定される。その結果、画像流れの解消に必要な最小限のトナーを吐出することができ、不必要なトナーの消費を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の全体構成を示す概略図 図１における感光体ドラム２周辺の概略拡大断面図 本発明の画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 本実施形態の画像形成装置１００において実行されるドラムリフレッシュモードにおける感光体ドラム２、帯電ローラー３０及び現像ローラー５ａの回転を示す図 本実施形態の画像形成装置１００の制御手順の一例を示すフローチャート 図５の制御手順のタイミングチャート 実施例１における、印字枚数と帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量との関係を示すグラフ 実施例１における、累積印字率と帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量との関係を示すグラフ 実施例２における、帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量と、画像流れの解消に必要なトナー吐出量との関係を示すグラフ

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の概略断面図である。画像形成装置１００内には画像形成部Ｐが配設されている。この画像形成部Ｐは、帯電、露光、現像及び転写の各工程により所定の画像を形成する。

画像形成部Ｐには、可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム２が配設されており、感光体ドラム２上に形成されたトナー像が、シート（記録媒体）６上に転写され、さらに、定着装置７においてシート６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。感光体ドラム２を図１において時計回り方向に回転（正回転）させながら、感光体ドラム２に対する画像形成プロセスが実行される。

次に、画像形成部Ｐについて詳細に説明する。回転可能に配設された感光体ドラム２の周囲及び上方には、感光体ドラム２を帯電させる帯電装置３と、感光体ドラム２に画像情報を露光する露光装置４と、感光体ドラム２上にトナー像を形成する現像装置５と、感光体ドラム２上に残留した現像剤（トナー）を回収するクリーニング装置９と、感光体ドラム２上の残留電荷を除去する除電装置１０と、が設けられている。

先ず、帯電装置３によって感光体ドラム２の表面を均一に帯電させ、次いで露光装置４によって光照射し、感光体ドラム２上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像装置５は、感光体ドラム２と対向して配置された現像ローラー５ａを有し、現像装置５には、磁性キャリアとトナーとを含む磁性二成分現像剤（以下、単に現像剤とも言う）が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって現像装置５内に充填された現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ１１から現像装置５にトナーが補給される。このトナーは、所定の現像バイアスが印加された現像ローラー５ａにより感光体ドラム２表面に供給され、静電的に付着する。これにより、露光装置４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

トナー像が転写されるシート６は、シート６を収納する複数の給紙カセット１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）１２ｄに収容されている。シート６は、給紙ローラー１３、レジストローラー対１４を介して、トナー像が形成された感光体ドラム２に向けて搬送される。

このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、シート６の所定位置にトナー像が転写されるように感光体ドラム２上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム２の下部において、所定の転写バイアスが印加された転写ローラー１７で電界付与することにより、感光体ドラム２上のトナー像がシート６上に転写される。

トナー像が転写されたシート６は、定着装置７へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム２は、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、感光体ドラム２の表面に残留したトナーがクリーニング装置９により回収される。また、感光体ドラム２の表面の残留電荷が除電装置１０によって除去される。定着装置７に搬送されたシート６は、定着ローラー対７ａにより加熱及び加圧されてトナー像がシート６の表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成されたシート６は、その後排出ローラー対１８によって排出トレイ１９に排出される。

図２は、図１における感光体ドラム２周辺の概略拡大断面図である。なお、図２において、直線矢印方向は、シート６の搬送方向を示す。図１と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。感光体ドラム２は、例えばアルミニウム素管等から成る円筒状の金属基体の表面に、感光層として正帯電性のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層が形成されたアモルファスシリコンドラムを用いることができる。本実施形態では、直径３０ｍｍのアルミニウム素管の外周面に膜厚２０μｍのアモルファスシリコン層が形成された感光体ドラム２を用いている。また、感光体ドラム２は、図示しない駆動ギアを介してメインモーター４５と連結されることにより、正方向（図２の時計回り方向）および逆方向（図２の反時計回り方向）に回転するようになっており、画像形成時には正方向に回転（正回転）する。

感光体ドラム２の上方には帯電装置３が配置されている。帯電装置３は、感光体ドラム２に当接して従動回転し、感光体ドラム２の表面を帯電する帯電ローラー３０と、帯電ローラー３０に当接して回転駆動され、帯電ローラー３０の外周面を清掃するクリーニングブラシ３１とを有する。

帯電ローラー３０は、金属製の芯金３０ａの外周面に半導電性の弾性材料で形成された弾性層（ゴム層）３０ｂを有している。本実施形態では、直径６ｍｍの芯金３０ａの外周面に、体積抵抗値３×１０⁷Ω、ゴム硬度（ＪＩＳ硬度）４０のエピクロルヒドリンゴム層と、エピクロルヒドリンゴム層の表面に積層されたポリアミド樹脂から成る厚さ５μｍの塗膜とで構成される、表面硬度（ＪＩＳ硬度）４１の弾性層３０ｂが形成された導電性ゴムローラーを用いている。帯電ローラー３０は、帯電装置３の筐体に回転可能に支持されている。また、帯電ローラー３０は、感光体ドラム２に所定のニップ圧で圧接されており、感光体ドラム２に従動して回転するようになっている。

また、画像形成時、帯電ローラー３０にはトナーと同極性（正極性）の帯電バイアスが印加される。具体的には、帯電ローラー３の芯金３ａは、バイアス制御回路４１（図３参照）を介して帯電バイアス電源４２と電気的に接続され、帯電バイアス電源４２から帯電ローラー３０に対して交流電圧を重畳した直流電圧から成る帯電バイアスが印加される。この帯電バイアスの印加によって帯電ローラー３０の弾性層３０ｂの抵抗に応じて流れる電流により、感光体ドラム２表面を帯電することができる。ここでは、帯電バイアスを、直流電圧Ｖｄｃ＝６５０Ｖ、該直流電圧に重畳する交流電圧のＶｐｐ＝１．２ｋＶ、周波数Ｖｆ＝１．５ｋＨｚに設定している。これにより、感光体ドラム２の表面は正極性（３００Ｖ）に帯電される。

クリーニングブラシ３１は、回転軸の外周面に導電性のナイロン等の樹脂で形成されたブラシ部が突出しており、ブラシ部を帯電ローラー３０の外周面に接触させた状態で回転することにより帯電ローラー３０に付着しているトナーや紙粉等を除去するものである。クリーニングブラシ３１の回転軸の一端には感光体ドラム２の回転軸に設けられた出力ギア（図示せず）と連結される入力ギア（図示せず）が固定されており、感光体ドラム２の回転駆動力によって、帯電ローラー３０に対し所定の線速差をもって帯電ローラー３０との対向面において同一方向に回転（ウィズ回転）する。なお、クリーニングブラシ３１に代えて、ゴムや樹脂製のスポンジ状のローラーから成るクリーニングローラーを用いてもよい。

現像装置５は、感光体ドラム２に対向して配置される現像ローラー５ａと、現像ローラー５ａに隣接して配置される磁気ローラー５ｂと、トナーコンテナ１１（図１参照）から供給されるトナー（正帯電トナー）を磁性キャリアと混合して攪拌、搬送し、帯電させる攪拌搬送部材５ｃがそれぞれ回転可能に配設されている。現像ローラー５ａ及び磁気ローラー５ｂは、それぞれの回転軸周りに関して図２の反時計回り方向に回転する。

現像ローラー５ａには、直流電圧及び交流電圧が重畳して印加され、磁気ローラー５ｂには、直流電圧が印加される。これらの直流電圧及び交流電圧は、現像バイアス電源４３からバイアス制御回路４１を経由して現像ローラー５ａ及び磁気ローラー５ｂに印加される。本実施形態では、現像バイアスとして現像ローラー５ａには１５０Ｖの直流電圧と、ピークツーピーク値が１．５〜２．０ｋＶ、周波数４．５ｋＨｚ、デューティー比４３％の矩形波の交流電圧とが印加される。また、磁気ローラー５ｂには２００〜４００Ｖの直流電圧が印加される。

現像装置５の動作について説明すると、攪拌搬送部材５ｃによって、現像剤が攪拌されつつ軸方向（図２の紙面と垂直な方向）に搬送され、現像装置５内を循環する。これにより、現像装置５内のトナーが帯電される。帯電された現像剤は磁気ローラー５ｂに搬送され、磁気ローラー５ｂ上に磁気ブラシ（図示せず）を形成する。磁気ローラー５ｂ上の磁気ブラシは穂切りブレード５ｄによって層厚規制された後、磁気ローラー５ｂと現像ローラー５ａとの対向部分に搬送され、磁気ローラー５ｂに印加される直流電圧と現像ローラー５ａに印加される直流電圧との電位差ΔＶ、及び磁界によって現像ローラー５ａ上にトナー薄層を形成する。

現像ローラー５ａ上のトナー層厚は現像剤の抵抗や磁気ローラー５ｂと現像ローラー５ａとの回転速度差等によっても変化するが、ΔＶによって制御することができる。ΔＶを大きくすると現像ローラー５ａ上のトナー層は厚くなり、ΔＶを小さくすると薄くなる。現像時におけるΔＶの範囲は一般的に１００Ｖ〜３５０Ｖ程度が適切である。

また、現像剤中のトナーは、トナー母粒子に１種以上の外添剤を添加したものである。トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含有し、粉砕分級法、溶融造粒法、スプレー造粒法、重合法等の公知の方法で製造される。外添剤としては、シリカ、酸化チタン、アルミナ等の無機酸化物、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸等が挙げられる。外添剤の添加量は、トナー母粒子１００重量部に対して、通常０．１〜５重量部である。

また、転写ローラー１７の芯金１７ａは、バイアス制御回路４１を介して転写バイアス電源４４と電気的に接続され、画像形成時、転写バイアス電源４４から転写ローラー１７に対してトナーとは逆極性である負極性の転写バイアスが印加される。また、後述するブリード汚染防止モード、及びドラムリフレッシュモードでは、転写ローラー１７に対して、転写バイアスとは逆極性である正極性のバイアス（転写逆バイアス）が印加される。

クリーニング装置９には、感光体ドラム２表面の残留トナーや外添剤を除去するためのクリーニングブレード２２と、感光体ドラム２表面の残留トナーを除去するとともに感光体ドラム２表面を摺擦して研磨する摺擦ローラー２３と、クリーニングブレード２２及び摺擦ローラー２３によって感光体ドラム２表面から除去されたトナーをクリーニング装置９の外部に排出する回収スクリュー２４と、が設けられている。

クリーニングブレード２２は、感光体ドラム２の表面に当接する先端部が感光体ドラム２の正回転方向（図２の時計回り方向）に対し上流側に向くように（カウンターとなるように）配置されている。クリーニングブレード２２としては、例えばＪＩＳ硬度が７８°、厚さ１．２ｍｍのポリウレタンゴム製のブレードが用いられ、その当接点において感光体ドラム２の接線方向に対し所定の角度で取り付けられている。なお、クリーニングブレード２２の材質及び硬度、寸法、感光体ドラム２への食い込み量及び圧接力等は、感光体ドラム２の仕様に応じて適宜設定される。

摺擦ローラー２３は、感光体ドラムの正回転方向に対しクリーニングブレード２２の上流側において、感光体ドラム２に所定の圧力で圧接されており、図示しない駆動手段により感光体ドラム２との当接面において同一方向に回転（ウィズ回転）する。摺擦ローラー２３の線速は感光体ドラム２の線速よりも速く（ここでは１．２倍）設定されている。摺擦ローラー２３としては、例えば金属シャフトの周囲にローラー体としてＥＰＤＭゴム製でアスカーＣ硬度５５°の発泡体層を形成した構造が挙げられる。ローラー体の材質としてはＥＰＤＭゴムに限定されず、他の材質のゴムや発泡ゴム体であっても良く、アスカーＣ硬度が１０〜９０°の範囲のものが好適に使用される。

また、クリーニング装置９には、摺擦ローラー２３表面のトナーを所定の層厚とするためのスクレーパー２５や、スクレーパー２５によって層規制された余剰のトナーを保持する保持部２６、保持部２６に保持されたトナーを摺擦ローラー２３に再供給するウレタンフォーム製の発泡ローラー２７、クリーニング装置９内の廃トナーが外部に漏出するのを防止するためのウレタンシール（図示せず）等も設けられている。

図３は、本発明の画像形成装置１００に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１００を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１００全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

画像入力部４０は、画像形成装置１００にパーソナルコンピューター等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部４０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

バイアス制御回路４１は、帯電バイアス電源４２、現像バイアス電源４３、及び転写バイアス電源４４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させるものであり、これらの各電源はバイアス制御回路４１からの制御信号によって、帯電バイアス電源４２は帯電装置３内の帯電ローラー３０に、現像バイアス電源４３は現像装置５内の現像ローラー５ａ及び磁気ローラー５ｂに、転写バイアス電源４４は転写ローラー１７に、それぞれ所定のバイアスを印加する。

メインモーター４５はギア列を介して感光体ドラム２、現像装置５、転写ローラー１７、定着装置７、及び装置各部の搬送ローラー等に連結されており、制御部９０からの制御信号に基づいて装置各部を駆動させる。

機内温湿度センサー４７は、画像形成装置１００内部の温度及び湿度を常に検知している。検知結果は後述するＩ／Ｆ９６を介して制御部９０に送信される。

操作部５０には、液晶表示部５１、各種の状態を示すＬＥＤ５２が設けられており、画像形成装置１００の状態を示したり、画像形成状況や印字部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１００の各種設定はパーソナルコンピューターのプリンタードライバーから行われる。

その他、操作部５０には、画像形成を開始するようにユーザーが指示するスタートボタン、画像形成を中止する際等に使用するストップ／クリアボタン、画像形成装置１００の各種設定をデフォルト状態にする際に使用するリセットボタン等が設けられている。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き自在の記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１００内の各装置に制御信号を送信したり操作部５０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。また、制御部９０は、装置本体内部の任意の場所に配置可能である。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１００の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１００の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１００の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１００の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。

また、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、後述するドラムリフレッシュモードの実行の要否を決定するための温湿度の閾値、感光体ドラム２の逆回転及び正回転のタイミングや線速を制御するためのプログラムや、後述するようにトナーを現像ローラー５ａから感光体ドラム２表面に供給するための現像バイアス値や、現像バイアスの印加及び印加停止タイミング、帯電ローラー３０に印加する帯電バイアス、帯電逆バイアスやそれらの印加及び印加停止タイミング、転写ローラー１７に印加する転写バイアス、転写逆バイアスやそれらの印加及び印加停止タイミング等も記憶される。

さらに、ＲＡＭ９３（或いはＲＯＭ９２）には、帯電ローラー３０への外添剤の付着量に基づいてドラムリフレッシュモードにおけるトナー吐出量を決定するための、帯電ローラー３０への外添剤の付着量と相関性の高い累積印字率とトナー吐出量とを関連付けたトナー吐出量決定テーブル等も記憶される。

一時記憶部９４は、画像入力部４０より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印字枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、画像形成装置１００における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部Ｐ、露光装置４、定着装置７、転写ローラー１７、機内温湿度センサー４７、バイアス制御回路４１、操作部５０等が挙げられる。

本発明の画像形成装置１００では、画像形成装置１００が所定時間印字動作を行わなかった場合、装置各部への電力供給を制限する省電力モード（スリープモード）から復帰する際に、機内温湿度センサー４７により検知された温度及び湿度に応じて、感光体ドラム２表面の水分や汚染物質を除去するドラムリフレッシュモードを実行することとしている。以下、本発明の特徴部分であるドラムリフレッシュモードについて詳細に説明する。

機内温湿度センサー４７により検知された温度及び湿度が所定値以上である場合、図４（ａ）に示すように、帯電ローラー３０に帯電バイアスを印加せずに感光体ドラム２を正回転させる。略同時に、現像ローラー５ａに画像形成時と同様の現像バイアスを印加する。これにより、トナーＴが感光体ドラム２に吐出される。吐出されたトナーＴは感光体ドラム２表面の水分や汚染物質を吸収する。このとき、感光体ドラム２の外周面全域の水分や汚染物質を吸収するために、感光体ドラム２の周方向におけるトナーＴの吐出長を、感光体ドラム２の外周長分（１周分）以上とすることが好ましい。

さらに感光体ドラム２が正回転を続けると、感光体ドラム２表面に吐出されたトナーＴは、感光体ドラム２と転写ローラー１７とのニップを通過する。このとき、転写ローラー１７には画像形成時に印加される転写バイアスと逆極性（トナーと同極性）である転写逆バイアスが印加されているため、トナーＴは、図４（ｂ）に示すように、転写ローラー１７に付着することなくニップを通過してクリーニング装置９に到達し、クリーニング装置９の摺擦ローラー２３に付着する。摺擦ローラー２３に付着したトナーＴはスクレーパー２５によって層規制されるため、摺擦ローラー２３には常に一定量のトナーＴを保持させことができる。また、スクレーパー２５によって層規制された後の余剰のトナーＴは保持部２６に保持される。

トナーＴの吐出が終了した後、感光体ドラム２を所定回転数だけ回転させるエージング動作（空回し）を行うことにより、摺擦ローラー２３はトナーＴを感光体ドラム２に擦り付けながら感光体ドラム２表面を研磨する。保持部２６に保持されたトナーＴは発泡ローラー２７によって汲み上げられ、摺擦ローラー２３に再供給される。これにより、現像ローラー５ａからのトナーＴの吐出が終了した後も摺擦ローラー２３にトナーＴを継続して供給することができる。摺擦ローラー２３により感光体ドラム２に擦り付けられたトナーＴはクリーニングブレード２２によって回収される。

また、この一連の動作においては、感光体ドラム２の線速を、画像形成時における線速（ここでは１３８ｍｍ／ｓｅｃ）に対して１．５倍（ここでは２０８ｍｍ／ｓｅｃ）とする。これにより、単位時間当たりのトナー付着面積が広くなるため、感光体ドラム２表面の水分除去に要する時間、即ちドラムリフレッシュモードの実行時間を短縮することができる。また、このときの感光体ドラム２の線速はより速い（例えば、画像形成時における線速の１．５倍よりも速い）ことが望ましい。

前述したように、帯電ローラー３０の弾性層３０ｂには、導電剤や成形時に添加されるプロセスオイル等のブリード物が含まれている。これらのブリード物は、高温高湿環境下で画像形成装置１００を停止させたとき、弾性層３０ｂの表面にブリードし、感光体ドラム２の表面に移行することで画像流れ等の不具合が発生する原因となるおそれがある。

一方、印字動作を繰り返すことにより、感光体ドラム２の表面にはトナーに含まれる外添剤が徐々に付着する。感光体ドラム２の表面に付着した外添剤は、感光体ドラム２に接触しながら従動回転する帯電ローラー３０に移行する。その結果、帯電ローラー３０の表面に外添剤が徐々に付着する。

帯電ローラー３０の表面に付着した外添剤は、帯電ローラー３０の弾性層３０ｂからのプロセスオイル等のブリードを抑制する作用がある。即ち、帯電ローラー３０の表面への外添剤付着量が少ないときは、感光体ドラム２に付着する水分と帯電ローラー３０からのブリード物の影響で画像流れが発生し易くなる。そのため、ドラムリフレッシュモードの実行時には感光体ドラム２に付着する水分と帯電ローラー３０からのブリード物の両方を除去するために比較的多くのトナーを吐出する必要がある。

特に、本実施形態のように、摺擦ローラー２３表面のトナーをスクレーパー２５によって層規制し、保持部２６に保持された余剰のトナーを発泡ローラー２７により摺擦ローラー２３に再供給するシステムを用いたクリーニング装置９では、感光体ドラム２に付着した水分及び帯電ローラー３０からのブリード物を吸収したトナーが摺擦ローラー２３に再供給されてしまう。その結果、摺擦ローラー２３表面のトナーが水分やブリード物を含まないトナーに入れ替わらず、画像流れを抑制する効果が著しく低下してしまう。

これに対し、帯電ローラー３０の表面への外添剤付着量が多いときは、帯電ローラー３０からのブリード物の影響が少なくなるため、画像流れが発生し難くなる。そのため、ドラムリフレッシュモードの実行時には感光体ドラム２に付着する水分を除去するだけの比較的少量のトナーを吐出すれば足りる。

そこで、本実施形態の画像形成装置１００では、省電力モードから復帰する際に、機内温湿度センサー４７により画像形成装置１００内部の温湿度を検知し、検知された温度及び湿度が所定値以上である場合にドラムリフレッシュモードを実行するとともに、帯電ローラー３０への外添剤の付着量に基づいてドラムリフレッシュモードの実行時におけるトナー吐出量を決定することとしている。

なお、帯電ローラー３０への外添剤の付着量を直接測定することは困難であるため、後述するように外添剤の付着量と相関する累積印字率を用いて帯電ローラー３０への外添剤の付着量を推定し、外添剤の付着量の推定値に基づいてトナー吐出量を決定するようにしている。

次に、本実施形態に係る画像形成装置１００における、省電力モードからの復帰時の制御について説明する。図５は、本実施形態に係る画像形成装置１００の制御手順の一例を示すフローチャートであり、図６は、図５の制御手順のタイミングチャートである。必要に応じて図１〜図４及び図６を参照しながら、図５のステップに沿って本制御例について説明する。

画像形成（印字）終了後、帯電ローラー３０に対する帯電バイアスの印加、現像装置５の作動、転写ローラー１７に対するバイアスの印加、感光体ドラム２の回転は停止している（ＯＦＦ）。そして、制御部９０は、印字停止状態が所定時間継続したか否かに基づいて、画像形成装置１００を省電力モードに移行するか否かを判断する（ステップＳ１）。前回の印字動作から所定時間が経過し、省電力モードに移行する場合は（ステップＳ１でＹＥＳ）、画像形成装置１００は省電力モードに移行する。

次に、制御部９０は、パーソナルコンピューター等から印字命令が入力されたか否かを判断する（ステップＳ２）。印字命令が入力された場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、制御部９０は、機内温湿度センサー４７により検知された機内温度Ｔが所定温度Ｔ１以上であるか、及び機内湿度Ｈが所定湿度Ｈ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ３）。そして、Ｔ≧Ｔ１かつＨ≧Ｈ１である場合は（ステップＳ３でＹＥＳ）、制御部９０は、省電力モードからの復帰時にドラムリフレッシュモードを実行する。

先ず、制御部９０は帯電ローラー３０の使用開始時（未使用状態）からの累積印字率を算出する。具体的には、制御部９０は一時記憶部９４内のデジタル信号に基づいて各画像形成ユニットＰａ〜Ｐｄにおける印字画像毎の印字率（全画素数に対するドットの割合）ｂｎを算出し、さらに印字率ｂｎを累積した累積印字率Σｂｎを算出する（ステップＳ４）。そして、算出された累積印字率Σｂｎと、ＲＡＭ９３に記憶されたトナー吐出量決定テーブルとを用いて帯電ローラー３０への外添剤の付着量に基づいてトナー吐出量を決定する（ステップＳ５）。

次に、制御部９０はバイアス制御回路４１及びメインモーター４５に制御信号を送信して帯電ローラー３０に帯電バイアスを印加せずに感光体ドラム２を正回転させ、転写ローラー１７に転写逆バイアスを印加する。次に、図４（ａ）に示したように、現像ローラー５ａに現像バイアスを印加して、感光体ドラム２表面にトナーを吐出する（ステップＳ６）。所定量のトナーを吐出した時点で現像ローラー５ａへの現像バイアスの印加を停止し、トナー吐出を終了する。

そして、図４（ｂ）に示したように、トナーの吐出を終了した後も引き続き感光体ドラム２を正回転させるエージング動作を行うとともに、摺擦ローラー２３を感光体ドラム２に対し線速差を持たせて回転させることにより感光体ドラム２表面を研磨する（ステップＳ７）。摺擦ローラー２３に付着したトナーはスクレーパー２５で層規制され、保持部２６に保持される。保持部２６に保持されたトナーは、発泡ローラー２７により摺擦ローラー２３に再供給される。その後、感光体ドラム２及び摺擦ローラー２３を所定時間継続して回転させ、感光体ドラム２表面の水分や汚染物質を吸収したトナーをクリーニングブレード２２により回収する。

制御部９０は、トナー吐出量がステップＳ５で決定された吐出量に到達したか否かを判断する（ステップＳ８）。決定された吐出量に到達していない場合は（ステップＳ８でＮＯ）ステップＳ６に戻り、感光体ドラム２へのトナー吐出及び摺擦ローラー２３による感光体ドラム２表面の研磨を繰り返す（ステップＳ６、Ｓ７）。決定された吐出量に到達している場合は（ステップＳ８でＹＥＳ）ドラムリフレッシュモードを終了する。

その後、印字動作を開始し（ステップＳ９）、印字動作が終了したか否かを判断する（ステップＳ１０）。印字動作が終了した場合はステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ１０）。一方、Ｔ＜Ｔ１またはＨ＜Ｈ１である場合は（ステップＳ３でＮＯ）、ドラムリフレッシュモードを実行せずにそのまま省電力モードから復帰させて印字動作を開始する（ステップＳ９）。

上記の制御によれば、省電力モードからの復帰時に高温高湿環境である場合は、感光体ドラム２にトナーを吐出して感光体ドラム２表面の水分や汚染物質を吸収するドラムリフレッシュモードが実行される。その結果、省電力モード中に感光体ドラム２表面に付着した水分や、帯電ローラー３０からのブリード物に起因する画像流れの発生を抑制することができる。従って、長期間に亘って画像流れの発生を効果的に抑制することができ、安定した画像品質を得ることが可能となる。

一方、省電力モードからの復帰時に高温高湿環境でない場合は、ドラムリフレッシュモードを実行せずに印字動作が開始されるため、不要なドラムリフレッシュモードが実行されず、無駄なトナーの消費が抑制されるとともにユーザーの待ち時間を短縮することができる。

また、ドラムリフレッシュモードを実行する場合は、帯電ローラー３０への外添剤の付着量と相関性の高い累積印字率に基づいてトナー吐出量が決定されるため、常に最適量のトナーを吐出することができる。例えば、累積印字率が低い（帯電ローラー３０への外添剤の付着量が少ない）場合は帯電ローラー３０からのブリード物も多くなるため、感光体ドラム２の表面に付着した水分とブリード物の両方を除去できる比較的多量のトナーを吐出することで画像流れを効果的に抑制することができる。

特に、本実施形態のように摺擦ローラー２３表面で層規制された余剰のトナーを摺擦ローラー２３へ再供給するシステムを備えたクリーニング装置９に適用した場合、帯電ローラー３０からのブリード物が多いときは多くのトナーが吐出されるため、摺擦ローラー２３表面のトナーの入れ替わりが促進される。その結果、水分とブリード物を吸収したトナーが摺擦ローラー２３に繰り返し供給されることで画像流れの抑制効果が低下する不具合を効果的に解消することができる。

一方、累積印字率が高い（帯電ローラー３０への外添剤の付着量が多い）場合は帯電ローラー３０からのブリード物も少なくなるため、感光体ドラム２の表面に付着した水分のみを除去できる比較的少量のトナーを吐出することで不要なトナーの吐出を抑制することができる。

その他、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、感光体ドラム２や帯電ローラー３０の材質や外径、線速等は、特に限定されるものではなく、装置構成等に応じて適宜設定することができる。また、上記各実施形態では、本発明を正帯電トナーに適用したが、その他、負帯電トナーに適用することもでき、トナーの極性に応じて帯電バイアス、現像バイアス、及び転写バイアスを正極性または負極性のバイアスに設定すればよい。

また、上記実施形態では、現像剤が担持される磁気ローラー５ｂ（トナー供給部材）と、磁気ローラーからトナーのみが供給される現像ローラー５ａ（トナー担持体）とを設け、現像ローラー５ａから感光体ドラム２にトナーのみを飛翔させる現像装置５を備えた画像形成装置について説明したが、磁性一成分現像剤を用いる一成分現像式の現像装置を備えた画像形成装置や、二成分現像剤が担持される磁気ローラー５ｂ（トナー供給部材）のみを備え、現像時、二成分現像剤の磁気ブラシが感光体ドラム２に当接するような二成分現像式の現像装置を備えた画像形成装置の場合であっても、現像条件等を適宜設定することにより、上述したドラムリフレッシュモードを実行することができる。

また、本発明は、図１に示したようなモノクロプリンターに限らず、デジタル複合機やタンデム式のカラー複写機、アナログ方式のモノクロ複写機等の複写機、或いはファクシミリやレーザープリンター等、接触式の帯電装置を備えた種々の画像形成装置に適用可能である。以下、本発明について実施例により更に具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。

（累積印字率と帯電ローラー３０への外添剤の付着量との相関）
本発明の効果を確認するために、累積印字率と帯電ローラー３０への外添剤の付着量との関係について調査した。図１に示したような本発明の画像形成装置１００を用い、未使用状態の帯電ローラー３０を用いて高温高湿環境下（３２．５℃、８０％）で印字率２％、５％、１０％、２０％のテスト画像を３０Ｋ（３０，０００）枚連続印字し、所定枚数毎に帯電ローラー３０への外添剤の付着量を確認した。

外添剤の付着量は、反射濃度計（ＲＤ９１２、マクベス社製）を用いて所定枚数毎に帯電ローラー３０表面のＬ値を測定した。結果を図７及び図８に示す。なお、Ｌ値とはＬ^*ａ^*ｂ^*表色系において明度を表す数値であり、Ｌ値が高くなると帯電ローラー３０が外添剤の付着により白くなっていることを示している。

図７は、印字枚数と帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量（初期のＬ値からの増加量）との関係を示すグラフであり、図８は、累積印字率（印字率（％）×印字枚数（ｋ枚））と帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量との関係を示すグラフである。図７から明らかなように、印字率が２％（◇のデータ系列）、５％（□のデータ系列）、１０％（△のデータ系列）、２０％（×のデータ系列）のそれぞれにおいて、印字枚数が増加するにつれてＬ値の変化量も増加している。また、図８から明らかなように、印字率が２％（◇のデータ系列）、５％（□のデータ系列）、１０％（△のデータ系列）、２０％（×のデータ系列）のいずれであっても累積印字率と帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量（白化）とは相関性があり、累積印字率を算出することで帯電ローラー３０への外添剤の付着量を推測できることがわかる。

（ドラムリフレッシュモードに必要なトナー吐出量の算出）
実施例１で求めた帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量と、画像流れの解消に必要なトナー吐出量との関係について調査した。試験方法としては、実施例１で使用した本発明の画像形成装置１００を高温高湿環境下（３２．５℃、８０％）で２日間放置した後、ドラムリフレッシュモードを１回実行する毎に６００ｄｐｉ、１×１ドットの２５％ハーフ画像を印字して画像流れの発生を確認した。

ドラムリフレッシュモードは、感光体ドラム２の線速を２０８ｍｍ／ｓｅｃとし、ドラムリフレッシュモード１サイクル中の総回転時間を感光体ドラム２が６００周回転する時間とした。そして、帯電ローラー３０に印加する帯電バイアスを０Ｖ（ＯＦＦ）とし、感光体ドラム２の表面電位を０Ｖとした状態で、現像ローラー５ａに通常印字時と同じ現像バイアスを印加して感光体ドラム２にドラム１周分のトナーを吐出した。ここでは直径３０ｍｍの感光体ドラム２を用いたので、ドラム周方向の吐出長が約９４ｍｍのトナーを吐出した。トナーの吐出後、上記総回転数（ここでは６００周）分のエージング動作（空回し）を行った。上述したトナーの吐出からエージング動作の終了までをドラムリフレッシュモード１サイクルの動作とした。

なお、ドラムリフレッシュモードの実行中は、吐出したトナーが転写ローラー１７に付着しないように転写ローラー１７には５００Ｖの一定電圧（転写逆バイアス）を印加した。また、ドラムリフレッシュモードの実行後は、転写ローラー１７が１周する時間だけ転写正バイアスと転写逆バイアスを繰り返し印加して、転写ローラー１７のクリーニングを行った。

帯電ローラー３０表面のＬ値の変化量が０（初期状態）、５、１０、１５の場合に、上述したドラムリフレッシュモードを実行し、それぞれ画像流れが発生しなくなるまでドラムリフレッシュモードを繰り返したときのトナーの総吐出量（トナー総吐出長）を比較した。なお、画像流れの評価は、透過濃度測定装置（Ｍｏｄｅｌ３１０Ｔ、Ｘ−ｒｉｔｅ社製）を用いて画像の濃度ムラを測定し、ドットの再現性がなくなった場合（画像濃度ムラΔＴＤ値が０．１超の場合）に画像流れ有りとした。結果を図９に示す。

図９から明らかなように、Ｌ値の変化量が０（初期状態）の帯電ローラー３０を用いる場合は画像流れの解消に必要なトナー総吐出長が５６４ｍｍ（ドラムリフレッシュモード６サイクル分）であるのに対し、Ｌ値の変化量が５、１０、１５と大きくなるにつれて画像流れの解消に必要なトナー総吐出長が３７６ｍｍ、１８８ｍｍ、９４ｍｍ（ドラムリフレッシュモード４サイクル分、２サイクル分、１サイクル分）と段階的に少なくなっている。

以上の結果より、省電力モードからの復帰時に温湿度条件に応じてドラムリフレッシュモードを実行するとともに、帯電ローラーへの外添剤付着量に基づいてトナー吐出量を決定する本発明の画像形成装置１００では、画像流れの発生を防止するために必要最小限のトナーを吐出することができ、画像流れによる画像品質の低下防止とトナーの浪費防止とを両立できることが確認された。

なお、上記の実施例ではテスト画像として均一なハーフ画像を用いているが、実際の印字画像では感光体ドラムの軸方向に印字率のムラが存在する。そのため、実際には感光体ドラム２の表面（画像形成領域）を軸方向に分割した複数の領域について部分累積印字率を算出し、算出された部分累積印字率の最小値を用いてドラムリフレッシュモードの実行時におけるトナー吐出量を決定することが好ましい。この場合、感光体ドラム２の軸方向における各領域の寸法が５ｍｍ以下となるように分割しておくことで、適切なトナー吐出量を精度良く決定することができる。

本発明は、像担持体の表面を接触状態で帯電させる帯電部材を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、像担持体表面にトナーを強制吐出して研磨するリフレッシュモードを実行する際の、不必要なトナー吐出を抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

２ 感光体ドラム（像担持体）
３ 帯電装置
５ 現像装置
５ａ 現像ローラー（トナー担持体）
９ クリーニング装置
１７ 転写ローラー（転写部材）
２２ クリーニングブレード
２３ 摺擦ローラー
２５ スクレーパー（規制部材）
２６ 保持部
２７ 発砲ローラー（トナー再供給部材）
３０ 帯電ローラー（帯電部材）
３０ａ 芯金
３０ｂ 弾性層
４１ バイアス制御回路（バイアス印加装置）
４２ 帯電バイアス電源（バイアス印加装置）
４３ 現像バイアス電源（バイアス印加装置）
４４ 転写バイアス電源（バイアス印加装置）
４７ 機内温湿度センサー
９０ 制御部
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、
   該像担持体に接触して前記像担持体を帯電する帯電部材と、
   前記像担持体表面に対向配置されるトナー担持体を有し、前記トナー担持体から前記像担持体表面に外添剤を含むトナーを供給する現像装置と、
   該現像装置により形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写部材と、
   該転写部材により記録媒体にトナー像が転写された後の前記像担持体表面の残留トナーを回収するクリーニング装置と、
   画像形成装置内部の温度および湿度を検知する機内温湿度検知センサーと、
   前記像担持体、前記帯電部材、前記現像装置、および前記クリーニング装置を含む装置各部の動作を制御する制御部と、
   を備えた画像形成装置において、
   前記クリーニング装置は、前記像担持体表面に所定の圧力で圧接されるとともに前記像担持体表面を摺擦する摺擦部材を有し、
   前記制御部は、前記機内温湿度検知センサーにより検知された温度および湿度が所定値以上である場合、前記トナー担持体から前記像担持体表面にトナーを吐出するとともに、吐出された前記トナーを前記摺擦部材に供給して前記像担持体表面を研磨するドラムリフレッシュモードを実行可能であり、
   前記帯電部材への前記外添剤の付着量が多い場合は、前記帯電部材への外添剤の付着量が少ない場合と比較して、前記ドラムリフレッシュモードの実行時におけるトナー吐出量を少なくすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニング装置は、前記摺擦部材に付着するトナー量を規制する規制部材と、該規制部材によって前記摺擦部材から除去された余剰トナーを保持する保持部と、該保持部に保持された余剰トナーを前記摺擦部材に再供給するトナー再供給部材と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御部は、前記帯電部材の使用開始時からの累積印字率に基づいて前記帯電部材への前記外添剤の付着量を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記制御部は、前記像担持体の画像形成領域を軸方向に分割した複数の領域について部分累積印字率を算出し、算出された前記部分累積印字率の最小値を用いて前記ドラムリフレッシュモードの実行時におけるトナー吐出量を決定することを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記制御部は、印字動作が所定時間継続して行われなかった場合、装置各部への電力供給を制限する省電力モードへ移行するとともに、前記省電力モードからの復帰時に前記機内温湿度検知センサーにより検知された温度および湿度が所定値以上である場合に前記ドラムリフレッシュモードを実行することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。

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