JP7225951B2 - 画像形成装置および異常判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置および異常判定方法に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、回転駆動される感光体の表面にクリーニングブレードの先端を接触させることにより、転写材に転移せずに感光体の表面に残る残留トナーを除去するクリーニング手段が多く用いられている。

クリーニングブレードは、感光体との間の摩擦が過剰になると先端が感光体の回転に伴って反転し、ブレードめくれと呼ばれる異常が発生する場合がある。クリーニングブレードにブレードめくれの異常が発生すると、クリーニング性能が著しく低下する。そこで、感光体を駆動するモータの駆動トルクに基づいてクリーニングブレードの異常有無を判定し、異常があると判定した場合に例えば未転写トナーを投入してクリーニングブレードと感光体との間の摩擦を低下させるなどの処置を行うことで、安定したクリーニング性能を得られるようにすることが提案されている（特許文献１参照）。

しかし、特許文献１に記載の従来技術では、モータの駆動トルクのみに基づいてクリーニングブレードの異常有無を判定しているため、例えばモータ自体が故障した場合など、クリーニングブレードのブレードめくれ以外の要因でモータの駆動トルクが上昇した場合にも、クリーニングブレードに異常が生じていると判定してしまう場合がある。

上述した課題を解決するため、本発明は、感光体と、前記感光体を回転駆動するモータと、前記感光体を帯電する帯電部材と、前記感光体に接触して該感光体の表面から残留トナーを除去するクリーニングブレードと、前記モータを流れるモータ電流の電流値と、前記感光体と前記帯電部材との間のギャップ値とに基づいて、前記クリーニングブレードの異常を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、クリーニングブレードの異常を精度よく判定できるという効果を奏する。

図１は、画像形成装置の概略構成を示す図である。 図２は、画像形成ユニットの具体例を示す図である。 図３－１は、ブレードめくれによる帯電ローラギャップの変化を説明する図である。 図３－２は、ブレードめくれによる帯電ローラギャップの変化を説明する図である。 図４は、帯電ローラギャップとモータ電流を日ごとに観察した結果を示すグラフ図である。 図５は、クリーニングブレードの異常判定に関わる画像形成装置の要部構成を示す図である。 図６は、モータ電流とモータの駆動トルクとの関係を示す特性図である。 図７は、帯電電流から変換される電圧値と帯電ローラギャップとの関係を示す特性図である。 図８は、異常判定を行う画像形成装置の動作の流れを説明するフローチャートである。 図９は、判定処理の具体例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、実施形態の画像形成装置および異常判定方法について詳細に説明する。

まず、本実施形態の画像形成装置の概要について、図１および図２を参照して説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置１の概略構成を示す図であり、図２は、画像形成ユニット１０の具体例を示す図である。図１に例示する画像形成装置１は、電子写真方式により４色フルカラーの画像を形成する画像形成装置であり、特に中間転写体を介して記録媒体にトナー像を転写する中間転写方式の画像形成装置である。

画像形成装置１は、図１に示すように、Ｙ（イエロー），Ｍ（マゼンダ），Ｃ（シアン），Ｋ（ブラック）の４色に対応する４つの画像形成ユニット１０と、中間転写体としての中間転写ベルト２と、二次転写ローラ３と、定着装置４と、給紙トレイ５と、操作パネル６とを備える。４つの画像形成ユニット１０は、それぞれ電子写真プロセスを行うユニットであり、中間転写ベルト２の走行方向に沿って配置されている。なお、４つの画像形成ユニット１０は、使用するトナーの色が異なる以外は同様の構成となっている。

画像形成ユニット１０は、図２に示すように、感光体としての感光ドラム１１と、帯電部材としての帯電ローラ１２と、露光装置１３と、現像器１４と、一次転写ローラ１５と、除電器１６と、クリーニングブレード１７とを備えて構成されている。

感光ドラム１１は、電子写真プロセスが開始されると、モータの駆動により回転を始め、電子写真プロセスが終了するまで回転を続ける。感光ドラム１１が回転を開始すると、高圧電源１８により生成された高電圧が帯電ローラ１２に印加され、感光ドラム１１の表面に負の電荷が均一に帯電される。その後、帯電された感光ドラム１１の表面に、露光装置１３から画像データに応じて変調された書込光が照射され、静電潜像が形成される。そして、感光ドラム１１の回転により静電潜像が形成された部分が現像器１４と対向する位置に到達すると、現像器１４から負電荷に帯電したトナーが静電潜像へと引き付けられ、静電潜像がトナーにより現像されて感光ドラム１１上にトナー像が形成される。

感光ドラム１１上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト２を挟んで一次転写ローラ１５と対向する位置に到達すると、高圧電源１９から一次転写ローラ１５に印加された高電圧の作用によって中間転写ベルト２側に引きつけられ、中間転写ベルト２上に転写（一次転写）される。トナー像の一次転写が終了した感光ドラム１１は、表面の電荷が除電器１６により除去された後、次の動作の帯電処理が行われる。このとき、中間転写ベルト２に転写されずに残った残留トナーなどの異物をクリーニングブレード１７で取り除くことにより、次の動作への影響（残留トナーによる異常画像など）を発生させないようにしている。

画像形成装置１においては、中間転写ベルト２の走行にタイミングを合せて、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色に対応する４つの画像形成ユニット１０により各々形成されたトナー像が中間転写ベルト２上に順次転写されることにより、４色のトナー像が重ね合されて、中間転写ベルト１３０上にはフルカラーのトナー像が形成される。

一方、給紙トレイ５からは、中間転写ベルト２の走行にタイミングを合せて記録媒体が供給される。給紙トレイ５から供給された記録媒体は、図１中破線で示す搬送路に沿って搬送され、中間転写ベルト２上に形成されたフルカラーのトナー像と同期して二次転写ローラ３と対向する位置に到達する。そして、二次転写ローラ３に印加された高電圧の作用によって、中間転写ベルト２上に形成されたフルカラーのトナー像が記録媒体上に転写（二次転写）される。

フルカラーのトナー像が転写された記録媒体は、定着装置４へと搬送される。そして、定着装置４によって熱および圧力が与えられることにより、記録媒体上に転写されたフルカラーのトナー像が記録媒体に定着する。トナー像が定着された記録媒体は、画像形成装置１から排出される。

本実施形態の画像形成装置１では、上述のように、各画像形成ユニット１０にクリーニングブレード１７が設けられ、回転駆動される感光ドラム１１の表面にクリーニングブレード１７の先端を接触させることにより、中間転写ベルト２に転写されずに感光ドラム１１の表面に残った残留トナーを除去するようにしている。ここで、クリーニングブレード１７の先端と感光ドラム１１との間の摩擦が過剰になると、クリーニングブレード１７の先端が感光ドラム１１の回転に伴って反転し、ブレードめくれと呼ばれる異常が発生する場合がある。

例えば、トナー消費量の少ない画像（トナー面積の少ない画像）を連続して多量にコピーするような場合には、クリーニングブレード１７の先端に残って潤滑作用に寄与するトナー量が少なくなり、クリーニングブレード１７の先端と感光ドラム１１との間の摩擦が極端に大きくなってブレードめくれが発生してしまう場合がある。クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生すると、クリーニング性能が著しく低下する。そこで、本実施形態の画像形成装置１は、このようなブレードめくれの異常を精度よく判定する機能を備えている。

クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生すると、感光ドラム１１に対するクリーニングブレード１７の当接圧が増大する。感光ドラム１１に対するクリーニングブレード１７の当接圧が増大すると、摩擦係数の上昇に伴って感光ドラム１１を回転駆動するモータの駆動トルクが上昇する。また、ブレードめくれによって感光ドラム１１に対するクリーニングブレード１７の当接圧が増大すると、感光ドラム１１がクリーニングブレード１７によって帯電ローラ１２から離間する方向に押されて、感光ドラム１１と帯電ローラ１２との間のギャップ（以下、これを「帯電ローラギャップ」と呼ぶ）が広がる。

図３－１および図３－２は、ブレードめくれによる帯電ローラギャップの変化を説明する図である。正常な状態においては、図３－１に示すように、感光ドラム１１と帯電ローラ１２は一定の帯電ローラギャップを保つように配置されている。そして、クリーニングブレード１７の先端が感光ドラム１１の表面に当接することで、感光ドラム１１の表面に残った残存トナーが除去される。

ここで、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生すると、感光ドラム１１に対するクリーニングブレード１７の当接圧が増大し、感光ドラム１１を回転駆動するモータの駆動トルクが上昇するとともに、図３－２に示すように、感光ドラム１１がクリーニングブレード１７によって帯電ローラ１２から離間する方向に押されることにより、帯電ローラギャップが広がることになる。感光ドラム１１を回転駆動するモータの駆動トルクの変化は、このモータを流れるモータ電流の変化として検知できる。

図４は、上述の構成の画像形成ユニット１０において、帯電ローラギャップとモータ電流を日ごとに観察した結果を示すグラフ図である。この図４に示す例では、観測開始から９日目と１０日目の間に、クリーニングブレード１７のブレードめくれが発生している。この図４に示す観測結果から、クリーニングブレード１７にブレードめくれが発生する前に比べて、ブレードめくれが発生した後は、帯電ローラギャップの値（帯電ローラギャップ値）とモータ電流の値（モータ電流値）の双方が上昇していることが分かる。

そこで、本実施形態では、感光ドラム１１を回転駆動するモータを流れるモータ電流と、感光ドラム１１と帯電ローラ１２との間の帯電ローラギャップとに基づいて、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生したか否かを判定する機能を、画像形成装置１に持たせるようにしている。

図５は、クリーニングブレード１７の異常判定に関わる画像形成装置１の要部構成を示す図である。本実施形態では、図５に示すように、感光ドラム１１を回転駆動するモータ２０に、モータ電流を検出するモータ電流検出部２１が設けられている。また、高電圧を帯電ローラ１２に印加する高圧電源１８に、この高圧電源１８の出力電流（帯電電流）を検出する帯電電流検出部２２が設けられている。

モータ２０は、制御基板３０から送られる制御信号に応じた回転速度で回転し、感光ドラム１１を駆動する。このとき、モータ２０を流れるモータ電流がモータ電流検出部２１により随時検出され、検出されたモータ電流値がアナログ信号であるモータＦＢ（フィードバック）信号として制御基板３０に送られる。

高圧電源１８は、制御基板３０から送られる制御信号に応じて、直流電圧に交流電圧を重畳した高電圧を生成し、帯電ローラ１２に印加する。このとき、高圧電源１８の出力電流（帯電電流）が帯電電流検出部２２により随時検出され、検出された帯電電流値が電圧値に変換されて、アナログ信号である帯電ＦＢ（フィードバック）信号として制御基板３０に送られる。

制御基板３０は、高圧電源１８やモータ２０に対して制御信号を出力し、これら高圧電源１８やモータ２０の動作を制御する。制御基板３０はＣＰＵなどのプロセッサ３１を備え、帯電電流検出部２２から送られる帯電ＦＢ信号やモータ電流検出部２１から送られるモータＦＢ信号に基づく演算処理が、このプロセッサ３１により行われる。

記憶装置３２は、制御基板３０内のプロセッサ３１が演算に用いる情報や演算結果の情報を記憶する。例えば、記憶装置３２には、モータＦＢ信号によって示されるモータ電流値や、帯電ＦＢ信号によって示される電圧値から帯電ローラギャップ値を求める特性式、この特性式を用いて帯電ＦＢ信号によって示される電圧値から算出される帯電ローラギャップ値、判定に用いる閾値などが格納される。

コントローラ基板３３は、画像形成装置１の全体を制御しており、外部とのＩ／Ｆ機能や画像形成の開始終了の指示、各種時間の管理などを行う。上述の操作パネル６は、このコントローラ基板３３に接続されている。

本実施形態の画像形成装置１では、制御基板３０の内部のプロセッサ３１が、モータ電流と帯電ローラギャップとに基づいてクリーニングブレード１７の異常を判定する異常判定手段としての機能を持つ。

クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生すると、上述したように、感光ドラム１１を回転駆動するモータ２０の駆動トルクが上昇する。モータ２０の駆動トルクが上昇すると、モータ２０を流れるモータ電流が上昇する。モータ電流とモータ２０の駆動トルクとの関係を示す特性図の一例を図６に示す。モータ電流とモータ２０の駆動トルクとは、図６に示すように線形の特性を持っており、駆動トルクの上昇に伴ってモータ電流が上昇することが分かる。

また、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生すると、上述したように、帯電ローラギャップが広がる。帯電ローラギャップが広がると、高圧電源１８が出力する帯電電流が低下し、この帯電電流から変換される電圧値が小さくなる。帯電電流から変換される電圧値と帯電ローラギャップとの関係を示す特性図の一例を図７に示す。帯電ローラギャップと帯電電流から変換される電圧値とは、図７に示すように線形の特性を持っており、線形変換関数である特性式ｆ（ｘ）を用いて、帯電電流から変換される電圧値から帯電ローラギャップを求めることができる。

本実施形態では、この帯電ローラギャップと帯電電流から変換される電圧値との関係を示す特性式を事前に求めて記憶装置３２に格納しておく。制御基板３０の内部のプロセッサ３１（異常判定手段）は、この特性式を用いて、帯電電流検出部２２からの帯電ＦＢ信号によって示される電圧値から、帯電ローラギャップ値を求めることができる。例えば図７の例で示すように、帯電ローラギャップと帯電電流から変換される電圧値との関係を示す特性式がｆ（ｘ）＝－８０．８１２ｘ＋１７２．９６であり、帯電ＦＢ信号によって示される電圧値が１．４［ｖ］であった場合、帯電ローラギャップ値は、－８０．８１２×１．４＋１７２．９６＝５９．８２３２［μｍ］と算出される。

プロセッサ３１は、例えば、モータＦＢ信号によって示されるモータ電流値と、帯電ＦＢ信号によって示される電圧値に基づいて算出される帯電ローラギャップ値とを、それぞれ予め定めた閾値と比較することによって、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生したか否かを判定することができる。例えば、プロセッサ３１は、モータ電流値が第１閾値（例えば０．６５［Ａ］）以上であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値（例えば８０［μｍ］）以上である場合に、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常があると判断する。また、プロセッサ３１は、モータ電流値が第１閾値以上であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値未満である場合は、モータ２０に故障などの異常があると判断する。また、プロセッサ３１は、モータ電流値が第１閾値未満であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値以上である場合は、帯電ローラ１２に故障などの異常があると判断する。また、プロセッサ３１は、モータ電流値が第１閾値未満であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値未満である場合は、異常なしと判断する。

本実施形態の画像形成装置１では、プロセッサ３１によってクリーニングブレード１７のブレードめくれの異常、モータ２０の故障などの異常、帯電ローラ１２の故障などの異常のいずれかが発生したと判断された場合、例えば、制御基板３０からコントローラ基板３３に異常発生を示す信号が送られて、操作パネル６に異常発生の警告および異常の内容が表示される。これにより画像形成装置１を利用するユーザが異常の発生を認識し、異常の内容に応じて必要な対応を図ることができる。また、プロセッサ３１によってクリーニングブレード１７のブレードめくれの異常が発生したと判断された場合には、特許文献１に記載されているように、未転写トナーを投入してクリーニングブレード１７と感光ドラム１１との間の摩擦を低下させるなどの処置を行うようにしてもよい。

次に、以上のような異常判定を行う画像形成装置１の動作について、図８および図９を参照して説明する。図８は、異常判定を行う画像形成装置１の動作の流れを説明するフローチャートであり、図９は、判定処理の具体例を示すフローチャートである。

画像形成装置１が動作を開始すると、まず、制御基板３０からモータ２０に制御信号が送られて、感光ドラム１１の回転駆動が開始される（ステップＳ１０１）。

次に、モータ電流検出部２１により、感光ドラム１１が回転駆動されているときのモータ電流値が検出されて、モータＦＢ信号として制御基板３０に送られる（ステップＳ１０２）。そして、モータＦＢ信号によって示されるモータ電流値が、記憶装置３２に格納される（ステップＳ１０３）。

次に、制御基板３０から高圧電源１８に制御信号が送られて、高圧電源１８から帯電ローラ１２への高電圧の印加が開始される（ステップＳ１０４）。

次に、帯電電流検出部２２により、高圧電源１８から帯電ローラ１２へ高電圧が印加されているときの帯電電流が検出され、電圧値に変換されて帯電ＦＢ信号として制御基板３０に送られる（ステップＳ１０５）。

次に、制御基板３０の内部のプロセッサ３１により、帯電ＦＢ信号によって示される電圧値から、上述の特性式を用いて、その電圧値に対応する帯電ローラギャップ値が算出される（ステップＳ１０６）。そして、算出された帯電ローラギャップ値が、記憶装置３２に格納される（ステップＳ１０７）。

その後、高圧電源１８から帯電ローラ１２への高電圧の印加が終了し（ステップＳ１０８）、モータ２０による感光ドラム１１の回転駆動が終了すると（ステップＳ１０９）、制御基板３０の内部のプロセッサ３１により、図９に示す判定処理が行われる（ステップＳ１１０）。

判定処理が開始されると、プロセッサ３１は、まず、ステップＳ１０３で格納されたモータ電流値、ステップＳ１０７で格納された帯電ローラギャップ値、第１閾値および第２閾値を、記憶装置３２から読み出す（ステップＳ２０１）。そして、プロセッサ３１は、モータ電流値を第１閾値、帯電ローラギャップ値を第２閾値とそれぞれ比較する（ステップＳ２０２）。

この比較の結果、モータ電流値が第１閾値以上であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値以上であった場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が発生していると判断する（ステップＳ２０４）。また、プロセッサ３１は、モータ電流値が第１閾値以上であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値未満であった場合は（ステップＳ２０３：Ｎｏ、ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）、モータ２０に故障などの異常が発生していると判断する（ステップＳ２０６）。

また、モータ電流値が第１閾値未満であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値以上であった場合（ステップＳ２０５：Ｎｏ、ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、プロセッサ３１は、帯電ローラ１２に故障などの異常が発生していると判断する（ステップＳ２０８）。また、プロセッサ３１は、モータ電流値が第１閾値未満であり、かつ、帯電ローラギャップ値が第２閾値未満であった場合は（ステップＳ２０５：Ｎｏ、ステップＳ２０７：Ｎｏ）、異常なしと判断する（ステップＳ２０９）。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態によれば、感光ドラム１１を回転駆動するモータ２０に流れるモータ電流と、感光ドラム１１と帯電ローラ１２との間の帯電ローラギャップとに基づいて、クリーニングブレード１７の異常を判定するようにしている。したがって、例えばモータ２０の異常などの要因によってモータ電流値が上昇した場合に、クリーニングブレード１７にブレードめくれの異常が生じたと誤って判断してしまうことがなく、クリーニングブレード１７の異常を精度よく判定することができる。

また、本実施形態によれば、モータ電流値を第１閾値、帯電ローラギャップ値を第２閾値と比較することによって、クリーニングブレード１７のブレードめくれ、モータ２０の異常、帯電ローラ１２の異常を切り分けて、これらの異常の有無を正しく判定することができる。

以上、本発明の具体的な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明の一適用例を示したものである。本発明は、上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で様々な変形や変更を加えて具体化することができる。

例えば、上述した実施形態では、本発明を適用した画像形成装置の例として、４色フルカラーの画像を形成する中間転写方式の画像形成装置１を例示したが、本発明は、上述の実施形態で例示した構成の画像形成装置１に限らず、感光体の表面にクリーニングブレードを接触させて残留トナーを除去するクリーニング手段を備えた電子写真方式の画像形成装置に対して広く適用可能である。

１ 画像形成装置
１０ 画像形成ユニット
１１ 感光ドラム
１２ 帯電ローラ
１７ クリーニングブレード
１８ 高圧電源
２０ モータ
２１ モータ電流検出部
２２ 帯電電流検出部
３０ 制御基板
３１ プロセッサ
３２ 記憶装置
３３ コントローラ基板

特開２００４－２５８４１９号公報

Claims (5)

1. 感光体と、
   前記感光体を回転駆動するモータと、
   前記感光体を帯電する帯電部材と、
   前記感光体に接触して該感光体の表面から残留トナーを除去するクリーニングブレードと、
   前記モータを流れるモータ電流の電流値と、前記感光体と前記帯電部材との間のギャップ値とに基づいて、前記クリーニングブレードの異常を判定する異常判定手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記モータ電流の電流値を検出するモータ電流検出手段と、
   前記帯電部材に高電圧を印加する高圧電源の出力電流を検出する帯電電流検出手段と、をさらに備え、
   前記ギャップ値は、前記帯電電流検出手段が検出した電流値から変換される電圧値に基づいて算出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. 前記異常判定手段は、前記モータ電流の値が第１閾値以上であり、かつ、前記ギャップ値が第２閾値以上である場合に、前記クリーニングブレードにブレードめくれの異常が発生していると判断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. 前記異常判定手段は、
   前記モータ電流の値が前記第１閾値以上であり、かつ、前記ギャップ値が前記第２閾値未満である場合は、前記モータに異常があると判断し、
   前記モータ電流の値が前記第１閾値未満であり、かつ、前記ギャップ値が前記第２閾値以上である場合は、前記帯電部材に異常があると判断し、
   前記モータ電流の値が前記第１閾値未満であり、かつ、前記ギャップ値が前記第２閾値未満である場合は、異常なしと判断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. 感光体と、
   前記感光体を回転駆動するモータと、
   前記感光体を帯電する帯電部材と、
   前記感光体に接触して該感光体の表面から残留トナーを除去するクリーニングブレードと、を備える画像形成装置における異常判定方法であって、
   前記モータを流れるモータ電流の電流値と、前記感光体と前記帯電部材との間のギャップ値とに基づいて、前記クリーニングブレードの異常を判定することを特徴とする異常判定方法。

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