JP2008304823A - 画像形成装置 - Google Patents

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聡 西田
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浩史 森本
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Abstract

【課題】ブラシに多くのトナーを付着させず、感光体等の像担持体におけるトナー融着を低減させること。
【解決手段】ブラシ451に付着したトナー量を把握し、把握したトナー量に基づき、ブラシ451の回転速度を変化させる。
【選択図】図3

Description

本発明は、像担持体を用いてシート上にトナー画像を形成する画像形成装置に関する。
複写機、プリンタ等の電子写真方式による画像形成装置は、一様に帯電させた感光体(像担持体)に選択的な露光を施して潜像を形成し、この潜像をトナーによって顕像化するとともに、記録媒体に転写して画像記録を行う。そして、転写後に感光体に残存したトナーをクリーニングブレードで除去し、表面がクリーニングされた感光体によって次の画像形成動作を行うようにしている。
画像形成装置は文字画像のみならず、高精細な写真画像も出力する。そのため、画像形成装置は高精度及び高精細な画像を形成することが求められている。
こうした現状下において、画像形成に用いるトナーは、機械的に粉砕した不定形トナーから、重合反応等の化学反応を用いた球状の小粒径トナーへ移行しつつある。しかし、クリーニングブレードのみを用いた従来のクリーニング方法では、転写後に感光体に残存した球状の小粒径トナーがクリーニングブレードをすり抜け、クリーニング不良が発生してしまう。
そこで、クリーニングブレードを補助する目的でクリーニングブレードの上流側にブラシを設け、クリーニングブレードと共にブラシで感光体に残存したトナーを除去するクリーニング方法が提案されている。
この方法では、球状の小粒径トナーも効率良く感光体から除去され、クリーニング不良が低減されるが、ブラシに多くのトナーが付着してしまうと、その付着したトナーがブラシと感光体に摺擦され小さく砕けてしまう。そしてこの砕けたトナーが感光体に転移しクリーニングブレードに到達すると、クリーニングブレードに押圧されて感光体に融着してしまうという問題がある。
この点を考慮し、ブラシに多くのトナーを付着させないようにする技術が提案されている。
特許文献1に記載の技術は、大量のトナーが吐き出されるトナー消費モード時、ブラシに負極性のトナーを付着させない電圧を印加するという技術である。
特開2001−158564号公報
特許文献1に記載の技術では、確かに負極性のトナーをブラシに付着させないようにすることは出来るが、転写後に感光体に残存したトナーは負極性のトナーばかりではなく、正極性のトナーも存在するため、感光体に残存するすべてのトナーをブラシに付着させないようにすることは困難である。
そこで、本発明は、ブラシに多くのトナーを付着させず、感光体等の像担持体に発生するトナー融着を低減させる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、本発明に係る画像形成装置は、
像担持体と、
像担持体の表面を摺擦することにより像担持体上に残存したトナーを除去するブラシと、
当該ブラシに接触することにより前記ブラシに付着したトナーを除去するフリッカと、
前記ブラシを回転させるブラシ駆動部と、
当該ブラシ駆動部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記ブラシに付着したトナー量を把握し、把握したトナー量に基づき、前記ブラシの回転速度を変化させることを特徴とするものである。
本発明に係る画像形成装置によれば、ブラシに多くのトナーを付着させず、感光体等の像担持体に発生するトナー融着を低減させることが出来る。
図1は画像形成装置1の内部構成を示す中央断面図である。
画像形成装置1は、中間転写ベルト50を有するタンデム形式のカラー画像形成装置である。
両面原稿自動送り装置10の原稿給紙台aにセットされた原稿は、各種ローラによって画像読取部30に向けて搬送される。
画像形成装置1は下部に複数のシート収容部20を有する。シート収容部20の上方には画像形成部40と中間転写ベルト50が設置されており、装置本体の上部には画像読取部30が設置されている。
シート収容部20は、装置前面側(図1における紙面手前側)に引き出し可能となっている。複数のシート収容部20には白紙等のシートSがサイズによって分けられて収容されている。シート収容部20に収容されたシートSは給紙ローラ21によって1枚毎に給紙される。また、手差部22にはOHPシート等の特殊紙がセットされる。
画像形成部40は、Y、M、C、Kの各色のトナー像を形成するための4組の画像形成エンジン400Y、400M、400C及び400Kを有している。画像形成エンジン400Y、400M、400C、400Kは、この順で上から下方向に直線状に配列されており、各々同じ構成となっている。イエロー色用の画像形成エンジン400Yを例にとって構成を説明すると、画像形成エンジン400Yは反時計方向に回転する感光体410、スコロトロン帯電部420、露光部430および現像部440を有する。
クリーニング部450は、感光体410の最下部に対向した領域を含んで配置されている。
装置本体の中央部に位置する中間転写ベルト50は無端状であり、所定の体積抵抗率を有する。一次転写電極510は、中間転写ベルト50を挟んで感光体410と対向する位置に設置されている。
次にカラー画像を形成する画像形成方法を説明する。
感光体410は、ドラム駆動モータ(図示せず)により回転駆動され、スコロトロン帯電部420の放電により負極性に帯電される(例えば−800V)。次に、露光部430により感光体410上に画像情報に応じた光書込がなされて静電潜像が形成される。形成された静電潜像が現像部440を通過すると、現像部内で負極性に帯電されたトナーが負極性現像バイアスの印加により潜像画像の部分に付着し、感光体410上にトナー像が形成される。形成されたトナー像は、感光体410に圧着する中間転写ベルト50へ転写される。転写後に感光体410上に残留したトナーはクリーニング部450により清掃される。
画像形成エンジン400Y、400M、400C及び400K各々で形成されたトナー像が中間転写ベルト50に重畳して転写されることにより、中間転写ベルト50上にカラー画像が形成される。シートSはシート収容部20により1枚ずつ給紙され、レジスト搬送部として機能するレジストローラ60の位置まで搬送される。レジストローラ60にシートSが突き当てられて一端停止し、シートSの曲がりが矯正される。シートSは中間転写ベルト50上のトナー像と画像位置が一致するタイミングでレジストローラ60より給送される。
レジストローラ60により給送されたシートSは、ガイド板より案内され、中間転写ベルト50及び転写部70により形成された転写ニップ位置へ送り込まれる。ローラにより構成される転写部70はシートSを中間転写ベルト50側へ押圧している。トナーと逆極性のバイアス(例えば+500V)が転写部70に印加されることにより、静電気力の作用で、中間転写ベルト50上のトナー像がシートSへ転写される。シートSは、除電針からなる分離装置(図示せず)により除電されて中間転写ベルト50から分離され、加熱ローラ、加圧ローラのローラ対からなる定着部80へ送られる。その結果、トナー像がシートSへ定着され、画像形成されたシートSが装置外へ排出される。
なお、本実施形態における画像形成装置1は電子写真方式によりシートにカラー画像を形成するものであるが、本発明に係る画像形成装置は本実施形態に限定されるものではなく、モノクロ画像を形成する画像形成装置であっても構わない。
図2は画像形成装置1の制御系のブロック図であり、ここでは代表的なものだけ示す。
CPU(Central Processing Unit)101は、システムバス107を介してROM(Read Only Memory)102やRAM(Random Access Memory)103等に接続されている。このCPU101は、ROM102に格納されている各種プログラムを読み出してRAM103に展開し、各部の動作を制御する。また、CPU101は、RAM103に展開したプログラムに従って各種処理を実行し、その処理結果をRAM103に格納するとともに操作表示部105に表示させる。そして、RAM103に格納した処理結果を所定の保存先に保存させる。尚、本実施形態においては、CPU101はROM102及びRAM103と協働することにより制御部を構成する。
ROM102は、プログラムやデータ等を予め記憶しており、代表的には半導体メモリで構成されている。
RAM103は、CPU101によって実行される各種プログラムによって処理されたデータ等を一時的に記憶するワークエリアを形成する。
HDD104は、画像読取部30で読み取って得た原稿画像の画像データを記憶したり、出力済みの画像データ等を記憶したりする機能を有する。磁性体を塗布または蒸着した金属のディスクを一定の間隔で何枚も重ね合わせた構造になっており、これをモータで高速に回転させて磁気ヘッドを近づけてデータを読み書きする。
操作表示部105は各種の設定を可能にするものである。操作表示部105は例えばタッチパネル形式となっており、ユーザーが操作表示部105を通じて入力することによりカラー印刷やモノクロ印刷に関する条件が設定される。また、ネットワーク設定の情報等、各種の情報が操作表示部105に表示される。
画像読取部30は、原稿画像を光学的に読み取って電気信号に変換する。カラー原稿を読み取る場合は一画素当りRGB各10ビットの輝度情報をもつ画像データを生成する。
画像読取部30によって生成された画像データや、画像形成装置1に接続されたPCから送信される画像データは画像処理部106によって画像処理される。画像形成装置1でカラー印刷を実行する場合、画像読取部106等によって生成されたR(Red)・G(Green)・B(Blue)の画像データを画像処理部106における色変換LUTに入力し、R・G・BデータをY(Yellow)・M(Magenta)・C(Cyan)・Bk(Black)の画像データに色変換する。そして、色変換した画像データに対して、階調再現特性の補正を行ったり、濃度補正LUTを参照して網点などのスクリーン処理を行なったり、細線を強調するためのエッジ処理を行ったりする。
画像形成部40は、画像処理部106によって画像処理された画像データを受け取り、シート上に画像を形成する。
ブラシ451を回転させるブラシ駆動モータ(ブラシ駆動部)451Aや、感光体410を回転させるドラム駆動モータ(像担持体駆動部)410Aは、システムバス107を通じてCPU101と接続されており、CPU101がROM102に格納されている所定プログラムを読み出してRAM103に展開し、CPU101が主要部となってブラシ駆動モータ451A等の動作を制御する。尚、ブラシ駆動モータ451Aとドラム駆動モータ410Aを一つのモータで兼用してもよい。
図3はクリーニング部周辺の拡大断面図である。
画像形成エンジン400Y、400M、400C、400Kにおける各々のクリーニング部は同じ構成となっているため、ここではイエロー色用の画像形成エンジン400Yにおけるクリーニング部450を用いて詳しく説明する。
図3で示すようにクリーニング部450は、主にブラシ451、クリーニングブレード452、フリッカ453から構成されている。クリーニングブレード452はブラシ451に対して、感光体の回転方向下流側に設置している。
ブラシ451は、感光体410の表面に摺擦することにより感光体410に残存したトナーを除去する。
ブラシ451は、例えばナイロンやポリエステルなどによって形成されたブラシ毛(毛の長さは4〜5mm)を基布に植毛し、当該基布を金属ローラに巻き付けた構成となっている。
感光体410はドラム駆動モータ410Aによりa方向に回転するのに対し、ブラシ451はブラシ駆動モータ451Aによりb方向に回転する。通常、感光体410の回転速度は90rpmであるのに対し、ブラシ451の回転速度は195rpmである。なお、ドラム駆動モータ410Aにはドラムトルク計410Bが接続され、ドラム駆動モータ410Aの回転トルクがドラムトルク計410Bにより計測され、ブラシ駆動モータ451Aにはブラシトルク計451Bが接続され、ブラシ駆動モータ451Aの回転トルクがブラシトルク計451Bにより計測される。
クリーニングブレード452は弾性部材によって構成されており、例えばポリウレタンゴムによって構成されている。クリーニングブレード452によって除去されたトナーは、クリーニング部450の筐体454内に取り入れられ、回収スクリュー455によって所定箇所に集められる。
フリッカ453はブラシ451におけるブラシ毛に接触しており、ブラシ毛に付着したトナーを掻き落とす機能を有する。またフリッカ453にはフリッカ移動モータ(フリッカ移動部)453Aが接続されており、フリッカ453は図3に示すα方向やβ方向に移動可能である。フリッカ453がα方向に移動すると、フリッカ453とブラシ毛との接触する領域が広くなるので、ブラシ毛からより多くのトナーをフリッカ453により除去することができる。
ところで、図3に示すクリーニング部450におけるブラシ451に多くのトナーが付着してしまうと、その付着したトナーがブラシ451と感光体410に摺擦され小さく砕けてしまう。そしてこの砕けたトナーが感光体410に転移しクリーニングブレード452に到達すると、クリーニングブレード452に押圧されて感光体410に融着してしまうという問題がある。
ブラシ451に多くのトナーが付着しないようにするため、ブラシ451の回転速度を上げてブラシ451に付着したトナーをフリッカ453により除去することが考えられる。しかし、常時ブラシ451の回転速度を上げていると、ブラシ毛が感光体410に摺擦することにより感光体410を損傷させてしまうことが考えられる。
そこで、ブラシ451に付着したトナー量を把握し、ブラシ451に付着したトナー量が多いとき、ブラシ451の回転速度を上げるようにする。この点をについて図4及び図5を用いて詳しく説明する。
図4はブラシ451に付着したトナー量に基づいてブラシ451の回転速度を変化させる動作に関するフローチャート図である。
まず画像形成装置1でジョブの実行が開始されると(ステップS1)、ブラシ451の長手方向に複数分割した領域毎に画像データ1頁単位でブラシ451に付着するトナー量(トナー付着量X)を算出する(ステップS2)。
ブラシ451の一部でも多くのトナーが付着してしまうと、前述したトナー融着が発生してしまうため、ブラシ451の長手方向において複数の領域に分割し、領域毎にどれだけトナーが付着したか把握することが好ましい。この点を図5を用いて詳しく説明する。
図5は長手方向におけるブラシ451と画像データGの関係を示した説明図である。
図5(a)はブラシ451を長手方向において複数の領域に分割したものであり、例えば図5(a)に示すようにA1〜A10の10個の領域に分割する。そして、各々の領域にどれだけトナーが付着したのか把握する。
各々の領域におけるトナー付着量Xは、画像データ1頁毎に所定の演算式により把握する。
図5(b)は一頁分の画像データGを表したものである。例えば、画像データGのうちA1’の領域のデータに基づき感光体410にトナー画像が形成され、そのトナー画像がシートSに転写されると、A1’の領域に相当する部分で感光体410に残存したトナーがブラシ451におけるA1の領域に到達する。その到達したトナーのうち一定の割合のトナーがA1の領域に付着するものと考えることが出来る。
以下、A1の領域における画像データ1頁あたりのトナー付着量Xに関し、その算出方法を説明する。
まず領域A1’における画像データに基づき、画像形成に使用されるトナー量W、つまり画像形成時に感光体410に付着する転写前のトナー量を算出する。画像形成に使用されるトナー量Wは、1ドットに対して使用されるトナー量に領域A1’における画像データの印字ドット数を掛けて算出する。
次に、画像形成装置1の内部に設置された湿度センサにより湿度を検知し、その検知結果に基づき転写率Tを求める。表1のような湿度と転写率Tの関係が規定されたデータテーブルがROM102に記憶されており、このデータテーブルを参照して転写率Tを求める。例えば湿度が50%であれば転写率Tは0.90ということになる。
Figure 2008304823
また、転写後のトナーがブラシ451に到達し、その到達したトナーの一定の割合のトナーがブラシ451に付着するものと考え、例えばこの一定の割合を50%(0.5)とする。
従って、A1の領域における画像データ1頁あたりのトナー付着量Xは以下の式(1)により算出されることになる。
トナー付着量X=画像形成に使用されるトナー量W×転写率×0.5・・・(1)
以上、A1の領域における画像データ1頁あたりのトナー付着量Xの算出方法を説明したが、他の領域のA2〜A10についても同様にトナー付着量Xを算出する。
図4に戻ってフローチャートの説明を継続する。
ステップS2で画像データ1頁単位でブラシ451に付着するトナー量を算出すると、ブラシ451における各々の領域毎にその算出したトナー量を積算値に加算する(ステップS3)。
積算値は各々の領域毎にRAM103に記憶されており、図5に示す例でいえば、A1〜A10の10個の積算値がRAM103に記憶されている。ステップS2では、各々の領域について画像データ1頁あたりのトナー付着量Xを算出したため、この算出した値を同じ領域における積算値に加算し、ブラシ451にどれだけトナーが付着したのか把握する。
次に各々の領域における積算値のうち、所定値以上の積算値があるかどうか判断する(ステップS4)。所定値とは予め決められた数値であり、ブラシ451に多くのトナーが付着して問題となりえる閾値である。
所定値以上の積算値がないと判断した場合(ステップS4;No)、まだブラシ451には多くのトナーが付着していないものと把握できるので、ブラシ451の回転速度を上げることはしない。そしてジョブが完了するまでステップS2からステップS4までの動作を繰り返す。
一方、所定値以上の積算値があると判断した場合(ステップS4;Yes)、ブラシ451に多くのトナーが付着していると把握できるため、このままでは前述したトナー融着が発生してしまう。
そこで、ブラシ駆動モータ451Aを制御してブラシ451の回転速度を上げ、3分間、高速でブラシ451を回転させる(ステップS5)。例えばブラシ451の回転速度を250rpmとする。このようにすればブラシ451に付着したトナーがフリッカ453のより除去され、前述したトナー融着を防止することが出来る。また、一定の場合にのみブラシ451の回転速度を上げるため、感光体410の損傷を防止することが出来る。なお、3分間という時間は一例であり、他の時間でも良い。
また、所定値以上の積算値があると判断した場合、フリッカ453をブラシ451の方向(図3でいえばα方向)に移動されることも考えれる。このようにすればブラシ451からのトナーの除去率を向上させることが出来る。
3分間の高速回転が終了すると、ブラシ451のすべての領域で付着していた多くのトナーを除去することができたため、各領域の積算値をリセットし(ステップS6)、ステップS2からステップS4までの動作を繰り返す。
以上説明したように、ブラシ451に付着したトナー量を把握し、把握したトナー量に基づき、ブラシ451の回転速度を変化させるようにすれば、ブラシ451に多くのトナーを付着させず、感光体等の像担持体におけるトナー融着を低減させることが出来る。
また、図4とは異なり、ブラシ駆動モータ451Aの回転トルクや、ドラム駆動モータ410Aの回転トルクに基づいてブラシ451に付着したトナー量を把握することも考えられる。ブラシ451に多くのトナーが付着すると、トナーによりブラシ451や感光体410の回転に負荷がかかり、ブラシ駆動モータ451Aの回転トルクやドラム駆動モータ410Aの回転トルクが増加する。そこで、回転トルクを監視することによりブラシ451に付着したトナー量を把握することが出来る。この点を図6を用いて説明する。
図6は回転トルクの値に基づきブラシ451の回転速度を変化させる動作に関するフローチャート図である。
まず画像形成装置1でジョブの実行が開始されると(ステップS11)、ブラシ駆動モータ451A又はドラム駆動モータ410Aの何れかの回転トルクが所定値以上かどうか判断する(ステップS12)。回転トルクの測定は、図3で示したブラシトルク計451Bやドラムトルク計410Bにより行う。
ブラシ駆動モータ451A又はドラム駆動モータ410Aの何れかの回転トルクが所定値以上でなければ(ステップS12;No)、ブラシ451には多くのトナーが付着していないものと把握できるので、ブラシ451の回転速度を上げることはしない。そしてジョブが完了するまでステップS11からステップS12までの動作を繰り返す。
一方、ブラシ駆動モータ451A又はドラム駆動モータ410Aの何れかの回転トルクが所定値以上であれば、ブラシ451に多くのトナーが付着していると把握できるため、このままでは前述したトナー融着が発生してしまう。
そこで、ブラシ駆動モータ451Aを制御してブラシ451の回転速度を上げ、3分間、高速でブラシ451を回転させる(ステップS13)。このようにすればブラシ451に付着したトナーがフリッカ453のより除去され、前述したトナー融着を防止することが出来る。また、一定の場合にのみブラシ451の回転速度を上げるため、感光体410の損傷を防止することが出来る。
また、ブラシ駆動モータ451A又はドラム駆動モータ410Aの何れかの回転トルクが所定値以上であれば、フリッカ453をブラシ451の方向(図3でいえばα方向)に移動されることも考えれる。このようにすればブラシ451からのトナーの除去率を向上させることが出来る。
3分間の高速回転が終了すると、ジョブが完了するまでステップS11からステップS12までの動作を繰り返す。
以上説明したように、図6で説明した方法でもブラシ451に付着したトナー量を把握することが出来るので、図4で説明した方法と同様に把握したトナー量に基づき、ブラシ451の回転速度を変化させるようにすれば、ブラシ451に多くのトナーを付着させず、感光体等の像担持体におけるトナー融着を低減させることが出来る。
なお、本発明は当該実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
画像形成装置の内部構成を示す中央断面図である。 画像形成装置の制御系のブロック図である。 クリーニング部周辺の拡大断面図である。 ブラシに付着したトナー量に基づいてブラシの回転速度を変化させる動作に関するフローチャート図である。 長手方向におけるブラシと画像データの関係を示した説明図である。 回転トルクの値に基づきブラシの回転速度を変化させる動作に関するフローチャート図である。
符号の説明
1 画像形成装置
30 画像読取部
40 画像形成部
101 CPU
102 ROM
103 RAM
410 感光体
410A ドラム駆動モータ
450 クリーニング部
451 ブラシ
451A ブラシ駆動モータ
452 クリーニングブレード
453 フリッカ
453A フリッカ移動モータ

Claims (6)

  1. 像担持体と、
    像担持体の表面を摺擦することにより像担持体上に残存したトナーを除去するブラシと、
    当該ブラシに接触することにより前記ブラシに付着したトナーを除去するフリッカと、
    前記ブラシを回転させるブラシ駆動部と、
    当該ブラシ駆動部を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記ブラシに付着したトナー量を把握し、把握したトナー量に基づき、前記ブラシの回転速度を変化させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記ブラシに対する像担持体の回転方向下流側に像担持体上に残存したトナーを除去するクリーニングブレードを有す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、前記ブラシの長手方向に複数分割した領域毎に前記ブラシに付着したトナー量を把握し、把握した前記領域毎のトナー量に基づき、前記ブラシの回転速度を変化させることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記制御部は、前記ブラシ駆動部における回転トルクに基づきトナー量を把握することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の画像形成装置。
  5. 像担持体を回転させる像担持体駆動部を有し、
    前記制御部は、前記像担持体駆動部における回転トルクに基づきトナー量を把握することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記フリッカを前記ブラシに対して移動させるフリッカ移動部を有し、
    前記制御部は、前記ブラシに付着したトナー量を把握し、把握したトナー量に基づき、前記フリッカの移動量を変化させるべく、前記フリッカ移動部を制御することを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の画像形成装置。
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