JP4516771B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の電子写真式画像形成装置、特に当該画像形成装置に用いられるクリーニング装置の構成に関する。

電子写真式画像形成装置は、露光手段（例えばレーザ）で像担持体上に静電潜像を形成し、これをトナーによって可視像化し、そのトナー像を転写材（用紙）に転写して画像形成プロセスを実行するものであり、当該プロセスの繰返し実行によって、像担持体を含む画像形成部材が経時的に劣化する。

通常、トナー像を転写材に転写しても全てのトナーが転写材に転写されず、トナーの何％かはそのまま像担持体上に残ってしまい（残ったトナーを「転写残トナー」と称する）、クリーニング機構によってクリーニングされなければならない。画像面積率が大きい原稿をコピーした場合、転写材に移らない転写残トナーも多くなる。例えば転写率９０%の場合、原稿の画像面積率が５０%であれば転写残トナーは５%であり、原稿の画像面積率が１０%であれば転写残トナーは１%となる。転写残トナーはクリーニング部のブラシやブレードによってクリーニングされる。ここで、トナーは像担持体とクリーニングブラシ、ブレードの接触部において研磨剤のように作用することは周知である。そのため、クリーニング部へ侵入するトナーが多ければ多いほど、経時的に像担持体の表面削れ量は多くなる。また、この像担持体表面削れ量と像担持体表面摩擦係数には相関関係がある。当然、像担持体表面摩擦係数が小さいほどクリーニングブラシやブレードと像担持体との摩擦が少なくなり、削れ量は小さくなる。

以上のことから、画像形成装置で高画像面積率の原稿を大量に出力する場合と低画像面積率の現像を大量に出力する場合とでは、経時的に像担持体表面削れ量にはっきりとした差が生じてくる。

基本的に像担持体は、基体上にＵＬ、電荷発生層（ＣＧＬ）、電荷輸送層（ＣＴＬ）という３層が存在して、計４層で構成されている。像担持体表面には、帯電工程において帯電することにより、例えばマイナス電荷が一様に乗る。それに対するプラス電荷が、基体から注入され、ＵＬ表面近傍付近まであがってきているものと考えられる。しかし、ＵＬでのホールのブロッキング能は一様でなく、不均一な部分が存在するものと考えられている。このような局所的な不均一な部分から、上層へホールが注入され、そのことにより、上層のマイナス電荷を打ち消すことになる。その結果、ＣＴＬ表面での帯電電位の不均一性が生まれるものと考えられる。ＣＴＬ表面で帯電が局所的に落ちた部分の電位が、現像バイアス以下になった場合、その部分にトナーが現像され、地肌汚れになるものと考えられる。像担持体の膜厚が減少すると、即ち、ＣＴＬ層が減少すると、ＵＬでのホールが更に上層へ注入され易くなり、地肌汚れが増加してしまうことになる。以上のことから、像担持体の膜厚は経時的に極力減少させないことが望ましい。逆に像担持体の膜厚減少を防止することで、像担持体の高寿命化を実現することができることになる。

また、潤滑剤を所定の位置に固定してブラシ等で像担持体に塗布しながら転写残トナーをリサイクルする場合、潤滑剤がリサイクルトナー中に混入する。つまり現像装置内に潤滑材が混入してしまう。すると潤滑剤の量が多い場合、例えば２成分現像剤においてトナー帯電能力が低下してしまうという副作用が生じる。すると現像能力が低下し、ＩＤの低下、地肌汚れ等の問題が発生してしまう。そこで、固定潤滑剤を像担持体に塗布する機構を備えている場合、リサイクルトナーに混入する潤滑剤の量を抑える必要がある。

本発明は、無駄な潤滑剤の消費を防止しつつ、像担持体表面の摩擦係数を抑えて無駄な像担持体表面の削れ量を減少することにより、像担持体の高寿命化を実現することを課題とする。

前記の課題は、像担持体表面をクリーニングするためのクリーニングブラシと、当該ブラシに接離可能な潤滑剤機構とを備えたクリーニング装置を備えた画像形成装置において、上記クリーニング装置を、所定のコピー枚数における像担持体に対する上記クリーニングブラシの起動電流値に応じて、上記潤滑剤機構のクリーニングブラシへの接離を制御するように構成することにより解決される。

トナーリサイクル機構と、トナーリサイクルのオン／オフ切換を可能とする手段を備え、潤滑剤機構の接離と共にトナーリサイクルのオン／オフ制御を行うようになっていれば、一層効果的である。

本発明によれば、所定のコピー枚数における像担持体に対するクリーニングブラシの起動電流値に応じて、潤滑剤機構のクリーニングブラシへの接離を制御するように構成されているので、経時的なクリーニングブラシの毛倒れ分を補正した上で、無駄な潤滑剤消費を防止できつつ、像担持体の表面削れ量も低減でき、像担持体の高寿命化をもたらす。

トナーリサイクル機構を備えることで、トナーイールドの低下防止を実現できる。そしてトナーリサイクルのオン／オフ切換を可能とする手段を備え、潤滑剤機構の接離と共にトナーリサイクルのオン／オフ制御を行うことで、潤滑剤が過剰に混入したトナーをリサイクルすることによるトナー飛散、トナー濃度の低下等の不具合を防止できる。

図１に示す画像形成装置において、像担持体である感光体ドラム３の周囲には、感光体ドラムの表面を帯電する帯電装置４、レーザー光線等で感光体ドラム３の一様帯電処理面に潜像を形成する光書き込み系２、感光体ドラム３上において潜像に対し帯電トナーを付着させてトナー像を形成させる現像装置１、チャージャー等を用いて感光体ドラム３上に形成されたトナー像を記録紙に転写する転写ベルト５、転写後に感光体ドラム３上に残ったトナーを除去するクリーニング装置６、感光体ドラム３上の残留電位を除去する除電装置７が順に配列されている。なお、符号８はクリーニングブラシである。

このような構成において、帯電装置４によって表面を一様に帯電された感光体３は、光書き込み系２によって静電潜像を形成され、現像装置１によってトナー像を形成される。当該トナー像は転写ベルト５上で感光体ドラム３表面から、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙へ転写される。その後、記録紙上のトナー像は不図示の定着装置によって記録紙に定着される。一方、転写されずに感光体ドラム上に残ったトナーはクリーニングブラシ６、クリーニングブレード９（図３）によって回収される。残留トナーを除去された感光体ドラム３は除電装置７で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。

本例で用いたクリーニングブラシの詳細を表１に示す（これに対する感光体は直径１００ｍｍである）。潤滑剤が塗布されている像担持体は潤滑剤が塗布されていない像担持体と比べ像担持体表面摩擦係数は小さい。像担持体の摩擦係数が低下すると像担持体に対するクリーニングブラシのトルク値も低下する。例えば表１のクリーニングブラシを使用した時、スタート時における静トルク値は、潤滑剤が塗布されていない場合は０．４０８ｋｇｆ・ｃｍであるのに対し、潤滑剤塗布時では０．３２３ｋｇｆ・ｃｍと、０．０８５ｋｇｆ・ｃｍも低下する。ここで、電流値と静トルク値は図２の関係にあるので、静トルク値の変化量によって、固定潤滑剤を像担持体表面に塗布するか塗布しないかを制御する際、クリーニングブラシの駆動電流値の変化で捉えることができる。

クリーニング装置６の詳細を図３に示す。感光体ドラム３に対向して、クリーニングブラシ８とクリーニングブレード９が配されている。クリーニングブラシ８に潤滑剤を塗布するための塗布ローラ１１があり、この塗布ローラ１１へ潤滑剤を供給すべく、ステアリン酸亜鉛からなる固定潤滑剤１０が不図示のソレノイド（潤滑剤用ソレノイド）のＯＮ／ＯＦＦに応じて塗布ローラ１１に接離するようになっている。ＯＮのとき、固定潤滑剤１０が塗布ローラ１１に対して所定の当接圧になるように当接する。図３は潤滑剤用ソレノイドがＯＮの状態である。すると塗布ローラ１１が固定潤滑剤１０を研磨し、塗布ローラ上に潤滑剤被膜を形成し、それをクリーニングブラシ８が感光体ドラム３に塗布する。ソレノイドＯＦＦのときは塗布ローラ１１と固定潤滑剤８が完全に離れるようになっており、感光体ドラムに潤滑剤は塗布されない。

本発明の前提構成として、クリーニングブラシ８を単独で駆動するブラシ駆動モータ（図示せず）の電流値に応じ、潤滑剤を感光体ドラム表面に塗布するか塗布しないかを制御するが、これを潤滑剤用ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦで行うのである。具体的には感光体に対するクリーニングブラシの電流値が潤滑剤を塗布した場合と潤滑剤を塗布しない場合の中間の値（以後「基準値」と呼ぶ）になったときに、潤滑剤が感光体表面で不充分な量であると判断し、ジョブ中、ジョブ開始直前、ジョブ終了後などに感光体表面に潤滑剤を塗布する。具体的な動作としては、ジョブ開始時における起動時のブラシ駆動モータの電流値を検知し、検知した値が基準値と比較して大きい場合はソレノイドをＯＮとし、小さい場合はＯＦＦとする。

ジョブ開始時の感光体に対する潤滑剤を塗布した場合と潤滑剤を塗布しない場合の電流値と基準値を例示すると図４のようになる。この時、電流値が基準値０．３６Ａになった時にソレノイドをＯＮとすることによって、感光体表面に潤滑剤が塗布され摩擦係数が低下し、感光体の削れ量も低下するため、感光体を高寿命化できる。本前提構成では、起動電流検知・ソレノイドＯＮ／ＯＦＦの動作は、毎コピー出力時に行う。

上記のようにクリーニングブラシを用いる場合、経時的にブラシが毛倒れすることがある。このような場合、経時でブラシの毛倒れのために起動電流値が下がったときにも潤滑剤が感光体表面に存在していると検知することになってしまうため、実際には感光体表面に潤滑剤が不足していても潤滑剤を塗布せず、感光体表面が必要以上に削れてしまうという問題が発生し得る。

図５に０〜３００Ｋ枚（１Ｋ＝１０００枚相当）までの潤滑剤を塗布した場合、塗布していない場合の起動電流値を示す。ブラシの毛倒れを考慮しない場合は上記の前提構成例のように基準値だけをもとに、その基準値を境に潤滑剤の感光体表面への塗布・不塗布を決定していたが、本発明に係るブラシの毛倒れを考慮する場合、図５より枚数における起動電流の値（以後「閾値」と呼ぶ）に応じて、潤滑剤を感光体表面に塗布するか塗布しないかを決定する。そこで、通紙枚数と電流値によって塗布するか塗布しないかの関係を表２のように決定する。表２で示したソレノイドＯＮ／ＯＦＦは、電流値が各閾値になった時点で行う。

上記のような構成で、仮にトナーリサイクルせずに画像形成処理を繰り返すとトナーイールドが低下し、廃トナーが多くなってしまう。そこで、図６に示すように、クリーニング装置６から現像装置１にかけてトナーリサイクル装置１３が設けられて、トナー消費量の低減が図られる。この場合、塗布ローラ１１の表面粗さが小さい場合、例えばＲz＝０〜１μｍの場合には、塗布ローラ１１によって固定潤滑剤１０が削り取られる量が少なく、感光体３に潤滑剤を塗布しながらもリサイクルトナー中に混入してしまう潤滑剤の量が少なく、現像装置内の現像剤に対する潤滑剤の影響が少ないので、トナーの帯電量等に目立った影響を及ぼさずにすむ。しかしながら、塗布ローラの表面粗さＲzが例えば１μｍ以上と大きくなると、塗布ローラ１１により固定潤滑剤１０が削り取られる量が増加し、リサイクルトナー中に混入される潤滑剤の量も多くなるために、現像装置内の現像剤帯電量を低下させてしまうことがある（トナーの帯電が＋、−にかかわらず帯電量を下げてしまう）。そこで、トナーリサイクル装置１３（リサイクルトナー搬送経路）にシャッター１４を設け、リサイクルトナーの一部（潤滑剤が多く混入するトナー）を廃棄することにより、現像装置のトナー帯電能力を下げることなくトナーをリサイクルできるようにする。このシャッター１４は不図示のソレノイド（リサイクルソレノイド）によりＯＮ／ＯＦＦ制御される（ソレノイドＯＮの時リサイクルしない）。

具体的な制御としては次のようなものが想定される。クリーニング装置内のトナーがリサイクル経路を通って現像装置にリサイクルされるまでに或る程度の時間（画像処理枚数）がかかる。本例ではこのリサイクル時間に対応する枚数（或る１枚を出力した際の転写残トナーがクリーニング装置内からトナーリサイクル経路を経由して現像装置にたどり着くまでに画像処理される枚数）を例えば１００００枚とする。この値は当然、リサイクル経路長、リサイクル装置のコイル巻数／速度によって変わってくる値である。

潤滑剤用ソレノイドがＯＮになった時から１００００枚を出力する時からリサイクルソレノイドをＯＮにする。リサイクルソレノイドをＯＮしている間の画像処理枚数はリサイクルソレノイドがＯＮになった時点から１００枚出力後までとする。よって潤滑剤用ソレノイドが１枚目の出力時にＯＮであった場合で、２〜１００枚目までＯＮとＯＦＦを繰り返すようでも、リサイクルソレノイドは１０００１〜１０１００枚出力の間はＯＮ状態である。つまり、潤滑剤用ソレノイドが１枚目でＯＮになった場合、１０００１〜１０１００枚の出力時は、潤滑剤用ソレノイドの２〜１００枚目のＯＮ／ＯＦＦに関係なくリサイクルソレノイドはＯＮになる。２枚目以降でも同様の制御となる。また１枚目に潤滑剤ソレノイドがＯＮで、２〜９８枚目がＯＦＦ、９９枚目にＯＮで、１００枚目以降はＯＦＦの場合、１０００１〜１０１９８枚目までリサイクルソレノイドはＯＮになり、１０１９９枚目以降はＯＦＦになる。図７に簡単な例を示す。

本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。 像担持体とクリーニングブラシの間の起動電流値と静トルク値の関係を示すグラフである。 潤滑剤塗布機構を示す概略構成図である。 潤滑剤塗布の有無と起動電流値（静トルク値）の関係を示すグラフである。 起動電流値のコピー枚数経過による変化（経時的変化）を潤滑剤塗布の有無で示すグラフである。 トナーリサイクル機構を示す概略図である。 潤滑剤用ソレノイドとリサイクルソレノイドのＯＮ／ＯＦＦ制御の例を示す図である。

符号の説明

１ 現像装置
２ 光書き込み系
３ 感光体
４ 帯電装置
５ 転写ベルト
６ クリーニング装置
８ クリーニングブラシ
１０ 固定潤滑剤
１１ 塗布ローラ

Claims (3)

1. 像担持体表面をクリーニングするためのクリーニングブラシと、当該ブラシに接離可能な潤滑剤機構とを備えたクリーニング装置を備えた画像形成装置において、
   上記クリーニング装置は、所定のコピー枚数における像担持体に対する上記クリーニングブラシの起動電流値に応じて、上記潤滑剤機構のクリーニングブラシへの接離を制御するように構成されたことを特徴とする画像形成装置。
2. トナーリサイクル機構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. トナーリサイクルのオン／オフ切換を可能とする手段を備え、潤滑剤機構の接離と共にトナーリサイクルのオン／オフ制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。

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