JP5661059B2 - 長尺シートの印刷が可能な画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、シートにトナー像を転写する画像形成装置に関し、特にA3サイズを超える長尺シートにトナー像を転写可能な画像形成装置に関する。
電子写真方式を利用した、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置は、像担持体(例えば、感光体ドラムや転写ベルト)上に形成された静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を現像することにより、像担持体上にトナー像を形成する。前記現像を行う方式の一つとして、非磁性体のトナーおよび磁性体のキャリアを含む二成分現像剤を用いたタッチダウン現像方式が知られている。この方式では、磁気ローラー上に二成分現像剤層(いわゆる磁気ブラシ層)が担持され、現像ローラー上に前記磁気ブラシ層からトナーを受け取ってトナー層が担持され、該トナー層から像担持体にトナーが供給されることで前記静電潜像が可視化される。
タッチダウン現像方式が採用された現像装置において、1枚のシートを印刷する度に、現像ローラーに与えるバイアスを変化させることで、現像ローラー上に一旦担持されたトナーを磁気ローラー上の磁気ブラシ層によって強制的に回収させる剥ぎ取り動作を実行させることが知られている。この剥ぎ取り動作の実行により、現像ローラー上に長時間トナーが滞留することに伴うトナーの劣化を抑止することができる(例えば特許文献1及び2参照)。
特開2005−55837号公報 特開2005−55840号公報
ところで、画像形成装置には、A4やA3サイズのような定型シートへの印刷だけでなく、副走査方向のサイズが1000mm以上に至るような長尺シートへの印刷にも対応できるものがある。このような長尺シートでは、1枚のシート当たりの現像時間が長くなることから、現像ローラー上にトナー層が担持されている時間が長くなる。このため、シート間に前記剥ぎ取り動作を実行させるとしても、1枚の長尺シートの転写処理の間に現像ローラー上のトナーが過剰に帯電されてしまい、ベタ画像欠け等の転写不良(画像欠陥)が発生してしまうことがあった。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、長尺シートにトナー像を転写することが可能な画像形成装置において、トナーの劣化に伴う画像欠陥の発生を防止することを目的とする。
本発明の一局面に係る画像形成装置は、静電潜像及びトナー像を担持する像担持体と、所定の方向に回転しつつ、トナーおよびキャリアを含む現像剤層を担持する現像剤担持体と、前記現像剤層に接触した状態で回転しつつ、前記現像剤層からトナーを受け取ってトナー層を担持し、前記静電潜像の現像のために前記トナー層のトナーを前記像担持体に供給するトナー担持体と、前記像担持体、現像剤担持体及びトナー担持体を回転駆動する駆動手段と、前記トナー像を転写されるシートが、定型シート又は該定型シートよりも副走査方向のサイズが長い長尺シートのいずれであるかを判別するシートサイズ判別手段と、前記駆動手段を制御することによって、前記像担持体の線速D、前記現像剤担持体の線速M及び前記トナー担持体の線速Sを制御する第1制御手段と、前記トナー担持体に担持されるトナー層の厚さを制御する第2制御手段と、を備え、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シートであると判別した場合、前記第1制御手段は、前記線速Dを所定の第1速度に設定すると共に、前記線速Dと前記線速Sとの比であるS/Dが所定の第1の値となるように前記線速Dを設定し、前記第2制御手段は、前記トナー担持体に担持されるトナー層の厚さを所定の第1層厚に設定し、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合、前記第1制御手段は、前記線速Dを前記第1速度よりも遅い第2速度に設定すると共に、前記S/Dが前記第1の値よりも大きい第2の値となるように前記線速Dを設定し、前記第2制御手段は、前記トナー層の厚さを前記第1層厚よりも薄い第2層厚に設定する。
この構成によれば、前記長尺シートへの転写処理の際には、前記定型シートへの転写処理の場合に比べて、前記線速Dが遅く、前記S/Dの値が大きく、さらに、前記トナー担持体に担持されるトナー層の厚さが薄く設定される。先ず、前記トナー担持体のトナー層厚を薄くすることで、前記像担持体に供給されずに前記トナー担持体上に残存するトナーの量を少なくすることができる。一方、前記トナー層厚の薄層化によって前記像担持体に供給するトナー量が不足することになるが、その分を前記S/Dの値を増加させることで、つまり前記像担持体の線速Dに対して相対的に前記トナー担持体の線速Sを速くしてトナーの供給量を増加させることで補うことができる。さらに、前記線速Dを遅く設定することで、前記トナー担持体及び前記現像剤担持体の線速が過剰に速くなること、つまり、これらが現像剤若しくはトナーを担持した状態で過剰な線速で回転してトナーの劣化を誘発することを抑止できる。従って、前記長尺シートへの転写処理が行われても、トナーの劣化を抑制することができる。
上記構成において、前記現像剤担持体に担持される現像剤層の層厚を規制する規制部材をさらに備え、前記第1制御手段は、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シートであると判別した場合、前記線速Mを所定の第3速度に設定し、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合、前記線速Mを前記第3速度よりも遅い第4速度に設定することが望ましい。
前記現像剤担持体に担持された現像剤は、前記規制部材の配置箇所を通過する度にストレスを受け、劣化し易くなる。しかし、上記構成によれば、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合は前記線速Mが比較的遅く設定されるので、現像剤が前記規制部材の配置箇所を通過する回数を減少させることができる。従って、トナーの劣化を抑制することができる。
この場合、前記第1制御手段は、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シート又は前記長尺シートであると判別した場合のいずれにおいても、前記線速Mと前記線速Sとの比であるM/Sが略一定となるように、前記線速M及び前記線速Sを設定することが望ましい。
この構成によれば、前記現像剤担持体の線速Mを前記トナー担持体の線速Sに比例して低下させることができる。従って、トナーの劣化を一層効果的に抑制することができる。
上記構成において、前記現像剤担持体及び前記トナー担持体の少なくとも一方にバイアスを印加して両者間に所定の電位差を形成するバイアス印加手段をさらに備え、前記第2制御手段は、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シートであると判別した場合、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の電位差が所定の第1電位差となるよう前記バイアスを設定し、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の電位差が前記第1電位差よりも小さい第2電位差となるよう前記バイアスを設定することが望ましい。
この構成によれば、前記トナー担持体に担持されるトナー層の厚さを、前記バイアスの設定値を変更するだけで容易に制御することができる。
本発明によれば、長尺シートにトナー像を転写することが可能な画像形成装置において、トナーの劣化に伴う画像欠陥の発生を防止することができる。
本発明に係る画像形成装置の一実施形態を示す断面図である。 現像装置の垂直方向の断面図である。 現像装置の水平方向の断面図である。 現像装置の現像動作を説明するための模式図である。 現像ローラーからのトナーの剥ぎ取り動作を説明するための模式図である。 制御部の機能ブロック図である。 長尺シート及び定型シートを示す模式図である。 感光体ドラム、現像ローラー及び磁気ローラーの線速を説明するための模式図である。 制御部による線速及びバイアス設定動作を説明するためのフローチャートである。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置1の内部構造を示す断面図である。ここでは、画像形成装置1として、プリンター機能と複写機能を備えた複合機を例示するが、画像形成装置は、プリンター、複写機、ファクシミリ装置であってもよい。
画像形成装置1は、略直方体形状の筐体構造を有する装置本体10と、装置本体10上に配置される自動原稿給送装置20と、装置本体10の右側面10Rの下方に取り付けられた長尺シートの給紙用の外付けカセット70とを備える。装置本体10の内部には、複写する原稿画像を光学的に読み取る読取ユニット25と、シートにトナー像を形成する画像形成部30と、前記トナー像をシートに定着させる定着部60と、画像形成部30へ搬送される定型シートを貯留する給紙部40と、定型シート又は長尺シートを給紙部40又は外付けカセット70から画像形成部30及び定着部60を経由してシート排出口10Eまで搬送する搬送経路50と、この搬送経路50の一部を構成するシート搬送路を内部に有する搬送ユニット55とが収容されている。
自動原稿給送装置(ADF)20は、装置本体10の上面に回動自在に取り付けられている。ADF20は、装置本体10における所定の原稿読取位置(第1コンタクトガラス241が組み付けられた位置)に向けて、複写される原稿シートを自動給送する。一方、ユーザーが手置きで原稿シートを所定の原稿読取位置(第2コンタクトガラス242の配置位置)に載置する場合は、ADF20は上方に開かれる。ADF20は、原稿シートが載置される原稿トレイ21と、自動原稿読取位置を経由して原稿シートを搬送する原稿搬送部22と、読取後の原稿シートが排出される原稿排出トレイ23とを含む。
読取ユニット25は、装置本体10の上面のADF20から自動給送される原稿シートの読取用の第1コンタクトガラス241、又は手置きされる原稿シートの読取用の第2コンタクトガラス242を通して、原稿シートの画像を光学的に読み取る。読取ユニット25内には、光源、移動キャリッジ、反射ミラー等を含む走査機構と、撮像素子とが収容されている(図略)。走査機構は、原稿シートに光を照射し、その反射光を撮像素子に導く。撮像素子は、前記反射光をアナログ電気信号に光電変換する。前記アナログ電気信号は、A/D変換回路でデジタル電気信号に変換された後、画像形成部30に入力される。
画像形成部30は、フルカラーのトナー画像を生成しこれをシート上に転写する処理を行うもので、タンデムに配置されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(Bk)の各トナー像を形成する4つのユニット32Y、32M、32C、32Bkを含む画像形成ユニット32と、該画像形成ユニット32の上に隣接して配置された中間転写ユニット33と、中間転写ユニット33上に配置されたトナー補給部34とを含む。
各画像形成ユニット32Y、32M、32C、32Bkは、感光体ドラム321(像担持体)と、この感光体ドラム321の周囲に配置された、帯電器322、露光器323、現像装置324、一次転写ローラー325及びクリーニング装置326とを含む。
感光体ドラム321は、その軸回りに回転し、その周面に静電潜像及びトナー像が形成される。感光体ドラム321としては、アモルファスシリコン(a−Si)系材料を用いた感光体ドラムを用いることができる。帯電器322は、感光体ドラム321の表面を均一に帯電する。露光器323は、レーザー光源とミラーやレンズ等の光学系機器とを有し、感光体ドラム321の周面に、原稿画像の画像データに基づく光を照射して、静電潜像を形成する。
現像装置324は、感光体ドラム321上に形成された静電潜像を現像するために、感光体ドラム321の周面にトナーを供給する。現像装置324は、2成分現像剤用のものであり、スクリューフィーダー、磁気ローラー、及び現像ローラーを含む。この現像装置324の詳細については、後記で詳細に説明する。
一次転写ローラー325は、中間転写ユニット33に備えられている中間転写ベルト331を挟んで感光体ドラム321とニップ部を形成し、感光体ドラム321上のトナー像を中間転写ベルト331上に一次転写する。クリーニング装置326は、クリーニングローラー等を有し、トナー像転写後の感光体ドラム321の周面を清掃する。
中間転写ユニット33は、中間転写ベルト331、駆動ローラー332及び従動ローラー333を備える。中間転写ベルト331は、駆動ローラー332及び従動ローラー333に架け渡された無端ベルトであって、該中間転写ベルト331の外周面には、複数の感光体ドラム321からトナー像が、同一箇所に重ねて転写される(一次転写)。
駆動ローラー332の周面に対向して、二次転写ローラー35が配置されている。駆動ローラー332と二次転写ローラー35とのニップ部は、中間転写ベルト331に重ね塗りされたフルカラーのトナー像をシートに転写する二次転写部35Aとなる。駆動ローラー332又は二次転写ローラー35のいずれか一方のローラーに、トナー像と逆極性の二次転写バイアス電位が印加され、他方のローラーは接地される。
トナー補給部34は、イエロー用トナーコンテナ34Y、マゼンタ用トナーコンテナ34M、シアン用トナーコンテナ34C、及びブラック用トナーコンテナ34Bkを含む。これらトナーコンテナ34Y、34C、34M、34Bkは、それぞれ各色のトナーを貯留するものであり、YMCBk各色に対応する画像形成ユニット32Y、32M、32C、32Bkの現像装置324に、図略の供給経路を通して各色のトナーを供給する。各トナーコンテナ34Y、34C、34M、34Bkには、当該コンテナ内のトナーを図略のトナー排出口へ搬送する搬送スクリュー341が備えられている。この搬送スクリュー341が図略の駆動部にて回転駆動されることで、現像装置324内へトナーが補給される。
給紙部40は、画像形成処理が施されるシートのうち、定型シートS1を収容する2段の給紙カセット40A、40Bを備える。これら給紙カセット40A、40Bは、装置本体10の前方から手前方向に引出可能である。本明細書において「定型シート」とは、例えばISO216で画定されているA列、B列に従ったサイズであって、一般の画像形成装置において汎用されているサイズのシートを指す。例えば、A3、A4、A5、B4、B5サイズ等のシートが、定型シートS1である。勿論、サイズスタンダードはISO216以外の規格に従ったものでも良く、例えばANSI、LDR、LGL、Folio、Quarto、Letter、EXEC、STMTなどの規格に基づいた定型シートであっても良い。
給紙カセット40A(40B)は、定型シートS1が積層されてなるシート束を収納するシート収容部41と、前記シート束を給紙のためにリフトアップするリフト板42とを備える。給紙カセット40A(40B)の右端側の上部には、ピックアップローラー43と、給紙ローラー44とリタードローラー45とのローラー対とが配置されている。ピックアップローラー43及び給紙ローラー44の駆動により、給紙カセット40A内のシート束の最上層のシートS1が1枚ずつ繰り出され、搬送経路50の上流端へ搬入される。
装置本体10の右側面10Rには、手差し給紙用の給紙トレイ46が設けられている。給紙トレイ46は、その下端部において装置本体10に対して開閉自在に取り付けられている。ユーザーは、手差し給紙を行う場合、図示の通り給紙トレイ46を開き、その上にシートを載置する。給紙トレイ46に載置されたシートは、ピックアップローラー461及び給紙ローラー462の駆動によって、搬送経路50へ搬入される。但し、本実施形態では、この給紙トレイ46が、長尺シートS2の給紙用のトレイとして活用されている例を示している。
外付けカセット70は、長尺シートS2の給紙のためオプションで装置本体10に取り付けられる給紙カセットである。外付けカセット70は、給紙口711を有するハウジング71を備える。ハウジング71内には、長尺シートの巻回体からなるロール紙72が収容されている。ロール紙72の巻芯は回転軸721に挿通されており、回転軸721が駆動されることで、ロール紙72から長尺シートS2が繰り出される。長尺シートS2は、折り返し従動ローラー73を介して、送り出しローラー対74によって給紙口711から給紙トレイ46上に送り出される。
ユーザーは、長尺シートS2の給紙を行わせる場合、先ず給紙トレイ46を開き、ロール紙72から長尺シートS2を所定長だけ繰り出させて、そのシート先端をピックアップローラー461とその直下に配置された図略の摩擦パッドとの間にニップさせる。以下は上記の手差し給紙と同様に、長尺シートS2は、ピックアップローラー461及び給紙ローラー462の駆動によって、搬送経路50へ搬入される。給紙ローラー462の近傍には、長尺シートS2を所定の長さで切断するカッター463が配置されている。カッター463としては、裁断刃が搭載された移動体をシートの幅方向に走行させる構成のものを採用することができる。
本明細書において「長尺シート」とは、定型シートよりも副走査方向のサイズが長尺であるシートを指し、本実施形態ではA3サイズ又はこれと同等のシートよりも副走査方向のサイズが長尺であるシートを言う。長尺シートの副走査方向のサイズは、例えば500mm〜1500mm程度である。
搬送経路50は、給紙部40から画像形成部30を経由して定着部60の出口までシート(定型シートS1又は長尺シートS2)を搬送する主搬送路50Aと、シートに対して両面印刷を行う場合に片面印刷されたシートを画像形成部30に戻すための反転搬送路50Bと、主搬送路50Aの下流端から反転搬送路50Bの上流端へシートを向かわせるためのスイッチバック搬送路50Cと、主搬送路50Aの下流端から装置本体10の左側面10Lに設けられたシート排出口10Eまでシートを水平方向に搬送する水平搬送路50Dとを含む。この水平搬送路50Dの大半は、搬送ユニット55の内部に備えられているシート搬送路で構成されている。
主搬送路50Aの、二次転写部35Aよりも上流側には、レジストローラー対51が配置されている。シートは、停止状態のレジストローラー対51にて一旦停止され、スキュー矯正が行われる。その後、画像転写のための所定のタイミングで、レジストローラー対51が駆動モーター(図略)で回転駆動されることで、シートは二次転写部35Aに送り出される。この他、主搬送路50Aには、シートを搬送するための搬送ローラー52が複数配置されている。他の搬送路50B、50C、50Dも同様である。
搬送経路50の最下流端には、排紙ローラー53が配置されている。排紙ローラー53は、装置本体10の左側面10Lに配置される図略の後処理装置に、シート排出口10Eを通してシートを送り込む。なお、後処理装置が取り付けられない画像形成装置では、シート排出口10Eの下方にシート排出トレイが設けられる。
搬送ユニット55は、定着部60から搬出されるシートを、シート排出口10Eまで搬送するユニットである。本実施形態の画像形成装置1は、定着部60が装置本体10の右側面10R側に配置され、シート排出口10Eは、右側面10Rと対向する装置本体10の左側面10L側に配置されている。従って、搬送ユニット55は、装置本体10の右側面10Rから左側面10Lに向けて、シートを水平方向に搬送する。
定着部60は、シートにトナー像を定着させる定着処理を施す誘導加熱方式の定着装置であって、加熱ローラー61、定着ローラー62、加圧ローラー63、定着ベルト64及び誘導加熱ユニット65を含む。定着ローラー62に対して加圧ローラー63が圧接され、定着ニップ部が形成されている。加熱ローラー61及び定着ベルト64は誘導加熱ユニット65によって誘導加熱され、その熱を前記定着ニップ部に与える。シートが定着ニップ部を通過することで、シートに転写されたトナー像が当該シートに定着される。
続いて、現像装置324について詳細に説明する。図2は、現像装置324の内部構造を概略的に示す垂直方向の断面図、図3は、現像装置324の水平方向の断面図である。現像装置324は、該現像装置324の内部空間を画定する現像ハウジング80を含む。この現像ハウジング80には、非磁性体のトナーおよび磁性体のキャリアを含む現像剤を貯留するキャビティであって、現像剤を攪拌しつつ搬送することが可能とされた現像剤貯留部81が備えられている。また、現像ハウジング80の内部には、現像剤貯留部81の上方に配置された磁気ローラー82(現像剤担持体)と、磁気ローラー82の斜め上方位置で磁気ローラー82に対向配置された現像ローラー83(トナー担持体)と、磁気ローラー82に対向配置された現像剤規制ブレード84とを含む。
現像剤貯留部81は、現像装置324の長手方向に延びる2つの隣り合う現像剤貯留室81a,81bを含む。現像剤貯留室81a,81bは、現像ハウジング80に一体に形成され長手方向に延びる仕切り板801によって互いに仕切られているが、図3に示すように、長手方向における両端部において連通路803、804によって互いに連通されている。各現像剤貯留室81a,81bには、軸回りに回転することにより現像剤を攪拌及び搬送するスクリューフィーダー85,86が収容されている。スクリューフィーダー85,86は、図略の駆動機構により回転駆動されるが、その回転方向が互いに逆方向に設定されている。これにより現像剤は、図3に矢印で示すように、現像剤貯留室81aおよび現像剤貯留室81b間を攪拌されつつ循環搬送される。この攪拌により、トナーとキャリアとが混合され、トナーが例えばマイナスに帯電される。
磁気ローラー82は、軸回りに回転しつつ、トナー及びキャリアを含む現像剤の層を担持する。磁気ローラー82は、現像装置324の長手方向に沿って配設されており、図2では時計方向に回転可能である。磁気ローラー82の内部には、固定式の所謂磁石ロール(図示せず)が配置されている。磁石ロールは複数の磁極を有しており、本実施形態では汲上極821、規制極822及び主極823を有する。汲上極821は現像剤貯留部81に対向し、規制極822は現像剤規制ブレード84に対向し、主極823は現像ローラー83に対向している。
磁気ローラー82は、汲上極821の磁力によって現像剤貯留部81から現像剤をその周面82A上に磁気的に汲み上げる(受け取る)。汲み上げられた現像剤は、磁気ローラー82の周面82A上に磁気的に現像剤層(磁気ブラシ層)として保持され、磁気ローラー82の回転に伴って現像剤規制ブレード84に向けて搬送される。
現像剤規制ブレード84(規制部材)は、磁気ローラー82の回転方向から見て現像ローラー83よりも上流側に配置され、磁気ローラー82の周面82Aに磁気的に付着した現像剤層の層厚を規制する。現像剤規制ブレード84は、磁気ローラー82の長手方向に沿って延びる磁性材料からなる板部材であり、現像ハウジング80の適所に固定された所定の支持部材841によって支持されている。また、現像剤規制ブレード84は、磁気ローラー82の周面82Aとの間で所定の寸法の規制ギャップGを形成する規制面842(つまり現像剤規制ブレード84の先端面)を有する。
磁性材料から形成された現像剤規制ブレード84は、磁気ローラー82の規制極822によって磁化されて、現像剤規制ブレード84の規制面842と規制極822との間に、つまり規制ギャップGにおいて磁路が形成される。汲上極821によって磁気ローラー82の周面82A上に付着した現像剤層が、磁気ローラー82の回転に伴って規制ギャップG内に搬送されると、現像剤層の層厚は規制ギャップGにおいて規制される。これにより、周面82A上には所定厚さの均一な現像剤層が形成される。
なお、現像剤層厚が規制ギャップGによって規制される際のストレスによって、トナー表面に外添剤が食い込む等の現象が発生し、トナーが劣化することがある。このトナー劣化は、規制ギャップGの磁束密度が高く、また規制ギャップGとトナーが通過する回数が多いほど、つまり、磁気ローラー82の回転数が速いほど、促進される傾向がある。
現像ローラー83は、現像装置324の長手方向に沿って、且つ、磁気ローラー82に対して平行に延びるように配設されており、図2では時計方向に回転可能である。現像ローラー83は、磁気ローラー82の周面82A上に保持された現像剤層に接触した状態で回転しつつ、前記現像剤層からトナーを受け取ってトナー層を担持する周面83Aを有する。現像動作が行なわれる現像時には、前記トナー層のトナーが感光体ドラム321の周面に供給される。
現像ローラー83および磁気ローラー82は、駆動源M(駆動手段)によって回転駆動される。現像ローラー83の周面83Aと磁気ローラー82の周面82Aとの間には、所定の寸法の隙間Hが形成されている。隙間Hは例えば約130μmに設定される。現像ローラー83は、現像ハウジング80に形成された開口を通して感光体ドラム321に臨むように配置され、周面83Aと感光体ドラム321の周面との間にも所定の寸法の隙間が形成されている。
図3に示すように、現像ハウジング80には、当該現像ハウジング80内におけるトナーの濃度を計測するトナー濃度センサ87が配置されている。トナー濃度センサ87は、例えば、透磁率を計測する透磁率センサを備えて構成され、トナー濃度に応じて変化する透磁率に応じた電圧を出力する。トナー濃度センサ87の出力は、例えば10ビットで表され、0〜1023の値で示される。本実施形態では、トナーが非磁性体であるので、トナー濃度が低くなると出力ビットが高くなり、逆にトナー濃度が高くなると出力ビットが低くなる。
次に、図4を参照して、現像装置324のバイアス印加のための構成及び現像動作について説明する。現像装置324は、現像動作を制御するために、第1印加部88(バイアス印加手段)と、第2印加部89(バイアス印加手段)と、第1印加部88および第2印加部89を制御する制御部90とをさらに含む。同図に示すように、第1印加部88は、直列に接続された直流電圧源881と交流電圧源882とを有し、磁気ローラー82に接続されている。直流電圧源881から出力された直流バイアスに交流電圧源882から出力された交流バイアスが重畳された電圧が磁気ローラー82に印加される。第2印加部89は、直列に接続された直流電圧源891と交流電圧源892とを有し、現像ローラー83に接続されている。直流電圧源891から出力された直流バイアスに交流電圧源892から出力された交流バイアスが重畳された電圧が現像ローラー83に印加される。
磁気ローラー82の周面82A上の磁気ブラシ層は、現像剤規制ブレード84によって層厚が均一に規制された後、磁気ローラー82の回転に伴って現像ローラー83に向けて搬送される。その後、隙間H(図2)の領域において、磁気ブラシ層中の多数の磁気ブラシDBが、回転中の現像ローラー83の周面83Aに接触する。
このとき、制御部90は、第1印加部88および第2印加部89を制御して所定の直流バイアスおよび交流バイアスを磁気ローラー82および現像ローラー83のそれぞれに印加する。これにより、磁気ローラー82の周面82Aと現像ローラー83の周面83Aとの間に所定の電位差が生じる。この電位差により、周面82Aと周面83Aとの対向位置において(主極823(図2)と周面83Aとの対向位置において)、磁気ブラシDBからトナーTのみが周面83Aに移動し、磁気ブラシDBのキャリアCは周面82A上に残る。これにより、現像ローラー83の周面83A上に所定厚さのトナー層TLが担持される。
周面83A上のトナー層TLは、現像ローラー83の回転に伴って感光体ドラム321の周面に向けて搬送される。感光体ドラム321にも、直流電圧と交流電圧との重畳電圧が印加されているので、感光体ドラム321の周面と現像ローラー83の周面83Aとの間には所定の電位差が生じている。この電位差により、トナー層TLのトナーTが感光体ドラム321の周面に移動する(トナーの供給)。これにより、感光体ドラム321の周面上の静電潜像が現像され、トナー像が形成される。
図5は、現像ローラー83から磁気ローラー82側へのトナーの剥ぎ取り動作を説明するための模式図である。実際の現像動作では、トナー層TL中のトナーTのうち、感光体ドラム321に移動せず周面83A上に残留する残留トナーRTが発生する。残留トナーRTは、現像ローラー83の回転に伴って周面83Aと磁気ローラー82の周面82Aとの対向位置に搬送されたとき、磁気ブラシDBによる掻き取り力と両ローラー82、83間の電気的な力とによって磁気ローラー82側に回収される。回収した残留トナーRTを有する磁気ブラシDBは、磁気ローラー82の回転に伴って主極823よりも下流側に搬送されると、前記磁石ロールの剥離極(図示せず)の磁力によって周面82Aから剥離し、現像剤貯留部81(図2)に戻される。
なお、上記の剥ぎ取り動作は、磁気ローラー82と現像ローラー83との間の電位差を小さくすることにより促進することができる。従って、例えばシート間において前記電位差を一時的に小さくすることで、現像ローラー83から残留トナーRTを強制的に引き剥がし、周面83Aをリフレッシュすることが望ましい。
しかしながら、長尺シートS2に対して現像動作が行われる場合は、1枚のシートに対する現像時間が長くなるため、つまり、シート間のタイミングがなかなか到来しないので、上記の剥ぎ取り動作を短いピッチで行うことができない。このため、トナーが現像ローラー83上に滞留する時間が長くなり、トナーが過剰に帯電して劣化する傾向がある。トナーの過剰帯電が発生すると、トナー層TLのトナーTが感光体ドラム321の周面に移動し難くなり、ベタ画像欠け等の画像欠陥が発生する。この点に鑑みて、本実施形態の画像形成装置1においては、長尺シートS2に対して現像動作が行われる場合でも、トナーを可及的に劣化させないようにする機能を備えた電気的構成を備えている。以下、当該電気的構成について説明する。
画像形成装置1は、当該画像形成装置1の各部の動作を統括的に制御する制御部90を備える。図6は、制御部90の機能ブロック図である。制御部90は、CPU(Central Processing Unit)、制御プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、CPUの作業領域として使用されるRAM(Random Access Memory)等から構成されている。また、画像形成装置1は、図1〜図5で説明した構成に加えて、操作部961、駆動部962(駆動手段;図2に示す駆動源Mはその一部)、画像メモリー963及びI/F(インターフェイス)964を備える。
操作部961は、液晶タッチパネル、テンキー、スタートキー及び設定キーなどを備え、画像形成装置1に対するユーザーの操作や各種の設定を受け付ける。例えば画像形成処理を行わせるシートの選択操作も、この操作部961において受け付けられる。
駆動部962は、モーター、該モーターのトルクを伝達するギア機構及びクラッチ機構等を含み、感光体ドラム321、現像ローラー83及び磁気ローラー82を回転駆動させる。駆動部962は、感光体ドラム321、現像ローラー83及び磁気ローラー82を個別に回転駆動することが可能であり、これらのドラム及びローラーの線速は後述の線速制御部92によって制御されることで、個別に設定される。
画像メモリー963は、当該画像形成装置1がプリンターとして機能する場合に、例えばパーソナルコンピューターなどの外部機器から与えられる印刷用画像データを一時的に記憶する。また、画像形成装置1が複写機として機能する場合には、ADF20により光学的に読み取られた画像データを一時的に記憶する。
I/F964は、外部機器とのデータ通信を実現させるためのインターフェイス回路であり、例えば画像形成装置1と外部機器とを接続するネットワークの通信プロトコルに従った通信信号を作成すると共に、ネットワーク側からの通信信号を画像形成装置1が処理可能な形式のデータに変換する。パーソナルコンピューター等から送信される印刷指示信号はI/F964を介して制御部90に与えられ、また画像データは、I/F964を介して画像メモリー963に記憶される。
制御部90は、前記CPUがROMに記憶された制御プログラムを実行することにより、シートサイズ判別部91(シートサイズ判別手段)、線速制御部92(第1制御手段)、バイアス制御部93(第2制御手段)及び記憶部94を備えるように機能する。
シートサイズ判別部91は、トナー像を転写されるシートのサイズを判別する。この判別のため、シートサイズ判別部91は、画像メモリー963に格納された画像データを参照し、その副走査方向のデータ幅等に基づきシートのサイズを判定する。このシートサイズ判別部91によって、印刷対象とされるシートが、図7(A)に示す長尺シートS2であるか、或いは図7(B)に示す定型シートS1であるかの判別が為される。勿論、定型シートS1である場合は、その定型シートサイズの判別も行われる。また、長尺シートS2である場合は、その副走査方向の長さ情報が特定される。前記長さ情報は、長尺シートS2の外付けカセットからの繰り出し量の制御、及びカッター463の動作制御に用いられる。
現像ローラー83上にトナーが長時間滞留すると、トナーが過剰に帯電されてしまい、トナーが劣化する。図7(A)に示すように、1枚の長尺シートS2にはそのシートサイズに応じたトナー像G2が転写され、同様に1枚の定型シートS1にはトナー像G1が転写される。トナー像G1よりも副走査方向のサイズが長いトナー像G2が形成されている間、上述の剥ぎ取り動作は行われず、トナーは現像ローラー83上に滞留することになる。この場合、滞留トナーが磁気ローラー82の磁気ブラシDBと接触する機会が多くなってしまい、現像ローラー83に担持されたトナーが過剰に帯電されてしまう。なお、トナー像G2の印字率が高い場合、現像ローラー83から感光体ドラム321に多くのトナーが移動することから、比較的現像ローラー83上に滞留するトナーは少なくなる。しかし、印字率が低い場合は、現像ローラー83上に滞留するトナーの割合が高くなるため、過剰帯電に起因するトナー劣化は顕著となる。
線速制御部92は、長尺シートS2の現像に伴うトナーの劣化を抑制するために、駆動部962を制御することによって、感光体ドラム321の線速D、現像ローラー83の線速S及び磁気ローラー82の線速Mを制御する。線速制御部92は、シートサイズ判別部91によるサイズ判別結果が定型シートS1である場合と、長尺シートS2である場合とで、上記線速D、線速S及び線速Mを変更する。
バイアス制御部93は、上記で説明した通り、第1印加部88及び第2印加部89が磁気ローラー82及び現像ローラー83に与えるバイアスを制御することで、現像装置324による現像動作やトナーの剥ぎ取り動作を制御する。バイアス制御部93は、シートサイズ判別部91によるサイズ判別結果が定型シートS1である場合と、長尺シートS2である場合とで、バイアスの設定を変更する。
記憶部94は、各種の設定値やパラメーターを記憶する。本実施形態では、特に、印刷処理されるシートが定型シートS1である場合、又は長尺シートS2である場合のそれぞれの、上記線速D、線速S及び線速Mの値、バイアス設定値を記憶する。線速制御部92及びバイアス制御部93は、シートサイズ判別部91によるサイズ判別結果に対応して記憶部94を参照し、線速及びバイアスを設定する。
以下、具体的な数値設定例を交えて、線速制御部92及びバイアス制御部93が実行する制御の内容について詳述する。シートサイズ判別部91が、トナー像を転写されるシートが定型シートS1であると判別した場合、線速制御部92は、感光体ドラム321の線速Dを所定の速度(第1速度)に設定すると共に、この線速Dと現像ローラー83の線速Sとの比であるS/Dが所定の値(第1の値)となるように前記線速Dを設定する。磁気ローラー82の線速Mも、所定の速度(第3速度)に設定される。また、バイアス制御部93は、現像ローラー83に担持されるトナー層の厚さが所定の層厚(第1層厚)になるように、磁気ローラー82及び現像ローラー83に与えるバイアスを制御する。具体的には、第1印加部88及び第2印加部89が各々磁気ローラー82及び現像ローラー83に与える交流バイアス及び直流バイアスのうち必要なバイアスが変更される。
以下は、定型シートS1の現像のために設定される線速及びバイアスの一例である。
感光体ドラム321の線速D;300mm/sec
現像ローラー83の線速S;450mm/sec
磁気ローラー82の線速M;675mm/sec
S/D(線速Dと線速Sとの比);1.5
M/S(線速Mと線速Sとの比);1.5
磁気ローラー82の直流バイアスVmag_dc;350V
現像ローラー83の直流バイアスVslv_dc;50V
磁気ローラー82の交流バイアスVmag_ac;2500V(4700Hz)
現像ローラー83の交流バイアスVslv_ac;1500V(4700Hz)
これに対し、シートサイズ判別部91が、トナー像を転写されるシートが長尺シートS2であると判別した場合、線速制御部92は、前記線速Dを定型シートS1用の速度よりも遅い速度(第2速度)に設定すると共に、前記S/Dが定型シートS1用の値よりも大きい値(第2の値)となるように前記線速Dを設定する。さらに線速制御部92は、前記線速Mを、定型シートS1用の速度よりも遅い速度(第4速度)に設定する。また、バイアス制御部93は、現像ローラー83に担持されるトナー層の厚さが、定型シートS1用の層厚よりも薄い層厚(第2層厚)になるように、磁気ローラー82及び現像ローラー83に与えるバイアスを制御する。
以下は、長尺シートS2の現像のために設定される線速及びバイアスの一例である。
感光体ドラム321の線速D;150mm/sec
現像ローラー83の線速S;300mm/sec
磁気ローラー82の線速M;450mm/sec
S/D(線速Dと線速Sとの比);2.0
M/S(線速Mと線速Sとの比);1.5
磁気ローラー82の直流バイアスVmag_dc;300V
現像ローラー83の直流バイアスVslv_dc;50V
磁気ローラー82の交流バイアスVmag_ac;2500V(4700Hz)
現像ローラー83の交流バイアスVslv_ac;1500V(4700Hz)
上掲の線速及びバイアスの設定例では、長尺シートS2の現像において、定型シートS1に比べて、感光体ドラム321の線速Dを1/2に減速し、現像ローラー83の線速Sを2/3に減速している。また、線速Sの減速に対応させて、磁気ローラー82の線速Mも2/3に減速している。これにより、長尺シートS2の現像においてはS/Dが1.5から2.0に変化する一方、M/Sについては一定値を維持している。また、バイアスについては、磁気ローラー82の直流バイアスVmag_dcだけを50Vだけ低減させ、他のバイアスは不変としている。
図8は、感光体ドラム321、現像ローラー83及び磁気ローラー82の線速と現像動作との関係を説明するための模式図である。既述の通り、磁気ローラー82の磁気ブラシDBのトナーは、磁気ローラー82の周面82Aと現像ローラー83の周面83Aとの間の電位差によって、周面83Aへ移動する。該トナーの移動量、つまり周面83Aに担持されるトナー層TLの層厚は、前記電位差の大きさに依存する。上記のバイアス設定例では、直流バイアスVmag_dcを上記の通り低減させることで、定型シートS1の現像時では周面82A周面83Aとの間の電位差はVmag_dc−Vslv_dc=300V(第1電位差)であるのに対して、長尺シートS2の現像時においてはVmag_dc−Vslv_dc=250V(第2電位差)となっている。従って、トナー層TLの層厚は、定型シートS1の現像時に比べて長尺シートS2の現像時の方が薄くなる。これにより、感光体ドラム321に供給されずに現像ローラー83上に残存するトナーの量を少なくすることができる。
一方、トナー層TLの層厚の薄層化によって、感光体ドラム321に供給するトナー量が不足することになる。その分は、前記S/Dの値を増加させることで、つまり感光体ドラム321の線速Dに対して相対的に現像ローラー83の線速Sを速くすることで、トナーの供給量を増加させて補う。この場合、前記S/Dの値を増加させつつ、線速Sも減速させることが望ましい。
図8に示すように、定型シートS1の現像時に設定される線速及びバイアスによって、所定の層厚tを有するトナー層TLが現像ローラー83の周面83Aに担持されるものとする。この場合のS/Dの条件で、周面83Aの点a1、点b1及び点c1の直上に担持されているトナーが、それぞれ感光体ドラム321の周面321Aの点a2、点b2及び点c2に十分な量で供給されるものとする。トナー層TLの層厚が薄層化された場合、S/Dがそのままの値であると、当然、点a2、点b2及び点c2に供給されるトナーの量が不足することになる。しかし、長尺シートS2の現像時において、S/Dの値を増加させることで、薄層化されたトナー層TLによっても、十分にトナーが供給できるようになる。つまり、定型シートS1の現像時においては、周面83Aの点a1〜点c1の間に担持されるトナーが、周面321Aの点a2〜点c2の間に供給されていたものが、長尺シートS2の現像時においては、S/Dの増加によって例えば、周面83Aの点a1〜点c1の間に担持されるトナーが、周面321Aの点a2〜点b2の間に供給されるようにすることができる。
このように、S/Dの値を増加させることによって、トナー層TLの薄層化に拘わらずトナーの供給量を確保できるが、現像ローラー83を高速回転させると、周面83A上にいくらかは残存してしまうトナーと磁気ブラシDBとの接触回数が増加し、トナーの過剰帯電を招来することになる。この点に鑑みて、上記の設定例では、感光体ドラム321の線速Dを1/2に減速し、これによってS/Dの値を増加させつつも、現像ローラー83の線速Sを低下させるようにしている。従って、現像ローラー83がトナーを担持した状態で過剰な線速で回転してトナーの劣化を誘発することを抑止できる。
現像ローラー83の線速Sを減速させた場合、磁気ローラー82の線速Mも減速させることができる。定型シートS1の現像時において所定のM/S(=1.5)で磁気ブラシDBから必要量のトナーが現像ローラー83に供給されているならば、長尺シートS2の現像時において、線速Sの減速に比例して線速Mも減速させ、M/Sを同一値に維持しても差し支えない。上記設定例では、線速Mを線速Sと同一の比率で減速し、M/Sの値を同一に維持する例を示しているが、必ずしも同一でなくともよく、若干M/Sの値が変動しても良い。
磁気ローラー82の線速Mが減速されることによって、トナーの劣化を抑制することができる。すなわち、磁気ローラー82の周面82Aに担持された現像剤は、現像剤規制ブレード84の配置箇所を通過する度にストレスを受け、劣化し易くなる。しかし、長尺シートS2の現像時において線速Mを比較的遅く設定することによって、現像剤が現像剤規制ブレード84の配置箇所を通過する回数を減少させることができる。これによって、現像剤がストレスを受ける回数も減らすことができ、トナーの劣化が抑制される。
以上の通り、線速及びバイアスを、定型シートS1の現像時と長尺シートS2の現像時とで変更することによって、トナーの劣化を抑制することができる。上掲の線速及びバイアス設定例は一例であって、種々の態様でこれらを設定することができる。例えば線速Dを、定型シートS1の現像時に比べて長尺シートS2の現像時では1/2に減速させる例を示したが、長尺シートS2のシート長さや印字率等に応じて、1/4〜3/4程度の範囲で線速Dを減速させるようにしても良い。また、S/Dの値についても、長尺シートS2の現像時に有意に増加する限りにおいて、適宜な値に設定することができる。さらに、トナー層TLの層厚は、現像ローラー83と磁気ローラー82との電位差の調整に加えて、若しくはこれに代えて、M/Sの値を調整することで制御しても良い。
続いて、制御部90による線速及びバイアスの設定動作について、図9に示すフローチャートに基づいて説明する。ここでは、画像形成装置1がプリンターとして動作する場合を想定している。先ず、外部機器から印刷指示がI/F964を通して制御部90に与えられたか否かが判定される(ステップS1)。印刷指示が与えられていない場合は(ステップS1でNO)、待機する。
印刷指示が与えられた場合(ステップS1でYES)、その画像データが画像メモリー963に取り込まれる(ステップS2)。その後、シートサイズ判別部91により、前記画像データが参照され、画像データの最初のページ画像データが定型シート用のものか、或いは長尺シート用のものであるかが判定される(ステップS3)。
シートサイズ判別部91が「定型シート用」と判定した場合(ステップS3でNO)、続いて線速制御部92は、定型シートの現像用として予め設定されている線速パラメーターを記憶部94から読み出し、感光体ドラム321の線速Dを所定の第1速度(上記設定例では、300mm/sec)に、S/Dが所定の第1の値(1.5)となるように現像ローラー83の線速Sを設定し(450mm/sec)、さらに磁気ローラー82の線速Mも所定値に設定し(675mm/sec)、駆動部962を制御する(ステップS4)。また、バイアス制御部93は、定型シートの現像用として予め設定されているバイアスパラメーターを記憶部94から読み出し、これに基づいて第1印加部88及び第2印加部89を制御する(ステップS5)。その後、当該定型シートのページ画像データについての印刷処理が実行される(ステップS6)。
これに対し、シートサイズ判別部91が「長尺シート用」と判定した場合(ステップS3でYES)、線速制御部92は、長尺シートの現像用として予め設定されている線速パラメーターを記憶部94から読み出し、感光体ドラム321の線速Dを所定の前記第1速度よりも遅い第2速度(上記設定例では、150mm/sec)に、S/Dが前記第1の値よりも大きい第2の値(2.0)となるように現像ローラー83の線速Sを設定し(300mm/sec)、さらに磁気ローラー82の線速Mも線速Sに比例した減速値に設定し(450mm/sec)、駆動部962を制御する(ステップS7)。また、バイアス制御部93は、長尺シートの現像用として予め設定されているバイアスパラメーターを記憶部94から読み出し、これに基づいて第1印加部88及び第2印加部89を制御する(ステップS8)。その後、当該定型シートのページ画像データについての印刷処理が実行される(ステップS5)。
その後、制御部90は次ページのページ画像データが画像メモリー963に格納されているか否かを確認する(ステップS9)。次ページの画像データが存在する場合は(ステップS9でYES)、ステップS3に戻って処理が繰り返される。次ページのページ画像データが存在しない場合は(ステップS9でNO)、処理を終える。
以上説明した通りの、本実施形態の画像形成装置1によれば、長尺シートにトナー像を転写することが可能な画像形成装置1において、長尺シートへの転写処理の際には、定型シートへの転写処理の場合に比べて、線速Dを遅く、S/Dの値が大きく、また線速Mも遅く設定され、さらに、現像ローラー83に担持されるトナー層TLの厚さが薄く設定される。かかる制御の実行により、長尺シートへの転写処理が行われても、トナーの劣化を抑制することができる。従って、トナーの劣化に伴う画像欠陥の発生を防止することができる。
1 画像形成装置
30 画像形成部
321 感光体ドラム(像担持体)
324 現像装置
81 現像剤貯留部
82 磁気ローラー(現像剤担持体)
83 現像ローラー(トナー担持体)
84 現像剤規制ブレード(規制部材)
88 第1印加部(バイアス印加手段)
89 第2印加部(バイアス印加手段)
90 制御部
91 シートサイズ判別部(シートサイズ判別手段)
92 線速制御部(第1制御手段)
93 バイアス制御部(第2制御手段)
962 駆動部(駆動手段)
S1 定型シート
S2 長尺シート

Claims (4)

  1. 静電潜像及びトナー像を担持する像担持体と、
    所定の方向に回転しつつ、トナーおよびキャリアを含む現像剤層を担持する現像剤担持体と、
    前記現像剤層に接触した状態で回転しつつ、前記現像剤層からトナーを受け取ってトナー層を担持し、前記静電潜像の現像のために前記トナー層のトナーを前記像担持体に供給するトナー担持体と、
    前記像担持体、現像剤担持体及びトナー担持体を回転駆動する駆動手段と、
    前記トナー像を転写されるシートが、定型シート又は該定型シートよりも副走査方向のサイズが長い長尺シートのいずれであるかを判別するシートサイズ判別手段と、
    前記駆動手段を制御することによって、前記像担持体の線速D、前記現像剤担持体の線速M及び前記トナー担持体の線速Sを制御する第1制御手段と、
    前記トナー担持体に担持されるトナー層の厚さを制御する第2制御手段と、を備え、
    前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シートであると判別した場合、前記第1制御手段は、前記線速Dを所定の第1速度に設定すると共に、前記線速Dと前記線速Sとの比であるS/Dが所定の第1の値となるように前記線速Dを設定し、前記第2制御手段は、前記トナー担持体に担持されるトナー層の厚さを所定の第1層厚に設定し、
    前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合、前記第1制御手段は、前記線速Dを前記第1速度よりも遅い第2速度に設定すると共に、前記S/Dが前記第1の値よりも大きい第2の値となるように前記線速Dを設定し、前記第2制御手段は、前記トナー層の厚さを前記第1層厚よりも薄い第2層厚に設定する、画像形成装置。
  2. 請求項1に記載の画像形成装置において、
    前記現像剤担持体に担持される現像剤層の層厚を規制する規制部材をさらに備え、
    前記第1制御手段は、
    前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シートであると判別した場合、前記線速Mを所定の第3速度に設定し、
    前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合、前記線速Mを前記第3速度よりも遅い第4速度に設定する、画像形成装置。
  3. 請求項2に記載の画像形成装置において、
    前記第1制御手段は、前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シート又は前記長尺シートであると判別した場合のいずれにおいても、前記線速Mと前記線速Sとの比であるM/Sが略一定となるように、前記線速M及び前記線速Sを設定する、画像形成装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
    前記現像剤担持体及び前記トナー担持体の少なくとも一方にバイアスを印加して両者間に所定の電位差を形成するバイアス印加手段をさらに備え、
    前記第2制御手段は、
    前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記定型シートであると判別した場合、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の電位差が所定の第1電位差となるよう前記バイアスを設定し、
    前記シートサイズ判別手段が、前記トナー像を転写されるシートが前記長尺シートであると判別した場合、前記現像剤担持体と前記トナー担持体との間の電位差が前記第1電位差よりも小さい第2電位差となるよう前記バイアスを設定する、画像形成装置。
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