(57)【要約】【課題】トナーのワックス含有率を０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下とし、低温定着トナーを含む現像剤を用いた画像形成装置において、省スペース化、低コスト化を維持しつつ像担持体表面の偏摩耗に起因する画像濃度ムラを防止する。【解決手段】プリンタに用いる二成分現像剤を構成するトナーとして結着樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有し、トナーを構成する樹脂のＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも一つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量１５，０００以下である低温定着トナーを用いる。更にトナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下とする。これによって、クリーニングブレード４１を感光体ドラム１軸方向に揺動させる機構等を新たに設けなくても画像濃度ムラの発生を回避する。【選択図】  図１
2004286866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担時体と、
トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を担持する現像剤担持体を有し、該像担持体上に形成された潜像に該現像剤担持体表面に担持する現像剤を供給して該潜像を顕像化する現像装置と、
該像担持体表面に当接したクリーニング部材を有し該像担持体表面に付着したトナーを機械的に除去する像担持体クリーニング装置とを有し、
かつ、該トナーとして、結着樹脂、着色剤、及びワックスを少なくとも含有し、該トナーのＴＨＦ（テトラヒドロフラン）可溶分により求められたＧＰＣ（ゲルパミエーションクロマトグラフィ）による分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも一つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量１５，０００以下であるものを用いた画像形成装置において、
上記トナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下としたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、
上記像担持体を円筒形状でかつその外径を１０［ｍｍ］以上４０［ｍｍ］以下としたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２の画像形成装置において、
上記像担持体表面のトナー付着量を検知するトナー付着量検出手段と、
該トナー付着量検知手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給量制御手段とを有し、
該トナー付着量検出手段として、該像担持体表面に対する発光及び受光を行う反射型フォトセンサを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３の画像形成装置において、
上記反射型フォトセンサとして、上記像担持体表面から１０［ｍｍ］以上２５［ｍｍ］以下の距離で該像担持体表面に対する発光及び受光を行う遠距離反射型フォトセンサを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項３又は４の画像形成装置において、
上記像担持体クリーニング装置によって該像担持体表面から除去したトナーを回収し、上記現像装置に該トナーを再び補給するトナーリサイクル機構を有し、
上記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に、該トナーリサイクル機構によるリサイクルトナーの補給動作を停止させることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項３、４、又は５の画像形成装置において、
上記像担持体クリーニング装置によって該像担持体表面から除去したトナーを回収し、上記現像装置に該トナーを再び補給するトナーリサイクル機構とを有し、上記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に、該像担持体表面への新たなトナー補給を一時的に停止し、かつ該リサイクル機構によって現像装置に補給されたリサイクルトナーを強制消費するリサイクルトナー強制消費モードを実行可能に構成したことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に係り、詳しくは、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いて静電潜像を顕像化する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二成分現像剤を用いて像担持体上の静電潜像を現像する画像形成装置が広く用いられている。この画像形成装置は、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を現像剤担持体表面に磁気吸着させて磁気ブラシを形成し、磁気ブラシ中のトナーを現像電界によって像担持体上の潜像に転移させて潜像を現像するものである。
【０００３】
二成分現像剤を用いた画像形成装置において本出願人は先に、像担持体上の画像を転写紙に定着させるために必要な電力を省力化したり定着効率をアップしたりするために、低温で定着が可能となる低温定着トナーを用いることを提案した（特許文献１参照）。低温定着トナーは、結着樹脂としてポリエステル樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有し、トナーを構成する樹脂のＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１０００〜１００００の間に少なくとも一つのピークを有している。また分子量分布の半値幅が分子量１５，０００以下である。トナー中に含有させるワックスは、転写工程で転写した転写紙上のトナー像を定着工程で融着させ、かつオフセット画像が発生しないように定着ローラから引き剥がす効果を得るためのものである。
【０００４】
ところで、二成分現像剤を用いた画像形成装置において、像担持体はその表面が数多くの部材や材料と接触した状態にある。像担持体と接触する部材・材料としては例えば、トナー飛散防止用の現像入口シール、クリーニングブレード、クリーニング入口シール、帯電ローラ、転写ローラ、現像剤、その他数多くのものがある。現像動作中には、像担持体表面がこれらの部材や材料と擦れ合うため、現像動作が繰り返し実施されると像担持体表面が徐々に摩耗していく。
【０００５】
上記像担持体表面に接触配置されている部材のうちクリーニングブレードは、転写材へ画像転写後の像担持体上に残留したトナーを除去するためのものである。これは像担持体上に次に形成する画像にそれ以前に形成した画像の残留トナーの影響が及ばないようにするために設けられている。このクリーニングブレードは従来、像担持体表面の残留トナーを機械的に除去できる程度の圧力で像担持体表面に当接されていた（特許文献２及び３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−８２４８４号公報
【特許文献２】
特開平９−２４４２９２号公報
【特許文献３】
特許第３０００４０１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、像担持体に接触配置させている各種の部材及び材料のうち、クリーニングブレードは像担持体表面にある程度の圧力で当接させているので、像担持体表面の摩耗に対する寄与率が他の当接部材より高い。そしてクリーニングブレードを像担持体に当接させている画像形成装置で、上記の低温定着トナーを含む現像剤を用いて画像形成動作動作を繰り返し行うと、ハーフトーン画像などでスジ状の濃度ムラ画像が発生する場合があった。
【０００８】
スジ状の濃度ムラ画像の発生原因を調べたところ次のことが分かった。
クリーニングブレードが像担持体に当接している像担持体とクリーニングブレードとの界面（以下、クリーニングニップという）にトナーが次第に堆積する。ブレードエッジに堆積したトナーは像担持体の駆動によって加熱及び加圧によるストレスを受け、トナー内部及び表層にあるワックスがトナー表面に溶け出してくる。そしてクリーニングニップでワックスがある部分とない部分とができる。ワックスがある部分では例えトナーが挟まれていてもクリーニングブレードの像担持体表面に対する摩擦係数が低下して像担持体表面の摩擦による削れば抑えられるが、ワックスがない部分ではブレードによってトナーが像担持体表面に押し付けられるため像担持体表面が削れる。このようにクリーニングニップでのワックスの偏在により、像担持体表面移動方向に平行な縦スジ状の偏摩耗が生じ、偏摩耗が生じた像担持体上で潜像を現像するとハーフトーン画像などでスジ状の濃度ムラ画像が発生する。
【０００９】
上記像担持体表面の偏摩耗は、必ずしも低温定着トナーを含む現像剤を用いた場合に限らず、ワックスを含有している現像剤を用いた場合には発生する恐れはある。しかし、低温定着トナーは低エネルギーで画像の定着ができるようにトナーの設計が行われているため、より軽いストレスでもトナー表面にワックスがしみ出やすくなっている。このため、スジ状の濃度ムラ画像が低温定着トナーを含まない現像剤より顕著に発生する。
【００１０】
ここで、クリーニングブレードと像担持体との間のクリーニングニップにトナー等の異物が挟まれて生じるスジ状の濃度ムラを防止するために、クリーニングブレードを像担持体軸方向に揺動させる機構を設けたものがある。この揺動機構によって像担持体表面軸方向での局所的な摩耗を防ぎ、摩耗の均一化を図ることはある程度可能である。しかし、クリーニングブレードを揺動させるための装置や、揺動スペースが新たに必要となるため、装置が大型化したりコストアップしたりするという不具合がある。近年、特に省スペース化、低コスト化が望まれており、これらを維持しつつ画像濃度ムラを防止できるようにすることが求められる。
【００１１】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、低温定着トナーを含む現像剤を用いた画像形成装置において、省スペース化、低コスト化を維持しつつ像担持体表面の偏摩耗に起因する画像濃度ムラを防止することができる画像形成装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、像担時体と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を担持する現像剤担持体を有し、該像担持体上に形成された潜像に該現像剤担持体表面に担持する現像剤を供給して該潜像を顕像化する現像装置と、該像担持体表面に当接したクリーニング部材を有し該像担持体表面に付着したトナーを機械的に除去する像担持体クリーニング装置とを有し、かつ、該トナーとして、結着樹脂、着色剤、及びワックスを少なくとも含有し、該トナーのＴＨＦ（テトラヒドロフラン）可溶分により求められたＧＰＣ（ゲルパミエーションクロマトグラフィ）による分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも一つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量１５，０００以下であるものを用いた画像形成装置において、上記トナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下としたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記像担持体を円筒形状でかつその外径を１０［ｍｍ］以上４０［ｍｍ］以下としたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の画像形成装置において、上記像担持体表面のトナー付着量を検知するトナー付着量検出手段と、該トナー付着量検知手段による検出結果に基づいてトナー補給量を制御するトナー補給量制御手段とを有し、該トナー付着量検出手段として、該像担持体表面に対する発光及び受光を行う反射型フォトセンサを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記反射型フォトセンサとして、上記像担持体表面から１０［ｍｍ］以上２５［ｍｍ］以下の距離で該像担持体表面に対する発光及び受光を行う遠距離反射型フォトセンサを用いたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項３又は４の画像形成装置において、上記像担持体クリーニング装置によって該像担持体表面から除去したトナーを回収し、上記現像装置に該トナーを再び補給するトナーリサイクル機構を有し、上記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に、該トナーリサイクル機構によるリサイクルトナーの補給動作を停止させることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項３、４、又は５の画像形成装置において、上記像担持体クリーニング装置によって該像担持体表面から除去したトナーを回収し、上記現像装置に該トナーを再び補給するトナーリサイクル機構とを有し、上記反射型フォトセンサの出力調整時の発光光量が所定値以上となった場合に、該像担持体表面への新たなトナー補給を一時的に停止し、かつ該リサイクル機構によって現像装置に補給されたリサイクルトナーを強制消費するリサイクルトナー強制消費モードを実行可能に構成したことを特徴とするものである。
請求項１の画像形成装置においては、二成分現像剤を構成しているトナー中のワックス含有率を０［重量％］より多く５．０［重量％］以下に規定する。高温環境下での放置や装置の駆動等様々な要因による装置内部の温度上昇やその他のトナーが受けるストレスによってトナー中のワックスがトナー表面に染み出してくるが、トナー中のワックス含有率によって像担持体表面における偏摩耗の発生の程度が異なる。図３は、像担持体クリーニング装置としてクリーニングブレードを設け、低温定着トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いて現像を行ったときの像担持体表面の偏摩耗ランクを調べた結果を折れ線ａに示したものである。偏摩耗ランクは０〜５で示しており、４以上が合格範囲である。図３の折れ線ａによると、トナー中のワックス含有率を下げるにつれて像担持体表面の偏摩耗ランクが上昇する。含有率が５［重量％］以下でランクが４以上となり、含有率が０［重量％］でランクが５であった。これにより、トナーのワックス含有率を０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下とすれば、像担持体上偏摩耗を合格範囲にすることができ、クリーニング部材を像担持体軸方向に揺動させる機構等を新たに設けなくても画像濃度ムラの発生を回避できることが分かる。よって、本発明においては、トナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置（以下、プリンタという）に適用した実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態にかかるプリンタにおける像担持体としての感光体周辺の概略構成図である。通常の画像形成動作の概要について説明する。
図示しない露光ランプによってコンタクトガラス上の原稿を露光し、その反射光をスキャナで読み取り、スキャナ部（図示せず）から受け取った画像情報に基づき、感光体ドラム１に向けてレーザー書込み光ＬＤを照射させる。この照射により、像担持体としての感光体ドラム１の表面には静電潜像が形成され、この潜像は所定の現像プロセスを経由してトナー像に現像される。
【００１５】
図１に示す感光体ドラム１周辺には次のようなものが設けられている。感光体ドラム表面を一様に帯電する帯電ローラ１１を有する帯電装置１０、現像剤担持体としての現像ローラ２１を有する現像装置２０、感光体ドラム上に形成したトナー像を転写ローラ３１とのニップ部で転写紙上に転写する転写装置３０がある。更に、感光体ドラム表面の転写残トナーを除去するために感光体ドラム表面に所定の圧力で当接させたクリーニング部材としてのクリーニングブレード４１を有する感光体クリーニング装置４０、感光体表面を除電するための除電ランプを発する除電装置５０がある。上記以外にも、感光体ドラム周辺には、感光体ドラム上に形成した画像のトナー濃度を検出するトナー付着量検出手段としての反射型フォトセンサ（以下、Ｐセンサという）６０、転写ニップを通過した後の転写紙を感光体ドラム１から分離するためのドラム分離爪７０等がある。
【００１６】
上記構成において、スキャナ部から画像情報を受け取ると、帯電ローラ１１によって一様に帯電された感光体ドラム１上にＬＤ光４を照射して感光体ドラム上に静電潜像を形成する。この潜像を現像ローラ２１との対向部で従来から知られている現像プロセスを実施させて顕像化し、感光体ドラム上にトナー像を形成する。形成されたトナー像を転写ローラとの対抗部である転写ニップで従来から知られている転写プロセスにより転写紙上に転写し、最後に図示しない定着器を通してプリンタから排紙する。
【００１７】
尚、本実施形態のプリンタは本体全体を小型化するために、感光体ドラム周りの各部材をなるべく小型化しており、各部材の外径は以下の通りである。
・  感光体ドラム：３０［ｍｍ］
・  帯電ローラ：１６［ｍｍ］
・  転写ローラ：１４［ｍｍ］
・  現像ローラ：１６［ｍｍ］
本実施形態の感光体ドラム１は、円筒形状でその外径が１０［ｍｍ］以上４０［ｍｍ］以下の範囲のものを用いている。これは、プリンタに用いる感光体ドラム１のサイズとしては比較的小型である。その一例として本実施形態では感光体ドラム１の外径が３０［ｍｍ］のものを用いている。
【００１８】
図２は、上記プリンタに設けられているクリーニング装置４０の斜視図である。このクリーニング装置４０はユニット形状となっている。また、クリーニングブレード４１は、クリーニングブレード４１を感光体ドラム表面にカウンタ方向から当接させるカウンターブレード方式を採用している。クリーニングブレード４１は、板金に接着したゴムブレードを、スプリング力によって感光体ドラム表面に当接させている。クリーニングブレード４１の上部近傍には、クリーニングブレード４１でせき止めたトナーを軸方向図中奥側から手前側へと搬送するトナー搬送スクリュー４２を有している。
転写残などのトナーが残留している感光体ドラム表面が感光体ドラム１とクリーニングブレード４１との接触位置であるクリーニングニップを通過すると、感光体ドラム表面のトナーがクリーニングブレード４１によってせき止められクリーニングブレード４１上部へ回収される。回収されたトナーは、トナー搬送スクリュー４２によって奥側から手前側へと搬送される。搬送されたトナーはリサイクルトナーとして、クリーニング装置４０のユニット手前にある搬送路４３を通って下方にある現像装置へ戻され再び補給される。このようなトナーリサイクル機構を有している。
尚、本実施形態にプリンタには、上記クリーニング装置以外には感光体ドラムクリーニングに関する補助的な役割のファーブラシや上記ブレードの感光体軸方向の揺動機構は一切備えていない。
【００１９】
次に、現像剤に用いられるトナーについて説明する。本実施形態のプリンタには、低温で転写紙に定着が可能な低温定着のトナーを使用している。このトナーは、結着樹脂、着色剤、ワックスを少なくとも含有し、トナーを構成する樹脂のＴＨＦ可溶分により求められたＧＰＣによる分子量分布の値が１，０００〜１０，０００の間に少なくとも一つのピークを有し、該分布の半値幅が分子量１５，０００以下である。
このように、トナーを構成する樹脂の分子量分布をシャープ化し、かつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くすることにより、トナーの低温定着性を向上させることができる。また、トナーの定着性には、ＴＨＦ不溶樹脂分よりもＴＨＦ可溶樹脂分が大きく関与していることを確認し、その結果、ＴＨＦ可溶樹脂分における分子量分布の設計を工夫することによって、低温定着性を実現している。トナーを構成する樹脂としては、前記の条件のトナーになりさえすれば、特に限定的でなく各種の樹脂が適用可能であるが、特にポリエステル樹脂が好ましい。
【００２０】
また、上記現像剤に用いられるトナーの粒径については、特に限定的でないが、細線再現性等に優れた高画質を得るためには、体積平均粒径が１０μｍ以下であることが好ましい。更に具体的には、トナーの体積平均粒径範囲が５μｍ以上１０μｍ以下が好ましい。ここで、トナー体積平均粒径の測定は、種々の方法によって測定可能であるが、本発明では米国コールター・エレクトロニクス社製のコールターカウンターＴＡＩＩが用いられる。尚、トナーの体積平均粒径が６．８μｍの場合と９．５μｍの場合とで、以下に記載する感光体ドラム表面の偏摩耗の状態に差がないことは確認済みである。
【００２１】
ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィ）は次のようにして測定される。４０℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてＴＨＦを毎分１［ｍｌ］の流速で流し、試料濃度として０．０５〜０．６重量％に調製した樹脂のＴＨＦ試料溶液を５０〜２００［μｌ］注入して測定する。
さらに、上記トナーには、離型剤としては公知のワックスが全て使用できる。
【００２２】
上記構成のプリンタにおいて、クリーニングブレード４１を感光体ドラム表面にある程度の圧力で当接させているので感光体ドラム表面の摩耗に対する寄与率が感光体ドラム１に当接している他の当接部材より高い。そしてこのプリンタで上記低温定着トナーを含む現像剤を用いて画像形成動作を繰り返し行うと、ハーフトーン画像などでスジ状の濃度ムラ画像が発生する場合があった。
【００２３】
スジ状の濃度ムラ画像の発生原因は、クリーニングブレード４１が感光体ドラム１に当接しているクリーニングニップにトナーが次第に堆積し、堆積したトナーが感光体ドラム１の駆動によって加熱及び加圧によるストレスを受ける。これによって、トナー内部及び表層にあるワックスが次第にトナー表面に溶け出し、クリーニングニップにワックスがまばらに付着、堆積してクリーニングニップの長手方向でワックスがある部分とない部分とのムラができる。本実施形態においてはクリーニングブレード４１の揺動機構がないため、堆積したトナーや偏在したワックスを自己修復させる能力がない。
ワックスがある部分では例えトナーが挟まれていてもクリーニングブレード４１の感光体ドラム表面に対する摩擦係数が低下して感光体ドラム表面の摩擦による削れば抑えられるが、一方ワックスがない部分ではブレードによってトナーが感光体ドラム表面に押し付けられるため感光体ドラム表面が削れる。このようにクリーニングニップでのワックスの偏在により、感光体ドラム表面移動方向に平行な縦スジ状の偏摩耗が生じ、偏摩耗が生じた感光体ドラム上で潜像を現像するとハーフトーン画像などでスジ状の濃度ムラ画像が発生する。
このような偏摩耗は必ずしも低温定着トナーを含む現像剤を用いた場合に限らず、ワックスを含有している現像剤を用いた場合には発生する恐れはある。しかし、低温定着トナーは低エネルギーで画像の定着ができるようにトナーの設計が行われているため、より軽いストレスでもトナー表面にワックスがしみ出やすくなっている。このため、スジ状の濃度ムラ画像が低温定着トナーを含まない現像剤より顕著に発生する。
【００２４】
上記のような感光体ドラム表面の偏摩耗によって生じる画像濃度ムラを防止するために、クリーニングブレード４１を感光体ドラム軸方向に揺動させる機構を設けたものがある。しかし、クリーニングブレード４１を揺動させるための装置や、揺動スペースが新たに必要となるため、装置が大型化したりコストアップしたりする。本実施形態においては近年求められつつある省スペース化、低コスト化を維持しつつ画像濃度ムラを防止できるようにしている。以下に、本実施形態の特徴について説明する。
【００２５】
本実施形態においては、現像剤に用いるトナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下としている。
高温環境下での放置や装置の駆動等様々な要因による装置内部の温度上昇やその他のトナーが受けるストレスによってトナー中のワックスがトナー表面に染み出してくるが、トナー中のワックス含有率によって感光体ドラム表面への偏摩耗の発生させ方が異なる。図３は、本実施形態のプリンタで現像を行ったときの感光体ドラム表面の偏摩耗ランク（折れ線ａ）と転写紙への画像定着性（折れ線ｂ）とを調べた結果である。但し、このデータは、平均粒径が１０μｍ以下のトナーと平均粒径が５０μｍ以下のキャリアとからなる二成分現像剤を用い、トナーへのワックス含有率を０［重量％］から７［重量％］まで変化させたときの感光体ドラム表面偏摩耗の状態ａと転写紙への画像定着性ｂとを０から５までのランク分けして折れ線で示したグラフである。両方のランクはいずれも４以上が合格範囲である。
図３の結果より、トナー中のワックス含有率を下げるにつれて感光体ドラム表面の偏摩耗ランクが上昇する。含有率が５［重量％］以下でランクが４以上の合格範囲に入り、含有率が０［重量％］でランクが５となった。トナー中のワックス含有率が多すぎると、高温環境下での放置や動作中に温度上昇したプリンタ内で、様々なハザードを受けながらワックスがトナー表面に染み出してしまい、それが感光体表面の偏摩耗を引き起こしてしまう。また、トナー帯電量低下も生じる。トナーのワックス含有率を０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下とすれば、感光体ドラム上偏摩耗を合格範囲にすることができ、クリーニングブレード４１を感光体ドラム軸方向に揺動させる機構等を新たに設けなくても画像濃度ムラの発生を回避できることが分かる。
よって、本発明においては、トナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下の範囲に設定している。
このように、本実施形態においては、トナーのワックス含有率を０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下の範囲に設定している。よって、クリーニングブレード４１を感光体ドラム軸方向に揺動させる機構等を新たに設けなくても画像濃度ムラの発生を回避できる。よって、省スペース化、低コスト化を維持しつつ感光体ドラム表面の偏摩耗に起因する画像濃度ムラを防止することができる。
【００２６】
一方、図３から分かるように、トナー中のワックス含有率が少なすぎると画像の定着性ランクが低下しており、定着性が悪化し、ワックス含有率２．０［重量％］をきると定着性ランクが合格範囲から外れてしまうことが分かる。よって、更に定着性を良好にするためには、ワックスの含有率を２．０［重量％］以上にすることが好ましい。
ワックスの含有率を２．０［重量％］以上５．０［重量％］以下とすることによって、省スペース化、低コスト化を維持しつつ感光体ドラム表面の偏摩耗に起因する画像濃度ムラを防止できると共に、画像定着性も良好な状態とすることができる。更に好ましくは、トナー中のワックスの含有率を３．５［重量％］以上４．５［重量％］以下とすることによって、画像濃度ムラ防止と画像定着性の安定とをより確実に実現することができる。
【００２７】
また、本実施形態のプリンタは、画像濃度を制御するために、Ｐセンサ６０による感光体ドラム上に形成された画像のトナー付着量を検出し、この検出結果に基づいてトナー補給量を制御するようトナー補給量制御手段を有している。トナー補給量制御方法については後に詳述する。
更に、本実施形態においては、トナーのワックス含有率を上記のように規定し、感光体ドラム表面に偏摩耗が生じないようにしている。従って、感光体ドラム表面に偏摩耗によるスジ状の凹部が形成されない。感光体ドラム表面にスジ状凹部が生じていた場合にはトナーが付着していてもＰセンサ６０による正反射光が得られずトナー有無の検出値に誤検知が生じていたが、本実施形態ではトナー濃度を正確に検知できる。
【００２８】
Ｐセンサ６０で感光体ドラム表面に現像されたトナー像を検出するためには、感光体周りの現像ニップと転写ニップとの間で検出する必要がある。このとき、Ｐセンサ６０が検知対象である感光体ドラム１に対して近距離に設置する近距離型センサの場合、センサを転写ニップ近傍に設置することになるため転写紙の搬送経路を妨害する恐れがある。
転写紙搬送経路の妨害を回避するＰセンサ６０として、感光体ドラム表面から比較的離れた位置に設置する遠距離型Ｐセンサ６０がある。遠距離型Ｐセンサ６０は、検知対象である感光体ドラム表面との距離がほぼ１０［ｍｍ］以上２５［ｍｍ］以下で、従来の近距離型の３［ｍｍ］以上５［ｍｍ］以下に比べて感光体ドラム表面から離して設置することができる。このため、Ｐセンサ６０の発光及び受光に必要な光路さえ確保できれば、感光体ドラム近傍にＰセンサ６０そのものを設置する必要がなく、プリンタの限られたスペースを有効に使うことが可能となる。特に、本実施形態のプリンタにおいては、感光体ドラム自体が小径感光体ドラムなので、感光体ドラム近傍のスペースは更に限られたものとなる。このプリンタに遠距離型Ｐセンサ６０を搭載することは、プリンタの小型化に対して有用性が高い。
そこで本実施形態のプリンタに用いるＰセンサ６０は、感光体ドラム表面から１０［ｍｍ］以上２５［ｍｍ］以下の距離である２０［ｍｍ］で感光体ドラム１に対する発光及び受光を行う遠距離反射型フォトセンサとしている。このＰセンサ６０は、発光素子としてＬＥＤ、受光素子としてフォトトランジスタで構成されており、上記両素子が感光体軸と平行に並んだ形で、転写ローラ３１の下側に設置されている。受発光素子が埋め込まれたＰセンサ６０の感光体ドラム１に面した部分に防塵カバーとしてのレンズがセットされており、ここを反射型フォトセンサの検知面とすると、センサ検知面から感光体上の光反射面までの距離が２０［ｍｍ］である。
【００２９】
Ｐセンサ６０のキャリブレーション動作に関して説明する。Ｐセンサ６０のキャリブレーションは、画像形成装置本体の電源投入時に自動的に実行している。
まず、感光体ドラムを回転駆動させた状態で通常の画像形成時と同様に帯電電圧および現像バイアス電圧印加を行い、感光体ドラム表面に非画像領域を作る。この領域でＰセンサ６０の発光素子を発光し、受光素子で感光体ドラムからの反射光を受光した結果Ｐセンサ６０の地肌部出力電圧Ｖｓｇが４．０［Ｖ］となるように、Ｐセンサ６０の発光光量を振って調整する。実際にプリンタに設置されたＰセンサ６０の発光光量を調整するには、Ｐセンサ６０発光素子に流れる電流値をＰＷＭ制御しており、このＰＷＭ値を自動的に振って、Ｖｓｇ＝４．０［Ｖ］になったところでＶｓｇ調整動作が終了する。その後は次回のＶｓｇ調整実行まで、調整されたＰＷＭ値に固定される。上記ＰＷＭ値は２５６データ（８ｂｉｔデータ）で表され、通常は新品の感光体使用時に７０〜７５に設定される。Ｖｓｇ調整の実行タイミングは、プリンタの本体電源投入時、予熱モードからの復帰時や、予め設定されたコピー枚数経過後のコピー動作終了時などである。
【００３０】
次に、Ｐセンサ６０によるトナー濃度制御について説明する。先ず、前記のごとくＰセンサ６０のキャリブレーションすなわちＶｓｇ＝４．０［Ｖ］調整時に設定されたＰＷＭ値によって、画像形成動作中以外のタイミングで不定期に感光体ドラム上に所定の作像条件（帯電印加電圧：−２００［Ｖ］、現像バイアス電圧：−４００［Ｖ］）でＰセンサ６０用トナー付着パターンを作像し、前記Ｐセンサ６０の地肌部出力電圧（Ｖｓｐ１とする）と概ね４．０［Ｖ］に設定されたＶｓｇ１との出力比（Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１）によってそのパターン部のトナー付着量が適切であるか否かを判断する。
前記の如く帯電印加電圧を−２００［Ｖ］に設定することで、感光体ドラム表面電位は−１００［Ｖ］となる。そしてこの部分に現像バイアス電圧−４００ｖを印加することで、現像ポテンシャル電圧：−３００［Ｖ］でトナー付着パターンが現像されることになる。通常の黒部原稿作成時は、感光体ドラム１の地肌部表面電位が−９００［Ｖ］、画像部表面電位が−１５０［Ｖ］、現像バイアス−５００［Ｖ］に設定されており、現像ポテンシャル電圧が−３５０［Ｖ］となっている。よって、Ｐセンサ６０によるトナー濃度制御は、通常の黒部原稿の現像ポテンシャル電圧−３５０［Ｖ］に比べて小さい−３００［Ｖ］と設定しており、トナー付着量も０．４ｍｇ／ｃｍ２と黒ベタ部に比べて少なくすることで、Ｐセンサ６０の高感度領域を使うようにしている。
【００３１】
通常は、１００枚毎のコピー動作終了後に、Ｐセンサ６０による感光体上のトナー付着量検知が実行され、地肌部出力電圧Ｖｓｇに対するＰセンサ６０検知用のトナー付着パターン部を検知した画像部出力電圧Ｖｓｐの出力比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）によってトナー補給量が決定される。
パターン部のトナー付着量が少ない場合には、感光体表面のパターン部のうちトナーで覆われない部分が多くなるため、一定の発光光量を感光体上に照射したときに反射される出力が多くなり、Ｐセンサ６０の受光素子で検出する画像部検知出力（Ｖｓｐ１）が大きくなる。図４は、感光体ドラム表面への単位面積当たりのトナー付着量［ｍｇ／ｃｍ２］に対するＰセンサ６０の地肌部出力電圧Ｖｓｇ［Ｖ］を示した図である。本実施形態においては、前記出力比（Ｖｓｐ１／Ｖｓｇ１）が予め設定した所定値（例えば１０％）を越えた場合にトナー補給制御を実施し、現像能力を高くする。このようにして感光体上の画像部に付着するトナー量を一定に維持して画像濃度を一定に保っている。
【００３２】
ところで、感光体ドラム表面の偏摩耗はＰセンサ６０を用いた画像濃度制御にも影響を及ぼす。感光体ドラム１の表面が偏摩耗すると、感光体ドラム表面からの光反射効率が低下し、感光体ドラムからの反射光量が低下する。このため、Ｐセンサ６０の地肌部出力電圧Ｖｓｇ＝４．０［Ｖ］とするためのＰＷＭ値は実際のトナー付着量に対する値よりも高くなってしまう。別の言い方をすると、上記のように感光体ドラム表面の偏摩耗などによる劣化が進行した場合でも、ＰＷＭ値を高めて発光光量を多くすることで、Ｐセンサ６０の地肌部出力電圧Ｖｓｇを４．０［Ｖ］に調整することができる。しかし、感光体ドラム表面が偏摩耗している状態では、感光体ドラム周方向に形成されたスジ状の凹部（溝）に入射した発光光は、感光体ドラム表面で正反射できないため、本来Ｐセンサ６０が受光すべき正反射光を発するための感光体表面積が減少してしまっている。上記スジ状凹部はトナーが付着していなくても正反射光を発せられないので、Ｐセンサ６０用トナー付着パターンのためのトナーがスジ状凹部に付着しても、それに伴う正反射光の減衰が無い。よって、Ｐセンサ６０出力によるトナー付着有無を検出することができない。つまり、感光体ドラム表面が偏摩耗した場合、見かけ上はＶｓｇ調整ができても、出力比（Ｖｓｐ／Ｖｓｇ）に基づくトナー補給制御は適切に行われず、トナー飛散や地肌汚れ等の不具合を引き起こす恐れがある。
更に、通常安価なＰセンサ６０に用いる光源はフォトトランジスタやフォトダイオードであり、レーザー光と違ってある程度拡散する。従って、主に正反射光を受光するような構成ではあるが、一部乱反射光も受光している。しかし、本実施形態のように遠距離Ｐセンサ６０を用いる場合、上記のように近距離Ｐセンサ６０を用いる場合に比してセンサの発光量に対する受光量の減衰率が高い。従って、偏摩耗した感光体ドラムでＰセンサ６０のＶｓｇ調整を実行した場合、偏摩耗していない感光体ドラムや均一に摩耗している感光体ドラム１と比べて正反射光が著しく減少し、受光量が大幅に減衰する。この場合、上記のようにＰセンサ６０の発光光量すなわちＰＷＭ値を大幅増加させ、Ｖｓｇ＝４．０［Ｖ］とするＶｓｇ調整動作が必要である。ところが、ＰＷＭ値の増加分が限界を超えてしまった場合には、Ｐセンサ６０のＶｓｇ調整不良という不具合が発生してしまう。
【００３３】
本実施形態においては、上述のように予め現像剤に用いるトナーのワックス含有率を、０［重量％］より多くかつ５．０［重量％］以下として感光体ドラム表面の偏摩耗に起因する画像濃度ムラを防止できるようにしている。しかし、リサイクルトナーは、ニュートナーに比してワックス染み出し量過多のトナーが多く含まれており、これによって感光体ドラム表面の偏摩耗を進行させ、画像濃度ムラを生じさせてしまう恐れもある。そこで、本実施形態のプリンタにおいては更に、ワックス染み出し過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーによる感光体ドラム表面の偏摩耗を回避できるようにしている。以下に、その具体的な方法について説明する。
【００３４】
図５は、リサイクルトナーをプリンタ本体から排出するタイミングを制御するためのフローチャートである。Ｐセンサ６０感度の最も高い時、すなわちＰＷＭ値の最も低い値をＰＷＭ０として本体メモリに記憶し、このＰＷＭ０に対して、ＰＷＭ値が変化基準値として設定した５０以上上昇した値を異常値としている。
図５において、先ず感光体ドラム１の駆動をＯＮ（ステップ１）し、Ｐセンサ６０で地肌部出力電圧Ｖｓｇ＝４．０［Ｖ］とするためのＰセンサ６０による発光光量の調整（Ｖｓｇ調整という）を行う（ステップ２）。次に地肌部出力電圧Ｖｓｇが３．５［Ｖ］以上４．５［Ｖ］以下の範囲内にあるか否かを判断し（ステップ３）、この範囲内にある（ステップ３でＹ）ときはそのまま制御動作を終了する（ステップ４）。一方、地肌部出力電圧Ｖｓｇがこの範囲から外れている（ステップ３でＮ）とき、更に地肌部出力電圧Ｖｓｇが４．５［Ｖ］より大きいか否かを判断し（ステップ５）、４．５［Ｖ］より大きい（ステップ５でＹ）とき、ＰＷＭ値を下げ（ステップ６）ステップ２へ戻る。一方、地肌部出力電圧Ｖｓｇが４．５［Ｖ］以下（ステップ５でＮ）のとき、既にステップ３でＮであるため実際にはＶｓｇが３．５［Ｖ］未満であることになる。このとき、ＰＷＭ値を上げ（ステップ７）既にメモリにあるＰＷＭの最小値であるＰＷＭ０値に５０を加えた値より大きいか否かを判断し（ステップ８）ＰＷＭがこの値以下（ステップ８でＮ）のときステップ２へ戻る。一方、ＰＷＭがこの値より大きい（ステップ８でＹ）のとき、ＰＷＭ値がその変化基準値を越え異常値となったと判断しリサイクル部に蓋をするためのソレノイドをＯＮする（ステップ９）。そして、画像濃度の検知を現像装置の現像剤収容部２２内の現像剤中トナー濃度を検知するために設けたＴセンサ２３のみで検出し濃度不足の場合はニュートナーのみ供給することで濃度制御を行い（ステップ１０）、カウンタａを０に設定する（ステップ１１）。ａ＝ａ＋１とし（ステップ１２）、更にａが予め設定した値であるＸ以上となったか否かを判断し（ステップ１３）、ａがＸより小さい（ステップ１３でＮ）間は、繰り返しステップ１２及び１３を行う。この間はリサイクル部に蓋がされており、リサイクルトナーは廃トナータンク（図示を省略）へ搬送され、現像剤中への補給トナーには使用されない。この間、感光体ドラム１回りの各ユニットもエージンのため回転駆動させる。ａがＸ以上（ステップ１３でＹ）となったとき、リサイクル部の蓋を開けるためのソレノイドをＯＮし（ステップ１４）、ステップ２へ戻る。
尚、上記制御は、図６に示す制御部としてのＣＰＵ８０でＰセンサ６０、リサイクル部の蓋を開閉するソレノイド６１、及びＴセンサ６２等を制御することで行っている。
【００３５】
図５のフローチャートに示すように、Ｖｓｇ調整時のＰセンサ６０の発光光量であるＰＷＭ値が所定値としてのＰＷＭ０値に５０を加えた値より大きくなった場合に、リサイクル部に蓋をしている。これにより、リサイクルトナーが現像装置へ供給されなくなり、リサイクルトナーの現像装置への補給動作が停止される。
【００３６】
〔変形例〕
尚、上記図５におけるタイミング制御では、リサイクルトナーの現像装置への供給を停止している間も画像形成動作が可能であるが、これに変えてＶｓｇ調整時のＰセンサ６０の発光光量であるＰＷＭ値が所定値としてのＰＷＭ０値に５０を加えた値より大きくなった場合に、リサイクルトナー強制消費モードを実行させても良い。図７は変形例にかかるフローチャートである。これは、図５のフローチャートとほぼ同じであり、ステップ１０をステップ１５に変えているので、図７にはステップ９からステップ１１の部分のみを記載している。他のステップは図５の実施形態と同様である。
上記実施形態では図５のステップ１０でＴセンサは駆動しトナーボトルからの新たなトナーの補給は行っているが、本変形例ではトナーボトル（図示せず）からの新たなトナー補給も停止させる（ステップ１５）。そして、プリンタ現像動作を停止した状態でリサイクルトナー強制消費モードを開始する（ステップ１６）。ステップ１１から１３の間継続してリサイクルトナー強制消費を行い、ａがＸ以上（ステップ１３でＹ）となったとき、リサイクルトナー強制消費を停止してリサイクル部の蓋を開けるためのソレノイドをＯＮし（ステップ１４）、ステップ２へ戻る。これにより再びもとのトナー補給動作に戻す。
このように現像動作を停止させた状態でプリンタからリサイクルトナーを排除すると、より確実にワックス染み出し過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーを排除することができる。よって、感光体ドラム表面の偏摩耗がリサイクルトナーによって進行することをより確実に防止できる。
【００３７】
本実施形態においては、感光体ドラムを円筒形状でその外径が１０［ｍｍ］以上４０［ｍｍ］以下の範囲として３０［ｍｍ］のものを用いている。このように小径の感光体ドラムを用いることによって、小型でない感光体ドラムを用いる場合に比してプリンタをより小型化することができる。
本実施形態においては、Ｐセンサ６０によって感光体ドラム表面に付着したトナー量を検出し、トナー補給量制御にフィードバックさせることでトナー補給量を調整している。感光体ドラム表面で画像中のトナー濃度を検出して制御することは、転写紙上の画像濃度を制御する上では電子写真プロセスの中でより最終工程に近い状態を検出できる。よって、従来行われていた現像剤中でトナー濃度を検知して制御するなど感光体ドラム表面で画像中のトナー濃度を検出するよりも前段階でトナー濃度を検出し制御に用いる場合に比して、安定した画像濃度制御をすることができ有効である。また、感光体ドラム表面に偏摩耗によるスジ状の凹部が形成されないようにした本実施形態のプリンタにＰセンサ６０を適用し画像濃度の制御を行うので、感光体ドラム表面の偏摩耗に起因する誤検知が生じにくく、画像濃度制御をより正確に行うことができる。
本実施異形態においては、感光体ドラム表面のトナー付着量を検出するために、感光体ドラム表面から１０［ｍｍ］以上２５［ｍｍ］以下の距離で感光体ドラム１に対する発光及び受光を行う遠距離反射型フォトセンサを用いている。これによって、感光体ドラム近距離にセンサを設ける必要がなくなり、小径感光体ドラムを用いた場合のように感光体ドラム近傍に設置スペースが少ない場合でも、光路さえ確保できれば設置することが可能となる。よって、プリンタ小型化に対する有用性が高い。
本実施形態においては、ＰＷＭ値がＰＷＭ０値に５０を加えた値より大きくなった場合に、リサイクルトナーの現像装置への補給動作が停止するように制御している。これによって、ワックス染み出し量が過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーに起因する感光体ドラム表面の偏摩耗を回避でき、可能な限りリサイクルトナーを活用しつつ偏摩耗に起因する画像濃度ムラをより確実に防止することができる。
本実施形態の変形例においては、ＰＷＭ値がＰＷＭ０値に５０を加えた値より大きくなった場合に、現像装置へのトナーの補給動作を全て停止させ、リサイクルトナー強制消費モードを実行している。これによって、ワックス染み出し過多のトナーが多く含まれたリサイクルトナーをより確実にリサイクル経路から排除することができ、この後再びリサイクルトナーを現像に使用する場合に感光体ドラム表面の偏摩耗がリサイクルトナーの影響で進行することを防止することができる。また、リサイクルトナー強制消費モードを実行中には新たなトナー補給を行わないので、新たに補給されたトナーが排出されることもなく、トナーを有効に利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１乃至６の画像形成装置によれば、低温定着トナーを含む現像剤を用いた画像形成装置において、クリーニング部材を像担持体軸方向に揺動させる機構等を新たに設けなくても画像濃度ムラの発生を回避できる。よって、省スペース化、低コスト化を維持しつつ像担持体表面の偏摩耗に起因する画像濃度ムラを防止することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかるプリンタにおける像担持体としての感光体周辺の概略構成図。
【図２】本実施形態のプリンタに設けられているクリーニング装置の斜視図。
【図３】低温定着トナーへのワックス含有率［重量％］に対する感光体ドラム表面の偏摩耗ランクと定着性ランクとの関係を調べたグラフ。
【図４】感光体ドラム表面への単位面積当たりのトナー付着量［ｍｇ／ｃｍ２］に対するＰセンサ出力Ｖｓｇ［Ｖ］を示した図。
【図５】リサイクルトナーをプリンタ本体から排出するタイミングを制御するための本実施形態にかかるフローチャート。
【図６】本実施形態にかかる制御ブロック図。
【図７】本実施形態の変形例にかかるフローチャート。
【符号の説明】
１      感光体ドラム
１０      帯電装置
１１      帯電ローラ
２０      現像装置
２１      現像ローラ
２２      現像剤収容部
２３      Ｔセンサ
３０      転写装置
３１      転写ローラ
４０      感光体クリーニング装置
４１      クリーニングブレード
５０      除電装置
６０      Ｐセンサ
７０      ドラム分離爪
８０      ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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