(57)【要約】  【課題】  簡単な構成で、感光体ドラムと摺擦ローラの機械的な圧接力によるたわみに起因する、いわゆるトナー落ちの発生を防止した画像形成装置を提供する。  【解決手段】  摺擦ローラ７のたわみ量の大きさに対応したトナー濃度となるように、摺擦ローラ７の軸方向に関して異なった印字率を設定している。ここではたわみ量が最大である中央部を１００％とし、端部へ向かうにつれて次第に印字率を減少させ、たわみ量が０である端部では５０％としている。即ち、たわみ量が０であっても印字率を０％とせず、所定の値（５０％）としてトナー落ちが発生しない程度に印字を行う。これにより、リフレッシュモードをできるだけ短時間で実行することが可能となる。【選択図】      図６
2005215096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、該像担持体にトナー現像する現像手段と、現像されたトナー像を転写する転写手段と、転写後の前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段とを備えた画像形成装置であって、
前記像担持体に当接して回転し、前記像担持体上の付着物を除去する摺擦ローラを、前記クリーニング手段に備えた画像形成装置において、
前記現像手段の現像器内に残っているトナーを前記像担持体上に現像してクリーニングを行う排出モード実行時に、前記摺擦ローラの軸方向に関して異なった印字率を設定して成ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記画像形成装置の使用履歴に応じて、前記印字率を設定して成ることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記摺擦ローラの端部に対応する前記印字率を最も小さくしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、このような電子写真方式における現像方式には、例えば一成分現像方式や二成分現像方式がある。一成分現像方式は、磁性ジャンピング現像方式に代表されるように、現在最も一般的な現像方式として知られている。この方式は、二成分現像方式と異なり、トナーのみを攪拌してブレード間隔でトナーに帯電を付与させるため、キャリヤや現像剤の濃度制御が不必要で、比較的安価であることが特色である。
【０００３】
ところが、このような現像方式は、トナーの特性に大きく依存しているため、トナーの帯電量や粒径によって優先的に現像してしまう、いわゆる選択現像が発生する。このような選択現像が発生すると、現像器内のトナーの帯電量分布や粒径分布が変化してしまうので、長期に渡って現像器を使用していると、濃度低下やカブリを引き起こしてしまうという問題があった。
【０００４】
一方、感光体ドラムについても、長期に渡って使用していると、紙粉，トナー，帯電生成物等で表面が汚染され、画像ボケやその他の画像上の不具合が発生するという問題があった。これらの問題を解決する方法として、現像器とドラムを或る時期で交換するカートリッジ方式が考えられるが、この方式は、使用可能な部材を廃棄して新たに部材を購入するため、費用及び寿命の観点から望ましくない。
【０００５】
そこで、現像器内に残っているトナーを感光体ドラム上に帯状に現像してクリーニングを行う排出モード、即ちいわゆるリフレッシュモードを実行する方法が広く実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法によって、使用可能な部材を廃棄することなく、現像器内の物性の劣化したトナーのみを入れ替えることにより、現像器を長期に渡って使用した際に発生する濃度低下やカブリを回避するとともに、感光体ドラム表面を研磨して異物も除去できるといった利点があった。
【特許文献１】特開２００２−４９２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したような従来の構成において、画像形成装置を高速化し、さらに感光体に付着した帯電生成物等の除去性能を向上させるために、前記摺擦ローラの感光体への圧接力を増加すると、クリーニング装置からのいわゆるトナー落ちが発生しやすいという問題が新たに生じてきている。
【０００７】
図８は、このようなトナー落ちの発生メカニズムを模式的に示す図である。同図において、感光体ドラム１００に対する摺擦ローラ１０１軸方向（紙面に垂直方向）端部の押し当て圧上昇に伴い、それぞれ矢印方向に回転する際の線速度差や上述の圧接力の増大等により、摺擦ローラ１０１に変形（たわみ）が生じていると思われる。
【０００８】
このため、感光体ドラム１００に対して摺擦ローラ１０１を圧接している摺擦ローラ１０１の端部では、圧接力とたわみによる力が加わって、過度に摺擦ローラ１０１が感光体ドラム１００に押しつけられ、感光体ドラム１００上のトナーＴが摺擦ローラ１０１と感光体ドラム１００とのニップＮを通過しきれなくなって、トナー落ちしやすくなると考えられる。
【０００９】
また、画像形成装置の大きさをほとんど変えずに高速化を図っているため、リフレッシュモード実施時に、単位時間に摺擦ローラ１０１に到達するトナー量が増加していることも、トナー落ちが発生してしまう原因の一つと考えられる。なお、１０２はトナー回収スクリューである。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑み、簡単な構成で、感光体ドラムと摺擦ローラの機械的な圧接力によるたわみに起因する、いわゆるトナー落ちの発生を防止した画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では、像担持体と、その像担持体にトナー現像する現像手段と、現像されたトナー像を転写する転写手段と、転写後の前記像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング手段とを備えた構成であって、前記像担持体に当接して回転し、前記像担持体上の付着物を除去する摺擦ローラを、前記クリーニング手段に備えた構成において、前記現像手段の現像器内に残っているトナーを前記像担持体上に現像してクリーニングを行う排出モード実行時に、前記摺擦ローラの軸方向に関して異なった印字率を設定して成ることを特徴とする。
【００１２】
また、前記画像形成装置の使用履歴に応じて、前記印字率を設定して成ることを特徴とする。
【００１３】
また、前記摺擦ローラの端部に対応する前記印字率を最も小さくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡単な構成で、感光体ドラムと摺擦ローラの機械的な圧接力によるたわみに起因する、いわゆるトナー落ちの発生を防止した画像形成装置を提供することができる。
【００１５】
具体的には、現像器内に残っているトナーを像担持体上に現像してクリーニングを行う排出モード実行時に、摺擦ローラの軸方向に関して異なった印字率を設定することにより、摺擦ローラ端部でのトナー落ちを防止することが可能となる。
【００１６】
また、画像形成装置の使用履歴に応じて、印字率を設定することにより、装置を使用するにつれて摺擦ローラのたわみが変化しても、確実にトナー落ちを防止することが可能となる。
【００１７】
また、摺擦ローラの端部に対応する印字率を最も小さくしたことにより、トナー落ちを防止しつつリフレッシュモードをできるだけ短時間で実行することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明では、上述したような像担持体の一例である感光体ドラムと摺擦ローラの機械的な圧接力によるたわみを事前に予測しておく。そして、選択現像を回避する目的で実行させる排出モード（リフレッシュモード）で形成される帯状トナーの濃度（印字率）を、前記たわみ予測に合わせてローラ軸方向に適切に制御することにより、トナー落ちを回避して良好な画像形成を行う。
【００１９】
図１は、本発明が適用される画像形成装置の概略構造を模式的に示す図である。同図において、１は例えばアモルファスシリコンより成る感光体ドラムである。感光体ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って、主帯電器２，露光器３，現像手段としての現像器４，転写手段としての転写ローラ５，摺擦ローラ７，クリーニングブレード６，及び除電器８が設けられている。摺擦ローラ７及びクリーニングブレード６は、クリーニング手段としてクリーニング容器Ｃに収納されている。なお、感光体ドラム１の材質としては、アモルファスシリコンに限らずＯＰＣ(Organic Photo Conductor；有機感光体)を用いても良い。
【００２０】
本発明において、アモルファスシリコンより成る感光体ドラム１としては、図２に示すように、導電性基体１２上にアモルファスシリコンの感光層２０を有する構造となっているが、この感光層２０は、キャリヤ阻止層１１と、アモルファスシリコン系の光導電層１０、及び表面保護層９からなっていることが好ましい。
【００２１】
上記感光層２０の内、光導電層１０を形成する材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に限定されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＯＮ等を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣ（アモルファスシリコンカーバイド）が特に高抵抗であり、より優れた帯電能力，耐磨耗性，耐環境性が得られることより、感光層材料として好適である。
【００２２】
上述したアモルファスシリコン系の感光体ドラム１は、主帯電器２によって、正極性に均一に帯電される。主帯電器２としては、コロトロン，スコロトロン等のコロナ帯電器や、導体ローラなどが使用される。スコロトロンを用いた場合には、グリッドと感光体ドラム１表面との間隔は、０．４〜０．８ｍｍの範囲とするのが好適である。この間隔があまり小さいと、火花放電の恐れがあり、あまり大きいと、帯電を有効に行うことが困難となってしまう。
【００２３】
上記の主帯電後に、露光器３により、所定の画像情報に基づいて、レーザ光等の光を照射することにより画像露光が行われる。この光照射により、光が照射された部分の電位が低下し、静電潜像が形成される。感光体ドラム１表面に形成された静電潜像は、現像器４によって現像され、感光体ドラム１表面にトナー像が形成される。現像器４による現像は、正規現像方式で行っても良いし、反転現像方式で行っても良い。反転現像方式で現像を行う場合には、前記画像露光による光照射部が画像部となり、光が照射されない部分が画像のバックグラウンド部となる。また正規現像では、この逆のパターンとなる。
【００２４】
現像に使用される現像剤としては、非磁性トナー或いは磁性粉が樹脂中に分散された磁性トナーから成る一成分系現像剤や、非磁性或いは磁性のトナーと磁性キャリヤ（例えば鉄粉やフェライト）とから成る二成分系現像剤が使用され、公知の現像器４によって現像剤を感光体ドラム１表面に供給することにより、反転現像ではプラス帯電したトナーが、また正規現像ではマイナス帯電したトナーが、静電潜像形成部に付着することにより現像が行われ、トナー像が形成される。
【００２５】
上記のようにして形成されたトナー像は、転写バイアスが印加された転写ローラ５により、感光体ドラム１と転写ローラ５との間を通過する用紙に転写される。即ち、転写バイアスにより感光体ドラム１と転写ローラ５との間に形成される電界によって、トナー像が感光体ドラム１表面から用紙の表面に移行する。従って、トナー像の帯電極性がプラスの場合（反転現像の場合）には、転写ローラ５にはマイナスの転写バイアスが印加され、トナー像の帯電極性がマイナスの場合（正規現像の場合）には、プラスの転写バイアスが転写ローラ５に印加される。
【００２６】
上記の転写ローラ５による、トナー像の用紙への転写が行われた後、転写トナー像を有する用紙は、図示されていない定着装置に導入され、熱及び圧力によってトナー像が用紙表面に定着された後に、装置外に排出される。一方、転写ローラ５による転写終了後において、感光体ドラム１は摺擦ローラ７と摩擦接触する。既に述べたように、この摺擦ローラ７は、感光体ドラム１に対して摺擦回転することで、その摩擦接触によって感光体ドラム１表面に付着した帯電生成物等を除去可能である。従って、かかる摺擦ローラ７としては、感光体ドラム１との間に十分なニップ幅（接触幅）を確保するために、ＥＰＤＭ等のゴムローラを用いることが好ましい。
【００２７】
感光体ドラム１が上記摺擦ローラ７と接触した後には、クリーニングブレード６によって感光体ドラム１表面に残存するトナーが除去され、さらに除電器８によって残存電荷が除去される。クリーニングブレード６としては、通常、ポリウレタン等から成るゴムブレードが感光体ドラム１表面に圧接して使用されるが、必要に応じて、ファーブラシ等が使用されることもある。また、除電器８としてはＬＥＤ等が使用され、光照射により除電が行われるが、帯電ローラやコロナ帯電器等が使用されることもある。
【００２８】
なお、摺擦ローラ７は金属製のシャフトと上述したような弾性部材とから成り、金属シャフトの両端部からバネ等で感光体ドラム１に圧接されている。また摺擦ローラ７は導電性材料から成り、電圧が印加されて転写残留トナーを一定量保持し、常に感光体ドラム１表面を効率よく、均一に研磨できる構成となっている。なお、この研磨を良好に行うために、現像に用いるトナーに研磨効果のある酸化チタン等を１〜３％程度外添処理することが好ましい。
【実施例１】
【００２９】
摺擦ローラ７に発生しているたわみを求めるには以下のようにするとよい。図３は、梁のたわみ発生の様子を示す概略図である。同図は両端支持梁に単位長さ当たり一定の荷重が加わった場合を示している。同図に示すように、この梁は両端部では圧接力が強く、反対に中心部ではたわみによるスペースが生じている。感光体ドラム１と摺擦ローラ７との間にも、軸方向に関して同様の現象が発生していると考えられ、摺擦ローラ７端部でのトナー回収は、中心部と比較して困難になる。
【００３０】
さらに詳述すれば、摺擦ローラ７においては、摺擦ローラ７はたわみのない場合、摺擦ローラ７の軸方向に一定のニップ量を保持して感光体ドラム１と当接するように設定されているが、摺擦ローラ７にたわみが生じると、ローラの中心部では感光体ドラム１とのニップ量がローラ端部より減少し、端部では圧接力にたわみによる力が加わるので、摺擦ローラ７と感光体ドラム１の間をトナーが通過しづらくなる。
【００３１】
さて、同図に示すような梁の場合、たわみは以下の式で表される。
【００３２】
ｖ＝（ｗｌ4／２４ＥＩ）（ｘ／ｌ−２ｘ3／ｌ3＋ｘ4／ｌ4）
但し、ｘ＜ｌであり、
ｖ：たわみ
ｗ：単位長さ当たりの荷重
ｌ：梁の長さ
Ｅ：梁のヤング率
Ｉ：梁の断面二次モーメント
ｘ：一端からの距離
である。なお、図中の反力Ｒ1＝Ｒ2＝ｗｌ／２である。
【００３３】
ここで、本発明では上記の式から摺擦ローラ７のたわみ量を推測し、以下に述べるような実験によって最適なリフレッシュモード時に印字するトナーパターンを決定した。
【００３４】
図４は、摺擦ローラ７に生じていると考えられるたわみと摺擦ローラの一端からの距離との関係を模式的に示すグラフの一例である。同図では横軸に一端からの距離ｘを取り、縦軸にたわみｖを取っている。上式より、たわみと一端からの距離との関係は同図のようになり、両端部でたわみは生じず、中心部で最大となる。一方、通常のＡ４サイズでの印字において、消費トナー量と用紙へのトナー印字率は比例しているため、消費トナー量と印字率の関係は、図５のように表すことができる。同図では横軸に印字率を取り、縦軸に消費トナー量を取っている。
【００３５】
さて、摺擦ローラ７に上記図４のようなたわみが生じているとしたとき、従来例として、上記リフレッシュモードで排出した帯状トナーの印字率を全範囲で１００％とすると、繰り返しリフレッシュモードを行った場合、摺擦ローラ７で回収しきれないトナーが端部から落ちてしまう。次に、比較例として、帯状トナーの印字率を全範囲で７５％としたときでも、端部においてトナー落ちが発生する。
【００３６】
そこで、本実施例では、図６に示すように、図４のたわみに沿うようにして、即ちたわみ量の大きさに対応したトナー濃度となるように、摺擦ローラ７の軸方向に関して異なった印字率を設定している。ここではたわみ量が最大である中央部を１００％とし、端部へ向かうにつれて次第に印字率を減少させ、たわみ量が０である端部では５０％としている。
【００３７】
即ち、たわみ量が０であっても印字率を０％とせず、所定の値（５０％）としてトナー落ちが発生しない程度に印字を行う。これにより、リフレッシュモードをできるだけ短時間で実行することが可能となる。なお、実施形態として上記に限られるわけではなく、摺擦ローラ７のたわみが最大の箇所に対応する印字率よりたわみが小さな箇所に対応する印字率を小さくし、トナー落ちが生じないようなものであればよい。
【００３８】
図７は、図６に基づき設定した印字パターンを示す図である。ここでは摺擦ローラ７の軸方向であるＡ４幅方向に対して、中央部を１００％とし、端部へ向かうにつれて数段階（図では５段階）で印字率を減少させ、端部では５０％としている。なお、図中のＬは帯トナーの搬送方向長さである。図７に示すようなパターンで印字を行うと、端部でのトナー落ちは発生しなかった。上記各例の比較表を以下に示す。
【００３９】
〔従来例〕  〔比較例〕  〔実施例〕
印字率        １００％      ７５％      （図７）
帯長さＬ        ５０ｍｍ    ７５ｍｍ    ８１．３ｍｍ
トナー落ち        有          有          無
以上のような制御方法を行うことにより、選択現像防止に用いられるトナー排出モード（リフレッシュモード）において、トナーの総消費量を変えることなく、摺擦ローラ７端部でのトナー落ちを防止することが可能となる。なお、１回のリフレッシュモードにおけるトナーの総消費量を変えてもよく、その場合はリフレッシュモードを実施する時間間隔を変えて、画像品質に支障のないようにすればよい。
【００４０】
加えて、装置の使用履歴に応じて印字パターンを変えるようにしても良い。つまり、例えば印刷を何枚分行ったかにより摺擦ローラ７のたわみがどのように変化するかを予め試験により求めておき、これを装置の使用履歴に対するリフレッシュモード時の印字パターンに反映させるものである。
【００４１】
具体的には、異なった構成や印刷速度を有する画像形成装置において、例えば装置の使用が進むにつれて感光体ドラム１の表面が荒れるなどして感光体ドラム１と摺擦ローラ７との当接状態が変化するというような原因によって、トナー落ちの発生しやすさが変化するかどうかを耐久評価実験によって求める。
【００４２】
これによって、例えば摺擦ローラ７の端部に対応するリフレッシュモード実行時の印字率を、初期に５０％に設定しても１０万枚経過時にトナー落ちが発生することが判明し、８万枚経過時以降の摺擦ローラ７の端部に対応するリフレッシュモード実行時の印字率を３５％に設定すれば、それ以降トナー落ちが発生しないということが判明していれば、このような制御を画像形成装置に適用すれば確実にトナー落ちを防止することが可能となる。
【００４３】
なお、耐久評価実験としては、画像濃度３％といった低めの印字率で連続した印刷試験を行い、１０００枚印刷毎にリフレッシュモードを実施する等の方法が考えられる。
【００４４】
その他、特許請求の範囲で言う像担持体は、実施例における感光体ドラムに対応している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明が適用される画像形成装置の概略構造を模式的に示す図。
【図２】感光体ドラムの層断面構造を模式的に示す図。
【図３】梁のたわみ発生の様子を示す概略図。
【図４】たわみと一端からの距離との関係を示すグラフ。
【図５】消費トナー量と印字率の関係を示すグラフ。
【図６】たわみと印字率の関係を示すグラフ。
【図７】図６に基づき設定した印字パターンを示す図。
【図８】トナー落ちの発生メカニズムを模式的に示す図。
【符号の説明】
【００４６】
１    感光体ドラム
２    主帯電器
３    露光器
４    現像器
５    転写ローラ
６    クリーニングブレード
７    摺擦ローラ
８    除電器
Ｃ    クリーニング容器
【図１】
2005215096.tif 000003
【図２】
2005215096.tif 000004
【図３】
2005215096.tif 000005
【図４】
2005215096.tif 000006
【図５】
2005215096.tif 000007
【図６】
2005215096.tif 000008
【図７】
2005215096.tif 000009
【図８】
2005215096.tif 000010