(57)【要約】【課題】クリーニング装置によるトナーの排出量をクリーニング装置へのトナーの流入量に基づいて管理することにより、クリーニングブレードのめくれやトナーの「乗り越し」を効果的に防止する。【解決手段】潜像を担持する像担持体と、像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光手段と、像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、転写後に残留した像担持体表面の残トナーを掻き取るクリーニングブレードと、クリーニングブレードにより掻き取られた残トナーを排出するトナー排出手段と、トナー排出手段の駆動源と、を備え、制御手段は、画像形成に必要な諸条件からクリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて駆動源を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潜像を担持する像担持体と、該像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した前記像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光手段と、前記像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、前記像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、転写後の前記像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段と、該クリーニング手段の動作を制御する制御手段と、を備える画像形成装置であって、
前記クリーニング手段は、転写後に残留した前記像担持体表面の残トナーを掻き取るクリーニングブレードと、該クリーニングブレードにより掻き取られた残トナーを排出するトナー排出手段と、該トナー排出手段の駆動源と、を備え、
前記制御手段は、画像形成に必要な諸条件から前記クリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて前記トナー排出手段が排出するトナー量を調整するために前記駆動源の動作を制御することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記現像手段にトナーを補給するトナー補給手段を備え、
前記制御手段は、前記トナー補給手段の駆動時間と前記クリーニング手段に入力されるトナー量との関係に基づいて、前記クリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて前記駆動源の回転速度を制御す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】
前記現像手段内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサを備え、
前記制御手段は、前記トナー濃度センサが検出したトナー濃度と前記クリーニング手段に入力されるトナー量との関係に基づいて、前記クリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて前記駆動源の回転速度を制御す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４】
前記制御手段は、前記露光手段が前記像担持体に対して所定の時間内に書き込む画像データの面積と前記クリーニング手段に入力されるトナー量との関係に基づいて、前記クリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて前記駆動源の回転速度を制御す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５】
前記現像手段内のトナー濃度を検出するトナー濃度センサと、画像形成装置内部の温湿度を測定する温湿度センサと、を備え、
前記制御手段は、前記トナー濃度センサが検出したトナー濃度から前記像担持体の非画像部に付着するかぶりトナー量を算出し、前記露光手段が前記像担持体に対して所定の時間内に書き込む画像データの面積と前記温湿度センサが検出した温湿度データとから前記現像手段によって現像された可視像のうち転写後の前記感光体表面に残留する転写残トナー量を算出し、前記かぶりトナー量と前記転写残トナー量とを加えることにより前記クリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて前記駆動源の回転速度を制御することを特徴とする請求項１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、複写機、プリンタ等の画像形成装置、又は、これらに採用されるプロセスカートリッジの感光体に残留した残留トナーを除去するクリーニン装置を有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式による画像形成方法は、潜像担持体である感光体の表面に放電によって電荷を与える帯電工程と、帯電した感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光工程と、感光体表面に形成された静電潜像にトナーを供給して現像する現像工程と、感光体表面のトナー像を転写体表面に転写する転写工程と、転写体表面のトナー像を定着する定着工程と、転写工程後に像担持体表面（感光体表面）に残留するトナーを除去するクリーニング工程とを有する。
クリーニング工程において像担持体表面のトナーを除去するクリーニング装置には、構造が簡単で安価であるという理由から、近年ではクリーニングブレードを用いたものが多く採用されている。さらに、クリーニングブレードを用いた各種のクリーニング装置の中でも、良好にクリーニング機能を発揮するカウンター当接方式のクリーニング装置が主流となっている。カウンター当接方式とは、クリーニングブレードを感光体の回転方向の上流側に向けて配置したものである。
近年高画質化への要求が高まっており、特に高精細なカラー画像形成を実現させるため、トナーの小粒径化、球形化が進められている。このような小粒径化、球形化が進んだトナーを用いた場合には、一般的なクリーニングブレード方式では良好なクリーニングを行うことが難しいため、カウンター当接方式が多く採用される要因となっている。
【０００３】
ところで、クリーニングブレード方式においては、クリーニングブレードは像担持体表面に擦りつけられた状態でトナーを掻き取っていくが、像担持体との摩擦抵抗によりクリーニングブレードのエッジの部分が変形するため、像担持体とクリーニングブレードの間には微小な空間が生じるため、小粒径のトナーであるほど、この空間に侵入しやすい。
また、侵入したトナーが球形に近い形状であるほど、トナーに回転モーメントが発生してこの空間内で転がりやすくなるので、クリーニングブレードを押し上げて、クリーニングブレードと像担持体との間にもぐり込みやすくなる。
トナーのもぐり込みを防止するために、クリーニングブレードを強い圧力で感光体に押し付けることが行われている。しかし、クリーニングブレードを強く感光体に押し付けると、像担持体やクリーニングブレードの磨耗が促進され、寿命が極端に短くなり、またクリーニングブレードのめくれが発生してスジ状あるいは帯状のクリーニング不良を引き起こしてしまうという問題があった。
【０００４】
上記問題を解決するために特許文献１においては、クリーニングブレードや像担持体の使用履歴に応じてクリーニングブレードと像担持体の潤滑性を向上させるトナー帯の作像頻度を変更している。また、特許文献２においては、画像面積率が所定以下の場合にトナー帯を作成している。なお、トナー帯とは、感光体の長手方向全域にわたって所定幅に付着させた帯状のトナー像のことである。
上記２つの従来技術においては、トナー及びトナーの外添剤であるシリカの有する潤滑効果を利用し、像担持体とクリーニングブレードとの間に働く摩擦抵抗を低減することによって、クリーニングブレードの磨耗やクリーニングブレードのめくれを防止している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、クリーニングブレードにより像担持体表面から掻き取られたトナーは、クリーニング装置内に設けられたトナー排出機構により、クリーニング装置外に排出される。上記従来技術は、クリーニングブレード自体の清掃性を安定させる発明ではあるが、クリーニング装置へのトナーの入力量（流入量）と排出量を管理することまでは考慮されていない。
通常、クリーニングブレードによって掻き取られる最大トナー量を想定した上でトナー排出機構を稼動させている。想定量を上回るトナーが掻き取られた場合、すなわちトナー排出機構へ想定量を超えるトナーが流入した場合、クリーニングブレードの下部（クリーニングブレードと像担持体との間）にトナーが詰まり、クリーニングブレードのめくれや、トナーがクリーニングブレードをすり抜ける「乗り越し」が発生する。
上述の「めくれ」や「乗り越し」を発生させないためには、想定されるトナー入力量を多めに設定する必要がある。また、想定された入力トナー量に対応するためには、トナー排出機構を長時間稼働させたり、トナー排出機構の単位時間あたりの処理量を上げる等して、トナー排出量を多くする必要がある。従って、トナー排出機構の耐久性や排出能力を高めなければならず、結果的にコストアップになるという問題があった。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、クリーニング装置によるトナーの排出量をクリーニング装置へのトナーの流入量に基づいて管理することにより、クリーニングブレードのめくれやトナーの「乗り越し」を効果的に防止して、コストダウンが可能な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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明は、潜像を担持する像担持体と、該像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した前記像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光手段と、前記像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、前記像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、転写後の前記像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段と、該クリーニング手段の動作を制御する制御手段と、を備える画像形成装置であって、前記クリーニング手段は、転写後に残留した前記像担持体表面の残トナーを掻き取るクリーニングブレードと、該クリーニングブレードにより掻き取られた残トナーを排出するトナー排出手段と、該トナー排出手段の駆動源と、を備え、前記制御手段は、画像形成に必要な諸条件から前記クリーニングブレードにより掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じて前記トナー排出手段が排出するトナー量を調整するために前記駆動源の動作を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画像形成に必要な諸条件に応じてクリーニング装置のトナー排出機構の稼働状態を制御するため、トナーの詰まりやクリーニングブレードのめくれやトナーの乗り越しが発生せず、コストダウンが可能なクリーニング装置及び画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に関わる画像形成装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に関わる作像ユニットの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記
載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限
り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
本発明は、画像形成に必要な諸条件に基づいて、感光体表面上に残存してクリーニングブレードにより掻き取られるトナー量を予測し、予測されたトナー量に応じてトナー排出手段の動作を制御することにより、単位時間あたりにトナー排出手段が排出可能なトナー量を増減させる点に特徴がある。
【００１０】
図１は本発明の実施形態に関わる画像形成装置の構成を示す図である。画像形成装置４０は、静電潜像を形成する像担持体としての感光体２１を持つ作像ユニット２０、画像形成装置中央に位置する３つのローラ（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）に掛け回されたベルト状の中間転写ベルト２２を備える。中間転写ベルト２２を挟んでローラ２２ａと対向する位置には２次転写ローラ２３を備えており、２次転写位置を形成している。また画像形成装置下方には、用紙、ＯＨＰフィルム等の記録材を収容している記録材カセット２４を備えている。記録材カセット２４と２次転写位置の間には記録材を搬送する記録材搬送路２５が設けられている。記録材搬送路２５を搬送された記録材は、２次転写位置において中間転写ベルト２２を介して感光体２１からトナー像を転写され、２次転写位置よりも下流に配置された定着ユニット２６により熱と圧力によりトナーを定着される。その後、記録材は外付けされたスタックトレイ２７に排出される。図１にはカラー複写機を例示したが、このカラー複写機は単なる例であり、本発明はモノクロ画像を形成する画像形成装置等を対象としても良い。
【００１１】
次に作像ユニットについて説明する。図２は、本発明の実施形態に関わる作像ユニットの概略構成図である。図示する作像ユニット２０は、有機感光体、マイナス帯電トナー、及び２成分現像方式を用いた単色の画像形成装置に搭載されたユニットを例示したものである。
この作像ユニット２０は、有機感光体（感光体３：像担持体、図１の感光体２１に対応）に一様にマイナス帯電を行う帯電器２（帯電手段）と、帯電した感光体３の表面に画像データに基づいて露光を行い、感光体３上に静電潜像を形成する光学器１（露光手段）と、感光体３上に形成された静電潜像に現像バイアスを印加することにより現像を行う現像装置４（現像手段）と、現像装置４にトナーを供給する補給装置６（トナー補給手段）と、現像された可視像を記録材Ｐに転写するローラ状の転写器７（転写手段）と、感光体３表面上の残トナーを清掃するクリーニング装置９（クリーニング手段）と、を備えている。現像装置４内には、現像剤のトナー濃度を検出するトナー濃度センサ５が配置されている。
【００１２】
クリーニング装置９は、感光体３に接触し、転写後に感光体３表面に残存したトナーを掻き取り除去するクリーニングブレード８と、クリーニングブレード８により掻き取られたトナーをクリーニング装置９外に搬送するトナー搬送コイル１０（トナー排出手段）と、トナー搬送コイル１０を収容するケース９ａと、を備えている。
感光体３に形成されたトナー像は、転写器７において記録材や中間転写ベルト等に転写される。転写しきれずに感光体３上に残留したトナーは、感光体３の回転によりクリーニングブレード８まで到達する。クリーニングブレード８により感光体３上のトナーは掻き落とされ、ケース９ａ内に落下し、トナー搬送コイル１０によってクリーニング装置９外へ排出される。
【００１３】
トナー搬送コイル１０は、不図示のモータ（駆動源）により回転駆動されており、モータの回転速度を制御してトナー搬送コイル１０の単位時間あたりの回転数を変更することにより、トナー排出量を増減させることができる。すなわち、トナー搬送コイル１０を高回転とすれば単位時間あたりのトナー排出量を増大させることができ、低回転とすれば単位時間あたりのトナー排出量を減少させることができる。トナー搬送コイル１０を駆動するモータ回転速度は、画像形成装置４０（作像ユニット２０）に備えられた制御演算装置１１によって制御される。
なお、トナー搬送コイル１０を回転駆動するモータが独立して設けられている場合、制御演算装置１１はこのモータの回転を制御することにより、トナー排出量を調整する。また、トナー搬送コイル１０を回転駆動するモータが感光体等を回転駆動するモータと共有され、ギアやクラッチを介して駆動力が伝達されている場合、制御演算装置１１はギアやクラッチの噛み合い状態を変更制御することにより、トナー排出量を調整する。
【００１４】
制御演算装置１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、処理を実行するプログラムや、演算に必要な計算式、制御用テーブル等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成されている。制御演算装置１１は、夫々クリーニング装置９、光学器１、補給装置６、及びトナー濃度センサ５との間で制御信号やクリーニング装置９の制御に必要なデータを送受信する。
制御演算装置１１は、光学器１より画像書き込みデータを、補給装置６よりトナー補給時間データを、トナー濃度センサ５よりトナー濃度データを夫々受け取り、各データを一旦ＲＡＭに記憶保持する。ＲＯＭに記憶された処理プログラムにより、所定の演算を行った上で、クリーニング装置９に制御信号を送信する。
【００１５】
以下、クリーニング装置９の具体的な制御方法について説明する。
〔第一の実施形態〕
補給装置６は、現像装置４内にあるトナー（現像剤）とキャリアの比率であるトナー濃度を制御するために、現像装置４へトナーを補給する。一定の期間内において、補給装置６の駆動時間が長いということは、補給装置６から現像装置４へ補給されるトナーの量が多いことを意味する。従って、転写後に感光体３表面に残留するトナー量が増大し、クリーニング装置９に入力される（流入する）トナー量も増大することとなる。
本実施形態においては、補給装置６の駆動時間とクリーニング装置９に入力されるトナー量との関係に基づいてクリーニングブレード１０により掻き取られる残トナー量を予測し、予測されたトナー量に応じてトナー搬送コイル１０のトナー排出力を調整する。具体的には、制御演算装置１１は、補給装置６よりトナー補給時間データを受け取る。ＲＯＭには、トナー補給時間データとクリーニング装置９に入力されるトナー量との関係に基づいて、適切なトナー搬送コイル１０の回転数を決定するための閾値が予め記憶されている。トナー補給時間が閾値を下回っている場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を低回転させる制御を行う。トナー補給時間が閾値を上回った場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を高回転させてトナーの排出量を増加させる。
【００１６】
なお、上記閾値を複数設けて、トナー搬送コイル１０の回転数を段階的に制御するようにしても良い。この場合、トナー補給時間とトナー搬送コイル１０の回転数との関係とを、テーブルとしてＲＯＭに記憶させておいても良い。
また、トナー補給時間からトナー搬送コイル１０の回転数を求める計算式をＲＯＭに記憶しておき、制御演算装置１１にて演算することにより求められた回転数となるようにトナー搬送コイル１０を制御するようにしても良い。
【００１７】
〔第二の実施形態〕
クリーニング装置９に入力されるトナー量が増大する要因として、かぶり現象（地肌汚れ）が挙げられる。かぶり現象は、経時変化や環境変動により、現像剤の帯電量低下により逆極性に帯電されたトナーが感光体の非画像部分（地肌部分）に付着する現象である。一般的にトナー濃度が高いと発生する傾向がある。
従って本実施形態においては、トナー濃度センサ５が検出したトナー濃度とクリーニング装置９に入力されるトナー量との関係に基づいてクリーニングブレード１０二より掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じてトナー搬送コイル１０のトナー排出力を調整する。
具体的には、制御演算装置１１は、トナー濃度センサ５よりトナー濃度データを受け取る。ＲＯＭには、トナー濃度とクリーニング装置９に入力されるトナー量との関係に基づいて、適切なトナー搬送コイル１０の回転数を決定するための閾値が予め記憶されている。トナー濃度が閾値を下回っている場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を低回転させる制御を行う。トナー濃度が閾値を上回った場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を高回転させてトナーの排出量を増加させる。
また、第一の実施形態と同様に、閾値を複数設けても良いし、計算式にてトナー搬送コイル１０の回転数を決定するようにしてもよい。
【００１８】
〔第三の実施形態〕
光学器１から感光体に書き込まれる画像データ（書き込み画像面積）が、増大した場合、クリーニング装置９に入力されるトナー量が増大する。本実施形態においては、光学器１からの画像書き込みデータから、感光体へ書き込まれる画像面積を求め、画像面積とクリーニング装置９に入力されるトナー量との関係に基づいてクリーニングブレード１０二より掻き取られる残トナー量を予測し、予測された残トナー量に応じてトナー搬送コイル１０のトナー排出力を調整する。
具体的には制御演算装置１１は、光学器１が感光体３に書き込む画像データを受け取り、感光体３に書き込まれる画像の面積を計算する。ＲＯＭには、画像面積とクリーニング装置９に入力されるトナー量との関係に基づいて、適切なトナー搬送コイル１０の回転数を決定するための閾値が予め記憶されている。ある一定の期間における書き込み画像面積が閾値を下回っている場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を低回転させる制御を行う。また閾値を上回った場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を高回転させてトナーの排出量を増加させる。
また、第一の実施形態と同様に、閾値を複数設けても良いし、計算式にてトナー搬送コイル１０の回転数を決定するようにしてもよい。
【００１９】
〔第四の実施形態〕
クリーニング装置９へ入力されるトナーは、かぶり現象を発生させたトナーと、光学器１から感光体に書き込まれた画像データに基づいて現像されたトナー像のうち、記録材Ｐに転写されなかった転写残トナーとの総和で表すことができる。
上述のようにかぶり現象はトナー濃度が高いと発生する傾向があるため、本実施形態においては、かぶりトナー量をトナー濃度から求める。すなわち、ＲＯＭにはあらかじめトナー濃度からかぶりトナー量を求める計算式を記憶させておき、トナー濃度センサ５からのトナー濃度データに基づいて、制御演算装置１１がかぶりトナー量を求める。
転写残トナーの量は、画像形成装置４０内部の環境、具体的には温度と湿度によって左右される。そこで、本実施形態においては画像形成装置４０の作像ユニット２０内に、ユニット内部の温湿度を測定する温湿度センサ１２を取り付けている。制御演算装置１１は、光学器１が感光体３に書き込む画像データから算出した感光体３上の画像面積と、温湿度センサ１２のデータと、から、転写残トナーの量を求める。なお、必要な計算式は、予めＲＯＭに記憶されている。
【００２０】
このようにして求められたかぶりトナー量と転写残トナー量との和をクリーニング装置９へ入力されるトナー量とする。ＲＯＭには、クリーニング装置９へ入力されるトナー量に対して適切なトナー搬送コイル１０の回転数を決定するための閾値が予め記憶されている。入力トナー量が閾値を下回っている場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を低回転させる制御を行う。また閾値を上回った場合、制御演算装置１１はトナー搬送コイル１０を高回転させてトナーの排出量を増加させる。
また、第一の実施形態と同様に、閾値を複数設けても良いし、計算式にてトナー搬送コイル１０の回転数を決定するようにしてもよい。
【００２１】
以上、各実施形態に基づいて説明したように、本発明によれば、画像形成に関わる各手段の動作状況や画像形成条件等、画像形成に必要な諸条件に基づいて、クリーニング装置に入力されるトナー量を予測し、予測されたトナー量に応じてトナー排出手段が排出するトナー量（排出力）を制御する。このように、入力されるトナー量に応じてトナー排出手段を動作させるので、トナーの詰まりやクリーニングブレードのめくれ、或いはトナーがクリーニングブレードをすりぬける乗り越し等が発生しない画像形成装置を提供することができる。
なお、上記各実施形態の全てが実施可能となるように、制御演算装置１１にプログラムを記憶させておいても良い。この場合、例えば各実施態様について優先順位を定めておき、上位の実施態様における入力トナー量の予測に必要なデータの一部が得られない場合には、下位の態様の実施形態に基づいて入力トナー量を予測し、トナー搬送コイル１０の動作を制御することができる。また、例えば上記各実施態様によってトナー搬送コイル１０の回転数を算出し、そのうちの最大値を利用してトナー搬送コイル１０の動作を制御するようにしても良い。
【符号の説明】
【００２２】
１…光学器（露光手段）、２…帯電器（帯電手段）、３…感光体（像担持体）、４…現像装置（現像手段）、５…トナー濃度センサ、６…補給装置（トナー補給手段）、７…転写器（転写手段）、８…クリーニングブレード、９…クリーニング装置（クリーニング手段）、９ａ…ケース、１０…トナー搬送コイル（トナー排出手段）、１１…制御演算装置（制御手段）、１２…温湿度センサ、２０…作像ユニット、２１…感光体（像担持体）、２２…中間転写ベルト、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ…ローラ、２３…２次転写ローラ、２４…記録材カセット、２５…記録材搬送路、２６…定着ユニット、２７…スタックトレイ、４０…画像形成装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００５−２５０２１５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３９１１１号公報
【図１】
2013174781.tif 000003
【図２】
2013174781.tif 000004