JP2004029209A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】像担持体の状態を良好に保ち、継続して良好な画像を形成すること。
【解決手段】像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とする。
【選択図】 図2
【解決手段】像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とする。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタル信号化された画像情報に基づき画像形成を行なう静電複写機、同プリンタなどの画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、像担持体である感光体表面に形成された静電潜像を粉体の現像剤中のトナーで現像する現像手段を備えた画像形成装置が広く実用化されている。その1例として図5に示すように、4つの感光体ドラムを持ち、中間転写体を用いたフルカラー電子写真画像形成装置がある。感光体ドラムの周囲に、帯電手段、露光手段、現像手段、クリーナー等を有して構成される画像形成手段たるプロセスユニットが4個設けられ、各プロセスユニットにてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像が形成された感光体ドラム上の画像は、感光体ドラムに隣接して移動通過する中間転写体上に一次転写部N1において順次一次転写され、中間転写体上に転写された画像は、さらに二次転写部N2において紙等の記録材へ二次転写される構成となっている。各プロセスユニットは同一構成のため、図面において、プロセスユニットPdを例示し、符号dを省略して説明する。
【0003】
トナー像転写後の感光体ドラム101は、クリーナー160によって残留トナー等の付着物が除去される。クリーナー160は、クリーニングブレード161および搬送スクリュー162からなり、クリーニングブレード161は、感光体ドラム101に対して、所定の角度および圧力で不図示の加圧手段により当接されており、感光体ドラム101表面に残留したトナー等を回収する。クリーナー160によって残留トナーが除去された感光体ドラムは、再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【0004】
前記従来例において、クリーニングブレード161は感光体の表面を擦ることで感光体表面を清掃するが、前記転写工程を終えた感光体の表面に残留したトナーや外添剤は、ブレードと感光体表面間での潤滑性を上げたり、感光体を研磨し適度に削るのに重要な役割を有している。例えば、酸化チタンやアルミナ微粉体のように潤滑性を上げる効果のある外添剤や、チタン酸ストロンチュウム粉体、酸化セリウム粉体及びチタン酸カルシウム粉体等のように研磨性を上げる効果のある外添剤を用いている場合は外添剤の効果が大きい。すなわち、これらの外添剤は、感光体表面の潤滑性を上げたり、感光体を研磨し適度に削る効果があり、感光体表面にトナー中の成分や帯電器の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がって、クリーニングブレードの滑りが悪くなったりするのを防止する効果がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの外添剤の中にはトナーとの付着力が弱いものや、トナーの摩擦帯電極性とは逆の極性に帯電するものがあり、画像形成時以外に現像手段を動作させると、現像手段内の現像剤担持体上のトナーから離れて飛翔したり、トナーが感光体に付着しないような電界を現像剤担持体と感光体間に形成しても、逆極性に帯電する外添剤がトナーから離れて感光体に付着することがある。従って、画像形成時以外に現像手段を動作させ続けると現像剤中の外添剤が減少していく。現像剤中のトナーを消費しないと、新しいトナーも補給されないので、外添剤は減少していく一方である。
【0006】
現像手段内の現像剤中に存在していた外添剤が減少していくと、画像形成部においてもトナーとともに感光体に付着する外添剤が少なくなり、転写残留物としてクリーナーに送られる外添剤が少なくなる。従って、感光体表面間の潤滑性を上げたり、感光体を研磨し適度に削る効果が減るので、感光体表面にトナー中の成分や帯電手段の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がって、クリーニングブレードの滑りが悪くなったりする。これによりクリーニングブレード161がビビリを生じたり、捲れを生じたりするという問題があった。このような問題が生じるのは、非画像形成中に現像手段を動作させている時間が長い場合であるが、以下のような場合に長くなる。
【0007】
例えば、4色の画像形成部(プロセスユニット)を直列に配置した、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置においては、前回転工程や後回転工程が長くなることが多い。これは、上流のプロセスユニットから下流のプロセスユニットまでの画像形成に時間差が生じるが、非画像形成中のプロセスユニットで現像手段の開始/停止動作や現像バイアスのON/OFF動作を行うと、画像形成中のプロセスユニットで機械的なショックや電気的なノイズが生じて画像濃度ムラが発生するのを防止するために、現像手段を非画像形成中にも動作させる必要があるためである。また、前回転中に各種の調整モードを行う場合に前回転が長くなることがある。
【0008】
また、厚紙で連続画像形成を行うときに画像形成領域間(いわゆる紙間)を長くすることが多い。これは、坪量が大きい記録材で連続で定着工程を行うと、定着手段の温度低下が大きいので、定着不良が生じやすいためである。従って、画像形成に使用する記録材によって紙間を変える装置が多い。一般には坪量の大きい記録材を用いる場合に紙間を長くする。
【0009】
このような紙間は現像手段の開始/停止動作を行うほどには十分な時間がなく、特に、タンデム方式のカラー画像形成装置の場合上流のプロセスユニットから下流のプロセスユニットまでの画像形成に時間差があり、前述したようなショックも考慮すると、かなり長い紙間があったとしても、現像手段を一旦動作を停止することは難しい。
【0010】
その他、画像形成装置によって、さまざまな場合があるが、このように現像手段を動作させて非画像形成領域を形成している時間が長い場合は、前述したような問題、すなわちクリーニングブレードがビビリを生じたり、捲れを生じたりするという問題が生じやすい。
【0011】
そこで本発明の目的は、像担持体の状態を良好に保ち、継続して良好な画像を形成することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明の画像形成装置の実施形態を図面に即して詳述する。図1の画像形成装置を用いて本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する。本実施形態の特徴は非画像形成領域、すなわち記録材には対応しない位置にトナー画像(現像剤像)の形成を行なうことで画像形成とは別にトナー(現像剤)の消費を行うものである。
【0014】
画像形成装置は、4つの感光体ドラムを持ち、中間転写体を用いたフルカラー電子写真画像形成装置である。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する各プロセスユニットP(Pa、Pb、Pc、Pd)には、それぞれ感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)が配置されており、各感光体ドラムは矢印方向に回転自在となっている。さらに、各感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)の周囲には、一次帯電手段としての帯電ローラ2(2a、2b、2c、2d)、露光手段3(3a、3b、3c、3d)、現像手段4(4a、4b、4c、4d)、そして、クリーナー6(6a、6b、6c、6d)が上記感光体ドラムの回転方向に沿って順次配設されている。以下、プロセスユニットについて詳細を図2を用いて説明するが、4つのプロセスユニットは同一の構成となっている。ここでは、a、b、c、dの符号を省略して説明する。尚、画像形成において感光体ドラム1に作用する各プロセス手段は、不図示の制御手段により制御される。
【0015】
図2に示すように、プロセスユニットPは、回動自在に支持された像担持体としての感光体ドラム1を備えている。感光体ドラム1は、アルミニウム等の導電性基体11と、その外周に形成された光導電層12を基本構成とする円筒状の電子写真感光体である。その中心には支軸13を有し、この支軸13を中心として矢印R1方向に、不図示の駆動手段によって回転駆動されるようになっている。
【0016】
感光体ドラム1の上方には、帯電ローラ2が配置されている。帯電ローラ2は、感光体ドラム1表面に接してこの表面を所定の極性、電位に一様均一に帯電するものであり、ローラ状に構成されている。帯電ローラ2は、電源24によってマイナスバイアス電圧が印加され、これにより、感光体ドラム1表面を一様均一に接触帯電するようになっている。感光体ドラム1の回転方向についての帯電ローラ2の下流側には、露光手段3が配設されている。露光手段3は、画像データに対応したレーザー光をOFF/ONしながら走査して、静電潜像が形成される。
【0017】
露光手段3の下流側に配置された現像手段4は、二成分トナーを収容した現像容器41を有し、その容器41の感光体ドラム1に面した開口部内に現像スリーブ42が回転自在に設置され、現像スリーブ42内には現像スリーブ42上にトナーを担持させるマグネットローラ43が、現像スリーブ42の回転に対して非回転に固定配置されている。現像容器41の現像スリーブ42の上方位置には、現像スリーブ42上に担持されたトナーを規制して薄層のトナー層に形成する規制ブレード44が設置され、その上流側にはトナー中のトナー濃度を検知するためのATRセンサー(現像剤濃度検知手段)49が配置されている。さらに現像容器41内には、区画された現像室45及び撹拌室46が設けられ、その上方には補給用のトナーを収容した補給室47が設けられている。
【0018】
薄層のトナー層に形成されたトナーは、感光体ドラム1と対向した現像領域へ搬送されると、マグネットローラ43の現像領域に位置された現像主極の磁気力によって穂立ちし、トナーの磁気ブラシが形成される。この磁気ブラシで感光体ドラム1の面上を擦ると共に、現像スリーブ42に、電源48によって現像バイアス電圧が印加されることにより、磁気ブラシの穂を構成するキャリアに付着しているトナーが静電潜像の露光部に付着して現像し、感光体ドラム1上にトナー像が形成される。このように現像工程によってトナー中のトナーが消費されるが、トナーが消費されると光ATRセンサー49などで検知されるトナー濃度変化によって、補給室47から消費されたトナー量分の新しいトナーが補給される。このようにして画像濃度が一定に保たれる。
【0019】
現像手段4の下流側の感光体ドラム1の下方には、転写ローラ53が配設されている。転写ローラ53は、所定の押圧力で中間転写ベルト51を介して感光体ドラム1表面に圧接され、感光体ドラム1と転写ローラ53との間には一次転写部N1が形成される。転写ニップ部には、中間転写ベルト51が挟まれており、感光体ドラム表面と転写ローラ53間の電位差によって、マイナスに帯電したトナーは、感光体ドラム1表面から中間転写ベルト51表面に転写される。
【0020】
トナー像転写後の感光体ドラム1は、クリーナー6によって残留トナー等の付着物が除去される。クリーナー6は、クリーニングブレード61及び搬送スクリュー62からなり、クリーニングブレード61は、感光体ドラム1に対して、所定の角度および圧力で不図示の加圧手段により当接されており、感光体ドラム1表面に残留したトナー等を回収する。クリーナー6によって残留トナーが除去された感光体は、再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【0021】
各感光体ドラム1の下方には、中間転写ユニット5が配設されている。中間転写ユニット5は、中間転写ベルト51及び転写ローラ53(53a、53b、53c、53d)、及び二次転写ローラ56、57、さらに中間転写ベルトクリーナー55を有している。
【0022】
感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)上に形成された各色のトナー像は、上述のように順次中間転写ベルト51上に転写され後、ベルトの回転とともに二次転写部N2まで搬送される。一方、このときまでに給送カセット8から取り出された記録材Sは、ピックアップローラ81を経て搬送ローラ82に供給され、さらに同図左方に搬送され、二次転写部N2において、二次転写ローラ56、57間に印加される二次転写バイアスによって上述のトナー像は記録材S上に転写される。尚、中間転写ベルト51上の転写残トナー等は、中間転写ベルトクリーナー55によって除去、回収される。記録材が搬送されてくると、定着手段7は、圧力、温度で加圧、加熱されることにより記録材表面上の未定着トナー像は溶融して定着され、記録材S上にフルカラー画像が形成される。
【0023】
本実施形態で用いているトナーは、トナーとしてポリエステル樹脂より生成された平均粒径8μmのカラートナー粒子に、長さ平均粒径1μmのチタン酸ストロンチュウム粉体、及び、長さ平均粒径0.1μmの疎水性アルミナ微粉体が外添されているものを用いている。キャリアとしては平均粒径50μmのフェライトキャリアが用いられている。また、画像濃度検知手段としてはビデオカウンタを用いており、画像情報に基づいてレーザー光をOFF/ONしながら走査して感光体ドラム1上を露光手段3にて露光する際に、ビデオカウンタ(図示せず)で露光により形成される潜像の画像データ数(ビデオ数)をカウントし、その積算値を測定する。
【0024】
ここで、非画像形成部である記録材と記録材の間(紙間)に帯状のパッチ(トナー帯画像)をトナー現像し強制的にトナーを消費する工程を説明する。本実施形態においては画像形成を1枚行なうごとに、画像濃度検知手段であるビデオカウンタにより、各プロセスユニットPでの画像1枚あたりのビデオ数の積算値を検知する。この積算値とトナー消費量はほぼ比例関係があるので、図示しない制御手段のCPUにおいて予測されるトナー消費量をビデオ積算値から計算する。例えばこの予想トナー消費量がA4サイズの記録材1枚あたり、40mg/枚以下であるか否か、さらに20mg/枚以上か否かを判断する。
【0025】
また、一方でそのときの画像形成モードが普通紙用かまたは厚紙用か等、記録材のサイズは何かを検知する。本実施形態の装置においては、これらの画像形成モードに応じて画像形成工程の時間間隔(紙間時間)を変えている。例えば、普通紙A4サイズで連続画像形成を行うときの紙間時間は0.3秒であり、厚紙A4サイズで連続画像形成を行うときの紙間時間は2.0秒である。使用する記録材の種類から画像形成時の紙間時間が分かり、ビデオ数からトナー消費量を予想でき、これら紙間時間とビデオ数から非画像形成領域(記録材Sに対応しない領域)に形成する強制トナー消費量を判断し、次の紙間でこの量に応じたトナー画像を感光体ドラム1上に現像する。紙間で形成するトナー画像の反射濃度は約0.8で、長手方向に延びた帯状のハーフトーン画像を形成する。また、紙間時間とビデオ数から最適なトナー消費量になるように、この帯状トナー画像の副走査方向の幅を変える。
【0026】
参考までに本実施形態での各条件における幅の1例を図3に示す。これらの最適トナー帯幅は、紙間時間とトナー中の外添剤量の減少量を発明者らが実験して求めた結果から決めた値である。画像形成装置中のCPUには、使用する全ての種類の記録材に対応したトナー帯の幅がテーブルとして記憶されており、帯幅を制御させている。図4に感光体ドラム上に形成するトナー帯画像の展開図を示す。ここでは記録材として普通紙の場合と厚紙の場合とを例示する。尚、この非画像形成時である紙間に形成するトナー帯画像は転写バイアスを受けずに転写部を通過し、クリーナー6に運ばれ、クリーニングブレード61にかきとられることになる。
【0027】
本実施形態のように、非画像形成領域のビデオ数と紙間時間とに応じて、紙間に形成するトナー帯画像の幅を変えることで、どのような画像形成条件においても、現像手段内のトナー中に存在する外添剤量が不足することがなくなる。従って、感光体表面にトナー中の成分や帯電器の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がって、クリーニングブレードの滑りが悪くなり、ブレードにビビリを生じたり、捲れを生じたりすることを防止することができる。
【0028】
以上のように、本発明は非画像形成領域で現像手段4が動作していると外添剤が減少していくことに着目したものであり、このようなときに非画像形成時に強制的にトナーを消費するものである。現像手段4には、現像手段内のトナー濃度センサーにより、トナーが消費され基準量よりもトナー濃度が低いことを検知して、検知されたトナー濃度に基づき現像手段4にトナーを補給されるので、現像手段4には新しいトナーが供給される。この新しいトナーには所定量の外添剤が外添されている。即ち所定量のトナー、感光体ドラム1表面の非画像形成領域に、強制的に付着させて消費させる。これによって、現像手段4には常にトナーの出入りが生じる。従って、クリーナー6に供給されるトナーには、所定の比率の外添剤が付着しているトナーが常にクリーナー6に供給されることとなる。これにより、感光体ドラム1の状態をより長期にわたって良好に保つことができるため、継続して良好な画像を形成することができる。
【0029】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明をする。第1実施形態においては、紙間で転写を伴わない帯状のトナー画像を形成したが、本実施形態においては紙間で感光体ドラム1上に形成する帯状トナー像を、通常の画像と同じように、転写ローラ53にトナーと逆極性である正の電荷を付与し、中間転写ベルト51に転写させるものである。
【0030】
本実施形態で用いるトナーも前記実施形態と同じ負に帯電する特性のトナーにチタン酸ストロンチュウム粉体、及び疎水性アルミナ微粉体が外添されたトナーを用いているが、チタン酸ストロンチュウム粉体はトナーと逆の正に摩擦帯電する特性を有する。従って、紙間でドラム上に形成した帯状のトナー画像を中間転写ベルトに転写させるように転写バイアスを印加すると、トナーはほとんど中間転写ベルトに転写するが、チタン酸ストロンチュウム粉体の多くは感光体ドラム1上に残り、クリーニングブレード61に送られることになる。トナーは転写し、チタン酸ストロンチュームはトナーから離れ感光体に残留するので、チタン酸ストロンチュームの比率がトナーに比べて多くなる。チタン酸ストロンチュームの比率が高いと、さらにクリーニングブレード61での感光体ドラム1をかきとる効果を向上させる。
【0031】
従って第1の実施形態よりも、さらに感光体表面にトナー中の成分や帯電器の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がってクリーニングブレードの滑りが悪くったり、ブレードがビビリを生じたり、捲れを生じたりする等の不都合を防止することができる。
【0032】
また、第1実施形態と同じように、紙間時間及び非画像形成領域におけるビデオカウンタ積算値から、紙間で帯幅を変えて強制消費させるので、過剰にトナーを消費することは無く、しかし現像手段には外添剤が不足状態になることはないので、どのような画像形成モードにおいても、前記外添剤(チタン酸ストロンチューム)がトナー中に減少することがない。尚、中間転写ベルト51に転写されたトナー帯画像は、記録材がないタイミングで転写バイアスがOFFされている二次転写部N2を通過し、中間転写ベルトクリーナー55により回収される。
【0033】
以上のように、外添剤としてトナーとは逆極性に帯電する微粒子を用いている装置において本方式を用いると、トナーは転写ベルトまたは中間転写ベルト51に転写され、逆極性の外添剤は感光体ドラム1表面に残り、クリーナー6に供給されるので、さらに外添剤比率の高いトナーが供給されることになり、より感光体ドラム1表面間の潤滑性を上げたり、感光体ドラム1を研磨し適度に削ることができる。第2実施形態のポイントとしては、トナー中で減少する外添剤はトナーと逆極性であることに着目したもので、転写バイアスをかけることで、クリーナー6に供給されるトナーは外添剤比率が高くなり、第1実施形態よりも効果は大きくなる。こうして、感光体ドラム1の状態を更に長期にわたって良好に保つことができるため、継続して良好な画像を形成することができる。
【0034】
(他の実施形態)
前述した実施形態においては、画像形成装置としてプリンタを例示して説明したが、これに限るものではなく、複写機やファクシミリ装置に適用してもよい。
【0035】
また、前述の実施形態においては、画像形成の後、中間転写体を介して記録材に画像を転写する例を示したが、これに限るものではなく、記録材を直接画像形成手段へと搬送する搬送体を有する画像形成装置においても、本発明は有効である。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とするため、像担持体の状態を良好に保ち、継続して良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像形成装置の構成図である。
【図2】プロセスユニット周辺の構成図である。
【図3】記録材の種類とトナー消費量との一例を示す図表である。
【図4】感光体ドラム上に形成するトナー帯画像の展開図である。
【図5】従来の画像形成装置の構成図である。
【符号の説明】
N1 …一次転写部
N2 …二次転写部
P …プロセスユニット
S …記録材
1 …感光体ドラム
2 …帯電ローラ
3 …露光手段
4 …現像手段
5 …中間転写ユニット
6 …クリーナー
7 …定着手段
8 …給送カセット
11 …導電性基体
12 …光導電層
13 …支軸
24 …電源
41 …現像容器
42 …現像スリーブ
43 …マグネットローラ
44 …規制ブレード
45 …現像室
46 …撹拌室
47 …補給室
48 …電源
49 …ATRセンサー
51 …中間転写ベルト
53 …転写ローラ
55 …中間転写ベルトクリーナー
56 …二次転写ローラ
57 …二次転写ローラ
61 …クリーニングブレード
62 …搬送スクリュー
81 …ピックアップローラ
82 …搬送ローラ
【発明の属する技術分野】
本発明はデジタル信号化された画像情報に基づき画像形成を行なう静電複写機、同プリンタなどの画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、像担持体である感光体表面に形成された静電潜像を粉体の現像剤中のトナーで現像する現像手段を備えた画像形成装置が広く実用化されている。その1例として図5に示すように、4つの感光体ドラムを持ち、中間転写体を用いたフルカラー電子写真画像形成装置がある。感光体ドラムの周囲に、帯電手段、露光手段、現像手段、クリーナー等を有して構成される画像形成手段たるプロセスユニットが4個設けられ、各プロセスユニットにてイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像が形成された感光体ドラム上の画像は、感光体ドラムに隣接して移動通過する中間転写体上に一次転写部N1において順次一次転写され、中間転写体上に転写された画像は、さらに二次転写部N2において紙等の記録材へ二次転写される構成となっている。各プロセスユニットは同一構成のため、図面において、プロセスユニットPdを例示し、符号dを省略して説明する。
【0003】
トナー像転写後の感光体ドラム101は、クリーナー160によって残留トナー等の付着物が除去される。クリーナー160は、クリーニングブレード161および搬送スクリュー162からなり、クリーニングブレード161は、感光体ドラム101に対して、所定の角度および圧力で不図示の加圧手段により当接されており、感光体ドラム101表面に残留したトナー等を回収する。クリーナー160によって残留トナーが除去された感光体ドラムは、再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【0004】
前記従来例において、クリーニングブレード161は感光体の表面を擦ることで感光体表面を清掃するが、前記転写工程を終えた感光体の表面に残留したトナーや外添剤は、ブレードと感光体表面間での潤滑性を上げたり、感光体を研磨し適度に削るのに重要な役割を有している。例えば、酸化チタンやアルミナ微粉体のように潤滑性を上げる効果のある外添剤や、チタン酸ストロンチュウム粉体、酸化セリウム粉体及びチタン酸カルシウム粉体等のように研磨性を上げる効果のある外添剤を用いている場合は外添剤の効果が大きい。すなわち、これらの外添剤は、感光体表面の潤滑性を上げたり、感光体を研磨し適度に削る効果があり、感光体表面にトナー中の成分や帯電器の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がって、クリーニングブレードの滑りが悪くなったりするのを防止する効果がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの外添剤の中にはトナーとの付着力が弱いものや、トナーの摩擦帯電極性とは逆の極性に帯電するものがあり、画像形成時以外に現像手段を動作させると、現像手段内の現像剤担持体上のトナーから離れて飛翔したり、トナーが感光体に付着しないような電界を現像剤担持体と感光体間に形成しても、逆極性に帯電する外添剤がトナーから離れて感光体に付着することがある。従って、画像形成時以外に現像手段を動作させ続けると現像剤中の外添剤が減少していく。現像剤中のトナーを消費しないと、新しいトナーも補給されないので、外添剤は減少していく一方である。
【0006】
現像手段内の現像剤中に存在していた外添剤が減少していくと、画像形成部においてもトナーとともに感光体に付着する外添剤が少なくなり、転写残留物としてクリーナーに送られる外添剤が少なくなる。従って、感光体表面間の潤滑性を上げたり、感光体を研磨し適度に削る効果が減るので、感光体表面にトナー中の成分や帯電手段の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がって、クリーニングブレードの滑りが悪くなったりする。これによりクリーニングブレード161がビビリを生じたり、捲れを生じたりするという問題があった。このような問題が生じるのは、非画像形成中に現像手段を動作させている時間が長い場合であるが、以下のような場合に長くなる。
【0007】
例えば、4色の画像形成部(プロセスユニット)を直列に配置した、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置においては、前回転工程や後回転工程が長くなることが多い。これは、上流のプロセスユニットから下流のプロセスユニットまでの画像形成に時間差が生じるが、非画像形成中のプロセスユニットで現像手段の開始/停止動作や現像バイアスのON/OFF動作を行うと、画像形成中のプロセスユニットで機械的なショックや電気的なノイズが生じて画像濃度ムラが発生するのを防止するために、現像手段を非画像形成中にも動作させる必要があるためである。また、前回転中に各種の調整モードを行う場合に前回転が長くなることがある。
【0008】
また、厚紙で連続画像形成を行うときに画像形成領域間(いわゆる紙間)を長くすることが多い。これは、坪量が大きい記録材で連続で定着工程を行うと、定着手段の温度低下が大きいので、定着不良が生じやすいためである。従って、画像形成に使用する記録材によって紙間を変える装置が多い。一般には坪量の大きい記録材を用いる場合に紙間を長くする。
【0009】
このような紙間は現像手段の開始/停止動作を行うほどには十分な時間がなく、特に、タンデム方式のカラー画像形成装置の場合上流のプロセスユニットから下流のプロセスユニットまでの画像形成に時間差があり、前述したようなショックも考慮すると、かなり長い紙間があったとしても、現像手段を一旦動作を停止することは難しい。
【0010】
その他、画像形成装置によって、さまざまな場合があるが、このように現像手段を動作させて非画像形成領域を形成している時間が長い場合は、前述したような問題、すなわちクリーニングブレードがビビリを生じたり、捲れを生じたりするという問題が生じやすい。
【0011】
そこで本発明の目的は、像担持体の状態を良好に保ち、継続して良好な画像を形成することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明の画像形成装置の実施形態を図面に即して詳述する。図1の画像形成装置を用いて本発明の第1の実施形態に係る画像形成装置の動作を説明する。本実施形態の特徴は非画像形成領域、すなわち記録材には対応しない位置にトナー画像(現像剤像)の形成を行なうことで画像形成とは別にトナー(現像剤)の消費を行うものである。
【0014】
画像形成装置は、4つの感光体ドラムを持ち、中間転写体を用いたフルカラー電子写真画像形成装置である。イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の画像を形成する各プロセスユニットP(Pa、Pb、Pc、Pd)には、それぞれ感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)が配置されており、各感光体ドラムは矢印方向に回転自在となっている。さらに、各感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)の周囲には、一次帯電手段としての帯電ローラ2(2a、2b、2c、2d)、露光手段3(3a、3b、3c、3d)、現像手段4(4a、4b、4c、4d)、そして、クリーナー6(6a、6b、6c、6d)が上記感光体ドラムの回転方向に沿って順次配設されている。以下、プロセスユニットについて詳細を図2を用いて説明するが、4つのプロセスユニットは同一の構成となっている。ここでは、a、b、c、dの符号を省略して説明する。尚、画像形成において感光体ドラム1に作用する各プロセス手段は、不図示の制御手段により制御される。
【0015】
図2に示すように、プロセスユニットPは、回動自在に支持された像担持体としての感光体ドラム1を備えている。感光体ドラム1は、アルミニウム等の導電性基体11と、その外周に形成された光導電層12を基本構成とする円筒状の電子写真感光体である。その中心には支軸13を有し、この支軸13を中心として矢印R1方向に、不図示の駆動手段によって回転駆動されるようになっている。
【0016】
感光体ドラム1の上方には、帯電ローラ2が配置されている。帯電ローラ2は、感光体ドラム1表面に接してこの表面を所定の極性、電位に一様均一に帯電するものであり、ローラ状に構成されている。帯電ローラ2は、電源24によってマイナスバイアス電圧が印加され、これにより、感光体ドラム1表面を一様均一に接触帯電するようになっている。感光体ドラム1の回転方向についての帯電ローラ2の下流側には、露光手段3が配設されている。露光手段3は、画像データに対応したレーザー光をOFF/ONしながら走査して、静電潜像が形成される。
【0017】
露光手段3の下流側に配置された現像手段4は、二成分トナーを収容した現像容器41を有し、その容器41の感光体ドラム1に面した開口部内に現像スリーブ42が回転自在に設置され、現像スリーブ42内には現像スリーブ42上にトナーを担持させるマグネットローラ43が、現像スリーブ42の回転に対して非回転に固定配置されている。現像容器41の現像スリーブ42の上方位置には、現像スリーブ42上に担持されたトナーを規制して薄層のトナー層に形成する規制ブレード44が設置され、その上流側にはトナー中のトナー濃度を検知するためのATRセンサー(現像剤濃度検知手段)49が配置されている。さらに現像容器41内には、区画された現像室45及び撹拌室46が設けられ、その上方には補給用のトナーを収容した補給室47が設けられている。
【0018】
薄層のトナー層に形成されたトナーは、感光体ドラム1と対向した現像領域へ搬送されると、マグネットローラ43の現像領域に位置された現像主極の磁気力によって穂立ちし、トナーの磁気ブラシが形成される。この磁気ブラシで感光体ドラム1の面上を擦ると共に、現像スリーブ42に、電源48によって現像バイアス電圧が印加されることにより、磁気ブラシの穂を構成するキャリアに付着しているトナーが静電潜像の露光部に付着して現像し、感光体ドラム1上にトナー像が形成される。このように現像工程によってトナー中のトナーが消費されるが、トナーが消費されると光ATRセンサー49などで検知されるトナー濃度変化によって、補給室47から消費されたトナー量分の新しいトナーが補給される。このようにして画像濃度が一定に保たれる。
【0019】
現像手段4の下流側の感光体ドラム1の下方には、転写ローラ53が配設されている。転写ローラ53は、所定の押圧力で中間転写ベルト51を介して感光体ドラム1表面に圧接され、感光体ドラム1と転写ローラ53との間には一次転写部N1が形成される。転写ニップ部には、中間転写ベルト51が挟まれており、感光体ドラム表面と転写ローラ53間の電位差によって、マイナスに帯電したトナーは、感光体ドラム1表面から中間転写ベルト51表面に転写される。
【0020】
トナー像転写後の感光体ドラム1は、クリーナー6によって残留トナー等の付着物が除去される。クリーナー6は、クリーニングブレード61及び搬送スクリュー62からなり、クリーニングブレード61は、感光体ドラム1に対して、所定の角度および圧力で不図示の加圧手段により当接されており、感光体ドラム1表面に残留したトナー等を回収する。クリーナー6によって残留トナーが除去された感光体は、再び帯電工程に戻り、上述の一連の画像形成動作が繰返される。
【0021】
各感光体ドラム1の下方には、中間転写ユニット5が配設されている。中間転写ユニット5は、中間転写ベルト51及び転写ローラ53(53a、53b、53c、53d)、及び二次転写ローラ56、57、さらに中間転写ベルトクリーナー55を有している。
【0022】
感光体ドラム1(1a、1b、1c、1d)上に形成された各色のトナー像は、上述のように順次中間転写ベルト51上に転写され後、ベルトの回転とともに二次転写部N2まで搬送される。一方、このときまでに給送カセット8から取り出された記録材Sは、ピックアップローラ81を経て搬送ローラ82に供給され、さらに同図左方に搬送され、二次転写部N2において、二次転写ローラ56、57間に印加される二次転写バイアスによって上述のトナー像は記録材S上に転写される。尚、中間転写ベルト51上の転写残トナー等は、中間転写ベルトクリーナー55によって除去、回収される。記録材が搬送されてくると、定着手段7は、圧力、温度で加圧、加熱されることにより記録材表面上の未定着トナー像は溶融して定着され、記録材S上にフルカラー画像が形成される。
【0023】
本実施形態で用いているトナーは、トナーとしてポリエステル樹脂より生成された平均粒径8μmのカラートナー粒子に、長さ平均粒径1μmのチタン酸ストロンチュウム粉体、及び、長さ平均粒径0.1μmの疎水性アルミナ微粉体が外添されているものを用いている。キャリアとしては平均粒径50μmのフェライトキャリアが用いられている。また、画像濃度検知手段としてはビデオカウンタを用いており、画像情報に基づいてレーザー光をOFF/ONしながら走査して感光体ドラム1上を露光手段3にて露光する際に、ビデオカウンタ(図示せず)で露光により形成される潜像の画像データ数(ビデオ数)をカウントし、その積算値を測定する。
【0024】
ここで、非画像形成部である記録材と記録材の間(紙間)に帯状のパッチ(トナー帯画像)をトナー現像し強制的にトナーを消費する工程を説明する。本実施形態においては画像形成を1枚行なうごとに、画像濃度検知手段であるビデオカウンタにより、各プロセスユニットPでの画像1枚あたりのビデオ数の積算値を検知する。この積算値とトナー消費量はほぼ比例関係があるので、図示しない制御手段のCPUにおいて予測されるトナー消費量をビデオ積算値から計算する。例えばこの予想トナー消費量がA4サイズの記録材1枚あたり、40mg/枚以下であるか否か、さらに20mg/枚以上か否かを判断する。
【0025】
また、一方でそのときの画像形成モードが普通紙用かまたは厚紙用か等、記録材のサイズは何かを検知する。本実施形態の装置においては、これらの画像形成モードに応じて画像形成工程の時間間隔(紙間時間)を変えている。例えば、普通紙A4サイズで連続画像形成を行うときの紙間時間は0.3秒であり、厚紙A4サイズで連続画像形成を行うときの紙間時間は2.0秒である。使用する記録材の種類から画像形成時の紙間時間が分かり、ビデオ数からトナー消費量を予想でき、これら紙間時間とビデオ数から非画像形成領域(記録材Sに対応しない領域)に形成する強制トナー消費量を判断し、次の紙間でこの量に応じたトナー画像を感光体ドラム1上に現像する。紙間で形成するトナー画像の反射濃度は約0.8で、長手方向に延びた帯状のハーフトーン画像を形成する。また、紙間時間とビデオ数から最適なトナー消費量になるように、この帯状トナー画像の副走査方向の幅を変える。
【0026】
参考までに本実施形態での各条件における幅の1例を図3に示す。これらの最適トナー帯幅は、紙間時間とトナー中の外添剤量の減少量を発明者らが実験して求めた結果から決めた値である。画像形成装置中のCPUには、使用する全ての種類の記録材に対応したトナー帯の幅がテーブルとして記憶されており、帯幅を制御させている。図4に感光体ドラム上に形成するトナー帯画像の展開図を示す。ここでは記録材として普通紙の場合と厚紙の場合とを例示する。尚、この非画像形成時である紙間に形成するトナー帯画像は転写バイアスを受けずに転写部を通過し、クリーナー6に運ばれ、クリーニングブレード61にかきとられることになる。
【0027】
本実施形態のように、非画像形成領域のビデオ数と紙間時間とに応じて、紙間に形成するトナー帯画像の幅を変えることで、どのような画像形成条件においても、現像手段内のトナー中に存在する外添剤量が不足することがなくなる。従って、感光体表面にトナー中の成分や帯電器の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がって、クリーニングブレードの滑りが悪くなり、ブレードにビビリを生じたり、捲れを生じたりすることを防止することができる。
【0028】
以上のように、本発明は非画像形成領域で現像手段4が動作していると外添剤が減少していくことに着目したものであり、このようなときに非画像形成時に強制的にトナーを消費するものである。現像手段4には、現像手段内のトナー濃度センサーにより、トナーが消費され基準量よりもトナー濃度が低いことを検知して、検知されたトナー濃度に基づき現像手段4にトナーを補給されるので、現像手段4には新しいトナーが供給される。この新しいトナーには所定量の外添剤が外添されている。即ち所定量のトナー、感光体ドラム1表面の非画像形成領域に、強制的に付着させて消費させる。これによって、現像手段4には常にトナーの出入りが生じる。従って、クリーナー6に供給されるトナーには、所定の比率の外添剤が付着しているトナーが常にクリーナー6に供給されることとなる。これにより、感光体ドラム1の状態をより長期にわたって良好に保つことができるため、継続して良好な画像を形成することができる。
【0029】
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明をする。第1実施形態においては、紙間で転写を伴わない帯状のトナー画像を形成したが、本実施形態においては紙間で感光体ドラム1上に形成する帯状トナー像を、通常の画像と同じように、転写ローラ53にトナーと逆極性である正の電荷を付与し、中間転写ベルト51に転写させるものである。
【0030】
本実施形態で用いるトナーも前記実施形態と同じ負に帯電する特性のトナーにチタン酸ストロンチュウム粉体、及び疎水性アルミナ微粉体が外添されたトナーを用いているが、チタン酸ストロンチュウム粉体はトナーと逆の正に摩擦帯電する特性を有する。従って、紙間でドラム上に形成した帯状のトナー画像を中間転写ベルトに転写させるように転写バイアスを印加すると、トナーはほとんど中間転写ベルトに転写するが、チタン酸ストロンチュウム粉体の多くは感光体ドラム1上に残り、クリーニングブレード61に送られることになる。トナーは転写し、チタン酸ストロンチュームはトナーから離れ感光体に残留するので、チタン酸ストロンチュームの比率がトナーに比べて多くなる。チタン酸ストロンチュームの比率が高いと、さらにクリーニングブレード61での感光体ドラム1をかきとる効果を向上させる。
【0031】
従って第1の実施形態よりも、さらに感光体表面にトナー中の成分や帯電器の放電生成物が付着して画像不良になったり、感光体表面の摩擦係数が上がってクリーニングブレードの滑りが悪くったり、ブレードがビビリを生じたり、捲れを生じたりする等の不都合を防止することができる。
【0032】
また、第1実施形態と同じように、紙間時間及び非画像形成領域におけるビデオカウンタ積算値から、紙間で帯幅を変えて強制消費させるので、過剰にトナーを消費することは無く、しかし現像手段には外添剤が不足状態になることはないので、どのような画像形成モードにおいても、前記外添剤(チタン酸ストロンチューム)がトナー中に減少することがない。尚、中間転写ベルト51に転写されたトナー帯画像は、記録材がないタイミングで転写バイアスがOFFされている二次転写部N2を通過し、中間転写ベルトクリーナー55により回収される。
【0033】
以上のように、外添剤としてトナーとは逆極性に帯電する微粒子を用いている装置において本方式を用いると、トナーは転写ベルトまたは中間転写ベルト51に転写され、逆極性の外添剤は感光体ドラム1表面に残り、クリーナー6に供給されるので、さらに外添剤比率の高いトナーが供給されることになり、より感光体ドラム1表面間の潤滑性を上げたり、感光体ドラム1を研磨し適度に削ることができる。第2実施形態のポイントとしては、トナー中で減少する外添剤はトナーと逆極性であることに着目したもので、転写バイアスをかけることで、クリーナー6に供給されるトナーは外添剤比率が高くなり、第1実施形態よりも効果は大きくなる。こうして、感光体ドラム1の状態を更に長期にわたって良好に保つことができるため、継続して良好な画像を形成することができる。
【0034】
(他の実施形態)
前述した実施形態においては、画像形成装置としてプリンタを例示して説明したが、これに限るものではなく、複写機やファクシミリ装置に適用してもよい。
【0035】
また、前述の実施形態においては、画像形成の後、中間転写体を介して記録材に画像を転写する例を示したが、これに限るものではなく、記録材を直接画像形成手段へと搬送する搬送体を有する画像形成装置においても、本発明は有効である。
【0036】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とするため、像担持体の状態を良好に保ち、継続して良好な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像形成装置の構成図である。
【図2】プロセスユニット周辺の構成図である。
【図3】記録材の種類とトナー消費量との一例を示す図表である。
【図4】感光体ドラム上に形成するトナー帯画像の展開図である。
【図5】従来の画像形成装置の構成図である。
【符号の説明】
N1 …一次転写部
N2 …二次転写部
P …プロセスユニット
S …記録材
1 …感光体ドラム
2 …帯電ローラ
3 …露光手段
4 …現像手段
5 …中間転写ユニット
6 …クリーナー
7 …定着手段
8 …給送カセット
11 …導電性基体
12 …光導電層
13 …支軸
24 …電源
41 …現像容器
42 …現像スリーブ
43 …マグネットローラ
44 …規制ブレード
45 …現像室
46 …撹拌室
47 …補給室
48 …電源
49 …ATRセンサー
51 …中間転写ベルト
53 …転写ローラ
55 …中間転写ベルトクリーナー
56 …二次転写ローラ
57 …二次転写ローラ
61 …クリーニングブレード
62 …搬送スクリュー
81 …ピックアップローラ
82 …搬送ローラ
Claims (4)
- 像担持体と、該像担持体上の静電潜像を顕画像化する現像手段と、前記像担持体上の現像剤像を記録材に転写する転写手段と、前記像担持体上に残留した付着物を回収するクリーニング手段と、各手段を制御する制御手段と、を有する画像形成装置において、
前記現像剤像のトナー量を推測するための画像濃度検知手段を有し、
前記制御手段は、画像形成領域以外で前記現像手段が動作している時間、及び前記画像濃度検知手段での検知結果に基づいて、非画像形成領域に現像剤像の形成を行なうことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1に記載の画像形成装置であって、
現像により形成される所定画像の濃度を検知する画像濃度検知手段、又は現像容器内の現像剤の濃度を検知する現像剤濃度検知手段を有し、
前記制御手段は、前記画像濃度検知手段又は現像剤濃度検知手段の検知結果に基づいて、前記現像手段に現像剤の補給量を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置であって、
前記像担持体に記録材を搬送する搬送体又は前記像担持体に形成された画像を担持して記録材に転写する中間転写体を有し、
前記制御手段は、前記搬送対又は中間転写体の、記録材に対して画像を転写しない非画像形成領域に現像剤像を転写することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2又は請求項3に記載の画像形成装置であって、
前記現像剤は、該現像剤と逆極性に摩擦帯電する微粒子を外添していることを特徴とする画像形成装置。
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