JP2006337604A

JP2006337604A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006337604A
Application number: JP2005160669A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Hatano; 太波多野
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP4704806B2

Abstract

【課題】紙間時間を実質的に短くして、印字処理速度を向上する。
【解決手段】画像形成装置には磁性キャリアと磁性トナーとからなる２成分現像剤が用いられ、感光体ドラム上の静電潜像を現像する際に現像ローラを何周回転させるかを回転周量として求め、回転周量と現像ローラの回転速度とに基づいて、現像が終了するよりも現像ローラと感光体ドラムとが最接近する第１の位置と磁気ブラシによって現像ローラにトナー薄層が形成される第２の位置までの周分現像ローラが回転するのに要する現像ローラ駆動時間だけ前にトナー薄層形成制御を停止して現像ローラ上のトナーを剥ぎ取るトナー剥ぎ取り制御を開始する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ、又はそれらの複合機等の画像形成装置に関し、特に、磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤を用いて、現像ローラ上に非磁性トナーを保持させて静電潜像を現像するようにした現像装置を有する画像形成装置に関するものである。

画像形成装置における現像方式として、磁性キャリアを用いて非磁性トナーを帯電させる２成分現像剤を用いて、現像ローラ上に帯電した非磁性トナーのみを保持させて静電潜像を現像するようにした所謂ハイブリッド現像方式が知られており、このハイブリッド現像方式においては、磁気ローラ上に磁性キャリアと非磁性トナーとからなる２成分現像剤の磁気ブラシを保持して、この磁気ブラシによって現像ローラ上にトナー薄層を形成し、交番電界によってトナー薄層からトナーを感光体ドラム側に飛翔させ、静電潜像を現像するようにしている。そして、現像ローラ上に残ったトナーは磁気ブラシによって回収（剥ぎ取り）される。

ところで、ハイブリッド現像方式においては、用紙と用紙との間（紙間）において現像ローラ上のトナーの剥ぎ取りを行った後トナー薄層の形成を行っている。つまり、現像が終了した後、トナーの剥ぎ取り及びトナー薄層の形成を行い、その後、現像を開始している。

例えば、トナーの剥ぎ取りを行う際、画像の現像を停止して、現像ローラと磁気ローラ４６の間に印加されている差分バイアスの大きさを変化させて、現像ローラ上のトナーを剥ぎ取って現像ローラをクリーニングするようにしたものが知られている（特許文献１参照）。

さらに、磁気ローラ側に直流バイアスを印加し、現像ローラ側に直流に交流を重畳したバイアスを印加して、直流バイアス電源を夫々独立した電源として、現像終了時に一方の直流バイアスと交流バイアスのデューティー比を変化させて現像ローラ上のトナーをリフレッシュ（回収と入れ替え）するようにしたものがあり（特許文献２参照）、ここでは、現像ローラ上のトナーの回収は、紙間及び印刷終了時に行われている。

特開平７−７２７３３号公報特開２００３−３４５１３４公報

ところで、特許文献１及び２ともに、感光体ドラム上の静電潜像が終了するまで、現像ローラ上にトナー薄層の形成を連続的に行い現像が終了すると、現像ローラ上のトナーの剥ぎ取りを開始している。つまり、一枚の用紙の印字が終了とすると現像ローラ上のトナーの剥ぎ取りを行った後現像ローラ上にトナー薄層を形成して現像を開始し、次の用紙への印字を行うようにしている。言い換えると、紙間においてトナーの剥ぎ取り及びトナー薄層の形成を行うようにしている。

上述のようにして、感光体ドラム上の静電潜像が終了するまで現像ローラ上にトナー薄層の形成を連続的に行い現像が終了すると、現像ローラ上のトナーの剥ぎ取りを開始しているから、紙間時間はトナー剥ぎ取りに要する時間とトナー薄層の形成に要する時間との和になり、トナー剥ぎ取り時間は現像ローラが一周するのに要する時間であるから、紙間時間が無視できないものとなって、つまり、紙間時間が長くなって、結果的に画像形成装置の印字処理が低下してしまうという課題がある。

そのため本発明においては、紙間時間を実質的に短くして、印字処理速度を向上することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明は、静電潜像が形成される像担持体と対面してトナー薄層によって前記静電潜像を現像してトナー像とする現像ローラと、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤で形成された磁気ブラシによって前記現像ローラ上にトナー薄層を形成するとともに、前記磁気ブラシによって前記現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る磁気ローラとを有する現像装置を備える画像形成装置において、
前記トナー薄層を形成するトナー薄層形成制御と前記トナーを剥ぎ取る剥ぎ取り制御とを行う制御手段を有し、
前記制御手段は現像が終了する前に前記トナー薄層形成制御を停止して前記剥ぎ取り制御を開始するようにしたことを特徴とするものである。

本発明では、前記制御手段は、前記像担持体上の静電潜像を現像する際に要する前記現像ローラの回転回数を得て、前記回転回数と前記現像ローラの回転速度とに基づいて現像が終了する際、前記現像ローラと前記像担持体とが最接近する第１の位置から、前記磁気ブラシによって前記現像ローラに前記トナー薄層が形成される第２の位置までの回転周分だけ前記現像ローラが回転するのに要する現像ローラ駆動時間前に前記トナー薄層形成制御を停止して前記剥ぎ取り制御を開始する。

本発明では、例えば、前記現像ローラ駆動時間は前記現像ローラが１／２周するのに要する時間であり、前記剥ぎ取り制御においては前記現像ローラを１周分回転させる。

以上のように、本発明では、現像が終了する前にトナー薄層形成制御を停止して剥ぎ取り制御を開始するようにしたので、剥ぎ取り開始時点は現像終了時点よりも早くなって、現像終了からトナー層形成までの時間で規定される紙間時間が実質的に短くなり、印字処理速度を向上させることができるという効果がある。

本発明では、像担持体上の静電潜像を現像する際に要する現像ローラの回転回数を得て、回転回数と現像ローラの回転速度とに基づいて現像が終了する際、現像ローラと像担持体とが最接近する第１の位置から磁気ブラシによって現像ローラにトナー薄層が形成される第２の位置までの回転周分だけ現像ローラが回転するのに要する現像ローラ駆動時間前にトナー薄層形成制御を停止して剥ぎ取り制御を開始するようにしたので、現像に寄与しないトナー薄層を形成する必要がなく、その結果、紙間時間を短くして画像形成装置の印字処理を向上させることができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明による画像形成装置の一例を示す図であり、図示の画像形成装置１０においては、外部コンピュータ（図１には示さず）から送られる原稿画像データの色情報に応じてフルカラー画像出力とモノクロ画像出力とのいずれかを選択する。画像形成装置１０は中間転写ベルト１１を有しており、中間転写ベルト１１は駆動ローラ１２、従動ローラ１３、及び補助ローラ（テンションローラ）１４に張架されて、駆動ローラ１２の駆動によって実線矢印で示す方向に回転駆動される。

中間転写ベルト１１に沿って、中間転写ベルト１１の搬送方向上流側から順次４つの画像形成ユニット１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙ、及び１５Ｂが配置され、図示の例では、中間転写ベルト１１の回転方向上流側から順に、マゼンタ用（Ｍ）画像形成ユニット１５Ｍ、シアン用（Ｃ）画像形成ユニット１５Ｃ、イエロー用（Ｙ）画像形成ユニット１５Ｙ、及びブラック用（ＢＫ）画像形成ユニット１５Ｂが中間転写ベルト１１に沿って配列されている。

画像形成ユニット１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙ、及び１５Ｂはそれぞれ感光体ドラム（像担持体）１６ａ〜１６ｄを備えており、各感光体ドラム１６ａ〜１６ｄの周囲にはそれぞれ帯電器、ＬＥＤプリントヘッドユニット、現像装置１６ｅ〜１６ｈ、及びドラムクリーニング装置等が配置されている。そして、感光体ドラム１６ａ〜１６ｄに対向して中間転写ベルト１１を挟んで１次転写ローラ１７ａ〜１７ｄが配置されている。また、補助ローラ１４に対向して中間転写ベルト１１を挟んで２次転写ローラ１８が配置されている。

カラーモードで画像形成を行う場合には、感光体ドラム１６ａ〜１６ｄが中間転写ベルト１１に当接した状態となって、感光体ドラム１６ａ〜１６ｄ上にそれぞれＭ〜ＢＫトナー像が形成されて、１次転写ローラ１７ａ〜１７ｄに印加された１次転写バイアス電圧によって、順次Ｍ〜ＢＫトナー像が中間転写ベルト１１上に転写されて、中間転写ベルト１１上カラートナー像が形成される。

給紙カセット１９から２次転写位置に用紙が搬送されて、２次転写ローラ１８に印加された２次転写バイアス電圧によって中間転写ベルト１１上のカラートナー像が用紙に転写される。その後、用紙は定着装置２０に搬送されて、ここでカラートナー像が定着されて、排出部（排紙トレイ）２１に排紙される。

なお、モノクロモードで画像形成を行う際には、中間転写ベルト１１を含む転写ベルトユニットが駆動ローラ１２の軸心を中心して回動されて、感光体ドラム１６ａ〜１６ｃが転写ベルト１１から離間した状態となり、感光体ドラム１６ｄのみが中間転写ベルト１１を挟んで１次転写ローラ１７ｄに当接した状態となる。そして、１次転写ローラ１７ｄに１次転写バイアス電圧が印加されて、前述したようにしてブラックトナー像が用紙に転写された後、定着装置２０を介して排紙されることになる。

図２を参照して、現像装置１６ｅ乃至１６ｈはそれぞれ同様の構成を有しており、ここでは、現像装置１６ｅに注目して、図示の現像装置１６ｅでは、磁性キャリアと非磁性トナーとを有する２成分現像剤が用いられる。現像装置１６ｅは磁気ローラ３３及び現像ローラ３４を備えており、現像ローラ３４は感光体ドラム１６ａと対面している。

磁気ローラ３３は非磁性金属材料で円筒状に形成され、その内部に複数の固定磁石が配設された回転可能なスリーブ体であり、穂切りブレード（層厚規制ブレード）３９によって磁気ローラ３３上に形成された磁気ブラシ３７の高さが一定に保たれ、磁気ブラシ３７によって現像ローラ３４上にトナー薄層３８が形成される。電源４０によって磁気ローラ３３に直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ１及び交流（ＡＣ）バイアスが印加される。また、電源４１によって現像ローラ３４へ直流（ＤＣ）バイアスＶｄｃ２及びＡＣバイアスが印加される。

ここで、図３を参照して、前述したようにして、印字データに応じて感光体ドラム１６ａには静電潜像が形成されることになるが、コントローラ（図示せず）は現像を開始する際、ＡＣバイアスを現像ローラ３４に印加した状態で、例えば、直流バイアスＶｄｃ２＝１００Ｖと印加し、磁気ローラ３３にＡＣバイアスを印加した状態で、直流バイアスＶｄｃ１＝４００Ｖを印加して、現像ローラ３４上にトナー薄層を形成する。

そして、現像ローラ３４上のトナー薄層によって感光体ドラム１６ａ上の静電潜像を現像してトナー像とする。このようにして、感光体ドラム１６ａ乃至１６ｄにそれぞれトナー像が形成され、順次中間転写ベルト１１に転写された後、用紙に中間転写ベルト１１上のカラートナー像が転写される。

現像装置１６ｅで現像が終了すると、つまり、コントローラは印字データ量に基づいて現像が終了したと判断すると、現像ローラ３４上のトナー薄層を磁気ローラ３３に回収する剥ぎ取り制御を行う。剥ぎ取り制御の際には、コントローラは、直流バイアスＶｄｃ２＝１００Ｖとした状態で、直流バイアスＶｄｃ１＝０Ｖに変更して、現像ローラ３４を一回転させる。これによって、現像ローラ３４上のトナーは磁気ブラシ３７によって剥ぎ取られて磁気ローラ３３側に回収される。

コントローラは現像ローラ３４が一回転すると、つまり、トナー剥ぎ取りが終了すると、直流バイアスＶｄｃ１＝４００Ｖとして、磁気ローラ３３上の磁気ブラシ３７によって現像ローラ３４上にトナー薄層の形成を行って現像を開始する。

図３に示すように、一枚の用紙に対する現像が終了した時点で、トナー剥ぎ取り及びトナー薄層形成を行って、その後次の用紙に対する現像を開始することになる。つまり、紙間時間にトナー剥ぎ取り及びトナー薄層を形成することになる。

現像中にあっては現像ローラ３４上に連続的にトナー薄層が形成されることになるが、図２に示すように、現像ローラ３４が感光体ドラム１６ａと対面（最接近）する位置Ａ（第１の位置）と現像ローラ３４が磁気ローラ３３と対面する位置Ｂ（つまり、磁気ブラシによってトナーが供給される位置：第２の位置）とは約１８０度（つまり、現像ローラ３４の半周分）離れており、現像が終了した時点においては、現像ローラ３４の回転方向において、位置Ｂから位置Ａまで間に形成されたトナー薄層は現像には使用されないことになって、剥ぎ取り制御において磁気ローラ３３に回収されることになる。

例えば、現像ローラ３４の直径は１６．８ｍｍ、磁気ローラ３３の直径は１６．０ｍｍ、感光体ドラム１６ａの直径は３０．０ｍｍ、現像ローラ３４と磁気ローラ３３の回転数の比は、磁気ローラ３３の回転数が現像ローラ２０の回転数の約１．５倍にしてある。そして、穂切りブレード３９と磁気ローラ３３とのギャップは０．３から１．５ｍｍ、磁気ローラ３３と現像ローラ３４間のギャップは同様に０．３から１．５ｍｍ程度である。現像ローラ３４上のトナーの薄層は、１０から１００μｍ、好ましくは３０から７０μｍの厚さに設定される。この厚さはトナーの平均粒径を７μｍとした場合にトナーの５層から１０層程度に相当する値である。

現像ローラ３４と感光体ドラム１６ａとの間のギャップは１５０から４００μｍ、好ましくは２００から３００μｍである。１５０μｍより狭いとカブリの要因になり、４００μｍより広いとトナーを感光体ドラム１６ａに飛翔させることが困難になり、十分な画像濃度得ることができない。また、選択現像を発生させる要因になる。なお、ここでは、穂切りブレード３９と磁気ローラ３３とのギャップは０．５５ｍｍ、磁気ローラ３３と現像ローラ３４間のギャップは０．４０ｍｍであり、現像ロール上のトナーの薄層は約６０μｍに維持されるようになっている。

前述したように、磁気ローラ３３上に磁気ブラシ３７が形成され、穂切りブレード３９によって層厚規制されて、磁気ローラ３３に加えられた直流バイアス電源による例えば＋４００Ｖと、現像ローラ３４２０に加えられた直流バイアス電源３０ａによる例えば＋１００Ｖとの電位差により、現像ローラ３４上にトナー薄層を形成する。

画像形成の際には、感光体ドラム１６ａが例えば４００Ｖに帯電され、その後、露光によって、感光体ドラム１６ａの露光後電位は約７０Ｖになって静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像ローラ３４に加えられた直流バイアス電源による＋１００Ｖと、現像時に重畳される交流バイアス電源によるＶ_ｐ−ｐ１．６ｋＶ、周波数３．０ｋＨｚ、デューティ比３０％の矩形波により、現像ローラ３４上のトナー薄層から感光体ドラム１６ａに飛翔したトナーで現像されトナー像が形成される。トナーの飛散を防ぐために、交流バイアスは現像の直前に印加する。

現像ローラ上に残ったトナーは磁気ブラシ３７が現像ローラ３４上のトナー層に接触して、両ローラの周速差によるブラシ効果等によってトナーが回収される。例えば、磁気ローラ３３の回転速度を現像ローラ３４の回転速度に対して、１．０〜２．０倍に設定し、現像ローラ３４上のトナーを回収すると共に適切なトナー濃度に設定された現像剤を現像ローラ３４に供給することで、均一なトナー層を形成することが可能になる。また、残像防止のため、現像が済んだ画像形成の間に、直流バイアス電源の＋１００Ｖの直流電圧を＋５０Ｖに、交流バイアス電源が供給する交流のデューティ比を５０％に、磁気ローラ３３へのバイアスを０Ｖとし、現像ローラ３４上のトナーを磁気ローラ３３に戻す。

ところで、紙間時間はトナー剥ぎ取りに要する時間とトナー薄層の形成に要する時間との和であり、トナー剥ぎ取り時間は現像ローラが一周するのに要する時間であるから、紙間時間が無視できないものとなって（つまり、紙間時間が長くなって）、結果的に画像形成装置の印字処理が低下してしまうことになる。

このような不具合に対処するため、ここでは、次のようにして剥ぎ取り制御を行った。図２、図４、及び図５を参照して、コントローラ（制御手段）は一枚の用紙に印字される印字データの量を監視するとともに、コントローラには現像ローラ３４の回転速度が与えられており、コントローラは印字データ量に応じて一枚の用紙に対する現像時間（つまり、感光体ドラム１６ａ上の静電潜像を現像するために要する時間：現像ローラ駆動時間）を知る（ステップＳ１）。そして、この現像ローラ駆動時間と現像ローラ３４の回転速度によって、一枚の用紙に印字を行う際に現像ローラ３４を何周させるかを求める（ステップＳ２）。

いま、現像終了までに現像ローラ３４をＮ周（Ｎは１以上の数）させるすると、コントローラは現像ローラ３４を（Ｎ−１／２）周させた後（ステップＳ３）、剥ぎ取り制御を開始して、直流バイアスＶｄｃ２＝１００Ｖとした状態で、直流バイアスＶｄｃ１＝０Ｖに変更して（ステップＳ４）、現像ローラ３４を一回転させる（ステップＳ５）。これによって、現像ローラ３４上のトナーは磁気ブラシ３７によって剥ぎ取られて磁気ローラ３３側に回収される。

コントローラは現像ローラ３４が一回転（一周）すると、つまり、トナー剥ぎ取りが終了すると（ステップＳ６）、直流バイアスＶｄｃ１＝４００Ｖとして（ステップＳ７）、磁気ローラ３３上の磁気ブラシ３７によって現像ローラ３４上にトナー薄層の形成を行って現像を開始する（ステップＳ８）。

このようにして、現像が終了する前に、つまり、現像に寄与しないトナー薄層を形成することなく、剥ぎ取り制御を開始するようにしたから、図４に示すように、剥ぎ取り開始時点は現像終了時点よりも早くなり、紙間時間は現像終了からトナー層形成までの時間となって、図３に比べて紙間時間が短くなって、実質的に画像形成装置の印字処理を向上させることができる。

なお、上述の例では、中間転写ベルト等の中間転写体を備える画像形成装置について説明したが、用紙を搬送する搬送ベルトに沿って画像形成ユニット１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｙ、及び１５Ｂを配列して、直接各色トナー像を順次用紙に転写するようにした画像形成装置にも適用することができる。

現像が終了する前にトナー薄層形成制御を停止して剥ぎ取り制御を開始するようにしたから、剥ぎ取り開始時点は現像終了時点よりも早くなって、現像終了からトナー層形成までの時間で規定される紙間時間が短くなる結果、画像形成装置の印字処理速度の向上に適用できる。

本発明の実施例１による画像形成装置を示す断面図である。図１に示す現像装置の動作を説明するための図である。本発明による現像装置で行われるトナー薄層形成及び剥ぎ取り制御の理解を容易にするための比較例を説明するためのタイミングチャートである。本発明による現像装置で行われるトナー薄層形成及び剥ぎ取り制御を説明するためのタイミングチャートである。本発明による現像装置で行われるトナー薄層形成及び剥ぎ取り制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０画像形成装置
１１中間転写ベルト
１２駆動ローラ
１３従動ローラ
１４補助ローラ（テンションローラ）
１５Ｍ，１５Ｃ，１５Ｙ，１５Ｂ画像形成ユニット
１６ａ〜１６ｄ感光体ドラム
１６ｅ〜１６ｈ現像装置
１７ａ〜１７ｄ１次転写ローラ
１８２次転写ローラ
１９給紙カセット
２０定着装置
２１排出部（排紙トレイ）
３３磁気ローラ
３４現像ローラ
３７磁気ブラシ
３８トナー薄層
３９規制ブレード
４０，４１電源

Claims

静電潜像が形成される像担持体と対面してトナー薄層によって前記静電潜像を現像してトナー像とする現像ローラと、キャリアとトナーとからなる２成分現像剤で形成された磁気ブラシによって前記現像ローラ上にトナー薄層を形成するとともに、前記磁気ブラシによって前記現像ローラ上のトナーを剥ぎ取る磁気ローラとを有する現像装置を備える画像形成装置において、
前記トナー薄層を形成するトナー薄層形成制御と前記トナーを剥ぎ取る剥ぎ取り制御とを行う制御手段を有し、
前記制御手段は現像が終了する前に前記トナー薄層形成制御を停止して前記剥ぎ取り制御を開始するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
前記制御手段は、前記像担持体上の静電潜像を現像する際に要する前記現像ローラの回転回数を得て、
前記回転回数と前記現像ローラの回転速度とに基づいて現像が終了する際、前記現像ローラと前記像担持体とが最接近する第１の位置から、前記磁気ブラシによって前記現像ローラに前記トナー薄層が形成される第２の位置までの回転周分だけ前記現像ローラが回転するのに要する現像ローラ駆動時間前に前記トナー薄層形成制御を停止して前記剥ぎ取り制御を開始するようにしたことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記現像ローラ駆動時間は前記現像ローラが１／２周するのに要する時間であり、前記剥ぎ取り制御においては前記現像ローラを１周分回転させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。