JP5653117B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、クリーニングブレードの上流側でトナーを担持した回転部材を回転させて像担持体を摺擦させる画像形成装置、詳しくは、クリーニングブレードに対するトナー補給制御に関する。

像担持体（感光体又は中間転写体）に担持されたトナー像を、転写部で記録材に転写して熱定着させる画像形成装置が広く用いられている。画像形成装置の転写部の下流側にはクリーニング装置が配置され、転写部を通過した像担持体の表面に付着した転写残トナーは、ウレタンゴム等のクリーニングブレードで掻き落として回収される。クリーニングブレードと像担持体の当接部に、適量のトナーが滞留していると、摩擦状態が安定して像担持体の速度ムラが減り、駆動負荷も軽減され、トナーにからめて放電生成物を効率的に除去できる。

特許文献１には、非画像形成時の感光ドラムに帯状のトナー像を形成して、感光ドラムとクリーニングブレードの当接部に供給するクリーニングブレードトナー補給制御が示される。

特許文献２には、停止直前の中間転写ベルトに帯状のトナー像を転写して、中間転写ベルトとクリーニングブレードの当接部に送り込んだ状態で中間転写ベルトを停止させるクリーニングブレードトナー補給制御が示される。

特許文献３には、クリーニングブレードの摺擦負荷を検出して当接部のトナー量を推定し、当接部のトナー量が過小の場合のみ感光ドラムに帯状のトナー像を形成するクリーニングブレードトナー補給制御が示される。

ところで、クリーニングブレードの上流側で、トナーを担持した回転部材（ブラシ部材又はローラ部材）を回転させてトナーを像担持体に摺擦させるクリーニング装置が実用化されている。特許文献４では、クリーニングブレードの上流側でトナーを担持したファーブラシを回転して感光ドラムの表面に塗布拡散させることで、クリーニングブレードの長手方向における摩擦状態を安定させている。また、トナーを担持したファーブラシを摺擦させることで放電生成物除去効果も均一に確保されている。

特開平１１−９５５７３号公報 特開平１１−２１９０４０号公報 特開平１１−１１９６２６号公報 特開２００７−１０８３３３号公報

特許文献３に示されるクリーニングブレードトナー補給制御では、クリーニングブレードの先端に滞留するトナー量をあまり正確に推定することができない。感光ドラム及びクリーニングブレードの累積使用時間、温度湿度、直前の画像形成に応じて、クリーニングブレードと感光ドラムの摺擦負荷が大きく変化するからである。

また、特許文献４に示される画像形成装置では、クリーニングブレードのクリーニング効果を安定させるためには、クリーニングブレード先端のトナー量に加えて回転部材に担持されるトナー量も一定に確保する必要がある。

本発明は、像担持体及びクリーニングブレードの累積使用時間が変化しても、クリーニングブレードのクリーニング効果が安定して維持される画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体に当接するクリーニングブレードと、前記クリーニングブレードの上流側でトナーを担持して前記像担持体に摺擦させる回転部材と、前記回転部材にトナーを供給するトナー溜まりを前記回転部材との間に形成しつつ前記回転部材から余剰のトナーを分離する分離機構と、非画像形成時に、前記回転部材の駆動負荷を検出して、前記トナー溜まりのトナー量が反映された情報を取得して、前記トナー溜まりのトナー量を所定範囲に維持するように前記トナー像形成手段と前記回転部材の少なくとも一方を制御する制御手段と、を備えたものである。

本発明の画像形成装置では、トナー溜まりのトナー量を所定範囲に維持することで、回転部材を介して像担持体にトナーが安定して供給され、像担持体を介してクリーニングブレードの先端にトナーが安定して供給される。像担持体及びクリーニングブレードから離隔したトナー溜まりのトナー量が反映された情報を利用するため、像担持体及びクリーニングブレードの累積使用時間が取得した情報に影響せず、環境の温度湿度からの影響も少なくて済む。

したがって、像担持体及びクリーニングブレードの累積使用時間が変化しても、クリーニングブレードのクリーニング効果が安定して維持される。

画像形成装置の断面構成の説明図である。 クリーニング装置の断面構成の説明図である。 トナー溜まりの説明図である。 トナーブリッジ現象の説明図である。 環境温度とトナー凝集度の関係の説明図である。 実施例１における制御系のブロック図である。 実施例１のクリーニングブレードトナー供給制御のフローチャートである。 ファーブラシの空回転起動時のタイミングの説明図である。 ファーブラシの起動トルクの説明図である。 実施例２におけるクリーニング装置の構成の説明図である。 実施例２におけるマグネットローラの構成の説明図である。 実施例３における制御系のブロック図である。 実施例３のクリーニングブレードトナー供給制御のフローチャートである。 普通紙とコート紙におけるトナー像の転写効率の比較図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明は、回転部材に接するトナー溜まりのトナー量が制御される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

したがって、接触／非接触の帯電方式、レーザービーム／ＬＥＤアレイの露光形式、一成分現像剤／二成分現像剤の現像方式、モノクロ／フルカラー、中間転写方式／記録材搬送方式／直接転写方式、転写方式、定着方式の区別なく実施できる。感光ドラム、中間転写ベルト、中間転写ドラム、転写ベルト、転写ドラムのいずれのクリーニング装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途の画像形成装置で実施できる。

なお、特許文献１〜４に示される画像形成装置、クリーニング装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は画像形成装置の断面構成の説明図である。図１に示すように、画像形成装置１００は、転写ベルト７に吸着担持させた記録材Ｐに感光ドラム１からトナー像を転写するモノクロレーザビームプリンタである。

画像形成装置１００は、感光ドラム１を囲んで、コロナ帯電器２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５、ドラムクリーニング装置６を配置している。

像担持体の一例である感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダの外周面に、帯電極性が負極性の有機光導電体層（ＯＰＣ）を形成され、６６５ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。コロナ帯電器２は、コロナ放電により発生した荷電粒子を感光ドラム１に照射して感光ドラム１の表面を一様な負極性の暗部電位ＶＤに帯電させる。

トナー像形成手段の一例である露光装置３は、画像を展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを出力し、レーザービームを回転ミラーで走査して、感光ドラム１の表面に画像の静電像を書き込む。露光を受けて明部電位ＶＬとなった感光ドラム１の表面部分にトナーが付着する。現像装置４は、現像剤（磁性トナー）が収納されており、図６に示すように、中心の固定マグネット４ｍの周囲で現像スリーブ４ｓを回転させている。現像剤は、現像スリーブ４ｓに磁気的に担持され、負極性に帯電された後に感光ドラム１との対向部へ搬送される。直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４ｓに印加することにより、いわゆるジャンピング現像が行われて、感光ドラム１にトナーが付着して、静電像がトナー像に反転現像される。

記録材カセット１０ａから引き出された記録材Ｐは、分離ローラ１０ｂで１枚ずつに分離されてレジストローラ１０ｃへ給送される。レジストローラ１０ｃは、感光ドラム１のトナー像にタイミングを合わせて、転写ベルト７へ記録材Ｐを送り出す。転写ベルト７は、記録材Ｐを担持して転写部Ｔ１を通過させる。

転写ローラ５は、転写ベルト７の内側面に圧接して感光ドラム１と転写ベルト７の間に転写部Ｔ１を形成する。転写部Ｔ１に記録材Ｐが挟持搬送される過程で、転写ローラに正極性の電圧が印加されることにより、感光ドラム１に担持されたトナー像が記録材Ｐへ転写される。

転写ベルト７に担持された記録材Ｐは、駆動ローラ７ｂを周回する転写ベルト７の湾曲面で曲率分離して、定着装置８へ送り込まれる。定着装置８は、内側から加熱される定着ローラ８ａに加圧ローラ８ｂを圧接して記録材Ｐの加熱ニップを形成している。定着装置８の加熱ニップによって挟持搬送される過程で、トナー像が記録材Ｐに熱融着して画像が定着される。表面にトナー像が定着された記録材Ｐは、排出ローラ８ｃによって画像形成装置１００の本体外部に排出される。

転写部Ｔ１におけるトナー像転写後の感光ドラム１は、記録材Ｐへの転写を逃れて表面に残った転写残トナー、紙粉、その他の粉体をクリーニング装置６によって除去されて、次回の画像形成に供される。

＜クリーニング装置＞
図２はクリーニング装置の断面構成の説明図である。図２に示すように、クリーニング装置６は、クリーニング機能をさらに安定させるために、感光ドラム１の回転方向におけるクリーニングブレード１１の上流側に、トナー供給手段としてファーブラシ１２を配設している。ファーブラシ１２は、クリーニングブレード１１が感光ドラム１表面から掻き落としたトナーを再度、クリーニングブレード１１に供給する。トナーの再供給により、感光ドラム１とクリーニングブレード１１との当接部に常時、長手方向に均一でほぼ一定量のトナーが供給されるため、両部材の摩擦係数が安定してクリーニング性能が安定する。

クリーニング装置６は、矢印Ｒ１方向に回転する感光ドラム１の表面にクリーニングブレード１１を当接させて、感光ドラム１に付着した転写残トナーを掻き落とす。クリーニングブレード１１に掻き落とされたトナーは、ファーブラシ１２の矢印Ｒ６方向の回転によってスクレーパ１３へ搬送される。スクレーパ１３は、ファーブラシ１２からトナーを分離してトナーガイド１５上へ大部分を押し上げる。しかし、トナーの一部は、スクレーパ１３をすり抜けて、ファーブラシ１２と一体に回転して感光ドラム１へ再塗布される。

トナーガイド１５上の回収トナーは、トナーガイド１５の長手方向に複数形成された開口から搬送スクリュー１４へ落下して、搬送スクリュー１４によって長手方向の一端へ集められてクリーニング装置６の外部へ排出される。

クリーニングブレード１１は、ウレタンゴム等の板状の弾性体によって形成されており、ホルダ１９をフレーム１７にねじ止めすることにより、フレーム１７とホルダ１９との間に挟持されている。クリーニングブレード１１は、感光ドラム１の表面の移動方向（矢印Ｒ１方向）に対してカウンタ方向となるように、外側のエッジを感光ドラム１に線状に当接させている。

フレーム１７のクリーニングブレード１１接触面、及びホルダ１９のクリーニングブレード１１接触面は、高精度に加工され、また高い位置精度で配置されている。このため、クリーニングブレード１１は、フレーム１７とホルダ１９によって、感光ドラム１に対して高い位置精度で当接するように取り付けられている。

フレーム１７は、筐体のフレーム１８に対してシャフト２０を介して揺動自在に取り付けられている。ここでは、フレーム１７が感光ドラム１の長手方向に揺動自在であるが、長手方向に揺動できない構成にすることも可能である。

引っ張りバネ１６の下側の端部は、筐体のフレーム１８の一部に連結され、引っ張りバネ１６の上側の端部は、揺動可能なフレーム１７の一部に取り付けられている。したがって、引っ張りバネ１６は、シャフト２０を中心にしてフレーム１７を矢印Ｒ１７方向に回転させる方向に付勢する。引っ張りバネ１６が、クリーニングブレード１１を感光ドラム１側へ突き出す方向にフレーム１７を付勢するため、クリーニングブレード１１の外側のエッジが適度な押圧力で感光ドラム１に当接する。

クリーニング装置６の筐体のフレーム１８は、感光ドラム１から遠い側において下方に延設され、また下部において感光ドラム１に向かって延設されている。フレーム１８の長手方向両端の起立した部分に、ファーブラシ１２及び搬送スクリュー１４の両端部が回転自在に支持されている。

回転部材の一例であるファーブラシ１２は、クリーニングブレード１１の上流側でトナーを担持して感光ドラム１に摺擦させる。ファーブラシ１２は、後述するように、駆動負荷を正確に測定するために単独の駆動モータで駆動される。搬送スクリュー１４は、軸方向の端部でギア連結されて感光ドラム１と共通の駆動モータによって回転駆動される。

ファーブラシ１２は、感光ドラム１の回転方向におけるクリーニングブレード１１の上流に配置され、ファーブラシ１２の表面には、クリーニングブレード１１によって感光ドラム１から掻き落とされた転写残トナーが塗布される。ファーブラシ１２は、外径２０ｍｍ、長さ３５５ｍｍの円筒形状であって、毛先の感光ドラム１に対する進入量は０．５ｍｍである。ファーブラシ１２の回転速度は、感光ドラム１に対する周速比が１０％の６６．５ｍｍ／ｓｅｃとし、回転方向は、感光ドラム１に対して順方向としている。

＜トナー溜まり＞
図３はトナー溜まりの説明図である。図３中、（ａ）は通常状態、（ｂ）は過小（枯渇）状態である。

図３の（ａ）に示すように、分離機構の一例であるスクレーバ１３は、回転部材の一例であるファーブラシ１２にトナーを供給するトナー溜まり５０をファーブラシ１２との間に形成しつつファーブラシ１２から余剰のトナーを分離する。

クリーニングブレード１１が感光ドラム１から掻き落とした転写残トナーは、ファーブラシ１２とスクレーパ１３の間に形成されるトナー溜まり５０へ搬送される。トナー溜まり５０は、ほぼ一定量のトナーが蓄積された状態となっていて、トナー溜まり５０のトナーは、少しずつファーブラシ１２の表面に供給されて、ファーブラシ１２を介して感光ドラム１の表面に再コートされる。再コートされたトナーは、再びクリーニングブレード１１で感光ドラム１から掻き落とされ、ファーブラシ１２により回収され、再びトナー溜まり５０へ搬送される。

そのため、感光ドラム１とクリーニングブレード１１の接触部には、常に一定量のトナーが供給されて摩擦係数が安定し、クリーニングブレード１１による安定したクリーニング性能が確保される。ファーブラシ１２による感光ドラム１へのトナー塗布量は、ファーブラシ１２に対するスクレーパ１３の進入量によって規制される。

これに対して、ファーブラシ１２を取り外して、転写残トナーをクリーニングブレード１１によって直接に掻き落とした場合には弊害が発生する。感光ドラム１の転写残トナーが付着した部分と付着していない部分とでは、クリーニングブレード１１と感光ドラム１の摩擦力が大きく異なる。このため、クリーニングブレードのエッジに沿った転写残トナーの付着状態にムラがあると、クリーニングブレード１１の異常音、びびり振動やめくれが発生し易くなる。

ファーブラシ１２は、感光ドラム１の長手方向（母線に沿った方向）にトナーを分散して接触させることで、感光ドラム１の表面に均一にトナーを再コートする。トナーを感光ドラム１の長手方向に再コートすることで、クリーニングブレード１１と感光ドラム１の摩擦力を長手方向で安定させて、クリーニングブレード１１の異常音やめくれを防止できる。

図３の（ａ）に示すように、転写残トナーは、再コートされたトナーとともにクリーニングブレード１１によって掻き落とされ、ファーブラシ１２で回収されてトナー溜まり５０が形成される。

しかし、画像比率の低い画像や転写効率の高い紙を大量に連続印刷した場合、（トナー回収量）＜＜（トナー供給量）となり易い。この場合、図３の（ｂ）に示すように、トナー溜まり部５０のトナーが消滅して、感光ドラム１とクリーニングブレード１１の接触部に必要量のトナーを供給できなくなる可能性がある。必要量のトナーを供給できない場合、クリーニングブレード１１のめくれや破損が発生して、出力画像にクリーニング不良が発生する可能性がある。

特に、商業印刷（ＰＯＤ）市場向けの画像形成装置１００では、多種多様な紙種への対応が要求され、高画質化の観点から、転写効率の高い坪量５０ｇ以下の超薄紙やコート紙においてトナー載り量を普通紙より下げる場合がある。

この場合、クリーニング装置６へ搬送される転写残トナーの量が普通紙の場合よりも減少するので、感光ドラム１とクリーニングブレード１１の接触部に対するトナー供給が不安定になる。その結果、クリーニングブレード１１のめくれや破損が加速されるおそれがある。

そこで、画像比率の低い画像や転写効率の高い紙を大量に連続印刷した場合、感光ドラム１の非画像領域に帯状のトナー像（いわゆる黒帯）を形成して、クリーニング装置６へ供給するクリーニングブレードトナー供給制御が導入されている。

＜クリーニングブレードトナー供給制御＞
クリーニングブレードトナー供給制御では、感光ドラム１の長手方向へ帯状のトナー像（いわゆる黒帯）が形成される。転写ローラ５に転写時とは逆極性の電圧を印加することで、帯状のトナー像は、転写ベルト７へ転写されることなく転写部Ｔ１を素通りして、クリーニング装置６のクリーニングブレード１１に掻き取られる。クリーニングブレード１１の当接部にトナーが滞留することで、感光ドラム１とクリーニングブレード１１の摩擦係数が下がる。

しかし、帯状のトナー像は、クリーニングブレード１１のめくれ、破損に対して十分な効果を奏するが、トナー消費量の削減や画像形成装置１００内のトナー飛散防止の観点からは望ましくない。画像形成装置１００の生産性の観点からも、画像形成ジョブを中断して行う割り込み制御の頻度を少なくする意味では望ましくない。

＜トナー溜まりのトナー量の過剰＞
図４はトナーブリッジ現象の説明図である。図５は環境温度とトナー凝集度の関係の説明図である。図４中、（ａ）はトナーブリッジが形成された状態、（ｂ）はトナーブリッジが成長して外に溢れた状態である。

商業印刷（ＰＯＤ）市場向けの画像形成装置１００では、画像比率の高い画像を大量に連続印刷する場合がある。この場合、図４の（ａ）に示すように、トナー溜まり５０からトナーガイド１５にわたってトナーブリッジという現象が発生することがある。

トナーブリッジ現象は、高温高湿環境において発生し易くなるものであって、トナーガイド１５上でトナーが凝集して落下しなくなり、トナー溜まり５０からトナーガイド１５にわたって文字通りトナーの橋が形成される現象である。トナーガイド１５の長手方向には複数の開口部が形成されているが、その開口部にトナーが蓋をして搬送スクリュー１４へ落下しなくなる。

トナーブリッジ現象が発生すると、トナーガイド１５から搬送スクリュー１４へのトナーの落下が妨げられた状態で、トナー溜まり５０へ次々とトナーが供給される。その結果、最終的には、図４の（ｂ）に示すように、クリーニング装置６と感光ドラム１の間からトナーが溢れて、クリーニング不良が発生する可能性が出てくる。

図５に示すように、環境温度が４０℃に近付くと、トナー凝集度が急に高くなる。このため、トナー溜まり５０のトナー量が異常に増加した状態で、かつ、画像形成装置１００の筐体内温度が４０°を越えてくると、トナーブリッジ現象が発生し易くなる。

そこで、これらの問題を防止するために、以下の実施例では、画像形成装置１００の動作時におけるトナー溜まり５０のトナー量を事前に検出し、常に適正な量に調整している。

＜実施例１＞
図６は実施例１における制御系のブロック図である。図７は実施例１のクリーニングブレードトナー供給制御のフローチャートである。図８はファーブラシの空回転起動時のタイミングの説明図である。

図６に示すように、制御手段の一例である制御部３４は、トナー溜まり５０のトナー量を測定して、トナー溜まり５０のトナー量を所定範囲に維持するように露光装置３とファーブラシ１２のうち少なくとも一方を制御する。制御部３４は、非画像形成時に、ファーブラシ１２の駆動負荷を検出して、トナー溜まり５０のトナー量が反映された情報を取得する。

制御部３４は、ファーブラシ１２を停止させてトナー溜まり５０を圧縮する方向にファーブラシ１２を起動した際の駆動負荷を検出する。制御部３４は、トナー溜まり５０を圧縮する方向にファーブラシ１２を起動した後にファーブラシ１２を停止して逆方向に起動した際の駆動負荷も併せて検出し、圧縮方向の駆動負荷を逆方向の駆動負荷で除した値に基づいて制御を実行する。制御部３４は、ファーブラシ１２を停止して逆方向に回転させた後に、ファーブラシ１２がトナー溜まり５０から持ち出したトナーが感光ドラム１に達する前にファーブラシ１２を停止させる。

制御部３４は、トナー溜まり５０のトナー量が所定範囲を割り込むと、露光装置３を制御して感光ドラム１に帯状のトナー像を形成してファーブラシ１２に供給する。制御部３４は、トナー溜まり５０のトナー量が所定範囲を越えると、ファーブラシ１２を制御して非画像形成時のファーブラシ１２の空回転数を増す。

実施例１においては、駆動モータ３１の電流量からトルクに関する情報を検出した。ファーブラシ１２の順方向の回転を正回転方向と定義したとき、ファーブラシ１２は、正逆回転可能で、回転速度を変更可能な駆動モータ３１によって駆動される。

負荷検出回路３７は、駆動モータ３１への供給電流を検出して正回転トルクと逆回転トルクとを検出可能である。制御部３４は、画像形成装置１００の朝一前多回転時、および、後回転時において、駆動モータ３１によってファーブラシ１２を正回転方向に回転させた場合のトルクと逆回転方向に回転させた場合のトルクを、負荷検出回路３７によって順に検出する。

制御部３４は、ファーブラシ１２の駆動モータ３１を正回転方向、逆回転方向の順に回転させる制御を行う。この時、ファーブラシ１２を正回転させた場合のトルクに関する情報が、負荷検出回路３７から制御部３４に出力されて、トナー溜まりのトナー量が推定される。同様に、ファーブラシ１２を逆回転させた場合のトルクに関する情報が、負荷検出回路３７から制御部３４に出力されて、トナー溜まりのトナー量が推定される。

その後、制御部３４において演算処理が行なわれ、演算処理の結果に応じて図３の（ａ）に示すトナー溜まり５０のトナー量を適正な量にする制御を実施する。

図６を参照して図７に示すように、制御部３４は、画像形成装置１００の朝一前多回転および後回転時になると（Ｓ１１）クリーニングブレードトナー供給制御を開始する（Ｓ１２）。

制御部３４は、ファーブラシ１２を停止状態から正回転方向へ回転させた瞬間の起動トルクＴ１を検出して（Ｓ１３）停止させる。続いて、制御部３４は、ファーブラシ１２を停止状態から逆回転方向へ回転させた瞬間の起動トルクＴ２を検出して（Ｓ１４）停止させる。

制御部３４は、その後、検出した起動トルクＴ１、Ｔ２の比α（＝Ｔ１／Ｔ２）を演算する（Ｓ１５）。そして、αの値からトナー溜まり５０のトナー量が適正な量になっているか否かを判断する（Ｓ１６）。

αの値が１．１＜α≦２．０の場合（Ｓ１６のＹｅｓ）、トナー溜まり５０のトナー量が適正量と判断して、トナー溜まり５０のトナー量を調整することなく、動作を終了させる（Ｓ１７）。しかし、αの値がα≦１．１又は２．０＜αの場合は、トナー溜まり５０のトナー量に対する調整を実施する。

αの値がα≦１．１の場合（Ｓ２１のＹｅｓ）、制御部３４は、トナー溜まり５０のトナー量が過小と判断して、露光装置３により帯状のトナー像（黒帯）を画像形成する（Ｓ２２）。帯状のトナー像は、感光ドラム１の長手方向に対しては最大画像形成領域、周方向に対しては約２００ｍｍに形成される。このとき、転写ローラ５には電圧を印加せず、記録材Ｐも搬送させないで、感光ドラム１の帯状のトナーを全てクリーニング装置６内のトナー溜まり５０へ供給させるように制御する。

αの値が２．０＜αの場合（Ｓ２１のＮｏ）、制御部３４は、トナー溜まり５０のトナー量が過剰のため、トナーブリッジ状態（図４）になりかけていると判断し、ファーブラシ１２を約１分間空回転させる。このとき、ファーブラシ１２のみを空回転させると、トナーのぼた落ちが発生してしまうので、一緒に感光ドラム１も空回転させる。

図８に示すように、空回転起動時のタイミングとしては、感光ドラム１を回転させてからファーブラシ１２を回転させる。また、空回転終了時のタイミングとしては、ファーブラシ１２を停止させてから感光ドラム１を停止させる。

制御部３４は、続いて、トナー溜まり５０のトナー量の調整効果を確認する。上記と同様に、ファーブラシ１２を正回転方向へ回転させた瞬間の起動トルクＴ１を検出し（Ｓ２５）、続いて、ファーブラシ１２を逆回転方向へ回転させた瞬間の起動トルクＴ２を検出する（Ｓ２６）。そして、起動トルクＴ１、Ｔ２の比α（＝Ｔ１／Ｔ２）を算出する（Ｓ２７）。

制御部３４は、αの値が１．１＜α≦２．０であれば（Ｓ２８のＹｅｓ）、トナー溜まり５０のトナー量が適正な量になっていると判断して動作を終了させる（Ｓ１７）。

しかし、再びαの値がα≦１．１又は２．０＜αの場合（Ｓ２８のＮｏ）、トナー溜まり５０のトナー量を調整することが困難であると判断し（Ｓ１８）、操作パネル３６上に警告を表示させる（Ｓ１９）。この場合、ユーザーは、自分でクリーニング装置６を交換するか、あるいは、サービスマンに連絡して対応してもらう必要がある。

なお、実施例１において、起動トルクＴ１、Ｔ２を測定するときのファーブラシ１２の回転速度は、通常の画像形成動作時の速度６６．５ｍｍ／ｓｅｃの１／２０の速度に設定した。回転時間は、ファーブラシ１２を逆回転させた場合にトナー溜まり５０のトナーが感光ドラム１表面に到達する時間よりも短い３．０ｓｅｃに設定した。

また、実施例１では、ファーブラシ１２の駆動モータ３１は、トナー溜まり５０のトナーが感光ドラム１の表面に到達する前に停止させる。この場合、トナーの飛散やボタ落ちを防止できるからである。

＜起動トルク測定時におけるトルク変動＞
図９はファーブラシの起動トルクの説明図である。図９中、（ａ）はトナー溜まりのトナー量による比較、（ｂ）は正回転時と逆回転時との比較である。

図９の（ａ）に示すように、ファーブラシ１２を正回転方向に回転させた場合、駆動モータ３１の起動時のトルク変動パターンは、トナー溜まりのトナー量に応じて変化する。実線Ａはトナー溜まり５０のトナー量が適正な量である場合、実線Ｂはトナー溜まり５０のトナー量が過小の場合、実線Ｃはトナー溜まり５０にトナーが溜まり過ぎている場合を示している。トナー溜まり５０におけるトナー量の違いによってトルクのピークの大きさが異なる。

ファーブラシ１２の駆動モータ３１のトルクは、ファーブラシ１２が静止状態から動作状態に切り替わる瞬間に最も大きくなり、その後、回転が始まるとほぼ一定の値を保つ。静止状態から動作状態へ移行するときが最もファーブラシ１２に負荷がかかるときであり、この瞬間にトルクのピークが発生する。これは、トナー溜まり５０のトナーがファーブラシ１２の回転に対する抵抗として働くためである。したがって、トナー溜まり５０のトナー量が少ないほどトルクのピークの値が小さくなり、トナー量が多いほどトルクのピークの値が大きくなる。

図９の（ｂ）に示すように、ファーブラシ１２の起動に伴って駆動モータ３１のトルク変動が発生する。起動トルクＴ１、Ｔ２は、ファーブラシ１２が起動した瞬間のトルクの最大値のことであり、ファーブラシ１２の正回転時における最大値をＴ１とし、逆回転時における最大値をＴ２とした。ファーブラシ１２を正回転方向に回転させた場合、スクレーパ１３に向かってファーブラシ１２がトナー溜まり５０を圧縮するため、大きなトルクＴ１のピークが見られる。しかし、ファーブラシ１２を逆回転方向に回転させた場合、トナー溜まり５０のトナーは、ファーブラシ１２に対する抵抗として殆ど働かないため、大きなトルクＴ２のピークは見られない。

以上で説明したように、ファーブラシ１２の正回転時、および、逆回転時における起動トルクＴ１、Ｔ２の比αの値からトナー溜まり５０のトナー量を事前に検出して、適正な量に調整する。その結果、長期に亘って感光ドラム１のクリーニング性を良好に保つことができる。

＜実施例２＞
図１０は実施例２におけるクリーニング装置の構成の説明図である。図１１は実施例２におけるマグネットローラの構成の説明図である。

実施例２では、クリーニング装置の回転部材が実施例１のファーブラシとは異なるマグネットローラである。また、これに伴って、分離機構は、スクレーバとは異なるドクターローラ２２である。それ以外の構成は実施例１と同様であるため、実施例１と共通する構成には図２と共通の符号を付して重複する説明を省略する。

図１０に示すように、実施例２では、マグネットローラ２１が、実施例１のファーブラシ１２と同等の役割を果たして、クリーニングブレードの上流側でトナーを担持して回転する。また、マグネットローラ２１の表面のトナー層の厚さは、マグネットローラ２１とカウンタ方向に回転してトナーをトナーガイド１５へ案内するドクターローラ２２とマグネットローラ２１の対向間隔で規制している。

ドクターローラ２２は非磁性丸棒で構成されており、マグネットローラ２１とドクターローラ２２の間に形成された窪みにトナー溜まり５０が形成される。トナー溜まり５０は、マグネットローラ２１の表面にコートされるトナー量を安定させ、最終的には感光ドラム１の表面に一様に再コートさせる重要な役目を果たす。

ドクターローラ２２の形状は、外径８ｍｍ、回転速度は０．６６５ｍｍ／ｓｅｃ、回転方向はマグネットローラ２１に対して逆方向とした。さらに、感光ドラム１とマグネットローラ２１のギャップは１２００μｍ、マグネットローラ２１とドクターローラ２２のギャップは１４００μｍとした。

図１１に示すように、マグネットローラ２１の形状は、外径１８．８ｍｍ、長さ３５５ｍｍである。磁極構成は等方性の６極対称で、マグネットローラ２１表面での磁束密度は全ての極位置で７５ｍＴである。回転速度は、感光ドラム１に対して周速比１０％の６６．５ｍｍ／ｓｅｃ、回転方向は順方向とした。

実施例２では、実施例１と同様に、マグネットローラ２１の正回転方向の起動トルクＴ１と逆回転方向の起動トルクＴ２とを測定する。そして、起動トルクＴ１／起動トルクＴ２の比αの値を求めてトナー溜まり５０のトナー量を事前に検出して、帯状のトナー像又はファーブラシ１２の空回転によって、トナー溜まり５０のトナー量を適正範囲に調整する。その結果、長期に亘って感光ドラム１のクリーニング性を良好に保つことができる。

なお、正回転時の起動トルクのピークを正確に測定するためには、トナー溜まりが静的に圧縮されることが望ましいため、マグネットローラ２１の起動トルク測定時は、ドクターローラ２２の回転は停止させておく。

＜実施例３＞
図１２は実施例３における制御系のブロック図である。図１３は実施例３のクリーニングブレードトナー供給制御のフローチャートである。図１４は普通紙とコート紙におけるトナー像の転写効率の比較図である。

図１２に示すように、制御部３４は、ファーブラシ１２に供給される転写残トナーが少ない画像形成条件であるほど、ファーブラシ１２の単位時間当たり回転数を低下させる。制御部３４は、転写効率の高い記録材を用いる画像形成条件であるほど、ファーブラシ１２の単位時間当たり回転数を低下させる。

実施例３では、画像形成装置１００、クリーニング装置６の概略構成は実施例１と同様である。実施例３では、クリーニング装置６内のファーブラシ１２の回転速度を画像比率に応じて変更することで、トナー溜まり５０のトナー量を常に適正な量に調整する。

ホストコンピュータ１１０から送られた画像形成情報は、画像形成装置１００の画像メモリ部３８に展開される。画像メモリ部３８に展開された画像データは、画像形成のタイミングにあわせてレーザー駆動部３９に送られ、感光ドラム１上に画像データに基づいて静電像が形成される。

その後、現像のビデオカウント４０によって、紙１枚分の画像の画像比率ａ１％を算出する。画像比率とは、最高濃度２５５／２５５（ベタ黒）の全面画像を画像比率１００％と定義し、最低濃度０／２５５（ベタ白）の全面画像を画像比率０％と定義したときの１枚分の画像全体の濃度積算値である。すなわち、最高濃度２５５／２５５（ベタ黒）の全面画像の何％のトナーが画像に使用されているかを示す数値（トナー印字率）である。

制御部３４は、ビデオカウント４０によって算出した画像比率ａ１％に応じて、駆動モータ３１を制御してファーブラシ１２の回転速度を設定する。制御部３４は、所定の画像比率ｉ％を境にしてファーブラシ１２の回転速度を切り替えることで、トナー溜まり５０を調整し、感光ドラム１の表面への再コートが均一になるようにしている。

制御部３４は、画像形成が行われると、ビデオカウント４０によって算出された１枚分の画像の画像比率ａ１％と所定の画像比率ｉ％とを比較する。そして、Ａ１≦ｉの場合には、制御部３４でファーブラシ１２の回転速度を遅くして、トナー溜まり５０が適正なトナー量になるように制御する。しかし、Ａ１＞ｉの場合には、ファーブラシ１２の回転速度の変更は行わずに、そのままの回転数で駆動する。

実施例３では、記録材Ｐが普通紙の場合は、画像比率５％を境にしてファーブラシ１２の回転速度をダウンさせた。その理由は、実施例１のクリーニングブレードトナー供給制御を行って普通紙で画像比率５％以上の画像形成を連続して実行している場合、帯状のトナー像が形成されなかったという実験結果に基いている。すなわち、画像比率ａ１％≦５％の場合に初めてトナー溜まり５０のトナー量が過小となるため、その場合には、ファーブラシ１２の回転速度をダウンさせてトナー溜まり５０のトナー量を長持ちさせるようにしている。

実施例３では、記録材Ｐが普通紙以外（コート紙）の場合は、画像比率８％を境にしてファーブラシ１２の回転速度をダウンさせた。その理由は、コート紙の場合、普通紙の場合よりも記録材に対する転写効率が高いため、同じ画像比率の画像形成では、転写残トナーとして転写部Ｔ１を通過してファーブラシ１２に到達するトナーが少なくなるからである。コート紙の場合、普通紙の場合と同等に転写残トナーがファーブラシ１２に到達するためには、トナーをより多く使用する画像比率ａ１％の高い画像を形成する必要があるからである。

図１２を参照して図１３に示すように、制御部３４は、ユーザーによって選択された記録材Ｐの紙種が普通紙か否かを判断する（Ｓ３１）。そして、現像のビデオカウント４０によって、１枚分の画像の画像比率ａ１％を算出する（Ｓ３２、Ｓ３７）。

ここで、紙種が普通紙の場合（Ｓ３１のＹｅｓ）、算出された画像比率ａ１％と画像比率５％とを比較し（Ｓ３３）、画像比率ａ１％＞５％の場合（Ｓ３３のＮｏ）にはファーブラシ１２の回転数はダウンさせない。しかし、ａ１％≦５％の場合（Ｓ３３のＹｅｓ）には、駆動モータ３１によってファーブラシ１２の回転速度をダウンさせる。実施例３においては、ファーブラシ１２の回転速度を、初期設定値６６．５ｍｍ／ｓｅｃから６．６５ｍｍ／ｓｅｃにダウンさせた。

一方、記録材Ｐの紙種が普通紙以外の場合（Ｓ３１のＹｅｓ）、算出された画像比率ａ１％と画像比率８％を比較し（Ｓ３８）、ａ１％＞８％の場合（Ｓ３８のＮｏ）にはファーブラシ１２の回転数はダウンさせない。しかし、ａ１％≦８％の場合（Ｓ３８のＹｅｓ）には、駆動モータ３１によってファーブラシ１２の回転速度をダウンさせる。実施例３においては、普通紙の場合と同様、ファーブラシ１２の回転速度を、初期設定値６６．５ｍｍ／ｓｅｃから６．６５ｍｍ／ｓｅｃにダウンさせた。

その後、１枚目の画像形成（Ｓ３５）が終了すると、画像比率ａ１％の値はリセットされる。もし、２枚目を連続して画像形成する場合は、上記動作を繰り返す。なお、実施例３においては、画像比率ａ１％の算出を紙１枚毎に実行しているが、所定枚数の画像比率を平均して所定枚数ごとのタイミングでファーブラシの回転速度の調整を実行するようにしてもよい。

図１４に示すように、普通紙とコート紙における転写残トナーの関係が示される。縦軸は、感光ドラム１上の転写残トナーをテープ剥離して反射濃度を測定した値、横軸は転写電圧を示す。反射濃度が高いほど転写効率が低くて転写残トナーが多いことを意味している。ゆえに、転写効率の非常に良い記録材Ｐの場合には、ファーブラシ１２の回転速度を切り替える画像比率の境界値ａ１％を適正値に変更する必要がある。普通紙の転写残トナーの反射濃度は、コート紙の転写残トナーの約１．５倍なので、この結果から普通紙の境界値５％に対してコート紙の境界値８％を決定した。

表１は、実施例３のクリーニングブレードトナー供給制御における画像比率とファーブラシ１２の回転速度と効果の関係を示している。

表１に示すように、画像比率が低い画像を連続画像形成する場合、ファーブラシ１２の回転速度をダウンさせることで、帯状のトナーを形成しなくても、クリーニングブレード１１のめくれに対して十分な効果を得ることができる。逆に、画像比率が高い画像を連続通紙する場合は、ファーブラシ１２の回転速度をアップさせることで、トナーブリッジを防止することができる。

表２は、実施例３のクリーニングブレードトナー供給制御におけるファーブラシ１２の回転速度の設定の検討結果である。

表２に示すようにファーブラシ１２の回転速度を振って、そのときのトナー溜まり５０のトナー量の変化状態を評価した。検討は、トナー溜まり５０を適量に形成した状態で現像装置４を取り外して、画像形成装置１００の空回転を５分間行って、空回転後のトナー溜まり５０を目視で確認した。表２に示すように、画像形成装置１００においては、画像比率が仮に０％の画像形成が連続する場合でも、ファーブラシ１２の回転速度を６．６５ｍｍ／ｓｅｃ以下に設定する。これにより、トナー溜まり５０の枯渇を回避してクリーニングブレード１１へのトナー供給を継続できることが確認できた。

また、最高濃度２５５／２５５（ベタ黒）の全面画像が連続形成される場合でも、ファーブラシ１２の回転速度を初期設定値６６．５ｍｍ／ｓｅｃに設定することで、トナーブリッジ現象の発生を阻止できることを確認した。

実施例３では、１枚分の画像の画像比率ａ１％に応じてファーブラシ１２の回転速度を可変にすることで、トナー溜まり５０のトナー量を調整して、感光ドラム１へのトナー再コートを安定させる。その結果、長期に亘ってクリーニングブレード１１による感光ドラム１のクリーニング性能を良好に保つことができる。

＜実施例４＞
実施例１〜３では、クリーニングブレード１１の当接部にトナーを供給する回転部材として、磁気ローラとマグネットローラを説明した。しかし、回転部材は、これらに限らず、ゴムローラ等でもよい。

また、実施例１〜３では、クリーニング装置６のクリーニング対象物が感光ドラム１の場合を説明したが、中間転写方式の画像形成装置において、クリーニング対象物が中間転写ベルトの場合にも、同様の効果を得ることができる。

また、実施例１〜３では、起動トルクＴ１、Ｔ２の比αの判別条件は、実施例１の構成によるものである。しかし、クリーニング装置６の構成やトナーの種類が異なった場合には、判別条件の閾値を変更することで、トナー溜まり５０のトナー量を事前に検出して、適正な量に調整することが可能である。

また、実施例３で説明したように、実施例１の制御において、実施例３の制御を並列に実行してもよい。実施例３の制御によって連続画像形成中のトナー溜まりのトナー量の枯渇を回避しつつ、実施例１の制御によって朝一前多回転時、および、後回転時においてトナー溜りのトナー量を所定範囲に回復させる。

いずれにせよ、実施例の目的とするところは、画像形成動作時におけるクリーニング装置６内のトナー溜まりのトナー量を安定させて、長期に亘って、感光ドラム１のクリーニング性を良好に保つことにある。

１ 感光ドラム、２ コロナ帯電器、３ 露光装置、４ 現像装置
５ 転写ローラ、６ クリーニング装置、７ 搬送ベルト、８ 定着装置
１１ クリーニングブレード、１２ ファーブラシ、１３ スクレーパ
１４ 搬送スクリュー、１５ トナーガイド、１６ 引張りバネ
１７ フレーム、１８ フレーム、１９ ホルダ、２０ シャフト
２１ マグネットローラ、２２ ドクターローラ、３１、３２ 駆動モータ
３３、３５ 電源、３４ 制御部、３６ 操作パネル、３７ 負荷検出回路
３８ 画像メモリ部、３９ レーザー駆動部、４０ ビデオカウント
５０ トナー溜まり

Claims (6)

1. 像担持体と、
   前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、
   前記像担持体に当接するクリーニングブレードと、
   前記クリーニングブレードの上流側でトナーを担持して前記像担持体に摺擦させる回転部材と、
   前記回転部材にトナーを供給するトナー溜まりを前記回転部材との間に形成しつつ前記回転部材から余剰のトナーを分離する分離機構と、
   非画像形成時に、前記回転部材の駆動負荷を検出して、前記トナー溜まりのトナー量が反映された情報を取得して、前記トナー溜まりのトナー量を所定範囲に維持するように前記トナー像形成手段と前記回転部材の少なくとも一方を制御する制御手段とを備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御手段は、前記回転部材を停止させて前記トナー溜まりを圧縮する方向に前記回転部材を起動した際の駆動負荷を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記制御手段は、前記トナー溜まりを圧縮する方向に前記回転部材を起動した後に前記回転部材を停止して逆方向に起動した際の駆動負荷も併せて検出し、圧縮方向の駆動負荷を逆方向の駆動負荷で除した値に基づいて前記制御を実行することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記制御手段は、前記回転部材を停止して逆方向に回転させた後に、前記回転部材が前記トナー溜まりから持ち出したトナーが前記像担持体に達する前に前記回転部材を停止させることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
5. 前記制御手段は、前記トナー溜まりのトナー量が所定範囲を割り込むと、前記トナー像形成手段を制御して前記像担持体に帯状のトナー像を形成して前記回転部材に供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、前記トナー溜まりのトナー量が所定範囲を越えると、前記回転部材を制御して非画像形成時の前記回転部材の空回転数を増すことを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
   
   

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