【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば電子写真を応用した複写機やレーザービームプリンター、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トナーリサイクルプロセス（クリーナーレスシステム）。
【０００３】
転写方式の画像形成装置においては、転写後の感光体（像担持体）に残存する転写残トナーはクリーナー（クリーニング装置）によって感光体面から除去されて廃トナーとなるが、この廃トナーは環境保護の面からも出ないことが望ましい。そこでクリーナーをなくし、転写後の感光体上の転写残トナーは現像装置によって「現像同時クリーニング」で感光体上から除去し現像装置に回収・再用する装置構成にしたトナーリサイクルプロセスの画像形成装置も出現している。
【０００４】
現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、該潜像の現像時に、かぶり取りバイアス（現像装置に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。この方法によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以後に再用されるため、廃トナーをなくし、プリントのランニングコストを上げることができる。またクリーナーレスであることでスペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。
【０００５】
そこで、特開平１０−３０７４５４に公開された帯電装置では、接触帯電において、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシ等の簡易な部材を用いた場合でも、より帯電均一性に優れ且つ長期に渡り安定した直接注入帯電を実現し、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を簡易な構成で実現することが可能となった。この構成は、接触帯電部材と被帯電体面との接触面に導電粒子が介在し、接触帯電部材と被帯電体面との表面の相対速度に差を有している事で、オゾンレス生成物による障害、帯電不良による障害を解決した。さらに、特開平１０−３０７４５５や特開平１０−３０７４５６においては、帯電を促進するための導電粒子は現像剤に包含される、つまりトナーとともに現像器より供給する構成となっている。このような容易プロセス及び機械的な構成で、帯電を促進するための導電粒子の供給と、トナーリサイクルプロセスを実現している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接触帯電方式は帯電部材を被帯電体に接触させるので帯電部材が被帯電体上の付着物を拾って汚れていきやすい。接触帯電部材の過度の汚染は帯電ムラ等を生じさせて帯電性能を低下させる。被帯電体（像担持体）の帯電を接触帯電にて行い、該被帯電体の帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像を形成し、その静電潜像を現像手段によりトナー画像として可視像化して画像形成を実行する画像形成装置においては、画像形成をかさねるにつれ、トナーが接触帯電部材に付着・混入して蓄積していく。特に、画像形成装置が転写材に対するトナー画像転写後の被帯電体面から転写残トナーを除去するクリーニング装置を有しないクリーナーレスシステムの装置である場合にはその被帯電体上の転写残トナーがそのまま接触帯電部材に至って該帯電部材に付着・混入していくため、より顕著である。
【０００７】
クリーナーレスシステムの場合は、少なからず、接触帯電部材に一時的に転写残トナーを付着させる構成となるため、接触帯電部材前の感光体上の電位により、接触帯電部材から転写残トナーを脱落させることがある。
【０００８】
これは、帯電部に到達した残トナーは、感光ドラムから一度帯電ローラを経由し、帯電ローラにそのまま蓄積するか、帯電ニップ付近に蓄積する。そのうち帯電ニップ付近に蓄積する分は、帯電ニップ部の感光ドラムに対し、上流側に当たる部分、つまり転写ローラ側の部分では、帯電ローラと同極性の残トナーが蓄積（蓄積トナーＡ）しやすいためである。これは、帯電ローラが接触し、かつ感光ドラムに対しカウンターで回転していることによる。このトナーは、画像形成中に蓄積し、吐き出し制御を行なわないと、この蓄積トナーは、画像形成中に吐き出たりし、例えば、グラフィックパターン等の黒及びハーフトーンを描く時等には、露光をさえぎる遮光等の画像不良を起こしたり、例えば、白を描くときには、吐き出たトナーが現像機で回収されきれなかった場合には、カブリ等の画像不良を起こしたりする。
【０００９】
そのため、このような弊害をもたらす蓄積トナーＡを、無くすことが必須である。
【００１０】
蓄積トナーＡを無くすための手段として、帯電ローラに印加する電圧を直流電圧のみならず、交流電圧を重畳して印加することが知られている。交流電圧を重畳印加すると、帯電ローラと感光ドラムとの間で電気的な極性が短時間で変わるために、電気的な力によって蓄積トナーＡを散らし、感光ドラム上へ行きやすくし、最終的に現像器で回収することが可能となる。
【００１１】
ただし、画像領域で大きな交流電圧を印加すると、感光ドラム上に散った蓄積トナーＡ量が多量になるため、現像装置で回収しきれずに、カブリなどの画像不良を発生させてしまう問題がある。
【００１２】
そこで本発明は、被帯電体の帯電を接触帯電にて行い、該被帯電体の帯電処理面に目的の画像情報に対応した静電潜像を形成し、その静電潜像を現像手段によりトナー画像として可視像化して画像形成を実行する画像形成装置について、被帯電体の印加電圧を直流電圧に交流電圧を重畳印加し、画像領域での交流電圧を非画像領域の交流電圧よりも小さくすることで、帯電体への蓄積トナーＡを無くし、帯電部材に対するトナー付着に起因する異常画像の発生をなくすことで長期にわたって良好な画像形成を維持させることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）像担持体を帯電手段において接触帯電させ、画像露光手段において前記像担持体を露光し静電潜像を形成し、像担持体に形成された静電潜像に現像剤を供給して現像するとともに前記像担持体に残留している現像剤を同時に回収する現像手段と、前記像担持体に現像された像を転写材に転写する転写手段を有する画像形成装置において、前記接触帯電の画像形成動作時及び紙間動作時の帯電電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳するものであり、且つ画像形成装置動作時の交流電圧のピーク間電圧は紙間動作時の交流電圧のピーク間電圧よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。
【００１４】
（２）前記帯電手段は前記像担持体と逆方向に移動されることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１５】
（３）前記像担持体を帯電する前記帯電手段は、ローラ上の回転体で、像担持体とニップ部を形成する可撓性の帯電部材であることを特徴とする（１）から（２）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００１６】
（４）少なくとも前記帯電手段と前記像担持体とのニップ部には粒子が存在していることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００１７】
（５）前記粒子の体積抵抗値が１０１２Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする（４）に記載の画像形成装置。
【００１８】
（６）前記粒子の体積抵抗値が１０１０Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする（４）に記載の画像形成装置。
【００１９】
（７）前記現像手段の現像剤はトナー及び前記粒子を含み、現像部で像担持体に付着し記録媒体に対するトナー画像転写後の像担持体上に残留した該現像剤中の帯電促進粒子が持ち運ばれることで前記帯電部材と像担持体とのニップ部に帯電促進粒子の供給がなされることを特徴とする（４）から（６）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００２０】
（作用）
本クリーナレスプロセスにおいて、帯電部に蓄積するトナーを無くすためには、「画像形成動作時にも少量ずつ蓄積トナーを感光ドラム上に吐き出し、現像装置に回収すること」が必要である。
【００２１】
そこで、本発明の上記構成を用いることで、画像領域では、微小な交流電圧を帯電装置で感光ドラム上に印加することで感光ドラム上に帯電装置に付着したトナーを少量ずつ吐き出し現像装置で回収し、非画像領域では、画像領域よりも大きな交流電圧を印加することで多量の付着したトナーを吐き出し現像装置で回収することが可能となる。
【００２２】
このような構成をとり、蓄積トナーＡを無くすことでクリーナレスプロセスにおいて、良好な画像を得ることが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
【実施例】
（第一の実施例）
図１は本発明に従う画像記録装置の一例の概略構成模型図である。
【００２４】
本実施例の画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用、接触帯電方式、トナーリサイクルシステムのレーザプリンタである。
【００２５】
（１）プリンタの全体的概略構成
１は像担持体であり、本実施例はφ２４ｍｍの回転ドラム型の負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体、以下感光ドラムと記す）である。この感光ドラム１は矢印の時計方向に周速度８５ｍｍ／ｓｅｃ（＝プロセススピードＰＳ、印字速度）の一定速度をもって回転駆動される。
【００２６】
２は感光ドラム１に所定の押圧力をもって接触させて配設した接触帯電部材としてのφ１８ｍｍの導電性弾性ローラ（以下、帯電ローラと記す）である。ｎは感光ドラム１と帯電ローラ２との帯電ニップ部である。この帯電ローラ２はその外周面に導電性を有する帯電促進粒子ｍ（帯電促進を目的とした導電性粒子）を保持（担持）しており、感光ドラム１と帯電ローラ２との帯電ニップ部ｎに帯電促進粒子ｍが介在している。
【００２７】
帯電ローラ２はこの帯電ニップ部ｎにおいて感光ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）で回転駆動され、感光ドラムの表面速度に対し、約８０％のスピードで回転している。Ｍは該帯電ローラ２の駆動源である。またプリンタの画像記録時には該帯電ローラ２に帯電バイアス印加電源Ｓ１から所定の帯電バイアスが印加される。これにより、回転感光ドラム１の周面が直接帯電（注入帯電）方式で所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。
【００２８】
本実施例では、プリンタの画像記録時は帯電バイアス印加電源Ｓ１から帯電ローラ２の芯金２ａに直接帯電される。
【００２９】
上記の帯電ローラ２、帯電促進粒子ｍ、直接帯電については別項で詳述する。３はレーザダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナ（露光装置）である。このレーザビームスキャナ３は目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光を出力し、該レーザ光で上記回転感光ドラム１の一様帯電面を走査露光Ｌする。この走査露光Ｌにより回転感光ドラム１の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００３０】
４は現像器である。現像剤ｔには帯電促進粒子ｍを添加してある。回転感光ドラム１面の静電潜像はこの現像器４により現像部位ａにてトナー画像として反転現像される。この現像器４は別項で詳述する。
【００３１】
５は接触転写手段としての中抵抗の転写ローラであり、感光ドラム１に所定に圧接させて転写ニップ部ｂを形成させてある。この転写ニップ部ｂに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録媒体としての転写材Ｐが給紙され、かつ転写ローラ５に転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、感光ドラム１側のトナー像が転写ニップ部ｂに給紙された転写材Ｐの面に順次に転写されていく。
【００３２】
転写ニップ部ｂに導入された転写材Ｐはこの転写ニップ部ｂを挟持搬送されて、その表面側に回転感光ドラム１の表面に形成担持されているトナー画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。
【００３３】
６は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部ｂに給紙されて感光ドラム１側のトナー画像の転写を受けた転写材Ｐは回転感光ドラム１の面から分離されてこの定着装置６に導入され、トナー画像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として装置外へ排出される。
【００３４】
本実施例のプリンタはクリーナーレスであり、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の回転感光ドラム１面に残留の転写残トナーは専用のクリーナー（クリーニング装置）で除去されることなく、感光ドラム１の回転にともない帯電ニップ部ｎを経由して現像部位ａに至り、現像器４において現像同時クリーニングにて回収・再使用される。
【００３５】
（２）帯電ローラ２
本実施例における可撓性の接触帯電部材としての帯電ローラ２は芯金２ａ上にゴムあるいは発泡体の中抵抗層２ｂを形成することにより作成される。
【００３６】
中抵抗層２ｂは樹脂（例えばウレタン、ＥＰＤＭ）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫化剤、発泡剤等により処方され、芯金２ａの上にローラ状に形成した。その後必要に応じて表面を研磨して直径約１８ｍｍ、長手長さ約２２０ｍｍの導電性弾性ローラである帯電ローラ２を作成した。
【００３７】
本実施例の帯電ローラ２のローラ抵抗を測定したところ１００ｋΩであった。ローラ抵抗は、帯電ローラ２の芯金２ａに総圧１ｋｇの加重がかかるようφ２４ｍｍのアルミドラムに帯電ローラ２を圧着した状態で、芯金２ａとアルミドラムとの間に１００Ｖを印加し、計測した。
【００３８】
ここで、接触帯電部材である帯電ローラ２は電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では被帯電体にピンホールなどの低耐圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必要がある。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには１０＾４ 〜１０＾７ Ωの抵抗が望ましい。
【００３９】
帯電ローラ２の表面は帯電促進粒子ｍを保持できるようミクロな凹凸があるものが望ましい。
【００４０】
帯電ローラ２の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体との接触性が悪くなり、高すぎると被帯電体との間に帯電ニップ部ｎを確保できないだけでなく、被帯電体表面へのミクロな接触性が悪くなるので、アスカーＣ硬度で２５度から５０度が好ましい範囲である。
【００４１】
帯電ローラ２の材質としては、弾性発泡体に限定するものでは無く、弾性体の材料として、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものがあげられる。また、特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
【００４２】
帯電ローラ２は被帯電体としての感光ドラム１に対して弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて配設し、本実施例ではニップ幅２〜３ｍｍの帯電ニップ部ｎを形成させてある。
【００４３】
（３）現像器４
本実施例の現像器４は現像剤ｔとして一成分磁性トナー（ネガトナー）を用いた反転現像器である。また本現像器は本画像形成装置が廃トナークリーナレスであるため、現像器において転写残トナーを回収する現像同時クリーニングも行っている。
【００４４】
現像剤ｔには帯電促進粒子ｍを添加してある。
【００４５】
４ａはマグネットロール４ｂを内包させた、現像剤担持搬送部材として非磁性回転現像スリーブであり、現像器内の現像剤ｔ＋ｍは回転現像スリーブ４ａ上を搬送される過程において、規制ブレード４ｃで層厚規制及び電荷付与を受ける。回転現像スリーブ４ａにコートされた現像剤はスリーブ４ａの回転により、感光ドラム１とスリーブ４ａの対向部である現像部位（現像領域部）ａに搬送される。またスリーブ４ａには現像バイアス印加電源Ｓ２より現像バイアス電圧が印加される。現像バイアスは画像領域と非画像領域で異なる。特に非画像領域では交流電圧のピーク間電圧値と周波数を増やしている。これは非画像領域では転写残トナーを回収する目的で感光ドラム〜現像スリーブ間での電気的な力による往復運動を積極的に行い、現像スリーブ側への回収をしやすくしている。
【００４６】
本実施例において、現像バイアス電圧は画像領域で
ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
ＡＣ電圧：ピーク間電圧９００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧とした。
【００４７】
非画像領域では、
ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧とした。
【００４８】
これにより、感光ドラム１側の静電潜像がトナーｔにより反転現像され、転写残トナーは現像器に回収される。
【００４９】
ａ）トナーｔ：現像剤である一成分磁性トナーｔは、結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し、混練、粉砕、分級の各工程を経て作成し、更に帯電促進粒子ｍや流動化剤等を外添剤として添加して作成されたものである。トナーの重量平均粒径（Ｄ４）は７μｍであった。
【００５０】
ｂ）帯電促進粒子ｍ：本実施例では、帯電促進粒子ｍとして、比抵抗が１０＾６Ω・ｃｍ、平均粒径３μｍの酸化すずを用いた。そしてこの帯電促進粒子ｍとして、分級後のトナーｔ１００重量部に対して１重量部添加し、混合器により均一に分散させて現像器４内に収容させた。
【００５１】
帯電促進粒子ｍの材料としては、他の金属酸化物などの導電性無機粒子や有機物との混合物、あるいは、これらに表面処理を施したものなど各種導電粒子が使用可能である。
【００５２】
粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行なうため比抵抗としては１０＾１２Ω・ｃｍ以下が必要で、好ましくは１０＾１０Ω・ｃｍ以下が望ましい。
【００５３】
抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。即ち、底面積２．２６ｃｍ＾２ の円筒内に凡そ０．５ｇの粉体試料を入れ上下電極に１５ｋｇの加圧を行なうと同時に１００Ｖの電圧を印加し抵抗値を計測し、その後正規化して比抵抗を算出した。
【００５４】
粒径は良好な帯電均一性を得るために５０μｍ以下が望ましい。本発明において、粒子が凝集体を構成している場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として定義した。粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、１００個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出し、その５０％平均粒径をもって決定した。
【００５５】
帯電促進粒子は、一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなんら問題はない。どのような凝集状態であれ、凝集体として帯電促進粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではない。
【００５６】
帯電促進粒子は特に感光体の帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならないよう、白色または透明に近いことが望ましく、よって非磁性であることが好ましい。さらに、帯電促進粒子が感光体上から記録材Ｐに一部転写されてしまうことを考えるとカラー記録では無色、あるいは白色のものが望ましい。また、画像露光時に粒子による光散乱を防止するためにもその粒径は構成画素サイズ以下であることが望ましい。
【００５７】
（４）転写ローラ５
転写ローラ５は、ＳＵＳ及びアルミ等からなる芯金５ａと、その外周に体積抵抗１×１０５〜１×１０１２Ω・ｃｍ程度の、例えば、ＥＰＤＭにカーボンブラックを分散させたものや、ＮＢＲ系ゴムなどの中抵抗弾性ゴム層５ｂをローラ状に被覆した構成をとっている。ローラ抵抗は、２３度５０％の環境下で約１×１０８Ωで、転写ローラＥの芯金に総圧約６Ｎの加重がかかるようφ２４ｍｍのアルミドラムに転写ローラ５を圧着した状態で、周速度８５ｍｍ／ｓｅｃ（＝プロセススピードＰＳ、印字速度）の一定速度をもって回転駆動しながら、芯金５ａとアルミドラムとの間に２ｋＶを印加し、計測した。外径はφ１５程度で硬度はＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計を用い６Ｎ加重時に３５度程度のものである。芯金の両端を軸受けで回転可能に、かつ転写ローラ５が常時感光ドラム１に当接するように、総加重７Ｎで軸受けをばね材で加圧支持されている。なお、転写ローラ５は駆動回転している。
【００５８】
（５）直接帯電
ａ）現像器４の現像剤ｔに添加の帯電促進粒子ｍは、現像器４による感光ドラム１側の静電潜像のトナー現像時に現像部位ａにおいてトナーとともに適当量が感光ドラム１側に移行する。
【００５９】
感光ドラム１上のトナー画像は転写ニップ部ｂにおいて転写バイアスの影響で転写材Ｐ側に引かれて積極的に転移するが、感光ドラム１上の帯電促進粒子ｍは導電性であることで転写材Ｐ側には積極的には転移せず、感光ドラム１上に実質的に付着保持されて残留する。また感光ドラム１面に実質的に付着保持される帯電促進粒子ｍの存在によりトナー画像の感光ドラム１側から転写材Ｐ側への転写効率が向上する効果もえられる。
【００６０】
そして、クリーナーレスのプリンタにおいては、転写後の感光ドラム１面に残存の転写残トナーおよび上記の残存帯電促進粒子ｍは感光ドラム１と帯電ローラ２の帯電ニップ部ｎに感光ドラム１の回転でそのまま持ち運ばれて、帯電ニップ部ｎへの帯電促進粒子ｍの供給、帯電ローラ２への付着・混入が生じる。
【００６１】
したがって、感光ドラム１と帯電ローラ２との帯電ニップ部ｎに帯電促進粒子ｍが存在した状態で感光ドラム１の接触帯電が行なわれる。
【００６２】
ｂ）感光ドラム１と帯電ローラ２との帯電ニップ部ｎに帯電促進粒子ｍが存在することで、該粒子ｍの滑剤効果により、摩擦抵抗が大きくてそのままでは感光ドラム１に対して速度差を持たせて接触させることが困難であった帯電ローラであっても、それを感光ドラム１面に対して無理なく容易に効果的に速度差を持たせて接触させた状態にすることが可能となると共に、該帯電ローラ２が粒子ｍを介して感光ドラム１面に密に接触してより高い頻度で感光ドラム１面に接触する構成となる。
【００６３】
帯電ローラ２と感光ドラム１との間に速度差を設けることにより、帯電ローラ２と感光ドラム１のニップ部において帯電促進粒子ｍが感光ドラム１に接触する機会を格段に増加させ、高い接触性を得ることができ、帯電ローラ２と感光ドラム１のニップ部に存在する帯電促進粒子ｍが感光ドラム１表面を隙間なく摺擦することで感光ドラム１に電荷を直接注入できるようになり、帯電ローラ２による感光ドラム１の接触帯電は帯電促進粒子ｍの介在により直接帯電（注入帯電）が支配的となる。
【００６４】
速度差を設ける構成としては、帯電ローラ２を回転駆動して感光ドラム１と速度差を設けることになる。好ましくは帯電ニップ部ｎに持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーを帯電ローラ２に一時的に回収し均すために、帯電ローラ２を回転駆動し、さらに、その回転方向は感光ドラム１表面の移動方向とは逆方向に回転するように構成することが望ましい。即ち、逆方向回転で感光ドラム１上の転写残トナーを一旦引離し帯電を行なうことにより優位に直接帯電を行なうことが可能である。
【００６５】
従って、従来のローラ帯電等では得られなかった高い帯電効率が得られ、帯電ローラ２に印加した電圧とほぼ同等の帯電電位を感光ドラム１に与えることができる。かくして、接触帯電部材として帯電ローラ２を用いた場合でも、該帯電ローラ２に対する帯電に必要な印加バイアスは感光ドラム１に必要な帯電電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な接触帯電方式ないし装置を実現することができる。
【００６６】
また帯電ローラ２が感光ドラム１に対して速度差を持って接触していることで、転写ニップ部ｂから帯電ニップ部ｎへ至った転写残トナーのパターンが撹乱されて崩され、中間調画像において、前回の画像パターン部分がゴーストとなって現れることがなくなる。
【００６７】
ｃ）耐久に伴い帯電促進粒子ｍが帯電ニップ部ｎや帯電ローラ２から脱落しても、プリンタが稼働されることで、前記のように現像器４の現像剤ｔに含有させてある帯電促進粒子ｍが現像部位ａで感光ドラム１面に移行し該感光ドラム１面の移動により転写ニップ部ｂを経て帯電ニップ部ｎに持ち運ばれて帯電ニップ部ｎに逐次に供給され続けるため、帯電ニップ部ｎに帯電促進粒子ｍが存在することによる良好な帯電性が長期に渡って安定して維持される。
【００６８】
帯電ニップ部ｎや帯電ローラ２から脱落した帯電促進粒子は現像部位ａにおいて現像器４に回収されて現像剤ｔに混入し循環使用される。
【００６９】
帯電ローラ２の表面に帯電促進粒子ｍを予め担持させておくことで、プリンタ使用の全くの初期より上記の直接帯電性能を支障なく発揮させることができる。
ｄ）プリンタはクリーナーレスであることで、転写後の感光ドラム１面に残存の転写残トナーは感光ドラム１と帯電ローラ２の帯電ニップ部ｎに感光ドラム１面の移動でそのまま持ち運ばれて帯電ローラ２に付着・混入する。
【００７０】
従来トナーは絶縁体であるため帯電ローラ２に対する転写残トナーの付着・混入は感光ドラムの帯電において帯電不良を生じさせる因子である。
【００７１】
しかしこの場合でも、帯電促進粒子ｍが感光ドラム１と帯電ローラ２との帯電ニップ部ｎに介存することにより、帯電ローラ２の感光ドラム１への緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、帯電ローラ２の転写残トナーによる汚染にかかわらず、低印加電圧でオゾンレスの直接帯電を長期に渡り安定に維持させることができ、均一な帯電性を与えることが出来る。
【００７２】
ｅ）帯電ローラ２に付着・混入した転写残トナーは帯電ローラ２から徐々に感光ドラム１上に吐き出されて感光ドラム１面の移動とともに現像部位ａに至り、現像器４において現像同時クリーニング（回収）される（トナーリサイクル）。現像同時クリーニングは前述したように、転写後に感光体１上に残留したトナーを引き続く画像形成工程の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、その潜像の現像時において、現像装置のかぶり取りバイアス、即ち現像装置に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ によって回収するものである。本実施例におけるプリンタのように反転現像の場合では、この現像同時クリーニングは、感光体の暗部電位から現像スリーブにトナーを回収する電界と、現像スリーブから感光体の明部電位へトナーを付着させる電界の作用でなされる。
【００７３】
ｆ）像担持体としての感光ドラム１と接触帯電部材としての帯電ローラ２との帯電ニップ部ｎにおける帯電促進粒子の介在量は、少なすぎると、該粒子による潤滑効果が十分に得られず、帯電ローラ２と感光ドラム１との摩擦が大きくて帯電ローラ２を感光ドラム１に速度差を持って回転駆動させることが困難である。つまり、駆動トルクが過大となるし、無理に回転させると帯電ローラ２や感光ドラム１の表面が削れてしまう。更に該粒子による接触機会増加の効果が得られないこともあり十分な帯電性能が得られない。一方、該介在量が多過ぎると、帯電促進粒子の帯電ローラ２からの脱落が著しく増加し作像上に悪影響が出る。実験によると該介在量は１０＾３ 個／ｍｍ＾２ 以上が望ましい。１０＾３ 個／ｍｍ＾２より低いと十分な潤滑効果と接触機会増加の効果が得られず帯電性能の低下が生じる。
【００７４】
より望ましくは１０＾３ 〜５×１０＾５ 個／ｍｍ＾２ の該介在量が好ましい。５×１０＾５ 個／ｍｍ＾２ を超えると、該粒子の感光体１へ脱落が著しく増加し、粒子自体の光透過性を問わず、感光ドラム１への露光量不足が生じる。５×１０＾５ 個／ｍｍ＾２ 以下では脱落する粒子量も低く抑えられ該悪影響を改善できる。該介在量範囲において感光ドラム１上に脱落した粒子の存在量を測ると１０＾２ 〜１０＾５ 個／ｍｍ＾２ であったことから、作像上弊害がない該存在量としては１０＾５ 個／ｍｍ＾２以下が望まれる。該介在量及び感光ドラム１上の該存在量の測定方法について述べる。該介在量は帯電ローラ２と感光ドラム１の帯電ニップ部ｎを直接測ることが望ましいが、帯電ローラ２に接触する前に感光ドラム１上に存在した粒子の多くは逆方向に移動しながら接触する帯電ローラ２に剥ぎ取られることから、本発明では帯電ニップ部ｎに到達する直前の帯電ローラ２表面の粒子量をもって該介在量とした。具体的には、帯電バイアスを印加しない状態で感光ドラム１及び帯電ローラ２の回転を停止し、感光ドラム１及び帯電ローラ２の表面をビデオマイクロスコープ（ＯＬＹＭＰＵＳ製ＯＶＭ１０００Ｎ）及びデジタルスチルレコーダ（ＤＥＬＴＩＳ製ＳＲ−３１００）で撮影した。帯電ローラ２については、帯電ローラ２を感光ドラム１に当接するのと同じ条件でスライドガラスに当接し、スライドガラスの背面からビデオマイクロスコープにて該接触面を１０００倍の対物レンズで１０箇所以上撮影した。得られたデジタル画像から個々の粒子を領域分離するため、ある閾値を持って２値化処理し、粒子の存在する領域の数を所望の画像処理ソフトを用いて計測した。また、感光ドラム１上の該存在量についても感光ドラム１上を同様のビデオマイクロスコープにて撮影し同様の処理を行い計測した。該介在量の調整は、現像器４の現像剤ｔにおける帯電促進粒子ｍの配合量を設定することにより行った。一般には現像剤（トナー）ｔ１００重量部に対して帯電促進粒子ｍは０．０１〜２０重量部の配合である。
【００７５】
（６）帯電バイアス
次に本発明に係る帯電バイアスについて詳述する。
【００７６】
本実施例においては、帯電の阻害因子である、接触帯電部材である帯電ローラ２に付着・混入した転写残トナーを帯電ローラ２から効率よく排除させるために、画像領域、非画像領域のいずれでも帯電ローラから付着したトナーを吐き出させ、これにより帯電ローラ２の転写残トナーによる汚染レベルを常に低く維持させて、良好な帯電性、画像記録を長期に渡り安定に維持させるためのバイアスを発明した。
【００７７】
即ち、接触帯電部材としての帯電ローラ２に対する電圧印加モードとして、画像記録時において、ＤＣ電圧に微小のＡＣ電圧を重畳印加して像担持体としての感光ドラム１を一様に帯電しつつ、帯電ローラに付着したトナーを感光体上に吐き出すバイアス（画像形成帯電バイアス）と、非画像形成時においてＤＣ電圧とＡＣ電圧（クリーニングバイアス）を重畳した電圧を印加するローラクリーニングモードを有する。
【００７８】
ａ）画像形成帯電バイアス
本実施例においては、プリンタの画像形成時には、不図示のシーケンス制御回路により、電源Ｓ１のＤＣ電源にＡＣ電源が直列に接続化されることで、帯電ローラ２の芯金２ａに
ＤＣ電圧：−５００Ｖ
ＡＣ電圧：ピーク間電圧５０Ｖ、周波数例えば８５０Ｈｚ、矩形波の重畳電圧が印加される。
【００７９】
不図示のシーケンス制御回路により、帯電ローラ２の芯金２ａに電源Ｓ１のＤＣ電圧−５００Ｖが印加されることで、回転感光ドラム１面が該印加ＤＣ電圧と略等しい電圧約−５００Ｖに直接帯電され、画像形成が実行される。また同時に微小のＡＣ電圧を重畳することで帯電ローラに付着、蓄積したトナーを感光ドラム上に吐き出されるのである。
【００８０】
ｂ）クリーニングバイアス（ローラクリーニングモード時）
本実施例においては、プリンタの非画像形成時である紙間時において、不図示のシーケンス制御回路により電源Ｓ１のＤＣ電源にＡＣ電源が直列に接続化されることで、帯電ローラ２の芯金２ａに、
ＤＣ電圧：−５５０Ｖ
ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数例えば２００Ｈｚ、矩形波の重畳電圧が印加される。
【００８１】
またこのローラクリーニングモード時において、現像器４の現像スリーブ４ａには、
ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加した。
【００８２】
これらのバイアス関係を維持することにより、帯電ローラ２上に蓄積したトナーを感光ドラム１上に現像し（帯電ローラ２上のトナーの感光ドラム１側への吐き出し）、更にそのトナーを現像器４のバックコントラストで回収することができる。
【００８３】
即ち、帯電の阻害因子となる帯電ローラ付着トナーを画像形成時、非画像形成時に効率よく排除することにより、帯電性を維持することができる。
【００８４】
この場合、帯電ローラ２には帯電促進粒子ｍが供給されることで、トナーの帯電ローラ２上からのトナーの離型性が向上して、すなわち離型性が増して、帯電ローラ２上のトナーの感光ドラム１側への吐き出しが促進し、トナーにより汚染された帯電ローラ２が効率よく清掃され、低印加電圧でオゾンレスの直接帯電とトナーリサイクルシステムを問題なく実行可能にし、高品位な画像形成を長期に渡り維持させること、画像比率の高い画像を出力した後でも高品位な画像形成を長期に渡り維持させることが可能となる。
【００８５】
ローラクリーニングモードにおいて、帯電ローラ２に印加するクリーニングバイアスは、帯電ニップ部ｎの感光ドラム移動方向下流側における感光ドラム電位と帯電ローラ電位の差が大きくなるよう設定するのが望ましく、感光ドラム速度によりバイアス設定をした方がより適切である。
【００８６】
本実施例のように直接帯電による帯電方式においては、接触帯電部材である帯電ローラ２に印加した電位におよそ等しい電位が被帯電体である感光ドラム１表面に与えられるため、帯電ローラ２と感光ドラム１の間に電位差が生じにくい。当然、画像記録中は感光ドラム１面の均一な帯電を行なう必要があるが、非画像記録時を含むローラ清掃モード時にはＡＣバイアス（クリーニングバイアス）を印加し電位差を生じさせる必要がある。従って、帯電ニップ部ｎの内部と感光ドラム移動方向下流側に電位差が生じるようクリーニングバイアスを選ぶことが望ましい。
【００８７】
次にクリーナレスプロセス起因による遮光及びかぶりについて説明する。
【００８８】
図２は、クリーナレスプロセス起因の遮光及びかぶりの画像弊害の模式図である。これは、主に連続通紙時２枚目以降に帯状に発生する画像不良で、以下に発生メカニズムを説明する。
【００８９】
図３に、画像弊害発生のメカニズムを説明するための模式図を記す。クリーナレスプロセスであるため、転写後感光ドラム上に残った転写残トナーは、帯電ローラ２に到達し、感光ドラム回転方向に対し逆方向に回転している帯電ローラ上へ転移及び蓄積していく。例えば高印字率のパターン（例えばべた黒及び、１ｄ／１ｓ等）等をとった場合は、転写残トナーが多くなり、帯電ローラ上に転移し切れないトナーが、感光ドラムから帯電ローラに移る帯電ローラの回転方向のニップ出口付近エリアＡに蓄積する。その蓄積しているトナーは上述している蓄積トナーＡで、感光ドラムと、帯電ローラとの間の電位関係で発生する電界Ｅによって、力Ｆで感光ドラム面に保持されており、この電位関係により、その蓄積分が多くなったり、帯電ローラ上に吐き出たりする。例えば、以前の電位履歴に比べ電界が弱くなるような電位段差がある場合、蓄積残トナーＡが吐き出され、帯電ローラを経由して、感光ドラムに吐き出される。吐き出されたトナーは、露光領域であれば、レーザー等による露光を妨げ、形成されるべき潜像を形成させることが出来なくなり遮光と呼ばれる白ポチが発生する。また、露光領域外のべた白部であれば、露光を妨げることはないが、現像で回収しきれない分が転写ニップに到達し、かぶりとして画像上に現れる。以上のような画像弊害が、図２にあらわした帯状に発生する画像弊害の原因である。
【００９０】
次に、帯状に発生する画像弊害の発生位置に関し、連続通紙時の帯電、露光、現像、転写等の通紙履歴を絡めながら説明する。以下に感光ドラムの表面電位に関し記述するが、以降述べる感光ドラム上表面電位は、ＴＲＥＫ社製のＭＯＤＥＬ３４４表面電位計を用いて計測を行なったものである。
【００９１】
図４に、本構成において１ｄ／１Ｓ（６００ｄｐｉ ）の横線を描かせ、連続通紙したときの転写後の感光ドラム上電位を表す。図に示したとおり、画像形成中は、帯電、露光、及び転写の影響により、帯電電位（−５００Ｖ）より高くなる。この画像の場合は、画像形成中で−１５０Ｖ程度（帯電電位との電位コントラスト３５０Ｖ）であった。また、不図示であるが、黒のときは−５０Ｖ程度（帯電電位との電位コントラスト４５０Ｖ）、べた白のときは−４５０Ｖ程度（帯電電位との電位コントラスト５０Ｖ）となる。
【００９２】
また非画像形成領域は、画像露光がオフされることにより、感光ドラム電位が低くなり、また、感光ドラムへの転写バイアスによるメモリを防止するよう転写バイアスも弱めており、ほぼ帯電電位程度の−５００Ｖ程度（帯電電位との電位コントラスト０Ｖ）か、もしくは帯電ローラクリーニングモード時は、−５５０Ｖ（帯電電位との電位コントラスト−５０Ｖ）程度であった。
【００９３】
通紙履歴の中で、最も帯電電位との電位コントラストが小さくなる部分というのは、非画像形成領域部分である。この部分が帯電部に到達すると、電位コントラストが極めて小さくなり、蓄積トナーＡを帯電ローラ上に転移させ、帯電ローラを１周した後、感光ドラム上に吐き出る。そのため、蓄積トナーＡの影響は、図２のように連続通紙時の２枚目以降で発生し、その位置も、これら電位コントラストが低い領域から、感光ドラム１周＋帯電ローラ１周（ドラム上換算距離）後に発生する。
【００９４】
本構成での感光ドラム一周とは、感光ドラム径がφ２４であるため約７５ｍｍ程度で、帯電ローラ（φ１８）１周とは、感光ドラムに対して約８０％で逆回転しているため、この帯電ローラが一周する間にドラムが進む距離に換算すると約７０ｍｍとなる。そのため感光ドラム１周＋帯電ローラ１周（ドラム上換算距離）とは約１４５ｍｍとなる。
【００９５】
次に、グラフィックパターンのように一枚の中で印字パターンが異なったりする場合を考える。グラフィックパターンは、１ページの中でべた黒部、ハーフトーン部、白部が存在し、つまりは、先に述べたように、１ページの中で露光量が異なるため、電位コントラストが大きい部分や小さい部分が発生するため、１ページ内の電位コントラストが小さい部分から１４５ｍｍ程度の位置後方で遮光およびかぶりが発生する。
【００９６】
そこで、本発明では、あらゆるパターンにおいても、遮光およびカブリを対策するために、画像領域、非画像領域において、帯電バイアスをＤＣにＡＣを重畳することで、遮光及びカブリを防止する制御をもつことを特徴とする。
【００９７】
上記構成を用いて、遮光、カブリの弊害確認実験を行った。
【００９８】
比較例としては、（比較例１）画像領域では帯電電圧弱ＡＣ重畳しない制御、（比較例２）画像領域と非画像領域で帯電電圧同じピーク間電圧を持つＡＣ電圧を重畳する制御とした。
【００９９】
＜条件＞
（比較例１）
画像領域
帯電ＤＣ電圧：−５００Ｖ ＡＣ電圧重畳なし。
【０１００】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧９００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０１】
非画像領域
帯電ＤＣ電圧：−５５０Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数２００Ｈｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０２】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０３】
（比較例２）
画像領域
帯電ＤＣ電圧：−５００Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数８５０Ｈｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０４】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧９００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０５】
非画像領域
帯電ＤＣ電圧：−５５０Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数２００Ｈｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０６】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１０７】
＜結果＞
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
表１ 画像領域のＡＣ重畳印加方法と画像弊害の関係
表１より、実施例では遮光、カブリともに発生はしなかった。
【０１１０】
これは、画像領域において、弱ＡＣを印加することにより帯電ローラ付近に付着、蓄積しそうになったトナーが散らされて微小量ずつ感光ドラム上に吐き出され、また非画像領域では画像領域より大きいＡＣを重畳しているため、蓄積しそうになったトナーが一気に吐き出される。吐き出されたトナーは現像器において全て回収されるために、前述したような帯電ローラと感光ドラムとの電位差が小さくなったときの蓄積トナーの画像領域での大量の吐き出しが発生しないために、画像領域特定位置での遮光やカブリが発生しないのである。
【０１１１】
比較例１では遮光、カブリとも先端７０ｍｍ〜１４５ｍｍ位置で鮮明に発生した。これは画像領域において帯電ローラで付着、蓄積したトナーがこの位置において大量に発生することにより前記特定位置で発生してしまうのである。
【０１１２】
比較例２では遮光、カブリどちらも画像領域全面で発生した。これは画像領域において非画像領域と同じ大きさのＡＣを重畳していることにより、感光ドラム上への吐き出し量が多いために、遮光として現れ、現像器で回収しきれないトナーが残存しカブリとなって現れてしまうのである。
【０１１３】
つまり、画像領域では少量ずつ帯電ローラに蓄積しそうなトナーを吐き出し、非画像領域では大量に蓄積したトナーを吐き出すことにより、画像領域に発生する遮光現象やカブリを防止し、高品位な画像を提供することが可能となるのである。
【０１１４】
尚本実施例において画像領域のＡＣ電圧のピーク間電圧を５０Ｖ、非画像領域でのピーク間電圧を１００Ｖとしたが同様な効果が得られればこれに限定されることはない。また、その他現像電圧等、同様の効果が得られれば当然これに限定されない。
【０１１５】
（第二の実施例）
本実施例は第一の実施例の画像形成動作中の帯電バイアスを耐久枚数に応じて変化させることを特徴とするため、第一の実施例と同様の制御、構成に関する詳細な説明は省略する。
【０１１６】
第一の実施例のように、画像領域、非画像領域での帯電ローラ蓄積トナー吐き出しを行えば、カブリや感光ドラム電位段差により生じる次頁以降の先端７０ｍｍ〜１４５ｍｍ位置に発生する遮光現象は発生しなくなるが、プリント枚数が増加すると、微小量ながら帯電ローラ部に残ってしまうトナーが蓄積していき枚数が増えるに従ってまたカブリ、遮光が若干ながら発生してしまうこともわかっている。
【０１１７】
そこで本実施例においてはプリント枚数に応じて、画像領域での帯電バイアスを変更していく制御を５０００枚耐久試験した。比較例として、帯電バイアス不変制御のものを用いた。
【０１１８】
＜条件＞
（実施例２）
画像領域（初期〜３０００枚）
帯電ＤＣ電圧：−５００Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧５０Ｖ、周波数例えば８５０Ｈｚ、矩形波の重畳電圧が印加される。
【０１１９】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧９００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２０】
非画像領域（初期〜３０００枚）
帯電ＤＣ電圧：−５５０Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数２００Ｈｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２１】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２２】
画像領域（３００１〜５０００枚）
帯電ＤＣ電圧：−５００Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧７０Ｖ、周波数例えば８５０Ｈｚ、矩形波の重畳電圧が印加される。
【０１２３】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧９００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２４】
非画像領域（３００１〜５０００枚）
帯電ＤＣ電圧：−５５０Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数２００Ｈｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２５】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２６】
（比較例３）
画像領域（初期〜５０００枚）
帯電ＤＣ電圧：−５００Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧５０Ｖ、周波数例えば８５０Ｈｚ、矩形波の重畳電圧が印加される。
【０１２７】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧９００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２８】
非画像領域（初期〜５０００枚）
帯電ＤＣ電圧：−５５０Ｖ
帯電ＡＣ電圧：ピーク間電圧１００Ｖ、周波数２００Ｈｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１２９】
現像ＤＣ電圧：−３５０Ｖ
現像ＡＣ電圧：ピーク間電圧１２００Ｖ、周波数２．５ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧を印加。
【０１３０】
【表２】
【０１３１】
表２ 耐久枚数による遮光、カブリの発生状況
表２の結果より実施例２に関しては、いずれの枚数の時点においても遮光、カブリは発生しなかった。これは帯電ローラに微小量ずつ蓄積するトナーを耐久３００１枚以降で画像領域中の吐き出し量を増加させることで発生しないのである。また３００１枚以降は画像領域での帯電ＡＣのピーク間電圧は２０Ｖアップにとどまっているため、画像全面での遮光、カブリが発生することもないのである。比較例３に関しては４０００枚以降にハーフトーン遮光、べた白カブリどちらも軽微ながら発生した。
【０１３２】
これは、耐久枚数を重ねると微小量ずつ帯電ローラにトナーが蓄積し、その分が感光ドラムの電位段差でトナー吐き出しが発生し画像上にあらわれてしまうのである。
【０１３３】
つまり耐久枚数の増加に伴い、画像領域中の帯電ローラからのトナー吐き出し量をすこしずつでも吐き出していけば、耐久枚数に関係なく高品位な画像を得ることが可能となるのである。
【０１３４】
尚本実施例において画像領域のＡＣ電圧のピーク間電圧を３００１枚以降を７０Ｖとしたが同様な効果が得られればこれに限定されることはない。また、その他現像電圧等、同様の効果が得られれば当然これに限定されない。
【０１３５】
【発明の効果】
本発明のように、クリーナレスプロセスにおいて、画像領域では、微小な交流電圧を帯電装置で感光ドラム上に印加することで感光ドラム上に帯電装置に付着したトナーを少量ずつ吐き出し、非画像領域では、画像領域よりも大きな交流電圧を印加することで多量の付着したトナーを吐き出し、帯電部材での蓄積トナーの脱落を防止することが可能となるため、遮光やカブリなどの画像不良を防止でき、長期にわたり高品位な画像を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子写真プロセスの構成を表す図である。
【図２】本発明が解決する問題をあらわす模式図である。
【図３】本発明が解決する問題を説明する模式図である。
【図４】転写後の感光ドラム上の電位を表した図である。
【図５】帯電前の感光ドラム上の電位を表した図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ レーザビームスキャナ
４ 現像器
４ａ 現像スリーブ
ｔ 現像剤（トナー）
ｍ 帯電促進粒子
５ 転写ローラ
６ 定着装置
７ 帯電前露光装置
Ｐ 転写材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a laser beam printer, a facsimile machine, etc., to which electrophotography is applied.
[0002]
[Prior art]
Toner recycling process (cleanerless system).
[0003]
In the transfer type image forming apparatus, the transfer residual toner remaining on the photoconductor (image carrier) after the transfer is removed from the photoconductor surface by a cleaner (cleaning device) and becomes waste toner. It is desirable not to come out from the aspect. Therefore, the image forming apparatus of the toner recycling process is configured such that the cleaner is eliminated, and the transfer residual toner on the photosensitive member after transfer is removed from the photosensitive member by “development simultaneous cleaning” by the developing device and collected and reused in the developing device. Has also appeared.
[0004]
Simultaneous development cleaning means that the toner remaining on the photoconductor after the transfer is developed in the subsequent steps, that is, the photoconductor is continuously charged and exposed to form a latent image, and the latent image is developed. (A fog removal potential difference Vback which is a potential difference between the DC voltage applied to the developing device and the surface potential of the photosensitive member). According to this method, since the transfer residual toner is collected by the developing device and reused after the next step, waste toner can be eliminated and the running cost of printing can be increased. Further, the cleaner-less has a great space advantage, and the image forming apparatus can be greatly downsized.
[0005]
Therefore, in the charging device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-307454, even when a simple member such as a charging roller or a fur brush is used as the contact charging member in the contact charging, the charging is more excellent and stable for a long time. Thus, it has become possible to realize ozone-less direct injection charging with a simple configuration at a low applied voltage. In this configuration, conductive particles intervene on the contact surface between the contact charging member and the surface to be charged, and there is a difference in the relative speed between the surface of the contact charging member and the surface to be charged. Solved the problem caused by charging failure. Further, in JP-A-10-307455 and JP-A-10-307456, conductive particles for promoting charging are included in a developer, that is, supplied from a developing unit together with toner. With such an easy process and mechanical configuration, supply of conductive particles for promoting charging and a toner recycling process are realized.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the contact charging method, since the charging member is brought into contact with the member to be charged, the charging member easily picks up the deposit on the member to be charged and becomes dirty. Excessive contamination of the contact charging member causes charging unevenness and the like, thereby reducing charging performance. The object to be charged (image carrier) is charged by contact charging, and an electrostatic latent image corresponding to the target image information is formed on the charging surface of the object to be charged. In an image forming apparatus that forms a visible image as a toner image and executes image formation, as the image formation is increased, toner adheres to and is mixed into the contact charging member and accumulates. In particular, when the image forming apparatus is a cleanerless system apparatus that does not have a cleaning device that removes the transfer residual toner from the surface of the charged body after the toner image is transferred to the transfer material, the transfer residual toner on the charged body remains as it is. The contact charging member reaches the charging member and adheres to and mixes with the charging member.
[0007]
In the case of a cleaner-less system, the transfer residual toner is temporarily attached to the contact charging member. Therefore, the transfer residual toner is removed from the contact charging member by the potential on the photosensitive member before the contact charging member. Sometimes.
[0008]
This is because the residual toner that has reached the charging section is accumulated from the photosensitive drum once through the charging roller as it is on the charging roller or in the vicinity of the charging nip. The amount of toner accumulated in the vicinity of the charging nip easily accumulates residual toner having the same polarity as that of the charging roller (accumulated toner A) at the upstream side of the photosensitive drum in the charging nip, that is, the portion on the transfer roller side. It is. This is because the charging roller is in contact with the photosensitive drum and is rotated by a counter. This toner is accumulated during image formation, and if the discharge control is not performed, this accumulated toner is discharged during image formation. For example, when drawing black and halftones such as graphic patterns, exposure is performed. For example, when white is drawn, if the discharged toner cannot be collected by the developing device, an image failure such as fogging may occur.
[0009]
For this reason, it is essential to eliminate the accumulated toner A that causes such harmful effects.
[0010]
As a means for eliminating the accumulated toner A, it is known that the voltage applied to the charging roller is applied not only with a DC voltage but also with an AC voltage superimposed. When an alternating voltage is applied in a superimposed manner, the electrical polarity changes between the charging roller and the photosensitive drum in a short time. Therefore, the accumulated toner A is scattered by the electric force, making it easy to reach the photosensitive drum, and finally It can be collected by the developing unit.
[0011]
However, when a large alternating voltage is applied in the image area, the amount of accumulated toner A scattered on the photosensitive drum becomes large, so that there is a problem that the image cannot be collected by the developing device and an image defect such as fog occurs.
[0012]
In view of this, the present invention charges the object to be charged by contact charging, forms an electrostatic latent image corresponding to the target image information on the surface to be charged of the object to be charged, and develops the electrostatic latent image by developing means. For an image forming apparatus that visualizes a toner image and executes image formation, an AC voltage is superimposed on a DC voltage and an AC voltage in an image area is set to be higher than an AC voltage in a non-image area. The purpose of this is to maintain the good image formation over a long period of time by eliminating the accumulated toner A on the charged body and eliminating the occurrence of abnormal images due to toner adhesion to the charging member.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
(1) The image carrier is contact-charged by a charging unit, the image carrier is exposed by an image exposure unit to form an electrostatic latent image, and a developer is supplied to the electrostatic latent image formed on the image carrier. In the image forming apparatus, the image forming apparatus includes: a developing unit that simultaneously collects the developer remaining on the image carrier; and a transfer unit that transfers the image developed on the image carrier to a transfer material. The charging voltage during the image forming operation and the sheet-to-sheet operation is an AC voltage superimposed on the DC voltage, and the AC voltage peak-to-peak voltage during the image-forming apparatus operation is the AC voltage peak during the sheet-to-sheet operation. An image forming apparatus characterized in that the voltage is smaller than the inter-voltage.
[0014]
(2) The image forming apparatus according to (1), wherein the charging unit is moved in a direction opposite to the image carrier.
[0015]
(3) The charging means for charging the image carrier is a rotating member on a roller, and is a flexible charging member that forms a nip portion with the image carrier. (1) to (2) ).
[0016]
(4) The image forming apparatus according to any one of (1) to (3), wherein particles are present at least in a nip portion between the charging unit and the image carrier.
[0017]
(5) The volume resistivity of the particles is 10 12 The image forming apparatus according to (4), wherein the image forming apparatus is Ω · cm or less.
[0018]
(6) The volume resistivity of the particles is 10 10 The image forming apparatus according to (4), wherein the image forming apparatus is Ω · cm or less.
[0019]
(7) The developer of the developing means includes toner and the particles, and the charge promoting particles in the developer that adhere to the image carrier at the developing unit and remain on the image carrier after the transfer of the toner image to the recording medium. The image forming apparatus according to any one of (4) to (6), wherein the charge accelerating particles are supplied to a nip portion between the charging member and the image carrier by being carried.
[0020]
(Function)
In this cleanerless process, in order to eliminate the toner accumulated in the charging portion, it is necessary to “discharge the accumulated toner on the photosensitive drum little by little during the image forming operation and collect it in the developing device”.
[0021]
Therefore, by using the above configuration of the present invention, in the image area, a small alternating voltage is applied to the photosensitive drum by the charging device, and the toner adhering to the charging device is discharged little by little on the photosensitive drum and collected by the developing device. In the non-image area, a large amount of adhering toner can be discharged and collected by the developing device by applying an AC voltage larger than that in the image area.
[0022]
By adopting such a configuration and eliminating the accumulated toner A, a good image can be obtained in the cleaner-less process.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【Example】
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic structural model diagram of an example of an image recording apparatus according to the present invention.
[0024]
The image recording apparatus of this embodiment is a laser printer using a transfer type electrophotographic process, a contact charging system, and a toner recycling system.
[0025]
(1) Overall schematic configuration of printer
Reference numeral 1 denotes an image carrier. In this embodiment, a negative drum OPC photosensitive member (negative photosensitive member, hereinafter referred to as a photosensitive drum) of φ24 mm is used. The photosensitive drum 1 is rotationally driven in a clockwise direction indicated by an arrow at a constant speed of 85 mm / sec (= process speed PS, printing speed).
[0026]
Reference numeral 2 denotes a conductive elastic roller having a diameter of 18 mm (hereinafter referred to as a charging roller) as a contact charging member disposed in contact with the photosensitive drum 1 with a predetermined pressing force. n is a charging nip portion between the photosensitive drum 1 and the charging roller 2. The charging roller 2 holds (supports) conductive charge-promoting particles m (conductive particles for the purpose of charging promotion) on its outer peripheral surface, and a charging nip n between the photosensitive drum 1 and the charging roller 2. The charge promoting particles m are interposed in
[0027]
The charging roller 2 is driven to rotate in the reverse direction (counter) to the rotation direction of the photosensitive drum 1 in the charging nip portion n, and is rotated at a speed of about 80% with respect to the surface speed of the photosensitive drum. M is a drive source of the charging roller 2. A predetermined charging bias is applied to the charging roller 2 from the charging bias application power source S1 during image recording by the printer. As a result, the peripheral surface of the rotary photosensitive drum 1 is uniformly contact-charged to a predetermined polarity and potential by a direct charging (injection charging) method.
[0028]
In this embodiment, when the printer records an image, the cored bar 2a of the charging roller 2 is directly charged from the charging bias application power source S1.
[0029]
The charging roller 2, the charge accelerating particles m, and direct charging will be described in detail in another section. A laser beam scanner (exposure apparatus) 3 includes a laser diode, a polygon mirror, and the like. The laser beam scanner 3 outputs a laser beam whose intensity is modulated in accordance with the time-series electric digital pixel signal of the target image information, and scans and exposes the uniformly charged surface of the rotating photosensitive drum 1 with the laser beam. . By this scanning exposure L, an electrostatic latent image corresponding to target image information is formed on the surface of the rotary photosensitive drum 1.
[0030]
Reference numeral 4 denotes a developing device. To the developer t, charge promoting particles m are added. The electrostatic latent image on the surface of the rotary photosensitive drum 1 is reversely developed as a toner image at the development site a by the developing unit 4. The developing device 4 will be described in detail in another section.
[0031]
Reference numeral 5 denotes a medium resistance transfer roller as a contact transfer means, which is brought into pressure contact with the photosensitive drum 1 to form a transfer nip portion b. A transfer material P as a recording medium is fed to the transfer nip b from a paper feed unit (not shown) at a predetermined timing, and a predetermined transfer bias voltage is applied to the transfer roller 5 from a transfer bias application power source S3. Thus, the toner image on the photosensitive drum 1 side is sequentially transferred onto the surface of the transfer material P fed to the transfer nip b.
[0032]
The transfer material P introduced into the transfer nip portion b is nipped and conveyed by the transfer nip portion b, and the toner images formed and supported on the surface of the rotary photosensitive drum 1 on the surface side thereof are successively subjected to electrostatic force and pressing force. Will be transcribed.
[0033]
Reference numeral 6 denotes a fixing device such as a heat fixing method. The transfer material P that has been fed to the transfer nip b and has received the transfer of the toner image on the photosensitive drum 1 side is separated from the surface of the rotating photosensitive drum 1 and introduced into the fixing device 6 to receive the fixing of the toner image. It is discharged out of the apparatus as an image formed product (print, copy).
[0034]
The printer of this embodiment is cleanerless, and residual toner remaining on the surface of the rotating photosensitive drum 1 after the transfer of the toner image onto the transfer material P is not removed by a dedicated cleaner (cleaning device). Along with the rotation, it reaches the development site a via the charging nip n, and is collected and reused in the development unit 4 by simultaneous development cleaning.
[0035]
(2) Charging roller 2
The charging roller 2 as a flexible contact charging member in this embodiment is formed by forming a middle resistance layer 2b of rubber or foam on a core metal 2a.
[0036]
The middle resistance layer 2b is formulated with a resin (for example, urethane, EPDM), conductive particles (for example, carbon black), a sulfurizing agent, a foaming agent, and the like, and is formed in a roller shape on the core metal 2a. Thereafter, the surface was polished as necessary to prepare a charging roller 2 which is a conductive elastic roller having a diameter of about 18 mm and a longitudinal length of about 220 mm.
[0037]
The roller resistance of the charging roller 2 of this example was measured and found to be 100 kΩ. The roller resistance is measured by applying 100 V between the core metal 2a and the aluminum drum in a state where the charging roller 2 is pressure-bonded to a φ24 mm aluminum drum so that the total pressure of 1 kg is applied to the core 2a of the charging roller 2. did.
[0038]
Here, it is important that the charging roller 2 as a contact charging member functions as an electrode. In other words, it is necessary to provide a sufficient contact state with the member to be charged by providing elasticity, and at the same time to have a sufficiently low resistance to charge the moving member to be charged. On the other hand, it is necessary to prevent voltage leakage when a low-voltage defect site such as a pinhole is present in the member to be charged. When an electrophotographic photosensitive member is used as the member to be charged, a resistance of 10 ^ 4 to 10 ^ 7Ω is desirable in order to obtain sufficient chargeability and leakage resistance.
[0039]
It is desirable that the surface of the charging roller 2 has micro unevenness so that the charge accelerating particles m can be held.
[0040]
If the hardness of the charging roller 2 is too low, the shape is not stable, so that the contact with the member to be charged is deteriorated. If the hardness is too high, the charging nip n cannot be secured between the member and the member to be charged. Since the micro contact property to the surface of the member to be charged is deteriorated, the preferred Asker C hardness is 25 to 50 degrees.
[0041]
The material of the charging roller 2 is not limited to the elastic foam, and the material of the elastic body may be EPDM, urethane, NBR, silicone rubber, or the like such as carbon black or metal oxide for resistance adjustment to IR or the like. Examples thereof include a rubber material in which a conductive material is dispersed and a foamed material of these materials. It is also possible to adjust the resistance using an ion conductive material without dispersing the conductive substance.
[0042]
The charging roller 2 is disposed by being pressed against the photosensitive drum 1 as a member to be charged with a predetermined pressing force against elasticity, and in this embodiment, a charging nip portion n having a nip width of 2 to 3 mm is formed. is there.
[0043]
(3) Developer 4
The developing device 4 of this embodiment is a reversal developing device using a one-component magnetic toner (negative toner) as the developer t. In addition, since the image forming apparatus does not use waste toner cleaner, the developing device also performs simultaneous development cleaning for collecting the transfer residual toner in the developing device.
[0044]
To the developer t, charge promoting particles m are added.
[0045]
4a is a non-magnetic rotating developing sleeve as a developer carrying member enclosing a magnet roll 4b, and the developer t + m in the developing unit is layered by a regulating blade 4c in the process of being conveyed on the rotating developing sleeve 4a. Subject to regulation and charge. The developer coated on the rotating developing sleeve 4a is conveyed to a developing portion (developing region portion) a which is a facing portion between the photosensitive drum 1 and the sleeve 4a by the rotation of the sleeve 4a. A developing bias voltage is applied to the sleeve 4a from a developing bias applying power source S2. The development bias differs between the image area and the non-image area. Particularly in the non-image region, the peak-to-peak voltage value and frequency of the AC voltage are increased. In the non-image area, for the purpose of collecting the transfer residual toner, a reciprocating motion by an electric force between the photosensitive drum and the developing sleeve is positively performed to facilitate the collection to the developing sleeve side.
[0046]
In this embodiment, the developing bias voltage is the image area.
DC voltage: -350V
AC voltage: A peak-to-peak voltage of 900 V, a frequency of 1.8 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage.
[0047]
In non-image areas,
DC voltage: -350V
AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage.
[0048]
As a result, the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 side is reversely developed with the toner t, and the transfer residual toner is collected by the developing device.
[0049]
a) Toner t: A one-component magnetic toner t as a developer is prepared by mixing binder resin, magnetic particles, and charge control agent, and kneading, pulverizing, and classifying the toner t. It was created by adding a fluidizing agent or the like as an external additive. The weight average particle diameter (D4) of the toner was 7 μm.
[0050]
b) Charge Accelerating Particle m: In this example, tin oxide having a specific resistance of 10 6 Ω · cm and an average particle diameter of 3 μm was used as the charge accelerating particle m. Then, 1 part by weight of the charge accelerating particles m was added to 100 parts by weight of the classified toner t, and the particles were uniformly dispersed by a mixer and accommodated in the developing device 4.
[0051]
As the material of the charge accelerating particles m, various conductive particles such as conductive inorganic particles such as other metal oxides, mixtures with organic substances, or those obtained by subjecting them to surface treatment can be used.
[0052]
The particle resistance is 10 ^ 12 Ω · cm or less, and preferably 10 ^ 10 Ω · cm or less as the specific resistance in order to transfer charges through the particles.
[0053]
The resistance was measured by the tablet method and normalized. That is, about 0.5 g of a powder sample is put in a cylinder with a bottom area of 2.26 cm ^ 2, and a pressure of 15 kg is applied to the upper and lower electrodes, and at the same time a voltage of 100 V is applied to measure the resistance value, and then normalized. The specific resistance was calculated.
[0054]
The particle size is desirably 50 μm or less in order to obtain good charging uniformity. In the present invention, the particle diameter when the particles constitute an aggregate is defined as the average particle diameter as the aggregate. For the measurement of the particle size, 100 or more samples were extracted from observation with an optical or electron microscope, the volume particle size distribution was calculated with the maximum horizontal chord length, and the 50% average particle size was determined.
[0055]
There is no problem that the charge promoting particles exist not only in the state of primary particles but also in the state of aggregation of secondary particles. In any aggregate state, the form is not important as long as the function as the charge promoting particles can be realized as the aggregate.
[0056]
The charge accelerating particles are desirably white or nearly transparent so that they do not hinder the latent image exposure particularly when used for charging a photoreceptor, and are therefore preferably non-magnetic. Further, considering that the charge accelerating particles are partially transferred from the photoreceptor to the recording material P, it is preferable that the color recording is colorless or white. In order to prevent light scattering by particles during image exposure, the particle size is desirably equal to or smaller than the constituent pixel size.
[0057]
(4) Transfer roller 5
The transfer roller 5 includes a metal core 5a made of SUS, aluminum, or the like, and a volume resistance of 1 × 10 on the outer periphery thereof 5 ~ 1x10 12 For example, a structure in which carbon black is dispersed in EPDM or a medium resistance elastic rubber layer 5b such as NBR rubber is coated in a roller shape of about Ω · cm. Roller resistance is about 1 x 10 in an environment of 23 degrees 50% 8 With a constant speed of 85 mm / sec (= process speed PS, printing speed) in a state where the transfer roller 5 is pressure-bonded to an aluminum drum of φ24 mm so that a total pressure of about 6 N is applied to the core of the transfer roller E at Ω. While rotating, 2 kV was applied between the cored bar 5a and the aluminum drum, and measurement was performed. The outer diameter is about φ15, and the hardness is about 35 degrees when an ASKER-C hardness meter is used and 6N is applied. The bearing is pressed and supported by a spring material with a total load of 7 N so that both ends of the core metal can be rotated by the bearing and the transfer roller 5 is always in contact with the photosensitive drum 1. The transfer roller 5 is driven to rotate.
[0058]
(5) Direct charging
a) An appropriate amount of the charge accelerating particles m added to the developer t of the developing device 4 is transferred to the photosensitive drum 1 side together with the toner in the developing portion a when the developing device 4 develops the toner of the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 side. To do.
[0059]
The toner image on the photosensitive drum 1 is attracted and transferred to the transfer material P side by the influence of the transfer bias at the transfer nip portion b. However, the charge accelerating particles m on the photosensitive drum 1 are transferred because they are conductive. It does not move positively to the material P side, but remains substantially adhered and held on the photosensitive drum 1. In addition, the presence of the charge accelerating particles m that are substantially adhered and held on the surface of the photosensitive drum 1 has an effect of improving the transfer efficiency of the toner image from the photosensitive drum 1 side to the transfer material P side.
[0060]
In the cleaner-less printer, the residual transfer toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1 after transfer and the residual charge promoting particles m are transferred to the charging nip n of the photosensitive drum 1 and the charging roller 2 by the rotation of the photosensitive drum 1. When carried as it is, supply of the charge accelerating particles m to the charging nip n and adhesion / mixing to the charging roller 2 occur.
[0061]
Therefore, contact charging of the photosensitive drum 1 is performed in a state where the charge accelerating particles m exist in the charging nip portion n between the photosensitive drum 1 and the charging roller 2.
[0062]
b) Since the charge accelerating particles m are present in the charging nip n between the photosensitive drum 1 and the charging roller 2, the frictional effect of the particles m increases the frictional resistance. Even a charging roller that is difficult to hold and contact can be brought into contact with the surface of the photosensitive drum 1 without difficulty and with an effective speed difference. In addition, the charging roller 2 comes into close contact with the surface of the photosensitive drum 1 through the particles m and comes into contact with the surface of the photosensitive drum 1 at a higher frequency.
[0063]
By providing a speed difference between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1, the chance of the charge accelerating particles m contacting the photosensitive drum 1 at the nip portion between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 is remarkably increased, and high contactability is achieved. The charge accelerating particles m present in the nip portion between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 can rub the surface of the photosensitive drum 1 without any gap so that charges can be directly injected into the photosensitive drum 1. Contact charging of the photosensitive drum 1 by the roller 2 is dominated by direct charging (injection charging) due to the interposition of the charge accelerating particles m.
[0064]
As a configuration for providing a speed difference, the charging roller 2 is rotationally driven to provide a speed difference from the photosensitive drum 1. Preferably, in order to temporarily collect and level the transfer residual toner on the photosensitive drum 1 carried to the charging nip n on the charging roller 2, the charging roller 2 is driven to rotate. It is desirable to be configured to rotate in the direction opposite to the direction of movement of the surface. That is, it is possible to preferentially directly charge the toner by temporarily separating the transfer residual toner on the photosensitive drum 1 by reverse rotation.
[0065]
Therefore, high charging efficiency that cannot be obtained by conventional roller charging or the like can be obtained, and a charging potential almost equal to the voltage applied to the charging roller 2 can be applied to the photosensitive drum 1. Thus, even when the charging roller 2 is used as the contact charging member, a voltage equivalent to the charging potential required for the photosensitive drum 1 is sufficient as the bias applied to the charging roller 2 and stable and no discharge phenomenon is used. A safe contact charging method or apparatus can be realized.
[0066]
Further, since the charging roller 2 is in contact with the photosensitive drum 1 with a speed difference, the pattern of the transfer residual toner from the transfer nip portion b to the charging nip portion n is disturbed and broken, and the halftone image , The previous image pattern portion does not appear as a ghost.
[0067]
c) Even if the charge accelerating particles m drop off from the charging nip n or the charging roller 2 due to durability, the charging is included in the developer t of the developing device 4 as described above by operating the printer. The particles m move to the surface of the photosensitive drum 1 at the development site a, and are moved to the charging nip n through the transfer nip b by the movement of the surface of the photosensitive drum 1 and are continuously supplied to the charging nip n. Good chargeability due to the presence of the charge promoting particles m in the nip portion n is stably maintained over a long period of time.
[0068]
The charge accelerating particles dropped from the charging nip n and the charging roller 2 are collected by the developing device 4 at the development site a and mixed with the developer t for circulation.
[0069]
By carrying the charge accelerating particles m on the surface of the charging roller 2 in advance, the above direct charging performance can be exhibited without any trouble from the very beginning of use of the printer.
d) Since the printer is cleaner-free, the residual toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1 after transfer is carried as it is by moving the surface of the photosensitive drum 1 to the charging nip n of the photosensitive drum 1 and the charging roller 2. It adheres to and mixes with the charging roller 2.
[0070]
Since the conventional toner is an insulator, the adhesion and mixing of the transfer residual toner to the charging roller 2 is a factor that causes charging failure in charging the photosensitive drum.
[0071]
However, even in this case, since the charge accelerating particles m are present in the charging nip n between the photosensitive drum 1 and the charging roller 2, it is possible to maintain the close contact property and contact resistance of the charging roller 2 to the photosensitive drum 1. Regardless of contamination of the transfer roller 2 by the transfer residual toner, ozone-less direct charging can be stably maintained for a long time with a low applied voltage, and uniform chargeability can be provided.
[0072]
e) The transfer residual toner adhering to and mixed in the charging roller 2 is gradually discharged from the charging roller 2 onto the photosensitive drum 1 to reach the developing portion a along with the movement of the surface of the photosensitive drum 1. (Toner recycling). As described above, the simultaneous development cleaning is performed in the image forming process in which the toner remaining on the photoreceptor 1 after the transfer is continued, that is, the photoreceptor is continuously charged and exposed to form a latent image, and the latent image is developed. At this time, it is recovered by a fog removal bias Vback which is a fog removal bias of the developing device, that is, a potential difference between the DC voltage applied to the development device and the surface potential of the photosensitive member. In the case of reversal development as in the printer in this embodiment, this simultaneous development cleaning is performed by attaching toner from the dark portion potential of the photosensitive member to the developing sleeve and from the developing sleeve to the bright portion potential of the photosensitive member. This is done by the action of an electric field.
[0073]
f) If the amount of the charge accelerating particles in the charging nip n between the photosensitive drum 1 as the image carrier and the charging roller 2 as the contact charging member is too small, the lubricating effect by the particles cannot be obtained sufficiently. Since the friction between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 is large, it is difficult to drive the charging roller 2 to the photosensitive drum 1 with a speed difference. That is, the driving torque becomes excessive, and if the surface is rotated forcibly, the surfaces of the charging roller 2 and the photosensitive drum 1 are scraped. Furthermore, the effect of increasing the contact opportunity by the particles may not be obtained, and sufficient charging performance cannot be obtained. On the other hand, when the amount of the inclusion is too large, dropping of the charge accelerating particles from the charging roller 2 is remarkably increased, which adversely affects image formation. According to experiments, the amount of intervening is preferably 10 ^ 3 / mm ^ 2 or more. If it is lower than 10 ^ 3 / mm ^ 2, a sufficient lubrication effect and an effect of increasing the contact opportunity cannot be obtained, resulting in a decrease in charging performance.
[0074]
More desirably, the intervening amount is 10 ^ 3 to 5 * 10 ^ 5 / mm ^ 2. If it exceeds 5 × 10 ^ 5 / mm ^ 2, the dropout of the particles to the photoreceptor 1 is remarkably increased, and the exposure amount on the photosensitive drum 1 is insufficient regardless of the light transmittance of the particles themselves. Below 5 × 10 ^ 5 particles / mm ^ 2, the amount of dropped particles can be kept low and the adverse effect can be improved. When the abundance of particles dropped on the photosensitive drum 1 in the intervening amount range was measured, it was 10 ^ 2 to 10 ^ 5 particles / mm ^ 2. Therefore, the abundance having no harmful effect on image formation is 10 ^. 5 pieces / mm ^ 2 or less is desired. A method for measuring the intervening amount and the existing amount on the photosensitive drum 1 will be described. It is desirable that the amount of intervening is directly measured at the charging nip n between the charging roller 2 and the photosensitive drum 1, but most of the particles present on the photosensitive drum 1 before contacting the charging roller 2 move in the opposite direction while contacting. Therefore, in the present invention, the amount of particles on the surface of the charging roller 2 immediately before reaching the charging nip portion n is used as the intervening amount. Specifically, the rotation of the photosensitive drum 1 and the charging roller 2 is stopped in a state where no charging bias is applied, and the surface of the photosensitive drum 1 and the charging roller 2 is changed to a video microscope (OVM1000N manufactured by OLYMPUS) and a digital still recorder (manufactured by DELTIS). SR-3100). The charging roller 2 is in contact with the slide glass under the same conditions as the charging roller 2 is in contact with the photosensitive drum 1, and the contact surface of the charging roller 2 from the back surface of the slide glass is 10 or more with a 1000 × objective lens. I took a picture. In order to separate individual particles from the obtained digital image, binarization processing was performed with a certain threshold value, and the number of regions where particles were present was measured using desired image processing software. Further, the abundance on the photosensitive drum 1 was also measured by photographing the same on the photosensitive drum 1 with a similar video microscope. The amount of the intervening was adjusted by setting the blending amount of the charge accelerating particles m in the developer t of the developing device 4. Generally, the charge accelerating particles m are blended in an amount of 0.01 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of developer (toner).
[0075]
(6) Charging bias
Next, the charging bias according to the present invention will be described in detail.
[0076]
In this embodiment, in order to efficiently remove the transfer residual toner adhering to and mixed in the charging roller 2 as a contact charging member, which is a charging inhibiting factor, from the charging roller 2, in either the image area or the non-image area. The invention invented a bias for discharging toner adhering from the charging roller, thereby maintaining the contamination level of the transfer roller 2 due to the residual toner of the charging roller 2 at a low level, and maintaining good chargeability and image recording stably over a long period of time. .
[0077]
That is, as a voltage application mode for the charging roller 2 as a contact charging member, during image recording, a minute AC voltage is superimposed on a DC voltage to uniformly charge the photosensitive drum 1 as an image carrier. It has a roller cleaning mode in which a bias (image forming charging bias) for discharging toner adhering to the roller onto the photosensitive member and a voltage in which a DC voltage and an AC voltage (cleaning bias) are superimposed at the time of non-image formation are applied.
[0078]
a) Image forming charging bias
In this embodiment, when an image is formed by the printer, an AC power source is connected in series to the DC power source of the power source S1 by a sequence control circuit (not shown), so that the core metal 2a of the charging roller 2 is connected.
DC voltage: -500V
AC voltage: A peak-to-peak voltage of 50 V, a frequency of, for example, 850 Hz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0079]
By applying a DC voltage of −500 V of the power source S1 to the cored bar 2a of the charging roller 2 by a sequence control circuit (not shown), the surface of the rotary photosensitive drum 1 is directly charged to a voltage of about −500 V substantially equal to the applied DC voltage. Then, image formation is executed. At the same time, by superimposing a minute AC voltage, the toner adhered and accumulated on the charging roller is discharged onto the photosensitive drum.
[0080]
b) Cleaning bias (in roller cleaning mode)
In the present embodiment, the AC power source is connected in series with the DC power source of the power source S1 by a sequence control circuit (not shown) at the time of paper interval when the printer is not forming an image, whereby the core of the charging roller 2 is connected. 2a,
DC voltage: -550V
AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of, for example, 200 Hz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0081]
In the roller cleaning mode, the developing sleeve 4a of the developing device 4 has
DC voltage: -350V
AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage were applied.
[0082]
By maintaining these bias relationships, the toner accumulated on the charging roller 2 is developed on the photosensitive drum 1 (the toner on the charging roller 2 is discharged to the photosensitive drum 1 side), and the toner is further developed into the developing unit 4. The back contrast can be recovered.
[0083]
That is, the charging property can be maintained by efficiently removing the toner adhering to the charging roller, which becomes a charging inhibiting factor, during image formation and non-image formation.
[0084]
In this case, by supplying the charge accelerating particles m to the charging roller 2, the toner releasability from the top of the charging roller 2 is improved, that is, the releasability is increased. The discharge of the toner to the photosensitive drum 1 side is promoted, the charging roller 2 contaminated with the toner is efficiently cleaned, and the ozone-less direct charging and the toner recycling system can be executed without any problem with a low applied voltage, thereby obtaining a high-quality image. It is possible to maintain the formation for a long period of time and to maintain the high-quality image formation for a long period of time even after outputting an image with a high image ratio.
[0085]
In the roller cleaning mode, the cleaning bias applied to the charging roller 2 is desirably set so that the difference between the photosensitive drum potential and the charging roller potential on the downstream side of the charging nip n in the photosensitive drum moving direction is large. Bias setting is more appropriate.
[0086]
In the charging method using direct charging as in this embodiment, a potential approximately equal to the potential applied to the charging roller 2 that is a contact charging member is applied to the surface of the photosensitive drum 1 that is a member to be charged. A potential difference is unlikely to occur between the drums 1. Naturally, it is necessary to uniformly charge the surface of the photosensitive drum during image recording, but it is necessary to apply an AC bias (cleaning bias) to generate a potential difference in a roller cleaning mode including non-image recording. Accordingly, it is desirable to select a cleaning bias so that a potential difference is generated between the inside of the charging nip n and the downstream side in the photosensitive drum moving direction.
[0087]
Next, shading and fogging caused by the cleanerless process will be described.
[0088]
FIG. 2 is a schematic diagram of image damage due to light shielding and fogging caused by the cleanerless process. This is mainly an image defect that occurs in a belt shape after the second sheet during continuous paper feeding. The generation mechanism will be described below.
[0089]
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the mechanism of image defect occurrence. Since this is a cleanerless process, the untransferred toner remaining on the photosensitive drum after transfer reaches the charging roller 2 and is transferred and accumulated on the charging roller rotating in the direction opposite to the photosensitive drum rotation direction. . For example, when a pattern with a high printing rate (for example, solid black, 1d / 1s, etc.) is taken, the amount of toner remaining after transfer increases, and the toner that cannot completely transfer onto the charging roller is transferred from the photosensitive drum to the charging roller. Accumulate in the area A near the nip exit in the rotational direction of the roller. The accumulated toner is the accumulated toner A described above, and is held on the surface of the photosensitive drum by the force F by the electric field E generated by the electric potential relationship between the photosensitive drum and the charging roller. As a result, the accumulated amount increases or is discharged onto the charging roller. For example, if there is a potential step that makes the electric field weaker than the previous potential history, the accumulated residual toner A is discharged and discharged to the photosensitive drum via the charging roller. If the discharged toner is in an exposure region, exposure by a laser or the like is hindered, and a latent image to be formed cannot be formed, and white spots called light shielding occur. If it is a solid white portion outside the exposure area, the exposure is not hindered, but the amount that cannot be recovered by development reaches the transfer nip and appears as a fog on the image. The image defects as described above are the causes of the image defects that occur in the belt shape shown in FIG.
[0090]
Next, a description will be given of the occurrence position of an image defect that occurs in a belt-like manner, involving paper passing history such as charging, exposure, development, and transfer during continuous paper passing. The surface potential of the photosensitive drum will be described below. The surface potential on the photosensitive drum described below was measured using a MODEL 344 surface potential meter manufactured by TREK.
[0091]
In FIG. 4, a horizontal line of 1d / 1S (600 dpi) is drawn in the present configuration, and the potential on the photosensitive drum after transfer when continuous paper passing is shown. As shown in the figure, during the image formation, it becomes higher than the charged potential (−500 V) due to the influence of charging, exposure, and transfer. In the case of this image, it was about −150 V during image formation (potential contrast with charged potential was 350 V). Although not shown, when it is black, it is about -50V (potential contrast with charging potential 450V), and when it is solid white, it becomes about -450V (potential contrast with charging potential 50V).
[0092]
Further, in the non-image forming area, the image exposure is turned off to lower the photosensitive drum potential, and the transfer bias is weakened to prevent memory due to the transfer bias to the photosensitive drum. It was about 500 V (potential contrast with charging potential 0 V), or about −550 V (potential contrast with charging potential −50 V) in the charging roller cleaning mode.
[0093]
In the paper passing history, the portion where the potential contrast with the charged potential is the smallest is the non-image forming region portion. When this portion reaches the charging portion, the potential contrast becomes extremely small, the accumulated toner A is transferred onto the charging roller, and after the charging roller has made one turn, it is discharged onto the photosensitive drum. Therefore, the influence of the accumulated toner A occurs on the second and subsequent sheets during continuous paper feeding as shown in FIG. 2, and the position is also one round of the photosensitive drum + one round of the charging roller (drum from the region where the potential contrast is low. Occurs after (up conversion distance).
[0094]
The circumference of the photosensitive drum in this configuration is about 75 mm because the diameter of the photosensitive drum is φ24, and the circumference of the charging roller (φ18) is about 80% with respect to the photosensitive drum. In terms of the distance traveled by the drum while the charging roller makes one round, the distance is about 70 mm. For this reason, one rotation of the photosensitive drum + one rotation of the charging roller (equivalent distance on the drum) is about 145 mm.
[0095]
Next, consider a case where the print pattern is different in one sheet, such as a graphic pattern. The graphic pattern has a solid black portion, a halftone portion, and a white portion in one page. In other words, as described above, since the exposure amount is different in one page, a portion having a large potential contrast or a small portion. Since a portion is generated, light shielding and fogging are generated behind the position of about 145 mm from the portion where the potential contrast in one page is small.
[0096]
Therefore, in the present invention, in any pattern, in order to take measures against light shielding and fogging, in an image area and a non-image area, control is performed to prevent light shielding and fogging by superimposing AC on a charging bias DC. It is characterized by.
[0097]
Using the above configuration, an experiment for confirming the effects of shading and fogging was performed.
[0098]
As a comparative example, (Comparative Example 1) control that does not superimpose the charging voltage weak AC in the image region, and (Comparative Example 2) control that superimposes the AC voltage having the same peak-to-peak voltage in the image region and the non-image region.
[0099]
<Conditions>
(Comparative Example 1)
Image area
Charging DC voltage: -500V No AC voltage superposition.
[0100]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 900 V, a frequency of 1.8 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0101]
Non-image area
Charging DC voltage: -550V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of 200 Hz, and a rectangular superimposed voltage are applied.
[0102]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0103]
(Comparative Example 2)
Image area
Charging DC voltage: -500V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of 850 Hz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0104]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 900 V, a frequency of 1.8 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0105]
Non-image area
Charging DC voltage: -550V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of 200 Hz, and a rectangular superimposed voltage are applied.
[0106]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0107]
<Result>
[0108]
[Table 1]
[0109]
Table 1 Relationship between image area AC overlay application method and image effects
From Table 1, neither light shielding nor fogging occurred in the examples.
[0110]
This is because in the image area, the toner that is likely to adhere and accumulate in the vicinity of the charging roller by applying weak AC is scattered and discharged on the photosensitive drum in minute amounts, and in the non-image area, the AC is larger than the image area. Since the toner is superimposed, the toner that is about to accumulate is discharged at a stroke. Since all of the discharged toner is collected by the developing device, a large amount of discharged toner does not occur in the image area of the accumulated toner when the potential difference between the charging roller and the photosensitive drum is reduced as described above. There is no shading or fogging at the region specific position.
[0111]
In Comparative Example 1, both light shielding and fogging occurred clearly at the tip positions of 70 mm to 145 mm. This occurs at the specific position because a large amount of toner deposited and accumulated in the image area by the charging roller is generated at this position.
[0112]
In Comparative Example 2, both light shielding and fogging occurred over the entire image area. This is because, in the image area, the same size AC as in the non-image area is superimposed, so that the amount of discharge onto the photosensitive drum is large, so that the toner that appears as light shielding and cannot be collected by the developing device remains and is fogged. Will appear.
[0113]
In other words, the toner that is likely to accumulate on the charging roller in small amounts in the image area is discharged, and the toner that has accumulated in a large amount is discharged in the non-image area, thereby preventing shading and fogging in the image area and providing a high-quality image. It becomes possible to do.
[0114]
In this embodiment, the AC voltage peak-to-peak voltage in the image region is 50 V, and the peak-to-peak voltage in the non-image region is 100 V. However, the present invention is not limited to this as long as the same effect can be obtained. Of course, the present invention is not limited to this as long as similar effects such as a developing voltage can be obtained.
[0115]
(Second embodiment)
Since this embodiment is characterized in that the charging bias during the image forming operation of the first embodiment is changed in accordance with the number of durable sheets, detailed description regarding the same control and configuration as in the first embodiment is omitted. .
[0116]
If the charging roller accumulated toner is discharged in the image area and the non-image area as in the first embodiment, the light shielding phenomenon that occurs at the positions of 70 mm to 145 mm of the leading edge after the next page caused by fogging or the photosensitive drum potential difference occurs. However, it is known that as the number of printed sheets increases, a small amount of toner remaining on the charging roller portion accumulates, and as the number of sheets increases, fogging and shading occur slightly.
[0117]
Therefore, in this embodiment, a control for changing the charging bias in the image area according to the number of printed sheets was subjected to a 5000 sheet durability test. As a comparative example, a charge bias invariant control was used.
[0118]
<Conditions>
(Example 2)
Image area (initial ~ 3000 sheets)
Charging DC voltage: -500V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 50 V, a frequency of, for example, 850 Hz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0119]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 900 V, a frequency of 1.8 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0120]
Non-image area (initial ~ 3000 sheets)
Charging DC voltage: -550V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of 200 Hz, and a rectangular superimposed voltage are applied.
[0121]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0122]
Image area (3001-5000 sheets)
Charging DC voltage: -500V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 70 V, a frequency of, for example, 850 Hz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0123]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 900 V, a frequency of 1.8 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0124]
Non-image area (3001-5000 sheets)
Charging DC voltage: -550V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of 200 Hz, and a rectangular superimposed voltage are applied.
[0125]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0126]
(Comparative Example 3)
Image area (initial-5000)
Charging DC voltage: -500V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 50 V, a frequency of, for example, 850 Hz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0127]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 900 V, a frequency of 1.8 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0128]
Non-image area (initial-5000 sheets)
Charging DC voltage: -550V
Charging AC voltage: A peak-to-peak voltage of 100 V, a frequency of 200 Hz, and a rectangular superimposed voltage are applied.
[0129]
Development DC voltage: -350V
Development AC voltage: A peak-to-peak voltage of 1200 V, a frequency of 2.5 kHz, and a rectangular wave superimposed voltage are applied.
[0130]
[Table 2]
[0131]
Table 2 Occurrence of shading and fogging due to durability
From the results of Table 2, with respect to Example 2, no light shielding or fogging occurred at any number of times. This is not caused by increasing the discharge amount in the image area after the endurance of 3001 sheets of toner accumulated in minute amounts on the charging roller. In addition, since the voltage between 3001 sheets and beyond, the voltage between the peaks of the charging AC in the image area is only increased by 20V, there is no occurrence of light shielding and fogging on the entire surface of the image. In Comparative Example 3, both halftone shading and solid white fog occurred slightly after 4000 sheets.
[0132]
This is because, when the number of durable sheets is increased, toner is accumulated on the charging roller by a minute amount, and the amount of the toner is discharged at the potential step of the photosensitive drum and appears on the image.
[0133]
That is, as the number of durable sheets increases, if the amount of toner discharged from the charging roller in the image area is discharged little by little, a high-quality image can be obtained regardless of the number of durable sheets.
[0134]
In this embodiment, the peak voltage of the AC voltage in the image area is set to 70 V after 3001 sheets. However, the present invention is not limited to this as long as the same effect can be obtained. Of course, the present invention is not limited to this as long as similar effects such as development voltage can be obtained.
[0135]
【The invention's effect】
As in the present invention, in the cleanerless process, in the image area, a small alternating voltage is applied to the photosensitive drum by the charging device to discharge the toner adhering to the charging device little by little, and in the non-image area. By applying an alternating voltage larger than the image area, it is possible to discharge a large amount of attached toner and prevent the accumulated toner from falling off the charging member, so that image defects such as light shielding and fogging can be prevented. It has become possible to provide high-quality images over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an electrophotographic process of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a problem to be solved by the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a problem to be solved by the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a potential on a photosensitive drum after transfer.
FIG. 5 is a diagram illustrating a potential on a photosensitive drum before charging.
[Explanation of symbols]
1 Photosensitive drum
2 Charging roller
3 Laser beam scanner
4 Developer
4a Development sleeve
t Developer (toner)
m Charge accelerating particles
5 Transfer roller
6 Fixing device
7 Pre-charge exposure equipment
P transfer material
