JP2006259198A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電装置を汚染することなく現像装置による残留トナーの回収性を向上させた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】画像形成装置は，静電潜像を担持する感光体ドラム２を有している。また，感光体ドラム２の周囲には，その回転方向に沿って，帯電装置３，帯電後荷電制御部材７，現像器４，転写装置５，帯電前荷電制御部材６が順次配置されている。帯電前荷電制御部材６は，残留トナーの極性の均一化と残留トナーの一部の回収とを行うものであり，現像トナーと同極性のバイアスが印加される。帯電後荷電制御部材７は，残留トナーの帯電量を低減させるものであり，感光体ドラム２の表面電位を乱さない程度のバイアスが印加される。
【選択図】 図２

Description

本発明は，電子写真方式にて画像を形成する画像形成装置に関する。さらに詳細には，転写後の像担持体上に残余する現像剤（以下，「残留トナー」とする）を現像装置にて回収し，現像剤として再利用する画像形成装置に関するものである。

従来から，電子写真方式の画像形成装置では，廃トナーの低減や装置のコンパクト化等を目的として，現像装置にて現像とクリーニングとを併せて行う方式（以下，「現像同時クリーニング方式」とする）のものが実用化されている（例えば，特許文献１）。この現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，像担持体上の残留トナーを現像装置にて回収する。

この現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，残留トナーの帯電量の調整が重要となる。すなわち，残留トナーには，転写の履歴を受けたものや，カブリトナー等の逆極性のトナーも多く含まれる。そして，逆極性の残留トナーや帯電量が低い残留トナーをそのまま帯電部に送ると，帯電装置が残留トナーを回収してしまう。そのため，帯電装置が汚染される。特に，ローラ型等の接触帯電装置の場合，帯電装置が汚染され易い。

そこで，現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，残留トナーの付着量および荷電量の調整を行うために荷電制御部材が設けられている。この荷電制御部材は，画像形成プロセス中，転写部から帯電部までの間に位置し，所定のバイアスを印加することにより，転写部で転写されなかった残留トナーの電荷（極性）を均一にしている。すなわち，残留トナーに含まれる逆極性のトナーを正規極性にシフトさせ，帯電装置での回収を回避している。
特許第３１１３８０３号公報

しかしながら，前記した従来の画像形成装置には，次のような問題があった。すなわち，残留トナーへの電荷の付与は，荷電制御部材だけでなく帯電装置でも行われる。つまり，像担持体の帯電に伴って残留トナーにも電荷が付与される。そのため，帯電装置を通過した後の残留トナーの帯電量は，正規極性側に高くなる。そして，その帯電量は帯電部材への印加バイアスに依存する。そのため，帯電部の出口では，残留トナーの帯電量がかなり高い。よって，残留トナーと像担持体との鏡像力が強くなり，現像装置での回収ができなくなるおそれがある。そして，その未回収の残留トナーが再転写されると，画像不良となる。

また，帯電装置通過後の残留トナーの帯電量を抑制するために，帯電装置への印加バイアスを低くすることが考えられる。しかし，帯電装置への印加バイアスを低くすると，像担持体の表面電位が所望の値とならなくなる。そのため，帯電装置への印加バイアスを低くするには制約がある。また，荷電制御部材の印加バイアスを低くすることも考えられる。しかし，荷電制御部材への印加バイアスを低くすると，帯電装置がトナーで汚染されてしまう。そのため，帯電装置への突入前における残留トナーの帯電量をできるだけ高くする必要がある。

つまり，帯電装置通過前の残留トナーの帯電量が低すぎると帯電装置が汚染される。そのため，荷電制御部材の印加バイアスは，ある程度以上に高く設定する必要がある。しかし，残留トナーの帯電量が高すぎると帯電装置通過後の現像装置での回収が困難になる。すなわち，帯電装置の汚染の問題と現像装置の回収性の問題とがトレードオフの関係にあり，両立させることができない。

本発明は，前記した従来の画像形成装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，帯電装置を汚染することなく現像装置による残留トナーの回収性を向上させた画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた画像形成装置は，トナー像を担持する像担持体と，像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と，像担持体上にトナーを付与する機能および像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置であって，帯電部材よりも下流でかつ現像部材よりも上流に位置し，像担持体上のトナーの帯電量を制御する荷電制御部材を有することを特徴としている。

本発明の画像形成装置は，現像部材にて，像担持体上へのトナーの付与と像担持体上のトナーの回収とを同時に行うことができる現像同時クリーニング方式の画像形成装置である。そして，帯電部材と現像部材との間に，像担持体上のトナーの帯電量を制御する荷電制御部材を配置している。この荷電制御部材により，帯電部材によって高くなった残留トナーの帯電量を減少させる。従って，残留トナーと像担持体との鏡像力が弱くなり，現像部材での回収が容易となる。

また，荷電制御部材への印加バイアス値は，次の条件（１）および条件（２）を満たすこととする。
｜Ｖ_MAX −Ｖｏ｜＜｜Ｖ_th｜ （１）
｜Ｖ_MIN −Ｖｏ｜＜｜Ｖ_th｜ （２）
条件（１）および条件（２）中，Ｖ_MAX は荷電制御部材への印加バイアスの最大値を，Ｖ_MIN は荷電制御部材への印加バイアスの最小値を，Ｖｏは帯電部材通過後の像担持体の表面電位を，Ｖ_thは荷電制御部材の放電開始電圧を，それぞれ意味する。これらの条件を満たすことにより，荷電制御部材の放電を抑制できる。そのため，帯電部材通過後の像担持体の表面電位を乱すことなく残留トナーの帯電量を制御することができる。

また，荷電制御部材は，露光位置よりも上流に位置することとするとよりよい。このように配置することで，荷電制御部材の荷電制御に起因する静電潜像の乱れを抑制することができ，より良質の画像を得ることができる。

また，本発明の画像形成装置は，帯電部材よりも上流でかつ転写位置よりも下流に位置し，像担持体の表面に電荷を付与する第２荷電制御部材を有し，その第２荷電制御部材には，帯電部材と同極性のバイアスが印加されることとするとよりよい。すなわち，帯電部材による帯電前に，第２荷電制御部材により像担持体に存在する逆極性の残留トナーを正規極性にシフトする。また，第２荷電制御部材による電荷の付与が予備帯電となり，帯電部材への突入前における残留トナーの帯電量を高くすることができる。よって，帯電部材による残留トナーの回収を抑制し，帯電部材の汚染が回避できる。

本発明によれば，帯電装置通過後の荷電制御部材により，残留トナーの帯電量を制御している。すなわち，残留トナーの帯電量を減少させている。そのため，現像装置によるトナーの回収が容易である。また，帯電装置通過前の第２荷電制御部材により残留トナーの帯電量を増加させている。そのため，帯電装置によるトナーの回収が回避できる。よって，帯電装置を汚染することなく現像装置による残留トナーの回収性を向上させた画像形成装置が実現している。

以下，本発明にかかる画像形成装置を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，タンデム型のカラープリンタに本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置は，タンデム方式のフルカラープリンタであり，図１に示すように並列に配置された４つの画像形成ユニットを有するものである。具体的に，本形態のカラープリンタ１００は，４色の画像形成ユニット１Ｋ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙを有している。また，その他に中間転写ベルト８，２次転写ローラ９，クリーニングブレード１０等を有している。各画像形成ユニットは，中間転写ベルト８上に各色の画像を形成するものである。各画像形成ユニットは，画像形成ユニット１Ｋがブラック（Ｋ），画像形成ユニット１Ｃがシアン（Ｃ），画像形成ユニット１Ｍがマゼンタ（Ｍ），画像形成ユニット１Ｙがイエロー（Ｙ）の各色に対応している。なお，各画像形成ユニットの配置は上記の順序に限定されるものではない。

また，画像形成ユニット１Ｋは，図２に示すように静電潜像を担持する感光体ドラム２を有している。感光体ドラム２は，図２中の矢印方向に一定の速度で回転するようになっている。また，感光体ドラム２の周囲には，その回転方向に沿って，帯電装置３，帯電後荷電制御部材７，現像器４，転写装置５，帯電前荷電制御部材６が順次配置されている。なお，帯電後荷電制御部材７と現像器４との間には，潜像が形成される露光部が設けられている。その他の画像形成ユニットについても同様の構成となっている。

帯電装置３は，感光体ドラム２の表面を均一に帯電させるものである。帯電装置３としては，コロナ放電により帯電させる非接触型のコロナ帯電装置の他，導電性の接触帯電部材を感光体ドラム２の表面に接触させて帯電させる接触型の帯電装置が適用可能である。接触型の帯電装置としては，ローラ型，ブレード型，ブラシ型，シート型など各種のものがある。

また，本形態では，帯電装置３に対して−１１００Ｖの直流電圧が印加される。このとき，帯電装置３を通過した直後の感光体ドラム２の表面電位は−５００Ｖに設定される。なお，本形態では，帯電装置３に直流電圧が供給されるがこれに限るものではない。すなわち，印加バイアスは，感光体ドラム２の表面電位を所定の値に設定できるものであればどのようなものであってもよい。例えば，直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧であってもよい。また，パルス電圧，矩形波電圧，その他の波形の電圧でもよい。また，感光体ドラム２の表面電位は，マイナス側に限るものではなく，プラス側であってもよい。

現像器４は，潜像上にトナーを付与する機能に加え，トナーを回収する機能を有している。すなわち，静電潜像の白地部については感光体ドラム上の残留トナーを回収し，それ以外の部分についてはトナータンク内のトナーを付与する。現像器４としては，接触型であっても非接触型であってもよい。また，現像方式は，トナーとキャリアとからなる二成分現像方式であっても，キャリアを含まない一成分現像方式であってもよい。また，本形態では，マイナス帯電トナーを使用するが，トナー像の現像が可能であれば，プラス帯電トナーであってもよい。

荷電制御部材（帯電前荷電制御部材６，帯電後荷電制御部材７）は，残留トナーの帯電量の調整および付着量の調節を行うためのものである。荷電制御部材としては，帯電装置と同様の部材が適用可能である。例えば，図３に示すように，ローラ状の部材７を固定して配置してもよい。また，図４に示すように，ローラ状の部材７を回転させてもよい。その際，回転方向，回転速度は調整可能であるとするとよりよい。また，図５に示すように，シート状の部材７であってもよい。シート部材の材質としては，トナーによる汚れを防止する観点から，表面にトナーが付着し難い部材が好ましい。例えば，導電性フッ素樹脂シートが適用可能である。また，摩擦帯電により電荷を付与するため，トナーの荷電方向と帯電方向とが同じであることが望ましい。また，図６に示すように，押し当て部材７１を配してもよい。すなわち，押し当て部材７１を介してシート状の部材７の裏側から圧力をかけ，シート状の部材７を感光体ドラム２の表面に押し当てるようにしてもよい。

荷電制御部材としては，この他，図７に示すようなブレード型の部材７，図８に示すようなブラシ型の部材７など各種のものがある。ブラシ型の場合には，勿論，ブラシロールを回転させても固定してもよい。

具体的に，帯電前荷電制御部材６は，残留トナーの極性の均一化と残留トナーの一部の回収とを行うものである。そして，帯電前荷電制御部材６には，現像トナーと同極性のバイアス（本形態では負極性のＡＣバイアス）が印加される。なお，印加バイアスは，交流電圧の他，直流電圧であってもよい。また，直流電圧をスイッチングした矩形波電圧，パルス電圧その他の波形の電圧でもよい。また，単に接地するだけでもよい。また，帯電前荷電制御部材６は，残留トナーに限らず感光体ドラム２の表面にも電荷を付与することから，帯電装置４による主帯電前の予備帯電としての機能も有する。

また，帯電後荷電制御部材７は，残留トナーの帯電量を低減させるものである。そして，帯電後荷電制御部材７には，感光体ドラム２の表面電位を乱さない程度のバイアス（本形態ではＤＣ−５００Ｖ）が印加される。すなわち，帯電後荷電制御部材７では，感光体ドラム２との間での放電を起こさせないようにする必要がある。そのため，印加バイアスを次の条件（Ａ）および条件（Ｂ）を満たすような値とする。
｜Ｖ_MAX −Ｖｏ｜＜｜Ｖ_th｜ （Ａ）
｜Ｖ_MIN −Ｖｏ｜＜｜Ｖ_th｜ （Ｂ）
上記条件中，Ｖ_MAX は帯電後荷電制御部材７への印加バイアスの最大値を，Ｖ_MIN は帯電後荷電制御部材７への印加バイアスの最小値を，Ｖｏは帯電装置３通過後の感光体ドラム２の表面電位を，Ｖ_thは帯電後荷電制御部材７の放電開始電圧を，それぞれ意味する。なお，印加バイアスは，直流電圧の他，直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧であってもよい。また，直流電圧をスイッチングした矩形波電圧，パルス電圧その他の波形の電圧でもよい。また，単に接地するだけでもよい。

なお，トナーの回収による汚れを防止するためには，トナーと同極性のバイアスを印加することが好ましい。

続いて，本形態のカラープリンタ１００にて画像を形成する場合の動作について説明する。まず，帯電装置３の負極性バイアスにより，感光体ドラム２の表面が所定の電位に帯電される。次に，露光部にて１ページ目の潜像が形成される。露光手段としては，静電潜像を形成可能なものであればよく，例えばレーザ露光が適用可能である。

なお，露光部の前に帯電後荷電制御部材７を通過するが，帯電後荷電制御部材７の印加バイアスは感光体ドラム２の表面電位を乱さない程度であることから，露光への影響はない。また，帯電後荷電制御部７は，露光部よりも前に位置することから，静電潜像への影響はない。

次に，現像器４により，負極性のトナーによる現像が行われ，感光体ドラム２上に１ページ目のトナー像が形成される。次に，転写装置５により，１ページ目のトナー像が中間転写ベルト８上に転写される。すなわち，感光体ドラム２上のトナーは，転写装置５の正極性バイアスにより中間転写ベルト８に転写される。このとき，一部のトナーは，転写されずに感光体ドラム２上に残留し残留トナーとなる。さらに，残留トナーの一部は，正極性にシフトしている。

次に，帯電前荷電制御部材６により，正極性の残留トナーの帯電極性が負極性にシフトされる。また，感光体ドラム２の表面も負極性に帯電される。これにより，残留トナーの帯電量が高くなり，帯電装置３への残留トナーの付着が抑制される。その後，再び帯電装置３により感光体ドラム２の表面が帯電される。このとき，残留トナーも同時に帯電され，残留トナーの帯電量は一段と高くなる。

次に，帯電後荷電制御部材７により，残留トナーの帯電量が減少する。これにより，残留トナーと感光体ドラム２との鏡像力が弱くなり，現像器４での回収が容易となる。なお，帯電後荷電制御部材７の印加バイアスは感光体ドラム２の表面電位を乱さない程度であることから，露光への影響はない。次に，露光部で２ページ目の静電潜像が形成される。次に，現像器４にて，現像と残留トナーの回収とが同時に行われる。すなわち，残留トナーのうち，白地部に存在するものは現像器４に回収され，それ以外の部分に存在するものはトナー像となって再度転写される。

このような動作を画像形成ユニットごとに繰り返し，中間転写ベルト８上にそれぞれの色のトナー画像を重ねる。そして，４色のトナー像が重ね合わせられることにより，中間転写ベルト８上にカラー画像が形成される。このカラー画像が２次転写ローラ９にて記録紙に転写される。そして，その記録紙が定着装置を介して排出トレイに出力される。

続いて，帯電装置による感光体ドラムの帯電後であって荷電制御部材を通過する前後の，残留トナーの帯電量についての測定結果を説明する。本実験では，ローラ型（図３参照）の荷電制御部材と，シート型（図６参照）の荷電制御部材とを被検体とする。

図９は，荷電制御部材への印加バイアスＶ_C を，感光体ドラムの表面電位Ｖ₀ と同電位にしたときの測定結果を示している。本実験により，荷電制御部材を通過する前の帯電量に関わらず，荷電制御部材を通過した後の帯電量の絶対値が減少したことがわかる。また，ローラ型であってもシート型であっても減少したことがわかる。

図１０は，荷電制御部材を通過する前の帯電量を固定（帯電量：−５０μＣ／ｇ）し，荷電制御部材に所定のＤＣバイアスを印加したときの，荷電制御部材を通過した後の帯電量の減少量の測定結果を示している。本実験により，印加バイアスＶ_C と感光体ドラムの表面電位Ｖ₀ との差が放電開始電圧Ｖ_th（本形態では±５００Ｖ）よりも小さければ，その差の大きさに関わらず，荷電制御部材を通過した後の帯電量が減少したことがわかる。また，ローラ型であってもシート型であっても減少したことがわかる。

すなわち，本実験により，帯電後荷電制御部材７によって残留トナーの帯電量を低減することが可能であることがわかる。なお，本実験の範囲で感光体ドラム上の表面電位を測定したが，荷電制御部材の通過前後において感光体ドラムの表面電位の乱れは生じていなかった。

以上詳細に説明したように本形態のカラープリンタ１００は，現像同時クリーニング方式の画像形成装置であって，帯電装置３と現像装置４との間に帯電後荷電制御部材７を設けることとしている。これにより，帯電装置３を通過した後の残留トナーの帯電量を減らすことができている。よって，残留トナーと感光体ドラム２との鏡像力が弱くなり，現像装置４での回収が容易となる。

また，転写装置５と帯電装置３との間に帯電前荷電制御部材６を設けることとしている。これにより，帯電装置３を通過する前の残留トナーの帯電量を増やすことができている。よって，帯電装置３による残留トナーの回収を低減することができ，帯電装置３の汚染が抑制される。従って，帯電装置を汚染することなく現像装置による残留トナーの回収性を向上させた画像形成装置が実現している。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，実施の形態のカラープリンタでは，現像器にてトナーの付与および回収を行うことができる，いわゆる現像同時クリーニング方式のものであるがこれに限るものではない。すなわち，クリーナを有しているタイプのものでも適用可能である。

また，画像形成装置としては，プリンタ，複写機，スキャナ，ＦＡＸ等であって電子写真方式にて画像を形成するものであれば適用可能である。また，カラー画像を形成するものであってもモノクロ画像専用のものであってもよい。また，タンデム方式であっても４サイクル方式であってもよい。

実施の形態に係るカラープリンタの構成を示す概略図である。 実施の形態に係る画像形成ユニットの構成を示す概略図である。 荷電量制御部材の構成例を示す図（その１：ローラ状）である。 荷電量制御部材の構成例を示す図（その２：ローラ状）である。 荷電量制御部材の構成例を示す図（その３：シート状）である。 荷電量制御部材の構成例を示す図（その４：シート状）である。 荷電量制御部材の構成例を示す図（その５：ブラシ状）である。 荷電量制御部材の構成例を示す図（その６：ブレード状）である。 帯電後荷電制御部材通過後の帯電量を示すグラフである。 帯電後荷電制御部材通過後の帯電量の変化を示すグラフである。

符号の説明

１Ｋ 画像形成ユニット
２ 感光体ドラム（像担持体）
３ 帯電装置（帯電部材）
４ 現像装置（現像部材）
５ 転写装置
６ 帯電前荷電制御部材（第２荷電制御部材）
７ 帯電後荷電制御部材（荷電制御部材）
８ 中間転写ベルト
１００ カラープリンタ（画像形成装置）

Claims (4)

1. トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と，前記像担持体上にトナーを付与する機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材とを有する画像形成装置において，
   前記帯電部材よりも下流でかつ前記現像部材よりも上流に位置し，前記像担持体上のトナーの帯電量を制御する荷電制御部材を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載する画像形成装置において，
   前記荷電制御部材への印加バイアス値は，次の条件（１）および条件（２）を満たすことを特徴とする画像形成装置。
   ｜Ｖ_MAX −Ｖｏ｜＜｜Ｖ_th｜ （１）
   ｜Ｖ_MIN −Ｖｏ｜＜｜Ｖ_th｜ （２）
   Ｖ_MAX ：前記荷電制御部材への印加バイアスの最大値
   Ｖ_MIN ：前記荷電制御部材への印加バイアスの最小値
   Ｖｏ：前記帯電部材通過後の前記像担持体の表面電位
   Ｖ_th：前記荷電制御部材の放電開始電圧
3. 請求項１または請求項２に記載する画像形成装置において，
   前記荷電制御部材は，露光位置よりも上流に位置することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する画像形成装置において，
   前記帯電部材よりも上流でかつ転写位置よりも下流に位置し，前記像担持体の表面に電荷を付与する第２荷電制御部材を有し，
   前記第２荷電制御部材には，前記帯電部材と同極性のバイアスが印加されることを特徴とする画像形成装置。

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