JP2007219563A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤帯電手段（残留現像剤均一化制御手段または現像剤帯電量制御手段）の吐き出しを効率的に行い安定した高画質画像が得られる画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤帯電量制御手段６と残留現像剤均一化手段７に蓄積した残留トナーを感光ドラム１上に吐き出す吐き出し動作を行なう際に、感光ドラム１の表面電位が略０Ｖの状態で、現像剤帯電量制御手段６と残留現像剤均一化手段７とに、吐き出し動作により略０Ｖである感光ドラム１の電位が変動しないような電圧を印加させて、略０Ｖである感光ドラム１上に対して吐き出し動作を行わせ、感光ドラム１上の吐き出し動作が行われた面に対して、帯電ローラ２に印加される交流電圧をオフとし直流電圧を略０Ｖとする制御手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、シート等の記録媒体上に画像を形成する機能を備えた、例えば、複写機、プリンタ、あるいは、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。

従来、転写型の電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファクシミリ等の転写方式画像形成装置は、回転ドラム型を一般的とする像担持体である感光体、その感光体を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電装置（帯電工程）、帯電処理された感光体に静電潜像を形成する情報書き込み手段としての露光装置（露光工程）、感光体上に形成された静電潜像を現像剤であるトナーにより顕像化する現像装置（現像工程）、上記トナー画像を感光体面から紙などの転写材に転写する転写装置（転写工程）、転写工程後の感光体上に多少ながら残余するトナーを除去して感光体面を清掃するクリーニング装置（クリーニング工程）、転写材上のトナー画像を定着させる定着装置（定着工程）などから構成されており、感光体は繰り返して電子写真プロセス（帯電・露光・現像・転写・クリーニング）が適用されて作像に供される。

クリーニング装置により感光体面から除去された感光体上に残余するトナーを収容する廃トナー回収容器がクリーニング装置内に設けられている。よって耐久寿命が長い装置とするためにはこの容器を大型にする必要があり、装置の小型化の点でデメリットとなる。

そこで、廃トナー回収容器を有するクリーニング装置を廃し、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において「現像同時クリーニング」で感光体上から除去・回収し再利用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置がある。

現像同時クリーニングは、転写後の感光体上の転写残トナーを次工程以降の現像工程時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像の現像工程過程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、トナーで現像されるべきではない感光体面部分上（非画像部）に存在する転写残トナーは現像装置に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降の静電潜像の現像に再利用されるため、廃トナーをなくし、またメンテナンスに手を煩わせることも少なくすることができ、廃トナー容器が無いことで画像形成装置の小型化にも有利である。

一方、帯電手段としては近年コロナ帯電器にかわり、特に接触帯電部材として導電ローラを用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点から好ましく用いられている。ローラ帯電では導電性の弾性ローラ（帯電ローラ）を被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体の帯電を行なう。

この帯電方式に関しては、特許文献１に開示されるように、所望の被帯電体表面電位Ｖｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加するＡＣ帯電方式が提案され、実用にも供されている。このＡＣによる電位のならし効果によりＤＣ帯電方式よりも更なる帯電の均一化を図ることができ、被帯電体の電位はＡＣ電圧のピークの中央であるＶｄにほぼ収束する。

転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において現像同時クリーニングで除去・回収するクリーナレス方式の画像形成装置において、感光体の帯電装置として上記した
接触帯電装置を用いた場合には、感光体上の転写残トナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に、転写残トナー中の特に帯電極性が正規極性とは逆極性に反転しているトナーが接触帯電装置に付着して接触帯電装置を許容以上にトナー汚染させて帯電不良の原因となってしまう。

この原因は、現像剤としてのトナーには、量的には少ないけれども、帯電極性がもともと正規極性とは逆極性に反転しているトナーが混在しているものや、更に帯電極性が正規極性のトナーであっても転写バイアスや剥離放電等に影響されて帯電極性が反転するものや、除電されて帯電量が少なくなるものがあるためである。

つまり、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性の反転トナー、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に接触帯電装置に付着し易いのである。

また、感光体上の転写残トナーを現像装置の現像同時クリーニングにて除去・回収するためには、帯電部を通過して現像部に持ち運ばれる感光体上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光体の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光体上から現像装置に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。

そこで本出願人は、特許文献２において、転写部の下流に転写残トナー均一化手段を設け、更に下流でかつ感光体を帯電する帯電手段の上流に現像剤帯電量制御手段を設けた画像形成装置を提案した。

この画像形成装置おいて、この転写残トナー均一化手段は、転写部から現像剤帯電量制御手段部へ持ち運ばれる像担持体上のパターン状の残留トナー像を、像担持体面に分散分布化して、非パターン化する手段である。具体的には、像担持体面を摺擦部材で摺擦することで残留現像剤像パターンを掻き崩し或は攪乱して現像剤を像担持体面に分散分布化する。

転写残トナー均一化手段が有ることで、次の正規極性が印加された現像剤帯電量制御手段による転写残トナーへの全体的な正規極性帯電化処理が常に十分になされて、転写残トナーの帯電手段への付着防止が効果的になされる。また残留トナー像パターンが消去されることで該残留トナー像パターンのゴースト像の発生が防止される。

すなわち、残留現像剤像均一化手段が無い場合は、例えば、縦ラインパターン現像剤像、環境、紙種（転写紙）、カラー２次色など、現像剤像の転写性が悪い時には、像担持体上のパターン状の転写残トナー像も多くなり、その転写残トナー像がそのまま現像剤帯電量制御手段部へ持ち運ばれて現像剤帯電量制御手段の一部に現像剤が集中してしまうことで、該現像剤帯電量制御手段の一部で残留現像剤の帯電量を制御しきれない現象（トナー帯電不良現象）をおこす。その結果、帯電部材汚れ→帯電不良→カブリ画像発生を招いたり、また残留トナー像パターンが残ってそのゴースト像が発生することにもなる。

残留トナー像均一化手段を設けることにより、上記のように、転写部から現像剤帯電量制御手段部へ持ち運ばれる像担持体上のパターン状の転写残トナー像は現像剤量が多くても、その現像剤が像担持体面に分散分布化され、非パターン化されるので、現像剤帯電量制御手段の一部に現像剤が集中することがなくなり、該現像剤帯電量制御手段による転写残留現像剤の全体的な正規極性帯電化処理が常に十分になされて、転写残現像剤の帯電手段への付着防止が効果的になされる。残留現像剤像パターンのゴースト像の発生も厳に防
止される。

そして帯電手段により感光体を所定の電位に帯電すると同時に、上記の現像剤帯電量制御手段で正規極性である帯電処理された転写残トナーの帯電量を、現像装置によって感光ドラムの静電潜像を現像できる適切な帯電量に制御する。その結果現像装置での転写残トナーの回収が効率的になされ、ゴーストや帯電不良のない良好な画像が得られた。

しかし、印字比率の高いパターンで連続して画像形成を行なった場合、転写残トナー均一化手段、現像剤帯電量制御手段へのトナー蓄積量が増えてしまう。それによってそれぞれの帯電能力低下・機能低下を引き起こし、転写残トナーの非パターン化、転写残トナーへの帯電が不十分となり、帯電手段へのトナー付着を招くこととなる。

そこで、高印字パターンを多数枚連続印字行なった後にも転写残トナー均一化手段、現像剤帯電量制御手段の機能を維持させるために、この転写残トナー像均一化手段、現像剤帯電量制御手段に蓄積したトナーを定期的に吐き出す必要がある。そのために紙間や電源ＯＮ時の初期動作時やプリント動作終了時に吐き出し動作を設けている。吐き出し動作（吐き出しモード）においては、積極的に蓄積したトナーを吐き出すようなバイアスを印加する。例えば、印字動作中に印加している電圧とは逆極性のバイアスを印加したり、バイアスを小刻みにＯＮ／ＯＦＦしたりすることも効果があることが知られている。

これによって、印字比率の高いパターンで連続して画像形成を行なった場合に、転写残トナー均一化手段、現像剤帯電量制御手段へのトナー蓄積量が増えることがあっても、その都度吐き出し動作によって蓄積トナーを吐き出すことで、転写残トナー均一化手段、現像剤帯電量制御手段を常にリフレッシュし帯電能力・機能の低下を防止する。それによって、転写残トナーの非パターン化、転写残トナーへの帯電を十分に行なえ、帯電手段へのトナー付着防止が可能となる。
特開昭６３−１４９６６９号公報 特開２００１―２１５７９８号公報

しかしながら、転写残トナー像均一化手段及び現像剤帯電量制御手段からの吐き出し動作時に以下のような問題が生じた。

吐き出した現像剤（トナー）が帯電部材に付着し、次の画像形成時に帯電不良・帯電ムラを引き起こし不良画像が発生するという問題が生じた。

これは、転写残トナー像均一化手段及び現像剤帯電量制御手段からの吐き出しトナー中には帯電極性が正規のトナーのほかに帯電極性が逆極性の反転トナー、正規極性ではあるものの帯電量が少ないものがあり、印字動作中の帯電電圧（ＡＣ＋ＤＣ）を印加したままであると逆極性トナーや帯電量の少ないトナーが接触帯電部材と感光体のニップ部を通過する際に帯電部材に付着してしまうのである。

また、吐き出しトナーは通常画像形成時の転写残トナーと比較して量が多く帯電部材への付着量も通常より増加してしまう。帯電部材へのトナー付着は帯電不良、帯電ムラを引き起こし、それによってカブリ画像などの画像が発生する。

そこで、帯電部材へのトナー付着を防止するためには例えば、転写残トナー均一化手段からの吐き出し及び現像剤帯電量制御手段からの吐き出し動作を行った際に、帯電手段に印加する直流電圧を適宜切り替える等の方法が考えられる。

しかし、これらの方法を実行するためには、吐き出し動作時の感光体ドラムの電位を詳細に把握する必要があり、それに応じて帯電部材に印加する電圧を細かく切り替える必要がある。

また、帯電部材に印刷時とは逆極性の電圧を印加するための電源が必要となり装置全体の大型化を招く、などの問題がある。

本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、現像剤帯電手段（残留現像剤均一化制御手段または現像剤帯電量制御手段）の吐き出しを効率的に行い安定した高画質画像が得られる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、
回転可能な像担持体と、
直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加されて、前記像担持体面に接触して帯電する帯電手段と、
前記帯電手段により帯電処理された前記像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を現像剤像に可視化する現像手段と、
前記現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記像担持体の回転方向で前記転写手段より下流、かつ前記帯電手段上流に配設され、電圧を印加されて、前記現像剤像を転写材に転写した後の前記像担持体上に残留する現像剤を帯電する現像剤帯電手段と、
を備える画像形成装置において、
前記現像剤帯電手段に蓄積した現像剤を前記像担持体上に吐き出す吐き出し動作を行なう際に、
前記現像剤帯電手段に、前記像担持体面の電位が変動しないような電圧を印加させて該像担持体上に対して吐き出し動作を行わせ、
該吐き出し動作の行なわれた前記像担持体上の面が帯電部にあるときに、該像担持体上の電位と同電位の直流電圧を前記帯電手段に印加する制御を行なう制御手段を備えることを特徴とする。

現像剤帯電手段（残留現像剤均一化制御手段または現像剤帯電量制御手段）の吐き出しを効率的に行い安定した高画質画像が得られる画像形成装置を提供することが可能となる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状それらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の実施の形態に限定する趣旨のものではない。

図１は本発明の実施の形態に係る画像形成装置（画像記録装置）の要部の概略構成図、図２は本発明の実施の形態に係る画像形成装置（画像記録装置）の概略構成図である。

図２に示す画像形成装置としてのカラーレーザープリンタは、転写方式電子写真プロセス、接触帯電方式、反転現像方式、クリーナレス方式を用いた最大通紙サイズがＡ３サイズのカラーレーザープリンタであり、複数個のプロセスカートリッジ（以下Ｐ−ＣＲＧ）８を有し、一旦第２の画像担持体である中間転写ベルト９に連続的に多重転写し、フルカ
ラープリント画像を得る４連ドラム方式（インライン）プリンタである。画像形成装置の画像形成動作は制御手段により制御されている。以下に、画像形成装置の構成及び画像形成動作について説明する。

図２に於いて無端状の中間転写ベルト９が、駆動ローラ９ｅ、テンションローラ９ｆ及び２次転写対向ローラ１０ａに懸架され、図中矢印の方向に回転している。

Ｐ−ＣＲＧ８は、上記中間転写ベルト９に直列にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順に４本配置されている。

以下、Ｐ−ＣＲＧ８について図１に基づいて説明する。以下の説明においては、主にイエロートナーを現像するＰ−ＣＲＧ８について述べるが、その他のＰ−ＣＲＧについても同様である。

イエロートナーを現像するＰ−ＣＲＧ８において、１は像担持体としての回転ドラム型の像担持体としての電子写真感光体（感光ドラム）である。この感光ドラム１は、有機光導電体（ＯＰＣ）ドラムで、外形５０ｍｍであり、中心支軸を中心に１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の時計方向に回転駆動されている。

この感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）の表面に、光の干渉を抑え、上層の接着性を向上させる下引き層と、光電荷発生層と、電荷輸送層（厚さ２０μｍ）の３層を下（中心部側）から順に塗り重ねた構成をしている。

帯電工程では、帯電手段として接触帯電器としての帯電ローラ２に、第１の電圧印加手段としての電源２０から所定の条件の電圧が印加されており、感光ドラム１面上を一様に負極性に帯電処理を行なう。

この帯電ローラ２の長手長さは３２０ｍｍであり、芯金（支持部材）の外回りに、下層と、中間層と、表面層２ｄを下（中心部側）から順次に積層した３層構成としている。下層は帯電音を低減するための発泡スポンジ層であり、中間層は帯電ローラ全体として均一な抵抗を得るための抵抗層であり、表面層２ｄは感光ドラム１上にピンホール等の欠陥があってもリークが発生するのを防止するために設けている保護層である。

本実施の形態の帯電ローラ２は芯金として直径６ｍｍのステンレス丸棒を用い、表面層２ｄとしてフッ素樹脂にカーボンを分散させており、ローラとしての外径は１４ｍｍ、ローラ抵抗は１０^４Ω〜１０^７Ωとしている。

この帯電ローラ２は、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材により回転自在に保持させると共に押し圧ばねによって感光ドラム１方向に付勢して感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させており、感光ドラム１の回転に従動して回転する。

そして、電源２０から直流電圧に周波数ｆの交流電圧を重畳した所定の振動電圧（バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が芯金を介して帯電ローラ２に印加されることで、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。

本実施の形態においては直流電圧；−５００Ｖ、交流電圧；周波数ｆ＝１１５０Ｈｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ＝１４００Ｖ、正弦波とを重畳した振動電圧であり、感光ドラム１の周面は−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。

図２において、２ｆは帯電ローラクリーニング部材であり、本実施の形態では可撓性を
持つクリーニングフィルムである。このクリーニングフィルム２ｆは帯電ローラ２の長手方向に対し平行に配置され且つ同長手方向に対し一定量の往復運動をする支持部材２ｇに一端を固定され、自由端側近傍の面において帯電ローラ２と接触ニップを形成するよう配置されている。

支持部材２ｇがプリンタの駆動モーターによりギア列を介して長手方向に対し一定量の往復運動駆動されて帯電ローラ表面層２ｄがクリーニングフィルム２ｆで摺擦される。これにより帯電ローラ表面層２ｄの付着汚染物（微粉トナー、外添剤など）の除去がなされる。

帯電ローラ２により所定の極性・電位に一様に帯電処理されたのちは、不図示の画像露光手段（カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャンによる走査露光系等の情報書き込み手段）３による画像露光を受けることにより目的のカラー画像における第１の色成分像（イエロー成分像）に対応した静電潜像が形成される。

本実施の形態では露光装置として半導体レーザを用いたレーザビームスキャナを用い、不図示の画像読み取り装置等のホスト装置からプリンタ側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して回転感光ドラム１の一様帯電処理面をレーザ走査露光（イメージ露光）する。

このレーザ走査露光により感光ドラム１面のレーザ光で照射されたところの電位が低下することで回転感光ドラム１面には走査露光した画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。本実施の形態においては露光部電位を−１５０Ｖとしている。

次いで、その静電潜像が、現像手段としての第１現像器４（イエロー現像器）により第１色であるイエロートナーにより現像される。

ここで、現像器として第１現像器４（イエロー現像器）について図１を用いて説明する。

現像器４は２成分接触現像装置（２成分磁気ブラシ現像装置）である。４０は現像容器、４１は非磁性の現像スリーブであり内部に固定配置された不図示のマグネットローラを有している。この現像スリーブ４１はその外周面の一部を外部に露呈させて現像容器４０内に回転可能に配設してある。４２は現像剤規制ブレード、４５は現像容器４０に収容したトナーと磁性キャリアの混合物である二成分現像剤、４３，４４は現像容器４０内の底部側に配設した現像剤攪拌部材である。

現像スリーブ４１には所定間隙を有して、現像剤規制ブレード４２が設けられ、現像スリーブ４１の矢印Ｃ方向に回転に伴い、現像スリーブ４１上に現像剤薄層を形成する。

現像スリーブ４１は感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐと称する）を３５０μｍに保たせて感光ドラム１に近接させて対向配設してある。この感光ドラム１と現像スリーブ４１との対向部が現像部ｃである。現像スリーブ４１は現像部ｃにおいて感光ドラム１の進行方向とは逆方向に回転駆動される。現像スリーブ４１上の現像剤薄層は現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。現像スリーブ４１には不図示の電源から所定の現像バイアスが印加される。

本実施の形態において、現像スリーブ４１に対する現像バイアス電圧は直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、Ｖｄｃ＝−３
５０Ｖ、Ｖａｃ＝１８００Ｖ、周波数＝２３００Ｈｚとを重畳した振動電圧である。

而して、回転する現像スリーブ４１の面に薄層としてコーティングされ、現像部ｃに搬送された現像剤中のトナーが現像バイアスによる電界によって感光ドラム１面に静電潜像に対応して選択的に付着することで静電潜像がトナー画像として現像される。本実施の形態の場合は感光ドラム１面の露光明部に所定の磁極として負極性のトナーが付着して静電潜像が反転現像される。

現像部ｃを通過した現像スリーブ４１上の現像剤薄層は引き続く現像スリーブ４１の回転に伴い現像容器４０内の現像剤溜り部に戻される。

現像器４内には、現像剤攪拌用の撹拌スクリュー４３，４４があり、スリーブ回転と同期して回転し、補給されたトナーとキャリアを攪拌しトナーに所定のトリボを与える機能を有している。

現像器４のスクリュー４４の上流側壁面には、現像剤の透磁率変化を検出して現像剤中のトナー濃度を検知する不図示のセンサー部が設けられており、そのセンサーのやや下流側にトナー補給開口４６が設けられている。現像動作を行った後に現像剤がセンサー部に運ばれここでトナー濃度を検知し、その検知結果に応じて現像剤中のトナー濃度を一定に維持するために、適宜現像剤供給ユニット（以下Ｔ−ＣＲＧ）５中の不図示のスクリューの回転により、ここから現像器４のトナー補給開口４６を通してトナー補給が行われる。

補給されたトナーはスクリュー４４により搬送され、キャリアと混ざり合い適度なトリボを付与された後にスリーブ４１近傍に運ばれ、現像スリーブ４１上で薄層形成され現像に供される。

本実施の形態においてはトナーとして、平均粒径６μｍのネガ帯電トナーを用い、キャリアとしては飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ^３（１０００ガウス（０．１Ｔ）当たりの磁化量５６．９Ａｍ^２／Ｋｇ（但し、比重３．６ｇ／ｃｍ^３））の平均粒径３５μｍの磁性キャリアを用いた。また、トナーとキャリアを重量比６：９４で混合したものを現像剤として用いた。

そして、感光ドラム１上に現像されたトナーの帯電量は−２５μＣ／ｇである。

次に、転写手段について説明する。

図２に於いて、感光ドラム１上に形成されたイエロー画像は、中間転写ベルト９との１次転写ニップ部へ進入する。転写ニップ部では中間転写ベルト９の裏側に転写ローラ９ｇを所定の押圧力をもって圧接させている。転写ローラ９ｇには各ポートで独立にバイアス印加可能とするため、第４の電圧印加手段としての１次転写バイアス源９ａ〜９ｄを有している。中間転写ベルト９は１色目のポートでまずイエローを転写され、次いで先述した同様の工程を経た、各色に対応する感光ドラム１より順次マゼンタ、シアン、ブラックの各色を各ポートで多重転写する。

本実施の形態においては露光部Ｖｌ部（電位−１５０Ｖ）に現像されたトナーに対する転写効率を考慮し、一次転写バイアスとして、１色目〜４色目まですべて＋３５０Ｖの電圧を印加した。中間転写ベルト９上で形成された４色フルカラー画像は、次いで２次転写ローラ１０により、給紙ローラ１２から送られてきた転写材Ｐに一括転写され、不図示の定着装置によって溶融定着されカラープリント画像を得る。

中間転写ベルト９上に残留する２次転写残トナーは、中間転写ベルトクリーナ１１でブレードクリーニングされ、次作像工程に備える。

上記転写ベルト９の材質の選定としては、各色ポートでのレジストレーションを良くするため、伸縮する材料は望ましくなく、樹脂系或いは、金属芯体入りのゴムベルト、樹脂＋ゴムベルトが望ましい。

本実施の形態ではＰＩ（ポリイミド）にカーボン分散し、体積抵抗を１０^８Ωｃｍオーダーに制御した樹脂ベルトを用いた。その厚さは８０μｍ、長手方向３２０ｍｍ、全周は９００ｍｍである。

また転写ローラ９ｇとしては、導電性スポンジからなり。その抵抗は１０^６Ω以下、外径は１６ｍｍ、長手長さは３１５ｍｍとしている。

図１において、通常であればクリーニングブレードが配置されているところに、現像剤帯電量制御手段６と残留現像剤均一化制御手段７が感光ドラム１に当接されている。両者とも本実施の形態では導電性の繊維からなるブラシ部材を用いている。

具体的には、現像剤帯電量制御手段６（第２ブラシ）は横長の電極板６２にブラシ部６１を具備させたものであり、また残留現像剤均一化制御手段７（第１ブラシ）についても同様に電極板７２にブラシ部７１を具備させてなる。そして、ブラシ部６１及び７１を感光ドラム１面に当接させて固定支持させて配設している。

ブラシ部６１及び７１はレーヨン、アクリル、ポリエステル等の繊維にカーボンや金属粉を含ませて抵抗値を制御したものである。ブラシ部６１，７１は、感光ドラム表面及び転写残トナーに均一に接触できるように、太さとしては３０デニール以下、密度としては１５５０〜７７５００本／ｃｍ^２（１〜５０万本／ｉｎｃｈ^２）以上が好ましい。本実施の形態では、ブラシ部６１，７１ともに６デニール、１５５００本／ｃｍ^２（１０万本／ｉｎｃｈ^２）、毛足の長さ５ｍｍで、ブラシの抵抗は６×１０^３Ω・ｃｍとした。

これらの現像剤帯電量制御手段６と残留現像剤均一化制御手段７を、ブラシ部６１，７１が感光ドラム１面に対して侵入量１ｍｍとなるように感光ドラム１に当接させ、感光ドラム１との当接ニップ部幅は５ｍｍとした。

上記の現像剤帯電量制御手段６と残留現像剤均一化制御手段７が制御手段により制御されることによって本実施の形態のクリーナレスシステムは実現している。

クリーナレスシステムは、転写後の感光ドラム１面上に残った転写残トナーを帯電部ａ、露光部ｂを通過させて、現像装置３により現像同時クリーニング（回収）させるシステムである。

感光ドラム１面上の転写残トナーは露光部ｂを通るので露光工程はその転写残トナー上からなされるが、転写残トナーの量は少ないため、大きな影響は現れない。

転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが帯電部ａを通過する際に帯電ローラ２に付着することで帯電ローラ２が許容以上にトナー汚染して帯電不良を生じることになる。

また、感光ドラム１面上の転写残トナーの現像装置３による現像同時クリーニングを効
果的に行なわせるためには、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光ドラム１の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光ドラム上から現像装置に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。

また、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像などといった高印字率な画像などの連続の印字動作などにより、一度に大量の転写残トナーの発生により、上述のような問題を更に助長させてしまうのである。

そこで、転写部ｄよりも感光ドラム回転方向下流側で帯電部ａよりも上流側の位置に、感光ドラム１上の転写残トナーを均一化し、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えるために、残留現像剤均一化制御手段７と現像剤帯電量制御手段６を設けている。

残留現像剤均一化制御手段７は正極性の電圧（ポジバイアス＝＋３５０Ｖ）が第２の電圧印加手段としての電源Ｓ４より印加されている。

転写残トナーの中には、逆極性のものや、ほとんど極性を持たないものが混在しているが、その中のゼロ近傍〜負極性に帯電されているトナーは、電気的、物理的な力によってこの残留現像剤均一化制御手段７に吸引される。そして、残留現像剤均一化制御手段７のポジバイアスによって逆極性（正極性）となり、徐々にトナーが離脱して感光ドラム１上に再付着して搬送される。

この作用により、感光ドラム１上のトナーの分布が均一化され、一度に大量のトナーが下流の現像剤帯電量制御手段６に流れ込まないようになる。また、感光ドラム１上の電位は０Ｖ付近になる。転写残トナーを逆極性（正極性）にし、感光ドラム１上の電位を０Ｖ付近にすることで、後述するように、現像剤帯電量制御手段６がトナーに対して充分に電荷付与を行なえるようにする役目も果たしている。

現像剤帯電量制御手段６には負極性の電圧（ネガバイアス＝−８００Ｖ）が第３の電圧印加手段としての電源Ｓ５より印加されている。

現像剤帯電量制御手段６を通過すると、感光ドラム１上の転写残トナーはその帯電極性が正規極性である負極性に揃えられる。第１ブラシ（残留現像剤均一化制御手段７）で、トナーは正極性に揃えられており、また感光ドラム１上の電位も０Ｖ付近になっているため、より効果的に強い負極性に揃えることができる。

このトナー帯電量制御手段６で、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えることにより、さらに下流に位置する帯電部ａで、該転写残トナーの上から感光ドラム１面上を帯電処理する際に、感光ドラム１への鏡映力が大きくなり、転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止するのである。そして、帯電ローラ２に付着せずに通過したトナーは現像器４において現像同時クリーニングされ回収される。

このような方法で、感光ドラム１上の転写残トナーを現像器４に回収するためには、適正なトナー帯電量であることが必要である。

しかしながら、上述したように帯電ローラ２へのトナー付着を防止するために、現像剤帯電量制御手段６によって負極性に大きく帯電された転写残トナーを、現像器４において回収させるためには、除電を行なう必要がある。

現像剤帯電量制御手段６によって負極性に大きく帯電された転写残トナーが、帯電ローラ２に印加された交流電圧（周波数ｆ１１５０Ｈｚ、Ｖｐｐ１４００Ｖ）により交流除電され、帯電部ａを通過後のトナー帯電量は現像トナーの帯電量とほぼ同じとなる。

そして、現像工程において、トナーが現像されるべきではない未露光部の感光ドラム１上の転写残トナーは、完全に負極性に揃い、帯電ローラ２により適度に除電され感光ドラム１との鏡映力を減じることが出来ていることから、前述したドラム電位−５００Ｖと現像バイアスのＤＣ成分の−３５０Ｖとの関係で確実に現像器４内に回収される。本実施の形態においては現像器４の現像スリーブ４１は前述したように現像部ｃにおいて、感光ドラム１面の進行方向とは逆方向に回転させており、これは感光ドラム１上の転写残トナーの回収に有利となる。

近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像などといった高印字率な画像の連続印字動作が行われた場合、大量の転写残トナーが発生し、残留現像剤均一化制御手段７と現像剤帯電量制御手段６に蓄積するトナー量が増えてしまう。このような状態において引き続き印字動作を繰り返すと、現像剤帯電量制御手段６の機能低下、帯電力不足が起こり、帯電ローラのトナー汚染、現像器回収不良などの問題が発生してしまう。

さらに、吐き出し動作時に帯電ローラ２へ通常印字時と同様のバイアスを印加していると、ブラシから吐き出されたトナーによって帯電ローラ２が汚染され帯電ムラ・帯電不良を引き起こし、吐き出し動作後の次の画像上に画像不良が発生する。

そこで、帯電ローラ２にトナーが付着しないために、本実施の形態では、以下のような条件で吐き出し動作を行なっている。

残留現像剤均一化制御手段７及び現像剤帯電量制御手段６からトナー吐き出しを行う際に、この吐き出しトナーが帯電ローラ２に付着しないためには、帯電ローラ２に印加する電圧も交流成分（ＡＣ電圧）はＯＦＦし、直流成分（Ｖｄｃ１）のみにしておく。ＡＣ電圧をＯＦＦすることで帯電部ａでの除電効果がなくなり、帯電ローラ２への付着が激減する。

また、残留現像剤均一化制御手段７からの吐き出しトナーは主に正規極性（負極性）であり、現像剤帯電量制御手段６からの吐き出しトナーは主に逆極性（正極性）であるため、複雑なシーケンスの切り替えなしに、どちらの極性のトナーが吐き出されるときにも、帯電ローラ２にトナーが付着するのを防止するためには吐き出し動作時に帯電ローラ２に印加する電圧は、直流成分Ｖｄｃ１のみで、Ｖｄｃ１はトナー帯電量制御手段６の吐き出しを行なった感光ドラム１面が帯電ローラニップ部に突入する電位Ｖｃ１に対して、以下に示す式（１）の関係を満たす値とする。

Ｖｄｃ１＝Ｖｃ１ ・・・（１）

つまり、帯電ローラ２に印加する直流電圧は感光ドラム１面と同電位としている。

しかし、感光ドラム１が帯電しているときに吐き出し動作を行なうと、次のような問題が生じる可能性がある。

転写後の感光ドラム電位に対して吐き出し動作を行なう時に、残留現像剤均一化制御手段７、現像剤帯電量制御手段６において放電がおこり、感光ドラム１面の電位を乱してしまい、感光ドラム１と帯電ローラ２が同電位にならずに吐き出しトナーが帯電ローラ２に
付着してしまう。

これは、吐き出し時に残留現像剤均一化制御手段７に印加する電圧が正極性であるため、感光ドラム１が一定電位以上の負極性に帯電していると、放電してしまうためである。しかし、吐き出し時の残留現像剤均一化制御手段７でＯＮ／ＯＦＦする電圧はある程度大きい方がより効率的に吐き出すことができる。

そこで、本実施の形態では以下の方法で吐き出し動作を行なった。

残留現像剤均一化制御手段７及び現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作を略同時に行なう前動作として、帯電ローラ２に交流電圧のみを印加して感光ドラム１の電位を略０Ｖにならす動作を行ない、吐き出し動作を行なうときに残留現像剤均一化制御手段７及び現像剤帯電量制御手段６に印加する電圧は、吐き出し動作によって略０Ｖの感光ドラム１面の電位が変動しない程度の電圧を印加（本実施の形態では±３００Ｖ）し、吐き出した感光ドラム１面に対して、帯電ローラ２は略０Ｖとしている。

ここで、吐き出し動作によって略０Ｖの感光ドラム１面の電位が変動しない程度の電圧としては、画像形成動作時の帯電開始電圧以下の電圧であると好ましい。

これにより、吐き出し動作の間、継続的に式（１）の関係を満たすことが可能となる。

吐き出しトナーは、基本的に接触２成分カウンター現像を用いた現像器によって静電的及び物理的摺擦によって大部分が回収される。しかし、正規極性でも帯電量の少ないトナーや逆極性トナーに関しては完全に現像器回収が行なわれないこともある。しかし、これらは転写ニップにおいて圧接転写されることで感光ドラム上から中間転写ベルト上へ転移し、中間転写ベルトクリーナでベルト上から除去される。現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作時には、１次転写バイアス源９ａ〜９ｄにより転写バイアスを正規極性とは逆極性（負極性）の電圧を印加すると、正極性のトナーを転写しやすくなりさらに効果的である。

これによって、正規極性及び逆極性が混在する吐き出しトナーを帯電ローラ２に付着させずに帯電ニップ部を通過させることが可能となった。

このような条件で吐き出し動作を行なうことで、吐き出しトナーによる帯電ローラ汚染を防止でき、常に良好な画像形成を行なうことが可能となった。

次に、残留現像剤均一化制御手段７及び現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作を略同時に行なう際に、残留現像剤均一化制御手段７から吐き出したトナーが現像剤帯電量制御手段６に付着するのを防止し、より効率的な吐き出し動作を行なうために、残留現像剤均一化制御手段７の吐き出しを行なった感光ドラム１面が現像剤帯電量制御手段６ニップ部に突入する電位Ｖｃ２に対して現像剤帯電量制御手段６に印加する電圧Ｖｂを以下の式（２）の関係を満たす値としておく。

Ｖｃ２＝Ｖｂ・・・（２）

つまり、現像剤帯電量制御手段６に印加する電圧は残留現像剤均一化制御手段７の吐き出しを行なった感光ドラム１面と同電位である。ここでは、Ｖｃ２＝０Ｖ程度であるため、Ｖｂ＝０Ｖにした。

この条件を満たしながら略同時に残留現像剤均一化制御手段７及び現像剤帯電量制御手
段６の吐き出し動作を行なうためには、例えば本実施の形態では、残留現像剤均一化手段７がＯＮ／ＯＦＦ動作を繰り返すことで吐き出し動作を行なう時には、残留現像剤均一化制御手段７がＯＦＦになっている時に残留現像剤均一化手段７を通過した感光ドラム１面の区間に対して、現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作を行なう等が考えられる。

具体的には、残留現像剤均一化制御手段７で５０ｍｓｅｃの間隔でＯＮ／ＯＦＦを１０回繰り返し残留現像剤均一化制御手段７の吐き出しを行ない、残留現像剤均一化制御手段７がＯＦＦになっている部分に対して現像剤帯電量制御手段６からの吐き出しを行なった。この時の様子を図３に示す。

最初に残留現像剤均一化制御手段７に印加するバイアスがＯＦＦになっている５０ｍｓｅｃの間に残留現像剤均一化制御手段７を通過した感光ドラム１面が、現像剤帯電量制御手段６ニップ部を通過している間に現像剤帯電量制御手段６を３０ｍｓｅｃＯＮする動作を行なった。

図３（ａ）は、横軸を時間、縦軸を電圧にとり、残留現像剤均一化制御手段７と現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作時に各手段をＯＮ／ＯＦＦするタイミングを示したものである。図中の時間ｔ１は残留現像剤均一化制御手段７が吐き出し動作を行った感光ドラム１上の面が、現像剤帯電量制御手段６に突入するまでにかかる時間であり、残留現像剤均一化制御手段７がＯＦＦになっているときに残留現像剤均一化制御手段７を通過した感光ドラム１上の面に対し現像剤帯電量制御手段６が吐き出し動作を行っている。

図３（ｂ）は、横軸を感光ドラム１上の面の進行方向、縦軸を電圧にとり、残留現像剤均一化制御手段７と現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作時に各手段をＯＮ／ＯＦＦするタイミングを示したものである。感光ドラム１の進行方向に対し、残留現像剤均一化制御手段７からの吐き出しを行なった面と現像剤帯電量制御手段６からの吐き出しを行なった面が交互に現れている。

これによって、残留現像剤均一化制御手段７から吐き出したトナーが現像剤帯電量制御手段６に再度付着することなく吐き出し動作を行えるようになった。

吐き出しトナーは、基本的に接触２成分カウンター現像を用いた現像器によって静電的及び物理的摺擦によって大部分が回収される。しかし、正規極性でも帯電量の少ないトナーや逆極性トナーに関しては完全に現像器回収が行なわれないこともある。しかし、これらは転写ニップにおいて圧接転写されることで感光ドラム１上から中間転写ベルト９上へ転移し、中間転写ベルトクリーナ１１でベルト上から除去される。現像剤帯電量制御手段６の吐き出し動作時には、転写バイアスを正規極性とは逆極性（負極性）の電圧を印加すると、正極性のトナーを転写しやすくなりさらに効果的である。

このような条件で吐き出し動作を行なうことで、吐き出しトナーによる帯電ローラ汚染を防止し、残留現像剤均一化制御手段７、現像剤帯電量制御手段６の吐き出しを効率的に行ない機能を保持して常に良好な画像形成を行ないつつ、吐き出し動作時間を短縮することができたことで、吐き出し動作の紙間投入が可能となった。

具体的には、電源ＯＮ時の初期動作時やプリント動作終了時に追加して、例えばＡ４画像１００枚毎に吐き出し動作を投入することが可能となった。これによって、数百枚連続印字をおこなっても、残留現像剤均一化制御手段７、現像剤帯電量制御手段６へのトナー蓄積を防止することが可能となった。

上述したように、本実施の形態では、残留現像剤均一化制御手段および現像剤帯電量制
御手段からの吐き出しを行う際に、感光ドラムの電位をあらかじめ０Ｖとしたうえで吐き出し動作を行なう。この際、残留現像剤均一化制御手段および現像剤帯電量制御手段が吐き出し動作を行なう電圧は、感光ドラムの電位が０Ｖから変動しない程度の大きさの電圧である。そして、残留現像剤均一化手段が吐き出し動作を行った感光ドラム面上に対して、同電位になるように現像剤帯電量制御手段に電圧を印加することで、残留現像剤均一化制御手段から吐き出したトナーが現像剤帯電量制御手段に再付着するのを防止することが可能となり、また、接触帯電部材を０Ｖとして感光ドラムと接触帯電部材を同電位にすることで、残留現像剤均一化制御手段および現像剤帯電量制御手段からの吐き出しを同時に行なって、吐き出しトナー中に正規極性トナーと逆極性トナーが混在していても、吐き出しトナーによる接触帯電部材の汚れを防止することが可能となり、吐き出し動作後の画像において接触帯電部材の汚れによる画像不良の発生をおこすことをなくすことが可能となった。これにより、大がかりな構成を必要とすることなく、常時、高画質画像を保ちつつ印刷時間を短縮できるようになった。

なお、残留現像剤均一化制御手段７と現像剤帯電量制御手段６は、本実施の形態では固定のブラシ状部材であるが、ブラシ回転体、弾性ローラ体、シート状部材など任意の形態の部材にすることができる。

また、像担持体は表面抵抗が１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果が得られる。表層の体積抵抗が約１０^１３Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体でもよい。

帯電手段としては、可撓性の接触帯電部材として帯電ローラの他に、ファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のものも使用可能である。また各種材質のものの組み合わせでより適切な弾性、導電性、表面性、耐久性のものを得ることもできる。

また、接触帯電部材や現像部材に印加する振動電界の交番電圧成分（ＡＣ成分、周期的に電圧値が変化する電圧）の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。直流電源を周期的にオン／オフすることによって形成された矩形波であってもよい。

更に、像担持体としての感光ドラムの帯電面に対する情報書き込み手段としての像露光手段は本実施の形態のレーザ走査手段以外にも、例えば、ＬＥＤのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。ハロゲンランプや蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。要するに、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。

本発明によれば、残留現像剤均一化制御手段から吐き出したトナーが現像剤帯電量制御手段に再付着するのを防止することが可能となり、また、残留現像剤均一化制御手段および現像剤帯電量制御手段からの吐き出しを同時に行なって、吐き出しトナー中に正規極性トナーと逆極性トナーが混在していても、吐き出しトナーによる帯電手段の汚れを防止することが可能となるので、残留現像剤均一化制御手段及び現像剤帯電量制御手段の吐き出しを効率的に行うことが可能となり、吐き出し動作後の画像において帯電手段の汚れによる画像不良の発生を抑制することが可能となる。これにより、大がかりな構成を必要とすることなく、常時、高画質画像を保ちつつ印刷時間を短縮することができる。

実施の形態に係る画像形成装置の要部の概略断面図である。 実施の形態に係る画像形成装置の概略断面図である。 実施の形態において吐き出し動作の様子を説明するための図である。

符号の説明

１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
２ｄ 表面層
２ｆ 帯電ローラクリーニング部材
２ｇ 支持部材
３ 画像露光手段
４ 現像器
５ 現像剤供給ユニット
６ 現像剤帯電量制御手段
７ 転写残現像剤像均一化手段
８ プロセスカートリッジ
９ 中間転写ベルト
９ａ〜９ｄ １次転写バイアス源
９ｇ 転写ローラ
１０ 二次転写ローラ
１１ 中間転写ベルトクリーナ
１２ 給紙ローラ
２０ 電源
４０ 現像容器
４１ 現像スリーブ
４２ 現像剤規制ブレード
４３，４４ 現像剤攪拌部材
４５ 現像剤
４６ トナー補給開口
６１，７１ ブラシ部
６２，７２ 電極板
Ｓ４，Ｓ５ 電源
ａ 帯電部
ｂ 露光部
ｃ 現像部
ｄ 転写部

Claims (9)

1. 回転可能な像担持体と、
   直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加されて、前記像担持体面に接触して帯電する帯電手段と、
   前記帯電手段により帯電処理された前記像担持体上に形成された静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を現像剤像に可視化する現像手段と、
   前記現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
   前記像担持体の回転方向で前記転写手段より下流、かつ前記帯電手段上流に配設され、電圧を印加されて、前記現像剤像を転写材に転写した後の前記像担持体上に残留する現像剤を帯電する現像剤帯電手段と、
   を備える画像形成装置において、
   前記現像剤帯電手段に蓄積した現像剤を前記像担持体上に吐き出す吐き出し動作を行なう際に、
   前記現像剤帯電手段に、前記像担持体面の電位が変動しないような電圧を印加させて該像担持体上に対して吐き出し動作を行わせ、
   該吐き出し動作の行なわれた前記像担持体上の面が帯電部にあるときに、該像担持体上の電位と同電位の直流電圧を前記帯電手段に印加する制御を行なう制御手段を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記吐き出し動作が行なわれる前記像担持体面の電位は、略０Ｖであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記現像剤帯電手段に、帯電開始電圧以下の電圧を印加させて吐き出し動作を行わせることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記吐き出し動作が行なわれた前記像担持体面が転写部にあるときに、前記現像剤の正規極性とは逆極性の電圧を前記転写手段に印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記帯電手段に交流電圧のみを印加させて、前記吐き出し動作が行なわれる前記像担持体の電位を略０Ｖにならすことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
6. 前記制御手段は、電圧印加手段により前記現像剤帯電手段に印加させる電圧を画像形成中以外の所定のタイミングで切り換えることにより、前記現像剤帯電手段に蓄積した現像剤を吐き出させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記制御手段は、
   画像形成動作中以外において、前記現像剤帯電手段に印加される電圧のオン／オフ動作を繰り返し行うことにより、該現像剤帯電手段に蓄積した現像剤を吐き出させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記現像剤帯電手段は導電性繊維ブラシ部を備え、該導電性繊維ブラシ部を前記像担持体に接触させることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記現像手段は、前記現像剤帯電手段から吐き出された現像剤を回収することが可能であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置。
   

Images