JP2004212854A - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型化および低価格化、感光体ドラムの長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具えた画像形成装置を得る。
【解決手段】感光体ドラム１上にトナーによるトナー像を形成する現像装置８と、トナー像を受像部材に転写する転写装置３と、ブラシ繊維を備え、転写後の感光体ドラム１上に残留するトナー像を回収する回収ブラシ装置１２と、画像形成動作中には回収ブラシ装置１２に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば回収ブラシ装置１２に正負両極性の直流電圧を順次印加する回収ブラシ部材用電源１７ａと、画像形成動作が終了したならば回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを回収する第二の回収手段とを有し、使用するトナーの球形度を１．００〜１．５０、トナーの帯電量を負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇとする。
【選択図】 図１
【解決手段】感光体ドラム１上にトナーによるトナー像を形成する現像装置８と、トナー像を受像部材に転写する転写装置３と、ブラシ繊維を備え、転写後の感光体ドラム１上に残留するトナー像を回収する回収ブラシ装置１２と、画像形成動作中には回収ブラシ装置１２に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば回収ブラシ装置１２に正負両極性の直流電圧を順次印加する回収ブラシ部材用電源１７ａと、画像形成動作が終了したならば回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを回収する第二の回収手段とを有し、使用するトナーの球形度を１．００〜１．５０、トナーの帯電量を負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇとする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に適用される画像形成装置および画像形成方法に関し、特に像担持体上に形成された現像剤像を受像紙に転写して画像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を用いた画像形成装置においては、像担持体上に形成したトナー像を受像紙上に転写した後、この像担持体上に残留した残トナーをクリーニング装置で回収し、この回収トナーを一時的に回収容器に蓄積し、回収トナー量が一定量に達したところで廃棄することが行われている。
【０００３】
また、フルカラー画像形成装置においては、パーソナルコンピュータやワークステーション等のホスト機器から画像データを受け取り、この画像データを基にイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色に色分解し、この色分解された画像情報により像担持体で各色のトナー像を形成し、この各色のトナー像を中間転写ロールや中間転写ベルト等の中間転写体上で重ね合わせ、次いで一括して受像紙上に転写してフルカラー画像を得ている。この場合も、上記と同様に、像担持体上や中間転写体上に残留した残トナーをクリーニング装置で回収し、この回収トナーを一時的に回収容器に蓄積し、回収トナー量が一定量に達したところで廃棄することが行われている。
【０００４】
そして、このような画像形成装置においては、像担持体上や中間転写体上に残留した残トナーを除去するクリーニング工程は、残トナーがそのまま記録画像におけるゴースト、かぶり等の汚れや混色等による色むら等の原因を除去することから、極めて重要な工程とされている。
【０００５】
近年、環境保護の問題がクローズアップされるに伴い、このようにして回収され、廃棄される残トナーについても、できるだけその回収量を低減することが要求され、また、回収された残トナーの再利用を図ることが求められている。
【０００６】
また、このような環境保護のための廃棄物量の低減や廃棄物の再利用の問題は、単に像担持体や中間転写体から回収される残トナーに止まらず、画像形成装置を形成する種々の構成部品についても要請されている。しかし、像担持体や中間転写体にクリーニング装置を付設すると、このクリーニング装置のクリーニングブレード等がこれら像担持体や中間転写体の表面に摺接し、これが摩耗（像担持体の膜減り等）の原因になって像担持体や中間転写体の長寿命化を図る上での障害になっている。
【０００７】
そこで、このような観点から、従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体表面をクリーニングする技術の一つとして、特開平９−９０８４０号公報や特許第３１３７９６２号公報などでブラシ方式が提案されている。
【０００８】
図８に従来のブラシ方式を用いたクリーニング装置の概略構成を示す。図８中、１０１は感光体であり、１０２は感光体１０１に当接して回転するブラシローラである。また、１０３はブラシローラ１０２に当接して中間ローラであり、１０４は中間ローラ上のトナーを掻き取る掻き取り部材である。転写の後、感光体１０１上に残留したトナーは、機械的または静電的にブラシローラ側に回収される。さらに、回収されたトナーは静電的に中間ローラに転移し、その後掻き取り部材により中間ローラから除去される。除去されたトナーは不図示のトナー搬送手段により廃トナー容器に搬送、収容される。
【０００９】
さらに、特許第３１３７９６２号公報では、ピーク間電圧４００〜７００Ｖ、周波数１００〜２，０００Ｈｚ、直流バイアス１００〜３００Ｖの電圧をブラシローラに印加する技術を提案している。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−９０８４０号公報
【特許文献２】
特許第３１３７９６２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、以下のような問題点を有していた。
【００１２】
第一に、クリーニング装置の構成要素として、少なくともブラシロール、中間ロール、掻き取り部材の３つが必要であり、かつトナーを静電気力で中間ロールまでに移動するには、複数のバイアス電源が必要である点である。このため、クリーニング装置の小型化や低価格化が極めて困難である。例えば、中間ローラを用いずにフリッカで直接ブラシ繊維に付着したトナーを叩き出す方式が提案されているが、フリッカとブラシローラとが当接した状態で長時間放置されると、ブラシ繊維が変形し、ブラシローラのクリーニング性能が局所的に低下してしまうという問題点を有する。
【００１３】
第二に、クリーニング装置に搬送されるトナーの帯電分布は現像装置内のそれに比べブロードに変化し、正負両帯電極性のトナーが混在している。このため、トナーを静電気力でブラシローラ側に回収しようとしても、バイアス電圧とは逆極性のトナーしか回収できないという問題がある。
【００１４】
また、この正負両帯電極性のトナーが混在している問題に対しては、球形トナーを用いる等により転写効率を上げてできるだけ逆転写トナー（主に正極に帯電）だけをブラシローラ側に回収しようという試みがなされてきているが、明確なトナーの形状（トナー付着力）、帯電量とブラシローラへの残トナーの回収・吐き出しの条件が明確に規制されてないので、ブラシローラからこれらトナーに作用する静電誘引力よりも像担持体表面との物理的な付着力の方が大きくなったり、トナー帯電量が低過ぎたり、高過ぎたりして、十分に静電誘引力がトナーに働かなかったりで、単純に静電誘引力だけで残留トナーを像担持体の表面から除去するのが困難になることが多い。
【００１５】
また、このブラシローラのブラシ抵抗値が明確に規制されてないので、ブラシローラからトナーに作用する静電誘引力を十分に確保できず、トナーの回収・吐き出し性能が落ちたり、ブラシローラで像担持体を帯電してしまい、画像ムラが発生したりする問題がある。
【００１６】
また、このブラシローラのブラシ繊維のパイル密度が明確に規制されてないので、ブラシローラのブラシ繊維が像担持体上トナーに接触する機会が少な過ぎたり、静ブラシ繊維の中にトナーが入り難かったり、ブラシ繊維の中のトナーが静電誘引力を働かせても吐き出し難かったりする問題がある。また、ブラシ繊維の中のトナーが静電誘引力をかけなくても出てきて、画像不良を発生したりする問題がある。
【００１７】
さらには、このようなトナーの回収・吐き出し方式（クリーニング装置）では、比較的粒径の大きなトナーに関してはこれを容易に残トナーを除去できるものの、近年において使用頻度が増加している平均粒径５〜７μｍ程度の小粒径トナーについては、導電性ブラシローラからこれらトナーに作用する静電誘引力よりも像担持体表面との物理的な付着力の方が大きいため、静電誘引力だけで残留トナーを像担持体の表面から除去するのは困難である。
【００１８】
なお、特許第３１３７９６２号公報によれば、ブラシローラに交流電圧に直流電圧を重畳した方式が提案されているが、正負両極性のトナーがブラシローラと感光体ドラムとの間で振動はするものの、すべての両極性のトナーがブラシに回収されることは極めて困難と考えられる。なぜならば、ブラシローラと感光体とが漸次離間するのに伴い、ブラシローラと感光体との間の交番電界強度が漸次弱まり、トナーは両者間を往復運動できなくなる。この結果、ブラシローラへの印加電圧とは逆極性のトナーはブラシローラ側に吸引されるものの、同極性のトナーは反発して感光体側に移動するものと考えられるからである。
【００１９】
そこで、本発明は、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、像担持体と、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像手段と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写手段と、ブラシ繊維を備え、転写後の像担持体上に残留する顕像粒子像を回収する第一の回収手段と、画像形成動作中には第一の回収手段に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第一の電圧印加手段、または画像形成動作中には第一の回収手段に顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第二の電圧印加手段と、画像形成動作が終了したならば第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を回収する第二の回収手段とを有し、使用する顕像粒子の球形度が１．００〜１．５０、顕像粒子の帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇとしたものである。
【００２１】
これにより、第一の回収手段および第二の回収手段を用いて像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られる。
【００２２】
ここで、第一の電圧印加手段は、像担持体の表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍以上〜２ｋＶｐｐの電圧を印加することが好ましい。
【００２３】
また、第一の電圧印加手段は、像担持体の表面と第一の回収手段との間で、１〜７ｋＨｚの周波数の交流を印加することが好ましい。
【００２４】
また、顕像粒子の球形度は１．００〜１．３０、顕像粒子の帯電量は負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇであることがより好ましい。
【００２５】
また、第一の回収手段に交流電圧を印加しない場合、画像形成動作中の第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することが好ましい。
【００２６】
顕像粒子の粒度分布変動係数が３０％以下で、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことが好ましい。
【００２７】
第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ であることが好ましい。より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。
【００２８】
また、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【００２９】
また、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する転写手段により構成されるものである。この場合には、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去手段を具備することができる。
【００３０】
または、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する現像手段により構成されるものである。
【００３１】
また、本発明の画像形成方法は、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像工程と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写工程と、画像形成動作中に第一の回収手段に交流電圧または顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加して像担持体上の残留トナーを当該第一の回収手段に具備されたブラシ繊維に回収する第一の回収工程と、画像形成動作が終了したならば正負両極性の直流電圧を第一の回収手段に順次印加し、第一の回収手段から顕像粒子を吐き出す吐き出して第二の回収手段に回収する第二の回収工程とを具備し、球形度が１．００〜１．５０、帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇの顕像粒子を使用するものである。
【００３２】
これにより、第一の回収手段および第二の回収手段を用いて像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られる。
【００３３】
ここで、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される交流電圧は、交流像担持体表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐの電圧であることが好ましい。
【００３４】
さらに、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される周波数は、１〜７ｋＨｚであることが好ましい。
【００３５】
また、顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇであることが好ましい。
【００３６】
また、第一の回収工程で、第一の回収手段に交流電圧を印加しない場合、第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することが好ましい。
【００３７】
また、顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことが好ましい。
【００３８】
第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ であることが好ましい。より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。
【００３９】
さらに、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度が５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【００４０】
また、第二の回収工程は、吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を転写手段により回収する転写回収工程とからなるものである。この場合において、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去工程を有することができる。
【００４１】
または、第二の回収工程は、吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を現像手段にて回収する現像回収工程とからなるものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、像担持体と、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像手段と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写手段と、ブラシ繊維を備え、転写後の像担持体上に残留する顕像粒子像を回収する第一の回収手段と、画像形成動作中には第一の回収手段に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第一の電圧印加手段、または画像形成動作中には第一の回収手段に顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第二の電圧印加手段と、画像形成動作が終了したならば第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を回収する第二の回収手段とを有し、使用する顕像粒子の球形度が１．００〜１．５０、顕像粒子の帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇである画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４３】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第一の電圧印加手段は、像担持体の表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍以上〜２ｋＶｐｐの電圧を印加する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４４】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、第一の電圧印加手段は、１〜７ｋＨｚの周波数の交流を印加する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４５】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇである画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４６】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１または４記載の発明において、画像形成動作中の第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４７】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しない画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４８】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍである画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４９】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ である画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５０】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明において、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する転写手段により構成される画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５１】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明において、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去手段を具備する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５２】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明において、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する現像手段により構成される画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５３】
本発明の請求項１２に記載の発明は、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像工程と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写工程と、画像形成動作中に第一の回収手段に交流電圧または顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加して像担持体上の残留トナーを当該第一の回収手段に具備されたブラシ繊維に回収する第一の回収工程と、画像形成動作が終了したならば正負両極性の直流電圧を第一の回収手段に順次印加し、第一の回収手段から顕像粒子を吐き出す吐き出して第二の回収手段に回収する第二の回収工程とを具備し、球形度が１．００〜１．５０、帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇの顕像粒子を使用する画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５４】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１２記載の発明において、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される交流電圧は、交流像担持体表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐの電圧である画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５５】
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１２または１３記載の発明において、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される周波数は、１〜７ｋＨｚである画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５６】
本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１２〜１４の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇである画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５７】
本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１２または１５記載の発明において、第一の回収工程では、第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加する画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５８】
本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１２〜１６の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しない画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５９】
本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１２〜１７の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ である画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６０】
本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１２〜１８の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ である画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６１】
本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１２〜１９の何れか一項に記載の発明において、第二の回収工程は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を転写手段により回収する転写回収工程とからなる画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６２】
本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項２０記載の発明において、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去工程を有する画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６３】
本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項１２〜１９の何れか一項に記載の発明において、第二の回収工程は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を現像手段にて回収する現像回収工程とからなる画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態である画像形成装置の構成と動作について、図１および図２を参照して説明する。
【００６６】
図１は本発明の一実施の形態であるブラシ振動手段を有する画像形成装置を示す説明図、図２は本発明の他の実施の形態である画像形成装置を示す説明図である。
【００６７】
図１および図２において、１は、金属ドラムに感光体層が設けられた、静電潜像保持体に相当する感光体ドラム（像担持体）である。感光体ドラム１において、感光体層はＯＰＣ層やａ−ＳｉＨ層、セレン層などを用いる。また、素管の傷や汚れが感光体ドラム１の帯電特性に影響しないよう、アルミ素管とＣＧＬとの間に導電性下引層を設けてもよい。
【００６８】
６は、感光体ドラム１の表面から所定の間隙を持って配置され、感光体ドラム１を帯電するための帯電装置である。図１および図２中にはスコロトロン帯電装置を図示しているが、その他にもコロトロン帯電装置や固体帯電素子などの非接触帯電装置を用いてもよく、さらには感光体ドラム１の表面に接触する帯電ローラや帯電ブラシなどの接触帯電装置を用いてもよい。なお、本実施の形態ではスコロトロン帯電装置を用いた場合について説明する。
【００６９】
７は、帯電した感光体ドラム１の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光源である。感光体ドラム１の吸収スペクトルが高い波長を発光するものであれば、レーザ光やＬＥＤ光、ＣＲＴ光、ＥＬ光等を露光源として用いてもよい。
【００７０】
８は感光体ドラム１上の静電潜像を現像する、現像手段としての現像装置である。現像装置８は、二成分現像装置、一成分現像装置のいずれでもよいが、本実施の形態では二成分現像装置を用いる。二成分現像装置の場合は、キャリア粒子とトナー粒子とを混合した二成分現像剤を用いる。キャリア粒子は、フェライト、マグネタイト、鉄粉等の磁性粒子から構成される。
【００７１】
また、磁性コア粒子の表面に被覆材料をコーティングするコートキャリアを用いてもよい。被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、およびエポキシ樹脂等があげられ、さらにポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、エチルセルロース樹脂等のセルロース系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等があげられ、上記の混合物でも良い。
【００７２】
また、キャリア粒子は球形であることが好ましい。フレーク状、平板状の場合、転写残留トナーを現像装置８に回収する能力が増加するが、その反面刷毛目状の画像ノイズが発生しやすくなるからである。
【００７３】
キャリア粒子の平均粒径は、３０μｍ〜７０μｍが好ましく、望ましくは３５μｍ〜５５μｍが好ましい。上記範囲を下回ると、磁気ブラシの保磁力が小さくなり現像スリーブから容易に離脱するので、感光体ドラム１へのキャリア付着が増加してしまう。また、上記範囲を上回ると、単位重量当たりのキャリア表面積が小さくなり、トナー（顕像粒子）の帯電が不安定になる。また、廃トナーが発生しない、いわゆるクリーナーレス方式の場合、転写残留トナーと接触する磁気ブラシの表面積が小さくなるので、転写残留トナーと磁気ブラシとの接触機会が減少し、その結果、感光体ドラム１からの回収能力が低減してしまう。さらには、静電潜像よりも大きなキャリア粒子でトナーが搬送されるので、微細な静電潜像を現像できなくなる。
【００７４】
トナー粒子は、二成分現像装置、一成分現像装置に関わらず、着色剤が分散された結着樹脂から構成される。結着樹脂の材料としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等をあげることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等が用いられる。また、着色剤としては、カーボンブラック、ニグロシン、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー１８０をあげることができる。本発明のトナーには、上記成分のほかに、必要に応じて帯電制御剤やワックスなどを含有させることができる。さらに必要に応じてシリカや酸化チタン、酸化亜鉛などの無機酸化物や有機微粒子等の外添剤を添加することもできる。
【００７５】
トナーは球形が好ましく、本発明においては、後で詳細に説明するが、トナー粒子の投影面積Ｓ、周長Ｌとしたとき、球形度つまり形状係数Ｃ（Ｃ＝Ｌ２ ／４πＳ）が１．０〜１．５であることが好ましい。より好ましくは、形状係数Ｃが１．０〜１．３である。さらに好ましくは、１．１〜１．３である。
【００７６】
なお、このように、本明細書において形状係数（球形度）とは、（周囲長）２ ／（４π＊投影面積）にて求められる値をいう。
【００７７】
形状係数が上記範囲を上回ると、トナーの離型性が低下して転写効率が低下するだけでなく、ハーフトーン画像とベタのブラック画像との最大転写効率を同一の転写電圧で実現することが困難になる。よって、転写残留トナーが増加してしまうため好ましくない。また、上記範囲を下回ると、トナーの離型性が高すぎて受像紙や感光体ドラム１から離れやすくなり、転写後の受像紙上におけるトナー飛散や、帯電装置６のトナー汚染が発生しやすくなる。
【００７８】
また、上記の形状係数の範囲は、後述するようにトナー粒子が小さい静電気力で感光体ドラム１上から離脱しやすく、かつ小さい静電気力で回収ブラシ装置１２のブラシ繊維から離脱しやすい範囲である。上記の形状係数を実現するには、懸濁重合法や乳化重合法で作製されたトナーを用いることが好ましい。また、機械的粉砕法で作製されたトナー母体を熱気流中に投下して、球形化処理を施してもよく、その他の方法で球形化処理を施してもよい。
【００７９】
トナーの帯電量は、詳しくは後述するが、本発明においては、負帯電の場合には−１０〜−５０μＣ／ｇ（正帯電の場合には１０〜５０μＣ／ｇ）が好ましい。より、好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇ（正帯電の場合には１５〜４５μＣ／ｇ）である。
【００８０】
帯電量が上記範囲を上回ると、トナーの電荷量が大きすぎて、現像量が極端に減少したり、トナー電荷に見合う転写電界が不足して転写残トナーが極端に増加したり、トナー同士が反発しあって転写での飛び散りを起こしてしまう。また、上記範囲を下回ると、転写工程で転写電界過剰により、また転写ニップ前後でのパッシェン放電や転写ニップ内での電荷注入により、トナーが逆極性に帯電しやすくなり、転写残トナーが極端に増加してしまったり逆転写を起こしてしまう。
【００８１】
また、上記の帯電量の範囲は、後述するようにトナー粒子が小さい静電気力で感光体ドラム１上から離脱かつ付着しやすく、かつ小さい静電気力で回収ブラシ装置１２のブラシ繊維から離脱かつ付着しやすい範囲である。
【００８２】
トナーの体積メジアン径は、５．０〜７．５μｍであることが好ましい。上記範囲以下であると、トナー粒子と感光体ドラム１との機械的付着力が高くなり、転写効率が低下してしまう。また、上記範囲を上回ると、微細な静電潜像を忠実に現像することが困難になる。
【００８３】
ベタのブラック画像を印字したときの受像紙をトナーで隠蔽する隠蔽率が低下してしまうため、十分な画像濃度を達成するには、０．５５ｍｇ／ｃｍ２ 以上のトナー量で現像する必要がある。しかしながら、現像トナー量が増加すると、感光体ドラム１上のトナー最下層まで受像紙に転写することが困難になる。また、高い転写バイアスを印加して感光体ドラム１上のベタのブラック画像を転写しても、ハーフトーン画像には過度の電圧を供給することになり、その結果転写工程中でトナーの極性が反転して、ハーフトーン画像の転写効率が低下してしまう。よって本発明では、上記範囲の体積メジアン径を有するトナーを用い、かつ感光体ドラム１上への現像トナー量を０．５５ｍｇ／ｃｍ２ 以下にすることが好ましい。
【００８４】
また、トナーの粒度分布変動係数を３０％以下で、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことが好ましい。これにより、トナーの粒度分布を非常に狭く、粒径のそろった均一なトナーとできるので、トナーの帯電量分布を安定、均一、シャープにでき、現像転写後の感光体ドラム１への残トナーを大幅に減らすことができ、現像同時クリーニング性もアップさせることができる。すなわち、廃トナーを大幅に減らすことができ、ランニングコストに有利で環境にやさしいものとなる。また、上記範囲は、後述するようにトナー粒子が小さい静電気力で感光体ドラム１上から離脱しやすく、かつ小さい静電気力で回収ブラシ装置１２のブラシ繊維から離脱しやすい範囲である。
【００８５】
現像スリーブ８ｃには、不図示の電源にて所定の現像電圧が印加される。二成分現像装置の場合、現像電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が好ましい。また、上記したような球形トナーを用いることによりキャリア粒子からトナーが離脱しやすくなるので、直流電圧のレベルが小さくても現像が可能となる。
【００８６】
また一成分現像装置でも感光体ドラム１と現像スリーブ８ｃとが非接触の構成の場合、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が好ましい。これによりトナー粒子が現像スリーブから離脱しやすくなるので、直流電圧のレベルが小さくても現像が可能となる。
【００８７】
交流電圧の波形や正弦波や矩形波、三角波、のこぎり波のいずれでもよく、またデューティー比が変調された交流波を印加してもよい。交流電圧のピーク間電圧は５００Ｖ〜２，０００Ｖが好ましい。上記範囲を下回ると、トナーは振動しにくくなり、交流電圧の効果が低減してしまう。また、上記範囲を上回ると感光体ドラム１へのキャリア付着が発生してしまう。またキャリア粒子の導電率が高いと、現像スリーブ上の磁気ブラシと感光体ドラム１との間で放電が発生し、感光体ドラム１上のトナーを乱す。さらに高いピーク間電圧を印加すると、上記放電により感光体ドラム１や現像スリーブに放電痕を形成してしまう。
【００８８】
交流電圧の周波数は１ｋＨｚ〜８ｋＨｚが望ましい。上記範囲外ではトナー現像量が低下する。これは、トナーが磁気ブラシから離脱しやすい固有振動数が存在するものと考えられる。
【００８９】
また、後述の回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを現像装置８に回収する場合は、さらに上記周波数を４ｋＨｚ〜７ｋＨｚ、上記ピーク間電圧を１〜２ｋＶｐｐに設定することが好ましい。上記範囲外では、感光体ドラム１上のトナーの回収効率が低下してしまう。これは、感光体ドラム１からトナーが離脱して現像装置８の磁気ブラシに取り込まれやすい固有振動数が存在するものと考えられ、上記範囲を下回るピーク電圧では、トナーは振動しにくくなり、交流電圧の効果が低減してしまい、上記範囲を上回ると感光体ドラム１へのキャリア付着が発生してしまう。
【００９０】
なお、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを現像装置８に回収しない場合では、上記範囲外の周波数に設定するか、もしくは直流電圧のみ印加すればよい。
【００９１】
３は転写手段としての転写装置である。転写装置３として、芯金に導電性ウレタンやＥＰＤＭ、シリコンなどのスポンジ層を巻付けた転写ローラや、ナイロンやレイヨンなどの導電性繊維からなる転写ブラシ、導電性ゴム板や導電性フィルムシートの先端部が接触した転写ブレードや転写フィルム、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＴＥＰ、ポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料に導電材を分散した導電性ベルトなどを用いる。後述するように、転写装置３で回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを掻き取り部材で回収する場合は、トナー粒子が機械的に転写装置３から離脱しやすい構成が好ましい。よって、上述の転写装置のうち、表面にＰＦＡやＰＴＦＥなどのフィルム層を有する転写ローラや転写ベルトなどの転写装置を用いることが好ましい。
【００９２】
２は、受像紙を所定の速度で搬送するレジストローラである。５は、普通紙やハガキ用紙、ＯＨＰシートなどの受像紙である。また、１０はレジストローラ２から感光体ドラム１までの受像紙５の搬送方向を案内する上流側案内手段である。４は、受像紙５上に転写されたトナー像を定着する定着装置である。また１１は、転写領域から定着装置４までの受像紙５の搬送方向を案内する下流側案内手段である。
【００９３】
なお、高湿下環境では受像紙５が低抵抗になり、可撓部材３ｂから受像紙５を介して案内手段１０、１１に電流が漏洩してしまう。このため、受像紙５の背面に十分な電荷が供給されなくなり、転写不良が発生してしまう。この問題を解決するため、案内手段１０、１１は絶縁部材で構成するか、転写電圧と同極性の電圧が印加されることが好ましい。また、抵抗素子やツェナーダイオード素子など自己バイアス素子を案内手段１０、１１と接地との間に接続してもよい。
【００９４】
４は、加熱手段４ａと加圧手段４ｂとから構成される定着装置である。図１および図２中、加熱手段４ａと加圧手段４ｂとはローラ形状を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、フィルム状やベルト状の加熱手段、加圧手段等を用いてもよい。
【００９５】
１２は、感光体ドラム１の回転方向で転写装置３と帯電装置６との間に配設された回収ブラシ装置（第一の回収手段）である。回収ブラシ装置１２は、ブラシ繊維が感光体ドラム１の表面に対し略垂直でかつ感光体ドラム１の表面に接触するように配置される。
【００９６】
なお、図１および図２中には固定型ブラシ部材を図示したが、ロール状ブラシ部材であってもよい。さらに、ロール状ブラシ部材は回転してもよく、その回転方向は、感光体ドラム１の表面に対して順方向、逆方向のいずれでもよい。
【００９７】
回収ブラシ装置１２は、ナイロンやレイヨン、セルロース、ポリエステルなどの糸に導電材を分散した繊維（パイル）を織成するか植毛したものを用いる。回収ブラシ装置１２の抵抗はＥ４〜１３Ω・ｃｍ２ 、より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。パイル長は０．５〜７ｍｍ、パイル太さは２〜１０デニール、パイル密度は５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【００９８】
後で詳しく説明するが、回収ブラシ装置１２の抵抗が上記範囲を下回ると、ブラシローラで感光体ドラム１を帯電してしまい、画像ムラが発生したりする。また、上記範囲を上回ると回収ブラシ装置１２からトナーに作用する静電誘引力を十分に確保できずトナーの回収・吐き出し性能が落ちてしまう。
【００９９】
また、パイル太さが上記範囲を下回ると、ブラシ繊維の硬さが軟らかくなりすぎて、感光体ドラム１上の残トナーおよび逆転写トナーを機械的に摺擦して掻き取る力が弱くなり、トナー回収力が落ちる。また、上記範囲を上回るとブラシ繊維の表面積が小さくなり、トナー回収バッファ量が減ってしまうと共にブラシ繊維の硬さが硬くなり、感光体ドラム１を傷つけて寿命を低下させてしまう。
【０１００】
また、上記パイル密度範囲を下回ると、ブラシの繊維が感光体ドラム１上のトナーと接触する機会が極端に減るので、トナー回収能力が低下してしまう。また、上記範囲を上回るとブラシ繊維中にトナーが入り難く、かえってトナー回収バッファ量が減ったり、一度ブラシ繊維中に入り込んだトナーは、静電誘引力で吐き出すことが困難になってしまう。
【０１０１】
１７は、回収ブラシ装置１２に接続された電圧印加手段としての回収ブラシ装置用電源である。図１に示す回収ブラシ装置用電源（第一の電圧印加手段）１７ａは交流電圧、正極性直流電圧および負極性直流電圧を切り替えて回収ブラシ装置１２に印加されるよう、制御される。また、図２に示す回収ブラシ装置用電源（第二の電圧印加手段）１７ｂは、正極性直流電圧および負極性直流電圧を切り替えて回収ブラシ装置１２に印加されるよう、制御される。
【０１０２】
１３は、転写装置３の表面に付着したトナーをスクレーピング部材により機械的に掻き取る、顕像粒子除去手段としてのトナー除去装置である。トナー除去装置１３は図１および図２に図示した以外にもゴムブレードやブラシ、ウェブなどを用いてもよい。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、回収ブラシ装置１２に一旦回収したトナーを感光体ドラム１に吐き出したのち、転写装置３に再度回収し、トナー除去装置１３で除去することを前提としている。これ以外にも、現像装置８でトナーを回収してもよい。現像装置８でトナーを回収する場合は、トナー除去装置１３は必要でなく、画像形成装置の小型化や低価格化に向いている。しかしながら、カラー画像形成装置の場合、現像装置８にトナーを回収すると、本来の色とは異なる色のトナーが混入し印字画像の色相が変化してしまう、いわゆる混色の問題が発生しやすくなる。
【０１０４】
次に、図１および図２と図４および図５のタイミングチャート図とを用いて、本発明の画像形成装置の動作を説明する。
【０１０５】
まず、画像形成装置は、コンピュータなど外部から発信された画像信号を受信して、画像形成前の準備工程を開始する。初めに定着装置４が加熱され、所定温度に到達した後、定着装置４の回転駆動が開始される。また、感光体ドラム１の回転駆動も開始される。このとき帯電装置６に所定の電圧が印加され、感光体ドラム１は所定の表面電位に帯電される。また、現像装置８の回転駆動も開始される。このとき現像スリーブには交流電圧に直流電圧が重畳された電圧が印加される。また、回収ブラシ装置１２に交流電圧が印加される。また、図１に不図示の給紙カセットに蓄えられた受像紙５が、レジストローラ２まで給紙され、レジストローラ２間に挟持された状態を維持する。
【０１０６】
上記の準備工程が完了した後、各部材の動作を継続しながら画像形成工程が開始される。
【０１０７】
始めに、帯電された感光体ドラム１の表面が露光源７と対向する位置に搬送されると、受信した画像信号に応じた光が感光体ドラム１の表面に照射される。これにより、光照射された領域の感光体ドラム１の表面は帯電電位か低下する。この結果、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【０１０８】
次に、感光体ドラム１の表面の静電潜像が現像装置８と対向する位置に搬送されると、所定の電圧が印加された現像スリーブ上のトナーが、静電潜像と現像スリーブとの電位差に応じて感光体ドラム１上に移動する。この結果、トナーが感光体ドラム１上の静電潜像に付着し、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。
【０１０９】
感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像は、転写装置３と感光体ドラム１とが当接する転写領域に搬送される。このとき転写装置３には、トナー粒子とは逆極性の電圧が印加される。
【０１１０】
一方、レジストローラ２の回転駆動が開始され、トナー像が転写領域に搬送されるのと同期して、レジストローラ２に挟持されていた受像紙５の搬送が開始される。
【０１１１】
上流側案内手段１０に沿って搬送された受像紙５は、転写領域に突入する。転写領域を通過する間、転写装置３から受像紙５の背面に蓄積された電荷により受像紙５と感光体ドラム１との間に電界Ｅが形成される。これにより、トナーの電荷ｑと電界Ｅによるクーロン力Ｆ＝ｑＥが作用して、感光体ドラム１上のトナーが受像紙５側に転写される。正規の極性に帯電してないトナーや機械的付着力が過剰なトナーは、クーロン力Ｆで受像紙５側に吸引されずに、転写残留トナーとなって感光体ドラム１の表面に残留する。
【０１１２】
転写残留トナーは、感光体ドラム１に搬送されて、回収ブラシ装置用電源１７ａ（図１）により交流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。交流電圧が印加されることでブラシ繊維が振動し、搬送された転写残留トナーを吸引する。これにより、転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１１３】
または、転写残留トナーは、回収ブラシ装置用電源１７ｂ（図２）により、印字するためのトナー本来の帯電極性、つまり正規の帯電極性と同極性の直流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される（なお、以下において、このようなトナーを「正規トナー」という。）。正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加されることで正規トナーの帯電極性と逆極性のトナー（過剰転写時）に静電誘引力を作用させて、ブラシ繊維に吸引する。これにより、過剰転写時の転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１１４】
なお、回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する場合は、交流電圧を印加する場合に比べて、電源が簡素になり、感光体ドラム１に対するダメージも少なくなる等メリットがあるが、できるだけ転写残トナーに正規トナーの帯電極性と同極性のものを残さない必要がある。これは、できるだけ転写効率を上げることであり、トナーをできるだけ球形にし、帯電量分布もシャープで、均一帯電である方が良く、前述したように、球形度（投影面積で、（周囲長）２ ／（４π＊投影面積））が１．００〜１．５０、好ましくは１．０〜１．３、帯電量が−１０〜−５０μＣ／ｇ（正帯電の場合１０〜５０μＣ／ｇ）好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇ（正帯電の場合１５〜４５μＣ／ｇ）、粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないトナーを用いるのが良い。勿論、回収ブラシ装置１２に交流バイアスに印加する場合も上述したトナーを用いる方が信頼性が増すことになるのでより好ましい。
【０１１５】
一方、転写領域を通過した受像紙５は下流側案内手段１１に沿って定着装置４に搬送される。定着装置４を通過中、受像紙５上のトナー像は加熱定着される。定着装置４を通過すると、受像紙５が画像形成装置の機外に排出され、定着された印字画像の出力が完了する。
【０１１６】
次に、画像形成工程が終了した後、第一の吐き出し工程を開始する。
【０１１７】
第一の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する。これにより、回収ブラシ装置１２に回収されたトナーのうち、正規の帯電極性のものは、回収ブラシ装置１２から感光体ドラム１の表面に吐き出される。また、帯電装置６への電圧印加は画像形成工程から継続する。
【０１１８】
さらに現像装置８への印加電圧を直流電圧のみに切り替える。また、転写装置３への印加電圧を、正規トナーの帯電極性とは逆極性の直流電圧に切り替える。
【０１１９】
感光体ドラム１の表面に吐き出されたトナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６からは正規トナーと同極性のイオンが感光体ドラム１の表面に降り注がれているので、感光体ドラム１上のトナーの帯電量が上昇する。
【０１２０】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写装置３へ担持搬送される。転写装置３には正規トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写装置３側にクーロン力で吸引される。転写装置３側に転移したトナーは、トナー除去装置１３の掻き取り部材により転写装置３の表面から除去される。
【０１２１】
少なくとも感光体ドラム１が１周する間に、第一のトナー吐き出し工程を行った後、第二の吐き出し工程を開始する。
【０１２２】
第二の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に印加されている電圧の極性を反転する。これにより、回収ブラシ装置１２に残留した正規のトナーとは逆極性に帯電したトナーが、感光体ドラム１の表面に吐き出される。他の装置への電圧印加は、先のトナー吐き出し工程から引き続き継続する。
【０１２３】
感光体ドラム１の表面に吐き出された逆極性トナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６からは正規トナーと同極性のイオンが感光体ドラム１の表面に降り注がれているので、感光体ドラム１上のトナーは正規の帯電極性に反転する。
【０１２４】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写装置３へ担持搬送される。
【０１２５】
転写装置３には正規トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写装置３側にクーロン力で吸引される。転写装置３側に転移したトナーは、トナー除去装置１３の掻き取り部材により転写装置３表面から除去される。
【０１２６】
よって、この第一の吐き出し工程と第二の吐き出し工程とを実行する感光体ドラム１と転写装置３とが第二の回収手段を構成することになる。
【０１２７】
少なくとも感光体ドラム１が１周する間に、第二のトナー吐き出し工程を行った後、感光体ドラム１の回転を停止する。さらに各装置への電圧印加も停止し、すべての動作を完了する。
【０１２８】
なお、上記の構成では、スコロトロン帯電装置を用いて説明したが、上述の通り、帯電ローラや帯電ブラシなど、感光体ドラム１と帯電装置とが接触する接触式帯電装置を用いてもよい。ただし、接触式帯電装置の場合、第一の吐き出し工程と第二の吐き出し工程とでは、帯電装置と回収ブラシ装置１２との電圧極性を同一にすることが望ましい。同一にしないと、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーが帯電装置に付着し、帯電装置を清掃する工程または部材が必要となるからである。
【０１２９】
また、第二の吐き出し工程で、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーの帯電極性を正規に反転することは困難である。このため、逆極性のトナーを静電気力で回収しようとすると、現像スリーブ上のトナーが感光体ドラム１に移動してしまうため、現像装置８への回収は極めて困難である。よって、接触式帯電装置を使用する場合は、静電気力以外の力でトナーを現像装置８に回収するか、もしくは上述の通り別途回収手段を設けることが好ましい。この場合には、第二の回収手段は、感光体ドラム１と現像装置８になる。
【０１３０】
また、本実施の形態では、複数色のトナーを用いたカラー画像形成装置として実施してもよい。カラー画像形成装置の形態を以下に説明する。
【０１３１】
図３は、本発明のさらに他の実施の形態であるカラー画像を形成する画像形成装置を示す説明図である。
【０１３２】
図３中、１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙは、各色のトナーに対応した感光体ドラムである。６Ｋ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｙは、各感光体ドラム１の表面を帯電する帯電装置である。図３にはローラ形状の帯電装置６を図示したが、その他にもコロトロン帯電装置や固体帯電素子などの非接触帯電装置を用いてもよく、さらには感光体ドラム表面に接触する帯電ブラシなどの接触帯電装置を用いてもよい。
【０１３３】
７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙは、帯電した各色の感光体ドラム１の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光源である。感光体ドラム１の吸収スペクトルが高い波長を発光するものであれば、レーザ光やＬＥＤ光、ＣＲＴ光、ＥＬ光等を露光源として用いてもよい。
【０１３４】
８Ｋ、８Ｃ、８Ｍ、８Ｙは、各色の感光体ドラム１上の静電潜像を、各色のトナーで現像する現像装置である。現像装置８は、二成分現像装置、一成分現像装置のいずれでもよいが、上述と同様、本実施の形態では二成分現像装置を用いている。
【０１３５】
１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは回収ブラシ装置（第一の回収手段）である。回収ブラシ装置１２は、ブラシ繊維が感光体ドラム１の表面に対し略垂直で、かつ感光体ドラム１の表面に接触するように配置される。なお、図３中にはロール状のブラシ部材を図示したが、固定型ブラシ部材であってもよい。さらにロール状ブラシ部材は回転してもよく、その回転方向は、感光体ドラム１の表面に対して順方向、逆方向のいずれでもよい。
【０１３６】
回収ブラシ装置１２は、ナイロンやレイヨン、セルロース、ポリエステルなどの糸に導電材を分散した繊維（パイル）を織成するか植毛したものを用いる。ブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ 、より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。パイル長は０．５〜７ｍｍ、パイル太さは２〜１０デニール、パイル密度は５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。また、それぞれの回収ブラシ装置１２には、図１および図２で示したような回収ブラシ装置用電源（不図示）が接続されている。
【０１３７】
１５は、受像紙５を担持搬送する転写ベルトである。転写ベルト１５は、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＴＥＰ、ポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料を基材とする。また、転写ベルト１５の電気抵抗を調整するため、導電材を分散してもよい。
【０１３８】
１８Ｋ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｙは、転写ベルト１５を介して各感光体ドラム１に当接するバイアス供給手段である。バイアス供給手段１８は、転写ベルト１５の背面に所定の電荷を供給することができれば、ブラシ形状やローラ形状、ブレード形状、フィルム形状などを用いてもよい。さらに、転写ベルト１５の背面には非接触のコロナ放電器や固体帯電素子を用いてもよい。
【０１３９】
１４は転写ベルト１５を張架するベルト支持ローラである。また、１６は転写ベルト１５上に搬送された受像紙５にバイアス電圧を印加してクーロン力にて受像紙５を転写ベルト１５に吸引固定するための紙吸着装置である。１９は受像紙５を除電して転写ベルト１５から受像紙５を分離するための除電針である。
【０１４０】
１３は、転写ベルト１５上に付着したトナーを除去するトナー除去装置であり、転写ベルト１５に接触・回転するブラシローラと１３ａとブラシローラ１３ａに付着したトナーを静電的に回収する中間ローラ１３ｂと、中間ローラ１３ｂに付着したトナーを機械的に掻き取る掻き取り部材とにより構成される。トナー除去装置１３は、これ以外にもゴムブレードや金属スクレーパ、ウェブなどを用いてもよい。
【０１４１】
次に、図３と図６および図７のタイミングチャート図とを用いて、本発明のカラー画像形成装置の動作を説明する。
【０１４２】
まず、カラー画像形成装置は、コンピュータなど外部から発信された画像信号を受信して、画像形成前の準備工程を開始する。初めに不図示の定着装置４が加熱され、所定温度に到達した後、定着装置４の回転駆動が開始される。また、転写ベルト１５と感光体ドラム１の回転駆動も開始される。このとき各色の帯電装置６に所定の電圧が印加され、感光体ドラム１は所定の表面電位に帯電される。また、各色の現像装置８の回転駆動も開始される。このとき現像スリーブには交流電圧に直流電圧が重畳された電圧が印加される。また、回収ブラシ装置１２に交流電圧または正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加される。また、図３に不図示の給紙カセットに蓄えられた受像紙５が、不図示のレジストローラ２まで給紙され、レジストローラ２間に挟持された状態を維持する。
【０１４３】
上記の準備工程が完了した後、各部材の動作を継続しながら画像形成工程が開始される。
【０１４４】
始めに、帯電された感光体ドラム１の表面が露光源７と対向する位置に搬送されると、受信した画像信号に応じた光が感光体ドラム１の表面に照射される。これにより、光照射された領域の感光体ドラム１の表面は帯電電位か低下する。この結果、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【０１４５】
次に、感光体ドラム１の表面の静電潜像が現像装置８と対向する位置に搬送されると、所定の電圧が印加された現像スリーブ上のトナーが、静電潜像と現像スリーブとの電位差に応じて感光体ドラム１上に移動する。この結果、トナーが感光体ドラム１上の静電潜像に付着し、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。
【０１４６】
感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像は、転写ベルト１５と感光体ドラム１とが当接する転写領域に搬送される。このときバイアス供給手段には、トナー粒子とは逆極性の電圧が印加される。
【０１４７】
一方、レジストローラ２の回転駆動が開始され、レジストローラ２に挟持されていた受像紙５の搬送が開始され転写ベルト１５まで搬送される。
【０１４８】
転写ベルト１５と紙吸着装置１６との間を通過することで、受像紙５はクーロン力で転写ベルト１５に吸着し、転写ベルト１５により担持搬送され、各色の転写領域に突入する。転写領域を通過する間、転写装置３から受像紙５の背面に蓄積された電荷により受像紙５と感光体ドラム１との間に電界Ｅが形成される。これにより、トナーの電荷ｑと電界Ｅによるクーロン力Ｆ＝ｑＥが作用して、感光体ドラム１上のトナーが受像紙５側に転写される。正規の極性に帯電してないトナーや機械的付着力が過剰なトナーは、クーロン力Ｆで受像紙５側に吸引されずに、転写残留トナーとなって感光体ドラム１の表面に残留する。
【０１４９】
転写残留トナーは、感光体ドラム１に搬送されて、交流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。
【０１５０】
交流電圧が印加されることでブラシ繊維が振動し、搬送された転写残留トナーを吸引する。これにより、転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。または、正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加されることでブラシ繊維から搬送された正規トナーの帯電極性と逆極性のトナー（過剰転写時）に静電誘引力を作用させて、ブラシ繊維に吸引する。これにより、過剰転写時の転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１５１】
回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する場合は、交流電圧を印加する場合に比べて、電源が簡素、感光体ドラム１に対するダメージも少なくなる等メリットがあるが、できるだけ転写残トナーに正規トナーの帯電極性と同極性のものを残さない必要がある。これは、できるだけ転写効率を上げることであり、トナーをできるだけ球形にし、帯電量分布もシャープで、均一帯電である方が良く、前述したように、球形度（投影面積で、（周囲長）２ ／（４π＊投影面積））が１．００〜１．５０、好ましくは１．０〜１．３、帯電量が−１０〜−５０μＣ／ｇ（正帯電の場合１０〜５０μＣ／ｇ）好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇ（正帯電の場合１５〜４５μＣ／ｇ）、粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないトナーを用いるのが良い。勿論、回収ブラシ装置１２に交流バイアスに印加する場合も上述したトナーを用いる方が信頼性が増すことになるのでより好ましい。
【０１５２】
一方、各色の転写領域を順次通過した受像紙５は、複数色のカラートナー像が形成された状態で、除電針近傍まで搬送される。除電針近傍では、支持ローラの曲率と除電針による受像紙５の裏面の除電により、転写ベルト１５と受像紙５とが分離される。転写ベルト１５から分離した受像紙５は定着装置４に搬送される。
【０１５３】
また、順次カラートナーが転写される際に、上流側で受像紙５に転写されたトナーが下流の転写時に逆転写されることが多い。この逆転写したトナーも前述したように、交流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。交流電圧が印加されることでブラシ繊維が振動し、搬送された転写残留トナーを吸引する。
【０１５４】
これにより、転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。または、正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加されることでブラシ繊維から搬送された正規トナーの帯電極性と逆極性のトナー（逆転写トナー）に静電誘引力を作用させて、ブラシ繊維に吸引する。これにより、過剰転写時の転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１５５】
定着装置４を通過中、受像紙５上のトナー像は加熱定着される。定着装置４を通過すると、受像紙５が画像形成装置の機外に排出され、定着された印字画像の出力が完了する。一方、受像紙５を分離した転写ベルト１５はトナー除去装置１３を通過し、転写ベルト１５に付着したトナーや紙粉を除去する。
【０１５６】
次に、画像形成工程が終了した後、第一の吐き出し工程を開始する。
【０１５７】
第一の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する。これにより、回収ブラシ装置１２に回収されたトナーのうち、正規の帯電極性のものは、回収ブラシ装置１２から感光体ドラム１の表面に吐き出される。
【０１５８】
さらに、帯電装置６への印加電圧も回収ブラシ装置１２と同等の電圧を印加する。また、現像装置８への印加電圧を直流電圧のみに切り替える。また、転写バイアス供給手段への印加電圧を、正規トナーの帯電極性とは逆極性の直流電圧に切り替える。
【０１５９】
感光体ドラム１の表面に吐き出されたトナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６には、トナーの帯電極性と同極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは帯電装置６に付着することなく通過する。
【０１６０】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写領域へ担持搬送される。
【０１６１】
転写バイアス供給手段には正規トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写ベルト１５側にクーロン力で吸引される。転写ベルト１５側に転移したトナーは、各色の転写領域を通過した後、トナー除去装置１３へ搬送される。トナー除去装置１３ではブラシローラの回転により機械的にトナーが転写ベルト１５から引き剥がされる。ブラシローラに付着したトナーはクーロン力により中間ローラに転移し、掻き取り部材により除去される。
【０１６２】
少なくとも感光体ドラム１が１周し、かつ最上流の転写領域から最下流の転写領域にトナー搬送される間に、第一のトナー吐き出し工程を行った後、第二の吐き出し工程を開始する。
【０１６３】
第二の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に印加されている電圧の極性を反転する。これにより、回収ブラシ装置１２に残留した正規のトナーとは逆極性に帯電したトナーが、感光体ドラム１の表面に吐き出される。また、帯電装置６には回収ブラシ装置１２と同等の電圧が印加される。また、転写バイアス供給手段には、正規のトナーの帯電極性と同極性の電圧が印加される。
【０１６４】
感光体ドラム１の表面に吐き出された逆極性トナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６には吐き出されたトナーの帯電極性と同極性の電圧が印加されているので、帯電装置６にトナーが付着することなく通過する。
【０１６５】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写領域に担持搬送される。
【０１６６】
転写バイアス供給手段には回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写ベルト１５側にクーロン力で吸引される。各色の転写領域を順次通過して転写ベルト１５側に転移したトナーは、第一の吐き出し工程と同様にトナー除去装置１３により転写ベルト面から除去される。
【０１６７】
少なくとも感光体ドラム１が１周し、かつ最上流の転写領域から最下流の転写領域にトナー搬送される間に、第二のトナー吐き出し工程を行った後、転写ベルト１５と感光体ドラム１の回転を停止する。さらに各装置への電圧印加も停止し、すべての動作を完了する。
【０１６８】
なお、上記では、受像紙５を担持する構成要素として転写ベルト１５を示したが、ベルト以外にもドラム形状やローラ形状のものを用いてもよい。また、紙を直接担持搬送せずに、ベルト上に４色のトナー画像を形成した後、受像紙５に二次転写する中間転写ベルトを用いてもよい。
【０１６９】
また、上記の構成では、帯電ローラなどの接触式帯電方式を利用し、かつ回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを現像装置８に回収しない。接触式帯電方式の場合、第一の吐き出し工程と第二の吐き出し工程とでは、帯電装置６と回収ブラシ装置１２との電圧極性を同一にすることが望ましい。同一にしないと、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーが帯電装置６に付着し、帯電装置６を清掃する工程または部材が必要となるからである。
【０１７０】
また、第二の吐き出し工程で、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーの帯電極性を正規に反転することは困難である。このため、逆極性のトナーを静電気力で回収しようとすると、現像スリーブ上のトナーが感光体ドラム１に移動してしまうため、現像装置８への回収は極めて困難である。よって、接触式帯電装置を使用する場合は、静電気力以外の力でトナーを現像装置８に回収するか、もしくは上述の通り別途回収手段を設けることが好ましい。
【０１７１】
またカラー画像形成装置の場合、下流側の感光体ドラム１に当接する回収ブラシ装置１２には、上流側のトナーが混在する。よって、回収ブラシ装置１２に蓄えられたトナーを現像装置８で回収すると、別色のトナーが現像装置８に混入し、色再現範囲が狭まるいわゆる混色の問題が発生する。よって、混色の問題を回避するには、現像装置８以外の装置で感光体ドラム１上に吐き出されたトナーを回収、除去することが好ましい。
【０１７２】
これまで回収ブラシ装置１２からのトナーの吐き出し工程を、回収ブラシ装置１２、帯電装置６、現像装置８、転写装置３に印加する電圧の極性のみで述べてきたが、このトナー吐き出しの移動を各部材間の電位差で移動させても良い。そのときは、例えば感光体ドラム１の表面電位より絶対値で大きい直流電圧であれば良く、好ましくは電位差を２００〜６００Ｖであることが好ましい。この電位差範囲を上回ると放電が開始し、トナーの帯電極性を変化させて回収ブラシ装置１２からの回収、吐き出し、転写回収等のトナー移動の性能を低下させてしまう。また、この電位差範囲を下回るとトナーにかかる電界による静電誘引力が小さく、十分にトナーを移動させることができない。
【０１７３】
次に本発明にかかる回収ブラシ装置およびそれに用いるトナーの具体的な実施の形態を説明する。
【０１７４】
（実施例１）
下記仕様の織成した回転ブラシを回収ブラシ装置として上記画像形成装置に取りつけ、転写残トナーの回収能力を評価した。
【０１７５】
回転ブラシ外径：７．５ｍｍ
ブラシ繊維材料：ナイロン系導電糸
ブラシ太さ：２デニール
ブラシ密度：３６０Ｆ／ｍｍ２
パイル長：：１．７５ｍｍ
ブラシ繊維抵抗：約Ｅ４Ω・ｃｍ
感光体ドラムへの食い込み量：約０．４５ｍｍ
なお、感光体ドラムとしてはアルミ素管にＣＧＬ、ＣＴＬを順次積層した、膜厚約２０μｍ、φ１６のＯＰＣドラムを使用した。また、トナーは体積５０％径が約６μｍ、形状係数約１．４３の非磁性トナーを使用した。感光体ドラムの表面電位は約−４００Ｖとした。感光体ドラム表面への現像トナー量を約０．５ｍｇ／ｃｍ２ とした。このとき感光体ドラム表面に現像されたトナーの帯電量は約−２５μＣ／ｇであった。
【０１７６】
転写装置として、電気抵抗約１０１０Ω、厚み１２０μｍの中間転写ベルトを使用し、転写部には中間転写ベルトの裏側に転写ローラを使用した。転写ローラは、ＥＰＤＭにカーボンブラックを分散した電気抵抗約１０４ Ωのスポンジ層のものを使用した。さらに感光体ドラムとの接触幅（転写領域）は約２ｍｍになるよう転写ローラを当接した。
【０１７７】
感光体ドラムを約１２５ｍｍ／ｓの速度で回転し、転写ローラに約７００Ｖの電圧を印加した。この転写条件での転写効率は９８％であった。
【０１７８】
また、上記回収ブラシ装置に直流電圧を印加して、感光体ドラムの表面電位を計測した結果、回収ブラシ装置と感光体ドラム表面との間での放電開始電圧は、約５２０Ｖであった。
【０１７９】
以上の条件のもと回収ブラシ装置に印加する正弦波の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐと周波数ｆとを変えて、回収ブラシ装置の通過前後での感光体ドラム表面上のトナー付着量と印字後に回収ブラシ装置のトナー回収不良によるゴーストを目視で観察した。
【０１８０】
その結果を（表１）に示す。
【０１８１】
【表１】
【０１８２】
上記の表で、×は回収ブラシ装置を通過した後もトナーが感光体ドラム上および印字後に回収不良ゴーストが目視で確認できるレベルを示す。△は回収ブラシ装置を通過した後にトナーが感光体ドラム上および印字後に回収不良ゴーストが目視で確認できるが、印字後に回収不良ゴーストが目視で確認できないレベルを示す。○は、回収ブラシ装置を通過した後、トナーが感光体ドラム上に目視で確認できない、印字後にも回収不良ゴーストが目視で確認できないレベルを示す。さらに、Ｅは回収ブラシ装置と感光体ドラムとの間で異常放電が発生した場合を示す。
【０１８３】
なお、交流電圧に重畳する直流電圧を−８００〜＋８００Ｖの間で変化させても、回収能力に有意差は認められなかった。
【０１８４】
また、交流電圧に矩形波を用いると回収能力が低下、三角波を用いると正弦波と同等の回収能力であった。
【０１８５】
また、前段の転写装置で転写させたトナーを次段の転写装置に１ｋＶかけて逆転写させたトナーの回収能力も（表１）と同様な傾向となった。
【０１８６】
また、転写ローラに印加する電圧を５００Ｖに落とし、転写効率を約７３％にして負極の転写残トナーを増やしたもの（正極のトナーも存在している）、未帯電トナー、−１３、−４７μＣ／ｇ帯電量トナーを回収ブラシ装置に供給しても、（表１）に示す比べて多少回収可能領域は狭まるが、ほぼ同等の交流電圧設定範囲に設定することで、回収ブラシ装置に回収できることも確認できた。強いて述べると−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方が好ましい。
【０１８７】
また、１００Ｈｚ程度の周波数で１０００Ｖ以上のピーク間電圧を印加すると、目視でブラシ繊維が振動し、回収ブラシ装置と感光体ドラムとの接触領域からトナーミストが発生することが確認された。さらに周波数をあげると、目視ではブラシ繊維の振動は不明であるが、トナーミスト量が増加した。周波数が大きいため、目視では確認できないレベルでブラシ繊維が微小振動しているものと考えられる。
【０１８８】
以上の結果から、特定の交流電圧と周波数を設定範囲に設定することで回収ブラシ装置に転写残留トナーを回収できることが判明した。強いて述べると、−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方がより好ましい。
【０１８９】
（実施例２）
次に、種々の形状係数１．２５、１．６０のトナーを感光体ドラムに付着させ、上記と同様の実験を行った。その結果を（表２）に示す。
【０１９０】
【表２】
【０１９１】
なお、球形度１．２５のトナーについては、（表１）に示す場合と回収能力に有意差は認められなかった。
【０１９２】
以上の結果から、球形度１．２５では（表１）と同様な結果になり、球形度を１．６０にすると、（表１）に示す場合比べて回収可能領域は狭まるが、特定の交流電圧設定範囲に設定することで、回収ブラシ装置に回収できることが判明した。強いて述べると、トナーの形状係数は１．５０以下が好ましい。
【０１９３】
（実施例３）
次に、形状係数１．４３のトナーを用いて、回収ブラシ装置に印加する電圧に交流重畳をやめ、直流電圧のみを変えて、種々の転写効率にて、回収ブラシ装置の通過前後での感光体ドラム表面上のトナー付着量と印字後に回収ブラシ装置のトナー回収不良によるゴーストを目視で観察した。その結果を（表３）に示す。
【０１９４】
【表３】
【０１９５】
なお、−６００Ｖ以下、＋６００Ｖ以上にすると回収能力が若干悪くなる傾向にあった。
【０１９６】
また、前段の転写装置で転写させたトナーを次段の転写装置に１ｋＶかけて逆転写させたトナーの回収能力については、十分ではないものの−３００〜−６００Ｖの設定範囲でトナーの回収性能が見られた。なお、印加電圧−３００、−６００Ｖの方が＋３００、＋６００Ｖより若干回収性能が良いのは、転写残トナーの量の差と思われる。
【０１９７】
また、印加電圧が−３００Ｖより−６００Ｖ、＋３００Ｖより＋６００Ｖの方が若干良い回収性が良いと。
【０１９８】
感光体ドラムの表面電位の絶対値４００Ｖより大きい直流電圧を印加する方が回収性能が良いことがわかった。また、トナーの形状係数の差については、実施例２と同様な結果で、形状係数が１．６０以下でより回収能力があることが判明した。
【０１９９】
また、−１３μＣ／ｇ帯電量トナーを回収ブラシ装置に供給すると、−２５μＣ／ｇトナーに比べて回収性能が多少低下した。
【０２００】
また、回収ブラシ装置に印加するバイアスが交流の場合は、ブラシローラの内部までトナーが入り込んでおり、直流のみの印加ではブラシ先端にのみ（ブラシローラ表面）回収していると、交流印加の回収バッファ量（約３００ｍｇ）が多くなることが確認できた。
【０２０１】
以上の結果から、直流電圧のみの場合では、転写効率９７％未満では＋３００〜６００Ｖ、転写効率９７％以上と逆転写トナーでは−３００〜−６００Ｖの設定範囲で、十分ではないもののトナーの回収性能が認められた。また、感光体ドラムの表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加する方がより良いトナーの回収性能が認められた。また、トナーの形状係数は１．５０以下が好ましい。
【０２０２】
また、トナーの帯電量は−１０〜−５０μＣ／ｇ、より好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇの範囲に設定した方が良い。
【０２０３】
また、回収バッファ量に関しては、交流印加の方が有利であることが判明した。
【０２０４】
（実施例４）
次に、形状係数１．４３のトナーを用いて、回収ブラシ装置にトナーが蓄積された状態で、周波数を３ｋＨｚに固定して、ピーク間電圧と重畳する直流電圧とを変化させ、かつ回収ブラシ装置に印加する直流電圧の極性を反転して、回収ブラシ装置からのトナーの吐き出し効果を評価した。その結果を（表４）に示す。
【０２０５】
【表４】
【０２０６】
上記の表で×は、回収ブラシ装置に上記電圧を印加したときに、回転する感光体ドラムへのトナーの付着が目視で認められないケース、すなわち、回収ブラシ装置からトナーが吐き出されていないケースを示す。また△は、回収ブラシ装置に上記電圧を印加したときに、回転する感光体ドラムへのトナーの付着が認められ、かつ回収ブラシ装置にトナーが残留しているケースを示す。
【０２０７】
なお、交流印加で回収したトナー（ブラシローラ内部までトナーが入り込んだ状態）での吐き出し性能は（表４）に示す結果であるが、直流印加で回収したトナー（ブラシローラのブラシ先端のみで回収した状態）での吐き出し性能は、トナーがブラシローラ内部に無い分で、回収ブラシ装置にトナーが残留していなかった。つまり、直流印加で回収したトナーは完全に吐き出すことが可能である。
【０２０８】
以上の結果から、形状係数１．４３のトナーの場合、ピーク間電圧が低い場合、または直流電圧のみの場合では、トナーの十分ではないもののトナーの吐き出し性能が認められた。また、直流印加で回収したトナーは完全に吐き出すことが可能であることが判明した。
【０２０９】
（実施例５）
次に、形状係数１．２５のトナーを用いて、（表４）と同様の評価を行った。その結果を（表５）に示す。
【０２１０】
【表５】
【０２１１】
上記の表で○は、回収ブラシ装置に印加する直流電圧の極性を反転したときに、回転する感光体ドラムへのトナーの付着が目視で認められるケースを示す。
【０２１２】
以上の結果から、ピーク間電圧が低い場合、または直流電圧のみの場合では、トナーの形状を球形にすることで、さらなるトナーの吐き出し性能が認められた。
【０２１３】
（実施例６）
次に、形状係数１．４３のトナーを用いて、種々のトナーの帯電量に対して、回収ブラシ装置にトナーが蓄積された状態で、回収ブラシ装置に印可する直流電圧を変化させてかつ回収ブラシ装置に印加する直流電圧の極性を反転して、回収ブラシ装置からのトナーの吐き出し効果を評価した。その結果を（表６）に示す。
【０２１４】
【表６】
【０２１５】
以上の結果から、トナーを−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方がより吐き出し性能が良いことが判明した。
【０２１６】
（実施例７）
次に、回収ブラシ装置のブラシ抵抗による回収・吐き出し性能とその他の影響について簡単に評価した。
【０２１７】
実施例１〜６で使用したブラシ抵抗はＥ４であったが、抵抗が若干低いため、ブラシに印加するバイアスが±４、５００Ｖと低くても、ＯＰＣドラムを帯電してしまい、表面電位がばらつく傾向にあった。その結果、画像ムラが発生した。
【０２１８】
ブラシ抵抗が約Ｅ１０の場合は、回収バイアス−４００Ｖ、吐き出しバイアス±４００Ｖ極性切替えの場合、抵抗がＥ４に比較して、回収・吐き出し性能が良好で、表面電位への影響も少なかった。
【０２１９】
以上の結果から下記の通り、本発明の作用効果を考察する。
【０２２０】
実施例１、２から分かる通り、交流電圧のピーク間電圧を放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐ、周波数１〜７ｋＨｚに設定すると、トナーは帯電極性に関わらず回収ブラシ装置に回収される。よって、トナーを直接回収ブラシ装置に吸引する力は、静電気力以外の力と考えられる。また、実施例１でブラシ繊維が機械的に振動していると考えられることから、ブラシ繊維の機械的な力が作用しているものと考えられる。
【０２２１】
すなわち、ブラシ繊維が振動することで、トナーとブラシ繊維との間に機械的付着力が生じる。さらに振動を継続することでブラシ内にトナーが潜り込み、ブラシ繊維でトナーが抱え込まれる。この結果トナーの帯電極性に関わらず、回収ブラシ装置側にトナーが回収されるものと考えられる。
【０２２２】
また、放電開始電圧の二倍以上のピーク間電圧は、ブラシ繊維を振動させる効果があるものと考えられる。
【０２２３】
すなわち、負極性の電圧ピーク時では、ブラシ繊維先端からマイナス電荷が感光体ドラム表面に放出される。この結果ブラシ繊維先端に近接した感光体ドラム表面には、マイナス電荷を帯びた領域Ａが形成される。放電後ブラシ先端にマイナス電荷が充電されると、感光体ドラムの帯電極性と同極性のため、ブラシ繊維と感光体ドラム表面とは静電的に反発する。ブラシ先端周囲に未帯電またはプラス電荷を帯びた領域Ｂが感光体ドラム表面に存在すると、ブラシ先端は領域Ｂに吸引される。この結果ブラシ先端には感光体ドラム表面上の領域Ａから領域Ｂに移動する力が作用する。
【０２２４】
次に、負極性の電圧ピーク時では、上記とは逆の力が作用する。この結果、ブラシ繊維が振動するものと考えられる。また、領域Ａと領域Ｂとの間隔は、交流電圧の周波数と回収ブラシ装置と感光体ドラムとの相対速度、およびブラシ繊維密度によって決定される。ブラシ繊維が振動しやすい領域ＡＢ間の間隔があるため、実施例１、２のような周波数依存性が見られたものと考えられる。
【０２２５】
また、ブラシ繊維密度については、ブラシ繊維が振動しやすい領域ＡＢ間の間隔を決める要素でもあるが、感光体ドラム１上のトナーの接触機会を多くするためにブラシ繊維密度を上げた方がいいし、回収されたブラシ中に入り込んだトナーの吐き出し性能を確保するにはブラシ繊維密度を小さくした方が良い。このような考え方から、また、実施例でのブラシ繊維密度が３６０Ｆ／ｍｍ２ で、吐き出し性能が若干悪いことから、ブラシ繊維密度は５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【０２２６】
また、トナーの形状係数が１．００〜１．５０である方が回収性能は良好である。これはトナーが球形である方が感光体ドラム１との離型性が高いため、静電気力および機械的な力で感光体ドラム１上のトナーを回収しやすいと考えられる。
【０２２７】
また、実施例３から回収バイアスが直流電圧のみの場合では、転写効率９７％未満では＋３００〜６００Ｖ、転写効率９７％以上と逆転写トナーでは−３００〜−６００Ｖの設定範囲で、十分ではないもののトナーの回収性能が認められ、また、感光体ドラムの表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することでさらに高いトナーの回収性能が認められた。
【０２２８】
これらの結果は、感光体ドラムの表面電位とブラシ繊維の間に電界が生じる電位差が確保されることによって感光体ドラム表面上のトナーに静電誘引力が有効に働く電位差と考えられる。つまり、感光体ドラム表面電位の絶対値より大きい直流電圧をブラシに印加することが望ましいことを示唆している。しかし、放電開始電圧以上の電圧を印加するのは、感光体ドラム上のトナーの極性を変化させるので、あまり望ましくない。
【０２２９】
また、トナーの形状係数は１．５０以下が好ましい。これは転写効率９７％未満になると負極トナーの転写残が多くなっており、転写効率９７％以上と逆転写トナーの場合は、正極トナーの転写残が多くなっていることを示しているが、直流電圧のみを回収バイアスに用いる場合は両極性トナーを一度に取ることが困難なので、できるだけトナーを球形にする転写条件最適化等の転写効率向上を図り、正極性の逆転写トナーを回収するシステムが理想的と考えられる。
【０２３０】
また、トナーの帯電量は−１０〜−５０μＣ／ｇ、より好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇの範囲に設定した方が良いことから、帯電量はある程度高くシャープにすることにより、トナーにかかる静電気力を確保でき、転写性が向上できる範囲となっていると考えられる。
【０２３１】
また、実施例４では逆にピーク間電圧が放電開始電圧以下でないとトナーが回収ブラシ装置から吐き出されない。これは、ブラシ繊維が振動していると、トナーはブラシ内部に移動してしまうためと考えられる。よって、トナーを吐き出す際にはブラシ繊維が振動しない状態が好ましいと考えられる。実施例４ではピーク間電圧が５００Ｖ以下の場合に相当する。このとき重畳された直流電圧の極性と同極性のトナーがブラシから離脱して感光体ドラムに移動したものと考えられる。
【０２３２】
また、感光体ドラムの表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することでさらに高いトナーの吐き出し性能が認められた。これらの結果は、感光体ドラムの表面電位とブラシ繊維の間に電界が生じる電位差が確保されることによって感光体ドラム表面上のトナーに静電誘引力が有効に働く電位差と考えられる。つまり感光体ドラム表面電位の絶対値より大きい直流電圧をブラシに印加することが好ましいことを示唆している。但し、放電開始電圧以上は前述したように感光体ドラム上のトナーの極性を変化させるのであまり好ましくない。
【０２３３】
実施例５では、トナーの形状を球形にすることで、ブラシ繊維とトナーの離型性があがり、実施例４より吐き出し性能が向上したものと考えられる。
【０２３４】
なお、トナーを回収ブラシ装置から吐き出す際に直流電圧成分の極性を反転させたが、本方式では未帯電トナーが回収ブラシ装置に蓄積されてしまう。よって、回収ブラシ繊維の材料として、トナーを正負どちらかの極性に帯電させやすいものが好ましい。本試験では帯電系列上、自身がプラスに帯電しやすいナイロン系繊維を用いた。このような材料を用いることで、ブラシ繊維が振動する際、ブラシに取りこまれたトナーが次第に特定の極性に帯電するので、トナーを静電気的に吐き出すことが可能になる。
【０２３５】
実施例６では、トナーを−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方がより吐き出し性能が良いことが判明した。これは、トナーの帯電量が低過ぎると、トナーにかかる静電誘引力が小さくなるので吐き出し性能が低下、逆に高過ぎるとトナー電荷に見合う転写電界が不足して転写残トナーが極端に増加して回収性能が低下したと考えられる。
【０２３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第一の回収手段および第二の回収手段を用いて像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置または画像形成方法となるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるブラシ振動手段を有する画像形成装置を示す説明図
【図２】本発明の他の実施の形態である画像形成装置を示す説明図
【図３】本発明のさらに他の実施の形態であるカラー画像を形成する画像形成装置を示す説明図
【図４】図１の画像形成装置に係る電圧印加タイミングチャート
【図５】図２の画像形成装置に係る電圧印加タイミングチャート
【図６】図３の画像形成装置に係る一例としての電圧印加タイミングチャート
【図７】図３の画像形成装置に係る他の一例としての電圧印加タイミングチャート
【図８】従来のブラシ方式によるクリーニング装置の概略を示す説明図
【符号の説明】
１ 感光体ドラム（像担持体）
２ レジストローラ
３ 転写装置（転写手段）
４ 定着装置
５ 受像紙
６ 帯電装置
７ 露光源
８ 現像装置（現像手段）
１０ 上流側案内手段
１１ 下流側案内手段
１２ 回収ブラシ装置（第一の回収手段）
１３ トナー除去装置
１４ ベルト支持ローラ
１５ 紙搬送ベルト
１６ 紙吸着装置
１７ａ 回収ブラシ部材用電源（第一の電圧印加手段）
１７ｂ 回収ブラシ部材用電源（第二の電圧印加手段）
１０１ 感光体ドラム
１０２ ブラシローラ
１０３ 中間ローラ
１０４ 掻き取り部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等に適用される画像形成装置および画像形成方法に関し、特に像担持体上に形成された現像剤像を受像紙に転写して画像を形成する画像形成装置および画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真方式を用いた画像形成装置においては、像担持体上に形成したトナー像を受像紙上に転写した後、この像担持体上に残留した残トナーをクリーニング装置で回収し、この回収トナーを一時的に回収容器に蓄積し、回収トナー量が一定量に達したところで廃棄することが行われている。
【０００３】
また、フルカラー画像形成装置においては、パーソナルコンピュータやワークステーション等のホスト機器から画像データを受け取り、この画像データを基にイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色に色分解し、この色分解された画像情報により像担持体で各色のトナー像を形成し、この各色のトナー像を中間転写ロールや中間転写ベルト等の中間転写体上で重ね合わせ、次いで一括して受像紙上に転写してフルカラー画像を得ている。この場合も、上記と同様に、像担持体上や中間転写体上に残留した残トナーをクリーニング装置で回収し、この回収トナーを一時的に回収容器に蓄積し、回収トナー量が一定量に達したところで廃棄することが行われている。
【０００４】
そして、このような画像形成装置においては、像担持体上や中間転写体上に残留した残トナーを除去するクリーニング工程は、残トナーがそのまま記録画像におけるゴースト、かぶり等の汚れや混色等による色むら等の原因を除去することから、極めて重要な工程とされている。
【０００５】
近年、環境保護の問題がクローズアップされるに伴い、このようにして回収され、廃棄される残トナーについても、できるだけその回収量を低減することが要求され、また、回収された残トナーの再利用を図ることが求められている。
【０００６】
また、このような環境保護のための廃棄物量の低減や廃棄物の再利用の問題は、単に像担持体や中間転写体から回収される残トナーに止まらず、画像形成装置を形成する種々の構成部品についても要請されている。しかし、像担持体や中間転写体にクリーニング装置を付設すると、このクリーニング装置のクリーニングブレード等がこれら像担持体や中間転写体の表面に摺接し、これが摩耗（像担持体の膜減り等）の原因になって像担持体や中間転写体の長寿命化を図る上での障害になっている。
【０００７】
そこで、このような観点から、従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体表面をクリーニングする技術の一つとして、特開平９−９０８４０号公報や特許第３１３７９６２号公報などでブラシ方式が提案されている。
【０００８】
図８に従来のブラシ方式を用いたクリーニング装置の概略構成を示す。図８中、１０１は感光体であり、１０２は感光体１０１に当接して回転するブラシローラである。また、１０３はブラシローラ１０２に当接して中間ローラであり、１０４は中間ローラ上のトナーを掻き取る掻き取り部材である。転写の後、感光体１０１上に残留したトナーは、機械的または静電的にブラシローラ側に回収される。さらに、回収されたトナーは静電的に中間ローラに転移し、その後掻き取り部材により中間ローラから除去される。除去されたトナーは不図示のトナー搬送手段により廃トナー容器に搬送、収容される。
【０００９】
さらに、特許第３１３７９６２号公報では、ピーク間電圧４００〜７００Ｖ、周波数１００〜２，０００Ｈｚ、直流バイアス１００〜３００Ｖの電圧をブラシローラに印加する技術を提案している。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−９０８４０号公報
【特許文献２】
特許第３１３７９６２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような構成では、以下のような問題点を有していた。
【００１２】
第一に、クリーニング装置の構成要素として、少なくともブラシロール、中間ロール、掻き取り部材の３つが必要であり、かつトナーを静電気力で中間ロールまでに移動するには、複数のバイアス電源が必要である点である。このため、クリーニング装置の小型化や低価格化が極めて困難である。例えば、中間ローラを用いずにフリッカで直接ブラシ繊維に付着したトナーを叩き出す方式が提案されているが、フリッカとブラシローラとが当接した状態で長時間放置されると、ブラシ繊維が変形し、ブラシローラのクリーニング性能が局所的に低下してしまうという問題点を有する。
【００１３】
第二に、クリーニング装置に搬送されるトナーの帯電分布は現像装置内のそれに比べブロードに変化し、正負両帯電極性のトナーが混在している。このため、トナーを静電気力でブラシローラ側に回収しようとしても、バイアス電圧とは逆極性のトナーしか回収できないという問題がある。
【００１４】
また、この正負両帯電極性のトナーが混在している問題に対しては、球形トナーを用いる等により転写効率を上げてできるだけ逆転写トナー（主に正極に帯電）だけをブラシローラ側に回収しようという試みがなされてきているが、明確なトナーの形状（トナー付着力）、帯電量とブラシローラへの残トナーの回収・吐き出しの条件が明確に規制されてないので、ブラシローラからこれらトナーに作用する静電誘引力よりも像担持体表面との物理的な付着力の方が大きくなったり、トナー帯電量が低過ぎたり、高過ぎたりして、十分に静電誘引力がトナーに働かなかったりで、単純に静電誘引力だけで残留トナーを像担持体の表面から除去するのが困難になることが多い。
【００１５】
また、このブラシローラのブラシ抵抗値が明確に規制されてないので、ブラシローラからトナーに作用する静電誘引力を十分に確保できず、トナーの回収・吐き出し性能が落ちたり、ブラシローラで像担持体を帯電してしまい、画像ムラが発生したりする問題がある。
【００１６】
また、このブラシローラのブラシ繊維のパイル密度が明確に規制されてないので、ブラシローラのブラシ繊維が像担持体上トナーに接触する機会が少な過ぎたり、静ブラシ繊維の中にトナーが入り難かったり、ブラシ繊維の中のトナーが静電誘引力を働かせても吐き出し難かったりする問題がある。また、ブラシ繊維の中のトナーが静電誘引力をかけなくても出てきて、画像不良を発生したりする問題がある。
【００１７】
さらには、このようなトナーの回収・吐き出し方式（クリーニング装置）では、比較的粒径の大きなトナーに関してはこれを容易に残トナーを除去できるものの、近年において使用頻度が増加している平均粒径５〜７μｍ程度の小粒径トナーについては、導電性ブラシローラからこれらトナーに作用する静電誘引力よりも像担持体表面との物理的な付着力の方が大きいため、静電誘引力だけで残留トナーを像担持体の表面から除去するのは困難である。
【００１８】
なお、特許第３１３７９６２号公報によれば、ブラシローラに交流電圧に直流電圧を重畳した方式が提案されているが、正負両極性のトナーがブラシローラと感光体ドラムとの間で振動はするものの、すべての両極性のトナーがブラシに回収されることは極めて困難と考えられる。なぜならば、ブラシローラと感光体とが漸次離間するのに伴い、ブラシローラと感光体との間の交番電界強度が漸次弱まり、トナーは両者間を往復運動できなくなる。この結果、ブラシローラへの印加電圧とは逆極性のトナーはブラシローラ側に吸引されるものの、同極性のトナーは反発して感光体側に移動するものと考えられるからである。
【００１９】
そこで、本発明は、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置および画像形成方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の画像形成装置は、像担持体と、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像手段と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写手段と、ブラシ繊維を備え、転写後の像担持体上に残留する顕像粒子像を回収する第一の回収手段と、画像形成動作中には第一の回収手段に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第一の電圧印加手段、または画像形成動作中には第一の回収手段に顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第二の電圧印加手段と、画像形成動作が終了したならば第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を回収する第二の回収手段とを有し、使用する顕像粒子の球形度が１．００〜１．５０、顕像粒子の帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇとしたものである。
【００２１】
これにより、第一の回収手段および第二の回収手段を用いて像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られる。
【００２２】
ここで、第一の電圧印加手段は、像担持体の表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍以上〜２ｋＶｐｐの電圧を印加することが好ましい。
【００２３】
また、第一の電圧印加手段は、像担持体の表面と第一の回収手段との間で、１〜７ｋＨｚの周波数の交流を印加することが好ましい。
【００２４】
また、顕像粒子の球形度は１．００〜１．３０、顕像粒子の帯電量は負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇであることがより好ましい。
【００２５】
また、第一の回収手段に交流電圧を印加しない場合、画像形成動作中の第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することが好ましい。
【００２６】
顕像粒子の粒度分布変動係数が３０％以下で、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことが好ましい。
【００２７】
第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ であることが好ましい。より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。
【００２８】
また、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【００２９】
また、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する転写手段により構成されるものである。この場合には、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去手段を具備することができる。
【００３０】
または、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する現像手段により構成されるものである。
【００３１】
また、本発明の画像形成方法は、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像工程と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写工程と、画像形成動作中に第一の回収手段に交流電圧または顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加して像担持体上の残留トナーを当該第一の回収手段に具備されたブラシ繊維に回収する第一の回収工程と、画像形成動作が終了したならば正負両極性の直流電圧を第一の回収手段に順次印加し、第一の回収手段から顕像粒子を吐き出す吐き出して第二の回収手段に回収する第二の回収工程とを具備し、球形度が１．００〜１．５０、帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇの顕像粒子を使用するものである。
【００３２】
これにより、第一の回収手段および第二の回収手段を用いて像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られる。
【００３３】
ここで、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される交流電圧は、交流像担持体表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐの電圧であることが好ましい。
【００３４】
さらに、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される周波数は、１〜７ｋＨｚであることが好ましい。
【００３５】
また、顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇであることが好ましい。
【００３６】
また、第一の回収工程で、第一の回収手段に交流電圧を印加しない場合、第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することが好ましい。
【００３７】
また、顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことが好ましい。
【００３８】
第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ であることが好ましい。より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。
【００３９】
さらに、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度が５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【００４０】
また、第二の回収工程は、吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を転写手段により回収する転写回収工程とからなるものである。この場合において、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去工程を有することができる。
【００４１】
または、第二の回収工程は、吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を現像手段にて回収する現像回収工程とからなるものである。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、像担持体と、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像手段と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写手段と、ブラシ繊維を備え、転写後の像担持体上に残留する顕像粒子像を回収する第一の回収手段と、画像形成動作中には第一の回収手段に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第一の電圧印加手段、または画像形成動作中には第一の回収手段に顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第二の電圧印加手段と、画像形成動作が終了したならば第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を回収する第二の回収手段とを有し、使用する顕像粒子の球形度が１．００〜１．５０、顕像粒子の帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇである画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４３】
本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第一の電圧印加手段は、像担持体の表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍以上〜２ｋＶｐｐの電圧を印加する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４４】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２記載の発明において、第一の電圧印加手段は、１〜７ｋＨｚの周波数の交流を印加する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４５】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇである画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４６】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１または４記載の発明において、画像形成動作中の第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４７】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しない画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４８】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍである画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００４９】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ である画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５０】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明において、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する転写手段により構成される画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５１】
本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項９記載の発明において、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去手段を具備する画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５２】
本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項１〜８の何れか一項に記載の発明において、第二の回収手段は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する現像手段により構成される画像形成装置であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置が得られるという作用を有する。
【００５３】
本発明の請求項１２に記載の発明は、像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像工程と、顕像粒子像を受像部材に転写する転写工程と、画像形成動作中に第一の回収手段に交流電圧または顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加して像担持体上の残留トナーを当該第一の回収手段に具備されたブラシ繊維に回収する第一の回収工程と、画像形成動作が終了したならば正負両極性の直流電圧を第一の回収手段に順次印加し、第一の回収手段から顕像粒子を吐き出す吐き出して第二の回収手段に回収する第二の回収工程とを具備し、球形度が１．００〜１．５０、帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇの顕像粒子を使用する画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５４】
本発明の請求項１３に記載の発明は、請求項１２記載の発明において、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される交流電圧は、交流像担持体表面と第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐの電圧である画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５５】
本発明の請求項１４に記載の発明は、請求項１２または１３記載の発明において、第一の回収工程で第一の回収手段に印加される周波数は、１〜７ｋＨｚである画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５６】
本発明の請求項１５に記載の発明は、請求項１２〜１４の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇである画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５７】
本発明の請求項１６に記載の発明は、請求項１２または１５記載の発明において、第一の回収工程では、第一の回収手段に像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加する画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５８】
本発明の請求項１７に記載の発明は、請求項１２〜１６の何れか一項に記載の発明において、顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しない画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００５９】
本発明の請求項１８に記載の発明は、請求項１２〜１７の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ である画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６０】
本発明の請求項１９に記載の発明は、請求項１２〜１８の何れか一項に記載の発明において、第一の回収手段のブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ である画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６１】
本発明の請求項２０に記載の発明は、請求項１２〜１９の何れか一項に記載の発明において、第二の回収工程は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を転写手段により回収する転写回収工程とからなる画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６２】
本発明の請求項２１に記載の発明は、請求項２０記載の発明において、転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去工程を有する画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６３】
本発明の請求項２２に記載の発明は、請求項１２〜１９の何れか一項に記載の発明において、第二の回収工程は、第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を像担持体にて担持搬送する搬送工程と、像担持体上の顕像粒子を現像手段にて回収する現像回収工程とからなる画像形成方法であり、像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成方法が得られるという作用を有する。
【００６４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図７を用いて説明する。なお、これらの図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態である画像形成装置の構成と動作について、図１および図２を参照して説明する。
【００６６】
図１は本発明の一実施の形態であるブラシ振動手段を有する画像形成装置を示す説明図、図２は本発明の他の実施の形態である画像形成装置を示す説明図である。
【００６７】
図１および図２において、１は、金属ドラムに感光体層が設けられた、静電潜像保持体に相当する感光体ドラム（像担持体）である。感光体ドラム１において、感光体層はＯＰＣ層やａ−ＳｉＨ層、セレン層などを用いる。また、素管の傷や汚れが感光体ドラム１の帯電特性に影響しないよう、アルミ素管とＣＧＬとの間に導電性下引層を設けてもよい。
【００６８】
６は、感光体ドラム１の表面から所定の間隙を持って配置され、感光体ドラム１を帯電するための帯電装置である。図１および図２中にはスコロトロン帯電装置を図示しているが、その他にもコロトロン帯電装置や固体帯電素子などの非接触帯電装置を用いてもよく、さらには感光体ドラム１の表面に接触する帯電ローラや帯電ブラシなどの接触帯電装置を用いてもよい。なお、本実施の形態ではスコロトロン帯電装置を用いた場合について説明する。
【００６９】
７は、帯電した感光体ドラム１の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光源である。感光体ドラム１の吸収スペクトルが高い波長を発光するものであれば、レーザ光やＬＥＤ光、ＣＲＴ光、ＥＬ光等を露光源として用いてもよい。
【００７０】
８は感光体ドラム１上の静電潜像を現像する、現像手段としての現像装置である。現像装置８は、二成分現像装置、一成分現像装置のいずれでもよいが、本実施の形態では二成分現像装置を用いる。二成分現像装置の場合は、キャリア粒子とトナー粒子とを混合した二成分現像剤を用いる。キャリア粒子は、フェライト、マグネタイト、鉄粉等の磁性粒子から構成される。
【００７１】
また、磁性コア粒子の表面に被覆材料をコーティングするコートキャリアを用いてもよい。被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、およびエポキシ樹脂等があげられ、さらにポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、エチルセルロース樹脂等のセルロース系樹脂、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂等があげられ、上記の混合物でも良い。
【００７２】
また、キャリア粒子は球形であることが好ましい。フレーク状、平板状の場合、転写残留トナーを現像装置８に回収する能力が増加するが、その反面刷毛目状の画像ノイズが発生しやすくなるからである。
【００７３】
キャリア粒子の平均粒径は、３０μｍ〜７０μｍが好ましく、望ましくは３５μｍ〜５５μｍが好ましい。上記範囲を下回ると、磁気ブラシの保磁力が小さくなり現像スリーブから容易に離脱するので、感光体ドラム１へのキャリア付着が増加してしまう。また、上記範囲を上回ると、単位重量当たりのキャリア表面積が小さくなり、トナー（顕像粒子）の帯電が不安定になる。また、廃トナーが発生しない、いわゆるクリーナーレス方式の場合、転写残留トナーと接触する磁気ブラシの表面積が小さくなるので、転写残留トナーと磁気ブラシとの接触機会が減少し、その結果、感光体ドラム１からの回収能力が低減してしまう。さらには、静電潜像よりも大きなキャリア粒子でトナーが搬送されるので、微細な静電潜像を現像できなくなる。
【００７４】
トナー粒子は、二成分現像装置、一成分現像装置に関わらず、着色剤が分散された結着樹脂から構成される。結着樹脂の材料としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等をあげることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等が用いられる。また、着色剤としては、カーボンブラック、ニグロシン、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー１８０をあげることができる。本発明のトナーには、上記成分のほかに、必要に応じて帯電制御剤やワックスなどを含有させることができる。さらに必要に応じてシリカや酸化チタン、酸化亜鉛などの無機酸化物や有機微粒子等の外添剤を添加することもできる。
【００７５】
トナーは球形が好ましく、本発明においては、後で詳細に説明するが、トナー粒子の投影面積Ｓ、周長Ｌとしたとき、球形度つまり形状係数Ｃ（Ｃ＝Ｌ２ ／４πＳ）が１．０〜１．５であることが好ましい。より好ましくは、形状係数Ｃが１．０〜１．３である。さらに好ましくは、１．１〜１．３である。
【００７６】
なお、このように、本明細書において形状係数（球形度）とは、（周囲長）２ ／（４π＊投影面積）にて求められる値をいう。
【００７７】
形状係数が上記範囲を上回ると、トナーの離型性が低下して転写効率が低下するだけでなく、ハーフトーン画像とベタのブラック画像との最大転写効率を同一の転写電圧で実現することが困難になる。よって、転写残留トナーが増加してしまうため好ましくない。また、上記範囲を下回ると、トナーの離型性が高すぎて受像紙や感光体ドラム１から離れやすくなり、転写後の受像紙上におけるトナー飛散や、帯電装置６のトナー汚染が発生しやすくなる。
【００７８】
また、上記の形状係数の範囲は、後述するようにトナー粒子が小さい静電気力で感光体ドラム１上から離脱しやすく、かつ小さい静電気力で回収ブラシ装置１２のブラシ繊維から離脱しやすい範囲である。上記の形状係数を実現するには、懸濁重合法や乳化重合法で作製されたトナーを用いることが好ましい。また、機械的粉砕法で作製されたトナー母体を熱気流中に投下して、球形化処理を施してもよく、その他の方法で球形化処理を施してもよい。
【００７９】
トナーの帯電量は、詳しくは後述するが、本発明においては、負帯電の場合には−１０〜−５０μＣ／ｇ（正帯電の場合には１０〜５０μＣ／ｇ）が好ましい。より、好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇ（正帯電の場合には１５〜４５μＣ／ｇ）である。
【００８０】
帯電量が上記範囲を上回ると、トナーの電荷量が大きすぎて、現像量が極端に減少したり、トナー電荷に見合う転写電界が不足して転写残トナーが極端に増加したり、トナー同士が反発しあって転写での飛び散りを起こしてしまう。また、上記範囲を下回ると、転写工程で転写電界過剰により、また転写ニップ前後でのパッシェン放電や転写ニップ内での電荷注入により、トナーが逆極性に帯電しやすくなり、転写残トナーが極端に増加してしまったり逆転写を起こしてしまう。
【００８１】
また、上記の帯電量の範囲は、後述するようにトナー粒子が小さい静電気力で感光体ドラム１上から離脱かつ付着しやすく、かつ小さい静電気力で回収ブラシ装置１２のブラシ繊維から離脱かつ付着しやすい範囲である。
【００８２】
トナーの体積メジアン径は、５．０〜７．５μｍであることが好ましい。上記範囲以下であると、トナー粒子と感光体ドラム１との機械的付着力が高くなり、転写効率が低下してしまう。また、上記範囲を上回ると、微細な静電潜像を忠実に現像することが困難になる。
【００８３】
ベタのブラック画像を印字したときの受像紙をトナーで隠蔽する隠蔽率が低下してしまうため、十分な画像濃度を達成するには、０．５５ｍｇ／ｃｍ２ 以上のトナー量で現像する必要がある。しかしながら、現像トナー量が増加すると、感光体ドラム１上のトナー最下層まで受像紙に転写することが困難になる。また、高い転写バイアスを印加して感光体ドラム１上のベタのブラック画像を転写しても、ハーフトーン画像には過度の電圧を供給することになり、その結果転写工程中でトナーの極性が反転して、ハーフトーン画像の転写効率が低下してしまう。よって本発明では、上記範囲の体積メジアン径を有するトナーを用い、かつ感光体ドラム１上への現像トナー量を０．５５ｍｇ／ｃｍ２ 以下にすることが好ましい。
【００８４】
また、トナーの粒度分布変動係数を３０％以下で、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことが好ましい。これにより、トナーの粒度分布を非常に狭く、粒径のそろった均一なトナーとできるので、トナーの帯電量分布を安定、均一、シャープにでき、現像転写後の感光体ドラム１への残トナーを大幅に減らすことができ、現像同時クリーニング性もアップさせることができる。すなわち、廃トナーを大幅に減らすことができ、ランニングコストに有利で環境にやさしいものとなる。また、上記範囲は、後述するようにトナー粒子が小さい静電気力で感光体ドラム１上から離脱しやすく、かつ小さい静電気力で回収ブラシ装置１２のブラシ繊維から離脱しやすい範囲である。
【００８５】
現像スリーブ８ｃには、不図示の電源にて所定の現像電圧が印加される。二成分現像装置の場合、現像電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が好ましい。また、上記したような球形トナーを用いることによりキャリア粒子からトナーが離脱しやすくなるので、直流電圧のレベルが小さくても現像が可能となる。
【００８６】
また一成分現像装置でも感光体ドラム１と現像スリーブ８ｃとが非接触の構成の場合、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が好ましい。これによりトナー粒子が現像スリーブから離脱しやすくなるので、直流電圧のレベルが小さくても現像が可能となる。
【００８７】
交流電圧の波形や正弦波や矩形波、三角波、のこぎり波のいずれでもよく、またデューティー比が変調された交流波を印加してもよい。交流電圧のピーク間電圧は５００Ｖ〜２，０００Ｖが好ましい。上記範囲を下回ると、トナーは振動しにくくなり、交流電圧の効果が低減してしまう。また、上記範囲を上回ると感光体ドラム１へのキャリア付着が発生してしまう。またキャリア粒子の導電率が高いと、現像スリーブ上の磁気ブラシと感光体ドラム１との間で放電が発生し、感光体ドラム１上のトナーを乱す。さらに高いピーク間電圧を印加すると、上記放電により感光体ドラム１や現像スリーブに放電痕を形成してしまう。
【００８８】
交流電圧の周波数は１ｋＨｚ〜８ｋＨｚが望ましい。上記範囲外ではトナー現像量が低下する。これは、トナーが磁気ブラシから離脱しやすい固有振動数が存在するものと考えられる。
【００８９】
また、後述の回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを現像装置８に回収する場合は、さらに上記周波数を４ｋＨｚ〜７ｋＨｚ、上記ピーク間電圧を１〜２ｋＶｐｐに設定することが好ましい。上記範囲外では、感光体ドラム１上のトナーの回収効率が低下してしまう。これは、感光体ドラム１からトナーが離脱して現像装置８の磁気ブラシに取り込まれやすい固有振動数が存在するものと考えられ、上記範囲を下回るピーク電圧では、トナーは振動しにくくなり、交流電圧の効果が低減してしまい、上記範囲を上回ると感光体ドラム１へのキャリア付着が発生してしまう。
【００９０】
なお、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを現像装置８に回収しない場合では、上記範囲外の周波数に設定するか、もしくは直流電圧のみ印加すればよい。
【００９１】
３は転写手段としての転写装置である。転写装置３として、芯金に導電性ウレタンやＥＰＤＭ、シリコンなどのスポンジ層を巻付けた転写ローラや、ナイロンやレイヨンなどの導電性繊維からなる転写ブラシ、導電性ゴム板や導電性フィルムシートの先端部が接触した転写ブレードや転写フィルム、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＴＥＰ、ポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料に導電材を分散した導電性ベルトなどを用いる。後述するように、転写装置３で回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを掻き取り部材で回収する場合は、トナー粒子が機械的に転写装置３から離脱しやすい構成が好ましい。よって、上述の転写装置のうち、表面にＰＦＡやＰＴＦＥなどのフィルム層を有する転写ローラや転写ベルトなどの転写装置を用いることが好ましい。
【００９２】
２は、受像紙を所定の速度で搬送するレジストローラである。５は、普通紙やハガキ用紙、ＯＨＰシートなどの受像紙である。また、１０はレジストローラ２から感光体ドラム１までの受像紙５の搬送方向を案内する上流側案内手段である。４は、受像紙５上に転写されたトナー像を定着する定着装置である。また１１は、転写領域から定着装置４までの受像紙５の搬送方向を案内する下流側案内手段である。
【００９３】
なお、高湿下環境では受像紙５が低抵抗になり、可撓部材３ｂから受像紙５を介して案内手段１０、１１に電流が漏洩してしまう。このため、受像紙５の背面に十分な電荷が供給されなくなり、転写不良が発生してしまう。この問題を解決するため、案内手段１０、１１は絶縁部材で構成するか、転写電圧と同極性の電圧が印加されることが好ましい。また、抵抗素子やツェナーダイオード素子など自己バイアス素子を案内手段１０、１１と接地との間に接続してもよい。
【００９４】
４は、加熱手段４ａと加圧手段４ｂとから構成される定着装置である。図１および図２中、加熱手段４ａと加圧手段４ｂとはローラ形状を示しているが、本発明はこれに限るものではなく、フィルム状やベルト状の加熱手段、加圧手段等を用いてもよい。
【００９５】
１２は、感光体ドラム１の回転方向で転写装置３と帯電装置６との間に配設された回収ブラシ装置（第一の回収手段）である。回収ブラシ装置１２は、ブラシ繊維が感光体ドラム１の表面に対し略垂直でかつ感光体ドラム１の表面に接触するように配置される。
【００９６】
なお、図１および図２中には固定型ブラシ部材を図示したが、ロール状ブラシ部材であってもよい。さらに、ロール状ブラシ部材は回転してもよく、その回転方向は、感光体ドラム１の表面に対して順方向、逆方向のいずれでもよい。
【００９７】
回収ブラシ装置１２は、ナイロンやレイヨン、セルロース、ポリエステルなどの糸に導電材を分散した繊維（パイル）を織成するか植毛したものを用いる。回収ブラシ装置１２の抵抗はＥ４〜１３Ω・ｃｍ２ 、より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。パイル長は０．５〜７ｍｍ、パイル太さは２〜１０デニール、パイル密度は５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【００９８】
後で詳しく説明するが、回収ブラシ装置１２の抵抗が上記範囲を下回ると、ブラシローラで感光体ドラム１を帯電してしまい、画像ムラが発生したりする。また、上記範囲を上回ると回収ブラシ装置１２からトナーに作用する静電誘引力を十分に確保できずトナーの回収・吐き出し性能が落ちてしまう。
【００９９】
また、パイル太さが上記範囲を下回ると、ブラシ繊維の硬さが軟らかくなりすぎて、感光体ドラム１上の残トナーおよび逆転写トナーを機械的に摺擦して掻き取る力が弱くなり、トナー回収力が落ちる。また、上記範囲を上回るとブラシ繊維の表面積が小さくなり、トナー回収バッファ量が減ってしまうと共にブラシ繊維の硬さが硬くなり、感光体ドラム１を傷つけて寿命を低下させてしまう。
【０１００】
また、上記パイル密度範囲を下回ると、ブラシの繊維が感光体ドラム１上のトナーと接触する機会が極端に減るので、トナー回収能力が低下してしまう。また、上記範囲を上回るとブラシ繊維中にトナーが入り難く、かえってトナー回収バッファ量が減ったり、一度ブラシ繊維中に入り込んだトナーは、静電誘引力で吐き出すことが困難になってしまう。
【０１０１】
１７は、回収ブラシ装置１２に接続された電圧印加手段としての回収ブラシ装置用電源である。図１に示す回収ブラシ装置用電源（第一の電圧印加手段）１７ａは交流電圧、正極性直流電圧および負極性直流電圧を切り替えて回収ブラシ装置１２に印加されるよう、制御される。また、図２に示す回収ブラシ装置用電源（第二の電圧印加手段）１７ｂは、正極性直流電圧および負極性直流電圧を切り替えて回収ブラシ装置１２に印加されるよう、制御される。
【０１０２】
１３は、転写装置３の表面に付着したトナーをスクレーピング部材により機械的に掻き取る、顕像粒子除去手段としてのトナー除去装置である。トナー除去装置１３は図１および図２に図示した以外にもゴムブレードやブラシ、ウェブなどを用いてもよい。
【０１０３】
なお、本実施の形態では、回収ブラシ装置１２に一旦回収したトナーを感光体ドラム１に吐き出したのち、転写装置３に再度回収し、トナー除去装置１３で除去することを前提としている。これ以外にも、現像装置８でトナーを回収してもよい。現像装置８でトナーを回収する場合は、トナー除去装置１３は必要でなく、画像形成装置の小型化や低価格化に向いている。しかしながら、カラー画像形成装置の場合、現像装置８にトナーを回収すると、本来の色とは異なる色のトナーが混入し印字画像の色相が変化してしまう、いわゆる混色の問題が発生しやすくなる。
【０１０４】
次に、図１および図２と図４および図５のタイミングチャート図とを用いて、本発明の画像形成装置の動作を説明する。
【０１０５】
まず、画像形成装置は、コンピュータなど外部から発信された画像信号を受信して、画像形成前の準備工程を開始する。初めに定着装置４が加熱され、所定温度に到達した後、定着装置４の回転駆動が開始される。また、感光体ドラム１の回転駆動も開始される。このとき帯電装置６に所定の電圧が印加され、感光体ドラム１は所定の表面電位に帯電される。また、現像装置８の回転駆動も開始される。このとき現像スリーブには交流電圧に直流電圧が重畳された電圧が印加される。また、回収ブラシ装置１２に交流電圧が印加される。また、図１に不図示の給紙カセットに蓄えられた受像紙５が、レジストローラ２まで給紙され、レジストローラ２間に挟持された状態を維持する。
【０１０６】
上記の準備工程が完了した後、各部材の動作を継続しながら画像形成工程が開始される。
【０１０７】
始めに、帯電された感光体ドラム１の表面が露光源７と対向する位置に搬送されると、受信した画像信号に応じた光が感光体ドラム１の表面に照射される。これにより、光照射された領域の感光体ドラム１の表面は帯電電位か低下する。この結果、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【０１０８】
次に、感光体ドラム１の表面の静電潜像が現像装置８と対向する位置に搬送されると、所定の電圧が印加された現像スリーブ上のトナーが、静電潜像と現像スリーブとの電位差に応じて感光体ドラム１上に移動する。この結果、トナーが感光体ドラム１上の静電潜像に付着し、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。
【０１０９】
感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像は、転写装置３と感光体ドラム１とが当接する転写領域に搬送される。このとき転写装置３には、トナー粒子とは逆極性の電圧が印加される。
【０１１０】
一方、レジストローラ２の回転駆動が開始され、トナー像が転写領域に搬送されるのと同期して、レジストローラ２に挟持されていた受像紙５の搬送が開始される。
【０１１１】
上流側案内手段１０に沿って搬送された受像紙５は、転写領域に突入する。転写領域を通過する間、転写装置３から受像紙５の背面に蓄積された電荷により受像紙５と感光体ドラム１との間に電界Ｅが形成される。これにより、トナーの電荷ｑと電界Ｅによるクーロン力Ｆ＝ｑＥが作用して、感光体ドラム１上のトナーが受像紙５側に転写される。正規の極性に帯電してないトナーや機械的付着力が過剰なトナーは、クーロン力Ｆで受像紙５側に吸引されずに、転写残留トナーとなって感光体ドラム１の表面に残留する。
【０１１２】
転写残留トナーは、感光体ドラム１に搬送されて、回収ブラシ装置用電源１７ａ（図１）により交流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。交流電圧が印加されることでブラシ繊維が振動し、搬送された転写残留トナーを吸引する。これにより、転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１１３】
または、転写残留トナーは、回収ブラシ装置用電源１７ｂ（図２）により、印字するためのトナー本来の帯電極性、つまり正規の帯電極性と同極性の直流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される（なお、以下において、このようなトナーを「正規トナー」という。）。正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加されることで正規トナーの帯電極性と逆極性のトナー（過剰転写時）に静電誘引力を作用させて、ブラシ繊維に吸引する。これにより、過剰転写時の転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１１４】
なお、回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する場合は、交流電圧を印加する場合に比べて、電源が簡素になり、感光体ドラム１に対するダメージも少なくなる等メリットがあるが、できるだけ転写残トナーに正規トナーの帯電極性と同極性のものを残さない必要がある。これは、できるだけ転写効率を上げることであり、トナーをできるだけ球形にし、帯電量分布もシャープで、均一帯電である方が良く、前述したように、球形度（投影面積で、（周囲長）２ ／（４π＊投影面積））が１．００〜１．５０、好ましくは１．０〜１．３、帯電量が−１０〜−５０μＣ／ｇ（正帯電の場合１０〜５０μＣ／ｇ）好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇ（正帯電の場合１５〜４５μＣ／ｇ）、粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないトナーを用いるのが良い。勿論、回収ブラシ装置１２に交流バイアスに印加する場合も上述したトナーを用いる方が信頼性が増すことになるのでより好ましい。
【０１１５】
一方、転写領域を通過した受像紙５は下流側案内手段１１に沿って定着装置４に搬送される。定着装置４を通過中、受像紙５上のトナー像は加熱定着される。定着装置４を通過すると、受像紙５が画像形成装置の機外に排出され、定着された印字画像の出力が完了する。
【０１１６】
次に、画像形成工程が終了した後、第一の吐き出し工程を開始する。
【０１１７】
第一の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する。これにより、回収ブラシ装置１２に回収されたトナーのうち、正規の帯電極性のものは、回収ブラシ装置１２から感光体ドラム１の表面に吐き出される。また、帯電装置６への電圧印加は画像形成工程から継続する。
【０１１８】
さらに現像装置８への印加電圧を直流電圧のみに切り替える。また、転写装置３への印加電圧を、正規トナーの帯電極性とは逆極性の直流電圧に切り替える。
【０１１９】
感光体ドラム１の表面に吐き出されたトナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６からは正規トナーと同極性のイオンが感光体ドラム１の表面に降り注がれているので、感光体ドラム１上のトナーの帯電量が上昇する。
【０１２０】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写装置３へ担持搬送される。転写装置３には正規トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写装置３側にクーロン力で吸引される。転写装置３側に転移したトナーは、トナー除去装置１３の掻き取り部材により転写装置３の表面から除去される。
【０１２１】
少なくとも感光体ドラム１が１周する間に、第一のトナー吐き出し工程を行った後、第二の吐き出し工程を開始する。
【０１２２】
第二の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に印加されている電圧の極性を反転する。これにより、回収ブラシ装置１２に残留した正規のトナーとは逆極性に帯電したトナーが、感光体ドラム１の表面に吐き出される。他の装置への電圧印加は、先のトナー吐き出し工程から引き続き継続する。
【０１２３】
感光体ドラム１の表面に吐き出された逆極性トナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６からは正規トナーと同極性のイオンが感光体ドラム１の表面に降り注がれているので、感光体ドラム１上のトナーは正規の帯電極性に反転する。
【０１２４】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写装置３へ担持搬送される。
【０１２５】
転写装置３には正規トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写装置３側にクーロン力で吸引される。転写装置３側に転移したトナーは、トナー除去装置１３の掻き取り部材により転写装置３表面から除去される。
【０１２６】
よって、この第一の吐き出し工程と第二の吐き出し工程とを実行する感光体ドラム１と転写装置３とが第二の回収手段を構成することになる。
【０１２７】
少なくとも感光体ドラム１が１周する間に、第二のトナー吐き出し工程を行った後、感光体ドラム１の回転を停止する。さらに各装置への電圧印加も停止し、すべての動作を完了する。
【０１２８】
なお、上記の構成では、スコロトロン帯電装置を用いて説明したが、上述の通り、帯電ローラや帯電ブラシなど、感光体ドラム１と帯電装置とが接触する接触式帯電装置を用いてもよい。ただし、接触式帯電装置の場合、第一の吐き出し工程と第二の吐き出し工程とでは、帯電装置と回収ブラシ装置１２との電圧極性を同一にすることが望ましい。同一にしないと、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーが帯電装置に付着し、帯電装置を清掃する工程または部材が必要となるからである。
【０１２９】
また、第二の吐き出し工程で、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーの帯電極性を正規に反転することは困難である。このため、逆極性のトナーを静電気力で回収しようとすると、現像スリーブ上のトナーが感光体ドラム１に移動してしまうため、現像装置８への回収は極めて困難である。よって、接触式帯電装置を使用する場合は、静電気力以外の力でトナーを現像装置８に回収するか、もしくは上述の通り別途回収手段を設けることが好ましい。この場合には、第二の回収手段は、感光体ドラム１と現像装置８になる。
【０１３０】
また、本実施の形態では、複数色のトナーを用いたカラー画像形成装置として実施してもよい。カラー画像形成装置の形態を以下に説明する。
【０１３１】
図３は、本発明のさらに他の実施の形態であるカラー画像を形成する画像形成装置を示す説明図である。
【０１３２】
図３中、１Ｋ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｙは、各色のトナーに対応した感光体ドラムである。６Ｋ、６Ｃ、６Ｍ、６Ｙは、各感光体ドラム１の表面を帯電する帯電装置である。図３にはローラ形状の帯電装置６を図示したが、その他にもコロトロン帯電装置や固体帯電素子などの非接触帯電装置を用いてもよく、さらには感光体ドラム表面に接触する帯電ブラシなどの接触帯電装置を用いてもよい。
【０１３３】
７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙは、帯電した各色の感光体ドラム１の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光源である。感光体ドラム１の吸収スペクトルが高い波長を発光するものであれば、レーザ光やＬＥＤ光、ＣＲＴ光、ＥＬ光等を露光源として用いてもよい。
【０１３４】
８Ｋ、８Ｃ、８Ｍ、８Ｙは、各色の感光体ドラム１上の静電潜像を、各色のトナーで現像する現像装置である。現像装置８は、二成分現像装置、一成分現像装置のいずれでもよいが、上述と同様、本実施の形態では二成分現像装置を用いている。
【０１３５】
１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは回収ブラシ装置（第一の回収手段）である。回収ブラシ装置１２は、ブラシ繊維が感光体ドラム１の表面に対し略垂直で、かつ感光体ドラム１の表面に接触するように配置される。なお、図３中にはロール状のブラシ部材を図示したが、固定型ブラシ部材であってもよい。さらにロール状ブラシ部材は回転してもよく、その回転方向は、感光体ドラム１の表面に対して順方向、逆方向のいずれでもよい。
【０１３６】
回収ブラシ装置１２は、ナイロンやレイヨン、セルロース、ポリエステルなどの糸に導電材を分散した繊維（パイル）を織成するか植毛したものを用いる。ブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ 、より好ましくはＥ６〜１２Ω・ｃｍである。パイル長は０．５〜７ｍｍ、パイル太さは２〜１０デニール、パイル密度は５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。また、それぞれの回収ブラシ装置１２には、図１および図２で示したような回収ブラシ装置用電源（不図示）が接続されている。
【０１３７】
１５は、受像紙５を担持搬送する転写ベルトである。転写ベルト１５は、ＰＴＦＥやＰＦＡ、ＴＥＰ、ポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂材料を基材とする。また、転写ベルト１５の電気抵抗を調整するため、導電材を分散してもよい。
【０１３８】
１８Ｋ、１８Ｃ、１８Ｍ、１８Ｙは、転写ベルト１５を介して各感光体ドラム１に当接するバイアス供給手段である。バイアス供給手段１８は、転写ベルト１５の背面に所定の電荷を供給することができれば、ブラシ形状やローラ形状、ブレード形状、フィルム形状などを用いてもよい。さらに、転写ベルト１５の背面には非接触のコロナ放電器や固体帯電素子を用いてもよい。
【０１３９】
１４は転写ベルト１５を張架するベルト支持ローラである。また、１６は転写ベルト１５上に搬送された受像紙５にバイアス電圧を印加してクーロン力にて受像紙５を転写ベルト１５に吸引固定するための紙吸着装置である。１９は受像紙５を除電して転写ベルト１５から受像紙５を分離するための除電針である。
【０１４０】
１３は、転写ベルト１５上に付着したトナーを除去するトナー除去装置であり、転写ベルト１５に接触・回転するブラシローラと１３ａとブラシローラ１３ａに付着したトナーを静電的に回収する中間ローラ１３ｂと、中間ローラ１３ｂに付着したトナーを機械的に掻き取る掻き取り部材とにより構成される。トナー除去装置１３は、これ以外にもゴムブレードや金属スクレーパ、ウェブなどを用いてもよい。
【０１４１】
次に、図３と図６および図７のタイミングチャート図とを用いて、本発明のカラー画像形成装置の動作を説明する。
【０１４２】
まず、カラー画像形成装置は、コンピュータなど外部から発信された画像信号を受信して、画像形成前の準備工程を開始する。初めに不図示の定着装置４が加熱され、所定温度に到達した後、定着装置４の回転駆動が開始される。また、転写ベルト１５と感光体ドラム１の回転駆動も開始される。このとき各色の帯電装置６に所定の電圧が印加され、感光体ドラム１は所定の表面電位に帯電される。また、各色の現像装置８の回転駆動も開始される。このとき現像スリーブには交流電圧に直流電圧が重畳された電圧が印加される。また、回収ブラシ装置１２に交流電圧または正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加される。また、図３に不図示の給紙カセットに蓄えられた受像紙５が、不図示のレジストローラ２まで給紙され、レジストローラ２間に挟持された状態を維持する。
【０１４３】
上記の準備工程が完了した後、各部材の動作を継続しながら画像形成工程が開始される。
【０１４４】
始めに、帯電された感光体ドラム１の表面が露光源７と対向する位置に搬送されると、受信した画像信号に応じた光が感光体ドラム１の表面に照射される。これにより、光照射された領域の感光体ドラム１の表面は帯電電位か低下する。この結果、感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成される。
【０１４５】
次に、感光体ドラム１の表面の静電潜像が現像装置８と対向する位置に搬送されると、所定の電圧が印加された現像スリーブ上のトナーが、静電潜像と現像スリーブとの電位差に応じて感光体ドラム１上に移動する。この結果、トナーが感光体ドラム１上の静電潜像に付着し、感光体ドラム１上にトナー像が形成される。
【０１４６】
感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像は、転写ベルト１５と感光体ドラム１とが当接する転写領域に搬送される。このときバイアス供給手段には、トナー粒子とは逆極性の電圧が印加される。
【０１４７】
一方、レジストローラ２の回転駆動が開始され、レジストローラ２に挟持されていた受像紙５の搬送が開始され転写ベルト１５まで搬送される。
【０１４８】
転写ベルト１５と紙吸着装置１６との間を通過することで、受像紙５はクーロン力で転写ベルト１５に吸着し、転写ベルト１５により担持搬送され、各色の転写領域に突入する。転写領域を通過する間、転写装置３から受像紙５の背面に蓄積された電荷により受像紙５と感光体ドラム１との間に電界Ｅが形成される。これにより、トナーの電荷ｑと電界Ｅによるクーロン力Ｆ＝ｑＥが作用して、感光体ドラム１上のトナーが受像紙５側に転写される。正規の極性に帯電してないトナーや機械的付着力が過剰なトナーは、クーロン力Ｆで受像紙５側に吸引されずに、転写残留トナーとなって感光体ドラム１の表面に残留する。
【０１４９】
転写残留トナーは、感光体ドラム１に搬送されて、交流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。
【０１５０】
交流電圧が印加されることでブラシ繊維が振動し、搬送された転写残留トナーを吸引する。これにより、転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。または、正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加されることでブラシ繊維から搬送された正規トナーの帯電極性と逆極性のトナー（過剰転写時）に静電誘引力を作用させて、ブラシ繊維に吸引する。これにより、過剰転写時の転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１５１】
回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する場合は、交流電圧を印加する場合に比べて、電源が簡素、感光体ドラム１に対するダメージも少なくなる等メリットがあるが、できるだけ転写残トナーに正規トナーの帯電極性と同極性のものを残さない必要がある。これは、できるだけ転写効率を上げることであり、トナーをできるだけ球形にし、帯電量分布もシャープで、均一帯電である方が良く、前述したように、球形度（投影面積で、（周囲長）２ ／（４π＊投影面積））が１．００〜１．５０、好ましくは１．０〜１．３、帯電量が−１０〜−５０μＣ／ｇ（正帯電の場合１０〜５０μＣ／ｇ）好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇ（正帯電の場合１５〜４５μＣ／ｇ）、粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないトナーを用いるのが良い。勿論、回収ブラシ装置１２に交流バイアスに印加する場合も上述したトナーを用いる方が信頼性が増すことになるのでより好ましい。
【０１５２】
一方、各色の転写領域を順次通過した受像紙５は、複数色のカラートナー像が形成された状態で、除電針近傍まで搬送される。除電針近傍では、支持ローラの曲率と除電針による受像紙５の裏面の除電により、転写ベルト１５と受像紙５とが分離される。転写ベルト１５から分離した受像紙５は定着装置４に搬送される。
【０１５３】
また、順次カラートナーが転写される際に、上流側で受像紙５に転写されたトナーが下流の転写時に逆転写されることが多い。この逆転写したトナーも前述したように、交流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。交流電圧が印加されることでブラシ繊維が振動し、搬送された転写残留トナーを吸引する。
【０１５４】
これにより、転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。または、正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加された回収ブラシ装置１２に搬送される。正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧が印加されることでブラシ繊維から搬送された正規トナーの帯電極性と逆極性のトナー（逆転写トナー）に静電誘引力を作用させて、ブラシ繊維に吸引する。これにより、過剰転写時の転写残留トナーは回収ブラシ装置１２に回収され、感光体ドラム１の表面が清掃される。
【０１５５】
定着装置４を通過中、受像紙５上のトナー像は加熱定着される。定着装置４を通過すると、受像紙５が画像形成装置の機外に排出され、定着された印字画像の出力が完了する。一方、受像紙５を分離した転写ベルト１５はトナー除去装置１３を通過し、転写ベルト１５に付着したトナーや紙粉を除去する。
【０１５６】
次に、画像形成工程が終了した後、第一の吐き出し工程を開始する。
【０１５７】
第一の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に正規トナーの帯電極性と同極性の直流電圧を印加する。これにより、回収ブラシ装置１２に回収されたトナーのうち、正規の帯電極性のものは、回収ブラシ装置１２から感光体ドラム１の表面に吐き出される。
【０１５８】
さらに、帯電装置６への印加電圧も回収ブラシ装置１２と同等の電圧を印加する。また、現像装置８への印加電圧を直流電圧のみに切り替える。また、転写バイアス供給手段への印加電圧を、正規トナーの帯電極性とは逆極性の直流電圧に切り替える。
【０１５９】
感光体ドラム１の表面に吐き出されたトナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６には、トナーの帯電極性と同極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは帯電装置６に付着することなく通過する。
【０１６０】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写領域へ担持搬送される。
【０１６１】
転写バイアス供給手段には正規トナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写ベルト１５側にクーロン力で吸引される。転写ベルト１５側に転移したトナーは、各色の転写領域を通過した後、トナー除去装置１３へ搬送される。トナー除去装置１３ではブラシローラの回転により機械的にトナーが転写ベルト１５から引き剥がされる。ブラシローラに付着したトナーはクーロン力により中間ローラに転移し、掻き取り部材により除去される。
【０１６２】
少なくとも感光体ドラム１が１周し、かつ最上流の転写領域から最下流の転写領域にトナー搬送される間に、第一のトナー吐き出し工程を行った後、第二の吐き出し工程を開始する。
【０１６３】
第二の吐き出し工程では、回収ブラシ装置１２に印加されている電圧の極性を反転する。これにより、回収ブラシ装置１２に残留した正規のトナーとは逆極性に帯電したトナーが、感光体ドラム１の表面に吐き出される。また、帯電装置６には回収ブラシ装置１２と同等の電圧が印加される。また、転写バイアス供給手段には、正規のトナーの帯電極性と同極性の電圧が印加される。
【０１６４】
感光体ドラム１の表面に吐き出された逆極性トナーは感光体ドラム１の回転に伴って担持搬送され、帯電装置６を通過する。帯電装置６には吐き出されたトナーの帯電極性と同極性の電圧が印加されているので、帯電装置６にトナーが付着することなく通過する。
【０１６５】
次に、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８を通過する。このとき現像装置８には直流電圧のみ印加されているので、感光体ドラム１と現像装置８との間には交番電界は形成されていない。よってトナー粒子は振動しないので、感光体ドラム１から現像装置８へのトナー回収能力が極めて低下する。これにより、感光体ドラム１上のトナーは現像装置８には回収されずに転写領域に担持搬送される。
【０１６６】
転写バイアス供給手段には回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーの帯電極性と逆極性の電圧が印加されているので、感光体ドラム１上のトナーは、転写ベルト１５側にクーロン力で吸引される。各色の転写領域を順次通過して転写ベルト１５側に転移したトナーは、第一の吐き出し工程と同様にトナー除去装置１３により転写ベルト面から除去される。
【０１６７】
少なくとも感光体ドラム１が１周し、かつ最上流の転写領域から最下流の転写領域にトナー搬送される間に、第二のトナー吐き出し工程を行った後、転写ベルト１５と感光体ドラム１の回転を停止する。さらに各装置への電圧印加も停止し、すべての動作を完了する。
【０１６８】
なお、上記では、受像紙５を担持する構成要素として転写ベルト１５を示したが、ベルト以外にもドラム形状やローラ形状のものを用いてもよい。また、紙を直接担持搬送せずに、ベルト上に４色のトナー画像を形成した後、受像紙５に二次転写する中間転写ベルトを用いてもよい。
【０１６９】
また、上記の構成では、帯電ローラなどの接触式帯電方式を利用し、かつ回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーを現像装置８に回収しない。接触式帯電方式の場合、第一の吐き出し工程と第二の吐き出し工程とでは、帯電装置６と回収ブラシ装置１２との電圧極性を同一にすることが望ましい。同一にしないと、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーが帯電装置６に付着し、帯電装置６を清掃する工程または部材が必要となるからである。
【０１７０】
また、第二の吐き出し工程で、回収ブラシ装置１２から吐き出されたトナーの帯電極性を正規に反転することは困難である。このため、逆極性のトナーを静電気力で回収しようとすると、現像スリーブ上のトナーが感光体ドラム１に移動してしまうため、現像装置８への回収は極めて困難である。よって、接触式帯電装置を使用する場合は、静電気力以外の力でトナーを現像装置８に回収するか、もしくは上述の通り別途回収手段を設けることが好ましい。
【０１７１】
またカラー画像形成装置の場合、下流側の感光体ドラム１に当接する回収ブラシ装置１２には、上流側のトナーが混在する。よって、回収ブラシ装置１２に蓄えられたトナーを現像装置８で回収すると、別色のトナーが現像装置８に混入し、色再現範囲が狭まるいわゆる混色の問題が発生する。よって、混色の問題を回避するには、現像装置８以外の装置で感光体ドラム１上に吐き出されたトナーを回収、除去することが好ましい。
【０１７２】
これまで回収ブラシ装置１２からのトナーの吐き出し工程を、回収ブラシ装置１２、帯電装置６、現像装置８、転写装置３に印加する電圧の極性のみで述べてきたが、このトナー吐き出しの移動を各部材間の電位差で移動させても良い。そのときは、例えば感光体ドラム１の表面電位より絶対値で大きい直流電圧であれば良く、好ましくは電位差を２００〜６００Ｖであることが好ましい。この電位差範囲を上回ると放電が開始し、トナーの帯電極性を変化させて回収ブラシ装置１２からの回収、吐き出し、転写回収等のトナー移動の性能を低下させてしまう。また、この電位差範囲を下回るとトナーにかかる電界による静電誘引力が小さく、十分にトナーを移動させることができない。
【０１７３】
次に本発明にかかる回収ブラシ装置およびそれに用いるトナーの具体的な実施の形態を説明する。
【０１７４】
（実施例１）
下記仕様の織成した回転ブラシを回収ブラシ装置として上記画像形成装置に取りつけ、転写残トナーの回収能力を評価した。
【０１７５】
回転ブラシ外径：７．５ｍｍ
ブラシ繊維材料：ナイロン系導電糸
ブラシ太さ：２デニール
ブラシ密度：３６０Ｆ／ｍｍ２
パイル長：：１．７５ｍｍ
ブラシ繊維抵抗：約Ｅ４Ω・ｃｍ
感光体ドラムへの食い込み量：約０．４５ｍｍ
なお、感光体ドラムとしてはアルミ素管にＣＧＬ、ＣＴＬを順次積層した、膜厚約２０μｍ、φ１６のＯＰＣドラムを使用した。また、トナーは体積５０％径が約６μｍ、形状係数約１．４３の非磁性トナーを使用した。感光体ドラムの表面電位は約−４００Ｖとした。感光体ドラム表面への現像トナー量を約０．５ｍｇ／ｃｍ２ とした。このとき感光体ドラム表面に現像されたトナーの帯電量は約−２５μＣ／ｇであった。
【０１７６】
転写装置として、電気抵抗約１０１０Ω、厚み１２０μｍの中間転写ベルトを使用し、転写部には中間転写ベルトの裏側に転写ローラを使用した。転写ローラは、ＥＰＤＭにカーボンブラックを分散した電気抵抗約１０４ Ωのスポンジ層のものを使用した。さらに感光体ドラムとの接触幅（転写領域）は約２ｍｍになるよう転写ローラを当接した。
【０１７７】
感光体ドラムを約１２５ｍｍ／ｓの速度で回転し、転写ローラに約７００Ｖの電圧を印加した。この転写条件での転写効率は９８％であった。
【０１７８】
また、上記回収ブラシ装置に直流電圧を印加して、感光体ドラムの表面電位を計測した結果、回収ブラシ装置と感光体ドラム表面との間での放電開始電圧は、約５２０Ｖであった。
【０１７９】
以上の条件のもと回収ブラシ装置に印加する正弦波の交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐと周波数ｆとを変えて、回収ブラシ装置の通過前後での感光体ドラム表面上のトナー付着量と印字後に回収ブラシ装置のトナー回収不良によるゴーストを目視で観察した。
【０１８０】
その結果を（表１）に示す。
【０１８１】
【表１】
上記の表で、×は回収ブラシ装置を通過した後もトナーが感光体ドラム上および印字後に回収不良ゴーストが目視で確認できるレベルを示す。△は回収ブラシ装置を通過した後にトナーが感光体ドラム上および印字後に回収不良ゴーストが目視で確認できるが、印字後に回収不良ゴーストが目視で確認できないレベルを示す。○は、回収ブラシ装置を通過した後、トナーが感光体ドラム上に目視で確認できない、印字後にも回収不良ゴーストが目視で確認できないレベルを示す。さらに、Ｅは回収ブラシ装置と感光体ドラムとの間で異常放電が発生した場合を示す。
【０１８３】
なお、交流電圧に重畳する直流電圧を−８００〜＋８００Ｖの間で変化させても、回収能力に有意差は認められなかった。
【０１８４】
また、交流電圧に矩形波を用いると回収能力が低下、三角波を用いると正弦波と同等の回収能力であった。
【０１８５】
また、前段の転写装置で転写させたトナーを次段の転写装置に１ｋＶかけて逆転写させたトナーの回収能力も（表１）と同様な傾向となった。
【０１８６】
また、転写ローラに印加する電圧を５００Ｖに落とし、転写効率を約７３％にして負極の転写残トナーを増やしたもの（正極のトナーも存在している）、未帯電トナー、−１３、−４７μＣ／ｇ帯電量トナーを回収ブラシ装置に供給しても、（表１）に示す比べて多少回収可能領域は狭まるが、ほぼ同等の交流電圧設定範囲に設定することで、回収ブラシ装置に回収できることも確認できた。強いて述べると−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方が好ましい。
【０１８７】
また、１００Ｈｚ程度の周波数で１０００Ｖ以上のピーク間電圧を印加すると、目視でブラシ繊維が振動し、回収ブラシ装置と感光体ドラムとの接触領域からトナーミストが発生することが確認された。さらに周波数をあげると、目視ではブラシ繊維の振動は不明であるが、トナーミスト量が増加した。周波数が大きいため、目視では確認できないレベルでブラシ繊維が微小振動しているものと考えられる。
【０１８８】
以上の結果から、特定の交流電圧と周波数を設定範囲に設定することで回収ブラシ装置に転写残留トナーを回収できることが判明した。強いて述べると、−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方がより好ましい。
【０１８９】
（実施例２）
次に、種々の形状係数１．２５、１．６０のトナーを感光体ドラムに付着させ、上記と同様の実験を行った。その結果を（表２）に示す。
【０１９０】
【表２】
なお、球形度１．２５のトナーについては、（表１）に示す場合と回収能力に有意差は認められなかった。
【０１９２】
以上の結果から、球形度１．２５では（表１）と同様な結果になり、球形度を１．６０にすると、（表１）に示す場合比べて回収可能領域は狭まるが、特定の交流電圧設定範囲に設定することで、回収ブラシ装置に回収できることが判明した。強いて述べると、トナーの形状係数は１．５０以下が好ましい。
【０１９３】
（実施例３）
次に、形状係数１．４３のトナーを用いて、回収ブラシ装置に印加する電圧に交流重畳をやめ、直流電圧のみを変えて、種々の転写効率にて、回収ブラシ装置の通過前後での感光体ドラム表面上のトナー付着量と印字後に回収ブラシ装置のトナー回収不良によるゴーストを目視で観察した。その結果を（表３）に示す。
【０１９４】
【表３】
なお、−６００Ｖ以下、＋６００Ｖ以上にすると回収能力が若干悪くなる傾向にあった。
【０１９６】
また、前段の転写装置で転写させたトナーを次段の転写装置に１ｋＶかけて逆転写させたトナーの回収能力については、十分ではないものの−３００〜−６００Ｖの設定範囲でトナーの回収性能が見られた。なお、印加電圧−３００、−６００Ｖの方が＋３００、＋６００Ｖより若干回収性能が良いのは、転写残トナーの量の差と思われる。
【０１９７】
また、印加電圧が−３００Ｖより−６００Ｖ、＋３００Ｖより＋６００Ｖの方が若干良い回収性が良いと。
【０１９８】
感光体ドラムの表面電位の絶対値４００Ｖより大きい直流電圧を印加する方が回収性能が良いことがわかった。また、トナーの形状係数の差については、実施例２と同様な結果で、形状係数が１．６０以下でより回収能力があることが判明した。
【０１９９】
また、−１３μＣ／ｇ帯電量トナーを回収ブラシ装置に供給すると、−２５μＣ／ｇトナーに比べて回収性能が多少低下した。
【０２００】
また、回収ブラシ装置に印加するバイアスが交流の場合は、ブラシローラの内部までトナーが入り込んでおり、直流のみの印加ではブラシ先端にのみ（ブラシローラ表面）回収していると、交流印加の回収バッファ量（約３００ｍｇ）が多くなることが確認できた。
【０２０１】
以上の結果から、直流電圧のみの場合では、転写効率９７％未満では＋３００〜６００Ｖ、転写効率９７％以上と逆転写トナーでは−３００〜−６００Ｖの設定範囲で、十分ではないもののトナーの回収性能が認められた。また、感光体ドラムの表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加する方がより良いトナーの回収性能が認められた。また、トナーの形状係数は１．５０以下が好ましい。
【０２０２】
また、トナーの帯電量は−１０〜−５０μＣ／ｇ、より好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇの範囲に設定した方が良い。
【０２０３】
また、回収バッファ量に関しては、交流印加の方が有利であることが判明した。
【０２０４】
（実施例４）
次に、形状係数１．４３のトナーを用いて、回収ブラシ装置にトナーが蓄積された状態で、周波数を３ｋＨｚに固定して、ピーク間電圧と重畳する直流電圧とを変化させ、かつ回収ブラシ装置に印加する直流電圧の極性を反転して、回収ブラシ装置からのトナーの吐き出し効果を評価した。その結果を（表４）に示す。
【０２０５】
【表４】
上記の表で×は、回収ブラシ装置に上記電圧を印加したときに、回転する感光体ドラムへのトナーの付着が目視で認められないケース、すなわち、回収ブラシ装置からトナーが吐き出されていないケースを示す。また△は、回収ブラシ装置に上記電圧を印加したときに、回転する感光体ドラムへのトナーの付着が認められ、かつ回収ブラシ装置にトナーが残留しているケースを示す。
【０２０７】
なお、交流印加で回収したトナー（ブラシローラ内部までトナーが入り込んだ状態）での吐き出し性能は（表４）に示す結果であるが、直流印加で回収したトナー（ブラシローラのブラシ先端のみで回収した状態）での吐き出し性能は、トナーがブラシローラ内部に無い分で、回収ブラシ装置にトナーが残留していなかった。つまり、直流印加で回収したトナーは完全に吐き出すことが可能である。
【０２０８】
以上の結果から、形状係数１．４３のトナーの場合、ピーク間電圧が低い場合、または直流電圧のみの場合では、トナーの十分ではないもののトナーの吐き出し性能が認められた。また、直流印加で回収したトナーは完全に吐き出すことが可能であることが判明した。
【０２０９】
（実施例５）
次に、形状係数１．２５のトナーを用いて、（表４）と同様の評価を行った。その結果を（表５）に示す。
【０２１０】
【表５】
上記の表で○は、回収ブラシ装置に印加する直流電圧の極性を反転したときに、回転する感光体ドラムへのトナーの付着が目視で認められるケースを示す。
【０２１２】
以上の結果から、ピーク間電圧が低い場合、または直流電圧のみの場合では、トナーの形状を球形にすることで、さらなるトナーの吐き出し性能が認められた。
【０２１３】
（実施例６）
次に、形状係数１．４３のトナーを用いて、種々のトナーの帯電量に対して、回収ブラシ装置にトナーが蓄積された状態で、回収ブラシ装置に印可する直流電圧を変化させてかつ回収ブラシ装置に印加する直流電圧の極性を反転して、回収ブラシ装置からのトナーの吐き出し効果を評価した。その結果を（表６）に示す。
【０２１４】
【表６】
以上の結果から、トナーを−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方がより吐き出し性能が良いことが判明した。
【０２１６】
（実施例７）
次に、回収ブラシ装置のブラシ抵抗による回収・吐き出し性能とその他の影響について簡単に評価した。
【０２１７】
実施例１〜６で使用したブラシ抵抗はＥ４であったが、抵抗が若干低いため、ブラシに印加するバイアスが±４、５００Ｖと低くても、ＯＰＣドラムを帯電してしまい、表面電位がばらつく傾向にあった。その結果、画像ムラが発生した。
【０２１８】
ブラシ抵抗が約Ｅ１０の場合は、回収バイアス−４００Ｖ、吐き出しバイアス±４００Ｖ極性切替えの場合、抵抗がＥ４に比較して、回収・吐き出し性能が良好で、表面電位への影響も少なかった。
【０２１９】
以上の結果から下記の通り、本発明の作用効果を考察する。
【０２２０】
実施例１、２から分かる通り、交流電圧のピーク間電圧を放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐ、周波数１〜７ｋＨｚに設定すると、トナーは帯電極性に関わらず回収ブラシ装置に回収される。よって、トナーを直接回収ブラシ装置に吸引する力は、静電気力以外の力と考えられる。また、実施例１でブラシ繊維が機械的に振動していると考えられることから、ブラシ繊維の機械的な力が作用しているものと考えられる。
【０２２１】
すなわち、ブラシ繊維が振動することで、トナーとブラシ繊維との間に機械的付着力が生じる。さらに振動を継続することでブラシ内にトナーが潜り込み、ブラシ繊維でトナーが抱え込まれる。この結果トナーの帯電極性に関わらず、回収ブラシ装置側にトナーが回収されるものと考えられる。
【０２２２】
また、放電開始電圧の二倍以上のピーク間電圧は、ブラシ繊維を振動させる効果があるものと考えられる。
【０２２３】
すなわち、負極性の電圧ピーク時では、ブラシ繊維先端からマイナス電荷が感光体ドラム表面に放出される。この結果ブラシ繊維先端に近接した感光体ドラム表面には、マイナス電荷を帯びた領域Ａが形成される。放電後ブラシ先端にマイナス電荷が充電されると、感光体ドラムの帯電極性と同極性のため、ブラシ繊維と感光体ドラム表面とは静電的に反発する。ブラシ先端周囲に未帯電またはプラス電荷を帯びた領域Ｂが感光体ドラム表面に存在すると、ブラシ先端は領域Ｂに吸引される。この結果ブラシ先端には感光体ドラム表面上の領域Ａから領域Ｂに移動する力が作用する。
【０２２４】
次に、負極性の電圧ピーク時では、上記とは逆の力が作用する。この結果、ブラシ繊維が振動するものと考えられる。また、領域Ａと領域Ｂとの間隔は、交流電圧の周波数と回収ブラシ装置と感光体ドラムとの相対速度、およびブラシ繊維密度によって決定される。ブラシ繊維が振動しやすい領域ＡＢ間の間隔があるため、実施例１、２のような周波数依存性が見られたものと考えられる。
【０２２５】
また、ブラシ繊維密度については、ブラシ繊維が振動しやすい領域ＡＢ間の間隔を決める要素でもあるが、感光体ドラム１上のトナーの接触機会を多くするためにブラシ繊維密度を上げた方がいいし、回収されたブラシ中に入り込んだトナーの吐き出し性能を確保するにはブラシ繊維密度を小さくした方が良い。このような考え方から、また、実施例でのブラシ繊維密度が３６０Ｆ／ｍｍ２ で、吐き出し性能が若干悪いことから、ブラシ繊維密度は５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることが好ましい。
【０２２６】
また、トナーの形状係数が１．００〜１．５０である方が回収性能は良好である。これはトナーが球形である方が感光体ドラム１との離型性が高いため、静電気力および機械的な力で感光体ドラム１上のトナーを回収しやすいと考えられる。
【０２２７】
また、実施例３から回収バイアスが直流電圧のみの場合では、転写効率９７％未満では＋３００〜６００Ｖ、転写効率９７％以上と逆転写トナーでは−３００〜−６００Ｖの設定範囲で、十分ではないもののトナーの回収性能が認められ、また、感光体ドラムの表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することでさらに高いトナーの回収性能が認められた。
【０２２８】
これらの結果は、感光体ドラムの表面電位とブラシ繊維の間に電界が生じる電位差が確保されることによって感光体ドラム表面上のトナーに静電誘引力が有効に働く電位差と考えられる。つまり、感光体ドラム表面電位の絶対値より大きい直流電圧をブラシに印加することが望ましいことを示唆している。しかし、放電開始電圧以上の電圧を印加するのは、感光体ドラム上のトナーの極性を変化させるので、あまり望ましくない。
【０２２９】
また、トナーの形状係数は１．５０以下が好ましい。これは転写効率９７％未満になると負極トナーの転写残が多くなっており、転写効率９７％以上と逆転写トナーの場合は、正極トナーの転写残が多くなっていることを示しているが、直流電圧のみを回収バイアスに用いる場合は両極性トナーを一度に取ることが困難なので、できるだけトナーを球形にする転写条件最適化等の転写効率向上を図り、正極性の逆転写トナーを回収するシステムが理想的と考えられる。
【０２３０】
また、トナーの帯電量は−１０〜−５０μＣ／ｇ、より好ましくは−１５〜−４５μＣ／ｇの範囲に設定した方が良いことから、帯電量はある程度高くシャープにすることにより、トナーにかかる静電気力を確保でき、転写性が向上できる範囲となっていると考えられる。
【０２３１】
また、実施例４では逆にピーク間電圧が放電開始電圧以下でないとトナーが回収ブラシ装置から吐き出されない。これは、ブラシ繊維が振動していると、トナーはブラシ内部に移動してしまうためと考えられる。よって、トナーを吐き出す際にはブラシ繊維が振動しない状態が好ましいと考えられる。実施例４ではピーク間電圧が５００Ｖ以下の場合に相当する。このとき重畳された直流電圧の極性と同極性のトナーがブラシから離脱して感光体ドラムに移動したものと考えられる。
【０２３２】
また、感光体ドラムの表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することでさらに高いトナーの吐き出し性能が認められた。これらの結果は、感光体ドラムの表面電位とブラシ繊維の間に電界が生じる電位差が確保されることによって感光体ドラム表面上のトナーに静電誘引力が有効に働く電位差と考えられる。つまり感光体ドラム表面電位の絶対値より大きい直流電圧をブラシに印加することが好ましいことを示唆している。但し、放電開始電圧以上は前述したように感光体ドラム上のトナーの極性を変化させるのであまり好ましくない。
【０２３３】
実施例５では、トナーの形状を球形にすることで、ブラシ繊維とトナーの離型性があがり、実施例４より吐き出し性能が向上したものと考えられる。
【０２３４】
なお、トナーを回収ブラシ装置から吐き出す際に直流電圧成分の極性を反転させたが、本方式では未帯電トナーが回収ブラシ装置に蓄積されてしまう。よって、回収ブラシ繊維の材料として、トナーを正負どちらかの極性に帯電させやすいものが好ましい。本試験では帯電系列上、自身がプラスに帯電しやすいナイロン系繊維を用いた。このような材料を用いることで、ブラシ繊維が振動する際、ブラシに取りこまれたトナーが次第に特定の極性に帯電するので、トナーを静電気的に吐き出すことが可能になる。
【０２３５】
実施例６では、トナーを−１０〜−５０Ｃ／ｇの帯電量の範囲で極力シャープな帯電量分布にする方がより吐き出し性能が良いことが判明した。これは、トナーの帯電量が低過ぎると、トナーにかかる静電誘引力が小さくなるので吐き出し性能が低下、逆に高過ぎるとトナー電荷に見合う転写電界が不足して転写残トナーが極端に増加して回収性能が低下したと考えられる。
【０２３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第一の回収手段および第二の回収手段を用いて像担持体上に残留するトナーを正負帯電極性に関わらず効率よく回収することができるので、装置の小型化および低価格化、像担持体の長寿命化が可能で、かつ転写残留トナーの極性に依存しないクリーニング装置を具備した画像形成装置または画像形成方法となるという有効な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるブラシ振動手段を有する画像形成装置を示す説明図
【図２】本発明の他の実施の形態である画像形成装置を示す説明図
【図３】本発明のさらに他の実施の形態であるカラー画像を形成する画像形成装置を示す説明図
【図４】図１の画像形成装置に係る電圧印加タイミングチャート
【図５】図２の画像形成装置に係る電圧印加タイミングチャート
【図６】図３の画像形成装置に係る一例としての電圧印加タイミングチャート
【図７】図３の画像形成装置に係る他の一例としての電圧印加タイミングチャート
【図８】従来のブラシ方式によるクリーニング装置の概略を示す説明図
【符号の説明】
１ 感光体ドラム（像担持体）
２ レジストローラ
３ 転写装置（転写手段）
４ 定着装置
５ 受像紙
６ 帯電装置
７ 露光源
８ 現像装置（現像手段）
１０ 上流側案内手段
１１ 下流側案内手段
１２ 回収ブラシ装置（第一の回収手段）
１３ トナー除去装置
１４ ベルト支持ローラ
１５ 紙搬送ベルト
１６ 紙吸着装置
１７ａ 回収ブラシ部材用電源（第一の電圧印加手段）
１７ｂ 回収ブラシ部材用電源（第二の電圧印加手段）
１０１ 感光体ドラム
１０２ ブラシローラ
１０３ 中間ローラ
１０４ 掻き取り部材
Claims (22)
- 像担持体と、
前記像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像手段と、
前記顕像粒子像を受像部材に転写する転写手段と、
ブラシ繊維を備え、転写後の前記像担持体上に残留する前記顕像粒子像を回収する第一の回収手段と、
画像形成動作中には前記第一の回収手段に交流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第一の電圧印加手段、または画像形成動作中には前記第一の回収手段に前記顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加するとともに画像形成動作が終了したならば当該第一の回収手段に正負両極性の直流電圧を順次印加する第二の電圧印加手段と、
画像形成動作が終了したならば前記第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を回収する第二の回収手段とを有し、
使用する顕像粒子の球形度が１．００〜１．５０、顕像粒子の帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇであることを特徴とする画像形成装置。 - 前記第一の電圧印加手段は、前記像担持体の表面と前記第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍以上〜２ｋＶｐｐの電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
- 前記第一の電圧印加手段は、１〜７ｋＨｚの周波数の交流を印加することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
- 前記顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像形成装置。
- 画像形成動作中の前記第一の回収手段に前記像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することを特徴とする請求項１または４記載の画像形成装置。
- 前記顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の画像形成装置。
- 前記第一の回収手段の前記ブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の画像形成装置。
- 前記第一の回収手段の前記ブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の画像形成装置。
- 前記第二の回収手段は、前記第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する前記像担持体と、前記像担持体上の顕像粒子を回収する転写手段により構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の画像形成装置。
- 前記転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去手段を具備することを特徴とする請求項９記載の画像形成装置。
- 前記第二の回収手段は、前記第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を担持搬送する像担持体と、像担持体上の顕像粒子を回収する現像手段により構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の画像形成装置。
- 像担持体上に顕像粒子による顕像粒子像を形成する現像工程と、
前記顕像粒子像を受像部材に転写する転写工程と、
画像形成動作中に第一の回収手段に交流電圧または前記顕像粒子の帯電極性と同極性の直流電圧を印加して前記像担持体上の残留トナーを当該第一の回収手段に具備されたブラシ繊維に回収する第一の回収工程と、
画像形成動作が終了したならば正負両極性の直流電圧を前記第一の回収手段に順次印加し、前記第一の回収手段から顕像粒子を吐き出す吐き出して第二の回収手段に回収する第二の回収工程とを具備し、
球形度が１．００〜１．５０、帯電量が負帯電では−１０〜−５０μＣ／ｇ、正帯電では１０〜５０μＣ／ｇの顕像粒子を使用することを特徴とする画像形成方法。 - 第一の回収工程で前記第一の回収手段に印加される交流電圧は、交流像担持体表面と前記第一の回収手段との間での放電開始電圧の２倍〜２ｋＶｐｐの電圧であることを特徴とする請求項１２記載の画像形成方法。
- 第一の回収工程で前記第一の回収手段に印加される周波数は、１〜７ｋＨｚであることを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像形成方法。
- 前記顕像粒子は、その球形度が１．００〜１．３０、帯電量が負帯電では−１５〜−４５μＣ／ｇ、正帯電では１５〜４５μＣ／ｇであることを特徴とする請求項１２〜１４の何れか一項に記載の画像形成方法。
- 第一の回収工程では、前記第一の回収手段に前記像担持体の表面電位より絶対値で大きい直流電圧を印加することを特徴とする請求項１２または１５記載の画像形成方法。
- 前記顕像粒子は、その粒度分布変動係数が３０％以下、３μｍ以下、１６μｍ以上の粒子が存在しないことを特徴とする請求項１２〜１６の何れか一項に記載の画像形成方法。
- 前記第一の回収手段の前記ブラシ繊維の抵抗値は、Ｅ４〜１３Ω・ｃｍ２ であることを特徴とする請求項１２〜１７の何れか一項に記載の画像形成方法。
- 前記第一の回収手段の前記ブラシ繊維のパイル密度は、５０〜４００Ｆ／ｍｍ２ であることを特徴とする請求項１２〜１８の何れか一項に記載の画像形成方法。
- 第二の回収工程は、前記第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を前記像担持体にて担持搬送する搬送工程と、前記像担持体上の顕像粒子を転写手段により回収する転写回収工程とからなることを特徴とする請求項１２〜１９の何れか一項に記載の画像形成方法。
- 前記転写手段の表面に付着した顕像粒子を除去する顕像粒子除去工程を有することを特徴とする請求項２０記載の画像形成方法。
- 第二の回収工程は、前記第一の回収手段から吐き出された顕像粒子を前記像担持体にて担持搬送する搬送工程と、前記像担持体上の顕像粒子を前記現像手段にて回収する現像回収工程とからなることを特徴とする請求項１２〜１９の何れか一項に記載の画像形成方法。
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2003
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