JP2005062737A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写残トナーの極性反転を抑えながら、カブリ、黒スジ、裏汚れおよびネガ／ポジ残像の発生を防止して、耐久寿命を延ばすことができるクリーナレス方式の画像形成装置を提供する。
【解決手段】感光体１２の周囲にその回転方向に沿って、感光体１２表面を均一帯電する帯電ブラシ１４と、均一帯電した感光体１２表面に露光により形成された静電潜像をトナーで現像してトナー像にする現像器１８と、感光体１２上のトナー像を記録媒体Ｓに転写する転写ローラ２０と、転写後に感光体１２上に残ったトナーを一旦回収する補助帯電部材２２とが配設された画像形成装置１０において、現像条件の変動に応じて補助帯電部材２２に印加する電圧を制御する電圧制御部２８を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、クリーナレス方式の画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式の画像形成装置では、主帯電手段によって像担持体の表面が均一帯電され、この均一帯電された像担持体表面に露光によって静電潜像が形成され、この静電潜像が現像手段によって現像されてトナー像が形成され、このトナー像が転写手段によって用紙などの記録媒体に転写されるようになっているが、前記転写後に像担持体上に残ったトナー（以下「転写残トナー」という）を専用クリーナではなく前記現像手段で回収する、いわゆるクリーナレス方式の画像形成装置が知られている。

このようなクリーナレス方式の画像形成装置では、像担持体から記録媒体へのトナー像転写後に像担持体表面に転写残トナーが載った状態でその表面が主帯電手段による帯電部や露光手段による露光部を通過すると、表面電位の低下や露光遮断によって次の現像工程に影響を及ぼし、次の画像中においてハーフトーン部分で前画像のまま白く抜けるネガ残像や、白地部分で文字が現れるポジ残像といった画像ノイズが発生することがあった。

そこで、このようなネガ／ポジ残像の発生を防止するために、例えば特許文献１では、転写手段と主帯電手段との間に補助帯電手段を像担持体に対して接触配置し、補助帯電手段に主帯電手段とは逆極性の電圧（以下、適宜に「回収バイアス」という）を印加して、転写残トナーを補助帯電手段で一旦回収する技術が開示されている。

特許第２６３７１０４号公報

しかしながら、上述した特許文献１の技術では、補助帯電手段には常に一定の回収バイアスが印加されているだけである。ベタ部が多い高濃度画像を連続プリントする場合や、あるいは、耐久使用されるにつれて、現像条件（像担持体上で現像されるトナー像の濃度に関わる条件をいう、以下に同じ）が変動することがある。現像条件が変動すると、これに応じてトナー像濃度が変動し、転写後に像担持体上に残る転写残トナーが増加することがある。この場合、一定の回収バイアスが印加された補助帯電手段では、精度の高い転写残トナーの回収を達成できないおそれがある。

現像条件の変動によって、（１）例えばトナー像濃度が濃くなることで転写残トナーが増加すると、補助帯電手段によるトナー回収能力が不足することになり、一方、（２）補助帯電手段に印加する回収バイアスを大きくすると転写残トナーの極性が反転するという問題がある。

前記（１）および（２）についてさらに説明すると、まず（１）については、現像条件の変動によって転写残トナーが多くなると、補助帯電手段で回収されることなく通過する転写残トナーが増加して、ネガ／ポジ残像が発生することになる。

一方、（２）については、回収バイアスとしてトナー極性とは逆極性側に大きくシフトしたバイアスを印加し続けることで、転写残トナーの回収量が増加してネガ／ポジ残像の発生が無くなるが、補助帯電手段において生じる回収バイアスによる放電によって、転写残トナー自身の帯電極性が逆極性に変化してしまい、極性反転した転写残トナーが出現することになる。その結果、極性反転した転写残トナーがその後に現像手段によって回収されて現像手段内のトナーに混入すると、現像時に像担持体表面の静電潜像以外の部分に極性反転したトナーが付着することでカブリが生じる。また、極性反転した転写残トナーが接触式の主帯電手段に付着して抵抗が上がると、主帯電手段の転写残トナー付着部分の帯電性能低下による帯電不良によって画像上縦方向に黒スジの画像ノイズが現れる。さらに、極性反転した転写残トナーが現像手段で回収されずに通過して転写手段に付着すると、記録媒体の裏汚れが発生することになる。

そこで、本発明の目的は、現像条件が変動しても、補助帯電手段によって極性反転を抑えながら転写残トナーを適切に回収することで、カブリ、黒スジ、裏汚れ、および、ネガ／ポジ残像の発生を防止して、作像カートリッジや装置の耐久寿命を延ばすことができるクリーナレス方式の画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、像担持体の周囲にその回転方向に沿って、前記像担持体表面を均一帯電する主帯電手段と、均一帯電した前記像担持体表面に露光により形成された静電潜像をトナーで現像してトナー像にする現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写後に前記像担持体上に残ったトナーを一旦回収する補助帯電手段とが配設された画像形成装置において、
現像条件の変動に応じて前記補助帯電手段に印加する電圧を制御する電圧制御手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明の画像形成装置において、前記現像条件の変動は、操作パネルで設定される画像濃度値、前記像担持体の表面電位と前記現像手段に印加される現像バイアスとの電位差、および、ＡＩＤＣセンサによる検出値のうちの少なくとも１つに基づいて判断してもよい。

また、本発明の画像形成装置のトナー回収制御方法は、現像により像担持体上に形成されたトナー像が前記像担持体から記録媒体に転写された後に前記像担持体上に残ったトナーを補助帯電手段で一旦回収するに際し、現像条件の変動に応じて前記補助帯電手段に印加する電圧を制御することを特徴とするものである。

本発明の画像形成装置及びそのトナー回収制御方法によれば、現像条件の変動に応じて補助帯電手段に印加する電圧を制御するようにしたので、現像条件の変動により転写残トナーが増加した場合には補助帯電手段に印加する電圧を適正値に設定変更することで、転写残トナーの極性反転を抑えながら補助帯電手段による転写残トナーの回収量を適切なものにすることができる。これにより、ネガ／ポジ残像、カブリ、黒スジ、裏汚れ等のない良好な画像を長期使用にわたって維持することができ、作像カートリッジや装置の耐久寿命を延ばすことができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である画像形成装置１０の主要部構成図である。画像形成装置１０は、像担持体として回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光体」という）１２を備えている。感光体１２は負帯電性のＯＰＣ感光体であり、図示しないモータにより矢印ａ方向に回転駆動されるようになっている。

感光体１２の周囲には、その回転方向に沿って順に、主帯電手段である帯電ブラシ１４、露光装置１６、現像器１８、転写手段である転写ローラ２０、補助帯電手段である補助帯電部材２２が配設されている。感光体１２、帯電ブラシ１４、現像器１８および補助帯電部材２２は、画像形成装置１０に着脱可能な一体の作像カートリッジとして構成されている。なお、作像カートリッジの構成は、これに限定されるものではなく、例えば現像器１８を含まないものであってもよい。

感光体１２に接触配置された帯電ブラシ１４は、ブラシ毛が例えば導電性レーヨンで形成されたローラ形状のブラシであり、感光体１２と順方向に回転駆動され、例えばＶｃ＝−１．３ｋＶの電圧が印加されることによって感光体１２の表面を例えばＶｏ＝−８００Ｖの表面電位に均一帯電させるものである。

感光体１２から離れて配置された露光装置１６は、例えばパソコンなどの外部装置やスキャナなどの内部装置から入力された信号に応じてレーザ光Ｌを照射して、均一帯電した感光体１２の表面を走査露光することにより、電位減衰部である静電潜像を形成するものである。

現像器１８は、感光体１２に接触または近接する現像ローラ１９を有している。現像ローラ１９には、例えばＶｂ＝−４００Ｖの現像バイアスが印加されている。現像器１８は、内部に収容した負帯電特性のトナーを回転する現像ローラ１９で感光体１２の対向部に搬送し、感光体１２の表面に形成されている静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成すると同時に、感光体１２の表面にある転写残トナーを回収するものである。

感光体１２に接触配置された転写ローラ２０は、少なくとも外周部が例えば導電性ＥＰＤＭ製ゴムで構成されており、感光体１２と順方向（矢印ｂ方向）にほぼ同じ周速度で回転駆動され、転写電圧が印加されるようになっている。

感光体１２に接触配置された補助帯電部材２２は、例えば導電性モルトプレーンで構成されており、電源２４によってトナーの帯電極性から見て逆極性側（すなわちプラス側）の回収バイアスが印加されることで転写残トナーを一旦回収できるようになっている。
なお、補助帯電部材２２は、導電性ブラシや導電性回転部材で構成されてもよい。

現像器１８と転写ローラ２０との間には、ＡＩＤＣセンサ２６が感光体１２に対向配置されている。ＡＩＤＣセンサ２６は、現像器１８により感光体１２上に形成されたトナー像に光を照射して、その反射光量を検出することによってトナー像の濃度を検出するためのものである。

画像形成装置１０は、電圧制御手段としての電圧制御部２８を備えている。電圧制御部２８は、帯電ブラシ１４、現像ローラ１９および電源２４にそれぞれ電気的に接続され、帯電ブラシ１４に印加される帯電電圧Ｖｃ、現像ローラ１９に印加される現像バイアスＶｂ、補助帯電部材２２に印加される回収バイアスをそれぞれ制御できるようになっている。また、電圧制御部２８は、ＡＩＤＣセンサ２６に電気的に接続されており、ＡＩＤＣセンサ２６から入力された反射光量の検出値と所定の数値との比較結果に応じて、帯電電圧Ｖｃおよび現像バイアスＶｂを制御することによりトナー像の濃度を調節する機能を有している。さらに、電圧制御部２８は、操作パネル３３に電気的に接続されており、操作パネルで設定された画像濃度値が入力されるようになっている。

画像形成装置１０はまた、感光体１２と転写ローラ２０との間に用紙などの記録媒体Ｓを送り込む給紙部３０と、記録媒体Ｓ上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着部３２とを備えている。

次に、前記構成からなる画像形成装置１０の動作について説明する。
まず、帯電ブラシ１４によって感光体１２の表面が例えば−８００Ｖに均一に帯電される。そして、露光装置１６によってレーザ光Ｌが照射されて走査露光されることにより、感光体１２の表面に電位減衰部からなる静電潜像が形成される。

その後、前記静電潜像が感光体１２の回転にしたがって現像器１８の対向部に移動する。このとき、現像器１８に収容されているトナーは負極性帯電特性を有するものであり、現像ローラ１９には例えば−４００Ｖの現像バイアスが印加されている。これにより、現像ローラ１９の外周面に担持された負帯電のトナーは、電位減衰により現像バイアスに対して相対的にプラス側となっている静電潜像に静電的に吸着して現像が行われ、その結果としてトナー像が形成される。

感光体１２の表面に形成されたトナー像は、感光体１２の回転にしたがって転写ローラ２０の対向部に移動する。これに同期して、給紙部３０によって記録媒体Ｓが感光体１２と転写ローラ２０との間に送り込まれる。このとき、転写ローラ２０には、定電流制御により記録媒体Ｓの裏面から例えば＋２０μＡの電流が流れるように例えば１．５ｋＶの転写電圧が印加されており、これにより感光体１２上のトナー像は記録媒体Ｓ側に静電的に吸着されて転写される。それから、トナー像が転写された記録媒体は、定着部３２を通過する際にトナー像が加熱定着された後、装置外部に排出される。

転写後に感光体１２上に残った転写残トナーＴは、感光体１２の回転にしたがって補助帯電部材２２の位置に到達する。このとき、補助帯電部材２２には、電源２４によって、トナーＴの帯電極性から見て逆極性側（すなわちプラス側）の回収バイアスが印加されている。これにより、転写残トナーＴは、補助帯電部材２２に静電的に吸着されて一旦回収される。この場合、感光体１２上の転写残トナーＴは補助帯電部材２２で完全に回収されることはないが、回収されずに残ったとしても所定の量を越えなければ次の画像上にネガ／ポジ残像は現れない。

補助帯電部材２２に一旦回収された転写残トナーＴは、非画像形成中に電源２４によって補助帯電部材２２に例えば−１．０ｋＶのバイアスを印加することで、その帯電電位が負極性側にシフトし、これにより相対的にプラス側となる例えば表面電位−８００Ｖの感光体１２側に吸引されて吐き出される。

補助帯電部材２２から感光体１２上に転移した転写残トナーＴは、感光体１２の回転にしたがって帯電ブラシ１４を通過することで例えば−１．３ｋＶの電位に帯電される。その後、転写残トナーＴは、感光体１２の回転にしたがって現像器１８の位置に到達する。そこで、例えば−４００Ｖの現像バイアスが印加された現像ローラ１９が感光体１２の表面電位（−８００Ｖ）に対して相対的にプラス側となるので、感光体１２上の転写残トナーＴは現像ローラ１９に吸着して現像器１８内に回収される。この回収動作は、現像器１８による現像動作と同時に行われる。すなわち、感光体１２上の静電潜像には現像ローラ１９からトナーが付着してトナー像が形成されると同時に、感光体１２上の静電潜像以外の領域にある転写残トナーＴは現像ローラ１９に吸着して回収されることになる。

上述した補助帯電部材２２による転写残トナーＴの回収動作において、回収バイアスの値がプラス側にシフトしていくほど、補助帯電部材２２で回収される転写残トナーＴの回収量は増えるが、ネガ／ポジ残像が発生しなければ回収バイアスは接地とするのが好ましい。その理由は、プラス極性の回収バイアスを印加すると、補助帯電部材２２において生じるプラス電荷の放電によって、転写残トナーＴの電位がプラス側にシフトし、極性反転する転写残トナーＴが増えるためである。極性反転した転写残トナーＴが増えると、上述したようにカブリ、黒スジ、裏汚れが発生する原因となる。

しかし、通常時には回収バイアスを接地として問題がなくても、高濃度画像の連続プリント時や耐久による帯電ブラシ１４の汚れに起因して感光体１２の表面電位が低下したときなどには、現像条件が変動することによって転写残トナーＴが増加し、ネガ／ポジ残像が発生することがある。そこで、本実施形態の画像形成装置１０では、以下のようにして回収バイアスを切り換える制御を行う。

画像形成装置１０において、電圧制御部２８は、操作パネル３３で設定される画像濃度値に基づいて現像条件の変動を判断して回収バイアスを制御する。例えば、ユーザにより操作パネル３３において画像濃度値が濃くなるように設定変更された場合には、転写残トナーＴが通常よりも増加することから、補助帯電部材２２による転写残トナーＴの回収量を増やすべく回収バイアスをプラス側にシフトした適正値に切り換えて、ネガ／ポジ残像の発生を防止する。一方、画像濃度値が濃い方からネガ／ポジ残像の発生しない標準の画像濃度値またはそれよりも薄い画像濃度値に設定変更されたときには、回収バイアスを接地またはマイナス側に切り換えて、カブリ、黒スジ、裏汚れの発生を防止する。

このように本実施形態の画像形成装置１０によれば、現像条件の変動に応じて補助帯電部材２２に印加する回収バイアスを制御するようにしたので、現像条件の変動により転写残トナーＴが増加した場合には補助帯電部材２２に印加する回収バイアスを適正値に切り換えることで、転写残トナーＴの極性反転を抑えながら補助帯電部材２２による転写残トナーの回収量を適切なものにすることができる。これにより、ネガ／ポジ残像、カブリ、黒スジ、裏汚れ等のない良好な画像を長期使用にわたって維持することができ、作像カートリッジや装置の耐久寿命を延ばすことができる。

続いて、本実施形態の画像形成装置１０を用いて補助帯電部材２２の回収バイアスの設定を変えながら行った実験について説明する。
ネガ／ポジ残像の評価については、新品の作像カートリッジを用いて１枚のプリントを行い、ネガ残像は画像の半分が文字パターンで残り半分がハーフトーンの画像サンプルで、ポジ残像は文字パターンの画像サンプルで、ともに感光体（直径３０ｍｍ）１周目以降に対応する画像サンプル中の位置に現れているかを目視で確認することにより行った。カブリ、黒スジおよび裏汚れの評価については、図２に示すように中央部に四角形のベタ部３６がある黒／白比５％の文字パターンの画像サンプルを作像カートリッジのこれまでの耐久寿命である３０００枚までプリントした後に発生しているかどうかを目視で確認することにより行った。また、実験を行った環境は、温度２５℃、湿度６３％であった。

この実験結果を図３（ａ），（ｂ）の２つの表に示す。図３中の表（ａ）はネガ／ポジ残像の発生状況を示し、同図中の表（ｂ）はカブリ、黒スジ、裏汚れの発生状況を示す。なお、表（ａ）における濃度値ＴＤは、マクベス濃度計により測定されるベタ部３６の透過濃度値を示すもので、白ベタでは０、黒ベタでは１．８の値となるものである。

図３の表（ａ）に示すように、ベタ部３６の濃度値ＴＤが０．５のとき回収バイアスを−１００Ｖ以上、濃度値ＴＤが１．０のとき回収バイアスを接地（すなわち０Ｖ）以上、、濃度値ＴＤが１．８のとき回収バイアスを＋１００Ｖ以上に設定すれば、ネガ／ポジ残像の発生を防止できるが、図３の表（ｂ）に示すように回収バイアス＋３００Ｖでは耐久によりカブリ、黒スジ、裏汚れが発生するため不適切であることが確認された。ただし、転写残トナーの極性反転を抑えて少しでもカブリ、黒スジ、裏汚れの発生要因をなくすために、回収バイアスはできるだけマイナス側に設定するのが好ましいので、濃度値ＴＤ０．５のとき回収バイアスを−１００Ｖに、濃度値ＴＤ１．０のとき回収バイアスを接地に、濃度値ＴＤ１．８のとき回収バイアスを＋１００Ｖにそれぞれ設定するのが好ましい。

ところで、前記画像形成装置１０では操作パネル３３で設定される画像濃度値に基づいて電圧制御部２８が現像条件の変動を判断したが、図１に示すように感光体１２の回転方向に関して帯電ブラシ１４の下流側近傍に電位計３４を設け、この電位計３４により測定される感光体１２の表面電位Ｖｏと現像ローラ１９に印加される現像バイアスＶｂとの電位差に基づいて電圧制御部２８が現像条件の変動を判断してもよい。または、電圧制御部２８は、ＡＩＤＣセンサ２６による反射光量の検出値に基づいて現像条件の変動を判断してもよい。あるいは、電圧制御部２８は、操作パネル３３で設定される画像濃度値、感光体１２の表面電位Ｖｏと現像バイアスＶｂとの電位差、および、ＡＩＤＣセンサ２６による検出値のうちの少なくとも２つの組み合わせに基づいて現像条件の変動を判断してもよい。

なお、前記画像形成装置１０の現像器１８による現像方式は、１成分現像方式または２成分現像方式のいずれであってもよい。

また、主帯電手段は、帯電ブラシ１４以外に、帯電ローラ等の接触式帯電手段や、スコロトロン等の非接触式帯電手段であってもよい。

さらに、本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、および、これらの複合機などの画像形成装置に適用可能である。

画像形成装置の主要部構成図。 耐久実験で用いた画像サンプルを示す図。 実験における画像ノイズ発生状況を示す表。

符号の説明

１０…画像形成装置
１２…感光体（像担持体）
１４…帯電ブラシ（主帯電手段）
１６…露光装置
１８…現像器（現像手段）
２０…転写ローラ（転写手段）
２２…補助帯電部材（補助帯電手段）
２４…電源
２６…ＡＩＤＣセンサ
２８…電圧制御部（電圧制御手段）
３３…操作パネル
３４…電位計

Claims (3)

1. 像担持体の周囲にその回転方向に沿って、前記像担持体表面を均一帯電する主帯電手段と、均一帯電した前記像担持体表面に露光により形成された静電潜像をトナーで現像してトナー像にする現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写後に前記像担持体上に残ったトナーを一旦回収する補助帯電手段とが配設された画像形成装置において、
   現像条件の変動に応じて前記補助帯電手段に印加する電圧を制御する電圧制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記現像条件の変動は、操作パネルで設定される画像濃度値、前記像担持体の表面電位と前記現像手段に印加される現像バイアスとの電位差、および、ＡＩＤＣセンサによる検出値のうちの少なくとも１つに基づいて判断することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 現像により像担持体上に形成されたトナー像が前記像担持体から記録媒体に転写された後に前記像担持体上に残ったトナーを補助帯電手段で一旦回収するに際し、現像条件の変動に応じて前記補助帯電手段に印加する電圧を制御することを特徴とする画像形成装置のトナー回収制御方法。
   

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