JP2005189319A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーナレス、かつ接触帯電方式の画像形成装置において、像担持体表面の前画像の残留電位に応じてトナー像転写後の像担持体表面への印加バイアス条件を可変する。
【解決手段】像担持体1に当接して該像担持体を帯電手段２により帯電し、該像担持体の帯電面に情報書き込み手段３により静電潜像を形成し、該静電潜像を現像手段４によりトナー像として現像し、該トナー像を転写手段５により記録媒体に転写し、該像担持体に帯電補助手段６が当接してバイアスを印加することにより前画像の残留履歴を消す画像形成装置において、該転写手段より該像担持体回転方向下流側で、且つ該帯電補助手段より上流側における、該像担持体表面の前画像の残留電位を残留電位検知手段Ｔ１・Ｔ２・Ｔ３・１２により検知し、制御手段１１は残留電位検知手段の検知結果に応じて、該帯電補助手段へのバイアス印加条件を可変制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、いわゆる「クリーナーレス」の電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置に関する。

より詳しくは、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体（被帯電体）と、該像担持体に当接する帯電部材を有し該帯電部材に帯電バイアスを印加することで像担持体の帯電を行う接触方式の接触帯電手段（接触帯電装置、直接帯電装置）と、該像担持体の帯電処理面に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、該静電潜像を現像剤により顕像化してトナー像を形成する現像手段と、該像担持体表面のトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、該像担持体表面に当接してバイアスを印加することによって前画像の履歴を消す帯電補助手段とを具備し、該現像手段が、像担持体上のトナー像を記録媒体に転写した後に該像担持体に残留した残トナー粒子を回収するクリーニング手段も兼ねる、クリーナーレス（クリーナーレスシステム）の画像形成装置に関する。

（ａ）接触帯電装置
電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体、その他の被帯電体を所定の極性・電位に帯電処理する帯電手段としては、従来より一般にコロナ帯電器が使用されてきた。これは像担持体（以下、感光体と記す）にコロナ帯電器を非接触に対向配置して、コロナ帯電器から放出されるコロナに感光体面をさらして感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。近年は、上記の非接触タイプのコロナ帯電器による場合に比べて低オゾン・低電力等の利点を有することから、前記のように、像担持体としての感光体に電圧（帯電バイアス）を印加した帯電部材（接触帯電部材）を当接させて感光体面を所定の極性・電位に帯電させる接触方式の帯電装置の実用化がなされてきている。特に、帯電部材として帯電ローラ（導電ローラ）を用いたローラ帯電方式の装置が帯電の安定性という点から好ましく用いられている。

また、接触帯電部材として、磁性粒子を感光体に磁気拘束させた磁気ブラシ部を具備させた磁気ブラシ帯電部材（帯電磁気ブラシ、以下、磁気ブラシ帯電器と記す）を用い、該磁気ブラシ帯電器の磁気ブラシ部を感光体に接触させる磁気ブラシ帯電方式の装置も帯電装置の安定性という点から好ましく用いられる。磁気ブラシ帯電器は、導電性の磁性粒子を直接にマグネットに、あるいはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束させて磁気ブラシ部を形成具備させたものであり、停止あるいは回転させて磁気ブラシ部を感光体に接触させ、これに電圧を印加することによって感光体の帯電を開始させる。

また、導電性の繊維をブラシ状に形成具備させたもの（ファーブラシ帯電部材、帯電ファーブラシ）、導電性ゴムをブレード状にした導電ゴムブレード（帯電ブレード）等も接触帯電部材として好ましく用いられている。

接触帯電の帯電機構（帯電のメカニズム、帯電原理）には電荷注入（直接帯電）系とコロナ帯電系の２種類の帯電機構が混在しており、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現われる。電荷注入帯電系は、接触帯電部材から感光体に直接に電荷が注入されることで感光体表面が帯電する系である。より詳しくは、中抵抗の接触帯電部材が感光体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電を基本的に用いないで感光体表面に直接電荷注入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電しきい値以下の印加電圧であっても、感光体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。この電荷注入帯電系はイオンの発生を伴わない。しかし電荷注入帯電であるため、接触帯電部材の感光体への接触性が帯電性に大きく効いてくる。そこで接触帯電部材はより密に構成し、また感光体との速度差を多く持ち、より高い頻度で感光体に接触する構成をとる必要があり、この点において接触帯電部材として特に磁気ブラシ帯電器は安定した帯電を行うことができる。

コロナ帯電系は接触帯電部材と感光体との微小間隙に生じるコロナ放電現象による放電生成物で感光体表面が帯電する系である。コロナ帯電は接触帯電部材と感光体に一定の放電しきい値を有するため、帯電電位より大きな電圧を接触帯電部材に印加する必要があるが、コロナ帯電器に比べ放電に伴う放電生成物の発生量が格段に少なく、磁気ブラシ帯電器に比べ簡易な構成であるなどの利点があり好ましく用いられている。

（ｂ）クリーナレスプロセス（トナーリサイクルプロセス）
また近年、画像形成装置は小型化が進んできたが、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニング等の作像プロセスの各手段・機器が夫々小型になるだけでは画像形成装置の全体的な小型化には限界があった。また、転写後の感光体上の転写残トナー（残留現像剤）はクリーニング手段であるクリーナによって回収されて廃トナーとなるが、この廃トナーは環境保護の面からも出ないことが好ましい。

そこで、クリーナを取り外し、感光体上の転写残トナーは現像手段によって「現像同時クリーニング」で感光体上から除去し現像手段に回収・再用する装置構成にした「クリーナレスプロセス」の画像形成装置も出現している。現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に若干残留したトナーを次工程以後の現像時にかぶり取りバイアス（現像手段に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。

この方法によれば、転写残トナーは現像手段に回収されて次工程以後用いられるため、廃トナーをなくし、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る。また、クリーナレスであることでスペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。

また、帯電装置が接触帯電性の場合には感光体に接触している帯電部材に、現像装置で回収不可能な帯電量をもった転写残トナー（以降反転トナーと称する）を一旦回収させ、それを現像装置で回収可能な正規極性の帯電量にした後、再び感光体上に吐き出させることにより現像装置で回収させる。

（ｃ）画像履歴消し部材
ここで、トナー像転写後の感光体表面に残留する転写残トナーは、前画像をそのまま残した形で存在するため、そのまま帯電装置を通過した場合、前画像部分のみ帯電電位が低下したり、次の画像形成のための露光を遮断してしまい、そのままの形で次の現像行程に影響を及ぼし、次の画像上で前画像部分が薄くなったり濃く現われたりといった現象（以降ゴースト現象と称する）が起こる。

そこで、例えば特許文献１・２に示されるように、前画像の残留履歴を消す画像履歴消し部材として、感光体表面に当接してバイアスを印加する帯電補助部材を具備させた画像形成装置が提案されている。帯電補助部材として、例えば、転写帯電器と帯電装置の間に毛足長さが６ｍｍ、導電性繊維のレイヨンのブラシを感光体に当接し、このブラシに帯電極性とは逆のプラス極性の直流電圧を印加した。このブラシは、プラスのバイアスを印加することにより、前画像部分の帯電電位の履歴を効果的に除去し、また転写残トナーを一時的にこのブラシ内に捕獲し、再び感光体上へ送りだす。この際、ブラシ表面にトナーが蓄積してくると、保持量の限界に達し、次々と感光体上へと戻される。したがって、帯電装置と感光体の接触部には、前画像の履歴は失われているため、ゴーストが発生する直接的要因が除去される。
特開２００１−９２３３０号公報 特開２００２−１９６６２０号公報

しかしながら、前記導電性レイヨンのブラシ（以降、帯電補助ブラシと称する）に印加するプラス側の電圧設定が高すぎると、ブラシ表面に蓄積したトナーに対して過度に正電荷が流れ、反転トナーが発生してしまい、次行程の帯電において不都合が生じていた。すなわち、帯電補助ブラシにより発生した反転トナーの量が増加した場合、それらが帯電装置と感光体間を通過すると、帯電装置に多量の反転トナーが付着してしまう。

本来、帯電装置に付着した反転トナーは帯電ニップ部における帯電装置表面との摺擦や帯電装置クリーニング部材との摺擦などにより感光体電位と同極の電荷を付与させ感光体へ吐き出すことにより帯電装置の汚染を防止してきたが、過度の反転トナーの発生による付着量の増加は、帯電装置からの吐出し量を上回ってしまう。

そのため、帯電装置にトナーが蓄積し、帯電装置のトナー汚染による帯電不良が発生し、現像領域においてかぶりが発生していた。特に長期にわたる画像形成は、感光体の静電容量を徐々に増加させ、転写後の感光体表面に前画像の電位が残留しやすくなるため、一定のブラシバイアスを印加することは、転写後の感光体表面と帯電補助ブラシ間の電位差を広げ、トナーに対して過度の正電荷を流す要因となり、その傾向は顕著となる。

本発明は、クリーナレス、かつ接触帯電方式の画像形成装置において、像担持体表面の前画像の残留電位に応じてトナー像転写後の像担持体表面への印加バイアス条件を可変でき、該トナー像転写後の像担持体表面にかぶりやゴーストの発生することのない適正なバイアス印加を行なえ得る画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明の画像形成装置は下記の構成を特徴とする。

（１）像担持体と、該像担持体に当接して該像担持体の帯電を行なう帯電手段と、該像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、該静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、該像担持体に当接してバイアスを印加することによって前画像の残留履歴を消す帯電補助手段とを備え、該現像手段が、該像担持体上のトナー像を記録媒体に転写した後に該像担持体に残留した残トナー粒子を回収するクリーニング手段も兼ねる画像形成装置において、
該転写手段より該像担持体回転方向下流側で、且つ該帯電補助手段より上流側における、該像担持体表面の前画像の残留電位を検知する残留電位検知手段と、該残留電位検知手段の検知結果に応じて、該帯電補助手段へのバイアス印加条件を可変制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。

（２）前記記録媒体が記録材であり、前記残留電位検知手段は、トナー像が転写された前記記録材枚数により像担持体表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（３）前記残留電位検知手段は、前記像担持体と前記帯電手段間の放電電流量の変化量により像担持体表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（４）前記残留電位検知手段は、前記帯電手段の前記像担持体へのバイアス電圧印加と該像担持体の回転が同時に行なわれる時間の累積計算値により像担持体表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（５）前記残留電位検知手段は、前記転写手段より前記像担持体回転方向下流側で、且つ前記帯電補助手段より上流側に位置し、該像担持体表面に対向させた表面電位測定器により該像担持表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（６）前記帯電手段は、前記バイアス電圧を印加すべき芯金と、この芯金の表面に形成した導電ゴムとからなることを特徴とする（１）から（５）のうちのいずれか１つに記載の画像形成装置。

（７）前記帯電手段を、一定の押圧力で前記像担持体に圧接させることを特徴とする（１）から（６）のうちのいずれか１つに記載の画像形成装置。

（８）前記像担持体は、基体の表面に形成した電荷発生層と、この電荷発生層の表面に形成した電荷輸送層とを基本構成体とすることを特徴とする（１）から（７）のうちのいずれか１つに記載の画像形成装置。

（９）前記帯電補助手段が、前記転写手段と前記帯電手段の間で前記像担持体表面に当接するよう配置されることを特徴とする（１）から（８）のうちのいずれか１つに記載の画像形成装置。

〈作用〉
画像形成使用初期においては、帯電補助手段のバイアスを高めに設定しても、像担持体の画像形成に伴う静電容量の増加量が小さいため、トナー像転写後の感光体表面に前画像の電位が残留しにくく、トナー像転写後の感光体表面と帯電補助ブラシ間の電位差が大きくなることがない。このため、帯電補助ブラシ表面に蓄積したトナーに対して過度に正電荷が流れることもなく、帯電手段のトナー汚染を引き起こす反転トナーを発生させず且つゴーストの発生を防止することができる。しかし、画像形成使用後期においては、像担持体の静電容量の増加量が大きくなるため、トナー像転写後の感光体表面に前画像の電位が残留しやすく、トナー像転写後の感光体表面と帯電補助ブラシ間の電位差が大きくなる。このことから、帯電補助手段のバイアスを、反転トナーを発生させず且つゴーストが発生しないレベルに低く設定し電位差を小さくさせることにより、トナー像転写後に像担持体表面に残留する残留トナー粒子に対して過度の正電荷が流れることを防止し、帯電手段のトナー汚染によるかぶりを低減させることができ、装置の長寿命化を図ることができる。

すなわち、上記のごとく長期にわたる画像形成により、像担持体の静電容量が増加し、トナー像転写後の像担持体の表面電位と帯電補助手段間の電位差が変化した場合でも、帯電補助手段の電流増加に伴う反転トナーの発生を防止し、反転トナーの帯電装置への付着量を減少させ、帯電不良によるかぶりや、ゴーストが共に発生しない状態を維持してより装置の長寿命化を図れる。

また、その帯電補助手段のバイアス変化のタイミングを、像担持体と帯電手段間の放電電流量の変化、帯電手段の像担持体へのバイアス電圧印加時間、記録媒体が記録材であれば記録材の通紙枚数、像担持体表面に対向させた表面電位測定器により、トナー像転写後の像担持体表面における前画像の残留電位を検知する残留電位検知手段を用いて決定するので、効率よく帯電補助手段のバイアスの設定変更が行える。

すなわち、像担持体の画像形成に伴うトナー像転写後の像担持体表面の残留電位を検知する残留電位検知手段と、残留電位検知手段の検知結果に応じて、帯電補助手段へのバイアス印加条件を可変制御する制御手段と、を備えるので、該制御手段により、トナー像転写後の像担持体表面にかぶりやゴーストの発生することのない適正なバイアス印加を行うことができ、よって、かぶりやゴーストのない良好な画像をより長期間の使用耐久で維持できる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に従う画像形成装置例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は、転写方式電子写真プロセス利用、接触帯電方式、反転現像方式、クリーナレス、最大通紙サイズがＡ３サイズのレーザビームプリンタである。

（１）プリンタの全体的概略構成
ａ）像担持体
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光体ドラムと記す）である。この感光体ドラム１は負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）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）をもって矢示の反時計方向に回転駆動される。

この感光体ドラム１は、図２の層構成模型図のように、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１ａ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１ｂと、光電荷発生層１ｃと、電荷輸送層１ｄの３層を下から順に塗り重ねた構成をしている。

ｂ）帯電手段
２は感光体ドラム１の周面を一様に帯電処理する帯電手段としての接触帯電装置（接触帯電器）であり、本例は帯電ローラ（ローラ帯電器）である。

この帯電ローラ２は、芯金２ａの両端部をそれぞれ不図示の軸受け部材により回転自在に保持されると共に、押し圧ばね２ｅによって感光体ドラム方向に付勢して感光体ドラム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、感光体ドラム１の回転に従動して回転する。感光体ドラム１と帯電ローラ２との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）ａである。

そして、バイアス電圧印加電源Ｓ１から帯電ローラ２の芯金２ａに対して、直流電圧と交番電圧を重畳させた振動電圧を印加することにより、回転駆動する感光体ドラム１の表面を、所定の極性、電位に均一に帯電処理する。また、電源装置Ｓ１は帯電ローラ２と感光体ドラム１間の放電電流量を検知する放電電流量制御手段１０により可変制御され、必要最低限の電流量での帯電処理を可能としている。ここで、交番電圧とは、正弦波、矩形波、三角波等の時間とともに振幅の変化する電圧の全てを意味するものである。

帯電ローラ２の長手長さは３２０ｍｍであり、図２の層構成模型図のように芯金（支持部材）２ａの外回りに、下層２ｂと、中間層２ｃと、表層２ｄを下から順次に積層した３層構成である。下層２ｂは帯電音を低減するための発泡スポンジ層であり、表層２ｄは感光体ドラム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。

より具体的には、本例の帯電ローラ２の仕様は下記のとおりである。

ａ．芯金２ａ ；直径６ｍｍのステンレス丸棒
ｂ．下層２ｂ ；カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ^３、体積抵抗値１０^２ 〜１０^９Ωｃｍ、層厚３．０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ
ｃ．中間層２ｃ ；カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０^２ 〜１０^５Ωｃｍ、層厚７００μｍ
ｄ．表層２ｄ ；フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫、カーボンを分散体積抵抗値１０^７ 〜１０^１０Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲａ）１．５μｍ、層厚１０μｍ
図２において、２ｆは帯電ローラクリーニング部材であり、本例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２ｄの付着物汚染（微粉トナー、外添剤など）の除去がなされる。

ｃ）情報書き込み手段
３は帯電処理された感光体ドラム１の面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であり、本例は半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。不図示の画像読み取り装置等のホスト処理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体ドラム１の一様帯電処理面を露光位置ｂにおいてレーザ走査露光Ｌ（イメージ露光）する。このレーザ走査露光Ｌにより感光体ドラム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体ドラム１面には走査露光した画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。

ｄ）現像手段
４は感光体ドラム１上の静電潜像に現像剤（トナー）を供給し静電潜像を可視化する現像手段としての現像装置（現像器）であり、本例は二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置である。

４ａは現像容器。４ｂは非磁性の現像スリーブであり、この現像スリーブ４ｂはその外周面の一部を外部に露呈させて現像容器４ａ内に回転可能に配置してある。４ｃは非回転に固定して現像スリーブ４ｂ内に挿設したマグネットローラ、４ｄは現像剤コーティングブレード、４ｅは現像容器４ａに収容した二成分現像剤、４ｆは現像容器４ａ内の底部側に配設した現像剤攪拌部材、４ｇはトナーホッパーであり、補給用トナーを収容させてある。

現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅはトナーと磁性キャリアの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。本例において磁性キャリアの抵抗は約１０^１３ Ωｃｍ、粒径は４０μｍである。トナーは磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。

現像スリーブ４ｂは感光体ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐと称する）を３５０μｍに保たせて感光体ドラム１に近接させて対向配設してある。この感光体ドラム１と現像スリーブ４ｂとの対向部が現像部ｃである。

現像スリーブ４ｂは現像部ｃにおいて感光体ドラム１の進行方向とは逆方向に回転駆動される。この現像スリーブ４ｂの外周面に該スリーブ内のマグネットローラ４ｃの磁力により現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅの一部が磁気ブラシ層として吸着保持され、該スリーブの回転に伴い回転搬送され、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、現像部ｃにおいて感光体ドラム１の面に対して接触して感光体ドラム面を適度に摺擦する。

現像スリーブ４ｂにはバイアス電圧印加電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本例において、現像スリーブ４ｂに対する現像バイアス電圧は直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）を重畳した振動電圧である。より具体的には、
直流電圧；−３５０Ｖ
交流電圧；１６００Ｖ
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４ｂ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分が現像バイアスによる電界によって感光体ドラム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。本例の場合は感光体ドラム１面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。

この時、感光体ドラム上に現像されたトナーの帯電量は−２５μＣ／ｇである。

現像部ｃを通過した現像スリーブ４ｂ上の現像剤薄層は引き続く現像スリーブの回転に伴い現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。

現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度を所定の略一定範囲内に維持させるために、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅのトナー濃度が不図示の例えば光学式トナー濃度センサーによって検知され、その検知情報に応じてトナーホッパー４ｇが駆動制御されて、トナーホッパー内のトナーが現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅに補給される。二成分現像剤４ｅに補給されたトナーは攪拌部材４ｆにより攪拌される。

ｅ）転写手段・定着手段
５は転写装置であり、本例は転写ローラである。この転写ローラ５は感光体ドラム１に所定の押圧力をもって圧接させてあり、その圧接ニップ部が転写部ｄである。この転写部ｄに不図示の給紙機構部から所定の制御タイミングにて記録媒体としての転写材（被転写部材、記録材）Ｐが給送される。

転写部ｄに給送された転写材Ｐは回転する感光体ドラム１と転写ローラ５の間に挟持されて搬送され、その間、転写ローラ５にバイアス電圧印加電源Ｓ３からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス本例では＋２ｋＶが印加されることで、転写部ｄを挟持搬送されていく転写材Ｐの面に感光体ドラム１面側のトナー画像が順次に静電転写されていく。

転写部ｄを通ってトナー画像の転写を受けた転写材Ｐは回転感光体ドラム１面から順次に分離されて定着装置６（例えば熱ローラ定着装置）へ搬送されてトナー画像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。

本実施例のプリンタはクリーナレスプロセスであり、転写部ｄで転写材Ｐに転写されずに回転感光体ドラム１の表面に残ったトナーを除去する専用のクリーナーは配置していないが、転写残トナーは、後述するように、引き続く感光体ドラム１の回転で接触帯電装置２の位置に至り、感光体ドラム１に接触している接触帯電部材としての帯電ローラ２に一時的に付着し、その付着トナーが再び感光体ドラム１面に吐き出されて最終的に現像装置４に回収され感光体ドラム１は繰り返して作像に供される。

７は転写装置５と帯電ローラ２との間において感光体ドラムに当接させ、ＡＣバイアス、帯電と逆極性のＤＣバイアス、またはＡＣバイアスを重畳した帯電と逆極性のＤＣバイアスを印加した導電性ブラシであり、帯電ローラ２による帯電直前の感光体ドラム表面電位をならすと同時に、転写残トナーを一時的にこのブラシ内に捕獲し、再び感光体上へ送りだす。この際、ブラシ表面にトナーが蓄積してくると、保持量の限界に達し、次々と感光体上へと戻される。

（２）プリンタの動作工程
次に上記プリンタの動作シーケンスを図６に基づいて説明する。

Ａ．前多回転工程：プリンタの始動動作期間（起動動作期間、ウォーミング期間）である。メイン電源スイッチ−オンにより、装置のメインモータを駆動させて感光体ドラム１を回転駆動させ、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。

Ｂ．前回転工程：プリント前動作を実行させる期間である。この前回転工程は前多回転工程中にプリント信号が入力したときには前多回転工程に引き続いて実行される。プリント信号の入力がないときには前多回転工程の終了後にメインモータの駆動が一旦停止されて感光体ドラム１の回転駆動が停止され、プリンタはプリント信号が入力されるまでスタンバイ（待機）状態に保たれる。プリント信号が入力すると、前回転工程が実行される。

Ｃ．印字工程（画像形成工程、作像工程）：所定の前回転工程が終了すると、引き続いて回転感光体ドラム１に対する作像プロセスが実行され、感光体ドラム１面に形成されたトナー像の転写材Ｐへの転写、定着手段によるトナー像の定着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。連続印字（連続プリント）モードの場合は上記の印字工程が所定の設定プリント枚数分繰り返して実行される。

Ｄ．紙間工程：連続印字モードにおいて一の転写材Ｐの後端部が転写ニップ部ｄを通過した後、次の転写材Ｐの先端部が転写ニップ部ｄに到達するまでの間の、転写ニップ部ｄにおける転写材Ｐの非通紙状態期間である。この期間に転写ニップｄを通過する感光体ドラム１の領域がその前に帯電ニップ部ａを通過する間は、帯電バイアスのＡＣ成分の印加を停止させ、帯電ローラに一時的に付着した転写残トナーを感光体ドラム１面に吐き出す。

Ｅ．後回転工程：最後の転写材Ｐの印字工程が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光体ドラム１を回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間である。この期間においても紙間工程と同様に帯電バイアスのＡＣ成分の印加を停止させることで、帯電ローラ２に一時的に付着した転写残トナーを感光体ドラム１面に吐き出す。

Ｆ．スタンバイ：所定の後回転工程が終了すると、メインモータの駆動が停止され感光体ドラム１の回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。

１枚だけのプリントの場合は、そのプリント終了後、プリンタは後回転工程を経てスタンバイ状態になる。スタンバイ状態においてプリントスタート信号が入力すると、プリンタは前回転工程に移行する。

Ｃの印字工程時が画像形成時であり、Ａの前多回転工程、Ｂの前回転工程、Ｄの紙間工程、Ｅの後回転工程が非画像形成時（非作像時）になる。

（３）クリーナレスシステム
本実施例のプリンタは、クリーナレスプロセスであるから、被転写材Ｐに対するトナー像転写後の感光体ドラム１に残留したトナー（転写残トナー）は感光体ドラム１の帯電ニップ部ａに持ち運ばれて帯電ローラ２に付着して一時的に回収される。感光体ドラム１上の転写残トナーは転写時の剥離放電などにより、極性が正のもの（反転トナー）と負のものが混在していることが多い。この極性が混在した転写残トナーが帯電ローラ２に至って一時的に付着する。

この転写残トナーの帯電ローラ２への付着は、帯電ローラ２に交番電圧を印加することで、帯電ローラ２と感光体ドラム１間の振動電界効果によってより増加し、特に反転トナーの付着は極性が負のものに比べより顕著である。帯電ローラ２に付着した転写残トナーのうち、極性が負のものは感光体ドラム１上に吐き出され、正のものは吐き出されることなく帯電ローラ２表面を連れまわる。

感光体ドラム１上に吐き出された正規極性の転写残トナーは現像部ｃに至って現像装置４の現像スリーブ４ｂによる現像時のかぶり取り電界によって現像同時クリーニングで回収される。この転写残トナーの現像同時回収は、回転方向の画像領域が、感光体ドラム１の周長よりも長い場合には、その他の帯電、露光、現像、転写といった画像形成工程と同時進行で行われる。これにより転写残トナーは現像装置４内に回収されて次工程以後も用いられるため、廃トナーをなくすことができる。また、スペースの面での利点も大きく、画像形成装置の大幅な小型化が可能となる。

現像剤であるトナー４ｅとして重合法で作成した高離型性球形トナーを用いることで、転写残トナーの発生量を少なくすることができるし、また、帯電ローラ２から吐き出されたトナーの現像装置４への回収性を向上させることができる。２成分接触現像方式の現像装置４を用いることでも帯電ローラ２から吐き出されたトナーの現像装置４への回収性を向上させている。

ここで、通常、トナーは電気抵抗が比較的高いため、先に示したように、反転トナーが帯電ローラ２に付着し、帯電ローラ２から吐き出されることなく連れ回った場合、そのようなトナー粒子が付着することは帯電ローラ２の電気抵抗を上昇させて帯電能を低下させる因子となるが、付着トナー量が比較的多い場合は、非作像時に大量のトナーを吐き出すことで、良好な帯電を維持することが必要となる。

ここでトナー吐き出しについて簡単に説明する。

帯電ローラ２にトナーが付着した場合、その付着部分の電気抵抗は次第に大きくなっていくため、帯電ニップ部ａ通過中に充分な電荷の移動が行われず、帯電ニップ部ａ通過後の感光体ドラム１の表面電位は、付着してない部分のそれと比較して小さくなる。以下、帯電ローラ２にトナーが付着した部分と付着していない部分の電位差をΔＶとする。帯電ローラ２に付着したトナーが帯電ニップ部ａにおける帯電ローラ２表面との摺擦や帯電ローラクリーニング部材２ｆとの摺擦により感光体電位と同極の電荷を付与されている場合、電位差ΔＶによって発生する電界により付着トナーは帯電ローラ２から感光体表面に吐き出される。特開平９−９６９４９号公報などに開示されるように、この現象を利用した、非作像時（非画像形成時）に帯電バイアスのＡＣ成分（交流成分）の振幅Ｖｐｐを減少させたり、ＡＣ成分の印加を停止させることで電位差ΔＶを大きくし、積極的にトナーを吐き出させて帯電ローラ２の電気抵抗上昇を抑える方法が知られている。

上述の非作像時の吐き出しとしては、紙間や作像動作終了後の後回転などで行うことで、長期の使用において帯電ローラ２上の付着トナー量を一定以下に保つことが可能となる。

（４）帯電補助ブラシ
前述のごとく、図１中７は転写装置５と帯電ローラ２との間において感光体ドラム１表面に当接させ、バイアス電圧印加電源Ｓ４によりＡＣバイアス、帯電と逆極性のＤＣバイアス、またはＡＣバイアスを重畳した帯電と逆極性のＤＣバイアスを印加した導電性ブラシであり、帯電ローラ２による帯電直前の感光体ドラム１の表面電位をならすと同時に、転写残トナーを一時的にこのブラシ内に捕獲し、再び感光体上へ送りだす。この際、ブラシ表面にトナーが蓄積してくると、保持量の限界に達し、次々と感光体上へと戻される。したがって、帯電補助ブラシ７は、前画像の履歴をならし、ゴーストが発生する直接的要因を除去する帯電補助手段である。

ここで、帯電ローラ２に付着したトナー量は、非作像時（非画像形成時）に帯電バイアスのＡＣ成分（交流成分）の振幅Ｖｐｐを減少させたり、ＡＣ成分の印加を停止させることで電位差ΔＶを大きくし、積極的にトナーを吐き出させて一定に保つことができたが、画像形成使用後期において、感光体ドラム１の静電容量が増加してきた場合などに帯電補助ブラシ７に印加するプラス側の電圧設定が高すぎると、ブラシ表面に蓄積したトナーに対して過度に正電荷が流れ、反転トナーが発生してしまい、それらが帯電ローラ２と感光体ドラム１間を通過することにより、帯電ローラ２に多量の反転トナーが付着し、帯電ローラ２によって反転トナーが正規極性化され感光体へ吐き出される量よりも、付着する量が増加してしまう場合が発生する。

また、更なる高寿命化を目標とする場合は、結局、帯電ローラ２へのトナーの付着量が増加してくるため帯電不良となる。そして、帯電補助ブラシ７が帯電不良をもたらす一因となっている。

帯電補助ブラシの印加バイアス設定については従来例で説明したとおり、長期にわたる画像形成においては設定次第で良質な画像を維持する寿命を左右する。帯電補助ブラシ７の印加バイアスが必要以上に高い場合はかぶりの発生が早まり、印加バイアスが低い設定の場合はゴーストの発生が早まる。

図３は本実施例での帯電補助ブラシ７構成における転写後の感光ドラム表面残留電位依存性を表す説明図である。

図３中、Ｖａは画像比率５％のＡ４サイズの用紙を長期通紙した場合のかぶりの発生しない上限の帯電補助ブラシ７への印加バイアス値であり、Ｖｂはゴーストの発生しない下限の帯電補助ブラシ７への印加バイアス値である。ただしこれは帯電補助ブラシ７印加バイアスが一定の場合であり、通紙耐久後期において転写後の感光体ドラム１表面に前画像の電位が残留しやすくなった時、トナー像転写後の感光体ドラム１表面と帯電補助ブラシ間の電位差が広がることになるため、帯電補助ブラシ７の効果、もしくは影響が強くなることを意味している。つまり長期にわたる画像形成により、トナー像転写後の感光体ドラム１表面の残留電位が高くなるほど、帯電補助ブラシ７から感光体ドラム１及びブラシ表面に蓄積したトナーに対して正電荷が流れやすくなるため、より小さいバイアスでもゴーストの発生を抑えられるが、トナーに対して過度の正電荷が流れることで発生する反転トナーの増加により、かぶりが発生し易くなっていることがわかる。

そこで本実施例においては、トナー転写後の感光体ドラム１表面の残留電位を検知する残留電位検知手段として、図４に示される作像枚数−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ１を用いて作像枚数から換算される残留電位に応じて帯電補助ブラシ７のバイアスを変更した。

図１において１１は制御手段としての制御部であり、ＣＰＵとＲＯＭやＲＡＭなどのメモリからなる。メモリには残留電位検知手段として、図４に示される作像枚数−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ１が記憶されている。換算テーブルＴ１では、作像枚数（トナー像の転写された記録材枚数）が０〜１０Ｋのとき表面残留電位を約２００〜２２０（Ｖ）として検知し、作像枚数が１０〜２０Ｋのとき表面残留電位を約２２０〜２４０（Ｖ）として検知し、作像枚数が２０〜３０Ｋのとき表面残留電位を約２４０〜２６０（Ｖ）として検知し、作像枚数が３０〜４０Ｋのとき表面残留電位を約２６０〜２８０（Ｖ）として検知し、作像枚数が４０〜５０Ｋのときは表面残留電位を約２８０（Ｖ）以上として検知する。

制御部１１では、不図示の作像枚数カウンタから作像枚数信号を逐一入力して加算することにより作像枚数のトータル値を求め、そのトータル値に対応する作像枚数の表面残留電位を上記の換算テーブルＴ１から得る。こうして得た表面残留電位に基づきバイアス電圧印加電源Ｓ４を制御して帯電補助ブラシ７へのバイアス印加条件を可変制御する。

表１に、上記の残留電位に応じて可変制御する帯電補助ブラシ７への印加バイアス例を示す。表１において、転写後残留電位２００（Ｖ）から２８０（Ｖ）までを５つの段階に分割し、それぞれの段階に対して帯電補助ブラシ７への印加バイアスを設定した。

上記の印加バイアスの設定は、

以上のとおりである（境界値は上の段階に含む）。

すなわち、制御部１１は、転写後残留電位が２００〜２２０（Ｖ）のとき印加バイアス４００（Ｖ）を、転写後残留電位が２２０〜２４０（Ｖ）のとき印加バイアス３５０（Ｖ）を、転写後残留電位が２４０〜２６０（Ｖ）のとき印加バイアス３００（Ｖ）を、転写後残留電位が２６０〜２８０（Ｖ）のとき印加バイアス２５０（Ｖ）を、転写後残留電位が２８０以上のとき印加バイアス２００（Ｖ）をそれぞれ印加電源Ｓ４を通じて帯電補助ブラシ７に印加する。

上記のような構成において通紙耐久することにより、かぶり及びゴーストが発生しないレベルで良質な画像を維持する寿命は、帯電補助ブラシ７印加バイアスを４００Ｖ一定とした場合におよそ３０Ｋ枚だったのに対し、ここでは４０Ｋ枚まで維持された。

本実施例の画像形成装置は、本実施例１に示す画像形成装置における作像枚数−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ１に代えて、図５に示される放電電流量変化量−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ２を制御部１１のメモリに記憶させたものである。

本実施例では、通紙耐久において形成される画像サイズが一定でない場合を想定し、通紙耐久初期からの感光体ドラム１と帯電ローラ２間を流れる放電電流量の変化量とトナー像転写後の感光体ドラム表面残留電位の関係により、放電電流量制御手段１０から検知される放電電流量の変化量を転写後感光ドラム表面残留電位に換算した結果に応じて帯電補助ブラシ７のバイアスを変更した。

制御部１１のメモリに残留電位検知手段として記憶させた換算テーブルＴ２では、放電電流量変化量が０〜２０（μＡ）のとき表面残留電位を約２００〜２２０（Ｖ）として検知し、放電電流量変化量が２０〜４０（μＡ）のとき表面残留電位を約２２０〜２４０（Ｖ）として検知し、放電電流量変化量が４０〜６０（μＡ）のとき表面残留電位を約２４０〜２６０（Ｖ）として検知し、放電電流量変化量が６０〜８０（μＡ）のとき表面残留電位を約２６０〜２８０（Ｖ）として検知し、放電電流量変化量が８０（μＡ）以上のときは表面残留電位を約２８０（Ｖ）以上として検知する。

制御部１１では、放電電流量制御手段１０から検知される放電電流量の変化量を求め、その放電電流量変化量に対応する表面残留電位を上記の換算テーブルＴ２から得る。こうして得た表面残留電位に基づきバイアス電圧印加電源Ｓ４を制御して帯電補助ブラシ７へのバイアス印加条件を可変制御する。

表２に、上記の残留電位に応じて可変制御する帯電補助ブラシ７への印加バイアス例を示す。表２において、転写後残留電位２００（Ｖ）から２８０（Ｖ）までを５つの段階に分割し、それぞれの段階に対して帯電補助ブラシ７への印加バイアスを設定した。

上記の印加バイアスの設定は、

以上のとおりである（境界値は上の段階に含む）。

本例において制御部１１が印加電源Ｓ４を通じて帯電補助ブラシ７に印加する印加バイアスは実施例１と同じである。

上記のような構成において通紙耐久することにより、形成される画像の画像比率や、画像サイズが一定でない場合であっても、かぶり及びゴーストが発生しないレベルで良質な画像を維持する寿命は、４２Ｋ枚相当まで維持された。

本実施例の画像形成装置は、本実施例１に示す画像形成装置における作像枚数−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ１に代えて、トナー転写後の感光体ドラム１表面の残留電位を検知する残留電位検知手段として、帯電ローラ２の感光体ドラム１表面へのバイアス電圧印加と該感光体ドラムの回転が同時に行なわれる時間の累積計算値と該累積計算値が増えるに連れて変化するトナー像転写後の感光体ドラム表面残留電位との相関性に基いて作成されたバイアス電圧時間印加−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ３を、制御部１１のメモリに記憶させたものである。

制御部１１では、上記のバイアス電圧印加中の感光体ドラムの回転累積時間を求め、その回転累積時間に対応する累積計算値の表面残留電位を上記の換算テーブルＴ３から得る。こうして得た表面残留電位に基づきバイアス電圧印加電源Ｓ４を制御して実施例１に示したように帯電補助ブラシ７へのバイアス印加条件を可変制御する。

本実施例の画像形成装置は、本実施例１に示す画像形成装置において、トナー転写後の感光体ドラム１表面の残留電位を検知する残留電位検知手段としての表面電位測定器１２を図１に示されるように感光体ドラム１表面と対向配置させたものである。

制御部１１では、表面電位測定器からの測定値に基づいてバイアス電圧印加電源Ｓ４を制御して実施例１に示したように帯電補助ブラシ７へのバイアス印加条件を可変制御する。

〈その他〉
１）帯電方式は帯電ローラによる接触帯電方式に限られず、ブラシ帯電などの各種接触帯電方式を用いることができる。

２）像担持体（被帯電体）としての感光体は表面が１０⁹〜１０¹⁴Ω・ｃｍの低抵抗層を持つことが、電荷注入帯電を実現でき、オゾンの発生防止の面から望ましいが、上記以外の有機感光体等でもよい。即ち接触帯電は実施例の電荷注入帯電方式に限らず、放電現象が支配的な接触帯電系であってもよい。

３）現像装置４は２成分接触現像法について述べたが、他の現像方法でもよい。好ましくは、現像剤を感光体に対して接触させて潜像を現像する１成分接触現像や２成分接触現像がより現像剤の同時回収を高めるのに効果がある。また現像装置は反転現像方式でも、正規現像方式でもよい。

４）帯電装置２や現像装置４に対する印加バイアスにＡＣ成分（交番電圧、交流電圧）を加える場合のＡＣ成分波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用できる。また、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。このように交番電圧の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。

５）画像形成装置の作像プロセスは実施例に限らず任意である。像担持体からトナー画像の転写を受ける記録媒体は中間転写ドラム・中間転写ベルト等の中間転写体であってもよい。この場合、作像枚数−感光体ドラム表面残留電位換算テーブルＴ１において、作像枚数を像担持体からの中間転写体へのトナー画像の転写回数に置き換えることができる。

６）静電潜像形成のための画像露光手段としては、実施例のレーザー走査露光手段に限定されるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やＬＥＤなどの他の発光素子装置でもよいし、蛍光灯等の発光素子と液晶シャッター等の組み合わせ装置など、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。

７）像担持体は静電記録誘電体等であってもよい。この場合は、該誘電体面を所定の極性・電位に一様に一次帯電した後、除電針ヘッド・電子銃等の除電手段で選択的に除電して画像情報の静電潜像を書き込み形成する。

８）転写手段は実施例の転写ローラに限らず、コロナ帯電器（コロナ放電転写）、転写ベルト装置、導電性ブラシ、導電性ブレードなど任意である。

実施例１の画像形成装置の概略構成模型図 感光体ドラムと帯電ローラの層構成模型図 実施例１の画像形成装置における帯電補助ブラシ構成の転写後の像担持体表面残留電位依存性を示す説明図 実施例１の画像形成装置おける作像枚数と転写後の像担持体表面残留電位の関係を示す換算テーブルの説明図 実施例２の画像形成装置における像担持体と帯電ローラ間を流れる放電電流量の通紙耐久初期からの変化量と転写後の像担持体表面残留電位の関係を示す換算テーブルの説明図 画像形成装置の動作説明図。

符号の説明

１・・・感光ドラム（像担持体）
２・・・帯電ローラ
３・・・レーザビームスキャナ
４・・・現像装置
５・・・転写ローラ
６・・・定着装置
７・・・帯電補助ブラシ
１０・・・放電電流量制御手段
１１・・・制御部（制御手段）
１２・・・表面電位測定器（残留電位検知手段）
Ｓ１〜Ｓ４・・・バイアス電圧印加電源
Ｔ１・・・作像枚数−感光体ドラム表面残留電位換算テーブル（残留電位検知手段）
Ｔ２・・・放電電流量変化量−感光体ドラム表面残留電位換算テーブル（残留電位検知手段）
Ｔ３・・・バイアス電圧時間印加−感光体ドラム表面残留電位換算テーブル（残留電位検知手段）

Claims (9)

1. 像担持体と、該像担持体に当接して該像担持体の帯電を行なう帯電手段と、該像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、該静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、該トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、該像担持体に当接してバイアスを印加することによって前画像の残留履歴を消す帯電補助手段とを備え、該現像手段が、該像担持体上のトナー像を記録媒体に転写した後に該像担持体に残留した残トナー粒子を回収するクリーニング手段も兼ねる画像形成装置において、
   該転写手段より該像担持体回転方向下流側で、且つ該帯電補助手段より上流側における、該像担持体表面の前画像の残留電位を検知する残留電位検知手段と、該残留電位検知手段の検知結果に応じて、該帯電補助手段へのバイアス印加条件を可変制御する制御手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記記録媒体が記録材であり、前記残留電位検知手段は、トナー像が転写された前記記録材枚数により像担持体表面の前画像の残留電位を検知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. 前記残留電位検知手段は、前記像担持体と前記帯電手段間の放電電流量の変化量により像担持体表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記残留電位検知手段は、前記帯電手段の前記像担持体へのバイアス電圧印加と該像担持体の回転が同時に行なわれる時間の累積計算値により像担持体表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記残留電位検知手段は、前記転写手段より前記像担持体回転方向下流側で、且つ前記帯電補助手段より上流側に位置し、該像担持体表面に対向させた表面電位測定器により該像担持表面の前画像の残留電位を検知することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記帯電手段は、前記バイアス電圧を印加すべき芯金と、この芯金の表面に形成した導電ゴムとからなることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記帯電手段を、一定の押圧力で前記像担持体に圧接させることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記像担持体は、基体の表面に形成した電荷発生層と、この電荷発生層の表面に形成した電荷輸送層とを基本構成体とすることを特徴とする請求項１から請求項７のうちのいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記帯電補助手段が、前記転写手段と前記帯電手段の間で前記像担持体表面に当接するよう配置されることを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項に記載の画像形成装置。