JP2006189501A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ロールの汚れに起因した白筋、黒筋等の画質ディフェクトの防止と、放電生成物に起因した白抜け等の画質ディフェクトの防止との両方を実現する。
【解決手段】放電開始電圧の２倍より小さいピーク間電圧を含む電圧を帯電ロールに印加すると、断続的にマイナス放電が起こり、やがて感光体の表面電位は一定となる。ここで、放電のトータル量は、プラス放電が起こらないために比較的小さく、高温高湿環境での白抜けが発生しにくい。また、帯電ロールと感光体面上の間の電界の向きは繰り返し振動しているために、トナーに若干プラス極性のトナーが存在しても、帯電ロールにプラストナーが付着したり離れたりが繰り返される。よって、トナーが帯電ロールに付着したままとなり汚れてしまうことはない。
【選択図】図５

Description

本発明は、周回する像担持体の表面を一様帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成する現像手段とを備え、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する画像形成装置に関する。

従来、転写型の電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ等の転写方式画像形成装置は、像担持体である感光体、前記感光体を所定の極性及び電位に一様に帯電処理する帯電装置、前記帯電処理された感光体に静電潜像を形成する情報書き込み手段、前記感光体上に形成された静電潜像を現像剤であるトナーにより可視化し、トナー画像を形成する現像装置、前記トナー画像を感光体面上から用紙等の転写材に転写する転写装置、前記転写後の感光体面上に残余するトナーを静電的に回収して感光体面を清掃するクリーニング装置、及び転写材上のトナー画像を定着させる定着装置等から構成されている。

ところで、感光体面上に残余するトナーには、帯電極性が、正規極性であるマイナス極性とは逆のプラス極性に反転しているプラス極性トナーが存在する。

上述したような静電的にトナーを回収するクリーニング方式、言い換えれば、接触子による摺擦で感光体のクリーニングを行わないクリーニング方式の画像形成装置では、感光体面上の残余トナーが感光体と帯電装置の接触ニップ部を通過する際に、前記プラス極性トナーが帯電装置に付着してしまうことがある。これは、帯電装置を許容以上にトナー汚染させ、帯電不良の原因となっている。

上記の帯電装置へのトナーの付着については、トナー帯電量制御手段によってトナーをマイナス極性へと帯電付与して防止するようにされている。

しかし、トナー帯電量制御手段は、非画像形成時に通常とは逆のバイアスをかける等の吐き出しモードを入れたとしても、使用していくうちに、トナーで汚れた状態になりやすい。トナー帯電量制御手段がトナーで汚れた状態になると、残余トナー、特に一度転写されたトナーが再び感光体に戻るリトランスファートナーの帯電制御が十分に行われにくくなり、プラス極性のトナーが帯電装置に突入することになる。

このとき、帯電装置に直流電流のみを印加していると、プラス極性のトナーは帯電装置に付着したままとなり、どんどん堆積され、帯電不良を起こし、白筋や黒筋の画質ディフェクトが発生してしまう。

上述したような問題に対しては、帯電装置に印加する電圧を、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧とすることが提案されている（特許文献１参照）。これにより、帯電装置と感光体との間の電界が振動電界となり、多少のプラス極性トナーが突入してきたとしても、該振動電界による交流除電が行われるため汚れにくく、上記した画質ディフェクトが発生しにくいことが分かっている。

また、転写残トナーを、現像装置で回収するためには除電を行う必要があるのだが、交流除電で、帯電装置を通過後のトナー帯電量を調節できることで、現像工程において、トナーが現像されるべきではない感光体面上の転写残トナーが、現像装置に回収される（特許文献２参照）。
特開２００１−２１５７９９公報 特開２００２−９９１７６公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載されるようなピークトゥピーク電圧が大きい交流電圧を含む電圧が印加される帯電装置では、両極性の放電を繰り返し行い感光体を帯電するために、感光体の表面に、帯電装置からの放電により生成される硝酸化合物等のような放電生成物が付着し、これにより感光体表面の抵抗が低下したりその静電特性が劣化し、例えば画像の白抜けが発生してしまう。この放電生成物の付着による画像の白抜けは、特に高温高湿下で顕著に表れる傾向にある。

本発明は上記事実を考慮し、帯電装置の汚れに起因した白筋、黒筋等の画質ディフェクトの防止と、放電生成物に起因した白抜け等の画質ディフェクトの防止との両方を実現するクリーナレス方式の画像形成装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明は、周回する像担持体の表面を一様帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成する現像手段とを備え、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する画像形成装置であって、直流電圧と交流電圧とを重畳することで、前記像担持体と前記帯電手段との間の電界の向きを変化させ、かつ単一極性の放電をさせる電圧を前記帯電手段に印加する電圧印加手段を有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、帯電手段が周回する像担持体の表面を一様帯電し、情報書き込み手段が前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成し、現像手段が前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成し、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する。

前記帯電手段に電圧を印加するのは、電圧印加手段である。前記電圧印加手段は、直流電圧と交流電圧とを重畳することで、前記像担持体と前記帯電手段との間の電界の向きを変化させ、かつ単一極性の放電をさせる電圧を印加する。

すなわち、像担持体と帯電手段との間の電界の向きを変化させることができるため、帯電極性が正規極性とは逆極性に反転している現像剤が存在しても、帯電装置に該現像剤が付着したり離れたりが繰り返されるために、逆極性に反転している現像剤が帯電装置に付着したままとなって、汚れてしまうことはない。

また、両極性の放電を繰り返し行い像担持体を帯電する場合には、像担持体の表面に放電生成物が生成され、像担持体の表面に付着してしまうが、帯電手段に印加される電圧は単一極性の放電のみを起こす電圧のため、像担持体の表面に放電生成物が付着することもない。

従って、現像剤による帯電装置の汚れに起因した白筋、黒筋等の画質ディフェクトの防止と、放電生成物に起因した白抜け等の画質ディフェクトの防止との両方を実現することができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記帯電手段よりも前記像担持体周回方向上流に配置され、前記可視化像が転写された後に前記像担持体の表面に残留する現像剤を静電的に保持するクリーニング手段と、非画像形成時に前記クリーニング手段が保持する現像剤を前記像担持体上に戻す現像剤戻し手段と、を更に有することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、帯電手段よりも像担持体周回方向上流に配置されるクリーニング手段が、可視化像が転写された後に前記像担持体の表面に残留する現像剤を静電的に保持する。

一方、非画像形成時には、現像剤戻し手段が、前記クリーニング手段が保持する現像剤を前記像担持体上に戻す。

従って、画像形成時には、転写後に像担持体上に残留してしまった現像剤が、像担持体のクリーニング手段の像担持体周回方向下流に残留することを防ぐことができる。

請求項３の発明は、請求項１記載の発明において、前記帯電手段よりも前記像担持体周回方向上流に配置され、前記可視化像が転写された後に前記像担持体の表面に残留する現像剤の帯電極性を制御する現像剤帯電量制御手段を更に有することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、帯電手段よりも像担持体周回方向上流に配置される現像剤帯電量制御手段が、可視化像が転写された後に像担持体の表面に残留する現像剤の帯電量を制御する。

従って、可視化像が転写された後の像担持体の表面に残留する帯電極性が正規極性とは逆極性に反転している現像剤の極性が正規極性となる。

よって、像担持体上に残留する帯電極性が逆極性である現像剤が帯電手段に付着することを防ぐことができ、なおかつ像担持体上に残留する現像剤を効率よく現像手段に回収させることができる。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の発明において、前記電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧から前記像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧までの範囲内で設定することを特徴とする。

請求項４の発明によれば、電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅は、像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧から像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧までの範囲内で設定される。

よって、印加電圧の振幅を像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧よりも小さくすることにより、無駄な放電が起こることがなくなる。また、最小の印加電圧の振幅が像担持体への帯電が起こる電圧であることから、像担持体への帯電は正常に行われる。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の発明において、前記電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値の２倍より小さい値に設定することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅は、像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値の２倍より小さい値に設定される。

よって、前記振幅の電圧を印加された帯電手段は、単一極性の放電のみを起こして、像担持体を帯電できる。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の発明において、前記電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅を示すピークトゥピーク電圧を、以下に示す（１）式の範囲に設定することを特徴とする。

｜Ｖｔｈ｜＋α≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜ … （１）
但し、
Ｖｔｈ：像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧
Ｖｐｐ：交流電圧のピークトゥピーク電圧
α：電圧印加手段により印加する印加電圧によって定まる所定の電圧
である。

請求項６の発明によれば、電圧印加手段が前記帯電手段に印加する交流電圧の振幅を示すピークトゥピーク電圧は、上記（１）式の範囲に設定される。αは印加電圧に基づいて設定される値であり、αを設けることで、最適な振幅の電圧を特定することができる。例えば、像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値（｜Ｖｔｈ｜）が６００Ｖの場合のαは２００Ｖであるが、特に線形な関係を持つものではない。

以上説明した如く、本発明は、帯電装置の汚れに起因した白筋、黒筋等の画質ディフェクトの防止と、放電生成物に起因した白抜け等の画質ディフェクトの防止との両方を実現するクリーナレス方式の画像形成装置を得るという優れた効果を有する。

以下、図面を参照しつつ本発明の各実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では説明の便宜上、具体的数値を挙げることがあるが、本発明はこれらの数値に限定されないことはもちろんである。

図１には、第１の実施の形態の画像形成装置であるカラーページプリンタ１０（以下、プリンタという）が示されている。プリンタ１０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像ユニット１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋと感光体１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが中間転写ベルト１６に面して並列して配置され、中間転写ベルト１６が１周する間に４色のトナー像を重ね合せる、いわゆるタンデム式のフルカラーページプリンタである。

前記プリンタ１０は、底部に給紙トレイ２０を備える。前記給紙トレイ２０にセットされた用紙Ｐの搬送方向の先端部には給紙ロール２２が当接しており、該給紙ロール２２と図示しない用紙捌き手段によって、用紙Ｐが１枚ずつ給紙トレイ２０から搬送方向下流側へ給紙されるようになっている。そして、給紙ロール２２の搬送方向下流側には、２組の搬送ロール２４が配置されており、用紙Ｐは、この搬送ロール２４からの搬送力で上方の転写部２６へ搬送されるようになっている。

前記転写部２６には、中間転写ベルト１６が巻き掛けられたベルト搬送ロール２８Ａと、このベルト搬送ロール２８Ａに圧接された二次転写ロール３０が配設されている。ベルト搬送ロール２８Ａと二次転写ロール３０とのニップ部には、中間転写ベルト１６が挟み込まれており、用紙Ｐはこのニップ部を通過する際に中間転写ベルト１６からトナー像を転写されるようになっている。

そして、転写部２６の上方かつ搬送方向下流側には定着ユニット３２が配設されている。前記定着ユニット３２には、高温になるヒートロール３２Ａと、該ヒートロール３２Ａに圧接されたバックアップロール３２Ｂが配設されており、用紙Ｐが、ヒートロール３２Ａとバックアップロール３２Ｂとのニップ部を通過する際に、トナーが溶融、凝固して用紙Ｐに定着されるようになっている。そして、用紙Ｐは、定着ユニット３２の搬送方向下流側に配置された排紙ロール３４によって排紙されるようになっている。

ここで、感光体１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが、中間転写ベルト１６にトナー像を重ね合せるプリント部３６について説明する。なお、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色を区別する際には、符号の後にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを付加して説明するが、各色を区別する必要がない場合は、符号の後のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略する。

前記中間転写ベルト１６は、上述したベルト搬送ロール２８Ａと、ベルト搬送ロール２８Ａの下方に配設されたベルト搬送ロール２８Ｂと、ベルト搬送ロール２８Ｂの斜め上方且つ用紙搬送路の反対側に配設されたベルト搬送ロール２８Ｃに巻き掛けられている。

中間転写ベルト１６のベルト搬送ロール２８Ｂとベルト搬送ロール２８Ｃとの間の斜め下方を向いた面が感光体１４からトナー像を転写される転写面１６Ａとなっている。前記転写面１６Ａに面して、現像ユニット１２と、感光体１４が並列して配置されており、感光体１４が転写面１６Ａに当接している。また、一次転写ロール３８が、転写面１６Ａを介して感光体１４に圧接されている。

図２に示すように、感光体１４の感光面１４Ａには、回転方向に順に、中間転写ベルト１６、回転型ブラシ４０、帯電ロール４２、現像ロール４４が当接している。現像ロール４４は、感光体１４の回転方向と同方向に回転している。すなわち、現像ロール４４は、ニップ部においては感光体１４に対して逆回転している。これによって、現像ロール４４から感光体１４への現像効率が高められている。また、帯電ロール４２と現像ロール４４との間には、感光面１４Ａをライン露光するＬＥＤアレイヘッド４６が配置されている。

帯電ロール４２には、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を印加可能な重畳電源５２が接続されている。帯電ロール４２は前記電圧により、感光体１４の表面を均一に帯電することができる。

ここで、帯電ロール４２への印加電圧に対する放電開始電圧、及び感光体１４の表面電位との関係について説明する。

図３には、帯電ロール４２に直流電圧のみを印加し、該印加電圧を増加させていったときの印加電圧と感光体１４表面電位との関係が示されている。

感光体１４への帯電が開始されるときの印加電圧を放電開始電圧（以下、Ｖｔｈという）と定義する。すなわち、本実施の形態では、Ｖｔｈは３Ａで示される−６００Ｖである。

また、図４には、直流電圧−５００Ｖに、周波数１ＫＨｚの交流電圧を重畳し、交流電圧のピークトゥピーク電圧（以下、Ｖｐｐという）を増加させたときのＶｐｐと感光体１４表面電位との関係が示されている。

４Ａで示される前記Ｖｔｈ（＝−６００Ｖ）の絶対値の２倍の値、すなわち１２００Ｖ以上にＶｐｐを増加させたときに、感光体１４の表面電位が、略印加した直流電圧値（＝−５００Ｖ）に飽和している。一般的に、表面電位は、Ｖｔｈの絶対値の略２倍の値で飽和することが分かっている。

図５（Ａ）には、感光体１４と帯電ロール４２とのニップ部の周辺が拡大して示されている。なお、図５（Ａ）に示す矢印５Ａは、対応する回転部材の回転方向を示している。ニップ部近傍の上流側には、帯電ロール４２から感光体１４への放電が起こる上流側放電領域１４Ｂがあり、ニップ部近傍の下流側には、帯電ロール４２から感光体１４への放電が起こる下流側放電領域１４Ｃがある。

図５（Ｂ）、図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）に、帯電ロール４２により帯電される感光体１４の表面電位の時間推移の概念を示す。

図５（Ｂ）には、通常のＶｔｈの絶対値の２倍以上のＶｐｐの交流電圧を帯電ロール４２に印加した場合が示されている。

約−６．５ｍｓから−５ｍｓまでは、断続的にマイナス放電が起こり、段階的に表面電位が下がる。続いて、感光体１４と帯電ロール４２とが接触する直前の、上流側放電領域１４Ｂの状態である約−５ｍｓから−２．５ｍｓまでは、表面電位が振動する。感光体１４と帯電ロール４２とが接触すると、表面電位は、約−６５０Ｖで一定となる。再び感光体１４から帯電ロール４２が離れた、下流側放電領域１４Ｃの状態である、約２．５ｍｓから５ｍｓまでは、表面電位が振動する。５ｍｓ以降は、表面電位は約−５００Ｖで一定となる。このように、感光体１４の表面電位は、繰り返し振動し、一定の電位に収束する。

これは、両極性の放電が繰り返し発生することを示唆しており、放電量が非常に多いため、感光体１４面上に放電生成物が多量に付着しやすく、高温高湿環境では白抜けが発生してしまうことが分かる。

しかし、回転型ブラシ４０通過後のトナーに若干プラス極性のトナーが存在し、帯電ロール４２にトナーが付着したとしても、帯電ロール４２と感光体１４表面の間の電界の向きも繰り返し振動しているために、帯電ロール４２にトナーが付着したり離れたりが繰り返されて、帯電ロール４２が該付着トナーによって汚れてしまうことはない。

続いて、図５（Ｃ）には、直流電圧を帯電ロール４２に印加した場合が示されている。

約−６ｍｓから−３ｍｓまでは、連続的にマイナス放電が起こり、連続的に表面電位が下がる。感光体１４と帯電ロール４２とが略接触すると、表面電位は、約−５００Ｖで一定となる。

これは、マイナス側の放電のみが発生しているためである。両極性の放電が繰り返し起こることはないので、前述した交流電圧を印加する場合と比べて放電量は少なく、高温高湿環境での白抜けは発生しにくい。

しかし、帯電ロール４２と感光体１４表面の間の電界の向きが常に同じであるために、回転型ブラシ４０通過後のトナーに若干でもプラス極性のトナーが存在すると、帯電ロール４２に該プラス極性トナーが付着し、該付着トナーはどんどん堆積してゆき、いずれは固着してしまい、帯電不良による白筋、黒筋の画像ディフェクトが発生してしまう。

また、図５（Ｄ）には、本実施の形態の電圧印加を行った場合が示されている。

本実施の形態では、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加しているが、通常とは異なり、Ｖｔｈの２倍より小さいＶｐｐを含む電圧である。

約−６ｍｓから−３ｍｓまでは、階段状に表面電位が下がる。これは、断続的にマイナス放電が起こっていることを示唆している。感光体１４と帯電ロール４２とが略接触すると、表面電位は、約−５００Ｖで一定となる。従って、放電のトータル量は、前述する図５（Ｃ）を用いて説明した直流電圧を印加した場合と同じであり、高温高湿環境での白抜けは発生しにくい。

さらに、回転型ブラシ４０通過後のトナーに若干プラス極性のトナーが存在し、帯電ロール４２にトナーが付着したとしても、帯電ロール４２と感光体１４表面の間の電界の向きも繰り返し振動しているために、帯電ロール４２にトナーが付着したり離れたりが繰り返されて、帯電ロール４２が該付着トナーによって汚れてしまうことはない。

また、図６には、本実施の形態の各印加電圧とプラス極性トナーを帯電ロール４２から感光体１４に引き離す方向の電界の概念を示す。

何れの印加電圧の場合も、最終的な感光体１４表面電位が−５００Ｖとなるように設定してあり、｜Ｖｔｈ｜は６００Ｖである。

図６（Ａ）に示す、Ｖｐｐ＝１１００Ｖの場合は、５００Ｖ（＝１１００Ｖ−６００Ｖ）でプラス極性トナーを帯電ロール４２から感光体１４に引き離す。

図６（Ｂ）に示す、Ｖｐｐ＝９００Ｖの場合は、３００Ｖ（＝９００Ｖ−６００Ｖ）でプラス極性トナーを帯電ロール４２から感光体１４に引き離す。

図６（Ｃ）に示す、Ｖｐｐ＝８００Ｖの場合は、２００Ｖ（＝８００Ｖ−６００Ｖ）でプラス極性トナーを帯電ロール４２から感光体１４に引き離す。

図６（Ｄ）に示す、Ｖｐｐ＝７００Ｖの場合は、１００Ｖ（＝７００Ｖ−６００Ｖ）でプラス極性トナーを帯電ロール４２から感光体１４に引き離す。

図６（Ｅ）に示す、Ｖｐｐ＝６００Ｖの場合は、プラス極性トナーを帯電ロール４２から感光体１４に引き離すことができない（６００Ｖ−６００Ｖ＝０Ｖ）。

前記回転型ブラシ４０は、感光体１４と平行な回転軸まわりに回転可能とされ、周囲に多数のブラシが植毛されている。回転型ブラシ４０は、感光体１４との接触部分において互いに逆方向に相対移動するように回転するようになっている。この回転により、感光体１４上のトナーは、その帯電量が制御されつつ、回転型ブラシ４０に付着するようになっている。

以下、トナー像を中間転写ベルト１６に転写するまでの流れを説明する。

感光体１４が図中反時計回りに回転すると、まず、感光面１４Ａが、帯電ロール４２によって均一に所定の極性電位に帯電される。

そして、更に感光体１４が回転すると、感光面１４Ａの帯電面が、ＬＥＤアレイヘッド４６によって露光され、帯電面の露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。その後、感光体１４の帯電極性と同極性に帯電している現像トナーを、現像ロール４４によって、帯電面の電位低下部に電気的に付着させることで、静電潜像を現像し、可視化する。そして、このトナーと逆極性の転写電圧が印加された一次転写ロール３８に、トナーが電気的に引き寄せられる。これによって、トナー像が、感光体１４から中間転写ベルト１６へ転写される。

ここで、感光体１４から中間転写ベルト１６へトナー像が転写される際に、中間転写ベルト１６に転写されずに感光体１４に残留する転写残トナーが発生する。また、中間転写ベルト１６に上流側で転写されたトナーが下流側の感光体１４にオフセットするリトランスファートナーが発生する。このため、この転写残トナー、及びリトランスファートナーを感光体１４から除去する必要がある。そこで、回転型ブラシ４０への印加電圧を調整して、感光体１４上のトナーの帯電量を、帯電ロール４２にトナーが付着しないようにマイナス帯電させる。

ところで、回転型ブラシ４０には、特に、連続したプリント枚数が増えた場合に、多くのトナーが堆積されてしまう。この状態で、プリンタ１０が停止状態から動作状態へと移り、感光体１４が回転し始めると、回転型ブラシ４０に堆積されていたトナーが、感光体１４の回転開始時にいっきに感光体１４上に吐き出されてしまうことがある。すると、感光体１４上に、局所的にトナーが厚く堆積された箇所ができてしまう。

このような不都合を防止するために、プリントジョブの終わった後に、回転型ブラシ４０に、堆積されたトナーを吐き出すような電圧を印加する。プリントジョブが終わった後には、まず、回転型ブラシ４０にプラスの直流電圧を印加し、ブラシ内に蓄積されたプラス極性トナーを感光体１４上に吐き出すようにする。このとき、ブラシから吐き出されたプラス極性トナーで汚れ無いように帯電ロール４２にもプラスの電圧を印加する。さらに、該感光体１４上に吐き出されたプラス極性トナーには転写時にマイナスの電圧を印加する。続いて、回転型ブラシ４０にマイナスの直流電圧を印加し、ブラシ内に蓄積されたマイナス極性トナーを感光体１４上に吐き出すようにする。このときブラシから吐き出されたマイナス極性トナーで汚れないように帯電ロール４２にもマイナスの電圧を印加する。さらに、該感光体１４上に吐き出されたマイナス極性トナーには転写時にプラスの電圧を印加する。

このように、回転型ブラシ４０への、プラス、マイナス、プラス、マイナスの繰り返しの電圧印加、帯電ロール４２への、プラス、マイナス、プラス、マイナスの繰り返しの電圧印加及び回転型ブラシ４０への、マイナス、プラス、マイナス、プラスの繰り返しの電圧印加を行う。こうして、回転型ブラシ４０に堆積されたトナーは、中間転写ベルト１６に転写され、中間転写ベルト１６のクリーナ１８で回収される。（この動作を「吐き出しモード」といい、たとえば、プリントジョブが終わった段階でのこの動作を「Ｊｏｂ Ｅｎｄ吐き出しモード」という）。

次に、本実施の形態で行う第１の実験について記載する。

前記Ｊｏｂ Ｅｎｄ吐き出しモードが有る状態で、１００枚モード（１００枚プリントして数秒停止し再び１００枚プリントするモード）で連続５０００枚のプリントを行った。従って、１００枚に１回、ブラシの堆積トナーを吐き出しリフレッシュさせるＪｏｂ Ｅｎｄ吐き出しモードが入ることになる。

プリントチャートとして、図７に示したチャート１００を使用した。該チャート１００では、いわゆるべたの長い帯状の画像１０２（イエロー）の後にＨ／Ｔ３０％画像１０４（マゼンタ）が配置されている。

マゼンタ用の現像ユニット１２Ｍの転写電流を調整して、中間転写ベルト１６に転写されたＹトナーが、現像ユニット１２Ｍで約０．１ｇ／ｍ２の量で現像ユニット１２Ｍの感光体１４Ｍにリトランスファーするようにしてある。従って、現像ユニット１２Ｍの回転型ブラシ４０には、約０．１ｇ／ｍ２のプラス極性のＹトナーの長い帯が連続して突入することになる。該プラスＹ色トナーは、回転型ブラシ４０によりクリーニングされる。

しかし、前記チャート１００で前述する条件で連続プリントすると、回転型ブラシ４０の一部分に多量のトナーが突入するために、若干のクリーニング不良が発生しやすく、帯電ロール４２にプラスのトナーが突入してしまう。すると、帯電ロール４２が汚れてしまい、帯電不良を起こすので、チャート１００中の下側に配置されたＭ色のＨ／Ｔ３０％画像１０４中に帯電ロール４２汚れに起因した白筋や黒筋が発生してしまう。

このように、上述した１００枚モード連続５０００枚プリントテストにおいて、前記チャート１００中のＨ／Ｔ３０％画像１０４中の白筋や黒筋の有無を観察すれば、帯電ロール４２汚れに起因した帯電不良を検出することができる。

表１には、帯電ロール４２への印加電圧を、矩形波Ｖｐｐ＝１．１ＫＶ、Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ、ｆ＝１ＫＨｚとした場合（本実施の形態で印加される電圧）、通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐ（Ｖｐｐ＝１．５ＫＶ、Ｖｄｃ＝−５００Ｖ、ｆ＝１ＫＨｚ）の交流電圧とした場合、及び直流電圧のみ（＝−１．１ＫＶ）とした場合のプリントテストの結果が示されている。

本実施の形態で印加される電圧の場合、及び通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐの交流電圧の場合は、プリントサンプル中のハーフトーンに白筋や黒筋は発生しなかった。一方直流電圧のみの場合は、白筋や黒筋が多発してしまった。

このように、本実施の形態の印加方式にすることで、クリーナレスシステムにおいて連続プリント時の帯電ロール４２汚れに起因した白筋や黒筋の発生の防止が、長期にわたって可能にできる。

続いて本実施の形態で行う第２の実験について記載する。

放電生成物による白抜けがもっとも出やすいのは、高温高湿環境であるので、２８℃８５％の環境で実験を行った。

また、連続プリントを行ったときにプリント中に放電生成物による白抜けが発生することがあるが、もっとも発生しやすいのは、連続プリントを行った後数時間以上放置した後に再びプリントしたときである。従って、１００枚モードで連続５０００枚のプリントを行い、プリント終了時とプリント終了後１２時間放置後の最初のプリントでハーフトーン３０％画像をプリントして白抜けのレベルを確認した。

表２には、帯電ロール４２への印加電圧を、矩形波Ｖｐｐ＝１．１ＫＶ、Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ、ｆ＝１ＫＨｚとした場合（本実施の形態で印加される電圧）、通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐ（Ｖｐｐ＝１．５ＫＶ、Ｖｄｃ＝−５００Ｖ、ｆ＝１ＫＨｚ）の交流電圧とした場合、及び直流電圧のみ（＝−１．１ＫＶ）とした場合のプリントテストの結果が示されている。

本実施の形態で印加される電圧の場合、及び直流電圧のみの場合は、プリント終了時とプリント終了後１２時間放置後の最初のプリントともに白抜けは発生しなかった。一方通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐの交流電圧の場合は、プリント終了時に若干白抜け画発生し、さらにプリント終了後１２時間放置後にはひどく白抜けが発生してしまった。

このように、本実施の形態の印加方式にすることで、高温高湿環境での放電生成物に起因した白抜けディフェクトの防止が、長期にわたって可能にできる。

第１の実験及び第２の実験を合わせると、本実施の形態の印加方式により、帯電ロール４２汚れの防止と放電生成物による白抜けの防止を両立できることが分かる。

さらに、前記図６に示す各印加電圧で、１００００枚の通紙テストを行い、テスト後の感光体１４におけるトナー汚れによる筋状の画質ディフェクトを評価した。

表３には、第３の実験の結果を示す。表３に示されるように、Ｖｐｐが８００Ｖ未満であると、トナー汚染による筋状画質ディフェクトが発生してしまうことが判明した。

上記結果は、付着したプラス極性トナーが帯電ロール４２から感光体１４に引き戻される方向の電界が強いほど汚れにくく、トナーを引き戻す方向の電位差が２００Ｖ以上であることが望ましいことを示している（本実施の形態では、Ｖｔｈの絶対値が６００Ｖであるので、８００Ｖ−６００Ｖ＝２００Ｖ（＝α）、と分かる）。

Ｖｔｈが環境や帯電部材の抵抗値等で変化することを考えると、トナー等の汚れが付着しにくいＶｐｐの範囲は、｜Ｖｔｈ｜＋２００≦Ｖｐｐとなる。一方、前述したように、放電生成物による白抜け等を抑制できるのが、Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜である。従って、｜Ｖｔｈ｜＋２００≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜が望ましいＶｐｐの範囲となることが分かる。

次に、本発明に係る画像形成装置の第２の実施の形態を図面に基づき説明する。

図８、図９には、本発明の第２実施形態の画像形成装置の一例であるカラーページプリンタ１０（以下、プリンタという）が示されている。なお、前記第１の実施の形態と基本的に同一の構成、作用については、前記第１の実施の形態と同符号を付してその説明を省略する。

図８及び図９に示すように、感光体１４の感光面１４Ａには、回転方向に順に、中間転写ベルト１６、上流側固定型ブラシ５４、下流側回転型ブラシ５６、帯電ロール４２、現像ロール４４が当接している。

上流側固定型ブラシ５４、下流側回転型ブラシ５６は、上流側固定型ブラシ５４が感光体１４の回転方向上流側、下流側回転型ブラシ５６が下流側にそれぞれ位置していることになる。

上流側固定型ブラシ５４は、感光体１４と対向する面に多数のブラシが植毛されている。感光体１４の回転によって感光体１４の感光面１４Ａと上流側固定型ブラシ５４とが相対移動すると、感光体１４上のトナーは、その帯電量が制御されつつ、一部が上流側固定型ブラシ５４に静電的に付着するようになっている。

下流側回転型ブラシ５６は、感光体１４と平行な回転軸まわりに回転可能とされ、周囲に多数のブラシが植毛されている。下流側回転型ブラシ５６は、感光体１４との接触部分において互いに逆方向に相対移動するように回転するようになっている。この回転により、感光体１４上のトナーは、所定の帯電量に制御されるようになっている。

以下、トナー像を中間転写ベルト１６に転写するまでの流れを説明する。

感光体１４が図中反時計回りに回転すると、まず、感光面１４Ａが、帯電ロール４２によって均一に所定の極性電位に帯電される。

そして、更に感光体１４が回転すると、感光面１４Ａの帯電面が、ＬＥＤアレイヘッド４６によって露光され、帯電面の露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。その後、感光体１４の帯電極性と同極性に帯電している現像トナーを、現像ロール４４によって、帯電面の電位低下部に電気的に付着させることで、静電潜像を現像し、可視化する。そして、このトナーと逆極性の転写電圧が印加された一次転写ロール３８に、トナーが電気的に引き寄せられる。これによって、トナー像が、感光体１４から中間転写ベルト１６へ転写される。

ここで、感光体１４から中間転写ベルト１６へトナー像が転写される際に、中間転写ベルト１６に転写されずに感光体１４に残留する転写残トナーが発生する。また、中間転写ベルト１６に上流側で転写されたトナーが下流側の感光体１４にオフセットするリトランスファートナーが発生する。このため、この転写残トナー、及びリトランスファートナーを感光体１４から除去する必要がある。そこで、上流側固定型ブラシ５４及び下流側回転型ブラシ５６への印加電圧を調整して、感光体１４上のトナーの帯電量を、帯電ロール４２にトナーが付着しないようにマイナス帯電させる。

そして、感光体１４上のトナーは、例えば−４００Ｖの電圧を印加された現像ロール４４に電気的に回収され、現像ユニット１２内で現像ロール４４に摺接するブレード４８によって現像ロール４４からトナー収容部５０へ掻き落される。

ところで、第２の実施の形態では、上流側固定型ブラシ５４及び下流側回転型ブラシ５６にいわゆる吐き出しモードを行うことで、上流側固定型ブラシ５４及び下流側回転型ブラシ５６に付着したトナーを吐き出して上流側固定型ブラシ５４及び下流側回転型ブラシ５６をリフレッシュすることができる。これにより、トナーに対する帯電量調整能力を高く維持できるので、帯電ロール４２へのトナーの不用意な付着を中期にわたって確実に防止でき、画像上のディフェクトを防止できる。

続いて、プリントジョブが終わった段階での前記吐き出しモード（Ｊｏｂ Ｅｎｄ吐き出しモード）について説明する。プリントジョブが終わった後、マイナス極性トナーで汚れている上流側の上流側固定型ブラシ５４に−４００Ｖを印加することで、トナーを感光体１４面上に吐き出させる。この後、プラス極性トナーで汚れている下流側の下流側回転型ブラシ５６に＋４００Ｖを印加することでトナーを感光体１４面上に吐き出させる。このとき上流側固定型ブラシ５４及び下流側回転型ブラシ５６から吐き出されたトナーで汚れないように、帯電ロール４２には、まず−４００Ｖ、続いて＋４００Ｖを印加する。感光体１４面上に吐き出されたトナーは、転写時にプラスの電圧を印加され、続いてマイナスの電圧を印加されて、中間転写ベルト１６のクリーナ１８で回収される。

次に、第２の実施の形態で行う前記第１の実験について記載する。

前記Ｊｏｂ Ｅｎｄ吐き出しモードが有る状態で、１００枚モードで連続５０００枚のプリントを行った。

プリントチャートとして前記図７に示したチャート１００を使用する。

表４には、帯電ロール４２への印加電圧を、矩形波Ｖｐｐ＝１．１ＫＶ、Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ、ｆ＝１ＫＨｚとした場合（本実施の形態で印加される電圧）、通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐ（Ｖｐｐ＝１．５ＫＶ、Ｖｄｃ＝−５００Ｖ、ｆ＝１ＫＨｚ）の交流電圧とした場合、及び直流電圧のみ（＝−１．１ＫＶ）とした場合のプリントテストの結果が示されている。

第１の実施の形態での結果と同様に、本実施の形態で印加される電圧の場合、及び通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐの交流電圧の場合は、プリントサンプル中のハーフトーンに白筋や黒筋は発生しなかった。一方直流電圧のみの場合は、白筋や黒筋が多発してしまった。

このように、本実施の形態の印加方式にすることで、クリーナレスシステムにおいて連続プリント時の帯電ロール４２汚れに起因した白筋や黒筋の発生の防止が、長期にさたって可能にできる。

また、前記第２の実験を第２の実施の形態で行った場合も、前記表２で示す第１の実施の形態での結果と同様の結果が得られた。

第１の実施の形態での結果と同様に、本実施の形態で印加される電圧の場合及び直流電圧のみの場合は、プリント終了時とプリント終了後１２時間放置後の最初のプリントともに白抜けは発生しなかった。一方通常のＶｔｈ（＝−６００Ｖ）の２倍以上のＶｐｐの交流電圧の場合は、プリント終了時に若干白抜け画発生し、さらにプリント終了後１２時間放置後にはひどく白抜けが発生してしまった。

このように、本実施の形態の印加方式にすることで、高温高湿環境での放電生成物に起因した白抜けディフェクトの防止が、長期にわたって可能にできる。

第１の実験及び第２の実験を合わせると、本実施の形態の印加方式により、帯電ロール４２汚れの防止と放電生成物による白抜けの防止を両立できることが分かる。

なお、以上説明した実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。例えば、実施の形態では、矩形波を使用したが、図１０に示すようなＳｉｎ波等でも略同一の結果が得られることが確認されている。このように、少なくともＶｔｈの絶対値の２倍より小さいＶｐｐをもつ交流電圧を含む電圧であり、かつ、該小さいＶｐｐを｜Ｖｔｈ｜＋２００≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜の範囲にすることにより、トナー等の汚染による帯電不良の防止と放電生成物による白抜けの防止を両立することができる。

第１の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略図である。 第１の実施の形態に係る画像形成装置の画像形成処理を行う機構を示す概略図である。 印加電圧と感光体表面電位との関係図である。 印加交流電圧のピークトゥピーク電圧と感光体表面電位との関係図である。 （Ａ）は感光体と帯電ロールとのニップ部の周辺を示す図であり、（Ｂ）は、通常の放電開始電圧の絶対値の２倍以上のピークトゥピーク電圧の交流電圧を印加した場合の帯電ロールにより帯電される感光体の表面電位の時間推移の概念図であり、（Ｃ）は、直流電圧を印加した場合の帯電ロールにより帯電される感光体の表面電位の時間推移の概念図であり、（Ｄ）は、本実施の形態の電圧を印加した場合の帯電ロールにより帯電される感光体の表面電位の時間推移の概念図である。 本実施の形態の各印加電圧とプラス極性トナーを帯電ロールから感光体に引き離す方向の電界の概念図であり、（Ａ）はＶｐｐ＝１１００Ｖの場合、（Ｂ）はＶｐｐ＝９００Ｖの場合、（Ｃ）はＶｐｐ＝８００Ｖの場合、（Ｄ）はＶｐｐ＝７００Ｖの場合、（Ｅ）はＶｐｐ＝６００Ｖの場合である。 実験に用いられたプリントチャートである。 第２の実施の形態に係る画像形成装置を示す概略図である。 第２の実施の形態に係る画像形成装置の画像形成処理を行う機構を示す概略図である。 本実施の形態の印加電圧の一例である。

符号の説明

１０ カラーページプリンタ（画像形成装置）
１２ 現像ユニット
１４ 感光体（像担持体）
１４Ａ 感光面
１４Ｂ 上流側放電領域
１４Ｃ 下流側放電領域
１６ 中間転写ベルト（転写手段）
１６Ａ 転写面
１８ クリーナ
３０ 二次転写ロール（転写手段）
３８ 一次転写ロール（転写手段）
４０ 回転型ブラシ（クリーニング手段）
４２ 帯電ロール（帯電手段）
４４ 現像ロール（現像手段）
４６ ＬＥＤアレイヘッド（情報書き込み手段）
５２ 重畳電源（電圧印加手段）
５４ 上流側固定型ブラシ（現像剤帯電制御手段）
５６ 下流側回転型ブラシ（現像剤帯電制御手段）

Claims (6)

1. 周回する像担持体の表面を一様帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成する現像手段とを備え、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する画像形成装置であって、
   直流電圧と交流電圧とを重畳することで、前記像担持体と前記帯電手段との間の電界の向きを変化させ、かつ単一極性の放電をさせる電圧を前記帯電手段に印加する電圧印加手段を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電手段よりも前記像担持体周回方向上流に配置され、前記可視化像が転写された後に前記像担持体の表面に残留する現像剤を静電的に保持するクリーニング手段と、
   非画像形成時に前記クリーニング手段が保持する現像剤を前記像担持体上に戻す現像剤戻し手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記帯電手段よりも前記像担持体周回方向上流に配置され、前記可視化像が転写された後に前記像担持体の表面に残留する現像剤の帯電極性を制御する現像剤帯電量制御手段を更に有することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧から前記像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧までの範囲内で設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の画像形成装置。
5. 前記電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値の２倍より小さい値に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の画像形成装置。
6. 前記電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅を示すピークトゥピーク電圧を、以下に示す（１）式の範囲に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の画像形成装置。
   ｜Ｖｔｈ｜＋α≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜ … （１）
   但し、
   Ｖｔｈ：像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧
   Ｖｐｐ：交流電圧のピークトゥピーク電圧
   α：電圧印加手段により印加する印加電圧によって定まる所定の電圧
   である。

Images