JP2007140024A - 画像形成装置および飛散トナー回収方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 飛散トナーを簡単な構成で回収し、外部への排出を軽減した画像形成装置および飛散トナー回収方法を提供すること。
【解決手段】飛散トナー回収ローラ４は、電源５および接地に切替接続される。飛散トナーの回収時には、飛散トナー回収ローラ４に電源５よりバイアス電圧を印加すると共に、感光体ドラム２に帯電手段により再帯電電圧を印加して、飛散トナー回収ローラ４に回収された飛散トナーを感光体ドラム２に排出する。感光体ドラム２に排出された飛散トナー１４は、現像手段７で回収する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、飛散トナーを簡単な構成で回収し、外部への排出を軽減した画像形成装置および飛散トナー回収方法に関するものである。

一般に、電子写真方式のトナー像形成手段は、外周面に感光層を有する像担持体としての感光体と、この感光体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像手段とを有している。

このような画像形成装置においては、前記現像手段でトナーの攪拌や搬送が行なわれることに起因して、前記現像手段からトナーが飛散し、画像形成装置の内外を汚染することがある。このため、特許文献１、特許文献２に記載されているように、現像手段の近傍に飛散トナーを回収する飛散トナー回収ローラを設けて、トナーが現像手段から飛散しないように構成している。飛散トナー回収ローラで回収されたトナーは、ブレードにより掻き落している。

特開平１０−３３９９９８号公報 特開平１０−３２２０号公報

特許文献１、特許文献２に記載されているような従来技術は、飛散トナー回収ローラに専用のトナー掻き落し用のブレードを設けている。この種の画像形成装置においては、前記像担持体としての感光体に残存するトナーにより、画質が劣化することを防止するために残存トナーを掻き落すためのクリーニングブレードを設けている。したがって、不要なトナーを掻き落すためのブレードが感光体、および飛散トナー回収ローラにそれぞれ設けられることになり、ブレードが複数必要となっている。このため、構成が複雑になりコストも嵩むという問題があった。

本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、飛散トナーを簡単な構成で回収し、外部への排出を軽減した画像形成装置および飛散トナー回収方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、感光体ドラムの周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、電源および接地に切替接続される飛散トナー回収ローラとの各画像形成用ユニットを配した画像形成装置であって、前記感光体ドラムの周速と前記飛散トナー回収ローラの周速とを異なる値に設定し、制御手段により画像形成後の飛散トナークリーニングモードが設定されたときに、前記飛散トナー回収ローラに前記電源よりバイアス電圧を印加すると共に、前記感光体ドラムに前記帯電手段により再帯電電圧を印加して、前記飛散トナー回収ローラに回収された飛散トナーを前記感光体ドラムに排出し、前記現像手段にバイアス電圧を印加して、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーを前記現像手段で回収することを特徴とする。このような構成によれば、飛散トナー回収ローラに付着している正負両極性の飛散トナーは、電気的な制御により感光体ドラムに排出される。その後、感光体ドラムから現像手段に回収される。このため、飛散トナー回収ローラにはトナー掻き取り用のブレードが不用となり、構成が簡素化されてコストを低減することができる。また、飛散トナーはクリーニングブレードを用いることなく現像手段に回収されるので、回収されたトナーに劣化が生じておらず再度の画像形成を行う際に画質を高めることができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記感光体ドラムの周速を前記飛散トナー回収ローラの周速よりも大きな値に設定したことを特徴とする。このような構成によれば、感光体ドラムの表面に薄く疎密に飛散トナーが排出される。このため、感光体ドラムから最終的に現像手段で飛散トナーを回収する際の処理を、無理なく円滑に行うことができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体と現像手段とは接触して配置されて、接触現像処理を行うことを特徴とする。このような構成によれば、接触現像方式の画像形成装置において、飛散トナーを現像手段により、効果的に回収することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記画像形成装置はカラー画像形成装置であって、各色毎の飛散トナーを個別に回収することを特徴とする。このような構成によれば、３色または４色などの多色を用いるカラー画像形成装置において、混色を避けて各色で飛散トナーを回収することができる。

本発明の飛散トナー回収方法は、感光体ドラムの周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、飛散トナー回収ローラとの各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを設け、前記感光体ドラムの周速と前記飛散トナー回収ローラの周速とを異なる値に設定し、転写媒体が前記画像形成ステーションを通過することにより画像形成を行う工程と、画像形成後の飛散トナークリーニングモードにおいて、飛散トナー回収ローラにバイアス電圧を印加する工程と、前記感光体ドラムに再帯電電圧を印加して、前記飛散トナー回収ローラに回収された飛散トナーを前記感光体ドラムに排出する工程と、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーを前記現像手段で回収する工程と、からなることを特徴とする。このような構成によれば、既存の装置を用いて電気的な制御により、飛散トナーを精度良く現像手段に回収することができる。

また、本発明の飛散トナー回収方法は、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーを前記現像手段で回収する際に、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーの極性を揃えるように、前記再帯電電圧とは異なる帯電電圧を前記感光体ドラムに印加する工程を含むことを特徴とする。このような構成によれば、感光体ドラムに排出された飛散トナーの極性を、例えば負極性に揃えているので、飛散トナーを円滑に現像手段に回収することができる。

本発明によれば、次のような格別な効果が得られる。（１）飛散トナー回収ローラに付着している正負両極性の飛散トナーは、電気的な制御により感光体ドラムに排出され、感光体ドラムから現像手段に回収される。このため、飛散トナー回収ローラにはトナー掻き取り用のブレードが不用となり、構成が簡素化されてコストを低減することができる。（２）飛散トナーはクリーニングブレードを用いることなく現像手段に回収されるので、回収されたトナーに劣化が生じておらず再度の画像形成を行う際に画質を高めることができる。（３）感光体ドラムの周速と前記飛散トナー回収ローラの周速とを異なる値に設定しているので、感光体ドラムの表面に薄く疎密に飛散トナーが排出される。このため、感光体ドラムから最終的に現像手段で飛散トナーを回収する際の処理を無理なく円滑に行うことができる。（４）回収された飛散トナーは、画像形成用として再利用できるので、トナー資源の有効利用を図ることができる。（５）飛散トナーを装置内部に回収して、飛散トナーの外部への排出を軽減しているので、環境に配慮した画像形成装置および飛散トナー回収方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について、図１〜図３に示された説明図により説明する。図２は、画像形成装置１を部分的に示しており、飛散トナーを飛散トナー回収ローラで回収するプロセスの説明図である。図２において、２は感光体ドラム（像担持体）、４は電源５およびスイッチ６に電気的に接続される飛散トナー回収ローラ、７は現像装置３内に設けられており電源９と電気的に接続される現像ローラ、８はトナー供給ローラである。１３は現像装置３と感光体ドラム２の周辺に飛散している飛散トナーで、黒丸は負極性の負帯電トナー、白丸は正極性の正帯電トナーである。スイッチ６を電源５から開放して、飛散トナー回収ローラ４を接地に接続する。この際に、飛散トナー回収ローラ４には負帯電トナー、正帯電トナーの正負双方の極性トナーが吸引される。図２の例は、感光体ドラム２と現像ローラ７が接触した状態で現像される接触方式の画像形成装置であるが、飛散トナー１１の状態を理解しやすくするために、感光体ドラム２と現像ローラ７を離間して示している。

図３は、図２で飛散トナー回収ローラ４に回収されたトナーを、感光体ドラム２に排出する（吐き出す）プロセスの説明図である。この際には、図示を省略している帯電手段により、感光体ドラム２の電位をＶａ（―９００Ｖ）とＶｂ（０Ｖ）に切り替えて制御する。ＶａおよびＶｂは、画像形成後に制御手段によりクリーニングモードが設定されたときに、感光体ドラム２に印加される再帯電電圧に相当する。また、スイッチ６を電源５に接続して、飛散トナー回収ローラ４に、例えば（ＤＣ−２００Ｖ＋ＡＣ２ｋＶ）のバイアス電圧を印加する。感光体ドラム２の電圧制御と、飛散トナー回収ローラ４の電圧制御の詳細については、図４のタイミングチャートにより後述する。ここで、感光体ドラムの周速を前記飛散トナー回収ローラの周速よりも大きな値に設定する。例えば、感光体ドラムの周速と飛散トナー回収ローラの周速を２：１に設定する。

感光体ドラム２の電位がＶａの場合には、飛散トナー回収ローラ４に回収された白丸で示した正帯電トナーが感光体ドラム２に排出される。すなわち、感光体ドラム２の電位は負極性なので、感光体ドラム２の電位に対して逆電位となる正帯電トナーが感光体ドラム２に排出される。また、感光体ドラム２の電位がＶｂの場合には、黒丸で示した負帯電トナーが感光体ドラム２に排出される。１２は、感光体ドラム２に排出された飛散トナーである。なお、感光体ドラム２と現像ローラ７とは接触して回転しているので、一部の飛散トナー１２は現像ローラ７に回収トナー１３として付着する。

この例では、感光体ドラム２、および飛散トナー回収ローラ４は共に回転体として形成されている。このような構成としているので、飛散トナー回収ローラ４は、像担持体として機能している感光体ドラム２の円周面上を転動する。このため、飛散トナー回収ローラ４の表面に付着している飛散トナーを効率良く像担持体に排出することができる。また、感光体ドラム２の周速を飛散トナー回収ローラ４の周速よりも大きな値に設定しているので、感光体ドラムの表面に薄く疎密に飛散トナーが排出される。このため、後述するように、感光体ドラムから最終的に現像手段で飛散トナーを回収する際の処理を円滑に行うことができる。

図１は、感光体ドラム２に排出された飛散トナーを現像ローラ７により回収するプロセスの説明図である。図１において、１０は例えばコロナ帯電器を用いた帯電手段である。また、飛散トナー回収ローラ４は、スイッチの切替により電源５から開放されている。感光体ドラム２には、再度直流―５００Ｖの帯電電圧Ｖｃが印加されて、感光体ドラム２に付着している不要トナーの極性を負極性に揃える。さらに、現像ローラ７には例えば直流―２００Ｖ程度のバイアス電圧を印加する。このため、負極性に極性が揃えられた飛散トナーが、効果的に感光体ドラム２から現像ローラ７に回収することができる。１３は、現像ローラ７に回収された飛散トナーである。

本発明においては、現像ローラ７により、図２のようにして感光体ドラム２に排出された飛散トナー１２を回収する。回収された飛散トナー１３は、図示を省略したトナー回収ケースに収容され、画像形成時に再利用することができる。このように、飛散トナー１４を回収して再利用するので、トナー資源の有効利用が図れる。

図４は、本発明の処理プロセスを経時的に示すタイミングチャートである。この画像形成装置においては、印加される電圧値をいずれも概算で示している。
時刻ｔａ〜ｔｂの期間は、画像形成時の露光による感光体（ＯＰＣ）電位の変化を示している。初期電位はー５００Ｖ、露光電位は０Ｖであり、露光電位が０Ｖのときに感光体ドラムには画像が形成される。

時刻ｔｃ〜ｔｄの期間は、現像バイアスの印加期間であり、現像ローラ７には直流（ＤＣ）―２００Ｖの現像バイアスが印加される。この際には、現像処理を行うと共に飛散トナーが発生する。なお、感光体ドラム２の画像形成終了時刻ｔｂと、現像ローラ７の現像終了時刻ｔｄは同じ時刻に設定されている。

時刻ｔｅ〜ｔｆの期間は、飛散トナー回収ローラ４のバイアスはオフ（ＧＮＤ）であり、前記飛散トナーが飛散トナー回収ローラ４に回収される。時刻ｔｂ経過後に図示を省略している制御装置によりクリーニングモードが設定され、画像形成処理後のクリーニング処理（飛散トナーの感光体ドラム２への排出）に移行する。

時刻ｔｂ〜ｔｇの期間は、感光体（ＯＰＣ）電位を０Ｖとする期間である。この期間内の時刻ｔｉで、飛散トナー回収ローラ４にＤＣ―２００Ｖ＋ＡＣ２ｋＶのバイアス電圧を印加する。時刻ｔｉ〜ｔｊの期間は、感光体ドラム２を１周以上回転させる期間であり、この間に負帯電トナーを感光体ドラム２に排出する。したがって、飛散トナー回収ローラ４の全周にわたり付着している負帯電トナーが感光体ドラム２の表面に分散して排出される。

時刻ｔｇ〜ｔｈの期間は、感光体（ＯＰＣ）電位を再帯電してー９００Ｖとする期間である。この期間は、前記した逆帯電トナーを感光体ドラム２に回収する期間であり、飛散トナー回収ローラ４には、引き続きＤＣ―２００Ｖ＋ＡＣ２ｋＶのバイアス電圧が印加されている。時刻ｔｊ〜ｔｋの期間は、感光体ドラム２を１周以上回転させる期間であり、この間に逆帯電トナーを感光体ドラム２に排出する。

このようにして、感光体ドラム２に正負の極性の飛散トナーを排出した後に、
時刻ｔｌ〜ｔｍの期間で感光体ドラム２には、再度直流―５００Ｖの帯電電圧Ｖｃが印加されて、感光体ドラム２に付着している不要トナーの極性を負極性に揃える。次に、時刻ｔｎ〜ｔｐの期間で現像ローラ７に直流―２００Ｖ程度のバイアス電圧を印加する。時刻ｔｎ〜ｔｐの期間で、図１で説明したように現像ローラ７による飛散トナーの回収処理を行う。この例では、感光体ドラム２に付着している不要トナーの極性を負極性に揃えているので、現像ローラ７に円滑に回収することができる。図４の例では、制御装置により飛散トナーのクリーニングモードが設定されて、感光体ドラム２の再帯電と、飛散トナー回収ローラ４のバイアス電圧印加と、感光体ドラム２の付着トナーの極性を揃えるための帯電電圧印加と、現像ローラのバイアス電圧印加がシーケンス制御されている。

本発明の実施形態においては、飛散トナー回収ローラ４に付着している正負両極性の飛散トナーは、電気的な制御により感光体ドラム２に排出され、現像ローラ７により飛散トナーを回収している。このため、飛散トナー回収ローラ４にはトナー掻き取り用のブレードが不用となり、構成が簡素化されてコストを低減することができる。

さらに、飛散トナー回収ローラ４にはブレードによる機械的な押圧力が印加されることがないので、飛散トナー回収ローラ４の変形や損傷の発生を防止できる。なお、回収された飛散トナーは、画像形成用として再利用できるので、トナー資源の有効利用を図ることができる。このように、本発明の実施形態においては飛散トナーを装置内部に回収して、飛散トナーの外部への排出を軽減しており、環境に配慮した画像形成装置を得ることができる。

本発明の画像形成装置は、像担持体の周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段との各画像形成用ユニットを配置している構成を対象とする。この画像形成装置は、モノクロ形式のものでも、また、カラー画像形成方式のいずれでも良い。カラー画像形成方式の場合には、例えばタンデム方式の画像形成装置として構成される。この場合には、各色の画像形成用ユニットに飛散トナー回収ローラを設け、この飛散トナー回収ローラから飛散トナーを感光体ドラムに排出させる。そして、各色の感光体ドラムからクリーニングブレードで飛散トナーを掻き取る構成とする。このような構成によれば、３色または４色などの多色を用いるカラー画像形成装置において、混色を避けて各色で飛散トナーを回収することができる。次に、タンデム方式の画像形成装置について、図５の縦断断面図により説明する。

タンデム式カラープリンター（画像形成装置）は、図５の断面図に示すような４つの感光体に４つのラインヘッドで露光し、４色の画像を同時に形成し、１つの無端状中間転写ベルト（中間転写媒体）に転写するものである。この画像形成装置は、同様な構成の露光装置１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙを、対応する同様な構成である４個の感光体ドラム（像担持体）４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙの露光位置にそれぞれ配置している。露光装置１０１Ｋ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｙは、光源にＬＥＤや有機ＥＬ素子の発光素子を用いたラインヘッドで構成される。なお、露光装置としてレーザ光を走査する走査光学系を用いても良い。

画像形成装置には、駆動ローラ５１と従動ローラ５２とテンションローラ５３が設けられており、テンションローラ５３によりテンションを加えて張架されて、図示矢印方向（反時計方向）へ循環駆動される中間転写ベルト（中間転写媒体）５０を備えている。この中間転写ベルト５０に対して所定間隔で配置された４個の像担持体としての外周面に感光層を有する感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙが配置される。

前記符号の後に付加されたＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙはそれぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエローを意味し、それぞれ黒、シアン、マゼンタ、イエロー用の感光体であることを示す。他の部材についても同様である。感光体４１Ｋ、４１Ｃ、４１Ｍ、４１Ｙは、中間転写ベルト５０の駆動と同期して図示矢印方向（時計方向）へ回転駆動される。各感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の周囲には、それぞれ感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の外周面を一様に帯電させる帯電手段（コロナ帯電器）４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この帯電手段４２（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）により一様に帯電させられた外周面を感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の回転に同期して順次ライン走査する露光装置（ラインヘッド）１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）が設けられている。

また、この露光装置１０１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、この現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）で現像されたトナー像を一次転写対象である中間転写ベルト５０に順次転写する転写手段としての一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）と、転写された後に感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニング装置４６（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）とを有している。

現像装置４４（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）は、例えば、現像剤として非磁性一成分トナーを用いるもので、その一成分現像剤を例えば供給ローラで現像ローラへ搬送し、現像ローラ表面に付着した現像剤の膜厚を規制ブレードで規制し、その現像ローラを感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に接触あるいは押圧させることにより、感光体４１（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）の電位レベルに応じて現像剤を付着させることによりトナー像として現像するものである。

このような４色の単色トナー像形成ステーションにより形成された黒、シアン、マゼンタ、イエローの各トナー像は、一次転写ローラ４５（Ｋ、Ｃ、Ｍ、Ｙ）に印加される一次転写バイアスにより中間転写ベルト５０上に順次一次転写され、中間転写ベルト５０上で順次重ね合わされてフルカラーとなる。フルカラーとなったトナー像は、二次転写ローラ６６において用紙等の記録媒体Ｐに二次転写され、定着部である定着ローラ対６１を通ることで記録媒体Ｐ上に定着され、排紙ローラ対６２によって、装置上部に形成された排紙トレイ６８上へ排出される。

なお、図５中、６３は多数枚の記録媒体Ｐが積層保持されている給紙カセット、６４は給紙カセット６３から記録媒体Ｐを一枚ずつ給送するピックアップローラ、６５は二次転写ローラ６６の二次転写部への記録媒体Ｐの供給タイミングを規定するゲートローラ対、６６は中間転写ベルト５０との間で二次転写部を形成する二次転写手段としての二次転写ローラ、６９は二次転写後に中間転写ベルト５０の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレードである。

以上、本発明の画像形成装置および飛散トナー回収方法をその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。

本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示す概略の説明図である。 本発明の実施形態を示すタイミングチャートである。 本発明に適用される電子写真プロセスを用いた画像形成装置の１実施例の全体構成を示す模式的断面図である。

符号の説明

１・・・画像形成装置、２・・・感光体ドラム（像担持体）、３・・・現像装置、４・・・飛散トナー回収ローラ、５・・・飛散トナー回収ローラの電源、
６・・・電源５のスイッチ、７・・・現像ローラ、８・・・トナー供給ローラ、９・・・現像ローラの電源、１０・・・帯電手段（コロナ帯電器）、１１・・・飛散トナー、１２・・・排出トナー、１３・・・回収トナー

Claims (6)

1. 感光体ドラムの周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、電源および接地に切替接続される飛散トナー回収ローラとの各画像形成用ユニットを配した画像形成装置であって、前記感光体ドラムの周速と前記飛散トナー回収ローラの周速とを異なる値に設定し、制御手段により画像形成後の飛散トナークリーニングモードが設定されたときに、前記飛散トナー回収ローラに前記電源よりバイアス電圧を印加すると共に、前記感光体ドラムに前記帯電手段により再帯電電圧を印加して、前記飛散トナー回収ローラに回収された飛散トナーを前記感光体ドラムに排出し、前記現像手段にバイアス電圧を印加して、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーを前記現像手段で回収することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記感光体ドラムの周速を前記飛散トナー回収ローラの周速よりも大きな値に設定したことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記感光体ドラムと現像手段とは接触して配置されて、接触現像処理を行うことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成装置はカラー画像形成装置であって、各色毎の飛散トナーを個別に回収することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 感光体ドラムの周囲に帯電手段と、露光手段と、現像手段と、転写手段と、飛散トナー回収ローラとの各画像形成用ユニットを配した画像形成ステーションを設け、前記感光体ドラムの周速と前記飛散トナー回収ローラの周速とを異なる値に設定し、転写媒体が前記画像形成ステーションを通過することにより画像形成を行う工程と、
   画像形成後の飛散トナークリーニングモードにおいて、
   飛散トナー回収ローラにバイアス電圧を印加する工程と、前記感光体ドラムに再帯電電圧を印加して、前記飛散トナー回収ローラに回収された飛散トナーを前記感光体ドラムに排出する工程と、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーを前記現像手段で回収する工程と、からなることを特徴とする飛散トナー回収方法。
6. 前記感光体ドラムに排出された飛散トナーを前記現像手段で回収する際に、前記感光体ドラムに排出された飛散トナーの極性を揃えるように、前記再帯電電圧とは異なる帯電電圧を前記感光体ドラムに印加する工程を含むことを特徴とする、請求項５に記載の飛散トナー回収方法。

Images