JP2011128431A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】中間転写体上の残留トナーを回収のために帯電する帯電部材に電圧を印加しながら当接又は離間動作を行うことで効率よく帯電部材からトナーを吐き出すことのできる画像形成装置を提供する。
【解決手段】帯電部材２２に電圧を印加した状態で帯電部材２２を中間転写体９に当接するか、又は、帯電部材２２に電圧を印加した状態で帯電部材２２を中間転写体９から離間し、前記当接又は離間時に発生する放電電流によって帯電部材２２に付着しているトナーを帯電部材２２に印加している電圧の極性と同極性に帯電して、該トナーを帯電部材２２から中間転写体９へと吐き出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置には、像担持体にトナー像を形成し、中間転写体に転写し、その後中間転写体から転写材に２次転写する中間転写方式の画像形成装置がある。斯かる画像形成装置では、中間転写体から転写材に２次転写されなかった残留トナーを帯電部材で帯電し、帯電された残留トナーを像担持体に逆転写して、像担持体側で回収する構成がある（例えば、特許文献１参照）。

このとき、帯電部材として例えば導電性ブラシのような帯電部材を使用した場合、一部の残留トナーが導電性ブラシに付着し、帯電性能が低下する場合があった。

特開平１０−４９０２３号公報

上記の方式の画像形成装置では、画像形成回数が増加するにつれて、帯電部材に付着するトナー量が増加していた。また、帯電部材に付着したトナーを所定のタイミングで中間転写体に転移させる（以下、吐き出す）ことで、帯電部材からトナーを除去する方法が考えられる、十分に吐き出すことができないという問題があった。

本発明の目的は、中間転写体上の残留トナーを回収のために帯電する帯電部材に電圧を印加しながら当接又は離間動作を行うことで効率よく帯電部材からトナーを吐き出すことのできる画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。本発明は、トナー像を担持する像担持体と、移動可能であり前記像担体から転写材にトナー像を転写するための中間転写体と、転写材に転写されず前記中間転写体上に残留したトナーを帯電するための帯電部材と、前記帯電部材に電圧を印加するための電源と、前記帯電部材を前記中間転写体に対して当接離間する当接離間機構と、を有する画像形成装置において、前記帯電部材に電圧を印加した状態で前記帯電部材を前記中間転写体に当接するか、又は、前記帯電部材に電圧を印加した状態で前記帯電部材を前記中間転写体から離間し、前記当接又は離間時に発生する放電電流によって前記帯電部材に付着しているトナーを前記帯電部材に印加している電圧の極性と同極性に帯電して、該トナーを前記帯電部材から前記中間転写体へと吐き出すことを特徴とする。

本発明によれば、帯電部材に電圧を印加しながら当接又は離間動作を行うことで効率よくトナーを吐き出すことができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成図である。 実施例１における導電ブラシの当接・離間、及び、電圧印加タイミングを示す図である。 実施例１における当接・離間時の導電ブラシへの印加電圧とトナー吐き出し量の関係を示す図である。 実施例１の比較例における導電ブラシの電圧印加タイミングを示す図である。 実施例１の比較例における導電ブラシへの印加電圧とトナー吐き出し量の関係を示す図である。 実施例２における導電ブラシの当接・離間と印加電圧のタイミングを示す図である。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
図１は、実施例１に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本実施例にて、画像形成装置は、中間転写方式を用いた電子写真方式の画像形成装置であり、複数回回転する中間転写体上に複数色のトナー像を順次重ね合わせた後、２次転写部でトナー像を転写材に一括転写する画像形成装置である。以下、この方式を４パス方式と呼ぶ。

本実施例にて、画像形成装置は、像担持体としてのドラム状の電子写真感光体（以下、「感光ドラム」という。）１を備えている。感光ドラム１の周囲には、感光ドラム１を帯電する帯電器（帯電手段）２、現像器（現像手段）５、６、７、８、各現像器を搭載するロータリー４、中間転写ベルト（中間転写体）９、１次転写ローラ（１次転写手段）１０、が配置されている。また、中間転写ベルト９に隣接して、当接離間可能な、２次転写ローラ（２次転写手段）１１と導電ブラシ（帯電部材）２２が配置されている。従って、２次転写ローラ１１と導電ブラシ２２には、それぞれ、中間転写ベルト９に対し当接離間させるための、例えば、電磁ソレノイドのような当接離間機構２３、２４が接続されている。

感光ドラム１は、駆動手段（図示せず）によって矢印Ｒ１方向に駆動され、帯電バイアス電源１４に接続された帯電ローラ２によって一様に負電位に帯電される。次いで、露光装置（露光手段）３によって画像情報に従ったレーザ光Ｌが感光ドラム１に照射され、潜像が形成される。この潜像を現像して負極性の単色トナー像を形成し、単色トナー像を中間転写ベルト９に転写する。この工程を繰り返す中間転写ベルト９上で単色トナー像を重ね合わせて多色トナー像を形成し、多色トナー像を一括して転写材Ｐに転写する。

現像手段として、前記潜像を可視化するために、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの現像を行う４個の現像器５、６、７、８を備えている。現像器５、６、７、８は、ロータリー４に搭載されており、ロータリー４を矢印Ｒ０方向に回転させることで、現像器５、６、７、８を順次感光ドラム１に対する現像位置に移動させ、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの順に現像が行われる。

中間転写ベルト９は、樹脂製の無端状ベルトで構成され、ローラ１２、１３に張架されて感光ドラム１に接触しており、不図示の駆動モータによって感光ドラム１と略同周速でＲ３方向に移動可能とされる。

中間転写ベルト９を挟んで感光ドラム１と対向する位置（１次転写ニップ部Ｔ１）に、１次転写手段としての１次転写ローラ１０が配置されている。転写バイアス電源１６によって１次転写ローラ１０に正極性（感光ドラム上のトナー像の電荷とは逆極性）の電圧を印加することで、感光ドラム１上に形成されたトナー像が中間転写ベルト９上に１次転写される。

以上の工程を、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫの順に４色を順次重ねて１次転写することで、中間転写ベルト９上に複数色のトナー像が形成される。イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣの１次転写が行われている間、２次転写ローラ１１、導電ブラシ２２は、中間転写ベルト９上のトナー像に接触して画像を乱すことがないように離間されている。２次転写ローラ１１及び導電ブラシ２２は、ブラックの１次転写が開始されると当接され、それぞれ、電源２３、１８により正極性（感光ドラム上のトナーの帯電極性とは逆極性）の直流電圧が印加される。

２次転写ローラ１１の当接後、転写材Ｐが給紙ローラによって搬送され、中間転写ベルト９と２次転写ローラ１１が当接する２次転写ニップ部Ｔ２に所定のタイミングで供給される。転写バイアス電源２３によって２次転写ローラ１１に正極性の直流電圧を印加することで中間転写ベルト９から転写材Ｐに多色トナー像が２次転写される。転写材Ｐが２次転写ニップ部Ｔ２を通過したあと、２次転写ローラ１１と導電ブラシ２２に印加されていた直流電圧は遮断され、遮断後に２次転写ローラ１１と導電ブラシ２２は中間転写ベルト９から離間される。

２次転写ニップ部Ｔ２を通過した転写材Ｐは、定着装置へ搬送され、定着装置でトナー像が定着され、画像形成物（プリント、コピー）として排出搬送される。

画像形成を連続して行う場合、ブラックの１次転写終了後すぐ次の画像のイエローが１次転写され、上記画像形成プロセスが繰り返される。

転写材Ｐに２次転写されず、中間転写ベルト９上に残った残留トナーは、電源１８に接続された導電ブラシ２２によって正極性に帯電される。尚、中間転写ベルトに摺動当接する導電ブラシ２２は、導電性を有する繊維径５０μｍのナイロン繊維から成るブラシである。

正極性に帯電された残留トナーは、１次転写ニップ部Ｔ１で感光ドラム１に転写され、最終的には感光ドラム１からクリーニング手段１５によって回収される。次の画像のイエローが中間転写ベルト９に１次転写されると同時に感光ドラム１へ逆転写する、転写同時クリーニング方式であっても良い。

残留トナーは、ほとんどが負極性のトナーであり、若干の正極性のトナーを含んでいる。この残留トナーを、導電ブラシで正極性に帯電し、１次転写ローラに正極性の電圧を印加することで感光ドラム１へ回収できる。

しかし、導電ブラシ２２による残留トナーの帯電の際、負極性の残留トナーのほとんどは正極性に帯電されるが、正極性に帯電されなかった残留トナーは導電ブラシ２２に付着する。画像形成が連続で行われている間、導電ブラシ２２に付着するトナー量は増加し続ける。このため、一連の画像形成の終了後に、導電ブラシ２２に付着したトナーを中間転写ベルト９に吐き出す必要がある。

次に、導電ブラシ２２に付着したトナーの吐き出しについて説明する。

導電ブラシ２２に付着しているトナーの極性は、主に負極性であり、中間転写ベルト９上の電位はほぼ０Ｖである。そのため、導電ブラシ２２に負極性の直流電圧を印加すると付着しているトナーは中間転写ベルト９と導電ブラシ２２との間の電位差によって中間転写ベルト９上に移動する。しかし、付着しているトナーの一部は、あまり大きな負極性ではなく、また、正極性や極性を持たないトナーも存在するため、これらのトナーは中間転写ベルト９へは移動しない。

そこで、本実施例１では画像形成プロセス終了後に、導電ブラシ２２から効率良くトナーを吐き出すために、導電ブラシ２２に負極性の直流電圧を印加しながら離間を行い、その後、電圧を印加した状態で当接動作を行う。

電圧を印加しながら当接離間動作を行うと、当接の直前、若しくは、離間直後に、導電ブラシ２２と中間転写ベルト９との間に微小空間が形成される。この当接離間時に発生する負極性の放電電流が、導電ブラシ２２に付着したトナーを通過するとトナーは負極性（導電ブラシ２２への印加電圧と同極性）に帯電される。この時、導電ブラシ２２に付着しているトナーの内、負極性のトナーはより大きな負極性となり、正極性のトナーは負極性に反転する。更に、極性を持たないトナーは負極性に帯電される。この結果、中間転写ベルト９と導電ブラシ２２との間の電位差によって中間転写ベルト９上に移動するトナー量は増加する。

実施例１の吐き出し方法の効果を確認するため、導電ブラシには、予め約５０ｍｇのトナーを付着させた状態で導電ブラシ２２に電圧を印加した場合、どの程度の量のトナーが吐き出されるか検討を行った。

１次転写ローラ１０に電源１６にて−９００Ｖの電圧を印加し、感光ドラム１の表面電位を−５００Ｖとした。また、導電ブラシ２２には、電源１８から−１００Ｖ、−４００Ｖ、−７００Ｖ、−１０００Ｖの電圧を印加した状態で中間転写ベルト９から離間、及び、当接を行い、それぞれの電圧の場合に導電ブラシ２２から中間転写ベルト９に移動したトナー量を測定した。電圧の印加は、導電ブラシ２２の離間動作が開始される時には立ち上がりが完了しているように印加した。電圧の立ち上がりに約２００ｍｓｅｃ要するため、離間動作を開始する２００ｍｓｅｃ以上早く電圧の印加を開始した。さらに、電圧を印加した状態で当接動作を行った。また、当接動作開始から、当接が完了するまでは約７００ｍｓｅｃ要する（図２参照）。

図３は、導電ブラシ２２に印加した電圧に対する吐き出しトナー量を示す検討結果である。図３の結果によると、導電ブラシ２２への負極性電圧印加が大きいほど吐き出されたトナー量が多くなる。これは、印加電圧が大きいほど、導電ブラシ２２が当接又は離間時に導電ブラシ２２と中間転写ベルト９間のギャップで発生する放電電流が多くなり、導電ブラシ２２に付着したトナーが負極性に帯電される易くなるためである。

このように導電ブラシ２２に電圧を印加した状態で、当接離間動作を行うことで、導電ブラシ２２から効率よくトナーを吐き出すことができる。また、吐き出されたトナーは、負極性に帯電されているので感光ドラム１へ容易に回収される。

比較例として、導電ブラシ２２が中間転写ベルト９に当接された状態で導電ブラシ２２に電圧を印加して、導電ブラシ２２から吐き出されたトナー量を測定した（図４参照）。導電ブラシ２２に−１００Ｖ、−４００Ｖ、−７００Ｖ、−１０００Ｖの電圧を印加し、それぞれの電圧における吐き出しトナー量の測定を行った。

図５は、導電ブラシ２２に印加した電圧に対する吐き出しトナー量を示す検討結果である。導電ブラシ２２から吐き出されたトナー量は、印加電圧の増加に伴い多くなるが、実施例効果検討の時と比較すると少ない。

導電ブラシ２２が中間転写ベルト９に当接された状態では、電圧印加によって発生する電流のほとんどは、注入電流として導電ブラシ２２から中間転写ベルト９へと直接流れる。そのため、実施例のように放電ギャップが形成された時とくらべると放電電流の発生量は小さい。注入電流はほとんどトナーを通過しないため、トナーの帯電量も小さくなり吐き出されるトナー量も少なくなる。また、吐き出されたトナーもあまり帯電されていないため、感光ドラムへのトナー回収量も少なくなる。

以上の検討結果から、実施例１の方法で導電ブラシ２２に付着したトナーの吐き出しを行うと、導電ブラシ２２の当接、或いは、離間の際に導電ブラシ２２と中間転写ベルト９との間に形成された空間ギャップで放電電流が発生する。そして、トナーの帯電が行われる。そのため本実施例によると、当接離間動作を行わず、導電ブラシ２２に電圧を印加する比較例と比べて効率良くトナーを吐き出すことが可能となる。また、吐き出されたトナーは帯電されているため容易に感光ドラムへ回収される。

以上の検討では、トナー帯電部材として繊維径の細い導電ブラシ２２を使用したため、放電電流が発生し易く、電圧印加が−１００Ｖであっても効果は得られた。しかし、耐久による繊維抵抗の上昇や繊維の倒れ、中間転写ベルト９の抵抗上昇等の要因により、放電電流が発生しにくくなり、−１００Ｖの電圧印加では十分な効果が得られない可能性がある。このため、印加電圧は大きい程望ましく、少なくともパッシェン曲線に定められる放電閾値電圧以上であることが望ましい。本実施例では、帯電部材として導電ブラシを用いて説明したが、導電ブラシ以外の帯電ローラを用いることが可能である。

実施例２
画像形成を連続で行う場合（以下、「連続プリント」という。）、導電ブラシ２２は、２次転写が開始される直前に中間転写ベルト９に当接される。そして、当接後で、かつ、２次転写残留トナーが導電ブラシ２２を通過する前に導電ブラシ２２に正極性の直流電圧が印加される。導電ブラシ２２を通過する残留トナーは、正極性に帯電されるため、感光ドラムへ逆転写される。また、次の画像の１次転写は、前の画像のブラックの１次転写が終了後すぐ実行されるため、残留トナーの逆転写と同じタイミングで実行される。残留トナーの後端が導電ブラシ２２を通過後、導電ブラシ２２に印加されていた電圧は遮断され、導電ブラシ２２は離間される。

残留トナーは、導電ブラシ２２によって正極性に帯電されるが、一部帯電されないトナーが存在する。これらのトナーは導電ブラシ２２に付着するため、プリント枚数の増加に伴い、導電ブラシ２２には多くのトナーが付着する。

そこで、本実施例２では、連続プリント中、プリント速度を落とすことなく、１枚ごとに導電ブラシ２２に付着したトナーを吐き出し、かつ感光ドラムへ回収するため、次のことを行った。つまり、連続プリント中における導電ブラシ２２の当接離間動作を＋１０００Ｖの電圧を印加しながら１枚毎に行った（図６参照）。本実施例における画像形成装置の構成は、実施例１と同様である。

導電ブラシ２２に付着しているトナーの極性はほとんどが負極性であるが、一部正極性のトナーが存在するため、これらのトナーが導電ブラシ２２に正極性の電圧を印加することで吐き出される。また、導電ブラシ２２が中間転写ベルト９に当接、又は、離間する際に発生する放電電流が、導電ブラシ２２に付着しているトナーを通過することによって、導電ブラシ２２に付着したトナーが正極性に帯電されるため、これらのトナーも吐き出される。連続プリント中、１次転写電圧は正極性の電圧が印加されているため、吐き出されたトナーは、直ちに感光ドラムへ逆転写される。

以上のように、実施例２の方法で導電ブラシ２２の当接離間動作を行うことで、連続プリント中に導電ブラシ２２に付着したトナーを吐き出すことができ、吐き出されたトナーをただちに感光ドラムへ逆転写させることができる。

１ 感光ドラム（像担持体）
９ 中間転写ベルト（中間転写体）
１８ 導電ブラシ電源
２２ 導電ブラシ（帯電部材）
２３、２４ 当接離間機構

Claims (3)

1. トナー像を担持する像担持体と、移動可能であり前記像担持体から転写材にトナー像を転写するための中間転写体と、転写材に転写されず前記中間転写体上に残留したトナーを帯電するための帯電部材と、前記帯電部材に電圧を印加するための電源と、前記帯電部材を前記中間転写体に対して当接離間する当接離間機構と、を有する画像形成装置において、
   前記帯電部材に電圧を印加した状態で前記帯電部材を前記中間転写体に当接するか、又は、前記帯電部材に電圧を印加した状態で前記帯電部材を前記中間転写体から離間し、前記当接又は離間時に発生する放電電流によって前記帯電部材に付着しているトナーを前記帯電部材に印加している電圧の極性と同極性に帯電して、該トナーを前記帯電部材から前記中間転写体へと吐き出すことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電部材は、導電ブラシであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記導電ブラシは、前記中間転写体に摺動当接することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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