JP3372734B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、静電方式の複写
機、プリンタ、ファクシミリ装置等の静電方式の画像形
成装置に関する。特に、転写後に残留する現像剤を現像
装置によって回収するようにした、いわゆるクリーニン
グレスの画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より現像剤として非磁性一成分のト
ナーを使用する静電方式の画像形成装置が知られてい
る。かかる装置では、通常、感光体ドラムに形成された
静電潜像を現像するのに現像ローラが用いられ、現像ロ
ーラを感光体ドラム表面に接触させる接触現像方式が採
用されている。また、現像されたトナー像は、感光体ド
ラム表面から用紙に転写されるが、転写後の感光体ドラ
ム表面には、残留トナーが付着している。この残留トナ
ーは、クリーニング装置によって回収されていることが
多いが、中には、クリーニング装置を省略した、いわゆ
るクリーニングレスの構成も知られている。

【０００３】図１に、現像剤として非磁性一成分のトナ
ーを使用し、現像ローラを用いた接触現像方式で、か
つ、いわゆるクリーニングレスの画像形成装置の概要を
示す。感光体ドラム１は、矢印２方向に一定速度で回転
される。感光体ドラム１の周囲には、感光体ドラム１の
回転方向２に沿って、メインチャージャ３、露光装置
９、現像ローラ４、転写チャージャ５およびブラシ６が
配置されている。メインチャージャ３の放電により感光
体ドラム１の表面は所定の電位に帯電される。感光体ド
ラム１が矢印２方向に回転すると、帯電された表面は、
露光装置９により、画像に対応した光で露光される。こ
れにより感光体ドラム１の表面に静電潜像が形成され
る。感光体ドラム１がさらに回転すると、その表面の静
電潜像は現像ローラ４に接し、非磁性一成分のトナーに
より現像される。トナー像は、転写チャージャ５と対向
する位置になったとき、送られてくる用紙に転写され
る。転写後の感光体ドラム１表面には、通常、残留トナ
ーが付着している。また、用紙の紙粉が付着している。
ブラシ６は、感光体ドラム１表面に付着した残留トナー
をばらすために、かつ、紙粉を回収するために設けられ
ている。「ばらす」とは、感光体ドラム１表面におい
て、ドラム表面の電荷と、トナーとが強く静電結合して
いる状態を弱めるということである。また、ブラシ６に
は、トナーのばらし効果を高めるため、および紙粉の回
収効率を向上させるため、一定電位がバイアスされてい
ることが多い。

【０００４】この場合、ブラシ６は、物理的に残留トナ
ーをばらすとともに、所定電位がバイアスされているの
で、電気的にも残留トナーをばらす。また、ブラシ６が
残留トナーをばらす際に、ブラシ６にも多少の残留トナ
ーが付着する。この付着は、紙粉の吸着と異なり、積極
的にブラシ６にトナーを吸着させようとした結果ではな
く、ブラシ６が感光体ドラム１表面と接しているので、
自然に付着してしまうためである。

【０００５】ブラシ６を通過した感光体ドラム１の表面
は、ドラム表面の電荷とトナーの静電結合が弱められ、
トナー粒子が感光体ドラム１表面に緩く静電付着した状
態となっている。上記状態のドラム表面がメインチャー
ジャ３に対向すると、次の画像形成のために、メインチ
ャージャ３により再び感光体ドラム１の表面は所定の高
電位に帯電される。そして露光装置９により画像に対応
した光で露光され、現像ローラ４へと移動する。この場
合において、感光体ドラム１表面に残っている残留トナ
ーはその量が少なく、しかもブラシ６でばらされている
から、メインチャージャ３による再帯電や露光装置９に
より露光が行われる際に、残留トナーが形成される静電
潜像を乱すことはない。

【０００６】感光体ドラム１上の残留トナーが現像ロー
ラ４に達したとき、現像ローラ４に印加されているバイ
アスと感光体ドラム１の表面電位との電位差から生じる
クーロン力により、残留トナーは現像ローラ４側に引き
寄せられ、残留トナーの回収が行われる。このとき同時
に、現像ローラ４は、静電潜像をトナー像に現像する。

【０００７】以上のように、残留トナーを現像ローラ４
で回収する構成にすることによっていわゆるクリーニン
グレス構造が実現されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１のよう
な構成において、感光体ドラム１の表面電位の変化を観
察すると、図２のようになる。図２では、縦軸に感光体
ドラム１の表面電位、横軸に感光体ドラム１表面の移動
状態が示されている。また、感光体ドラム１の表面電位
の変化は、メインチャージャ３および転写チャージャ５
によって引き起こされるから、メインチャージャ３のオ
ンタイミングおよび転写チャージャ５のオンタイミング
も示されている。

【０００９】感光体ドラム１の表面電位は、まず、メイ
ンチャージャ３がオンして放電を開始することにより高
電位に帯電される。たとえば、メインチャージャ３がプ
ラス放電の場合、感光体ドラム１の表面電位は、たとえ
ば＋８００Ｖに帯電される。この状態で、露光されなけ
れば、感光体ドラム１は、そのままの表面電位で転写チ
ャージャ５に対向する位置に来る。なお、簡単のため
に、ドラム表面の暗減衰等は考えないことにする。

【００１０】転写チャージャ５がオンされると、転写チ
ャージャ５によりメインチャージャとは逆の放電、たと
えばマイナス放電がされる。これにより転写チャージャ
５に対向するドラムの表面電位は下がる。感光体ドラム
１の表面電位の低下量は、転写チャージャ５の放電量に
比べて少ない。なぜなら、感光体ドラム１と転写チャー
ジャ５との間には、トナーが転写されるべき用紙が介在
しているからである。転写チャージャ５から放電される
マイナス電荷は、この用紙に帯電され、感光体ドラム１
の表面電荷を中和する割合は少ない。それゆえ、感光体
ドラム１の表面電位の低下は比較的少ないのである。

【００１１】ところが、転写チャージャ５がオンした瞬
間には、感光体ドラム１の表面電位のオーバーシュート
が発生する。オーバーシュートが発生した部分は、感光
体ドラム１の軸方向に延びる細長い帯状の低電位表面と
なる。この細長い帯状の低電位表面がブラシ６に対向す
ると、ブラシ６に付着している残留トナーが、この帯状
の低電位表面に静電吸引される。その結果、感光体ドラ
ム１の表面には、所望しない帯状トナー像が生じ、この
帯状のトナー像は次の画像上に現れてしまう。すなわ
ち、図３に示すように、次の画像が転写された用紙に、
黒帯８が生じてしまう。

【００１２】かかる現象は、使用に伴い、ブラシ６に付
着したトナーが増えるに従って顕著に現れてしまう。そ
こでこの発明の目的は、いわゆるクリーニングレスが実
現された画像形成装置において、形成される画像に、上
述のような不所望の帯状部分が生じることを防止した画
像形成装置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明は、ある局面か
ら見ると、感光体と、この感光体の表面に静電潜像を形
成する手段と、形成された静電潜像を現像剤で現像する
現像手段と、現像された像を所定のシート体に転写する
手段とを備え、転写後の感光体の表面に残った現像剤を
前記現像手段によって回収するようにした画像形成装置
であって、転写後で、静電潜像が形成される前の感光体
の表面に接触し、感光体表面に残った現像剤をばらすた
めのばらし部材と、ばらし部材に接続された定電流電源
とを含み、定電流電源によって、感光体表面からばらし
部材に予め定める一定値のバイアス電流が流れ込むよう
にしたことを特徴とするものである。

【００１４】またこの発明は、他の局面から見ると、前
記画像形成装置において、前記定電流電源によってばら
し部材に流れ込む予め定める一定値のバイアス電流をＡ
０としたとき、Ａ０≧５（μＡ）であることを特徴とす
るものである。上述の構成によれば、ばらし部材に対す
るバイアスが、定電流電源によって行われている。よっ
てばらし部材には、常に一定の電流値が流れ込む。ばら
し部材に一定の電流値が流されていると、ばらし部材に
付着した現像剤を一定の静電結合状態で保持することが
できる。それゆえ感光体表面の電位変化に関わらず、ば
らし部材に付着した現像剤は、感光体に付着しないよう
にできる。

【００１５】ばらし部材に与えるバイアス電流値をＡ０
としたとき、Ａ０≧５（μＡ）とすることが好ましい。
この値は、実験により得られたものであり、余裕量を見
た値である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下には、図面を参照して、この
発明の一実施形態について具体的に説明をする。図４
は、この発明の一実施形態にかかる画像形成装置の概略
構成図である。この画像形成装置には、感光体ドラム１
１が備えられている。感光体ドラム１１は、矢印１２方
向に一定速度で回転される。感光体ドラム１１の周囲に
は、矢印１２で示す回転方向に沿って、順に、メインチ
ャージャ１３、露光ユニット１０、現像装置１４、転写
ローラ１５およびブラシ１６が配置されている。

【００１７】メインチャージャ１３は、感光体ドラム１
１の表面を所定の高電位（たとえば＋８００Ｖ）に帯電
させるための放電器である。メインチャージャ１３に
は、放電ワイヤ１７およびシールドケース１８が備えら
れており、放電ワイヤ１７には、直流高電圧ユニット１
９からの電圧が印加される。また、シールドケース１８
の、感光体ドラム１１表面に対向した開口部には、放電
ワイヤ１７から放電される電位を制御するために、定電
圧ダイオード２０に接続されたグリッド２１が備えられ
ている。

【００１８】感光体ドラム１１の表面は、メインチャー
ジャ１３に対向することにより所定の高電位に帯電さ
れ、感光体ドラム１１の回転に伴い帯電領域は時計方向
に移動する。帯電されたドラム表面は、露光ユニット１
０から出力される画像データに基づいて作成された光で
露光される。光が当たった露光部は、その部分の電荷が
逃げて低電位になる。これにより感光体ドラム１１の表
面には、高電位領域と低電位領域とからなる静電潜像が
形成される。

【００１９】感光体ドラム１１がさらに回転し、静電潜
像が現像装置１４に達すると、現像装置１４によって静
電潜像はトナー像に現像される。現像装置１４には、ハ
ウジング２２と、ハウジング２２内に備えられた撹拌羽
２３と、サブローラ２４と、サブローラ２４および感光
体ドラム１１に接するように配置された現像ローラ２５
と、現像ローラ２５の周面に沿って配置されたトナー規
制板２６とが備えられている。

【００２０】撹拌羽２３は、ハウジング２２内のトナー
を撹拌して、トナーがサブローラ２４および現像ローラ
２５に万遍なく与えられるようにするためのものであ
る。サブローラ２４および現像ローラ２５は、それぞ
れ、矢印２８および２９方向に回転され、この回転によ
り、トナーを摩擦帯電させて、その周面にトナーを静電
吸着させる。サブローラ２４は、トナーをより効果的に
摩擦帯電させるために設けられている。

【００２１】この実施形態では、非磁性一成分のトナー
が使用されており、いわゆるキャリアを含まない構成で
ある。現像ローラ２５周面に付着したトナーは、トナー
規制板２６により薄層に規制される。これにより、現像
ローラ２５の周面に付着したトナーが均一になり、現像
むらがなくなる。また、現像ローラ２５は、その周面速
度が感光体ドラム１１の周面速度よりも速くなるように
回転されており、転写されるトナーが不足しないように
されている。

【００２２】さらに、サブローラ２４および現像ローラ
２５には所定のバイアス電圧が印加されている。すなわ
ち、直流電源２７によって、たとえば＋３００Ｖのバイ
アス電圧が印加されている。これにより適切な現像が行
われる。より具体的には、感光体ドラム１１の表面電位
は、露光された部分が低電位ＶＬで、他の部分は高電位
ＶＨである。一方、現像ローラ２５は、現像バイアス電
圧により、プラス電位ＶＭに帯電されている。ここで現
像ローラ２５の電位ＶＭ（たとえば＋３００Ｖ）は、感
光体ドラム１１表面の未露光領域の高電位ＶＨ（たとえ
ば＋８００Ｖ）よりも低く、露光領域の低電位ＶＬ（た
とえば＋１００Ｖ）よりも高くされている。よって、現
像ローラ２５の表面に付着したトナーは、静電気的に、
感光体ドラム１１表面の露光領域にのみ吸着されて、現
像が行われる。

【００２３】感光体ドラム１１表面のトナー像の先端が
転写ローラ１５と対向するのに合わせて、図示しない搬
送経路から用紙が送られ、該用紙は感光体ドラム１１と
転写ドラム１５の間を通過される。転写ローラ１５は、
直流高電圧ユニット３０に接続されており、マイナス電
位が与えられている。それゆえ転写ローラ１５に裏面側
が接する用紙は、マイナス電位に帯電されて、該用紙の
電位は感光体ドラム１１の表面電位を低下させる。ま
た、マイナス電位にされた用紙には、プラス帯電された
感光体ドラム１１表面のトナーが転写される。

【００２４】転写が終わった感光体ドラム１１の表面
は、理想的にはトナーが全くない状態になるべきである
が、実際には、転写されなかったいくらかの残留トナー
が付着したままの状態である。また、感光体ドラム１１
の表面に用紙が接することにより、用紙から生じる紙粉
等も残留トナーとともに感光体ドラム１１の表面に付着
している。

【００２５】感光体ドラム１１の残留トナー付着領域
は、ブラシ１６を通過する際に、ブラシ１６の先で残留
トナーが掻き乱されてばらされ、残留トナーと感光体ド
ラム１１表面の静電結合が弱められる。また、電気的に
も残留トナーと感光体ドラム１１表面との静電結合を弱
めるべく、ブラシ１６には、定電流電源３１によって一
定電流のバイアスがかけられている。このバイアスは、
感光体ドラム１１の表面に付着した紙粉をブラシ１６が
吸着するのを助けるとともに、ブラシ１６に付着したト
ナーが、再び感光体ドラム１１へ吸着されるのを防止す
る。

【００２６】ところで、上述の実施形態では、転写を行
うのに、転写チャージャではなく転写ローラ１５を用い
ているが、転写ローラ１５を用いた場合にも、転写ロー
ラ１５への電圧印加の瞬間には、感光体ドラム１１の表
面電位はオーバーシュートを起こし、その結果、軸方向
に延びる細長い帯状の低電位領域が発生する。ところ
が、ブラシ１６は、定電流電源３１によって、常時一定
電流が流れるようにバイアスされているので、帯状低電
位領域がブラシ１６を通過する際にも、ブラシ１６に溜
まったトナーは、ブラシ１６に流れる定電流のため、感
光体ドラム１１側へは移らない。つまり、たとえ感光体
ドラム１１のオーバーシュート領域がブラシ１６を通過
しても、ブラシ１６に溜まったトナーが感光体ドラム１
１のオーバーシュート領域に再付着することがない。よ
って、先行技術で説明した帯状部は生じない。

【００２７】次に、定電流電源３１によるブラシ１６へ
のバイアス電流値について説明をする。まず、ブラシ１
６から感光体ドラム１１にトナーが移るメカニズムを説
明する。図５に示すように、トナーがブラシ１６に引き
つけられる力Ｑ１と、感光体ドラム１１に引きつけられ
る力Ｑ２とのどちらが強いかによって、トナーが感光体
ドラム１１に移るか否かが決定される。よって、感光体
ドラム１１表面のオーバーシュート領域に、ブラシ１６
に溜まったトナーを付着させないためには、ブラシ１６
のバイアスをトナーと逆極性にしなければならない。ま
た、その大きさは、感光体ドラム１１のオーバーシュー
ト領域とトナー間の電荷より、ブラシ１６とトナー間の
電荷の方が大きくなるように設定しなければならない。

【００２８】ところで、ブラシ１６を定電圧バイアスし
た場合、ブラシ１６に紙粉等が付着することにより、ブ
ラシ１６に流れる電流値が変動する。そしてブラシ１６
を流れる電流値の変動は、ブラシ１６のばらし能力を変
動させるとともに、ブラシ１６とトナー間の電荷を変化
させてしまう。このことから、本願の発明者は、ブラシ
１６に与えるバイアスは、電圧値ではなく、その電流値
が重要であると考えた。 そこで、オーバーシュート領
域にトナーを付着させないためのブラシ１６への流れ込
み電流の値を明確にするために、ブラシ１６への流れ込
み電流値を可変させたときの、オーバーシュート領域へ
のトナーの付着量を、ブラシ跡画像濃度（ブラシ跡Ｉ
Ｄ）として測定した。その結果を、図６に示す。

【００２９】図６では、横軸がブラシ１６への流れ込み
電流（μＡ）、縦軸がブラシ跡ＩＤを示している。ただ
し、図６におけるブラシ流れ込み電流は、感光体ドラム
１１に所定の表面電位を与え、そのときのブラシ流れ込
み電流を計測した結果である。図７に、図６のグラフを
得た計測方法を示す。図７において、３２は電流計、３
３は直流電源である。なお、その他の番号を付した部分
は、図４に示すものと同様であり、ここでの説明は省略
する。

【００３０】図６から明らかなとおり、ブラシ流れ込み
電流が、２μＡ以上の場合は、ブラシ跡ＩＤは０であ
り、オーバーシュート領域へのトナーの付着がないこと
がわかる。そこで、本発明者は、電流値の余裕度を考慮
して、図４に示す画像形成装置において、定電流電源３
１によりブラシ１６に加えるバイアス電流量Ａ０は、 Ａ０≧５（μＡ） が好ましいとの結論をした。

【００３１】以上説明した実施形態では、定電流電源３
１によるブラシ１６へのバイアス電流量Ａ０は、Ａ０≧
５（μＡ）であることが好ましいとしたが、この発明
は、これに限定されるものではない。すなわち、この発
明の特徴は、ブラシ１６に対して、定電流電源３１を用
いて所定の一定電流バイアスをかけるということが特徴
である。それゆえこの特徴が含まれるのであれば、種々
の設計変更等が可能であり、感光体ドラム１１の直径等
が変わったり、ブラシ１６の材質等が変わることによ
り、バイアス電流値も調整すればよい。

【００３２】この実施形態の説明では、現像剤として非
磁性一成分のトナーを使用し、現像ローラによる接触現
像方式の画像形成装置について説明した。しかし、この
発明は、かかる方式の画像形成装置に限定されるもので
はなく、いわゆるクリーニングレスが実現された画像形
成装置全般に適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、いわゆるクリーニン
グレスが実現された画像形成装置において、形成される
画像に、不所望の帯状画像が生じないようにすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】現像剤として非磁性一成分のトナーを使用し、
現像ローラを用いた接触現像方式で、かつ、いわゆるク
リーニングレスの従来の画像形成装置の概要を示す。

【図２】画像形成装置における、感光体ドラムの表面電
位の変化を示すグラフである。

【図３】用紙上に現れた不所望の黒帯を示す図である。

【図４】この発明の一実施形態にかかる画像形成装置の
概略構成図である。

【図５】ブラシから感光体ドラムにトナーが移るメカニ
ズムを説明するための図である。

【図６】ブラシへの流れ込み電流とブラシ跡画像濃度
（ブラシ跡ＩＤ）との関係を表す測定グラフである。

【図７】図６のグラフを得るための測定方法を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１ 感光体ドラム １３ メインチャージャ １４ 現像装置 １５ 転写ローラ １６ ブラシ ２５ 現像ローラ ２６ トナー規制板 ３１ 定電流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−346751（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−267282（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−118875（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03C 15/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】感光体と、この感光体の表面に静電潜像を
   形成する手段と、形成された静電潜像を現像剤で現像す
   る現像手段と、現像された像を所定のシート体に転写す
   る手段とを備え、転写後の感光体の表面に残った現像剤
   を前記現像手段によって回収するようにした画像形成装
   置であって、 転写後で、静電潜像が形成される前の感光体の表面に接
   触し、感光体表面に残った現像剤をばらすためのばらし
   部材と、ばらし部材に接続された定電流電源とを含み、
   定電流電源によって、感光体表面からばらし部材に予め
   定める一定値のバイアス電流が流れ込むようにしたこと
   を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の画像形成装置において、 前記定電流電源によってばらし部材に流れ込む予め定め
   る一定値のバイアス電流をＡ０としたとき、 Ａ０≧５（μＡ） であることを特徴とする画像形成装置。