JP3619136B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクリーナレスの転写方式画像形成装置に関する。より詳しくは、転写工程後の像担持体上に残余する現像剤（トナー）を現像装置において現像同時クリーニングで像担持体上から除去・回収し再利用するようにしてクリーニング装置を廃したクリーナレス方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、回転ドラム型を一般的とする像担持体である感光体、その感光体を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電装置（帯電工程）、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としての露光装置（露光工程）、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顕像化する現像装置（現像工程）、上記トナー画像を感光体面から紙などの転写材に転写する転写装置（転写工程）、転写工程後の感光体上に多少ながら残余するトナーを除去して感光体面を清掃するクリーニング装置（クリーニング工程）、転写材上のトナー画像を定着させる定着装置（定着工程）などから構成されており、感光体は繰り返して電子写真プロセス（帯電・露光・現像・転写・クリーニング）が適用されて作像に供される。
【０００３】
転写工程後の感光体上に残余するトナーはクリーニング装置により感光体面から除去されてクリーニング装置内に溜って廃トナーとなるが、環境保全や資源の有効利用等の点からそのような廃トナーは出ないことが望ましい。
【０００４】
そこで、クリーニング装置にて回収されている転写残トナーいわゆる廃トナーを現像装置に戻して再利用する画像形成装置がある。
【０００５】
また、クリーニング装置を廃し、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において「現像同時クリーニング」で感光体上から除去・回収し再利用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置がある。
【０００６】
現像同時クリーニングは、転写後の感光体上の転写残トナーを次工程以降の現像工程時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像の現像工程過程時にかぶり取りバイアス（現像装置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、トナーで現像されるべきではない感光体面部分上（非画像部）に存在する転写残トナーは現像装置に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装置に回収されて次工程以降の静電潜像の現像に再利用されるため、廃トナーをなくし、また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画像形成装置の小型化にも有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ａ）上述したような、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置において、感光体の帯電装置が感光体に当接して感光体面を帯電処理する接触帯電装置であるときには、感光体上の転写残トナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に、転写残トナー中の特に帯電極性が正規極性とは逆極性に反転しているトナーが接触帯電装置に付着して接触帯電装置を許容以上にトナー汚染させて帯電不良の原因となってしまう。
【０００８】
すなわち、現像剤としてのトナーには、量的には少ないけれども、帯電極性がもともと正規極性とは逆極性に反転しているトナーが混在している。また帯電極性が正規極性のトナーであっても転写バイアスや剥離放電等に影響されて帯電極性が反転するものや、除電されて帯電量が少なくなるものもある。
【０００９】
従って、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性の反転トナー、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に接触帯電装置に付着し易い。
【００１０】
ｂ）また、感光体上の転写残トナーを現像装置の現像同時クリーニングにて除去・回収するためには、帯電部を通過して現像部に持ち運ばれる感光体上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光体の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光体上から現像装置に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。
【００１１】
ｃ）上記ａ）の接触帯電装置へのトナーの付着は、転写部から帯電部へ持ち運ばれる、帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの、帯電量が少ないものが混在している感光体上の転写残トナーをトナー帯電量制御手段によって正規極性へと帯電付与して帯電極性を正規極性に揃えるとともに帯電量を均一化することにより防止することができる。
【００１２】
しかしながら、接触帯電装置へのトナーの付着を防止するためにトナー帯電量制御手段によって帯電付与された転写残トナーは、感光体の静電潜像を現像できるトナーの帯電量に比べて大きいため、現像装置において現像同時クリーニングにて除去・回収されにくいのである。このような場合、感光体に残留するトナーは次の画像へと重なり、不良画像を起こしてしまうのである。
【００１３】
また、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像などといった高印字率な画像の連続印字動作や、カラー化に伴い感光体上への多重現像方式などにより、一度に大量の転写残トナーの発生により、上述のような問題を更に助長させてしまうのである。
【００１４】
そこで本発明は、転写工程後の像担持体上の転写残現像剤を現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置について、帯電手段への転写残現像剤の付着を防止するとともに、現像手段での転写残現像剤の回収も効率的になされるようにすることで、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。
【００１６】
（１）像担持体と、
像担持体面を帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記転写手段より下流に位置していて、前記現像剤像を転写材に転写した後の像担持体上に残留する残留現像剤を帯電する第一の現像剤帯電量制御手段と、
前記第一の現像剤帯電量制御手段より下流かつ前記帯電手段より上流に位置していて、像担持体面上に残留する残留現像剤を帯電する第二の現像剤帯電量制御手段と
を有し、現像剤転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を第一の現像剤帯電量制御手段で正規とは逆の極性で帯電処理し、その帯電処理された像担持体上の残留現像剤を第二の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、前記帯電手段で前記像担持体面を帯電すると同時に、適正帯電量にすることを特徴とした画像形成装置。
【００１７】
（２）前記帯電手段は接触帯電方式であることを特徴とする（１）の画像形成装置。
【００１８】
（３）前記帯電手段に振動電界を印加することを特徴とする（１）または（２）の画像形成装置。
【００１９】
（４）前記情報書き込み手段は露光手段であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかの画像形成装置。
【００２０】
（５）像担持体と、
像担持体面を帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記転写手段より下流に位置していて、前記現像剤像を転写材に転写した後の像担持体上に残留する残留現像剤を帯電する第一の現像剤帯電量制御手段と、
前記第一の現像剤帯電量制御手段より下流かつ前記帯電手段より上流に位置していて、像担持体面上に残留する残留現像剤を帯電する第二の現像剤帯電量制御手段と
を有し、現像剤転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を第一の現像剤帯電量制御手段で正規とは逆の極性で帯電処理し、その帯電処理された像担持体上の残留現像剤を第二の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、前記帯電手段で前記像担持体面を帯電すると同時に、前記第二の現像剤帯電量制御手段で帯電処理されたときの帯電量の絶対値よりも小さい絶対値の帯電量にすることを特徴とした画像形成装置。
【００２１】
（６）前記帯電手段は接触帯電方式であることを特徴とする（５）の画像形成装置。
【００２２】
（７）前記帯電手段に振動電界を印加することを特徴とする（５）または（６）の画像形成装置。
【００２３】
（８）前記情報書き込み手段は露光手段であることを特徴とする（５）から（７）のいずれかの画像形成装置。
【００２４】
〈作 用〉
即ち本発明は、転写工程後の像担持体上の転写残現像剤（転写残トナー）を現像手段において現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置について、転写残現像剤の像担持体上の分布を均一化し、トリボを制御し、クリーナレスシステムのメリットを得るものであり、転写残現像剤のトリボを、現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、帯電手段で適正帯電量にするものであり、
ａ）転写部から帯電部へ持ち運ばれる像担持体上の転写残現像剤のトリボを現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理することで転写残現像剤の帯電手段への付着を防止しつつ、
ｂ）帯電手段で像担持体面を所定の電位に帯電すると同時に、上記の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理された転写残現像剤の帯電量を、現像手段によって像担持体の静電潜像を現像できる適正帯電量に制御することで現像手段での転写残現像剤の回収も効率的になされるようにした。
【００２５】
ｃ）上記において帯電手段よる転写残現像剤の適正帯電量とは、より具体的には、現像剤帯電量制御手段で帯電処理されたときの帯電量の絶対値よりも小さい絶対値の帯電量である。これにより、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
以下、実施例の画像形成装置（画像記録装置）について説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
（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、感光ドラムと記す）である。この感光ドラム１は負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）で、外径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。
【００２９】
この感光ドラム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。
【００３０】
ｂ）帯電手段
２は感光ドラム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。
【００３１】
この帯電ロ一ラ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せると共に、押し圧ばね２ｅによって感光ドラム方向に付勢して感光ドラム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、感光ドラム１の回転に従動して回転する。感光ドラム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。
【００３２】
帯電ローラ２の芯金２ａには電源Ｓ１より所定の条件の帯電バイアス電圧が印加されることにより回転感光ドラム１の周面が所定の極性・電位に接触帯電処理される。本例において、帯電ローラ２に対する帯電バイアス電圧は直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【００３３】
より具体的には、
とを重畳した振動電圧であり、感光ドラム１の周面は−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。
【００３４】
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、中間層２ｃは帯電ローラ全体として均一な抵抗を得るための導電層であり、表層２ｄは感光ドラム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。
【００３５】
より具体的には、本例の帯電ロ一ラ２の仕様は下記のとおりである。
【００３６】
芯金２ａ ；直径６ｍｍのステンレス丸棒
下層２ｂ ；カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ３、体積抵抗値１０２〜１０９Ωｃｍ、層厚３．０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ
中間層２ｃ；カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０２〜１０６Ωｃｍ、層厚７００μｍ
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１０７〜１０１０Ωｃｍ、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層２ｄの付着汚染物（微粉トナー、外添剤など）の除去がなされる。
【００３７】
ｃ）情報書き込み手段
３は帯電処理された感光ドラム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装置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。
【００３８】
ｄ）現像手段
４は感光ドラム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。
【００３９】
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内に回転可能に配設してある。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。
【００４０】
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１０１３Ωｃｍ、粒径は約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。
【００４１】
現像スリーブ４ｂは感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐと称する）を３５０μｍに保たせて感光ドラム１に近接させて対向配設してある。この感光ドラム１と現像スリーブ４ａ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において感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。現像スリーブ４ｂには電源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）と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
とを重畳した振動電圧である。
【００４２】
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。
【００４３】
このとき感光ドラム上に現像されたトナーの帯電量は−２５μＣ／ｇである。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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転写材（被転写部材、記録材）Ｐが給送される。
【００４７】
転写部ｄに給送された転写材Ｐは回転する感光ドラム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。
【００４８】
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。
【００４９】
（２）クリーナレスシステムおよびトナー帯電量制御
本例のプリンタはクリーナレスであり、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光ドラム１面に若干量残留する転写残トナーを除去する専用のクリーニング装置は具備させていない。転写後の感光ドラム１面上の転写残トナーは引き続く感光ドラム１の回転に伴い帯電部ａ、露光部ｂを通って現像部ｃに持ち運ばれて、現像装置３により現像同時クリーニング（回収）される（クリーナレスシステム）。
【００５０】
感光ドラム１面上の転写残トナーは露光部ｂを通るので露光工程はその転写残トナー上からなされるが、転写残トナーの量は少ないため、大きな影響は現れない。
【００５１】
ただ前述のように、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが帯電部ａを通過する際に帯電ローラ２に付着することで帯電ローラが許容以上にトナー汚染して帯電不良を生じることになる。
【００５２】
また、感光ドラム１面上の転写残トナーの現像装置３による現像同時クリーニングを効果的に行なわせるためには、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光ドラムの静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光ドラム上から現像装置に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。
【００５３】
また、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像などといった高印字率な画像などの連続の印字動作などにより、一度に大量の転写残トナーの発生により、上述のような問題を更に助長させてしまうのである。
【００５４】
そこで本実施例においては、転写部ｄよりも感光ドラム回転方向下流側で帯電部ａよりも上流側の位置に、感光ドラム１上の転写残トナーを均一化し、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えるために、第一のトナー（現像剤）帯電量制御手段７と第二のトナー帯電量制御手段８を設けている。
【００５５】
本実施例では、第一のトナー帯電量制御手段７と第二のトナー帯電量制御手段８は、適度の導電性を持ったブラシ状部材であり、ブラシ部を感光ドラム１面に接触させて配設してある。
【００５６】
第一のトナー帯電量制御手段７は正極性の電圧が電源Ｓ４より印加されている。
【００５７】
第二のトナー帯電量制御手段８は負極性の電圧が電源Ｓ５より印加されている。
【００５８】
ｅは第一のトナー帯電量制御手段７と感光ドラム１面の接触部である。様々の極性である転写残トナーのなかの、ゼロもしくは負極性に帯電されているトナーは一旦この第一のトナー帯電量制御手段７に吸引される。ここで第一のトナー帯電量制御手段７が抱え得るトナー量には限界があるため、飽和状態に達した後は徐々にトナーが離脱して感光体面に付着して搬送されるが、その時のトナーの極性は正になる。また、トナーの分布は均一化されるのである。
【００５９】
ｆは第二のトナー帯電量制御手段８と感光ドラム１面の接触部である。第二のトナー帯電量制御手段８を通過する感光ドラム１上の転写残トナーはその帯電極性が正規極性である負極性に揃えられる。第一のトナー帯電量制御手段７で、トナーは正極性に揃えられているため、より効果的に負極性に揃えられるのである。この第二のトナー帯電量制御手段８で、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えることにより、さらに下流に位置する帯電部ａで、該転写残トナーの上から感光ドラム１面上を帯電処理する際に、感光ドラム１への鏡映力が大きくし、転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止するのである。
【００６０】
ここで、第二のトナー帯電量制御手段８への印加電圧と、このトナー帯電制御手段を通過後のトナー帯電量の関係を図３に示す。
【００６１】
第二のナー帯電制御手段８に到る転写残トナーはその前に第一のトナー帯電量制御手段７を通ることで正規極性（負）とは逆の極性（正）に揃えられているので、第二のトナー帯電量制御手段８に電圧を印加させていないときは、この第二のトナー帯電量制御手段８を通過後のトナーは正規極性（負）とは逆の極性（正）に揃えられている状態のものである。
【００６２】
また、第二のトナー帯電量制御手段８に電圧を印加させていくことにより、第二のトナー帯電量制御手段８を通過後のトナー帯電量を増加していき、ある値以上において飽和する。本実施例において使用したトナーにおいて、飽和したときの帯電量は−９０μＣ／ｇであった。
【００６３】
次に帯電部ａに転写残トナーが進入前の、転写残トナー量を１としたときの、転写残トナー帯電量と帯電ローラ２への付着量の関係を表したグラフを図４に示す。転写残トナーの帯電量を大きくすることによって、付着量が低下していることがわかる。また、このときの転写残トナーの帯電ローラ２への付着による帯電不良画像の発生は、−５５μＣ／ｇ以下の転写残トナーの帯電量の時に発生した。
【００６４】
本実施例のおいては、第二のトナー帯電制御手段８への印加電圧は−８００Ｖとし、第二のトナー帯電量手段８を通過後の転写残トナーの帯電量は、−７０μＣ／ｇとした。
【００６５】
次に現像工程における転写残トナーの回収について述べる。
【００６６】
現像装置４は上述したとおりで、現像と同時に転写残トナーを清掃するクリーナレス方式である。感光ドラム１上の現像されたトナー帯電量は前述したように、本実施例においては−２５μＣ／ｇである。ここで、本実施例における現像条件において、転写残トナーが現像装置４に回収されるための帯電量との関係を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
感光ドラム１上の転写残トナーが現像装置４に回収されるためのトナー帯電量は、適正であることが必要である。
【００６９】
しかしながら、上述したように帯電ローラ２へのトナー付着を防止するために、第二のトナー帯電量制御手段８によって負極性に大きく帯電された転写残トナーを、現像装置４において回収させるためには、除電を行う必要がある。
【００７０】
ここで帯電量が−７０μＣ／ｇの感光ドラム１上のトナーが、帯電ローラ２を通過した後のトナー帯電量と、帯電ローラ２への印加交流電圧のＶｐｐとの関係を図５に示す。交流電圧のＶｐｐを大きくするにつれ、除電されていることがわかる。
【００７１】
帯電ローラ２には感光ドラム１の周面を帯電処理するために、交流電圧（周波数ｆ１０００Ｈｚ、Ｖｐｐ１４００Ｖ）が印加されていることにより、転写残トナーは交流除電されるのである。よって、帯電部ａを通過後のトナー帯電量は−３０μＣ／ｇとなる。現像工程においては、トナーが現像されるべきではない感光ドラム１上の転写残トナーは、上記の理由で現像装置４に回収される。
【００７２】
かくして、転写部ｄから帯電部ａへ持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーのトリボを、第一のトナー帯電量制御手段７で正規極性とは逆の正極性に揃え、第二のトナー帯電量制御手段８で正規極性である負極性に揃えて、帯電ローラ２で感光ドラム１を帯電処理することで、転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止しつつ、帯電ローラ２で感光ドラム１を所定の電位に帯電すると同時に、上記の第二のトナー帯電量制御手段８で正規極性である負極性に帯電処理された転写残トナーの帯電量を、現像装置４によって感光ドラムの静電潜像を現像できる適切な帯電量に制御することで、現像装置４での転写残トナーの回収も効率的になされるもので、これにより、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供できる。
【００７３】
ここで、本発明におけるトナーの摩擦帯電量は、例えば以下のようにして測定することができる（ブローオフ法）。図６に摩擦帯電量測定装置の一例の模式斜視図を示す。図を参照して、底に導電性スクリーン８３のある金属製の測定容器８２に、摩擦帯電量を測定しようとする現像剤（トナーのみ、またはトナーとキャリアの混合物）を入れ、金属製のフタ８４をする。このときの測定容器８２全体の重量を秤り、これをＷ１（ｇ）とする。
【００７４】
次に、吸引機８１（少なくとも測定容器８２と接する部分は絶縁体からなる）を用いて、吸引口８７から吸引し、風量調節弁８６を調節して真空計８５に示される圧力を２４５０Ｐａとする。この状態で充分（約１分間）吸引を行ない、トナーを吸引除去する。このときの電位計８９の電位を直読し、Ｖ（ボルト）とする。８８はコンデンサーであり、この容量をＣ（μＦ）とする。また、吸引後の測定容器８２全体の重量を秤り、Ｗ２（ｇ）とする。この場合、現像剤中のトナーの摩擦帯電量Ｔ（μＣ／ｇ）は下式の如く計算される。
【００７５】
Ｔ（μＣ／ｇ）＝Ｃ×Ｖ／（Ｗ１−Ｗ２）
現像時のトナー帯電量の測定は、そのトナーを感光ドラム１面上から採集して測定容器８２に入れてなされる。
【００７６】
トナー帯電量制御手段７や８を通過した後の転写残トナーの帯電量の測定は、そのトナーを感光ドラム１面上から採集して測定容器８２に入れてなされる。
【００７７】
帯電部ａを通過した後の転写残トナーの帯電量の測定は、そのトナーを感光ドラム１面上から採集して測定容器８２に入れてなされる。
【００７８】
〈実施例２〉
本実施例の画像形成装置（プリンタ）の構成は実施例１と同様である。
【００７９】
現像剤（トナー）の帯電量は環境や現像剤の物性などにより変化する。本実施例は低湿環境下などにおいて、現像後の感光ドラム１上のトナー帯電量が−３５μＣ／ｇと、実施例１での−２５μＣ／ｇに比べ大きい場合について述べる。
【００８０】
第二のトナー帯電量制御手段８を通過後の転写残トナーのトナー帯電量は−９０μＣ／ｇである。よって、帯電部ａにおいて帯電ローラ２への転写残トナーの付着も発生せず、帯電不良の発生も無かつた。
【００８１】
また、帯電部ａを通過後の転写残トナーの帯電量は−４０μＣ／ｇであり、現像装置４への回収も良好になされた。
【００８２】
〈その他〉
１）像担持体は表面抵抗が１０９〜１０１４Ω・ｃｍの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果がえられる。表層の体積抵抗が約１０１３Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体でもよい。
【００８３】
２）可撓性の接触帯電部材は帯電ローラの他に、ファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のものも使用可能である。また各種材質のものの組み合わせでより適切な弾性、導電性、表面性、耐久性のものを得ることもできる。
【００８４】
３）接触帯電部材や現像部材に印加する振動電界の交番電圧成分（ＡＣ成分、周期的に電圧値が変化する電圧）の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。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。
【００８５】
４）像担持体としての感光体の帯電面に対する情報書き込み手段としての像露光手段は実施例のレーザ走査手段以外にも、例えば、ＬＥＤのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。ハロゲンランプや蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。要するに、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。
【００８６】
５）像担持体は静電記録誘電体などであってもよい。この場合は該誘電体面を一様に帯電した後、その帯電面を除電針ヘッドや電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の画像情報に対応した静電潜像を書き込み形成する。
【００８７】
６）静電潜像のトナー現像方式・手段は任意である。反転現像方式でも正規現像方式でもよい。
【００８８】
一般的に、静電潜像の現像方法は、非磁性トナーについてはこれをブレード等でスリーブ等の現像剤担持搬送部材上にコーティングし、磁性トナーについてはこれを現像剤担持搬送部材上に磁気力によってコーティングして搬送して像担持体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（１成分非接触現像）と、上記のように現像剤担持搬送部材上にコーティングしたトナーを像担持体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（１成分接触現像）と、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤（２成分現像剤）として用いて磁気力によって搬送して像担持体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（２成分接触現像）と、上記の２成分現像剤を像担持体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（２成分非接触現像）との４種顛に大別される。
【００８９】
７）転写手段は実施形態例のローラ転写に限られず、ブレード転写、ベルト転写、その他の接触転写帯電方式であってもよいし、コロナ帯電器を使用した非接触転写帯電方式でもよい。
【００９０】
８）転写ドラムや転写ベルトなどの中間転写体を用いて、単色画像形成ばかりでなく、多重転写等により多色、フルカラー画像を形成する画像形成装置にも本発明は適用できる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、転写工程後の像担持体上の転写残現像剤を現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置について、帯電手段への転写残現像剤の付着を防止するとともに、現像手段での転写残現像剤の回収も効率的になされるようにすることで、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の画像形成装置の概略構成模型図
【図２】感光ドラムと帯電ローラの層構成模型図
【図３】トナー帯電量制御手段に対する印加電圧と転写残トナーの帯電量の関係図
【図４】転写残トナーの帯電量と帯電ローラに対するトナー付着量の関係図
【図５】帯電ローラを通過した後のトナー帯電量と印加交流電圧のＶｐｐとの関係図
【図６】摩擦帯電量測定装置を示す模式斜視図
【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・・第一のトナー帯電量制御手段（現像剤帯電量制御手段）、８・・第二のトナー帯電量制御手段（現像剤帯電量制御手段）、Ｓ１〜Ｓ５・・バイアス電圧印加電源
【発明の属する技術分野】
本発明はクリーナレスの転写方式画像形成装置に関する。より詳しくは、転写工程後の像担持体上に残余する現像剤（トナー）を現像装置において現像同時クリーニングで像担持体上から除去・回収し再利用するようにしてクリーニング装置を廃したクリーナレス方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、回転ドラム型を一般的とする像担持体である感光体、その感光体を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電装置（帯電工程）、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としての露光装置（露光工程）、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顕像化する現像装置（現像工程）、上記トナー画像を感光体面から紙などの転写材に転写する転写装置（転写工程）、転写工程後の感光体上に多少ながら残余するトナーを除去して感光体面を清掃するクリーニング装置（クリーニング工程）、転写材上のトナー画像を定着させる定着装置（定着工程）などから構成されており、感光体は繰り返して電子写真プロセス（帯電・露光・現像・転写・クリーニング）が適用されて作像に供される。
【０００３】
転写工程後の感光体上に残余するトナーはクリーニング装置により感光体面から除去されてクリーニング装置内に溜って廃トナーとなるが、環境保全や資源の有効利用等の点からそのような廃トナーは出ないことが望ましい。
【０００４】
そこで、クリーニング装置にて回収されている転写残トナーいわゆる廃トナーを現像装置に戻して再利用する画像形成装置がある。
【０００５】
また、クリーニング装置を廃し、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において「現像同時クリーニング」で感光体上から除去・回収し再利用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置がある。
【０００６】
現像同時クリーニングは、転写後の感光体上の転写残トナーを次工程以降の現像工程時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して静電潜像を形成し、該静電潜像の現像工程過程時にかぶり取りバイアス（現像装置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、トナーで現像されるべきではない感光体面部分上（非画像部）に存在する転写残トナーは現像装置に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装置に回収されて次工程以降の静電潜像の現像に再利用されるため、廃トナーをなくし、また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画像形成装置の小型化にも有利である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ａ）上述したような、転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置において、感光体の帯電装置が感光体に当接して感光体面を帯電処理する接触帯電装置であるときには、感光体上の転写残トナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に、転写残トナー中の特に帯電極性が正規極性とは逆極性に反転しているトナーが接触帯電装置に付着して接触帯電装置を許容以上にトナー汚染させて帯電不良の原因となってしまう。
【０００８】
すなわち、現像剤としてのトナーには、量的には少ないけれども、帯電極性がもともと正規極性とは逆極性に反転しているトナーが混在している。また帯電極性が正規極性のトナーであっても転写バイアスや剥離放電等に影響されて帯電極性が反転するものや、除電されて帯電量が少なくなるものもある。
【０００９】
従って、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性の反転トナー、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部である帯電部を通過する際に接触帯電装置に付着し易い。
【００１０】
ｂ）また、感光体上の転写残トナーを現像装置の現像同時クリーニングにて除去・回収するためには、帯電部を通過して現像部に持ち運ばれる感光体上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光体の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光体上から現像装置に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。
【００１１】
ｃ）上記ａ）の接触帯電装置へのトナーの付着は、転写部から帯電部へ持ち運ばれる、帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの、帯電量が少ないものが混在している感光体上の転写残トナーをトナー帯電量制御手段によって正規極性へと帯電付与して帯電極性を正規極性に揃えるとともに帯電量を均一化することにより防止することができる。
【００１２】
しかしながら、接触帯電装置へのトナーの付着を防止するためにトナー帯電量制御手段によって帯電付与された転写残トナーは、感光体の静電潜像を現像できるトナーの帯電量に比べて大きいため、現像装置において現像同時クリーニングにて除去・回収されにくいのである。このような場合、感光体に残留するトナーは次の画像へと重なり、不良画像を起こしてしまうのである。
【００１３】
また、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像などといった高印字率な画像の連続印字動作や、カラー化に伴い感光体上への多重現像方式などにより、一度に大量の転写残トナーの発生により、上述のような問題を更に助長させてしまうのである。
【００１４】
そこで本発明は、転写工程後の像担持体上の転写残現像剤を現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置について、帯電手段への転写残現像剤の付着を防止するとともに、現像手段での転写残現像剤の回収も効率的になされるようにすることで、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。
【００１６】
（１）像担持体と、
像担持体面を帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記転写手段より下流に位置していて、前記現像剤像を転写材に転写した後の像担持体上に残留する残留現像剤を帯電する第一の現像剤帯電量制御手段と、
前記第一の現像剤帯電量制御手段より下流かつ前記帯電手段より上流に位置していて、像担持体面上に残留する残留現像剤を帯電する第二の現像剤帯電量制御手段と
を有し、現像剤転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を第一の現像剤帯電量制御手段で正規とは逆の極性で帯電処理し、その帯電処理された像担持体上の残留現像剤を第二の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、前記帯電手段で前記像担持体面を帯電すると同時に、適正帯電量にすることを特徴とした画像形成装置。
【００１７】
（２）前記帯電手段は接触帯電方式であることを特徴とする（１）の画像形成装置。
【００１８】
（３）前記帯電手段に振動電界を印加することを特徴とする（１）または（２）の画像形成装置。
【００１９】
（４）前記情報書き込み手段は露光手段であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかの画像形成装置。
【００２０】
（５）像担持体と、
像担持体面を帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記転写手段より下流に位置していて、前記現像剤像を転写材に転写した後の像担持体上に残留する残留現像剤を帯電する第一の現像剤帯電量制御手段と、
前記第一の現像剤帯電量制御手段より下流かつ前記帯電手段より上流に位置していて、像担持体面上に残留する残留現像剤を帯電する第二の現像剤帯電量制御手段と
を有し、現像剤転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を第一の現像剤帯電量制御手段で正規とは逆の極性で帯電処理し、その帯電処理された像担持体上の残留現像剤を第二の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、前記帯電手段で前記像担持体面を帯電すると同時に、前記第二の現像剤帯電量制御手段で帯電処理されたときの帯電量の絶対値よりも小さい絶対値の帯電量にすることを特徴とした画像形成装置。
【００２１】
（６）前記帯電手段は接触帯電方式であることを特徴とする（５）の画像形成装置。
【００２２】
（７）前記帯電手段に振動電界を印加することを特徴とする（５）または（６）の画像形成装置。
【００２３】
（８）前記情報書き込み手段は露光手段であることを特徴とする（５）から（７）のいずれかの画像形成装置。
【００２４】
〈作 用〉
即ち本発明は、転写工程後の像担持体上の転写残現像剤（転写残トナー）を現像手段において現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置について、転写残現像剤の像担持体上の分布を均一化し、トリボを制御し、クリーナレスシステムのメリットを得るものであり、転写残現像剤のトリボを、現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、帯電手段で適正帯電量にするものであり、
ａ）転写部から帯電部へ持ち運ばれる像担持体上の転写残現像剤のトリボを現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理することで転写残現像剤の帯電手段への付着を防止しつつ、
ｂ）帯電手段で像担持体面を所定の電位に帯電すると同時に、上記の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理された転写残現像剤の帯電量を、現像手段によって像担持体の静電潜像を現像できる適正帯電量に制御することで現像手段での転写残現像剤の回収も効率的になされるようにした。
【００２５】
ｃ）上記において帯電手段よる転写残現像剤の適正帯電量とは、より具体的には、現像剤帯電量制御手段で帯電処理されたときの帯電量の絶対値よりも小さい絶対値の帯電量である。これにより、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
以下、実施例の画像形成装置（画像記録装置）について説明する。
【００２７】
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。
【００２８】
（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、感光ドラムと記す）である。この感光ドラム１は負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）で、外径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。
【００２９】
この感光ドラム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。
【００３０】
ｂ）帯電手段
２は感光ドラム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。
【００３１】
この帯電ロ一ラ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せると共に、押し圧ばね２ｅによって感光ドラム方向に付勢して感光ドラム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、感光ドラム１の回転に従動して回転する。感光ドラム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。
【００３２】
帯電ローラ２の芯金２ａには電源Ｓ１より所定の条件の帯電バイアス電圧が印加されることにより回転感光ドラム１の周面が所定の極性・電位に接触帯電処理される。本例において、帯電ローラ２に対する帯電バイアス電圧は直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【００３３】
より具体的には、
【００３４】
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、中間層２ｃは帯電ローラ全体として均一な抵抗を得るための導電層であり、表層２ｄは感光ドラム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。
【００３５】
より具体的には、本例の帯電ロ一ラ２の仕様は下記のとおりである。
【００３６】
芯金２ａ ；直径６ｍｍのステンレス丸棒
下層２ｂ ；カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ３、体積抵抗値１０２〜１０９Ωｃｍ、層厚３．０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ
中間層２ｃ；カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０２〜１０６Ωｃｍ、層厚７００μｍ
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１０７〜１０１０Ωｃｍ、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層２ｄの付着汚染物（微粉トナー、外添剤など）の除去がなされる。
【００３７】
ｃ）情報書き込み手段
３は帯電処理された感光ドラム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装置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。
【００３８】
ｄ）現像手段
４は感光ドラム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。
【００３９】
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内に回転可能に配設してある。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。
【００４０】
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１０１３Ωｃｍ、粒径は約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。
【００４１】
現像スリーブ４ｂは感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐと称する）を３５０μｍに保たせて感光ドラム１に近接させて対向配設してある。この感光ドラム１と現像スリーブ４ａ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において感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。現像スリーブ４ｂには電源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）と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
とを重畳した振動電圧である。
【００４２】
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。
【００４３】
このとき感光ドラム上に現像されたトナーの帯電量は−２５μＣ／ｇである。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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転写材（被転写部材、記録材）Ｐが給送される。
【００４７】
転写部ｄに給送された転写材Ｐは回転する感光ドラム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。
【００４８】
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。
【００４９】
（２）クリーナレスシステムおよびトナー帯電量制御
本例のプリンタはクリーナレスであり、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光ドラム１面に若干量残留する転写残トナーを除去する専用のクリーニング装置は具備させていない。転写後の感光ドラム１面上の転写残トナーは引き続く感光ドラム１の回転に伴い帯電部ａ、露光部ｂを通って現像部ｃに持ち運ばれて、現像装置３により現像同時クリーニング（回収）される（クリーナレスシステム）。
【００５０】
感光ドラム１面上の転写残トナーは露光部ｂを通るので露光工程はその転写残トナー上からなされるが、転写残トナーの量は少ないため、大きな影響は現れない。
【００５１】
ただ前述のように、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが帯電部ａを通過する際に帯電ローラ２に付着することで帯電ローラが許容以上にトナー汚染して帯電不良を生じることになる。
【００５２】
また、感光ドラム１面上の転写残トナーの現像装置３による現像同時クリーニングを効果的に行なわせるためには、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光ドラムの静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光ドラム上から現像装置に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。
【００５３】
また、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像などといった高印字率な画像などの連続の印字動作などにより、一度に大量の転写残トナーの発生により、上述のような問題を更に助長させてしまうのである。
【００５４】
そこで本実施例においては、転写部ｄよりも感光ドラム回転方向下流側で帯電部ａよりも上流側の位置に、感光ドラム１上の転写残トナーを均一化し、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えるために、第一のトナー（現像剤）帯電量制御手段７と第二のトナー帯電量制御手段８を設けている。
【００５５】
本実施例では、第一のトナー帯電量制御手段７と第二のトナー帯電量制御手段８は、適度の導電性を持ったブラシ状部材であり、ブラシ部を感光ドラム１面に接触させて配設してある。
【００５６】
第一のトナー帯電量制御手段７は正極性の電圧が電源Ｓ４より印加されている。
【００５７】
第二のトナー帯電量制御手段８は負極性の電圧が電源Ｓ５より印加されている。
【００５８】
ｅは第一のトナー帯電量制御手段７と感光ドラム１面の接触部である。様々の極性である転写残トナーのなかの、ゼロもしくは負極性に帯電されているトナーは一旦この第一のトナー帯電量制御手段７に吸引される。ここで第一のトナー帯電量制御手段７が抱え得るトナー量には限界があるため、飽和状態に達した後は徐々にトナーが離脱して感光体面に付着して搬送されるが、その時のトナーの極性は正になる。また、トナーの分布は均一化されるのである。
【００５９】
ｆは第二のトナー帯電量制御手段８と感光ドラム１面の接触部である。第二のトナー帯電量制御手段８を通過する感光ドラム１上の転写残トナーはその帯電極性が正規極性である負極性に揃えられる。第一のトナー帯電量制御手段７で、トナーは正極性に揃えられているため、より効果的に負極性に揃えられるのである。この第二のトナー帯電量制御手段８で、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えることにより、さらに下流に位置する帯電部ａで、該転写残トナーの上から感光ドラム１面上を帯電処理する際に、感光ドラム１への鏡映力が大きくし、転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止するのである。
【００６０】
ここで、第二のトナー帯電量制御手段８への印加電圧と、このトナー帯電制御手段を通過後のトナー帯電量の関係を図３に示す。
【００６１】
第二のナー帯電制御手段８に到る転写残トナーはその前に第一のトナー帯電量制御手段７を通ることで正規極性（負）とは逆の極性（正）に揃えられているので、第二のトナー帯電量制御手段８に電圧を印加させていないときは、この第二のトナー帯電量制御手段８を通過後のトナーは正規極性（負）とは逆の極性（正）に揃えられている状態のものである。
【００６２】
また、第二のトナー帯電量制御手段８に電圧を印加させていくことにより、第二のトナー帯電量制御手段８を通過後のトナー帯電量を増加していき、ある値以上において飽和する。本実施例において使用したトナーにおいて、飽和したときの帯電量は−９０μＣ／ｇであった。
【００６３】
次に帯電部ａに転写残トナーが進入前の、転写残トナー量を１としたときの、転写残トナー帯電量と帯電ローラ２への付着量の関係を表したグラフを図４に示す。転写残トナーの帯電量を大きくすることによって、付着量が低下していることがわかる。また、このときの転写残トナーの帯電ローラ２への付着による帯電不良画像の発生は、−５５μＣ／ｇ以下の転写残トナーの帯電量の時に発生した。
【００６４】
本実施例のおいては、第二のトナー帯電制御手段８への印加電圧は−８００Ｖとし、第二のトナー帯電量手段８を通過後の転写残トナーの帯電量は、−７０μＣ／ｇとした。
【００６５】
次に現像工程における転写残トナーの回収について述べる。
【００６６】
現像装置４は上述したとおりで、現像と同時に転写残トナーを清掃するクリーナレス方式である。感光ドラム１上の現像されたトナー帯電量は前述したように、本実施例においては−２５μＣ／ｇである。ここで、本実施例における現像条件において、転写残トナーが現像装置４に回収されるための帯電量との関係を表１に示す。
【００６７】
【表１】
感光ドラム１上の転写残トナーが現像装置４に回収されるためのトナー帯電量は、適正であることが必要である。
【００６９】
しかしながら、上述したように帯電ローラ２へのトナー付着を防止するために、第二のトナー帯電量制御手段８によって負極性に大きく帯電された転写残トナーを、現像装置４において回収させるためには、除電を行う必要がある。
【００７０】
ここで帯電量が−７０μＣ／ｇの感光ドラム１上のトナーが、帯電ローラ２を通過した後のトナー帯電量と、帯電ローラ２への印加交流電圧のＶｐｐとの関係を図５に示す。交流電圧のＶｐｐを大きくするにつれ、除電されていることがわかる。
【００７１】
帯電ローラ２には感光ドラム１の周面を帯電処理するために、交流電圧（周波数ｆ１０００Ｈｚ、Ｖｐｐ１４００Ｖ）が印加されていることにより、転写残トナーは交流除電されるのである。よって、帯電部ａを通過後のトナー帯電量は−３０μＣ／ｇとなる。現像工程においては、トナーが現像されるべきではない感光ドラム１上の転写残トナーは、上記の理由で現像装置４に回収される。
【００７２】
かくして、転写部ｄから帯電部ａへ持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーのトリボを、第一のトナー帯電量制御手段７で正規極性とは逆の正極性に揃え、第二のトナー帯電量制御手段８で正規極性である負極性に揃えて、帯電ローラ２で感光ドラム１を帯電処理することで、転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止しつつ、帯電ローラ２で感光ドラム１を所定の電位に帯電すると同時に、上記の第二のトナー帯電量制御手段８で正規極性である負極性に帯電処理された転写残トナーの帯電量を、現像装置４によって感光ドラムの静電潜像を現像できる適切な帯電量に制御することで、現像装置４での転写残トナーの回収も効率的になされるもので、これにより、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供できる。
【００７３】
ここで、本発明におけるトナーの摩擦帯電量は、例えば以下のようにして測定することができる（ブローオフ法）。図６に摩擦帯電量測定装置の一例の模式斜視図を示す。図を参照して、底に導電性スクリーン８３のある金属製の測定容器８２に、摩擦帯電量を測定しようとする現像剤（トナーのみ、またはトナーとキャリアの混合物）を入れ、金属製のフタ８４をする。このときの測定容器８２全体の重量を秤り、これをＷ１（ｇ）とする。
【００７４】
次に、吸引機８１（少なくとも測定容器８２と接する部分は絶縁体からなる）を用いて、吸引口８７から吸引し、風量調節弁８６を調節して真空計８５に示される圧力を２４５０Ｐａとする。この状態で充分（約１分間）吸引を行ない、トナーを吸引除去する。このときの電位計８９の電位を直読し、Ｖ（ボルト）とする。８８はコンデンサーであり、この容量をＣ（μＦ）とする。また、吸引後の測定容器８２全体の重量を秤り、Ｗ２（ｇ）とする。この場合、現像剤中のトナーの摩擦帯電量Ｔ（μＣ／ｇ）は下式の如く計算される。
【００７５】
Ｔ（μＣ／ｇ）＝Ｃ×Ｖ／（Ｗ１−Ｗ２）
現像時のトナー帯電量の測定は、そのトナーを感光ドラム１面上から採集して測定容器８２に入れてなされる。
【００７６】
トナー帯電量制御手段７や８を通過した後の転写残トナーの帯電量の測定は、そのトナーを感光ドラム１面上から採集して測定容器８２に入れてなされる。
【００７７】
帯電部ａを通過した後の転写残トナーの帯電量の測定は、そのトナーを感光ドラム１面上から採集して測定容器８２に入れてなされる。
【００７８】
〈実施例２〉
本実施例の画像形成装置（プリンタ）の構成は実施例１と同様である。
【００７９】
現像剤（トナー）の帯電量は環境や現像剤の物性などにより変化する。本実施例は低湿環境下などにおいて、現像後の感光ドラム１上のトナー帯電量が−３５μＣ／ｇと、実施例１での−２５μＣ／ｇに比べ大きい場合について述べる。
【００８０】
第二のトナー帯電量制御手段８を通過後の転写残トナーのトナー帯電量は−９０μＣ／ｇである。よって、帯電部ａにおいて帯電ローラ２への転写残トナーの付着も発生せず、帯電不良の発生も無かつた。
【００８１】
また、帯電部ａを通過後の転写残トナーの帯電量は−４０μＣ／ｇであり、現像装置４への回収も良好になされた。
【００８２】
〈その他〉
１）像担持体は表面抵抗が１０９〜１０１４Ω・ｃｍの電荷注入層を設けた直接注入帯電性のものであってもよい。電荷注入層を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層が上記の抵抗範囲にある場合も同等の効果がえられる。表層の体積抵抗が約１０１３Ω・ｃｍであるアモルファスシリコン感光体でもよい。
【００８３】
２）可撓性の接触帯電部材は帯電ローラの他に、ファーブラシ、フェルト、布などの形状・材質のものも使用可能である。また各種材質のものの組み合わせでより適切な弾性、導電性、表面性、耐久性のものを得ることもできる。
【００８４】
３）接触帯電部材や現像部材に印加する振動電界の交番電圧成分（ＡＣ成分、周期的に電圧値が変化する電圧）の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。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。
【００８５】
４）像担持体としての感光体の帯電面に対する情報書き込み手段としての像露光手段は実施例のレーザ走査手段以外にも、例えば、ＬＥＤのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。ハロゲンランプや蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。要するに、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。
【００８６】
５）像担持体は静電記録誘電体などであってもよい。この場合は該誘電体面を一様に帯電した後、その帯電面を除電針ヘッドや電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の画像情報に対応した静電潜像を書き込み形成する。
【００８７】
６）静電潜像のトナー現像方式・手段は任意である。反転現像方式でも正規現像方式でもよい。
【００８８】
一般的に、静電潜像の現像方法は、非磁性トナーについてはこれをブレード等でスリーブ等の現像剤担持搬送部材上にコーティングし、磁性トナーについてはこれを現像剤担持搬送部材上に磁気力によってコーティングして搬送して像担持体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（１成分非接触現像）と、上記のように現像剤担持搬送部材上にコーティングしたトナーを像担持体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（１成分接触現像）と、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤（２成分現像剤）として用いて磁気力によって搬送して像担持体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（２成分接触現像）と、上記の２成分現像剤を像担持体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（２成分非接触現像）との４種顛に大別される。
【００８９】
７）転写手段は実施形態例のローラ転写に限られず、ブレード転写、ベルト転写、その他の接触転写帯電方式であってもよいし、コロナ帯電器を使用した非接触転写帯電方式でもよい。
【００９０】
８）転写ドラムや転写ベルトなどの中間転写体を用いて、単色画像形成ばかりでなく、多重転写等により多色、フルカラー画像を形成する画像形成装置にも本発明は適用できる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、転写工程後の像担持体上の転写残現像剤を現像同時クリーニングで除去・回収し再用するクリーナレス方式の画像形成装置について、帯電手段への転写残現像剤の付着を防止するとともに、現像手段での転写残現像剤の回収も効率的になされるようにすることで、帯電不良や不良画像がなく、しかもクリーナレスシステムのメリットを生かした画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の画像形成装置の概略構成模型図
【図２】感光ドラムと帯電ローラの層構成模型図
【図３】トナー帯電量制御手段に対する印加電圧と転写残トナーの帯電量の関係図
【図４】転写残トナーの帯電量と帯電ローラに対するトナー付着量の関係図
【図５】帯電ローラを通過した後のトナー帯電量と印加交流電圧のＶｐｐとの関係図
【図６】摩擦帯電量測定装置を示す模式斜視図
【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・・第一のトナー帯電量制御手段（現像剤帯電量制御手段）、８・・第二のトナー帯電量制御手段（現像剤帯電量制御手段）、Ｓ１〜Ｓ５・・バイアス電圧印加電源
Claims (8)
- 像担持体と、
像担持体面を帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記転写手段より下流に位置していて、前記現像剤像を転写材に転写した後の像担持体上に残留する残留現像剤を帯電する第一の現像剤帯電量制御手段と、
前記第一の現像剤帯電量制御手段より下流かつ前記帯電手段より上流に位置していて、像担持体面上に残留する残留現像剤を帯電する第二の現像剤帯電量制御手段と
を有し、現像剤転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を第一の現像剤帯電量制御手段で正規とは逆の極性で帯電処理し、その帯電処理された像担持体上の残留現像剤を第二の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、前記帯電手段で前記像担持体面を帯電すると同時に、適正帯電量にすることを特徴とした画像形成装置。 - 前記帯電手段は接触帯電方式であることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
- 前記帯電手段に振動電界を印加することを特徴とする請求項１または２の画像形成装置。
- 前記情報書き込み手段は露光手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれかの画像形成装置。
- 像担持体と、
像担持体面を帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給し静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記転写手段より下流に位置していて、前記現像剤像を転写材に転写した後の像担持体上に残留する残留現像剤を帯電する第一の現像剤帯電量制御手段と、
前記第一の現像剤帯電量制御手段より下流かつ前記帯電手段より上流に位置していて、像担持体面上に残留する残留現像剤を帯電する第二の現像剤帯電量制御手段と
を有し、現像剤転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を第一の現像剤帯電量制御手段で正規とは逆の極性で帯電処理し、その帯電処理された像担持体上の残留現像剤を第二の現像剤帯電量制御手段で正規極性に帯電処理し、前記帯電手段で前記像担持体面を帯電すると同時に、前記第二の現像剤帯電量制御手段で帯電処理されたときの帯電量の絶対値よりも小さい絶対値の帯電量にすることを特徴とした画像形成装置。 - 前記帯電手段は接触帯電方式であることを特徴とする請求項５の画像形成装置。
- 前記帯電手段に振動電界を印加することを特徴とする請求項５または６の画像形成装置。
- 前記情報書き込み手段は露光手段であることを特徴とする請求項５から７のいずれかの画像形成装置。
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