JP3840022B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、一成分の現像剤で現像を行う現像装置においては、感光ドラム(像担持体)上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像ローラ(現像剤担持体)が、感光ドラムに対して接触しているか非接触であるかの別によって、接触現像装置と非接触現像装置とに区別される。
【0003】
接触現像装置の中でも、近年、省エネルギー、低ランニングコストを図るためにクリーニング装置を設けずに、転写工程で感光ドラム上に残留したトナー(現像剤)を感光ドラムに接触配置した現像ローラで回収しつつ現像を行う、いわゆる現像同時クリーニング方式が注目されている。
【0004】
図6に、非磁性一成分トナーを用いた接触現像における従来の現像同時クリーニング方式の画像形成装置の概略構成を示す。
【0005】
同図に示すように、従来、この種の画像形成装置は、図中、矢印X方向に回転する感光ドラム(像担持体)101の周囲に帯電ローラ(一次帯電器)102、露光器103、現像器104、転写ローラ(転写帯電器)105が配設されている。また、転写材Pの搬送方向(矢印Kp方向)に沿っての転写ローラ105の下流側には、定着器107が配設されている。
【0006】
現像器104は、感光ドラム101に接触配置されて矢印Y方向に回転しながら現像を行う現像ローラ108、矢印Z方向に回転することによって現像ローラ108に非磁性トナーTを供給する供給ローラ(現像剤供給手段)109、現像ローラ108上のトナーTの塗布量及び帯電量を規制する規制ブレード(現像剤規制手段)110、トナーTを供給ローラ109に供給するとともに非磁性一成分トナーを撹拌する攪拌部材111等によって構成されている。トナーTは、負帯電性のトナーであり、露光された部分にこのトナーTを付着させる、いわゆる反転現像が行われる。
【0007】
次に、上述構成の画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【0008】
外部からのプリント信号(画像形成信号)により感光ドラム101は矢印X方向に回転し始める。まず感光ドラム101表面は、帯電ローラ102により一様に帯電される。帯電ローラ102はローラ形状をしており、駆動手段(不図示)により矢印W方向に回転する。次に、露光器103による露光Lにより感光ドラム101上には静電潜像が形成され、感光ドラム101の回転により静電潜像が現像器104との接触部に到達する。
【0009】
上述の動作と連動して現像器104は以下の動作を行う。
【0010】
攪拌部材111により撹拌されたトナーTが、矢印Z方向に回転する供給ローラ109と矢印Y方向に回転する現像ローラ108との摺擦によって現像ローラ108上に供給される。現像ローラ108上のトナーTは、規制ブレード110によって所望の帯電量が付与されるとともにトナー量(層厚)が規制されて、現像ローラ108上に担持される。また現像器104内のトナーは攪拌部材111により撹拌され、供給ローラ109へ搬送される。
【0011】
現像ローラ108上に担持されたトナーTが感光ドラム101と接触する部位に到達すると、電源(不図示)により現像ローラ108に直流現像バイアスが印加される。これにより、感光ドラム101表面に形成されている静電潜像は、現像ローラ108の表面に担持されているトナーTが付着されてトナー像として現像(可視化)される。このとき現像に寄与しないで現像ローラ108表面に残留したトナーは供給ローラ109を介して現像器104内に回収される。
【0012】
剛体の感光ドラム101を用い、現像ローラ108が接触して現像同時クリーニングを行う接触現像装置では、現像ローラ108は、弾性体をローラ状に形成したローラであることが望ましい。この弾性体としては、ソリッドゴム単層やソリッドゴム上にトナーヘの帯電付与性を考慮して樹脂コーティングを施したもの等が用いられる。
【0013】
また、接触現像を行うには、剛体の感光ドラム101に対して弾性を有する現像ローラ108を当接させる方法以外にも、ベルト状の感光ベルトに対して剛体の現像ローラを使用する方法もある。
【0014】
感光ドラム101上のトナーは、感光ドラム101の回転により転写ローラ105の対向部に到達して転写ローラ105により転写材P上に転写される。トナー像転写後の転写材Pは、矢印Kp方向に搬送され、定着器107によって表面のトナー像が熱溶融されて定着された後、画像形成装置本体外に排出される。
【0015】
一方、転写時に転写材P上に転写されないで感光ドラム101上の残ったトナーT(転写残トナー)は、帯電ローラ102を通過して現像ローラ108との当接部に達する。このとき、現像ローラ108に印加された直流現像バイアスにより現像ローラ108に回収され、この回収されたトナーは、次の画像形成時に現像に供されることになる。
【0016】
上述の動作を繰り返すことにより、現像同時クリーニング方式の画像形成が繰り返される。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来例で示した現像同時クリーニング方式の画像形成装置においては、長期使用により帯電ローラ102にトナーが付着してしまい、帯電不良を生じてしまうといった問題があった。この原因は、次のように考えられる。
【0018】
現像同時クリーニング方式の画像形成装置は、転写工程において、転写材Pに転写されずに感光ドラム101上に残った転写残トナーを現像器104によって回収するものである。
【0019】
そのため転写残トナーは、帯電ローラ102を通過しなければならない。しかし、転写ローラ105を通過した時点における転写残トナーは、正極性の転写バイアスの影響により、正極性および負極性の混在、または正極性が多いブロードな分布を有するトナーである。したがって、以下に示す理由により、帯電ローラ102を通過することができず、帯電ローラ102に付着してしまう。
【0020】
図7(a)、(b)は、帯電ローラ102近傍におけるトナーの挙動を説明する図である。同図に示すように、転写ローラ105を通過した時点における転写残トナーは、正極性の転写バイアスの影響により、正極性および負極性の混在、または正極性が多い分布を有して帯電ローラ102付近に到達する。ここで帯電ローラ102には、帯電バイアス電源112から負極性のDC帯電バイアスが印加されている。そして、帯電ローラ102と感光ドラム101との間のニップ部近傍には、このDC帯電バイアスにより放電領域が形成されている(図7(a)中のB領域)。
【0021】
帯電ローラ102付近(図7(a)中のA領域)に到達してトナーは、正規の極性とは逆の極性に帯電した、いわゆる反転トナーである正極性トナーがほとんどであるため、帯電ローラ102と感光ドラム101との間に働く電界により、帯電ローラ102に引き寄せられることになる。
【0022】
帯電ローラ102に付着した転写残トナーは、帯電ローラ102の回転により放電領域であるB領域に進入する。そこでは、図7(a)のB領域の拡大図である図7(b)に示すように、放電がされているために正電荷と負電荷とが発生し、負電荷は感光ドラム101側へ引き寄せられ、感光ドラム101表面の帯電に寄与する。また、同時に発生した正電荷は、帯電ローラ102側に引き寄せられることになる。このとき、帯電ローラ102表面には、転写残トナーが存在するため、転写残トナーは、正電荷が付着することで、ますます正極性に帯電することになってしまう。
【0023】
そして、ニップ部および下流側の放電領域を通過しても、正極性に帯電した転写残トナーは帯電ローラ102に付着したままであり、帯電下流側のC領域になっても帯電ローラ102と感光ドラム101との間に働く電界により帯電ローラ102に引き寄せられることになる。
【0024】
帯電ローラ102が1周して帯電ローラ102に付着したトナーは正極性に帯電されているため、そのままB領域に再び進入して再帯電される。さらに、感光ドラム101の回転に伴って運ばれてくる新たな転写残トナーは、帯電ローラ102上にすでに付着しているトナー層の上にさらに積層され、上述と同様に帯電ローラ102近傍の放電により正極性に帯電される。このように帯電ローラ102に付着していたトナーは、さらに正極性に強く帯電されると同時に新たな転写残トナーが積層される。
【0025】
この結果、帯電ローラ102に幾層にもトナーが積層されることで、感光ドラム101を正規の表面電位に帯電されることができなくなり、帯電不良を発生させることになる。
【0026】
帯電不良を防止するために、転写工程直後の感光ドラム101上に付着したトナーを負極性に帯電されるために転写ローラ105と帯電ローラ102との間にブラシやスポンジ等で形成されたトナー帯電部材等の補助部材によりトナーを負極性に帯電させる方法が提案されている。
【0027】
しかし、この方法は、コスト面が上昇し、また、安定性に欠けるという問題があった。
【0028】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、転写残トナーの帯電部材への蓄積を防止し、連続的に画像形成を行った場合でも鮮明な画像を得ることができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項1に係る本発明は、像担持体表面に接触配置された帯電部材により前記像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を画像情報に応じて露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像のうちの露光部分に帯電極性と同極性のトナーを付着させてトナー像として現像する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を転写材上に転写する転写手段とを備え、転写時に前記転写材に転写されないで前記像担持体上の残ったトナーを前記帯電部材を通過させて前記現像手段で回収する画像形成装置において、前記帯電部材に前記トナーの帯電極性と同極性および反対極性のバイアスを選択的に印加可能な帯電バイアス電源と、前記帯電バイアス電源が前記帯電部材に印加するバイアスの極性、大きさ、印加タイミングを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、非画像形成時において、前記帯電バイアス電源を制御し、前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアスを前記帯電部材に印加することにより前記帯電部材と前記像担持体との間に放電電界を形成した後、前記トナーの帯電極性と同極性のバイアスであり、かつ、放電閾値以下のバイアスを前記帯電部材に印加する、ことを特徴とする。
【0030】
請求項2に係る本発明は、請求項1の画像形成装置において、前記非画像形成時は、画像形成を行う前の準備前回転時、画像形成を行った後の後回転時、先行する画像形成と後続の画像形成との間の準備回転時のうちの少なくとも1つである、ことを特徴とする。
【0031】
請求項3に係る本発明は、請求項1または2の画像形成装置において、前記放電電界を形成する際に、前記帯電部材に印加される前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアスは、定電流制御により前記帯電部材に印加される、ことを特徴とする。
【0032】
請求項4に係る本発明は、請求項1、2、または3の画像形成装置において、前記現像手段は、前記像担持体表面に接触配置された現像剤担持体を有し、前記トナーの帯電極性と同極性のバイアスが前記帯電部材に印加されたときに前記像担持体上に転移したトナーを、前記現像剤担持体に印加したバイアスによって回収する、ことを特徴とする。
【0033】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。
【0034】
〈実施の形態1〉
図1は、実施の形態1における画像形成装置を使用する場合の制御シーケンスを示す図である。なお、制御シーケンスについては、後に詳述する。
【0035】
本発明は、接触帯電部材を用いる現像同時クリーニング方式の画像形成装置において、非画像形成時に帯電部材にトナーの帯電極性とは逆極性の放電閾値を超えるバイアスを印加し、その後、トナーと同極性の放電閾値以下のバイアスを印加することで、帯電部材に付着した転写残トナーを負極性に帯電させ、帯電部材から吐き出させるものである。
【0036】
図2に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図に示す画像形成装置は、現像同時クリーニング方式の画像形成装置(例えば、複写機、レーザビームプリンタ)であり、同図はその概略構成を示す縦断面図である。
【0037】
まず、画像形成装置全体についての概略構成、概略動作について説明する。
【0038】
同図に示す画像形成装置は、像担持体としてドラム型の電子写真感光体(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、その回転方向(矢印X方向)に沿ってほぼ順に、帯電手段としての帯電ローラ(一次帯電器)2、露光手段としての露光器3、現像手段としての現像器(現像装置)4、転写手段としての転写ローラ(転写部材)5が配設されており、また、紙等の転写材Pの搬送方向(矢印Kp方向)に沿っての転写ローラ5の下流側には、定着手段としての定着器7が配設されている。同図に示す画像形成装置においては、転写時に転写材Pに転写されないで感光ドラム1表面に残ったトナー(転写残トナー)は、帯電ローラ2を通過して、現像器4によって回収される。
【0039】
図2に示すように、帯電ローラ2は、矢印W方向に回転しながら、矢印X方向に回転する感光ドラム1を所定の極性、所定の電位に一様に帯電する。そして、帯電後の感光ドラム1表面に対して、レーザやLEDの発光素子を有する露光器3によって情報信号に基づく露光Lを行って静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像器4によってトナーが付着され、トナー像として現像(可視化)される。このトナー像は、給搬送手段(不図示)によって搬送されてきた転写材Pに、転写ローラ5によって転写される。トナー像転写後の転写材Pは、定着器7に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナーが定着される。一方、トナー像転写後の感光ドラム1は、転写材Pに転写されないで表面に残った転写残トナーが帯電ローラ2を通過した後、現像器4の現像ローラ8によって回収される。
【0040】
以上で、画像形成装置の構成・動作の概略についての説明を終える。つづいて、各部材等について詳述する。
【0041】
図2に示す感光ドラム1は、駆動手段(不図示)によって矢印X方向に、周速度VXで回転される。本実施の形態においては、VXを48mm/sec とした。感光ドラム1の直径は、30mmとした。
【0042】
帯電ローラ2は、感光ドラム1に接触して帯電を行う接触帯電ローラであり、矢印W方向に感光ドラム1と等速で回転駆動される。帯電ローラ2には、感光ドラム1表面を一様に帯電するように、帯電バイアス電源12が接続されている。帯電バイアス電源12は、画像形成動作中は帯電ローラ2に約−1100Vを印加して、感光ドラム1表面を約−500Vに一様に帯電する。
【0043】
本実施の形態で使用した帯電ローラ2は、直径6mmの導電金属製の芯金2aの外周面に厚さ3mmで体積抵抗率が104Ω・cm程度の低抵抗の導電ゴム層2bを形成し、さらにその外周面に厚さ20〜50μmで体積抵抗率が108Ω・cm程度の高抵抗層2cを形成したものである。帯電ローラ2は、全体として直径12mmとなるようにした。
【0044】
次に、露光器3の発光素子(レーザやLED等)によって、感光ドラム1表面を情報信号に応じて露光走査して静電潜像を形成する。本実施の形態においては、負帯電トナーを感光ドラム1上の露光部分に付着させてトナー像を形成する、いわゆる反転現像系について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0045】
現像器4は、非磁性一成分トナーT(以下適宜、単に「トナーT」という。)を収容する現像容器4Aを備えている。現像容器4Aには、感光ドラム1に対向する部分に開口部が設けられており、開口部には、現像ローラ(現像剤担持体)8が配設されている。現像ローラ8は、感光ドラム1と接触し、矢印Y方向に周速度VYで回転する。現像器4は、さらに、トナー規制部材としての規制ブレード10、矢印Z方向に回転する供給ローラ9、トナーTを撹拌する撹拌部材11を備えている。ここで感光ドラム1の周速度VXと現像ローラ8の周速度VYとの関係は、VX<VYである。現像ローラ8の周速度VYは81mm/sec に設定されている。
【0046】
現像容器4A内に収容されたトナーTを現像ローラ8に付着させるには、トナーTを供給ローラ9と現像ローラ8とで摩擦し、電荷付与を行わなければならない。供給ローラ9の材料としては、発泡ウレタンゴム、発泡EPDMゴム等の公知の材料が用いられる。本実施の形態では、発泡ウレタンゴムからなる供給ローラ9を、現像ローラ8の回転方向(矢印Y方向)に対してカウンタ方向(矢印Z方向)に周速度VZで回転させた。回転速度としては、VZは40mm/sec である。供給ローラ9には、供給バイアス電源15が接続されており、約−460Vの直流電圧が印加され、負極性に帯電したトナーTを供給ローラ9から現像ローラ8へ付勢する。
【0047】
供給ローラ9によって現像ローラ8上に塗布されたトナーは、次に規制ブレード10によりトナー量の規制および摩擦によるトリボ付与が行われる。規制ブレード10は、ステンレス製の薄板(厚さ約0.1mm)の先端部から約2mmの位置を現像ローラ8と反対方向に折り曲げたものであり、この折曲げ部が現像ローラ8に若干食い込む状態で接触するように配設されている。
【0048】
また現像ローラ8には現像バイアス電源13が接続されており、感光ドラム1は接地されている。現像バイアス電源13は、負極性のDC電源であり、本実施の形態においては、画像形成時において現像バイアスとして−350Vの電位を印加している。規制ブレード10により電荷を付与され、現像ローラ8上に担持されたトナーは、上述の現像バイアス(−350V)により感光ドラム1上に供給されて静電潜像に付着され、この静電潜像をトナー像として現像する。
【0049】
上述の感光ドラム1表面に形成されたトナー像は、転写材Pに転写される。転写材Pは、給搬送装置、例えば、給紙カセット、給紙ローラ、搬送ローラ、レジストローラ等によって構成された給搬送装置(いずれも不図示)によって感光ドラム1と転写ローラ5との間に形成される転写部に供給される。転写材Pは、感光ドラム1表面のトナー像にタイミングを合わせるようにして転写部に供給され、転写ローラ5によって感光ドラム1上のトナー像が転写される。転写ローラ5は、本実施の形態においては、ローラタイプの転写帯電器であり、転写ローラ5には、転写バイアス電源14が接続されている。転写ローラ5には、転写バイアス電源14により、画像転写時においては約1〜4kVの電圧が印加される。
【0050】
上述した帯電バイアス電源12、現像バイアス電源13、供給バイアス電源15、転写バイアス電源14の印加タイミングは制御コントローラ(制御手段)16により制御される。
【0051】
また、感光ドラム1、帯電ローラ2、現像ローラ3、転写ローラ5、定着器7等の回転動作は、メインモータ17からの動力をギヤ等を介して伝達することで行われる。
【0052】
トナー像が転写された転写材Pは、定着器7に搬送され、ここで加熱・加圧されて表面にトナーが熱溶融(定着)される。
【0053】
一方、転写材P上に転写されずに感光ドラム1表面に残った転写残トナーは、帯電ローラ2に到達する。帯電ローラ2に到達した転写残トナーは、通常、転写ローラ5による放電を受けているため、正規の帯電極性とは逆極性に帯電している。
【0054】
逆極性に帯電している転写残トナーは、帯電ローラ2と感光ドラム1との間の放電により正極性に帯電され、帯電ローラ2上に付着する。
【0055】
次に、本実施の形態の特徴である帯電ローラ2からのトナーの吐き出し動作について、図1を参照して説明する。
【0056】
図1は、帯電部における帯電電位(帯電バイアス)、現像部における現像電位(現像バイアス)、転写部における転写電位(転写バイアス)を示した制御シーケンスである。ここで、各部の縦軸は印加電圧の極性を示し、上方向に負極性をとっている。横軸は、時間軸をとっている。帯電、現像、転写にわたる二点鎖線は、感光ドラム1上での同位置を示している。そして、時間t1において帯電ローラ2とのニップ部にあった感光ドラム表面の位置が、時間経過の後に現像ローラ8との対向位置にきたときに時間t1′、同じく時間t1において帯電ローラ2とのニップ部にあった感光ドラム表面の位置が、時間経過の後に転写ローラ5との対向位置にきたときに時間t1″としている。
【0057】
まず、画像形成装置に対してコンピュータ等(不図示)から画像信号が入力され、メインモータ17の回転により感光ドラム1が回転を始める(時間t1)。それと同時に帯電ローラ2には、帯電バイアス電源12から、画像形成時と同様の帯電バイアス(−1100V)が印加される。時間t1から時間t2の間が画像形成前準備回転(以下「前回転」という。)であり、この間に定着器7の温度調整やレーザスキャナの立ち上げ等を行う。
【0058】
現像バイアス電源13においては、時間t1において約+100Vが現像ローラ8に印加される。これは、帯電ローラ2から現像ローラ8までの間は、感光ドラム1の暗減衰により表面電位が零近傍になる場合があり、仮に表面電位が零で、現像バイアスが0Vを印加すると、現像ローラ8上のトナーを現像してしまう場合があるからである。
【0059】
時間t1′には現像バイアス電源13から−350Vが印加される。このとき、感光ドラム1表面は、すでに約−500Vに帯電しているため、現像ローラ8に担持されたトナーは現像されることはない。
【0060】
そして、転写ローラ5には、クリーニングバイアスとして負極性のバイアスが印加される。このバイアスは約−400V程度であり、転写ローラ5上のトナー汚れ除去のために行われる。
【0061】
時間t2になり前回転が終了すると、時間t2から時間t3までの間は画像形成時間である。すなわち、時間t2以降から画像信号に応じて感光ドラム1表面が露光され、前述のように画像形成がなされる。画像形成時には、従来例で述べたように、転写残トナーが微量ずつ発生し、帯電ローラ2が蓄積される。
【0062】
時間t3となり画像形成が終了する。そして、時間t7から次の画像形成が始まるため、時間t3から時間t7までの間は、連続画像形成(連続プリント)している場合の、前の画像形成と次の画像形成との間に当たる、いわゆる「紙間」に相当する。
【0063】
時間t3から時間t4にかけては、感光ドラム1の前回周の回転時には、転写ローラ5による放電を受けているため、感光ドラム表面の電位が安定した状態ではない。そこで、時間t3から時間t4にかけては、帯電バイアス電源12から約−700V印加することで、感光ドラム1表面を約−100Vに帯電している。
【0064】
そのとき、現像ローラ8には、現像バイアス電源13から約+100Vが印加される。これにより、現像ローラ8上に担持されたトナーは、感光ドラム1に現像されることはない(時間t3′〜時間t4′)。
【0065】
画像形成の終了により転写バイアスは前回転時と同様のクリーニングバイアスが時間t7まで印加され続ける(時間t3″〜時間t7″)。
【0066】
時間t4から時間t6にかけてが本発明の特徴的な部分である。帯電ローラ2からのトナー吐き出し工程である。図3を用いて説明する。まず時間t4から時間t5にかけて帯電バイアス電源12により、トナーの帯電極性とは逆極性となる正極性の放電閾値を超えた電圧を印加する。本実施の形態では+700Vの電圧を印加した。図3(a)において、帯電ローラ2に付着している正極性トナーは、すでに帯電ローラ2と感光ドラム1との間でプラス放電を受けているため、強ポジに帯電している状態である。トナーの付着力が増した結果、放電領域前(領域A)に入ってきても感光ドラム1上に転移することなく、放電領域Bに進入してくる。この放電領域Bでマイナス放電を受け、正極性トナーは負極化する(図3(b))。
【0067】
本発明において、放電閾値とは、帯電ローラ2に印加する電圧を徐々に大きくしていった場合に、流れる電流が急激に変化する点をいう。この放電閾値は、一般に、常温常湿で約600V程度である。
【0068】
放電領域Bを通過して領域Cに入ってきたトナーは、電界により帯電ローラ2に引き付けられ、帯電ローラ2に付着した状態で回転する。
【0069】
時間t5において、時間t4時に負極性に帯電されたトナーが帯電ローラ2と感光ドラム1との間に侵入してくる。このとき、帯電バイアス電源12から帯電ローラ2に印加されるバイアスは負極性の放電しない電圧に設定される。本実施の形態では、−300Vが印加される。時間t3から時間t4の間に、感光ドラム1表面は、約−100Vに帯電されているため、時間t5から時間t6の間に−300Vが帯電ローラ2に印加されることで、帯電ローラ2に付着した負極性トナーは感光ドラム1上に転移する。
【0070】
このとき、帯電ローラ2に印加するバイアスの下限としては、感光ドラム1との電位差が50V以上、すなわち、感光ドラム表面電位が−100Vであれば−150V以上の電圧を印加することが望ましい。50V以下となった場合は、十分なトナーを吐き出すための電界を形成できず、帯電ローラ2に残存するトナーが生じてしまうからである。
【0071】
これらの動作に応じて、現像ローラ8には、現像バイアス電源13から+500Vの電圧が印加される(時間t4′〜時間t5′)。+500Vの電圧を印加しても感光ドラム1表面は帯電工程での放電(時間t4〜時間t5)により約+100Vの表面電位を有しているため、現像ローラ8上のトナーを感光ドラム1上に現像することはない。
【0072】
そして、帯電部においては時間t5から時間t6において帯電ローラ2から感光ドラム1へ吐き出された負極性トナーは、現像ローラ8との当接部に到達する(時間t5′〜時間t6′)。時間t5〜時間t6においては、帯電部で放電は行われていないため、感光ドラム1上の表面電位は時間t3〜時間t4で帯電された−100Vのままで到達する。時間t5′〜時間t6′において、現像ローラ8には+100Vを印加することで、負極性トナーを現像ローラ8側に回収することが可能となる。
【0073】
時間t6から時間t7は、次の画像形成に入るための準備期間であり、この間に帯電バイアスが通常の画像形成時の印加バイアス(約−1100V)に変更される。同様に、時間t6′から時間t7′において、現像バイアスも通常の画像形成時の印加バイアス(−350V)に変更される。
【0074】
そして、時間t7から次の画像形成が行われ、時間t8において画像形成が終了する。
【0075】
本実施の形態においては、1枚目の転写材Pと2枚目の転写材Pとの間の「紙間」に、帯電ローラ2から転写残トナーの吐き出しを行ったが、これに限定されるものではない。例えば、図2に示すように、出力カウンタ18を設けて、所定枚数ごとに帯電ローラ2からのトナーの吐き出し工程を行ってもよい。
【0076】
さらに、連続プリント(連続画像形成)時の「紙間」に帯電ローラ2から転写残トナーの吐き出しを行ったが、前述の前回転工程または画像形成終了の後に本発明の動作を行ってもよいことはいうまでもない。
【0077】
また、転写ローラ5と帯電ローラ2との間に、帯電前露光器等による感光ドラム表面電位安定化手段を設けたり、または表面電位検知手段等により表面電位を検知することで時間t3から時間t4の時間を短縮することも可能である。
【0078】
本発明は、接触方式の中でも帯電ローラ2について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、ブラシ帯電器のような形状においても適用可能である。
【0079】
以上述べたように、非画像形成時において、帯電ローラ2に帯電極性とは逆極性の放電電界を形成することで、帯電ローラ2上に付着した転写残トナーの極性を反転化させ、次に、帯電ローラ2にトナーと同極性の放電閾値以下の電界を形成することでトナーを感光ドラム1に転移させる。これにより、帯電ローラ2に付着した転写残トナーを安定して除去することができ、帯電不良による画像不良を防止することが可能となる。
【0080】
〈実施の形態2〉
図4を参照して、実施の形態2を説明する。なお、前述の実施の形態1と同様の構成・作用の部材等については同一の符号を付して重複説明を省略するものとする。
【0081】
前述の実施の形態1では、吐き出しシーケンス(図1の時間t4〜時間t6)における帯電ローラ2と感光ドラム1との間の放電を定電圧制御により確保していた。そのため、高温高湿環境で帯電ローラ2の抵抗値が低下した場合には、同じ放電電界を形成しても、流れる電流量が大きくなるため、いわゆる「プラスメモリ」現象が発生する場合がある。すなわち、反転現像系の画像形成装置では、感光ドラム表面に対して帯電ローラから直接に吐き出しシーケンスのバイアス(ここでは正極性)が印加されると、その吐き出しバイアスによる正電荷が感光ドラム上に残留し、次の画像形成プロセスでの感光ドラム帯電時(負帯電)に、上述の帯電バイアスによる感光ドラム正帯電履歴によって感光ドラム表面があらかじめ設定された帯電電位に帯電されず、正常な状態より帯電電位が低下する現象、すなわちプラスメモリ現象が発生する。
【0082】
本実施の形態では、吐き出しシーケンスにおける帯電ローラと感光ドラムとの間のプラス放電を定電流制御することで感光ドラム正帯電履歴を防止し、安定した吐き出しを可能とするものである。
【0083】
図4は、本実施の形態における画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。同図中の符号20は、帯電バイアス電源であり、帯電ローラ2に正極性の電流を印加する定電流回路20aを有している。帯電バイアス電源20および現像バイアス電源21等の制御は、制御コントローラ19で行われる。
【0084】
図5は、本実施の形態における制御シーケンスを示す図である。本実施の形態においては、吐き出しシーケンスの制御を、画像形成前の準備回転(前回転)および画像形成終了後の終了時回転(以下「後回転」という。)に適用した場合を示す。
【0085】
まず、画像形成装置に対してコンピュータ等(不図示)から画像信号が入力され、メインモータ17の回転により感光ドラム1が回転を始める(時間t11)。このとき、感光ドラム1は、図5中の後回転工程(時間t17〜時間t18)にて帯電バイアス電源20により約−700V印加されるため、感光ドラム1の表面は約−100〜0Vの表面電位を有する(放電による暗減衰により0Vに近づく)。
【0086】
感光ドラム1の回転開始と同時に帯電ローラ2には、帯電バイアス電源12から、定電流制御された正極性バイアスが印加される。本実施の形態において、定電流制御する電流値は、2μAとした。また、定電流制御した場合の最大電圧値は、約+1300Vとした。これは、感光ドラム1表面の絶縁破壊防止のためである。
【0087】
正極性バイアスの定電流制御により、前述の実施の形態1と同様、帯電ローラ2上に付着したトナーは負極性に極性反転されることになる。このとき、定電流制御されているため、プラスの放電により、感光ドラム1表面に正帯電履歴を残すことはない。さらに、定電流制御されたときの印加された電圧値を制御コントローラ19のRAM中に一時格納する。
【0088】
時間t12から時間t13においては、帯電ローラ2には帯電バイアス電源20により約−400Vの吐き出しバイアスが印加される。このとき対向する感光ドラム1の表面電位は、約−100〜0Vであるため、帯電ローラ2上の極性反転した負極正トナーにとっては、帯電ローラ2から感光ドラム1側へ付勢する電界が形成されることになる。これにより、帯電ローラ2上のトナーは、感光ドラム1上に吐き出される。
【0089】
時間t11から時間t13の間が前回転であり、前述の実施の形態1と同様に、この間に定着器7の温度調整やレーザスキャナの立ち上げ等を行う。
【0090】
現像バイアス電源21においては、実施の形態1と同様に、感光ドラム1の回転開始時における現像ローラ8から感光ドラム1へのトナー付着を防止するために、時間t11において約+100Vが現像ローラ8に印加される。
【0091】
時間t11′から時間t12′には現像バイアス電源21から正極性のバイアスが印加される。ただし、このときには、感光ドラム1表面が帯電ローラ2によるプラス放電を受けているため、感光ドラム1表面がいくつに帯電されているかは不明な状態にある。そこで、制御コントローラ19のRAM中に格納した定電流時の印加電圧を基に感光ドラム1の表面電位を予測し、印加する現像バイアスを決定することで、感光ドラム1表面に現像ローラ8上のトナーを現像することはない。本実施の形態においては、制御コントローラ19のRAM中に格納した定電流時の印加電圧に+300Vを加えた値を現像バイアス電源21から現像ローラ8へ印加することとした。
【0092】
時間t12′から時間t13′には、現像バイアス電源21から+100Vのバイアスが印加される。時間t12から時間t13においては、帯電ローラ2には放電が行われていないため、感光ドラム1表面電位は約−100〜0Vであるため、現像ローラ8に+100Vのバイアスを印加することで、感光ドラム1上に吐き出されたトナーを現像ローラ8に回収することが可能となる。
【0093】
そして、転写ローラ5には、時間t11からクリーニングバイアスとして、実施の形態1と同様、負極性のバイアスが印加される。このバイアスは、約−400Vであり、転写ローラ5上のトナー汚れ除去のために行われる。
【0094】
時間t13になり、前回転工程が終了すると、画像形成動作に入る。時間t13から時間t14においては実施の形態1と同様に、画像信号に応じた画像形成がなされる。そして、画像形成により生じた転写残トナーが帯電ローラ2に蓄積していくことになる。
【0095】
時間t14となり、画像形成が終了する。時間t14、時間t14′、時間t14″以降は後回転となる。
【0096】
時間t13から時間t14にかけては、感光ドラム1の前回周の回転時には、転写ローラ5による放電を受けているため、感光ドラム表面の電位が安定した状態ではない。そこで、時間t14から時間t15にかけては、帯電バイアス電源20から約−700V印加することで、感光ドラム1表面を約−100Vに帯電している。
【0097】
時間t14′から時間t15′にかけては、現像ローラ8には、現像バイアス電源21から約+100Vが印加される。これにより、現像ローラ8上に担持されたトナーは感光ドラム1を現像することはない。
【0098】
画像形成の終了により転写バイアスは、前回転時と同様のクリーニングバイアスが時間t17まで印加され続ける(時間t14″〜時間t17″)。
【0099】
時間t15から時間t16においては、前回転時と同様に転写ローラ2には帯電バイアス電源20から正極性バイアスの定電流制御がなされ、帯電ローラ2上に付着したトナーは負極正に極性反転されることになる。そして、前述と同様に、定電流制御されたときの印加された電圧値は制御コントローラ19のRAM中に一時格納される。
【0100】
時間t16から時間t17においては、帯電ローラ2には帯電バイアス電源20により約−400Vの吐き出しバイアスが印加される。このとき、対向する感光ドラム1表面は時間t14から時間t15にかけて帯電された約−100〜0Vの表面電位であるため、帯電ローラ2上の極性反転した負極正のトナーにとっては、帯電ローラ2から感光ドラム1側へ付勢する電界が形成されることになる。これにより、帯電ローラ2上のトナーは感光ドラム1上に吐き出される。
【0101】
時間t14′から時間t15′には、現像バイアス電源21から正極性のバイアスが印加される。前述の時間t11′から時間t12′と同様に、制御コントローラ19のRAM中に格納した定電流時の印加電圧を基に感光ドラム1の表面電圧を予測し、現像バイアスを印加する。
【0102】
時間t16′から時間t17′には時間t12から時間t13と同様に、現像バイアス電源21から+100Vのバイアスが印加される。
【0103】
そして、転写ローラ5には、時間t14″からクリーニングバイアスとして実施の形態1と同様、負極正のバイアスが印加される。このバイアスは約−400Vであり、転写ローラ5上のトナー汚れ防止のために行われる。
【0104】
時間t18になると、画像形成した転写材Pが定着器7等を通過し、感光ドラム回転が終了すると同時に帯電、現像、転写のそれぞれのバイアス電源が停止する。
【0105】
本実施の形態においては、前回転時および後回転時におけるトナーの吐き出しシーケンスについて述べたが、これに限定されることなく、実施の形態1と同様に、紙間ごとまたは所定枚数ごとに吐き出しシーケンスを行うようにしてもよい。
【0106】
このように、帯電ローラに蓄積した正極性に帯電した転写残トナーをプラス放電の定電流制御により極性反転し、次周に感光ドラムに吐き出すことで、プラスメモリを発生させることなく、トナーの極性反転およびトナー吐き出しが可能となる。
【0107】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、現像同時クリーニング方式の画像形成装置において、非画像形成時に、像担持体と帯電部材との間にトナーの帯電極性とは逆極性の放電電界を形成することで、帯電部材上に付着した転写残トナーを極性反転し、次に、像担持体と帯電部材との間にトナーと同極性の放電閾値以下の電界を形成することで帯電部材上のトナーを像担持体上に転移させることができる。これにより、帯電部材に付着した転写残トナーを安定して除去することができ、帯電不良による画像不良を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の制御シーケンスを示す図。
【図2】実施の形態1の画像形成装置の概略構成を示す図。
【図3】(a)、(b)は帯電ローラに付着したトナーの極性反転を説明する図。
【図4】実施の形態2の画像形成装置の概略構成を示す図。
【図5】実施の形態2の制御シーケンスを示す図。
【図6】従来の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図。
【図7】(a)、(b)は従来の画像形成装置において帯電ローラにトナーが付着するようすを説明する図。
【符号の説明】
1 像担持体(感光ドラム)
2 帯電手段(帯電部材、帯電ローラ)
3 露光手段(露光器)
4 現像手段(現像器)
5 転写手段(転写ローラ)
8 現像剤担持体(現像ローラ)
12、20 帯電バイアス電源
16、19 制御手段(制御コントローラ)
P 転写材
Claims (4)
- 像担持体表面に接触配置された帯電部材により前記像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、帯電後の前記像担持体表面を画像情報に応じて露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像のうちの露光部分に帯電極性と同極性のトナーを付着させてトナー像として現像する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を転写材上に転写する転写手段とを備え、転写時に前記転写材に転写されないで前記像担持体上の残ったトナーを前記帯電部材を通過させて前記現像手段で回収する画像形成装置において、
前記帯電部材に前記トナーの帯電極性と同極性および反対極性のバイアスを選択的に印加可能な帯電バイアス電源と、
前記帯電バイアス電源が前記帯電部材に印加するバイアスの極性、大きさ、印加タイミングを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、非画像形成時において、前記帯電バイアス電源を制御し、前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアスを前記帯電部材に印加することにより前記帯電部材と前記像担持体との間に放電電界を形成した後、
前記トナーの帯電極性と同極性のバイアスであり、かつ、放電閾値以下のバイアスを前記帯電部材に印加する、
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記非画像形成時は、画像形成を行う前の準備前回転時、画像形成を行った後の後回転時、先行する画像形成と後続の画像形成との間の準備回転時のうちの少なくとも1つである、
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記放電電界を形成する際に、前記帯電部材に印加される前記トナーの帯電極性と逆極性のバイアスは、定電流制御により前記帯電部材に印加される、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 前記現像手段は、前記像担持体表面に接触配置された現像剤担持体を有し、前記トナーの帯電極性と同極性のバイアスが前記帯電部材に印加されたときに前記像担持体上に転移したトナーを、前記現像剤担持体に印加したバイアスによって回収する、
ことを特徴とする請求項1、2、または3に記載の画像形成装置。
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