JP3870107B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真記録方式や静電記録方式を利用したレーザプリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成（画像記録）装置、より詳しくは、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体を「接触帯電方式」で帯電し、被転写材に対する現像剤像転写後の像担持体面に残留する現像剤を、専用のクリーニング手段を具備させないで、現像手段において「現像同時クリーニング」で回収させる「クリーナレス」の画像形成装置、及び該画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真画像形成装置に代表される画像形成装置には、全体の小型化、廃トナーの発生なしによるエコロジー対応、像担持体である感光ドラムの長寿命化、現像剤であるトナーの１ページあたりの消費量削減のために、現像手段に被転写材に対するトナー像転写後の感光ドラム表面に残留しているトナー（以下、転写残トナーとする）のクリーニング手段を兼用させることにより、専用器としてのクリーニング手段の配設をなくした「現像同時クリーニング」、「クリーナレス」と呼ばれる画像形成装置がある。
【０００３】
上述の「現像同時クリーニング」、「クリーナレス」の画像形成装置において、放電を用いない直接帯電方式の帯電手段を用いたものが、特開平１０−３０７４５５公報に示されている。
【０００４】
より詳しくは、接触帯電部材と感光ドラムとの接触部に導電性の帯電を促進する粒子を介在させ、直流電圧のみを印加し、印加した直流電圧とほぼ同等の感光ドラムの表面電位を得るものである。この方式は、放電を積極的に用いていないため、オゾンの発生がない。また、積極的に放電を用いていないため、放電生成物の感光ドラムへの付着を抑制でき、高温高湿環境下での画像流れなどの問題を防止している。
【０００５】
また、本発明者らは、積極的に放電を用いていない直接帯電のメリットを活かしつつ、上述の画像形成装置をより向上させる方法として、特願２０００−２３８５６０にその提案を示している。
【０００６】
本提案は、接触帯電部材と感光ドラムとの接触部に導電性の清掃補助粒子を介在させ、画像形成時には、直流電圧にピーク間電圧が５００Ｖ以上で、且つ帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加されることを特徴としている。
【０００７】
より詳しくは、像担持体を帯電する可撓性を有し、少なくともその外周面が多孔質状の接触帯電手段と像担持体の接触部に、粒子抵抗が１０12Ωｃｍ以下である清掃補助粒子が介在し、画像形成時に交流電圧が重畳して印加されることにより、接触帯電手段（接触帯電部材）である帯電清掃部材は、転写後に像担持体に残留した現像剤を剥ぎ取ると共に、帯電清掃部材に付着している現像剤は、放電の影響を受けない為正極性化せず帯電清掃部材に留まることなく、帯電清掃部材と像担持体の表面との電位差により該像担持体の回転方向下流側に吐き出すことが可能となる。
【０００８】
また、直流電圧のみを印加した場合に対して、該像担持体表面を所定の電位にムラなく均一に帯電し、直接注入帯電が支配的な帯電を実現することができる。
【０００９】
ここで、前記帯電清掃部材が、像担持体に対して速度差を持って駆動されることにより、上記残留現像剤の剥ぎ取り性が向上すると共に、安定した帯電性を得ることができる。
【００１０】
さらに、帯電清掃部材上に存在する粒径０．１〜３μｍ以下の清掃補助粒子の作用も相俟って、帯電清掃部材に付着している現像剤を効果的に吐き出すことができる。
【００１１】
よって、特願２０００−２３８５６０の提案の構成とすることで、帯電清掃部材からトナーを吐き出すのに好適な交番電界の形成により、長期に亘って帯電清掃部材の汚染を防止して、安定した帯電性を得ることが可能となる。
【００１２】
一方、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段である帯電清掃部材により、現像同時クリーニングを行うことで、帯電電位の振れに影響されずに、長期に亘ってかぶりの少ない高品位な出力画像を得ることが可能となること、さらに、球形の現像剤を用いることで、転写効率が向上し、転写後に像担持体に残留した現像剤を減らすことができると同時に、帯電清掃部材に付着していた際の吐出しも容易となり、長期に亘ってクリーナレスシステムの安定化を図ることができることを提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願２０００−２３８５６０の提案では、特に低温低湿環境に於いて、特定のパターン画像を連続して形成した場合に、以下に示す様な不具合があることが判明した。
【００１４】
上述のように、画像形成時に交流電圧を重畳して印加すると、多孔質状の接触帯電手段である帯電清掃部材が、剥ぎ取った転写残現像剤を像担持体の回転方向下流側に吐き出すと同時に、像担持体と帯電清掃部材との接触部に介在させている清掃補助粒子も吐き出してしまうことになる。
【００１５】
この清掃補助粒子は、像担持体と帯電清掃部材との接触ニップ部に介在し、直接注入帯電が支配的な帯電を実現するのに不可欠な低抵抗粒子であり、帯電清掃部材が現像剤で多少汚染されても該粒子が該ニップ部に介在していることで、該像担持体表面を所定の電位にムラなく均一に帯電することができるが、現像剤による汚染量に対して該粒子の介在量が所定量以下となった場合には、帯電均一性を確保することが困難となる。
【００１６】
特に、帯電性の確保が難しい低温低湿環境に於いて、縦帯パターン等の画像が連続して形成されると、帯電清掃部材の長手方向の特定部位では転写残現像剤が続けて剥ぎ取られることになり、その部分は相対的に現像剤による汚染量に対して該粒子の介在量が少なくなるという問題がある。
【００１７】
この問題は、ある条件下で転写効率が悪く、帯電清掃部材で掻き取る転写残現像剤量が所定量を超えた場合に於いても、同様に発生することになる
即ち、画像形成時に接触帯電手段である帯電清掃部材に交流電圧を重畳して印加することで、剥ぎ取った転写残現像剤を像担持体の回転方向下流側に吐き出すことができ、帯電清掃部材上に現像剤が蓄積されていくことはないが、像担持体と帯電清掃部材とのニップ部に介在させている清掃補助粒子も吐き出してしまい、帯電均一性を確保できなくなってしまう。
【００１８】
本発明はこの様な実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の大型化やコストアップを抑制し、且つ安定的に帯電を行って、長期に亘り帯電不良を発生させることなく良好な画像を得ることができるクリーナレスシステムを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１９】
【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及びプロセスカートリッジである。
【００２０】
（１）像担持体と、該像担持体を帯電する接触帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、その静電潜像を顕像化するための現像剤を内包する現像手段と、顕像化された現像剤像を被転写材に転写する転写手段とを有し、前記現像手段が現像剤像を被転写材に転写した後に像担持体上に残留した現像剤を回収する画像形成装置において、
少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることを特徴とする画像形成装置。
【００２１】
（２）前記接触帯電部材は、可撓性を有し、少なくともその外周が多孔質状であることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００２２】
（３）前記潜像形成手段は像露光手段であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の画像形成装置。
【００２４】
（４）電位が交互に変化される部分の周波数が０．５〜１０．０ｋＨｚである（１）乃至（３）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２５】
（５）直流部分と交流部分の時間の割合は、直流部分の長さを１とした場合に交流部分の長さは０．３以上５以下である（１）乃至（４）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２６】
（６）前記接触帯電部材に印加される交流電圧のピーク間電圧が５００Ｖ以上で、且つ帯電電位収束電圧未満の範囲であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２７】
（７）前記清掃補助粒子の粒径が０．１〜３μｍであり、粒子抵抗が１０ １２ Ωｃｍ以下であることを特徴する（１）乃至（６）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２８】
（８）前記接触帯電部材が、像担持体に対して速度差を持って駆動されることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２９】
（９）前記現像手段は、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段であることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００３０】
（１０）前記現像手段の現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０であることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００３１】
（１１）複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数の現像剤でそれぞれ現像し、各色の現像剤像を形成する複数の現像手段と、前記複数色の現像剤像を被転写体に順次転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
前記帯電手段の内少なくとも一つが、可撓性且つ多孔質状の外周面を有する接触帯電部材を具備すると共に、前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、前記接触帯電部材に対して振動電圧を印加することにより像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることを特徴とする画像形成装置。
【００３３】
（１２）前記複数の像担持体の内、画像形成の際に最初に現像剤像が形成される像担持体には、該画像形成装置において使用される各色の現像剤の中で、最も視感度の低い色の現像剤像が形成される様にすることを特徴とする（１１）に記載の画像形成装置。
【００３４】
（１３）少なくとも前記像担持体と前記接触帯電部材とを一体的に形成し、（１）乃至（１２）のいずれかの項に記載の画像形成装置に対して着脱自在としたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【００３５】
（作 用）
上記構成とすることにより、接触帯電部材は、転写後に像担持体に残留した現像剤を剥ぎ取ると共に、ピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加されることで、直流電圧のみを印加した場合に対して、該像担持体表面を所定の電位にムラなく均一に帯電し、直接注入帯電が支配的な帯電を安定して実現することができる。
【００３６】
同時に、上記交流電圧の印加により、接触帯電部材に付着しているトナーは、放電の影響を受けない為正極性化せず該接触帯電部材に留まることなく、接触帯電部材と像担持体の表面との電位差により該像担持体の回転方向下流側に吐き出すことができる。
【００３７】
ここで、本発明においては、交流電圧から直流電圧に変化する際に、交流電圧はトナーの帯電極性側に凸になってから直流電圧に変わる。即ち、接触帯電部材上に付着した正規の極性に帯電した現像剤に対しては接触帯電部材から像担持体方向の付勢力が働き、トナーとは逆極性に帯電する清掃補助粒子は像担持体から接触帯電部材方向の付勢力が働く。
【００３８】
従って、トナーは接触的に接触帯電部材から吐き出され、帯電を助長する清掃補助粒子は接触帯電部材に留まる量が多くなる。その結果、良好な帯電性を確保しつつ、帯電不良の問題となる転写残トナーを容易に現像手段に供給することで、安定したクリーナレスシステムを提供できる。
【００３９】
さらに、この清掃補助粒子の粒子抵抗を１０ １２ Ωｃｍ以下とし、接触帯電部材と像担持体の接触部に介在させることで、像担持体に対し接触帯電部材の緻密な接触性と接触抵抗を維持出来る様になり、更に帯電性を向上することが可能となる。
一方、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段により、現像同時クリーニングを行うことで、帯電電位の振れに影響されずに、長期に亘ってかぶりの少ない高品位な出力画像を得ることが可能となる。
【００４０】
形状係数ＳＦ１が１００〜１５０、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０である現像剤を用いることで、転写効率が向上し、転写後に像担持体に残留した現像剤を減らすことができると同時に、接触帯電部材に付着してた際の吐出しも容易となり、長期に亘ってクリーナレスシステムの安定化を図ることができる。
【００４１】
また、本発明をタンデム方式のカラー画像形成装置に適用することで、装置の小型化を図ることができる。
【００４２】
さらに、少なくとも前記像担持体と前記接触帯電部材とを一体的に形成したプロセスカートリッジが上述の画像形成装置に着脱自在とすることにより、トナー補給や寿命を過ぎた像担持体の交換等、諸々メンテナンス作業に係わる使用者の労力を軽減し、簡単な操作で安定した出力画像が得られる様になる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
本実施例に係る画像形成装置では、少なくともその外周面が多孔質状で、可撓性を有する接触帯電部材が像担持体に当接されており、前記接触帯電部材には直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。
【００４４】
このとき印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。また、少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部には、現像手段から供給された清掃補助粒子が介在する。更に、前記接触帯電部材は、転写後に像担持体に残留した現像剤を剥ぎ取ると共に、像担持体表面を所定の電位に帯電し、且つ像担持体の回転方向下流側に前記現像剤を吐き出す帯電清掃部材として機能する。尚、接触帯電部材から吐き出された現像剤は、像担持体に接触して配設した現像手段により、現像同時クリーニングが行われて再利用される。
【００４５】
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型図であり、電子写真プロセス利用、接触帯電、クリーナレスのレーザプリンタである。
【００４６】
（１）プリンタの全体的な概略構成
１は像担持体であり、本実施例ではφ３０ｍｍの負極性ＯＰＣ感光体（ドラム状ネガ感光体、以下感光ドラムと記す）である。この感光ドラム１は図１中矢印Ａの方向に周面の移動速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ（＝プロセススピード）の一定速度をもって回転駆動される。
【００４７】
２は感光ドラム１に所定の押圧力をもって接触させて配設した接触帯電部材（帯電清掃部材）としての弾性ローラ（以下、帯電清掃ローラと記す）で導電性を有する。ｎは感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との帯電ニップ部である。
【００４８】
効率良く直接帯電を行うためには、前述の帯電ニップ部ｎにおいて感光ドラム１と帯電清掃ローラ２の接触面積を大きく取る必要が有り、本実施例では帯電清掃ローラ２の周面を多孔質状とすることで、最大限の接触面積を得られる様にした。
【００４９】
前述の帯電清掃ローラ２は、その外周面に導電性を有する清掃補助粒子ｚ（詳細については後述する）を保持（担持）しており、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との帯電ニップ部ｎには、現像器５から供給される清掃補助粒子ｚが介在している。
【００５０】
帯電清掃ローラ２は帯電ニップ部ｎにおいて、感光ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）に回転駆動され、感光ドラム１周面に対して速度差を持って接触する。３は該帯電清掃ローラ２の駆動源（モータ）である。またプリンタの画像記録動作時には該帯電清掃ローラ２に帯電バイアス印加電源Ｓ１から所定の帯電バイアスが印加される。これにより、回転感光ドラム１の周面が直接帯電（注入帯電）方式で所定の極性・電位に接触帯電処理される。
【００５１】
本実施例では帯電清掃ローラ２の周面の移動速度は７５ｍｍ／ｓｅｃとした。ここで、帯電清掃ローラ２の周面の移動速度は、該周面に何も当接されない状態での平均外径を有する所定の点が、帯電清掃ローラ２の回転により移動する速度とした。また帯電清掃ローラ２と感光ドラム１の周速差を、両者の回転速度比とすると、本実施例では周速差はカウンター方向に１５０％である。尚、帯電清掃ローラ２の詳細については後述することとする。
【００５２】
本実施例では帯電バイアス印加電源Ｓ１により、帯電清掃ローラ２の芯金２ａに対して、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に印加される。即ち、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなる交流成分と直流成分の繰り返しからなる電圧が印加される。直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。ここで、直流成分の電圧値は−７００Ｖとした。
【００５３】
印加されるバイアスにより、感光ドラム１周面が該直流成分の電圧とほぼ等しい電圧に直接帯電される。
【００５４】
電圧の大きさ及び周波数については、帯電清掃ローラに付着した転写されずに感光ドラム上に残ったトナー（以下、転写残トナーという）の吐き出し性に大きく影響するため、後述する本発明の特徴とともに述べる。
【００５５】
一方、本実施例での清掃補助粒子ｚの供給は、後述する非磁性一成分トナーを用いた現像器５によって行われる。また、本実施例では清掃補助粒子ｚとして、比抵抗が約１０6Ω・ｃｍ、平均粒径約１μｍの酸化亜鉛を用いた。そしてこの清掃補助粒子ｚとしての酸化亜鉛を、後述する分級後のトナーＴ’１００重量部に対して２．０重量部添加し、混合器により均一に分散させて現像器５内に収容させた。
【００５６】
４はレーザダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナ（露光装置）である。このレーザビームスキャナ４は目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザ光Ｌを出力し、該レーザ光で上記回転感光ドラム１の一様帯電面（感光ドラム１周面）を走査露光する。前述走査露光Ｌにより回転感光ドラム１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００５７】
本実施例の現像器５は、現像剤として非磁性一成分トナー（ネガトナー）を用いた反転現像器である。以降、現像剤をトナーＴ’と称する。現像器５は、感光ドラム１に接触して図１中矢印Ｂ方向に回転しながら現像を行う現像ローラ５ａ、現像ローラ５ａに非磁性トナーＴ’を図中Ｃ方向に回転することによって供給するトナー供給手段としての供給ローラ５ｂ、現像ローラ５ａ上のトナーＴ’の塗布量及び帯電量を規制するトナー規制手段としての現像ブレード５ｃ、トナーＴ’を供給ローラ５ｂに供給すると共に、非磁性一成分トナーを撹拌する撹拌部材５ｄ等からなる。
【００５８】
本実施例では剛体である感光ドラム１に対し接触して現像を行う構成を採るため、前記現像ローラ５ａは弾性を有することが望ましい。該弾性層としてはシリコーンゴムを用いたが、弾性層に使用するゴムとしては、その他ＮＢＲゴム（ＮＢＲ：ニトリルゴム）、ブチルゴム、天然ゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム等、一般的に用いられるゴムが使用可能である。
【００５９】
通常、上記ゴム材料のオイル含浸量を多くすることで、低硬度化が図られる。現像ローラ５ａを単層とする場合には、トナーへの帯電付与性の観点から、負帯電性トナーを用いた場合には、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ＮＢＲゴム等が好適に用いられる。また、正帯電性トナーを使用するのであれば、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
【００６０】
更に、弾性層外周にトナーへの帯電を考慮してコート層を設ける場合には、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂若しくは、これらを混合した樹脂等が好適に用いられる。
【００６１】
また、現像ブレード５ｃとしては、現像ローラ５ａとの当接部が金属又はゴム及び樹脂部材からなる公知のトナー規制部材が使用可能である。本実施例では、ステンレス製の薄板（約０．１ｍｍｔ）の先端部から約２ｍｍの位置を現像ローラと反対方向に折り曲げたものであり、該折り曲げ部が現像ローラ５ａに若干食い込む状態で接触するものを使用した。
【００６２】
攪拌部材５ｄにより攪拌されたトナーＴ’がＢ方向に回転する現像ローラ５ａと、Ｃ方向に回転する供給ローラ５ｂとの摺擦によって現像ローラ５ａ上に供給される。現像ローラ５ａ上のトナーＴ’は現像ブレード５ｃによって所望の帯電量が付与されると共に、トナー量が規制され、現像ローラ５ａ上に適宜トナーが担持される。
【００６３】
現像ローラ５ｃ上に担持されたトナーは、感光ドラム１と接触する部位、即ち現像部位ａに到達すると、現像バイアス電源Ｓ２から現像ローラ５ａに現像バイアスが印加されることで、感光ドラム１周面に担持された静電潜像が、現像ローラ５ａの表面に担持されているトナーＴ’で反転現像されてトナー像として可視化される。本実施例における現像バイアス電圧は、ＤＣ電圧：−４００Ｖとした。
【００６４】
６は接触転写手段としての中抵抗の転写ローラであり、所定の押圧力をもって感光ドラム１に接触させることにより、転写領域（転写ニップ部）ｂを形成している。この転写領域ｂに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録媒体（被転写材）としての転写材Ｐが給紙され、且つ転写ローラ６に転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、感光ドラム１周面のトナー像が転写領域に給紙された転写材Ｐ表面に順次転写されていく。
【００６５】
本実施例で使用の転写ローラ６は、芯金に中抵抗発泡層を形成した、ローラ抵抗値５×１０8Ωのものであり、＋２．０ｋＶの電圧を芯金に印加することによって転写を行う。
【００６６】
この際、転写領域において感光ドラム１周面のトナー画像は、前述転写バイアスの影響で転写材Ｐ側に引かれて積極的に転移する。一方、感光ドラム１周面の清掃補助粒子ｚは導電性であるため転写材Ｐ側には積極的には転移せず、感光ドラム１周面に実質的に付着保持されて残留する。感光ドラム１周面に付着保持された清掃補助粒子ｚの存在により、感光ドラム１側から転写材Ｐ側へのトナー画像の転写効率が向上する効果も得られる。
【００６７】
７は熱定着方式等の定着装置である。転写領域において感光ドラム１周面のトナー像が転写された転写材Ｐは、前記定着装置７に搬送・導入され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として装置外へ排出される。
【００６８】
転写後に感光ドラム１周面に残存した転写残トナーおよび上記の清掃補助粒子ｚは、感光ドラム１の回転により、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２の帯電ニップ部ｎに搬送され、帯電ニップ部ｎへの清掃補助粒子ｚの供給と、帯電清掃ローラ２への付着・混入が生じる。即ち、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２とが形成する帯電ニップ部ｎに、清掃補助粒子ｚが存在した状態で感光ドラム１の接触帯電が行なわれる。
【００６９】
本実施例の画像形成装置ではクリーナレス構成を採るため、クリーニングブレード等のクリーナ（クリーニング装置）は配設されず、従って転写材Ｐに対してトナー像を転写した後に感光ドラム１周面に残留する転写残トナーは、感光ドラム１の回転に伴って帯電ニップ部ｎを経由して現像部位ａに至り、現像器５で現像同時クリーニングが行われることにより回収・再使用される。
【００７０】
（２）現像同時クリーニング
以下に、現像同時クリーニングについて図２を用いて説明を行う。図２中、□は感光ドラム１表面に存在する転写残トナーを示し、○は現像ブレード５ｃを通過し現像ローラ６ａ上に担持された新しいトナーを示す。記号中の−はトナーの帯電極性を示すものである。
【００７１】
転写残トナー（転写行程において転写材Ｐに転写されず、感光ドラム１表面に残ったトナー）は感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との接触部において、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との摺擦及び後述の清掃補助粒子の作用を受けることにより、負帯電トナーとなる。続いて露光工程により感光ドラム１表面の露光部（画像部）は約−１５０Ｖとなる。更に現像行程では、前述露光部上の転写残トナーはそのまま感光ドラム１上に残存し、且つ現像バイアス（−４００Ｖ）と前述露光部との電位差（約２５０Ｖ）により現像ローラ５ａ上に担持された新しいトナーが前述露光部に供給（現像）される。同時に非露光部（非画像部）の負帯電の転写残トナーは、感光ドラム１上の帯電電位（約−７００Ｖ）と現像バイアス（−４００Ｖ）との電位差により現像ローラ５ａ上に転移する。この際、現像ローラ５ａ上に担持された新しいトナーは、そのまま現像ローラ５ａ上に残存することにより、現像同時クリーニングが行われる。
【００７２】
（３）帯電清掃ローラ２
ここで、本実施例における帯電清掃ローラ２について詳しく述べる。帯電清掃ローラ２は、芯金２ａ上に樹脂（例えばウレタン）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫化剤、発泡剤等により処方された発泡体の半導電体層２ｂをローラ状に形成することにより形成される。
【００７３】
また、帯電清掃ローラ２には前述の樹脂（ウレタン等）を用いる他に、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整用のカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材を発泡したものや、周面のみに発泡処理を施して多孔質状としたものを用いることも出来る。特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
【００７４】
帯電清掃ローラ２は、少なくとも周面を微小な多孔質状とすることで、感光ドラム１周面に対する接触機会を増加させると共に、転写残トナーが帯電ニップｎへと流入した際には、空孔がトナーを捕獲して感光ドラム１周面から引き剥がす役目を果たし、互いの部材同士の接触を保つ事が出来る。
【００７５】
前述の様にして形成された半導電体層２ｂのローラを、必要に応じて表面を研磨することにより、直径１２ｍｍ、長手長さ２００ｍｍの導電性弾性ローラである帯電清掃ローラ２を作成した。
【００７６】
一方、本実施例の帯電清掃ローラ２のローラ抵抗を測定したところ１００ｋΩであった。ローラ抵抗は、帯電清掃ローラ２の芯金２ａに総圧９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の加重がかかるようφ３０ｍｍのアルミドラムに帯電清掃ローラ２を圧着した状態で、芯金２ａとアルミドラムとの間に１００Ｖを印加して計測した。
【００７７】
帯電清掃ローラ２は電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では被帯電体にピンホールなどの低耐圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必要がある。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには、帯電清掃ローラ２が１０4〜１０7Ωの抵抗を有することが望ましい。
【００７８】
また、帯電清掃ローラ２の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体である感光ドラム１との接触性が悪くなり、また高すぎると感光ドラム１との間に帯電ニップ部ｎを確保できないだけでなく、感光ドラム表面へのミクロな接触性が悪くなるので、アスカーＣ硬度で２５度から５０度が好ましい範囲である。
【００７９】
（４）トナー
次に、本実施例で使用するトナーについての詳細を述べる。ここでいうトナーとはトナー粒子と外添剤とから構成されている。
【００８０】
本実施例の画像形成装置では、従来より知られている粉砕法、重合法等により得ることが出来るトナーを用いることも可能であるが、特に以下に述べるトナー粒子を用いることが好適である。
【００８１】
本発明に係るトナー粒子は、画像解析装置で測定した形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１５０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１４０であることが好ましく、形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１４０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１２０であれば更に好ましい。また、上記の条件を満たし、かつ、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値を１．０以下とすることにより、トナー粒子の諸特性のみならず、画像形成装置とのマッチングがきわめて良好なものとなる。
【００８２】
本発明に用いられる形状係数を示すＳＦ１、ＳＦ−２とは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い倍率５００倍に拡大したトナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入し解析を行い下式より算出し得られた値を本発明に於いては形状係数ＳＦ−１（図３），ＳＦ−２（図４）と定義した。
【００８３】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１／４π）×１００
ＡＲＥＡ：トナー粒子投影面積
ＭＸＬＮＧ：絶対最大長
ＰＥＲＩ：周長
トナー粒子の形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合を示し、球形から徐々に不定形となる。ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸度合を示し、トナー粒子表面の凹凸が顕著となる。
【００８４】
前述の形状係数ＳＦ−１が１６０を越える場合には、トナー粒子の形状が不定形となるため、トナー粒子の帯電量分布がブロードになるとともに、現像器内でトナー粒子表面が磨砕されやすくなるため、画像濃度の低下や画像かぶりの一因となる。
【００８５】
トナー粒子像の転写効率を高めるためには、トナー粒子の形状係数ＳＦ−２は、１００〜１４０であり、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値が１．０以下であるのがよい。トナー粒子の形状係数ＳＦ−２が１４０より大きく、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値が１．０を超える場合、トナー粒子の表面がなめらかではなく、多数の凹凸をトナー粒子が有しており、感光体１ａから転写紙Ｐ等への転写効率が低下する傾向にある。
【００８６】
更には、本発明で使用するトナー粒子としては、トナー粒子表面が外添剤（後述する清掃補助粒子を含む）で被覆された物を用い、トナー粒子が所望の帯電量が付与されるようにすることが好ましい。
【００８７】
その意味で、トナー粒子表面の外添剤被覆率が、５〜９９％さらに好ましくは、１０〜９９％であることが好ましい。
【００８８】
トナー粒子表面の外添剤被覆率は、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用いトナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入する。得られる画像情報は、トナー粒子表面部分と外添剤部分との明度が異なるため、２値化して、外添剤部分の面積ＳＧとトナー粒子部分の面積（外添剤部分の面積も含む）ＳＴに分けてもとめ、下記式により算出する。
【００８９】
外添剤被覆率（％）＝（ＳＧ／ＳＴ）×１００
外添剤としては、公知に用いられているシリカ等があげられる。外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは、０．０５〜５重量部が用いられる。また、外添剤は、単独で用いても、又、複数併用しても良い。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。
【００９０】
外添剤の添加量が０．０１重量部未満の場合には、一成分系現像剤の流動性が悪化し、転写及び現像の効率が低下してしまい、画像の濃度ムラや画像部周辺にトナーが飛び散ってしまう、所謂飛び散りが発生する。一方、外添剤の量が１０重量部を越える場合には、過多な外添剤が感光ドラム１や現像ローラに付着してトナーへの帯電性を悪化させたり、画像を乱したりする。
【００９１】
（５）清掃補助粒子ｚ
以下に、本実施例で使用する清掃補助粒子ｚについて更に詳しく述べる。清掃補助粒子ｚの材料としては、金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム，酸化チタン，酸化錫，酸化亜鉛，など）の導電無機粒子や有機物との混合物、あるいは、これらに表面処理を施したものなど各種導電粒子が使用可能である。
【００９２】
粒子抵抗は、以下に示す通り比抵抗として算出した。比抵抗の算出は、底面積２．２６ｃｍ ２ の円筒内に凡そ０．５ｇの粉体試料を入れ、上下電極に１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の加圧を行うと同時に１００Ｖの電圧を印加して抵抗値を計測、その後正規化した。
【００９３】
上述の方法より算出した清掃補助粒子ｚの比抵抗は、清掃補助粒子ｚを介した電荷の授受を行うため１０12Ω・ｃｍ以下が必要で、好ましくは１０10Ω・ｃｍ以下が望ましい。
【００９４】
清掃補助粒子ｚの粒径は、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、１００個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出し、その５０％平均粒径をもって決定した。
【００９５】
上述の測定で算出した清掃補助粒子ｚの粒径は、後述するマイクロキャリアとして、または、スペーサキャリアとして作用させるために、０．１μｍ〜３μｍであることが望ましい。
【００９６】
粒径が０．１μｍ以下の場合、一般に用いられる粒径のトナーに対して付着し易く、トナーの挙動に対して追従するために、スペーサキャリアとしての効果が薄れる。
【００９７】
一方、粒径が３μｍを上回る場合、トナーの中に介在してトナーと充分接触することが困難となり、トナーを負極性化し辛くなる。
【００９８】
これらの粒子は導電粒子であるため、トナーを負極性に帯電する一方で、自身が帯電しても導電粒子のため、帯電清掃ローラ等を伝って電荷が消失することになる。そのため、負帯電性トナーを用いた場合、導電粒子自身は弱い正極性もしくは電荷がほぼゼロの粒子として振る舞うことになる。
【００９９】
清掃補助粒子ｚは、一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなんら問題はない。どの様な凝集状態であれ、凝集体として清掃補助粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではない。
【０１００】
一方、清掃補助粒子が感光ドラム１上から記録材Ｐに一部転写されてしまうことを考慮すると、特にフルカラー画像形成装置において、白色または透明に近い粒子でなければ色再現性が損なわれる恐れが有る。また、清掃補助粒子を感光体の帯電に用いる場合には、潜像露光時に妨げにならない（遮光しない）ことが重要であり、やはり白色または透明に近い粒子を用いることが望ましい。非磁性であることが好ましい。
【０１０１】
（６）帯電清掃ローラ２に対する印加電圧制御
以下に、本発明における特徴及びその作用を述べる。本発明においては、帯電方式として直接帯電方式である注入帯電を用いている。すなわち、多孔質表面からなる帯電清掃ローラ２を感光ドラム１と周速差をもって摺擦させることで所望の電位に帯電することが可能である。しかし、特別にクリーナ容器を有さないクリーナレスシステムでは、転写工程で感光ドラム１上から転写材Ｐに転写されず、感光ドラム１上に残存したトナー（転写残トナー）が、直接帯電清掃ローラ２に到達することになる。
【０１０２】
本実施例の画像形成装置において転写残トナーは、感光ドラム１の回転とともに帯電清掃ローラ２と感光ドラム１が形成する帯電ニップ部ｎの感光ドラム１の回転方向上流側に到達すると、速度差を持って駆動される帯電清掃ローラ２の空孔の壁と、感光ドラム１周面に生じる機械的な摺擦力により、感光ドラム１表面から掻き落とされる。前述の通り掻き落とされた転写残トナーは、帯電清掃ローラ２の回転に伴い、前記帯電ニップ部ｎの感光ドラム１回転方向下流側に到達する。また同時に、前記帯電ニップ部ｎでは、帯電清掃ローラ２表面から感光ドラム１周面に電荷が注入されて、感光ドラム１周面の帯電が行われ、帯電する感光ドラム１上の表面電位は印加した直流電圧値にほぼ到達する。
【０１０３】
一方、帯電清掃ローラ２には前述のように、直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。更に、印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。その態様を図５に示す。
【０１０４】
ここで、直流成分の電圧（Ｖｄ１）は、
Ｖｄ１：−７００Ｖ 印加時間：０．２５ｍｓｅｃ（図５中、ｔ１）
である。
【０１０５】
交流成分は直流電圧Ｖｄ１に交流電圧が重畳されている。交流電圧は正弦波で、ピーク間電圧は１ｋＶである。印加時間は、０．２５ｍｓｅｃ（図５中、ｔ２）である。
【０１０６】
更に、交流成分から直流成分に変わる場合において、交流成分の終了時には、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。即ち、本実施例においては負帯電性の現像剤を使用しているため、交流成分の終了時においては、帯電清掃ローラ２に付着している負帯電性の現像剤には、帯電清掃ローラ２から感光ドラム１側へ付勢する電界が生じることになる。
【０１０７】
従来例で述べた特願２０００−２３８５６０の提案の構成においては、常時交番電界を形成していたため、転写残トナーを帯電清掃ローラから吐き出すと同時に清掃補助粒子をも吐き出していた。
【０１０８】
即ち、帯電清掃ローラには直流電圧に加えて交流電圧が重畳されており、帯電清掃ローラ２と感光ドラム１の間に交流電界が形成されると、帯電清掃ローラ２の回転に伴い前記帯電ニップ部ｎの感光ドラム１回転方向下流側に到達した転写残トナーは、感光ドラム１周面と帯電清掃ローラ２周面に連続的に生じる電位差により、感光ドラム１周面と帯電清掃ローラ２周面との間で行き来を繰り返す。この際、感光ドラム１は回転しており、感光ドラム１上に付着・担持された転写残トナーは、前述交流電界の作用領域から抜け出ることで、帯電清掃ローラ２の周面から吐き出されることになる。従って、負極性に帯電されている転写残トナーも吐き出されるが、前述のように弱い正極性を有する清掃補助粒子も吐き出されることとなる。
【０１０９】
しかし、本実施例では交流成分の終了時には、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する帯電バイアスを印加している。その作用を図６に示す。図６の（ａ）は現像剤の帯電極性と同方向に凸とした場合であり、図６の（ｂ）は現像剤の帯電極性と逆方向に凸とした場合である。図６の（ａ）において、帯電極性と同方向に凸となった場合、負極性に帯電したトナーＴ’は帯電清掃ローラ２から感光ドラム１側へ付勢される電界が形成されるため、感光ドラム１上に吐き出される。その後、直流電圧が印加される。直流電圧の場合には感光ドラム１上の帯電された表面電位と帯電清掃ローラ２に印加される電位が略同一のため、トナーＴ’に対して付勢する力は生じない。従って、トナーＴ’は感光ドラム１の回転により、帯電清掃ローラ２の電界の効力領域から脱出し、現像器５へ到達することになる。連続的に交番電界を印加した場合には、上記のように吐き出されたとしても、すぐに逆に凸のバイアスが印加されるため、吐き出された転写残トナーＴ’がすぐに帯電清掃ローラ２側に回収されてしまうこととなる。
【０１１０】
また、トナーＴ’に付着した清掃補助粒子ｚについてはトナーと行動をともにするため、トナーＴ’とともに帯電清掃ローラ２から吐き出されることになるが、トナーＴ’に付着せず独立に存在し、帯電清掃ローラ２に付着した清掃補助粒子ｚについては、前述のように弱い正極性の電荷を有するかもしくは中性（電荷がほぼゼロ）の状態であるため、帯電清掃ローラ２に現像剤の帯電極性と同方向に凸となった場合には、トナーＴ’と逆方向に付勢される力が働く。即ち、感光ドラム１側から帯電清掃ローラ２側に付勢力が働くことになるため、独立して存在する清掃補助粒子ｚの吐き出しを防止することが可能となる。
【０１１１】
図６の（ｂ）のように、現像剤の帯電極性と逆方向に凸とした場合には、転写残トナーＴ’がはきだされても、すぐに帯電清掃ローラ２側に回収されてしまうため、トナーＴ’の吐き出しの効果としては低いものとなってしまう。
【０１１２】
このように、従来例で問題であった清掃補助粒子ｚの吐き出しを防止しつつ、転写残トナーＴ’を帯電清掃ローラ２から選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、感光ドラム１への帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１１３】
図７は本発明における帯電方式を示す図である。従来から用いられている帯電ローラにおいては、主に放電による作用により感光ドラム表面を帯電させる。そのため、帯電電位収束電圧Ｌ以上のピーク間電圧が印加される。本発明では注入帯電方式を採るため、図７中、本発明においてはＬ点以下のピーク間電圧を使用して帯電を行う。従って、感光ドラム１表面を帯電するのに放電作用を主とせず、結果としてトナーが正極性化することもない。
【０１１４】
また、転写残トナーで正極性と負極性のトナーが混在した場合でも、帯電清掃ローラ２と感光ドラム１が形成する帯電ニップ部ｎにおいて、転写残トナーが感光ドラム１周面から掻き取られる際の摺擦や、前述の様に感光ドラム１周面から掻き取られ、帯電清掃ローラ２に付着・担持されて再度前記帯電ニップ部ｎに侵入する転写残トナーが、再び帯電ニップ部ｎに達した際に摺擦されることで、先述の清掃補助粒子のマイクロキャリアとしての作用も相俟ってで、摩擦帯電されて負極性化する。
【０１１５】
また、直流電圧に重畳して印加する交流電圧の大きさとしては、ピーク間電圧が５００Ｖ以上でかつ帯電電位収束電圧未満であることが望ましい。ピーク間電圧が５００Ｖ以下となると、前述した交流電圧によるトナーの吐き出しのための電位差（帯電清掃ローラ２と感光ドラム１周面間）を得ることが出来ず、トナーを帯電清掃ローラ２から引き剥がし、感光ドラム１間で往復運動をさせることが困難である。一方、ピーク間電圧を帯電電位収束電圧以上とすると帯電清掃ローラ２の放電作用が強まり、この場合も帯電清掃ローラ２に付着したトナーを吐き出すための電位差が生じない。従って、感光ドラム１間で往復運動をさせることが困難となり、帯電清掃ローラ２上にトナーが蓄積することになる。更に、放電作用が強まると、トナーの正極性化が起こってしまう。
【０１１６】
尚、ピーク間電圧を帯電電位収束電圧以上にして放電作用による帯電が支配的となることは、放電開始電圧の閾値の２倍のピーク間電圧を超えることを意味する。即ち、放電開始電圧の閾値の２倍のピーク間電圧を超えることでＡＣ放電が安定的に維持され、本実施例の画像形成装置で述べる作用とは相反する。
【０１１７】
更に、直流成分と交流成分の時間の割合としては（図５中、ｔ１とｔ２）、ｔ１：ｔ２が１：０．３〜５程度になることが望ましい。上記範囲をはずれる場合には、吐き出された転写残トナーが再び帯電清掃ローラに回収されやすくなるためである。
【０１１８】
また、交流成分の周波数は、５００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下であることが望ましい。５００Ｈｚ以下となると帯電清掃ローラによって感光ドラム表面を一様に帯電できにくくなり、１０ｋＨｚ以上では高価な高圧電源が必要となるため、現実的ではないためである。
【０１１９】
交流成分としては、基本波の繰り返しの周期は１周期にこだわるものでなく、例えば、正弦波を２周期印加した後に、直流成分を印加することも可能である。更に、波形としては正弦波にこだわるものではなく、三角波、矩形波、ランプ波等の波形が使用可能である。
【０１２０】
以上述べた様に、本実施例の画像形成装置では、清掃補助粒子が介在して、感光ドラム表面を帯電する帯電部材を有し、前記帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に交流電圧波形と直流電圧を重畳し、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることにより、転写残トナーを選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、感光ドラムへの帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１２１】
〈実施例２〉
実施例１と同様の構成で、交流波形を２周期分含んだものとした。
【０１２２】
直流成分の電圧（Ｖｄ１）は、
Ｖｄ１：−７００Ｖ 印加時間：０．２ｍｓｅｃ（図８中、ｔ３）
である。
【０１２３】
交流成分は直流電圧Ｖｄ１に交流電圧が重畳されている。交流電圧は正弦波で、振幅はピーク・トゥ・ピークで１ｋＶである。印加時間は、０．２３ｍｓｅｃ（図８中、ｔ４）である。
【０１２４】
〈比較例１〉
実施例１と同様の構成で、画像記録時には常時直流電圧に交流電圧を重畳した交番電圧を印加して耐久を行った。
【０１２５】
交流電圧：正弦波 ピーク間電圧１ｋＶ １３００Ｈｚ
直流電圧：−７００Ｖ
〈実施例の画像形成装置の評価〉
上記の実施例１、２の画像形成装置の効果を調べるため、上記比較例１の画像形成装置と共に、一定の画像パターンで連続１０００枚の画出し耐久試験を行い、ゴースト画像の発生レベルを評価することで、各画像形成装置における帯電性の優劣を比較した。使用環境は低温低湿環境（温度１５℃、湿度１５％）において行った。
【０１２６】
実施例１、２と比較例１の画像形成装置では反転現像方式を採るため、前述のゴースト画像とは、感光ドラム１の１周目において画像露光した部分（トナー画像部である）が、感光ドラム２周目で帯電不足を起こすことにより、前回の画像パターン部が他の部位よりトナーが多く現像されて現れるもの（画像濃度が高い）の事を指す。
【０１２７】
耐久に用いる画像パターンには、画像先端に縦帯を印字し、その後ハーフトーン画像（画像後半）を出力し、前述ゴースト画像の発生レベルの判定に用いた。さらに、画像裏面の汚れ具合を観察した。
【０１２８】
評価結果：実施例１、２と比較例１の比較例の画像形成装置における耐久試験での、ゴースト画像評価結果を以下の表１に示す。
【０１２９】
【表１】
【０１３０】
ここで、評価の指針を以下に示す。
【０１３１】
○：画像不良なし（帯電不良なし）
△：ゴースト画像による若干の濃度アップあり
×：ゴースト画像による濃度アップ大
として評価した。
【０１３２】
実施例１及び実施例２の画像形成装置では、１０００枚の耐久終了時点までゴースト画像や、画像裏面の汚れが発生しなかった。
【０１３３】
比較例１では、５００枚付近においてゴースト画像の部分が周辺の濃度より高くなってしまった。また１０００枚時点では、ゴーストがはっきりと区別できるようになってしまった。さらに、２０００枚時点で若干の裏汚れが生じた。
【０１３４】
また、１０００枚時点で帯電清掃ローラの表面を観察した結果、実施例１及び実施例２では清掃補助粒子が十分に付着していたが、比較例１では付着量が少ない状態であった。
【０１３５】
以上述べた様に、実施例１、２に係る画像記録装置では、帯電不良や汚れの少ない高品位な出力画像を長期に亘って得ることが可能であった。
【０１３６】
〈実施例３〉
本実施例の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置においては、交流電圧成分にデューティ比を有するものであり、転写残トナーを吐き出す時間を長く設けることで、簡略な構成で帯電部材の汚染を防止し、現像同時クリーニングを実現して、帯電不良やかぶりの少ない高品位な出力画像を長期に亘って得ることが可能となる。
【０１３７】
併せて、画像形成要素の内、比較的消耗の激しい像担持体と帯電部材、そしてトナーを含む現像手段とを一体化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジすることで、諸々のメンテナンス作業に係わる使用者の労力軽減を図ったものである。
【０１３８】
図９は本実施例に係る現像同時クリーニングを行うクリーナレスシステムを採る画像形成装置の概略構成模型図である。前記実施例１と同様の部材等については、同一の番号を付して説明を省略する。
【０１３９】
実施例１の画像形成装置に用いた帯電清掃ローラ２と同様のものが、本実施例の画像形成装置の帯電清掃ローラ２としても好適に使用出来る。またプリンタの画像形成時には該帯電清掃ローラ２に帯電バイアス印加電源Ｓ４から所定の帯電バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１の周面が直接帯電（注入帯電）方式で所定の極性・電位に、接触帯電処理される。
【０１４０】
本実施例では帯電バイアス印加電源Ｓ４により、帯電清掃ローラ２の芯金２ａに対して、下記の直流成分と交流成分が印加される。
【０１４１】
直流成分の電圧（Ｖｄ１）は、
Ｖｄ１：−７００Ｖ 印加時間：０．３ｍｓｅｃ（図１０中、ｔ５）
であり、交流成分は直流電圧Ｖｄ１に交流電圧が重畳されている。印加時間は、０．３ｍｓｅｃ（図１０中、ｔ６）である。
【０１４２】
交流電圧は正弦波であり、図１０の凹凸部の時間割合（凹部：ｔ６１、凸部：ｔ６２）は、１：２の割合とした（ｔ６１＝０．１ｍｓｅｃ、ｔ６２＝０．２ｍｓｅｃ）。Ｖｄ１と凹部のピーク部との電位差は、５００Ｖとしている。従って、Ｖｄ１と凸部のピーク部との電位差は、約２５０Ｖである。
【０１４３】
交流電圧のデューティ比の割合は、ｔ６１：ｔ６２＝１：１〜５の範囲で可能である。
【０１４４】
凸部の印加時間を長くすることにより、転写残トナーの吐き出しをしつつ、感光ドラム表面の帯電を行うことができる。凸部のＶｄ１と凸部のピーク部との電位差は、１００〜５００Ｖの範囲であることが望ましい。１００Ｖ以下になると、転写残トナーの吐き出し量が低下してしまう。５００Ｖ以上になると、使用環境によっては、放電が発生し始めるためである。
【０１４５】
上記電圧を印加することより、感光ドラム１周面が該印加ＤＣ電圧とほぼ等しい電圧（約−７００Ｖ）に直接帯電される。
【０１４６】
更に、本実施例の画像形成装置では、画像形成要素の内、比較的消耗の激しい感光ドラム１と帯電清掃ローラ２、そして現像剤Ｔ’を含む現像手段５とを一体化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ８とした。
【０１４７】
従って、トナー補給や寿命を過ぎた感光ドラム１の交換等、諸々メンテナンス作業に係わる使用者の労力を軽減し、簡単な操作で安定した出力画像が得られる様になった。
【０１４８】
本実施形態では、正弦波を交流電圧として印加したが、特に限定されるものではなく例えば、矩形波などの波形でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１４９】
以上述べたように、交流電圧成分にデューティ比を有するものであり、転写残トナーを吐き出す時間を長く設けることで、簡略な構成で帯電部材の汚染を防止し、現像同時クリーニングを実現して、帯電不良やかぶりの少ない高品位な出力画像を長期に亘って得ることが可能となる。
【０１５０】
〈実施例４〉
図１１は本発明の他の実施形態としての、タンデム方式のフルカラー画像形成装置である。
【０１５１】
本実施例の画像形成装置は、複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数のトナーでそれぞれ現像して各色のトナー像を形成する複数の現像手段と、前記複数色のトナー像を被転写体に順次転写する複数の転写手段を備えるカラー画像形成装置であって、前記各帯電手段の少なくとも一つが像担持体と接触部を形成する可撓性の帯電部材により像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、前記帯電部材が少なくとも像担持体と接触する表面が多孔質状であり、像担持体に対して速度差を持って駆動され、前記接触帯電手段には直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。このとき印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。上記電圧を印加することで、清掃補助粒子を帯電清掃ローラに保持しつつ、転写残トナーを吐き出すことでクリーナレス方式を用いた画像形成装置とすることが可能である。
【０１５２】
画像形成手段として、像担持体である感光ドラム３０ａ〜３０ｄ、帯電手段３１ａ〜３１ｄ、現像手段３３ａ〜３３ｄとをそれぞれ一体化して、図１１に示す様なプロセスカートリッジ３４ａ〜３４ｄの形態をなしている。プロセスカートリッジは、主要部品の交換を容易にし、ユーザーメンテナンスの向上を図っている。
【０１５３】
図１１中、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれ異なる色の画像を形成する画像形成手段であり、Ｙはイエロートナーにより、Ｍはマゼンタトナーにより、Ｃはシアントナーにより、Ｂｋはブラックトナーにより画像形成を行う。ここで、Ｙ，Ｍ、Ｃ、Ｂｋの現像手段３３ａ〜３３ｄは、現像器内に各色のトナーであるトナーが内包されている点を除いては、同様な構成である。
【０１５４】
以下、画像形成動作の詳細について説明する。各帯電手段３１ａ〜３１ｄにより均一に帯電された感光ドラム３０ａ〜３０ｄ表面に、パーソナルコンピュータ等のホストからの画像データに応じて変調されたレーザビームが露光手段３２ａ〜３２ｄより照射され、各色に対して所望の静電潜像が得られる。
【０１５５】
この潜像はこれと対向して配設されている各色のトナーを内包した現像器である現像手段３３ａ〜３３ｄにより、現像部位で反転現像されトナー像として可視化される。
【０１５６】
図１１に於いて、先ず１色目の画像形成手段Ｙに於いて、感光ドラム３０ａ上にイエロートナー画像が形成されるが、この間にカセット等の転写材収納部２９から、給紙ローラ等の給紙手段により被転写材として記録紙Ｐが給紙され、レジストローラ対３８へと搬送される。記録紙Ｐは、レジストローラ対３８で一旦停止後、駆動ローラ２４と従動ローラ２５に懸架された静電搬送ベルト３９に不図示の吸着ローラよって所定のタイミングにより吸着・搬送され、転写ローラ３５ａとのニップ部で転写される。
【０１５７】
次いで、２、３、４色目の画像形成手段Ｍ，Ｃ，Ｂｋに於いて、同様な工程を経て、各色のトナー像が各感光ドラム３０ｂ、３０ｃ、３０ｄより順次記録紙Ｐ上に多重転写され、カラートナー像が形成される。
【０１５８】
この記録紙Ｐ上に転写されたカラートナー像は、定着装置等の定着手段３７によって溶融定着され、記録紙Ｐ上に永久定着され、排紙部からフェイスアップの向きで排紙トレイに排出され、所望のカラープリント画像が得られる。
【０１５９】
個々のプロセスカートリッジを構成する部材、各部材に印加される電圧は、実施例１と同様の構成のものを用いている。
【０１６０】
このようなカラー画像形成装置で実施形態１，２で説明したように直接帯電方式の接触帯電部材を用いることで簡易な構成により、安定的なクリーナレスシステムの実現が可能となる。
【０１６１】
〈実施例５〉
図１２は本発明の更に他の実施形態としての、被転写体として中間転写ベルトを用いたフルカラー画像形成装置である。
【０１６２】
以下、画像形成動作の詳細について説明する。本実施例で用いる感光ドラム３０ａ〜３０ｄ、帯電清掃ローラ３１ａ〜３１ｄ、露光手段３２ａ〜３２ｄ、現像装置３３ａ〜３３ｄの画像形成プロセスに於ける作用は全て上述の実施例４と同様であり、上記で詳しく述べた通りに、感光ドラム３０ａ〜３０ｄ表面にトナー像が形成される。
【０１６３】
一方、中間転写ベル３６は、４つの感光ドラム３０ａ〜３０ｄ全てに対し当接する様に配置される。
【０１６４】
この際、以下に示す一次転写ローラ３５が中間転写ベルト３６に当接されていない状態で、中間転写ベルト３６と感光ドラム３０ａ〜３０ｄで形成されるニップが、各々０．５ｍｍ以上となるように設定を行った。
【０１６５】
中間転写ベルト３６は駆動ローラ２４、従動ローラ２５及び二次転写対向ローラ２６の三本のローラにより支持されており、適当なテンションが維持されるようになっている。駆動ローラ２４を駆動させることにより中間転写ベルト３６は感光ドラム３０ａ〜３０ｄに対して順方向に略同速度で移動する。
【０１６６】
中間転写ベルト３６としては、例えば厚さ５０〜３００μｍ、体積抵抗率１０9〜１０16Ω・ｃｍ程度のＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート等の樹脂材料や厚さ０．５〜２ｍｍ、体積抵抗率１０9〜１０16Ω・ｃｍ程度のクロロプレーンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）、ＮＢＲ（二トリルブタジエンゴム）、ウレタンゴム等のゴム材料が用いられる。また、場合によっては、これらの材料にカーボン、ＺｎＯ、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2等の導電性充填材を分散させて、体積抵抗率を１０7〜１０11Ω・ｃｍ程度に調節することもある。
【０１６７】
更に、画像形成装置の本体レイアウトに応じ、中間転写ベルト３６を二本のローラによって懸架した構成を採って簡略化することや、中間転写ベルト３６に代え、シリンダー周面に機能性層を形成した中間転写ドラムを中間転写体として用いることも可能である。
【０１６８】
次に、中間転写ベルト３６の裏面、感光ドラム３０ａ〜３０ｄとの対向部に、各々の感光ドラム３０ａ〜３０ｄに対応させて一次転写ローラ３５を当接配置する。一次転写ローラ３５についての詳細は後述する。
【０１６９】
トナー像の中間転写ベルト３６への一次転写に際しては、それぞれの一次転写ローラ３５に独立で適当な正のＤＣバイアスを印加するようにする。
【０１７０】
各色の一次転写位置間の距離に応じて、各色毎、一定のタイミングでコントローラからの書き出し信号を遅らせながら、露光による静電潜像を各感光ドラム１上に形成し、これらを一次転写ローラ２３の作用により、順に中間転写ベルト３６に一次転写していき、中間転写ベルト３６上に多重画像が形成される。
【０１７１】
その後、中間転写ベルト３６の裏面より当接配置された二次転写対向ローラ２６に対向し、中間転写ベルト３６表面（像担持面）に当接配置された二次転写ローラ２７にトナーと逆極性のバイアスの印加を行う。この際、露光による静電潜像の作像に合わせてカセット２９やマルチフィーダー（不図示）から給紙された転写材である記録紙Ｐが、中間転写ベルト３６と二次転写ローラ２５の間を通過することにより、中間転写ベルト３６上に担持された４色の多重トナー像は一括して記録紙Ｐ表面に二次転写される。
【０１７２】
二次転写ローラ２５としては例えば金属の芯がねを体積抵抗率を１０6〜9Ω・ｃｍに調整したＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＣＲ、ＮＢＲ等の弾性体で覆った構成を用いることが出来る。
【０１７３】
また、二次転写ローラ２５は、各々の感光ドラム３０ａ〜３０ｄに対して、５〜１５ｇ／ｃｍ程度の線圧で当接させ、且つ中間転写ベルト３６の移動方向に対して順方向に略等速度で回転する様に配置した。
【０１７４】
一方、二次転写を終えた後、中間転写ベルト３６上に残留した転写残トナーと、記録紙Ｐが搬送されることによって発生する紙粉は、中間転写ベルト３６に当接配置されたベルトクリーニング手段２８により、その表面から除去・回収される。尚、本実施形態の画像形成装置ではベルトクリーニング手段２８として中間転写体２２表面に当接配置したブラシローラを用いたが、例えばウレタンゴム等で形成された弾性を有するクリーニングブレード等を用いることも出来、更に中間転写ベルト３６表面の移動方向に関して上流側にクリーニングブレードを、下流側にブラシローラを配置することによりクリーニング効率をより一層高めることも可能である。
【０１７５】
二次転写終了後の転写材は定着手段３７へと搬送され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として画像形成装置外へと排出される。
【０１７６】
ベルトクリーニング手段２８による清掃で紙粉等が、記録紙Ｐや中間転写ベルト３６等の被転写体から除去しきれずに残存し、その紙粉が感光ドラムに取り込まれて付着すると、画像流れが発生することが有る。
【０１７７】
また、画像形成プロセスを経るに従い、画像形成プロセスの上流側に配置された画像形成手段により被転写体上に形成されたトナー像が、下流側に配置された画像形成手段で各々の色の画像形成手段に搭載された感光ドラムに接触する。その際、各々の感光ドラムに、上流側に位置する画像形成手段で用いられる色のトナーが付着することが有る。いわゆる再転写が起こることが有る。
【０１７８】
前述の様に、画像形成プロセス下流側に配置された画像形成手段で感光ドラムに付着したトナーは、各々異なった色の現像器に回収されて再利用されることになり、出力画像において混色による画像欠陥が生じる。この傾向は、より画像形成プロセスの下流側に位置する色の画像形成手段で、顕著に現れる。
【０１７９】
本発明の画像形成装置では、前述の様な画像欠陥の影響を抑えるため、各々の色に係わる画像形成手段の配置を、Ｙ→Ｍ→Ｃ→Ｂｋの順とした。
【０１８０】
イエロートナーは他色のトナーと比較して視感度が低いため、１色目の画像形成手段をイエローとすることで、実際に得られる出力画像において前述の様な画像欠陥が視認し難くなる。
【０１８１】
従って、前述の通り本実施例の画像形成装置では、１色目にイエローの画像形成手段を配置することで、出力画像に画像欠陥が生じた場合の影響を最小限に抑えることが出来た。
【０１８２】
以上述べた様に、中間転写体を用いた本実施例の画像形成装置では、感光ドラム表面からトナー像を中間転写体に一次転写する際の転写効率が、記録紙Ｐの材質や厚み、抵抗等の違いによらずほぼ一定である。
【０１８３】
更に、様々な環境下に於いて安定して高い転写効率を得ることが出来るため、感光ドラム表面に残留し現像手段で回収される転写残トナーの量はほぼ一定となり、またその絶対量も減少する。
【０１８４】
従って、感光ドラム表面に対して直接注入帯電を行い、現像器で転写残トナーを回収するトナーリサイクルプロセスが常により安定した状態で効率良く行われる。
【０１８５】
また、記録材Ｐに転写されなかった二次転写残トナーや、ベルトクリーニング手段によって除去されるため、紙粉が直接感光ドラム３０ａ〜３０ｄに付着して、帯電手段３１ａ〜３１ｄや現像手段３３ａ〜３３ｄに流入して、画像形成装置により出力される画像の品位を悪化することを防止出来る。
【０１８６】
以上の点で、中間転写体を用いた本実施形態の画像形成装置は、静電搬送ベルト方式を採用した画像形成装置に比較し、装置の安定化を図る上でより一層有利となる。
【０１８７】
以上述べたように、本実施例の画像形成装置は、複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数のトナーでそれぞれ現像して各色のトナー像を形成する複数の現像手段と、前記複数色のトナー像を被転写体に順次転写する複数の転写手段を備えるカラー画像形成装置であって、前記各帯電手段の少なくとも一つが像担持体と接触部を形成する可撓性の帯電部材により像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、前記帯電部材が少なくとも像担持体と接触する表面が多孔質状であり、像担持体に対して速度差を持って駆動され、前記接触帯電手段には直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。
【０１８８】
このとき印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることにより、転写残トナーを選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、感光ドラムへの帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１８９】
〈その他〉
１）接触帯電部材（接触帯電手段）はフェルト、布などの形状・材質のものも使用可能であり、これらを積層し、より適切な弾性（可撓性）と導電性を得ることも可能である。
【０１９０】
２）ＡＣ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。また、直流電源を周期的のオン／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。このように交番電圧の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
【０１９１】
３）像担持体としての感光体に対する静電潜像形成手段としての像露光手段は実施例のデジタル的な潜像を形成するレーザ走査露光手段に限られるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やＬＥＤなど他の発光素子でも構わないし、蛍光灯等の発光素子と液晶シャッター等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。
【０１９２】
４）現像手段は実施例は非磁性一成分トナーによる反転現像器であるが、現像器の構成については特に限定するものではない。正規現像器であってもよい。
【０１９３】
５）像担持体は静電記録誘電体等であってもよい。この場合は該誘電体面を所定の極性電位に一様に一次帯電させた後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的除電がなされて画像情報の静電潜像が形成される。
【０１９４】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば、像担持体と、該像担持体を帯電する接触帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、その静電潜像を顕像化するための現像剤を内包する現像手段と、顕像化された現像剤像を被転写材に転写する転写手段とを有し、前記現像手段が現像剤像を被転写材に転写した後に像担持体上に残留した現像剤を回収する画像形成装置において、
少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなることを特徴とすることにより、転写残現像剤（トナー）を選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、像担持体への帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１９５】
更に、本発明の画像形成装置では、簡易な構成により像担持体のクリーナレスシステムを実現することが出来、装置の大幅な小型化やトナーの再利用を図ることが出来る。また、本発明における帯電方式をカラー画像形成装置に応用することで、カラー画像形成装置においても簡易な構成でクリーナレス構成を実現し、その小型化を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る第１の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】 現像兼クリーニング方式の説明図である。
【図３】 トナーの形状係数ＳＦ−１の説明図である。
【図４】 トナーの形状係数ＳＦ−２の説明図である。
【図５】 本発明に係る第１の実施例の帯電印加バイアスの説明図である。
【図６】 本発明における作用を説明する図である。
【図７】 本発明に係る第１の実施例の注入による帯電を説明する図である。
【図８】 本発明に係る第２の実施例の帯電印加バイアスの説明図である。
【図９】 本発明に係る第２の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【図１０】 本発明に係る第２の実施形態の帯電印加バイアスの説明図である。
【図１１】 本発明に係るその他の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【図１２】 本発明に係るその他の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１：感光ドラム（像担持体）
２：帯電清掃ローラ（接触帯電部材、接触帯電手段）
３：モータ
４：露光装置
５：現像器
６：転写ローラ
７：定着器
Ｓ１：帯電バイアス印加電源
Ｓ４：帯電バイアス印加電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真記録方式や静電記録方式を利用したレーザプリンタ・複写機・ファクシミリ等の画像形成（画像記録）装置、より詳しくは、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体を「接触帯電方式」で帯電し、被転写材に対する現像剤像転写後の像担持体面に残留する現像剤を、専用のクリーニング手段を具備させないで、現像手段において「現像同時クリーニング」で回収させる「クリーナレス」の画像形成装置、及び該画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真画像形成装置に代表される画像形成装置には、全体の小型化、廃トナーの発生なしによるエコロジー対応、像担持体である感光ドラムの長寿命化、現像剤であるトナーの１ページあたりの消費量削減のために、現像手段に被転写材に対するトナー像転写後の感光ドラム表面に残留しているトナー（以下、転写残トナーとする）のクリーニング手段を兼用させることにより、専用器としてのクリーニング手段の配設をなくした「現像同時クリーニング」、「クリーナレス」と呼ばれる画像形成装置がある。
【０００３】
上述の「現像同時クリーニング」、「クリーナレス」の画像形成装置において、放電を用いない直接帯電方式の帯電手段を用いたものが、特開平１０−３０７４５５公報に示されている。
【０００４】
より詳しくは、接触帯電部材と感光ドラムとの接触部に導電性の帯電を促進する粒子を介在させ、直流電圧のみを印加し、印加した直流電圧とほぼ同等の感光ドラムの表面電位を得るものである。この方式は、放電を積極的に用いていないため、オゾンの発生がない。また、積極的に放電を用いていないため、放電生成物の感光ドラムへの付着を抑制でき、高温高湿環境下での画像流れなどの問題を防止している。
【０００５】
また、本発明者らは、積極的に放電を用いていない直接帯電のメリットを活かしつつ、上述の画像形成装置をより向上させる方法として、特願２０００−２３８５６０にその提案を示している。
【０００６】
本提案は、接触帯電部材と感光ドラムとの接触部に導電性の清掃補助粒子を介在させ、画像形成時には、直流電圧にピーク間電圧が５００Ｖ以上で、且つ帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加されることを特徴としている。
【０００７】
より詳しくは、像担持体を帯電する可撓性を有し、少なくともその外周面が多孔質状の接触帯電手段と像担持体の接触部に、粒子抵抗が１０12Ωｃｍ以下である清掃補助粒子が介在し、画像形成時に交流電圧が重畳して印加されることにより、接触帯電手段（接触帯電部材）である帯電清掃部材は、転写後に像担持体に残留した現像剤を剥ぎ取ると共に、帯電清掃部材に付着している現像剤は、放電の影響を受けない為正極性化せず帯電清掃部材に留まることなく、帯電清掃部材と像担持体の表面との電位差により該像担持体の回転方向下流側に吐き出すことが可能となる。
【０００８】
また、直流電圧のみを印加した場合に対して、該像担持体表面を所定の電位にムラなく均一に帯電し、直接注入帯電が支配的な帯電を実現することができる。
【０００９】
ここで、前記帯電清掃部材が、像担持体に対して速度差を持って駆動されることにより、上記残留現像剤の剥ぎ取り性が向上すると共に、安定した帯電性を得ることができる。
【００１０】
さらに、帯電清掃部材上に存在する粒径０．１〜３μｍ以下の清掃補助粒子の作用も相俟って、帯電清掃部材に付着している現像剤を効果的に吐き出すことができる。
【００１１】
よって、特願２０００−２３８５６０の提案の構成とすることで、帯電清掃部材からトナーを吐き出すのに好適な交番電界の形成により、長期に亘って帯電清掃部材の汚染を防止して、安定した帯電性を得ることが可能となる。
【００１２】
一方、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段である帯電清掃部材により、現像同時クリーニングを行うことで、帯電電位の振れに影響されずに、長期に亘ってかぶりの少ない高品位な出力画像を得ることが可能となること、さらに、球形の現像剤を用いることで、転写効率が向上し、転写後に像担持体に残留した現像剤を減らすことができると同時に、帯電清掃部材に付着していた際の吐出しも容易となり、長期に亘ってクリーナレスシステムの安定化を図ることができることを提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特願２０００−２３８５６０の提案では、特に低温低湿環境に於いて、特定のパターン画像を連続して形成した場合に、以下に示す様な不具合があることが判明した。
【００１４】
上述のように、画像形成時に交流電圧を重畳して印加すると、多孔質状の接触帯電手段である帯電清掃部材が、剥ぎ取った転写残現像剤を像担持体の回転方向下流側に吐き出すと同時に、像担持体と帯電清掃部材との接触部に介在させている清掃補助粒子も吐き出してしまうことになる。
【００１５】
この清掃補助粒子は、像担持体と帯電清掃部材との接触ニップ部に介在し、直接注入帯電が支配的な帯電を実現するのに不可欠な低抵抗粒子であり、帯電清掃部材が現像剤で多少汚染されても該粒子が該ニップ部に介在していることで、該像担持体表面を所定の電位にムラなく均一に帯電することができるが、現像剤による汚染量に対して該粒子の介在量が所定量以下となった場合には、帯電均一性を確保することが困難となる。
【００１６】
特に、帯電性の確保が難しい低温低湿環境に於いて、縦帯パターン等の画像が連続して形成されると、帯電清掃部材の長手方向の特定部位では転写残現像剤が続けて剥ぎ取られることになり、その部分は相対的に現像剤による汚染量に対して該粒子の介在量が少なくなるという問題がある。
【００１７】
この問題は、ある条件下で転写効率が悪く、帯電清掃部材で掻き取る転写残現像剤量が所定量を超えた場合に於いても、同様に発生することになる
即ち、画像形成時に接触帯電手段である帯電清掃部材に交流電圧を重畳して印加することで、剥ぎ取った転写残現像剤を像担持体の回転方向下流側に吐き出すことができ、帯電清掃部材上に現像剤が蓄積されていくことはないが、像担持体と帯電清掃部材とのニップ部に介在させている清掃補助粒子も吐き出してしまい、帯電均一性を確保できなくなってしまう。
【００１８】
本発明はこの様な実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の大型化やコストアップを抑制し、且つ安定的に帯電を行って、長期に亘り帯電不良を発生させることなく良好な画像を得ることができるクリーナレスシステムを用いた画像形成装置を提供することにある。
【００１９】
【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及びプロセスカートリッジである。
【００２０】
（１）像担持体と、該像担持体を帯電する接触帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、その静電潜像を顕像化するための現像剤を内包する現像手段と、顕像化された現像剤像を被転写材に転写する転写手段とを有し、前記現像手段が現像剤像を被転写材に転写した後に像担持体上に残留した現像剤を回収する画像形成装置において、
少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることを特徴とする画像形成装置。
【００２１】
（２）前記接触帯電部材は、可撓性を有し、少なくともその外周が多孔質状であることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００２２】
（３）前記潜像形成手段は像露光手段であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の画像形成装置。
【００２４】
（４）電位が交互に変化される部分の周波数が０．５〜１０．０ｋＨｚである（１）乃至（３）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２５】
（５）直流部分と交流部分の時間の割合は、直流部分の長さを１とした場合に交流部分の長さは０．３以上５以下である（１）乃至（４）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２６】
（６）前記接触帯電部材に印加される交流電圧のピーク間電圧が５００Ｖ以上で、且つ帯電電位収束電圧未満の範囲であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２７】
（７）前記清掃補助粒子の粒径が０．１〜３μｍであり、粒子抵抗が１０ １２ Ωｃｍ以下であることを特徴する（１）乃至（６）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２８】
（８）前記接触帯電部材が、像担持体に対して速度差を持って駆動されることを特徴とする（１）乃至（７）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００２９】
（９）前記現像手段は、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段であることを特徴とする（１）乃至（８）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００３０】
（１０）前記現像手段の現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０であることを特徴とする（１）乃至（９）のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【００３１】
（１１）複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数の現像剤でそれぞれ現像し、各色の現像剤像を形成する複数の現像手段と、前記複数色の現像剤像を被転写体に順次転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
前記帯電手段の内少なくとも一つが、可撓性且つ多孔質状の外周面を有する接触帯電部材を具備すると共に、前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、前記接触帯電部材に対して振動電圧を印加することにより像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることを特徴とする画像形成装置。
【００３３】
（１２）前記複数の像担持体の内、画像形成の際に最初に現像剤像が形成される像担持体には、該画像形成装置において使用される各色の現像剤の中で、最も視感度の低い色の現像剤像が形成される様にすることを特徴とする（１１）に記載の画像形成装置。
【００３４】
（１３）少なくとも前記像担持体と前記接触帯電部材とを一体的に形成し、（１）乃至（１２）のいずれかの項に記載の画像形成装置に対して着脱自在としたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【００３５】
（作 用）
上記構成とすることにより、接触帯電部材は、転写後に像担持体に残留した現像剤を剥ぎ取ると共に、ピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加されることで、直流電圧のみを印加した場合に対して、該像担持体表面を所定の電位にムラなく均一に帯電し、直接注入帯電が支配的な帯電を安定して実現することができる。
【００３６】
同時に、上記交流電圧の印加により、接触帯電部材に付着しているトナーは、放電の影響を受けない為正極性化せず該接触帯電部材に留まることなく、接触帯電部材と像担持体の表面との電位差により該像担持体の回転方向下流側に吐き出すことができる。
【００３７】
ここで、本発明においては、交流電圧から直流電圧に変化する際に、交流電圧はトナーの帯電極性側に凸になってから直流電圧に変わる。即ち、接触帯電部材上に付着した正規の極性に帯電した現像剤に対しては接触帯電部材から像担持体方向の付勢力が働き、トナーとは逆極性に帯電する清掃補助粒子は像担持体から接触帯電部材方向の付勢力が働く。
【００３８】
従って、トナーは接触的に接触帯電部材から吐き出され、帯電を助長する清掃補助粒子は接触帯電部材に留まる量が多くなる。その結果、良好な帯電性を確保しつつ、帯電不良の問題となる転写残トナーを容易に現像手段に供給することで、安定したクリーナレスシステムを提供できる。
【００３９】
さらに、この清掃補助粒子の粒子抵抗を１０ １２ Ωｃｍ以下とし、接触帯電部材と像担持体の接触部に介在させることで、像担持体に対し接触帯電部材の緻密な接触性と接触抵抗を維持出来る様になり、更に帯電性を向上することが可能となる。
一方、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段により、現像同時クリーニングを行うことで、帯電電位の振れに影響されずに、長期に亘ってかぶりの少ない高品位な出力画像を得ることが可能となる。
【００４０】
形状係数ＳＦ１が１００〜１５０、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０である現像剤を用いることで、転写効率が向上し、転写後に像担持体に残留した現像剤を減らすことができると同時に、接触帯電部材に付着してた際の吐出しも容易となり、長期に亘ってクリーナレスシステムの安定化を図ることができる。
【００４１】
また、本発明をタンデム方式のカラー画像形成装置に適用することで、装置の小型化を図ることができる。
【００４２】
さらに、少なくとも前記像担持体と前記接触帯電部材とを一体的に形成したプロセスカートリッジが上述の画像形成装置に着脱自在とすることにより、トナー補給や寿命を過ぎた像担持体の交換等、諸々メンテナンス作業に係わる使用者の労力を軽減し、簡単な操作で安定した出力画像が得られる様になる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
本実施例に係る画像形成装置では、少なくともその外周面が多孔質状で、可撓性を有する接触帯電部材が像担持体に当接されており、前記接触帯電部材には直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。
【００４４】
このとき印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。また、少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部には、現像手段から供給された清掃補助粒子が介在する。更に、前記接触帯電部材は、転写後に像担持体に残留した現像剤を剥ぎ取ると共に、像担持体表面を所定の電位に帯電し、且つ像担持体の回転方向下流側に前記現像剤を吐き出す帯電清掃部材として機能する。尚、接触帯電部材から吐き出された現像剤は、像担持体に接触して配設した現像手段により、現像同時クリーニングが行われて再利用される。
【００４５】
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型図であり、電子写真プロセス利用、接触帯電、クリーナレスのレーザプリンタである。
【００４６】
（１）プリンタの全体的な概略構成
１は像担持体であり、本実施例ではφ３０ｍｍの負極性ＯＰＣ感光体（ドラム状ネガ感光体、以下感光ドラムと記す）である。この感光ドラム１は図１中矢印Ａの方向に周面の移動速度が５０ｍｍ／ｓｅｃ（＝プロセススピード）の一定速度をもって回転駆動される。
【００４７】
２は感光ドラム１に所定の押圧力をもって接触させて配設した接触帯電部材（帯電清掃部材）としての弾性ローラ（以下、帯電清掃ローラと記す）で導電性を有する。ｎは感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との帯電ニップ部である。
【００４８】
効率良く直接帯電を行うためには、前述の帯電ニップ部ｎにおいて感光ドラム１と帯電清掃ローラ２の接触面積を大きく取る必要が有り、本実施例では帯電清掃ローラ２の周面を多孔質状とすることで、最大限の接触面積を得られる様にした。
【００４９】
前述の帯電清掃ローラ２は、その外周面に導電性を有する清掃補助粒子ｚ（詳細については後述する）を保持（担持）しており、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との帯電ニップ部ｎには、現像器５から供給される清掃補助粒子ｚが介在している。
【００５０】
帯電清掃ローラ２は帯電ニップ部ｎにおいて、感光ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）に回転駆動され、感光ドラム１周面に対して速度差を持って接触する。３は該帯電清掃ローラ２の駆動源（モータ）である。またプリンタの画像記録動作時には該帯電清掃ローラ２に帯電バイアス印加電源Ｓ１から所定の帯電バイアスが印加される。これにより、回転感光ドラム１の周面が直接帯電（注入帯電）方式で所定の極性・電位に接触帯電処理される。
【００５１】
本実施例では帯電清掃ローラ２の周面の移動速度は７５ｍｍ／ｓｅｃとした。ここで、帯電清掃ローラ２の周面の移動速度は、該周面に何も当接されない状態での平均外径を有する所定の点が、帯電清掃ローラ２の回転により移動する速度とした。また帯電清掃ローラ２と感光ドラム１の周速差を、両者の回転速度比とすると、本実施例では周速差はカウンター方向に１５０％である。尚、帯電清掃ローラ２の詳細については後述することとする。
【００５２】
本実施例では帯電バイアス印加電源Ｓ１により、帯電清掃ローラ２の芯金２ａに対して、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に印加される。即ち、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなる交流成分と直流成分の繰り返しからなる電圧が印加される。直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。ここで、直流成分の電圧値は−７００Ｖとした。
【００５３】
印加されるバイアスにより、感光ドラム１周面が該直流成分の電圧とほぼ等しい電圧に直接帯電される。
【００５４】
電圧の大きさ及び周波数については、帯電清掃ローラに付着した転写されずに感光ドラム上に残ったトナー（以下、転写残トナーという）の吐き出し性に大きく影響するため、後述する本発明の特徴とともに述べる。
【００５５】
一方、本実施例での清掃補助粒子ｚの供給は、後述する非磁性一成分トナーを用いた現像器５によって行われる。また、本実施例では清掃補助粒子ｚとして、比抵抗が約１０6Ω・ｃｍ、平均粒径約１μｍの酸化亜鉛を用いた。そしてこの清掃補助粒子ｚとしての酸化亜鉛を、後述する分級後のトナーＴ’１００重量部に対して２．０重量部添加し、混合器により均一に分散させて現像器５内に収容させた。
【００５６】
４はレーザダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナ（露光装置）である。このレーザビームスキャナ４は目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザ光Ｌを出力し、該レーザ光で上記回転感光ドラム１の一様帯電面（感光ドラム１周面）を走査露光する。前述走査露光Ｌにより回転感光ドラム１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００５７】
本実施例の現像器５は、現像剤として非磁性一成分トナー（ネガトナー）を用いた反転現像器である。以降、現像剤をトナーＴ’と称する。現像器５は、感光ドラム１に接触して図１中矢印Ｂ方向に回転しながら現像を行う現像ローラ５ａ、現像ローラ５ａに非磁性トナーＴ’を図中Ｃ方向に回転することによって供給するトナー供給手段としての供給ローラ５ｂ、現像ローラ５ａ上のトナーＴ’の塗布量及び帯電量を規制するトナー規制手段としての現像ブレード５ｃ、トナーＴ’を供給ローラ５ｂに供給すると共に、非磁性一成分トナーを撹拌する撹拌部材５ｄ等からなる。
【００５８】
本実施例では剛体である感光ドラム１に対し接触して現像を行う構成を採るため、前記現像ローラ５ａは弾性を有することが望ましい。該弾性層としてはシリコーンゴムを用いたが、弾性層に使用するゴムとしては、その他ＮＢＲゴム（ＮＢＲ：ニトリルゴム）、ブチルゴム、天然ゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、ウレタンゴム等、一般的に用いられるゴムが使用可能である。
【００５９】
通常、上記ゴム材料のオイル含浸量を多くすることで、低硬度化が図られる。現像ローラ５ａを単層とする場合には、トナーへの帯電付与性の観点から、負帯電性トナーを用いた場合には、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ＮＢＲゴム等が好適に用いられる。また、正帯電性トナーを使用するのであれば、フッ素ゴム等が好適に用いられる。
【００６０】
更に、弾性層外周にトナーへの帯電を考慮してコート層を設ける場合には、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂若しくは、これらを混合した樹脂等が好適に用いられる。
【００６１】
また、現像ブレード５ｃとしては、現像ローラ５ａとの当接部が金属又はゴム及び樹脂部材からなる公知のトナー規制部材が使用可能である。本実施例では、ステンレス製の薄板（約０．１ｍｍｔ）の先端部から約２ｍｍの位置を現像ローラと反対方向に折り曲げたものであり、該折り曲げ部が現像ローラ５ａに若干食い込む状態で接触するものを使用した。
【００６２】
攪拌部材５ｄにより攪拌されたトナーＴ’がＢ方向に回転する現像ローラ５ａと、Ｃ方向に回転する供給ローラ５ｂとの摺擦によって現像ローラ５ａ上に供給される。現像ローラ５ａ上のトナーＴ’は現像ブレード５ｃによって所望の帯電量が付与されると共に、トナー量が規制され、現像ローラ５ａ上に適宜トナーが担持される。
【００６３】
現像ローラ５ｃ上に担持されたトナーは、感光ドラム１と接触する部位、即ち現像部位ａに到達すると、現像バイアス電源Ｓ２から現像ローラ５ａに現像バイアスが印加されることで、感光ドラム１周面に担持された静電潜像が、現像ローラ５ａの表面に担持されているトナーＴ’で反転現像されてトナー像として可視化される。本実施例における現像バイアス電圧は、ＤＣ電圧：−４００Ｖとした。
【００６４】
６は接触転写手段としての中抵抗の転写ローラであり、所定の押圧力をもって感光ドラム１に接触させることにより、転写領域（転写ニップ部）ｂを形成している。この転写領域ｂに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録媒体（被転写材）としての転写材Ｐが給紙され、且つ転写ローラ６に転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、感光ドラム１周面のトナー像が転写領域に給紙された転写材Ｐ表面に順次転写されていく。
【００６５】
本実施例で使用の転写ローラ６は、芯金に中抵抗発泡層を形成した、ローラ抵抗値５×１０8Ωのものであり、＋２．０ｋＶの電圧を芯金に印加することによって転写を行う。
【００６６】
この際、転写領域において感光ドラム１周面のトナー画像は、前述転写バイアスの影響で転写材Ｐ側に引かれて積極的に転移する。一方、感光ドラム１周面の清掃補助粒子ｚは導電性であるため転写材Ｐ側には積極的には転移せず、感光ドラム１周面に実質的に付着保持されて残留する。感光ドラム１周面に付着保持された清掃補助粒子ｚの存在により、感光ドラム１側から転写材Ｐ側へのトナー画像の転写効率が向上する効果も得られる。
【００６７】
７は熱定着方式等の定着装置である。転写領域において感光ドラム１周面のトナー像が転写された転写材Ｐは、前記定着装置７に搬送・導入され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として装置外へ排出される。
【００６８】
転写後に感光ドラム１周面に残存した転写残トナーおよび上記の清掃補助粒子ｚは、感光ドラム１の回転により、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２の帯電ニップ部ｎに搬送され、帯電ニップ部ｎへの清掃補助粒子ｚの供給と、帯電清掃ローラ２への付着・混入が生じる。即ち、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２とが形成する帯電ニップ部ｎに、清掃補助粒子ｚが存在した状態で感光ドラム１の接触帯電が行なわれる。
【００６９】
本実施例の画像形成装置ではクリーナレス構成を採るため、クリーニングブレード等のクリーナ（クリーニング装置）は配設されず、従って転写材Ｐに対してトナー像を転写した後に感光ドラム１周面に残留する転写残トナーは、感光ドラム１の回転に伴って帯電ニップ部ｎを経由して現像部位ａに至り、現像器５で現像同時クリーニングが行われることにより回収・再使用される。
【００７０】
（２）現像同時クリーニング
以下に、現像同時クリーニングについて図２を用いて説明を行う。図２中、□は感光ドラム１表面に存在する転写残トナーを示し、○は現像ブレード５ｃを通過し現像ローラ６ａ上に担持された新しいトナーを示す。記号中の−はトナーの帯電極性を示すものである。
【００７１】
転写残トナー（転写行程において転写材Ｐに転写されず、感光ドラム１表面に残ったトナー）は感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との接触部において、感光ドラム１と帯電清掃ローラ２との摺擦及び後述の清掃補助粒子の作用を受けることにより、負帯電トナーとなる。続いて露光工程により感光ドラム１表面の露光部（画像部）は約−１５０Ｖとなる。更に現像行程では、前述露光部上の転写残トナーはそのまま感光ドラム１上に残存し、且つ現像バイアス（−４００Ｖ）と前述露光部との電位差（約２５０Ｖ）により現像ローラ５ａ上に担持された新しいトナーが前述露光部に供給（現像）される。同時に非露光部（非画像部）の負帯電の転写残トナーは、感光ドラム１上の帯電電位（約−７００Ｖ）と現像バイアス（−４００Ｖ）との電位差により現像ローラ５ａ上に転移する。この際、現像ローラ５ａ上に担持された新しいトナーは、そのまま現像ローラ５ａ上に残存することにより、現像同時クリーニングが行われる。
【００７２】
（３）帯電清掃ローラ２
ここで、本実施例における帯電清掃ローラ２について詳しく述べる。帯電清掃ローラ２は、芯金２ａ上に樹脂（例えばウレタン）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫化剤、発泡剤等により処方された発泡体の半導電体層２ｂをローラ状に形成することにより形成される。
【００７３】
また、帯電清掃ローラ２には前述の樹脂（ウレタン等）を用いる他に、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整用のカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材を発泡したものや、周面のみに発泡処理を施して多孔質状としたものを用いることも出来る。特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
【００７４】
帯電清掃ローラ２は、少なくとも周面を微小な多孔質状とすることで、感光ドラム１周面に対する接触機会を増加させると共に、転写残トナーが帯電ニップｎへと流入した際には、空孔がトナーを捕獲して感光ドラム１周面から引き剥がす役目を果たし、互いの部材同士の接触を保つ事が出来る。
【００７５】
前述の様にして形成された半導電体層２ｂのローラを、必要に応じて表面を研磨することにより、直径１２ｍｍ、長手長さ２００ｍｍの導電性弾性ローラである帯電清掃ローラ２を作成した。
【００７６】
一方、本実施例の帯電清掃ローラ２のローラ抵抗を測定したところ１００ｋΩであった。ローラ抵抗は、帯電清掃ローラ２の芯金２ａに総圧９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の加重がかかるようφ３０ｍｍのアルミドラムに帯電清掃ローラ２を圧着した状態で、芯金２ａとアルミドラムとの間に１００Ｖを印加して計測した。
【００７７】
帯電清掃ローラ２は電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では被帯電体にピンホールなどの低耐圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必要がある。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには、帯電清掃ローラ２が１０4〜１０7Ωの抵抗を有することが望ましい。
【００７８】
また、帯電清掃ローラ２の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体である感光ドラム１との接触性が悪くなり、また高すぎると感光ドラム１との間に帯電ニップ部ｎを確保できないだけでなく、感光ドラム表面へのミクロな接触性が悪くなるので、アスカーＣ硬度で２５度から５０度が好ましい範囲である。
【００７９】
（４）トナー
次に、本実施例で使用するトナーについての詳細を述べる。ここでいうトナーとはトナー粒子と外添剤とから構成されている。
【００８０】
本実施例の画像形成装置では、従来より知られている粉砕法、重合法等により得ることが出来るトナーを用いることも可能であるが、特に以下に述べるトナー粒子を用いることが好適である。
【００８１】
本発明に係るトナー粒子は、画像解析装置で測定した形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１５０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１４０であることが好ましく、形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１４０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１２０であれば更に好ましい。また、上記の条件を満たし、かつ、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値を１．０以下とすることにより、トナー粒子の諸特性のみならず、画像形成装置とのマッチングがきわめて良好なものとなる。
【００８２】
本発明に用いられる形状係数を示すＳＦ１、ＳＦ−２とは、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い倍率５００倍に拡大したトナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入し解析を行い下式より算出し得られた値を本発明に於いては形状係数ＳＦ−１（図３），ＳＦ−２（図４）と定義した。
【００８３】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１／４π）×１００
ＡＲＥＡ：トナー粒子投影面積
ＭＸＬＮＧ：絶対最大長
ＰＥＲＩ：周長
トナー粒子の形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合を示し、球形から徐々に不定形となる。ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸度合を示し、トナー粒子表面の凹凸が顕著となる。
【００８４】
前述の形状係数ＳＦ−１が１６０を越える場合には、トナー粒子の形状が不定形となるため、トナー粒子の帯電量分布がブロードになるとともに、現像器内でトナー粒子表面が磨砕されやすくなるため、画像濃度の低下や画像かぶりの一因となる。
【００８５】
トナー粒子像の転写効率を高めるためには、トナー粒子の形状係数ＳＦ−２は、１００〜１４０であり、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値が１．０以下であるのがよい。トナー粒子の形状係数ＳＦ−２が１４０より大きく、（ＳＦ−２）／（ＳＦ−１）の値が１．０を超える場合、トナー粒子の表面がなめらかではなく、多数の凹凸をトナー粒子が有しており、感光体１ａから転写紙Ｐ等への転写効率が低下する傾向にある。
【００８６】
更には、本発明で使用するトナー粒子としては、トナー粒子表面が外添剤（後述する清掃補助粒子を含む）で被覆された物を用い、トナー粒子が所望の帯電量が付与されるようにすることが好ましい。
【００８７】
その意味で、トナー粒子表面の外添剤被覆率が、５〜９９％さらに好ましくは、１０〜９９％であることが好ましい。
【００８８】
トナー粒子表面の外添剤被覆率は、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用いトナー粒子像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入する。得られる画像情報は、トナー粒子表面部分と外添剤部分との明度が異なるため、２値化して、外添剤部分の面積ＳＧとトナー粒子部分の面積（外添剤部分の面積も含む）ＳＴに分けてもとめ、下記式により算出する。
【００８９】
外添剤被覆率（％）＝（ＳＧ／ＳＴ）×１００
外添剤としては、公知に用いられているシリカ等があげられる。外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し、０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは、０．０５〜５重量部が用いられる。また、外添剤は、単独で用いても、又、複数併用しても良い。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。
【００９０】
外添剤の添加量が０．０１重量部未満の場合には、一成分系現像剤の流動性が悪化し、転写及び現像の効率が低下してしまい、画像の濃度ムラや画像部周辺にトナーが飛び散ってしまう、所謂飛び散りが発生する。一方、外添剤の量が１０重量部を越える場合には、過多な外添剤が感光ドラム１や現像ローラに付着してトナーへの帯電性を悪化させたり、画像を乱したりする。
【００９１】
（５）清掃補助粒子ｚ
以下に、本実施例で使用する清掃補助粒子ｚについて更に詳しく述べる。清掃補助粒子ｚの材料としては、金属酸化物（例えば、酸化アルミニウム，酸化チタン，酸化錫，酸化亜鉛，など）の導電無機粒子や有機物との混合物、あるいは、これらに表面処理を施したものなど各種導電粒子が使用可能である。
【００９２】
粒子抵抗は、以下に示す通り比抵抗として算出した。比抵抗の算出は、底面積２．２６ｃｍ ２ の円筒内に凡そ０．５ｇの粉体試料を入れ、上下電極に１４７Ｎ（１５ｋｇｆ）の加圧を行うと同時に１００Ｖの電圧を印加して抵抗値を計測、その後正規化した。
【００９３】
上述の方法より算出した清掃補助粒子ｚの比抵抗は、清掃補助粒子ｚを介した電荷の授受を行うため１０12Ω・ｃｍ以下が必要で、好ましくは１０10Ω・ｃｍ以下が望ましい。
【００９４】
清掃補助粒子ｚの粒径は、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、１００個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出し、その５０％平均粒径をもって決定した。
【００９５】
上述の測定で算出した清掃補助粒子ｚの粒径は、後述するマイクロキャリアとして、または、スペーサキャリアとして作用させるために、０．１μｍ〜３μｍであることが望ましい。
【００９６】
粒径が０．１μｍ以下の場合、一般に用いられる粒径のトナーに対して付着し易く、トナーの挙動に対して追従するために、スペーサキャリアとしての効果が薄れる。
【００９７】
一方、粒径が３μｍを上回る場合、トナーの中に介在してトナーと充分接触することが困難となり、トナーを負極性化し辛くなる。
【００９８】
これらの粒子は導電粒子であるため、トナーを負極性に帯電する一方で、自身が帯電しても導電粒子のため、帯電清掃ローラ等を伝って電荷が消失することになる。そのため、負帯電性トナーを用いた場合、導電粒子自身は弱い正極性もしくは電荷がほぼゼロの粒子として振る舞うことになる。
【００９９】
清掃補助粒子ｚは、一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなんら問題はない。どの様な凝集状態であれ、凝集体として清掃補助粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではない。
【０１００】
一方、清掃補助粒子が感光ドラム１上から記録材Ｐに一部転写されてしまうことを考慮すると、特にフルカラー画像形成装置において、白色または透明に近い粒子でなければ色再現性が損なわれる恐れが有る。また、清掃補助粒子を感光体の帯電に用いる場合には、潜像露光時に妨げにならない（遮光しない）ことが重要であり、やはり白色または透明に近い粒子を用いることが望ましい。非磁性であることが好ましい。
【０１０１】
（６）帯電清掃ローラ２に対する印加電圧制御
以下に、本発明における特徴及びその作用を述べる。本発明においては、帯電方式として直接帯電方式である注入帯電を用いている。すなわち、多孔質表面からなる帯電清掃ローラ２を感光ドラム１と周速差をもって摺擦させることで所望の電位に帯電することが可能である。しかし、特別にクリーナ容器を有さないクリーナレスシステムでは、転写工程で感光ドラム１上から転写材Ｐに転写されず、感光ドラム１上に残存したトナー（転写残トナー）が、直接帯電清掃ローラ２に到達することになる。
【０１０２】
本実施例の画像形成装置において転写残トナーは、感光ドラム１の回転とともに帯電清掃ローラ２と感光ドラム１が形成する帯電ニップ部ｎの感光ドラム１の回転方向上流側に到達すると、速度差を持って駆動される帯電清掃ローラ２の空孔の壁と、感光ドラム１周面に生じる機械的な摺擦力により、感光ドラム１表面から掻き落とされる。前述の通り掻き落とされた転写残トナーは、帯電清掃ローラ２の回転に伴い、前記帯電ニップ部ｎの感光ドラム１回転方向下流側に到達する。また同時に、前記帯電ニップ部ｎでは、帯電清掃ローラ２表面から感光ドラム１周面に電荷が注入されて、感光ドラム１周面の帯電が行われ、帯電する感光ドラム１上の表面電位は印加した直流電圧値にほぼ到達する。
【０１０３】
一方、帯電清掃ローラ２には前述のように、直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。更に、印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。その態様を図５に示す。
【０１０４】
ここで、直流成分の電圧（Ｖｄ１）は、
Ｖｄ１：−７００Ｖ 印加時間：０．２５ｍｓｅｃ（図５中、ｔ１）
である。
【０１０５】
交流成分は直流電圧Ｖｄ１に交流電圧が重畳されている。交流電圧は正弦波で、ピーク間電圧は１ｋＶである。印加時間は、０．２５ｍｓｅｃ（図５中、ｔ２）である。
【０１０６】
更に、交流成分から直流成分に変わる場合において、交流成分の終了時には、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。即ち、本実施例においては負帯電性の現像剤を使用しているため、交流成分の終了時においては、帯電清掃ローラ２に付着している負帯電性の現像剤には、帯電清掃ローラ２から感光ドラム１側へ付勢する電界が生じることになる。
【０１０７】
従来例で述べた特願２０００−２３８５６０の提案の構成においては、常時交番電界を形成していたため、転写残トナーを帯電清掃ローラから吐き出すと同時に清掃補助粒子をも吐き出していた。
【０１０８】
即ち、帯電清掃ローラには直流電圧に加えて交流電圧が重畳されており、帯電清掃ローラ２と感光ドラム１の間に交流電界が形成されると、帯電清掃ローラ２の回転に伴い前記帯電ニップ部ｎの感光ドラム１回転方向下流側に到達した転写残トナーは、感光ドラム１周面と帯電清掃ローラ２周面に連続的に生じる電位差により、感光ドラム１周面と帯電清掃ローラ２周面との間で行き来を繰り返す。この際、感光ドラム１は回転しており、感光ドラム１上に付着・担持された転写残トナーは、前述交流電界の作用領域から抜け出ることで、帯電清掃ローラ２の周面から吐き出されることになる。従って、負極性に帯電されている転写残トナーも吐き出されるが、前述のように弱い正極性を有する清掃補助粒子も吐き出されることとなる。
【０１０９】
しかし、本実施例では交流成分の終了時には、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する帯電バイアスを印加している。その作用を図６に示す。図６の（ａ）は現像剤の帯電極性と同方向に凸とした場合であり、図６の（ｂ）は現像剤の帯電極性と逆方向に凸とした場合である。図６の（ａ）において、帯電極性と同方向に凸となった場合、負極性に帯電したトナーＴ’は帯電清掃ローラ２から感光ドラム１側へ付勢される電界が形成されるため、感光ドラム１上に吐き出される。その後、直流電圧が印加される。直流電圧の場合には感光ドラム１上の帯電された表面電位と帯電清掃ローラ２に印加される電位が略同一のため、トナーＴ’に対して付勢する力は生じない。従って、トナーＴ’は感光ドラム１の回転により、帯電清掃ローラ２の電界の効力領域から脱出し、現像器５へ到達することになる。連続的に交番電界を印加した場合には、上記のように吐き出されたとしても、すぐに逆に凸のバイアスが印加されるため、吐き出された転写残トナーＴ’がすぐに帯電清掃ローラ２側に回収されてしまうこととなる。
【０１１０】
また、トナーＴ’に付着した清掃補助粒子ｚについてはトナーと行動をともにするため、トナーＴ’とともに帯電清掃ローラ２から吐き出されることになるが、トナーＴ’に付着せず独立に存在し、帯電清掃ローラ２に付着した清掃補助粒子ｚについては、前述のように弱い正極性の電荷を有するかもしくは中性（電荷がほぼゼロ）の状態であるため、帯電清掃ローラ２に現像剤の帯電極性と同方向に凸となった場合には、トナーＴ’と逆方向に付勢される力が働く。即ち、感光ドラム１側から帯電清掃ローラ２側に付勢力が働くことになるため、独立して存在する清掃補助粒子ｚの吐き出しを防止することが可能となる。
【０１１１】
図６の（ｂ）のように、現像剤の帯電極性と逆方向に凸とした場合には、転写残トナーＴ’がはきだされても、すぐに帯電清掃ローラ２側に回収されてしまうため、トナーＴ’の吐き出しの効果としては低いものとなってしまう。
【０１１２】
このように、従来例で問題であった清掃補助粒子ｚの吐き出しを防止しつつ、転写残トナーＴ’を帯電清掃ローラ２から選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、感光ドラム１への帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１１３】
図７は本発明における帯電方式を示す図である。従来から用いられている帯電ローラにおいては、主に放電による作用により感光ドラム表面を帯電させる。そのため、帯電電位収束電圧Ｌ以上のピーク間電圧が印加される。本発明では注入帯電方式を採るため、図７中、本発明においてはＬ点以下のピーク間電圧を使用して帯電を行う。従って、感光ドラム１表面を帯電するのに放電作用を主とせず、結果としてトナーが正極性化することもない。
【０１１４】
また、転写残トナーで正極性と負極性のトナーが混在した場合でも、帯電清掃ローラ２と感光ドラム１が形成する帯電ニップ部ｎにおいて、転写残トナーが感光ドラム１周面から掻き取られる際の摺擦や、前述の様に感光ドラム１周面から掻き取られ、帯電清掃ローラ２に付着・担持されて再度前記帯電ニップ部ｎに侵入する転写残トナーが、再び帯電ニップ部ｎに達した際に摺擦されることで、先述の清掃補助粒子のマイクロキャリアとしての作用も相俟ってで、摩擦帯電されて負極性化する。
【０１１５】
また、直流電圧に重畳して印加する交流電圧の大きさとしては、ピーク間電圧が５００Ｖ以上でかつ帯電電位収束電圧未満であることが望ましい。ピーク間電圧が５００Ｖ以下となると、前述した交流電圧によるトナーの吐き出しのための電位差（帯電清掃ローラ２と感光ドラム１周面間）を得ることが出来ず、トナーを帯電清掃ローラ２から引き剥がし、感光ドラム１間で往復運動をさせることが困難である。一方、ピーク間電圧を帯電電位収束電圧以上とすると帯電清掃ローラ２の放電作用が強まり、この場合も帯電清掃ローラ２に付着したトナーを吐き出すための電位差が生じない。従って、感光ドラム１間で往復運動をさせることが困難となり、帯電清掃ローラ２上にトナーが蓄積することになる。更に、放電作用が強まると、トナーの正極性化が起こってしまう。
【０１１６】
尚、ピーク間電圧を帯電電位収束電圧以上にして放電作用による帯電が支配的となることは、放電開始電圧の閾値の２倍のピーク間電圧を超えることを意味する。即ち、放電開始電圧の閾値の２倍のピーク間電圧を超えることでＡＣ放電が安定的に維持され、本実施例の画像形成装置で述べる作用とは相反する。
【０１１７】
更に、直流成分と交流成分の時間の割合としては（図５中、ｔ１とｔ２）、ｔ１：ｔ２が１：０．３〜５程度になることが望ましい。上記範囲をはずれる場合には、吐き出された転写残トナーが再び帯電清掃ローラに回収されやすくなるためである。
【０１１８】
また、交流成分の周波数は、５００Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下であることが望ましい。５００Ｈｚ以下となると帯電清掃ローラによって感光ドラム表面を一様に帯電できにくくなり、１０ｋＨｚ以上では高価な高圧電源が必要となるため、現実的ではないためである。
【０１１９】
交流成分としては、基本波の繰り返しの周期は１周期にこだわるものでなく、例えば、正弦波を２周期印加した後に、直流成分を印加することも可能である。更に、波形としては正弦波にこだわるものではなく、三角波、矩形波、ランプ波等の波形が使用可能である。
【０１２０】
以上述べた様に、本実施例の画像形成装置では、清掃補助粒子が介在して、感光ドラム表面を帯電する帯電部材を有し、前記帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に交流電圧波形と直流電圧を重畳し、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることにより、転写残トナーを選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、感光ドラムへの帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１２１】
〈実施例２〉
実施例１と同様の構成で、交流波形を２周期分含んだものとした。
【０１２２】
直流成分の電圧（Ｖｄ１）は、
Ｖｄ１：−７００Ｖ 印加時間：０．２ｍｓｅｃ（図８中、ｔ３）
である。
【０１２３】
交流成分は直流電圧Ｖｄ１に交流電圧が重畳されている。交流電圧は正弦波で、振幅はピーク・トゥ・ピークで１ｋＶである。印加時間は、０．２３ｍｓｅｃ（図８中、ｔ４）である。
【０１２４】
〈比較例１〉
実施例１と同様の構成で、画像記録時には常時直流電圧に交流電圧を重畳した交番電圧を印加して耐久を行った。
【０１２５】
交流電圧：正弦波 ピーク間電圧１ｋＶ １３００Ｈｚ
直流電圧：−７００Ｖ
〈実施例の画像形成装置の評価〉
上記の実施例１、２の画像形成装置の効果を調べるため、上記比較例１の画像形成装置と共に、一定の画像パターンで連続１０００枚の画出し耐久試験を行い、ゴースト画像の発生レベルを評価することで、各画像形成装置における帯電性の優劣を比較した。使用環境は低温低湿環境（温度１５℃、湿度１５％）において行った。
【０１２６】
実施例１、２と比較例１の画像形成装置では反転現像方式を採るため、前述のゴースト画像とは、感光ドラム１の１周目において画像露光した部分（トナー画像部である）が、感光ドラム２周目で帯電不足を起こすことにより、前回の画像パターン部が他の部位よりトナーが多く現像されて現れるもの（画像濃度が高い）の事を指す。
【０１２７】
耐久に用いる画像パターンには、画像先端に縦帯を印字し、その後ハーフトーン画像（画像後半）を出力し、前述ゴースト画像の発生レベルの判定に用いた。さらに、画像裏面の汚れ具合を観察した。
【０１２８】
評価結果：実施例１、２と比較例１の比較例の画像形成装置における耐久試験での、ゴースト画像評価結果を以下の表１に示す。
【０１２９】
【表１】
ここで、評価の指針を以下に示す。
【０１３１】
○：画像不良なし（帯電不良なし）
△：ゴースト画像による若干の濃度アップあり
×：ゴースト画像による濃度アップ大
として評価した。
【０１３２】
実施例１及び実施例２の画像形成装置では、１０００枚の耐久終了時点までゴースト画像や、画像裏面の汚れが発生しなかった。
【０１３３】
比較例１では、５００枚付近においてゴースト画像の部分が周辺の濃度より高くなってしまった。また１０００枚時点では、ゴーストがはっきりと区別できるようになってしまった。さらに、２０００枚時点で若干の裏汚れが生じた。
【０１３４】
また、１０００枚時点で帯電清掃ローラの表面を観察した結果、実施例１及び実施例２では清掃補助粒子が十分に付着していたが、比較例１では付着量が少ない状態であった。
【０１３５】
以上述べた様に、実施例１、２に係る画像記録装置では、帯電不良や汚れの少ない高品位な出力画像を長期に亘って得ることが可能であった。
【０１３６】
〈実施例３〉
本実施例の画像形成装置は、実施例１の画像形成装置においては、交流電圧成分にデューティ比を有するものであり、転写残トナーを吐き出す時間を長く設けることで、簡略な構成で帯電部材の汚染を防止し、現像同時クリーニングを実現して、帯電不良やかぶりの少ない高品位な出力画像を長期に亘って得ることが可能となる。
【０１３７】
併せて、画像形成要素の内、比較的消耗の激しい像担持体と帯電部材、そしてトナーを含む現像手段とを一体化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジすることで、諸々のメンテナンス作業に係わる使用者の労力軽減を図ったものである。
【０１３８】
図９は本実施例に係る現像同時クリーニングを行うクリーナレスシステムを採る画像形成装置の概略構成模型図である。前記実施例１と同様の部材等については、同一の番号を付して説明を省略する。
【０１３９】
実施例１の画像形成装置に用いた帯電清掃ローラ２と同様のものが、本実施例の画像形成装置の帯電清掃ローラ２としても好適に使用出来る。またプリンタの画像形成時には該帯電清掃ローラ２に帯電バイアス印加電源Ｓ４から所定の帯電バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１の周面が直接帯電（注入帯電）方式で所定の極性・電位に、接触帯電処理される。
【０１４０】
本実施例では帯電バイアス印加電源Ｓ４により、帯電清掃ローラ２の芯金２ａに対して、下記の直流成分と交流成分が印加される。
【０１４１】
直流成分の電圧（Ｖｄ１）は、
Ｖｄ１：−７００Ｖ 印加時間：０．３ｍｓｅｃ（図１０中、ｔ５）
であり、交流成分は直流電圧Ｖｄ１に交流電圧が重畳されている。印加時間は、０．３ｍｓｅｃ（図１０中、ｔ６）である。
【０１４２】
交流電圧は正弦波であり、図１０の凹凸部の時間割合（凹部：ｔ６１、凸部：ｔ６２）は、１：２の割合とした（ｔ６１＝０．１ｍｓｅｃ、ｔ６２＝０．２ｍｓｅｃ）。Ｖｄ１と凹部のピーク部との電位差は、５００Ｖとしている。従って、Ｖｄ１と凸部のピーク部との電位差は、約２５０Ｖである。
【０１４３】
交流電圧のデューティ比の割合は、ｔ６１：ｔ６２＝１：１〜５の範囲で可能である。
【０１４４】
凸部の印加時間を長くすることにより、転写残トナーの吐き出しをしつつ、感光ドラム表面の帯電を行うことができる。凸部のＶｄ１と凸部のピーク部との電位差は、１００〜５００Ｖの範囲であることが望ましい。１００Ｖ以下になると、転写残トナーの吐き出し量が低下してしまう。５００Ｖ以上になると、使用環境によっては、放電が発生し始めるためである。
【０１４５】
上記電圧を印加することより、感光ドラム１周面が該印加ＤＣ電圧とほぼ等しい電圧（約−７００Ｖ）に直接帯電される。
【０１４６】
更に、本実施例の画像形成装置では、画像形成要素の内、比較的消耗の激しい感光ドラム１と帯電清掃ローラ２、そして現像剤Ｔ’を含む現像手段５とを一体化し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ８とした。
【０１４７】
従って、トナー補給や寿命を過ぎた感光ドラム１の交換等、諸々メンテナンス作業に係わる使用者の労力を軽減し、簡単な操作で安定した出力画像が得られる様になった。
【０１４８】
本実施形態では、正弦波を交流電圧として印加したが、特に限定されるものではなく例えば、矩形波などの波形でも同様の効果が得られることは言うまでもない。
【０１４９】
以上述べたように、交流電圧成分にデューティ比を有するものであり、転写残トナーを吐き出す時間を長く設けることで、簡略な構成で帯電部材の汚染を防止し、現像同時クリーニングを実現して、帯電不良やかぶりの少ない高品位な出力画像を長期に亘って得ることが可能となる。
【０１５０】
〈実施例４〉
図１１は本発明の他の実施形態としての、タンデム方式のフルカラー画像形成装置である。
【０１５１】
本実施例の画像形成装置は、複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数のトナーでそれぞれ現像して各色のトナー像を形成する複数の現像手段と、前記複数色のトナー像を被転写体に順次転写する複数の転写手段を備えるカラー画像形成装置であって、前記各帯電手段の少なくとも一つが像担持体と接触部を形成する可撓性の帯電部材により像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、前記帯電部材が少なくとも像担持体と接触する表面が多孔質状であり、像担持体に対して速度差を持って駆動され、前記接触帯電手段には直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。このとき印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、直流成分になる前の交流成分の終了時は、現像剤の帯電極性と同方向に凸を有する。上記電圧を印加することで、清掃補助粒子を帯電清掃ローラに保持しつつ、転写残トナーを吐き出すことでクリーナレス方式を用いた画像形成装置とすることが可能である。
【０１５２】
画像形成手段として、像担持体である感光ドラム３０ａ〜３０ｄ、帯電手段３１ａ〜３１ｄ、現像手段３３ａ〜３３ｄとをそれぞれ一体化して、図１１に示す様なプロセスカートリッジ３４ａ〜３４ｄの形態をなしている。プロセスカートリッジは、主要部品の交換を容易にし、ユーザーメンテナンスの向上を図っている。
【０１５３】
図１１中、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋはそれぞれ異なる色の画像を形成する画像形成手段であり、Ｙはイエロートナーにより、Ｍはマゼンタトナーにより、Ｃはシアントナーにより、Ｂｋはブラックトナーにより画像形成を行う。ここで、Ｙ，Ｍ、Ｃ、Ｂｋの現像手段３３ａ〜３３ｄは、現像器内に各色のトナーであるトナーが内包されている点を除いては、同様な構成である。
【０１５４】
以下、画像形成動作の詳細について説明する。各帯電手段３１ａ〜３１ｄにより均一に帯電された感光ドラム３０ａ〜３０ｄ表面に、パーソナルコンピュータ等のホストからの画像データに応じて変調されたレーザビームが露光手段３２ａ〜３２ｄより照射され、各色に対して所望の静電潜像が得られる。
【０１５５】
この潜像はこれと対向して配設されている各色のトナーを内包した現像器である現像手段３３ａ〜３３ｄにより、現像部位で反転現像されトナー像として可視化される。
【０１５６】
図１１に於いて、先ず１色目の画像形成手段Ｙに於いて、感光ドラム３０ａ上にイエロートナー画像が形成されるが、この間にカセット等の転写材収納部２９から、給紙ローラ等の給紙手段により被転写材として記録紙Ｐが給紙され、レジストローラ対３８へと搬送される。記録紙Ｐは、レジストローラ対３８で一旦停止後、駆動ローラ２４と従動ローラ２５に懸架された静電搬送ベルト３９に不図示の吸着ローラよって所定のタイミングにより吸着・搬送され、転写ローラ３５ａとのニップ部で転写される。
【０１５７】
次いで、２、３、４色目の画像形成手段Ｍ，Ｃ，Ｂｋに於いて、同様な工程を経て、各色のトナー像が各感光ドラム３０ｂ、３０ｃ、３０ｄより順次記録紙Ｐ上に多重転写され、カラートナー像が形成される。
【０１５８】
この記録紙Ｐ上に転写されたカラートナー像は、定着装置等の定着手段３７によって溶融定着され、記録紙Ｐ上に永久定着され、排紙部からフェイスアップの向きで排紙トレイに排出され、所望のカラープリント画像が得られる。
【０１５９】
個々のプロセスカートリッジを構成する部材、各部材に印加される電圧は、実施例１と同様の構成のものを用いている。
【０１６０】
このようなカラー画像形成装置で実施形態１，２で説明したように直接帯電方式の接触帯電部材を用いることで簡易な構成により、安定的なクリーナレスシステムの実現が可能となる。
【０１６１】
〈実施例５〉
図１２は本発明の更に他の実施形態としての、被転写体として中間転写ベルトを用いたフルカラー画像形成装置である。
【０１６２】
以下、画像形成動作の詳細について説明する。本実施例で用いる感光ドラム３０ａ〜３０ｄ、帯電清掃ローラ３１ａ〜３１ｄ、露光手段３２ａ〜３２ｄ、現像装置３３ａ〜３３ｄの画像形成プロセスに於ける作用は全て上述の実施例４と同様であり、上記で詳しく述べた通りに、感光ドラム３０ａ〜３０ｄ表面にトナー像が形成される。
【０１６３】
一方、中間転写ベル３６は、４つの感光ドラム３０ａ〜３０ｄ全てに対し当接する様に配置される。
【０１６４】
この際、以下に示す一次転写ローラ３５が中間転写ベルト３６に当接されていない状態で、中間転写ベルト３６と感光ドラム３０ａ〜３０ｄで形成されるニップが、各々０．５ｍｍ以上となるように設定を行った。
【０１６５】
中間転写ベルト３６は駆動ローラ２４、従動ローラ２５及び二次転写対向ローラ２６の三本のローラにより支持されており、適当なテンションが維持されるようになっている。駆動ローラ２４を駆動させることにより中間転写ベルト３６は感光ドラム３０ａ〜３０ｄに対して順方向に略同速度で移動する。
【０１６６】
中間転写ベルト３６としては、例えば厚さ５０〜３００μｍ、体積抵抗率１０9〜１０16Ω・ｃｍ程度のＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ポリアミド、ポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ポリカーボネート等の樹脂材料や厚さ０．５〜２ｍｍ、体積抵抗率１０9〜１０16Ω・ｃｍ程度のクロロプレーンゴム、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）、ＮＢＲ（二トリルブタジエンゴム）、ウレタンゴム等のゴム材料が用いられる。また、場合によっては、これらの材料にカーボン、ＺｎＯ、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2等の導電性充填材を分散させて、体積抵抗率を１０7〜１０11Ω・ｃｍ程度に調節することもある。
【０１６７】
更に、画像形成装置の本体レイアウトに応じ、中間転写ベルト３６を二本のローラによって懸架した構成を採って簡略化することや、中間転写ベルト３６に代え、シリンダー周面に機能性層を形成した中間転写ドラムを中間転写体として用いることも可能である。
【０１６８】
次に、中間転写ベルト３６の裏面、感光ドラム３０ａ〜３０ｄとの対向部に、各々の感光ドラム３０ａ〜３０ｄに対応させて一次転写ローラ３５を当接配置する。一次転写ローラ３５についての詳細は後述する。
【０１６９】
トナー像の中間転写ベルト３６への一次転写に際しては、それぞれの一次転写ローラ３５に独立で適当な正のＤＣバイアスを印加するようにする。
【０１７０】
各色の一次転写位置間の距離に応じて、各色毎、一定のタイミングでコントローラからの書き出し信号を遅らせながら、露光による静電潜像を各感光ドラム１上に形成し、これらを一次転写ローラ２３の作用により、順に中間転写ベルト３６に一次転写していき、中間転写ベルト３６上に多重画像が形成される。
【０１７１】
その後、中間転写ベルト３６の裏面より当接配置された二次転写対向ローラ２６に対向し、中間転写ベルト３６表面（像担持面）に当接配置された二次転写ローラ２７にトナーと逆極性のバイアスの印加を行う。この際、露光による静電潜像の作像に合わせてカセット２９やマルチフィーダー（不図示）から給紙された転写材である記録紙Ｐが、中間転写ベルト３６と二次転写ローラ２５の間を通過することにより、中間転写ベルト３６上に担持された４色の多重トナー像は一括して記録紙Ｐ表面に二次転写される。
【０１７２】
二次転写ローラ２５としては例えば金属の芯がねを体積抵抗率を１０6〜9Ω・ｃｍに調整したＥＰＤＭ、ウレタンゴム、ＣＲ、ＮＢＲ等の弾性体で覆った構成を用いることが出来る。
【０１７３】
また、二次転写ローラ２５は、各々の感光ドラム３０ａ〜３０ｄに対して、５〜１５ｇ／ｃｍ程度の線圧で当接させ、且つ中間転写ベルト３６の移動方向に対して順方向に略等速度で回転する様に配置した。
【０１７４】
一方、二次転写を終えた後、中間転写ベルト３６上に残留した転写残トナーと、記録紙Ｐが搬送されることによって発生する紙粉は、中間転写ベルト３６に当接配置されたベルトクリーニング手段２８により、その表面から除去・回収される。尚、本実施形態の画像形成装置ではベルトクリーニング手段２８として中間転写体２２表面に当接配置したブラシローラを用いたが、例えばウレタンゴム等で形成された弾性を有するクリーニングブレード等を用いることも出来、更に中間転写ベルト３６表面の移動方向に関して上流側にクリーニングブレードを、下流側にブラシローラを配置することによりクリーニング効率をより一層高めることも可能である。
【０１７５】
二次転写終了後の転写材は定着手段３７へと搬送され、トナー像の定着を受けて画像形成物（プリント、コピー）として画像形成装置外へと排出される。
【０１７６】
ベルトクリーニング手段２８による清掃で紙粉等が、記録紙Ｐや中間転写ベルト３６等の被転写体から除去しきれずに残存し、その紙粉が感光ドラムに取り込まれて付着すると、画像流れが発生することが有る。
【０１７７】
また、画像形成プロセスを経るに従い、画像形成プロセスの上流側に配置された画像形成手段により被転写体上に形成されたトナー像が、下流側に配置された画像形成手段で各々の色の画像形成手段に搭載された感光ドラムに接触する。その際、各々の感光ドラムに、上流側に位置する画像形成手段で用いられる色のトナーが付着することが有る。いわゆる再転写が起こることが有る。
【０１７８】
前述の様に、画像形成プロセス下流側に配置された画像形成手段で感光ドラムに付着したトナーは、各々異なった色の現像器に回収されて再利用されることになり、出力画像において混色による画像欠陥が生じる。この傾向は、より画像形成プロセスの下流側に位置する色の画像形成手段で、顕著に現れる。
【０１７９】
本発明の画像形成装置では、前述の様な画像欠陥の影響を抑えるため、各々の色に係わる画像形成手段の配置を、Ｙ→Ｍ→Ｃ→Ｂｋの順とした。
【０１８０】
イエロートナーは他色のトナーと比較して視感度が低いため、１色目の画像形成手段をイエローとすることで、実際に得られる出力画像において前述の様な画像欠陥が視認し難くなる。
【０１８１】
従って、前述の通り本実施例の画像形成装置では、１色目にイエローの画像形成手段を配置することで、出力画像に画像欠陥が生じた場合の影響を最小限に抑えることが出来た。
【０１８２】
以上述べた様に、中間転写体を用いた本実施例の画像形成装置では、感光ドラム表面からトナー像を中間転写体に一次転写する際の転写効率が、記録紙Ｐの材質や厚み、抵抗等の違いによらずほぼ一定である。
【０１８３】
更に、様々な環境下に於いて安定して高い転写効率を得ることが出来るため、感光ドラム表面に残留し現像手段で回収される転写残トナーの量はほぼ一定となり、またその絶対量も減少する。
【０１８４】
従って、感光ドラム表面に対して直接注入帯電を行い、現像器で転写残トナーを回収するトナーリサイクルプロセスが常により安定した状態で効率良く行われる。
【０１８５】
また、記録材Ｐに転写されなかった二次転写残トナーや、ベルトクリーニング手段によって除去されるため、紙粉が直接感光ドラム３０ａ〜３０ｄに付着して、帯電手段３１ａ〜３１ｄや現像手段３３ａ〜３３ｄに流入して、画像形成装置により出力される画像の品位を悪化することを防止出来る。
【０１８６】
以上の点で、中間転写体を用いた本実施形態の画像形成装置は、静電搬送ベルト方式を採用した画像形成装置に比較し、装置の安定化を図る上でより一層有利となる。
【０１８７】
以上述べたように、本実施例の画像形成装置は、複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数のトナーでそれぞれ現像して各色のトナー像を形成する複数の現像手段と、前記複数色のトナー像を被転写体に順次転写する複数の転写手段を備えるカラー画像形成装置であって、前記各帯電手段の少なくとも一つが像担持体と接触部を形成する可撓性の帯電部材により像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、前記帯電部材が少なくとも像担持体と接触する表面が多孔質状であり、像担持体に対して速度差を持って駆動され、前記接触帯電手段には直流電圧にピーク間電圧が帯電電位収束電圧未満の範囲である交流電圧が重畳して印加される。
【０１８８】
このとき印加される電圧波形は、交流成分と直流成分の繰り返しからなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることにより、転写残トナーを選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、感光ドラムへの帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１８９】
〈その他〉
１）接触帯電部材（接触帯電手段）はフェルト、布などの形状・材質のものも使用可能であり、これらを積層し、より適切な弾性（可撓性）と導電性を得ることも可能である。
【０１９０】
２）ＡＣ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。また、直流電源を周期的のオン／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。このように交番電圧の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
【０１９１】
３）像担持体としての感光体に対する静電潜像形成手段としての像露光手段は実施例のデジタル的な潜像を形成するレーザ走査露光手段に限られるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やＬＥＤなど他の発光素子でも構わないし、蛍光灯等の発光素子と液晶シャッター等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。
【０１９２】
４）現像手段は実施例は非磁性一成分トナーによる反転現像器であるが、現像器の構成については特に限定するものではない。正規現像器であってもよい。
【０１９３】
５）像担持体は静電記録誘電体等であってもよい。この場合は該誘電体面を所定の極性電位に一様に一次帯電させた後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的除電がなされて画像情報の静電潜像が形成される。
【０１９４】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によれば、像担持体と、該像担持体を帯電する接触帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、その静電潜像を顕像化するための現像剤を内包する現像手段と、顕像化された現像剤像を被転写材に転写する転写手段とを有し、前記現像手段が現像剤像を被転写材に転写した後に像担持体上に残留した現像剤を回収する画像形成装置において、
少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなることを特徴とすることにより、転写残現像剤（トナー）を選択的に排出することが可能となる。その結果、低温低湿環境においても、像担持体への帯電を確保しつつ、クリーナレスシステムを構築することが可能である。
【０１９５】
更に、本発明の画像形成装置では、簡易な構成により像担持体のクリーナレスシステムを実現することが出来、装置の大幅な小型化やトナーの再利用を図ることが出来る。また、本発明における帯電方式をカラー画像形成装置に応用することで、カラー画像形成装置においても簡易な構成でクリーナレス構成を実現し、その小型化を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る第１の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】 現像兼クリーニング方式の説明図である。
【図３】 トナーの形状係数ＳＦ−１の説明図である。
【図４】 トナーの形状係数ＳＦ−２の説明図である。
【図５】 本発明に係る第１の実施例の帯電印加バイアスの説明図である。
【図６】 本発明における作用を説明する図である。
【図７】 本発明に係る第１の実施例の注入による帯電を説明する図である。
【図８】 本発明に係る第２の実施例の帯電印加バイアスの説明図である。
【図９】 本発明に係る第２の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【図１０】 本発明に係る第２の実施形態の帯電印加バイアスの説明図である。
【図１１】 本発明に係るその他の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【図１２】 本発明に係るその他の実施例の画像形成装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１：感光ドラム（像担持体）
２：帯電清掃ローラ（接触帯電部材、接触帯電手段）
３：モータ
４：露光装置
５：現像器
６：転写ローラ
７：定着器
Ｓ１：帯電バイアス印加電源
Ｓ４：帯電バイアス印加電源
Claims (13)
- 像担持体と、該像担持体を帯電する接触帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、その静電潜像を顕像化するための現像剤を内包する現像手段と、顕像化された現像剤像を被転写材に転写する転写手段とを有し、前記現像手段が現像剤像を被転写材に転写した後に像担持体上に残留した現像剤を回収する画像形成装置において、
少なくとも前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記接触帯電部材は、可撓性を有し、少なくともその外周が多孔質状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。
- 前記潜像形成手段は像露光手段であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
- 電位が交互に変化される部分の周波数が０．５〜１０．０ｋＨｚである請求項１乃至請求項３のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 直流部分と交流部分の時間の割合は、直流部分の長さを１とした場合に交流部分の長さは０．３以上５以下である請求項１乃至請求項４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記接触帯電部材に印加される交流電圧のピーク間電圧が５００Ｖ以上で、且つ帯電電位収束電圧未満の範囲であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記清掃補助粒子の粒径が０．１〜３μｍであり、粒子抵抗が１０ １２ Ωｃｍ以下であることを特徴する請求項１乃至請求項６のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記接触帯電部材が、像担持体に対して速度差を持って駆動されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記現像手段は、現像剤担持体が像担持体に接触する接触現像手段であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 前記現像手段の現像剤は、形状係数ＳＦ１が１００〜１５０、形状係数ＳＦ２が１００〜１４０であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかの項に記載の画像形成装置。
- 複数の像担持体と該像担持体をそれぞれ帯電する複数の帯電手段と、各像担持体の帯電面に形成された静電潜像を複数の現像剤でそれぞれ現像し、各色の現像剤像を形成する複数の現像手段と、前記複数色の現像剤像を被転写体に順次転写する転写手段とを備える画像形成装置において、
前記帯電手段の内少なくとも一つが、可撓性且つ多孔質状の外周面を有する接触帯電部材を具備すると共に、前記接触帯電部材と像担持体の接触部に清掃補助粒子が介在し、前記接触帯電部材に対して振動電圧を印加することにより像担持体面を帯電する接触帯電装置であり、
前記接触帯電部材に印加するバイアスは、電位が交互に変化される交流電圧部分と、電位が変化せずに一定に維持される直流部分とが交代に生じる交互電界を形成する態様に、交流電圧波形と直流電圧を重畳してなり、前記交流電圧部分から直流電圧部分への変化における交流電圧波形は、交流電圧部分がトナーの帯電極性側に凸であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記複数の像担持体の内、画像形成の際に最初に現像剤像が形成される像担持体には、該画像形成装置において使用される各色の現像剤の中で、最も視感度の低い色の現像剤像が形成される様にすることを特徴とする請求項１１に記載の画像形成装置。
- 少なくとも前記像担持体と前記接触帯電部材とを一体的に形成し、請求項１乃至請求項１２のいずれかの項に記載の画像形成装置に対して着脱自在としたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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