JP4229583B2

JP4229583B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4229583B2
Application number: JP2000371440A
Authority: JP
Inventors: 昌彦赤藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002174996A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置と、該トナー像を転写材に転写する転写装置とを具備する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機、ファクシミリ、プリンタ或いはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される上記形式の画像形成装置は従来より周知である。従来より一般に用いられているこの種の画像形成装置においては、トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面に付着している転写残トナーを除去するクリーニング装置が設けられ、このクリーニング装置のクリーニング部材を像担持体表面に当接させて像担持体表面に付着した転写残トナーを除去している。クリーニング部材としては、例えば、像担持体表面に圧接するクリーニングブレード、ファーブラシ、クリーニングローラなどが用いられている。ところが、このようなクリーニング装置を用いると、像担持体表面が、極く少量ずつではあるが、クリーニング部材によって削り取られて当該表面が摩耗する。この摩耗量が多ければ多い程、像担持体の寿命が縮められ、これを早期に交換しなければならない。
【０００３】
上述の欠点を除去して像担持体の寿命を伸ばすには、像担持体表面に付着している転写残トナーを、クリーニング部材ではなく、現像装置によって除去するように構成すればよい。かかる画像形成装置によれば、クリーニング部材が像担持体表面に当接することがないため、その表面の摩耗量を効果的に低減でき、像担持体の寿命を大きく伸ばすことが可能となる。しかも、クリーニング装置を廃止できるので、画像形成装置の構成の簡素化と、その小型化が可能となり、また現像装置に回収した転写残トナーを、トナー像形成のために再利用できるので、トナー消費量を減らすこともできる。このシステムはクリーナレス方式とも称せられている。
【０００４】
ところが、クリーニング部材によって像担持体表面が削られないように構成すると、像担持体表面に多量の放電生成物が付着し、これによって像担持体上に異常画像が発生するおそれがある。すなわち、像担持体のまわりには、作動時に放電を伴う装置が設けられており、その放電により生じた放電生成物が像担持体の停止中に、放電を伴う装置に対向した像担持体表面部分に付着する。かかる放電生成物が、高湿時に空気中の水分を吸収して、像担持体表面の抵抗を低下させ、これによって像担持体上に異常画像が発生するのである。
【０００５】
上記不具合は、像担持体表面に圧接するクリーニング部材によって放電生成物を除去するように構成すれば防止することが可能である。ところが、前述のように、像担持体の寿命を伸ばすために、クリーニング部材を像担持体表面に当接させないように構成すると、クリーニング部材によって、像担持体表面に付着した放電生成物を除去することができなくなる。このように、像担持体の寿命を伸ばすには、クリーニング部材を像担持体表面に当接させないように構成することが有効であるが、このようにすると、像担持体表面に多量の放電生成物が付着し、異常画像が発生する欠点を免れないのである。
【０００６】
異常画像の発生を防止するため、像担持体の停止前に、現像装置により現像されたトナー吸着領域を帯電装置と像担持体の間に移動させて像担持体を停止させ、帯電動作中に帯電装置内に蓄積した放電生成物が像担持体表面に直接接触することを阻止した画像形成装置が提案されている（特開平４−２５０４７２号公報参照）。ところが、この構成によると、通常の画像形成動作時以外にも現像装置でトナーを消費してしまうため、トナー消費量が増加する欠点を免れない。
【０００７】
また一連の画像形成動作終了時に、クリーニング装置に回収した廃トナーを像担持体表面に付着させ、そのトナー層を、帯電装置に対向させて像担持体を停止させる画像形成装置も提案されている（特開平７−２１９４０２号公報）。ところが、この構成は、クリーニング装置で回収したトナーを像担持体表面に付着させるものであるため、クリーニング装置を有している画像形成装置には適用できるものの、クリーナレス方式の画像形成装置に採用することはできない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した新規な認識に基づきなされたものであり、その目的とするところは、像担持体の寿命を伸ばすことができると共に、トナーの消費量の増大を抑え、放電生成物に基因する異常画像の発生を防止できる冒頭に記載した形式の画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、冒頭に記載した形式の画像形成装置において、トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面に付着する転写残トナーを前記現像装置によって除去するように構成すると共に、前記現像装置により像担持体表面に形成されたトナー層が、像担持体の停止状態で、前記帯電装置に対向して位置するように構成し、前記帯電装置を、像担持体表面に直交する向きに投影したときの投影像が、像担持体の停止状態で、帯電装置に対向して位置するトナー層の内側に位置するように、該トナー層の面積とその停止位置を設定したことを特徴とする画像形成装置を提案する（請求項１）。
【００１０】
その際、上記帯電装置が、像担持体の帯電時に像担持体表面に当接する接触型帯電装置として構成されている場合には、前記現像装置により形成されたトナー層が帯電装置に対向する位置に至るときに、該トナー層が帯電装置に接触することを阻止すべく、該帯電装置を像担持体表面から離し、像担持体の帯電時には該帯電装置を像担持体表面に当接させる帯電装置接離手段を設けると有利である（請求項２）。
【００１１】
また、上記請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記転写装置が、転写材を介して像担持体表面に当接して該像担持体表面のトナー像を転写材に転写する接触型転写装置として構成されている場合には、前記現像装置により形成されたトナー層が転写装置を通過するとき、該転写装置を像担持体表面から離し、トナー像の転写時には、転写装置を像担持体表面に当接させる転写装置接離手段を設けると有利である（請求項３）。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、冒頭に記載した形式の画像形成装置において、トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面に付着する転写残トナーを前記現像装置によって除去するように構成すると共に、前記現像装置により像担持体表面に形成されたトナー層が、像担持体の停止状態で、前記転写装置に対向して位置するように構成し、前記転写装置を、像担持体表面に直交する向きに投影したときの投影像が、像担持体の停止状態で、転写装置に対向して位置するトナー層の内側に位置するように、該トナー層の面積とその停止位置を設定したことを特徴とする画像形成装を提案する（請求項４）。
【００１４】
その際、転写装置が、トナー像の転写時に転写材を介して像担持体表面に当接する接触型転写装置として構成されている場合には、前記現像装置により形成されたトナー層が転写装置に対向する位置に至るときに、該トナー層が転写装置に接触することを阻止すべく、該転写装置を像担持体表面から離し、トナー像の転写時には該転写装置を像担持体表面に当接させる転写装置接離手段を設けると有利である（請求項５）。
【００１６】
さらに、上記請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置において、１回又は複数回の一連の画像形成動作が行われるとき、最後の画像形成動作によって像担持体表面に形成されたトナー像の画像形成領域後端が、前記転写位置を通過した後の適時に、像担持体表面の移動速さを、画像形成動作時の像担持体表面の移動速さよりも遅くすると有利である（請求項６）。
【００１７】
また、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像装置により像担持体表面に形成されるトナー層のトナー付着量を０．１mg/cm^２乃至１．０mg/cm^２とすると有利である（請求項７）。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例を図面に従って説明し、併せて前述の従来の欠点を図面に即してより具体的に明らかにする。
【００１９】
図１は画像形成装置の一例を示す概略構成図である。ここに示した画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転する像担持体１を備え、その周囲には、像担持体表面を除電する除電装置の一例である除電ランプ９と、像担持体１を帯電する帯電装置２と、像担持体１の帯電面に光を照射して該像担持体１に静電潜像を形成する露光装置３と、その静電潜像をトナーで現像することにより、像担持体上にトナー像を形成する現像装置４と、像担持体上のトナー像を転写材６上に転写する転写装置５がそれぞれ配置されている。露光装置３は、帯電装置により帯電された像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段の一例を構成している。また、像担持体から離れた個所には、像担持体１から転写材６上に転写されたトナー像を定着するための定着装置７が設けられている。
【００２０】
本例の像担持体１は、表面がマイナス極性に帯電されるドラム状の有機感光体より成るが、表面がプラス極性に帯電される感光体や、無機感光体、アモルファスシリコン感光体などの像担持体を用いることもできる。また、複数のローラに巻き掛けられて駆動されるベルト状の像担持体を用いることもできる。
【００２１】
帯電装置２は、像担持体表面から所定の距離をあけて配置され、この帯電装置２に電圧を印加することにより像担持体表面を所定の極性、電位に帯電するように構成されている。本例の画像形成装置においては、電極ワイヤ１０とグリッド電極１１を有するスコロトロン帯電装置が用いられ、かかる帯電装置２によって像担持体をマイナス極性に帯電させるように構成されている。かかる帯電装置に代え、帯電ローラ、帯電ブラシ又は帯電ブレードなどの帯電装置を採用することもできる。図２は、帯電装置１０２として、像担持体１の表面に当接して、その表面を所定の極性に帯電する帯電ローラを用いた例を示している。
【００２２】
一方、本例の露光装置３は、発光素子として半導体レーザ（図示せず）を使用し、画像データに基づいて光変調されたレーザ光Ｌを、帯電装置２により帯電された像担持体表面に照射してその表面に静電潜像を形成するように構成されている。ＬＥＤなどの発光素子を有する露光装置や、原稿画像を像担持体表面に結像する光学系を備えた露光装置などを用いることもできる。
【００２３】
静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置４は、磁性又は非磁性のトナーと、磁性キャリアとを有する粉体状の二成分系の現像剤Ｄが収容された現像ケース２１と、その現像剤Ｄを撹拌するスクリュー１４，１５と、周方向にＳ極とＮ極の磁極が交互に配置されて不動に固定されたマグネット１２と、反時計方向に回転駆動される非磁性スリーブより成る現像剤担持体１３を備え、その現像剤担持体内にマグネット１２が配置されている。現像剤Ｄは、スクリュー１４，１５により撹拌され、そのトナーとキャリアが互いに逆極性に摩擦帯電され、本例ではトナーがマイナス極性に帯電される。マグネット１２の磁力により現像剤担持体１３の周面に現像剤が担持され、その現像剤担持体１３の回転により、これに担持された現像剤が該担持体１３の回転方向に搬送される。
【００２４】
一方、現像剤担持体１３には、図示していない現像バイアス電源により、所定の極性、図示した例ではマイナス極性のバイアス電圧が印加され、このバイアス電圧と像担持体表面に形成された静電潜像の電位差により、像担持体１と現像剤担持体１３との間の現像領域に搬送された現像剤中のトナーが静電潜像に静電的に移行し、その静電潜像がトナー像として可視像化される。現像剤担持体１３に印加されるバイアス電圧をＶＢとする。
【００２５】
上述のように、本例の画像形成装置においては、二成分系の現像剤を用いた現像装置４が採用されているが、必要に応じて補助剤の外添された磁性又は非磁性トナーより成る粉体状の一成分系現像剤などを用いる現像装置を採用することもできる。
【００２６】
一方、転写装置５には、トナー像の転写時に、像担持体表面のトナー像を形成するトナーの帯電極性と逆極性、この例ではプラス極性の電圧（転写電圧）が印加される。これによって、転写装置５と像担持体１との間のニップ部に送り込まれた転写材６の表面に、像担持体表面のトナー像が転写される。本例の画像形成装置では、反時計方向に回転駆動され、トナー像の転写時に転写材６を介して像担持体表面に所定の圧力で接触する転写ローラより成る転写装置が用いられているが、転写ブレード、転写ベルト或いはコロトロン帯電器より成る転写装置などを適宜採用することもできる。
【００２７】
定着装置７は、転写材６の搬送方向において、像担持体上のトナー像が転写材６に転写される転写位置よりも下流側に設けられ、互いに圧接しながら回転する定着ローラ１６と加圧ローラ１７とを有し、転写材６がこれらのローラ１６，１７の間を搬送されるとき、熱と圧力の作用で転写材６上に転写されたトナー像がその転写材上に定着される。
【００２８】
次に、上述した画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【００２９】
画像形成動作が開始されると、像担持体１は図示していない駆動装置によって図１における時計方向、すなわち矢印Ａ方向に回転駆動され、このとき像担持体表面には除電ランプ９からの光が照射されて該像担持体表面が除電作用を受け、その表面電位が初期化される。次いで帯電装置２によって、初期化された像担持体表面が所定の極性、この例ではマイナス極性に均一に帯電される。帯電された像担持体１の表面電位をＶ０とする。
【００３０】
また図示していないスキャナ又はパーソナルコンピュータなどの外部機器からの画像信号に対応して光変調されたレーザ光Ｌが露光装置３から出射し、そのレーザ光Ｌが、帯電装置２によって帯電された像担持体表面に選択的に照射される。レーザ光Ｌが照射された像担持体表面の電位の絶対値は低下し、この部分が静電潜像、すなわち画像部となる。このときの静電潜像の表面電位をＶ１とする。一方、レーザ光Ｌの照射されない像担持体表面部分の電位は、ほぼ帯電電位Ｖ０に維持され、この部分が地肌部となる。
【００３１】
像担持体１の回転に伴って、上記静電潜像が現像装置４の現像剤担持体１３を通過するとき、その静電潜像にトナーが静電的に移行して像担持体表面にトナー像が形成される。その際、現像剤担持体１３に印加されたバイアス電圧ＶＢと、レーザ光Ｌが照射されなかった像担持体部分の表面電位Ｖ０と、レーザ光Ｌが照射された像担持体部分の表面電位Ｖ１には、｜Ｖ０｜＞｜ＶＢ｜＞｜Ｖ１｜の関係があり、これによって像担持体表面の静電潜像にだけトナーが付着し、トナー像が形成される。現像装置４のトナーがマイナスの正規極性に帯電している場合、例えば、Ｖ０＝−９００Ｖ、Ｖ１＝−１５０Ｖ、ＶＢ＝−６００Ｖとなる（図４参照）。このように、本例の画像形成装置においては、静電潜像が反転現像方式によりトナー像として可視像化されるが、正規現像方式を採用した現像装置を用いることもできる。図１及び図２には、像担持体１上に形成されたトナー像のトナーを拡大して模式的に示し、これに符号Ｔ１を付してある。このトナーＴ１と、後述するトナーＴ３に付した「−」又は「＋」の符号は、その各トナー粒子がマイナス極性又はプラス極性にそれぞれ帯電していることを示している。また図６乃至図９においても、トナーを模式的に拡大して示してある。
【００３２】
転写材６は、図示していない給紙装置から、矢印Ｂ方向に搬送されて、像担持体１と転写装置５の間のニップ部に送り込まれ、像担持体１に形成されたトナー像が転写材６上に転写される。図１では、転写材６上に転写されたトナー像のトナーを模式的に拡大して示し、符号Ｔ２を付してある（図２においても同じ）。転写材６としては、紙、樹脂フィルム又は樹脂シートなどが用いられるが、転写材を無端ベルト又はドラム状の中間転写体として構成し、この中間転写体より成る転写材上に像担持体上のトナー像を一次転写し、次いでその中間転写体上のトナー像を紙、樹脂フィルム又は樹脂シートなどから成る最終転写材上に二次転写するように構成することもできる。
【００３３】
図１に示した転写材６は、像担持体を離れた後、定着装置７を通り、このとき前述のように転写材６上に転写されたトナー像がその転写材６上に定着される。このようにして、帯電、露光、現像、転写及び定着が行われて所定の画像が出力される。
【００３４】
トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面には、図１に符号Ｔ３を付し、かつ模式的に拡大して示すように、転写材６に転写されずに残された転写残トナーが付着しているが、本例の画像形成装置には、かかる転写残トナーＴ３を除去する専用のクリーニング装置は設けられておらず、この転写残トナーＴ３は、次に説明するように現像装置４によって像担持体表面から除去される。現像装置４が、像担持体１上に付着しているトナーを回収するクリーニング機能を兼ねているのである。これがクリーナレス方式の画像形成装置である。
【００３５】
上述の転写残トナーの付着した像担持体表面部分は、除電ランプ９によって光を照射され、その像担持体表面の電位の絶対値が下げられ、引き続き帯電装置２を通過する。転写残トナーＴ３の付着した像担持体表面部分が帯電装置２を通るとき、その帯電装置２によって、転写残トナーの上から、転写残トナーＴ３と共にマイナス極性に帯電される。トナー像を転写材Ｐに転写した後に像担持体表面に付着した転写残トナーＴ３は、トナー像の転写時に、転写装置５に印加されたプラス極性の電圧の影響を受け、図１に示すようにプラスに帯電しているか、又はプラス極性とマイナス極性の転写残トナーが混在した状態となっているのが普通である。かかる転写残トナーＴ３は、帯電装置２により帯電されてマイナス極性に揃えられる。また、転写残トナーＴ３の上から帯電装置２により帯電された像担持体表面の平均的な帯電電位Ｖ０は、例えば−９００Ｖ±５０Ｖ程度の一般的な規格範囲内の値になる。
【００３６】
上述の転写残トナーＴ３が現像装置４を通るとき、その現像剤担持体１３には、バイアス電圧ＶＢ（−６００Ｖ）が印加されているので、マイナス極性の転写残トナーＴ３が付着した像担持体表面と、現像剤担持体１３との間には、その転写残トナーＴ３が現像剤担持体１３の側へ移行する向きの電界が形成され、これによって転写残トナーＴ３が現像剤担持体１３上の現像剤中に取り込まれて回収される。このようにして、像担持体表面の転写残トナーが除去される。
【００３７】
また、連続して複数枚の転写材上に画像を形成する場合には、転写残トナーＴ３の上から帯電された像担持体表面に再び光変調されたレーザ光Ｌが照射され、これによって像担持体表面に２番目の静電潜像が形成される。転写残トナーＴ３の付着した静電潜像部分の表面電位の絶対値は、これが付着していない静電潜像部分の表面電位の絶対値よりも多少高くなるが、バイアス電圧ＶＢの絶対値よりも低く保たれる。従って、２番目の静電潜像を現像装置４により２番目のトナー像として可視像化することができる。このトナー像は、図１に示した転写材６の後から送られてくる２枚目の転写材に前述したところと全く同様にして転写される。２番目の静電潜像が可視像化されるとき、その地肌部に付着した転写残トナーは、現像剤担持体１３の側に静電的に回収されるが、２番目の静電潜像となった像担持体表面部分に付着した転写残トナーは、現像装置４に回収されずに付着したままとなる。
【００３８】
上述のように現像装置４に回収された転写残トナーは、再びトナー像の形成のために使用されるので、廃棄トナーをなくし、或いはこれを極く少量にすることができる。このように、本例の画像形成装置は、トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面に付着する転写残トナーＴ３を現像装置４によって除去するように構成されている。
【００３９】
上述のようにして、１回又は複数回の一連の画像形成動作が行われ、その各画像形成動作により像担持体上に形成された各トナー像は、互いに間隔をあけて矢印Ｂ方向に送られる各転写材６上にそれぞれ転写され、その転写されたトナー像が定着装置１７によってそれぞれ定着される。上述の一連の画像形成動作は一般にジョブと称せられ、１回のジョブを終了すると、後述する態様で像担持体１が停止する。
【００４０】
帯電装置として、図２に示した帯電ローラのように像担持体表面に当接して像担持体を帯電させる接触型帯電装置を用いたときも、上述したところと同様にして画像形成動作が行われるが、接触型の帯電装置を用いた場合には、像担持体上の転写残トナーがその帯電装置を通過するときも、当該帯電装置が像担持体表面に当接しているので、転写装置５によるトナー像の転写効率を高めて転写残トナーの量を少なくし、その転写残トナーが接触型の帯電装置に付着し難くするように構成し、帯電装置がトナーで汚されないようにすることが好ましい。或いは、その接触型帯電装置に付着したトナーを除去するクリーニング装置を設けることもできる。
【００４１】
上述の如くクリーナレス方式の画像形成装置は、像担持体表面に圧接するクリーニング部材が不要であるため、像担持体表面の経時的な摩耗を抑え、その寿命を伸ばすことができる。ところが、その反面、先に説明したように、この形式の従来の画像形成装置においては、像担持体表面に多量の放電生成物が付着し、これが像担持体表面の抵抗を低下させ、これによって、像担持体上に形成されたトナー像、特にハーフトーン画像に異常画像が発生するおそれがあった。
【００４２】
放電生成物は、例えば、帯電装置の放電によりオゾンや窒素酸化物（ＮＯx）が発生し、その窒素酸化物が空気中の物質と結合して硝酸化合物が生成され、これが像担持体表面に付着するものと考えられる。帯電装置が像担持体の上方に位置している従来の画像形成装置においては、像担持体の停止中に、帯電装置に対向した像担持体表面部分に多量の放電生成物が付着し、これが水分を吸収して像担持体表面の抵抗を低下させていた。その結果、像担持体表面の帯電電荷に流れが生じ、露光装置によって像担持体表面に静電潜像を形成しても、その潜像が乱れ、かかる静電潜像を現像装置により現像した場合、一般に画像ぼけ又は画像流れとも称せられている異常画像が発生する。この傾向は特に高温高湿の環境下において顕著となる。帯電装置が像担持体の上方に位置していると、ガス状の放電生成物が像担持体表面に近づいたり、移行したりして、徐々に像担持体表面に付着するので、帯電装置に近い像担持体表面部分、すなわち帯電装置に対向した像担持体表面部分に放電生成物が付着しやすい。特に画像形成動作終了後に画像形成装置を長時間放置すると、帯電装置の直下の像担持体表面部分に多量の放電生成物が付着する。
【００４３】
本例の画像形成装置においては、上述の放電生成物に基因する異常画像の発生を簡単な構成によって防止することができるが、その具体的内容を説明する前に、この構成を採用していない図１及び図２に示した画像形成装置を用いて行った実験結果を説明することによって、異常画像の発生状況を明らかにする。
【００４４】
この実験では、帯電装置として、図１に示したスコロトロン帯電装置と、図２に示した帯電ローラをそれぞれ用いたが、スコロトロン帯電装置の場合には、その電極ワイヤ１０に−６０００Ｖ、グリッド電極１１に−９００Ｖの直流電圧を印加し、また帯電ローラの場合には、その芯金に−１５００Ｖの直流電圧を印加して図１及び図２に示した像担持体１の表面を−９００Ｖに帯電させた。像担持体１としては、アルミニウム製のシリンダ上に、順にＴiＯ_２とポリアミド樹脂から成る下引層、次いでトリスアゾ顔料とポリビニルブチラール樹脂から成る電荷発生層、ヒドラゾンとポリカーボネート樹脂から成る電荷輸送層を積層したＯＰＣ感光体を用いた。電荷発生層の膜厚は０．２μｍ、電荷輸送層の膜厚は３０μｍであった。
【００４５】
この実験条件で、温度３０℃、湿度９０％環境の下に、像担持体を回転させながら像担持体を帯電し、その帯電面を露光せず、かつ現像剤担持体１３にはバイアス電圧を印加し、転写材を通紙する動作を１時間に亘って連続して行い、次いで像担持体を停止させて２４時間放置した。
【００４６】
その放置後に、前述の画像形成動作を行い、その際、露光装置３から出射するレーザ光の光量を調整して、像担持体上にほぼ−４００Ｖの表面電位の静電潜像を形成した。これを現像してハーフトーン画像（ベタ画像）を形成し、これを転写材６に転写して得た画像の一部を図３に示す。図３に示した画像中の白く抜けた部分が画像ぼけ部である。この画像ぼけは、像担持体の放置時に、帯電装置２，１０２の直下に位置していた像担持体表面部分に発生した。
【００４７】
図４及び図５は、画像ぼけの発生メカニズムを説明する図であり、これらのグラフの横軸は像担持体表面の位置を示し、縦軸は像担持体表面の電位（Ｖ）を示している。像担持体表面に放電生成物が付着していないときは、レーザ光の照射されない地肌部の表面電位Ｖ０と、レーザ光が照射された画像部の表面電位Ｖ１と、現像剤担持体１３に印加されるバイアス電圧ＶＢは、図４に示す如くなり、像担持体上の地肌部及び画像部の表面電位Ｖ０，Ｖ１と、現像バイアス電圧ＶＢとの電位差によって、マイナス極性に帯電したトナーが地肌部に付着せずに画像部の方に静電的に付着する。
【００４８】
これに対し、図５に示すように、画像部と地肌部にまたがって像担持体表面に放電生成物Ｓが付着すると、その表面の抵抗値が低下して地肌部の電荷が画像部の方に流れ、画像部の表面電位Ｖ１の絶対値が、バイアス電圧ＶＢの絶対値よりも高くなり、これによって現像後のトナー像に画像ぼけないしは白抜けが発生することがある。
【００４９】
上述した不具合の発生を防止するため、本例の画像形成装置においては、図６に模式的に示すように、現像装置４（図１）によって像担持体表面に形成されたトナー層ＴＬが、像担持体１の停止状態で、帯電装置２に対向して位置するように構成されている。このトナー層ＴＬは、像担持体１の停止時に、帯電装置２に対向した像担持体表面部分を遮蔽し、帯電装置２に蓄積された放電生成物がこの像担持体表面部分に付着することを防止するシャッタとしての働きをなす。このため、高温、高湿の環境下においても、放電生成物が像担持体表面に付着することを防止でき、次に行われる画像形成動作時に、放電生成物に基因する異常画像の発生を阻止することができる。
【００５０】
上述のトナー層ＴＬは、例えば次のようにして像担持体表面に形成される。
【００５１】
１回又は複数回の一連の画像形成動作が行われるとき、最後のトナー像が形成される像担持体上の画像形成領域よりも像担持体表面移動方向上流側の像担持体表面部分は、引き続き帯電装置２によってマイナス極性のＶ０に帯電される。像担持体１の回転に伴って、この帯電面が露光装置３に対向した部分を通過するとき、その帯電面に対し、像担持体表面移動方向の所定幅に亘って、露光装置３から出射するレーザ光Ｌが照射され、ここにトナー層用の静電潜像が形成される。この静電潜像が現像装置４を通過するとき、前述の通常の現像動作と全く同様にして、その静電潜像が現像され、均一厚さのトナー層ＴＬが形成される。このトナー層ＴＬは、引き続く像担持体１の回転によって、帯電装置２に対向した位置に至る。この時、帯電装置２への電圧印加が切られ、像担持体の回転が停止し、当該トナー層ＴＬが図６に示したように帯電装置２に対向して静止する。このように、トナー層ＴＬが帯電装置２に対向して停止するまで、像担持体表面が帯電装置２により帯電されるので、トナー層ＴＬよりも像担持体回転方向上流側の像担持体表面部分が現像装置４により現像されてここにトナーが付着することが阻止される。
【００５２】
次の画像形成動作が開始される前に、像担持体１は矢印Ａ方向の予備回転する。このとき、像担持体表面と、その表面に付着したトナー層ＴＬのトナーが帯電装置２によって所定の極性、この例ではマイナス極性に帯電されるが、露光装置３による露光は行われない。このようにして、トナー層ＴＬが現像剤担持体１３に至ると、このとき現像剤担持体１３には、マイナス極性のバイアス電圧が印加され、トナー層ＴＬのトナーが静電的に現像剤担持体１３の側に移行し、現像剤担持体上の現像剤中に取り込まれる。このトナーも、静電潜像の可視像化のために再使用される。このように像担持体が清掃されるので、引き続き行われる画像形成動作時にトナー層ＴＬのトナーによって地汚れが発生することはない。
【００５３】
上述のように、本例の画像形成装置は、像担持体の停止状態で、帯電装置に対向して位置するトナー層ＴＬが像担持体表面に形成されるように、帯電装置、潜像形成手段及び現像装置を制御すると共に、像担持体の回転の停止タイミングを制御する制御手段（図示せず）が設けられている。本例の画像形成装置は、クリーニング装置のないクリーナレス方式であるが、放電生成物が像担持体表面に付着することを阻止するトナー層ＴＬを像担持体表面に形成でき、しかもクリーナレス方式であるがため、このトナー層ＴＬのトナーを現像装置４に回収でき、トナーが無駄に消費される不具合を阻止することができるのである。
【００５４】
図２に示した画像形成装置においても、上述したところと同様にして、像担持体表面にトナー層ＴＬが形成され（図７）、像担持体１の停止時に、そのトナー層ＴＬが帯電装置１０２に対向して位置するように構成されている（図８）。その際、図２に示した画像形成装置においては、帯電装置１０２が、像担持体の帯電時に像担持体表面に当接する接触型帯電装置の一例である帯電ローラとして構成されているので、像担持体表面に形成されたトナー層ＴＬがこの帯電装置１０２に至るときも、当該帯電装置が像担持体表面に当接したままであると、トナー層ＴＬが帯電装置１０２により乱されるだけでなく、そのトナーが帯電装置１０２に付着して帯電装置１０２がトナーで汚される。これは、帯電ローラ以外の接触型帯電装置、例えば帯電ブレードや帯電ブラシなどを用いたときも同様である。
【００５５】
そこで、接触型帯電装置を用いた場合には、図７及び図８に示すように、現像装置４により形成されたトナー層ＴＬが帯電装置１０２に対向する位置に至るときに、そのトナー層ＴＬが帯電装置１０２に接触することを阻止すべく、この帯電装置１０２を像担持体表面から離し、像担持体の帯電時には、図２に示すように帯電装置１０２を像担持体表面に当接させる帯電装置接離手段（図示せず）を設けることが好ましい。このときの動作のより具体的な例を示すと、図７に示すように像担持体１が矢印Ａ方向に回転して、トナー層ＴＬが、帯電装置１０２の直下の位置に至る直前まで、帯電装置１０２は像担持体表面に当接し、このとき帯電装置１０２の芯金には電源２２によりマイナス極性の電圧が印加され続ける。次いで、図８に示すようにトナー層ＴＬが帯電装置１０２の直下に至る時、帯電装置１０２は像担持体表面から離される。このときスイッチ２３がオフされて帯電装置１０２への電圧印加が切られ、トナー層ＴＬが帯電装置１０２に対向したところで、像担持体１の回転が止められる。このように帯電装置１０２への電圧印加の停止タイミングを制御することにより、トナー層ＴＬよりも像担持体回転方向上流側の像担持体表面部分に、現像装置４によって余分なトナーが付着することを阻止できる。
【００５６】
また、図１及び図２に示した画像形成装置においては、転写装置として、転写材を介して像担持体表面に当接し、その像担持体表面のトナー像を転写材に転写する接触型転写装置の一例である転写ローラが用いられているが、トナー層ＴＬがこの転写装置５を通るときも、当該転写装置５が像担持体表面に当接していると、トナー層ＴＬが乱され、しかもそのトナーの一部が転写装置５に付着する。転写ローラ以外の接触型転写装置を用いた場合も同様である。
【００５７】
そこで、転写装置が接触型転写装置として構成されている場合には、図９に示すように、現像装置により形成されたトナー層ＴＬが転写装置５を通過するとき、その転写装置５を像担持体表面から離し、トナー像の転写時には、図１及び図２に示すように、転写装置５を像担持体表面に当接させる転写装置接離手段（図示せず）を設けることが好ましい。この構成により、トナー層ＴＬが転写装置５によって乱されたり、その転写装置５にトナーが付着して、当該転写装置５がトナーで汚される不具合を阻止できる。
【００５８】
帯電装置接離手段及び転写装置接離手段は、例えばソレノイドやカムなどを用いたそれ自体公知の装置によって構成することができる。
【００５９】
ところで、放電生成物の発生は、環境の影響を大きく受け、帯電装置の放電時間が同じで、像担持体の放置時間が同一であっても、放電生成物の発生はかなりばらつく。このような状況下で、帯電装置として図１に示したスコロトロン帯電装置を用いた場合、像担持体の停止時に、当該像担持体表面には、グリッド電極１１とほぼ同じ形で、かつほぼ同一面積の放電生成物が付着することの多いことが実験により確認された。この実験は、帯電装置としてスコロトロン帯電装置を用い、温度３０℃、湿度９０％の環境下で、像担持体を停止させて、その像担持体表面に付着した放電生成物の面積を確認したものである。この実験では、スコロトロン帯電装置２のグリッド電極１１と、像担持体表面との距離が２mm以下である場合、グリッド電極１１の面積以上の放電生成物が像担持体表面に付着することはなかった。従って、図１０に示すように、帯電装置２を、像担持体表面に直交する向きに投影したときの投影像をＩとしたとき、その投影像Ｉが、像担持体１の停止状態で、帯電装置２に対向して位置するトナー層ＴＬの内側に位置するように、そのトナー層ＴＬの面積と、その停止位置を設定すれば、いかなる環境下においても、像担持体表面に放電生成物が付着することを防止し、異常画像の発生を阻止することができる。これは、スコロトロン帯電装置以外の帯電装置、例えば帯電ローラを用いたときも同様である。
【００６０】
ところで、通常の画像形成動作時に、像担持体１はかなりの高速で回転している。従って、トナー層ＴＬを帯電装置２，１０２に対向した位置に停止させるとき、像担持体１を高速回転させた状態から像担持体を急停止させると、トナー層ＴＬを帯電装置２，１０２に対向した位置に正しく停止させることは容易ではない。そこで、トナー層ＴＬを帯電装置２，１０２に対向する位置に停止させる前に、像担持体１の回転速度を通常の画像形成動作時よりも低速にすることが好ましい。
【００６１】
より具体的に示すと、１回又は複数回の一連の画像形成動作が行われるとき、最後の画像形成動作によって像担持体表面に形成されたトナー像の画像形成領域後端が、トナー像の転写が行われる転写位置を通過した後の適時に、像担持体表面の移動速さを、画像形成動作時の像担持体表面の移動速さよりも遅くする制御手段（図示せず）を設けるのである。
【００６２】
上記構成によれば、像担持体を低速で回転させた状態からその像担持体を停止させるので、トナー層ＴＬを帯電装置２，１０２に対向した位置に正しく位置決めして停止させることができる。しかも、最後のトナー像の画像形成領域後端が転写位置を通過した後に、像担持体の表面線速を遅くするので、像担持体上にトナー像を正しく形成し、しかもそのトナー像を正しく転写材６上に転写することができ、像担持体の回転速度の変更に伴うトナー像の画質劣化の発生を阻止できる。
【００６３】
像担持体１の停止時に帯電装置２，１０２に対向して位置するトナー層ＴＬの単位面積当りのトナー付着量（以下、単にトナー付着量という）が多ければ多い程、トナー層ＴＬのシャッタとしての機能が高められ、像担持体表面に放電生成物が付着し難くなる。この意味では、トナー層ＴＬのトナー付着量が多い程好ましい。ところが、クリーナレス方式の画像形成装置は、トナーを現像装置４によって除去するので、クリーニングブレードなどのクリーニング部材によってトナーを除去する場合に比べ、トナーの除去効率は低くなる。従って、トナー層ＴＬのトナー付着量が多くなりすぎると、そのトナーを現像装置４によって除去しきれなくなるおそれがある。
【００６４】
そこで、本発明者はトナー層ＴＬの理想的なトナー付着量を見い出すべく、次の実験を行った。次の表１はその結果を示している。
【００６５】
【表１】

【００６６】
先ず、図１に示した画像形成装置を用い、表１の「トナー付着量」の欄に示したように、現像装置４の現像剤担持体１３に印加するバイアス電圧の値を変えることにより、０．０１８mg/cm^２から１．２２０mg/cm^２までの各量のトナー層ＴＬをそれぞれ像担持体上に形成し、そのそれぞれを互いに比較した。すなわち、上述の各トナー付着量のトナー層ＴＬが形成された像担持体表面部分をそれぞれ帯電装置２に対向させて像担持体１を停止させ、帯電装置２の電極ワイヤ１０に−６０００Ｖ、グリッド電極１１に−９００Ｖの直流電圧をそれぞれ印加して、像担持体表面を−９００Ｖに帯電し、この動作を、表１に示したように、１時間、２時間及び３時間に亘ってそれぞれを継続した。次に、帯電装置２への電圧印加を停止した後、像担持体１を上述の状態で停止させたまま、温度３０℃、湿度９０％の環境下で２４時間放置した。
【００６７】
次いで、通常の画像形成動作時と全く同様にして、像担持体１とトナー層ＴＬのトナーを帯電装置２により帯電させながら像担持体１を矢印Ａ方向に回転させた。このときトナー層ＴＬの付着した像担持体表面への露光は行わず、トナー層ＴＬのトナーを、バイアス電圧の印加された現像剤担持体１３に静電的に吸引して、像担持体表面を清掃するクリーニング動作を実行し、このときのクリーニング性、すなわち現像装置４でのトナーの回収効率を調べた。実際には、トナー層ＴＬの付着していた像担持体表面部分に整合するタイミングで転写材６を転写位置に送り込み、転写装置５に転写電圧を印加して転写動作を行い、このとき各転写材６に付着したトナーの量から、現像装置４におけるトナーの回収効率を判断した。表１の「現像装置でのトナー回収効率」の欄の「○」はそのトナー回収効率が良好であったことを示し、「△」はトナー回収効率がやや劣ることを示し、「×」はトナー回収効率が劣悪であったことを示している。
【００６８】
一方、上述のようにして転写位置を通過した像担持体表面を、通常の画像形成と同じく、除電ランプ９で除電し、次いで帯電装置２により、その像担持体表面を−９００Ｖに帯電し、先にトナー層ＴＬの付着していた像担持体表面部分にレーザ光Ｌを照射して、表面電位が−４００Ｖのハーフトーン画像用の静電潜像を形成し、これを現像装置４によって現像してハーフトーン画像を得た。そしてこの画像を転写材６に転写してその画質を評価した。表１の「画像ぼけ発生状況」の欄の「○」は画像ぼけが全く発生しなかったことを示し、「△」は画像ぼけが少しだけ発生したことを示し、「×」は画像ぼけの発生が著しかったことを示している。なお、表１には像担持体上にトナー層を形成しないで、上述の実験を行ったときの結果も示してあるが、このときは、放置時間がいずれの場合も、画像ぼけの発生は著しかった。
【００６９】
表１から、トナー層ＴＬのトナー付着量が０．０９９mg/cm^２以上で、０．９８０mg/cm^２以下であると、トナー層ＴＬを現像装置によって効率よく除去でき、しかも画像ぼけの発生を防止できることが判る。同様な実験を繰り返し行ったところ、その総合判断として、現像装置４により像担持体表面に形成されるトナー層ＴＬのトナー付着量を０．１mg/cm^２乃至１．０mg/cm^２としたとき、トナー層ＴＬのクリーニング装置４でのクリーニング性を高め、かつぼけ画像の発生を効果的に防止できることが判った。
【００７０】
図１及び図２に示した転写装置５の作動時にも、その放電によって放電生成物が発生し、これが、像担持体の停止時に、その表面に付着するおそれがある。転写ローラ以外の転写装置を用いた場合も同様である。図１及び図２に示した例では、帯電装置２，１０２が像担持体１の上方に位置しているので、その帯電装置で発生した放電生成物が、停止中の像担持体の表面に落下して付着し、従って帯電装置２，１０２で発生した放電生成物が画像ぼけ発生の大きな要因となるが、転写装置が像担持体の上方に位置するように画像形成装置を構成した場合には、転写装置で発生する放電生成物が多量に像担持体表面に付着するおそれがある。従って、前述の各構成は、全て、転写装置に対しても適用できるものである。念のため、そのいくつかを羅列すると次のとおりである。
【００７１】
▲１▼クリーナレス方式の画像形成装置において、現像装置４により像担持体表面に形成されたトナー層が、像担持体１の停止状態で、転写装置５に対向して位置するように構成する。
▲２▼転写装置５が、トナー像の転写時に転写材６を介して像担持体表面に当接する接触型転写装置として構成されている場合には、現像装置４により形成されたトナー層ＴＬが転写装置５に対向する位置に至るとき、該トナー層ＴＬが転写装置５に接触することを阻止すべく、該転写装置５を像担持体表面から離し、トナー像の転写時には該転写装置５を像担持体表面に当接させる転写装置接離手段を設ける。
▲３▼転写装置５を、像担持体表面に直交する向きに投影したときの投影像が、像担持体１の停止状態で、転写装置５に対向して位置するトナー層ＴＬの内側に位置するように、該トナー層の面積とその停止位置を設定する。
【００７２】
像担持体１の停止時に、帯電装置２，１０２と、転写装置５が対向する像担持体表面部分の両者にトナー層ＴＬを形成するように構成すると、画像ぼけの発生をより一層確実に防止することができる。
【００７３】
以上説明した各構成において、一連の画像形成動作毎に、トナー層ＴＬを形成するようにしてもよいが、画像形成動作が１回行われただけでは、放電生成物の発生量が少なく、これが画像の画質に影響を与えないような場合には、予め決められた複数回の一連の画像形成動作が行われた時にだけ、現像装置４によって像担持体表面にトナー層ＴＬを形成し、これを帯電装置と転写装置の少なくとも一方に対向して停止させておくように構成することもできる。
【００７４】
本発明は、図１及び図２に示した形式以外の画像形成装置にも広く適用できるものである。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１及び４に係る発明によれば、クリーナレス方式を採用することにより、像担持体の寿命を大きく伸ばすことができ、しかも余分なトナーの消費を抑えつつ、放電生成物に基因する異常画像の発生を防止することが可能である。さらに、放電生成物が多量に発生したときも、像担持体表面に放電生成物が付着することを防止できる。
【００７６】
請求項２に係る発明によれば、接触型帯電装置を用いたときも、トナー層によってその帯電装置が汚される不具合を防止できる。
【００７７】
請求項３に係る発明によれば、接触型転写装置を用いたときも、トナー層によって、その転写装置が汚される不具合を防止できる。
【００７９】
請求項５に係る発明によれば、接触型転写装置を用いたときも、トナー層によって、その転写装置が汚される不具合を防止できる。
【００８０】
請求項６に係る発明によれば、トナー層を所定の位置に正しく停止させることができる。
【００８１】
請求項７に係る発明によれば、像担持体表面への放電生成物の付着防止効果を高め、かつトナー層を現像装置によって効率よく像担持体表面から除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の一例を示す部分断面概略図である。
【図２】画像形成装置の他の例を示す部分断面概略図である。
【図３】画像ぼけの発生状況を示す図である。
【図４】像担持体表面に放電生成物が付着していないときの画像部と地肌部の表面電位を説明する図である。
【図５】像担持体表面に放電生成物が付着しているときの画像部と地肌部の表面電位を説明する図である。
【図６】帯電装置に対向した像担持体表面部分に付着したトナー層を示す図である。
【図７】帯電ローラより成る帯電装置が像担持体表面に当接している様子を示す説明図である。
【図８】帯電ローラより成る帯電装置が像担持体表面から離間したときの様子を示す説明図である。
【図９】トナー層が転写装置を通るとき、その転写装置が像担持体表面から離間している様子を示す図である。
【図１０】トナー層の好ましい大きさと形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１像担持体
２帯電装置
４現像装置
５転写装置
６転写材
１０２帯電装置
Ｉ投影像
ＴＬトナー層
Ｔ３転写残トナー

Claims

像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置と、該トナー像を転写材に転写する転写装置とを具備する画像形成装置において、
トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面に付着する転写残トナーを前記現像装置によって除去するように構成すると共に、前記現像装置により像担持体表面に形成されたトナー層が、像担持体の停止状態で、前記帯電装置に対向して位置するように構成し、前記帯電装置を、像担持体表面に直交する向きに投影したときの投影像が、像担持体の停止状態で、帯電装置に対向して位置するトナー層の内側に位置するように、該トナー層の面積とその停止位置を設定したことを特徴とする画像形成装置。
前記帯電装置は、像担持体の帯電時に像担持体表面に当接する接触型帯電装置として構成され、前記現像装置により形成されたトナー層が帯電装置に対向する位置に至るときに、該トナー層が帯電装置に接触することを阻止すべく、該帯電装置を像担持体表面から離し、像担持体の帯電時には該帯電装置を像担持体表面に当接させる帯電装置接離手段を設けた請求項１に記載の画像形成装置。
前記転写装置は、転写材を介して像担持体表面に当接して該像担持体表面のトナー像を転写材に転写する接触型転写装置として構成され、前記現像装置により形成されたトナー層が転写装置を通過するとき、該転写装置を像担持体表面から離し、トナー像の転写時には、転写装置を像担持体表面に当接させる転写装置接離手段を設けた請求項１又は２に記載の画像形成装置。
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該静電潜像をトナー像として可視像化する現像装置と、該トナー像を転写材に転写する転写装置とを具備する画像形成装置において、
トナー像の転写が行われる転写位置を通過した像担持体表面に付着する転写残トナーを前記現像装置によって除去するように構成すると共に、前記現像装置により像担持体表面に形成されたトナー層が、像担持体の停止状態で、前記転写装置に対向して位置するように構成し、前記転写装置を、像担持体表面に直交する向きに投影したときの投影像が、像担持体の停止状態で、転写装置に対向して位置するトナー層の内側に位置するように、該トナー層の面積とその停止位置を設定したことを特徴とする画像形成装置。
前記転写装置は、トナー像の転写時に転写材を介して像担持体表面に当接する接触型転写装置として構成され、前記現像装置により形成されたトナー層が転写装置に対向する位置に至るときに、該トナー層が転写装置に接触することを阻止すべく、該転写装置を像担持体表面から離し、トナー像の転写時には該転写装置を像担持体表面に当接させる転写装置接離手段を設けた請求項４に記載の画像形成装置。
１回又は複数回の一連の画像形成動作が行われるとき、最後の画像形成動作によって像担持体表面に形成されたトナー像の画像形成領域後端が、前記転写位置を通過した後の適時に、像担持体表面の移動速さを、画像形成動作時の像担持体表面の移動速さよりも遅くする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
前記現像装置により像担持体表面に形成されるトナー層のトナー付着量を０．１mg/cm^２乃至１．０mg/cm^２とした請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。