JP4429660B2 - 画像形成装置、プロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、電子写真プロセスを用いる複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関し、特に感光体及び帯電部材の汚れを防止する機能を有する画像形成装置に関する。

トナーは本来、マイナス帯電するように帯電制御剤等によって帯電系列が制御されているが、帯電制御剤の分散不良、トナー同士の摩擦帯電および転写バイアスの影響等のため未帯電トナーや逆帯電トナーが現れて転写残トナーとなってしまう。分布としては図２の様に負帯電側も正帯電側も持つことになる。
特許文献１では、一本の回転ブラシにバイアスをかけることによって、正・負帯電している転写残トナーのうち、どちらか一方を回収・保持する構成であるが、例えば負帯電トナーのみを回収する構成であるとすると、正帯電トナーによる帯電手段の汚染とそれによる帯電不良などの不具合が出てくる。また、正帯電トナーのみを回収する構成であるとすると、負帯電トナーが感光体上に残留することにより、帯電手段での帯電不良、または残留トナーによる残像などの不具合が出てくる。

また、例えば一つのトナー保持手段でバイアスを切り替える事により、正・負帯電両方のトナーを回収する構成であったとしても（１ジョブごとに回収・排出を行うような場合）、単純に計算して回収・排出時間が２倍以上必要になる。
また、帯電ローラに付着した正帯電トナーを所定のタイミングで排出することも考えられるが、帯電ローラの汚染による帯電不良などの画像への不具合が出るまでの許容量（帯電ローラ上に蓄積できるトナーの許容量）は小さいため、頻繁に排出動作を行わなければならない。

特開平１１−２８２３２０号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、負帯電トナーを回収・保持する手段として感光体に接触する回転ブラシを帯電手段の前に設け、この回転ブラシをすり抜けて帯電ローラ上に付着した正帯電トナーを回収・保持する手段として帯電ローラに接触する回転ローラを設けることにより、正・負帯電トナーをそれぞれ同時に回収・保持することが可能な画像形成装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、像担持体と、像担持体を帯電させる帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を被転写体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、前記被転写体への転写後に像担持体上に残留した残留トナーのうちの負帯電トナーは、前記像担持体に接触し、かつ帯電手段の上流に設けられた回転ブラシに一時的に保持され、前記像担持体上の残留電位が負極性であるときに、前記回転ブラシの電位を更に負極性の大きい電位とする電圧を該回転ブラシに印加するとともに、前記帯電手段表面の電位を前記像担持体の残留電位と同じにするバイアス電圧を該帯電手段に印加することにより、前記保持された負帯電トナーが非画像形成時に前記像担持体上に排出され、前記残留トナーのうちの正帯電トナーは、前記帯電手段に接触する回転ローラに一時的に保持され、前記像担持体上の残留電位が負極性であるときに、前記回転ローラ表面の電位を正極性にする電圧を該回転ローラに印加するとともに、前記回転ブラシの電位を、正帯電トナーを回転ブラシで回収してしまうことを防ぐための正極性の電位とするバイアス電圧を該回転ブラシに印加することにより、前記保持された正帯電トナーが非画像形成時に前記帯電手段上に排出され、さらに、前記像担持体上に排出されることを特徴とする画像形成装置である。

本発明は、前記画像形成装置において、前記回転ブラシと前記回転ローラとは、各々保持したトナーの排出を各々異なるタイミングで行うことを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記画像形成装置において、前記像担持体へ排出された残留トナーを回収する回収手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記画像形成装置において、前記回収手段は現像手段であることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記画像形成装置において、前記回収手段は、像担持体上に形成された画像を転写体に転写し、この転写体上の画像をさらに記録媒体に転写する構成を持つ中間転写体であることを特徴とする画像形成装置である。

本発明は、前記画像形成装置において、前記中間転写体に回収されたトナーのクリーニング手段を有することを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記画像形成装置において、前記回転ブラシと前記像担持体とが少なくとも一体になり、画像形成装置本体に対して着脱可能な形態を有するプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記画像形成装置において、前記現像手段で使用されるトナーは、トナーの円形度を０．９３以上としたことを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記画像形成装置に着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、少なくとも前記回転ブラシと感光体が一体になったことを特徴とするプロセスカートリッジである。

負帯電トナーを回収・保持する手段として感光体に接触する回転ブラシを帯電手段の前に設け、この回転ブラシをすり抜けて帯電ローラ上に付着した正帯電トナーを回収・保持する手段として帯電ローラに接触する回転ローラを設けることにより、正・負帯電トナーをそれぞれ同時に回収・保持することでき、転写残トナーによる残像等の画像劣化が防止でき、高画質を維持することが可能な画像形成装置を提供する。

以下、本発明の画像形成装置を具体化した実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１は、感光体上の現像後・転写前でのトナーの帯電分布を示す図である。
感光体上の現像後・転写前でのトナーのｑ／ｍ（帯電量）はほぼ−３０μｃ／ｇという値を示す。しかし，このｑ／ｍは分布を持つ物で実際には図１のように大きな広がりを持っている。一方、転写後では約−２μｃ／ｇの値を示した。転写残のトナーは少量であるがトナー中の帯電不良のものが転写電界に引かれることなく感光体上に残留してしまう。
図２は、転写残トナーの帯電分布を示す図である。
トナーは、負帯電するように帯電制御剤等によって帯電系列が制御されているが、帯電制御剤の分散不良、トナー同士の摩擦帯電および転写バイアスの影響等により、未帯電トナーや逆帯電トナーが現れて転写残トナーとなる。したがって、転写残トナーの帯電分布は、図２に示すように負帯電側も正帯電側も持つことになる。
このように弱帯電・逆帯電したトナーは、正帯電であれば帯電手段を汚染し、負帯電であれば感光体上に残り再び転写されることにより、残像や地汚れといった画質劣化をひき起こしてしまうため、両方のトナー回収が必要となってくる。

図３は、本発明の本実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。構成は、感光体ドラム１と、感光体を一様に帯電させる帯電手段２と、感光体上に静電潜像を形成する露光手段３と、静電潜像を可視化する現像手段４と、感光体上のトナー像を転写されるベルト状の中間転写体５と、感光体上の残留トナーを回収・保持するための回転ブラシ６と、帯電手段上に付着したトナーを回収・保持するための回転ローラ７と、中間転写体上の残留トナーを回収するクリーニング手段８とを有し、帯電手段２、現像手段４、中間転写体５、回転ブラシ６、回転ローラ７へは図示していない電源からのバイアス印加手段とバイアス制御手段を有することを特徴としている。回転ブラシ６と回転ローラ７とへのバイアス印加手段を有することにより、帯電したトナーの回収・保持と排出を行うことが可能となり、またバイアスを制御することにより、そのタイミングを制御することが出来る。

図４は、正・負帯電の転写残トナーの回収を示す図である。本発明の例では、帯電手段２により画像形成時には感光体上電位が−７００Vとなるようなバイアスが印加されている。回転ブラシ６を接地することにより、一次転写後の転写残トナーのうち、負帯電トナーは回転ブラシ６によって回収・保持されるため、負帯電トナーの残留による残像や地汚れといった画質劣化を防ぐことが出来る。また、帯電したトナーを静電的に回転ブラシにひきつけているため保持されたトナーの飛散を防ぐことが出来る。
本発明の例では帯電手段２により画像形成時には感光体１上電位が−７００Vとなるようなバイアスが印加されている。回転ブラシ６を接地し、このときの帯電手段２の表面の電位がＶ_１（Ｖ）であるとすると回転ローラ７には直流成分がV_２（Ｖ）［Ｖ_２＜Ｖ_１］の電圧を印加する。これにより、一次転写後の転写残トナーのうち、負帯電トナーは回転ブラシによって回収・保持され、回転ブラシ６をすり抜けた正帯電トナーは感光体から帯電手段へ移動し回転ローラによって帯電手段から回収・保持されるため、帯電手段の汚染や地汚れといった画質劣化を防ぐことが出来る。また、帯電したトナーを静電的に回転ローラ７にひきつけているため保持されたトナーの飛散を防ぐことが出来る。

図５は、正・負帯電トナーの排出を示す図である。
ここでは、画像形成時に回転ブラシ６、回転ローラ７にそれぞれ回収・保持された負・正帯電トナーを非画像形成時に所定のタイミングにて別々に排出することを特徴としている。そのバイアス印加のタイミングを図１１に示す。帯電手段２を帯電させないバイアスにした場合、感光体上の電位は残留電位そのままとなる。本発明では例として残留電位を−５０Ｖとしてある。
まず、図５（ａ）に示すように、正帯電トナー排出時は、回転ローラから帯電手段へ正帯電トナーが移動する電界を形成させ、さらに帯電手段から感光体へ正帯電トナーが移動する電界を形成させるため、回転ローラに表面が＋１００Ｖとなるようなバイアスを印加し、帯電手段を接地（０Ｖ）する。このとき帯電手段から排出され感光体上に移動した正帯電トナーを回転ブラシで回収してしまうことを防ぐために、回転ブラシには＋５０Ｖのバイアスが印加される。
次に、図５（ｂ）に示すように、負帯電トナー排出時は、回転ブラシから感光体へ負帯電トナーが移動する電界を形成させるため、回転ブラシの電位を−２００Ｖとする。このとき、負帯電トナーが帯電手段に付着してしまうことを防ぐために、帯電手段には帯電手段表面の電位を−５０Ｖにするようなバイアスが印加される。また、このとき回転ローラには、万が一、正帯電トナー排出時に排出し切れなかった正帯電トナーが、帯電手段に移動することがないように、ローラ表面が−１００Ｖとなるようなバイアスが印加される。
なお、本実施例は単なる例示にすぎず、本発明を限定するものではない。したがって、本発明は当然にその要旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変形が可能である。バイアス値は、感光体と帯電手段との間、帯電手段と回転ローラとの間、ブラシと感光体との間に上記のようなトナーの移動が起こり得る電界ができるバイアス値であれば任意でよい。また、排出の順序は負帯電トナーが先で正帯電トナーが後であってもよい。

図６は、本発明に係わる回収手段の一例を示す図である。回転ブラシ６、回転ローラ７から排出されたトナーを感光体から回収する手段である。図６に示すように、回転ブラシ６からのトナー排出時に、回転ブラシ６と帯電手段２の間に位置する可動式のブレード゛が感光体に接する構成となっており、このブレードによりブラシから排出されたトナーを確実に回収することができるため、感光体上にトナーを残留することなく高画質を確保できる。また、排出されたトナーを確実に回収することにより、ブラシでの回収・排出を繰り返し高効率で行うことができる。

図７は、排出された帯電トナーを現像手段４で回収することを示す図である。
回転ブラシ６、回転ローラ７、帯電手段２からそれぞれ排出された感光体１上のトナーを現像手段４で回収する事を特徴としている。帯電手段への印加バイアスを０Vにした場合、感光体上の電位は残留電位そのままとなる。本発明では例として残留電位を−５０Ｖとする。
まず、図７（ａ）に示すように、正帯電トナーの回収は、非画像形成時に行うため、例えば現像手段４をクラッチ等で止め不要な現像を防止する。この状態で、画像形成時のバイアス（例えば−３００Ｖ）を印加すると感光体１上は−５０Ｖであるから正帯電トナーは積極的に現像手段４側に付着することとなる。正帯電トナー回収後は、帯電手段２、現像手段４ともに画像形成時のバイアスをかけ、所定の時間空まわしを行い、回収した正帯電トナーを現像器内で攪拌することによって再び帯電を整える動作を行う。正帯電トナーの排出と現像手段４による回収のタイミングチャートの一例を図１１（ａ）にしめす。
次に、図７（ｂ）に示すように、負帯電トナー回収時は、現像手段４に＋１００Vを印加すると感光体１上は−５０Ｖであるから負帯電トナーは積極的に現像手段４側に付着することとなる。このとき現像手段４は、画像形成時と同じように回転していた方が回収が早くなる。負帯電トナー回収後は、帯電手段２、現像手段４ともに画像形成時のバイアスをかけ、所定の時間空まわしを行い、回収した正帯電トナーを現像器内で攪拌することによって再び帯電を整える動作を行う。負帯電トナーの排出と現像手段４による回収のタイミングチャートの一例を図１１（ｂ）に示す。
このような構成にすれば現像装置４にトナーを戻すことが可能になりリサイクルシステムが実現するとなる。また新たに排トナー回収手段を設ける必要がなくなり装置の小型化と低コスト化とが実現できるようになる。
なお、本実施例は単なる例示にすぎず本発明を限定するものではない。したがって本発明は当然にその要旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変形が可能である。バイアス値は、感光体と現像手段との間に、上記のようなトナーの移動が起こり得る電界ができるバイアス値であれば任意でよい。

図８は、排出された帯電トナーを中間転写体上へ排出することを示す図である。
回転ブラシ６、回転ローラ７、帯電手段２からそれぞれ排出された感光体１上のトナーを中間転写体上へ排出することを特徴としている。
図９は、排出された帯電トナーを中間転写体のクリーニング手段で回収することを示す図である。
図９は、中間転写ベルトでの例であるが中間転写ベルトにはクリーニング手段１０が設けられている。図９ではクリーニング手段としてファーブラシとクリーニングブレードとを有する構成となっている。さらに、そこで回収された排トナーを搬出するための搬出手段も配置されている。このようなシステムを構成することによって経時的にも異常画像の無い良好な画像が得られる画像形成装置が可能になる。

図１０は、本発明の実施例の一つであるプロセスカートリッジを示す図である。
感光体１、トナー回収手段６、７、帯電手段２及び現像手段４が一体となったプロセスカートリッジ９となって交換可能になっている。この様な形態にすることでユーザーの交換作業が容易になり、保守性が向上するほかに、プロセスカートリッジの交換だけで良好な画像が得られる画像形成装置が可能になる。
また、トナーの円形度が０．９３以上のトナーでは転写率が高く、転写残トナーが少ない事から、ブラシでトナーを保持限界までの枚数も多くなり排出モードに入るまでの枚数を多くすることができる。通常、トナーの球形度が０．９３を超えるとブレード等によるクリーニングがしにくくなることが知られているが、本実施例では０．９３以上でも全く問題なく使用できる。また、円形度が上がって画像品質が良好になっても、経時的に異常画像のない安定した画像形成装置が可能になる。
図１１は、正・負帯電トナーの排出・回収を示すタイミングチャートである。
図１１（ａ）は、正帯電トナーの排出及び現像装置での回収のタイミングを示し、図１１（ｂ）は、負帯電トナーの排出及び現像装置での回収のタイミングを示している。また、図１１（ｃ）は、正帯電トナーの排出及び中間転写体上での回収のタイミングを示し、図１１（ｄ）は、負帯電トナーの排出及び中間転写体上での回収のタイミングを示している。

感光体上の現像後・転写前でのトナーの帯電分布を示す図である。 転写残トナーの帯電分布を示す図である。 本発明の本実施形態に係る画像形成装置の概要構成図である。 本発明に係わる正・負帯電の転写残トナーの回収を示す図である。 本発明に係わる正・負帯電の転写残トナーの排出を示す図である。 本発明に係わる回収手段の一例を示す図である。 本発明に係わる排出された帯電トナーを現像手段４で回収することを示す図である。 本発明に係わる排出された帯電トナーを中間転写体上へ排出することを示す図である。 本発明に係わる排出された帯電トナーを中間転写体のクリーニング手段で回収することを示す図である。 本発明の実施例の一つであるプロセスカートリッジを示す図である。 本発明に係わる正・負帯電トナーの排出・回収を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 感光体ドラム
２ 帯電手段
３ 露光手段
４ 現像手段
５ 中間転写体
６ 回収手段（回転ブラシ）
７ 回収手段（回転ローラ）
８ クリーニング手段
９ プロセスカートリッジ
１０ クリーニング手段

Claims (9)

1. 像担持体と、像担持体を帯電させる帯電手段と、像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像にトナーを付与してトナー像を形成する現像手段と、トナー像を被転写体に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
   前記被転写体への転写後に像担持体上に残留した残留トナーのうちの負帯電トナーは、前記像担持体に接触し、かつ帯電手段の上流に設けられた回転ブラシに一時的に保持され、前記像担持体上の残留電位が負極性であるときに、前記回転ブラシの電位を更に負極性の大きい電位とする電圧を該回転ブラシに印加するとともに、前記帯電手段表面の電位を前記像担持体の残留電位と同じにするバイアス電圧を該帯電手段に印加することにより、前記保持された負帯電トナーが非画像形成時に前記像担持体上に排出され、
   前記残留トナーのうちの正帯電トナーは、前記帯電手段に接触する回転ローラに一時的に保持され、前記像担持体上の残留電位が負極性であるときに、前記回転ローラ表面の電位を正極性にする電圧を該回転ローラに印加するとともに、前記回転ブラシの電位を、正帯電トナーを回転ブラシで回収してしまうことを防ぐための正極性の電位とするバイアス電圧を該回転ブラシに印加することにより、前記保持された正帯電トナーが非画像形成時に前記帯電手段上に排出され、さらに、前記像担持体上に排出される
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記回転ブラシと前記回転ローラとは、各々保持したトナーの排出を各々異なるタイミングで行う
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２に記載の画像形成装置において、
   前記像担持体へ排出された残留トナーを回収する回収手段を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   前記回収手段は現像手段である
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３に記載の画像形成装置において、
   前記回収手段は、像担持体上に形成された画像を転写体に転写し、この転写体上の画像をさらに記録媒体に転写する構成を持つ中間転写体である
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項５に記載の画像形成装置において、
   前記中間転写体に回収されたトナーのクリーニング手段を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記回転ブラシと前記像担持体とが少なくとも一体になり、画像形成装置本体に対して着脱可能な形態を有するプロセスカートリッジを備える
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記現像手段で使用されるトナーは、トナーの円形度を０．９３以上とした
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置に着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、
   少なくとも前記回転ブラシと感光体が一体になった
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。

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