JP4687114B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は画像形成装置に関し、特に、トナー像を記録媒体に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収して再利用するクリーナレス方式の画像形成装置に関する。

従来の電子写真方式の複写機やプリンタ等の画像形成装置は、帯電装置を使用して像担持体（例えば感光体ドラム）の表面を均一に帯電させ、その上に画像を露光して画像潜像を形成する。そして形成された画像潜像をトナーで現像してトナー像を形成し、これを記録媒体に転写し、或いは中間転写体の上に転写した上でさらに記録媒体に転写し、転写されたトナー像を定着装置により加熱定着処理して画像形成が行われる。

このような画像形成装置では、従来は像担持体や中間転写体（以下、像担持体という）の上に形成されたトナー像を記録媒体に転写した後、感光体上に残留するトナーを清掃するクリーニング装置が設けられており、クリーニング装置により除去されたトナーは廃トナーユニットに貯蔵され、廃トナーユニットは保守点検等の際にサービスマンにより交換するようになっていた。

一方、最近の画像形成装置では、小形化、低コスト化、メインテナンスフリー化等の要請が高まり、廃トナーユニットを廃止して、像担持体上に残留したトナーを現像器に回収して再利用し、トナー補給回数を減らすと共にトナーの消費を低減させるクリーナレスシステムを備えた画像形成装置が開発されている。

このクリーナレスシステムは、像担持体の表面に形成された画像潜像の現像転写工程と同時に、像担持体上に残留したトナーのクリーニング工程も実行するようにしたものであり、従来の画像形成装置では転写部と帯電部との間に配置されていたクリーニング装置を備えていないので、画像形成装置全体を小形に纏めることができるという利点がある。

しかしながら、上記クリーナレスシステムを備えた画像形成装置では、前回の画像形成サイクル中の転写工程時に、転写されずに像担持体の表面にトナーが残留する（これを転写残トナーという）。このため、次の画像形成サイクルでは、この転写残トナーを通して帯電、露光工程が実行されるので、像担持体の表面に残留していた電荷に基づいて帯電むらや露光むらが生じ、次の画像形成サイクルにより形成される画像に不用な画像（画像メモリー）が形成されるという不都合が発生する（特許文献１参照）。

このような不都合を解決するために、転写部と帯電部との間にメモリー除去部材を配置し、この部材により画像形成サイクル中の転写残トナーを一旦取り込み蓄積して、画像形成サイクルの実行期間外に吐出するように構成したものがある。
特開２００２−３４１７１６号公報。

上記した転写部と帯電部との間にメモリー除去部材を配置した構成においては、メモリー除去部材に保持しきれなかった転写残トナーが漏れ出して画像ノイズが発生する。

この対処として、メモリー除去部材の保持能力を高めたり、一定量の転写残トナーが蓄積された時に強制的に吐出する工程を設けるなどの手段を講じるときは、メモリー除去部材を大型にしたり複数個設けるなどすると、装置が大型になってしまう。また、強制的に吐き出す工程を設けるときは、シーケンス間隔が頻繁になるなどの不都合が発生する。

この発明は、上記した従来のクリーナレスシステムの持つ像担持体の表面に残留していた電荷に基づいて帯電むらや露光むらが生じる等の不都合を解決し、高品質の画像形成が行なえると共に、小形で低コスト、且つ保守性の良好な画像形成装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記課題を解決するもので、請求項１の発明は、所定方向に一定速度で回転する像担持体と、像担持体表面を所定電位に帯電させる帯電装置と、像担持体表面に画像潜像を形成する露光装置と、像担持体表面の画像潜像をトナーにより顕像化する現像装置と、像担持体表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、像担持体表面に残留する転写残トナーを一時的に取り込み吐出するメモリ除去装置とが前記像担持体の周囲に配置された画像形成装置において、前記メモリ除去装置は、転写装置の像担持体回転方向下流側で且つ帯電装置の上流側に配置され、像担持体に接触し像担持体の移動方向とは逆方向に移動して転写残トナーを撹乱すると共に一時保持する撹乱ブラシと、この撹乱ブラシと像担持体との両方に接触し像担持体の移動方向及び撹乱ブラシの移動方向と同方向に移動する補助ローラとから構成され、画像形成サイクル中の画像形成位相においては、前記撹乱ブラシには像担持体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と逆の極性のバイアス電位が印加され、且つ補助ローラには撹乱ブラシに対してトナーの正規帯電極性と同じ極性側に寄ったバイアス電位が印加され、画像形成サイクル中の非画像形成位相においては、前記撹乱ブラシには像担持体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と同じ極性のバイアス電位が印加され、且つ補助ローラには撹乱ブラシに印加されるバイアス電位と像担持体表面電位との中間のバイアス電位が印加されることを特徴とする画像形成装置である。

そして、前記メモリ除去装置の撹乱ブラシと補助ローラに印加されるバイアス電位の電位差は５００Ｖ以下とする。

また、前記メモリ除去装置は、画像形成サイクル中の画像形成位相においては、前記撹乱ブラシにはＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された像担持体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と逆の極性のバイアス電位が印加される。

そして、前記画像形成サイクル中の画像形成位相において前記撹乱ブラシに印加されるＤＣ成分にＡＣ成分が重畳されたバイアス電位は、そのピーク電位が像担持体表面電位に対してそれぞれ逆側に位置し、バイアス電位の面積平均値Ｖave は像担持体表面電位に対して同じ、またはトナーの正規帯電極性と同じ極性側に寄ったバイアス電位とする。

そして、前記画像形成サイクル中の画像形成位相において前記補助ローラに印加されるバイアス電位は、撹乱ブラシに印加されるバイアス電位のトナーの正規帯電極性と同じ極性側のピーク電位と同じ、またはそれ以下であり、且つ像担持体表面電位との電位差が５００Ｖ以下とする。

また、前記画像形成装置は、その像担持体の周速度と、撹乱ブラシの周速度と、補助ローラの周速度との間に、以下の関係
Ｓbr≧Ｓas≧Ｓpc
但し、Ｓbr：撹乱ブラシの周速度
Ｓas：補助ローラの周速度
Ｓpc：像担持体の周速度
が満たされるように構成される。

以上説明したとおり、この発明に係る画像形成装置は、像担持体表面に残留する転写残トナーを一時的に取り込み吐出するメモリ除去装置が、転写残トナーを撹乱すると共に一時保持する撹乱ブラシと、この撹乱ブラシと像担持体との両方に接触し像担持体の移動方向と同方向に移動する補助ローラとから構成される。

そして、画像形成サイクル中の画像形成位相においては撹乱ブラシ内部に転写残トナーが一時的に取り込まれ、画像形成サイクル中の非画像形成位相においては撹乱ブラシ内部に取り込まれた転写残トナーが像担持体上に吐出されるが、撹乱ブラシに補助ローラを配置することで、画像形成サイクル中の非画像形成位相において撹乱ブラシに取り込まれた転写残トナーを像担持体上へ効率よく吐出することができる。

具体的には、撹乱ブラシと補助ローラに印加するバイアス電位を切換えるだけで、撹乱ブラシに取り込まれた転写残トナーが効率よくに吐出される。また、像担持体と、撹乱ブラシ及び補助ローラの回転方向と回転速度を適切に設定することで、画像形成枚数に影響を与えることなく、画像形成サイクル中の非画像形成位相における吐出制御時間を短縮することができる。また、撹乱ブラシと補助ローラは簡単な構成であるため長期間安定して動作し、長期にわたり良好な画像品質を維持することができる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。図１は、この発明の実施の形態の画像形成装置の構成の概略を説明する図である。

図１において、画像形成装置１０は、図示しない駆動装置により矢印ａ方向に一定速度で回転する像担持体である感光体１１の周囲に、帯電装置１２、露光装置１３、現像装置１４、転写装置１５、メモリ除去装置１８が配置されている。また、転写装置１５を通過した後の記録媒体Ｐの搬送方向下流側には定着装置１７が配置されている。現像装置１４の現像ローラ１４ａには、画像形成装置の制御装置（図示せず）を構成するＣＰＵで制御される電源１９が接続される。メモリ除去装置１８は、撹乱ブラシ１８ａと補助ローラ１８ｂから構成され、制御装置のＣＰＵで制御される電源２１が接続される。これについては、後で詳細に説明する。

画像形成装置１０による画像形成動作を簡単に説明する。まず、電源の投入により感光体１１は矢印ａ方向に一定速度で回転しているものとする。帯電装置１２により感光体１１の表面が均一に帯電される。図示しない原稿台上の原稿画像が走査光学系により読み取られて出力された画像信号、或いは図示しないパソコン等から出力された画像信号により、露光装置１３のレーザ装置から放射されるレーザ光が変調され、変調されたレーザ光が感光体１１の表面に投射されて、画像潜像が形成される。

感光体１１の表面に形成された画像潜像は、現像装置１４の現像剤で現像され、トナー像が形成される。トナー像が転写位置に到達するタイミングに合わせて図示されていない給紙装置から転写位置に搬送された記録媒体Ｐの上に、転写装置１５の作用によりトナー像が転写される。トナー像が転写された記録媒体Ｐは、更に定着装置１７により定着処理されて画像形成処理が終了する。

感光体１１の表面に残留した転写残トナーは、画像形成サイクル中の回収位相にあるときにメモリ除去装置１８の撹乱ブラシ１８ａに取り込まれた後、作像処理が行われない画像形成サイクル中の吐出位相にあるときに感光体１１の表面に吐出され、帯電装置１２の下を通過した後、現像装置１４の内部に回収される。

現像装置１４について説明する。現像装置１４は、現像ローラ１４ａ、トナーＴを貯蔵するトナー貯蔵室１４ｂ、供給ローラ１４ｃ、規制板１４ｄ、及び除電シール１４ｅを備えている。

現像ローラ１４ａは、例えば芯金の上に厚み０．５〜２．０ｍｍ、体積抵抗１０⁴ 〜１０⁶ Ω・ｃｍ程度のシリコーンゴム層を設け、その表面に厚み５〜３０μｍ、体積抵抗１０¹¹〜１０¹²Ω・ｃｍ程度のウレタン樹脂系の表面抵抗層を設けて構成された直径１６ｍｍのローラであって、感光体１１との間に一定の間隙を置いて配置され、感光体１１の周速度との間に所定の周速差をもって回転するように構成されている。

トナー貯蔵室１４ｂに貯蔵されているトナーＴは供給ローラ１４ｃにより現像ローラ１４ａに供給され、トナーの層厚は規制板１４ｄにより一定の層厚に規制される。供給ローラ１４ｃと規制板１４ｄには、現像ローラ１４ａに対してトナーを付着させる方向の電界が形成されるようにバイアス電位が印加される。

現像ローラ１４ａには、画像形成装置の制御装置（図示せず）を構成するＣＰＵで制御される電源１９が接続され、ＤＣ成分とＡＣ成分を重畳した振動バイアス電位が印加される。現像ローラ１４ａは印加された振動バイアス電位によりトナーが吸着されて表面にトナーＴの薄層が形成される。感光体１１上に形成された静電潜像は現像ローラ１４ａの上のトナーＴの薄層に接触することで現像され、トナー像が形成される。

後述するメモリ除去装置１８に取り込まれた現像ローラ１４ａの上の転写残トナーは、作像処理が行われない画像形成サイクル中の吐出位相にあるときに感光体１１の上に吐出され、吐出された転写残トナーが現像装置１４に到達すると、現像装置１４の内部に回収される。

現像領域（感光体１１と現像ローラ１４ａとが接近している領域）を通過したトナーを回収するとき、トナー貯蔵室１４ｂに貯蔵されているトナーが現像装置１４の外部に溢れ出すのを防止すると同時にトナーの除電を行う除電シール１４ｅが、現像ローラ１４ａに接触配置されている。除電シール１４ｅと現像ローラ１４ａとは電気的に短絡、またはトナーの除電を行う方向の電界が形成されるようにバイアス電位が印加されている。

次に、メモリ除去装置１８の構成について説明する。メモリ除去装置１８は、感光体１１の表面に残留していた転写残トナーに基づいて帯電むらや露光むらの発生を防止する装置で、感光体１１の表面に接触し、感光体の回転方向（矢印ａ方向）とは逆方向（矢印ｂ方向）に回転する撹乱ブラシ１８ａと、感光体１１と撹乱ブラシ１８ａとの両方に接触し、且つその接触部において同方向、即ち感光体の回転方向と同方向（矢印ｃ方向）に回転する補助ローラ１８ｂから構成される。

撹乱ブラシ１８ａと補助ローラ１８ｂには制御装置のＣＰＵで制御される電源２１が接続され、撹乱ブラシ１８ａと補助ローラ１８ｂとに、それぞれ所定のバイアス電位が印加される。印加されるバイアス電位については後述する実験結果の説明の中で説明する。

撹乱ブラシ１８ａは、ステンレス、アルミニウム等の金属又は導電性材料からなる芯金の上に、合成樹脂材料に導電性材料を混合して形成した導電性繊維のブラシ毛を基布に植毛したブラシ素材を巻き付けてローラ状に形成したものである。

合成樹脂材料としては、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリルなどが使用できるが、特にポリアミドを主成分とするものが好ましい。導電性材料としては、導電性カーボン、金属粉末、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化錫等を用いることができ、合成樹脂材料に均一に混合できる材料であれば、これらに限定されるものではない。

ブラシ素材を芯金の上に巻き付けるには隙間なく巻くことが求められるから、作業方法としては帯状に裁断したブラシ素材を芯金の上にスパイラル状に巻き付ける方法が容易である。但し、ブラシ素材を隙間なく巻くことができれば、この方法に限られるものではない。

補助ローラ１８ｂは、例えば金属製の芯金の上に、ゴム硬度１０°〜６０°で、体積抵抗１０⁵ 〜１０⁸ Ω・ｃｍ程度の導電性弾性層（ゴム層）を設けたものが使用される。さらに導電性弾性層（ゴム層）の表面には、離型性のよい、例えばフッ素樹脂層を設けてもよい。

感光体１１の表面の転写残トナーＴは、静電的及び機械的な力によりメモリ除去装置１８の撹乱ブラシ１８ａの内部に取り込まれる。その後、先に説明したとおり、取り込まれた転写残トナーＴは吐出位相にあるとき、感光体１１の表面に吐き出され、現像装置１４の内部に回収されるが、転写残トナーの吐き出し量は撹乱ブラシ１８ａと補助ローラ１８ｂとに印加されるバイアス電位により制御される。

図２は、メモリ除去装置１８の動作を説明する図で、図２の（ａ）は、通常時、即ち画像形成サイクル中の回収位相にあるときのメモリ除去装置１８の動作を示しており、感光体１１の表面に残留していた転写残トナーが撹乱ブラシ１８ａに取り込まれることを示している。また、図２の（ｂ）は、吐出時、即ち画像形成サイクル中の吐出位相にあるときの撹乱ブラシ１８ａに取り込まれていた転写残トナーが感光体１１の上に吐出される動作を示している。

次に、上記実施の形態の撹乱ブラシ１８ａのトナー回収性の評価と、吐出性の評価についての複数の実験結果を説明する。まず、複数の実施例に共通する画像形成装置の各構成部材の設定値を説明する。設定値は以下のとおりである。

ａ）回転する感光体の周速度：Ｖ＝１００ｍｍ／ｓｅｃ．
ｂ）帯電装置により帯電された感光体の表面電位：Ｖ0 ＝−５００Ｖ
ｃ）露光装置により露光された部位の電位：Ｖi ＝−１００Ｖ程度
ｄ）現像ローラの周速度：１５０ｍｍ／ｓｅｃ．
感光体との間隙を１５０μｍに維持し、感光体回転方向と感光体近接部において
同方向に駆動
ｅ）現像ローラに印加する現像バイアス電位：ＡＣ成分ＶPP＝１６００Ｖ、
周波数＝３０００Ｈｚ、ＤＣ成分＝−３００Ｖ、
デューテイ比（１周期中における現像位相時間の比率）Ｄ＝３５％
ｆ）転写装置に印加する転写バイアス電位：約１ｋＶ、
転写後の感光体の表面電位：未露光部、露光部共に約−２０Ｖ
ｇ）撹乱ブラシ：直径６ｍｍの金属製芯金の周囲に０．５ｍｍの接着層を介してブラシ 毛（直径１５μｍ、長さ３ｍｍ、表面付近の密度１００〜５００ｋ本／２５．４ｍ ｍ平方当り、原糸抵抗１０⁸ Ω）を植毛した基布を巻き付けて外径１３ｍｍ形成
ｈ）撹乱ブラシの周速度：１００ｍｍ／ｓｅｃ．
感光体に対する押込量：約０．５ｍｍ、感光体に対して約２０Ｎ／ｍの線圧で当接 され、感光体回転方向に対して同方向に駆動
ｉ）補助ローラ：直径６ｍｍの金属製芯金の周囲に肉厚３ｍｍのシリコーンゴム層を形 成、表面に厚さ３０μｍの導電性フッ素樹脂チューブを被覆し、外径約１２ｍｍに 形成した導電性ゴムローラ。

［トナーの回収性の評価］
撹乱ブラシによるトナーの回収性の評価は、形成された画像に帯電・露光むらが発生している状態から評価することができる。ここでは、撹乱ブラシの印加バイアス、補助ローラの印加バイアスを変えながら、平均画像濃度５％の画像パターンを、１０枚間欠モード（１０枚連続して画像形成後、停止する動作を複数回繰り返すモード）で合計１００００枚の画像を形成し、形成された画像の上の帯電・露光むらの発生状態を目視により評価した。同時にトナーによる補助ローラの汚れについても、１００００枚の画像を形成中の汚れの状態を、目視により又は画像の状態で評価した。なお、撹乱ブラシの回転方向は感光体回転方向と逆方向、補助ローラの回転方向は感光体回転方向と同方向とした。

図３は、撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa に対する、撹乱ブラシのトナーの回収性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図である。

図４は、画像転写後の感光体の表面電位Ｖ0 と撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa の関係と、撹乱ブラシのトナーの回収性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図で、トナーの回収性、補助ローラの汚れ、及び総合評価を示す。

図３において、領域Ａは撹乱ブラシ及び補助ローラにトナーが回収されない領域、領域Ｂは撹乱ブラシにはトナーが回収されず補助ローラにトナーが回収される領域で、補助ローラの汚れが発生する。領域Ｃは撹乱ブラシにトナーが回収されて蓄積され、補助ローラにはトナー移行しない領域、領域Ｄは撹乱ブラシにトナーが回収されると共に、補助ローラにもトナー移行する領域を示す。図４に示された領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、上記領域に対応するものである。

評価結果は、図３では撹乱ブラシのトナー回収性が斜線の上、補助ローラの汚れの状態が斜線の下に示されている。撹乱ブラシによるトナーの回収性評価では、［○］は回収性良好、［△］は撹乱ブラシには回収できないが補助ローラに回収、［×］は回収性が不良であることを示す。また、補助ローラの汚れの評価では、［○］は汚れが殆ど見受けられず良好、［△］は補助ローラに保持できる程度に汚れが発生（補助ローラにトナーが回収されることを意味する）、［×］は補助ローラの汚れがひどく感光体上に漏れ出して帯電・露光むらが発生し不良であることを示す。

図３及び図４から読み取れるように、撹乱ブラシによるトナーの回収性については、撹乱ブラシにトナーの正規帯電極性と逆極性のバイアス電位を印加すると、回収性が良好であることが分かった。また、撹乱ブラシに印加するバイアス電位に対して補助ローラに印加するバイアス電位が、トナーの正規帯電極性に対して同極性寄りに偏移していると補助ローラの汚れがなく、良好であることが分かった。

この実験結果から以下の事項が読み取れる。即ち、転写残トナーを確実に撹乱ブラシに取り込むには、撹乱ブラシに、感光体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と逆極性寄りのバイアス電位を印加すればよい。

さらに、撹乱ブラシに取り込まれた転写残トナーが補助ローラに移行すると、補助ローラに汚れが発生し不具合が発生するから、転写残トナーが補助ローラに移行させない条件を付加する必要がある。このためには、補助ローラに、撹乱ブラシの電位に対してトナーの正規帯電極性に対して同極性寄りのバイアス電位を印加すればよい。

なお、感光体、撹乱ブラシ、補助ローラに印加するバイアス電位の電位差は、５５０Ｖ以上となるとリークを生じるおそれがあるので、５００Ｖ以下とするのが好ましい。

［トナーの吐出性の評価］
撹乱ブラシからのトナーの吐出性の評価は、形成された画像に画像ノイズが発生している状態から評価することができる。ここでは、平均画像濃度５％の画像パターンを、１０枚間欠モード（１０枚連続して画像形成後、停止する動作を繰り返すモード）で合計１００００枚の画像を形成し、形成された画像の上の画像ノイズの発生状態を目視により評価した。また、同時にトナーによる補助ローラの汚れについても、１００００枚の画像を形成後の汚れの状態を目視により評価した。

図５は、撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa に対する、撹乱ブラシのトナーの吐出性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図で、撹乱ブラシのトナー吐出性が斜線の上、補助ローラの汚れの状態が斜線の下に示されている。

図６は、画像転写後の感光体の表面電位Ｖ0 と撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa の関係と、撹乱ブラシからのトナーの吐出性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図で、トナーの吐出性、補助ローラの汚れ、及び総合評価を示す。

図５において、領域Ｅは蓄積されたトナーが撹乱ブラシから感光体上へ吐出されるが、補助ローラには移行しない領域で、吐出性が不十分である。領域Ｆは蓄積されたトナーが撹乱ブラシから感光体上へ吐出されるほか、撹乱ブラシから補助ローラに移行し、感光体上へ吐出されてトナーが回収される領域である。領域Ｇは蓄積されたトナーが撹乱ブラシから感光体上へ吐出されるが、補助ローラに再回収され、補助ローラに汚れが発生する領域を示す。図６に示された領域Ｅ、Ｆ、Ｇは、上記領域に対応するものである。

撹乱ブラシからのトナーの吐出性評価では、［○］は画像ノイズの発生がなく良好、［×］は撹乱ブラシ或いは補助ローラにトナーの吐出しが不十分で、トナーの蓄積が過多となり漏れ出して画像ノイズが発生し、吐出性不良と評価されたことを示す。

また、補助ローラのトナーによる汚れについての評価では、［○］は汚れが殆ど見受けられず良好、［△］は補助ローラで保持できる程度に汚れが発生（補助ローラでトナーが回収されることを意味する）、［×］は補助ローラの汚れがひどく感光体上に漏れ出して画像ノイズが発生し不良、を示す。

図５及び図６から読み取れるように、撹乱ブラシからのトナーの吐出性については、撹乱ブラシにトナーの正規帯電極性と同極性のバイアス電位を印加すると、吐出性が良好であった。但し、撹乱ブラシに印加するバイアス電位に対して補助ローラに印加するバイアス電位が、トナーの正規帯電極性に対して同極性寄りに偏移していると、吐出性は悪い。この理由は、撹乱ブラシから補助ローラにトナーが移行しないためであり、撹乱ブラシ単体でのトナーの吐出性の評価となる。

一方、補助ローラの汚れは、感光体表面電位に対して、トナーの正規帯電極性と同極性寄りに偏移しているバイアス電位を印加した場合、良好であることが分かった。

この実験結果から以下の事項が読み取れる。即ち、撹乱ブラシに蓄積されたトナーを確実に吐出させるには、撹乱ブラシに、感光体表面電位に対して、トナーの正規帯電極性と同極性寄りに偏移しているバイアス電位を印加する必要がある。また、感光体表面に吐出されたトナーを補助ローラに取り込まないようにする条件を付加する必要がある。このためには、補助ローラに、感光体表面電位に対して、トナーの正規帯電極性と同極性寄りに偏移しているバイアス電位を印加する必要がある。

さらに、撹乱ブラシから補助ローラにトナーを容易に移行させる条件を付加する必要がある。このためには、補助ローラに、撹乱ブラシ電位に対して、トナーの正規帯電極性と逆極性寄りに偏移しているバイアス電位を印加する必要がある。

なお、この場合も、感光体、撹乱ブラシ、補助ローラに印加するバイアス電位の電位差は、５５０Ｖ以上となるとリークを生じるおそれがあるので、５００Ｖ以下とするのが好ましい。

［実施例１］
実施例１は、前記したメモリ除去装置の実験結果に基づいて、撹乱ブラシ、補助ローラの回転速度を変更して多数枚の画像形成を行ない、撹乱ブラシ、補助ローラ回転速度の変更による画像ノイズの発生状態を評価（耐刷評価）した。また、補助ローラの周速度と感光体の周速度との差によりトルクの増加が見られるので、トルクの増加が許容できる範囲についても評価した。

図７は、実施例１の耐刷評価結果を説明する図で、画像形成は、平均画像濃度５％の画像パターンを、１０枚間欠モード（１０枚連続して画像形成後、停止する動作を繰り返すモード）で合計３００００枚の画像を形成し、形成された画像の上の画像ノイズの発生状態を目視により評価した。

撹乱ブラシからの蓄積トナーの吐出制御は、１０枚画像形成後、装置が停止するまでのエンドシーケンス期間において１０秒間行なった。

画像形成時（転写残トナーの回収／蓄積時）、及びエンドシーケンス時（蓄積トナーの吐出時）における撹乱ブラシ及び補助ローラのバイアス電位は、以下の通りである。

画像形成時：撹乱ブラシのバイアス電位＝＋２００Ｖ
：補助ローラのバイアス電位＝−１００Ｖ
エンドシーケンス時：撹乱ブラシのバイアス電位＝−３００Ｖ
：補助ローラのバイアス電位＝−１００Ｖ
図７において、撹乱ブラシや補助ローラの周速度θとは、感光体の周速度に対する比率で、例えばθ２は感光体の周速度の２倍、θ１は感光体の周速度と同じ、θ０．５は感光体の周速度の半分であることを意味する。回転方向で、カウンタとは撹乱ブラシの回転方向が感光体の回転方向と同方向、ウイズとは感光体の回転方向と逆方向を意味する。

また、評価では、［○］は汚れが殆ど見受けられず良好、［×］はトナーが感光体上に漏れ出して画像ノイズが発生し不良、を示す。

また、補助ローラのトルクの増加については、［○］は許容範囲、［△］は許容限界、［×］は許容範囲外、を示す。

評価結果をみると、補助ローラの有効性がはっきり認められ、撹乱ブラシや補助ローラの周速度の組み合わせにもよるが、撹乱ブラシ、補助ローラ回転速度の変更によっても、画像ノイズの発生状態には大きな違いはなく、補助ローラの使用により５０００枚以上３００００枚でも画像ノイズの発生がなく、良好な結果が得られることが分かった。

また、上記評価結果によれば、感光体（像担持体）の周速度をＳpc、撹乱ブラシ（撹乱部材）の周速度をＳbr、補助ローラ（補助部材）の周速度をＳasとすると、
Ｓbr≧Ｓas≧Ｓpc
の関係が満たされると、画像ノイズの発生がなく良好な結果が得られることがわかる。

［実施例２］
実施例２は、撹乱ブラシに印加するバイアス電位を、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳したバイアス電位とした例である。

環境の温度・湿度の変化によりトナーの帯電量が変動するから、それに応じて転写バイアス電位を制御するが、画像パターンによっては十分に制御できず、転写バイアス電位が過剰となり、転写残トナーの極性が変化する場合がある。このとき、撹乱ブラシに印加するバイアス電位がＤＣであると、帯電極性が変化して逆極性に帯電したトナーは撹乱ブラシに取り込むことができず、転写残トナーはメモリー除去部材を通過してしまい、帯電・露光むらが発生する場合がある。

そこで、実施例２では、撹乱ブラシに印加するバイアス電位を、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳したバイアス電位とした。

撹乱ブラシに印加するバイアス電位は、転写残トナーの帯電極性にかかわらずトナーを取り込むことができ、且つ撹乱ブラシと感光体表面の間に放電が発生して感光体の寿命を縮めることのないバイアス電位であることが望ましい。このため、撹乱ブラシに印加するバイアス電位は、以下の要件が満たされることが必要となる。

第１は、ＡＣバイアス電位のピーク電圧の極性が異なることであり、これにより転写残トナーの帯電極性にかかわらずトナーを取り込むことができる。

第２は、ＡＣバイアス電位のピーク電圧と感光体表面電位との電位差は３５０Ｖ以下とすることであり、これにより撹乱ブラシと感光体表面の間で、放電の発生を防止することができる。

また、撹乱ブラシに印加するバイアス電位を、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳した（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位とすると、画像形成サイクル中においても、トナーの取込みを行うバイアス電位とトナーの吐出を行うバイアス電位とが交互に印加されるため、少量ではあるが像形成サイクル中も撹乱ブラシからトナーが吐出される。この吐出されるトナーの帯電極性は正規の帯電極性でなければならない。

種々の実験の結果、（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位の面積平均値（Ｖave)が感光体表面電位に対して同じ、又はトナーの正規の帯電極性と同極性寄りに偏移すると、吐出されたトナーは、帯電極性が逆極性のものが大幅に低減することが確認された。この場合、（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位の面積平均値（Ｖave)は、ＤＣ成分やデューテイ比で調整することができる。

第３は、ＡＣバイアス電位の面積平均値（Ｖave)が感光体表面電位に対して同じ、又はトナーの正規の帯電極性と同極性寄りに偏移することであり、これにより吐出された逆極性のトナーを正規の帯電極性に帯電することができる。

図８は、撹乱ブラシに印加する前記条件を満たす（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位を説明する図で、撹乱ブラシに（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位を印加することで、転写残トナーの極性にかかわらず撹乱ブラシに取り込むことができることを示している。

図９は、撹乱ブラシに前記条件を満たす（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位を印加し、補助ローラに印加するバイアス電位を変えて、補助ローラの汚れの評価結果を説明する図である。転写バイアス電位は１．６ｋＶとした。

汚れの評価は、１００００枚の画像形成後の補助ローラの汚れを目視により、或いは形成された画像で評価した。［○］は汚れが殆ど見受けられず良好、［△］は補助ローラで保持できる程度に汚れが発生（補助ローラでトナーが回収されることを意味する）、［×］は補助ローラの汚れがひどく感光体上に漏れ出して帯電／露光むら（画像ノイズが発生）が発生し不良、を示す。

補助ローラに印加するバイアス電位は、感光体表面電位に対してトナーの正規の帯電極性と同極性寄りに偏移しなければならない。この理由は、感光体表面に吐出されたトナーを補助ローラで再回収しないようにするためである。補助ローラに印加するバイアス電位（Ｖa ）は、撹乱ブラシに印加されるＡＣバイアス電位の下限値（Ｖmin ）よりも低い値（Ｖa ＜Ｖmin ）で良好な結果が得られた。

さらに、バイアス電位よりも低めると（絶対値は大きくする）、感光体表面電位と補助ローラのバイアス電位との電位差が５５０Ｖで放電が発生した。放電を発生させないためには、電位差は５００Ｖ程度に抑える必要がある。

補助ローラの汚れを防止するには、補助ローラに印加するバイアス電位（Ｖa ）を、感光体表面電位に対してトナーの正規の帯電極性と同極性寄りに偏移し、且つ撹乱ブラシに印加されるＡＣバイアス電位の下限値（Ｖmin ）よりも低い値（Ｖa ＜Ｖmin ）にするとよい。

図１０は、実施例２の耐刷評価結果を説明する図で、撹乱ブラシにＤＣ＋ＡＣバイアス電位を、以下の印加条件Ａ、印加条件Ｂ、の２つの条件で印加して画像形成を行ったときの耐刷評価結果を示している。

画像形成は、平均画像濃度５％の画像パターンを、１０枚間欠モード（１０枚連続して画像形成後、停止する動作を繰り返すモード）で合計３００００枚の画像を形成し、形成された画像の上の画像ノイズの発生状態を目視により評価した。

撹乱ブラシからの蓄積トナーの吐出制御は、１０枚画像形成後、装置が停止するまでのエンドシーケンス期間において１０秒間行なった。

画像形成時（転写残トナーの回収／蓄積時）、及びエンドシーケンス時（蓄積トナーの吐出時）における撹乱ブラシのバイアス電位は、以下の通りである。

撹乱ブラシのバイアス電位印加条件Ａ：
画像形成時のＡＣバイアス：ピーク／ピークＶpp＝４００Ｖ
ＤＣバイアス：Ｖdc＝−１００Ｖ
デューテイ比：５０％、 周波数：１ｋＨｚ、矩形波
補助ローラのバイアス電位：−１００Ｖ
エンドシーケンス時のＡＣバイアス：＝−３００Ｖ
補助ローラのバイアス電位＝−１００Ｖ
撹乱ブラシのバイアス電位印加条件Ｂ：
画像形成時のＡＣバイアス：ピーク／ピークＶpp＝４００Ｖ
ＤＣバイアス：Ｖdc＝−１００Ｖ
デューテイ比：３５％、 周波数：１００Ｈｚ、矩形波
補助ローラのバイアス電位：−１００Ｖ
エンドシーケンス時のＡＣバイアス：＝−３００Ｖ
補助ローラのバイアス電位＝−１００Ｖ

図１０において、撹乱ブラシや補助ローラの周速度θとは、感光体の周速度に対する比率で、例えばθ２は感光体の周速度の２倍、θ１は感光体の周速度と同じ、θ０．５は感光体の周速度の半分であることを意味する。回転方向で、カウンタとは撹乱ブラシの回転方向が感光体の回転方向と同方向、ウイズとは感光体の回転方向と逆方向を意味する。

また、評価では、［○］は汚れが殆ど見受けられず良好、［×］はトナーが感光体上に漏れ出して画像ノイズが発生し不良、を示す。

評価結果をみると、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。補助ローラの有効性がはっきり認められ、撹乱ブラシや補助ローラの周速度の組み合わせにもよるが、撹乱ブラシ、補助ローラ回転速度の変更によっても画像ノイズの発生状態には大きな違いはなく、良好な結果が得られることが分かった。

また、上記評価結果によれば、感光体（像担持体）の周速度をＳpc、撹乱ブラシ（撹乱部材）の周速度をＳbr、補助ローラ（補助部材）の周速度をＳasとすると、
Ｓbr≧Ｓas≧Ｓpc
の関係が満たされると、実施例１と同様に、画像ノイズの発生がなく良好な結果が得られることがわかる。

以上説明した実施例１、実施例２では、負極性のトナーを使用するものとして説明してきたが、正極性のトナーを使用するものにおいても同様の設定により負極性のトナーを使用するものにおける効果と同じ効果が得られることは言うまでもない。

画像形成後、像担持体表面に残留する転写残トナーを除去回収するメモリ除去装置を備えた画像形成装置であって、メモリ除去装置を撹乱ブラシと補助ローラで構成し、転写残トナーは画像形成サイクル中の画像形成位相において撹乱ブラシに取り込まれ、非画像形成位相において撹乱ブラシに取り込まれた転写残トナーは、補助ローラにより効率よく像担持体表面に吐出することができるものである。

この発明の実施の形態の画像形成装置の構成の概略を説明する図。 メモリ除去装置の動作を説明する図。 撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa に対する撹乱ブラシのトナーの回収性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図。 画像転写後の感光体の表面電位Ｖ0 と撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa の関係と、撹乱ブラシのトナーの回収性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図。 撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa に対する撹乱ブラシのトナーの吐出性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図。 画像転写後の感光体の表面電位Ｖ0 と撹乱ブラシの印加バイアス電位Ｖb 及び補助ローラの印加バイアス電位Ｖa の関係と、撹乱ブラシからのトナーの吐出性と補助ローラの汚れについての評価結果を説明する図。 実施例１の耐刷評価結果を説明する図。 実施例２の撹乱ブラシに印加する前記条件を満たす（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位を説明する図。 実施例２の撹乱ブラシに前記条件を満たす（ＤＣ＋ＡＣ）バイアス電位を印加し、補助ローラに印加するバイアス電位を変えて補助ローラの汚れの評価結果を説明する図。 実施例２の耐刷評価結果を説明する図。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１１ 感光体（像担持体）
１２ 帯電装置
１３ 露光装置
１４ 現像装置
１４ａ 現像ローラ
１４ｂ トナー貯蔵室
１４ｃ 供給ローラ
１４ｄ 規制板
１４ｅ 除電シール
１５ 転写装置
１７ 定着装置
１８ メモリ除去装置
１８ａ 撹乱ブラシ（撹乱部材）
１８ｂ 補助ローラ（補助部材）
１９ 電源
２１ 電源

Claims (6)

1. 所定方向に一定速度で回転する像担持体と、像担持体表面を所定電位に帯電させる帯電装置と、像担持体表面に画像潜像を形成する露光装置と、像担持体表面の画像潜像をトナーにより顕像化する現像装置と、像担持体表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、像担持体表面に残留する転写残トナーを一時的に取り込み吐出するメモリ除去装置とが前記像担持体の周囲に配置された画像形成装置において、
   前記メモリ除去装置は、転写装置の像担持体回転方向下流側で且つ帯電装置の上流側に配置され、像担持体に接触し像担持体の移動方向とは逆方向に移動して転写残トナーを撹乱すると共に一時保持する撹乱ブラシと、この撹乱ブラシと像担持体との両方に接触し像担持体の移動方向及び撹乱ブラシの移動方向と同方向に移動する補助ローラとから構成され、
   画像形成サイクル中の画像形成位相においては、前記撹乱ブラシには像担持体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と逆の極性のバイアス電位が印加され、且つ補助ローラには撹乱ブラシに対してトナーの正規帯電極性と同じ極性側に寄ったバイアス電位が印加され、
   画像形成サイクル中の非画像形成位相においては、前記撹乱ブラシには像担持体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と同じ極性のバイアス電位が印加され、且つ補助ローラには撹乱ブラシに印加されるバイアス電位と像担持体表面電位との中間のバイアス電位が印加されること
   を特徴とする画像形成装置。
2. 前記メモリ除去装置の撹乱ブラシと補助ローラに印加されるバイアス電位の電位差は５００Ｖ以下であること
   を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 画像形成サイクル中の画像形成位相においては、前記撹乱ブラシにはＤＣ成分にＡＣ成分が重畳された像担持体表面電位に対してトナーの正規帯電極性と逆の極性のバイアス電位が印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記画像形成サイクル中の画像形成位相において前記撹乱ブラシに印加されるＤＣ成分にＡＣ成分が重畳されたバイアス電位は、そのピーク電位が像担持体表面電位に対してそれぞれ逆側に位置し、バイアス電位の面積平均値Ｖave は像担持体表面電位に対して同じ、またはトナーの正規帯電極性と同じ極性側に寄ったバイアス電位であること
   を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記画像形成サイクル中の画像形成位相において前記補助ローラに印加されるバイアス電位は、撹乱ブラシに印加されるバイアス電位のトナーの正規帯電極性と同じ極性側のピーク電位と同じ、またはそれ以下であり、且つ像担持体表面電位との電位差が５００Ｖ以下であること
   を特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
6. 前記画像形成装置は、その像担持体の周速度と、撹乱ブラシの周速度と、補助ローラの周速度との間に、以下の関係
   Ｓbr≧Ｓas≧Ｓpc
   但し、Ｓbr：撹乱ブラシの周速度
   Ｓas：補助ローラの周速度
   Ｓpc：像担持体の周速度
   が満たされるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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