JP4816355B2

JP4816355B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4816355B2
Application number: JP2006251973A
Authority: JP
Inventors: 憲俊萩本; 浩章梅本; 晋也松浦; 晃広田; 直利河合; 健太郎鹿取
Original assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Current assignee: Konica Minolta Business Technologies Inc
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-09-18
Also published as: JP2008076418A

Description

本発明は，電子写真方式にて画像を形成する画像形成装置に関する。さらに詳細には，転写後に像担持体上に残存するトナー（以下，「転写残トナー」とする）を現像装置によって回収する，すなわち現像装置にて現像とクリーニングとを併せて行う方式（以下，「現像同時クリーニング方式」とする）の画像形成装置に関するものである。

従来から，電子写真方式の画像形成装置では，感光体ドラム等の像担持体上にトナー像を形成する。より具体的には，像担持体上を一様に帯電し，露光することで静電潜像を形成し，その静電潜像をトナーによって現像することでトナー像を形成する。そして，そのトナー像を用紙等の記録媒体上に転写し，そのトナー像を記録媒体に定着させることにより，画像を形成するように構成されている。転写後の転写残トナーは，クリーニング装置によって回収・除去される。

近年，環境保全や資源の有効利用の観点から，転写残トナーを現像装置に戻して再利用する画像形成装置がある。この１つの方式として，専用のクリーニング装置を廃し，現像装置によって転写残トナーを回収して再利用する現像同時クリーニング方式の画像形成装置が提案されている。

現像同時クリーニング方式は，転写後の転写残トナーを次工程以降の現像工程時に現像バイアスとの電位差によって現像装置内に直接回収する方法である。この方法によれば，転写残トナーは，現像装置に回収されて次工程以降の現像処理に再利用されるため，廃棄されるトナーをなくし，トナーの有効利用を図ることができる。また，専用のクリーニング装置を配しないため，装置自体のコンパクト化にも有利である。

上述したような現像同時クリーニング方式では，次のような問題が生じる。すなわち，転写後の感光体上には，帯電極性が正規極性とは逆極性に反転してしまっている転写残トナーが混在する。また，帯電極性が正規極性であっても除電されて帯電量が少なくなっているものもある。それらのトナーは，接触方式の帯電装置を通過する際，帯電装置に付着し易く，帯電不良の原因となる。また，現像装置での回収が難しく，感光体上に蓄積することで，画像不良の原因となる。

この問題に着目した技術として，例えば特許文献１には，感光体の回転方向において転写手段の下流側かつ帯電手段の上流側に，現像剤帯電量制御手段を配置した画像形成装置が開示されている。この現像剤帯電量制御手段は，帯電処理前に転写残トナーの帯電極性を正規の帯電極性に揃える。これにより，帯電不良や画像不良の発生を抑制できるとしている。また，例えば特許文献２には，転写手段の下流側かつ帯電手段の上流側に，正規とは逆極性で帯電処理する第１の現像剤帯電量制御手段と，正規極性で帯電処理する第２の現像剤帯電量制御手段とを配置した画像形成装置が開示されている。この２つの現像剤帯電量制御手段により，帯電装置への付着を防止しつつ現像装置での転写残トナーの回収を効率的に行うことができるとしている。
特開平８−１３７３６８号公報特開２００２−９９１７６号公報

しかしながら，前記した従来の画像形成装置には，次のような問題があった。すなわち，現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，所定量を超える量の転写残トナーが存在すると，帯電不良や露光不良が生じる。

具体的に，図２０に示すように，転写残トナーが特定の場所に集中している場合，帯電時に当該トナー集中箇所下の感光体が十分に帯電されない。そのため，当該トナー集中箇所での感光体表面電位Ｖ０’の絶対値が通常箇所の感光体表面電位Ｖ０の絶対値と比較して低くなる。この電位ムラ（帯電不良）が濃度差となって画像に現れる。

また，図２１に示すように，露光時に転写残トナーが露光箇所を遮光してしまう。そのため，当該トナー集中箇所での感光体表面電位Ｖｉ’の絶対値が露光箇所の感光体表面電位Ｖｉの絶対値と比較して高くなる。この電位ムラ（露光不良）も濃度差となって画像に現れる。

特許文献１や特許文献２では，転写後に位置する現像剤帯電量制御手段にて転写残トナーの帯電量を調節し，帯電装置への付着を抑制するとともに現像装置への回収を容易にしている。しかし，感光体上の転写残トナーの量には着目していない。そのため，転写残トナーの量が所定量を超えると，前述した電位ムラが生じる。

また，感光体上には，転写残トナーの他，トナーに添加される微小な外添剤や帯電時に生成される放電生成物が存在する。これらの微小物質は，時間経過により感光体上にフィルミングや固着を生じさせ，画質劣化の原因となる。これらの微小物質は，ブレードタイプのクリーニング装置であれば，クリーニングブレードが転写残トナーの掻き取りとともに感光体の表面を研磨するため，クリーニング時に除去される。しかし，現像同時クリーニング方式では，感光体表面を研磨するような清掃部材を設置しない。そのため，微小物質のフィルミング等を抑制することが困難である。

本発明は，前記した従来の現像同時クリーニング方式の画像形成装置が有する問題点を少なくとも１つ解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，現像同時クリーニング方式の画像形成装置において，帯電部での帯電不良および露光部での露光不良を抑制し，高画質の画像を形成する画像形成装置を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた画像形成装置は，トナー像を担持する像担持体と，像担持体の表面を一様に帯電する帯電部と，帯電処理された像担持体上に静電潜像を形成する露光部と，像担持体上にトナーを付与してトナー像を形成する現像機能および像担持体上にあるトナーを回収する回収機能を備える現像部と，像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部とを有し，現像とクリーニングとを併せて行う方式の画像形成装置であって，像担持体の回転方向の，帯電部よりも上流であって転写部よりも下流に位置し，像担持体上のトナーを回収する回収機能と，保持するトナーを吐き出す吐出機能とを備え，像担持体上のトナー量を所定値以下に調節するトナー量調節部と，像担持体の回転方向の，帯電部よりも上流であってトナー量調節部よりも下流に位置し，像担持体に対して摺接配置された導電性発泡弾性体のパッド部材であって像担持体の長手方向に往復運動して像担持体の表面を研磨し，トナーの帯電極性を正規極性に揃えるトナー帯電量調節部とを有することを特徴としている。

本発明の画像形成装置は，トナーの付与とトナーの回収とを兼ねた現像部を備えた現像同時クリーニング方式の画像形成装置であり，帯電部よりも上流であって転写部よりも下流に，所定のバイアスが印加されることにより，像担持体上のトナーの回収および保有するトナーの吐出を行うトナー量調節部を有している。トナー量調節部のトナー回収率およびトナー吐出率を制御し，像担持体上のトナー量を所定値以下に保つことで，大量のトナーによるトナー集中を回避でき，帯電時および露光時の電位ムラが抑制される。

さらに，本発明の画像形成装置は，帯電部よりも上流であってトナー量調節部よりも下流に，所定のバイアスが印加されることにより，像担持体上のトナーの帯電極性を正規極性に揃えるトナー帯電量調節部を有している。像担持体上には転写バイアスの影響によって極性が反転しているトナーが存在する。このトナーは，トナー量調節部の回収・吐出バイアスでは帯電量を調節しきれない。そこで，トナー帯電量調節部を，トナー量調節部と帯電部との間に設けることで，帯電部を通過する前に，像担持体上のトナーの帯電極性およびその帯電量を揃える。これにより，帯電部の汚染や現像部での未回収が抑制される。

また，本発明の画像形成装置では，トナー調節部に直流電圧と交流電圧とを重畳したバイアスを印加するバイアス印加部と，そのバイアスのうちの，直流電圧Ｖｄｃ，交流ピーク間電圧Ｖｐｐ，交流電圧デューティ比，交流電圧周波数の少なくとも１つのパラメータを制御する制御部とを有している。さらに，トナー量調節部は，像担持体に当接する導電性のブラシ部材である。すなわち，ブラシ部材におけるトナー回収率ないしトナー吐出率は，印加されるバイアスのパラメータに依存する。そのため，制御部により印加されるバイアスのパラメータを制御することで，トナー量調節部のトナー回収率ないしトナー吐出率を制御することができる。

すなわち，本発明の画像形成装置では，トナー量調節部のトナー回収率およびトナー吐出率を調節可能であるため，像担持体上のトナー量を一定値以下に保つことができる。例えば，像担持体上のトナー量が多いときには，トナー量調節部にてトナーを回収・保持し，像担持体上のトナー量が少ないときあるいはトナー量が多くても画像形成に影響がないときには，保持しているトナーを吐出する制御を行う。これにより，高画質を維持しつつトナーのリサイクルを実現できる。

また，トナー量調節部は，像担持体に対してカウンタ回転するブラシ回転体であることとするとよりよい。すなわち，トナーの回収性が向上し，カウンタ回転することでトナーの取り込みが容易となる。また，カウンタ回転することによる摩擦で転写残トナーを正規極性側に荷電する。これにより，転写後に極性が反転してしまったトナーの一部を再度反転させて正規極性に戻すことができる。

また，本発明の画像形成装置のトナー量調節部は，像担持体上のトナーを一旦回収し，像担持体上のトナー量が所定値以下となるように吐出率を制御することとするとよりよい。すなわち，トナーを一旦回収し，その後に吐出することにより，特定の場所に集中したトナーを散らすことができる。よって，トナー集中による帯電ムラないし露光ムラがより抑制される。なお，ここでの「トナーを一旦回収する」とは，必ずしもトナーを１００％回収することを意味するものではなく，トナー回収率が高い状態（概ね８０％以上）であればよい。

また，本発明の画像形成装置のトナー帯電量調節部は，像担持体に対して摺接配置された導電性発泡弾性部体のパッド部材であり，像担持体の長手方向に往復運動する。すなわち，導電性発泡弾性部体のパッド部材であるトナー帯電量調節部が，像担持体に対して摺接することにより，像担持体の表面が研磨される。これにより，像担持体の表面に固着した微小物質を除去することができる。

本発明によれば，現像同時クリーニング方式の画像形成装置において，帯電部での帯電不良および露光部での露光不良を抑制し，高画質の画像を形成する画像形成装置が実現している。

以下，本発明にかかる画像形成装置を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，タンデム型のカラープリンタに本発明を適用したものである。

本形態の画像形成装置は，タンデム方式のフルカラープリンタであり，図１に示すように並列に配置された４つの画像形成ユニットを有するものである。具体的に，本形態のカラープリンタ１００は，４色の画像形成ユニット１Ｋ，１Ｃ，１Ｍ，１Ｙを有している。また，その他に露光装置８，中間転写ベルト１０，２次転写ローラ１１，クリーニングブレード１２等を有している。各画像形成ユニットは，中間転写ベルト１０上に各色の画像を形成するものである。各画像形成ユニットは，画像形成ユニット１Ｋがブラック（Ｋ），画像形成ユニット１Ｃがシアン（Ｃ），画像形成ユニット１Ｍがマゼンタ（Ｍ），画像形成ユニット１Ｙがイエロー（Ｙ）の各色に対応している。なお，各画像形成ユニットの配置は図１の順序に限定されるものではない。

また，画像形成ユニット１Ｋは，図２に示すように，回転ドラム型の電子写真感光体であり，負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）である感光体ドラム２を有している。感光体ドラム２は，図２中の矢印方向に一定の速度で回転するようになっている。また，感光体ドラム２の周囲には，その回転方向に沿って，帯電装置３，現像装置４，転写装置５，トナー収出量制御部材６，トナー帯電量制御部材７が順次配置されている。また，帯電装置３と現像装置４との間には，潜像が形成される露光エリアが設けられている。その他の画像形成ユニットについても同様の構成となっている。

本形態のカラープリンタ１００は，トナー収出量制御部材６に対して直流電圧と交流電圧とが重畳された振動バイアス（以下，「トナー量制御バイアス」とする）を印加するためのバイアス印加部６１と，トナー帯電量制御部材７に対して直流バイアス（以下，「トナー帯電量制御バイアス」とする）を印加するためのバイアス印加部７１と，トナー量制御バイアスおよびトナー帯電量制御バイアスを制御する制御部６２とを備えている。バイアス印加部６１は，直流成分電圧Ｖｄｃ，ピーク間電圧Ｖｐｐ，周波数，デューティ比の少なくとも１つが可変である。なお，不図示であるが，帯電装置３，現像装置４，転写装置５の各装置にもそれぞれ電源が接続されており，所定のバイアスが印加される。

帯電装置３は，感光体ドラム２の表面を均一に帯電させるものである。帯電装置３としては，コロナ放電により帯電させる非接触方式のコロナ帯電装置の他，導電性の接触帯電部材を感光体ドラム２の表面に接触させて帯電させる接触方式の帯電装置が適用可能である。接触方式の帯電装置は，放電生成物の発生を抑え，感光体ドラム２の劣化を防ぐことができ，高画質を維持することができる。また，オゾンレスによって排気ダクト，ファン等が不要となり，装置のコンパクト化も可能になる。接触方式の帯電装置としては，ローラ型，ブレード型，ブラシ型，シート型など各種のものがある。

本形態では，帯電装置としてローラ型のものを使用する。具体的に帯電装置３は，図３に示すように，芯金３１（ＳＵＳ，直径：６ｍｍ）と，芯金３１を覆う発泡体ベース層３２（膜厚：２．５ｍｍ）と，発泡体ベース層３２を覆う中間層３３（膜厚：０．４５ｍｍ，抵抗：２Ｅ＋５Ω，硬度：７５°，表面粗さＲａ：０．２μｍ以下）と，中間層３３をコーティングする表面層３４（膜厚：１０μｍ，抵抗：２Ｅ＋５Ω）とを有する。なお，発泡体ベース層３２，中間層３３，表面層３４を構成する材料は一般的な樹脂材料であればよい。

なお，帯電装置３への印加バイアス（帯電バイアス）は，感光体ドラム２の表面電位を所定の値に設定できるものであればどのようなものであってもよい。例えば，直流電圧や交流電圧であってもよいし，直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧であってもよい。また，パルス電圧，サイン波形，矩形波形，その他の波形の電圧でもよい。本形態では，サイン波（Ｖｄｃ：−５２０Ｖ，Ｖｐｐ：１２００Ｖ，周波数：１ｋＨｚ）の帯電バイアスが印加される。

図４は，帯電バイアスのパラメータ（Ｖｄｃ，Ｖｐｐ）を変化させたときの帯電ローラのトナー汚れ状態を調査した結果を示している。図５は，帯電バイアスのパラメータ（Ｖｄｃ，Ｖｐｐ）を変化させたときの帯電ローラの外添剤汚れ状態を示している。両図とも帯電ローラの汚れの判断は目視で行い，●は良好，▲は一部不良，■は不良を示している。両図に示したように，図中左上の領域ではプラストナーによる汚れが目立ち，図中右下の領域ではマイナストナーによる汚れが目立つ結果となった。これにより，帯電バイアスの使用領域としては，両図中の破線枠で示したように，Ｖｄｃが−２００Ｖ〜−６５０Ｖの範囲内であり，Ｖｐｐが７００Ｖ〜１４００Ｖの範囲内であることが帯電ローラの汚染を抑制する上で好ましいことがわかる。

現像装置４は，潜像上にトナーを付与する機能に加え，トナーを回収する機能を有している。すなわち，本形態では，静電潜像の白地部については感光体ドラム上の転写残トナーを回収し，それ以外の部分についてはトナーを付与する。現像装置４としては，接触型であっても非接触型であってもよい。また，現像方式は，トナーとキャリアとからなる２成分現像方式であっても，キャリアを含まない１成分現像方式であってもよい。本形態では，負帯電極性トナーを使用するが，トナー像の現像が可能であれば，正帯電極性トナーであってもよい。

トナー収出量制御部材６は，感光体ドラム２上のトナー量の調節を行うためのものである。トナー収出量制御部材６としては，ロール状の導電性ブラシ部材を適用する。本形態では，繊径が２．２ｄＴ，密度が２４０ｋＦ，パイル長が３ｍｍ，抵抗が１Ｅ＋５Ω，押し込み量が０．５ｍｍのナイロンブラシを使用する。トナー収出量制御部材６は，感光体ドラム２に対してカウンタ方向に回転し，その周速比θは２である。なお，トナー収出量制御部材６の構成は上記のものに限るものではない。回収率および吐出率は繊径および密度については影響しないことがわかる。トナー収出量制御部材６は，少なくとも，繊径が２Ｄ〜６Ｄ（２．２ｄＴ〜６．６ｄＴ），密度が１５０ｋＦ〜２４０ｋＦ，パイル長が２ｍｍ〜１０ｍｍ，ブラシ成形品の抵抗値が１０⁴Ω〜１０⁶Ωの範囲内のものであれば適用可能である。

トナー収出量制御部材６には，電源となるバイアス印加部６１を介してトナー量制御バイアスが印加される。本形態では，Ｖｄｃが−５００Ｖ〜＋５０Ｖ，Ｖｐｐが３００Ｖ，デューティ（−）が５％〜９５％，周波数が１００Ｈｚとする矩形波のバイアスが印加される。本トナー量制御バイアスのパラメータのうち，Ｖｄｃおよびデューティは可変であり，環境や動作モードに応じて制御部６２によって制御される。本形態では，トナー量制御バイアスのＶｄｃおよびデューティを変えることにより，トナーの回収率（トナー収出量制御部材６がトナーを取り込む確率）および吐出率（トナー収出量制御部材６がトナーを吐き出す確率）を変化させる。制御の詳細については後述する。

トナー帯電量制御部材７は，感光体ドラム２上のトナーの帯電極性および帯電量を正規に揃えるためのものである。本形態では，負帯電極性トナーを使用するため，トナーの帯電極性を負極性に揃える。トナー帯電量制御部材７としては，導電性カーボンを分散した導電性発泡体のパッド部材を適用する。本形態では，セル径の分布が１００μｍ〜２５０μｍの範囲内に集中し，かつ平均セル径が２００μｍ以下であり，体積抵抗率が１０⁴Ωｃｍ〜１０⁶Ωｃｍの範囲内であり，発泡密度（単位体積あたりの重さ）が０．２ｇ／ｃｍ³〜０．５ｇ／ｃｍ³の範囲内である発泡体を使用する。また，感光体ドラム２への押圧力を０．０２ＭＰａとする。

トナー帯電量制御部材７には，電源となるバイアス印加部７１を介してトナー帯電量制御バイアスが印加される。具体的にトナー帯電量制御部材７には，負極性の直流バイアスが印加される。本形態では，−５００Ｖ〜−３００Ｖの範囲内の直流バイアスが印加される。トナー帯電量制御バイアスのパラメータも可変であり，環境や動作モードに応じて制御部６２によって制御される。

また，トナー帯電量制御部材７は，感光体ドラム２に摺接しており，感光体ドラム２の軸方向に往復移動可能に設けられている。すなわち，発泡体であるトナー帯電量制御部材７が感光体ドラム２の表層に摺擦することで，感光体ドラム２の表面が研磨される。そして，感光体ドラム２の表面が研磨されることで，感光体ドラム２の表面に固着した微小物質が除去される。

なお，トナー帯電量制御部材７の往復運動は，感光体ドラム２の回転中は常時行われる。また，トナー帯電量制御部材７の移動速度，移動量，押し当て量等を調節することによって感光体ドラム２の研磨量を制御することができる。例えば，α値（研磨量μｍ／感光体ドラム１０万回転）を０．１〜３の範囲内で制御可能である。

続いて，本形態のカラープリンタ１００にて画像を形成する場合の動作について説明する。なお，図６に感光体ドラム２の表面電位の推移を示す。まず，帯電装置３の負極性バイアスにより，感光体ドラム２の表面が所定の電位Ｖ０に一様に帯電処理される（図６（ａ））。

次に，露光装置８が感光体ドラム２上の露光エリアに光を照射することにより，１ページ目の静電潜像が形成される。本工程では，レーザ光により露光された部分が電位Ｖｉとなり，電位Ｖ０と電位Ｖｉとのコントラストによって静電潜像が形成される（図６（ｂ））。

次に，現像装置４では，負帯電極性のトナーを担持する現像ローラに現像バイアスが印加されており，電位Ｖｄ（Ｖ０＜Ｖｄ＜Ｖｉ）となっている現像ローラ上を静電潜像が通過する際に現像が行われる。このとき，現像ローラ上のトナーは，電位Ｖｉとなっている露光部（黒地部）では感光体ドラム２へ移動し，電位Ｖ０となっている非露光部（白地部）では移動しない（図６（ｃ））。これにより，感光体ドラム２上にトナー像が形成される。

次に，転写装置５により，トナー像が中間転写ベルト１０上に転写される。すなわち，感光体ドラム２上のトナーは，転写装置５の正極性の転写バイアスＶｔにより中間転写ベルト１０上に移動する（図６（ｄ））。このとき，一部のトナーは，転写されずに感光体ドラム２上に残留し，転写残トナーとなる。

次に，トナー収出量制御部材６により，感光体ドラム２上の転写残トナーが回収される。さらに，回収したトナーの一部は，再び感光体ドラム２上に吐き出される（図６（ｅ））。すなわち，一旦，トナーを回収した後，その回収したトナーを吐き出す。これにより，特定の場所に集中したトナーを散らすことができる。

また，トナー収出量制御部材６では，感光体ドラム２上の転写残トナーが所定量以下となるように，トナー収出量制御部材６のトナーの回収率および吐出率が調節される。すなわち，トナーの吐出率を下げると，感光体ドラム２上の転写残トナー量が減るため，帯電不良や露光不良に有利となる。しかし，ブラシ部材であるトナー収出量制御部材６内にトナーが蓄積されることになる。トナーの蓄積量が多くなると，回収率の低下やトナーの漏れが生じる。そのため，適宜，蓄積したトナーを吐き出す必要がある。そこで，感光体ドラム２上のトナーが所定量以上とならないように回収率および吐出率を変化させる。

また，感光体ドラム２に対してカウンタ回転するトナー収出量制御部材６では，摩擦によってトナーの帯電極性が調節される。すなわち，トナー同士の摩擦，転写バイアス，トナー量制御バイアス等によってトナーの帯電極性および帯電量が変化する。この帯電極性が反転したトナーをトナー収出量制御部材６によって荷電し，その一部を再反転させる。

次に，トナー帯電量制御部材７により，トナー収出量制御部材６を通過したトナーあるいはトナー収出量制御部材６から吐き出されたトナーの帯電極性および帯電量を負極性に揃える（図６（ｆ））。すなわち，トナー収出量制御部材６だけでは，必ずしもすべての反転トナーを正規極性に戻すことはできない。また，正規極性に戻ったとしてもその帯電量まで正規の帯電量に戻すことは難しい。トナー帯電量制御部材７では，この帯電量が変化したトナー，すなわち荷電不良（荷電過多，荷電不足）のトナーが規定の帯電量に揃えられる。

その後，再び帯電装置３により転写残トナーの上から感光体ドラム２の表面が帯電処理される（図６（ｇ））。このとき，トナー収出量制御部材６にて転写残トナーの付着量が所定量以下に抑えられていることから，転写残トナーに遮られることなく感光体ドラム２の表面が一様に帯電される。また，トナー帯電量制御部材７にて転写残トナーの帯電量が規定値に揃えられていることから，転写残トナーの帯電装置３への付着が抑制される。

その後，露光部で２ページ目の静電潜像が形成される（図６（ｈ））。このときも同様に，トナー収出量制御部材６にて転写残トナーの付着量が所定量以下に抑えられていることから，転写残トナーに遮られることなく露光処理が行われる。

次に，現像装置４にて，現像と残留トナーの回収とが同時に行われる。すなわち，転写残トナーのうち，非露光部（白地部）に存在するものは現像装置４に回収され，露光部（黒地部）に存在するものはトナー像となる（図６（ｉ））。このとき，トナー帯電量制御部材７にて転写残トナーの帯電量が規定値に揃えられていることから，転写残トナーの回収が円滑に行われる。

このような動作を画像形成ユニットごとに繰り返し，中間転写ベルト１０上にそれぞれの色のトナー画像を重ねる。そして，４色のトナー像が重ね合わせられることにより，中間転写ベルト１０上にカラー画像が形成される。このカラー画像が２次転写ローラ１１にて記録紙に転写される。そして，その記録紙が定着装置を介して排出トレイに出力される。

続いて，トナー収出量制御部材６について詳説する。図７は，転写残トナーの付着量と濃度ムラとの関係を示している。本グラフは，横軸を感光体ドラム上のトナーの付着量とし，縦軸をその付着量のときに採取した画像サンプルの濃度変化量としている。あらかじめ，転写残トナーの「有り部」と「無し部」とのハーフトーン画像（１０％，２０％，３０％，５０％）を形成し，目視による官能評価を行ったところ，濃度変化量ΔＥ＊ａｂ≦２の場合には濃度差が認識されなかった。そこで，転写残トナーを０〜０．５ｇ／ｍ²の範囲内で評価したことろ，図７に示したように，０．２ｇ／ｍ²以下であれば濃度変化量ΔＥ＊ａｂを２以下とすることがわかった。そこで，トナー収出量制御部材６では，転写残トナーの通過量を０．２ｇ／ｍ²以下となるように調節する。

次に，トナー収出量制御部材６へのトナー量制御バイアスについて説明する。まず，Ｖｄｃ，Ｖｐｐ，デューティおよび周波数が回収率および吐出率に与える影響を評価した。なお，本評価では，前提条件として，Ｖｄｃ＝−１００Ｖ，Ｖｐｐ＝３００Ｖ，デューティ＝５０％（矩形波），周波数＝１００Ｈｚ，θ（周速比＝トナー収出量制御部材の回転速度／感光体ドラムの回転速度）＝２とし，そのうち１つのパラメータを評価項目ごとに変化させている。

図８は，Ｖｄｃと回収率との関係を示している。図８中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図８に示したように，Ｖｄｃによる回収率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，両結果ともに，いずれの環境（ＬＬ環境（低温低湿環境），ＨＨ環境（高温高湿環境））であっても，Ｖｄｃを０Ｖ以上とすることで回収率が１００％となることがわかった。さらには，Ｖｄｃが０Ｖよりも低い範囲では，その絶対値が大きいほど回収率が低下し，−４００Ｖ以下では回収率がほぼ０％となることがわかった。

図９は，Ｖｐｐと回収率との関係を示している。図９中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図９に示したように，Ｖｐｐによる回収率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，Ｖｐｐが４００Ｖよりも小さい段階では周波数による多少の違いがあるものの，Ｖｐｐが４００Ｖ以上のときは回収率が１００％となることがわかった。さらには，Ｖｐｐが４００Ｖよりも低い範囲では，その値が小さいほど回収率が低下することがわかった。

図１０は，Ｖｄｃと吐出率との関係を示している。図１０中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図１０に示したように，Ｖｄｃによる吐出率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，Ｖｄｃによって，吐出率を０％〜最大８０％の範囲内で制御することができることがわかった。具体的には，Ｖｄｃが−１００Ｖ付近のときをピークとして，−１００Ｖからの差が大きいほど吐出率が低下することがわかった。

図１１は，Ｖｐｐと吐出率との関係を示している。図１１中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図１１に示したように，Ｖｐｐによる吐出率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，Ｖｐｐによって，吐出率を０％〜１００％の範囲内で制御することができることがわかった。具体的には，Ｖｐｐが大きいほど吐出率が低下することがわかった。

図１２は，周波数と回収率との関係を示している。図１２に示したように，環境によって回収率は異なるものの，５０Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲内では回収率を制御できることがわかった。具体的には，周波数が高いほど回収率が低下することがわかった。

図１３は，周波数と吐出率との関係を示している。図１３に示したように，環境によって吐出率は異なるものの，３０Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲内では吐出率を制御できることがわかった。具体的には，周波数が１００Ｈｚ付近のときが高吐出率のピークとなることがわかった。

図１４は，デューティ（−）と吐出率との関係を示している。図１４に示したように，デューティによって吐出率を制御できることがわかった。具体的には，（−）側の比率を上げるほど吐出率が高くなることがわかった。一方，不図示であるが，（−）側の比率を下げるほど回収率が高くなることもわかった。すなわち，本形態のトナーは負極性に帯電していることから，正極性成分を強くすると回収率が高まり，正極性成分を弱くすると吐出率が高まる。従って，デューティ（−）が５％のときは回収傾向にあり，５０％以上のときは吐出傾向にある。

上記（図８〜図１４）の評価結果からわかるように，トナー量制御バイアスのパラメータであるＶｄｃ，Ｖｐｐ，デューティおよび周波数によってトナーの回収率および吐出率を制御することができる。

本形態では，トナー量制御バイアスのデューティを変化させてトナー量を調節する。すなわち，デューティ（−）が５％のときは回収傾向にあり，５０％以上のときは吐出傾向にある。この特性を利用して，トナーの回収／吐出制御を行う。

また，デューティとともにＶｄｃも併せて変化させ，トナーの回収を制御する。すなわち，トナー通常環境下においては，Ｖｄｃが０Ｖのとき，トナーの回収率がほぼ１００％，吐出率がおよそ５０％であることから，回収と吐出とが同時に行われる。より具体的には，転写残トナーを一旦回収した後，その回収したトナーの一部が吐き出される。この場合，回収率の方が高い故にトナー収出量制御部材６への蓄積が多くなる。つまり，回収傾向のバイアスと言える。また，Ｖｄｃが４００Ｖであれば，トナーの回収率がほぼ１００％，吐出率が１０％以下であることから，吐出が殆ど行われず，トナーが回収・蓄積される。すなわち，より強い回収傾向のバイアスと言える。また，Ｖｄｃが−４００Ｖであれば，トナーの回収率がほぼ０％であることから，回収が殆ど行われない。

なお，制御するパラメータはＶｄｃに限るものではない。Ｖｄｃ，周波数，デューティの各パラメータであっても，高回収率を維持したまま吐出率を変化させることができる。

続いて，トナー帯電量制御部材７について詳説する。図１５は，トナー帯電量制御バイアスとトナー帯電量の変化量との関係を示している。図１５に示すように，トナー帯電量制御バイアスを変化させることでトナー帯電量を制御することができる。図１６は，トナー帯電量制御部材７の通過前後におけるトナー帯電量の分布を示している。図１６に示すように，転写直後では正極性に帯電しているトナー，すなわち逆極性に帯電しているトナーが多い。その後，トナー収出量制御部材６によって逆極性に帯電したトナーが正規極性に戻される（図１６中，荷電制御前）。しかし，トナー収出量制御部材６を通過しただけでは，帯電量のばらつきを抑えるまでには至らない。そこで，トナー帯電量制御部材７を通過することにより，トナー帯電量のばらつきが小さくなることがわかる（図１６中，荷電制御後）。

図１７は，帯電前のトナー帯電量と帯電ローラの汚れとの関係を示している。図１７中のＶｄｃは帯電ローラのＶｄｃを意味し，帯電ローラのＶｐｐは１２００Ｖとしている。本グラフは，横軸を転写後であって帯電直前のトナーの帯電量（μＣ／ｇ）とし，縦軸をその帯電量のときの帯電ローラ上の汚れ（すなわち帯電ローラ上にシールを貼付して汚れを抽出し，その汚れを白紙に転写したときのＬ＊）を計測した。一般的に，Ｌ＊が８０以上あれば，帯電ローラの汚れが画質に影響を与えることはない。図１７に示したように，トナーの帯電量が−１５μＣ／ｇ以下になると，帯電ローラが著しく汚染されることがわかる。そこで，本形態のトナー帯電量制御部材７では，感光体ドラム上の帯電装置の通過直前の転写残トナーの帯電量を−１５μＣ／ｇ以下（すなわち絶対値として以上）となるように調節する。なお，図１７に示したように，帯電ローラの汚れは，帯電ローラへのＶｄｃに依存しない。

続いて，トナー量調節手順について，図１８のフローチャートおよび図１９のタイムチャートを基に説明する。なお，あらかじめ本形態の画像形成装置には幾つかの動作モードが設定されている。

具体的には，画像形成の終了後に行われるエンドシーケンス吐出モード（以下，「モード１」とする），画像形成の開始前に行われる作像前シーケンス回収モード（以下，「モード２」とする），電源オン直後に行われる電源オン時吐出モード（以下，「モード３」とする）が設定されている。各モード，作像時，像間時での各バイアスの設定は，次の表１の通りである。

まず，電源オンした後，動作モードがモード３に切り換わる（Ｓ１）。具体的に，トナー量制御バイアスをＶｄｃが−５００Ｖ，デューティを９５％とすることで，トナーの回収を抑制し，ブラシからトナーを積極的に吐き出す制御を行う。さらに，トナー帯電量制御部材７にＶｄｃが−５００Ｖのトナー帯電量制御バイアスが印加されることで，帯電装置３直前のトナーの帯電量が調節される。吐き出されたトナーは，帯電装置３を汚染することなく現像装置４で回収される。

プリント開始指示を受けると，動作モードがモード２に切り換わる（Ｓ２）。具体的に，トナー量制御バイアスをＶｄｃが＋５０Ｖ，デューティを５％とすることで，トナーの吐出を抑制し，トナーを積極的に回収する制御を行う。これにより，作像前における感動体ドラム２上のトナー量を極力少なくする。

作像を開始すると，動作モードが作像モードに切り換わる（Ｓ３）。具体的に，トナー量制御バイアスをＶｄｃが０Ｖとすることで，トナーを積極的に回収しつつも所定値以上とならない程度にトナーを吐き出す制御を行う。また，トナー帯電量制御部材７のトナー帯電量制御バイアスＶｄｃを−３００Ｖまで抑える。作像モードでは，積極的にトナーを回収するため，帯電装置３に達するトナー量は少ない。そのため，トナー帯電量制御部材７にて積極的にトナー帯電量を調節しなくてもよい。

その後，作像が終了であるか否かを判断し（Ｓ４），像間においては，動作モードが像間モードに切り換わる（Ｓ５）。具体的に，トナー量制御バイアスのデューティを９５％とすることで，トナーを吐き出す制御を行う。さらに，トナー帯電量制御バイアスＶｄｃを−５００Ｖとすることで，トナーの帯電極性を積極的に揃える。帯電装置３を通過したトナーは現像装置４によって回収される。トナー帯電量制御部材７にてトナーの帯電極性を正規極性に揃えることで，帯電装置３の汚染を抑制する。さらには，現像装置４でのトナー回収を円滑に行う。以後，すべての作像が終了するまで，作像モードと像間モードとが繰り返される。

すべての作像が終了すると，動作モードがモード１に切り換わる（Ｓ６）。具体的に，トナー量制御バイアスをＶｄｃが−５００Ｖ，デューティが９５％とすることで，トナーの回収を抑制し，トナーをブラシから積極的に吐き出す制御を行う。さらに，トナー帯電量制御部材７にＶｄｃが−５００Ｖのトナー帯電量制御バイアスが印加されることで，感光体ドラム２上のトナーの帯電量が調節される。また，帯電装置３にトナーを吐き出すバイアスが間欠的に印加されることで，帯電ローラに付着したトナーが吐き出される。吐き出されたトナーは，現像装置４で回収される。モード１での動作が終了するとプリント動作が終了となる。

なお，本形態では，動作モードごとにトナー量制御バイアスないしトナー帯電量制御バイアスを制御しているが，これに限るものではない。例えば，露光装置８のドットカウンタから印字率を検知し，その印字率から転写残トナーの量を予測し，その予測値を基にトナー量制御バイアスを切り換えることとしてもよい。

以上詳細に説明したように本形態のカラープリンタ１００は，現像同時クリーニング方式であり，転写装置５と帯電装置３との間に，転写残トナー量を調節するトナー収出量制御部材６を有することとしている。トナー収出量制御部材６には，直流電圧に交流電圧を重畳したトナー量制御バイアスが印加され，制御部６２が当該バイアスのパラメータを調節することによってトナー収出量制御部材６のトナーの回収率および吐出率を制御している。これにより，感光体ドラム２上のトナー量を一定値以下に維持することができる。また，トナーを一旦回収し，その後に吐出することにより，一箇所に集中したトナーを散らすことができる。よって，トナー集中による帯電ムラないし露光ムラが抑制される。

また，感光体ドラム２の回転方向の，帯電装置３の下流側に，トナーの帯電量を調節するトナー帯電量制御部材７を有することとしている。トナー帯電量制御部材７には，トナーの正規帯電極性のバイアスが印加され，トナーの帯電極性および帯電量が揃えられる。よって，帯電装置３の汚染が抑制されとともに，現像装置４での回収を円滑に行うことができる。また，トナー帯電量制御部材７は，感光体ドラム２の軸方向に対して往復運動する。これにより，感光体ドラム２の表面が研磨され，感光体ドラム２の表面に固着した微小物質が除去される。従って，現像同時クリーニング方式の画像形成装置において，帯電部での帯電不良および露光部での露光不良を抑制し，高画質の画像を形成する画像形成装置が実現している。

また，トナー収出量制御部材６は，適度にトナーを吐き出しており，回収したトナーは一時的に保持されるのみである。つまり，転写残トナーを廃棄物として長期的に保持するものではない。そのため，トナーの廃棄を目的とするクリーニング装置と比較してトナーの蓄積量は小さく，そのサイズは小さくて済む。従って，画像形成装置全体のコンパクト化を妨げるものではない。

また，トナー帯電量制御部材７がトナーの帯電量の調節機能と感光体ドラム２の研磨機能とを兼ねる。そのため，両機能専用の部材をそれぞれ設ける場合と比較してコンパクトである。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら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内で種々の改良，変形が可能である。例えば，画像形成装置としては，プリンタ，複写機，スキャナ，ＦＡＸ等であって電子写真方式にて画像を形成するものであれば適用可能である。また，カラー画像を形成するものであってもモノクロ画像専用のものであってもよい。また，タンデム方式であっても４サイクル方式であってもよい。

実施の形態に係るカラープリンタの構成を示す概略図である。実施の形態に係る画像形成ユニットの構成を示す概略図である。実施の形態に係る帯電ローラの構成を示す断面図である。帯電ローラのトナー汚れを示すグラフである。帯電ローラの外添剤汚れを示すグラフである。感光体ドラムの表面電位の推移を示す図である。転写残トナーの付着量と濃度ムラとの関係を示すグラフである。Ｖｄｃと回収率との関係を示すグラフである。Ｖｐｐと回収率との関係を示すグラフである。Ｖｄｃと吐出率との関係を示すグラフである。Ｖｐｐと吐出率との関係を示すグラフである。周波数と回収率との関係を示すグラフである。周波数と吐出率との関係を示すグラフである。デューティと吐出率との関係を示すグラフである。トナー帯電量制御バイアスとトナー帯電量の変化量との関係を示すグラフである。トナー帯電量制御パッドの通過前後におけるトナー帯電量分布を示すグラフである。帯電前帯電量と帯電ローラ汚れとの関係を示すグラフである。感光体ドラム上のトナー量の調節手順を示すフローチャートである。トナー収出量制御部材，トナー帯電量制御部材，帯電装置の，モードごとのバイアスを示す図である。帯電不良のイメージを示す図である。露光不良のイメージを示す図である。

符号の説明

１Ｋ画像形成ユニット
２感光体ドラム（像担持体）
３帯電装置（帯電部）
４現像装置（現像部）
５転写装置（転写部）
６トナー収出量制御部材（トナー量調節部）
６１バイアス印加部
６２制御部
７トナー帯電量制御部材（トナー帯電量調節部）
８露光装置（露光部）
１０中間転写ベルト
１００カラープリンタ（画像形成装置）

Claims

トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体の表面を一様に帯電する帯電部と，帯電処理された前記像担持体上に静電潜像を形成する露光部と，前記像担持体上にトナーを付与してトナー像を形成する現像機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する回収機能を備えた現像部と，像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部とを有し，現像とクリーニングとを併せて行う方式の画像形成装置において，
前記像担持体の回転方向の，前記帯電部よりも上流であって前記転写部よりも下流に位置し，前記像担持体上のトナーを回収する回収機能と，保持するトナーを吐き出す吐出機能とを備え，前記像担持体上のトナー量を所定値以下に調節するトナー量調節部と，
前記像担持体の回転方向の，前記帯電部よりも上流であって前記トナー量調節部よりも下流に位置し，前記像担持体に対して摺接配置された導電性発泡弾性体のパッド部材であって前記像担持体の長手方向に往復運動して前記像担持体の表面を研磨し，トナーの帯電極性を正規極性に揃えるトナー帯電量調節部とを有することを特徴とする画像形成装置。
請求項１に記載する画像形成装置において，
前記トナー量調節部に対して直流電圧と交流電圧とを重畳したバイアスを印加するバイアス印加部と，
前記バイアス印加部のバイアスのうちの，直流電圧Ｖｄｃ，交流ピーク間電圧Ｖｐｐ，交流電圧デューティ比，交流電圧周波数の少なくとも１つのパラメータを制御する制御部とを有し，
前記トナー量調節部は，前記像担持体に当接するブラシ部材であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１または請求項２に記載する画像形成装置において，
前記トナー量調節部は，前記像担持体に対してカウンタ回転するブラシ回転体であることを特徴とする画像形成装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載する画像形成装置において，
前記トナー量調節部は，前記像担持体上のトナーを一旦回収し，前記像担持体上のトナー量が所定値以下となるようにトナー吐出率を制御することを特徴とする画像形成装置。