JP4963381B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はクリーナレス方式の画像形成装置に関し、詳しくは、像担持体上の転写残トナーの帯電効率を高める方法に関する。

像担持体を囲んで配置された転写装置と帯電装置との間にクリーニング装置を配置しないクリーナレス方式の画像形成装置が実用化されている。クリーナレス方式では、現像バイアス電圧を印加されて像担持体上の画像形成領域（画像領域）にトナーを移動させる現像部材が、像担持体上のトナー像が形成されない非形成領域に付着した転写残トナーを同じ現像バイアス電圧によって現像部材へ移動させる。

現像装置は、通常、交流電圧を重畳した直流電圧の現像バイアス電圧を用いて動的な現像を行う。像担持体の表面と現像部材との間を正規な帯電極性に帯電したトナーが往復移動しつつ静電潜像の表面電位に応じた量だけ付着する。従って、像担持体上の非形成領域に付着した転写残トナーが正規な帯電極性に帯電している限り、動的な現像によって不必要な量の転写残トナーは、現像部材へ回収される。

しかし、転写残トナーは、正規な帯電極性に帯電したトナーを記録材や中間転写ベルトに引き寄せる転写装置の転写バイアス電圧に逆らって像担持体に残留している。従って、転写残トナーの多くは、帯電が不足しているか、正規な帯電極性とは逆の極性に帯電しており、正規な帯電極性に帯電したトナーのようには、動的な現像によって現像部材へ回収されない。

特に、高温高湿環境下や耐久時、画像比率の高い画像形成が連続して行われてトナー補給が多い場合、帯電が不足したトナーの割合が高まり、いわゆるかぶりトナーとして像担持体に大量に付着する。現像装置内の電荷が低い状態であるため、電荷付与が厳しい状態であるような環境下だからである。そして、かぶりトナーが像担持体に大量に付着すると、像担持体の正常な帯電や露光を妨げて画像形成品質が低下する。

そこで、クリーナレス方式の画像形成装置では、転写装置の下流側に帯電補助手段を配置して、帯電が不足した転写残トナーや逆の極性に帯電した転写残トナーを正常な帯電極性に帯電させている。

特許文献１には、負極性に帯電したトナーを用いて回転スリーブと感光体ドラムとの間で動的な現像を行うクリーナレス方式の画像形成装置が示される。ここでは、転写装置の下流側で感光体ドラムに接触させて、抵抗性の植毛を有するブラシ電極を配置し、転写バイアス電圧（正極性）とは逆極性の帯電補助バイアス電圧（負極性）を印加している。負極性の電圧を印加された抵抗性の植毛が転写残トナーを介して感光体ドラム表面に放電する過程で、帯電が不足した転写残トナーや正極性に帯電した転写残トナーを負極性に帯電させている。

特開２００５−２３４０３５号公報

特許文献１に示されるクリーナレス方式の画像形成装置では、転写装置の下流側に前露光装置や除電装置を配置して静電潜像（表面電位差）を解消した後に、ブラシ電極が転写残トナーを正規の帯電極性に帯電させている。

このため、転写装置とブラシ電極との間に「静電潜像を解消させるための装置」の配置スペースが必要となり、感光体ドラムを囲む各種装置の配置の自由度を妨げていた。前露光装置や除電装置は、専用の電源や取り付け構造を要するため、部品点数を増加させ、画像形成装置の小型化、低コスト化、省電力化を困難にする。

そこで、前露光装置や除電装置を配置せず、転写装置に続いて直ちにブラシ電極を感光体ドラムに接触させて転写残トナーを帯電させることが提案された。しかし、画像領域と非形成領域との表面電位差を解消することなくブラシ電極を接触させると、後述するように、紙間スペース等の非形成領域で、転写残トナーの帯電効率が低下することが判明した。

そこで、ブラシ電極に印加する帯電補助バイアス電圧を高めて、非形成領域における転写残トナーの帯電効率を高めることが提案された。しかし、ブラシ電極に印加する帯電補助バイアス電圧を高めると、後述するように、感光体ドラムの表面が過剰に帯電して画像メモリを発生することが判明した。画像メモリは、前回の静電潜像を完全に消去できないで次回の静電潜像に影響する現象であって、画像形成品質を低下させる。

本発明は、前露光装置や除電装置を配置することなく、また、画像メモリを発生することなく、転写残トナーの帯電効率を高めてかぶりトナーを効率的に除去し、画像形成品質を高め得るクリーナレス方式の画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、帯電された前記像担持体に静電潜像を形成するために像露光する書き込み手段と、形成された前記静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成するとともに前記像担持体から転写残トナーを除去する現像手段と、転写バイアス電圧を印加されて記録材上に形成する画像のトナー像を前記像担持体から転写する転写手段と、前記トナー像の転写後の前記像担持体に前記転写バイアス電圧とは逆極性の電圧を印加して前記像担持体上の転写残トナーを帯電させる帯電補助手段とを備え、前記帯電手段は、帯電補助手段に印加する電圧と同極性に前記像担持体を帯電させるものである。そして、前記像担持体における前記トナー像が形成されない非形成領域に対しては、前記トナー像が形成される画像領域に対するよりも絶対値の大きな前記転写バイアス電圧を印加するとともに、前記像担持体における前記トナー像が形成されない非形成領域に対しては、前記トナー像が形成される画像領域に対する電圧と同じ電圧を前記帯電補助手段により印加することにより、前記像担持体における前記トナー像が形成されない非形成領域に対しては、前記トナー像が形成される画像領域に対するよりも前記帯電補助手段に印加する電圧と前記転写バイアスとの電位差を大きくする。

本発明の画像形成装置では、転写バイアス電圧に引き付けられないで像担持体に残留した転写残トナーを、帯電補助手段が、転写バイアス電圧に引き付けられる正規の帯電極性に帯電させる。つまり、帯電補助手段は、転写バイアス電圧とは逆極性の電圧を転写残トナーを介して像担持体に放電し、放電過程で転写残トナーを帯電バイアス電圧とは逆極性に帯電させる。

転写手段は、トナー像が形成されない非形成領域に対しては画像領域に対するよりも高い転写バイアス電圧を印加して、非形成領域と画像領域とにおける静電潜像のコントラストを下げ、非形成領域と画像領域との表面電位差を小さくする。言い換えれば、高い転写バイアス電圧によって画像領域に画像メモリが発生することを回避して、非形成領域に限定した転写バイアス電圧による除電を行う。

従って、帯電補助手段では、非形成領域と画像領域とに対して同一の電圧を用いても、画像メモリを発生しない範囲で十分な放電電圧と格差の少ない放電電流とを確保して、転写残トナーを効率的に帯電できる。

以下、本発明の実施形態である画像形成装置１００について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の画像形成装置は、以下に説明する実施形態の限定的な構成には限定されない。帯電補助手段を用いて転写残トナーを正規の極性に帯電させる限りにおいて、各実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実現可能である。

第１実施形態では、感光体ドラムに形成したトナー像を中間転写ベルト上に重ね合わせてカラー画像を形成する画像形成装置を説明する。しかし、本発明の画像形成装置は、感光体ドラムに形成したトナー像を記録材に直接転写する画像形成装置でも実施できる。

本発明の画像形成装置は、プリンタに限らず、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、電子写真方式を用いた種々の用途の画像形成装置として実施可能である。

なお、特許文献１に示される画像形成装置の各部構成、動作の詳細については、繰り返しの煩雑を回避すべく、図示を省略して詳細な説明も省略する。

＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は感光体ドラム周辺の構成の説明図、図３は各種バイアス電圧の制御のタイムチャートである。図３中、各種バイアス電圧の名称は、「バイアス電圧」の表記を省略して記載しており、ＤＣは直流成分、ＡＣは交流成分を意味している。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト１６に沿って現像色の異なる画像形成ステーション１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを直列配置したタンデム方式のフルカラー画像形成装置である。循環駆動される中間転写ベルト１６を囲んで、画像形成ステーション１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、二次転写装置１７、分離装置１８、中間転写ベルトクリーニング装置１９が配置される。二次転写装置１７の上流側には、記録材Ｐを二次転写装置１７に向けて給紙する給紙装置２０が配置され、分離装置１８の下流側には、定着装置２１、及び排紙トレイ２２が配置されている。

中間転写ベルト１６の材料は、ＰＩ（ポリイミド樹脂）で形成され、厚さ５μｍ、表面抵抗効率１×１０^１１〜１０^１３Ω／□、体積低効率１×１０^９〜１０^１０Ω・ｃｍである。材料としては、ＰＶＤＦ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、ウレタンゴム、シリコーンゴムなどでもよい。中間転写ベルト１６は、駆動ローラ４１、テンションローラ４２、二次転写対向ローラ４３の３本のローラにより張架され、不図示のモータで回転される駆動ローラ４１により駆動されて循環する。

画像形成ステーション１ｄは、矢印方向に回転する感光体ドラム１１ｄに形成されたイエロー分解色の静電潜像を、現像装置１３ｄがイエローのトナーを用いてトナー像に現像する。画像形成ステーション１ａ、１ｂ、１ｃは、同様に、ブラック、シアン、マゼンタ、各分解色の静電潜像を感光体ドラム１１ａ、１１ｂ、１１ｃに形成して、それぞれブラック、シアン、マゼンタのトナーにより現像する。

感光体ドラム１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに形成された各分解色のトナー像は、先頭を合わせて重ね合わせて、矢印方向に循環する中間転写ベルト１６の表面に一次転写される。一方、中間転写ベルト１６上のトナー像の先頭とタイミングを合わせて、給紙装置２０から記録材Ｐが二次転写装置１７に供給される。二次転写装置１７は、中間転写ベルト１６上に一次転写された四原色のトナー像を記録材Ｐに一括して二次転写する。以上のように、感光体ドラム１１ａ〜１１ｄ上に同様に形成されたトナー像が、順次中間転写ベルト１６上に一次転写された後、二次転写装置１７により一括して記録材Ｐに二次転写される。

トナー像を二次転写された記録材Ｐは、分離装置１８において中間転写ベルト１６から分離されて定着装置２１に搬送される。定着装置２１は、記録材Ｐを加熱加圧してトナーを融着させ、記録材Ｐの表面にトナー像を定着処理する。トナー像を定着された記録材Ｐは、排紙トレイ２２に排出される。そして、二次転写処理において記録材Ｐに二次転写されずに中間転写ベルト１６上に残留した転写残トナーは、中間転写ベルトクリーニング装置１９でクリーニングブレードを接触させて回収される。

画像形成ステーション１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、現像装置のトナーが異なるのみで、同様に構成され、同様な手順を用いてトナー像を形成する。従って、以下では、添え字ａ〜ｄを除いて感光体ドラム１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ周辺構成を図示した図２を参照してトナー像の形成／一次転写プロセスを説明する。

＜各種バイアス電圧の制御＞
図２に示すように、画像形成装置１００は、現像同時クリーニング方式のクリーナレスシステムを構成し、帯電手段には帯電ローラ１２を、帯電補助手段には固定系の帯電ブラシ１５を用いている。像担持体である感光体ドラム１１は、矢印方向に回転して円周面にトナー像を形成する。画像形成装置１００の制御部４０に画像形成のジョブが指令されると、不図示のメインモータが起動して感光体ドラム１１が前回転を開始し、続いて画像形成を実行する。画像形成が終了すると感光体ドラム１１は後回転を行って停止する。

画像形成時、帯電電源３１から帯電バイアス電圧が帯電ローラ１２に印加されて、感光体ドラム１１の表面が所定の電位に帯電される。帯電した感光体ドラム１１の表面に露光装置２３がレーザビームを走査露光して静電潜像を形成する。静電潜像は、感光体ドラム１１の回転により現像装置１３の位置に来ると、回転スリーブ３３が担持するトナーに接触して現像され、顕像化されたトナー像が形成される。トナー像は、一次転写ローラ１４にトナーと逆極性の転写バイアス電圧を印加することで、中間転写ベルト１６に転写される。

感光体ドラム１１は、アルミシリンダの外周面に有機感光体（ＯＰＣ）やＡ−Ｓｉ、ＣｄＳ、Ｓｅ等からなる光導電体を塗布してなる。回転駆動される感光体ドラム１１を囲んで、帯電ローラ１２、露光装置２３、現像装置１３、一次転写ローラ１４、帯電ブラシ１５が配置されている。

帯電ローラ１２は、ＥＰＤＭ、ＮＢＲなどのイオン導電性あるいは電子導電性材料、レーヨン、ナイロン系、フッ素系の材料を使用する。形状については、ブラシローラや帯電ローラのものでもよく、抵抗値（常温常湿の初期抵抗）が１．０×１０^５〜１０^７Ωのものを使用している。帯電電源３１は、図３の（ｃ）、（ｄ）に示すように、−７００Ｖの直流電圧に１５００Ｖｐ−ｐの交流電圧を重畳した帯電バイアス電圧を帯電ローラ１２に出力して、感光体ドラム１１の表面を−７００Ｖ程度に一様に帯電させる。

露光装置２３は、各色濃度の画像データを展開した走査線データをパルス変調した走査線信号でレーザー光源を駆動し、出力ビームをポリゴンミラーに入射して感光体ドラム１１の表面を走査露光する。露光を受けた画素領域で電荷が漏出して帯電電位が低下することにより静電潜像が形成される。例えば最大濃度に露光されたベタ黒部分は−５０Ｖ程度にまで電位が低下し、露光されないベタ白部分は−７００Ｖに保たれる。

現像装置１３は、感光体ドラム１１の表面に近接配置した回転スリーブ３３の表面に担持させたトナーを静電気的に感光体ドラム１１の表面へ移動させて静電潜像をトナー像に現像する。現像装置１３内におけるトナーの正規の帯電極性は負極性であって帯電量は２５〜３５μＣ／ｍｇである。２０ｎｍのオイル処理シリカの含有率を３０％以下にしてトナーの流動性を上げ過ぎないようにしている。

現像電源３５は、図３の（ｅ）、（ｆ）に示すように、−５５０Ｖの直流電圧に１８００Ｖｐ−ｐの交流電圧を重畳した現像バイアス電圧を回転スリーブ３３に出力する。これにより、感光体ドラム１１の静電潜像には、−５５０Ｖとの電位差に対応する量だけ負極性に帯電したトナーが吸着する。感光体ドラム１１表面の−５５０Ｖ以下の部分にはトナーが付着せず、ベタ白となる。

一次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１６を介して感光体ドラム１１に圧接し、中間転写ベルト１６を正極性に帯電させて、感光体ドラム１１表面から負極性のトナーを引き付けて中間転写ベルト１６の表面に移動させ、保持する。転写電源３４は、図３の（ａ）に示すように、トナー像の一次転写に際して、５００Ｖの直流電圧である転写バイアス電圧（Ｖ２）を一次転写ローラ１４に出力する。

＜クリーナレスシステム＞
図４は転写バイアス電圧を変化させた場合の帯電ブラシにおける放電状態の説明図、図５は転写バイアス電圧と帯電ブラシ電流とにおける適正な設定範囲の説明図である。

転写処理で中間転写ベルト１６へ転写されずに感光体ドラム１１の表面に残留した転写残トナーの一部は、逆極性の正極性に帯電した反転トナーである。反転トナーは、帯電補助手段である帯電ブラシ１５との接触部を通過する過程で、電子注入されて正規の帯電極性である負極性に帯電される。帯電補助電源３２は、図３の（ｂ）に示すように、帯電補助バイアス電圧として、トナーの正規の帯電極性と同じ負極性である−１０００Ｖの直流電圧を帯電ブラシ１５に出力する。

帯電ブラシ１５は、抵抗性の植毛の先端を感光体ドラム１１の表面に接触させており、帯電した植毛がトナー粒子に接して１０００Ｖの放電を生じる際にトナー粒子が負極性に帯電する。植毛を構成する繊維には、例えば固定系ブラシでは導電性のレーヨン繊維が使用され、繊維の太さは６デニール、パイル長は５ｍｍ、繊維密度は１００ＫＦのものが使用される。植毛は、ナイロン繊維やポリエステル繊維などでも良く、繊維の太さは２〜１０デニール、パイル長は３〜８ｍｍ、繊維密度は５０〜５００ＫＦの範囲のものが望ましい。また、帯電補助手段の形状は、ブラシローラや帯電ローラなどでも良い。

正極性に帯電した転写残トナーは、ある一定以上の電位に接触させて、ある一定以上の放電を発生させることで、初めて、電荷を奪って（電子注入して）正規の帯電極性である負極性に帯電状態を反転できる。帯電状態を反転することによって、次回の現像装置１３では、転写残トナーが回転スリーブ３３に担持されたトナーと一体化して、回転スリーブ３３と感光体ドラム１１の表面との間を往復し、静電潜像を現像する。正規の帯電極性に帯電した転写残トナーは、負極性に帯電した帯電ローラ１２を汚すことなく通過して現像装置１３に回収される。

以上のように、感光体ドラム１１上に残留する転写残トナーを、現像装置１３と帯電ブラシ１５とを用いて回収することで、一次転写後の感光体ドラム１１の表面を現像装置１３が清掃するクリーナレスシステムが成立する。

ところで、感光体ドラム１１の表面の転写残トナーには、反転トナー以外に、現像装置１３内で十分に帯電付与されなかった未帯電トナー（いわゆるかぶりトナー）が存在する。かぶりトナーは、現像装置１３内のトナーの電荷が少ない状態で特に多く、高温高湿環境や耐久時、画像比率の多い画像が続いてトナー補給が多くなったときに、多く発生する。

従って、現像装置１３での回収率を高めるために、帯電ブラシ１５は、感光体ドラム１１の表面のかぶりトナーに対しても、電荷を奪って（電子注入して）正規の帯電極性である負極性に帯電させる必要がある。

そして、かぶりトナーは、通常、トナー像とトナー像との間隔、いわゆる紙間スペースのべた白部に多く存在する。そして、感光体ドラム１１の表面のべた白部は、上述したように、トナー像形成領域に比較して大きく負極性側に帯電しているため、帯電ブラシ１５の−１０００Ｖとの間で十分な放電電圧を確保できない。

そこで、帯電ブラシ１５に到達する以前に、感光体ドラム１１の紙間スペースの帯電状態を正極性側へシフトさせて、トナー像形成領域の表面電位に近付けることにより、帯電ブラシ１５ではトナー像形成領域並みの放電電圧を確保させている。

具体的には、図３の（ａ）に示すように、感光体ドラム１１の紙間スペースでは、トナー像形成領域に対するＶ２＝５００Ｖよりも高いＶ１＝７００Ｖの転写バイアス電圧が一次転写ローラ１４に印加される。

この結果、図４に示すように、転写ブラシ１５前の紙間スペースの帯電電位Ｖｓ１が転写バイアス電圧を５００Ｖとした場合よりも高くなり、帯電ブラシ１５との間で十分な放電電圧が確保される。十分な放電電圧によって帯電ブラシ１５を通じて十分なブラシ電流が流れ、感光体ドラム１１の表面のかぶりトナーを効率的に正規の帯電極性である負極性へ帯電できる。

なお、第１実施形態では、Ｖ１＝７００Ｖ、Ｖ２＝５００Ｖとしているが、図５に示すように、紙間スペースに対する転写バイアス電圧Ｖ１は、限界電圧Ｖｍ以下の転写メモリを生じない範囲で設定することが望ましい。転写バイアス電圧を高めると、かぶりトナーの帯電効率が高まるが、限界電圧Ｖｍを越える転写バイアス電圧を印加すると、転写メモリを発生して、限界電圧Ｖｍ以下の転写バイアス電圧を印加した部分との間で画像濃度がばらついてしまう。

転写メモリは、限界電圧Ｖｍを越える転写バイアス電圧に接した部分で、帯電ローラ１２で静電潜像を解消できなくなる、帯電ローラ１２を用いた一次帯電のばらつきを生じる、あるいは露光装置２３を用いた露光量と階調との関係が変化する等により発生する。第１実施形態では、本構成において転写メモリを生じないことを実験的に確認した７００Ｖとしている。

以上のように、第１実施形態では、連続通紙時の紙間スペースにおいて一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１を、画像領域に印加する転写バイアス電圧Ｖ２よりも高くする。これによって、帯電ブラシ１５によるかぶりトナーへの電荷付与をさらに効果的に行い、クリーナレスシステムにおける問題であるかぶりトナーに対する帯電効率の低さを解消できる。第１実施形態の制御は、現像剤の電荷が低いような環境下である、高温高湿環境下や耐久時、トナー補給の多い状態のときに特に効果を発揮する。

＜比較例の制御＞
近年、画像形成装置は小型化が進んできたが、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニング等の作像プロセスの各手段・機器が夫々小型になるだけでは画像形成装置の全体的な小型化には限界があった。また、転写後の感光体ドラム上の転写残トナーはクリーニング装置によって回収されて廃トナーとなるが、この廃トナーは環境保護の面からも出ないことが好ましい。

そこで、クリーナを取り外した「クリーナレスプロセス」の画像形成装置が出現している。クリーナレスプロセスでは、感光体ドラム上の転写残トナーは現像装置によって「現像同時クリーニング」で感光体ドラム上から除去される。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回画像形成で利用されるため、廃トナーをなくし、クリーナのメンテンナンスが不要である。クリーナレスであることでスペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できる。

クリーナレスプロセスで効率良く残留トナーを回収するために、帯電補助手段として帯電ブラシやファーブラシ、帯電ローラなどが、転写手段と帯電手段との間に配置される。そして、帯電補助手段にトナーと同極性のバイアスを印加することで、転写残トナーが帯電補助手段を通過する際に電荷を付与し、現像装置での回収性を向上させている。

しかし、高温高湿環境下や耐久時、画像比率の高い画像形成が連続して行われてトナー補給が多い場合では、現像器内の電荷が低い状態であるため電荷付与が不十分になってかぶりトナーが増加する。

図６は比較例の制御の説明図である。図６中、（ａ）は転写バイアス電圧を５００Ｖ一定とした場合、（ｂ）は転写バイアス電圧を５００Ｖ一定として帯電補助バイアス電圧を１３００Ｖに高めた場合である。

図２に示すように、紙間スペースは、トナーが付着しないべた白部なので、帯電ブラシ１５前の紙間スペースの帯電電位Ｖｓ１は、トナー像形成領域の帯電電位Ｖｇ１に比較して負極性側に大きくシフトしている。従って、図６の（ａ）に示すように、転写バイアス電圧を５００Ｖ一定に制御すると、紙間スペースにおける帯電ブラシ１５とのコントラスト電圧Ｖｓ１−Ｖｓ２は、トナー像形成領域におけるコントラスト電圧Ｖｇ１−Ｖｇ２よりも小さくなる。このため、紙間スペースでは、放電電圧が不足して、帯電ブラシ１５を通じて流れる電流量がトナー像形成部よりも少ないため、かぶりトナーに対する電荷付与は通常低い。

放電電圧の不足を補うために、単純に帯電ブラシ１５に印加する帯電補助バイアス電圧を１０００Ｖ→１３００Ｖに上げた場合、図６の（ｂ）に示すように、電荷付与能力は十分に与えられる。しかし、帯電ブラシ１５後のべた白部の電位が帯電ローラ１２で付与されるべた白部の電位Ｖｄを下回ってしまうので、帯電ローラ１２で感光体ドラム１１を一様に帯電できず、次回画像形成時に帯電ムラが発生してしまう。

また、別の解決方法としては、特許文献１に示されるように、一次転写ローラ１４と帯電ブラシ１５との間に前露光装置や除電装置を設けて、べた白部の帯電電位を解消することが考えられる。しかし、この方法では、一次転写ローラ１４と帯電ブラシ１５との間に上記装置の配置スペースが必要となり、部品点数や電源の増加を通じて、機器の小型化、低コスト化、省電力化の妨げとなる。

これに対して、第１実施形態では、紙間スペースの転写バイアス電圧Ｖ１＝７００Ｖ、画像領域の転写バイアス電圧Ｖ２＝５００Ｖと制御することにより、一次転写ローラ１４に除電装置を兼ねさせる。従って、一次転写ローラ１４と帯電ブラシ１５との間に装置の配置スペースが不要で、部品点数や電源を増やすことなく、べた白部の電位を上昇させて、帯電ブラシ１５におけるコントラスト電圧を稼ぐことができる。

転写電源３４は、元々出力電圧が可変で制御部４０によって電圧調整およびＯＮ−ＯＦＦ制御されるので、制御部４０における制御プログラムのわずかな変更のみで、このような制御は実施できる。

そして、紙間スペースで十分な放電電圧を確保して、帯電ブラシ１５を通じて流れる電流量を増すことにより、かぶりトナーに対する電荷付与を高めることができる。除電手段に係るスペースやコストを無くして、感光体ドラム１１を含んでユニット化された交換カートリッジの小型化や低コスト化が実現できる。トナーへの電荷付与能力を高めて、装置の小型化や低コスト化を実現できる。

＜第２実施形態＞
図７は第２実施形態における転写バイアス電圧の制御の説明図、図８は各種バイアス電圧の制御のタイムチャートである。図８中、各種バイアス電圧の名称は、共通なバイアス電圧の表記を省略して記載しており、ＤＣは直流成分、ＡＣは交流成分を意味している。第２実施形態の画像形成装置は、第１実施形態の画像形成装置と同一に構成され、一次転写ローラに印加する転写バイアス電圧の制御だけを、図８に示すように一部異ならせている。従って、図１、図２を参照して説明し、共通する構成部材や制御については詳細な説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態では、第１実施形態と同様に、画像形成時の転写バイアス電圧Ｖ２よりも一段高い転写バイアス電圧Ｖ１を非画像形成時の一次転写ローラ１４に印加する。これにより、非画像形成時のべた白部の帯電電位を画像領域の帯電電位に近付けて、帯電ブラシ１５におけるコントラスト電圧を確保し、放電電流を増やしてかぶりトナーの帯電効率を高めている。ただし、非画像形成時は、第１実施形態のような紙間スペースではなく、画像形成終了後の後回転時である。

図２に示すように、画像形成のジョブが終了すると、制御部４０は、感光体ドラム１１の後回転を開始する。図８の（ａ）に示すように、制御部４０は、転写電源３４を制御して、後回転の前半、一次転写ローラ１４に印加する電圧を、画像形成時の転写バイアス電圧Ｖ２＝５００Ｖよりも高い転写バイアス電圧Ｖ１＝７００Ｖにする。

その後、制御部４０は、一次転写ローラ１４に印加する電圧を０Ｖとした後に、図８の（ｂ）〜（ｆ）に示すように、各種バイアス電圧もＯＦＦし、数回転の後に、感光体ドラム１１も停止させる。

第２実施形態では、画像形成時の後回転において一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１と、画像形成時に印加する転写バイアス電圧Ｖ２との関係を、Ｖ１＞Ｖ２とする。これにより、感光体ドラム１１の外周全体におけるかぶりトナーを効率的に負極性に帯電し、帯電ローラ１２に付着させることなく現像装置１３にかぶりトナーを到達させる。そして、べた白部分の表面電位と回転スリーブ３３の表面電位との電位差を利用して、回転スリーブ３３にかぶりトナーを回収できる。

以上のように、第２実施形態では、画像形成終了後の後回転において一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１を、画像形成時に印加する転写バイアス電圧Ｖ２よりも高くする。これによって、帯電ブラシ１５によるかぶりトナーへの電荷付与をさらに効果的に行い、クリーナレスシステムにおける問題であるかぶりトナーに対して解決する画像形成装置を提供する。

第２実施形態は、画像形成のジョブが終了するごとに、まとめてかぶりトナーのクリーニングを行い、紙間スペースでは、転写バイアス電圧を変更しない。従って、感光体ドラム１１の表面電位の撹乱要因を減らして濃度階調を精密に制御でき、特に高画質な画像を形成する場合に適している。

＜第３実施形態＞
図９は第３実施形態における各種バイアス電圧の制御のタイムチャートである。図９中、各種バイアス電圧の名称は、共通なバイアス電圧の表記を省略して記載しており、ＤＣは直流成分、ＡＣは交流成分を意味している。第３実施形態の画像形成装置は、第１実施形態の画像形成装置と同一に構成されるので、図１、図２を参照して説明し、共通する構成部材や制御については詳細な説明を省略する。

第３実施形態では、図９に示すように各種バイアス電圧を制御して前回転を行って画像形成を開始する。そして、画像形成時の前回転時に一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１と、画像形成時に印加する転写バイアス電圧Ｖ２との関係をＶ１＞Ｖ２とすることで、かぶりトナーに対する問題を解決する。

図２に示すように、画像形成のジョブが指令されると、制御部４０は、感光体ドラム１１の前回転を開始して、図９の（ｂ）〜（ｆ）に示すように、各種バイアス電圧を立ち上げる。その後、図９の（ａ）に示すように、制御部４０は、転写電源３４を制御して転写バイアス電圧Ｖ１＝７００Ｖを立ち上げて一次転写ローラ１４に印加し、画像形成の開始とともに、画像形成時の転写バイアス電圧Ｖ２＝５００Ｖに低下させる。

以上のように、第３実施形態では、画像形成の前回転において一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１を、画像形成時に印加する転写バイアス電圧Ｖ２よりも高くする。これにより、帯電ブラシ１５によるかぶりトナーへの電荷付与をさらに効果的に行い、クリーナレスシステムにおける問題であるかぶりトナーに対して解決する画像形成装置を提供する。第３実施形態の制御は、特に現像剤の電荷が低いような環境下である、朝一状態や放置後などの場合に効果を発揮する。

＜第４実施形態＞
第４実施形態の画像形成装置は、第１実施形態の画像形成装置と同一に構成されるので、図１、図２を参照して説明し、共通する構成部材や制御については詳細な説明を省略する。また、第４実施形態では、図９を参照して説明した前回転時の転写バイアス電圧の制御を経て画像形成を開始し、画像形成（連続通紙）時は、図３を参照して説明した紙間スペースでの転写バイアス電圧の制御を行う。そして、画像形成のジョブが終了すると図８を参照して説明した後回転時の転写バイアス電圧の制御を行う。

図２に示すように、制御部４０は、画像形成時のジョブが指令されると、図９の（ａ）〜（ｆ）に示されるように前回転を制御して画像形成を開始する。そして、画像形成中、制御部４０は、図３の（ａ）〜（ｆ）に示されるように、連続通紙時の各種バイアス電圧を制御する。さらに、画像形成が終了すると、図８の（ａ）〜（ｆ）に示すように、後回転を制御して画像形成のジョブを終了する。第４実施形態では、画像形成時に加えて前回転時と後回転時において一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１と、画像形成時の画像領域に印加する転写バイアス電圧Ｖ２との関係をＶ１＞Ｖ２とする。

以上のように第４実施形態では、連続通紙時の紙間スペース、前回転時、後回転時のいずれにおいても一次転写ローラ１４に印加する転写バイアス電圧Ｖ１を、画像領域に印加する一次転写バイアス電圧よりも高くする。これにより、帯電ブラシ１５によるかぶりトナーへの電荷付与をさらに効果的に行い、クリーナレスシステムにおける問題であるかぶりトナーに対して解決する画像形成装置を提供する。第４実施形態の制御は、特に現像剤の電荷が低いような環境下で効果を発揮する。

＜発明との対応＞
第１実施形態の画像形成装置１００は、静電潜像が形成される感光体ドラム１１と、静電潜像の形成に先立たせて感光体ドラム１１を帯電する帯電ローラ１２と、帯電された感光体ドラム１１に静電潜像を書き込む露光装置２３を備える。更に、書き込まれた静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成するとともに感光体ドラム１１の表面の転写残トナーを除去する現像装置１３を備える。加えて転写バイアス電圧を印加されてトナー像を感光体ドラム１１から転写する一次転写ローラ１４と、トナー像の転写後の感光体ドラム１１の表面に転写バイアス電圧とは逆極性の電圧を印加して転写残トナーを帯電させる帯電ブラシ１５とを備える。そして、制御部４０は、転写電源３４を制御して、前記表面におけるトナー像が形成されない非形成領域に対しては、画像領域に対するよりも絶対値の大きな転写バイアス電圧を印加する。

画像形成装置１００では、転写バイアス電圧に引き付けられないで感光体ドラム１１に残留した転写残トナーを、帯電ブラシ１５が、転写バイアス電圧に引き付けられる正規の帯電極性に帯電させる。正規に帯電した転写残トナーは、現像装置１３で通常のトナーの一部として挙動してトナー像が形成されない非形成領域から除去される。

帯電ブラシ１５は、帯電バイアス電圧とは逆極性の電圧を、転写残トナーを介して感光体ドラム１１に放電し、放電過程で転写残トナーを帯電バイアス電圧とは逆極性に帯電させる。

一次転写ローラ１４は、トナー像が形成されない非形成領域に対しては画像領域に対するよりも高い転写バイアス電圧を印加して、非形成領域と画像領域との間の静電潜像のコントラストを下げ、非形成領域と画像領域との表面電位差を小さくする。

従って、帯電ブラシ１５では、非形成領域と画像領域とに対して同一の帯電補助バイアス電圧を用いても、画像メモリを発生しない範囲で十分な放電電圧と格差の少ない放電電流を確保して、転写残トナーを効率的に帯電できる。言い換えれば、トナー像が形成されない非形成領域では高い転写バイアス電圧を印加しても帯電電位が逆転する転写メモリの形成には至らないので、一次帯電の解消を優先した高い転写バイアス電圧を印加する。

言い換えれば、トナー像が形成されない非形成領域では、露光書き込みによる帯電電位のシフトが無いので、一次帯電の電位を想定した大きな転写バイアス電圧を印加しても表面電位極性が反転しない。このため、帯電電位の回復を優先した大きな転写バイアス電圧を印加することが可能である。

また、画像領域に関しては転写残トナーの帯電効果は改善されないが、感光体ドラム１１は、画像領域も非形成領域も感光体ドラム１１の一周を越える長さなので、感光体ドラム１１の全周にわたるかぶりトナーの帯電効果がある。フルカラー画像の画像領域にはべた白部分が多くないので回収できる転写残トナーも限られ、非形成領域だけから転写残トナーを回収した場合でも、前露光装置や前帯電装置を配置して全領域で回収した場合と遜色の無い回収効果が得られる。

なお、トナーの正規の帯電極性が正極性の場合、一次転写ローラ１４には負極性の転写バイアス電圧が印加され、帯電ブラシ１５には正極性の帯電補助バイアス電圧が印加されるので、かぶりトナーは、電荷注入されて正極性に帯電する。

第１実施形態における非形成領域は、記録材に転写されるトナー像の間隔領域である。

第３実施形態における非形成領域は、最初の画像のトナー像以前に一次転写ローラ１４を通過する感光体ドラム１１の表面領域の一例としての前回転時である。

第２実施形態における非形成領域は、最後の画像のトナー像以後に一次転写ローラ１４を通過する感光体ドラム１１の表面領域の一例としての後回転時である。

第１実施形態の画像形成装置１００は、一次転写ローラ１４によって前記感光体ドラム１１からトナー像を一次転写される抵抗性の中間転写ベルト１６を備える。一次転写ローラ１４は、中間転写ベルト１６を介して感光体ドラム１１に圧接された抵抗性のローラ部材である。紙間スペースで一次転写ローラ１４に印加する直流電圧をＶ１とし、画像領域で一次転写ローラ１４に印加する直流電圧をＶ２とする。このとき、１．０×Ｖ２
＜ Ｖ１ ＜ １．５×Ｖ２とすることで、転写メモリを防止できることが実験的に確認されている。

帯電極性が正極性に反転した転写残トナーは、負極性の帯電バイアス電圧を印加された帯電ローラ１２に付着して帯電機能を損なわせるが、帯電ブラシ１５が転写残トナーを負極性に反転するので、帯電ローラ１２に付着しなくなる。

第１実施形態では、直流電圧を印加した一次転写ローラ１４を用いて感光体ドラム１１からトナー像を転写させる。その後、前記直流電圧とは逆極性の帯電電圧を印加した抵抗性の植毛を有する帯電ブラシ１５を感光体ドラム１１に接触させて転写残トナーを帯電させる。トナー像の非転写時にも一次転写ローラ１４に直流電圧を印加するとともに、前記非転写時の前記直流電圧は、前記トナー像の転写時よりも高い。

帯電ブラシ１５は、一次転写ローラ１４により転写された後、感光体ドラム１１上に残留したトナーをトナーの正規の帯電極性と同極性に帯電させる繊維で構成された固定系のブラシである。しかし、帯電補助手段は、ロール状の回転体ブラシ、例えば中間転写ベルトクリーニング装置等に多用されているいわゆるファーブラシとしてもよい。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 感光体ドラム周辺の構成の説明図である。 各種バイアス電圧の制御のタイムチャートである。 転写バイアス電圧を変化させた場合の帯電ブラシにおける放電状態の説明図である。 転写バイアス電圧と帯電ブラシ電流とにおける適正な設定範囲の説明図である。 比較例の制御の説明図である。 第２実施形態における転写バイアス電圧の制御の説明図である。 各種バイアス電圧の制御のタイムチャートである。 第３実施形態における各種バイアス電圧の制御のタイムチャートである。

符号の説明

１１ 像担持体（感光体ドラム）
１２ 帯電手段（帯電ローラ）
１３ 現像手段（現像装置）
１４ 転写手段（一次転写ローラ）
１５ 帯電補助手段（帯電ブラシ）
１６ 中間転写部材（中間転写ベルト）
１７ 二次転写装置
１８ 分離装置
２１ 定着装置
２３ 露光装置
３２ 帯電補助電源
３４ 転写電源
３５ 現像電源
４０ 制御部
１００ 画像形成装置

Claims (4)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電手段と、
   帯電された前記像担持体に静電潜像を形成するために像露光する書き込み手段と、
   形成された前記静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成するとともに前記像担持体から転写残トナーを除去する現像手段と、
   転写バイアス電圧を印加されて記録材上に形成する画像のトナー像を前記像担持体から転写する転写手段と、
   前記トナー像の転写後の前記像担持体に前記転写バイアス電圧とは逆極性の電圧を印加して前記像担持体上の転写残トナーを帯電させる帯電補助手段と、を備え、
   前記帯電手段は、帯電補助手段に印加する電圧と同極性に前記像担持体を帯電させる画像形成装置において、
   前記像担持体における前記トナー像が形成されない非形成領域に対しては、前記トナー像が形成される画像領域に対するよりも絶対値の大きな前記転写バイアス電圧を印加するとともに、
   前記像担持体における前記トナー像が形成されない非形成領域に対しては、前記トナー像が形成される画像領域に対する電圧と同じ電圧を前記帯電補助手段により印加することにより、
   前記像担持体における前記トナー像が形成されない非形成領域に対しては、前記トナー像が形成される画像領域に対するよりも前記帯電補助手段に印加する電圧と前記転写バイアスとの電位差を大きくすることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記非形成領域は、記録材に形成されるトナー像間の領域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. 前記非形成領域は、
   （１）最初の画像のトナー像以前に前記転写手段を通過する前記像担持体の表面領域、
   （２）最後の画像のトナー像以後に前記転写手段を通過する前記像担持体の表面領域、
   の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記転写手段によって前記像担持体からトナー像を一次転写される表面抵抗効率１×１０ ^１１ Ω／□以上１×１０ ^１３ Ω／□以下であって体積低効率１×１０ ^９ Ω・ｃｍ以上１×１０ ^１０ Ω・ｃｍ以下である中間転写ベルトを備え、
   前記転写手段は、前記中間転写ベルトを介して前記像担持体に圧接された転写ローラであって、
   前記非形成領域で前記転写ローラに印加する直流電圧をＶ１とし、前記画像領域で前記転写ローラに印加する直流電圧をＶ２としたとき、
   １．０×Ｖ２ ＜ Ｖ１ ＜ １．５×Ｖ２
   であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の画像形成装置。

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