JP5053602B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いたクリーナレス方式の画像形成装置に関する。より詳しくは、転写プロセス後の像担持体上に残留する現像剤（トナー）を現像装置によって像担持体上から除去、回収し、再利用するようにしてクリーニング装置を廃した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を用いた画像形成装置の一例を図１１に示す。本例に示すように、画像形成装置１００は、像担持体として一般的にドラム状とされている感光体１の表面を帯電装置２により一様に帯電させる。次いで、帯電した感光体１を露光装置３によって画像情報に応じて露光し、感光体１上に静電潜像を形成する。

感光体１に形成された静電潜像は、現像剤担持体４１を備えた現像装置４を用いて現像剤によって顕像化し、現像像（即ち、トナー像）とする。そして、トナー像は、転写装置５によって記録媒体Ｓへ転写される。その後、記録媒体Ｓ上に転写されたトナー像を定着装置６によって熱及び圧力で記録媒体Ｓへと溶融定着する。そして、上記転写プロセス後に感光体１上に残留したトナーを、クリーニングブレード７１等を備えたクリーニング装置７によって取り除き、さらに除電装置８によって感光体１上に残留した電荷を除去することで感光体１は、次回の画像形成プロセスに備える。

一般に、クリーニング装置７により感光体１表面から取り除かれた転写残トナーは、クリーニング装置７に連結して設けられている廃トナー回収容器（図示せず）に収容される。耐久寿命が長い画像形成装置とするためにはこの容器を大型にする必要があり、装置の小型化の点でデメリットとなる。

そこで、廃トナー回収容器を有するクリーニング装置７を廃し、転写プロセス後の感光体１上の転写残トナーを現像装置４において「現像同時クリーニング」で感光体１上から除去、回収し、再利用するようにしたクリーナレス方式の画像形成装置がある。

「現像同時クリーニング」は、転写後の感光体１上の転写残トナーを、次プロセス以降の現像プロセス時に回収する。即ち、引き続き感光体１を帯電し、露光して静電潜像を形成する。その後、この静電潜像を現像する現像プロセスで、かぶり取りバイアスによって、現像されるべきではない感光体１上の部分（未露光部＝非画像部）に存在する転写残トナーを現像装置４に回収する。かぶり取りバイアスとは、現像装置４、即ち、現像剤担持体４１に直流電圧を印加することで発生する現像バイアスと感光体１上の非画像部の表面電位との間の電位差Ｖｂａｃｋをいう。

この方法によれば、転写残トナーは、現像装置４に回収されて次プロセス以降の静電潜像の現像に再利用される。そのため、廃トナーをなくし、又メンテナンスに手を煩わせることも少なくすることができ、廃トナー容器が無いことで画像形成装置の小型化にも有利である。

上述のクリーナレス方式の画像形成装置は、現像剤として重合法において生成された球形トナーを用いることによって良好に達成される。重合法によって生成された球形トナーによって、クリーナレスプロセス又は現像同時クリーニングによるトナー再利用プロセスが達成できる理由を、トナーと感光体１との付着力に注目して以下に説明する。

トナーが現像プロセスにおける現像バイアスや潜像電位によって感光体１に付着すると、感光体１の表面に接触したトナーに働く主な力としては、鏡映力とファンデルワールス力とがある。

鏡映力は、電荷量とその距離に大きく依存する。従来の粉砕によって生成された粉砕トナーは、その表面には凹凸があり、摩擦帯電により、凸部が集中的に帯電される。これに対して重合法によって生成された重合トナーは、その表面が球形又は球形に近い形状を有するため、表面が均一に帯電される。そして、粉砕トナーにおいては、凸部が接触し、非常に近接した領域に多くの電荷が存在するために、鏡映力は増大する。しかし、重合トナーのように球形をしていると、接触状態はほとんど点状になり、且つ、表面に均一に帯電している。従って、近接領域の電荷量が少ないため、粉砕トナーに比べ鏡映力も小さくなる。

又、粉砕トナーを用いた場合には、多くのトナーの中には上述のような凸部で接触するトナーが多数存在し、ファンデルワールス力はより最近接領域が影響し、平面で接触するような状態では非常に大きくなる。このことから、この場合にはファンデルワールス力は非常に大きくなる。これに対して、重合トナーは表面形状が球状であるためトナーは、ほとんど点で接触する。よって、ファンデルワールス力も重合トナーの方が小さくなる。

以上の理由から、球形に近い重合トナーの場合、感光体１に対する付着力（鏡映力、ファンデルワールス力）が小さくなる。そのため、転写における転写残トナーが少なく、且つ、現像同時クリーニング時のトナーの回収効果が大きくなり、クリーナレス及び現像同時クリーニングが可能となる。

例えば、特許文献１などに記載されるような、転写プロセス後の感光体１上の転写残トナーを現像装置４において現像同時クリーニングで除去、回収して再利用する、中間転写体５１を備えたクリーナレス方式の画像形成装置の一例を、図２を参照して説明する。

本例にて、感光体１の帯電装置２は、感光体１に当接して感光体表面を帯電処理する接触帯電装置とされる。この場合には、感光体１上の転写残トナーが感光体１と接触帯電装置２のニップ部である帯電部Ｔを通過する際に、転写残トナーの中の特に帯電極性が正規極性とは逆極性に反転しているトナーが接触帯電装置２に付着する。これによって、接触帯電装置２を許容以上にトナー汚染させる。

また、接触帯電装置２にも回収されず、感光体１上に逆極性に反転しているトナーが感光体１を汚染する。その感光体１に付着したトナーや接触帯電装置２に付着したトナーが接触帯電装置２と感光体１との接触圧によって溶融してフィルミングなどの汚染が発生する。フィルミングとは、溶融したトナーが強固に付着した状態のことを言う。これらの現象は帯電不良の原因となり、画像形成装置の寿命短縮、及び画像品質の低下を招いてしまう。

すなわち、現像剤としてのトナーには、量的には少ないけれども、帯電極性がもともと正規極性とは逆極性に反転しているトナーが混在している。また、帯電極性が正規極性のトナーであっても、転写バイアスなどに影響されて帯電極性が反転するものや、除電されて帯電量が少なくなるものもある。

従って、転写残トナーには、逆極性の反転トナー、正規極性で帯電量が少ないもの、正規極性のものが混在している。そのうちの反転トナーや帯電量が少ないトナーが特に帯電ニップ部（帯電部）Ｔを通過する際に感光体１と接触帯電装置２に非静電的な力で付着しやすい。そのため、感光体１上の転写残トナーを現像装置４の現像同時クリーニングにて除去、回収するためには、次のことが重要である。

即ち、帯電部を通過して現像部に持ち運ばれる感光体１上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、且つ其の帯電量が現像装置４によって感光体１の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光体１上から現像装置４に除去、撤去が難しく、感光体１、接触帯電装置２の汚染や、不良画像の原因となってしまう。

反転トナーは、感光体１の作像領域のコントラスト電位（Ｖｃｏｎｔ）で現像装置４に回収するか、又は、ブラシ状の帯電補助装置８で帯電極性を正規極性に戻すことでのみ感光体１上から除去、回収が可能である。ここで、作像領域のコントラスト電位（Ｖｃｏｎｔ）とは、感光体上の画像部の表面電位と、現像剤担持体の電位との電位差のことである。反転トナーは逆極性のトナーであるため、現像剤担持体から感光体に正規極性のトナーが転移可能な電位差が感光体と現像剤担持体間に設けられていれば、反転トナーは感光体から現像剤担持体に転移することができる。よって、例えば図６（ｂ）のように、前述のＶｃｏｎｔが設定されていれば、感光体上の反転トナーを現像剤担持体に回収できる。しかし、この時、反転トナーを回収するのと同時に、正規極性のトナーの感光体への転移も起こってしまう。反転トナーを回収するにあたり、作像領域全面をカバーする画像かそれに近い画像を作像しなければ、感光体１上に点在する反転トナーを全て回収することは難しい。そして、全面ベタ画像を作像すれば、正規極性を帯びたトナーを大量に消費しなければならないため、廃トナーが大量に発生してしまう。

また、連れまわりトナーを回収し、正規極性に再帯電する帯電補助装置８も耐久枚数が増すにつれて、保持するトナーや外添剤が増加して帯電補助装置８の電流量が低下する傾向がある。そのため、耐久が進んだ場合や、一度に大量の転写残トナーが通過した場合、全ての反転トナーを正規極性に戻すことが難しい。

また、反転トナーを感光体１から除去する方法として、特許文献２に開示されているように、一次転写部Ｎ１に通常の画像形成時と逆のバイアスを印加して、反転トナーを中間転写体上に転写して中間転写体クリーナで回収するという方法もある。しかし、逆バイアスを印加する手段に関するコストがかかる点、反転トナーを回収せずに廃棄してしまう点から好ましくない。
特開平９−１４６３３４号公報 特開２００４−２５２１８０号公報

そこで、本発明の目的は、像担持体上に付着した逆極性の現像剤を効率的に現像装置内部に回収することが可能な画像形成装置を提供することである。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
像担持体と、
前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、
前記帯電した前記像担持体表面を露光して静電像を形成する露光手段と、
前記像担持体上の静電像を現像して現像像とするために、現像剤を担持し搬送する回転可能な現像剤担持体を備えた現像手段と、
前記像担持体上の現像像を転写位置にて中間転写体に転写し、該中間転写体に転写された現像像を転写媒体に転写する転写手段と、
を有し、転写時に転写されずに前記像担持体上に残存した現像剤を前記現像手段によって回収する画像形成装置において、
非画像形成時において、正規の極性とは逆極性の現像剤を前記像担持体から前記現像剤担持体に転移可能な電位差を前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成し、前記像担持体を駆動し、且つ前記現像剤担持体の回転を画像形成時の回転速度よりも遅い速度で回転させて、前記像担持体上の前記逆極性の現像剤を回収する現像剤回収モードが実行可能であって、
前記現像剤回収モードにおいて、前記現像手段から現像されたトナーは、前記転写手段にて前記中間転写体に転写されるとともに前記中間転写体に設けられたクリーナーで回収されることを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、像担持体上に付着し逆極性に帯電した現像剤を現像装置で回収する効率を向上し、画像不良の発生を防止することができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

実施例１
［画像形成装置の全体構成］
先ず、本実施例の画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。本実施例にて、画像形成装置は、中間転写方式及び現像同時クリーニング方式を用いた画像形成装置とされ、その全体構成を図１に示す。

本実施例の画像形成装置２００は、４連タンデム式の画像形成装置であり、複数の画像形成部Ｐを有する。本実施例では、画像形成部Ｐは、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する第１、第２、第３、第４の画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）にて構成される。本実施例では、転写装置５を構成する中間転写体５１が図示矢印方向に移動して各画像形成ステーションＰを通過する間に、中間転写体５１上に各画像形成ステーションＰにおいて各色の画像が重ねられる。この中間転写体５１上で重ね合わされた多重トナー像を記録媒体としての転写紙のような記録材Ｓに転写することで記録画像が得られる。これら中間転写体及び記録媒体を、合わせて転写媒体と呼ぶ。

本実施例では、各画像形成ステーションＰの構成は、現像色が異なる以外は実質的に同一とされる。従って、以下、特に区別を要しない場合は、何れかの画像形成ステーションＰに属する要素であることを示すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略し、総括的に説明する。また、各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）は、先に図２を参照して説明した画像形成装置と同様の構成とされる。

つまり、図１及び図２にて、画像形成ステーションＰは、像担持体として、本実施例では，表層が負極性に帯電するＯＰＣ（有機光半導体）からなる円筒型の像担持体（以下、「感光ドラム」という。）１を有している。感光ドラム１は、矢印方向へ回転駆動される。又、帯電手段としての帯電装置２が、感光ドラム１に接触して設置されている。本実施例では、帯電装置２は、接触帯電装置として帯電ローラ２を有し、これに帯電バイアス電圧を印加することにより感光ドラム１を帯電させる。露光手段としての露光装置３は、帯電装置２に対し、感光ドラム１の回転方向下流側で感光ドラム１の表面を露光し、静電像を形成する。本実施例では、露光装置３は、レーザ光源、ポリゴンミラーなどを備えるレーザ走査露光光学系である。

現像装置４は、感光ドラム１の露光位置より更に下流側に、感光ドラム１と隣接するように設置されている。本実施例では、現像装置４は、現像剤として、主に樹脂トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを備える２成分現像剤を用いている。現像剤は、マグネットを内蔵したローラ型の現像剤担持体（現像スリーブ）４１上に担持され、現像剤層厚規制部材である現像ブレード４２で規制されて、感光ドラム１へと搬送される。つまり、現像スリーブ４１上に現像剤による磁気ブラシを形成し、これを感光ドラム１上に接触させる。同時に、現像スリーブ４１に電源Ｓ４より現像バイアス電圧を印加して、現像スリーブ４１と感光ドラム１との間の電界によって、磁気ブラシ中のトナーを静電像に応じて感光ドラム１へと転移させ、現像像、即ち、トナー像を形成する。

本実施例では、負極性に帯電するトナーを用いて反転現像を行う。反転現像とは、マイナスに一様帯電した感光体の表面に対し、画像信号に応じた露光を行なう事で電位を低下させて潜像を形成し、この潜像を負極性トナーで現像する方式である。又、トナーホッパー（トナー供給手段）４３は、トナーバッファ４４を経由して、現像装置４に必要な量のトナーを随時供給する。

転写装置５を構成する、中間転写体としての中間転写ベルト５１は、張架ローラ５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）、バックアップローラ５５等で張架され、感光ドラム１に接触しながら、矢印方向に移動（回転駆動）される。中間転写ベルト５１は、一次転写手段としての一次転写ローラ５２と感光ドラム１との間に挟み込まれ、これにより、感光ドラム１と中間転写ベルト５１との間に一次転写ニップ部（一次転写部）Ｎ１（Ｎ１Ｙ、Ｎ１Ｍ、Ｎ１Ｃ、Ｎ１Ｋ）が形成される。二次転写手段としての二次転写ローラ５３は、バックアップローラ５５に対向して設置されており、中間転写ベルト５１との間に二次転写ニップ部（二次転写部）Ｎ２を形成する。

画像形成装置２００は、記録材Ｓの供給手段として、記録材Ｓを収納したカセット９、及び、給紙搬送ローラ９１などによってカセット９から給搬送された記録材Ｓを二次転写ニップ部Ｎ２に供給するレジストローラ９２などを有する。記録材Ｓの搬送方向において、二次転写ニップ部Ｎ２よりも下流側に定着装置６が配置されている。又、中間転写体クリーナ５６が二次転写ニップ部Ｎ２より中間転写ベルト５１の移動方向において下流側に設けられている。

更に、本実施例においては、図２に示すように、一次転写部Ｎ１よりも感光ドラム回転方向下流側の位置に帯電補助装置８として感光ドラム１上の転写残トナーの帯電量を均一化するためのブラシ状の残留現像剤像均一化手段（上流帯電補助手段）８１を設ける。また、この上流帯電補助手段８１よりも感光ドラム回転方向下流側で、帯電ローラ２よりも感光ドラム１回転方向上流側の位置に、転写残トナーが現像装置４で回収されるように再帯電を補助する残留現像剤像帯電量制御手段（下流帯電補助手段）８２を設ける。

上述の構成の画像形成装置２００の動作について説明する。

感光ドラム１は、矢印方向に回転駆動され、帯電ローラ２により表面が一様にマイナスに帯電された後、露光装置３により露光が行われて、入力原稿を色分解した分版画像に対応した静電潜像がその表面に形成される。感光ドラム１の表面に形成されたトナー像は、感光ドラム１と同じ速度で回転している中間転写ベルト５１上に、一次ニップ部Ｎ１にて１次転写ローラ５２の作用によって一次転写される。

以上の動作を各画像形成ステーションＰ（ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ）において行い、各感光ドラム１上に形成されたトナー像が、中間転写ベルト５１に順次多重転写される。フルカラーモードの場合は、中間転写ベルト５１に対してＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の順でトナー像が一次転写される。単色や、２〜３色モードの場合も、必要な色のトナーが前述と同様のプロセスで、順に中間転写ベルト５１上に多重転写される。そして、多重転写された合成トナー像は、レジストローラ等によって二次転写ニップ部Ｎ２に供給された記録材Ｓに対して、二次転写ローラ５３の作用により二次転写される。そして、トナー像が二次転写された記録材Ｓは、定着装置６にて加熱・加圧されて表面にトナー像が定着され、排紙トレー９２へと送出される。

一方、一次転写後の感光ドラム１上のトナー像は、帯電補助装置８である上流補助ブラシ（上流帯電補助手段）８１によって逆極性に均一に帯電される。その後、同じく帯電補助装置８である下流補助ブラシ（下流帯電補助手段）８２によって帯電ローラ２に転写残トナーが付着しないように正規極性に帯電される。次いで、現像装置４による現像動作中にＶｂａｃｋによって現像装置４内に回収し、十分に攪拌されてから画像形成に再び供される。Ｖｂａｃｋとは、感光体上の非画像部の電位と、現像スリーブに印加される直流電圧（Ｖｄｃ）との電位差のことである。又、記録材Ｓへの二次転写を終えた中間転写ベルト５１は、その表面に付着している二次転写残トナーが、クリーニングブレードを有する中間転写体クリーナ５６によって除去され、回収される。

［プロセス動作］
（ａ）ドラム・帯電
本実施例では、感光ドラム１は、負極性に帯電する有機光導電体（ＯＰＣ）であり、外径約３０ｍｍ、プロセススピード１３０ｍｍ／ｓｅｃで、図２、図３にて反時計方向に回転する。

帯電ローラ２は、芯金の両端部を回転自在に保持され、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接されており、感光ドラム１の回転に従動して回転する。

本実施例では、帯電ローラ２に電源Ｓ１より直流電圧；−５５０Ｖと、交流電圧；周波数１３００Ｈｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ１３００Ｖの正弦波を重畳した振動電圧を印加し、それによって、感光ドラム１の周面は、−５５０Ｖに一様に接触帯電処理される。この電位は、非画像部の電位である。

（ｂ）帯電補助
本実施例では、帯電補助装置８として、上流及び下流帯電補助手段、即ち、ブラシ形状をした残留現像剤像均一化手段（上流補助ブラシ）８１、及び、残留現像剤像帯電量制御手段（下流補助ブラシ）８２を備えている。

上流帯電補助手段である上流補助ブラシ８１には、電源Ｓ２より直流電圧と交流電圧とを重畳した振動電圧を印加して弱いネガ極性のトナーとポジトナーが混在する転写残トナーを均一にポジ化する。

また、下流帯電補助手段である下流補助ブラシ８２には、電源Ｓ３より直流電圧を印加してポジ化された転写残トナーを回収・保持できるように、また、帯電ローラ２と共に転写残トナーを現像装置４で回収できるように、ネガ化する。また、上流補助ブラシ８１、下流補助ブラシ８２共に、画像による主走査方向のトナー付着量の偏りを解消するために、主走査方向に所定の周期で往復運動させる。

本実施例では，上流補助ブラシ８１に電源Ｓ２より直流電圧２５０Ｖ、交流電圧；周波数１３００Ｈｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ２００Ｖを重畳した振動電圧を、下流補助ブラシ８２には、電源Ｓ３より直流電圧−７５０Ｖを印加する。

（ｃ）露光
本実施例では、帯電された感光ドラム１の表面に静電潜像を形成する露光装置３は、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。このレーザビームスキャナは、画像読取装置等のホスト処理からプリンタ側に送られた画像信号に対応して変調されたレーザ光を出力して一様帯電された感光体１表面をレーザ走査露光する。露光された部分は、画像部の電位であり。本実施例では、−１５０Ｖ程度に設定されている。

（ｄ）現像
本実施例では、粒子径６μｍの負極性に帯電する重合トナーと、粒径４０μｍ、抵抗約１０¹³ΩｃｍのＭＲＣ（磁性分散型キャリア）との混合物である２成分現像剤を用いる。また、本実施例では、現像装置４内部の現像剤搬送攪拌部材によって現像剤を搬送及び攪拌しながら現像剤担持体である現像スリーブ４１に供給する。現像スリーブ４１に供給された現像剤は、現像剤量規制手段（現像ブレード）４２によって現像スリーブ４１上に薄層コートされる。そして，現像スリーブ４１は、感光ドラム１との回転方向が逆方向のカウンター現像方式で、対向領域において感光ドラム１にトナーを供給する。

また、本実施例において、現像スリーブ４１に電源Ｓ４より印加する現像バイアス電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。より具体的には、直流電圧‐４００Ｖ、交流電圧；周波数１３００Ｈｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ１６００Ｖとを重畳した振動電圧である。

（ｅ）転写
本実施例において、転写装置５は、中間転写体としての中間転写ベルト（ＩＴＢ）５１を介して感光ドラム１から記録材Ｓにトナーを転写する方式である。

上記中間転写ベルト５１は、感光ドラム１から中間転写ベルト５１にトナーを転写する一次転写部Ｎ１では、一次転写ローラ５２によって中間転写ベルト５１を感光ドラム１に所定の押圧力で圧接させてある。また、中間転写ベルト５１から記録材Ｓにトナーを転写する二次転写部Ｎ２では、二次転写ローラ５３によって中間転写ベルト５１に記録材Ｓを所定の押圧力で圧接している。本実施例では、一次転写電圧は、電源Ｓ５より約４００Ｖ、一次転写ニップ荷重を約３００ｇとした。また、二次転写電圧は、約１０００Ｖ、二次転写ニップ荷重を約５００ｇとした。

（ｆ）定着
本実施例では、定着装置６としてローラ定着器を用い、プロセススピード１３０ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度平均１９０℃で定着する。

［反転トナー回収構成］
本実施例においては、一連の画像形成動作の後の非画像形成時（例えば後回転動作）において、反転トナー回収モードを実行する。

まず、本発明を用いずに画像ｄｕｔｙ（印字率）５％の画像でＡ４サイズの記録用紙に画像形成を行い、２００枚連続の画像形成ジョブを２５０セット実施し、合計５０，０００枚画像形成した。印字率とは、最大画像形成領域内における実際に画像が形成された領域の割合のことである。この結果、感光ドラム１上のかぶり濃度を反射濃度計によって測定すると約２．５％であり、画像品位が大幅に低下した。このとき、感光ドラム１上のかぶりトナーの帯電量分布は、図４に示すように、ポジ成分の反転トナーが多く存在している。また，感光ドラム１上にはかぶりトナーとは別に、溶融したトナーの付着物が存在し、フィルミングが発生していることが確認された。

本実施例では、本発明の構成で動作を行う反転現像剤（即ち、本実施例では、ポジトナー）の回収モードを、２００枚連続で画像形成した後（１ジョブ終了後）の後回転時（即ち、非画像形成時）に挿入した。そして、感光ドラム１に連れまわっているポジ成分のかぶりトナーを回収しながら５０，０００枚印字した。

ここで、ポジトナー回収モード時の本発明に従った構成を、図５〜図７を用いて説明する。

本発明によると、ジョブが終了した後回転時に、現像装置４、即ち、現像スリーブ４１の回転速度を通常画像形成時の５０％以下に減速させ、感光ドラム１及び中間転写ベルト５１を通常の画像形成時と同等の回転速度で回転させる。本実施例においては、現像スリーブの回転速度は、通常時の１０％とする。このとき、帯電ローラ２には電圧を印加せず感光ドラム１表面の電位を０Ｖとし、現像スリーブ４１にはポジトナーを回収するバイアスとして、直流電圧−２００Ｖ、交流電圧１６００Ｖを印加する。ポジトナー回収モード時の各構成要件における動作状態は、図７のタイミングチャートのようになる。そして図６（ａ）のように、感光ドラム１上のポジトナーは、感光ドラム１表面と現像スリーブ４１間の電位差と振動電圧によって現像装置４内部に回収され、現像装置４内部の現像剤と攪拌されて、正規の帯電極性を保持して再び現像プロセスに供される。一方、現像スリーブ上のトナーは、感光ドラムに転移する。しかし、現像スリーブの周速が減速されているため、正規極性のトナーの消費を抑制することができる。

また、一次転写部Ｎ１には画像形成時のまま４００Ｖの電圧を印加して、現像ニップ部から消費されたトナーを、そのまま中間転写ベルト５１上に転写して中間転写体クリーナ５６で回収する。

そして、本発明の回収モードを用い、同様に２００枚連続で、合計５０，０００枚画像形成したときの感光ドラム１上のかぶり濃度を測定すると、約１％となり、品質な画像を得ることができた。又、ポジトナーが連れまわり、帯電ローラ２による押圧力で感光ドラム１に強く付着することで発生するフィルミングのレベルも改善した。

図８に、現像スリーブ４１の回転速度と消費される正規極性に帯電したトナーの量の関係を示す。初期の現像剤においては、現像スリーブ４１の回転速度を通常画像形成時の約３０％以下にすると感光ドラム１に現像されるトナー量が大幅に減少する。５０，０００枚耐久した現像剤では、通常画像形成時の約５０％以下にすると現像されるトナー量が大幅に減少する傾向となった。そのため、ポジトナー回収モードにおいて、正規極性に帯電したトナーの消費量を低減するためには現像装置４の駆動速度の減速率は５０％以下が好ましく、現像装置４の駆動を完全に停止した場合に最も効果が大きい。また、ポジトナーの回収性は現像装置４の駆動速度には殆んど依存はしなかった。

以上より、本実施例で使用した感光体（ＯＰＣ）の寿命は約４０，０００枚であり、本実施例を用いることで感光体（ＯＰＣ）の寿命が１０，０００枚以上延び、ランニングコストを大幅に低減することが可能となった。

実施例２
次に、図９を参照して、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例１の画像形成装置２００と同じであるので、実施例１のものと実質的に同一の構成及び機能を成す部材には、同一の参照番号を付して、実施例１の説明を援用し、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施例では、ポジ帯電されたトナーが負極性の帯電ローラ２に付着した場合に、該帯電ローラ２に付着したポジトナーを感光ドラム１上に吐き出して、感光ドラム１上に連れまわるポジトナーと同時に回収する構成を示す。

実施例１と同様に、後回転時の構成としては、ジョブが終了した直後に現像スリーブ４１を停止し、感光ドラム１及び中間転写ベルト５１の回転速度は画像形成時と同等の回転速度で回転させた。

このとき、本実施例においては、帯電補助装置８である下流補助ブラシ８２に−２５０Ｖの直流電圧を印加し、感光ドラム１表面をマイナス帯電させた。このときの感光ドラム１表面の電位は、およそ−２００Ｖであった。また、帯電ローラ２には、ポジトナーを感光ドラム１上に吐き出すバイアスとして、０Ｖの直流電圧、周波数１３００Ｈｚ、ピーク間電圧１３００Ｖの交流電圧のみを印加した。また、現像スリーブ４１には感光ドラム１上に連れまわるポジトナーと、上述の帯電ローラ２から吐き出されたポジトナーを回収する以下のバイアスが印加される。そのバイアスは、直流電圧−４００Ｖ、交流電圧１６００Ｖである。そして、一次転写部Ｎ１には画像形成時のまま４００Ｖの電圧を印加した。

本実施例では、本発明の構成で動作を行う反転トナー回収モードを、２００枚連続で画像形成した後（１ジョブ終了後）の後回転時に挿入した。この回収モードでは、感光ドラム１に連れまわっているポジトナーのかぶりトナーと、帯電ローラ２に付着して汚染しているポジトナーを回収しながら５０，０００枚画像形成した。

上記構成により、実施例１で改善したフィルミングのレベルも初期と同等のレベルを維持するまで改善した。また、帯電ローラ汚染も改善されたため、暗部電位Ｖｄの耐久による変動と、それに伴うトナー回収電位Ｖｂａｃｋの変動が減少した。

そのため、５０，０００枚画像形成したときの感光ドラム１上のかぶり濃度を測定すると、１％以下となり、本実施例では、より高品質な画像を得ることができた。

また、続けて画像形成を行ったところ、８０，０００枚までは上述の画像レベルを維持でき、画像形成ステーションの寿命を大幅に向上することができた。

実施例３
次に、図１０を参照して、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例１の画像形成装置２００と同じであるので、実施例１のものと実質的に同一の構成及び機能を成す部材には、同一の参照番号を付して、実施例１の説明を援用し、ここでの詳しい説明は省略する。

本実施例では、帯電補助装置８である下流補助ブラシ８２で保持しているポジトナーと帯電ローラ２に付着したポジトナーを、感光ドラム１上に連れまわるポジトナーと同時に回収する構成を示す。

実施例１、２と同様に、ポジトナー回収の構成としては、ジョブが終了した後回転時に現像スリーブ４１を停止し、感光ドラム１及び中間転写ベルトの回転速度は画像形成時と同等の回転速度で回転させる構成とする。

本実施例では、トナー回収モードは、第１及び第２反転トナー回収モード１、２を備えている。先ず反転トナー回収モード１では、帯電ローラ２にはバイアスは印加せず、一方、帯電補助装置８である上流補助ブラシ８１及び下流補助ブラシ８２にはパルス電圧を印加する。これにより、各補助ブラシ８１、８２にそれぞれ付着しているネガトナー及びポジトナーを感光ドラム１上に吐き出させる。

このとき、ネガトナーは、帯電補助装置８から吐き出されると強ネガに帯電して現像装置４に回収されると、ポジトナーを発生させるため、転写して中間転写体クリーナ５６で回収する。一方、ポジトナーは現像装置４にて回収する。

引き続いて行う反転トナー回収モード２では、下流補助ブラシ８２で感光ドラム１表面にマイナスの電位を印加して、実施例２と同様に帯電ローラ２に付着しているポジトナーを感光ドラム１上に吐き出させ、現像装置４で回収する。

詳細には、通常、画像形成動作を行うと帯電補助装置８である上流補助ブラシ８１には直流電圧２００Ｖを印加しているため、転写残トナーのネガトナーが付着する。また、下流補助ブラシ８２には−７５０Ｖを印加するため、転写残トナーのポジトナーと上流補助ブラシ８１にてポジ化されたポジトナーとが保持される。また、帯電ローラ２には−５５０Ｖの直流電圧を印加するため、ポジトナーが付着する。

そこで、反転トナー回収モード１では、上流補助ブラシ８１には、２００Ｖと０Ｖの電位を感光ドラム１表面に交互に２００ｍｓｅｃの周期で１０回印加して、ネガトナーに電気的な振動を与えてブラシから遊離させて感光ドラム１表面に吐き出す。また、下流補助ブラシ８２には、０Ｖと−２００Ｖの電位を感光ドラム１表面に交互に２００ｍｓｅｃの周期で１０回印加してポジトナーを感光ドラム１表面に吐き出す。感光ドラム１に０Ｖから−２００Ｖを急激に印加することで、ブラシから感光ドラム１に過渡的に大きな電流が流れ込む。そのため、感光ドラム１表面の電位は、−２００Ｖ以上になり電位差が発生する。

下流補助ブラシ８２のポジトナーは、その電位差によって、静電的に感光ドラム１表面に付着して吐き出される。このとき、上流補助ブラシ８１の吐き出し位置と重ならないように半周期ずらして吐き出す。

このとき、帯電ローラ２には電圧は印加せず帯電補助装置８から吐き出したトナーを素通りさせる。現像スリーブ４１にはポジトナーの回収電圧として直流電圧−４００Ｖ、交流電圧１６００Ｖを印加する。上流補助ブラシ８１によって吐き出されたネガトナーは、転写位置で転写され、中間転写体クリーナ５６によって回収される。

そして、反転トナー回収モード２では、下流補助ブラシ８２に−２５０Ｖの電圧を印加して感光ドラム１表面を負に帯電させる。そして、帯電ローラ２に０Ｖの直流電圧、周波数１３００Ｈｚ、ピーク間電圧１３００Ｖの交流電圧のみを印加して感光ドラム１に帯電ローラ２上のポジトナーを吐き出させる。感光ドラム１表面に吐き出されたポジトナーは、現像装置４に回収されて現像装置４内部で現像剤と攪拌されて再び現像プロセスに供される。

上記構成により、５０，０００枚画像形成したときのフィルミングのレベルを、初期と同等のレベルを維持するまで改善した。また，帯電ローラ汚染も改善されたため、暗部電位Ｖｄの耐久による変動と、それに伴うトナー回収電位Ｖｂａｃｋの変動が減少した。そのため、５０，０００枚印字したときの感光ドラム１上のかぶり濃度を測定すると、１％以下となり、本実施例ではより高品質な画像を得ることができた。

また、続けて画像形成を行ったところ、８０，０００枚までは上述の画像レベルを維持でき、画像形成ステーションの寿命を大幅に向上することができた。

実施例４
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例１の画像形成装置２００と同じであるので、実施例１のものと実質的に同一の構成及び機能を成す部材には、同一の参照番号を付して、実施例１の説明を援用し、ここでの詳しい説明は省略する。

上述の実施例１〜実施例３では、定期的に、ジョブの間の後回転時でポジトナー回収モードのシーケンスを挿入している。しかし、感光ドラム１、帯電ローラ２、上下流補助ブラシ８１、８２の汚染は、耐久によって劣化したトナーや、強ネガのトナーが現像同時クリーニングによって、現像装置４に回収されることで、現像装置４内部でポジトナーを作り出すことにより発生する。そのため、初期の汚染は軽度であり、頻繁に該シーケンスを挿入することにより、逆にダウンタイムを増加してしまう弊害が懸念される。

本実施例では、画像形成部、即ち、画像形成ステーションＰに記憶手段、即ち、ＩＣタグを配し、ＩＣタグの情報にその画像形成ステーションＰで作像した画像の枚数を書き込み、カウントする。そして、ＩＣタグに記憶されたカウント枚数をコントローラによって読み取る。このカウント枚数によって、画像形成装置が記憶装置として備えているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶された画像形成枚数と実行頻度の関係を記したテーブルを参照する。そして、実施例１から実施例３で述べた本発明の構成を含む回収モードのシーケンスを挿入するか否を判別する。

詳細には、上記テーブルに記憶された画像形成枚数を含んだ１連のジョブが終了した後に該シーケンスを挿入する。

本実施例では、実施例３で述べた構成でポジトナー回収を行う。本実施例では、次の設定に従って上述のポジトナー回収を行う。

つまり、初期から、感光ドラム１の従来の寿命である４０，０００枚に対し、１０，０００枚までは、２，０００枚毎に回収モードを挿入し、１０，０００枚から２０，０００枚までは１，０００枚毎に、２０，０００枚以降は５００枚毎にポジトナー回収を行った。

このときのかぶりや汚染のレベルは、実施例３と同様に約８０，０００枚まで良好なレベルを維持することができた。また、該回収モードの回数を２００枚毎に実行すると、５０，０００枚画像形成を行うと２５０回のポジトナー回収モードが挿入される。しかし、本実施例では、５０，０００枚までに７５回のポジトナー回収モードが入り、実施例１から実施例３の構成と比較してダウンタイムが大幅に軽減可能となった。特に、初期のポジトナー回収の頻度が大幅に軽減できた。

実施例５
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例１の画像形成装置２００と同じであるので、実施例１のものと実質的に同一の構成及び機能を成す部材には、同一の参照番号を付して、実施例１の説明を援用し、ここでの詳しい説明は省略する。

上述の実施例１から実施例３では、定期的に、ジョブの間の後回転時でポジトナー回収モードのシーケンスを挿入している。しかし、感光ドラム１、帯電ローラ２、上下流補助ブラシ８１、８２の汚染は、耐久によって劣化したトナーや、強ネガのトナーが現像同時クリーニングによって、現像装置４に回収されることで発生する。つまり、上記汚染は、トナーを回収することにより、現像装置４内部でポジトナーを作り出すことにより発生する。そのため、初期の感光ドラム１、帯電ローラ２、上下流補助ブラシ８１、８２の汚染は軽度であり、頻繁に該シーケンスを挿入することにより、逆にダウンタイムを増加してしまう弊害が懸念される。

また、ポジトナーが感光ドラム１上に連れまわり、帯電補助装置８である上下流補助ブラシ８１、８２や帯電ローラ２を汚染することは、高ｄｕｔｙの画像を作像した場合に多い。これは、高ｄｕｔｙ画像の方が低ｄｕｔｙ画像を作像した場合より転写残トナーが多くなるためである。そのため、実施例４に示した例のように、５％の低ｄｕｔｙの画像を連続で形成する場合は上述の構成で、ダウンタイムを軽減可能である。しかし、初期のポジトナー回収モードの頻度が低いときに、高ｄｕｔｙの画像を連続して形成した場合、次のポジトナー回収モードの実行前に感光ドラム１、帯電ローラ２、上下流補助ブラシ８１、８２が汚染してしまう。それによって、画像品質が低下することが懸念される。そこで本発明では、所定値（事前に決められた基準値）以上の印字率となった時において、ポジトナー回収モードを実行する。本実施例におけるこの所定値は、１０％とする。

そこで、本実施例では、５％ｄｕｔｙのＡ４サイズの画像を２００枚、画像形成した後に、２０％ｄｕｔｙのＡ３サイズの画像を１０枚、画像形成して実施例４と同様に５０，０００枚、画像形成した。先ず、実施例４の方法で画像形成を行ったところ、５０，０００枚、画像形成を行ったところで感光ドラム１上のかぶり濃度を測定すると、１．５％であり５％ｄｕｔｙの画像を実施例１から実施例４までの方法で形成した場合よりも悪化した。

そこで、実施例４の方法に加えて、高ｄｕｔｙ画像のジョブ終了後にもポジトナー回収モードを行った。このとき、同様に画像形成を５０，０００枚実行して感光ドラム１上のかぶり濃度を測定すると、１．０％以下となり良好な画像を得ることができた。また、感光ドラム１、帯電ローラ２、帯電補助装置８の汚染も良好であった。

以上より、本発明の構成により感光ドラム１、帯電ローラ２、帯電補助装置８の汚染を軽減し、ダウンタイムを軽減しつつも画像形成ステーションＰの寿命を向上することができた。

実施例６
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本構成は実施例１の画像形成装置２００と同じであるので、実施例２のものと実質的に同一の構成及び機能を成す部材には、同一の参照番号を付して、実施例１の説明を援用し、ここでの詳しい説明は省略する。

上述の実施例１から実施例３では、ジョブの間の後回転時にポジトナー回収モードのシーケンスを挿入している。しかし、感光ドラム１、帯電ローラ２、上下流補助ブラシ８１、８２の汚染は、耐久によって劣化したトナーや、強ネガのトナーが現像同時クリーニングによって、現像装置４に回収されることで発生する。つまり、上記汚染は、トナーを回収することにより、現像装置４内部でポジトナーを作り出すことにより発生するため、初期の汚染は軽度であり、頻繁に該シーケンスを挿入することにより、逆にダウンタイムを増加してしまう弊害が懸念される。また、画像形成装置において形成される画像のｄｕｔｙ（印字率）の種類やタイミングは、ユーザによって異なり上述の実施例の構成では柔軟に対応することは容易ではない。

そこで、本実施例では、図２に示すように、帯電補助装置８である上下流補助ブラシ８１、８２に流れる電流量を検知する検知手段である電流計８１ａ、８２ａを設け、制御手段であるコントローラ３００でモニタリングする。上下流補助ブラシ８１、８２に流れる電流値は、通常、約２０μＡ±１０μＡ程度であり、該ブラシがトナー・外添剤を保持して汚染されることで抵抗が上昇して、電流量が低下する。本実施例では、１０μＡに閾値を置き、上述の電流計８１ａ、８２ａ及びコントローラ３００によって該ブラシが汚染されているか否かを判断して、ポジトナー回収モードを挿入するか否かを判断する。

そして、コントローラ３００によってブラシが汚染されていると判断されたとき、そのとき実行中のジョブの予約枚数が１００枚以下ならば、そのジョブ終了後にポジトナー回収モードを挿入する。また、１００枚以上であれば１００枚画像形成を行った直後にポジトナー回収モードを挿入する。

また、本実施例では、５％ｄｕｔｙのＡ４サイズの画像を２００枚のジョブと、２０％ｄｕｔｙのＡ３サイズの画像を１０枚のジョブを任意の順序、回数で画像形成した。先ず、５０，０００枚で感光ドラム１上のかぶり濃度を測定したところ、約１．０％以下で良好であった。また、感光ドラム１にもフィルミングなどは発生していなく、帯電ローラ２、帯電補助装置８の汚染もなかった。そして、８５，０００枚を超えたとき、はじめて感光ドラム１上のかぶり濃度が１．０％を超え、感光ドラム１上に若干フィルミングが発生し始めた。また、本実施例の画像形成時に発生したポジトナー回収モードは、５００枚から１５００枚に１度程度となった。

上記の結果から、本発明により感光ドラム１、帯電ローラ２、帯電補助装置８の汚染を引き起こすポジトナーの付着を効果的に防止することができ、感光ドラム１上のかぶりを防止し、画像形成ステーションの高寿命化が可能となった。また、ポジトナー回収モードを帯電補助装置８の電流量を検知してその結果の可否によって挿入することで、ダウンタイムの軽減と画像形成ステーションＰの高寿命化を両立して実行することが可能となった。

上記各実施例では、本発明は、中間転写方式の画像形成装置に適用されるものであるとして説明したが、本発明の画像形成装置は、これに限定されるものではない。

つまり、本発明は、例えば、図３に概略図示するように、感光ドラム１上のトナー像を転写装置５にて直接記録媒体、即ち、転写材Ｓに転写する方式の画像形成装置にも同様に適用することができる。図３の画像形成装置は、中間転写体を備えていない点を除けば、図１、図２に関連して説明した先の実施例の画像形成装置の画像形成部と同様の構成とされ、同じ構成及び機能を成す部材には同じ参照番号を付し、先の実施例の説明を援用する。図３に示す画像形成装置も、先の実施例の画像形成装置と同様の作用効果を奏し得る。

勿論、本発明は、上述の実施例で示した現像剤以外の現像剤、例えば、一成分現像剤を使用する現像手段を使用する構成であっても良い。このような現像手段は、当業者には周知であるので、これ以上の説明は省略する。

本発明に係る電子写真方式の画像形成装置の一実施例の概略構成図である。 画像形成装置の画像形成部の詳細を示す断面図である。 本発明に係る電子写真方式の画像形成装置の他の実施例の概略構成図である。 感光ドラム上のかぶりトナーの帯電量分布を説明する図である。 本発明によるポジトナー回収構成を説明する図である。 本発明によるポジトナー回収モデルを示す図ある。 本発明に係る実施例１のポジトナー回収モードのシーケンスを示す図である。 現像剤剤担持体の回転速度とトナー現像量の関係を示す図である。 本発明に係る実施例２のポジトナー回収モードのシーケンスを示す図である。 本発明に係る実施例３のポジトナー回収モードのシーケンスを示す図である。 従来の電子写真方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（接触帯電手段）
３ 露光装置
４ 現像装置
４１ 現像スリーブ（現像剤担持体）
４２ 現像ブレード（現像剤層厚規制部材）
５ 転写装置
５１ 中間転写体（中間転写ベルト）
５２ 一次転写ローラ
５３ 二次転写ローラ
５６ 中間転写体クリーナ
６ 定着装置
８ 帯電補助装置
８１ 上流補助ブラシ（上流帯電補助手段）
８２ 下流補助ブラシ（下流帯電補助手段）
２００ クリーナレス方式の画像形成装置
Ｐ 画像形成ステーション（画像形成部）

Claims (1)

1. 像担持体と、
   前記像担持体表面を帯電する帯電手段と、
   前記帯電した前記像担持体表面を露光して静電像を形成する露光手段と、
   前記像担持体上の静電像を現像して現像像とするために、現像剤を担持し搬送する回転可能な現像剤担持体を備えた現像手段と、
   前記像担持体上の現像像を転写位置にて中間転写体に転写し、該中間転写体に転写された現像像を転写媒体に転写する転写手段と、
   を有し、転写時に転写されずに前記像担持体上に残存した現像剤を前記現像手段によって回収する画像形成装置において、
   非画像形成時において、正規の極性とは逆極性の現像剤を前記像担持体から前記現像剤担持体に転移可能な電位差を前記像担持体と前記現像剤担持体との間に形成し、前記像担持体を駆動し、且つ前記現像剤担持体の回転を画像形成時の回転速度よりも遅い速度で回転させて、前記像担持体上の前記逆極性の現像剤を回収する現像剤回収モードが実行可能であって、
   前記現像剤回収モードにおいて、前記現像手段から現像されたトナーは、前記転写手段にて前記中間転写体に転写されるとともに前記中間転写体に設けられたクリーナーで回収されることを特徴とする画像形成装置。

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