JP5335210B2

JP5335210B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP5335210B2
Application number: JP2007210553A
Authority: JP
Inventors: 功小松
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2013-11-06
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Description

本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式を用いて像担持体上に形成したトナー像を被転写体に転写した後、像担持体上に残留したトナーを現像手段によって回収するようにした画像形成装置に関するものである。

従来、例えば、複写機、プリンター、Ｆａｘといった出力端末、或いはこれらを全て兼ね備えた複合機などとして、電子写真方式の画像形成装置が広く用いられている。

電子写真方式の画像形成装置では、像担持体としての電子写真感光体（感光体）上にトナー像を形成し、このトナー像を被転写体としての記録用紙等の転写材或いは中間転写体に転写する。そして、斯かる画像形成装置においては、感光体上から被転写体上へのトナー像の転写の際に被転写体に転移せずに感光体上に残留したトナー（転写残トナー）を、その都度充分に除去することが必要である。そのため、従来、一般的には、感光体の表面に当接するクリーニングブレード等のクリーニング部材によって、感光体上から転写残トナーを掻き取って除去、回収するクリーニング装置が用いられる。クリーニング部材としては、一般的に、感光体の表面の移動方向の上流側に自由端を向けて感光体の表面に当接される、弾性部材から成るブレード（クリーニングブレード，カウンターブレード）が用いられる。

ところで、昨今、装置の高速化に伴い、装置本体の寿命を伸ばすことが望まれている。又、エコロジーの観点から、廃棄物を極力少なくすること、即ち、消耗品を減らすこと、消耗品の寿命を延ばすこと、及び信頼性を上げることも併せて求められている。

一方、複写機やプリンターでは、従来白黒機が主流であったが、オフィスや家庭においても、原稿又は出力ファイルのフルカラー化が進んでいる。従って、ＴＣＯ（ユーザーからみた全体の必要費用）を下げるため、装置本体のコスト並びにランニングコストが白黒機と等価のフルカラー画像形成装置が望まれている。

そこで、転写残トナーを除去することが可能で、且つ、感光体の削れに関する寿命を延ばすことができる、といった利点を有するシステムとして、上記クリーニング装置を省略した、「クリーナレスシステム」が採用されてきている。

クリーナレスシステムとしては、転写工程後に感光体上に残留する転写残トナーを、現像装置において「現像同時クリーニング」によって感光体上から除去、回収し、そのトナーを再利用するようにしたものが知られている。

現像同時クリーニングは、転写後の感光体上の転写残トナーを、次工程以降の現像工程時に現像装置に回収する方法である。即ち、転写後に引き続き帯電手段により感光体を帯電し、次いで露光手段により露光することで、感光体上に静電像（潜像）を形成する。そして、この静電像を現像手段により現像する現像工程時に、かぶり取りバイアス（現像手段に印加する直流電圧と感光体の表面電位との間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって、転写残トナーを現像手段に回収する。この時、かぶり取りバイアスによって現像手段により回収されるトナーは、感光体の表面の、トナーによって現像されるべきではない部分（非画像部）に存在するトナーである。

この方法によれば、カウンターブレード等の感光体を摺擦する部材を減らすことができ、感光体の削れに関する寿命を飛躍的に延ばすことが可能になる。従って、クリーナレスシステムを採用することは、コストの低減にも役立つ。

クリーナレスシステムにおいては、転写残トナーの帯電極性を制御するために、転写手段の下流に設けられた帯電補助手段としてのブラシ状の帯電補助部材、即ち、帯電補助ブラシを２個用いることが知られている（特許文献１参照）。

ここで、感光体の表面の移動方向において、上流側（即ち、より転写手段に近い側）の帯電補助ブラシを「上流ブラシ」、下流側の帯電補助ブラシを「下流ブラシ」という。

上流ブラシは、導電性を有する繊維で構成され、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される。一方、下流ブラシは、導電性を有する繊維で構成され、トナーの正規の帯電極性と同極性の電圧が印加される。これら２個の帯電補助ブラシに求められる機能としては、次のものが挙げられる。尚、ここでは、感光体の帯電極性は負極性であるものとする。

Ａ．上流ブラシ
（ｉ）転写工程においてトナーを被転写体に転写すると、感光体の潜像電位が再び現れる。この潜像電位による影響を次の作像工程へ与えないために、電流を流して感光体の電位を均す。
（ｉｉ）感光体の電位を充分に上げて、より下流側に設けられた下流ブラシと感光体との間における電位差を放電が起こるレベルにする。

Ｂ．下流ブラシ
（ｉ）感光体へ放電電流を流し、反転していた転写残トナーの帯電極性を正規の帯電極性にする。
（ｉｉ）感光体の電位を下げ、帯電手段による感光体の電位収束性を上げる（プレ帯電）。
特開２００５−２３４０３５号公報

しかしながら、上述のような帯電補助ブラシを用いたクリーナレスシステムにおいては、帯電補助ブラシへの“トナー詰まり”現象による、帯電補助ブラシを介して流れる電流の量（以下「ブラシ電流量」という）の減少の問題が発生することがある。

即ち、紙詰まり（転写材が搬送経路中で詰まること）の発生時や印字比率の高い画像を形成した際などには、感光体上に多量の転写残トナーが発生する。この場合、帯電補助ブラシにトナーが詰まり、帯電補助ブラシから感光体への電流量が減少する現象が発生することがある。

ブラシ電流量は、帯電補助ブラシに通常とは逆極性のバイアス（例えば上流ブラシであればトナーの正規の帯電極性と同極性のバイアス）を印加することで帯電補助ブラシに詰まったトナーを除去する操作を行うことによって、元に戻ることもある。しかし、耐久が進むにつれて回復できなくなる場合がある。従って、帯電補助ブラシへの“トナー詰まり”現象自体を抑制することが求められる。

例えば、上流ブラシのブラシ電流量が減少した場合、感光体の潜像電位が残ってしまい、後続の画像に１つ前の画像が重なるゴースト現象が発生することがある。又、上流ブラシのブラシ電流量が減少した場合、下流ブラシで放電が起こらず、転写残トナーが下流ブラシに回収され、下流ブラシのブラシ電流量を減少させることがある。一方、下流ブラシのブラシ電流量が減少した場合、転写残トナーの帯電極性の制御が適正に行われなくなり、帯電極性が反転しているトナーが感光体上に多く残留することがある。そして、このトナーが現像手段によって回収されずに後続の画像に現れる連れ回りかぶりなどの画像不良が発生する場合がある。又、下流ブラシのブラシ電流が減少した場合、帯電手段における感光体の帯電が不均一になって、砂地かぶりなどの画像不良が発生することがある。

従って、本発明の目的は、帯電補助手段を構成するブラシへのトナー詰まりを抑制することのできる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、回転可能な感光体と、トナーの正規の帯電極性と同極性の電圧が印加され、前記感光体と接触して前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、前記感光体上に形成された静電像をトナーで現像してトナー像を形成する現像手段と、前記感光体上のトナー像を前記感光体と被転写体とが接触する転写部にて前記被転写体に転写する転写手段と、前記感光体の回転方向において、前記転写部の下流側かつ前記帯電部材と前記感光体の接触部の上流側において前記感光体と接触し、前記帯電部材に印加される電圧の極性とは逆極性の電圧が印加されることで転写後の前記感光体の表面の電位を除電する第１の導電ブラシと、前記第１の導電ブラシの下流側かつ前記帯電部材と前記感光体の接触部の上流側において前記感光体と接触し、前記帯電部材に印加される電圧と同極性の電圧が印加されて前記第１の導電ブラシによって除電された前記感光体との間で放電することで転写後に感光体の表面に残留したトナーを正規の帯電極性に帯電する第２の導電ブラシと、を備え、前記現像手段は、トナー像を形成すると同時に、前記第２の導電ブラシによって帯電されたトナーを回収し、前記第１の導電ブラシの繊維密度が８０ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以上２５０ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以下であり、かつ、前記第２の導電ブラシの繊維密度が３００ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以上６００ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以下であ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、帯電補助手段を構成するブラシへのトナー詰まりを抑制することができる。

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
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成を示す。本実施例の画像形成装置１００は、電子写真方式を用いた、最大通紙サイズがＡ３サイズのカラーレーザープリンタである。又、本実施例の画像形成装置１００は、特に、接触帯電方式、反転現像方式、タンデム方式（インライン方式，４連ドラム方式）、中間転写方式、クリーナレスシステムを採用している。

画像形成装置１００は、画像形成装置本体（装置本体）と通信可能に接続された外部ホスト装置からの画像情報に応じて転写材、例えば、記録用紙、ＯＨＰシート、布などにフルカラー画像を形成し、出力することができる。

画像形成装置１００は、複数の画像形成部として、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色の画像を形成するための第１、第２、第３、第４の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫを有する。

本実施例では、各画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫの基本的な構成及び動作は、使用するトナーの色が異なることを除いて実質的に同一である。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略して総括的に説明する。

画像形成部Ｓは、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１を有する。感光ドラム１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ２、露光手段（静電像形成手段）としての露光装置３、現像手段としての現像装置４などが配置されている。又、４個の画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫの各感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの全てに対向するように中間転写ユニット９が配置されている。

中間転写ユニット９は、中間転写体として、無端ベルト状部材である中間転写ベルト９１を有する。又、各画像形成部Ｓの感光ドラム１に対向する位置で中間転写ベルト９１の内周面（裏側）に接触するように、１次転写手段としての回転可能な転写部材である１次転写ローラ９２が配置されている。１次転写ローラ９２は中間転写ベルト９１を感光ドラム１に向けて押圧する。これにより、中間転写ベルト９１と感光ドラム１とが接触する１次転写部Ｎ１にニップ部（１次転写ニップ）が形成されている。又、中間転写ベルト９１を支持する支持ローラのうちの１つである２次転写対向ローラ９６に対向する位置で中間転写ベルト９１の外周面（表側）に接触するように、２次転写手段としての回転可能な転写部材である２次転写ローラ１０が配置されている。これにより、２次転写ローラ１０と中間転写ベルト９１とが接触する２次転写部Ｎ２にニップ部（２次転写部）が形成されている。

又、感光ドラム１の周囲には、第１、第２の帯電補助手段として、ブラシ状の帯電補助部材である第１、第２の帯電補助ブラシ６、７が設けられている。第１、第２の帯電補助ブラシ６、７は、感光ドラム１に当接して配置されている。

尚、本実施例では、各画像形成部Ｓにおいて、感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、更には第１、第２の帯電補助ブラシ６、７は、一体的に装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ８を構成している。画像形成装置１００は、この複数個のプロセスカートリッジ８により、一旦、中間転写体９１に連続的にトナー像を多重転写し、その後そのトナー像を転写材Ｐに一括して転写することにより、フルカラープリント画像を得ることができる。プロセスカートリッジ８は、中間転写ベルト９１の移動方向において直列にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の順に４個配置されている。

次に、４色フルカラー画像を形成する場合を例として、画像形成装置１００の全体動作について説明する。

先ず、画像形成装置１００と通信可能に接続された外部ホスト装置からの信号に従って、色分解された画像信号が生成される。そして、この信号に応じて、各画像形成部ＳＹ、ＳＭ、ＳＣ、ＳＫの各プロセスカートリッジ８Ｙ、８Ｍ、８Ｃ、８Ｋにおいて、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ上に各色のトナー像が形成される。

各プロセスカートリッジ８では、感光ドラム１が帯電ローラ２によって帯電される。次いで、一様に帯電された感光ドラム１の表面が、露光装置３によって走査露光されることで、感光ドラム１上に目的のカラー画像の各画像形成部Ｓに対応した色成分の静電像（潜像）が形成される。次いで、この静電像に現像装置４によって現像剤のトナーが供給されて、トナー像として現像される。

各感光ドラム１上に形成されたトナー像は、各１次転写部Ｎ１において、中間転写ベルト９１上に順次重ね合わせて転写（１次転写）される。この時、１次転写ローラ９２には、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の１次転写バイアス電圧が印加される。

次いで、中間転写ベルト９１上に形成された多重トナー像は、２次転写部Ｎ２に搬送されてきた転写材Ｐ上に一括して転写（２次転写）される。この時、２次転写ローラ１０には、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の２次転写バイアス電圧が印加される。尚、転写材Ｐは、転写材送給手段（図示せず）から供給され、所定のタイミングで搬送手段としての給紙ローラ１２から２次転写部Ｎ２へと送られてくる。

次いで、転写材Ｐは、定着手段としての定着器１３に搬送され、ここでトナー像は熱、圧力によって転写材Ｐに溶融定着される。その後、転写材Ｐは、機外に排出され、フルカラープリント画像が得られる。

尚、１次転写後に感光ドラム１上に残留したトナー（１次転写残トナー）は、詳しくは後述するように、第１、第２の帯電補助ブラシ６、７と感光ドラム１とのそれぞれの当接部を通過した後に、「現像同時クリーニング」により現像装置４に回収される。

又、２次転写後に中間転写ベルト９１上に残留したトナーは、中間転写体クリーニング手段としての中間転写体クリーナ１１によって除去、回収される。中間転写体クリーナ１１は、クリーニング部材として、中間転写ベルト９１に接触する弾性体ブレード（クリーニングブレード）１１ａと、回収トナー容器１１ｂとを有する。そして、クリーニングブレード１１ａによって、中間転写ベルト９１上のトナーを掻き取って、回収トナー容器１１ｂに収容する。

次に、図２をも参照して、本実施例の画像形成装置１００が備える各要素についてより詳しく説明する。

画像形成装置１００は、移動可能な像担持体として、回転可能なドラム型の電子写真感光体、即ち、感光ドラム１を有する。本実施例では、感光ドラム１は、導電性支持体（基体）上に有機光導電体（ＯＰＣ）から成る感光層を有する。又、本実施例では、感光ドラム１は、外径が３０ｍｍであり、中心支軸を中心に、２０４ｍｍ／ｓｅｃの表面移動速度（周速度）で図中矢印Ｒ１方向（反時計回り）に回転駆動される。

画像形成装置１００は、帯電手段として、接触帯電器である帯電ローラ（帯電部材）２を有する。本実施例では、この帯電ローラ２に所定の条件の電圧を印加することにより、感光ドラム１を所定の極性（本実施例では負極性）の所定の電位に一様に帯電させる。本実施例では、帯電ローラ２の長手方向（回転軸線方向）の長さは３２０ｍｍである。又、本実施例では、帯電ローラ２は、芯金（支持部材）２１の外周に、下層２２と、中間層２３と、表面層２４とを下から順に積層した３層構成を有する。下層２２は、帯電音を低減するための発泡スポンジ層である。中間層２３は、帯電ローラ２の全体としての均一な電気抵抗を得るための抵抗層である。表層２４は、感光ドラム１上にピンホールなどの欠陥がある場合にもリークの発生を防止することができるように設けられている保護層である。本実施例では、芯金２１としては直径６ｍｍのステンレス丸棒が用いられ、表面層２４としてはフッ素樹脂にカーボンが分散されたものが用いられる。又、本実施例では、帯電ローラ２は、ローラとしての外径が１４ｍｍ、ローラとしての電気抵抗が１０⁴Ω〜１０⁷Ωである。帯電ローラ２は、芯金２１の両端部がそれぞれ軸受け部材により回転自在に保持されると共に、付勢手段としての押圧ばねによって感光ドラム１に向けて付勢されている。これにより、帯電ローラ２は、感光ドラム１の表面に所定の押圧力で圧接されている。又、帯電ローラ２は、感光ドラム１の回転に従動して回転する。

そして、帯電ローラ２には、帯電バイアス電圧として、帯電電圧印加手段としての帯電バイアス電源Ｅ１から、所定の直流電圧に所定の周波数の交流電圧を重畳した所定の振動電圧（帯電バイアス電圧Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）が印加される。帯電バイアス電圧は、芯金２１を介して、帯電ローラ２に印加される。これにより、回転する感光ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。本実施例では、帯電バイアス電圧は、−５００Ｖの直流電圧と、周波数が１２７０Ｈｚでピーク間電圧Ｖｐｐが１４００Ｖの正弦波である交流電圧と、を重畳した振動電圧である。斯かる帯電バイアス電圧が帯電ローラ２に印加されることにより、感光ドラム１の周面は−５００Ｖ（暗部電位Ｖｄ）に一様に帯電処理される。ここで、感光ドラム１の周面における、帯電ローラ２と感光ドラム１との接触部を帯電部ａとする。

本実施例では、帯電ローラ２をクリーニングするために、帯電ローラクリーニング部材２６としての、可撓性のフィルムで形成されたクリーニングフィルムが設けられている。クリーニングフィルム２６は、帯電ローラ２の長手方向と平行に配置されている。又、クリーニングフィルム２６は、帯電ローラ２の長手方向に沿って一定量の往復運動をする支持部材２５に一端を固定され、自由端側近傍の面において帯電ローラ２と接触ニップを形成する。支持部材２５が、画像形成装置１００の駆動モーターによりギア列を介して駆動されて、長手方向に一定量の往復運動をすることによって、帯電ローラ２の表面層２４がクリーニングフィルム２６で摺擦される。これにより、帯電ローラ２の表面層２４の付着汚染物（微粉トナー、外添剤など）の除去がなされる。

本実施例では、露光手段として、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナ（露光装置）３を用いた。レーザビームスキャナ３は、画像読み取り装置（図示せず）などのホスト装置から画像形成装置１００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する。そして、レーザビームスキャナ３は、そのレーザ光Ｌにより、回転する感光ドラム１の一様に帯電処理された表面を走査露光する。感光ドラム１の表面のレーザ光Ｌが照射された部分の電位が低下することで、回転する感光ドラム１の表面に、画像情報に対応した静電像が形成される。本実施例では、静電像においてトナーが付着するべきイメージ部をレーザ光Ｌで露光する（イメージ露光）。又、本実施例では、露光部電位Ｖｌは−１５０Ｖである。ここで、感光ドラム１の周面における、画像露光Ｌの照射位置を露光部ｂとする。

本実施例では、現像手段としての現像装置４は、現像剤として主に非磁性樹脂トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）との混合物である２成分現像剤を用いる、２成分接触現像装置（２成分磁気ブラシ現像装置）である。現像装置４は、現像容器（現像装置本体）４０を有する。現像容器４０には、２成分現像剤４６が収容されている。又、現像容器４０には、内部に磁界発生手段としてのマグネットローラが固定配置された現像剤担持体としての現像スリーブ４１、現像剤規制部材としての現像剤規制ブレード４２が設けられている。現像スリーブ４１は、その外周面の一部を現像容器４０の外部に露呈させるようにして、現像容器４０内に回転可能に配設されている。更に、現像容器４０内の底部側には、現像剤撹拌部材としての第１、第２の撹拌スクリュー４３、４４が配設されている。

現像剤規制ブレード４２は、所定間隙を有して現像スリーブ４１に対向配置されている。現像剤規制ブレード４２は、現像スリーブ４１の図中矢印Ｒ２方向（反時計回り）の回転に伴い、現像スリーブ４１上に２成分現像剤４６の薄層を形成する。本実施例では、現像スリーブ４１は、感光ドラム１に近接させて対向配置されており、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄｇａｐ）は３５０μｍに保たれている。ここで、感光ドラム１の周面における、現像スリーブ４１との対向部を現像部ｃとする。

本実施例では、現像部ｃにおいて感光ドラム１の表面の進行方向と現像スリーブ４１の表面との進行方向とが逆方向となるように、現像スリーブ４１は図中矢印Ｒ２方向（反時計回り）に回転駆動される。現像スリーブ４１上の２成分現像剤４６の薄層は、現像部ｃにおいて感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１の表面を適度に摺擦する。又、現像スリーブ４１には、現像電圧印加手段としての現像バイアス電源（図示せず）から所定の現像バイアス電圧が印加される。本実施例では、現像バイアス電圧は、−３５０Ｖの直流電圧（Ｖｄｃ）と、ピーク間電圧Ｖｐｐが１８００Ｖで周波数が１２３００Ｈｚの交流電圧（Ｖａｃ）と、を重畳した振動電圧である。

現像スリーブ４１上に薄層状にコーティングされ、現像部ｃに搬送された２成分現像剤４６中のトナーが、現像バイアス電圧による電界によって、感光ドラム１上の静電像に対応して感光ドラム１の表面に選択的に付着する。これにより、感光ドラム１上の静電像はトナー像として現像される。尚、本実施例では、反転現像方式により静電像は現像される。即ち、帯電処理された後に露光により電荷が減衰した感光ドラム１上の露光部（明部）に、感光ドラム１の帯電極性と同極性に帯電したトナーが付着する。現像部ｃを通過した現像スリーブ４１上の２成分現像剤４６の薄層は、引き続く現像スリーブ４１の回転に伴い、現像容器４０内の現像剤溜り部に戻される。

現像装置４内に設けられた第１、第２の撹拌スクリュー４３、４４は、現像スリーブ４１の回転と同期して回転し、現像容器４０に補給されたトナーを現像容器４０内のキャリアと撹拌及び混合して、トナーに所定の帯電電荷を与える機能を有する。又、これら２個の撹拌スクリュー４３、４４は、互いに略平行に配置されており、長手方向（回転軸線方向）において互いに反対方向に２成分現像剤４６を搬送して現像容器４０内で２成分現像剤４６を循環させる機能を有する。即ち、撹拌スクリュー４３、４４は、２成分現像剤４６を搬送して現像スリーブ４１に供給すると共に、現像工程によりトナー濃度（２成分現像剤中のトナーの割合）の薄くなった２成分現像剤４６をトナーが現像容器４０内に補給されるトナー補給部へと搬送する。

第２の撹拌スクリュー４４による２成分現像剤４６の搬送方向において上流側の現像容器４０の壁面には、２成分現像剤４６の透磁率変化を検出して２成分現像剤４６のトナー濃度を検知するセンサー４５が設けられている。現像容器４０内における２成分現像剤４６の循環方向においてセンサー４５のやや下流側に、トナー補給開口４７が設けられている。現像動作を行った後に、２成分現像剤４６は、センサー４５によるトナー濃度の検知部に運ばれる。そして、センサー４５の検知結果に応じて、適宜、現像装置４に接続された現像剤補給容器（トナー補給ユニット）５から、現像装置４のトナー補給開口４７を通して、現像容器４０内にトナーが補給される。トナー補給ユニット５は、２成分現像剤４６のトナー濃度を一定に維持するように、該トナー補給ユニット５が備えるスクリュー５１を回転させることにより、所望の量のトナーを現像装置４に供給する。現像装置４に供給されたトナーは、撹拌スクリュー４４により搬送され、キャリアと混ざり合い、適度な帯電電荷を付与された後に、現像スリーブ４１の近傍に運ばれ、現像スリーブ４１上に薄層状にコーティングされて、現像に供される。

本実施例では、トナーとして、平均粒径が５．５μｍの負帯電性のトナーを用いた。又、本実施例では、キャリアとして、飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ³、平均粒径が３５μｍの磁性キャリアを用いた。又、本実施例では、これらのトナーとキャリアとを重量比６：９４で混合したものを２成分現像剤として用いた。

本実施例では、中間転写ユニット９は、移動可能な中間転写体（第２の像担持体）として、無端状のベルト部材、即ち、中間転写ベルト９１を有する。中間転写ベルト９１は、複数の支持部材としての駆動ローラ９４、テンションローラ９５及び２次転写対向ローラ９６に所定の張力を持って掛け渡されている。そして、中間転写ベルト９１は、駆動ローラ９４が図中矢印Ｒ３方向（時計回り）に回転駆動されることによって、図中矢印Ｒ４方向（時計回り）に周回移動（回転）する。ここで、感光ドラム１の周面における、中間転写ベルト９１との対向部を転写位置ｄとする。転写位置ｄにおいて感光ドラム１と中間転写ベルト９１とが接触して１次転写部（１次転写ニップ）Ｎ１を形成している。

１次転写手段としての１次転写ローラ９２は、転写位置ｄにおいて、中間転写ベルト９１を介して感光ドラム１に当接している。各１次転写ローラ９２には、各画像形成部Ｓで独立して１次転写バイアス電圧を印加できるようにするために、それぞれ１次転写電圧印加手段としての１次転写バイアス電源Ｅ２が接続されている。

本実施例では、露光部（露光部電位Ｖｌ：−１５０Ｖ）に転移されたトナーに対する転写効率を考慮し、全ての画像形成部Ｓの１次転写ローラ９２に、１次転写バイアス電圧として＋３５０Ｖの直流電圧が印加される。

中間転写ベルト９１としては、樹脂系のベルト、或いは金属芯体入りのゴムベルト、樹脂及びゴムからなるベルトを好適に用いることができる。但し、中間転写ベルトとしては、トナーの飛び散りや中抜けの良化などの画像品位向上の観点から、弾性層を有するベルトを用いても良い。本実施例では、中間転写ベルト９１として、ＰＩ（ポリイミド）に導電剤としてカーボンを分散し、体積抵抗率を１０⁸Ωｃｍオーダーに制御した樹脂ベルトを用いた。又、本実施例では、中間転写ベルト９１は、厚さが８０μｍ、長手方向（表面移動方向と略直交する方向）の長さが３２０ｍｍ、全周長が９００ｍｍであった。

本実施例では、１次転写ローラ９２としては、芯金上に導電性スポンジからなる弾性層を設けたローラを用いた。本実施例では、１次転写ローラ９２は、電気抵抗が１０⁶Ω以下、外径が１６ｍｍ、長手方向（回転軸線方向）の長さが３１５ｍｍであった。

尚、感光ドラム１に当接して配置された第１、第２の帯電補助ブラシ６、７については、詳しくは後述する。ここで、感光体の表面の移動方向において、上流側（即ち、より１次転写ローラ９１に近い側）の第１の帯電補助ブラシ６を「上流ブラシ」、下流側の第２の帯電補助ブラシ７を「下流ブラシ」という。又、感光ドラム１の周面において、上流ブラシ６との当接部を上流トナー帯電部ｅ、下流ブラシ７との当接部を下流トナー帯電部ｆとする。

本実施例の画像形成装置１００の動作について、フルカラー画像を形成する場合を例に説明したが、本実施例の画像形成装置１００は、複数の画像形成部Ｓのうちのいずれか又は幾つかのみを用いることで、単色又はマルチカラーの画像を形成することもできる。

［帯電補助ブラシ］
前述のように、帯電補助ブラシを用いたクリーナレスシステムにおいては、帯電補助ブラシへの“トナー詰まり”現象による、帯電補助ブラシを介して流れる電流の量（即ち、ブラシ電流量）の減少の問題が発生することがある。

本発明者の検討の結果から、上流ブラシ６のブラシ電流量、及び下流ブラシ７のブラシ電流量として必要な電流量の一つの目安としては、１０μＡ以上という値が挙げられる。

例えば、上流ブラシ６のブラシ電流量が減少して１０μＡを下回った場合、感光ドラム１の潜像電位が残ってしまい、後続の画像に１つ前の画像が重なるゴースト現象が発生することがある。又、上流ブラシ６のブラシ電流量が減少して１０μＡを下回った場合、下流ブラシ７で放電が起こらず、転写残トナーが下流ブラシ７に回収され、下流ブラシ７のブラシ電流量を減少させることがある。一方、下流ブラシ７のブラシ電流量が減少した場合、転写残トナーの帯電極性の制御が適正に行われなくなり、帯電極性が反転しているトナーが感光ドラム１上に多く残留することがある。そして、このトナーが現像装置４によって回収されずに後続の画像に現れる連れ回りかぶりなどの画像不良が発生する場合がある。又、下流ブラシ７のブラシ電流が減少した場合、帯電ローラ２における感光ドラム１の帯電が不均一になって、砂地かぶりなどの画像不良が発生することがある。

本実施例の主要な目的は、帯電補助手段を構成するブラシへのトナー詰まりを抑制することである。本実施例のより詳細な目的の１つは、上記トナー詰まりを抑制することによって、転写残トナーを正規の帯電極性に帯電し易くすることである。又、本実施例のより詳細な目的の他の１つは、上記トナー詰まりを抑制することによって、トナーの回収率を向上させて、トナーの利用効率を向上させることである。又、本実施例のより詳細な目的の他の１つは、上記トナー詰まりを抑制することによって、ゴースト現象、連れ回りかぶり、砂地かぶりなど不具合を抑制することである。

そこで、本実施例では、画像形成装置１００は、次の構成を有する。即ち、画像形成装置１００は、移動可能な像担持体としての感光ドラム１と、感光ドラム１の表面を帯電させる帯電手段としての帯電ローラ２と、を有する。又、画像形成装置１００は、帯電ローラ２で帯電された感光ドラム１の表面に静電像を形成する静電像形成手段としてのレーザビームスキャナ３と、感光ドラム１上に形成された静電像をトナーで現像する現像手段としての現像装置４と、を有する。又、画像形成装置１００は、感光ドラム１上に形成されたトナー像を被転写体としての中間転写ベルト９１に転写させる転写手段としての１次転写ローラ９２を有する。

又、画像形成装置１００は、導電性の繊維から成るブラシ部材である上流ブラシ（第１の導電ブラシ）６と下流ブラシ（第２の導電ブラシ）７とを有する。即ち、画像形成装置１００は、感光ドラム１の移動方向において１次転写ローラ９２よりも下流側で感光ドラム１に接触すると共にトナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される第１の帯電補助手段としての上流ブラシ６を有する。つまり、上流ブラシ６と感光ドラム１との当接部である上流トナー帯電部ｅは、１次転写位置ｄよりも下流に位置する。上流ブラシ６は、感光ドラム１の電位を均す機能、感光ドラム１を除電（及び／又は帯電）する機能を有する。更に、画像形成装置１００は、感光ドラム１の移動方向において上流ブラシ６よりも下流側且つ帯電ローラ２よりも上流側で感光ドラム１に接触すると共にトナーの正規の帯電極性と同極性の電圧が印加される第２の帯電補助手段としての下流ブラシ７を有する。つまり、下流ブラシ７と感光ドラム１との当接部である下流トナー帯電部ｆは、上流トナー帯電部ｅよりも下流側、且つ、帯電ローラ２と感光ドラム１との当接部である帯電部ａよりも上流側に位置する。下流ブラシ７は、感光ドラム１上のトナーを正規の帯電極性に帯電させる機能、感光ドラム１を帯電させる機能を有する。

そして、画像形成装置１００は、１次転写ローラ９２により中間転写ベルト９１に転写されずに感光ドラム１の表面に残留し、上流ブラシ６、下流ブラシ７と感光ドラム１とのそれぞれの接触部を通過した後のトナーを現像装置４で回収するようになっている。

特に、本実施例では、上流ブラシ６、下流ブラシ７はそれぞれ、導電性を有する繊維で形成されたブラシで構成されており、上流ブラシ６を構成するブラシの繊維密度は、下流ブラシ７を構成するブラシの繊維密度よりも小さい。

ブラシは繊維（毛）の密度を疎にしすぎると電流量が少なくなりすぎる。一方、ブラシは繊維（毛）の密度を密にしすぎるとトナーを塞き止めてしまう。ここで、ブラシの繊維密度とは、複数本の繊維（毛）が植毛されてブラシを形成する時の、単位面積当たりに植毛される繊維の本数をいう。尚、複数本が植毛されることでブラシを形成する繊維（毛）とは、単繊維、複数本の単繊維を纏めるか又は寄り合わせてなるストランド、或いは複数本のストランドを更に纏めるか又は寄り合わされてなる繊維束であってよい。

好ましくは、上流ブラシ６を構成するブラシは、繊維密度が８０ｋＦ／ｉｎｃｈ²以上２５０ｋＦ／ｉｎｃｈ²以下（即ち、８０，０００本／ｉｎｃｈ²〜２５０，０００本／ｉｎｃｈ²）である。又、好ましくは、下流ブラシ７を構成するブラシは、繊維密度が３００ｋＦ／ｉｎｃｈ²以上６００ｋＦ／ｉｎｃｈ²以下（即ち、３００，０００本／ｉｎｃｈ²〜６００，０００本／ｉｎｃｈ²）である。又、好ましくは、上流ブラシ６、下流ブラシ７を構成するブラシはそれぞれ、繊維の繊度が０．５ｄ（デニール）以上４ｄ（デニール）以下である。又、好ましくは、上流ブラシ６、下流ブラシ７を構成するブラシはそれぞれ、繊維の原糸抵抗が１０⁵Ω以上１０⁸Ω以下である。

上流ブラシ６は、帯電極性が反転した転写残トナーが多量に進入してくるので、なるべく繊維が触れない構成とする。より具体的には、ブラシを形成する繊維の密度を相対的に疎にし（８０〜２５０ｋＦ／ｉｎｃｈ²）、繊維の繊度は細くし（０．５ｄ〜４ｄ）、原糸抵抗は小さめ（１０⁵Ω〜１０⁸Ω）とする。これにより、上流ブラシ６へのトナーの詰まりを最小限に抑え、且つ、放電電流により感光ドラム１の電位は均すことが可能になる。

下流ブラシ７は、転写残トナーの帯電極性を正規極性に戻すため、感光ドラム１を満遍なく擦る構成とする。より具体的には、繊維の繊度は細くし（０．５ｄ〜４ｄ）、原糸抵抗は小さめ（１０⁵Ω〜１０⁸Ω）とする。又、ブラシを形成する繊維の密度を相対的に密（３００〜６００ｋＦ／ｉｎｃｈ²）にする。これにより、下流ブラシ７において充分な放電によりトナーを正規の帯電極性に帯電させることができ、下流ブラシ７にトナーが回収されることを抑制することができるため、下流ブラシ７へのトナーの詰まりを最小限に抑えることが可能になる。

尚、上流ブラシ６、下流ブラシ７に用いる繊維としては、公定水分率が６．５％以下の繊維が好ましい。公定水分率が６．５％を越える、吸湿度の大きい、例えばレーヨンなどの繊維の場合は、高湿度環境下で繊維がへたって、コシがなくなってしまい、繊維と感光ドラム１との間にトナーが挟まり易くなってしまう。具体的にはナイロン、ポリエステルなどの合成繊維に導電剤としてカーボンや金属粉を含ませて電気抵抗値を制御したものが、公定水分率４％以下と吸湿性も低く、好ましい。

製造上の理由から、ブラシを形成する繊維の細さを０．５ｄより細くすることは困難である。又、ブラシを形成する繊維の細さを４ｄよりも太くした場合には、該繊維の単位体積あたりの表面積が小さくなるため、感光ドラム１への電流量が減少しやすい。又、繊維密度が８０ｋＦ／ｉｎｃｈ²よりも小さい、又は６００ｋＦ／ｉｎｃｈ²より大きいブラシを形成することは困難である。又、ブラシを形成する繊維の原糸抵抗が１０⁵Ω未満であると電流量が多くなりすぎるため繊維が焼損するリスクが高くなり好ましくない。一方、該原糸抵抗が１０⁸Ωを越えると充分な電流量（１０μＡ以上）を流すために１ｋＶ以上の高電圧が必要となり好ましくない。

更に説明すると、本実施例では、上流ブラシ６は、感光ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って延在する横長の電極板６２と、この電極板６２上に設けられたブラシ部６１とを有する。電極板６２は、ブラシ部６１を形成する繊維が植設される支持体の機能を兼ねてもよい。又、下流ブラシ７は上流ブラシ６と同様の構成を有する。即ち、下流ブラシ７は、感光ドラム１の長手方向（回転軸線方向）に沿って延在する横長の電極板７２と、この電極板７２上に設けられたブラシ部７１とを有する。電極板７２は、ブラシ部７１を形成する繊維が植設される支持体の機能を兼ねてもよい。このように、本実施例では、上流ブラシ６、下流ブラシ７は、それぞれ固定配置された帯状のブラシ部材である。

上流ブラシ６、下流ブラシ７は、それぞれのブラシ部６１、７１を感光ドラム１の表面に当接させて、感光ドラム１の長手方向、即ち、表面移動方向に略直交する方向と略平行に配置されている。本実施例では、上流ブラシ６、下流ブラシ７は、使用状態において装置本体に対して相対移動不可能に、プロセスカートリッジ８に固定して支持されている。

より具体的には、本実施例では、上流ブラシ６を構成する繊維の繊度は２ｄ、密度は８０ｋＦ／ｉｎｃｈ²、原糸抵抗は１０⁷Ωであり、下流ブラシ７を構成する繊維の繊度は２ｄ、密度は４３０ｋＦ／ｉｎｃｈ²、原糸抵抗は１０⁷Ωであった。尚、本実施例では、上流ブラシ６及び下流ブラシ７を構成する繊維として、基材としてのナイロンに導電剤としてカーボンを含ませた、公定水分率が４．０％の合成繊維を用いた。

又、本実施例では、特に、上流及び下流ブラシ６、７のブラシ部６１、７１は、基布に導電性の繊維がＷ織りで植え込まれて構成される。より具体的には、ブラシ部６１、７１は、長手方向の長さが３１３ｍｍ、幅が５ｍｍの基布に、上記繊度の繊維を上記繊維密度にて繊維の長さ（パイル長）が５ｍｍとなるように植毛することにより形成される。このブラシ部６１、７１は、電極板６１、７１として機能する導電性基体に取り付けられる。そして、この電極板６１、７１に、帯電補助電圧印加手段としての第１、第２の帯電補助バイアス電源Ｅ３、Ｅ４が接続される。又、本実施例では、上流及び下流ブラシ６、７はそれぞれ、ブラシ部６１、７１の感光ドラム１の表面に対する侵入量が１ｍｍとなるように、感光ドラム１に当接される。ここで、侵入量とは、ブラシ先端が感光ドラム１に法線方向に押し付けられる距離である。

一般的に、転写位置ｄで転写材Ｐに転写されずに感光ドラム１上に残留した転写残トナーは、帯電極性が正規の帯電極性とは逆極性に反転したトナーや、帯電量が適切でないトナーが混在している。

本実施例によれば、上流ブラシ６により感光ドラム１をより良好に除電し、次いで下流ブラシ７で転写残トナーを正規極性により良好に帯電処理することができる。これにより、帯電ローラ２への転写残トナーの付着防止を効果的になすと共に、現像装置４での転写残トナーの除去・回収をより良好に行うことができる。又、転写残トナー像パターンのゴースト像の発生も厳に防止される。

次に、トナー詰まりによる上流ブラシ６及び下流ブラシ７のブラシ電流量の減少の状態と砂地発生レベルを評価するために、次の試験を行った。即ち、２３℃／５％環境下で印字比率が２０％の画像の作像をＡ４横通紙６００００枚耐久連続して行い、１００００枚毎に画像上の砂地の発生状態を確認した。評価用の画像としては、感光ドラム１の帯電状態を良く反映するハーフトーン（濃度０．４程度）の画像を用いた。又、砂地（或いは砂地かぶり）とは、ハーフトーン部に白ポチ（トナーが載らずに白く画像が抜けた部分）ができるような画像であり、帯電ローラ２の周長よりも長いハーフトーンを出力することにより測定して、評価することができる。Ａ４出力紙上に白ポチが発生した場合に砂地発生、白ポチが無い場合には砂地発生無しと判断した。

尚、表１には、本実施例の評価結果と併せて、比較例１として上流ブラシ６及び下流ブラシ７の両方とも繊維の細さを２ｄ、密度を８０ｋＦ／ｉｎｃｈ²とした場合の評価結果を示す。

表１に示す結果から、初期の状態においては本実施例、比較例１のどちらの構成においても、感光ドラム１を充分均一に帯電させることができていることが分かる。

しかし、表１に示す結果から、印字比率が２０％の評価用画像の作像を２００００枚以上行った場合、比較例１においては、感光ドラム１上に一部帯電が不充分な部分が発生するようになることが分かる。更に、表１の結果から、上記評価用画像の作像を４００００枚以上行った場合、感光ドラム１の全域にわたり帯電が不充分な部分が発生するようになることが分かる。これに伴い、６００００枚作像した時点では、感光ドラム１上に、連れ回りかぶりも発生していた。これは、下流ブラシ７のトナー詰まりが長手全体に広がり、プレ帯電が充分に行えなくなったことが原因であるものと考えられる。これに対し、表１に示す結果から、本実施例においては、印字比率が２０％の画像の作像を２００００枚以上行った場合であっても、感光ドラム１を均一に帯電させることができることがわかる。

次に、トナー詰まりによる上流ブラシ６及び下流ブラシのブラシ電流量の減少とゴースト発生レベルを評価するために、次の試験を行った。即ち、２３℃／５％環境下で印字比率が２０％の画像の作像をＡ４横通紙６００００枚耐久連続して行った際、１００００枚毎に画像上のゴーストの発生状態を確認した。評価用の画像としては、ゴースト評価用として作成されたベタ濃度（最大濃度）印字部を画像先端に備え、感光ドラム１が一周したところにハーフトーン（濃度０．４程度）を備えた画像を用いた。そして、ベタ濃度印字部に対応した像がハーフトーンに発生した場合にゴースト発生、画像不良が無い場合にはゴースト発生無しと判断した。

尚、表２には、本実施例の評価結果と併せて、比較例２として上流ブラシ６及び下流ブラシ７の両方とも繊維の細さを２ｄ、密度を４３０ｋＦ／ｉｎｃｈ²とした場合の評価結果を示す。

表２に示す結果から、初期の状態においては本実施例、比較例２のどちらの構成においてもゴーストは発生しないことがわかる。

しかし、表２に示す結果から、印字比率が２０％の評価用画像の作像を２００００枚以上行った場合、比較例２においては、ゴーストが発生するようになることが分かる。これは、上流ブラシ６のトナー詰まりが発生し、前回の画像形成時の潜像の除去が充分に行えなくなったことが原因であるものと考えられる。これに対し、表２に示す結果から、本実施例においては、印字比率が２０％の画像の作像を２００００枚以上行った場合であっても、前回の画像形成における潜像の除去は問題なく行えることがわかる。

以上の結果から、本実施例では、上記評価用画像の作像を６００００枚行った時点でも、上流ブラシ６及び下流ブラシ７のブラシ電流量の減少量を画像不良が発生しないレベルに収めることができることが分かる。

以上、本実施例によれば、帯電補助手段を構成するブラシへのトナー詰まりを抑制することができる。そして、本実施例によれば、上記トナー詰まりを抑制することによって、転写残トナーを正規の帯電極性に帯電し易くすることができる。又、本実施例によれば、上記トナー詰まりを抑制することによって、トナーの回収率を向上させて、トナーの利用効率を向上させることができる。又、本実施例によれば、上記トナー詰まりを抑制することによって、ゴースト現象、連れ回りかぶり、砂地かぶりなど不具合を抑制することができる。

従って、本実施例によれば、トナー詰まりによるブラシ電流量の減少を抑制し、画像不良の発生を抑制した、クリーナレスシステムを構築することが可能となる。そのため、本実施例は、長期にわたり安定した画像形成を行うことができる、長寿命で低ランニングコストの画像形成装置の実現のために非常に有利である。

以上、本発明を具体的な実施例に則して説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではないことを理解されたい。

例えば、上述の実施例では、画像形成装置は、中間転写方式、タンデム方式を採用したカラー画像形成装置であるとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、画像形成装置は、図３に示すような、直接転写方式、タンデム方式を採用したカラー画像形成装置であってもよい。図３に示す画像形成装置２００において、図１に示す画像形成装置１００のものと同一又はそれに相当する要素には同一符号を付している。図３に示す画像形成装置２００は、上記実施例における中間転写体としての中間転写ベルト９１の替わりに、転写材Ｐを担持して搬送する転写材担持体として、例えば、無端ベルト状部材である搬送ベルト２０１を有する。そして、上記実施例と同様にして各画像形成部Ｓの感光ドラム１上に形成した異なる色のトナー像を、転写手段としての転写ローラ２０２の作用により、搬送ベルト２０１上に担持されて搬送される被転写体としての転写材Ｐ上に順次重ね合わせて転写する。その後、定着器１３によって転写材Ｐ上に転写された多重トナー像を転写材Ｐに定着することで出力カラー画像が得られる。勿論、本発明は、感光体に形成したトナー像を被転写体に転写する画像形成部を単独で有する単色の画像形成装置にも等しく適用できるものである。これら他の態様の画像形成装置においても、画像形成部に設ける第１、第２の帯電補助手段の構成を上記実施例にて説明したものと同様にすることによって、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略断面構成図である。図１の画像形成装置の画像形成部をより詳しく示す概略断面構成図である。本発明を適用し得る画像形成装置の他の例の概略断面構成図である。

符号の説明

１感光ドラム（像担持体）
２帯電ローラ（帯電手段）
４現像装置（現像手段）
６上流ブラシ（第１の帯電補助手段）
７下流ブラシ（第２の帯電補助手段）

Claims

回転可能な感光体と、
トナーの正規の帯電極性と同極性の電圧が印加され、前記感光体と接触して前記感光体の表面を帯電する帯電部材と、
前記感光体上に形成された静電像をトナーで現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記感光体上のトナー像を前記感光体と被転写体とが接触する転写部にて前記被転写体に転写する転写手段と、
前記感光体の回転方向において、前記転写部の下流側かつ前記帯電部材と前記感光体の接触部の上流側において前記感光体と接触し、前記帯電部材に印加される電圧の極性とは逆極性の電圧が印加されることで転写後の前記感光体の表面の電位を除電する第１の導電ブラシと、前記第１の導電ブラシの下流側かつ前記帯電部材と前記感光体の接触部の上流側において前記感光体と接触し、前記帯電部材に印加される電圧と同極性の電圧が印加されて前記第１の導電ブラシによって除電された前記感光体との間で放電することで転写後に感光体の表面に残留したトナーを正規の帯電極性に帯電する第２の導電ブラシと、を備え、
前記現像手段は、トナー像を形成すると同時に、前記第２の導電ブラシによって帯電されたトナーを回収し、
前記第１の導電ブラシの繊維密度が８０ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以上２５０ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以下であり、かつ、前記第２の導電ブラシの繊維密度が３００ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以上６００ｋＦ／ｉｎｃｈ ² 以下であることを特徴とする画像形成装置。
前記第１の導電ブラシと前記第２の導電ブラシの繊維繊度が０．５ｄ（デニール）以上４ｄ（デニール）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。