(57)【要約】【課題】荷電制御部材でのトナーの蓄積を回避し，トナーの荷電量の調節が良好な画像形成装置を提供すること。【解決手段】画像形成装置は，導電性の発泡体である荷電制御部材６を有する。この荷電制御部材６は，マイクロセル構造を有する。詳細には，荷電制御部材６を構成するセルは，平均セル径が２００μｍ以下であり，平均セル径±２σの範囲が１００μｍ〜３００μｍの範囲に含まれる。また，荷電制御部材６は，湿度や温度などの環境の変化や，処理モードによって印加バイアスが切り換えられる。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と，前記像担持体上にトナーを付与する機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材と，前記像担持体と当接し前記像担持体上に付着するトナーの荷電量を調節するバイアスが印加される荷電制御部材とを有する画像形成装置において，
前記荷電制御部材は，平均セル径が２００μｍ以下であり，平均セル径±２σ（σ：セル径の標準偏差）の範囲が１００μｍ〜３００μｍの範囲に含まれる導電性発泡体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載する画像形成装置において，
前記荷電制御部材は，前記像担持体上のトナーに対して荷電するバイアスと，前記像担持体上のトナーに対して除電するバイアスとの切換えが可能であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
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，
前記荷電制御部材に印加されるバイアスの直流成分Ｖｄｃは，−２０００Ｖ〜＋１０００Ｖの範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
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，
前記荷電制御部材は，ローラ状の回転体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
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，
前記荷電制御部材は，パッド状の非回転体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載する画像形成装置において，
前記荷電制御部材に印加するバイアスは，環境とモードとの少なくとも一方によって可変であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
トナー像を担持する像担持体と当接し，その像担持体上に付着するトナーの荷電量を調節する荷電制御部材において，
平均セル径が２００μｍ以下であり，平均セル径±２σ（σ：セル径の標準偏差）の範囲が１００μｍ〜３００μｍの範囲に含まれる導電性発泡体であることを特徴とする荷電制御部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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，廃トナーの低減や装置のコンパクト化等を目的として，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。
【背景技術】
【０００２】
従来から，現像同時クリーニング方式の画像形成装置が実用化されている（例えば，特許文献１，特許文献２）。この現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，転写後の像担持体上に残余する現像剤（以下，「残留トナー」とする）を現像装置にて回収する。
【０００３】
この現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，残留トナーの荷電量の調整が重要となる。すなわち，残留トナーには，転写の履歴を受けたものや，カブリトナー等の逆極性のトナーも多く含まれる。そして，逆極性の残留トナーや荷電量が低い残留トナーをそのまま帯電部に送ると，帯電装置が残留トナーを回収してしまう。そのため，帯電装置が汚染される。特に，ローラ型等の接触帯電装置の場合，帯電装置が汚染され易い。
【０００４】
そこで，現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，残留トナーの付着量および荷電量の調整を行うために荷電制御部材が設けられている。この荷電制御部材は，画像形成プロセス中，転写部から帯電部までの間に位置し，所定のバイアスを印加することにより，転写部で転写されなかった残留トナーの電荷（極性）を均一にしている。すなわち，残留トナーに含まれる逆極性のトナーを正規極性にシフトさせ，帯電装置での回収を回避している。また，荷電制御部材は，残留トナーの荷電量制御機能とともに像担持体の予備帯電機能も兼ねている。
【特許文献１】特許第３１１３８０３号公報
【特許文献２】特開平２−２５９７８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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，荷電制御部材における荷電量の制御としては荷電と除電がある。そして，荷電量の制御の際，荷電制御部材に現像トナーと逆極性のバイアスを印加すると，荷電制御部材が残留トナーを取り込んでしまう。特に，荷電制御部材としてセル径が大きい発泡体を利用したりブラシ型のものを利用すると，セル内に多くのトナーを取り込んでしまう。そのため，荷電制御部材にトナーが蓄積し，残留トナーを現像部材に搬送できなくなる。
【０００６】
そして，荷電制御部材にトナーが蓄積すると，荷電制御機能が低下する。また，荷電制御部材による残留トナーの付着量の調整機能が低下する。そして，荷電制御部材での回収不良に伴って残留トナーの通過量が多くなり，現像装置での回収が困難となる。すなわち，現像装置での回収性が悪化する。また，トナーの蓄積量を低減するために複数の荷電制御部材を設けたり，荷電制御部材のクリーニング処理等が必要となる。
【０００７】
本発明は，前記した従来の画像形成装置が有する問題点を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，荷電制御部材でのトナーの蓄積を回避し，トナーの荷電量の調節が良好な画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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，像担持体の表面を所定の帯電させる帯電部材と，像担持体上にトナーを付与する機能および像担持体上にあるトナーを回収する機能を備えた現像部材と，像担持体と当接し像担持体上に付着するトナーの荷電量を調節するバイアスが印加される荷電制御部材とを有する画像形成装置であって，荷電制御部材は，平均セル径が２００μｍ以下であり，平均セル径±２σ（σ：セル径の標準偏差）の範囲が１００μｍ〜３００μｍの範囲に含まれる導電性発泡体であることを特徴としている。
【０００９】
すなわち，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材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，像担持体と当接し，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荷電量を調節する荷電制御部材を有している。すなわち，荷電制御部材には，像担持体上のトナーに対して荷電するバイアスと，像担持体上のトナーに対して除電するバイアスとが印加可能であり，必要に応じて適切なバイアスが印加される。一般的には，直流成分Ｖｄｃが−２０００Ｖ〜＋１０００Ｖの範囲内となるＤＣバイアスもしくはＡＣバイアス（ＤＣバイアスにＡＣバイアスが重畳されたバイアスも含む）が印加される。
【００１０】
この荷電制御部材は，導電性の発泡体（例えば，ポリウレタン樹脂）である。また，平均セル径が２００μｍ以下であり，平均セル径±２σの範囲が１００μｍ〜３００μｍの範囲に含まれる。すなわち，セル径の分布が１００μｍ〜３００μｍの範囲に集中し，その平均セル径が２００μｍ以下となっている。
【００１１】
荷電制御部材が上記条件を満たすマイクロセル構造であることにより，トナーの取り込みが低減される。また，セル径が小さいことから，トナーの蓄積も少ない。よって，荷電制御機能の低下が抑えられる。また，セル径が小さいことから，像担持体との接触面積も大きく，荷電および除電の性能が良好である。
【００１２】
また，本発明の画像形成装置の荷電制御部材は，ローラ状の回転体であることとするとよりよい。これにより，残留トナーや像担持体に摺動による機械的なストレスを与えずトナーの荷電量を調節できる。さらに，回転体であるため，押圧力を高めに設定しても機械的にトナーを掻き取ることがない。
【００１３】
また，本発明の画像形成装置の荷電制御部材は，パッド状の非回転体であってもよい。これにより，回転体と比べて小サイズにできる。また，固定式であっても圧力調整とバイアス設定によりトナーの通過性を向上させることができる。さらに，固定式とすることでニップ幅が広くなり，より荷電調節可能となる。
【００１４】
また，本発明の画像形成装置の荷電制御部材に印加するバイアスは，環境とモードとの少なくとも一方によって可変であることとするとよりよい。すなわち，荷電制御部材による荷電量の制御は，環境変化の影響を受け易い。そこで，環境の変化（例えば，高温高湿時と低温低湿時）に応じて，印加するバイアスの値をその環境に最適な値に切り換える。また，荷電モード，除電モード，清掃モードなどのモードの違いによって印加するバイアスの値を切り換える。これにより，より精細な荷電制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば，マイクロセル構造を有する導電性発泡体の荷電制御部材を設けることにより，荷電制御部材によるトナーの取り込みが低減される。よって，荷電制御部材でのトナーの蓄積を回避し，トナーの荷電量の調節が良好な画像形成装置が実現している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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，その他に中間転写ベルト８，２次転写ローラ９，クリーニングブレード１０等を有している。各画像形成ユニットは，中間転写ベルト８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上記の順序に限定されるものではない。
【００１８】
また，画像形成ユニット１Ｋは，図２に示すようにトナー像を担持する感光体ドラム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，現像器４，転写装置５，荷電制御部材６が順次配置されている。なお，帯電装置３と現像器４との間には，潜像が形成される露光部が設けられている。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。
【００１９】
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型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型の帯電装置が適用可能である。接触型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。
【００２０】
また，本形態の帯電装置３では，画像形成時と非画像形成時とで異なるバイアスが印加される。帯電装置３への印加バイアス（帯電バイアス）の形態は，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，その他の波形の電圧でもよい。また，感光体ドラム２の表面電位は，マイナス側に限るものではなく，プラス側であってもよい。
【００２１】
現像器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，静電潜像の白地部については感光体ドラム上の残留トナーを回収し，それ以外の部分についてはトナータンク内のトナーを付与する。現像器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二成分現像方式であっても，キャリアを含まない一成分現像方式であってもよい。また，本形態では，マイナス帯電トナーを使用するが，トナー像の現像が可能であれば，プラス帯電トナーであってもよい。
【００２２】
荷電制御部材６は，残留トナーの荷電量の調整および付着量の調節を行うためのものである。荷電制御部材６は，セル径の分布が１００μｍから３００μｍの範囲内に集中（平均セル径±２σが１００μｍから３００μｍの範囲内，図３参照）し，かつ平均セル径が２００μｍ以下であり，１ｍｍ2 あたりのセル数が５０〜１００個の範囲内である導電性発泡体からなる部材である。また，荷電制御部材６は，ローラ型であり回転可能に設けられている。導電性発泡体としては，例えば導電性物質を分散させたポリウレタン樹脂の発泡体が適用可能である。
【００２３】
また，荷電制御部材６は，単泡タイプの発泡体である。なお，厳密には発泡の過程上，連泡となるセルも幾つか存在するが，製造上では単泡であることが想定されたものである。すなわち，単泡セルと連泡セルとが混在しており，単泡のセルの割合が高いものである。
【００２４】
また，荷電制御部材６は，ローラ型の部材であるが，常に回転する必要はなく，必要に応じて停止していてもよい。また，回転速度や回転方向も自在に設定可能である。なお，荷電制御部材６は，ローラ型等の回転体に限るものではない。例えば，図４に示すように，パッド型の非回転体であってもよい。なお，回転体であるローラ型の場合には，残留トナーの通過性や部材の押圧力の設計自由度の点で有利である。一方，非回転体であるパッド型の場合には，残留トナーの荷電性や装置のコンパクト化の点で有利である。また，荷電制御部材６にスライド機構や離間機構を設けてもよい。
【００２５】
荷電制御部材６には，残留トナーの荷電量を制御するためのバイアスが印加される。一般的には，Ｖｄｃが−２０００Ｖから＋１０００Ｖの範囲内となるＤＣもしくはＡＣのバイアスが印加される。
【００２６】
荷電制御部材６に印加するバイアスは，システム，環境，モードなどによって可変となっている。すなわち，荷電制御部材による荷電量の制御は，環境変化の影響を受け易く，残留トナーの荷電量を厳密に調節することが非常に困難である。例えば，残留トナーへの電荷の付与が比較的容易な低温・低湿環境においては，荷電制御部材により残留トナーを必要以上に荷電してしまう。そのため，残留トナーと像担持体との鏡像力が強くなり，現像装置での回収不良が生じる。よって，残留トナーの回収不良により，像担持体へのトナー固着や画像ノイズが発生してしまう。一方，低温・低湿環境に合わせたバイアスを荷電制御部材に印加すると，通常環境や高温・高湿環境では荷電不足となる。そのため，荷電制御部材からのトナーの吐き出し性が悪く，荷電制御部材にトナーが蓄積してしまう。また，湿度や温度に応じて荷電制御部材への印加バイアスを変化させたとしても，必ずしもその湿度や温度で荷電特性が変化するとは限らない。また，荷電制御部材６の制御モードによっても異なる。
【００２７】
そこで本形態では，高温高湿環境（温度：３０℃以上，湿度：８５％以上），通常環境，および低温低湿環境（温度：１０℃以下，湿度：１５％以下）の３区分の環境パラメータを用意し，各環境に応じて最適なバイアスが選択される。また，モードごとに最適なバイアスが選択される。例えば，低温低湿環境では−３００Ｖに，通常環境では−５００Ｖに，高温高湿環境では−７００Ｖに，逆極性のトナーの荷電を行う際には−１０００Ｖに，高荷電のトナーを除電する際には＋５００Ｖに，清掃モードの際には−１００Ｖに設定される。また，荷電制御部材６に印加するバイアスは，直流電圧と交流電圧とを重畳させた矩形波（Ｖｐｐ：５００Ｖ，周波数：２ｋＨｚ，デューティ比：５０％）とする。なお，これらの設定値はあくまでも例であり，これらに限るものではない。
【００２８】
また，荷電制御部材６への印加バイアスは，直流電圧であってもよい。また，パルス電圧，その他の波形の電圧でもよい。また，荷電制御部材６は，残留トナーに限らず感光体ドラム２の表面にも電荷を付与することから，帯電装置３による主帯電前の予備帯電としての機能も有する。
【００２９】
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。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に帯電される。次に，露光部にて１ページ目の潜像が形成される。露光手段としては，静電潜像を形成可能なものであればよく，例えばレーザ露光が適用可能である。
【００３０】
次に，現像器４により，負極性のトナーによる現像が行われ，感光体ドラム２上に１ページ目のトナー像が形成される。次に，転写装置５により，１ページ目のトナー像が中間転写ベルト８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の正極性バイアスにより中間転写ベルト８に転写される。このとき，一部のトナーは，転写されずに感光体ドラム２上に残留し残留トナーとなる。さらに，残留トナーの一部は，正極性にシフトしている。
【００３１】
次に，荷電制御部材６により，残留トナーの荷電制御が行われる。また，感光体ドラム２の表面も負極性に帯電される。これにより，残留トナーの荷電量が高くなり，帯電装置３への残留トナーの付着が抑制される。その後，再び帯電装置３により感光体ドラム２の表面が帯電される。
【００３２】
次に，露光部で２ページ目の静電潜像が形成される。次に，現像器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，残留トナーのうち，白地部に存在するものは現像器４に回収され，それ以外の部分に存在するものはトナー像となって再度転写される。
【００３３】
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８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８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９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。
【００３４】
続いて，荷電制御部材のセル径と荷電特性との関係について詳説する。本出願人は，セル径と荷電特性との関係を調査するため，２つの実験を行った。これらの実験では，発泡体ローラ型の各荷電制御部材（セル径：６００μｍ，５００μｍ，４００μｍ，３００μｍ，１５０μｍ）とブラシ型の荷電制御部材とを用意し，それぞれ同様の実験を繰り返し行った。
【００３５】
第１の実験では，荷電制御部材に印加するバイアスを変化させ，荷電制御部材を通過する前後におけるトナーの付着量の変化，すなわちトナーの通過率を調べた。図５は，印加バイアスとトナーの通過率との関係を示している。図５に示すように，ブラシ型の荷電制御部材は，トナーの通過率が低く，トナーを取り込み易いことがわかる。特に，逆極性側（本実験ではプラス側）での通過率は極めて低く，殆どのトナーを取り込んでしまうことがわかる。
【００３６】
一方，発泡体ローラ型の荷電制御部材は，ブラシ型のものと比較して通過率が高いことがわかる。しかしさらに，セル径に着目すると，平均セル径が３００μｍ以上ある発泡体部材では，５００Ｖ以上の印加バイアスでは逆極性側での通過率が６０％以下となり，多くのトナーを取り込んでしまうことがわかる。一方，平均セル径が１５０μｍの発泡体部材では，５００Ｖ以上の印加バイアスでも通過率が８０％以上となり，トナーの取り込みが少ないことがわかる。この実験から，逆極性側のバイアスを印加した際でも，平均セル径が１５０μｍの発泡体部材であればトナーの取り込みを抑えることができることがわかる。
【００３７】
第２の実験では，荷電制御部材に印加するバイアスを変化させ，荷電制御部材を通過する前後におけるトナーの荷電量の変化，すなわちトナーの荷電性を調べた。図６は，印加バイアスとトナーの荷電量との関係を示している。図６に示すように，ブラシ型の荷電制御部材は，平均セル径が３００μｍ以上ある発泡体ローラ型の荷電制御部材と荷電性にそれほど差がないことがわかる。
【００３８】
一方，平均セル径が１５０μｍの発泡体ローラ部材では，逆極性のバイアスを印加したときの変化が極めて大きいことがわかる。すなわち，除電効果が大きく，印加バイアスの値が小さくても除電効果があることがわかる。この実験から，平均セル径が１５０μｍの発泡体ローラ型であれば，ブラシ部材やセル径が３００μｍ以上の発泡体ローラ部材と比較して荷電性能が良好であることがわかる。
【００３９】
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，導電性の発泡体であり，残留トナーの荷電量を調節する荷電制御部材６を有することとしている。この荷電制御部材６は，マイクロセル構造を有し，平均セル径が２００μｍ以下であり，平均セル径±２σの範囲が１００μｍ〜３００μｍの範囲に含まれることとしている。このような繊細なセル構造を設けることにより，残留トナーの取り込みを抑制することができる。そのため，逆極性のバイアスを印加してもトナーの取り込み量が少なく，荷電制御部材６内でのトナーの蓄積が抑制される。また，セル径を小さくすることで，荷電性能の向上を図ることができる。
【００４０】
また，荷電制御部材６は，湿度や温度などの環境の変化や，処理モードによって印加バイアスを切り換えることとしている。これにより，より精細な荷電制御を行うことができる。よって，荷電制御部材でのトナーの蓄積を回避し，トナーの荷電量の調節が良好な画像形成装置が実現している。
【００４１】
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。
【００４２】
また，本実施の形態では，各画像形成ユニットに１つの荷電制御部材が設けられているが，これに限るものではない。例えば，図７に示すように，２つの荷電制御部材を設けてもよい。勿論，３つ以上の荷電制御部材を設けてもよい。また，複数の荷電制御部材を設けた場合には，セル径が異なる荷電制御部材を配置してもよい。あるいは，一方の部材を図８に示すようにブラシ型のものとしてもよい。
【００４３】
複数の荷電制御部材を配置することで，例えば一方の部材をトナーの荷電量制御用として，他方の部材をトナーの搬送量制御用として利用することが可能となる。また，複数の荷電制御部材を配置することで，それぞれ異なるバイアスを印加することができる。そのため，より環境やモードに合わせた荷電制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】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。
【図２】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（ローラ型）である。
【図３】荷電制御部材のセル径の分布を示すグラフである。
【図４】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（パッド型）である。
【図５】印加バイアスとトナーの通過率との関係を示すグラフである。
【図６】印加バイアスとトナーの荷電量との関係を示すグラフである。
【図７】応用例に係る画像形成ユニットの構成を示す概略図（その１）である。
【図８】応用例に係る画像形成ユニットの構成を示す概略図（その２）である。
【符号の説明】
【００４５】
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（帯電部材）
４      現像装置（現像部材）
５      転写装置
６      荷電制御部材（荷電制御部材）
８      中間転写ベルト
１００  カラープリンタ（画像形成装置）
【図１】
2006337683.tif 000003
【図２】
2006337683.tif 000004
【図３】
2006337683.tif 000005
【図４】
2006337683.tif 000006
【図５】
2006337683.tif 000007
【図６】
2006337683.tif 000008
【図７】
2006337683.tif 000009
【図８】
2006337683.tif 000010