(57)【要約】【課題】転写残トナーの極性反転を抑えながら、カブリ、黒スジ、裏汚れおよびネガ／ポジ残像の発生を防止して、耐久寿命を延ばすことができるクリーナレス方式の画像形成装置を提供する。【解決手段】感光体１２の周囲にその回転方向に沿って、用紙などの記録媒体Ｓに感光体１２上のトナー像を転写する転写ローラ２０と、転写後に感光体１２上に残ったトナーを一旦回収する補助帯電部材２１と、感光体１２の表面を均一帯電する帯電ブラシ１４とが配設された画像形成装置１０において、画像出力中の転写電圧を実測する電圧計２４と、電圧計２４で実測された転写電圧に基づいて画像出力中に補助帯電部材２１に印加する電圧を制御する電圧制御部２８と、を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体の周囲にその回転方向に沿って、記録媒体に前記像担持体上のトナー像を転写する転写手段と、転写後に前記像担持体上に残ったトナーを一旦回収する補助帯電手段と、前記像担持体の表面を均一帯電する主帯電手段とが配設された画像形成装置において、
画像出力中の転写効率変動要素を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された転写効率変動要素に基づいて画像出力中に前記補助帯電手段に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記転写効率変動要素は、前記転写手段に印加される転写電圧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。
【請求項３】
前記転写効率変動要素は、前記記録媒体が通過するときの圧力から検出される前記記録媒体の厚み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。
【請求項４】
前記転写効率変動要素は、前記記録媒体の種類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。
【請求項５】
像担持体から記録媒体にトナー像が転写された後に前記像担持体上に残ったトナーを補助帯電手段で一旦回収するに際し、画像出力中において、検出された転写効率変動要素に基づいて前記補助帯電手段に印加する電圧を制御することを特徴とする画像形成装置のトナー回収制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーナレス方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特許第２６３７１０４号公報
【０００３】
従来、電子写真方式の画像形成装置では、主帯電手段によって像担持体の表面が均一帯電され、この均一帯電された像担持体表面に露光によって静電潜像が形成され、この静電潜像が現像手段によって現像されてトナー像が形成され、このトナー像が転写手段によって用紙などの記録媒体に転写されるようになっているが、前記転写後に像担持体上に残ったトナー（以下「転写残トナー」という）を専用クリーナではなく前記現像手段で回収する、いわゆるクリーナレス方式の画像形成装置が知られている。
【０００４】
このようなクリーナレス方式の画像形成装置では、像担持体から記録媒体へのトナー像転写後に像担持体表面に転写残トナーが載った状態でその表面が主帯電手段による帯電部や露光手段による露光部を通過すると、表面電位の低下や露光遮断によって次の現像工程に影響を及ぼし、次の画像中においてハーフトーン部分で前画像のまま白く抜けるネガ残像や、白地部分で文字が現れるポジ残像といった画像ノイズが発生することがあった。
【０００５】
そこで、このようなネガ／ポジ残像の発生を防止するために、例えば前記特許文献１では、転写手段と主帯電手段との間に補助帯電手段を像担持体に対して接触配置し、画像出力中は補助帯電手段に主帯電手段とは逆極性の電圧（以下、適宜に「回収バイアス」という）を印加して、転写残トナーを補助帯電手段で一旦回収する技術が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の技術では、補助帯電手段には常に一定の回収バイアスが印加されているだけである。連続プリント時に紙種や紙厚が異なる記録媒体が混在した状態でプリントが行われる場合、各記録媒体毎にそれぞれ適した転写電圧を転写手段に印加するように切り換える必要があり、この転写電圧の切り換えにより転写効率が変動するので、補助帯電手段で精度の高い転写残トナーの回収を達成できないおそれがある。
【０００７】
例えば、転写効率の変動によって、（１）転写効率が低くなると転写残トナーが増加して補助帯電手段によるトナー回収能力が不足することになり、一方、（２）補助帯電手段への回収バイアスを大きくすると転写残トナーの極性が反転するという問題がある。
【０００８】
前記（１）および（２）についてさらに説明すると、まず（１）については、画像出力中に上述したように転写効率が低くなると、補助帯電手段で回収されない転写残トナーが増加してネガ／ポジ残像が発生する。
【０００９】
一方、（２）については、回収バイアスの値をトナー極性とは逆極性側に大きくシフトしたバイアスを印加し続けることで、転写残トナーの回収量が増加し、ネガ／ポジ残像の発生が無くなるが、補助帯電手段において生じる回収バイアスによる放電によって、転写残トナー自身の帯電極性が逆極性に変化してしまい、極性反転した転写残トナーが出現することになる。その結果、極性反転した転写残トナーがその後に現像手段によって回収されて現像手段内のトナーに混入すると、現像時に像担持体表面の静電潜像以外の部分に極性反転したトナーが付着することでカブリが生じる。また、極性反転した転写残トナーが接触式の主帯電手段に付着して抵抗が上がると、主帯電手段の転写残トナー付着部分の帯電性能低下による帯電不良によって画像上縦方向に黒スジの画像ノイズが現れる。さらに、極性反転した転写残トナーが現像手段で回収されずに通過して転写手段に付着すると、記録媒体の裏汚れが発生することになる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、画像出力中に転写効率が変動しても、補助帯電手段によって転写残トナーを極性反転を抑えながら適切に回収することで、カブリ、黒スジ、裏汚れ、および、ネガ／ポジ残像の発生を防止して、作像カートリッジの耐久寿命を延ばすことができるクリーナレス方式の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】
【００１１】
前記目的を達成するために、本発明は、像担持体の周囲にその回転方向に沿って、記録媒体に前記像担持体上のトナー像を転写する転写手段と、転写後に前記像担持体上に残ったトナーを一旦回収する補助帯電手段と、前記像担持体の表面を均一帯電する主帯電手段とが配設された画像形成装置において、
画像出力中の転写効率変動要素を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された転写効率変動要素に基づいて画像出力中に前記補助帯電手段に印加する電圧を制御する電圧制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
ここで、「画像出力中」には、複数枚の記録媒体に連続してプリントを行う連続プリント中だけではなく、１枚のみの記録媒体についてのプリント中も含まれる。
【００１２】
本発明の画像形成装置において、前記転写効率変動要素は、前記転写手段に印加される電圧、前記記録媒体が通過するときの圧力から検出される前記記録媒体の厚み、または、前記記録媒体の種類であってもよい。
【００１３】
また、本発明の画像形成装置のトナー回収制御方法は、像担持体から記録媒体にトナー像が転写された後に前記像担持体上に残ったトナーを補助帯電手段で一旦回収するに際し、画像出力中において、検出された転写効率変動要素に基づいて前記補助帯電手段に印加する電圧を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の画像形成装置及びそのトナー回収制御方法によれば、画像出力中において、検出された転写効率変動要素に基づいて補助帯電手段に印加する電圧を制御するようにしたので、検出された転写効率変動要素から転写効率が変動した判断される場合には補助帯電手段に印加する電圧を適正値に設定変更することで、転写残トナーの極性反転を抑えながら補助帯電手段による転写残トナーの回収量を適切なものにすることができ、これによりネガ／ポジ残像、カブリ、黒スジ、裏汚れ等のない良好な画像を長期使用にわたって維持することができ、作像カートリッジの耐久寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である画像形成装置１０の主要部構成図である。画像形成装置１０は、像担持体として回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光体」という）１２を備えている。感光体１２は負帯電性のＯＰＣ感光体であり、図示しないモータにより矢印ａ方向に回転駆動されるようになっている。
【００１６】
感光体１２の周囲には、その回転方向に沿って順に、主帯電手段である帯電ブラシ１４、露光装置１６、現像器１８、転写手段である転写ローラ２０、補助帯電手段である補助帯電部材２１が配設されている。感光体１２、帯電ブラシ１４、現像器１８および補助帯電部材２１は、画像形成装置１０に着脱可能な一体の作像カートリッジとして構成されている。なお、作像カートリッジの構成は、これに限定されるものではなく、例えば現像器１８を含まないものであってもよい。
【００１７】
感光体１２に接触配置された帯電ブラシ１４は、ブラシ毛が例えば導電性レーヨンで形成されたローラ形状のブラシであり、感光体１４と順方向に回転駆動され、電圧が印加されることによって感光体１４の表面を均一帯電させるものである。
【００１８】
感光体１２から離れて配置された露光装置１６は、例えばパソコンなどの外部装置やスキャナなどの内部装置から入力された信号に応じてレーザ光Ｌを照射して、均一帯電した感光体１２の表面を走査露光することにより、電位減衰部である静電潜像を形成するものである。
【００１９】
感光体１２に現像ローラ１９が接触または近接するように配置された現像器１８は、内部に収容したトナーを現像ローラ１９で感光体１２の対向部に搬送し、感光体１２の表面に形成されている静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する一方で、感光体１２の表面にある転写残トナーを回収するものである。
【００２０】
感光体１２に接触配置された転写ローラ２０は、少なくとも外周部が例えば導電性ＥＰＤＭ製ゴムで構成されており、感光体１２と順方向（矢印ｂ方向）にほぼ同じ周速度で回転駆動され、転写電圧印加部２２によって転写電圧が印加されるようになっている。また、転写ローラ２０には電圧計２４が電気的に接続されており、転写電圧を実測できるようになっている。前記電圧計２４は、後述するように画像形成中の転写効率変動要素を検出する検出手段として機能する。
【００２１】
感光体１２に接触配置された補助帯電部材２１は、導電性モルトプレーンで構成されており、電源２６によって回収バイアスが印加されるようになっている。また、電源２６には電圧制御手段としての電圧制御部２８が電気的に接続されており、電圧制御部２８は電源２６によって印加される回収バイアスを切り換えるように制御する。さらに、電圧制御部２８は、電圧計２４に電気的に接続されており、電圧計２４により実測された転写電圧値が入力されるようになっている。
【００２２】
画像形成装置１０はまた、感光体１２と転写ローラ２０との間に用紙などの記録媒体Ｓを送り込む給紙部３０と、記録媒体Ｓ上に転写されたトナー像を加熱定着させる定着部３２とを備えている。
【００２３】
次に、前記構成からなる画像形成装置１０の動作について説明する。
まず、帯電ブラシ１４によって感光体１２の表面が例えば−７００〜８００Ｖに均一に帯電される。そして、露光装置１６によってレーザ光Ｌが照射されて走査露光されることにより、感光体１２の表面に静電潜像が形成される。
【００２４】
その後、前記静電潜像が感光体１２の回転にしたがって現像器１８の対向部に移動する。このとき、現像器１８に収容されているトナーは負極性帯電特性を有するものであり、現像ローラ１９には例えば−４００Ｖの現像バイアスが印加されている。これにより、現像ローラ１９の外周面に担持された負帯電のトナーは、電位減衰により現像バイアスに対して相対的にプラス側となっている静電潜像に静電的に吸着してトナー像が形成される。
【００２５】
感光体１２の表面に形成されたトナー像は、感光体１２の回転にしたがって転写ローラ２０の対向部に移動する。これに同期して、給紙部３０によって記録媒体Ｓが感光体１２と転写ローラ２０との間に送り込まれる。このとき、転写ローラ２０には、定電流制御により記録媒体Ｓの裏面から例えば＋２０μＡの電流が流れるように例えば１．５ｋＶの転写電圧が印加されており、これにより感光体１２上のトナー像は記録媒体Ｓ側に静電的に吸着されて転写される。それから、トナー像が転写された記録媒体は、定着部３２を通過する際にトナー像が加熱定着された後、装置外部に排出される。
【００２６】
転写後に感光体１２上に残った転写残トナーＴは、感光体１２の回転にしたがって補助帯電部材２１の位置に到達する。このとき、補助帯電部材２１には、電源２６によって、トナーＴの帯電極性から見て逆極性側（すなわちプラス側）の回収バイアスが印加されている。これにより、転写残トナーＴは、補助帯電部材２１に静電的に吸着されて一旦回収される。この場合、感光体１２上の転写残トナーＴは補助帯電部材２１で完全に回収されることはないが、回収されずに残ったとしても所定の量を越えなければ次の画像上にネガ／ポジ残像は現れない。
【００２７】
補助帯電部材２１に一旦回収された転写残トナーＴは、非画像形成中に電源２６によって補助帯電部材２１に例えば−１．０ｋＶのバイアスを印加することで、その帯電電位が負極性側にシフトし、これにより相対的にプラス側となる例えば表面電位−７００〜８００Ｖの感光体１２側に吸引されて吐き出される。
【００２８】
補助帯電部材２１から感光体１２上に転移した転写残トナーＴは、感光体１２の回転にしたがって帯電ブラシ１４を通過することで例えば−７００〜８００Ｖの電位に帯電される。その後、転写残トナーＴは、感光体１２の回転にしたがって現像器１９の位置に到達する。そこで、例えば−４００Ｖの現像バイアスが印加された現像ローラ４が感光体１２の表面電位（−７００〜８００Ｖ）に対して相対的にプラス側となるので、感光体１２上の転写残トナーＴは現像ローラ１９に吸着して現像器１８内に回収される。この回収動作は、現像器１８による現像動作と同時に行われることができる。すなわち、感光体１２上の静電潜像には現像ローラ１９からトナーが付着してトナー像が形成されると同時に、感光体１２上の静電潜像以外の領域にある転写残トナーＴは現像ローラ１９に吸着して回収されることになる。
【００２９】
上述した補助帯電部材２１による転写残トナーＴの回収動作において、回収バイアスの値がプラス側にシフトしていくほど、補助帯電部材２１で回収される転写残トナーＴの回収量は増えるが、ネガ／ポジ残像が発生しなければ回収バイアスは接地とするのが好ましい。その理由は、プラス極性の回収バイアスを印加すると、補助帯電部材２１において生じるプラス電荷の放電によって、転写残トナーＴの電位がプラス側にシフトし、極性反転する転写残トナーＴが増えるためである。極性反転した転写残トナーＴが増えると、上述したようにカブリ、黒スジ、裏汚れ等が発生する原因となる。
【００３０】
しかし、通常時には回収バイアスを接地として問題がなくても、例えば記録媒体Ｓの厚さや抵抗が大きなものである場合には、転写ローラ２０による転写効率が低下することで転写残トナーＴが増加し、ネガ／ポジ残像が発生することがある。そこで、本実施形態の画像形成装置１０では、以下のようにして回収バイアスを切り換える制御を行う。
【００３１】
画像形成装置１０では、画像出力中の転写効率変動要素は電圧計２４で実測される転写電圧であり、この転写電圧の変動に基づいて回収バイアスを制御する。感光体１２から記録媒体Ｓにトナー像を転写するとき、転写ローラ２０の抵抗値、記録媒体Ｓの厚さ、記録媒体Ｓの抵抗値などが大きいと転写ローラ２０に流れる転写電流が小さくなるため、転写効率が低下（すなわちトナー像が転写されにくくなる）して転写不良が発生する可能性が高くなる。これを防止するため、定電流制御により通常時と同じ例えば＋２０μＡの転写電流が流れるように転写電圧印加部２２によって印加される転写電圧が上げられる。このように転写電圧が上げられたことを検知した電圧制御部２８は、転写効率の低下する状態が発生したと判断して、回収バイアスをプラス側にシフトした適正値に切り換える。
【００３２】
このように、本実施形態の画像形成装置１０では、画像出力中において、検出された転写電圧に基づいて補助帯電部材２１に印加する回収バイアスを制御するようにしたので、検出された転写電圧から転写効率が変動したと判断される場合には補助帯電部材２１に印加する回収バイアスを適正値に切り換えることで、転写残トナーＴの極性反転を抑えながら補助帯電部材２１による転写残トナーＴの回収量を適切なものにすることができ、これによりネガ／ポジ残像、カブリ、黒スジ、裏汚れ等のない良好な画像を長期使用にわたって維持することができ、作像カートリッジの耐久寿命を延ばすことができる。
【００３３】
続いて、本実施形態の画像形成装置１０を用いて補助帯電部材２１の回収バイアスの設定を変えながら行った実験について説明する。
ネガ／ポジ残像の評価については、新品の作像カートリッジを用いて１枚のプリントを行い、ネガ残像は画像の半分が文字パターンで残り半分がハーフトーンの画像サンプルで、ポジ残像は文字パターンの画像サンプルで、ともに感光体（直径３０ｍｍ）１周目以降に対応する画像サンプル中の位置に現れているかを目視で確認することにより行った。カブリ、黒スジおよび裏汚れの評価については、黒／白比５％の文字パターンの画像サンプルを作像カートリッジのこれまでの耐久寿命である３０００枚までプリントした後に発生しているかどうかを目視で確認することにより行った。また、実験を行った環境は、温度２５℃、湿度６３％であった。
【００３４】
この実験結果を図２（ａ），（ｂ）の２つの表に示す。図２中の（ａ）はネガ／ポジ残像の発生状況を示し、同図中（ｂ）はカブリ、黒スジ、裏汚れの発生状況を示す。これらの表に示すように、電圧計２４で実測された転写電圧が１．５ｋＶのとき補助帯電部材２１の回収バイアスを接地（すなわち０Ｖ）、＋１００Ｖまたは＋２００Ｖに、転写電圧が２ｋＶのとき回収バイアスを＋１００Ｖまたは＋２００Ｖに、転写電圧が２．５ｋＶのとき回収バイアスを＋２００Ｖにそれぞれ設定すれば、ネガ／ポジ残像、カブリ、黒スジ、裏汚れ等の画像ノイズが発生しないことが確認された。ただし、転写残トナーの極性反転を抑えて少しでもカブリ、黒スジ、裏汚れの発生要因をなくすために、回収バイアスはできるだけマイナス側に設定するのが好ましいので、転写電圧１．５ｋＶのとき回収バイアスを接地に、転写電圧２．０ｋＶのとき回収バイアス＋１００Ｖにそれぞれ設定するのが好ましい。
【００３５】
ところで、前記画像形成装置１０では転写電圧を実測することで転写効率変動要素の検出を行ったが、記録媒体の厚みを検出することで転写効率変動要素の検出を行ってもよい。一般に、記録媒体の厚みが大きくなると抵抗値が上がって転写電流が流れにくくなり転写効率が低下するので、転写電圧を上げる必要がある。そこで、記録媒体の厚みが大きくなったときには、回収バイアスを上げるように制御してもよい。この場合、記録媒体の厚みは、例えば、給紙部３０と転写ローラ２０との間に配置された圧電素子の上を記録媒体Ｓが通過するときに測定される圧力から検出することができる。
【００３６】
図３の表は、前記実験と同様にして行ったネガ／ポジ残像の実験結果を示す。記録媒体である用紙の紙厚１００μｍのとき回収バイアスを−１００Ｖ以上、紙厚１２０μｍのとき回収バイアスを接地（すなわち０Ｖ）以上、紙厚１５０μｍのとき回収バイアスを＋１００Ｖ以上に設定すれば、ネガ／ポジ残像が発生しないことが確認された。ただし、転写残トナーの極性反転を抑えて少しでもカブリ、黒スジ、裏汚れの発生要因をなくすために、回収バイアスはできるだけマイナス側に設定するのが好ましいので、紙厚１００μｍのとき回収バイアスを−１００Ｖに、紙厚１２０μｍのとき回収バイアスを接地に、紙厚１５０μｍのとき回収バイアスを＋１００Ｖにそれぞれ設定するのが好ましい。
【００３７】
また、転写電圧を実測する方法や記録媒体厚みを検出する方法以外に、ＯＨＰ、厚紙、裏紙などの記録媒体の種類を転写効率変動要素として検出し、これに基づいて回収バイアスを切り換える制御を行ってもよい。記録媒体の種類は、例えば、操作パネルの設定やセンサによる抵抗測定によって検出することができる。さらに、装置内湿度を湿度センサで検出して、高湿度になるほど回収バイアスを大きい値に切り換えるように制御してもよい。これらの場合においても、上述したような画像形成装置１０と同様な効果を得ることができる。
【００３８】
なお、前記画像形成装置１０の現像器１８による現像方式は、１成分現像方式または２成分現像方式のいずれであってもよい。
【００３９】
また、主帯電手段は、帯電ブラシ１４以外に、帯電ローラ等の接触式帯電手段や、スコロトロン等の非接触式帯電手段であってもよい。
【００４０】
さらに、前記画像形成装置１０において、回収バイアスの切り換えは、連続プリント時において記録媒体毎に行う場合に限らず、１枚の画像出力中においても行ってもよい。例えば、１枚の記録媒体に半分が黒ベタで残り半分が白ベタの画像を転写する場合には、その画像転写中に転写電圧を切り換える必要があり、この切り換えにより転写効率が変動するので、それに応じて回収バイアスを切り換える制御を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】画像形成装置の主要部構成図。
【図２】第１実験における画像ノイズ発生状況を示す表。
【図３】第２実験における画像ノイズ発生状況を示す表。
【符号の説明】
【００４２】
１０…画像形成装置、１２…感光体（像担持体）、１４…帯電ブラシ（主帯電手段）、１６…露光装置、１８…現像器、２０…転写ローラ（転写手段）、２１…補助帯電部材（補助帯電手段）、２２…転写電圧印加部、２４…電圧計（検出手段）、２６…電源、２８…電圧制御部（電圧制御手段）。
【図１】
2005062454.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005062454.tif 000005