JP4984778B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

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，転写後に像担持体上に残存するトナー（以下，「転写残トナー」とする）を現像装置によって回収する，すなわち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。

従来から，電子写真方式の画像形成装置では，感光体ドラム等の像担持体上にトナー像を形成する。より具体的には，像担持体上を一様に帯電し，露光することで静電潜像を形成し，その静電潜像をトナーによって現像することでトナー像を形成する。そして，そのトナー像を用紙等の記録媒体上に転写し，そのトナー像を記録媒体に定着させることにより，画像を形成するように構成されている。転写後の転写残トナーは，クリーニング装置によって回収・除去される。

近年，環境保全や資源の有効利用の観点から，転写残トナーを現像装置に戻して再利用する画像形成装置がある。この１つの方式として，専用のクリーニング装置を廃し，現像装置によって転写残トナーを回収して再利用する現像同時クリーニング方式の画像形成装置が提案されている。

現像同時クリーニング方式は，転写後の転写残トナーを次工程以降の現像工程時に現像バイアスとの電位差によって現像装置内に直接回収する方法である。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工程以降の現像処理に再利用されるため，廃棄されるトナーをなくし，トナーの有効利用を図ることができる。また，専用のクリーニング装置を配しないため，装置自体のコンパクト化にも有利である。

上述したような現像同時クリーニング方式では，次のような問題が生じる。すなわち，転写後の感光体上には，帯電極性が正規極性とは逆極性に反転してしまっている転写残トナーが混在する。また，帯電極性が正規極性であっても除電されて帯電量が少なくなっているものもある。それらのトナーは，接触方式の帯電装置を通過する際，帯電装置に付着し易く，帯電不良の原因となる。また，現像装置での回収が難しく，感光体上に蓄積することで，画像不良の原因となる。

この問題に着目した技術として，例えば特許文献１には，感光体の回転方向において転写手段の下流側かつ帯電手段の上流側に，現像剤帯電量制御手段を配置した画像形成装置が開示されている。この現像剤帯電量制御手段は，帯電処理前に転写残トナーの帯電極性を正規の帯電極性に揃える。これにより，帯電不良や画像不良の発生を抑制できるとしている。また，例えば特許文献２には，転写手段の下流側かつ帯電手段の上流側に，正規とは逆極性で帯電処理する第１の現像剤帯電量制御手段と，正規極性で帯電処理する第２の現像剤帯電量制御手段とを配置した画像形成装置が開示されている。この２つの現像剤帯電量制御手段により，帯電装置への付着を防止しつつ現像装置での転写残トナーの回収を効率的に行うことができるとしている。
特開平８−１３７３６８号公報 特開２００２−９９１７６号公報

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，現像同時クリーニング方式の画像形成装置では，所定量を超える量の転写残トナーが存在すると，帯電不良や露光不良が生じる。

具体的に，図３０に示すように，転写残トナーＴが特定の場所に集中している場合，帯電時に当該トナー集中箇所下の感光体が十分に帯電されない。そのため，当該トナー集中箇所での感光体表面電位Ｖ０’の絶対値が通常箇所の感光体表面電位Ｖ０の絶対値と比較して低くなる。この電位ムラ（帯電不良）が濃度差となって画像に現れる。

また，図３１に示すように，露光時に転写残トナーＴが露光箇所を遮光してしまう。そのため，当該トナー集中箇所での感光体表面電位Ｖｉ’の絶対値が露光箇所の感光体表面電位Ｖｉの絶対値と比較して高くなる。この電位ムラ（露光不良）も濃度差となって画像に現れる。

特許文献１や特許文献２では，転写後に位置する現像剤帯電量制御手段にて転写残トナーの帯電量を調節し，帯電装置への付着を抑制するとともに現像装置への回収を容易にしている。しかし，感光体上の転写残トナーの量には着目していない。そのため，転写残トナーの量が所定量を超えると，前述した電位ムラが生じる。

本発明は，前記した従来の現像同時クリーニング方式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，現像同時クリーニング方式の画像形成装置において，帯電部での帯電不良および露光部での露光不良を抑制し，高画質の画像を形成する画像形成装置を提供することにある。

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，像担持体の表面を一様に帯電する帯電部と，帯電処理された像担持体上に静電潜像を形成する露光部と，像担持体上にトナーを付与してトナー像を形成する現像機能および像担持体上にあるトナーを回収する回収機能を備える現像部と，像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部とを有し，現像とクリーニングとを併せて行う方式の画像形成装置であって，像担持体の回転方向の，帯電部よりも上流であって転写部よりも下流に位置し，像担持体に当接するブラシ部材であり，像担持体上のトナーを回収する回収機能と，保持するトナーを吐き出す吐出機能とを備え，像担持体上のトナー量を所定値以下に調節するトナー量調節部と，トナー量調節部に対して直流電圧と交流電圧とを重畳したバイアスを印加するバイアス印加部と，バイアス印加部のバイアスのうちの，直流電圧Ｖｄｃ，交流ピーク間電圧Ｖｐｐ，交流電圧デューティ比，交流電圧周波数の少なくとも１つのパラメータを制御する制御部とを有し，制御部は，現像時に像担持体上に供給されるトナー量を基に，バイアスの可変パラメータの値を設定することを特徴としている。

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，帯電部よりも上流であって転写部よりも下流に，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回収および保有するトナーの吐出を行うトナー量調節部を有している。トナー量調節部のトナー回収率およびトナー吐出率を制御し，像担持体上のトナー量を所定値以下に保つことで，大量のトナーによるトナー集中を回避でき，帯電時および露光時の電位ムラが抑制される。

また，本発明の画像形成装置では，トナー調節部に直流電圧と交流電圧とを重畳したバイアスを印加するバイアス印加部と，そのバイアスのうちの，直流電圧Ｖｄｃ，交流ピーク間電圧Ｖｐｐ，交流電圧デューティ比，交流電圧周波数の少なくとも１つのパラメータを制御する制御部とを有している。さらに，トナー量調節部は，像担持体に当接する導電性のブラシ部材である。すなわち，ブラシ部材におけるトナー回収率ないしトナー吐出率は，印加されるバイアスのパラメータに依存する。そのため，制御部により印加されるバイアスのパラメータを制御することで，トナー量調節部のトナー回収率ないしトナー吐出率を制御することができる。

すなわち，本発明の画像形成装置では，トナー量調節部のトナー回収率およびトナー吐出率を調節可能であるため，像担持体上のトナー量を一定値以下に保つことができる。例えば，像担持体上のトナー量が多いときには，トナー量調節部にてトナーを回収・保持し，像担持体上のトナー量が少ないときあるいはトナー量が多くても画像形成に影響がないときには，保持しているトナーを吐出する制御を行う。これにより，高画質を維持しつつトナーのリサイクルを実現できる。

また，像担持体上のトナー量は，例えば現像時に供給されるトナー量，さらにはそのトナー量を基に転写残トナーとなる転写残トナー量を推測し，その転写残トナー量を基にバイアスのパラメータを決定すればよい。現像時に供給されるトナー量は，露光時の露光データを基に予測することができる。この他，像担持体上にトナーを検知するセンサを設置し，そのセンサの出力値を基にバイアスのパラメータを決定してもよい。また，単純に，作像時はすべての転写残トナーを回収し，非作像時に回収したトナーを吐出するとしてもよい。

なお，露光部の露光データからトナー量を予測する場合には，トナー量を検知するための部品数の増加がなく，コストアップを抑制することができる。また，装置のコンパクト化を妨げることはない。また，作像／非作像によって回収／吐出を切り換えるものと比較して，作像時にも所定量以下の範囲で吐出を行う。そのため，トナーの蓄積によるトナー回収率の低下を抑制することができる。

また，トナー量調節部は，像担持体に対してカウンタ回転するブラシ回転体であることとするとよりよい。すなわち，トナーの回収性が向上し，カウンタ回転することでトナーの取り込みが容易となる。また，カウンタ回転することによる摩擦で転写残トナーを正規極性側に荷電する。これにより，転写後に極性が反転してしまったトナーの一部を再度反転させて正規極性に戻すことができる。

また，本発明の画像形成装置のトナー量調節部は，像担持体上のトナーを一旦回収し，像担持体上のトナー量が所定値以下となるように吐出率を制御することとするとよりよい。すなわち，トナーを一旦回収し，その後に吐出することにより，特定の場所に集中したトナーを散らすことができる。よって，トナー集中による帯電ムラないし露光ムラがより抑制される。なお，ここでの「トナーを一旦回収する」とは，必ずしもトナーを１００％回収することを意味するものではなく，トナー回収率が高い状態（概ね８０％以上）であればよい。

本発明によれば，現像同時クリーニング方式の画像形成装置において，帯電部での帯電不良および露光部での露光不良を抑制し，高画質の画像を形成する画像形成装置が実現している。

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。

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，その他に露光装置８，中間転写ベルト１０，２次転写ローラ１１，クリーニングブレード１２等を有している。各画像形成ユニットは，中間転写ベルト１０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図１の順序に限定されるものではない。

また，画像形成ユニット１Ｋは，図２に示すように，回転ドラム型の電子写真感光体であり，負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）である感光体ドラム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，現像装置４，転写装置５，トナー収出量制御部材６が順次配置されている。また，帯電装置３と現像装置４との間には，潜像が形成される露光エリアが設けられている。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。

本形態のカラープリンタ１００は，トナー収出量制御部材６に対して直流電圧と交流電圧とが重畳された振動バイアス（以下，「トナー量制御バイアス」とする）を印加するためのバイアス印加部６１と，バイアス印加部６１のトナー量制御バイアスを制御する制御部６２とを備えている。バイアス印加部６１は，直流成分電圧Ｖｄｃ，ピーク間電圧Ｖｐｐ，周波数，デューティ比の少なくとも１つが可変である。なお，不図示であるが，帯電装置３，現像装置４，転写装置５の各装置にもそれぞれ電源が接続されており，所定のバイアスが印加される。

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方式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方式の帯電装置が適用可能である。接触方式の帯電装置は，放電生成物の発生を抑え，感光体ドラム２の劣化を防ぐことができ，高画質を維持することができる。また，オゾンレスによって排気ダクト，ファン等が不要になることによる装置のコンパクト化も可能になる。接触方式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。

本形態では，帯電装置としてローラ型のものを使用する。具体的に帯電装置３は，図３に示すように，芯金３１（ＳＵＳ，直径：６ｍｍ）と，芯金３１を覆う発泡体ベース層３２（膜厚：２．５ｍｍ）と，発泡体ベース層３２を覆う中間層３３（膜厚：０．４５ｍｍ，抵抗：２Ｅ＋５Ω，硬度：７５°，表面粗さＲａ：０．２μｍ以下）と，中間層３３をコーティングする表面層３４（膜厚：１０μｍ，抵抗：２Ｅ＋５Ω）とを有する。なお，発泡体ベース層３２，中間層３３，表面層３４を構成する材料は一般的な樹脂材料であればよい。

なお，帯電装置３への印加バイアス（帯電バイアス）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，サイン波形，矩形波形，その他の波形の電圧でもよい。本形態では，矩形波（Ｖｄｃ：−５００Ｖ，Ｖｐｐ：１２００Ｖ，周波数：１ｋＨｚ）の帯電バイアスが印加される。

図４は，帯電バイアスのパラメータ（Ｖｄｃ，Ｖｐｐ）を変化させたときの帯電ローラのトナー汚れ状態を調査した結果を示している。図５は，帯電バイアスのパラメータ（Ｖｄｃ，Ｖｐｐ）を変化させたときの帯電ローラの外添剤汚れ状態を示している。両図とも帯電ローラの汚れの判断は目視で行い，●は良好，▲は一部不良，■は不良を示している。両図に示したように，図中左上の領域ではプラストナーによる汚れが目立ち，図中右下の領域ではマイナストナーによる汚れが目立つ結果となった。これにより，帯電バイアスの使用領域としては，両図中の破線枠で示したように，Ｖｄｃが−２００Ｖ〜−６５０Ｖの範囲内であり，Ｖｐｐが７００Ｖ〜１４００Ｖの範囲内であることが帯電ローラの汚染を抑制する上で好ましいことがわかる。

現像装置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，本形態では，静電潜像の白地部については感光体ドラム上の転写残トナーを回収し，それ以外の部分についてはトナーを付与する。現像装置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２成分現像方式であっても，キャリアを含まない１成分現像方式であってもよい。本形態では，負帯電極性トナーを使用するが，トナー像の現像が可能であれば，正帯電極性トナーであってもよい。

トナー収出量制御部材６は，感光体ドラム２上のトナー量の調節を行うためのものである。トナー収出量制御部材６としては，ロール状の導電性ブラシ部材を適用する。本形態では，繊径が２．２ｄＴ，密度が２４０ｋＦ，パイル長が３ｍｍ，抵抗が１Ｅ＋５Ω，押し込み量が０．５ｍｍのナイロンブラシを使用する。トナー収出量制御部材６は，感光体ドラム２に対してカウンタ方向に回転し，その周速比θは２である。

トナー収出量制御部材６には，電源となるバイアス印加部６１を介してトナー量制御バイアスが印加される。本形態では，Ｖｄｃが−１００Ｖ，Ｖｐｐが３００Ｖ，デューティ（−）が５０％，周波数が１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚとする矩形波のバイアスが印加される。本トナー量制御バイアスのパラメータのうち，周波数は可変であり，制御部６２によって制御される。本形態では，トナー量制御バイアスの周波数を変えることにより，トナーの回収率（トナー収出量制御部材６がトナーを取り込む確率）および吐出率（トナー収出量制御部材６がトナーを吐き出す確率）を変化させる。制御の詳細については後述する。

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。なお，図６に感光体ドラム２の表面電位の推移を示す。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Ｖ０に一様に帯電処理される（図６（ａ））。

次に，露光装置８が感光体ドラム２上の露光エリアに光を照射することにより，１ページ目の静電潜像が形成される。本工程では，レーザ光により露光された部分が電位Ｖｉとなり，電位Ｖ０と電位Ｖｉとのコントラストによって静電潜像が形成される（図６（ｂ））。

次に，現像装置４では，負帯電極性のトナーを担持する現像ローラに現像バイアスが印加されており，電位Ｖｄ（Ｖ０＜Ｖｄ＜Ｖｉ）となっている現像ローラ上を静電潜像が通過する際に現像が行われる。このとき，現像ローラ上のトナーは，電位Ｖｉとなっている露光部（黒地部）では感光体ドラム２へ移動し，電位Ｖ０となっている非露光部（白地部）では移動しない（図６（ｃ））。これにより，感光体ドラム２上にトナー像が形成される。

次に，転写装置５により，トナー像が中間転写ベルト１０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の正極性の転写バイアスＶｔにより中間転写ベルト１０上に移動する（図６（ｄ））。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，転写残トナーとなる。

次に，トナー収出量制御部材６により，感光体ドラム２上の転写残トナーが回収される。さらに，回収したトナーの一部は，再び感光体ドラム２上に吐き出される（図６（ｅ））。すなわち，一旦，トナーを回収した後，その回収したトナーを吐き出す。これにより，特定の場所に集中したトナーを散らすことができる。

また，トナー収出量制御部材６では，感光体ドラム２上の転写残トナーが所定量以下となるように，トナー収出量制御部材６のトナーの回収率および吐出率が調節される。すなわち，トナーの吐出率を下げると，感光体ドラム２上の転写残トナー量が減るため，帯電不良や露光不良に有利となる。しかし，ブラシ部材であるトナー収出量制御部材６内にトナーが蓄積されることになる。トナーの蓄積量が多くなると，回収率の低下やトナーの漏れが生じる。そのため，適宜，蓄積したトナーを吐き出す必要がある。そこで，感光体ドラム２上のトナーが所定量以上とならないように回収率および吐出率を変化させる。

また，感光体ドラム２に対してカウンタ回転するトナー収出量制御部材６では，摩擦によってトナーの帯電極性が調節される。すなわち，トナー同士の摩擦，転写バイアス，トナー量制御バイアス等によってトナーの帯電極性および帯電量が変化する。この帯電極性が反転したトナーをトナー収出量制御部材６によって荷電し，その一部を再反転させる。

その後，再び帯電装置３により転写残トナーの上から感光体ドラム２の表面が帯電処理される（図６（ｆ））。このとき，トナー収出量制御部材６にて転写残トナーの付着量が所定量以下に抑えられていることから，転写残トナーに遮られることなく感光体ドラム２の表面が一様に帯電される。

その後，露光部で２ページ目の静電潜像が形成される（図６（ｇ））。このときも同様に，トナー収出量制御部材６にて転写残トナーの付着量が所定量以下に抑えられていることから，転写残トナーに遮られることなく露光処理が行われる。

次に，現像装置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，転写残トナーのうち，非露光部（白地部）に存在するものは現像装置４に回収され，露光部（黒地部）に存在するものはトナー像となる（図６（ｈ））。

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１０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１０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１１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。

続いて，トナー収出量制御部材６について詳説する。図７は，転写残トナーの付着量と濃度ムラとの関係を示している。本グラフは，横軸を感光体ドラム上のトナーの付着量とし，縦軸をその付着量のときに採取した画像サンプルの濃度変化量としている。あらかじめ，転写残トナーの「有り部」と「無し部」とのハーフトーン画像（１０％，２０％，３０％，５０％）を形成し，目視による官能評価を行ったところ，濃度変化量ΔＥ＊ａｂ≦２の場合には濃度差が認識されなかった。そこで，転写残トナーを０〜０．５ｇ／ｍ² の範囲内で評価したことろ，図７に示したように，０．２ｇ／ｍ² 以下であれば濃度変化量ΔＥ＊ａｂを２以下とすることがわかった。そこで，トナー収出量制御部材６では，転写残トナーの通過量を０．２ｇ／ｍ² 以下となるように調節する。

次に，トナー収出量制御部材６へのトナー量制御バイアスについて説明する。まず，Ｖｄｃ，Ｖｐｐ，デューティおよび周波数が回収率および吐出率に与える影響を評価した。なお，本評価では，前提条件として，Ｖｄｃ＝−１００Ｖ，Ｖｐｐ＝３００Ｖ，デューティ＝５０％（矩形波），周波数＝１００Ｈｚ，θ（周速比＝トナー収出量制御部材の回転速度／感光体ドラムの回転速度）＝２とし，そのうち１つのパラメータを評価項目ごとに変化させている。

図８は，Ｖｄｃと回収率との関係を示している。図８中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図８に示したように，Ｖｄｃによる回収率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，両結果ともに，いずれの環境（ＬＬ環境（低温低湿環境），ＨＨ環境（高温高湿環境））であっても，Ｖｄｃを０Ｖ以上とすることで回収率が１００％となることがわかった。さらには，Ｖｄｃが０Ｖよりも低い範囲では，その絶対値が大きいほど回収率が低下し，−４００Ｖ以下では回収率がほぼ０％となることがわかった。

図９は，Ｖｐｐと回収率との関係を示している。図９中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図９に示したように，Ｖｐｐによる回収率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，Ｖｐｐが４００Ｖよりも小さい段階では周波数による多少の違いがあるものの，Ｖｐｐが４００Ｖ以上のときは回収率が１００％となることがわかった。さらには，Ｖｐｐが４００Ｖよりも低い範囲では，その値が小さいほど回収率が低下することがわかった。

図１０は，Ｖｄｃと吐出率との関係を示している。図１０中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図１０に示したように，Ｖｄｃによる吐出率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，Ｖｄｃによって，吐出率を０％〜最大８０％の範囲内で制御することができることがわかった。具体的には，Ｖｄｃが−１００Ｖ付近のときをピークとして，−１００Ｖからの差が大きいほど吐出率が低下することがわかった。

図１１は，Ｖｐｐと吐出率との関係を示している。図１１中，（ａ）は周波数を１００Ｈｚとしたときの評価結果を示し，（ｂ）は周波数を１０００Ｈｚとしたときの評価結果を示している。図１１に示したように，Ｖｐｐによる吐出率の変化は，周波数（１００Ｈｚ／１０００Ｈｚ）に依存することがわかった。また，Ｖｐｐによって，吐出率を０％〜１００％の範囲内で制御することができることがわかった。具体的には，Ｖｐｐが大きいほど吐出率が低下することがわかった。

図１２は，デューティ（−）と吐出率との関係を示している。図１２に示したように，デューティによって吐出率を制御できることがわかった。具体的には，（−）側の比率を上げるほど吐出率が高くなることがわかった。一方，不図示であるが，（−）側の比率を下げるほど回収率が高くなることもわかった。すなわち，本形態のトナーは負極性に帯電していることから，正極性成分を強くすると回収率が高まり，正極性成分を弱くすると吐出率が高まる。従って，デューティ（−）が５％のときは回収傾向にあり，５０％以上のときは吐出傾向にある。

図１３は，周波数と回収率との関係を示している。図１３に示したように，環境によって回収率は異なるものの，５０Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲内では回収率を制御できることがわかった。具体的には，周波数が高いほど回収率が低下することがわかった。

図１４は，周波数と吐出率との関係を示している。図１４に示したように，環境によって吐出率は異なるものの，３０Ｈｚ〜２０００Ｈｚの範囲内では吐出率を制御できることがわかった。具体的には，周波数が１００Ｈｚ付近のときが高吐出率のピークとなることがわかった。

周波数の違いによる吐出率の変化は，次の理由によるものと考えられる。すなわち，感光体ドラム２上の転写残トナーは，感光体ドラム２の回転方向に対し，感光体ドラム２とトナー収出量制御部材６との接触部よりも上流側で回収され，下流側で吐き出される。上記評価結果では，高周波（１ｋＨｚ以上）よりも低周波（１００Ｈｚ）のほうが吐出量が多いことがわかった。これは，接触部の下流側の交番電界によって周期的に吐出と再回収とが繰り返される。このとき，ブラシから吐き出される確率（すなわち，最終的に回収されずに感光体ドラム上に残る確率）が，高周波であるほど低くなるものと考えられる。つまり，低周波の場合には，図１５に示すように，感光体ドラム上に吐き出されたトナーが電界の向きが切り換わる間に動く範囲が広い。よって，ブラシに再回収されないトナーが多くなると考えられる。一方，高周波の場合には，図１６に示すように，その範囲が狭い。よって，ブラシに再回収されるトナーが多くなると考えられる。

上記（図８〜図１４）の評価結果からわかるように，トナー量制御バイアスのパラメータであるＶｄｃ，Ｖｐｐ，デューティおよび周波数によってトナーの回収率および吐出率を制御することができる。

本形態では，トナー量制御バイアスのパラメータのうち，周波数を変化させてトナー量を調節する。すなわち，通常環境下においては，周波数が１００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの範囲内であれば，トナーの回収率を８０％以上としたまま，吐出率を４０％〜８０％の範囲内で制御することができる。よって，トナー収出量制御部材６にて転写残トナーを一旦回収した後，その回収したトナーの吐出量を制御することで感光体ドラム２上のトナー量を調節できる。

なお，制御するパラメータは，周波数に限るものではない。Ｖｄｃ，Ｖｐｐ，デューティの各パラメータであってもよい。

次に，トナー収出量制御部材６のブラシ部材について説明する。図１７，図１８および図１９は，Ｖｄｃと回収率・吐出率との関係を示している。各図とも，（ａ）は回収率の評価結果を示し，（ｂ）は吐出率の評価結果を示している。また，図１７は，ブラシ構成として，繊径が６Ｄ，密度が１５０ｋＦ，原糸抵抗が７．５ＬｏｇΩのもの（第１サンプル）を使用した結果である。図１８は，ブラシ構成として，繊径が２Ｄ，密度が２４０ｋＦ，原糸抵抗が７．５ＬｏｇΩのもの（第２サンプル）を使用した結果である。図１９は，ブラシ構成として，繊径が４Ｄ，密度が２４０ｋＦ，原糸抵抗が１２ＬｏｇΩのもの（第３サンプル）を使用した結果である。

図１７〜図１９に示したように，回収率に関しては，第１サンプル，第２サンプルおよび第３サンプルについては大きな差は生じなかった。一方，吐出率については，第１サンプルおよび第２サンプルと比較して第３サンプルは若干低下した。これは，第３サンプルは，原糸抵抗が高く，実効電圧が低くなることで吐出性能に影響を与えたものと考えられる。

また，図２０，図２１および図２２は，Ｖｐｐと回収率・吐出率との関係を示している。各図とも，（ａ）は回収率の評価結果を示し，（ｂ）は吐出率の評価結果を示している。また，図２０は，ブラシ構成として，図１７にて評価したブラシと同様のもの（第１サンプル）を使用した結果である。図２１は，図１８にて評価したブラシと同様のもの（第２サンプル）を使用した結果である。図２２は，図１９にて評価したブラシと同様のもの（第３サンプル）を使用した結果である。

図２０〜図２２に示したように，吐出率に関しては，第１サンプル，第２サンプルおよび第３サンプルについては大きな差は生じなかった。一方，回収率については，第１サンプルおよび第２サンプルと比較して第３サンプルは若干低下した。これは，第３サンプルは原糸抵抗が高く，実効電圧が低くなることで回収性能に影響を与えたものと考えられる。

上記の評価結果（図１７〜図２２）からわかるように，回収率および吐出率は繊径および密度に影響を受けないことがわかる。少なくとも，繊径が２Ｄ〜６Ｄ（２．２ｄＴ〜６．６ｄＴ），密度が１５０ｋＦ〜２４０ｋＦのものであれば適用可能である。一方，原糸抵抗については，８±１ＬｏｇΩであることが望ましい。なお，原糸抵抗が前記の範囲の材料を使用すると，ブラシ繊維成形品の抵抗値は概ね１０⁴Ω〜１０⁶Ωになる。

次に，トナー収出量制御部材６のブラシの使用状態について説明する。図２３は，印加バイアスごとのブラシの回収性能を示している。図２４は，印加バイアスごとのブラシの吐出性能を示している。図２５は，感光体ドラムへの押し込み量ごとのブラシの回収性能を示している。図２６は，押し込み量ごとのブラシの吐出性能を示している。図２７は，ブラシと感光体ドラムとの周速比θ毎のブラシの回収性能を示している。図２８は，周速比θ毎のブラシの吐出性能を示している。

バイアス値については，図２３に示したように，マイナスバイアスよりもプラスバイアスの方が回収率が高く，＋１００Ｖではほぼ１００％ブラシに回収されることがわかった。すなわち，回収性能は，プラスバイアスを印加するほど良好であることがわかった。一方，図２４に示したように，吐出性能は，マイナスバイアスであれば良好な結果が得られることがわかった。

押し込み量については，図２５および図２６に示したように，０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲内であれば回収性能および吐出性能ともに影響しないことがわかった。なお，押し込み量が０．２ｍｍよりも小さいと，いわゆる空振りとなる現象が多く発生し，回収不良となり易い。また，０．６ｍｍよりも大きいと，感光体ドラム−ブラシ間のトルクの上昇，および感光体ドラムの摩耗が懸念される。

周速比については，図２７および図２８に示したように，１〜３の範囲内であれば回収性能および吐出性能ともに影響しないことがわかった。なお，周速比が１よりも小さいとトナーが残留し易く，回収不良となり易い。また，３よりも大きいと，感光体ドラム−ブラシ間のトルクの上昇および感光体ドラムの摩耗が懸念される。

続いて，トナー量調節手順について，図２９のフローチャートを基に説明する。まず，露光装置８のドットカウンタデータが制御部６２に送られ，制御部６２が印字率を検知する（Ｓ１）。そして，この印字率を基に感光体ドラム２上の転写残トナー量を予測する。

次に，転写残トナーの量が通常レベルであるか否かを判断する（Ｓ２）。すなわち，転写残トナーの量が０．２ｇ／ｍ² 以下であるか否かを判断する。通常レベルであれば（Ｓ２：ＹＥＳ），トナー収出量制御部材６を通常制御とする（Ｓ３）。すなわち，高回収率かつ高吐出率となる周波数を設定し，さらに当該周波数を一定とする。一方，通常レベルでなければ（Ｓ２：ＮＯ），トナー量制御バイアスを制御し，トナーの吐出量を調節する（Ｓ４）。すなわち，吐出率を抑制し，感光体ドラム上のトナー量を低減する。これにより，転写残トナーの量が通常レベルに保たれる。

また，本手順によれば，露光装置８の露光データから転写残トナーの量を推測しているため，転写残トナーの量を検知する部品を増加することなく転写残トナーの量を制御できる。よって，部品点数の増加，コストアップ等を招くことはない。また，本手順では，作像時においても適当量のトナーを吐き出している。そのため，トナー収出量制御部材６のトナー蓄積許容量が小さくて済む。よって，コンパクトな構成が実現できる。

なお，トナー量調節手順は上記の手順に限るものではない。例えば，単純に，作像には回収，非作像には吐出となるようにトナー量制御バイアスを切り換えるとしてもよい。

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，現像同時クリーニング方式であり，転写装置５と帯電装置３との間に，転写残トナー量を調節するトナー収出量制御部材６を有することとしている。トナー収出量制御部材６には，直流電圧に交流電圧を重畳したトナー量制御バイアスが印加され，制御部６２が当該バイアスの周波数を調節することによってトナー収出量制御部材６の回収率および吐出率を制御している。このバイアスの制御により，感光体ドラム２上のトナー量を所定値以下に保つことができる。また，トナーを一旦回収し，その後に吐出することにより，一箇所に集中したトナーを散らすことができる。よって，トナー集中による帯電ムラないし露光ムラが抑制される。従って，現像同時クリーニング方式の画像形成装置において，帯電部での帯電不良および露光部での露光不良を抑制し，高画質の画像を形成する画像形成装置が実現している。

また，トナー収出量制御部材６は，適度にトナーを吐き出しており，回収したトナーは一時的に保持されるのみである。つまり，転写残トナーを廃棄物として長期的に保持するものではない。そのため，トナーの廃棄を目的とするクリーニング装置と比較してトナーの蓄積量は小さく，そのサイズは小さくて済む。従って，画像形成装置全体のコンパクト化を妨げるものではない。

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。

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。 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である。 実施の形態に係る帯電ローラの構成を示す断面図である。 帯電ローラのトナー汚れを示すグラフである。 帯電ローラの外添剤汚れを示すグラフである。 感光体ドラムの表面電位の推移を示す図である。 転写残トナーの付着量と濃度ムラとの関係を示すグラフである。 Ｖｄｃと回収率との関係を示すグラフである。 Ｖｐｐと回収率との関係を示すグラフである。 Ｖｄｃと吐出率との関係を示すグラフである。 Ｖｐｐと吐出率との関係を示すグラフである。 デューティと吐出率との関係を示すグラフである。 周波数と回収率との関係を示すグラフである。 周波数と吐出率との関係を示すグラフである。 ブラシの吐出のメカニズムを説明する図（低周波）である。 ブラシの吐出のメカニズムを説明する図（高周波）である。 Ｖｄｃと回収率・吐出率との関係を示すグラフ（ブラシ：第１サンプル）である。 Ｖｄｃと回収率・吐出率との関係を示すグラフ（ブラシ：第２サンプル）である。 Ｖｄｃと回収率・吐出率との関係を示すグラフ（ブラシ：第３サンプル）である。 Ｖｐｐと回収率・吐出率との関係を示すグラフ（ブラシ：第１サンプル）である。 Ｖｐｐと回収率・吐出率との関係を示すグラフ（ブラシ：第２サンプル）である。 Ｖｐｐと回収率・吐出率との関係を示すグラフ（ブラシ：第３サンプル）である。 入力付着量と通過付着量との関係をバイアスごとに示す図である。 ブラシ充填量と吐出量との関係をバイアスごとに示す図である。 入力付着量と通過付着量との関係を押し込み量ごとに示す図である。 ブラシ充填量と吐出量との関係を押し込み量ごとに示す図である。 入力付着量と通過付着量との関係を周速比ごとに示す図である。 ブラシ充填量と吐出量との関係を周速比ごとに示す図である。 感光体ドラム上のトナー量の調節手順を示すフローチャートである。 帯電不良のイメージを示す図である。 露光不良のイメージを示す図である。

符号の説明

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）
４ 現像装置（現像部）
５ 転写装置（転写部）
６ トナー収出量制御部材（トナー量調節部）
６１ バイアス印加部
６２ 制御部
８ 露光装置（露光部）
１０ 中間転写ベルト
１００ カラープリンタ（画像形成装置）

Claims (6)

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一様に帯電する帯電部と，帯電処理された前記像担持体上に静電潜像を形成する露光部と，前記像担持体上にトナーを付与してトナー像を形成する現像機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する回収機能を備える現像部と，前記像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部とを有し，現像とクリーニングとを併せて行う方式の画像形成装置において，
   前記像担持体の回転方向の，前記帯電部よりも上流であって前記転写部よりも下流に位置し，前記像担持体に当接するブラシ部材であり，前記像担持体上のトナーを回収する回収機能と，保持するトナーを吐き出す吐出機能とを備え，前記像担持体上のトナー量を所定値以下に調節するトナー量調節部と，
   前記トナー量調節部に対して直流電圧と交流電圧とを重畳したバイアスを印加するバイアス印加部と，
   前記バイアス印加部のバイアスのうちの，直流電圧Ｖｄｃ，交流ピーク間電圧Ｖｐｐ，交流電圧デューティ比，交流電圧周波数の少なくとも１つのパラメータを制御する制御部とを有し，
   前記制御部は，現像時に前記像担持体上に供給されるトナー量を基に，前記バイアスの可変パラメータの値を設定することを特徴とする画像形成装置。
2. トナー像を担持する像担持体と，前記像担持体の表面を一様に帯電する帯電部と，帯電処理された前記像担持体上に静電潜像を形成する露光部と，前記像担持体上にトナーを付与してトナー像を形成する現像機能および前記像担持体上にあるトナーを回収する回収機能を備える現像部と，前記像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部とを有し，現像とクリーニングとを併せて行う方式の画像形成装置において，
   前記像担持体の回転方向の，前記帯電部よりも上流であって前記転写部よりも下流に位置し，前記像担持体に当接するブラシ部材であり，前記像担持体上のトナーを回収する回収機能と，保持するトナーを吐き出す吐出機能とを備え，前記像担持体上のトナー量を所定値以下に調節するトナー量調節部と，
   前記トナー量調節部に対して直流電圧と交流電圧とを重畳したバイアスを印加するバイアス印加部と，
   前記バイアス印加部のバイアスのうちの，直流電圧Ｖｄｃ，交流ピーク間電圧Ｖｐｐ，交流電圧デューティ比，交流電圧周波数の少なくとも１つのパラメータを制御する制御部とを有し，
   前記制御部は，現像時に前記像担持体上に供給されるトナー量を基に，前記バイアスの可変パラメータの値を調節することで，前記トナー量調節部が前記像担持体上のトナーを回収する回収率と，前記トナー量調節部が保持するトナーを吐き出す吐出率とを制御することを特徴とする画像形成装置。
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，
   前記制御部は，前記露光部の露光データを基に前記バイアスの可変パラメータの値を設定することを特徴とする画像形成装置。
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，
   前記制御部は，前記バイアスの周波数を１００Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲内で制御することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１つに記載する画像形成装置において，
   前記トナー量調節部は，前記像担持体に対してカウンタ回転するブラシ回転体であることを特徴とする画像形成装置。
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，
   前記トナー量調節部は，前記像担持体上のトナーを一旦回収し，前記像担持体上のトナー量が所定値以下となるようにトナー吐出率を制御することを特徴とする画像形成装置。
   
   

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