JP2008009148A

JP2008009148A - 画像形成装置

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Publication number: JP2008009148A
Application number: JP2006179838A
Authority: JP
Inventors: Tadanobu Yoshikawa; 忠伸吉川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】Ｅ３０７などのクリーナーレスシステムを用いた画像形成装置において、画像形成装置の使用環境や画像形成装置の放置時間に関わらず、現像装置からのかぶりを抑制すると共に、接触帯電部材が転写残トナーで汚染されることを防止し、帯電不良，ゴースト，かぶりなどの画像不良のない安定した画像形成装置を提供すること。
【解決手段】画像形成装置が一定時間以上使用されずに放置された場合、復帰後に現像剤中のトナー濃度があらかじめ決められた閾値以下になるまでトナー補給を行なわずにコピー動作を実施すると共に、感光体表面に接触して配設される帯電補助部材のうち、主帯電部材と同じ極性の直流電圧を印加する帯電補助部材に、トナー補給が行なわれない時間以上の間、通常印加する直流電圧の絶対値よりも大きい値の直流電圧を印加する。
【選択図】図１３

Description

本発明はクリーナーレスの画像形成装置に関する。より詳しくは転写工程後の像担持体上に残余する現像剤（トナー）を現像装置において現像同時クリーニングで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ーレス方式の画像形成装置に関する。

従来、転写型の電子写真方式を用いた複写機・プリンタ・ファクシミリ等の転写方式画像形成装置は、回転ドラム型を一般的とする像担持体である感光体、その感光体を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電装置（帯電工程）、帯電処理された感光体に静電潜像を形成する情報書き込み手段としての露光装置（露光工程）、感光体上に形成された静電潜像を現像剤であるトナーにより顕像化する現像装置（現像工程）、上記トナー画像を感光体面から紙などの転写材に転写する転写装置（転写工程）、転写工程後の感光体上に多少ながら残余するトナーを除去して感光体面を清掃するクリーニング装置（クリーニング工程）、転写材上のトナー画像を定着させる定着装置（定着工程）などから構成されており、感光体は繰り返して電子写真プロセス（帯電・露光・現像・転写・クリーニング）が適用されて作像に供される。

転写工程後の感光体上に残余するトナーはクリーニング装置により感光体の表面から除去され、クリーニング装置内に回収されて廃トナーとなる。しかし、環境保全や資源の有効利用などの点から、このような廃トナーが出ないことが望ましい。

そこで、例えば特開２０００−０１０３６３記載のクリーニング装置にて回収されている転写残トナー、所謂、廃トナーを現像装置に戻して再利用する画像形成装置が提案されている。また、例えば特開２００１−１８３９０５記載のクリーニング装置を廃し、転写工程後の感光体上の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」で感光体上から除去・回収し、再利用するようにしたクリーナーレス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は、転写工程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。即ち、転写残トナーが付着した感光体を引き続き帯電、露光して静電潜像を形成し、この静電潜像の現像工程時にかぶり取りバイアス（現像装置に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって、感光体表面に残余した転写残トナーうち、現像されるべきでない部分（非画像部）上に存在する転写残トナーを現像装置に除去・回収する方法である。

この方式によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以降の静電潜像の現像に再利用されるため、廃トナーをなくし、又メンテナンス時に手を煩わせることも少なくすることができる。又、クリーナーレスであることで画像形成装置の小型化にも有利である。

一方、帯電装置としては、スコロトロン帯電器のようなコロナ放電現象を利用した非接触式の帯電方式に代わり、近年導電性の帯電部材（主には導電性ローラを用いた帯電ローラ）を感光体などの像担持体に直接接触あるいは近接させ、帯電部材に帯電電圧を印加する接触帯電方式が主流になりつつある。接触帯電方式では、大容量の高圧電源を必要としないため、コストや装置の小型化の面で有利であると共に、放電によるオゾンの発生もコロナ帯電方式に比べて非常に微量に抑えることが可能である。

転写工程後の感光体上の転写残トナーを現像装置において除去・回収するクリーナーレス方式の画像形成装置において、感光体の帯電装置として接触帯電装置を用いた場合、感光体上の転写残トナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部を通過する際に、転写残トナー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に付着してしまい、接触帯電装置表層に蓄積することで帯電不良、さらにはかぶりを発生させる原因となる虞がある。

転写残トナー中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発生する原因としては、現像剤としてのトナーに量的には少ないけれどもその帯電極性がもともと逆極性に反転しているトナーが混在している場合や、更に帯電極性が正規極性のトナーであっても転写バイアスや剥離放電等の影響で帯電極性が反転、あるいは除電されて帯電量が少なくなる場合が存在するためである。

つまり、転写残トナー中には帯電極性が正規極性のもの、逆極性の反転トナー、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが感光体と接触帯電装置の接触ニップ部を通過する際に接触帯電装置に付着すると考えられる。

また、感光体上の転写残トナーを現像装置で除去・回収するためには、帯電部を通過して現像部に到達する感光体上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光体上から回収可能なトナー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上から現像装置に除去・回収できず、帯電不良やかぶりなどの不良画像の原因となってしまう。

そこで特開２００１―２１５７９８において、転写部と帯電部の間に、転写部から下流方向に転写残トナー均一化手段、トナー帯電量制御手段という帯電補助部材を順じ設けた画像形成装置が提案されている。

転写残トナー均一化手段は、転写部で転写されずに像担持体上に残留した残留トナー像の画像パターンを分散分布化し、非パターン化する手段である。具体的には、像担持体面をブラシなどの摺擦部材で摺擦することで残留現像剤像パターンを掻き崩しあるいは攪乱して現像剤を像担持体面に分散分布化する。

転写残トナー均一化手段を設けることで、次の工程であるトナー帯電量制御手段による像担持体上の残留トナーの正規極性帯電化処理を安定して実施することが可能となり、転写残トナーの帯電手段への付着防止が効果的になされる。また像担持体上の残留トナー像の潜像パターンも同時に消去されることで、残留トナー像パターンのゴースト像の発生が防止される。

すなわち、例えば、縦ラインパターン画像など転写部で転写しづらい画像の場合、像担持体上の転写残トナー量が局所的に多くなる。この時転写残トナー均一化手段を設けない場合、転写残トナーは均一に分散されることなくトナー帯電量制御手段に運ばれるため、トナー帯電量制御手段で転写残トナーを十分に正規極性帯電化処理することができず、接触帯電装置に転写残トナーが付着・汚染して、帯電不良が発生することがある。また、転写残トナーのパターン、つまり転写工程後に像担持体に残留した潜像パターンで次の画像上にゴースト像が発生することがある。

よって、転写残トナー均一化手段を設けることにより、トナー帯電量制御手段へと送られる像担持体上の転写残トナーは十分に非パターン化されているので、トナー帯電量制御手段により現像装置での回収に適した帯電量に転写残トナーを処理することが可能となる。その結果、接触帯電装置への転写残トナーの付着を防止し、かつ現像装置により転写残トナーを効率よく回収することができるので、帯電不良，ゴースト，かぶりなどのない安定した画像を得ることができる。

しかし、写真画像などといった印字率の高い画像の印字動作を行った場合には、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段の像担持体との接触部分に転写残トナーの一部が付着・蓄積してしまう。その結果、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段と像担持体の接触部の抵抗値が上昇し、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段の機能低下を引き起こし、転写残トナーの非パターン化、転写残トナーへの帯電処理が不十分となり、帯電不良，ゴースト，かぶりなどの問題を招くこととなる。

そこで、印字率の高い画像の印字動作を行った場合でも、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段の機能を維持するためには、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段に蓄積したトナーを定期的に吐き出す必要がある。

特開２００３−３１６２０２においては、画像形成装置の起動時あるいは印字動作間あるいは印字動作終了時などのあらかじめ決定されているタイミングに、接触帯電装置に印加する電圧をオフすると共に、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段に印加する電圧をパルス状にオン／オフを切り替える動作を一定回数繰り返す制御を提案している。

これによって、印字率の高い画像の印字動作を行った時など、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段に転写残トナーが大量に蓄積する場合でも、上記のような吐き出し制御を所定のタイミングで実施することで、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段に蓄積したトナーを吐き出し、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段の機能低下を防止することが可能となり、帯電不良，ゴースト，かぶりなどの画像不良を防ぐことができる。
特開２０００−０１０３６３号公報特開２００１−１８３９０５号公報特開２００１−２１５７９８号公報特開２００３−３１６２０２号公報

しかしながら、画像形成装置を長時間にわたり放置した後に再度使用した場合、現像されるトナーの中に帯電極性が逆極性のトナーや、帯電量をほとんど持たないトナーの量が大幅に増える場合がある。これは、画像形成装置を放置している間に、現像装置内の現像剤が静電凝集して流動性が非常に悪くなり、新たに補給されたトナーが現像装置内で十分に攪拌・混合されず、正規の極性，帯電量に達しないまま現像されることによる。

この場合、かぶりとして画像上に現われるのはもちろんのこと、転写残トナーが大量に増えてしまうため、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段にトナーが大量に蓄積する虞がある。その結果、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段と像担持体の接触部の抵抗値が上昇し、転写残トナー均一化手段，トナー帯電量制御手段の機能低下を引き起こし、転写残トナーの非パターン化、転写残トナーへの帯電処理が不十分となる。そして、接触帯電部材が転写残トナーで汚染されて帯電不良を引き起こすといった問題や、現像装置で転写残トナーを回収できずに感光体上を連れ回るといった問題が発生する。

特にクリーナーレスシステムを採用している画像形成装置では、接触帯電装置が転写残トナーで汚染されることで発生する帯電不良が、現像装置での新たなかぶりを誘発し、更に転写部で転写できないトナーが増加するといった悪循環に陥る虞がある。

また、上述した問題は、画像形成装置の使用量、具体的には現像装置内の現像剤の使用量が増加するに従ってより悪化する傾向にある。これは、現像剤を構成する磁性キャリアのトナーに対する帯電付与能力が使用枚数に伴って低下するためである。

また、上述した問題は、画像形成装置の使用環境、具体的には低湿環境下で最も悪く、高湿環境下にいくほどこれらの現象は緩和される。これは、低湿環境下での現像剤の帯電量が最も高く、かつ気中緩和もされないことから静電凝集が起こりやすいことによる。

本発明の目的は、画像形成装置が長期間にわたって使用されずに放置された後に再度使用するときに、現像装置で現像されるトナーの中に帯電極性が逆極性のトナーや、帯電量をほとんど持たないトナーが含まれることを抑制すると共に、トナー帯電量制御手段による転写残トナーへの帯電付与能力を上げ、画像形成装置の使用枚数，画像形成装置の使用環境によらず、帯電不良，ゴースト，かぶりなどの画像不良のない安定した画像形成装置を提供することである。

感光ドラムと、感光ドラム上に静電潜像を形成するために感光ドラムを接触部にて帯電処理する帯電手段と、帯電手段により帯電処理された感光ドラムに静電潜像を形成する露光手段と、トナーと磁性キャリアからなる現像剤を用い、感光ドラムに形成された静電潜像にトナーを供給して可視化する二成分現像手段と、トナーを二成分現像手段に補給するトナー補給手段と、可視化したトナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の感光ドラムに対して帯電手段と同極性の直流電圧が印加される帯電補助部材とを有し、かつ転写手段により転写されずに感光ドラム表面に残留したトナーを二成分現像手段で回収するクリーナーレスシステムを用いた画像形成装置において、画像形成装置が所定の時間以上稼働されずに放置された後、再度画像形成を実施する場合に、二成分現像手段中の現像剤に対するトナー濃度が所定の閾値以下になるまでトナー補給手段から二成分現像手段へのトナー補給を実施しないと共に、トナー補給を実施しない時間と同時あるいはそれ以上の間、帯電補助部材に印加する直流電圧の絶対値が通常の値よりも大きいことを特徴とした画像形成装置。

以上説明したように本発明によれば、感光ドラムと、感光ドラム上に静電潜像を形成するために感光ドラムを接触部にて帯電処理する帯電手段と、帯電手段により帯電処理された感光ドラムに静電潜像を形成する露光手段と、トナーと磁性キャリアからなる現像剤を用い、感光ドラムに形成された静電潜像にトナーを供給して可視化する二成分現像手段と、トナーを二成分現像手段に補給するトナー補給手段と、可視化したトナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の感光ドラムに対して帯電手段と同極性の直流電圧が印加される帯電補助部材とを有し、かつ転写手段により転写されずに感光ドラム表面に残留したトナーを二成分現像手段で回収するクリーナーレスシステムを用いた画像形成装置において、画像形成装置が所定の時間以上稼働されずに放置された後、再度画像形成を実施する場合に、二成分現像手段中の現像剤に対するトナー濃度が所定の閾値以下になるまでトナー補給手段から二成分現像手段へのトナー補給を実施しないと共に、トナー補給を実施しない時間と同時あるいはそれ以上の間、帯電補助部材に印加する直流電圧の絶対値が通常の値よりも大きくすることで、画像形成装置の使用枚数，画像形成装置の使用環境によらず、帯電不良，ゴースト，かぶりなどの画像不良のない安定した画像形成装置を提供することが可能となる。

以下、本発明に係る画像形成装置に関して、図面に則して更に詳しく説明する。

以下、実施例の画像形成装置（画像記録装置）について説明する。

図１は本発明に従う画像形成装置例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置１００は、接触帯電方式、反転現像方式、クリーナーレスを用いた電子写真方式のレーザビームプリンタである。

（１）プリンタの全体的概略構成
（ａ）像担持体
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。この感光ドラム１は負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）で、外形６０mmであり、中心支軸を中心に１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の反時計方向に回転駆動される。

この感光ドラム１は、図2の層構成模型図のように、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１aの表面に、光の干渉を抑え、上層の接着性を向上させる下引き層１ｂと、光電荷発生層１ｃと、電荷輸送層１ｄの3層を下から順に塗り重ねた構成をしている。

（ｂ）帯電手段
２は感光ドラム１の周面を一様に帯電処理する帯電手段としての接触帯電装置（接触帯電器）であり、本例は帯電ローラ（ローラ帯電器）である。

この帯電ローラ２は、芯金２aの両端部をそれぞれ不図示の軸受け部材により回転自在に保持されると共に、押し圧ばね２eによって感光ドラム方向に付勢して感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させており、感光ドラム1の回転に従動して回転する。感光ドラム１と帯電ローラ２との圧接部が帯電部（帯電ニップ部）aである。

この帯電ローラ２の芯金２aには電源Ｓ1より所定の条件の帯電バイアス電圧が印加されることにより回転感光ドラム１の周面が所定の極性・電位に接触帯電処理される。本例において、帯電ローラ２に対する帯電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；−５００Ｖ，交流電圧；周波数ｆ１ｋＨｚ、ピーク間電圧Ｖｐｐ１．５ｋＶ、正弦波とを重畳した振動電圧であり、感光ドラム1の周面は−５００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。

帯電ローラ２の長手長さは３００ｍｍであり、図2の層構成模型図のように芯金（支持部材）２aの外回りに、下層２ｂと、中間層２ｃと、表層２ｄを下から順次に積層した3層構成である。下層２ｂは帯電音を低減するための発泡スポンジ層であり、表層２ｄは感光ドラム１上にピンホール等の欠陥があってもリークが発生するのを防止するために設けている保護層である。

より具体的には、本例の帯電ローラ２の仕様は下記のとおりである。

ａ．芯金２ａ；直径６ｍｍのステンレス丸棒
ｂ．下層２ｂ；カーボン分散の発泡ＥＰＤＭ、比重０．５ｇ／ｃｍ³、体積抵抗値１０²〜１０⁹Ωｃｍ、層厚３．０ｍｍ、長さ３２０ｍｍ
ｃ．中間層２ｃ；カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０^２〜１０⁵ Ωｃｍ、層厚７００μｍ
ｄ．表層２ｄ；フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫、カーボンを分散
体積抵抗値１０⁷ 〜１０¹⁰Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格１０点平均表面粗さＲａ）１．５μｍ、層厚１０μｍ
図２において、２ｆは帯電ローラクリーニング部材であり、本例では可撓性を持つクリーニングフィルムである。このクリーニングフィルム２ｆは帯電ローラ２の長手方向に対し平行に配置され且つ同長手方向に対し一定量の往復運動をする支持部材２ｇ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よう配置されている。支持部材２ｇがプリンタの駆動モーターによりギア列を介して長手方向に対し一定量の往復運動駆動されて帯電ローラ表層２ｄがクリーニングフィルム２ｆで摺擦される。これにより帯電ローラ表面２ｄの付着物汚染（微粉トナー、外添剤など）の除去がなされる。

（ｃ）情報書き込み手段
３は帯電処理された感光ドラム１の面に静電潜像を形成する情報書き込み手段としての露光装置であり、本例は半導体レーザを用いたレーザビームスキャナである。不図示の画像読み取り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回転感光ドラム１の一様帯電処理面を露光位置ｂにおいてレーザ走査露光Ｌ（イメージ露光）する。このレーザ走査露光Ｌにより感光ドラム１面のレーザ光で照射されたところの電位が低下することで回転感光ドラム1面には走査露光した画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。

（ｄ）現像手段
４は感光ドラム1上の静電潜像に現像剤(トナー)を供給し静電潜像を可視化する現像手段としての現像装置（現像器）であり、本例は二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置である。

４aは現像容器。４ｂは非磁性の現像スリーブであり、この現像スリーブ４ｂはその外周面の一部を外部に露呈させて現像容器４a内に回転可能に配置してある。４ｃは非回転に固定して現像スリーブ４ｂ内に挿設したマグネットローラ、４ｄは現像剤コーティングブレード、４eは現像容器４aに収容した二成分現像剤、４ｆは現像容器４a内の底部側に配設した現像剤攪拌部材、４ｇはトナーホッパーであり、補給用トナーを収容させてある。

現像容器４a内の二成分現像剤４eはトナーと磁性キャリアの混合物であり、現像剤攪拌部材４ｆにより攪拌される。本例において磁性キャリアの抵抗値は約１０^１３Ω・ｃｍ、粒径は４０μｍである。トナーは磁性キャリアとの摺擦により負極性に摩擦帯電される。

現像スリーブ４ｂは、感光ドラム１との最近接距離（Ｓ−Ｄgapと称する）を３５０μｍに保持して感光ドラム1に近接対向配設してある。この感光ドラム１と現像スリーブ４ａとの対向部が現像剤ｃである。現像スリーブ４ｂは現像部ｃにおいて感光ドラム１の進行方向とは逆方向に回転駆動される。この現像スリーブ４ｂの外周面に該スリーブ内のマグネットローラ４ｃの磁力により現像容器４a内の二成分現像剤４eの一部が磁気ブラシ層として吸着保持され、該スリーブの回転に伴い回転搬送され、現像剤コーティングブレード４ｄにより所定の薄層に整層され、現像部ｃにおいて感光ドラム１の面に対して接触して感光ドラム面を適度に摺擦する。現像スリーブ４ｂには電源Ｓ２から所定の現像バイアスが印加される。本例において、現像スリーブ４ｂに対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；−３５０Ｖ，交流電圧；周波数ｆ８．０ｋＨｚ、ピーク間電圧１．８kＶ、矩形波とを重畳した振動電圧である。

而して、回転する現像スリーブ４ｂの面に薄層としてコーティングされ、現像部ｃに搬送された現像剤中のトナー分が現像バイアスによる電界によって感光ドラム1面に静電潜像に対応して選択的に付着することで静電潜像がトナー画像として現像される。本例の場合は感光ドラム1面の露光明部にトナーが付着して静電潜像が反転現像される。

現像部ｃを通過した現像スリーブ４ｂ上の現像剤薄層は引き続く現像スリーブの回転に伴い現像容器４a内の現像剤溜り部に戻される。

現像容器４a内の二成分現像剤４eのトナー濃度を所定の略一定範囲内に維持させるために、現像容器４a内の二成分現像剤４eのトナー濃度が不図示の例えば光学式トナー濃度センサーによって検知され、その検知情報に応じてトナーホッパー４ｇが駆動制御されて、トナーホッパー内のトナーが現像容器４a内の二成分現像剤４eに補給される。二成分現像剤４eに補給されたトナーは攪拌部材４ｆにより攪拌される。

二成分現像剤４e中のトナー濃度は、通常４〜１２ｗｔ％の範囲で使用し、未使用初期状態の二成分現像剤４eでは６〜１０ｗｔ％の範囲で使用する。本実施例では未使用初期状態での二成分現像剤４e中のトナー濃度を８ｗｔ％とした。

また二成分現像剤４e中のトナー濃度は、現像剤の使用枚数が増加するに伴って減少させる制御を実施することが一般的である。これは、磁性キャリア表面が使用枚数に伴って劣化することで、トナーホッパー４ｇから補給されたトナーに対して所望の帯電量まで引き上げる能力、所謂帯電付与能力が低下するためである。本実施例では図９に示すように初期のトナー濃度が８ｗｔ％であるのに対し、４０ｋ枚コピー動作を実施した後にはトナー濃度が６ｗｔ％になるように制御している。

（ｅ）転写手段・定着手段
５は転写装置であり、本例は転写ローラである。この転写ローラ５は感光ドラム１に所定の押圧力をもって圧接させてあり、その圧接ニップ部が転写部ｄである。この転写部ｄに不図示の給紙機構部から所定の制御タイミングにて転写材（被転写部材、記録材）Ｐが給送される。

転写部ｄに給送された転写材Ｐは回転する感光ドラム１と転写ローラ５の間に挟持されて搬送され、その間、転写ローラ５に電源Ｓ３からトナーの正規帯電極性である負極性とは逆極性である正極性の転写バイアス本例では＋２ｋＶが印加されることで、転写部ｄを挟持搬送されていく転写材Ｐの面に感光ドラム１面側のトナー画像が順次に静電転写されていく。

転写部ｄを通ってトナー画像の転写を受けた転写材Ｐは回転感光ドラム１面から順次に分離されて定着装置６（例えば熱ローラ定着装置）へ搬送されてトナー画像の定着処理を受けて画像形成物（プリント、コピー）として出力される。

（２）クリーナーレスシステム
本例のプリンタはクリーナーレスであり、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光ドラム１面に若干量残留する転写残トナーを除去する専用のクリーニング装置を具備させていない。転写後の感光ドラム１面上の転写残トナーは引き続く感光ドラム１の回転に伴い帯電部a、露後部ｂを通って現像部ｃに持ち運ばれて、現像装置４により現像同時クリーニング（回収）される（クリーナーレスシステム）。

本実施例においては現像装置４の現像スリーブ４ｂは前述したように現像部ｃにおいて、感光ドラム１面の進行方向とは逆方向に回転させており、これは感光ドラム１上の転写残トナーの回収に有利である。

感光ドラム1面上の転写残トナーは露光部ｂを通るので露光工程はその転写残トナー上からなされるが、転写残トナーの量は少ないため、大きな影響は現れない。

ただ前述のように、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在しており、その内の反転トナーや帯電量が少ないトナーが帯電部aを通過する際に帯電ローラ２に付着することで帯電ローラが許容以上にトナー汚染して帯電不良を生じることになる。

また、感光ドラム１面上の転写残トナーの現像装置3による現像同時クリーニングを効果的に行わせるためには、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、かつその帯電量が現像装置によって感光ドラム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ドラム上から現像装置４に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。

そこで、転写部ｄよりも感光ドラム回転方向下流側の位置において、帯電補助部材として、感光ドラム１上の転写残トナーを均一化するための、転写残トナー均一化手段８を設け、この転写残トナー均一化手段８よりも感光ドラム回転方向下流側で、帯電部aよりも感光ドラム回転方向上流側の位置において、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えるためのトナー帯電量制御手段７を設けている。

一般的に、転写部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、反転トナーや帯電量が適切でないトナーが混在しており、転写残トナー均一化手段8により一度転写残トナーを除電してやり、トナー帯電量制御手段7で再度転写残トナーに正規極性帯電化処理をしてやることで、転写残トナーの帯電ローラ２への付着防止が効果的になされると共に、現像装置4での除去・回収を完全に行なうことができる。そのため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。

本実施例では、上記の転写残トナー均一化手段8とトナー帯電量制御手段７は適度の導電性を持ったブラシ部材であり、ブラシ部を感光ドラム1面に接触させて配設してある。より具体的には、ブラシ部材はレーヨン、アクリル、ポリエステル等の繊維にカーボンや金属粉などの抵抗調整剤を分散させて抵抗値を調整したものである。またブラシ部材としては繊維1本の太さは３０デニール以下、植毛密度は７７５０〜７７５００本／ｃｍ^２（５万〜５０万本／ｉｎｃｈ^２）以上が好ましい。本実施例では、ブラシ繊維太さ6デニール，植毛密度１５５００本／ｃｍ^２（１０万本／ｉｎｃｈ^２）、繊維の固定端から自由端までの長さ５ｍｍ，ブラシの抵抗値５×１０^４Ω・ｃｍのものを使用した。

また、図１２中のｆは転写残トナー均一化手段８と感光体ドラム１面の接触部であり、eはトナー帯電量制御手段7と感光ドラム1面の接触部である。接触部fと接触部eの副走査方向の幅（転写残トナー均一化手段８及びトナー帯電量制御手段7の副走査方向の幅）は５mmであり、転写残トナー均一化手段８とトナー帯電量制御手段７を感光ドラム１面に対して侵入量１mmとなるように当接させている。また転写残トナー均一化手段８及びトナー帯電量制御手段7感光体ドラム１面の長手方向に対し振幅２.５ｍｍ，周波数５．０Ｈｚの往復運動を行なうようにしている。

転写残トナー均一化手段8には帯電ローラ２とは逆極性の正極製の直流電圧が電源S５より印加されており、トナー帯電量制御手段7には帯電ローラ２と同極性の負極性の直流電圧が電源S４より印加されている。具体的には、転写残トナー均一化手段8には＋２００Ｖから＋４００Vの間で使用環境毎に直流電圧を可変印加しており，トナー帯電量制御手段７には−６００Ｖから−８００Ｖの間で使用環境毎に直流電圧を可変印加している。

転写部ｄにおいて、転写材Ｐへのトナー画像転写後に感光ドラム1上に残留する転写残トナーは、転写残トナー均一化手段８と感光ドラム１との接触部ｆに至り、転写残トナー均一化手段8によりその電荷量が０μＣ／ｇ近傍で均一化される。更に転写残トナー均一化手段８で均一化された感光ドラム面上の転写残トナーは、トナー帯電量制御手段７と感光ドラム１との接触部eに至り、トナー帯電量制御手段７により転写残トナーはその帯電極性が正規極性である負極性に揃えられる。

転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えることにより、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部aで、転写残トナーの上から感光ドラム1面上を帯電処理する際に、転写残トナーの感光ドラム１への鏡映力が大きくなり、転写残トナーが帯電ローラ２へ付着するのを防止する。

次に現像工程における転写残トナーの回収について述べる。現像装置４は上述したとおりで、現像と同時に転写残トナーを清掃するクリーナーレス方式である。感光ドラム1上の転写残トナーが現像装置４に回収されるためのトナー帯電量は、現像時のトナー帯電量とほぼ等しいことが必要であるが、転写残トナーが適正量であるときには、前記のとおりトナー帯電量制御手段７により転写残トナーの帯電量をコントロールすることが可能である。

かくして、転写部ｄから帯電部aへ持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーの電荷量を、トナー帯電量制御手段７で正規極性である負極性に揃えて帯電処理して転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止し、帯電ローラ２で感光ドラム１を所定の電位に帯電すると同時に、上記のトナー帯電量制御手段７で正規極性である負極性に帯電処理された転写残トナーの帯電量を、現像装置４によって感光ドラムの静電潜像を現像できる適切な帯電量に制御することで現像装置での転写残トナーの回収も効率的になされる。

（３）長期放置後復帰制御（トナー補給停止制御）
（ａ）基本制御
前述したように、画像形成装置、具体的には現像装置４を長時間にわたり使用せずに放置し、再度使用したとき、現像装置４内のトナーの中に帯電極性が逆極性のトナーや、帯電量をほとんど持たないトナーの量が大幅に増える場合がある。これらのトナーは感光ドラム１上の非画像部にかぶりトナーとして現像装置４から大量に吐き出され、一部は転写装置５により転写されて画像かぶりとなり、感光ドラム１上に残ったものは転写残トナー均一化手段８やトナー帯電量制御手段７で十分帯電処理できずに帯電ローラ２表層を汚染して帯電不良の原因となる。

これは、画像形成装置を放置している間に、現像装置内の現像剤が静電凝集して流動性が非常に悪くなり、新たに補給されたトナーが現像装置内で十分に攪拌・混合されず、正規の極性，帯電量に達しないまま現像されることによる。

図４に未使用現像剤の各トナー濃度に対する放置前後のトナー流動性変化についての関係図を示す。ここで現像剤の流動性を表す指標として、安息角を採用した。安息角とは、粉体を円錐状に自然状態で堆積させたとき、水平面と該円錐の母線とのなす角度で、粉体が崩れ落ちずに安定できる限界角度のことであり、ホソカワミクロン製パウダーテスターＰＴ−Ｓを用いて、現像剤中のトナー濃度を２ｗｔ％〜１４ｗｔ％まで変化させて測定した。本実施例で初期現像剤として使用するトナー濃度８ｗｔ％の現像剤では、雰囲気温度２３℃，相対湿度５０％の環境下で、放置前に３６°であるのに対し、２４時間放置後には４２°に上昇していることがわかる。これは放置によって流動性が悪化したことを表している。また、トナー濃度と流動性の関係については、トナー濃度の増加に伴い流動性が悪化していくことを示している。これは、現像剤のうち磁性キャリアの流動性が相対的に良く、逆にトナーの流動性が相対的に悪いため、トナーを加えていくに従って磁性キャリア表面に担持されるトナー量が増加するに伴い、結果として現像剤の流動性は悪くなる。

図５に図４で使用した現像剤により、放置前後で画像形成を行い、画像かぶりレベルと帯電ローラ２汚れレベルを調べた結果である。放置前の現像剤については、トナー濃度が１２ｗｔ％までは画像かぶり，帯電ローラ２表層汚れ共に発生せず、１４ｗｔ％を超えたところでまず画像かぶりの軽微な発生が見られ、更に１６ｗｔ％を超えたところで帯電ローラ２汚れの軽微な発生が見られた。一方２４時間放置後の現像剤においては、本実施例で初期現像剤のトナー濃度として使用している８ｗｔ％で、画像かぶり，帯電ローラ２汚れ共に軽微な発生がみられ、１０ｗｔ％以上でトナー濃度が増加するほど、画像かぶり，帯電ローラ２汚れともに大幅な悪化が見られた。以上の結果と先ほど示した図４の結果を照らし合わせると、現像剤の流動性と画像かぶり，帯電ローラ２汚れの間には相関関係があることがわかると共に、流動性の指数である安息角が４０°前後を閾値として、問題の発生の有無が分かれることがわかった。

図６に現像剤の放置時間に対する現像剤の流動性の変化についての関係図を示す。ここで使用した現像剤のトナー濃度は８ｗｔ％であり、雰囲気環境は温度２３℃，相対湿度５０％である。放置前の現像剤の安息角が３６°であるのに対し、約１８時間後の現像時の安息角は問題発生の閾値レベルである４０°を超えた４１°となり、更に３６時間後には４４°に達していることがわかる。つまり放置後１２から１８時間経過した以降で問題が発生する可能性があることがわかる。

つまり初期現像剤を雰囲気温度２５°相対湿度５０％の環境で放置した場合、トナー濃度８ｗｔ％の現像剤を約１２時間以上放置した場合には、画像かぶりや帯電ローラ２汚れが発生する虞のある流動性になる。よって、本実施例では、画像形成を行なわない時間、つまり放置時間をカウントし、１２時間以上経過した場合には以下の制御を実施することとした。

図３に本実施例で実施している制御のタイミングチャートを示す。本実施例では、画像形成を行なわない時間、つまり放置時間が１２時間以上経過した後、再度画像形成を実施する場合、現像剤の流動性が悪化していると予想し、通常は画像形成と共に実施するトナーホッパー４ｇから現像装置４に対してのトナー補給を停止する。停止タイミングは、現像装置４内の現像剤の流動性が前述した閾値（約４０°）以下の安息角（トナー濃度目標値）になるトナー濃度に低下するまでの間であり、具体的には図４の結果より、初期現像剤で初期トナー濃度が８ｗｔ％であるのに対し、現像装置４内の現像剤中のトナーが消費されて６ｗｔ％になるまで補給動作を停止する。６ｗｔ％まで低下した後には、トナー補給を再開し、現像剤のトナー濃度も最初の状態、つまり８ｗｔ％まで戻す動作を行なっている。

よって、放置後の画像形成装置において、トナーホッパー４ｇから現像装置４内にトナー補給を行なわず、現像装置内のトナー濃度を一時的に低下させることで、現像装置４内の現像剤の流動性が良化し、トナーホッパー４ｇから補給されたトナーに対して十分に攪拌・混合して、必要量のトナー帯電量にすることができる状態に現像剤を戻すことが可能となる。

このときに、以上のような制御を行なったとしても、反転トナーや帯電量が少ないトナーが通常よりも若干増加することが予想されるため、帯電補助部材の特にトナー帯電量制御手段7に印加するバイアスを、通常よりもその絶対値が大きくして印加する制御も同時に併せて行なっている。これは、トナー帯電量制御手段7のニップ部ｅに到達するトナー量が通常よりも増加した場合、トナー帯電量制御手段7に通常印加しているだけのバイアスでは十分に帯電量を与えてやることができないためである。具体的には雰囲気温度が２３℃，相対湿度５０％の環境下で、トナー帯電量制御手段7に印加するバイアスが通常−７５０Ｖであるのに対し、本制御時には−９８０Ｖまで増加させている。ここで、トナー帯電量制御手段7突入前の感光ドラム１電位などを合わせて考えると、トナー帯電量制御手段7から感光ドラム１への電流量は約１．５倍となるため、感光ドラム１上のトナー量も通常よりも１．５倍までは許容することができる。実際、前述のトナー補給停止を実施すれば、転写後の感光ドラム１上のトナー量は通常の１．２から１．４倍程度であり、本実施例の設定で十分である。また、逆に通常時からトナー帯電量制御手段7に印加するバイアスを大きくした場合には、感光ドラム１との間での放電が大きくなり、放電による感光ドラム１表面劣化を促進する虞があるため、必要最小限にとどめる必要がある。

また、トナー帯電量制御手段7に通常よりも絶対値の大きいバイアスを印加する期間は、少なくとも前述の現像剤のトナー濃度がトナー濃度目標値以下になるまでの間であり、本実施例ではトナーホッパー４ｇから現像装置４へのトナー補給が再開されて、通常のトナー濃度になるまでの間とした。

以上まとめると、本実施例では画像形成を行なわない時間、つまり放置時間が１２時間以上の場合、画像形成を再開する時に、画像形成中にトナーホッパー４ｇから現像装置４へのトナー補給を停止し、初期現像剤の場合、現像剤中のトナー濃度を８ｗｔ％からトナー濃度目標値である６ｗｔ％まで低下させて現像剤の流動性を良化させる制御を実施する。更にはトナー帯電量制御手段7に印加するバイアスを、トナー補給の停止及びトナー濃度が元の量に戻るまでのタイミングで、通常の−７５０Ｖから−９８０Ｖにその絶対値が大きくなるように印加する制御を実施する。これらの制御を実施することで、長期放置後に発生する補給トナーが十分に現像装置４内で攪拌・混合されないことに起因して発生する画像かぶり，帯電ローラ２汚れを防止することが可能となる。

（ｂ）耐久制御
図７に４０ｋ枚画像形成を行なった後の現像剤の各トナー濃度に対する放置前後のトナー流動性変化についての関係図を示す。ここで、４０ｋ使用後の現像剤のトナー濃度は通常時において、６ｗｔ％になるように制御している。これは前述したように、磁性キャリア表面が使用枚数に伴って劣化することで、トナーホッパー４ｇから補給されたトナーに対して所望の帯電量まで引き上げる能力、所謂帯電付与能力が低下するためである。

そこで、トナー濃度６ｗｔ％の現像剤で、雰囲気温度２３℃，相対湿度５０％の環境下での放置前後の変化をみると、放置前に４０°であるのに対し、２４時間放置後には４８°に上昇していることがわかる。よって、本実施例では初期現像剤の時と同様に、放置後に画像形成を再開した後のトナー補給停止制御時のトナー濃度目標値は、４ｗｔ％とした。

図８に雰囲気温度２３℃，相対湿度５０％の環境下での現像剤の使用枚数と放置前後の流動性変化の関係図を示す。このように、現像剤は使用枚数に従って帯電付与能力が低下すると共に、現像剤の流動性も変化することがわかる。つまり、現像剤の使用枚数に従って、トナー補給停止制御後のトナー濃度目標値も変化させる必要がある。

図９に、本実施例で行なっている現像剤の使用枚数に対する通常時のトナー濃度及びトナー補給停止制御時のトナー濃度目標値の関係を示す。通常時のトナー濃度は初期８ｗｔ％であるのに対し、４０ｋ枚使用後には６ｗｔ％としており、使用枚数に対して１次関数になるようにしている。また、それと同時にトナー補給停止制御時のトナー濃度目標値も、初期６ｗｔ％に対し、４０ｋ枚後には４ｗｔ％になるようにし、同様に使用枚数に対して１次関数になるようにしている。ただし４０ｋ枚後は、トナー濃度目標値を４ｗｔ％固定とした。これはトナー濃度が４ｗｔ％未満になった場合に、現像剤の抵抗率が低下し、現像装置４から感光ドラム１に対して磁性キャリアがトナーと共に現像される（所謂キャリア付着）虞があるためである。

このように、現像剤の使用枚数をカウントし、かつ現像剤の使用枚数に従ってトナー補給停止制御時のトナー濃度目標値を変化させることで、現像剤の使用枚数に関わらず、長期放置後に発生する補給トナーが十分に現像装置４内で攪拌・混合されないことに起因して発生する画像かぶり，帯電ローラ２汚れを防止することが可能となる。

（ｃ）環境制御
図１０に雰囲気温度２３℃／相対湿度５０％，雰囲気温度３０℃／相対湿度８０％，雰囲気温度２３℃／相対湿度５％の３環境における初期現像剤の各トナー濃度に対する放置後のトナー流動性変化についての関係図を示す。雰囲気温度２３℃／相対湿度５％の絶対水分量が低い環境下で放置後の現像剤の流動性が最も悪く、雰囲気温度３０℃／相対湿度８０％の絶対水分量が高い環境下で放置後の現像剤の流動性が最も良いことがわかる。つまり、雰囲気環境の絶対水分量と放置後の現像剤の流動性に相関関係が認められる。

よって、本実施例では前述した図９の雰囲気温度２３℃／相対湿度５０％でのトナー補給停止制御時のトナー濃度目標値に対し、図１１に示すような雰囲気環境（絶対水分量）毎の環境係数を掛け合わせて、各環境でのトナー目標値としている。例えば、初期現像剤の雰囲気温度２３℃／相対湿度５０％で、トナー濃度目標値が６ｗｔ％のとき、雰囲気温度３０℃／相対湿度８０％では７．８ｗｔ％、雰囲気温度２３℃／相対湿度５％では４．８ｗｔ％とした。

また、トナー帯電量制御手段7から感光ドラム１に流れ込む電流量も環境により異なる。つまり高湿環境下では、補助帯電部材を形成するブラシの抵抗値が低下し、電流量が増加するのに対し、低湿環境下では、ブラシの抵抗値は上昇するため、電流量は減少する。よって、本実施例では、図１３に示すように、雰囲気環境（絶対水分量）によって、トナー帯電量制御手段7に印加する通常時の印加バイアス及びトナー補給停止制御時の印加バイアスを変化させている。具体的には、前述したように雰囲気温度２３℃／相対湿度５０％で通常時−７５０Ｖ／制御時−９８０Ｖであるのに対し、雰囲気温度３０℃／相対湿度８０％では通常時−６００Ｖ／制御時−７００Ｖ，雰囲気温度２３℃／相対湿度５％では通常時−８００Ｖ／制御時−１１００Ｖとした。

このように、画像形成装置を使用する雰囲気環境（絶対水分量）を検知し、その検知結果に従ってトナー補給停止制御時のトナー濃度目標値や帯電補助部材であるトナー帯電量制御手段7に印加するバイアスを変化させることで、現像剤の使用環境に関わらず、長期放置後に発生する補給トナーが十分に現像装置４内で攪拌・混合されないことに起因して発生する画像かぶり，帯電ローラ２汚れを防止することが可能となる。

従来の画像形成装置の概略構成模型図感光ドラムと帯電ローラの層構成模型図画像形成装置長期放置後の復帰制御タイミングチャート未使用現像剤の放置前後におけるトナー濃度と流動性（安息角）の関係図未使用現像剤の放置前後におけるトナー濃度とかぶりレベル及び帯電ローラ汚れレベルの関係図トナー濃度８ｗｔ％未使用現像剤の放置時間と流動性（安息角）の関係図４０ｋ枚使用後現像剤の放置前後におけるトナー濃度と流動性（安息角）の関係図トナー濃度８ｗｔ％現像剤の使用枚数毎の放置前後における流動性（安息角）の関係図使用枚数毎の通常動作時のトナー濃度目標値及び画像形成装置長期放置後の復帰制御で使用するトナー濃度閾値の関係図未使用現像剤の使用環境毎の放置前後におけるトナー濃度と流動性（安息角）の関係図画像形成装置の使用環境毎の復帰制御で使用するトナー濃度閾値係数の関係図補助帯電ブラシ（トナー帯電量制御手段）の配置模式図画像形成装置の使用環境毎の通常時印加バイアス及び復帰制御時印加バイアスの関係図

符号の説明

１感光ドラム（像担持体）
２帯電ローラ
３レーザビームスキャナ
４現像装置
５転写ローラ
６定着装置
７トナー帯電量制御手段（帯電補助部材）
８転写残トナー均一化手段（帯電補助部材）
１０メモリーを備えた演算回路
１１温湿度センサー
Ｓ１〜Ｓ５バイアス電圧印加電源

Claims

像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成するために前記像担持体表面を接触部にて帯電処理する帯電手段と、該帯電手段により帯電処理された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、トナーと磁性キャリアからなる現像剤を用い、前記像担持体に形成された静電潜像に前記トナーを供給して可視化する二成分現像手段と、前記トナーを前記二成分現像手段に補給するトナー補給手段と、可視化したトナー像を転写材に転写する転写手段と、転写後の前記像担持体に対して前記帯電手段と同極性の直流電圧が印加される帯電補助部材とを有し、かつ前記転写手段により転写されずに前記像担持体表面に残留したトナーを前記二成分現像手段で回収するクリーナーレスシステムを用いた画像形成装置において、画像形成装置が所定の時間以上稼働されずに放置された後、再度画像形成を実施する場合に、前記二成分現像手段中の前記現像剤に対する前記トナー濃度が所定の閾値以下になるまで前記トナー補給手段から前記二成分現像手段へのトナー補給を実施しないと共に、トナー補給を実施しない時間と同時あるいはそれ以上のタイミングで、前記帯電補助部材に印加する直流電圧の絶対値が前記以外のタイミングの値よりも大きいことを特徴とした画像形成装置。
前記帯電補助部材が、前記帯電手段に対して前記像担持体回転方向上流側に隣接して配設されていることを特徴とした請求項１記載の画像形成装置。
前記二成分現像手段の前記現像剤に対するトナー濃度の閾値が、画像形成装置の稼働情報により可変制御することを特徴とした請求項１及び請求項2記載の画像形成装置。
トナー補給を実施しない時間と同時あるいはそれ以上の間に、前記帯電補助部材に印加する直流電圧の絶対値が、画像形成装置の稼働情報により可変制御することを特徴とした請求項１及び請求項2記載の画像形成装置。
前記帯電補助部材が、ブラシ状の部材であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記帯電手段が、帯電ローラであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。