JP4622515B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、転写後に残留する現像剤をクリーニングするクリーニング装置、及び、前記クリーニング装置を備えて、周回する像担持体の表面を一様帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成する現像手段とを備え、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する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、像担持体である感光体表面を、帯電装置が所定の極性及び電位に一様に帯電処理し、該帯電処理された感光体表面に情報書き込み手段が静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置が現像剤であるトナーにより可視化してトナー画像を形成し、該トナー画像を感光体面上から用紙等の転写材に転写し、転写材上のトナー画像を定着させることより画像を形成している。

しかし、通常は感光体表面に形成されたトナー画像のトナーは、全て用紙等の転写材に転写されることはなく、一部のトナーが感光体表面に残留してしまう。従って、残留してしまったトナーが次の画像形成に悪影響を与えないように、画像形成装置は、転写後の感光体表面に残留するトナーを静電的に回収して感光体表面を清掃するクリーニング装置を備えている。

前記クリーニング装置は、感光体表面の残留トナーを静電吸着するクリーニングブラシ、クリーニングブラシが吸着したトナーを回収する回収ロール、及び回収ロールの回収したトナーを回収ロールから掻き落すスクレーパで構成されるのが一般的である。

前記クリーニングブラシには直流電圧が印加されており、トナーの正規帯電極性の逆極性であるプラス極性に帯電されている。こうして感光体表面の残留トナーを静電吸引力によってブラシの毛体の間に吸着保持する。続いて、クリーニングブラシに吸着された残留トナーは、クリーニングブラシの回転に伴い回収ロール側へ移送される。回収ロールにはクリーニングブラシよりも高い電位のマイナス極性に帯電されており、クリーニングブラシの毛体の間に保持されているトナーは、回収ロールに回収される。さらに、回収ローラに回収されたトナーはスクレーパによって掻き落される。このように、クリーニングブラシに許容量以上のトナーが吸着保持されて、トナーが飛散することも防ぎながら、感光体表面の残留トナーは静電的に回収される。

ところで、電子写真方式のプロセスによっては、トナーにプラス極性のトナーが混入する場合がある。このような場合、クリーニング装置に備わるクリーニングブラシに前述するような直流電圧を印加しただけでは、正規帯電極性のマイナス極性のトナーのみしか回収されず、プラス極性のトナーを回収することができない。このような状態で、長期間にわたり装置を使用をすると、感光体の表面に残留するトナーがどんどん増加してしまう。これに伴い、装置のクリーニング特性は徐々に劣化していくことが知られている。

上述の不具合を解消するためには、プラス極性を印加するクリーニングブラシとマイナス極性を印加するクリーニングブラシの両方が必要である。しかし、上述したような直流電圧を印加する方式を採用しているために、２本のクリーニングブラシが必要であった。さらに、両方のクリーニングブラシからトナーを回収する回収ロール、及び回収ロールからトナーを掻き落すスクレーパも２本ずつ必要であり、装置が大型になってしまっていた。

しかし、上述の問題に対し、放電が起きない範囲の振幅の交流電圧を用い、１本のクリーニングブラシに正極性の電圧と負極性の電圧を交互に印加することにより、マイナス極性トナーだけでなくプラス極性トナーも回収回収可能にしたクリーニング装置が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平４−１５１１８７号公報 特開平８−１９４４１８号公報

しかしながら、前記特許文献１及び特許文献２の方式では、１本のクリーニングブラシのみで両極のトナーを静電吸着できるものの、１本のブラシ内に両極性のトナーが存在することになってしまう。このような、クリーニングブラシに吸着した両極性のトナーを、１本の回収ロールにて完全に回収することはできない。すなわち、回収ロールにてクリーニングブラシのトナーを完全に回収するためには、プラス極性の残トナーを回収する回収ロールとマイナス極性の残トナーを回収する回収ロールとの２本の回収ロールが必要となってしまい、結局、装置は大型になってしまう。

本発明は上記事実を考慮し、確実にプラス極性及びマイナス極性の両方の極性のトナーを感光体表面から静電的に回収するとともに、さらに部品点数を少なくし、低コスト化、小スペース化を可能にするクリーニング装置を備える画像形成装置を得ることを目的とする。

請求項１の発明は、周回する像担持体の表面を一様帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成する現像手段とを備え、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する画像形成装置であって、前記像担持体の表面に接触すると共に該像担持体の回転方向に対して逆回転し、前記像担持体の表面に残留する現像剤を静電的に保持するクリーニングブラシであって、該像担持体の表面との接触部における該像担持体の回転方向の上流側に上流側放電領域を形成すると共に下流側に下流側放電領域を形成し、該上流側放電領域にて断続的なマイナス放電を行うクリーニングブラシと、直流電圧と交流電圧とを重畳することで、前記像担持体と前記クリーニングブラシとの間の電界の向きを変化させ、かつ単一極性の放電をさせる電圧を前記クリーニングブラシに印加するクリーニング電圧印加手段とを有することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、帯電手段が周回する像担持体の表面を一様帯電し、情報書き込み手段が前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成し、現像手段が前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成し、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する。

そして、クリーニングブラシが、前記像担持体の表面に接触すると共に該像担持体の回転方向に対して逆回転し、前記像担持体の表面に残留する現像剤を静電的に保持し、該像担持体の表面との接触部における該像担持体の回転方向の上流側に上流側放電領域を形成すると共に下流側に下流側放電領域を形成し、該上流側放電領域にて断続的なマイナス放電を行う。

前記クリーニングブラシに電圧を印加するのは、クリーニング電圧印加手段である。前記クリーニング電圧印加手段は、直流電圧と交流電圧とを重畳することで、前記像担持体と前記クリーニングブラシとの間の電界の向きを変化させ、かつ単一極性の放電をさせる電圧を印加する。

クリーニングブラシに印加される電圧は、単一極性の放電のみを起こす電圧のため、帯電極性が正規極性とは逆極性に反転している現像剤が存在したとしても、逆極性を正規の帯電極性に反転させることができ、全ての現像剤の帯電極性を正規極性とすることができる。また、単一極性の放電のみを起こす電圧のため、正規極性である現像剤の帯電極性が反転することもない。

また、像担持体とクリーニングブラシとの間の電界の向きを変化させることができるため、放電を起こさない電界の向きのとき、すなわち、現像剤の正規極性とは逆の極性の電圧が印加されているときに、正規極性の現像剤を像担持体からクリーニングブラシに移動させることができる。

このように、変化する電界の向きが放電を起こす向きのときは、全ての現像剤の帯電極性が正規極性となり、放電を起こさない向きのときは、現像剤は像担持体からクリーニングブラシに移動する。

従って、全ての現像剤の帯電極性を正規極性に揃えたうえで、像担持体上の現像剤をクリーニングブラシに保持させることができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記クリーニング電圧印加手段により印加される交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧から前記像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧までの範囲内で設定することを特徴とする。

請求項２の発明によれば、クリーニング電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅は、像担持体の帯電が起こる最小の印加電圧から像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧までの範囲内で設定される。

よって、印加電圧の振幅を像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧よりも小さくすることにより、無駄な放電が起こることがなくなる。また、最小の印加電圧の振幅が像担持体の帯電が起こる電圧であることから、像担持体の帯電は正常に行われる。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記クリーニング電圧印加手段により印加される交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値の２倍より小さい値に設定することを特徴とする。

請求項３の発明によれば、クリーニング電圧印加手段により印加する交流電圧の振幅は、像担持体の帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値の２倍より小さい値に設定される。

こうして、前記振幅の電圧を印加されたクリーニングブラシは、単一極性の放電のみを起こして、像担持体を帯電できる。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項３記載の発明において、前記クリーニング電圧印加手段により印加される交流電圧の振幅を示すピークトゥピーク電圧を、以下に示す（１）式の範囲に設定することを特徴とする。

｜Ｖｔｈ｜＋α≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜…（１）
但し、
Ｖｔｈ：像担持体の帯電が起こる最小の印加電圧
Ｖｐｐ：交流電圧のピークトゥピーク電圧
α：クリーニング電圧印加手段により印加する印加電圧によって定まる所定の電圧
である。

請求項４の発明によれば、クリーニング電圧印加手段が前記クリーニングブラシに印加する交流電圧の振幅を示すピークトゥピーク電圧は、上記（１）式の範囲に設定される。αは印加電圧に基づいて設定される値であり、αを設けることで、最適な振幅の電圧を特定することができる。例えば、像担持体の帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値（｜Ｖｔｈ｜）が５００Ｖの場合のαは２００Ｖであるが、特に線形な関係を持つものではない。

請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の発明において、前記クリーニングブラシが静電的に保持する現像剤を回収する回収手段と、前記クリーニング電圧印加手段が前記クリーニングブラシに印加する交流電圧と同位相の交流電圧を少なくとも含む電圧を前記回収手段に印加する回収電圧印加手段とを更に有することを特徴とする。

請求項５の発明によれば、回収手段が、クリーニングブラシに静電的に保持される現像剤を回収する。

前記回収手段に電圧を印加するのは、回収電圧印加手段である。前記回収電圧印加手段は、前記クリーニング電圧印加手段が前記クリーニングブラシに印加する交流電圧と同位相の交流電圧を少なくとも含む電圧を前記回収手段に印加する。

よって、クリーニングブラシと回収手段との間で生じる電位差は、略一定に保たれる。こうして、クリーニングブラシと回収手段との間には、クリーニングブラシに保持されている正規極性の現像剤がクリーニングブラシから回収手段に移動する方向の電界が生じ、現像剤は、回収手段に回収される。

仮に、同位相でないとすると、クリーニングブラシと回収手段との間には適切な電位差が生じない。電位差が小さすぎると、現像剤が回収手段に回収されなくなってしまい、電位差が大きすぎると、回収手段とクリーニングブラシとの間で放電が発生し、現像剤が逆極性に帯電してしまう。

以上説明した如く、本発明は、確実にプラス極性及びマイナス極性の両方の極性のトナーを感光体表面から静電的に回収するとともに、さらに部品点数を少なくし、低コスト化、小スペース化を可能にするクリーニング装置を備える画像形成装置を得るという優れた効果を有する。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下では説明の便宜上、具体的数値を挙げることがあるが、本発明はこれらの数値に限定されないことはもちろんである。

図１には、本実施の形態の画像形成装置であるカラーページプリンタ１０（以下、プリンタという）が示されている。プリンタ１０は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色の現像ユニット１２Ｙ、１２Ｍ、１２Ｃ、１２Ｋと感光体１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが中間転写ベルト１６に面して並列して配置され、中間転写ベルト１６が１周する間に４色のトナー像を重ね合せる、いわゆるタンデム式のフルカラーページプリンタである。

前記プリンタ１０は、底部に給紙トレイ２０を備える。前記給紙トレイ２０にセットされた用紙Ｐの搬送方向の先端部には給紙ロール２２が当接しており、該給紙ロール２２と図示しない用紙捌き手段によって、用紙Ｐが１枚ずつ給紙トレイ２０から搬送方向下流側へ給紙されるようになっている。そして、給紙ロール２２の搬送方向下流側には、２組の搬送ロール２４が配置されており、用紙Ｐは、この搬送ロール２４からの搬送力で上方の転写部２６へ搬送されるようになっている。

前記転写部２６には、中間転写ベルト１６が巻き掛けられたベルト搬送ロール２８Ａと、このベルト搬送ロール２８Ａに圧接された二次転写ロール３０が配設されている。ベルト搬送ロール２８Ａと二次転写ロール３０とのニップ部には、中間転写ベルト１６が挟み込まれており、用紙Ｐはこのニップ部を通過する際に中間転写ベルト１６からトナー像を転写されるようになっている。

そして、転写部２６の上方かつ搬送方向下流側には定着ユニット３２が配設されている。前記定着ユニット３２には、高温になるヒートロール３２Ａと、該ヒートロール３２Ａに圧接されたバックアップロール３２Ｂが配設されており、用紙Ｐが、ヒートロール３２Ａとバックアップロール３２Ｂとのニップ部を通過する際に、トナーが溶融、凝固して用紙Ｐに定着されるようになっている。そして、用紙Ｐは、定着ユニット３２の搬送方向下流側に配置された排紙ロール３４によって排紙されるようになっている。

次に、感光体１４Ｙ、１４Ｍ、１４Ｃ、１４Ｋが、中間転写ベルト１６にトナー像を重ね合せるプリント部３６について説明する。なお、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色を区別する際には、符号の後にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを付加して説明するが、各色を区別する必要がない場合は、符号の後のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋは省略する。

前記中間転写ベルト１６は、上述したベルト搬送ロール２８Ａと、ベルト搬送ロール２８Ａの下方に配設されたベルト搬送ロール２８Ｂと、ベルト搬送ロール２８Ｂの斜め上方且つ用紙搬送路の反対側に配設されたベルト搬送ロール２８Ｃに巻き掛けられている。

前記搬送ロール２８Ｃには、圧接されて中間転写ベルトクリーナ１８が配設されている。搬送ロール２８Ｃと中間転写ベルトクリーナ１８とのニップ部には、中間転写ベルト１６が挟み込まれており、このニップ部を通過する際に中間転写ベルト１６は転写残トナーを中間転写ベルトクリーナ１８によりクリーニングされるようになっている。

中間転写ベルト１６のベルト搬送ロール２８Ｂとベルト搬送ロール２８Ｃとの間の斜め下方を向いた面が感光体１４からトナー像を転写される転写面１６Ａとなっている。前記転写面１６Ａに面して、現像ユニット１２と、感光体１４が並列して配置されており、感光体１４が転写面１６Ａに当接している。また、一次転写ロール３８が、転写面１６Ａを介して感光体１４に圧接されている。

図２に示すように、感光体１４の感光面１４Ａには、回転方向に順に、中間転写ベルト１６、クリーニングブラシ４０、帯電ロール４２、現像ロール４４が当接している。現像ロール４４は、感光体１４の回転方向と同方向に回転している。すなわち、現像ロール４４は、ニップ部においては感光体１４に対して逆回転している。これによって、現像ロール４４から感光体１４への現像効率が高められている。また、帯電ロール４２と現像ロール４４との間には、感光面１４Ａをライン露光するＬＥＤアレイヘッド４６が配置されている。

前記クリーニングブラシ４０は、感光体１４と平行な回転軸まわりに回転可能とされ、周囲に多数のブラシが植毛されている。クリーニングブラシ４０は、感光体１４との接触部分において互いに逆方向に相対移動するように回転するようになっている。

また、クリーニングブラシ４０には、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を印加可能なクリーニング重畳電源５２が接続されている。クリーニングブラシ４０は前記電圧により、感光体１４上のトナーの帯電量を制御しつつ、該トナーをクリーニングブラシ４０に付着させるようになっている。

前記クリーニングブラシ４０には、隣接する位置に回収ロール５４が配設されており、前記回収ロール５４は、クリーニングブラシ４０に付着したトナーを回収するようになっている。

また、回収ロール５４には、交流電圧と直流電圧とを重畳した電圧を印加可能な回収重畳電源５６が接続されている。前記回収重畳電源５６は、回収ロール５４にクリーニングブラシ４０がクリーニング重畳電源５２に印加されている交流電圧と同位相の交流電圧を印加するようになっている。

このように、クリーニングブラシ４０に印加されている交流電圧と回収ロール５４に印加されている交流電圧とは同位相であるために、常に一定の電位差が生じることになる。こうして、クリーニングブラシ４０と回収ロール５４との間には、吸着されているマイナス極性トナーがクリーニングブラシ４０から回収ロール５４に移動する方向の電界が生じるので、トナーは、回収ロール５４に回収される。

さらに、前記回収ロール５４には、隣接する位置にスクレーパ５８が配設されており、前記スクレーパ５８は、回収ロール５４に回収されたトナーを回収ロール５４から掻き落すようになっている。

ここで、クリーニングブラシ４０への印加電圧に対する放電開始電圧、及び感光体１４の表面電位との関係について説明する。

図３には、クリーニングブラシ４０に直流電圧のみを印加し、該印加電圧を増加させていったときの印加電圧と感光体１４表面電位との関係が示されている。

感光体１４への帯電が開始されるときの印加電圧を放電開始電圧（Ｖｔｈ）と定義する。すなわち、本実施の形態では、Ｖｔｈは３Ａで示される−５００Ｖである。

また、図４には、直流電圧−５００Ｖに、周波数１ＫＨｚの交流電圧を重畳し、交流電圧のピークトゥピーク電圧（Ｖｐｐ）を増加させたときのＶｐｐと感光体１４表面電位との関係が示されている。

４Ａで示されるように前記Ｖｔｈ（＝−５００Ｖ）の絶対値の２倍の値、すなわち１０００Ｖ以上にＶｐｐを増加させたときに、感光体１４の表面電位が、略印加した直流電圧−５００Ｖに飽和している。一般的に、表面電位は、Ｖｔｈの絶対値の略２倍の値で飽和することが分かっている。

図５（Ａ）には、感光体１４とクリーニングブラシ４０とのニップ部の近傍が拡大して示されている。なお、図５（Ａ）に示す矢印５Ａは、対応する回転部材の回転方向を示している。ニップ部近傍の上流側には、所定の電圧を印加した場合にクリーニングブラシ４０から感光体１４への放電が起こる上流側放電領域１４Ｕがあり、ニップ部近傍の下流側には、前記上流側放電領域１４Ｕと同様の下流側放電領域１４Ｌがある。

ところで、本実施の形態では、導電性のクリーニングブラシ４０に、Ｖｔｈの絶対値の２倍以下のＶｐｐをもつ交流電圧を印加している。

図５（Ｂ）には、Ｖｔｈ＝−５００Ｖとして、Ｖｐｐ＝−８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−６００Ｖの矩形波の電圧を印加した場合（本実施の形態の電圧印加）の、クリーニングブラシ４０により帯電される感光体１４の表面電位の時間推移の概念が示されている。

なお、クリーニングブラシ４０に帯電される直前の感光体１４の表面電位は０Ｖであるとする。通常、転写部２６を通過後の感光体１４の表面電位は、−２００Ｖから＋１００Ｖ程度であるが、前記範囲の常識的な電位であれば、特に説明に変わりはない。

感光体１４の表面電位は、上流側放電領域１４Ｕにおけるクリーニングブラシ４０からの断続的なマイナス放電により、断続的にマイナス側に増加し、飽和していく。該マイナス放電により、残留トナーのうちのマイナス極性のトナーはさらに帯電量の大きいマイナス極性とされ、プラス極性のトナーはマイナス極性に帯電されることになる。従って、感光体１４とクリーニングブラシ４０とのニップ部の近傍では、ほとんどのトナーがマイナス極性となる。

また、矢印５Ｂは、マイナス極性のトナーがクリーニングブラシ４０側に移動する電界を示している。

こうして、本実施の形態の電圧を印加することで、１本のクリーニングブラシ４０のみで、転写後に残留した両極性のトナーをクリーニングできるようになる。さらに、クリーニングブラシ４０に吸着されるトナーはほとんどがマイナス極性であるので、１本の回収ロール５４と、１本のスクレーパ５８により、全てのトナーの回収ができることになる。

一方、図５（Ｃ）には、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝０Ｖの放電を発生させない通常の矩形波の電圧を印加した場合の、クリーニングブラシ４０により帯電される感光体１４の表面電位の時間推移の概念が示されている。

矢印５Ｃ１で示すマイナス極性のトナーがクリーニングブラシ４０側に移動する電界と、矢印５Ｃ２で示すプラス極性のトナーがクリーニングブラシ４０側に移動する電界とが交互に現われるため、マイナス極性のトナーもプラス極性のトナーもクリーニングブラシ４０に吸着される。

しかし、感光体１４の表面電位が変わらないため、放電を発生させる本実施の形態とは異なり、転写後の残留トナーの極性は、感光体１４とクリーニングブラシ４０とのニップ部の近傍でも、マイナス極性はマイナス極性のまま、プラス極性はプラス極性のままである。このため、クリーニングブラシ４０にはマイナス極性のトナーとプラス極性のトナーとの両方が吸着されることになるので、回収ロール５４とスクレーパ５８とは、プラス極性のトナー用とマイナス極性のトナー用との２本ずつ必要になってしまう。

また、絶対値の２倍以上のＶｐｐの矩形波の電圧を印加した場合は、両極性の放電を発生させるため、もともとマイナス極性だったトナーの極性がプラス極性となったり、逆にプラス極性であったトナーの極性がマイナス極性となったりする。マイナス極性のトナーがクリーニングブラシ４０側に移動する電界と、プラス極性のトナーがクリーニングブラシ４０側に移動する電界とが交互に現われるため、マイナス極性のトナーもプラス極性のトナーもクリーニングブラシ４０に吸着されるのだが、図５（Ｃ）で示した場合と同様に、トナーが両極に存在してしまうことになり、クリーニングブラシ４０にはマイナス極性のトナーとプラス極性のトナーとの両方が吸着されることになるので、回収ロール５４とスクレーパ５８とは、プラス極性のトナー用とマイナス極性のトナー用との２本ずつ必要になってしまい、望ましくない。

また、図６には、本実施の形態の各印加電圧とマイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き離す方向の電界の概念を示す。

何れの印加電圧の場合も、最終的な感光体１４表面電位が５００Ｖとなるように設定してあり、｜Ｖｔｈ｜は５００Ｖである。

図６（Ａ）に示す、Ｖｐｐ＝１０００Ｖの場合は、５００Ｖ（＝１０００Ｖ−５００Ｖ）でマイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き離す。

図６（Ｂ）に示す、Ｖｐｐ＝８００Ｖの場合は、３００Ｖ（＝８００Ｖ−５００Ｖ）でマイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き離す。

図６（Ｃ）に示す、Ｖｐｐ＝７００Ｖの場合は、２００Ｖ（＝７００Ｖ−５００Ｖ）でマイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き離す。

図６（Ｄ）に示す、Ｖｐｐ＝６００Ｖの場合は、１００Ｖ（＝６００Ｖ−５００Ｖ）でマイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き離す。

図６（Ｅ）に示す、Ｖｐｐ＝５００Ｖの場合は、マイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き離すことができない（５００Ｖ−５００Ｖ＝０Ｖ）。

以下、トナー像を中間転写ベルト１６に転写するまでの流れを説明する。

感光体１４が図中反時計回りに回転すると、まず、感光面１４Ａが、帯電ロール４２によって均一に所定の極性電位に帯電される。

そして、更に感光体１４が回転すると、感光面１４Ａの帯電面が、ＬＥＤアレイヘッド４６によって露光され、帯電面の露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。その後、感光体１４の帯電極性と同極性に帯電している現像トナーを、現像ロール４４によって、帯電面の電位低下部に電気的に付着させることで、静電潜像を現像し、可視化する。そして、このトナーと逆極性の転写電圧が印加された一次転写ロール３８に、トナーが電気的に引き寄せられる。これによって、トナー像が、感光体１４から中間転写ベルト１６へ転写される。

ここで、感光体１４から中間転写ベルト１６へトナー像が転写される際に、中間転写ベルト１６に転写されずに感光体１４に残留する転写残トナーが発生する。また、中間転写ベルト１６に上流側で転写されたトナーが下流側の感光体１４にオフセットするリトランスファートナーが発生する。このため、この転写残トナー、及びリトランスファートナーを感光体１４から除去する必要がある。そこで、クリーニングブラシ４０及び回収ロール５４への印加電圧を調整して、感光体１４上の転写残トナー、及びリトランスファートナーを感光体１４から除去する。

次に、本実施の形態で行う第１の実験について記載する。

プリントチャートとして図７に示したチャート１００を使用した。該チャート１００では、べたの長い帯状のＰＫ３００％（Ｙ、Ｍ、Ｃのそれぞれ１００％べたを重ねて作った黒）画像１０２とべたの長い帯状のＭ１００％画像１０４とが並んで配置されている。

前記チャート１００で、１０００枚の短期通紙テストを行い、シアン用の現像ユニット１２Ｃのクリーニング性能を調べた。ＰＫ３００％画像１０２には、マイナス極性のＣの転写残トナーが、Ｍ１００％画像１０４には、プラス極性のＭのリトランスファートナーがそれぞれクリーニングブラシ４０に突入することになる。

シアン用の現像ユニット１２Ｃのクリーニングブラシ４０には、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−６００Ｖの矩形波電圧（本実施の形態の電圧）を印加する。回収ロール５４へは、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−３００Ｖで、クリーニングブラシ４０と同位相の矩形波電圧を印加する。

また、比較例として、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝０Ｖの放電しない範囲での矩形波電圧を印加した場合（比較例１）と、Ｖｔｈの２倍以上のＶｐｐのＶｐｐ＝１．５ＫＶ、Ｖｄｃ＝０Ｖの矩形波電圧を印加した場合（比較例２）でも、同様の実験を行う。

比較例１の回収ロール５４へは、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝＋３００Ｖの矩形波電圧を、比較例１の回収ロール５４へは、Ｖｐｐ＝１．５ＫＶ、Ｖｄｃ＝０Ｖの矩形波電圧をそれぞれ印加する。

結果を表１に示す。

本実施の形態の印加条件では、クリーニング不良は未発生であった。これに対し、比較例１では、Ｍ１００％画像１０４で、比較例２では、ＰＫ３００％画像１０２とＭ１００％画像１０４との両方でクリーニング不良が発生した。

Ｍ１００％画像１０４は、プラス極性のトナーがクリーニングブラシ４０に突入する部分であるが、本実施の形態の印加方式では、プラス極性トナーがマイナス放電によりマイナス極性に変化し、回収ロール５４により効率よく回収されたため、クリーニング不良が未発生であった。

しかし、比較例１では、マイナス放電がないので、プラス極性トナーは、プラス極性のままクリーニングブラシ４０に突入する。プラス極性トナーは、振動電界の効果でクリーニングブラシ４０に吸着されるものの、回収ロール５４にはプラス極性トナーを引き付ける電圧が印加されていないために回収されない。こうして、徐々にクリーニングブラシ４０にプラス極性のトナーが溜まってしまい、クリーニング不良が発生したと考えられる。逆にＰＫ３００％画像１０２はマイナス極性のトナーであるために、そのままクリーニングブラシ４０に吸着され、回収ロール５４に回収されたため、クリーニング不良は未発生であった。

一方、比較例２では、ＰＫ３００％画像１０２とＭ１００％画像１０４との両方でクリーニング不良が発生した。これは、比較例２での印加方式では、プラスとマイナスとの両極性の放電が発生するために、ＰＫ３００％画像１０２とＭ１００％画像１０４との両方の画像で両極性のトナーが存在することになり、両方の画像に存在するプラス極性トナーが回収ロール５４に回収されずに、徐々にクリーニングブラシ４０に溜まってしまったためにクリーニング不良が発生したと考えられる。

比較例１及び比較例２の結果から分かるように、本実施の形態の印加方式以外の印加方式では、１つの回収ロール５４のみでは、片方の極性のトナーしか回収できない。よって両極性のトナーを回収するためには、回収ロール５４、スクレーパ５８のそれぞれを２つずつ備える必要があり、装置が大型化してしまう。

しかし、本実施の形態の印加方式にすることで、クリーニングブラシ４０、回収ロール５４、及びスクレーパ５８はそれぞれ１つずつ備えるだけでよく、クリーニング用の部品点数を少なくし、低コスト、小スペースで、確実に両極性のトナーを回収することが可能となる。

続いて本実施の形態で行う第２の実験について記載する。

Ａ３サイズ一面がＭ色べた１００％の画像のプリント信号を送り、シアン用の現像ユニット１２Ｃの転写電位を通常より若干増加させ、シアン用の現像ユニット１２Ｃのクリーニングブラシ４０に、プラス極性の０．２ｇ／ｍ２のＭ色リトランスファートナーが突入するようにする。

前記条件で、クリーニングブラシ４０に印加する電圧のＶｐｐを変化させ、クリーニングブラシ４０からすり抜けてしまうトナー量を測定した。プラス極性トナーは、クリーニングブラシ４０で極性をマイナス極性に変化させて、さらにクリーニングブラシ４０で吸着するというストレスな条件となるので、当該実験ではプラス極性のトナーを用いてクリーニング性能を判断する。

図８に結果を示す。ＶｐｐとＶｔｈの絶対値との差が２００Ｖ以上であると良好なクリーニング性能を示すことが分かる。これは、クリーニングブラシ４０でトナー極性をプラスからマイナスに変化させ、さらに変化後のマイナス極性トナーを感光体１４からクリーニングブラシ４０に引き付けるには、電位差が２００Ｖ以上あることが望ましいことを示している。

上記したように、クリーニングブラシ４０への印加電圧を、放電を起こす電圧で、以下の（２）式を満たすことにより、クリーニング用の部品点数を少なくし、低コスト、小スペースで、確実に両極性のトナーを回収することを可能にできる。

｜Ｖｔｈ｜＋２００≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜（２）
但し、
Ｖｔｈ：感光体１４への帯電が起こる最小の印加電圧
Ｖｐｐ：交流電圧のピークトゥピーク電圧
である。

次に、回収ロール５４にクリーニングブラシ４０と同位相の交流電圧を印加したときの電位関係を、図９（Ａ）に示す。

クリーニングブラシ４０には、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−６００Ｖの交流電圧が印加されており、回収ロール５４には、Ｖｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−３００Ｖのクリーニングブラシ４０に印加されている交流電圧と同位相の交流電圧が印加されている。なお、交流電圧は、正弦波である必要はなく、矩形波、三角波等でもよい。

クリーニングブラシ４０に印加されている交流電圧と回収ロール５４に印加されている交流電圧とは同位相であるために、常に３００Ｖの電位差が生じることになる。よって、クリーニングブラシ４０と回収ロール５４との間には、吸着されているマイナス極性トナーがクリーニングブラシ４０から回収ロール５４に移る方向の電界が生じるので、トナーは、回収ロール５４に回収される。

ところで、効率的にトナーを回収するための電位差は３００Ｖ程度である。そこで最低３００Ｖの電位差となるように、回収ロール５４に直流電流のみを印加すると、図９（Ｂ）に示すように、印加直流電流は＋１００Ｖとなる。すると、電位差は最大で１．１ＫＶにもなってしまう。すると、回収ロール５４とクリーニングブラシ４０との間で放電が発生してしまい、トナーがプラスに帯電してしまうので好ましくない。

このように、回収ロール５４とクリーニングブラシ４０との間になるべく放電を発生させず、かつ回収ロール５４とクリーニングブラシ４０との電位差を大きくするために、回収ロール５４には、クリーニングブラシ４０と同位相の交流電圧を印加することが望ましい。

また、本実施の形態におけるトナーの回収効率をテストした。

クリーニングブラシ４０には、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−６００Ｖの電圧を印加し、回収ロール５４には、Ｖｐｐ＝８００Ｖ、Ｖｄｃ＝−３００Ｖのクリーニングブラシ４０に印加されている交流電圧と同位相の電圧を印加した場合（本実施の形態の印加方式）と、クリーニングブラシ４０の条件は同じで回収ロール５４には、Ｖｄｃ＝＋１００Ｖを印加した場合（比較例）とで、クリーニングのテストを行った。

一定量のトナーが表面に付着している感光体１４を、本実施の形態の印加方式及び比較例の印加方式でクリーニングさせ、クリーニングブラシ４０及び回収ロール５４を介し最終的にスクレーパ５８によって回収されたトナー重量を測定し、クリーニング装置の回収効率を算出する。

結果は、本実施の形態の印加方式では約８０％のトナーが回収された。一方、直流電流のみを印加する比較例の方式では約４０％のトナーしか回収されなかった。こうして、本実施の形態の印加方式の方が明らかによい回収効率であることが分かった。

このように、回収ロール５４に、クリーニングブラシ４０に印加される交流電圧と同位相の交流電圧を少なくとも含む電圧を印加することにより、効率よくトナーの回収が行われ、トナーがクリーニングブラシ４０に吸着されたままのために発生するクリーニング不良を防ぐことができる。

なお、以上説明した実施の形態は、本発明の構成を限定するものではない。

また、交流電圧のＤｕｔｙ比を、転写残の極性毎の割合に応じて、設定してもよい。

さらに、交流電圧のＤｕｔｙ比を、プリント枚数の増加につれて変化させてもよい。

本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略図である。 本実施の形態に係る画像形成装置の現像ユニットを示す概略図である。 印加電圧と感光体表面電位との関係図である。 印加交流電圧のピークトゥピーク電圧と感光体表面電位との関係図である。 （Ａ）は感光体とクリーニングブラシとのニップ部の周辺を示す図であり、（Ｂ）は、本実施の形態の電圧を印加した場合のクリーニングブラシにより帯電される感光体の表面電位の時間推移の概念図であり、（Ｃ）は、放電を発生させない通常の矩形波の電圧を印加した場合のクリーニングブラシにより帯電される感光体の表面電位の時間推移の概念図である。 本実施の形態の各印加電圧とマイナス極性トナーを感光体からクリーニングブラシに引き離す方向の電界の概念図であり、（Ａ）はＶｐｐ＝１０００Ｖの場合、（Ｂ）はＶｐｐ＝８００Ｖの場合、（Ｃ）はＶｐｐ＝７００Ｖの場合、（Ｄ）はＶｐｐ＝６００Ｖの場合、（Ｅ）はＶｐｐ＝５００Ｖの場合である。 実験に用いられたプリントチャートである。 ＶｐｐとＶｔｈの絶対値との差とクリーニング性能との関係図である。 （Ａ）は、回収ロールにクリーニングブラシに印加される交流電圧と同位相の電圧を印加したときの電位関係図であり、（Ｂ）は、回収ロールにクリーニングブラシに印加される交流電圧と異なる位相の電圧を印加したときの電位関係図である。

符号の説明

１０ カラーページプリンタ（画像形成装置）
１４ 感光体（像担持体）
２６ 転写部（転写手段）
３２ 定着ユニット（定着手段）
４０ クリーニングブラシ（クリーニング手段）
４２ 帯電ロール（帯電手段）
４４ 現像ロール（現像手段）
４６ アレイヘッド（情報書き込み手段）
５２ クリーニング重畳電源（クリーニング電圧印加手段）
５４ 回収ロール（回収手段）
５６ 回収重畳電源（回収電圧印加手段）
５８ スクレーパ

Claims (5)

1. 周回する像担持体の表面を一様帯電する帯電手段と、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像に現像剤を供給して該静電潜像を可視化して可視化像を形成する現像手段とを備え、前記可視化像を直接又は転写部材を介して記録用紙に転写することで画像形成する画像形成装置であって、
   前記像担持体の表面に接触すると共に該像担持体の回転方向に対して逆回転し、前記像担持体の表面に残留する現像剤を静電的に保持するクリーニングブラシであって、該像担持体の表面との接触部における該像担持体の回転方向の上流側に上流側放電領域を形成すると共に下流側に下流側放電領域を形成し、該上流側放電領域にて断続的なマイナス放電を行うクリーニングブラシと、
   直流電圧と交流電圧とを重畳することで、前記像担持体と前記クリーニングブラシとの間の電界の向きを変化させ、かつ単一極性の放電をさせる電圧を前記クリーニングブラシに印加するクリーニング電圧印加手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記クリーニング電圧印加手段により印加される交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧から前記像担持体の帯電電圧が飽和するときの印加電圧までの範囲内で設定することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記クリーニング電圧印加手段により印加される交流電圧の振幅を、前記像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧の絶対値の２倍より小さい値に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。
4. 前記クリーニング電圧印加手段により印加される交流電圧の振幅を示すピークトゥピーク電圧を、以下に示す（１）式の範囲に設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の画像形成装置。
   ｜Ｖｔｈ｜＋α≦Ｖｐｐ＜２｜Ｖｔｈ｜ … （１）
   但し、
   Ｖｔｈ：像担持体への帯電が起こる最小の印加電圧
   Ｖｐｐ：交流電圧のピークトゥピーク電圧
   α：クリーニング電圧印加手段により印加する印加電圧によって定まる所定の電圧
   である。
5. 前記クリーニングブラシが静電的に保持する現像剤を回収する回収手段と、
   前記クリーニング電圧印加手段が前記クリーニングブラシに印加する交流電圧と同位相の交流電圧を少なくとも含む電圧を前記回収手段に印加する回収電圧印加手段とを更に有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の画像形成装置。

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