画像形成装置
【課題】帯電部材に付着した転写残トナーを簡単な制御で効率的に除去して帯電性能を回復できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を、通常の１．５ｋＨｚから１５ｋＨｚへ切り替えると同時に、帯電ローラ２へ印加する直流電圧を０Ｖ、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を通常の６００Ｖから９００Ｖへ切り替える。交流電圧の周波数が通常の１．５ｋＨｚ前後では、ほとんど転写残トナーが帯電ローラ２表面から感光ドラム１へ吐き出されない。しかし、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上にすれば、転写残トナーが帯電ローラ２の表面から十分に吐き出される。
【解決手段】帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を、通常の１．５ｋＨｚから１５ｋＨｚへ切り替えると同時に、帯電ローラ２へ印加する直流電圧を０Ｖ、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を通常の６００Ｖから９００Ｖへ切り替える。交流電圧の周波数が通常の１．５ｋＨｚ前後では、ほとんど転写残トナーが帯電ローラ２表面から感光ドラム１へ吐き出されない。しかし、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上にすれば、転写残トナーが帯電ローラ２の表面から十分に吐き出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体に接触させた帯電部材に交流電圧を重畳した直流電圧を印加して、像担持体を帯電させる画像形成装置、詳しくは帯電部材に付着した転写残トナーを像担持体へ吐き出させる制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に接触させた帯電ローラ等の帯電部材に交流電圧を重畳した直流電圧を印加することにより、像担持体の表面を帯電させる接触帯電方式の画像形成装置が広く用いられている。
【０００３】
また、記録材や中間転写体への転写を逃れて像担持体上に残留した転写残トナーを現像装置へ戻して静電像の現像に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実用化されている。
【０００４】
特許文献１には、帯電部材を用いて接触帯電を行う現像同時クリーニング方式の画像形成部を、中間転写ベルトに沿って４つ配列したタンデム型中間転写方式の画像形成装置が示される。ここでは、トナー像の転写部と帯電部材との間にトナー帯電装置を配置して、像担持体上の逆極性に帯電したトナーや帯電量が不足したトナーを、現像に使用できる正規極性に帯電させている。
【０００５】
特許文献２には、トナー像の転写部とトナー帯電装置との間にトナー均一化装置を配置した画像形成装置が示される。ここでは、トナー帯電量、帯電極性、付着密度の異なるトナー粒子を分散・除電して、トナー帯電装置によるトナーの帯電結果のばらつきを抑制している。
【０００６】
特許文献３には、非画像形成時に、帯電ローラに印加するＡＣ電圧を低下させることによって、帯電ローラに付着したトナーを像担持体に吐き出させる制御が示される。ここでは、帯電ローラにトナーが付着して帯電性能が低下すると、ＡＣ電圧を高低２段階に交互に切り替える制御によってトナーを像担持体側に戻して帯電部材の帯電性能を回復させている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１８３９０５号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５７９８号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
帯電部材を用いて接触帯電を行う現像同時クリーニング方式の画像形成装置では、帯電部材の上流側にクリーニング装置が無いため、像担持体に連れ回るトナー粒子が帯電部材に到達してその一部が付着する。帯電部材の表面にトナー粒子が堆積して帯電部材の帯電性能が損なわれると、帯電不良や帯電ムラが発生する。
【０００９】
特許文献２に示される画像形成装置では、トナー帯電装置が転写残トナーを正規極性に帯電させるので、正規極性と同極性の直流電圧が印加される帯電部材には付着しにくい。しかし、実際には、像担持体との接触を通じて少しずつ転写残トナーが帯電部材に付着堆積して、帯電部材の帯電性能を少しずつ低下させる。
【００１０】
そして、帯電部材に専用のクリーニング装置を設けることは、クリーニング装置の配置スペース、クリーニングされた転写残トナーの処分、帯電部材の駆動抵抗の増大と言った問題を発生してしまう。
【００１１】
特許文献３に示される制御では、そのような専用のクリーニング装置を設けることなく、帯電部材に印加する交流電圧の制御だけで帯電部材の表面からトナーを除去することができる。
【００１２】
しかし、帯電部材に付着したトナー粒子の帯電状態、付着状態は様々であって、帯電部材と像担持体との間に形成した数１００Ｖの直流電界だけでは帯電部材から分離させることが困難な場合がある。
【００１３】
特に質量が小さくて帯電量が少なかったり、帯電極性が反転していたりするトナー粒子については、そのような直流電界だけでは、帯電部材の表面との間の分子間引力に打ち勝つこと自体が難しい。しかし、十分な分離効果を得るために数千ボルトの高電圧を印加すると、像担持体に損傷を与えてしまう。
【００１４】
本発明は、帯電部材に付着した転写残トナーを簡単な制御で効率的に除去して帯電性能を回復できる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に接触して回転する帯電部材と、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を前記帯電部材に印加して前記像担持体を帯電させる帯電電源手段と、帯電させた前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、帯電させたトナーを前記像担持体に供給して前記静電像をトナー像に現像する現像手段とを備えたものである。そして、非画像形成時に、前記帯電部材と前記像担持体との間に、前記帯電部材に付着したトナーが前記像担持体へ移動するような電位差を形成させるとともに、前記帯電電源手段を制御して、画像形成時よりも高い周波数の交流電圧を前記帯電部材に印加させる制御手段を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の画像形成装置では、交流電圧の周波数を高めることによって、帯電したトナー粒子に対する加振加速度を増大させる。これにより、帯電部材と像担持体との間に形成された電位差の下で、交流電圧の周波数を高めない場合には帯電部材の表面から分離できないトナー粒子でも分離できる。加振加速度の増大によって、トナー粒子が振動して帯電部材の表面とトナー粒子との間の分子間引力を低下させるからである。帯電部材の表面との間の分子間引力の拘束から解放されたトナー粒子は、接触した像担持体との分子間引力や像担持体との間に形成された電界によって像担持体へ移動する。
【００１７】
従って、帯電部材に付着した転写残トナーを簡単な電圧制御によって効率的に除去して帯電部材の帯電性能を回復できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、画像形成時よりも高い周波数の交流電圧を重畳した直流電圧が非画像形成時の帯電部材に印加される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１９】
従って、１個の像担持体を用いる１ドラム型の画像形成装置のみならず、記録材搬送体や中間転写体に沿って現像色が異なる複数の像担持体を配置したタンデム型の画像形成装置でも実施できる。
【００２０】
像担持体からトナー像が転写される対象である転写媒体は、記録材には限定されず、中間転写ベルトを使用するフルカラー又はモノクロの画像形成装置でも実施できる。
【００２１】
本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００２２】
なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。説明中、特許請求の範囲で用いた構成名に括弧を付して示した参照記号は、発明の理解を助けるための例示であって、実施形態の部材等に構成を限定する趣旨のものではない。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は感光ドラム及び帯電ローラの層構成の模式図である。
【００２４】
画像形成装置１００は、接触帯電方式、反転現像方式、現像同時クリーニング方式、電子写真方式のレーザビームプリンタである。
【００２５】
（像担持体）
図１に示すように、感光ドラム１は、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体である。感光ドラム１は、負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）を表面に配置して外径６０ｍｍに形成され、中心支軸を中心にして１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で矢示Ｒ１方向に回転駆動される。
【００２６】
図２に示すように、感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１ａの表面に、光の干渉を抑えて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層を塗り重ねた構成をしている。
【００２７】
（帯電部材）
図１に示すように、帯電ローラ２は、感光ドラム１の周面を一様に帯電処理する接触帯電装置（接触帯電器、ローラ帯電器）である。
【００２８】
帯電ローラ２は、長手方向の長さが３００ｍｍであって、芯金２ａの両端部をそれぞれ不図示の軸受け部材によって回転自在に保持されている。帯電ローラ２は、押圧ばね２ｅによって感光ドラム１方向に付勢されることによって、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し、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。
【００２９】
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電圧が印加される。帯電電圧が印加された帯電ローラ２を接触回転させることによって、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。
【００３０】
（帯電電源手段）
電源Ｓ１は、画像形成時に、帯電ローラ２に帯電電圧を印加し、帯電電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【００３１】
具体的には、−６００Ｖの直流電圧に周波数ｆ＝１．５ｋＨｚ、ピーク間電圧１５００Ｖｐｐの正弦波を重畳した振動電圧が帯電ローラ２に印加されて、感光ドラム１の周面は、−６００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。
【００３２】
図２に示すように、帯電ローラ２は、中心の芯金（支持部材）２ａの外回りに、下層２ｂと、中間層２ｃと、表層２ｄとを下から順次に積層した三層構成である。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の保護層である。
【００３３】
より具体的には、帯電ローラ２の仕様は下記のとおりである。
芯金２ａ ： 直径６ｍｍのステンレス丸棒。
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。
中間層２ｃ： カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０２ 〜１０５Ωｃｍ、層厚７００μｍ。
表層２ｄ ： フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫、カーボンを分散して体積抵抗値１０７ 〜１０１０Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格
１０点平均表面粗さＲａ）１．５μｍ、層厚１０μｍ。
【００３４】
トナー摺擦部材の一例であるクリーニングフィルム２ｆは、可撓性を持つ帯電ローラクリーニング部材である。クリーニングフィルム２ｆは、支持部材２ｇに一端を固定された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。
【００３５】
支持部材２ｇは、帯電ローラ２の長手方向に対して平行に配置され、不図示の駆動モーターに駆動されて長手方向へ一定振幅の往復運動をする。これにより、帯電ローラ２の表層２ｄに付着したトナー粒子は、クリーニングフィルム２ｆに摺擦されて正規極性（負極性）に帯電して感光ドラム１へ移転する。表層２ｄの付着物汚染（微粉トナー、外添剤など）も除去される。
【００３６】
（静電像形成手段）
露光装置３は、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナであって、帯電処理された感光ドラム１の面に静電像を形成する。
【００３７】
露光装置３は、不図示の画像読取装置等のホスト処理から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、感光ドラム１の一様に帯電処理された表面を露光位置ｂにおいてレーザ走査露光Ｌ（イメージ露光）する。レーザ走査露光Ｌによってレーザ光に照射された部分の電位が低下することで、感光ドラム１には走査露光した画像情報に対応した静電像が順次に形成されていく。
【００３８】
（現像手段）
現像装置４は、二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置であって、感光ドラム１に形成された静電像にトナーを供給して静電像を可視化する。
【００３９】
現像剤担持体４ｂは、非磁性材料で筒状に形成され、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。
【００４０】
現像剤担持体４ｂは、現像剤攪拌部材４ｆが攪拌して帯電させた二成分現像剤４ｅを担持して、非回転に固定して現像スリーブ４ｂ内に挿設した固定磁極４ｃの周囲で回転する。
【００４１】
現像剤コーティングブレード４ｄは、現像剤担持体４ｂに担持される二成分現像剤４ｅの層厚を規制する。
【００４２】
トナーホッパー４ｇは、補給用トナーを収容して現像容器４ａに補給する。
【００４３】
二成分現像剤４ｅは、非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物である。磁性キャリアは、抵抗値が約１０１３Ω・ｃｍ、平均粒径が４０μｍである。非磁性トナーは、平均粒径が７μｍであり、現像剤攪拌部材４ｆによって攪拌される過程で磁性キャリアと摩擦して、正規極性の負極性に帯電する。
【００４４】
現像剤担持体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。感光ドラム１と現像剤担持体４ａとの対向部が現像部ｃである。現像剤担持体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。
【００４５】
現像剤担持体４ｂの外周面に、固定磁極４ｃの磁力によって現像容器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て、現像剤コーティングブレード４ｄによって所定の薄層に整層される。二成分現像剤４ｅは、現像剤担持体４ｂの回転に伴って現像部ｃに回転搬送され、感光ドラム１の表面に接触して適度に摺擦する。
【００４６】
（現像電源手段）
電源Ｓ２は、現像剤担持体４ｂに所定の現像電圧を印加する。
【００４７】
第１実施形態では、現像剤担持体４ｂに対する現像電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【００４８】
より具体的には、直流電圧： −４５０Ｖに対して、交流電圧：周波数ｆ＝７．５ｋＨｚ、ピーク間電圧；１．８ｋＶｐｐの矩形波を重畳した振動電圧である。
【００４９】
これにより、現像剤担持体４ｂに担持されて現像部ｃに搬送された二成分現像剤４ｅ中のトナー分が現像電圧の電界によって感光ドラム１の静電像へ選択的に付着して、静電像がトナー像に現像される。感光ドラム１の露光明部にトナーが付着して静電像が反転現像される。
【００５０】
（現像プロセス）
現像部ｃを通過した現像剤担持体４ｂ上の二成分現像剤４ｅは、引き続く現像剤担持体４ｂの回転に伴って現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。
【００５１】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅにおけるトナー濃度が不図示の光学式トナー濃度センサによって検知され、検知結果に応じてトナーホッパー４ｇが駆動制御される。トナーホッパー４ｇ内のトナーが現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅに補給されることによって、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅにおけるトナー濃度が略一定範囲内に維持される。二成分現像剤４ｅに補給されたトナーは、攪拌部材４ｆによって二成分現像剤４ｅに攪拌混合される。
【００５２】
転写手段・定着手段： 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。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記録材Ｐが給送される。
【００５３】
転写部ｄに給送された記録材Ｐは、回転する感光ドラム１と転写ローラ５との間に挟持されて搬送される。その間、転写ローラ５に電源Ｓ３からトナーの正規極性とは逆極性である正極性の転写電圧（第１実施形態では＋２ｋＶ）が印加されることで、転写部ｄを搬送される記録材Ｐの面に感光ドラム１に担持されたトナー像が順次に転写されていく。
【００５４】
転写部ｄを通ってトナー像を転写された記録材Ｐは、感光ドラム１から順次に分離されて定着装置６（熱ローラ定着装置）へ搬送され、トナー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。
【００５５】
＜現像同時クリーニング＞
画像形成装置１００は、転写部ｄを通過した感光ドラム１の表面に若干量残留する転写残トナーを、現像装置４が現像同時クリーニングを行って再利用するクリーナーレスシステムを採用している。従って、転写部ｄの下流側に転写残トナーを除去するための専用のクリーニング装置を備えていない。
【００５６】
転写部ｄを通過した転写残トナーは、引き続く感光ドラム１の回転に伴って帯電部ａ、露後部ｂを通って現像部ｃに搬送されて、現像装置４によって現像同時クリーニングされる。
【００５７】
第１実施形態においては、現像装置４の現像剤担持体４ｂは、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。
【００５８】
感光ドラム１の転写残トナーは、露光部ｂを通るので、露光工程は、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。
【００５９】
ただし、現像装置４による現像同時クリーニングを効果的に行なわせるには、現像部ｃに持ち運ばれる転写残トナーが正規極性に帯電して、帯電量が現像装置４による現像に適した範囲内に調整されている必要がある。
【００６０】
帯電極性が正極性に反転したトナーや帯電量が不足したトナーについては、感光ドラム１から現像装置４に回収できず、記録材に転写されて不良画像の原因となる。
【００６１】
そこで、転写部ｄよりも感光ドラム１の回転方向の下流側に、トナー均一化装置（トナー均一化部材８）を設け、感光ドラム１の転写残トナーの付着密度と帯電量とを均一化している。
【００６２】
トナー均一化部材８には、帯電ローラ２とは逆極性の正極性の直流電圧が電源Ｓ５より印加されている。具体的には、画像形成時、トナー均一化部材８には、＋３００Ｖの直流電圧を可変印加している。
【００６３】
また、トナー均一化部材８よりも感光ドラム１の回転方向の下流側に、トナー帯電装置（トナー帯電部材７）を設け、トナー均一化部材８によって分散して除電された転写残トナーを正規極性である負極性に帯電させている。
【００６４】
トナー帯電部材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、画像形成時、トナー帯電部材７には、−６００Ｖの直流電圧を可変印加している。
【００６５】
一般的に、転写部ｄで記録材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、反対極性に帯電した反転トナーが混在している。このため、トナー均一化部材８に接触させて転写残トナーを一度除電した後に、トナー帯電部材７に接触させて転写残トナーに正規極性の帯電化処理を施し、これにより、現像装置４における転写残トナーの除去・回収を確実にしている。そのため、転写残トナー像が記録材に転写されて形成されるゴースト画像の発生も厳に防止される。
【００６６】
トナー均一化部材８及びトナー帯電部材７は、適度の導電性を持たせたブラシ部材で構成され、ブラシの毛先を感光ドラム１に接触させて配設される。
【００６７】
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。
【００６８】
ブラシ部材は、繊維１本の太さは３０デニール以下、植毛密度は７７５０〜７７５００本／ｃｍ２（５万〜５０万本／ｉｎｃｈ２）以上が好ましい。
【００６９】
第１実施形態では、ブラシ繊維太さ６デニール、植毛密度１５５００本／ｃｍ２（１０万本／ｉｎｃｈ２）、繊維の固定端から自由端までの長さ５ｍｍ、ブラシの抵抗値５×１０４Ω・ｃｍのブラシ部材を使用した。
【００７０】
トナー均一化部材８と感光ドラム１の接触部ｆとトナー帯電部材７と感光ドラム１の接触部ｅとにおけるブラシ部材の接触幅（副走査方向の長さ）はそれぞれ５ｍｍ、感光ドラム１の表面に対する侵入量はそれぞれ１ｍｍである。
【００７１】
トナー均一化部材８及びトナー帯電部材７は、不図示の駆動機構に駆動されて、感光ドラム１の長手方向に、振幅２．５ｍｍ、周波数２．０Ｈｚの往復運動を行なう。
【００７２】
転写部ｄで記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム１に残留した転写残トナーは、トナー均一化部材８と感光ドラム１の接触部ｆに搬送されて、トナー均一化部材８に接触して電荷量が均一化される。
【００７３】
トナー均一化部材８で均一化された感光ドラム１の転写残トナーは、トナー帯電部材７と感光ドラム１の接触部ｅに搬送されて、トナー帯電部材７に接触して正規極性の負極性に揃えて帯電される。
【００７４】
現像装置４は、感光ドラム１におけるトナー像の現像と同時進行させて転写残トナーを清掃するクリーナーレス方式である。
【００７５】
トナー帯電部材７を用いて転写残トナーの帯電量を適正量にコントロールしているので、転写残トナーの帯電量が現像時のトナー帯電量とほぼ等しくなり、感光ドラム１の転写残トナーが現像装置４に十分に回収される。トナー帯電部材７は、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範囲の帯電量に制御するので、現像装置４での転写残トナーの回収が効率的になされる。
【００７６】
しかし、トナー均一化部材８、トナー帯電部材７を配置していても、ごく少量のトナーは、反転トナーのまま帯電ローラ２に到達して、帯電ローラ２の電界に応答して帯電ローラ２に付着する。また、帯電ローラ２に付着したトナーの一部が帯電ローラ２の表面で反転トナーに変化する場合もある。
【００７７】
いずれにせよ、反転トナーが帯電ローラ２の表面に付着し、画像形成枚数の累積とともに次第に反転トナーが堆積して、帯電ローラ２の表面を汚染する。堆積した反転トナーは、帯電ローラ２が感光ドラム１を所望の電位まで帯電処理することを妨げるので、感光ドラム１が帯電不良となり、かぶりなどの不良画像の原因となってしまう。
【００７８】
反転トナーが帯電ローラ２に付着する現象は、画像形成で発生する反転トナーが多いほど顕著になる。画像形成装置１００による累積の画像形成枚数、より具体的には現像装置４に格納された二成分現像剤４ｅの累積使用時間が増加するほど顕著になる。これは、二成分現像剤４ｅが長期間に渡って攪拌され続けると、二成分現像剤４ｅ中の磁性キャリアの非磁性トナーに対する帯電付与能力が低下し、ホッパー４ｇから補給されたトナーを十分な帯電量まで帯電できなくなるからである。
【００７９】
そこで、画像形成装置１００では、帯電ローラ２に堆積した反転トナーを、非画像形成時に、感光ドラム１へ吐き出させて、帯電ローラ２による感光ドラム１の帯電処理能力を回復させている。
【００８０】
＜制御手段＞
図３は帯電ローラクリーニング制御を行わない場合の紙間制御のタイミングチャート、図４は帯電ローラクリーニング制御を行う場合の紙間制御のタイミングチャートである。図５は帯電電圧に重畳された交流電圧の周波数と帯電ローラクリーニング効果との関係の説明図である。
【００８１】
図１に示すように、制御部１０は、電源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４を制御して、連続する画像形成の間（いわゆる紙間）で、帯電ローラクリーニング制御を実行する。
【００８２】
図１を参照して図３に示すように、帯電ローラクリーニング制御が行われない場合、帯電ローラ２に印加される交流電圧及び直流電圧、現像剤担持体４ｂに印加される交流電圧及び直流電圧は画像形成時と非画像形成時の紙間とで同一である。トナー均一化部材８に印加される直流電圧、トナー帯電部材７に印加される直流電圧も、画像形成時と非画像形成時の紙間とで変化させていない。
【００８３】
図１を参照して図４に示すように、帯電ローラクリーニング制御では、帯電ローラ２に印加される交流電圧（周波数）及び直流電圧、現像剤担持体４ｂに印加される直流電圧は、画像形成時と非画像形成時の紙間とで変化させている。トナー帯電部材７に印加される直流電圧も画像形成時と非画像形成時の紙間とで変化させている。
【００８４】
制御部１０は、電源Ｓ１から出力させる交流電圧の周波数を、画像形成時の周波数ｆ＝１．５ｋＨｚから非画像形成時のｆ＝１５ｋＨｚに高めて、帯電ローラ２からのトナーの離間を容易にしている。
【００８５】
図５に示すように、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を異ならせて、図４に示す帯電ローラクリーニングを実験して、帯電ローラ２表面からの転写残トナーの吐出し量がどのように変化するかを測定した。
【００８６】
図５中、横軸は、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を示す。縦軸は、それぞれの周波数の交流電圧を印加して一定時間、帯電ローラクリーニング制御を行なった後の帯電ローラ２の表面に残存した転写残トナーの残存率を示す。残存率が低いほうが、帯電ローラ２の表面から転写残トナーが多く吐き出されたことを示しており、全く転写残トナーが吐き出されなかった場合には残存率が１００％となり、全ての転写残トナーが吐き出された場合には残存率が０％となる。
【００８７】
転写残トナーの残存率の測定方法は以下のように行った。
（１）帯電ローラクリーニング制御を実施する前の帯電ローラ２に付着した転写残トナーを、デジタル顕微鏡（キーエンス社製 ＶＫ８５００）にて１０倍に拡大して画像を取り込んだ。
（２）取り込んだ拡大画像は、画像処理ソフト（三谷商事株式会社 ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて二値化処理を実施し、転写残トナーの付着面積を算出した。
（３）次に、帯電ローラクリーニング制御を実施した後の帯電ローラ上に付着した転写残トナーを、上述と同様に算出して、制御実施前の転写残トナー面積に対する制御実施後の転写残トナー面積の比率を算出した。
【００８８】
図５に示すように、交流電圧の周波数が通常の１．５ｋＨｚ前後では、ほとんど転写残トナーが帯電ローラ２表面から吐き出されていない。しかし、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上にすれば、転写残トナーが帯電ローラ２の表面から十分に吐き出される。
【００８９】
よって、第１実施形態では、転写残トナーを帯電ローラ２表面からより安定して引き剥がせるように、交流電圧の周波数を１５ｋＨｚに切り替える。
【００９０】
ここで、画像形成時にも帯電ローラ２に印加する周波数を十分高くしておけば、わざわざ紙間で切り替える必要性はなくなる。しかし、帯電ローラ２は、感光ドラム１に接触しているため、帯電ローラ２の振動が感光ドラム１に伝播し、現像装置４により現像されたトナー像へ悪影響を与えたり、感光ドラム１からのトナー飛び散りが増えたりする可能性がある。このため、第１実施形態では、画像形成中は、従来どおりの１．５ｋＨｚとし、非画像形成時の紙間のみ１５ｋＨｚに切り替えることとした。
【００９１】
＜交流電圧によるトナー粒子の分離＞
図６は帯電ローラに付着したトナーに作用する拘束力の説明図、図７は帯電ローラに付着したトナーに作用する分離力の説明図、図８は帯電ローラに付着したトナーに対する交流電圧の作用の説明図である。
【００９２】
トナー等の電荷をもった粒子の付着力としては、鏡映力に代表されるような静電的な付着力と、ファン・デル・ワールス力や液架橋力に代表されるような非静電的な付着力との２種類に大別される。そして、帯電ローラ２の表面、トナーの表面、及び感光ドラム１の表面は、十分に疎水化処理が施されていて、液架橋力についてはほとんど無視できるので、非静電的な付着力としてはファン・デル・ワールス力が支配的である。
【００９３】
図６の（ａ）に示すように、球形に近い転写残トナーは、帯電ローラ２の表面といくつかの点で点接触しているだけなので、帯電ローラ２の表面に対する真実接触面積が非常に小さく、ファン・デル・ワールス力は、通常は無視可能な大きさである。
【００９４】
図６の（ｂ）に示すように、しかし、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーは、付着後に感光ドラム１との接触部（帯電部ａ）を何回も通過して平らに均されている。このため、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーは、帯電ローラ２の表面に対する真実接触面積が大幅に増加して、ファン・デル・ワールス力が無視できない大きさまで増加している。
【００９５】
従って、帯電ローラ２と感光ドラム１との間に電位差を設けて転写残トナーにクーロン力を作用させても、帯電ローラ２の表面から転写残トナーを分離することが困難になる。
【００９６】
図７の（ａ）に示すように、転写残トナーと帯電ローラ２の表面の真実接触面積が非常に小さい場合、非静電的な付着力、具体的にはファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）は無視できる。このため、転写残トナーの鏡映力（Ｆｑ）に対して、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差を調整して、転写残トナーに働くクーロン力（Ｆｅ）を十分大きくすれば、帯電ローラ２表面から転写残トナーを引き剥がすことが可能となる。
【００９７】
図７の（ｂ）に示すように、転写残トナーと帯電ローラ２の表面の真実接触面積が非常に大きい場合、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）が大幅に増大する。このため、転写残トナーのファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）と鏡映力（Ｆｑ）の合計に対して、クーロン力（Ｆｅ）を十分に大きくする必要があり、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差を大きくする必要がある。
【００９８】
しかし、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差を大きくすると、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部（帯電部ａ）近傍で過剰な放電を生じて感光ドラム１を損傷させる可能性がある。このため、十分な電位差を設けることができない。
【００９９】
そこで、図４に示すように、帯電電圧に重畳されている交流電圧（帯電ＡＣ）の周波数を、画像形成時の１．５ｋＨｚから、帯電ローラクリーニング制御時には１５ｋＨｚに高めて分離性を高めている。交流電圧の周波数を高めると帯電ローラクリーニング効果が高まる理由について以下に説明する。
【０１００】
図８の（ａ）に示すように、帯電ローラ２に交流電圧による振動を加えた時、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーには、付着力及び剥離力が働いている。
【０１０１】
帯電ローラ２の表面に対する転写残トナーの付着力としては、静電的な付着力である鏡映力（Ｆｑ）と、非静電的な付着力としてのファン・デル・ワールス力（ｆｖ）とが作用している。
【０１０２】
【数１】
【０１０３】
式（２）中、Ａは、物質により決定されるＨａｍａｋｅｒ定数を示し、Ｚは、転写残トナーと帯電ローラ２表面の分離距離を示し、ｄは転写残トナーの粒径を示す。
【０１０４】
ここで、鏡映力（Ｆｑ）は、転写残トナー１個に働く力であるが、ファン・デル・ワールス力（ｆｖ）は、転写残トナー表面の各点と帯電ローラ２表面の間に働く力である。従って、転写残トナー１個に働くファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）は、各点でのファン・デル・ワールス力（ｆｖ）の総和として表すことができる。
【０１０５】
【数２】
【０１０６】
式（２）に示すように、ファン・デル・ワールス力（Fｖ）は、帯電ローラ２表面と転写残トナー表面の各点との距離（分離距離Ｚ）に大きく依存する。このため、帯電ローラ２の表面と転写残トナーの真実接触面積が大きくなればなるほどファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）も増加する。
【０１０７】
これに対して、帯電ローラ２の表面からの転写残トナーの剥離力としては、以下の力が作用している。即ち、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面との電位差で形成される電界（Ｅ）によるクーロン力（Ｆｅ）と、帯電ローラ２に交流電圧による振動を加えることにより働く振動駆動力（Ｆω）とが作用している。振動駆動力（Ｆω）は、転写残トナー１個に働く力である。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
式（３）中、ｑは、転写残トナー１個の電荷量を示す。式（４）中、ｍは、転写残トナー１個の質量、ａは転写残トナーに働く振動振幅、ωは転写残トナーに働く振動周波数である。
【０１１０】
式（５）のファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）が大きい場合、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差（電界）を十分に大きくしなければ、転写残トナーを帯電ローラ２表面から引き剥がせない。鏡映力（Ｆｑ）とファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）の総和よりも大きいクーロン力（Ｆｅ）が転写残トナーに働くように、電位差を大きくする必要がある。
【０１１１】
しかし、電位差を大きくすると、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面との間の放電を制御できなくなって、感光ドラム１又は帯電ローラ２の表面を局所的に破損する可能性がでてくる。
【０１１２】
ここで、振動駆動力（Ｆω）の働きが重要になる。帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を大きくすることにより、振動駆動力（Ｆω）が大きくなることが式（４）よりわかる。帯電ローラ２の表面の転写残トナーに振動駆動力（Ｆω）が働くことで、転写残トナーは、帯電ローラ２表面上で振動する。
【０１１３】
図７の（ｂ）に示すように、このとき、帯電ローラ２の表面と転写残トナーの表面の各点との距離（分離距離Ｚ）も大きくなるため、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）が極端に小さくなって、ほとんど無視できる大きさとなる。
【０１１４】
振動駆動力（Ｆω）は、式（４）に示したように、加わる振動周波数ωに大きく依存し、一般に可聴周波域の高周波側（具体的には１０ｋＨｚ以上）以上の周波数（２０ｋＨｚ以上は一般に超音波と呼ばれる）で働くことが知られている。
【０１１５】
このように、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を大きくして振動駆動力（Ｆω）を転写残トナーに加えることで、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）をほとんど無視できる程度に低減できる。その結果、転写残トナーの鏡映力（Ｆｑ）に対して、転写残トナーに働くクーロン力（Ｆｅ）を十分大きくなるように帯電ローラ２表面と感光ドラム１表面の電位差を調整する。こうすることで、転写残トナーを帯電ローラ２表面から引き剥がし、感光ドラム１上に吐き出すことが可能となる。
【０１１６】
図５に示すように、周波数が１ｋＨｚ前後までは、振動駆動力（Ｆω）が十分でないため、ほとんど転写残トナーが帯電ローラ２表面から吐き出されていない。
【０１１７】
しかし、１ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの間で、転写残トナーの吐出し量が大きく変化しており、１０ｋＨｚ以上では転写残トナーが帯電ローラ２の表面から十分に吐き出される。
【０１１８】
よって、転写残トナーを帯電ローラ２表面から引き剥がすための振動駆動力（Ｆω）を十分に稼ぐためには、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上にする必要があり、より安定して作用させるために、第１実施形態では１５ｋＨｚを選択した。
【０１１９】
＜交流電圧以外の電圧制御＞
図９は帯電ローラに印加する直流電圧を切り替える効果の説明図、図１０はトナー帯電部材に印加する直流電圧の説明図である。
【０１２０】
次に、帯電ローラ２に印加する直流電圧、トナー帯電部材７に印加する直流電圧、現像剤担持体４ｂに印加する直流電圧の切り替えについて説明する。
【０１２１】
図１を参照して図４に示すように、帯電ローラクリーニング制御は、交流電圧の周波数を切り替えるタイミング（紙間）と同期して、帯電ローラ２に印加する直流電圧を−６００Ｖから０Ｖ（オフ）へ切り替える。また、感光ドラム１の回転に伴う時差を持たせて、トナー帯電量部材７に印加する直流電圧を−６００Ｖから−９００Ｖへ、現像剤担持体４ｂに印加する直流電圧を−４５０Ｖから０Ｖへそれぞれ切り替える。
【０１２２】
帯電ローラ２に印加する直流電圧を切り替えた理由は、帯電ローラ２の表面に付着した主に逆極性の電荷を持つ転写残トナーを、帯電ローラ２の表面から感光ドラム１へ引き剥がす方向へクーロン力（Ｆｅ）を作用させるためである。
【０１２３】
図９の（ａ）に示すように、画像形成時には、−６００Ｖの直流電圧が印加された帯電ローラ２の表面電位は−６００Ｖである。これに対して、感光ドラム１の表面電位は、表面電位−６００Ｖの帯電ローラ２によって帯電処理される際に若干の追従性の損失が発生するため、約−５８０Ｖ程度で収束してしまう。その結果、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部（帯電部ａ）には約２０Ｖの僅かではあるが電位差が生じており、感光ドラム１の表面の転写残トナー中に含まれるポジの電荷をもったトナー粒子が帯電ローラ２の表面に移転する。
【０１２４】
図９の（ｂ）に示すように、帯電ローラクリーニング制御時には、帯電ローラ２に印加する直流電圧を０Ｖ、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を−９００Ｖにする。これにより、帯電ローラ２と感光ドラム１との間（帯電部ａ：図１）には、画像形成時と逆方向に約６００Ｖの電位差が生じる。
【０１２５】
従って、画像形成時とは逆に、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーには比較的大きいクーロン力（Ｆｅ）が作用して、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーは感光ドラム１の表面へ吐き出される。
【０１２６】
図１を参照して図１０に示すように、トナー帯電部材７は、感光ドラム１の表面に付着したトナー粒子を正規極性に帯電させる際に、摺擦する感光ドラム１の表面を接触帯電する。トナー帯電部材７によって帯電された感光ドラム１の表面電位は、トナー帯電部材７に印加される直流電圧と画像形成装置１００を使用する使用環境（温度湿度）により異なる。これは、主にトナー帯電部材７を形成するブラシ部材の抵抗が使用環境により変化するためである。
【０１２７】
制御部１０は、図１０に示す関係を記録しており、使用環境に応じて最適な直流電圧をトナー帯電部材７に印加する。帯電ローラクリーニング制御時、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を−９００Ｖにすると、２３度Ｃ相対湿度５０％の環境下では、感光ドラム１の表面は約−６００Ｖに帯電処理される。これにより、帯電ローラ２の表面に付着したポジの電荷を持ったトナー粒子に対して−６００Ｖのクーロン力（Ｆｅ）を作用させて、帯電ローラ２の表面から強力に分離する。
【０１２８】
制御部１０は、帯電ローラクリーニング制御された感光ドラム１の領域が通過する間、現像剤担持体４ｂに印加する直流電圧を−４５０Ｖから０Ｖへ切り替える。これは、正規極性（ネガ）に帯電して現像剤担持体４ｂに担持されたトナーが、帯電ローラ２によってほぼ０Ｖに帯電された感光ドラム１の表面へ移転するのを阻止するためである。
【０１２９】
＜帯電ローラクリーニング制御の効果＞
図１１は帯電ローラクリーニング制御の効果の説明図である。
【０１３０】
図１に示すように、帯電ローラクリーニング制御は、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を、紙間タイミングで１５ｋＨｚなるようにして、転写残トナーに振動駆動力（Ｆω）を作用させる。これにより、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）を無視できるくらいまで軽減する。
【０１３１】
また、帯電ローラ２及びトナー帯電部材７に印加する直流電圧を、紙間タイミングで切り替えて、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部（帯電部ａ）での電位差を画像形成時と反転かつ十分に大きくする。これにより、転写残トナーと帯電ローラ２との間で働く鏡映力（Ｆｑ）よりも大きいクーロン力（Ｆｅ）を転写残トナーに作用させて、帯電ローラ２の表面から感光ドラム１の表面へ転写残トナーを吐き出す。
【０１３２】
つまり、帯電ローラクリーニング制御を行なうことで、クリーナーレス方式を採用した画像形成装置１００においても、帯電ローラ２の表面に転写残トナーが付着・汚染することがなくなる。
【０１３３】
図３に示すように帯電ローラクリーニング制御を行わない場合と、図４に示すように紙間ごとに帯電ローラクリーニング制御を行った場合とで画像形成装置１００による連続画像形成を実験した。
【０１３４】
図１１に示すように、帯電ローラクリーニング制御を行わない場合、帯電不良に起因して３００００枚で画像不良が観察され始めるが、帯電ローラクリーニング制御を行うことでこれを阻止できる。
【０１３５】
従って、帯電不良、かぶり、ゴーストなどの画像不良の発生を防止して、長期間にわたって画像不良のない安定した画像形成が可能となる。
【０１３６】
なお、第１実施形態では、連続した画像形成の紙間タイミングで帯電ローラクリーニング制御を実施したが、他のタイミングで同様な電圧制御を伴う帯電ローラクリーニング制御を実行してもよい。画像形成終了後の後処理動作、所定の画像形成枚数を実施した後の紙間などのタイミングで実施できる。
【０１３７】
また、画像形成装置１００に設けられた記録装置により、画像形成条件を記録していき、あらかじめ決められた閾値に達したタイミングで帯電ローラクリーニング制御を実施しても構わない。
【０１３８】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を変化させていたが、第２実施形態では、交流電圧の周波数に加えて、交流電圧のピーク間電圧（Ｖｐｐ）を増加させるように帯電ローラクリーニング制御を実行する。
【０１３９】
この理由としては、式（４）に示すように、振動駆動力（Ｆω）には、振動振幅ａも影響するためで、ピーク間電圧（Ｖｐｐ）が大きいほど振動駆動力（Ｆω）も増加して帯電ローラ２からトナー粒子を分離する効率が高まる。
【０１４０】
【数４】
【０１４１】
＜第３実施形態＞
第１実施形態では、帯電ローラ２に付着したポジの電荷を持ったトナー粒子の除去を説明したが、第３実施形態では、帯電ローラ２に付着したネガの電荷を持ったトナー粒子の除去を行う。ネガの電荷を持っていても電荷が小さければ、図３に示す制御では、帯電ローラ２からトナー粒子を除去できないからである。
【０１４２】
このとき、交流電圧の周波数を画像形成時の１．５ｋＨｚから１５ｋＨｚへ切り替えるとともに、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を、画像形成時の−６００Ｖから−３００Ｖへ可変印加する。これにより、帯電ローラ２の表面に付着したネガの電荷を持ったトナー粒子に対して、帯電ローラ２から感光ドラム１へ向かう大きなクーロン力（Ｆｅ）を作用させる。
【０１４３】
画像形成装置１００は、転写残トナーが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。
【０１４４】
＜不必要なトナー＞
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ではなく、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させている。このため、大容量の高圧電源を必要とせず、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ている。
【０１４５】
しかし、クリーナーレス方式では、転写残トナー中に存在する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帯電部材に付着・堆積し易くなる。
【０１４６】
これは、帯電部材を通過して現像装置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、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ないと、感光体上の転写残トナーを現像装置で除去・回収できないからである。
【０１４７】
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、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粒子が二成分現像剤中に混在している場合がある。また、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する場合もある。
【０１４８】
また、写真画像のような印字率の高い画像形成を行なう場合、転写残トナーの絶対量が増えてトナー均一化部材、トナー帯電部材にせき止められ、像担持体との接触部の抵抗値が上昇してトナー均一化装置、トナー帯電装置の機能低下を引き起こす。その結果、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って反転トナーが増加して帯電部材の表面に逆極性の転写残トナーが付着・汚染するといった問題が発生する。
【０１４９】
転写残トナーが帯電部材の表面に付着すると、帯電部で感光体の表面電位を所望の値まで帯電処理できず、現像装置での新たなかぶりを誘発するといった悪循環に陥る可能性がある。
【０１５０】
また、この問題は、画像形成装置の使用量、具体的には現像装置内の二成分現像剤の攪拌時間が累積するに伴って、より悪化する傾向にある。これは、二成分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量に伴って低下するためであり、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。
【０１５１】
以上説明したように、画像形成装置１００は、感光体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、転写装置と、帯電補助部材（トナー帯電部材）とを有し、転写されずに感光体表面に残留した転写残トナーを現像装置で回収する。そのようなクリーナーレスシステムにおいて、例えば紙間等の画像形成後の任意タイミングで、帯電装置に印加する交流電圧の周波数を大きくする。同時に、帯電部材に付着した主に逆極性の転写残トナーに対して帯電部材から引き剥がす力（クーロン力）が働くように帯電部材及び帯電補助部材に印加する直流電圧を可変制御する。
【０１５２】
これにより、帯電部材表面に付着した逆極性の転写残トナーを感光体表面へ定期的に吐き出させて、逆極性のトナーが帯電部材に付着・堆積することを防止する。
【０１５３】
転写残トナーの中に含まれる逆極性のトナーが、帯電部材の表面に付着・汚染することによって引き起こされる帯電不良，かぶりや、ゴーストなどの発生を防止して、長期間にわたって安定した画像形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】感光ドラム及び帯電ローラの層構成の模式図である。
【図３】帯電ローラクリーニング制御を行わない場合の紙間制御のタイミングチャートである。
【図４】帯電ローラクリーニング制御を行う場合の紙間制御のタイミングチャートである。
【図５】帯電電圧に重畳された交流電圧の周波数と帯電ローラクリーニング効果との関係の説明図である。
【図６】帯電ローラに付着したトナーに作用する拘束力の説明図である。
【図７】帯電ローラに付着したトナーに作用する分離力の説明図である。
【図８】帯電ローラに付着したトナーに対する交流電圧の作用の説明図である。
【図９】帯電ローラに印加する直流電圧を切り替える効果の説明図である。
【図１０】トナー帯電部材に印加する直流電圧の説明図である。
【図１１】帯電ローラクリーニング制御の効果の説明図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１ 像担持体（感光ドラム）
２ 帯電部材（帯電ローラ）
３ 静電像形成手段（露光装置）
４ 現像手段（現像装置）
４ｂ 現像剤担持体
４ｆ 攪拌手段（現像剤攪拌部材）
５ 転写ローラ
６ 定着装置
７ トナー帯電装置（トナー帯電部材）
８ トナー均一化装置（トナー均一化部材）
１０ 制御手段（制御部）
１００ 画像形成装置
Ｓ１ 帯電電源手段（電源）
Ｓ２ 現像電源手段（電源）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体に接触させた帯電部材に交流電圧を重畳した直流電圧を印加して、像担持体を帯電させる画像形成装置、詳しくは帯電部材に付着した転写残トナーを像担持体へ吐き出させる制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
像担持体に接触させた帯電ローラ等の帯電部材に交流電圧を重畳した直流電圧を印加することにより、像担持体の表面を帯電させる接触帯電方式の画像形成装置が広く用いられている。
【０００３】
また、記録材や中間転写体への転写を逃れて像担持体上に残留した転写残トナーを現像装置へ戻して静電像の現像に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実用化されている。
【０００４】
特許文献１には、帯電部材を用いて接触帯電を行う現像同時クリーニング方式の画像形成部を、中間転写ベルトに沿って４つ配列したタンデム型中間転写方式の画像形成装置が示される。ここでは、トナー像の転写部と帯電部材との間にトナー帯電装置を配置して、像担持体上の逆極性に帯電したトナーや帯電量が不足したトナーを、現像に使用できる正規極性に帯電させている。
【０００５】
特許文献２には、トナー像の転写部とトナー帯電装置との間にトナー均一化装置を配置した画像形成装置が示される。ここでは、トナー帯電量、帯電極性、付着密度の異なるトナー粒子を分散・除電して、トナー帯電装置によるトナーの帯電結果のばらつきを抑制している。
【０００６】
特許文献３には、非画像形成時に、帯電ローラに印加するＡＣ電圧を低下させることによって、帯電ローラに付着したトナーを像担持体に吐き出させる制御が示される。ここでは、帯電ローラにトナーが付着して帯電性能が低下すると、ＡＣ電圧を高低２段階に交互に切り替える制御によってトナーを像担持体側に戻して帯電部材の帯電性能を回復させている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１８３９０５号公報
【特許文献２】特開２００１−２１５７９８号公報
【特許文献３】特開２００５−３１３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
帯電部材を用いて接触帯電を行う現像同時クリーニング方式の画像形成装置では、帯電部材の上流側にクリーニング装置が無いため、像担持体に連れ回るトナー粒子が帯電部材に到達してその一部が付着する。帯電部材の表面にトナー粒子が堆積して帯電部材の帯電性能が損なわれると、帯電不良や帯電ムラが発生する。
【０００９】
特許文献２に示される画像形成装置では、トナー帯電装置が転写残トナーを正規極性に帯電させるので、正規極性と同極性の直流電圧が印加される帯電部材には付着しにくい。しかし、実際には、像担持体との接触を通じて少しずつ転写残トナーが帯電部材に付着堆積して、帯電部材の帯電性能を少しずつ低下させる。
【００１０】
そして、帯電部材に専用のクリーニング装置を設けることは、クリーニング装置の配置スペース、クリーニングされた転写残トナーの処分、帯電部材の駆動抵抗の増大と言った問題を発生してしまう。
【００１１】
特許文献３に示される制御では、そのような専用のクリーニング装置を設けることなく、帯電部材に印加する交流電圧の制御だけで帯電部材の表面からトナーを除去することができる。
【００１２】
しかし、帯電部材に付着したトナー粒子の帯電状態、付着状態は様々であって、帯電部材と像担持体との間に形成した数１００Ｖの直流電界だけでは帯電部材から分離させることが困難な場合がある。
【００１３】
特に質量が小さくて帯電量が少なかったり、帯電極性が反転していたりするトナー粒子については、そのような直流電界だけでは、帯電部材の表面との間の分子間引力に打ち勝つこと自体が難しい。しかし、十分な分離効果を得るために数千ボルトの高電圧を印加すると、像担持体に損傷を与えてしまう。
【００１４】
本発明は、帯電部材に付着した転写残トナーを簡単な制御で効率的に除去して帯電性能を回復できる画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体に接触して回転する帯電部材と、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を前記帯電部材に印加して前記像担持体を帯電させる帯電電源手段と、帯電させた前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、帯電させたトナーを前記像担持体に供給して前記静電像をトナー像に現像する現像手段とを備えたものである。そして、非画像形成時に、前記帯電部材と前記像担持体との間に、前記帯電部材に付着したトナーが前記像担持体へ移動するような電位差を形成させるとともに、前記帯電電源手段を制御して、画像形成時よりも高い周波数の交流電圧を前記帯電部材に印加させる制御手段を備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の画像形成装置では、交流電圧の周波数を高めることによって、帯電したトナー粒子に対する加振加速度を増大させる。これにより、帯電部材と像担持体との間に形成された電位差の下で、交流電圧の周波数を高めない場合には帯電部材の表面から分離できないトナー粒子でも分離できる。加振加速度の増大によって、トナー粒子が振動して帯電部材の表面とトナー粒子との間の分子間引力を低下させるからである。帯電部材の表面との間の分子間引力の拘束から解放されたトナー粒子は、接触した像担持体との分子間引力や像担持体との間に形成された電界によって像担持体へ移動する。
【００１７】
従って、帯電部材に付着した転写残トナーを簡単な電圧制御によって効率的に除去して帯電部材の帯電性能を回復できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、画像形成時よりも高い周波数の交流電圧を重畳した直流電圧が非画像形成時の帯電部材に印加される限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。
【００１９】
従って、１個の像担持体を用いる１ドラム型の画像形成装置のみならず、記録材搬送体や中間転写体に沿って現像色が異なる複数の像担持体を配置したタンデム型の画像形成装置でも実施できる。
【００２０】
像担持体からトナー像が転写される対象である転写媒体は、記録材には限定されず、中間転写ベルトを使用するフルカラー又はモノクロの画像形成装置でも実施できる。
【００２１】
本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。
【００２２】
なお、特許文献１〜３に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。説明中、特許請求の範囲で用いた構成名に括弧を付して示した参照記号は、発明の理解を助けるための例示であって、実施形態の部材等に構成を限定する趣旨のものではない。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２は感光ドラム及び帯電ローラの層構成の模式図である。
【００２４】
画像形成装置１００は、接触帯電方式、反転現像方式、現像同時クリーニング方式、電子写真方式のレーザビームプリンタである。
【００２５】
（像担持体）
図１に示すように、感光ドラム１は、像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体である。感光ドラム１は、負帯電性の有機光導電体（ＯＰＣ）を表面に配置して外径６０ｍｍに形成され、中心支軸を中心にして１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）で矢示Ｒ１方向に回転駆動される。
【００２６】
図２に示すように、感光ドラム１は、アルミニウム製シリンダ（導電性ドラム基体）１ａの表面に、光の干渉を抑えて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層を塗り重ねた構成をしている。
【００２７】
（帯電部材）
図１に示すように、帯電ローラ２は、感光ドラム１の周面を一様に帯電処理する接触帯電装置（接触帯電器、ローラ帯電器）である。
【００２８】
帯電ローラ２は、長手方向の長さが３００ｍｍであって、芯金２ａの両端部をそれぞれ不図示の軸受け部材によって回転自在に保持されている。帯電ローラ２は、押圧ばね２ｅによって感光ドラム１方向に付勢されることによって、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し、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。
【００２９】
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電圧が印加される。帯電電圧が印加された帯電ローラ２を接触回転させることによって、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。
【００３０】
（帯電電源手段）
電源Ｓ１は、画像形成時に、帯電ローラ２に帯電電圧を印加し、帯電電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【００３１】
具体的には、−６００Ｖの直流電圧に周波数ｆ＝１．５ｋＨｚ、ピーク間電圧１５００Ｖｐｐの正弦波を重畳した振動電圧が帯電ローラ２に印加されて、感光ドラム１の周面は、−６００Ｖ（暗電位Ｖｄ）に一様に接触帯電処理される。
【００３２】
図２に示すように、帯電ローラ２は、中心の芯金（支持部材）２ａの外回りに、下層２ｂと、中間層２ｃと、表層２ｄとを下から順次に積層した三層構成である。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の保護層である。
【００３３】
より具体的には、帯電ローラ２の仕様は下記のとおりである。
芯金２ａ ： 直径６ｍｍのステンレス丸棒。
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。
中間層２ｃ： カーボン分散のＮＢＲ系ゴム、体積抵抗値１０２ 〜１０５Ωｃｍ、層厚７００μｍ。
表層２ｄ ： フッ素化合物のトレジン樹脂に酸化錫、カーボンを分散して体積抵抗値１０７ 〜１０１０Ωｃｍ、表面粗さ（ＪＩＳ規格
１０点平均表面粗さＲａ）１．５μｍ、層厚１０μｍ。
【００３４】
トナー摺擦部材の一例であるクリーニングフィルム２ｆは、可撓性を持つ帯電ローラクリーニング部材である。クリーニングフィルム２ｆは、支持部材２ｇに一端を固定された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。
【００３５】
支持部材２ｇは、帯電ローラ２の長手方向に対して平行に配置され、不図示の駆動モーターに駆動されて長手方向へ一定振幅の往復運動をする。これにより、帯電ローラ２の表層２ｄに付着したトナー粒子は、クリーニングフィルム２ｆに摺擦されて正規極性（負極性）に帯電して感光ドラム１へ移転する。表層２ｄの付着物汚染（微粉トナー、外添剤など）も除去される。
【００３６】
（静電像形成手段）
露光装置３は、半導体レーザを用いたレーザビームスキャナであって、帯電処理された感光ドラム１の面に静電像を形成する。
【００３７】
露光装置３は、不図示の画像読取装置等のホスト処理から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、感光ドラム１の一様に帯電処理された表面を露光位置ｂにおいてレーザ走査露光Ｌ（イメージ露光）する。レーザ走査露光Ｌによってレーザ光に照射された部分の電位が低下することで、感光ドラム１には走査露光した画像情報に対応した静電像が順次に形成されていく。
【００３８】
（現像手段）
現像装置４は、二成分磁気ブラシ現像方式の反転現像装置であって、感光ドラム１に形成された静電像にトナーを供給して静電像を可視化する。
【００３９】
現像剤担持体４ｂは、非磁性材料で筒状に形成され、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。
【００４０】
現像剤担持体４ｂは、現像剤攪拌部材４ｆが攪拌して帯電させた二成分現像剤４ｅを担持して、非回転に固定して現像スリーブ４ｂ内に挿設した固定磁極４ｃの周囲で回転する。
【００４１】
現像剤コーティングブレード４ｄは、現像剤担持体４ｂに担持される二成分現像剤４ｅの層厚を規制する。
【００４２】
トナーホッパー４ｇは、補給用トナーを収容して現像容器４ａに補給する。
【００４３】
二成分現像剤４ｅは、非磁性トナーと磁性キャリアとの混合物である。磁性キャリアは、抵抗値が約１０１３Ω・ｃｍ、平均粒径が４０μｍである。非磁性トナーは、平均粒径が７μｍであり、現像剤攪拌部材４ｆによって攪拌される過程で磁性キャリアと摩擦して、正規極性の負極性に帯電する。
【００４４】
現像剤担持体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。感光ドラム１と現像剤担持体４ａとの対向部が現像部ｃである。現像剤担持体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。
【００４５】
現像剤担持体４ｂの外周面に、固定磁極４ｃの磁力によって現像容器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て、現像剤コーティングブレード４ｄによって所定の薄層に整層される。二成分現像剤４ｅは、現像剤担持体４ｂの回転に伴って現像部ｃに回転搬送され、感光ドラム１の表面に接触して適度に摺擦する。
【００４６】
（現像電源手段）
電源Ｓ２は、現像剤担持体４ｂに所定の現像電圧を印加する。
【００４７】
第１実施形態では、現像剤担持体４ｂに対する現像電圧は、直流電圧（Ｖｄｃ）と交流電圧（Ｖａｃ）とを重畳した振動電圧である。
【００４８】
より具体的には、直流電圧： −４５０Ｖに対して、交流電圧：周波数ｆ＝７．５ｋＨｚ、ピーク間電圧；１．８ｋＶｐｐの矩形波を重畳した振動電圧である。
【００４９】
これにより、現像剤担持体４ｂに担持されて現像部ｃに搬送された二成分現像剤４ｅ中のトナー分が現像電圧の電界によって感光ドラム１の静電像へ選択的に付着して、静電像がトナー像に現像される。感光ドラム１の露光明部にトナーが付着して静電像が反転現像される。
【００５０】
（現像プロセス）
現像部ｃを通過した現像剤担持体４ｂ上の二成分現像剤４ｅは、引き続く現像剤担持体４ｂの回転に伴って現像容器４ａ内の現像剤溜り部に戻される。
【００５１】
現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅにおけるトナー濃度が不図示の光学式トナー濃度センサによって検知され、検知結果に応じてトナーホッパー４ｇが駆動制御される。トナーホッパー４ｇ内のトナーが現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅに補給されることによって、現像容器４ａ内の二成分現像剤４ｅにおけるトナー濃度が略一定範囲内に維持される。二成分現像剤４ｅに補給されたトナーは、攪拌部材４ｆによって二成分現像剤４ｅに攪拌混合される。
【００５２】
転写手段・定着手段： 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。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記録材Ｐが給送される。
【００５３】
転写部ｄに給送された記録材Ｐは、回転する感光ドラム１と転写ローラ５との間に挟持されて搬送される。その間、転写ローラ５に電源Ｓ３からトナーの正規極性とは逆極性である正極性の転写電圧（第１実施形態では＋２ｋＶ）が印加されることで、転写部ｄを搬送される記録材Ｐの面に感光ドラム１に担持されたトナー像が順次に転写されていく。
【００５４】
転写部ｄを通ってトナー像を転写された記録材Ｐは、感光ドラム１から順次に分離されて定着装置６（熱ローラ定着装置）へ搬送され、トナー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。
【００５５】
＜現像同時クリーニング＞
画像形成装置１００は、転写部ｄを通過した感光ドラム１の表面に若干量残留する転写残トナーを、現像装置４が現像同時クリーニングを行って再利用するクリーナーレスシステムを採用している。従って、転写部ｄの下流側に転写残トナーを除去するための専用のクリーニング装置を備えていない。
【００５６】
転写部ｄを通過した転写残トナーは、引き続く感光ドラム１の回転に伴って帯電部ａ、露後部ｂを通って現像部ｃに搬送されて、現像装置４によって現像同時クリーニングされる。
【００５７】
第１実施形態においては、現像装置４の現像剤担持体４ｂは、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。
【００５８】
感光ドラム１の転写残トナーは、露光部ｂを通るので、露光工程は、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。
【００５９】
ただし、現像装置４による現像同時クリーニングを効果的に行なわせるには、現像部ｃに持ち運ばれる転写残トナーが正規極性に帯電して、帯電量が現像装置４による現像に適した範囲内に調整されている必要がある。
【００６０】
帯電極性が正極性に反転したトナーや帯電量が不足したトナーについては、感光ドラム１から現像装置４に回収できず、記録材に転写されて不良画像の原因となる。
【００６１】
そこで、転写部ｄよりも感光ドラム１の回転方向の下流側に、トナー均一化装置（トナー均一化部材８）を設け、感光ドラム１の転写残トナーの付着密度と帯電量とを均一化している。
【００６２】
トナー均一化部材８には、帯電ローラ２とは逆極性の正極性の直流電圧が電源Ｓ５より印加されている。具体的には、画像形成時、トナー均一化部材８には、＋３００Ｖの直流電圧を可変印加している。
【００６３】
また、トナー均一化部材８よりも感光ドラム１の回転方向の下流側に、トナー帯電装置（トナー帯電部材７）を設け、トナー均一化部材８によって分散して除電された転写残トナーを正規極性である負極性に帯電させている。
【００６４】
トナー帯電部材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、画像形成時、トナー帯電部材７には、−６００Ｖの直流電圧を可変印加している。
【００６５】
一般的に、転写部ｄで記録材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、反対極性に帯電した反転トナーが混在している。このため、トナー均一化部材８に接触させて転写残トナーを一度除電した後に、トナー帯電部材７に接触させて転写残トナーに正規極性の帯電化処理を施し、これにより、現像装置４における転写残トナーの除去・回収を確実にしている。そのため、転写残トナー像が記録材に転写されて形成されるゴースト画像の発生も厳に防止される。
【００６６】
トナー均一化部材８及びトナー帯電部材７は、適度の導電性を持たせたブラシ部材で構成され、ブラシの毛先を感光ドラム１に接触させて配設される。
【００６７】
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。
【００６８】
ブラシ部材は、繊維１本の太さは３０デニール以下、植毛密度は７７５０〜７７５００本／ｃｍ２（５万〜５０万本／ｉｎｃｈ２）以上が好ましい。
【００６９】
第１実施形態では、ブラシ繊維太さ６デニール、植毛密度１５５００本／ｃｍ２（１０万本／ｉｎｃｈ２）、繊維の固定端から自由端までの長さ５ｍｍ、ブラシの抵抗値５×１０４Ω・ｃｍのブラシ部材を使用した。
【００７０】
トナー均一化部材８と感光ドラム１の接触部ｆとトナー帯電部材７と感光ドラム１の接触部ｅとにおけるブラシ部材の接触幅（副走査方向の長さ）はそれぞれ５ｍｍ、感光ドラム１の表面に対する侵入量はそれぞれ１ｍｍである。
【００７１】
トナー均一化部材８及びトナー帯電部材７は、不図示の駆動機構に駆動されて、感光ドラム１の長手方向に、振幅２．５ｍｍ、周波数２．０Ｈｚの往復運動を行なう。
【００７２】
転写部ｄで記録材Ｐへの転写を逃れて感光ドラム１に残留した転写残トナーは、トナー均一化部材８と感光ドラム１の接触部ｆに搬送されて、トナー均一化部材８に接触して電荷量が均一化される。
【００７３】
トナー均一化部材８で均一化された感光ドラム１の転写残トナーは、トナー帯電部材７と感光ドラム１の接触部ｅに搬送されて、トナー帯電部材７に接触して正規極性の負極性に揃えて帯電される。
【００７４】
現像装置４は、感光ドラム１におけるトナー像の現像と同時進行させて転写残トナーを清掃するクリーナーレス方式である。
【００７５】
トナー帯電部材７を用いて転写残トナーの帯電量を適正量にコントロールしているので、転写残トナーの帯電量が現像時のトナー帯電量とほぼ等しくなり、感光ドラム１の転写残トナーが現像装置４に十分に回収される。トナー帯電部材７は、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範囲の帯電量に制御するので、現像装置４での転写残トナーの回収が効率的になされる。
【００７６】
しかし、トナー均一化部材８、トナー帯電部材７を配置していても、ごく少量のトナーは、反転トナーのまま帯電ローラ２に到達して、帯電ローラ２の電界に応答して帯電ローラ２に付着する。また、帯電ローラ２に付着したトナーの一部が帯電ローラ２の表面で反転トナーに変化する場合もある。
【００７７】
いずれにせよ、反転トナーが帯電ローラ２の表面に付着し、画像形成枚数の累積とともに次第に反転トナーが堆積して、帯電ローラ２の表面を汚染する。堆積した反転トナーは、帯電ローラ２が感光ドラム１を所望の電位まで帯電処理することを妨げるので、感光ドラム１が帯電不良となり、かぶりなどの不良画像の原因となってしまう。
【００７８】
反転トナーが帯電ローラ２に付着する現象は、画像形成で発生する反転トナーが多いほど顕著になる。画像形成装置１００による累積の画像形成枚数、より具体的には現像装置４に格納された二成分現像剤４ｅの累積使用時間が増加するほど顕著になる。これは、二成分現像剤４ｅが長期間に渡って攪拌され続けると、二成分現像剤４ｅ中の磁性キャリアの非磁性トナーに対する帯電付与能力が低下し、ホッパー４ｇから補給されたトナーを十分な帯電量まで帯電できなくなるからである。
【００７９】
そこで、画像形成装置１００では、帯電ローラ２に堆積した反転トナーを、非画像形成時に、感光ドラム１へ吐き出させて、帯電ローラ２による感光ドラム１の帯電処理能力を回復させている。
【００８０】
＜制御手段＞
図３は帯電ローラクリーニング制御を行わない場合の紙間制御のタイミングチャート、図４は帯電ローラクリーニング制御を行う場合の紙間制御のタイミングチャートである。図５は帯電電圧に重畳された交流電圧の周波数と帯電ローラクリーニング効果との関係の説明図である。
【００８１】
図１に示すように、制御部１０は、電源Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４を制御して、連続する画像形成の間（いわゆる紙間）で、帯電ローラクリーニング制御を実行する。
【００８２】
図１を参照して図３に示すように、帯電ローラクリーニング制御が行われない場合、帯電ローラ２に印加される交流電圧及び直流電圧、現像剤担持体４ｂに印加される交流電圧及び直流電圧は画像形成時と非画像形成時の紙間とで同一である。トナー均一化部材８に印加される直流電圧、トナー帯電部材７に印加される直流電圧も、画像形成時と非画像形成時の紙間とで変化させていない。
【００８３】
図１を参照して図４に示すように、帯電ローラクリーニング制御では、帯電ローラ２に印加される交流電圧（周波数）及び直流電圧、現像剤担持体４ｂに印加される直流電圧は、画像形成時と非画像形成時の紙間とで変化させている。トナー帯電部材７に印加される直流電圧も画像形成時と非画像形成時の紙間とで変化させている。
【００８４】
制御部１０は、電源Ｓ１から出力させる交流電圧の周波数を、画像形成時の周波数ｆ＝１．５ｋＨｚから非画像形成時のｆ＝１５ｋＨｚに高めて、帯電ローラ２からのトナーの離間を容易にしている。
【００８５】
図５に示すように、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を異ならせて、図４に示す帯電ローラクリーニングを実験して、帯電ローラ２表面からの転写残トナーの吐出し量がどのように変化するかを測定した。
【００８６】
図５中、横軸は、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を示す。縦軸は、それぞれの周波数の交流電圧を印加して一定時間、帯電ローラクリーニング制御を行なった後の帯電ローラ２の表面に残存した転写残トナーの残存率を示す。残存率が低いほうが、帯電ローラ２の表面から転写残トナーが多く吐き出されたことを示しており、全く転写残トナーが吐き出されなかった場合には残存率が１００％となり、全ての転写残トナーが吐き出された場合には残存率が０％となる。
【００８７】
転写残トナーの残存率の測定方法は以下のように行った。
（１）帯電ローラクリーニング制御を実施する前の帯電ローラ２に付着した転写残トナーを、デジタル顕微鏡（キーエンス社製 ＶＫ８５００）にて１０倍に拡大して画像を取り込んだ。
（２）取り込んだ拡大画像は、画像処理ソフト（三谷商事株式会社 ＷｉｎＲｏｏｆ）を用いて二値化処理を実施し、転写残トナーの付着面積を算出した。
（３）次に、帯電ローラクリーニング制御を実施した後の帯電ローラ上に付着した転写残トナーを、上述と同様に算出して、制御実施前の転写残トナー面積に対する制御実施後の転写残トナー面積の比率を算出した。
【００８８】
図５に示すように、交流電圧の周波数が通常の１．５ｋＨｚ前後では、ほとんど転写残トナーが帯電ローラ２表面から吐き出されていない。しかし、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上にすれば、転写残トナーが帯電ローラ２の表面から十分に吐き出される。
【００８９】
よって、第１実施形態では、転写残トナーを帯電ローラ２表面からより安定して引き剥がせるように、交流電圧の周波数を１５ｋＨｚに切り替える。
【００９０】
ここで、画像形成時にも帯電ローラ２に印加する周波数を十分高くしておけば、わざわざ紙間で切り替える必要性はなくなる。しかし、帯電ローラ２は、感光ドラム１に接触しているため、帯電ローラ２の振動が感光ドラム１に伝播し、現像装置４により現像されたトナー像へ悪影響を与えたり、感光ドラム１からのトナー飛び散りが増えたりする可能性がある。このため、第１実施形態では、画像形成中は、従来どおりの１．５ｋＨｚとし、非画像形成時の紙間のみ１５ｋＨｚに切り替えることとした。
【００９１】
＜交流電圧によるトナー粒子の分離＞
図６は帯電ローラに付着したトナーに作用する拘束力の説明図、図７は帯電ローラに付着したトナーに作用する分離力の説明図、図８は帯電ローラに付着したトナーに対する交流電圧の作用の説明図である。
【００９２】
トナー等の電荷をもった粒子の付着力としては、鏡映力に代表されるような静電的な付着力と、ファン・デル・ワールス力や液架橋力に代表されるような非静電的な付着力との２種類に大別される。そして、帯電ローラ２の表面、トナーの表面、及び感光ドラム１の表面は、十分に疎水化処理が施されていて、液架橋力についてはほとんど無視できるので、非静電的な付着力としてはファン・デル・ワールス力が支配的である。
【００９３】
図６の（ａ）に示すように、球形に近い転写残トナーは、帯電ローラ２の表面といくつかの点で点接触しているだけなので、帯電ローラ２の表面に対する真実接触面積が非常に小さく、ファン・デル・ワールス力は、通常は無視可能な大きさである。
【００９４】
図６の（ｂ）に示すように、しかし、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーは、付着後に感光ドラム１との接触部（帯電部ａ）を何回も通過して平らに均されている。このため、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーは、帯電ローラ２の表面に対する真実接触面積が大幅に増加して、ファン・デル・ワールス力が無視できない大きさまで増加している。
【００９５】
従って、帯電ローラ２と感光ドラム１との間に電位差を設けて転写残トナーにクーロン力を作用させても、帯電ローラ２の表面から転写残トナーを分離することが困難になる。
【００９６】
図７の（ａ）に示すように、転写残トナーと帯電ローラ２の表面の真実接触面積が非常に小さい場合、非静電的な付着力、具体的にはファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）は無視できる。このため、転写残トナーの鏡映力（Ｆｑ）に対して、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差を調整して、転写残トナーに働くクーロン力（Ｆｅ）を十分大きくすれば、帯電ローラ２表面から転写残トナーを引き剥がすことが可能となる。
【００９７】
図７の（ｂ）に示すように、転写残トナーと帯電ローラ２の表面の真実接触面積が非常に大きい場合、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）が大幅に増大する。このため、転写残トナーのファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）と鏡映力（Ｆｑ）の合計に対して、クーロン力（Ｆｅ）を十分に大きくする必要があり、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差を大きくする必要がある。
【００９８】
しかし、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差を大きくすると、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部（帯電部ａ）近傍で過剰な放電を生じて感光ドラム１を損傷させる可能性がある。このため、十分な電位差を設けることができない。
【００９９】
そこで、図４に示すように、帯電電圧に重畳されている交流電圧（帯電ＡＣ）の周波数を、画像形成時の１．５ｋＨｚから、帯電ローラクリーニング制御時には１５ｋＨｚに高めて分離性を高めている。交流電圧の周波数を高めると帯電ローラクリーニング効果が高まる理由について以下に説明する。
【０１００】
図８の（ａ）に示すように、帯電ローラ２に交流電圧による振動を加えた時、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーには、付着力及び剥離力が働いている。
【０１０１】
帯電ローラ２の表面に対する転写残トナーの付着力としては、静電的な付着力である鏡映力（Ｆｑ）と、非静電的な付着力としてのファン・デル・ワールス力（ｆｖ）とが作用している。
【０１０２】
【数１】
【０１０３】
式（２）中、Ａは、物質により決定されるＨａｍａｋｅｒ定数を示し、Ｚは、転写残トナーと帯電ローラ２表面の分離距離を示し、ｄは転写残トナーの粒径を示す。
【０１０４】
ここで、鏡映力（Ｆｑ）は、転写残トナー１個に働く力であるが、ファン・デル・ワールス力（ｆｖ）は、転写残トナー表面の各点と帯電ローラ２表面の間に働く力である。従って、転写残トナー１個に働くファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）は、各点でのファン・デル・ワールス力（ｆｖ）の総和として表すことができる。
【０１０５】
【数２】
【０１０６】
式（２）に示すように、ファン・デル・ワールス力（Fｖ）は、帯電ローラ２表面と転写残トナー表面の各点との距離（分離距離Ｚ）に大きく依存する。このため、帯電ローラ２の表面と転写残トナーの真実接触面積が大きくなればなるほどファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）も増加する。
【０１０７】
これに対して、帯電ローラ２の表面からの転写残トナーの剥離力としては、以下の力が作用している。即ち、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面との電位差で形成される電界（Ｅ）によるクーロン力（Ｆｅ）と、帯電ローラ２に交流電圧による振動を加えることにより働く振動駆動力（Ｆω）とが作用している。振動駆動力（Ｆω）は、転写残トナー１個に働く力である。
【０１０８】
【数３】
【０１０９】
式（３）中、ｑは、転写残トナー１個の電荷量を示す。式（４）中、ｍは、転写残トナー１個の質量、ａは転写残トナーに働く振動振幅、ωは転写残トナーに働く振動周波数である。
【０１１０】
式（５）のファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）が大きい場合、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面の電位差（電界）を十分に大きくしなければ、転写残トナーを帯電ローラ２表面から引き剥がせない。鏡映力（Ｆｑ）とファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）の総和よりも大きいクーロン力（Ｆｅ）が転写残トナーに働くように、電位差を大きくする必要がある。
【０１１１】
しかし、電位差を大きくすると、帯電ローラ２の表面と感光ドラム１の表面との間の放電を制御できなくなって、感光ドラム１又は帯電ローラ２の表面を局所的に破損する可能性がでてくる。
【０１１２】
ここで、振動駆動力（Ｆω）の働きが重要になる。帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を大きくすることにより、振動駆動力（Ｆω）が大きくなることが式（４）よりわかる。帯電ローラ２の表面の転写残トナーに振動駆動力（Ｆω）が働くことで、転写残トナーは、帯電ローラ２表面上で振動する。
【０１１３】
図７の（ｂ）に示すように、このとき、帯電ローラ２の表面と転写残トナーの表面の各点との距離（分離距離Ｚ）も大きくなるため、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）が極端に小さくなって、ほとんど無視できる大きさとなる。
【０１１４】
振動駆動力（Ｆω）は、式（４）に示したように、加わる振動周波数ωに大きく依存し、一般に可聴周波域の高周波側（具体的には１０ｋＨｚ以上）以上の周波数（２０ｋＨｚ以上は一般に超音波と呼ばれる）で働くことが知られている。
【０１１５】
このように、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を大きくして振動駆動力（Ｆω）を転写残トナーに加えることで、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）をほとんど無視できる程度に低減できる。その結果、転写残トナーの鏡映力（Ｆｑ）に対して、転写残トナーに働くクーロン力（Ｆｅ）を十分大きくなるように帯電ローラ２表面と感光ドラム１表面の電位差を調整する。こうすることで、転写残トナーを帯電ローラ２表面から引き剥がし、感光ドラム１上に吐き出すことが可能となる。
【０１１６】
図５に示すように、周波数が１ｋＨｚ前後までは、振動駆動力（Ｆω）が十分でないため、ほとんど転写残トナーが帯電ローラ２表面から吐き出されていない。
【０１１７】
しかし、１ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの間で、転写残トナーの吐出し量が大きく変化しており、１０ｋＨｚ以上では転写残トナーが帯電ローラ２の表面から十分に吐き出される。
【０１１８】
よって、転写残トナーを帯電ローラ２表面から引き剥がすための振動駆動力（Ｆω）を十分に稼ぐためには、交流電圧の周波数を１０ｋＨｚ以上にする必要があり、より安定して作用させるために、第１実施形態では１５ｋＨｚを選択した。
【０１１９】
＜交流電圧以外の電圧制御＞
図９は帯電ローラに印加する直流電圧を切り替える効果の説明図、図１０はトナー帯電部材に印加する直流電圧の説明図である。
【０１２０】
次に、帯電ローラ２に印加する直流電圧、トナー帯電部材７に印加する直流電圧、現像剤担持体４ｂに印加する直流電圧の切り替えについて説明する。
【０１２１】
図１を参照して図４に示すように、帯電ローラクリーニング制御は、交流電圧の周波数を切り替えるタイミング（紙間）と同期して、帯電ローラ２に印加する直流電圧を−６００Ｖから０Ｖ（オフ）へ切り替える。また、感光ドラム１の回転に伴う時差を持たせて、トナー帯電量部材７に印加する直流電圧を−６００Ｖから−９００Ｖへ、現像剤担持体４ｂに印加する直流電圧を−４５０Ｖから０Ｖへそれぞれ切り替える。
【０１２２】
帯電ローラ２に印加する直流電圧を切り替えた理由は、帯電ローラ２の表面に付着した主に逆極性の電荷を持つ転写残トナーを、帯電ローラ２の表面から感光ドラム１へ引き剥がす方向へクーロン力（Ｆｅ）を作用させるためである。
【０１２３】
図９の（ａ）に示すように、画像形成時には、−６００Ｖの直流電圧が印加された帯電ローラ２の表面電位は−６００Ｖである。これに対して、感光ドラム１の表面電位は、表面電位−６００Ｖの帯電ローラ２によって帯電処理される際に若干の追従性の損失が発生するため、約−５８０Ｖ程度で収束してしまう。その結果、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部（帯電部ａ）には約２０Ｖの僅かではあるが電位差が生じており、感光ドラム１の表面の転写残トナー中に含まれるポジの電荷をもったトナー粒子が帯電ローラ２の表面に移転する。
【０１２４】
図９の（ｂ）に示すように、帯電ローラクリーニング制御時には、帯電ローラ２に印加する直流電圧を０Ｖ、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を−９００Ｖにする。これにより、帯電ローラ２と感光ドラム１との間（帯電部ａ：図１）には、画像形成時と逆方向に約６００Ｖの電位差が生じる。
【０１２５】
従って、画像形成時とは逆に、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーには比較的大きいクーロン力（Ｆｅ）が作用して、帯電ローラ２の表面に付着した転写残トナーは感光ドラム１の表面へ吐き出される。
【０１２６】
図１を参照して図１０に示すように、トナー帯電部材７は、感光ドラム１の表面に付着したトナー粒子を正規極性に帯電させる際に、摺擦する感光ドラム１の表面を接触帯電する。トナー帯電部材７によって帯電された感光ドラム１の表面電位は、トナー帯電部材７に印加される直流電圧と画像形成装置１００を使用する使用環境（温度湿度）により異なる。これは、主にトナー帯電部材７を形成するブラシ部材の抵抗が使用環境により変化するためである。
【０１２７】
制御部１０は、図１０に示す関係を記録しており、使用環境に応じて最適な直流電圧をトナー帯電部材７に印加する。帯電ローラクリーニング制御時、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を−９００Ｖにすると、２３度Ｃ相対湿度５０％の環境下では、感光ドラム１の表面は約−６００Ｖに帯電処理される。これにより、帯電ローラ２の表面に付着したポジの電荷を持ったトナー粒子に対して−６００Ｖのクーロン力（Ｆｅ）を作用させて、帯電ローラ２の表面から強力に分離する。
【０１２８】
制御部１０は、帯電ローラクリーニング制御された感光ドラム１の領域が通過する間、現像剤担持体４ｂに印加する直流電圧を−４５０Ｖから０Ｖへ切り替える。これは、正規極性（ネガ）に帯電して現像剤担持体４ｂに担持されたトナーが、帯電ローラ２によってほぼ０Ｖに帯電された感光ドラム１の表面へ移転するのを阻止するためである。
【０１２９】
＜帯電ローラクリーニング制御の効果＞
図１１は帯電ローラクリーニング制御の効果の説明図である。
【０１３０】
図１に示すように、帯電ローラクリーニング制御は、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を、紙間タイミングで１５ｋＨｚなるようにして、転写残トナーに振動駆動力（Ｆω）を作用させる。これにより、ファン・デル・ワールス力（Ｆｖ）を無視できるくらいまで軽減する。
【０１３１】
また、帯電ローラ２及びトナー帯電部材７に印加する直流電圧を、紙間タイミングで切り替えて、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部（帯電部ａ）での電位差を画像形成時と反転かつ十分に大きくする。これにより、転写残トナーと帯電ローラ２との間で働く鏡映力（Ｆｑ）よりも大きいクーロン力（Ｆｅ）を転写残トナーに作用させて、帯電ローラ２の表面から感光ドラム１の表面へ転写残トナーを吐き出す。
【０１３２】
つまり、帯電ローラクリーニング制御を行なうことで、クリーナーレス方式を採用した画像形成装置１００においても、帯電ローラ２の表面に転写残トナーが付着・汚染することがなくなる。
【０１３３】
図３に示すように帯電ローラクリーニング制御を行わない場合と、図４に示すように紙間ごとに帯電ローラクリーニング制御を行った場合とで画像形成装置１００による連続画像形成を実験した。
【０１３４】
図１１に示すように、帯電ローラクリーニング制御を行わない場合、帯電不良に起因して３００００枚で画像不良が観察され始めるが、帯電ローラクリーニング制御を行うことでこれを阻止できる。
【０１３５】
従って、帯電不良、かぶり、ゴーストなどの画像不良の発生を防止して、長期間にわたって画像不良のない安定した画像形成が可能となる。
【０１３６】
なお、第１実施形態では、連続した画像形成の紙間タイミングで帯電ローラクリーニング制御を実施したが、他のタイミングで同様な電圧制御を伴う帯電ローラクリーニング制御を実行してもよい。画像形成終了後の後処理動作、所定の画像形成枚数を実施した後の紙間などのタイミングで実施できる。
【０１３７】
また、画像形成装置１００に設けられた記録装置により、画像形成条件を記録していき、あらかじめ決められた閾値に達したタイミングで帯電ローラクリーニング制御を実施しても構わない。
【０１３８】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、帯電ローラ２に印加する交流電圧の周波数を変化させていたが、第２実施形態では、交流電圧の周波数に加えて、交流電圧のピーク間電圧（Ｖｐｐ）を増加させるように帯電ローラクリーニング制御を実行する。
【０１３９】
この理由としては、式（４）に示すように、振動駆動力（Ｆω）には、振動振幅ａも影響するためで、ピーク間電圧（Ｖｐｐ）が大きいほど振動駆動力（Ｆω）も増加して帯電ローラ２からトナー粒子を分離する効率が高まる。
【０１４０】
【数４】
【０１４１】
＜第３実施形態＞
第１実施形態では、帯電ローラ２に付着したポジの電荷を持ったトナー粒子の除去を説明したが、第３実施形態では、帯電ローラ２に付着したネガの電荷を持ったトナー粒子の除去を行う。ネガの電荷を持っていても電荷が小さければ、図３に示す制御では、帯電ローラ２からトナー粒子を除去できないからである。
【０１４２】
このとき、交流電圧の周波数を画像形成時の１．５ｋＨｚから１５ｋＨｚへ切り替えるとともに、トナー帯電部材７に印加する直流電圧を、画像形成時の−６００Ｖから−３００Ｖへ可変印加する。これにより、帯電ローラ２の表面に付着したネガの電荷を持ったトナー粒子に対して、帯電ローラ２から感光ドラム１へ向かう大きなクーロン力（Ｆｅ）を作用させる。
【０１４３】
画像形成装置１００は、転写残トナーが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。
【０１４４】
＜不必要なトナー＞
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ではなく、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させている。このため、大容量の高圧電源を必要とせず、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ている。
【０１４５】
しかし、クリーナーレス方式では、転写残トナー中に存在する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帯電部材に付着・堆積し易くなる。
【０１４６】
これは、帯電部材を通過して現像装置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、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ないと、感光体上の転写残トナーを現像装置で除去・回収できないからである。
【０１４７】
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、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粒子が二成分現像剤中に混在している場合がある。また、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する場合もある。
【０１４８】
また、写真画像のような印字率の高い画像形成を行なう場合、転写残トナーの絶対量が増えてトナー均一化部材、トナー帯電部材にせき止められ、像担持体との接触部の抵抗値が上昇してトナー均一化装置、トナー帯電装置の機能低下を引き起こす。その結果、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って反転トナーが増加して帯電部材の表面に逆極性の転写残トナーが付着・汚染するといった問題が発生する。
【０１４９】
転写残トナーが帯電部材の表面に付着すると、帯電部で感光体の表面電位を所望の値まで帯電処理できず、現像装置での新たなかぶりを誘発するといった悪循環に陥る可能性がある。
【０１５０】
また、この問題は、画像形成装置の使用量、具体的には現像装置内の二成分現像剤の攪拌時間が累積するに伴って、より悪化する傾向にある。これは、二成分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量に伴って低下するためであり、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。
【０１５１】
以上説明したように、画像形成装置１００は、感光体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、転写装置と、帯電補助部材（トナー帯電部材）とを有し、転写されずに感光体表面に残留した転写残トナーを現像装置で回収する。そのようなクリーナーレスシステムにおいて、例えば紙間等の画像形成後の任意タイミングで、帯電装置に印加する交流電圧の周波数を大きくする。同時に、帯電部材に付着した主に逆極性の転写残トナーに対して帯電部材から引き剥がす力（クーロン力）が働くように帯電部材及び帯電補助部材に印加する直流電圧を可変制御する。
【０１５２】
これにより、帯電部材表面に付着した逆極性の転写残トナーを感光体表面へ定期的に吐き出させて、逆極性のトナーが帯電部材に付着・堆積することを防止する。
【０１５３】
転写残トナーの中に含まれる逆極性のトナーが、帯電部材の表面に付着・汚染することによって引き起こされる帯電不良，かぶりや、ゴーストなどの発生を防止して、長期間にわたって安定した画像形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１５４】
【図１】第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。
【図２】感光ドラム及び帯電ローラの層構成の模式図である。
【図３】帯電ローラクリーニング制御を行わない場合の紙間制御のタイミングチャートである。
【図４】帯電ローラクリーニング制御を行う場合の紙間制御のタイミングチャートである。
【図５】帯電電圧に重畳された交流電圧の周波数と帯電ローラクリーニング効果との関係の説明図である。
【図６】帯電ローラに付着したトナーに作用する拘束力の説明図である。
【図７】帯電ローラに付着したトナーに作用する分離力の説明図である。
【図８】帯電ローラに付着したトナーに対する交流電圧の作用の説明図である。
【図９】帯電ローラに印加する直流電圧を切り替える効果の説明図である。
【図１０】トナー帯電部材に印加する直流電圧の説明図である。
【図１１】帯電ローラクリーニング制御の効果の説明図である。
【符号の説明】
【０１５５】
１ 像担持体（感光ドラム）
２ 帯電部材（帯電ローラ）
３ 静電像形成手段（露光装置）
４ 現像手段（現像装置）
４ｂ 現像剤担持体
４ｆ 攪拌手段（現像剤攪拌部材）
５ 転写ローラ
６ 定着装置
７ トナー帯電装置（トナー帯電部材）
８ トナー均一化装置（トナー均一化部材）
１０ 制御手段（制御部）
１００ 画像形成装置
Ｓ１ 帯電電源手段（電源）
Ｓ２ 現像電源手段（電源）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体に接触して回転する帯電部材と、
直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を前記帯電部材に印加して前記像担持体を帯電させる帯電電源手段と、
帯電させた前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、
帯電させたトナーを前記像担持体に供給して前記静電像をトナー像に現像する現像手段と、を備えた画像形成装置において、
非画像形成時に、前記帯電部材と前記像担持体との間に、前記帯電部材に付着したトナーが前記像担持体へ移動するような電位差を形成させるとともに、前記帯電電源手段を制御して、画像形成時よりも高い周波数の交流電圧を前記帯電部材に印加させる制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記高い周波数の交流電圧に、画像形成時よりも低い直流電圧を重畳して前記帯電部材に印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像手段は、二成分現像剤を攪拌して帯電させる攪拌手段と、帯電させた二成分現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に交流電圧を重畳した直流電圧を印加する現像電源手段と、を有して、前記静電像を反転現像すると同時に前記像担持体の転写残トナーを除去し、
前記制御手段は、前記現像電源手段を制御して、前記高い周波数の交流電圧を印加された前記帯電部材に接触した前記像担持体の領域が前記現像剤担持体を通過する間、画像形成時よりも低い直流電圧を前記現像剤担持体に印加させることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
転写媒体に前記トナー像を転写させる転写部と前記帯電部材との間に配置されたトナー帯電部材に電圧を印加して前記像担持体の表面のトナーを正規極性に帯電させるトナー帯電装置を備え、
前記制御手段は、前記高い周波数の交流電圧を印加された前記帯電部材に接触する前記像担持体の領域が通過する間、前記トナー帯電部材に対して、画像形成時よりも高い直流電圧を印加させることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記高い周波数の交流電圧の周波数は１０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記帯電部材に付着したトナーを摺擦して正規極性に帯電させるトナー摺擦部材を有し、
高い周波数の交流電圧を前記帯電部材に印加させている間、前記正規極性に帯電したトナーが前記像担持体へ向かって付勢されるような直流電界を前記帯電部材と前記像担持体との間に形成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記高い周波数の交流電圧のピーク間電圧は、画像形成時に印加される交流電圧のピーク間電圧よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体に接触して回転する帯電部材と、
直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を前記帯電部材に印加して前記像担持体を帯電させる帯電電源手段と、
帯電させた前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、
帯電させたトナーを前記像担持体に供給して前記静電像をトナー像に現像する現像手段と、を備えた画像形成装置において、
非画像形成時に、前記帯電部材と前記像担持体との間に、前記帯電部材に付着したトナーが前記像担持体へ移動するような電位差を形成させるとともに、前記帯電電源手段を制御して、画像形成時よりも高い周波数の交流電圧を前記帯電部材に印加させる制御手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記高い周波数の交流電圧に、画像形成時よりも低い直流電圧を重畳して前記帯電部材に印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記現像手段は、二成分現像剤を攪拌して帯電させる攪拌手段と、帯電させた二成分現像剤を担持して回転する現像剤担持体と、前記現像剤担持体に交流電圧を重畳した直流電圧を印加する現像電源手段と、を有して、前記静電像を反転現像すると同時に前記像担持体の転写残トナーを除去し、
前記制御手段は、前記現像電源手段を制御して、前記高い周波数の交流電圧を印加された前記帯電部材に接触した前記像担持体の領域が前記現像剤担持体を通過する間、画像形成時よりも低い直流電圧を前記現像剤担持体に印加させることを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
転写媒体に前記トナー像を転写させる転写部と前記帯電部材との間に配置されたトナー帯電部材に電圧を印加して前記像担持体の表面のトナーを正規極性に帯電させるトナー帯電装置を備え、
前記制御手段は、前記高い周波数の交流電圧を印加された前記帯電部材に接触する前記像担持体の領域が通過する間、前記トナー帯電部材に対して、画像形成時よりも高い直流電圧を印加させることを特徴とする請求項３記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記高い周波数の交流電圧の周波数は１０ｋＨｚ以上であることを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記帯電部材に付着したトナーを摺擦して正規極性に帯電させるトナー摺擦部材を有し、
高い周波数の交流電圧を前記帯電部材に印加させている間、前記正規極性に帯電したトナーが前記像担持体へ向かって付勢されるような直流電界を前記帯電部材と前記像担持体との間に形成することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記高い周波数の交流電圧のピーク間電圧は、画像形成時に印加される交流電圧のピーク間電圧よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１５１１１９（Ｐ２００９−１５１１１９Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２９２６６（Ｐ２００７−３２９２６６）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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