JP2002014569A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
かきとり不良によるゴーストが共に発生しない状態を維
持してより装置の長寿命化を図る画像形成装置を提供す
る。 【解決手段】 温湿度検知手段を設けておき、その検知
結果の出力から換算される絶対水分量に応じて、絶対水
分量0(g/kg dry air)から20(g/k
g dry air)以上までに分割された7つの環境
それぞれに対して帯電補助ブラシ12のバイアスを変更
したため、長期間、かぶり及びゴーストが発生しないレ
ベルで画像が維持された。
Description
クリーナーレスプロセスの転写式画像形成装置に関する
ものである。より詳しくは、電子写真感光体や静電記録
誘電体等の像担持体と、像担持体に当接する帯電部材を
有し帯電部材に帯電バイアスを印加することで像担持体
の帯電を行う接触方式の帯電手段としての帯電装置(接
触帯電装置、直接帯電装置)と、像担持体の帯電処理面
に静電潜像を形成する露光手段としての画像情報露光手
段(露光装置)と、静電潜像を現像剤により顕像化する
現像手段としての現像装置と、像担持体表面の現像剤を
被転写材に移動させる転写手段としての転写装置と、像
担持体に当接してバイアスを印加することによって像担
持体表面をならすと共に転写残現像剤を除電もしくは帯
電と逆極性に帯電させる帯電補助手段(帯電補助ブラ
シ)と、を具備し、転写装置により被転写材に移動せず
に像担持体表面に残留した現像剤を帯電装置の像担持体
に当接する帯電部材に一旦回収させ、その後に現像剤を
帯電部材から吐き出させて現像装置にて再回収させる方
式の複写機・プリンタ等の画像形成装置に関する。
電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体、その他
の被帯電体を所定の極性・電位に帯電処理する帯電手段
としては、従来より一般にコロナ帯電器が使用されてさ
た。これは像担持体(以下、感光体と記す)にコロナ帯
電器を非接触に対向配置して、コロナ帯電器から放出さ
れるコロナに感光体面をさらして感光体面を所定の極性
・電位に帯電させるものである。
器による場合に比べて低オゾン・低電力等の利点を有す
ることから、像担持体としての感光体に電圧(帯電バイ
アス)を印加した帯電部材(接触帯電部材)を当接させ
て感光体面を所定の極性・電位に帯電させる接触方式の
帯電装置の実用化がなされてさている。特に、帯電部材
として導電ローラ(帯電ローラ)を用いたローラ帯電方
式の装置が帯電の安定性という点から好ましく用いられ
ている。
持体に磁気拘束させた磁気ブラシ部を具備した磁気ブラ
シ帯電部材(帯電磁気ブラシ、以下、磁気ブラシ帯電器
と記す)を用い、該磁気ブラシ帯電器の磁気ブラシ部を
感光体に接触させる磁気ブラシ帯電方式の装置も帯電装
置の安定性という点から好ましく用いられる。
直接マグネットに、あるいはマグネットを内包するスリ
ーブ上に磁気的に拘束させて磁気ブラシ部を形成具備さ
せたものであり、停止あるいは回転させて磁気ブラシ部
を感光体に接触させ、これに電圧を印加することによっ
て感光体の帯電を開始させる。
させたもの(ファーブラシ帯電部材、帯電ファーブラ
シ)、導電性ゴムをブレード状にした導電ゴムブレード
(帯電ブレード)等も接触帯電部材として好ましく用い
られている。
帯電原理)にはコロナ帯電系と電荷注入(直接帯電)系
の2種類の帯電機構が混在しており、どちらが支配的で
あるかにより各々の特性が現われる。
微小間隙に生じるコロナ放電現象による放電生成物で感
光体表面が帯電する系である。コロナ帯電系は接触帯電
部材と感光体に一定の放電しきい値を有するため、帯電
電位より大きな電圧を接触帯電部材に印加する必要があ
る。また、コロナ帯電系では、コロナ帯電器に比べれば
発生量は格段に少ないけれども放電生成物を発生させ
る。
体に直接に電荷が注入されることで感光体表面が帯電す
る系である。より詳しくは、中抵抗の接触帯電部材が感
光体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電
を基本的に用いないで感光体表面に直接電荷注入を行う
ものである。
しきい値以下の印加電圧であっても、感光体を印加電圧
相当の電位に帯電することができる。この電荷注入帯電
系はイオンの発生を伴わない。しかし電荷注入帯電であ
るため、接触帯電部材の感光体への接触性が帯電性に大
きく効いてくる。
また感光体との速度差を多く持ち、より高い頻度で感光
体に接触する構成をとる必要があり、この点において接
触帯電部材として特に磁気ブラシ帯電器は安定した帯電
を行なうことができる。
抵抗とコンデンサーの直列回路と等価であると見ること
ができる。理想的な帯電プロセスでは感光体表面のある
点が磁気ブラシと接触している時間(帯電ニップ部×感
光体の周速)にコンデンサーが充電され、感光体表面電
位が印加電圧とほぼ同値になる。
体の表面にあるトラップ準位に電荷を注入して感光体の
接触帯電を行なう方法がある。また、感光体として通常
の有機感光体上に導電性微粒子を分散させた表層(電荷
注入層)を有するものや、アモルファスシリコン感光体
などを用いると、接触帯電部材に印加したバイアスのう
ちの直流成分と略同等の帯電電位を感光体表面に得るこ
とが可能である(特開平6−3921号公報)。
でなく、放電を用いないため、接触帯電部材に対する印
加電圧は感光体電位と同程度で十分であり、また、オゾ
ンを発生しない利点があり、完全なオゾンレスかつ低電
力消費型帯電が可能となる。
サイクルプロセス) また近年、画像形成装置は小型化が進んできたが、帯電
・露光・現像・転写・定着・クリーニング等の作像プロ
セスの各手段・機器が夫々小型になるだけでは画像形成
装置の全体的な小型化には限界があった。また、転写後
の感光体上の転写残トナー(残留現像剤)はクリーニン
グ手投(クリーナー)によって回収されて廃トナーとな
るが、この廃トナーは環境保護の面からも出ないことが
好ましい。
の転写残トナーは現像手段によって「現像同時クリーニ
ング」で感光体上から除去し現像手段に回収・再利用す
る装置構成にした「クリーナーレスプロセス」の画像形
成装置が出現している。現像同時クリーニングとは、転
写後に感光体上に若干残留したトナーを次工程以後の現
像時にかぶり取りバイアス(現像手段に印加する直流電
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)によって回収する方法である。
段に回収されて次工程以後用いられるため、廃トナーを
なくし、メンテナンスに手を煩わせることも少なくする
ことができる。また、クリーナーレスであることで、ス
ペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型
化できるようになる。また、帯電装置が接触帯電性の場
合には感光体に接触している接触帯電部材に転写残トナ
ーを一旦回収させ、それを再び感光体上に吐さ出させ現
像装置で回収させる。
トナーは、前画像をそのまま残した形で存在するため、
そのまま帯電装置を通過した場合、前画像部分のみ帯電
電位が低下したり、次の画像形成の露光を遮断してしま
い、そのままの形で次の現像行程に影響を及ぼし、次の
画像上で前画像部分が薄くなったり濃く現われたりとい
った現象(以降ゴースト現象と称する)が起こる。
達した転写残トナーを帯電装置の接触帯電部材にとりこ
み、前画像の履歴を消してしまうことが必要となる。こ
のとき、直流電圧を接触帯電部材に印加するのみでは帯
電装置へのトナーの取り込みは十分に行われないが、交
番電圧を接触帯電部材に印加すると感光体と帯電装置間
の電界による振動効果によって、比較的容易に帯電装置
へのトナーの取り込みが行われる。
トナーの帯電量によって接触帯電部材への取り込みが非
常に困難な場合が生じる。つまり転写残トナーが帯電し
ているため、接触帯電部材と感光体間の電位差や、トナ
ーと感光体間の付着力により、取り込み性が悪くなる場
合がある。
に村し、例えば磁気ブラシ帯電器の場合、磁気ブラシ部
と感光体の接触部にも数mmの幅があり、接触部通過初
期には電荷注入が不十分であるのでそこに帯電装置と感
光体間の電位差が生じている。
Vと設定した場合、接触部通過初期の感光体表面電位は
いわゆる転写通過後電位であり、各種設定条件によって
異なるが前画像の露光部が−250V程度であるとす
る。その場合、露光部では350Vの電位差が生じてお
り、一般に転写残トナーの保持電荷は正負ともに存在す
るから、正帯電トナーはマイナス側の磁気ブラシ方向へ
取り込まれ易く、負帯電トナーは磁気ブラシ部へ取り込
まれ難くなる。
い場合や小粒径の場合、感光体との付着力が近く、感光
体上に残ってしまう。よって本来負帯電性のトナーであ
るが転写残トナーは正帯電されていることが望ましい。
但し、正帯電されていなくても、帯電量の絶対値が十分
小さければ、磁気ブラシ部によって機械的にかきとられ
る効果は期待できる。
放電等により、帯電極性が反転してしまうことも多い
が、転写効率が同じであっても転写電流によって転写残
トナーの帯電量分布は大きく異なり、各種設定条件次第
で負帯電トナーの比率が多い場合もある。また、長期に
わたり使用すると、トナー自体、外添剤の遊離や埋め込
まれにより転写効率が低下してくることがあるため、負
帯電のまま感光体上に残るトナー比率も増えてくる。そ
こで転写電流を強めたり、転写残トナーを反対極性に帯
電せしめる手段を持つことが好ましい。
さが6mm、導電性繊維のレイヨンのブラシ(帯電補助
手段)を感光体に当接し、このブラシに帯電極性とは逆
のプラス500Vの直流電圧を印加した。このブラシ
は、プラスのバイアスを印加していることにより、負極
性の転写残トナーは一時的にこのブラシ内に捕獲され、
除電された後再び感光体上へ送りだされる。この際、ブ
ラシ表面にトナーが蓄積してくると、保持量の限界に達
し、除電されたトナーから次々と感光体上へと戻され
る。
侵入するトナーは帯電装置の帯電極性と逆極性のもの、
もしくは除電されて帯電量の低いものに限られ、帯電装
置の磁気ブラシ部にほぼ回収されることになる。この時
点で前画像の履歴は失われ、ゴーストが発生する直接的
要因が除去される。
レイヨンのブラシ(以降、帯電補助ブラシと称する)に
印加するプラス側の電圧設定が高すぎると感光体表面上
に過度に正電荷が注入され、次行程の帯電において不都
合が生じていた。
が存在した場合、本来の負の帯電電流がその正電荷を打
ち消すために消費されて電流不足で感光体表面が帯電し
きれなくなったり、帯電後も正電荷そのものが消滅せ
ず、感光体表面に残存して帯電電位に影響を及ぼしたり
するために、現像領域においてかぶりが発生していた。
に多分に依存する。例えば、高湿下においては接触帯電
部材、感光体、帯電補助ブラシはそれぞれ吸湿して抵抗
が下がるため、電荷が移動し易くなる。
が多く感光体に注入されて感光体表面電位はより正側へ
変位して負帯電には不利になると思われるが、同時に接
触帯電部材の抵抗も下がるために負電荷もまた流れやす
くなり、相殺されて適度な帯電が維持されるはずであ
る。また、低湿側においてはその逆のことが言える。
抵抗値の環境依存性に差がある場合、上記のごとくのバ
ランスがとれず、例えば高湿下での帯電補助ブラシの抵
抗がより低下する場合は帯電不良となってかぶりを生
じ、低湿下で帯電補助ブラシの抵抗が極端に高くなる場
合はゴースト防止の機能が低下してしまう。
ためになされたもので、その目的とするところは、帯電
不良によるかぶりや汚染、残留現像剤のかきとり不良に
よるゴーストが共に発生しない状態を維持してより装置
の長寿命化を図る画像形成装置を提供することにある。
に本発明にあっては、像担持体と、該像担持体に接触し
て前記像担持体にバイアスを印加して帯電させる帯電手
段と、該帯電手段で一様に帯電された前記像担持体上に
露光によって潜像を形成する露光手段と、該露光手段で
形成された前記像担持体上の潜像を現像剤で現像する現
像手段と、該現像手段で現像された前記像担持体上の現
像剤像を被転写材に転写する転写手段と、該転写手段で
転写後の前記像担持体に前記帯電手段とは逆極性のバイ
アスを印加する帯電補助手段と、を備え、前記現像手段
が前記像担持体上の転写後の残留現像剤を回収する画像
形成装置において、装置の温湿度を検知する温湿度検知
手段と、該温湿度検知手段の検知結果に応じて、前記帯
電補助手段のバイアスを変更するバイアス変更手段と、
を備えたことを特徴とする。
を担持する磁性粒子担持体と、を備えた磁気ブラシ帯電
器であることが好ましい。
荷注入層に、電圧を印加した導電性部材を当接させて帯
電を行う接触帯電方式であることが好ましい。
帯電手段との間で前記像担持体に当接配置されたことが
好ましい。
応じて帯電補助手段のバイアスを適正値に変更すること
により、安定した帯電性能を維持して装置の長寿命化を
図ることができる。
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。
て説明する。
の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用、電荷注
入帯電方式、クリーナーレスプロセスのレーザービーム
プリンタである。
写真感光体(以下、感光ドラムと記す)である。本実施
の形態の感光ドラム1は負帯電性・電荷注入帯電性のO
PC感光体(有機光導電性感光体)であり、図示矢印a
の時計方向に150mm/secのプロセススピード
(周速度)で回転駆動される。
に一様に帯電処理する帯電手段としての接触帯電装置で
ある。本実施の形態では、接触帯電装置は磁気ブラシ帯
電装置であり、回転する感光ドラム1の面はこの磁気ブ
ラシ帯電装置2によってほぼ−700Vに電荷注入帯電
方式で一様に帯電処理される。
り、本実施の形態ではレーザビームスキャナである。こ
のレーザビームスキャナ3は、半導体レーザ、ポリゴン
ミラー、F−θレンズ等を有してなり、CCD等の光電
変換素子を有する原稿読み取り装置、電気計算機、ワー
ドプロセッサ等の不図示のホスト装置から入力する目的
の画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変
調されたレーザ光Lを射出して、感光ドラム1の一様帯
電処理面をレーザ光走査露光する。このレーザ光走査露
光により感光ドラム1の周面に目的の画像情報に対応し
た静電潜像が形成される。
実施の形態では、重合法で作成した、転写残トナー(残
留現像剤)の少ない高離型性球形トナーと、磁性キャリ
アを混合した2成分現像剤によって現像を行う接触現像
方式の現像装置を用いている。そして、感光ドラム1面
の静電潜像をトナー像として反転現像させている。
段としての転写装置であり、本実施の形態の転写装置5
は転写ベルトタイプである。5aは無端状の転写ベルト
(例えば、膜厚75μmのポリイミドのベルト)であ
り、駆動ローラ5bと従動ローラ5c間に懸回張設され
ていて、感光ドラム1の回転方向に順方向に感光ドラム
1の回転速度とほぼ同じ周速度で回動される。5dは転
写ベルト5aの内側に配設した導電性ブレードであり、
転写ベルト5aの上行側ベルト部分を感光ドラム1の下
面部分に加圧して転写部位としての転写ニップ部Tを形
成させている。
Pを積載収納させてある。給紙ローラ7の駆動により給
紙カセット6内に積載収納の被転写材Pが1枚分離給紙
され、搬送ローラ8等を含む被転写材パス9を通って所
定の制御タイミングにて感光ドラム1と転写装置5の転
写ベルト5aとの間の転写ニップ部Tに給送される。
は、感光ドラム1と転写ベルト5aの間を挟持搬送さ
れ、その間、導電性ブレード5dに転写バイアス印加電
源E5から所定の転写バイアスが印加されて、被転写材
Pの裏面からトナーと逆極性の帯電がなされる。これに
より、転写ニップ部Tを通る被転写材Pの表面側に感光
ドラム1面側のトナー像が順次被転写材Pに静電転写さ
れて行く。
受けた被転写材Pは、感光ドラム1面から順次に分離さ
れて被転写材パス10を通って定着装置(例えば熱ロー
ラ定着装置)11に導入されてトナー像の定着処理を受
けてプリントアウトされる。
スプロセスであり、転写ニップ部Tで被転写材Pに転写
されずに感光ドラム1の表面に残ったトナーを除去する
専用のクリーナーは配置していないが、転写残トナー
は、後述するように、引き続く感光ドラム1の回転で磁
気ブラシ帯電装置2の位置に至り、感光ドラム1に接触
している接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器2Aの
磁気ブラシ部に一時的に回収され、その回収トナーが再
び感光ドラム1面に吐き出されて最終的に現像装置4に
回収され感光ドラム1は繰り返して作像に供される。
との間において感光ドラム1に当接させ、ACバイア
ス、帯電と逆極性のDCバイアス、またはACバイアス
を重畳した帯電と逆極性のDCバイアスを印加した帯電
補助手段としての導電性の帯電補助ブラシであり、磁気
ブラシ帯電装置2による帯電直前の感光ドラム1表面電
位をならすと同時に、転写残トナーを除電もしくは感光
ドラム1の帯電と逆極性に帯電して、磁気ブラシ帯電器
2Aの磁気ブラシ部での回収を容易にする。
間(起動動作期間、ウォーミング期間)である。メイン
電源スイッチオンにより、装置のメインモータを駆動さ
せて感光ドラム1を回転駆動させ、所定のプロセス機器
の準備動作を実行させる。
せる期間である。この前回転工程は前多回転工程中にプ
リント信号が入力したときには前多回転工程に引き続い
て実行される。プリント信号の入力がないときには前多
回転工程の終了後にメインモータの駆動が一旦停止され
て感光ドラム1の回転駆動が停止し、プリンタはプリン
ト信号が入力されるまでスタンバイ(待機)状態に保た
れる。プリント信号が入力されると、前回転工程が実行
される。
程):所定の前回転工程が終了すると、引き続いて感光
ドラム1に対する作像プロセスが実行され、感光ドラム
1面に形成されたトナー像の被転写材Pへの転写、定着
装置11によるトナー像の定着処理がなされて画像形成
物がプリントアウトされる。連続印字(連続プリント)
モードの場合は上記の印字工程が所定の設定プリント枚
数分繰り返して実行される。
一枚の被転写材Pの後端部が転写ニップ部Tを通過した
後、次の被転写材Pの先端部が転写ニップ部Tに到達す
るまでの間の、転写ニップ部Tにおける被転写材Pの非
通紙状態期間である。この期間に転写ニップ部Tを通過
する感光ドラム1の領域がその前に帯電ニップ部Nを通
過する間は、帯電バイアスのAC成分の印加を停止さ
せ、磁気ブラシ帯電器2Aで一時的に回収した転写残ト
ナーを感光ドラム1面に吐き出す。
工程が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を
継続させて感光ドラム1を回転駆動させ、所定の後動作
を実行させる期間である。この期間においても紙間工程
と同様に帯電バイアスのAC成分の印加を停止させるこ
とで、磁気ブラシ帯電器2Aで一時的に回収した転写残
トナーを感光ドラム1面に吐き出す。
すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム1の
回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタート
信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
ト終了後、プリンタは後回転工程を経てスタンバイ状態
になる。スタンバイ状態においてプリントスタート信号
が入力すると、プリンタは前回転工程に移行する。
前多回転工程、bの前回転工程、dの紙間工程、eの後
回転工程が非画像形成時(非作像時)になる。
・電荷注入性のOPC感光体であり、φ30mmのアル
ミニウム製のドラム基体上に第1〜第5の機能層を下か
ら順に設けたものである。
ラム基体の欠陥などをならすため、またレーザ露光の反
射によるモアレの発生を防止するために設けられた厚さ
約20μmの導電層である。
ニウムドラム基体から注入された正電荷が感光ドラム1
表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を
果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによ
って106Ω・cm程度に、抵抗調整された厚さ約1μ
mの中抵抗層である。
顔料を樹脂に分散した厚さ約0.3μmの層であり、レ
ーザ露光を受けることによって正負の電荷対を発生す
る。
イト樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、P型半導
体である。したがって、感光ドラム1表面に帯電された
負電荷はこの層を移動することはできず、電荷発生層
(第3層)で発生した正電荷のみを感光ドラム1表面に
輸送することができる。
ての光硬化性のアクリル樹脂に光透過性の導電フィラー
であるアンチモンをドーピングして低抵抗化(導電化)
した粒径0.03μmの酸化錫SnO2の超微粒子を樹
脂に対して70重量パーセント分散した材料の約3μm
の塗工層である。この電化注入層の電気抵抗値は、充分
な帯電性と画像流れを起こさない条件である1×1010
〜1×1014Ω・cmである必要がある。本実施の形態
では、表面抵抗が1×1011Ω・cmの感光ドラム1を
用いた。
3、図5) 図2は磁気ブラシ帯電装置2の拡大横断面模型図であ
る。本実施の形態の磁気ブラシ帯電装置2は、大きく分
けて、磁気ブラシ帯電部材(磁気ブラシ帯電器)2A、
磁気ブラシ帯電器2Aと導電性磁性粒子(帯電キャリ
ア)2Cを収容させた容器(ハウジング)2B、磁気ブ
ラシ帯電器2Aに対する帯電バイアス印加電源E4等か
らなる。
のは、スリーブ回転タイプであり、マグネットロール
(磁石)2A1とこのマグネットロール2A1に外嵌さ
せた非磁性ステンレス製スリーブ(電極スリーブ、導電
スリーブ、帯電スリーブなどと称される)2A2と、該
スリーブ2A2の外周面にスリーブ内部のマグネットロ
ール2A1の磁気力で磁気拘束させて形成保持させた磁
性粒子2Cの磁気ブラシ部からなる。
材であり、スリーブ2A2はこのマグネットロール2A
1の外回りを図5の矢印bの方向に不図示の駆動系によ
り所定の周速度、本実施の形態では225mm/sec
の周速で回転駆動される。また、スリーブ2A2は感光
ドラム1に村してスペーサコロなどの手段で600μm
程度の隙間を保たせて配設してある。
テンレス製の磁気ブラシ層厚規制ブレードであり、スリ
ーブ2A2表面とのギャップが900μmになるように
配置されている。
リーブの2A2外周面にスリーブ2A2内部のマグネッ
トロール2A1の磁気力で磁気拘束されて磁性粒子2C
で構成される磁気ブラシ部として保持される。磁気ブラ
シ部はスリーブ2A2の回転駆動に伴い、スリーブ2A
2と一緒に同方向に回転する。このとき磁気ブラシ部の
層厚はブレード2B1により均一厚さに規制される。
リーブ2A2と感光ドラム1との対向隙間部の間隔より
大きいので、磁気ブラシ部はスリーブ2A2と感光ドラ
ム1との対向部において感光ドラム1に対して所定幅の
ニップ部Nを形成して接触する。
る。したがって、感光ドラム1は帯電ニップ部Nにおい
て磁気ブラシ帯電器2Aのスリーブ2A2の回転に伴
い、回転する磁気ブラシ部で摺擦される。この場合、帯
電ニップ部Nにおいて感光ドラム1の移動方向と磁気ブ
ラシ部の移動方向は逆方向となり、相村移動速度は速く
なる。スリーブ2A2と磁気ブラシ層厚規制ブレード2
B1には電源E4から所定の帯電バイアスが印加され
る。
気ブラシ帯電器2Aのスリーブ2A2が回転駆動され、
電源E4から所定の帯電バイアスが印加されることで、
磁気ブラシ部が導電性部材であり感光ドラム1の周面が
本実施の形態の場合は注入帯電方式で所定の極性・電位
に一様に接触帯電処理される。
グネットロール2A1は、スリーブ2A2と感光ドラム
1の最近接位置cとの角度θを感光ドラム1回転方向上
流側20°から下流側10°の範囲に入るようにするこ
とが望ましく、上流側15°〜0°であればさらによ
い。それより下流だと主極位置に磁性粒子2Cが引きつ
けられ、帯電ニップ部Nの感光ドラム1回転方向下流側
に磁性粒子2Cの滞留が発生し易くなり、また上流すぎ
ると、帯電ニップ部Nを通過した磁性粒子2Cの搬送性
が悪くなり、滞留が発生し易くなる。
は、磁性粒子2Cに働くスリーブ2A2への拘束力が弱
くなり、磁性粒子2Cが感光ドラム1に付着し易くなる
のは明らかである。ここで述べている帯電ニップ部N
は、帯電時に磁性ブラシ部の磁性粒子2Cが感光ドラム
1と接触している領域を示す。本実施の形態では、上流
側10°の位置に約900Gの磁極を配置した。
2A2と規制ブレード2B1に印加される。本実施の形
態ではDC成分にAC成分が重畳しているバイアスを用
いている。
器2Aの磁気ブラシ部による感光ドラム1面の摺擦と、
磁気ブラシ帯電器2Aへの帯電バイアスの印加により、
磁気ブラシ部を構成している帯電用磁性粒子2Cから電
荷が感光ドラム1上に与えられ、感光ドラム1面が所定
の極性・電位に一様に接触帯電される。
ム1はその表面に電荷注入層を具備させたものであるか
ら、電荷注入帯電により感光ドラム1の帯電処理がなさ
れる。即ち、感光ドラム1面が帯電バイアスDC+AC
のDC成分に対応した電位に帯電される。スリーブ2A
2は回転速度が速いほど帯電均一性が良好になる傾向に
ある。
の電荷注入帯電は、図3の等価回路に示すような、抵抗
RとコンデンサCの直列回路とみなすことができる。こ
の様な回路の場合、抵抗値をr、感光体の静寵容量をC
p、印加電圧をV0、帯電時間(感光ドラム1表面のあ
る点が帯電ニップ部Nを通過する時間)をT0とする
と、感光ドラム1の表面電位Vdは、 Vd=V0(1−exp(T0/(Cp・r)))…式(1) で表わされる。
分は必要とされる感光ドラム1の表面電位と同値、本実
施の形態では−700vとした。
は、そのピーク間電圧Vppは、100V以上、200
0V以下、特に300V以上、1200V以下が好まし
い。ピーク間電圧Vppがそれ以下では、帯電均一性、
電位の立ち上がり向上の効果が薄く、それ以上では、磁
性粒子2Cの滞留や感光ドラム1ヘの付着が悪化する。
下、特に500Hz以上2000Hz以下が好ましい。
それ以下では、磁性粒子2Cの感光ドラム1への付着悪
化や、帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の劾果が薄
くなり、それ以上でも帯電均一性、電位の立ち上がり性
向上の効果が得られ難くなる。ACの波形は矩形波、三
角波、sin波などがよい。本実施の形態では、ピーク
間電圧Vppは700Vを用いた。
は、本実施の形態では、焼結した強磁性体(フェライ
ト)を還元処理をしたものを用いたが、他に樹脂と強磁
性体粉を混練して粒子状に成形したもの、もしくはこれ
に抵抗値調整のために導電性カーボン等を混ぜたもの
や、表面処理を行ったものも同様に用いることができ
る。磁気ブラシ部の磁性粒子2Cは感光ドラム1表面の
トラップ準位に電荷を良好に注入する役割と、感光ドラ
ム1上に生じたピンホールなどの欠陥に帯電電流が集中
してしまうことに起因して生じる帯電装置2及び感光ド
ラム1の通電破壊を防止する役割を兼ね備えていなけれ
ばならない。
抵抗値は1×104Ω〜1×109Ωであることが好まし
く、特には1×104Ω〜1×107Ωであることが好ま
しい。磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値が1×104
Ω未満ではピンホールリークが生じやすくなる傾向があ
り、1×109Ωを超えると良好な電荷の注入がし難く
なる傾向にある。また、抵抗値を上記範囲内に制御する
ためには、磁性粒子2Cの体積抵抗値は1×104Ω・
cm〜1×109Ω・cmであることが望ましく、特に
は1×104Ω・cm〜1×107Ω・cmであることが
より好ましい。
Aの電気抵抗値は、1×106Ωであり、帯電バイアス
のDC成分として−700Vを印加することで、感光ド
ラム1の表面電位も、−700Vとなった。
要領で測定した。すなわち、セルAに磁性体粒子2Cを
充填し、充填磁性体粒子2Cに接するように主電極17
及び上部電極18を配し、電極17,18間に定電圧電
源22から電圧を印加し、そのとき流れる電流を電流計
20で測定することにより求めた。19は絶縁物、21
は電圧計、24はガイドリングを示す。その測定条件
は、23℃、湿度65%の環境で充填磁性粒子2Cのセ
ルAとの接触面積S=2cm2、厚みd=1mm、上部
電極18の荷重10kg、印加電圧100Vである。
におけるピークは5〜100μmの範囲にあることが、
粒子表面の汚染による帯電劣化防止、及び、磁性粒子2
Cの感光ドラム1表面への付着防止の覿点から好まし
い。磁性粒子2Cの平均粒径は、水平方向最大限長で示
し、測定法は顕微鏡法により磁性粒子2Cを300個以
上ランダムに選び、その径を実測して算術平均をとる。
の4種類に大別される。
スリーブ上にコーティングし、磁性トナーは磁気力によ
ってコーティングして搬送し感光ドラムに対して非接触
状態で現像する方法(1成分非接触現像)。
ナーを感光ドラムに対して接触状態で現像する方法(1
成分接触現像)。
混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送
し感光ドラムに対して接触状態で現像する方法(2成分
接触現像)。
て現像する方法(2成分非接触現像)。
面から、cの2成分接触現像法が多く用いられている。
で作成した高離型性球形非磁性トナーと磁性キャリア
(現像用磁性粒子、現像キャリア)を混合したものを現
像剤として用い、該現像剤を現像剤担持体(現像部材、
現像器)に磁気力によって磁気ブラシ層とし保持させて
現像部Mに搬送し感光ドラム面に接触させて静電潜像を
トナー像として現像する2成分磁気ブラシ接触現像方式
の反転現像装置である。
ての現像スリーブ、4cはこの現像スリーブ4b内に固
定配置された磁界発生手段としての磁石(マグネットロ
ーラ)、4dは現像スリーブ表面に現像剤の薄層を形成
するための現像剤層厚規制ブレード、4eは現像剤撹拝
搬送スクリュ、4fは現像剤容器4a内に収容した2成
分現像剤であり、上記のように非磁性トナーtと現像キ
ャリアcを混合したものである。
いては、感光ドラム1に対し最近接距離(隙間)が約5
00μmになるように配置され、該現像スリーブ4bの
外面に担持させた現像剤磁気ブラシ薄層が感光ドラム1
の面に接触するように設定されている。この現像剤磁気
ブラシ薄層と感光ドラム1の接触ニップ部Mが現像領域
(現像部)である。
外回りを反時計方向に所定の回転速度で駆動され、現像
容器4a内において現像スリーブ4b外面に固定磁石4
cの磁力により現像剤4f(t+c)の磁気ブラシ部が
形成される。その磁気ブラシ部はスリーブ4bの回転と
ともに搬送され、ブレード4dにより層厚規制を受けて
所定層厚の現像剤磁気ブラシ薄層として現像容器4a外
に持ち出されて現像部Mへ搬送されて感光ドラム1面に
接触し、引き続くスリーブ4bの回転で再び現像容器4
a内に戻し搬送される。
ス印加電源によりDC成分とAC成分を重畳した所定の
現像バイアスが印加される。本実施の形態での現像特性
は、感光ドラム1の帯電電位(−700V)と現像バイ
アスのDC成分値の差が200V以下であるとかぶりが
生じ、350V以上であると現像キャリアcの感光ドラ
ム1への付着が生じたので、現像バイアスのDC成分は
−400Vとした。
トナー濃度(現像キャリアcとの混合割合)はトナーt
分が静電潜像の現像に消費されて逐次消費されていく。
現像容器4a内の現像剤4fのトナーt濃度は不図示の
検知手段により検知されて所定の許容下限濃度まで低下
するとトナー補給部4gから現像容器4a内の現像剤4
fにトナーtの補給がなされて現像容器4a内の現像剤
4fのトナー濃度を常に所定の許容範囲内に保つように
トナー補給制御される。
あるから、被転写材Pに対するトナー像転写後の感光ド
ラム1に残留したトナー(転写残トナー)は感光ドラム
1の帯電ニップ部Nに持ち運ばれて磁気ブラシ接触帯電
装置2の磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部に混入し
て一時的に回収される。
剥離放電などにより、極性が正のものと負のものが混在
していることが多い。この極性が混在した転写残トナー
が磁気ブラシ帯電器2Aに至って磁気ブラシ部内に混入
して一時的に回収される。この転写残トナーの磁気ブラ
シ帯電器2Aの磁気ブラシ部への取り込みは、磁気ブラ
シ帯電器2AにAC成分を印加することで、磁気ブラシ
帯電器2Aと感光ドラム1間の振動電界効果によって、
より効果的に行わせることができる。
写残トナーは極性がすべて負に帯電されて感光ドラム1
上に吐き出される。極性が揃えられて感光ドラム1上に
吐き出された転写残トナーは現像部Mに至って現像装置
4の現像スリーブ4bにより現像時のかぶり取り電界に
よって現像同時クリーニングで回収される。
方向の画像領域が、感光ドラム1の周長よりも長い場合
には、その他の帯電、露光、現像、転写といった画像形
成工程と同時進行で行われる。これにより転写残トナー
は現像装置4内に回収されて次工程以後も用いられるた
め、廃トナーをなくすことがでさる。また、クリーナー
レスでスペースの面での利点も大きく、画像形成装置の
大幅な小型化が可能となる。
高離型性球形トナーを用いることで、転写残トナーの発
生量を少なくすることができるし、また、磁気ブラシ帯
電器2Aから吐き出されたトナーの現像装置4への回収
性を向上させることができる。2成分接触現像方式の現
像装置4を用いることでも磁気ブラシ帯電器2Aから吐
き出されたトナーの現像装置4への回収性を向上させて
いる。
高いから、磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部にその
ようなトナー粒子が混入することは磁気ブラシ部の電気
抵抗を上昇させて帯電能を低下させる因子であり、混入
トナー量が比較的多い場合は、非作像時に大量のトナー
を吐さ出すことで、良好な帯電を維持することができ
る。
明する。磁気ブラシ部にトナーが混入した場合、それの
電気抵抗は次第に大きくなっていくため、帯電ニップ部
N通過中に充分な電荷の移動が行われず、帯電ニップ部
N通過後の感光ドラム1表面電位は印加電圧より小さく
なってしまう。
の電位差をΔVとする。磁気ブラシ帯電器2Aに取り込
まれたトナーが磁気ブラシキャリアとの接触により感光
ドラム1電位と同極の電荷を付与されている場合、電位
差ΔVによって発生する電界により混入トナーは磁気ブ
ラシ中から感光ドラム1表面に吐き出される。特開平9
−96949号公報などに開示されるように、この現象
を利用した、非作像時(非画像形成時)に帯電バイアス
のAC成分(交流成分)の振幅Vppを減少させたり、
AC成分の印加を停止させることで電位差ΔVを大きく
し、積極的にトナーを吐き出させて磁気ブラシの電気抵
抗上昇を抑える方法が知られている。
や作像動作終了後の後回転などで行うことで、長期の使
用において磁気ブラシ中の混入トナー量を一定以下に保
つことが可能となる。
き出されたトナーは極めて均一な散布状態にあり、ま
た、その量も少量であるため、次の像露光過程に実質的
に悪影響を及ぼすことはない。また、転写残トナーパタ
ーンに起因するゴースト像の発生もない。
帯電装置2との間において感光ドラム1に当接され、A
Cバイアス、帯電と逆極性のDCバイアス、またはAC
バイアスを重畳した帯電と逆極性のDCバイアスを印加
した導電性の帯電補助ブラシである。帯電補助ブラシ1
2は、磁気ブラシ帯電装置2による帯電直前の感光ドラ
ム1表面電位をならすと同時に、転写残トナーを除電、
もしくは感光ドラム1の帯電と逆極性に帯電し、磁気ブ
ラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部での回収を容易にする帯
電補助手段である。
は非作像時(非画像形成時)に帯電バイアスのAC成分
(交流成分)の振幅Vppを減少させたり、AC成分の
印加を停止させることで電位差ΔVを大きくし、積極的
にトナーを吐き出させて一定に保つことができたが、使
用量としての画像比率(被転写材P面積中のトナー画像
面積の割合)の比較的高いものを連続で作像すると、被
転写材P間で感光ドラム1表面に吐き出されるトナー量
よりも画像1枚当たりに混入する転写残トナー量の方が
多くなり、短期的に磁気ブラシ中のトナー量が一定値を
越えてしまう場合が発生する。
は、結局、帯電キャリアの劣化に伴い許容混入トナー量
が低下してくるため帯電不良となる。そして、帯電補助
ブラシ12が帯電不良をもたらす一因となっている。
ついては従来例で説明したとおり環境依存性があり、設
定次第で良質な画像を維持する寿命を左右する。帯電補
助ブラシ12の印加バイアスが必要以上に高い場合はか
ぶりが発生し、印加バイアスが低い設定の場合はゴース
トが発生する。
2構成における環境依存性を表す説明図である。図1中
aは、かぶりの発生しない上限の帯電補助ブラシ12印
加バイアス値であり、図1中bはゴーストの発生しない
下限の帯電補助ブラシ12印加バイアス値である。ただ
し、これは帯電印加バイアスが一定の場合であり、環境
の絶対水分量が高くなればなるほど帯電補助ブラシ12
の効果、もしくは影響が強くなることを意味している。
電部材の帯電性の向上に比べて帯電補助ブラシ抵抗が低
下し、より小さいバイアスでもゴーストの発生は抑えら
れるがかぶりが発生し易くなっていることがわかる。
を検知する温湿度検知手段を設けておき、その検知結果
の出力から換算される絶対水分量に応じて補助帯電ブラ
シ12のバイアスをバイアス変更によって変更した。絶
対水分量0(g/kg dry air)から20(g
/kg dry air)以上までを7つの環境に分割
し、それぞれの環境に対して帯電補助ブラシ12のバイ
アスをそれぞれ用意した。
%Rh)や(33℃、85%Rh)等のいかなる環境下
においても、かぶり及びゴーストが発生しないレベルで
良質な画像が維持された。
ナレス、接触帯電方式の画像形成装置において、温湿度
を検知する温湿度検知手段と、温湿度検知手段の検知結
果に応じて、帯電補助手段へのバイアスの印加を変更す
るバイアス変更手段と、を備え、かぶりやゴーストのな
い良好な画像をいかなる温混度環境下においても維持で
きる。
存性を示す説明図である。
る。
抵抗値)の測定要領説明図である。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】像担持体と、 該像担持体に接触して前記像担持体にバイアスを印加し
て帯電させる帯電手段と、 該帯電手段で一様に帯電された前記像担持体上に露光に
よって潜像を形成する露光手段と、 該露光手段で形成された前記像担持体上の潜像を現像剤
で現像する現像手段と、 該現像手段で現像された前記像担持体上の現像剤像を被
転写材に転写する転写手段と、 該転写手段で転写後の前記像担持体に前記帯電手段とは
逆極性のバイアスを印加する帯電補助手段と、を備え、 前記現像手段が前記像担持体上の転写後の残留現像剤を
回収する画像形成装置において、 装置の温湿度を検知する温湿度検知手段と、 該温湿度検知手段の検知結果に応じて、前記帯電補助手
段のバイアスを変更するバイアス変更手段と、を備えた
ことを特徴とする画像形成装置。 - 【請求項2】前記帯電手段は、 磁性粒子と、 該磁性粒子を担持する磁性粒子担持体と、を備えた磁気
ブラシ帯電器であることを特徴とする請求項1に記載の
画像形成装置。 - 【請求項3】前記帯電手段は、前記像担持体の表面の電
荷注入層に、電圧を印加した導電性部材を当接させて帯
電を行う接触帯電方式であることを特徴とする請求項1
又は2つに記載の画像形成装置。 - 【請求項4】前記帯電補助手段は、前記転写手段と前記
帯電手段との間で前記像担持体に当接配置されたことを
特徴とする請求項1、2、又は3に記載の画像形成装
置。
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