JP2002072632A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電部材に転写残りのトナーが付着するのを
防止して、帯電不良による電位低下、画像ムラなどが生
じないようにした画像形成装置を提供する。 【解決手段】 像担持体１に現像された像を転写材に転
写した後に、像担持体１に残ったトナーを除去手段１２
によって除去するとともに、次の像を像担持体１に現像
するために帯電部材２に電圧を印加する画像形成装置に
おいて、除去手段１２によってトナーを除去する際に、
像担持体１に振動が生じないように帯電部材２に印加す
る電圧の交流成分の周波数を制御する制御手段１３を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリ等に用いられる画像形成装置及びプロ
セスカートリッジに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真による画像形成装置は、
感光ドラムなどの像担持体を均一に帯電する帯電ローラ
などの帯電部材を含んでいる。帯電部材は、コロナ帯電
方式や、接触帯電方式を採用しているものが多い。

【０００３】ところで、コロナ帯電方式は、オゾン等の
コロナ生成物の発生が多く、その対処のための付加手段
・機構が必要である。一方、接触帯電方式は、電圧（た
とえば１〜２ｋＶ程度の直流電圧あるいは直流電圧と交
流電圧の重畳電圧等）を印加した帯電部材を、像担持体
に所定の押圧力で当接させることによって、像担持体を
所定の電位に帯電させているので、オゾンの発生がコロ
ナ帯電方式に比べ大幅に減少するものであり、上記付加
手段、機構が不要であるといった長所があるので、最近
では、接触帯電方式が多くの機種で採用されている。

【０００４】なお、接触帯電方式を採用した画像形成装
置は、転写材にトナー像を転写した後に、感光ドラムに
残る転写残りのトナーを、クリーナなどによってクリー
ニングしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、接触帯電方式
を採用した画像形成装置は、クリーナなどによって、転
写残りのトナーを除去しているものの、たとえば感光ド
ラムに振動が生じると、クリーナによって転写残りのト
ナーが十分に除去できなくて、転写残りのトナーが帯電
ローラに付着する場合がある。帯電ローラに転写残りの
トナーが付着したときには、帯電不良による電位低下、
画像ムラなどの問題が生じていた。

【０００６】また、感光ドラムは、耐久性に優れたもの
は大きなものが多く、感光ドラムを耐久性に優れたもの
を採用すると、画像形成装置の小型化を妨げる要因とな
っていた。

【０００７】そこで、本発明は、帯電ローラなどの帯電
部材に転写残りのトナーが付着するのを防止して、帯電
不良による電位低下、画像ムラなどが生じないようにし
た画像形成装置を提供することを課題とする。

【０００８】また、本発明は、感光ドラムなどの像担持
体の耐久性を向上させた画像形成装置を提供することを
課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、像担持体に現像された像を転写材に転写
した後に、像担持体に残ったトナーを除去手段によって
除去するとともに、次の像を像担持体に現像するために
帯電部材に電圧を印加する画像形成装置において、前記
除去手段によって前記トナーを除去する際に、前記像担
持体に振動が生じないように前記帯電部材に印加する電
圧の交流成分の周波数を制御する制御手段を備えること
を特徴とする。

【００１０】また、本発明のプロセスカートリッジは、
前記像担持体と、前記帯電部材と、前記除去手段とを備
え、画像形成装置本体に対して着脱可能とすることを特
徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて説明する。

【００１２】［実施形態１］ （構成の説明）図１は、本発明の実施形態の画像形成装
置であるところの電子写真プリンタの構成を示す断面図
である。図１には、転写材にトナー画像を転写するため
の像担持体である感光ドラム１と、感光ドラム１上に一
様帯電を行なう帯電部材である帯電ローラ２と、感光ド
ラム１のプロセススピード及び帯電ローラ２に印加する
電圧のレベルを制御する制御手段１３とを示している。

【００１３】また、図１には、感光ドラム１上に静電潜
像を形成するレーザースキャナ３と、形成した静電潜像
を現像する現像器４と、現像されたトナー画像を転写す
る転写材を収納するカセット５と、カセット５から転写
材を給送する給紙ローラ６と、給紙ローラ６により給紙
された転写材を感光ドラム１にタイミング良く転送する
タイミングローラ７とを示している。

【００１４】さらに、図１には、転写材を感光ドラム１
に押圧して転写材上にトナー像を転写する転写ローラ８
と、トナー画像が転写された転写材を定着する定着器９
と、トナー画像が定着された転写材を画像形成装置の外
部に排紙する排紙ローラ１０と、排紙された転写材を受
ける排紙トレイ１１と、転写残りのトナーをクリーニン
グするクリーナ１２とを示している。

【００１５】なお、後述するように、図１の画像形成装
置には、感光ドラム１と、帯電ローラ２と、クリーナ１
２とを支持するプロセスカートリッジが着脱できるよう
な構造としている。

【００１６】また、感光ドラム１は、ＯＰＣがアルミニ
ウムやニッケルなどのシリンダー状の基体上に形成され
ており、ここでは円筒状としている。レーザースキャナ
３は、画像信号に基づいてラスタースキャンし露光す
る。レーザースキャナ３は、半導体レーザーの点滅をポ
リゴンスキャナで走査し、光学系により感光ドラム１上
に照射させている。

【００１７】現像器４は、ジャンピング現像や、２成分
現像、ＦＥＥＤ現像などを行い、記録するところを、レ
ーザーを点灯して潜像のうち電位が低い方にトナーを付
着させる、反転現像が組み合わせて用いられる。

【００１８】さらに、転写ローラ８は、導電性の硬度の
低い弾性体で、感光ドラム１と転写ローラ８で形成され
るニップ部で、バイアス電界によって静電的に転写が行
なわれる。

【００１９】図２は、図１の画像形成装置に着脱可能な
プロセスカートリッジの断面図である。プロセスカート
リッジは、プロセスカートリッジ枠体１６によって、感
光ドラム１と、帯電ローラ２と、クリーナ１２とを支持
している。また、クリーナ１２は、感光ドラム１から転
写残りのトナーを掻き取るブレード１２ａと、掻き取っ
たトナーを図示しない廃トナー容器に搬送するスクリュ
ー１２ｂとを備えている。

【００２０】図３は、図２の感光ドラム１及び帯電ロー
ラ２の断面図である。感光ドラム１は、グランド接地さ
れた支持体１ｂの表面に電荷発生層及び電荷輸送層を備
える感光層１ａを有している。なお、感光ドラム１の中
心は空洞である。また、帯電ローラ２は、ステンレス製
の芯金２ｃに導電性ＥＰＤＭゴム２ｂが形成され表面に
は表面層２ａが形成されている。

【００２１】（動作の説明）つぎに、図１の動作につい
て説明する。まず、帯電ローラ２に、制御手段１３によ
って、感光ドラム１のプロセススピードＶｐとしたとき
に、 １０≦ｆ／Ｖｐ≦１５ （ｆ：帯電ローラに印加する電
圧の交流成分） が成立するように制御された電圧が印加される。そし
て、感光ドラム１上に帯電ローラ２によって一様帯電を
行なう。

【００２２】つぎに、レーザースキャナ３によって画像
信号に基づいてラスタースキャンし露光する。レーザー
スキャナ３は、半導体レーザーの点滅をポリゴンスキャ
ナで走査し、光学系により感光ドラム上に照射させる。
こうして感光ドラム１上に静電潜像を形成する。

【００２３】そして、静電潜像を現像器４によって現像
する。現像は、ジャンピング現像等を用い、記録すると
ころを、レーザーを点灯して潜像のうち電位が低い方に
トナーを付着させる、反転現像が組み合わせて用いられ
る。この状態で、ホストコンピュータからプリント信号
が送られると、カセット５に納められている転写材を、
給紙ローラ６によって１枚ずつ給送する。

【００２４】このとき、感光ドラム１は、制御手段１３
によって、たとえばプロセススピードＶｐが２５０ｍｍ
／ｓｅｃより遅くなるように制御されている。それか
ら、タイミングローラ７によって、転写材を感光ドラム
側に転送する。こうして、画像信号と同期をとって転写
ローラ８で転写材上にトナー像が転写される。トナー画
像が転写された転写材は、定着器９で定着され、排紙ロ
ーラ１０で装置外へ送られ、排紙トレイ１１に排出され
る。

【００２５】ここで、プロセススピードＶｐが２５０ｍ
ｍ／ｓｅｃより遅くなるように制御するのは、これより
もプロセススピードＶｐを速くすると、帯電音の発生
や、均一な帯電を得るための電流設定が高いことによる
感光体のピンホール発生などの不具合が生じるからであ
る。

【００２６】一方、転写残りのトナーは、クリーナ１２
のクリーニングブレード１２ａによって除去される。こ
の転写残りのトナーは、図示しない廃トナー容器にスク
リュー１２ｂによって搬送される。

【００２７】また、転写残りのトナーを除去していると
きには、次の画像を形成するために、制御手段１３によ
って上記と同様に印加された電圧に基づいて、感光ドラ
ム１上に一様帯電を行い、全ての画像が転写材に転写さ
れるまで、上記の動作を繰り返す。

【００２８】（製造方法の説明）まず、図３に示す感光
ドラム１を下記のようにして作成した。φ３０ｍｍ×３
５７．５ｍｍのアルミニウムシリンダーを支持体１ｂと
して、これにポリアミド樹脂（商品名アミランＣＭ８０
００、東レ（株）製）の５％メタノール溶液などを浸漬
法で塗布し、感光層１ａを作成するために０．５μｍ厚
程度の下引き層を形成した。

【００２９】また、化学式１の構造式で示されるジスア
ゾ顔料５重量部に、化学式２の構造式で示される樹脂２
重量部及びテトラヒドロフラン１５０重量部を、たとえ
ばφ１ｍｍガラスビーズを用いたサンドミル装置などに
よって約２０時間分散した。

【００３０】

【化１】

【００３１】

【化２】

【００３２】この分散液にシクロヘキサノン２００部を
加えて調製した塗布液を、図示しない下引き層上に浸漬
塗布して電荷発生層を形成した。

【００３３】つぎに、化学式３の構造式で示されるトリ
フェニルアミン化合物６．７重量部、化学式３の構造式
で示されるスチリル化合物２．８部及び化学式５の構造
式で示される数平均分子量４万のポリカーボネート樹脂
１０重量部を、クロロベンゼン３０重量部及びジクロロ
メタン２０重量部に溶解し、塗布液を調製した。この塗
布液を電荷発生層上に浸漬塗布して、３０μｍ厚程度の
電荷輸送層を形成することによって感光層１ａを設けて
感光ドラム１を製造した。

【００３４】

【化３】

【００３５】

【化４】

【００３６】

【化５】

【００３７】つぎに、図３に示す帯電ローラ２を以下の
ようにして製造した。まず、それぞれ径方向の厚みが８
ｍｍ程度のステンレス製芯金２ｃと導電性ＥＰＤＭゴム
２ｂとを一体成形して、外径が１６ｍｍ程度の導電性ロ
ーラを作成した。さらに、この表面に、メチロール化ナ
イロンをメタノールに溶解した塗料を用いてディッピン
グした後乾燥して表面層２ａを設け、感光ドラム１に接
触する接触帯電部材である帯電ローラ２を製造した。

【００３８】つぎに、図２に示したプロセスカートリッ
ジ枠体１６を、ポリカーボネート樹脂で作成した。そし
て、プロセスカートリッジ枠体１６に、帯電ローラ２、
感光ドラム１などを取り付けた。

【００３９】また、加熱溶解したウレタンプレポリマー
に硬化材である１，４−ブタンジオールとトリメチロー
ルプロパンとを混合し、予め板金を装着した金型に注型
して加熱硬化させ、切断して、たとえば幅１０ｍｍ、全
長３２０ｍｍ、先端厚み１．２ｍｍのポリウレタン製の
クリーニングブレード１２ａを製造して、プロセスカー
トリッジ枠体１６に取り付けた。

【００４０】さらに、プロセスカートリッジ枠体１６に
は、掻き取ったトナーを回収するためのマイラーフィル
ムを貼り、掻き取ったトナーを廃トナー容器に搬送する
スクリュー１２ｂを取り付けた。こうして、図２に示す
プロセスカートリッジを完成させた。

【００４１】つぎに、図２に示すプロセスカートリッジ
を、キヤノン製複写機ＧＰ４０５（商品名）などのよう
に、本体にプロセスカートリッジが着脱可能な画像形成
装置に取り付けて以下のように駆動した。

【００４２】（駆動方法の説明）表１は、図１に示す画
像形成装置を、プロセススピードＶｐを１００［ｍｍ／
ｓｅｃ］として連続５万枚の耐久性試験を行った試験結
果を示す表である。

【００４３】なお、以下、各表における「プロセススピ
ード」は制御手段１３によって制御される感光ドラム１
の表面の回転速度、「周波数」は帯電ローラ２に印加す
る電圧の周波数、交流電流は制御手段１３によって「帯
電ローラ２」に供給される電流、「直流電圧」は制御手
段１３によって印加される電圧、「帯電ローラの汚れ」
はトナーの外添剤がブレード１２ａからすり抜けて帯電
ローラ２に付着して発生するもので、均一に汚れている
状態のものを○、不均一にムラ状になっているものを
△、不均一でかつ汚れの多いものを×で示している。

【００４４】また、「画像」は、黒スジ、ムラが無いも
のを○、軽微な黒スジ、ムラがあるものを△、白地にカ
ブリ、黒スジを生じたものを×で示している。「感光層
磨耗量」は感光ドラム１の感光層の磨耗量を意味するも
のとする。

【００４５】

【表１】

【００４６】表１に示すように、プロセススピードＶｐ
［ｍｍ／ｓｅｃ］と帯電周波数ｆ［Ｈｚ］との関係が、 １０≦ｆ／Ｖｐ≦１５ の場合には、感光ドラム１に残る転写残りのトナーが帯
電ローラ２に付着することを防止することができたの
で、それに伴って良好な画像が得られた。

【００４７】すなわち、プロセススピードＶｐと帯電周
波数ｆとを、上記の数式を満たすように制御することに
よって、帯電ローラ２に印加する電圧の交流成分によっ
て感光ドラム１に生じる振動と、クリーニングブレード
１２ａと感光ドラム１との間で生じるstick-slip振動と
を最適の関係として、帯電ローラ２に汚れが付着しない
ようにしている。

【００４８】これは、帯電ローラ２に印加する交流成分
の周波数によっては、感光ドラム１の振動が大きくなる
ので、ブレード１２ａでトナー、特にトナーの外添剤が
うまくクリーニングできないためであると考えられる。

【００４９】［実施形態２］表２は、図１に示す画像形
成装置を、プロセススピードＶｐを１５０［ｍｍ／ｓｅ
ｃ］として連続５万枚の耐久性試験を行った試験結果を
示す表である。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２に示すように、プロセススピードＶｐ
［ｍｍ／ｓｅｃ］と帯電周波数ｆ［Ｈｚ］との関係が、 １２．５≦ｆ／Ｖｐ≦１５ の場合には、感光ドラム１に残る転写残りのトナーが帯
電ローラ２に付着することを防止することができるの
で、それに伴って良好な画像が得られた。

【００５２】［実施形態３］表３は、図１に示す画像形
成装置を、プロセススピードを２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］
として連続５万枚の耐久性試験を行った試験結果を示す
表である。

【００５３】

【表３】

【００５４】表３に示すように、プロセススピードＶｐ
［ｍｍ／ｓｅｃ］と帯電周波数ｆ［Ｈｚ］との関係が、 １０≦ｆ／Ｖｐ≦１５ の場合には、感光ドラム１に残る転写残りのトナーが帯
電ローラ２に付着することを防止することができるの
で、それに伴って良好な画像が得られた。

【００５５】ただし、本実施形態では、プロセススピー
ドＶｐを２５０［ｍｍ／ｓｅｃ］としたが、この条件で
は、感光層の磨耗量が増加することにより、残っている
感光層の膜厚（CT膜厚）が１０μｍを下回ると、ＡＣを
重畳した接触帯電方式では、残感光層膜厚帯電不良によ
るカブリが発生、帯電ローラ端部の削れによる帯電ムラ
等が生じた。このため、プロセススピードＶｐは、２５
０［ｍｍ／ｓｅｃ］を上限としたほうがよいということ
が分かった。

【００５６】［実施形態４］表４は、図１に示す画像形
成装置を、プロセススピードを１００［ｍｍ／ｓｅｃ］
として連続５万枚の耐久性試験を行った試験結果を示す
表である。なお、本実施形態では、感光ドラム１の電荷
輸送層の厚さをそれぞれ２２，２４，２６，２８［μ
ｍ］に変更している。

【００５７】

【表４】

【００５８】表４に示すように、電荷輸送層の厚さを２
６［μｍ］、２８［μｍ］にしたときに、感光ドラム１
に、絶縁破壊によるピンホールリークが発生しなかっ
た。また、感光層が厚い方が、単位膜厚辺りの帯電電流
量が少ないので感光層の磨耗量が少なくなり、感光ドラ
ム１の耐久性が向上した。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、除去手
段によってトナーを除去する際に、像担持体に振動が生
じないように帯電部材に印加する電圧の交流成分の周波
数を制御するので、帯電部材に転写残りのトナーが付着
するのを防止することにより、帯電不良による電位低
下、画像ムラなどが生じないようにすることができる。

【００６０】また、本発明は、制御手段によって像担持
体のプロセススピードの上限を決定しているため、像担
持体の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の画像形成装置の構成を示す
断面図である。

【図２】図１の画像形成装置のプロセスカートリッジの
断面図である。

【図３】図２のプロセスカートリッジの感光ドラム及び
帯電ローラの断面図である。

【符号の説明】

１ 感光ドラム １ａ 感光層 １ｂ 支持体 ２ 接触帯電部材 ２ａ 表面層 ２ｂ 導電性ゴム ２ｃ 芯金 ３ レーザースキャナ ４ 現像器 ５ カセット ６ 給紙ローラ ７ タイミングローラ ８ 転写ローラ ９ 定着器 １０ 排紙ローラ １１ 排紙トレイ １２ クリーナ １２ａ クリーニングブレード １２ｂ スクリュー １３ 制御手段 １６ プロセスカートリッジ枠体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０３Ｇ 21/14 Ｇ０３Ｇ 21/00 ３７２ ２Ｈ０７１ Ｆターム(参考） 2H003 AA00 BB11 CC04 CC05 DD03 2H027 EA09 EA18 ED02 ZA01 2H034 AA06 BF03 CA02 2H035 CA07 CB02 CD14 CG01 CZ00 2H068 AA35 FC01 FC15 2H071 BA04 BA13 DA06 DA13 DA15 EA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体に現像された像を転写材に転写
   した後に、像担持体に残ったトナーを除去手段によって
   除去するとともに、次の像を像担持体に現像するために
   帯電部材に電圧を印加する画像形成装置において、 前記除去手段によって前記トナーを除去する際に、前記
   像担持体に振動が生じないように前記帯電部材に印加す
   る電圧の交流成分の周波数を制御する制御手段を備える
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記電圧の交流成分の
   周波数をｆ［Ｈｚ］、前記像担持体のプロセススピード
   をＶｐ［ｍｍ／ｓｅｃ］としたときに、 １０≦ｆ／Ｖｐ≦１５ を満たすように制御していることを特徴とする請求項１
   に記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記プロセススピード
   Ｖｐ［ｍｍ／ｓｅｃ］が、 Ｖｐ≦２５０ を満たすように制御していることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記像担持体は、電荷を発生する電荷発
   生層と発生した前記電荷を像担持体の表面に輸送する電
   荷輸送層とを順次積層してなる感光ドラムであって、 前記電荷輸送層の厚さを２６μｍ以上としていることを
   特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の画像
   形成装置。
5. 【請求項５】 前記像担持体と、前記帯電部材と、前記
   除去手段とを画像形成装置本体に対して着脱可能なプロ
   セスカートリッジに備えることを特徴とする請求項１か
   ら４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の画像形成装置に着脱可
   能なプロセスカートリッジ。