JP2004077680A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】未転写トナーによる帯電部の汚れがなく、未転写トナーがストレスを受けることなく現像部にて回収されて、高い画像品質を維持できる現像同時クリーニング方式の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】像担持体２と、像担持体２を帯電する帯電部３と、像担持体２上の潜像を現像するとともに像担持体２上の未転写トナーを回収する現像部５とを備える。そして、像担持体２と帯電部３との間に間隙Ｇを設ける。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を利用した画像形成装置と、その画像形成装置に設置されるプロセスカートリッジとに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エコロジー、感光体ドラムの高寿命化、装置本体の小型化、トナーのリサイクル化等の観点から、廃トナーの生じない現像同時クリーニング方式（クリーナレス方式）の画像形成装置が盛んに開発されている（例えば、特開平１１−３３８２７５号公報参照。）。
【０００３】
すなわち、現像同時クリーニング方式の画像形成装置は、作像プロセスにおける転写工程後に感光体ドラム表面に残存する未転写トナーを機械的に掻き落として捕集するクリーニング部を設けずに、感光体ドラム上の静電潜像を現像する現像部にて未転写トナーの捕集をおこなうものである。
【０００４】
ここで、従前のクリーニング部は、クリーニングブレードを直接的に感光体ドラムに当接させて、感光体ドラム上の未転写トナーを回収している。
これに対して、現像同時クリーニング方式の画像形成装置は、そのようなクリーニング部を備えないために、感光体ドラム表面の感光層がクリーニングブレードによって磨耗することがない。また、クリーニング部を設けない分だけ、画像形成装置本体の大きさを小型化できる。さらに、廃トナーが生じないために、エエコロジーを配慮した装置を提供できる。
【０００５】
一方、従来より、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物の発生が少なく、印加電圧が低く省電力化され、電気絶縁の設計が容易な帯電部として、ワイヤを用いた帯電部ではなくて、感光体ドラムに当接させる帯電ローラが用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の現像同時クリーニング方式の画像形成装置は、エコロジーを配慮した装置であることから、帯電部として上述の長所を有する帯電ローラを採用することが考えられている。
しかし、このような帯電ローラを備えた現像同時クリーニング方式の画像形成装置は、経時において画像品質が劣化する可能性があった。
【０００７】
詳しくは、現像同時クリーニング方式の画像形成装置において、転写部で被転写材に転写されなかった未転写トナーは、感光体ドラム上に残存したまま、帯電ローラに達することになる。
このとき、帯電ローラは感光体ドラムに当接しているために、帯電ローラに達した未転写トナーは、徐々に帯電ローラを汚すとともに、帯電ローラからストレスを受けて現像部に達する。
【０００８】
このように帯電ローラが未転写トナーによって汚れると、感光体ドラム表面が均一に帯電されなくなり、スジ画像等の異常画像が発生することになる。
また、帯電ローラによりストレスを受けたトナーは、変形して特性が変化する場合がある。そして、特性の変化したトナーが現像部で回収された後にリサイクルされると、トナーの帯電不良等による異常画像が発生することになる。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、未転写トナーによる帯電部の汚れがなく、未転写トナーがストレスを受けることなく現像部にて回収されて、高い画像品質を維持できる現像同時クリーニング方式の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することにある。
【００１０】
なお、特開２００１−２４９５２５号公報等では、クリーニング部を備えた画像形成装置において、帯電ローラを感光体ドラムから離して配設する技術が開示されている。しかし、この技術は、帯電ローラ及び感光体ドラムの寿命を向上することを課題とするものであり、本発明の上述の課題とは異なるものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１記載の発明にかかる画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電部と、前記像担持体上の潜像を現像するとともに、前記像担持体上の未転写トナーを回収する現像部とを備え、前記像担持体と前記帯電部との間に間隙を設けたものである。
【００１２】
また、請求項２記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１記載の発明において、前記帯電部を、帯電ローラとしたものである。
【００１３】
また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項２に記載の発明において、前記帯電ローラは、軸方向の両端部に突出部を備え、前記帯電ローラの前記突出部を前記像担持体に当接させて、前記間隙を設けたものである。
【００１４】
また、請求項４記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項３に記載の発明において、前記帯電ローラは、回転可能に形成され、前記突出部は、前記帯電ローラに周設されたものである。
【００１５】
また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項３又は請求項４に記載の発明において、前記突出部は、少なくとも前記像担持体との当接部が絶縁材料からなるものである。
【００１６】
また、請求項６記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項３〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記帯電ローラを前記像担持体に対して相対的に加圧する加圧部をさらに備えたものである。
【００１７】
また、請求項７記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項２〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記帯電ローラは、複数の層からなり、前記複数の層のうち表面層が、電子伝導性を有する材料からなるものである。
【００１８】
また、請求項８記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項７に記載の発明において、前記表面層は、前記複数の層のうち前記表面層以外の層の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有するものである。
【００１９】
また、請求項９記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項８のいずれかに記載の発明において、前記間隙を、０より大きく、１００μｍ以下としたものである。
【００２０】
また、請求項１０記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項９に記載の発明において、前記現像部は、トナーを収納し、前記間隙を、前記トナーの粒径よりも大きくしたものである。
【００２１】
また、請求項１１記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１０に記載の発明において、前記現像部は、キャリアをさらに収納し、前記間隙を、前記キャリアの粒径よりも大きくしたものである。
【００２２】
また、請求項１２記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の発明において、前記帯電部は、直流電圧に交流電圧が重畳して印加されるものである。
【００２３】
また、請求項１３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１２に記載の発明において、前記交流電圧は、直流電圧のみを印加したときの帯電開始電圧の２倍以上の大きさからなるピーク間電圧を有するものである。
【００２４】
また、請求項１４記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の発明において、前記現像部は、トナーを収納し、前記トナーは、円形度が０．９６〜１としたものである。
【００２５】
また、請求項１５記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の発明において、前記像担持体は、アモルファスシリコンからなるものである。
【００２６】
また、請求項１６記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の発明において、前記像担持体を、表層を硬化するためのフィラーを分散した有機感光体としたものである。
【００２７】
また、請求項１７記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の発明において、前記像担持体上に形成された可視像が転写され、当該可視像を担持する中間転写部と、前記中間転写部に担持された前記可視像を被転写材に転写する転写部とをさらに備えたものである。
【００２８】
また、この発明の請求項１８記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電部と、前記像担持体上の潜像を現像するとともに、前記像担持体上の未転写トナーを回収する現像部とを備え、前記像担持体と前記帯電部との間に間隙を設けたものである。
【００２９】
また、請求項１９記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１８記載の発明において、前記帯電部を、帯電ローラとしたものである。
【００３０】
また、請求項２０記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１９に記載の発明において、前記帯電ローラは、軸方向の両端部に突出部を備え、前記帯電ローラの前記突出部を前記像担持体に当接させて、前記間隙を設けたものである。
【００３１】
また、請求項２１記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２０に記載の発明において、前記帯電ローラは、回転可能に形成され、前記突出部は、前記帯電ローラに周設されたものである。
【００３２】
また、請求項２２記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２０又は請求項２１に記載の発明において、前記突出部は、少なくとも前記像担持体との当接部が絶縁材料からなるものである。
【００３３】
また、請求項２３記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２０〜請求項２２のいずれかに記載の発明において、前記帯電ローラを前記像担持体に対して相対的に加圧する加圧部をさらに備えたものである。
【００３４】
また、請求項２４記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１９〜請求項２３のいずれかに記載の発明において、前記帯電ローラは、複数の層からなり、前記複数の層のうち表面層が、電子伝導性を有する材料からなるものである。
【００３５】
また、請求項２５記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２４に記載の発明において、前記表面層は、前記複数の層のうち前記表面層以外の層の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有するものである。
【００３６】
また、請求項２６記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１８〜請求項２５のいずれかに記載の発明において、前記間隙を、０より大きく、１００μｍ以下としたものである。
【００３７】
また、請求項２７記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２６に記載の発明において、前記現像部は、トナーを収納し、前記間隙を、前記トナーの粒径よりも大きくしたものである。
【００３８】
また、請求項２８記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２７に記載の発明において、前記現像部は、キャリアをさらに収納し、前記間隙を、前記キャリアの粒径よりも大きくしたものである。
【００３９】
また、請求項２９記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１８〜請求項２８のいずれかに記載の発明において、前記帯電部は、直流電圧に交流電圧が重畳して印加されるものである。
【００４０】
また、請求項３０記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項２９に記載の発明において、前記交流電圧は、直流電圧のみを印加したときの帯電開始電圧の２倍以上の大きさからなるピーク間電圧を有するものである。
【００４１】
また、請求項３１記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１７〜請求項３０のいずれかに記載の発明において、前記現像部は、トナーを収納し、前記トナーは、円形度が０．９６〜１としたものである。
【００４２】
また、請求項３２記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１８〜請求項３１のいずれかに記載の発明において、前記像担持体は、アモルファスシリコンからなるものである。
【００４３】
また、請求項３３記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、上記請求項１８〜請求項３２のいずれかに記載の発明において、前記像担持体を、表層を硬化するためのフィラーを分散した有機感光体としたものである。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００４５】
実施の形態１．
図１〜図７にて、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
まず、図１にて、画像形成装置全体の構成・動作について、簡単に説明する。図１は、実施の形態１におけるタンデム式のカラー画像形成装置の要部を示す構成図である。
【００４６】
図１に示すように、画像形成装置には、４つの作像部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋが、中間転写部としての中間転写ベルト６に対して並列するように配置されている。
詳しくは、４つの作像部Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋでは、感光体ドラム２上に、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのトナー像が形成される。また、像担持体としての各感光体ドラム２の周りには、感光体ドラム２上を帯電する帯電部としての帯電ローラ３と、感光体ドラム２上に静電潜像を形成する書込部４と、感光体ドラム２上の静電潜像を現像するとともに未転写トナーを回収する現像部５とが、配設されている。
ここで、後で詳しく述べるが、感光体ドラム２と帯電ローラ３との間には、所定の間隙Ｇ（ギャップ）が設けられている。
【００４７】
また、画像形成装置には、その他に、記録紙等の被転写材Ｐが収納された給紙部（不図示である。）や、各感光体ドラム２上で作成された４色のトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト６や、中間転写ベルト６上のカラートナー像を被転写材Ｐに転写するための転写部７や、被転写材Ｐ上のトナー像を定着する定着部（不図示である。）等が配設されている。
【００４８】
以上のように構成された画像形成装置は、次のように動作する。
図１を参照して、各感光体ドラム２は、時計方向に回転する。そして、まず、感光体ドラム２の表面が、帯電ローラ３との対向部で帯電される。次に、感光体ドラム２表面は、書込部４との対向部に達する。そして、書込部４から、原稿等の画像情報に基づいた各色の画像情報が、レーザ光等の露光光として、各感光体ドラム２上にそれぞれ照射される。
これにより、各感光体ドラム２では、書込部４からの露光光に基づいた潜像が形成される。
【００４９】
その後、感光体ドラム２表面は、現像部５の現像ローラ５ａとの対向部に達する。ここで、各現像部５には、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックに対応したトナーが収納されている。そして、これらの各色のトナーが、現像部５から、感光体ドラム２上の潜像に供給される。こうして、各感光体ドラム２上には、各色の可視像（トナー像）が形成される。
詳しくは、図中の右から１番目の感光体ドラム２上ではイエローのトナー像が形成され、右から２番目の感光体ドラム２上ではマゼンタのトナー像が形成され、右から３番目の感光体ドラム２上ではシアンのトナー像が形成され、右から４番目の感光体ドラム２上ではブラック（黒色）のトナー像が形成される。
【００５０】
その後、感光体ドラム２表面は、中間転写ベルト６との対向部に達する。そして、各感光体ドラム２上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト６上に順次転写される。
詳しくは、２つのローラ６ａ、６ｂに張架支持された無端の中間転写ベルト６は、図中の矢印方向に走行する。そして、中間転写ベルト６に各色のトナー像を重ねて１つのフルカラーのトナー像を形成するように、図中の右側の感光体ドラム２から順次トナー像が転写される。
【００５１】
なお、中間転写ベルト６への各トナー像の転写は、中間転写ベルトを介して各感光体ベルト６と対向するように配設された不図示の中間転写ローラによっておこなわれる。詳しくは、各中間転写ローラにて、各感光体ドラム２上に付着するトナーの極性とは逆の極性の電圧を中間転写ベルト６に印加して、上述の転写工程をなす。
【００５２】
その後、中間転写ベルト６上に重ねて形成されたカラーの可視像は、中間転写ベルト６の矢印方向の走行によって、転写部７との対向部に達する。そして、この位置で、レジストローラ対８によってタイミングを合わせて搬送されてきた被転写材Ｐ上に、可視像が転写される。
【００５３】
ここで、転写部７に搬送される被転写材Ｐは、複数の被転写材Ｐを収納する給紙部から給送されたものである。
そして、転写部７にてカラートナー像が転写された後の被転写材Ｐは、さらに不図示の定着部に搬送される。そして、定着部に達した被転写材Ｐは、熱と圧力とにより、トナー像が定着される。そして、トナー像が定着された被転写材Ｐは、その後に画像形成装置外に排出される。
こうして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。
【００５４】
一方、中間転写ベルト６との対向部を通過した後の感光体ドラム２上には、中間転写ベルト６に転写されなかった未転写トナーが残存する。
そして、未転写トナーが付着した感光体ドラム２表面は、帯電ローラ３との対向部に達する。このとき、感光体ドラム２上の未転写トナーは、帯電ローラ３による帯電電位によって、チャージアップされる。その後、未転写トナーは、帯電ローラ３との間隙Ｇをすり抜けて、書込部４を通過した後に現像部５との対向部に達する。そして、現像部５で、感光体ドラム２上の未転写トナーが回収される。
こうして、感光体ドラム２上における一連の作像プロセスが完了する。
【００５５】
次に、図２〜図４にて、図１の画像形成装置に設置される帯電ローラ３の構成・動作について詳述する。
図２は帯電ローラ３を示す概略断面図であり、図３は帯電ローラ３を示す概略斜視図である。また、図４は、帯電ローラ３の端部形状を示す概略正面図である。なお、図２及び図３における感光体ドラム２は、理解を容易とするために、その形状を平坦に図示している。
【００５６】
図２に示すように、帯電ローラ３は、主として、導電性基体としての芯軸３ｃと、芯軸３ｃ上に形成された複数の層３ａ、３ｂとからなる。
詳しくは、芯軸３ｃは、直径が８〜２０ｍｍの円筒部材であり、ステンレス鋼やアルミニウム等の金属材料や、体積抵抗値が１０^２Ω・ｃｍ以下の導電性樹脂等からなる。
また、芯軸３ｃの周りには、抵抗層３ｂ（下層）が設けられている。この抵抗層３ｂは、金属イオン錯体、カーボンブラック、イオン系分子等の導電性材料を、ＡＢＳ樹脂に練りこんだ高分子材料からなる。
【００５７】
さらに、抵抗層３ｂの周りには、表面層３ａが設けられている。この表面層３ａは、フッ素系樹脂にカーボンブラック等を混ぜた電子伝導性を有する材料からなる薄層であり、抵抗層３ｂよりも大きな電気抵抗を有している。
【００５８】
これにより、帯電ローラ３は、温湿度の環境変動が生じても感光体ドラム２に安定した帯電電位を与えることができる。
すなわち、表面層３ａは、電子伝導性を有するために、表面層３ａからの水分の出入りを抑えることができる。そのために帯電ローラ３の電気抵抗は、温湿度の環境変動によらず変動幅が少なくなり、帯電ローラ３の放電が安定する。
また、表面層３ａは、電気抵抗が大きいために、そこに電流経路が形成されにくく、空間における放電が均一化された状態になる。そのため、放電集中等の異常放電が発生しなくなる。
【００５９】
また、図３を参照して、帯電ローラ３の軸方向の両端部には、突出部１５が周設されている。詳しくは、図４に示すように、帯電ローラ３の両端部には溝部１８が形成されており、その溝部１８に丸形又は角形の絶縁性材料からなるリング部材が挿設されて突出部１５を形成する。
ここで、帯電ローラ３の突出部１５は、感光体ドラム２表面に当接している。これにより、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に、間隙Ｇが形成される。
なお、帯電ローラ３の両端部に設けられた突出部１５は、感光体ドラム２における非画像領域に当接される。具体的には、この画像形成装置にて通紙可能な被転写材の横幅（感光体ドラム２の軸方向に対応する長さである。）がＡ４横サイズであるとき、２つの突出部１５の間隔はＡ４横サイズより大きなものとなる。
【００６０】
ここで、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間隙Ｇは、１００μｍ以下に設定されている。さらには、間隙Ｇが、トナーの粒径より大きくなるように設定されている。
これにより、図１で説明した感光体ドラム２上の未転写トナーは、帯電ローラ３に直接触れることなく、その間隙Ｇを通過して現像部５に達することになる。したがって、未転写トナーにより帯電ローラ３が汚れて、感光体ドラム２が異常帯電されることが防止される。さらには、未転写トナーが帯電ローラ３から圧力を受けて、トナーの特性が変化することが防止される。
【００６１】
なお、間隙Ｇを設けることによる上述の効果を検証するための実験によれば、間隙Ｇを設けた画像形成装置においては、数千枚の被転写材に対して画像形成プロセスをおこなった後であっても、帯電ローラ３に汚れはなく、異常画像の発生もなかった。これに対して、帯電ローラ３を感光体ドラム２に当接して、その他の条件を同じにした画像形成装置においては、千枚の画像出力をおこなった後に、帯電ローラ３の汚れが発生した。さらに、５千枚の画像出力をおこなった後に、出力画像上に縦スジが現れた。
【００６２】
また、間隙Ｇの大きさと、画像形成プロセスによる出力画像との関係を検証する実験によれば、間隙Ｇを１２０μｍ以上に設定したときに、異常画像の発生が確認された。具体的には、上述の画像形成装置において、間隙Ｇの大きさを、３０〜１５０μｍの範囲で、２０μｍずつ６段階変化させて、画像品質を評価した。その結果、間隙Ｇが３０〜１００μｍの場合には異常画像の発生がなかったのに対して、間隙Ｇが１２０μｍの場合には出力画像に斑点状のムラがみられた。さらに、間隙Ｇが１５０μｍの場合には、１２０μｍの場合よりもさらにひどい斑点状ムラがみられた。
【００６３】
ここで、本実施の形態１では、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間隙Ｇを一定に保ち、さらにその間隙Ｇを未転写トナーが不具合なく通過するための種々の工夫がされている。
まず、帯電ローラ３は、感光体ドラム２の回転方向と逆方向（図１の反時計方向である。）に回転するように構成されている。これにより、感光体ドラム２上の未転写トナーは、間隙Ｇの通過が促進される。さらに別の効果としては、帯電ローラ３の周面の一部に欠陥がある場合であってもその欠陥による不具合を軽減することができるし、帯電ローラ３の周面のすべてを放電面として用いることができるので帯電ローラ３の寿命を向上することができる。
【００６４】
また、図３に示すように、帯電ローラ３の両端部には、圧縮スプリング等の加圧部１７が設置されていて、帯電ローラ３は感光体ドラム２に加圧されている。これにより、帯電ローラ３の突出部１５と、感光体ドラム２との密着力を上げて、その間に異物が入り込むのを防止できる。さらに、帯電ローラ３が回転しても、感光体ドラム２に対する帯電ローラ３の姿勢が維持されて、両部材の回転による間隙Ｇの変動を抑えられる。
【００６５】
また、未転写トナーが間隙Ｇを容易に通過できるように、間隙Ｇの大きさは、現像部５に収納されるトナーの粒径よりも大きく設定されている。
さらに、現像部５に収納されるトナーとして、円形度が０．９６〜１のものを用いている。このように、真の球形に近いトナーは、微小の間隙Ｇを引っかかることなく通過するとともに、中間転写ベルト６への転写率が高く未転写トナーの発生自体を抑止する。
【００６６】
なお、本実施の形態１では、現像部５に１成分現像剤（トナーのみで構成される現像剤である。）が収納されている。これに対して、２成分現像剤（トナーとキャリアとで構成される現像剤である。）を現像部５に用いる場合には、上述の間隙Ｇを、キャリアの粒径より大きくすることが好ましい。すなわち、２成分現像剤を用いた作像プロセスにおいては、感光体ドラム２上に、少なからずキャリアが付着する。しかし、間隙Ｇがキャリア粒径よりも大きければ、キャリアが間隙Ｇを通過する際に、帯電ローラ３及び感光体ドラム２を傷つけることがない。
【００６７】
また、帯電ローラ３は、比較的硬度が高く、吸湿による膨張の少ない材料が用いられている。具体的には、湿度が２０〜８０％の範囲で変動しても、帯電ローラ３の軸方向にわたり、間隙Ｇの変動が少ない材料が好適である。これにより、環境変動による帯電特性の変動の少ない装置を提供することができる。さらに、帯電ローラ３の硬度を高くすることで、間隙Ｇを通過する未転写トナーによる帯電ローラ３の損傷も軽減できる。
【００６８】
また、未転写トナーが間隙Ｇを容易に通過できるようにするために、感光体ドラム２はアモルファスシリコンにて形成されている。アモルファスシリコンは、薄膜の形成や加工に優れているとともに、その表面の平滑性が高い材料である。そのために、間隙Ｇでの未転写トナーの通過性が向上する。
さらに、未転写トナーが間隙Ｇを通過することによる感光体ドラム２の磨耗を軽減するために、有機感光体としての感光体ドラム２の表層にフィラーを分散して表層の硬度を高くしている。
【００６９】
一方、図２及び図３を参照して、帯電ローラ３には、電源１０より、直流電圧ＤＣに交流電圧ＡＣを重畳した電圧が印加されている。さらに、帯電ローラ３に印加される交流電圧は、そのピーク間電圧Ｖｐｐが、帯電ローラ３に直流電圧のみを印加したときの帯電開始電圧に対して２倍以上の大きさとなるように設定されている。
これにより、帯電ローラ３の内部抵抗が不均一であっても、帯電ローラ３表面の電位を均一化でき、安定した放電をおこなうことができる。さらに、充分大きな交流電圧を帯電ローラ３に印加することで、帯電ローラ３の内部抵抗ムラや間隙Ｇの変動等によることなく、感光体ドラム２上の帯電電位が安定する。
【００７０】
上述の効果について、図５及び図６を参照して、詳述する。
図５は、帯電ローラ３に直流電圧のみを印加したときの、印加電圧と感光体ドラム２上の帯電電位との関係を示すものである。同図において、横軸は帯電ローラ３に印加される直流電圧Ｖｄｃを示し、縦軸は感光体ドラム２上の帯電電位を示す。また、図中の実線ＧＮは間隙Ｇを０にした場合（間隙がない場合である。）を示し、破線ＧＡは間隙Ｇを３０μｍにした場合を示し、一点鎖線ＧＢは間隙Ｇを５０μｍにした場合を示し、二点鎖線ＧＣは間隙Ｇを８０μｍにした場合を示す。なお、横軸と各グラフとの交点は、感光体ドラム２上を帯電するのに必要な最小印加電圧（帯電開始電圧Ｖｔｈ）である。
【００７１】
図５に示すように、間隙Ｇが大きくなると、帯電開始電圧Ｖｔｈは、所定の割合で増加する。また、間隙Ｇの大小に係わらず、印加電圧と帯電電位とには比例関係が成り立つ。これらは、２つの電極間のギャップを変化させたときの放電開始電圧、印加電圧、帯電電位の関係を示すパッシェンの法則に準ずるものである。
このことから、帯電ローラ３に直流電圧のみを印加した場合には、帯電ローラ３の偏心等により帯電ローラ３と感光体ドラム２との間隙Ｇに変動が生じると、感光体ドラム２上の帯電電位が不安定になることがわかる。
【００７２】
一方、図６は、帯電ローラ３に対して直流電圧に交流電圧を重畳して印加したときの、印加電圧と感光体ドラム２上の帯電電位との関係を示すものである。同図において、横軸は帯電ローラ３に印加される交流電圧のピーク間電圧Ｖｐｐ（サイン波形の最大値である。）を示し、縦軸は感光体ドラム２上の帯電電位を示す。また、図中の実線ＧＮは間隙Ｇを０にした場合を示し、破線ＧＡは間隙Ｇを３０μｍにした場合を示し、一点鎖線ＧＢは間隙Ｇを５０μｍにした場合を示し、二点鎖線ＧＣは間隙Ｇを８０μｍにした場合を示す。
【００７３】
図６に示すように、図５と同様に、間隙Ｇが大きくなると、グラフは右方向にシフトする。また、間隙Ｇの大小に係わらず、ピーク間電圧Ｖｐｐと帯電電位とには、ある領域で比例関係が成り立つ。さらに、ピーク間電圧Ｖｐｐが充分に大きい領域では帯電電位が一定の値になり（図中にてグラフが横軸に平行となる領域である。）、ピーク間電圧Ｖｐｐが変動しても帯電電位は変化しない。この帯電電位が安定するときのピーク間電圧Ｖｐｐは、図８における帯電開始電圧Ｖｔｈの２倍以上の大きさとなる。
このことから、帯電ローラ３に対して、直流電圧に充分大きなピーク間電圧Ｖｐｐを有する交流電圧を重畳して印加することにより、帯電ローラ３の偏心等により帯電ローラ３と感光体ドラム２との間隙Ｇに変動が生じても、感光体ドラム２上の帯電電位が安定することがわかる。
【００７４】
次に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）にて、帯電ローラ３の両端部に設置した突出部１５に、未転写トナーが固着した場合の不具合について述べる。
図７（Ａ）は、図２及び図３にて説明した絶縁材料からなる突出部１５を有する帯電ローラ３において、帯電ローラ３に流れる電流を測定した電流波形図である。これに対して、図７（Ｂ）は、カーボンを含有する熱収縮チューブ等の導電性材料で突出部を形成した帯電ローラにおいて、帯電ローラに流れる電流を測定した電流波形図である。
【００７５】
ここで、帯電ローラに流れる電流は、どちらも、数万枚の画像出力をおこなった後に測定したものである。
このとき、突出部１５を絶縁材料にて形成した場合には、数万枚の画像出力をおこなった後であっても、突出部１５にトナーが固着することがない。そして、図７（Ａ）に示すように、そのときに帯電ローラ３に流れる電流は、波形Ｗ１が安定したものである。
【００７６】
これに対して、突出部１５を導電性材料にて形成した場合には、数千枚の画像出力後に突出部１５にトナーが固着し始め、数万枚の画像出力後には突出部１５に多数のトナーが固着する。そして、図７（Ｂ）に示すように、そのときに帯電ローラ３に流れる電流は、波形Ｗ２が不安定なものになる。
このように突出部１５が導電性材料からなる場合、突出部１５が感光体ドラム２の非画像領域に当接したものであっても、主として画像領域に付着する未転写トナーが誘引されて、やがて突出部１５に固着する。そして、突出部１５にトナーが固着すると、それにより間隙Ｇが大きくなり、図７（Ｂ）に示すように帯電ローラ３に流れる電流が安定せずに、ストリーマ放電等の異常放電が発生する。
【００７７】
ここで、本実施の形態１における帯電ローラ３は、上述のごとく突出部１５を絶縁材料にて形成しているために、突出部１５へのトナー固着がなく、異常放電のない安定した放電がされることになる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態１のように構成された画像形成装置においては、未転写トナーによる帯電ローラ３の汚れがなく、未転写トナーがストレスを受けることなく現像部５にて回収されて、高い画像品質を維持できる現像同時クリーニング方式の画像形成装置を提供することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態１では、感光体ドラム２と転写部７との間に中間転写ベルト６を介在しているために、感光体ドラム２が直接的に被転写材Ｐに対向することはない。すなわち、感光体ドラム２に転写部７が対向する直接転写方式に比べて、感光体ドラム２に付着する被転写材Ｐの紙粉の量ははるかに少ない。したがって、現像部５内に紙粉が混入することによる画像への影響は、極めて少なくなる。
【００８０】
また、本実施の形態１では、画像形成装置における感光体ドラム２、帯電ローラ３、現像部５を、それぞれ、装置本体から単独で着脱可能なユニットとして構成した。
これに対して、感光体ドラム２と、帯電ローラ３と、現像部５とを、一体的なプロセスカートリッジとして構成することができる。すなわち、画像形成装置本体から着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、本実施の形態１と同様に、感光体ドラム２に対して帯電ローラ３を間隙Ｇを設けて設置することができる。
【００８１】
実施の形態２．
図８にて、この発明の実施の形態２について詳細に説明する。
図８は、実施の形態２における帯電ローラの端部形状を示す概略正面図であり、前記実施の形態１における図４に対応する図である。
本実施の形態２の帯電ローラ３は、突出部１５を形成するための端部形状のみが、前記実施の形態１と相違する。
【００８２】
図８に示すように、帯電ローラ３の両端部には、段差１９が設けられており、この段差に少なくとも周面部が絶縁材料からなるドーナツ状のキャップ部材が圧入される。ここで、このキャップ部材の外径は、帯電ローラ３の外径よりも大きく形成されていて、前記実施の形態１と同様に、感光体ドラム２との間に間隙Ｇを形成する。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、未転写トナーによる帯電ローラ３の汚れがなく、未転写トナーがストレスを受けることなく現像部５にて回収されて、高い画像品質を維持できる現像同時クリーニング方式の画像形成装置を提供することができる。
【００８４】
なお、前記各実施の形態で示した構成以外にも、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に間隙Ｇを設けることができる。例えば、帯電ローラ３の両端部に溝部や段部を設けることなく、周面にポリエチレンテレフタレートからなるフィルムを巻きつけて間隙Ｇを形成してもよいし、周面に熱収縮チューブを設置した後に熱を加えてチューブを収縮させてその厚さ分の間隙Ｇを形成してもよい。さらには、帯電ローラ３の芯軸両端と、感光体ドラム２の回転軸両端とを、それぞれ位置決め用の側板にて支持することで、帯電ローラ３に突出部１５を設けることなく、両部材の間隙Ｇを形成することもできる。
【００８５】
実施の形態３．
図９にて、この発明の実施の形態３について詳細に説明する。
図９は、実施の形態３におけるカラー画像形成装置の要部を示す構成図である。
本実施の形態３の画像形成装置は、作像プロセスの方式にリボルバ式を用いている点が、タンデム式を用いている前記実施の形態１と相違する。
【００８６】
図９に示すように、画像形成装置には、１つの感光体ドラム２が、中間転写ベルト６に対向して配置されている。そして、感光体ドラム２の周りには、帯電ローラ３と、書込部４と、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色に対応した４つの現像部５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋとが配置されている。
【００８７】
ここで、４つの現像部５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋは、それぞれ、感光体ドラム２に対して接離自在に移動して、感光体ドラム２上に各色のトナー像を順次形成する。
具体的には、感光体ドラム２上にシアンのトナー像を形成する場合には、シアンのトナーを収納する現像部５Ｃが感光体ドラム２に近接するように移動する。これに対して、その他の現像部５Ｍ、５Ｙ、５Ｋは、感光体ドラム２から離れるように移動する。そして、感光体ドラム２上で形成された各色のトナー像が、順次、中間転写ベルト６上に重ねて転写されることになる。
ここで、前記実施の形態１と同様に、感光体ドラム２と帯電ローラ３との間には、所定の間隙Ｇが設けられている。
【００８８】
以上のように構成された画像形成装置は、次のように動作する。
図９を参照して、感光体ドラム２は、図中の矢印方向に回転する。そして、まず、感光体ドラム２の表面が、帯電ローラ３との対向部で帯電される。次に、感光体ドラム２表面は、書込部４との対向部に達する。そして、書込部４にて、感光体ドラム２上に潜像が形成される。
【００８９】
その後、感光体ドラム２表面は、４つの現像部５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋのうちの１つの現像部との対向部に達する。そして、対応する色のトナーが、現像部から、感光体ドラム２上の潜像に供給される。こうして、感光体ドラム２上には、１色の可視像が形成される。
【００９０】
その後、感光体ドラム２表面は、中間転写ベルト６との対向部に達する。そして、感光体ドラム２上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト６上に転写される。
詳しくは、３つのローラ６ａ、６ｂ、６ｃに張架支持された無端の中間転写ベルト６は、図中の矢印方向に走行する。そして、４つの現像部５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋを順次移動して感光体ドラム２に形成したトナー像を、中間転写ベルト６上に重ねて転写する。
【００９１】
その後、中間転写ベルト６上に重ねて形成されたカラーの可視像は、中間転写ベルト６の矢印方向の走行によって、転写部７との対向部に達する。そして、この位置で、搬送されてきた被転写材Ｐ上に、可視像が転写される。
【００９２】
ここで、転写部７に搬送される被転写材Ｐは、前記実施の形態１と同様に、給紙部から給送されたものである。
そして、転写部７にてカラートナー像が転写された後の被転写材Ｐは、前記実施の形態１と同様に、定着部を通過した後に画像形成装置外に排出される。
こうして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。
【００９３】
一方、中間転写ベルト６との対向部を通過した後の、未転写トナーが付着した感光体ドラム２表面は、帯電ローラ３との対向部に達する。このとき、感光体ドラム２上の未転写トナーは、帯電ローラ３による帯電電位によって、チャージアップされる。その後、未転写トナーは、帯電ローラ３との間隙Ｇをすり抜けて、書込部４を通過した後に対応する現像部５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋの対向部に達する。そして、対応する現像部５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ内に、感光体ドラム２上の未転写トナーが回収される。
こうして、感光体ドラム２上における一連の作像プロセスが完了する。
【００９４】
以上説明したように、本実施の形態３においても、前記各実施の形態と同様に、未転写トナーによる帯電ローラ３の汚れがなく、未転写トナーがストレスを受けることなく現像部５にて回収されて、高い画像品質を維持できる現像同時クリーニング方式の画像形成装置を提供することができる。
【００９５】
特に、本実施の形態３のようなリボルバ式のカラー画像形成装置においては、帯電ローラ３にある色のトナーが付着すると、そのトナーが別の色の現像部内にに回収されて、その現像部内にてトナーの混色が発生することになる。したがって、本実施の形態３では、リボルバ式カラー画像形成装置における混色が防止されるという効果もある。
【００９６】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態の中で示唆した以外にも、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記各実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、未転写トナーによる帯電部の汚れがなく、未転写トナーがストレスを受けることなく現像部にて回収されて、高い画像品質を維持できる現像同時クリーニング方式の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における画像形成装置の要部を示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置における帯電部を示す概略断面図である。
【図３】図１の画像形成装置における帯電部を示す概略斜視図である。
【図４】図２及び図３の帯電部における端部形状を示す概略正面図である。
【図５】直流電圧のみを印加したときの、印加電圧と帯電電位との関係を示すグラフである。
【図６】直流電圧に交流電圧を重畳して印加したときの、印加電圧と帯電電位との関係を示すグラフである。
【図７】帯電部の突出部にトナーが、（Ａ）固着していないときの電流波形図と、（Ｂ）固着しているときの電流波形図とである。
【図８】この発明の実施の形態２における画像形成装置の帯電部を示す概略正面図である。
【図９】この発明の実施の形態３における画像形成装置の要部を示す構成図である。
【符号の説明】
２　感光体ドラム（像担持体）、　３　帯電ローラ（帯電部）、
３ａ　表面層、　３ｂ　抵抗層（下層）、　３ｃ　芯軸（基体）、
４　書込部、　５、５Ｃ、５Ｍ、５Ｙ、５Ｋ　現像部、
６　中間転写ベルト（中間転写部）、　６ａ〜６ｃ　ローラ、
７　転写部、　８　レジストローラ対、　１０　電源、
１５　突出部、　１７　加圧部、　１８　溝部、　１９　段部、
Ｇ　間隙（ギャップ）、　Ｐ　被転写材。

Claims (33)

1. 像担持体と、
   前記像担持体を帯電する帯電部と、
   前記像担持体上の潜像を現像するとともに、前記像担持体上の未転写トナーを回収する現像部とを備え、
   前記像担持体と前記帯電部との間に間隙を設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電部は、帯電ローラ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。
3. 前記帯電ローラは、軸方向の両端部に突出部を備え、
   前記帯電ローラの前記突出部を前記像担持体に当接させて、前記間隙を設けたことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記帯電ローラは、回転可能に形成され、
   前記突出部は、前記帯電ローラに周設されたことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記突出部は、少なくとも前記像担持体との当接部が絶縁材料からなることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記帯電ローラを前記像担持体に対して相対的に加圧する加圧部をさらに備えたことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
7. 前記帯電ローラは、複数の層からなり、
   前記複数の層のうち表面層が、電子伝導性を有する材料からなることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
8. 前記表面層は、前記複数の層のうち前記表面層以外の層の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記間隙は、０より大きく、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の画像形成装置。
10. 前記現像部は、トナーを収納し、
    前記間隙は、前記トナーの粒径よりも大きいことを特徴とする請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記現像部は、キャリアをさらに収納し、
    前記間隙は、前記キャリアの粒径よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の画像形成装置。
12. 前記帯電部は、直流電圧に交流電圧が重畳して印加されることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の画像形成装置。
13. 前記交流電圧は、直流電圧のみを印加したときの帯電開始電圧の２倍以上の大きさからなるピーク間電圧を有することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記現像部は、トナーを収納し、
    前記トナーは、円形度が０．９６〜１であることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の画像形成装置。
15. 前記像担持体は、アモルファスシリコンからなることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれかに記載の画像形成装置。
16. 前記像担持体は、表層を硬化するためのフィラーを分散した有機感光体であることを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれかに記載の画像形成装置。
17. 前記像担持体上に形成された可視像が転写され、当該可視像を担持する中間転写部と、
    前記中間転写部に担持された前記可視像を被転写材に転写する転写部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれかに記載の画像形成装置。
18. 像担持体と、
    前記像担持体を帯電する帯電部と、
    前記像担持体上の潜像を現像するとともに、前記像担持体上の未転写トナーを回収する現像部とを備え、
    前記像担持体と前記帯電部との間に間隙を設けたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
19. 前記帯電部は、帯電ローラであることを特徴とする請求項１８に記載のプロセスカートリッジ。
20. 前記帯電ローラは、軸方向の両端部に突出部を備え、
    前記帯電ローラの前記突出部を前記像担持体に当接させて、前記間隙を設けたことを特徴とする請求項１９に記載のプロセスカートリッジ。
21. 前記帯電ローラは、回転可能に形成され、
    前記突出部は、前記帯電ローラに周設されたことを特徴とする請求項２０に記載のプロセスカートリッジ。
22. 前記突出部は、少なくとも前記像担持体との当接部が絶縁材料からなることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のプロセスカートリッジ。
23. 前記帯電ローラを前記像担持体に対して相対的に加圧する加圧部をさらに備えたことを特徴とする請求項２０〜請求項２２のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
24. 前記帯電ローラは、複数の層からなり、
    前記複数の層のうち表面層が、電子伝導性を有する材料からなることを特徴とする請求項１９〜請求項２３のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
25. 前記表面層は、前記複数の層のうち前記表面層以外の層の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有することを特徴とする請求項２４に記載のプロセスカートリッジ。
26. 前記間隙は、０より大きく、１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１８〜請求項２５のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
27. 前記現像部は、トナーを収納し、
    前記間隙は、前記トナーの粒径よりも大きいことを特徴とする請求項２６に記載のプロセスカートリッジ。
28. 前記現像部は、キャリアをさらに収納し、
    前記間隙は、前記キャリアの粒径よりも大きいことを特徴とする請求項２７に記載のプロセスカートリッジ。
29. 前記帯電部は、直流電圧に交流電圧が重畳して印加されることを特徴とする請求項１８〜請求項２８のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
30. 前記交流電圧は、直流電圧のみを印加したときの帯電開始電圧の２倍以上の大きさからなるピーク間電圧を有することを特徴とする請求項２９に記載のプロセスカートリッジ。
31. 前記現像部は、トナーを収納し、
    前記トナーは、円形度が０．９６〜１であることを特徴とする請求項１７〜請求項３０のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
32. 前記像担持体は、アモルファスシリコンからなることを特徴とする請求項１８〜請求項３１のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
33. 前記像担持体は、表層を硬化するためのフィラーを分散した有機感光体であることを特徴とする請求項１８〜請求項３２のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。

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