JP2004145053A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】像担持体1の帯電手段が導電性粒子mを用いた接触注入帯電手段2である画像形成装置、さらにはクリーナーレスシステムである画像形成装置について、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体Pが高い頻度で通紙された場合においても、像担持体1の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体1と接触帯電部材2のニップ部nに介在する帯電促進粒子mの量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、記録媒体と像担持体が接触する領域外であり、かつ、像担持体の記録可能領域内である像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させること。
【選択図】図1
【解決手段】記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、記録媒体と像担持体が接触する領域外であり、かつ、像担持体の記録可能領域内である像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させること。
【選択図】図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。より詳しくは、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の帯電手段が導電性粒子を用いた接触注入帯電手段である画像形成装置、さらにはクリーナーレスシステムである画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体を所要の極性・電位に一様に帯電処理(除電処理も含む)する帯電装置としてはコロナ帯電器(コロナ放電器)がよく使用されていた。
【0003】
コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であり、ワイヤ電極等の放電電極と該放電電極を囲むシールド電極を備え、放電開口部を被帯電体である像担持体に対向させて非接触に配設し、放電電極とシールド電極に高圧を印加することにより生じる放電電流(コロナシャワー)に像担持体面をさらすことで像担持体面を所定に帯電させるものである。
【0004】
近時は、中低速機種の画像形成装置にあっては、像担持体等の被帯電体の帯電装置として、コロナ帯電器に比べて低オゾン・低電力等の利点があることから接触帯電装置が多く提案され、また実用化されている。
【0005】
接触帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ローラ型(帯電ローラ)、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材(接触帯電部材・接触帯電器)を接触させ、この接触帯電部材に所定の帯電バイアスを印加して被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【0006】
更に最近、より低オゾン・低電力を図るべく、接触帯電部材と像担持体とにより形成されるニップ部に帯電促進粒子を介在させることにより接触注入帯電を行なう方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する感光体表面電位分のみであり、オゾンの発生もない。
【0008】
また、従来の転写方式の画像形成装置においては、転写後の感光体(像担持体)に残存する転写残トナーはクリーナー(クリーニング装置)によって感光体面から除去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望ましい。そこでクリーナーをなくし転写後の感光体上の転写残トナーは現像装置によって「現像同時クリーニング」で感光体上から除去し現像装置に回収・再用する装置構成にしたトナーリサイクルプロセスが前記出願において提案されている。
【0009】
上記現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、該潜像の現像時にかぶり取りバイアス(現像装置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。この方法によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以後に再用されるため、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。
【0010】
また、接触帯電部材と像担持体とにより形成されるニップ部に帯電促進粒子を供給する方法としては、接触帯電部材に直接帯電促進粒子を塗布する装置を設ける方法がある。しかし、この方法は、装置構成が複雑となりコストがかかること、及び塗布装置に帯電促進粒子を補給しなければならないという問題がある。そこで、前記出願では、現像装置の現像剤中に帯電促進粒子を含有させ、静電潜像の現像時にトナーと共に像担持体に付着させ、像担持体の移動により前記ニップ部に帯電促進粒子を供給する方法が提案されている。
【0011】
尚、この構成において、像担持体に付着したトナーは転写手段により転写媒体にその殆どは転移するが、帯電促進粒子は導電性を有するためその殆どは転写媒体に転移せず、像担持体上に付着保持されて残留する。そしてトナーリサイクルプロセスの画像形成装置はクリーナーを用いないため、転写後の像担持体面に残存の転写残トナーおよび上記の残存帯電促進粒子は像担持体と接触帯電部材のニップ部に像担持体面の移動でそのまま持ち運ばれて接触帯電部材に付着・混入する。
【特許文献1】
特開平10−307454号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例においては、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においては、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分には現像剤が現像されないため、その部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量が少なくなってしまい、良好な帯電が阻害されるという問題がある。例えば、小さい幅の転写媒体が連続的に通紙された後に最大記録幅の転写媒体に画像を形成すると、前記小さい幅の転写媒体の幅に対応する領域Aとそれ以外の領域Bとで画像濃度が異なってしまうとともに、領域Bには帯電むらに起因する画像むらが発生する。
【0013】
そこで、本発明は、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においても、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。
【0015】
像担持体と、該像担持体とニップ部を形成し該像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、該静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、該トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有し、前記現像手段の現像剤はトナー及び導電性を有する帯電促進粒子を含み、像担持体の静電潜像の現像は該現像剤によりなされ、少なくとも帯電部材と像担持体とのニップ部に、現像部で像担持体に付着し転写後の像担持体上に残留した前記現像剤中に含有の帯電促進粒子が持ち運ばれて介在している画像形成装置において、前記記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、前記記録媒体と前記像担持体が接触する領域外であり、かつ、前記像担持体の記録可能領域内である前記像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることを特徴とする画像形成装置。
【0016】
〈作 用〉
本発明の構成によれば、記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、記録媒体と像担持体が接触する領域外であり、かつ、像担持体の記録可能領域内である像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることとする。これにより、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においても、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
〈実施形態例1〉
図1は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、直接注入帯電方式、トナーリサイクルプロセス(クリーナーレスシステム)のレーザープリンタ(記録装置)である。
【0018】
(1)本例プリンタの全体的な概略構成
1は像担持体としての、φ30mmの回転ドラム型のOPC感光体(ネガ感光体)であり、矢印の時計方向に50mm/secの周速度(プロセススピード)をもって回転駆動される。
【0019】
2は接触帯電部材としての導電性弾性ローラ(以下、帯電ローラと記す)である。
【0020】
この帯電ローラ2は芯金2a上に可挑性部材としてのゴムあるいは発泡体の中抵抗層2bを形成することにより作成される。中抵抗層2bは樹脂(例えばウレタン)、導電性粒子(例えばカーボンブラック)、硫化剤、発泡剤等により処方され、芯金2aの上にローラ状に形成した。その後必要に応じて表面を研磨して直径12mm、長手長さ250mmの導電性弾性ローラである帯電ローラ2を作成した。
【0021】
本例の帯電ローラ2のローラ抵抗を測定したところ100kΩであった。ローラ抵抗は、帯電ローラ2の芯金2aに総圧1kgの加重がかかるようφ30mmのアルミドラムに帯電ローラ2を圧着した状態で、芯金2aとアルミドラムとの間に100Vを印加し、計測した。
【0022】
ここで、導電性弾性ローラである帯電ローラ2は電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では被帯電体にピンホールなどの欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必要がある。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには104〜107Ωの抵抗が望ましい。
【0023】
帯電ローラ2の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体との接触性が悪くなり、高すぎると被帯電体との間に帯電ニップ部を確保できないだけでなく、被帯電体表面へのミクロな接触性が悪くなるので、アスカーC硬度で25度から50度が好ましい範囲である。帯電ローラ2の材質としては、弾性発泡体に限定するものでは無く、弾性体の材料として、EPDM、ウレタン、NBR、シリコーンゴムや、IR等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものがあげられる。また、特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
【0024】
帯電ローラ2は被帯電体としての感光体1に対して弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて配設してある。nは感光体1と帯電ローラ2のニップ部である帯電ニップ部である。この帯電ニップ部幅は3mmである。本例では、この帯電ローラ2を帯電ニップ部nにおいて帯電ローラ表面と感光体表面と互いに逆方向に等速で移動するよう凡そ80rpmで矢印の時計方向に回転駆動させた。即ち接触帯電部材としての帯電ローラ2の表面は被帯電体としての感光体1の面に対して速度差を持たせるようにした。
【0025】
また帯電ローラ2の芯金2aには帯電バイアス印加電源S1から−700Vの直流電圧を帯電バイアスとして印加するようにした。本例では感光体1の表面は帯電ローラ2に対する印加電圧とほぼ等しい電位(−680V)に直接注入帯電方式にて一様に帯電処理される。これについては後述する。
【0026】
3はレーザーダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザービームスキャナ(露光器)である。このレーザービームスキャナは目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光を出力し、該レーザー光で上記回転感光体1の一様帯電面を走査露光Lする。この走査露光Lにより回転感光体1の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0027】
4は現像装置である。回転感光体1面の静電潜像はこの現像装置によりトナー画像として現像される。本例の現像装置は現像剤として磁性一成分絶縁トナー(ネガトナー)を用いた反転現像装置である。
【0028】
4aはマグネットロール4bを内包させた、現像剤担持搬送部材として非磁性回転現像スリーブであり、この回転現像スリーブ4aに規制ブレード4cで現像剤4dが薄層にコートされる。現像剤4dのトナーは規制ブレード4cで回転現像スリーブ4aに対する層厚が規制され、また電荷が付与される。回転現像スリーブ4aにコートされた現像剤はスリーブ4aの回転により、感光体1とスリーブ4aの対向部である現像部(現像領域部)aに搬送される。またスリーブ4aには現像バイアス印加電源S2より現像バイアス電圧が印加される。現像バイアス電圧は、−500VのDC電圧と、周波数1800Hz、ピーク間電圧1600Vの矩形のAC電圧を重畳したものを用いた。これにより、感光体1側の静電潜像がトナーで現像される。
【0029】
現像剤4dはトナーtと帯電促進粒子(帯電補助粒子)mの混合物であり、トナーtは結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し、混練、粉砕、分級の各工程を経て作成し、これに、帯電促進粒子mや流動化剤を外添剤として添加して作成されたものである。トナーtの重量平均粒径(D4)は7μmであった。帯電促進粒子mは本例においては粒径3μmの導電性酸化亜鉛粒子を用いた。また本例ではトナーt100重量部に対して帯電促進粒子mを2重量部外添した。
【0030】
導電性を有する帯電促進粒子mは本例では比抵抗が106Ω・cm、二次凝集体を含めた平均粒径3μmの導電性酸化亜鉛粒子を用いたけれども、帯電促進粒子mの材料としては、他の金属酸化物などの導電性無機粒子や有機物との混合物など各種導電粒子が使用可能である。粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行うため比抵抗としては1012Ω・cm以下が必要であり、好ましくは1010Ω・cm以下が望ましい。
【0031】
抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。即ち、底面積2.26cm2の円筒内に凡そ0.5gの粉体試料を入れ上下電極に15kgの加圧を行うと同時に100Vの電圧を印加し抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出した。
【0032】
粒径は良好な帯電均一性を得るために50μm以下が望ましい。粒径の下限値は粒子が安定して得られるものとして10nmが限界である。
【0033】
本発明において、粒子が凝集体として構成されている場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として定義した。
【0034】
粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、100個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出し、その50%平均粒径をもって決定した。
【0035】
以上述べたように帯電促進粒子mは、一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなんら問題はない。どのような凝集状態であれ、凝集体として帯電促進粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではない。
【0036】
帯電促進粒子mは特に感光体1の帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色に近い粒子が適切である。さらに、カラー記録を行なう場合、帯電促進粒子mが感光体上から記録材Pに転写した場合を考えると無色、あるいは白色に近いものが望ましい。また、画像露光時に帯電促進粒子による光散乱を防止するためにのもその粒子は構成画素サイズ以下であることが望ましい。
【0037】
また、帯電促進粒子mは露光の妨げにならないように非磁性であることが好ましい。
【0038】
5は接触転写手段としての中抵抗の転写ローラであり、感光体1に所定に圧接させて転写ニップ部bを形成させてある。この転写ニップ部bに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録媒体としての転写材Pが給紙され、かつ転写ローラ5に転写バイアス印加電源S3から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、感光体1側のトナー像が転写ニップ部bに給紙された転写材Pの面に順次に転写されていく。本例ではローラ抵抗値は5×108Ωのものを用い、十2000VのDC電圧を印加して転写を行なった。
【0039】
即ち、転写ニップ部bに導入された転写材Pはこの転写ニップ部bを扶持搬送されて、その表面側に回転感光体1の表面に形成担持されているトナー画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。
【0040】
6は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部bに給紙されて感光体1側のトナー像の転写を受けた転写材Pは回転感光体1の面から分離されてこの定着装置6に導入され、トナー像の定着を受けて画像形成物(プリント、コピー)ととして装置外へ排出される。
【0041】
本例のプリンタはクリーナーレスであり、転写材Pに対するトナー像転写後の回転感光体1面に残留の転写残トナーはクリーナーで除去されることなく、感光体1の回転にともない帯電部nを経由して現像部aに至り、現像装置4において現像同時クリーニング(回収)される(トナーリサイクルプロセス)。
【0042】
(2)感光体1の直接注入帯電について
a)現像装置4の現像剤4dに含有させた導電性を有する帯電促進粒子mは、現像装置4による感光体1側の静電潜像のトナー現像時にトナーとともに適当量が感光体1側に移行する。
【0043】
感光体1上のトナー画像は転写ニップ部bにおいて転写バイアスの影響で転写材P側に引かれて積極的に転移するが、感光体1上の帯電促進粒子mは導電性であることで転写材P側には積極的には転移せず、感光体1上に実質的に付着保持されて残留する。また感光体1面に実質的に付着保持される帯電促進粒子mの存在によりトナー画像の感光体1側から転写剤P側への転写効率が向上する効果もえられる。
【0044】
そしてトナーリサイクルプロセスの画像形成装置はクリーナーを用いないため、転写後の感光体1面に残存の転写残トナーおよび上記の残存帯電促進粒子mは感光体1と接触帯電部材である帯電ローラ2の帯電ニップ部nに感光体1の回転でそのまま持ち運ばれて帯電ローラ2に付着・混入する。
【0045】
したがって、感光体1と帯電ローラ2とのニップ部nにこの帯電促進粒子mが存在した状態で感光体1の接触帯電が行なわれる。なお、印字初期においては帯電ローラ表面に帯電促進粒子が供給されず帯電が行なえないので帯電ローラ表面には予め帯電促進粒子を塗布しておくを可とする。
【0046】
この帯電促進粒子mの存在により、帯電ローラ2にトナーが付着・混入した場合でも、帯電ローラ2の感光体1への緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、接触帯電部材が帯電ローラのような簡易な部材であり、しかも帯電ローラの転写残トナーによる汚染にかかわらず、該帯電ローラ2による感光体1の直接注入帯電を行なわせることができる。
【0047】
つまり、帯電ローラ2が帯電促進粒子mを介して密に感光体1に接触して、帯電ローラ2と感光体1のニップ部nに存在する帯電促進粒子mが感光体1表面を隙間なく摺擦することで、帯電ローラ2による感光体1の帯電は帯電促進粒子mの存在により放電現象を用いない安定かつ安全な直接注入帯電が支配的となり、従来のローラ帯電等では得られなかった高い帯電効率が得られ、帯電ローラ2に印加した電圧とほぼ同等の電位を感光体1に与えることができる。
【0048】
また帯電ローラ2に付着・混入した転写残トナーは帯電ローラ2から徐々に感光体1上に吐き出されて感光体1面の移動とともに現像部aに至り、現像装置4において現像同時クリーニング(回収)される(トナーリサイクルプロセス)。
【0049】
現像同時クリーニングは前述したように、転写後に感光体1上に残留したトナーを引き続く画像形成工程の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、その潜像の現像時において、現像装置のかぶり取りバイアス、即ち現像装置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によって回収するものである。本実施例におけるプリンタのように反転現像の場合では、この現像同時クリーニングは、感光体の暗部電位から現像スリーブにトナーを回収する電界と、現像スリーブから感光体の明部電位ヘトナーを付着させる電界の作用でなされる。
【0050】
また帯電ローラ2から帯電促進粒子mが脱落しても、画像形成装置が稼働されることで、現像装置4の現像剤4dに含有させてある帯電促進粒子mが現像部aで感光体1面に移行し該感光体1の回転により転写ニップ部bを経て帯電部nに持ち運ばれて帯電ローラ2に逐次に供給され続けるため、帯電促進粒子mの存在による良好な帯電性が安定して維持される。
【0051】
b)帯電ローラ2と感光体1とのニップ部nに帯電促進粒子mを介在させることにより、該帯電促進粒子mの潤滑効果(摩擦低減効果)により帯電ローラ2と感光体1との間に容易に効果的に速度差を設けることが可能となる。
【0052】
帯電ローラ2と感光体1との間に速度差を設けることにより、帯電ローラ2と感光体1のニップ部nにおいて帯電促進粒子mが感光体1に接触する機会を格段に増加させ、高い接触性を得ることができ、容易に直接注入帯電を可能にする。
【0053】
速度差を設ける構成として、好ましくは帯電部nに持ち運ばれる感光体1上の転写残トナーを帯電ローラ2に一時的に回収し均すために、帯電ローラ2を回転駆動し、さらに、その回転方向は感光体1表面の移動方向とは逆方向に回転するように構成することが望ましい。即ち、逆方向回転で感光体1上の転写残トナーを一旦引離し帯電を行なうことにより優位に直接注入帯電を行なうことが可能である。
【0054】
像担持体としての感光体1と接触帯電部材としての帯電ローラ2とのニップ部nにおける帯電促進粒子mの介在量は、少なすぎると、該粒子による潤滑効果が十分に得られず、帯電ローラ2と感光体1との摩擦が大きくて帯電ローラ2を感光体1に速度差を持って回転駆動させることが困難である。つまり、駆動トルクが過大となるし、無理に回転させると帯電ローラ2や感光体1の表面が削れてしまう。更に該粒子による接触機会増加の効果が得られないこともあり十分な帯電性能が得られない。一方、該介在量が多過ぎると、帯電促進粒子の帯電ローラ2からの脱落が著しく増加し作像上に悪影響が出る。
【0055】
実験によると該介在量は103個/mm2以上が望ましい。103個/mm2より低いと十分な潤滑効果と接触機会増加の効果が得られず帯電性能の低下が生じる。より望ましくは103〜5×105個/mm2の該介在量が好ましい。5×105個/mm2を超えると、該粒子の感光体1へ脱落が著しく増加し、粒子自体の光透過性を問わず、感光体1への露光量不足が生じる。5×105個/mm2以下では脱落する粒子量も低く抑えられ該悪影響を改善できる。該介在量範囲において感光体1上に脱落した粒子の存在量を測ると102〜105個/mm2であったことから、作像上弊害がない該存在量としては105個/mm2以下が望まれる。
【0056】
該介在量及び感光体1上の該存在量の測定方法について述べる。該介在量は帯電ローラ2と感光体1の接触面部を直接測ることが望ましいが、帯電ローラ2に接触する前に感光体1上に存在した粒子の多くは逆方向に移動しながら接触する帯電ローラ2に剥ぎ取られることから、本発明では接触面部に到達する直前の帯電ローラ2表面の粒子量をもって該介在量とした。具体的には、帯電バイアスを印加しない状態で感光ドラム1及び帯電ローラ2の回転を停止し、感光体1及び帯電ローラ2の表面をビデオマイクロスコープ(OLYMPUS製OVM1000N)及びデジタルスチルレコーダ(DELTIS製SR−3100)で撮影した。帯電ローラ2については、帯電ローラ2を感光ドラム1に当接するのと同じ条件でスライドガラスに当接し、スライドガラスの背面からビデオマイクロスコープにて該接触面を1000倍の対物レンズで10箇所以上撮影した。得られたデジタル画像から個々の粒子を領域分離するため、ある閾値を持って2値化処理し、粒子の存在する領域の数を所望の画像処理ソフトを用いて計測した。また、感光体1上の該存在量についても感光体1上を同様のビデオマイクロスコープにて撮影し同様の処理を行い計測した。
【0057】
該介在量の調整は、現像装置4の現像剤4dにおける帯電促進粒子mの配合量を設定することにより行った。一般には現像剤(トナー)t100重量部に対して帯電促進粒子mは0.01〜20重量部である。
【0058】
(3)本実施形態例における本発明に特徴的な制御
以下、図2を用いて説明する。装置の最大記録幅210mmに対して、幅100mmの転写材Pを図2に示す通りに中央基準で通紙した場合、感光体1の領域D1及びD2には静電潜像が形成されない。この動作が連続的に、又は高頻度で行われると、領域D1及びD2に対応する帯電ローラ2と感光体1のニップ部nに介在する帯電促進粒子mの量が所望の量以下となり、当該領域において帯電性能の低下という弊害を招くこととなってしまう。
【0059】
そこで、本実施形態例の装置では、所定のタイミング(本実施形態例では画像形成動作後)で、領域D1及びD2に対応する感光体1表面をレーザー光で露光し、感光体1に現像剤4dを付着させるようにしている。尚、本実施形態例では、該露光による感光体1上の潜像の感光体1の進行方向の長さは、
N×L×0.03
としている。
【0060】
ここで、Nは一連の画像形成動作で通紙された転写材の枚数で、Lは該転写材の搬送方向の長さである。
【0061】
この感光体1上の潜像の長さ分だけ現像剤が現像される。この長さは必要に応じて適宜増減してもよい。
【0062】
また、本実施形態例の装置では、上記の通りに感光体1に付着した現像材4dが転写ローラ5と感光体1のニップ部bを通過する期間においては、トナーと同極性の電圧を転写ローラ5に印加し、トナーが転写ローラ5に付着しないようにしている。
【0063】
上述のように、装置の最大記録幅以下の幅の転写材Pが通紙された場合、感光体1の転写材Pの幅に対応する領域外の部分を所定のタイミングでレーザー露光することにより、当該露光部分に現像剤を付着させることにより、転写材Pの幅に対応する領域外の帯電ローラ2と感光体1のニップnに介在する帯電促進粒子mの量が不足することを回避でき、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができた。
【0064】
尚、本実施形態例では、所定のタイミングを画像形成後としたが、これに限らず、画像形成前、画像形成中等とすることもできる。
【0065】
〈実施形態例2〉
本例は前記実施形態例1の画像形成装置において、像担持体である感光体1の表面抵抗を調整することで更に安定して均一に帯電を行なうものである。
【0066】
つまり、接触帯電部材2に転写残トナーが混入し感光体1との接触面積が低下した場合でも、帯電促進粒子mの介在と、感光体1側の表面抵抗を潜像形成可能な領域で低く設定することにより、一層効率良く電荷の授受を行なうものである。
【0067】
本例では感光体1の表面に電荷注入層を設けて感光体表面の抵抗を調節している。
【0068】
図3は、本例で使用した、表面に電荷注入層を設けた感光体1の層構成模型図である。即ち該感光体1は、アルミドラム基体(Alドラム基体)11上に下引き層12、正電荷注入防止層13、電荷発生層14、電荷輸送層15の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電荷注入層16を塗布することにより、帯電性能を向上したものである。
【0069】
電荷注入層16は、バインダーとしての光硬化型のアクリル樹脂に、導電性粒子(導電フイラー)としてのSnO2超微粒子16a(径が約0.03μm)、4フッ化エチレン樹脂(商品名テフロン(登録商標))などの滑剤、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。
【0070】
電荷注入層16として重要な点は、表層の抵抗にある。電荷の直接注入による帯電方式においては、被帯電体側の抵抗を下げることでより効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、感光体として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、電荷注入層16の体積抵抗値としては1×109〜1×1014(Ω・cm)の範囲が適当である。
【0071】
また本構成のように電荷注入層16を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層15が上記抵抗範囲にある場合は同等の効果が得られる。
【0072】
さらに、表層の体積抵抗が約1013Ωcmであるアモルファスシリコン感光体等を用いても同様な効果が得られる。
【0073】
〈その他〉
1)接触帯電部材としての帯電ローラ2は実施形態例の帯電ローラに限られるものではない。また可僥性の接触帯電部材は弾性帯電ローラの他に、ファーブラシ、フェルト、布などの材質・形状のものも使用可能である。また、これらを積層し、より適切な弾性と導電性を得ることも可能である。
【0074】
2)接触帯電部材2や現像スリーブ4aに対する印加帯電バイアスあるいは印加現像バイアスは直流電圧に交番電圧(交流電圧)を重畳してもよい。
【0075】
交番電圧の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。また、直流電源を周期的にオン/オフすることによって形成された矩形波であっても良い。このように交番電圧の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
【0076】
3)静電潜像形成のための画像露光手段としては、実施形態例の様にデジタル的な潜像を形成するレーザー走査露光手段に限定されるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やLEDなどの他の発光素子でも構わないし、蛍光燈等の発光素子と液晶シャッター等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。
【0077】
像担持体は静電記録誘電体等であっても良い。この場合は、該誘電体面を所定の極性・電位に一様に一次帯電した後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の静電潜像を書き込み形成する。
【0078】
4)現像手段4は実施形態例では一成分磁性トナーによる現像装置を例に説明したが現像装置構成について特に限定するものではない。
【0079】
5)像担持体からトナー画像の転写を受ける記録媒体は転写ドラム等の中間転写体であってもよい。
【0080】
6)実施形態例では、転写残トナー除去のために一般に用いられるクリーニング装置を具備しない場合を例に説明したが、帯電促進粒子がクリーニング装置をすり抜けて帯電ローラに到達する構成にすれば、クリーニング装置を設けてもよい。
【0081】
7)トナー粒度の測定方法の1例を述べる。測定装置としては、コールターカウンターTA−2型(コールター社製)を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びCX−1パーソナルコンピュータ(キヤノン製)を接続し、電解液は一級塩化ナトリウムを用いて1%NaC1水溶液を調製する。
【0082】
測定法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくは、アルキルベンゼンスルホン酸塩0.1〜5ml加え、更に測定試料を0.5〜50mg加える。
【0083】
試料を懸濁しだ電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記コールターカウンターTA−2型により、アパーチャーとして100μアパーチャーを用いて2〜40μmの粒子の粒度分布を測定して、体積平均分布を求める。これらの求めた体積平均分布より体積平均粒径を得る。
【0084】
以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるものではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【0085】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【0086】
〔実施態様1〕像担持体と、該像担持体とニップ部を形成し該像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、該静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、該トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有し、前記現像手段の現像剤はトナー及び導電性を有する帯電促進粒子を含み、像担持体の静電潜像の現像は該現像剤によりなされ、少なくとも帯電部材と像担持体とのニップ部に、現像部で像担持体に付着し転写後の像担持体上に残留した前記現像剤中に含有の帯電促進粒子が持ち運ばれて介在している画像形成装置において、前記記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、前記記録媒体と前記像担持体が接触する領域外であり、かつ、前記像担持体の記録可能領域内である前記像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることを特徴とする画像形成装置。
【0087】
〔実施態様2〕前記現像手段がトナー画像を記録媒体に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収するクリーニング手段を兼ねていることを特徴とする実施態様1記載の画像形成装置。
【0088】
〔実施態様3〕前記現像剤を付着させる所定のタイミングが画像情報に対応する静電潜像を現像する期間外であることを特徴とする実施態様1又は2に記載の画像形成装置。
【0089】
〔実施態様4〕前記所定のタイミングで前記像担持体に付着させた現像剤が転写部を通過する期間は、前記転写手段には前記現像剤の極性と同極性の電圧を印加することを特徴とする実施態様1から3の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0090】
〔実施態様5〕前記帯電促進粒子の粒子抵抗が1012Ω・cm以下であり、粒径が50μm以下であることを特徴とする実施態様1から4の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0091】
〔実施態様6〕前記帯電促進粒子の粒子抵抗が1010Ω・cm以下であり、粒径が50μm以下であることを特徴とする実施態様1から4の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0092】
〔実施態様7〕ニップ部を形成する前記帯電部材の表面と前記像担持体の表面には速度差を設けることを特徴とする実施態様1から6の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0093】
〔実施態様8〕前記帯電部材と前記像担持体はニップ部おいて互いに逆方向に移動することを特徴とする実施態様1から7の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0094】
〔実施態様9〕前記帯電部材は弾性導電ローラであることを特徴とする実施態様1から8の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0095】
〔実施態様10〕前記帯電部材は導電性繊維から構成されるブラシであることを特徴とする実施態様1から8の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0096】
〔実施態様11〕前記像担持体の最表面層の体積抵抗が1×109(Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする実施態様1から10の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0097】
〔実施態様12〕像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段が像露光手段であることを特徴とする実施態様1から11の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0098】
〔実施態様13〕最大記録幅以下の記録媒体の使用頻度に応じて、前記所定のタイミング及び所定の量を制御することを特徴とする実施態様1から12の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0099】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の帯電手段が導電性粒子を用いた接触注入帯電手段である画像形成装置、さらにはクリーナーレスシステムである画像形成装置において、記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、記録媒体と像担持体が接触する領域外であり、かつ、像担持体の記録可能領域内である像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることとする。これにより、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においても、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1における画像形成装置の概略構成図
【図2】実施形態例1における制御を説明するための図
【図3】実施形態例2における、表面に電荷注入層を設けた感光体の層構成模型図
【符号の説明】
1 感光体(像担持体、被帯電体)
2 帯電ローラ(接触帯電部材)
3 レーザービームスキャナ(露光器)
4 現像装置
4a現像スリーブ
4d現像剤(トナーt十帯電促進粒子m)
5 転写ローラ
6 定着装置
P 転写材
【発明の属する技術分野】
本発明は複写機やプリンタ等の画像形成装置に関する。より詳しくは、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の帯電手段が導電性粒子を用いた接触注入帯電手段である画像形成装置、さらにはクリーナーレスシステムである画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体を所要の極性・電位に一様に帯電処理(除電処理も含む)する帯電装置としてはコロナ帯電器(コロナ放電器)がよく使用されていた。
【0003】
コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であり、ワイヤ電極等の放電電極と該放電電極を囲むシールド電極を備え、放電開口部を被帯電体である像担持体に対向させて非接触に配設し、放電電極とシールド電極に高圧を印加することにより生じる放電電流(コロナシャワー)に像担持体面をさらすことで像担持体面を所定に帯電させるものである。
【0004】
近時は、中低速機種の画像形成装置にあっては、像担持体等の被帯電体の帯電装置として、コロナ帯電器に比べて低オゾン・低電力等の利点があることから接触帯電装置が多く提案され、また実用化されている。
【0005】
接触帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ローラ型(帯電ローラ)、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材(接触帯電部材・接触帯電器)を接触させ、この接触帯電部材に所定の帯電バイアスを印加して被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【0006】
更に最近、より低オゾン・低電力を図るべく、接触帯電部材と像担持体とにより形成されるニップ部に帯電促進粒子を介在させることにより接触注入帯電を行なう方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する感光体表面電位分のみであり、オゾンの発生もない。
【0008】
また、従来の転写方式の画像形成装置においては、転写後の感光体(像担持体)に残存する転写残トナーはクリーナー(クリーニング装置)によって感光体面から除去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望ましい。そこでクリーナーをなくし転写後の感光体上の転写残トナーは現像装置によって「現像同時クリーニング」で感光体上から除去し現像装置に回収・再用する装置構成にしたトナーリサイクルプロセスが前記出願において提案されている。
【0009】
上記現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、該潜像の現像時にかぶり取りバイアス(現像装置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。この方法によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以後に再用されるため、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。
【0010】
また、接触帯電部材と像担持体とにより形成されるニップ部に帯電促進粒子を供給する方法としては、接触帯電部材に直接帯電促進粒子を塗布する装置を設ける方法がある。しかし、この方法は、装置構成が複雑となりコストがかかること、及び塗布装置に帯電促進粒子を補給しなければならないという問題がある。そこで、前記出願では、現像装置の現像剤中に帯電促進粒子を含有させ、静電潜像の現像時にトナーと共に像担持体に付着させ、像担持体の移動により前記ニップ部に帯電促進粒子を供給する方法が提案されている。
【0011】
尚、この構成において、像担持体に付着したトナーは転写手段により転写媒体にその殆どは転移するが、帯電促進粒子は導電性を有するためその殆どは転写媒体に転移せず、像担持体上に付着保持されて残留する。そしてトナーリサイクルプロセスの画像形成装置はクリーナーを用いないため、転写後の像担持体面に残存の転写残トナーおよび上記の残存帯電促進粒子は像担持体と接触帯電部材のニップ部に像担持体面の移動でそのまま持ち運ばれて接触帯電部材に付着・混入する。
【特許文献1】
特開平10−307454号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例においては、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においては、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分には現像剤が現像されないため、その部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量が少なくなってしまい、良好な帯電が阻害されるという問題がある。例えば、小さい幅の転写媒体が連続的に通紙された後に最大記録幅の転写媒体に画像を形成すると、前記小さい幅の転写媒体の幅に対応する領域Aとそれ以外の領域Bとで画像濃度が異なってしまうとともに、領域Bには帯電むらに起因する画像むらが発生する。
【0013】
そこで、本発明は、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においても、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。
【0015】
像担持体と、該像担持体とニップ部を形成し該像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、該静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、該トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有し、前記現像手段の現像剤はトナー及び導電性を有する帯電促進粒子を含み、像担持体の静電潜像の現像は該現像剤によりなされ、少なくとも帯電部材と像担持体とのニップ部に、現像部で像担持体に付着し転写後の像担持体上に残留した前記現像剤中に含有の帯電促進粒子が持ち運ばれて介在している画像形成装置において、前記記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、前記記録媒体と前記像担持体が接触する領域外であり、かつ、前記像担持体の記録可能領域内である前記像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることを特徴とする画像形成装置。
【0016】
〈作 用〉
本発明の構成によれば、記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、記録媒体と像担持体が接触する領域外であり、かつ、像担持体の記録可能領域内である像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることとする。これにより、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においても、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
〈実施形態例1〉
図1は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、直接注入帯電方式、トナーリサイクルプロセス(クリーナーレスシステム)のレーザープリンタ(記録装置)である。
【0018】
(1)本例プリンタの全体的な概略構成
1は像担持体としての、φ30mmの回転ドラム型のOPC感光体(ネガ感光体)であり、矢印の時計方向に50mm/secの周速度(プロセススピード)をもって回転駆動される。
【0019】
2は接触帯電部材としての導電性弾性ローラ(以下、帯電ローラと記す)である。
【0020】
この帯電ローラ2は芯金2a上に可挑性部材としてのゴムあるいは発泡体の中抵抗層2bを形成することにより作成される。中抵抗層2bは樹脂(例えばウレタン)、導電性粒子(例えばカーボンブラック)、硫化剤、発泡剤等により処方され、芯金2aの上にローラ状に形成した。その後必要に応じて表面を研磨して直径12mm、長手長さ250mmの導電性弾性ローラである帯電ローラ2を作成した。
【0021】
本例の帯電ローラ2のローラ抵抗を測定したところ100kΩであった。ローラ抵抗は、帯電ローラ2の芯金2aに総圧1kgの加重がかかるようφ30mmのアルミドラムに帯電ローラ2を圧着した状態で、芯金2aとアルミドラムとの間に100Vを印加し、計測した。
【0022】
ここで、導電性弾性ローラである帯電ローラ2は電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では被帯電体にピンホールなどの欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必要がある。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには104〜107Ωの抵抗が望ましい。
【0023】
帯電ローラ2の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体との接触性が悪くなり、高すぎると被帯電体との間に帯電ニップ部を確保できないだけでなく、被帯電体表面へのミクロな接触性が悪くなるので、アスカーC硬度で25度から50度が好ましい範囲である。帯電ローラ2の材質としては、弾性発泡体に限定するものでは無く、弾性体の材料として、EPDM、ウレタン、NBR、シリコーンゴムや、IR等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものがあげられる。また、特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
【0024】
帯電ローラ2は被帯電体としての感光体1に対して弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて配設してある。nは感光体1と帯電ローラ2のニップ部である帯電ニップ部である。この帯電ニップ部幅は3mmである。本例では、この帯電ローラ2を帯電ニップ部nにおいて帯電ローラ表面と感光体表面と互いに逆方向に等速で移動するよう凡そ80rpmで矢印の時計方向に回転駆動させた。即ち接触帯電部材としての帯電ローラ2の表面は被帯電体としての感光体1の面に対して速度差を持たせるようにした。
【0025】
また帯電ローラ2の芯金2aには帯電バイアス印加電源S1から−700Vの直流電圧を帯電バイアスとして印加するようにした。本例では感光体1の表面は帯電ローラ2に対する印加電圧とほぼ等しい電位(−680V)に直接注入帯電方式にて一様に帯電処理される。これについては後述する。
【0026】
3はレーザーダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザービームスキャナ(露光器)である。このレーザービームスキャナは目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光を出力し、該レーザー光で上記回転感光体1の一様帯電面を走査露光Lする。この走査露光Lにより回転感光体1の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0027】
4は現像装置である。回転感光体1面の静電潜像はこの現像装置によりトナー画像として現像される。本例の現像装置は現像剤として磁性一成分絶縁トナー(ネガトナー)を用いた反転現像装置である。
【0028】
4aはマグネットロール4bを内包させた、現像剤担持搬送部材として非磁性回転現像スリーブであり、この回転現像スリーブ4aに規制ブレード4cで現像剤4dが薄層にコートされる。現像剤4dのトナーは規制ブレード4cで回転現像スリーブ4aに対する層厚が規制され、また電荷が付与される。回転現像スリーブ4aにコートされた現像剤はスリーブ4aの回転により、感光体1とスリーブ4aの対向部である現像部(現像領域部)aに搬送される。またスリーブ4aには現像バイアス印加電源S2より現像バイアス電圧が印加される。現像バイアス電圧は、−500VのDC電圧と、周波数1800Hz、ピーク間電圧1600Vの矩形のAC電圧を重畳したものを用いた。これにより、感光体1側の静電潜像がトナーで現像される。
【0029】
現像剤4dはトナーtと帯電促進粒子(帯電補助粒子)mの混合物であり、トナーtは結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し、混練、粉砕、分級の各工程を経て作成し、これに、帯電促進粒子mや流動化剤を外添剤として添加して作成されたものである。トナーtの重量平均粒径(D4)は7μmであった。帯電促進粒子mは本例においては粒径3μmの導電性酸化亜鉛粒子を用いた。また本例ではトナーt100重量部に対して帯電促進粒子mを2重量部外添した。
【0030】
導電性を有する帯電促進粒子mは本例では比抵抗が106Ω・cm、二次凝集体を含めた平均粒径3μmの導電性酸化亜鉛粒子を用いたけれども、帯電促進粒子mの材料としては、他の金属酸化物などの導電性無機粒子や有機物との混合物など各種導電粒子が使用可能である。粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行うため比抵抗としては1012Ω・cm以下が必要であり、好ましくは1010Ω・cm以下が望ましい。
【0031】
抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。即ち、底面積2.26cm2の円筒内に凡そ0.5gの粉体試料を入れ上下電極に15kgの加圧を行うと同時に100Vの電圧を印加し抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出した。
【0032】
粒径は良好な帯電均一性を得るために50μm以下が望ましい。粒径の下限値は粒子が安定して得られるものとして10nmが限界である。
【0033】
本発明において、粒子が凝集体として構成されている場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として定義した。
【0034】
粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、100個以上抽出し、水平方向最大弦長をもって体積粒度分布を算出し、その50%平均粒径をもって決定した。
【0035】
以上述べたように帯電促進粒子mは、一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなんら問題はない。どのような凝集状態であれ、凝集体として帯電促進粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではない。
【0036】
帯電促進粒子mは特に感光体1の帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色に近い粒子が適切である。さらに、カラー記録を行なう場合、帯電促進粒子mが感光体上から記録材Pに転写した場合を考えると無色、あるいは白色に近いものが望ましい。また、画像露光時に帯電促進粒子による光散乱を防止するためにのもその粒子は構成画素サイズ以下であることが望ましい。
【0037】
また、帯電促進粒子mは露光の妨げにならないように非磁性であることが好ましい。
【0038】
5は接触転写手段としての中抵抗の転写ローラであり、感光体1に所定に圧接させて転写ニップ部bを形成させてある。この転写ニップ部bに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録媒体としての転写材Pが給紙され、かつ転写ローラ5に転写バイアス印加電源S3から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、感光体1側のトナー像が転写ニップ部bに給紙された転写材Pの面に順次に転写されていく。本例ではローラ抵抗値は5×108Ωのものを用い、十2000VのDC電圧を印加して転写を行なった。
【0039】
即ち、転写ニップ部bに導入された転写材Pはこの転写ニップ部bを扶持搬送されて、その表面側に回転感光体1の表面に形成担持されているトナー画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。
【0040】
6は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部bに給紙されて感光体1側のトナー像の転写を受けた転写材Pは回転感光体1の面から分離されてこの定着装置6に導入され、トナー像の定着を受けて画像形成物(プリント、コピー)ととして装置外へ排出される。
【0041】
本例のプリンタはクリーナーレスであり、転写材Pに対するトナー像転写後の回転感光体1面に残留の転写残トナーはクリーナーで除去されることなく、感光体1の回転にともない帯電部nを経由して現像部aに至り、現像装置4において現像同時クリーニング(回収)される(トナーリサイクルプロセス)。
【0042】
(2)感光体1の直接注入帯電について
a)現像装置4の現像剤4dに含有させた導電性を有する帯電促進粒子mは、現像装置4による感光体1側の静電潜像のトナー現像時にトナーとともに適当量が感光体1側に移行する。
【0043】
感光体1上のトナー画像は転写ニップ部bにおいて転写バイアスの影響で転写材P側に引かれて積極的に転移するが、感光体1上の帯電促進粒子mは導電性であることで転写材P側には積極的には転移せず、感光体1上に実質的に付着保持されて残留する。また感光体1面に実質的に付着保持される帯電促進粒子mの存在によりトナー画像の感光体1側から転写剤P側への転写効率が向上する効果もえられる。
【0044】
そしてトナーリサイクルプロセスの画像形成装置はクリーナーを用いないため、転写後の感光体1面に残存の転写残トナーおよび上記の残存帯電促進粒子mは感光体1と接触帯電部材である帯電ローラ2の帯電ニップ部nに感光体1の回転でそのまま持ち運ばれて帯電ローラ2に付着・混入する。
【0045】
したがって、感光体1と帯電ローラ2とのニップ部nにこの帯電促進粒子mが存在した状態で感光体1の接触帯電が行なわれる。なお、印字初期においては帯電ローラ表面に帯電促進粒子が供給されず帯電が行なえないので帯電ローラ表面には予め帯電促進粒子を塗布しておくを可とする。
【0046】
この帯電促進粒子mの存在により、帯電ローラ2にトナーが付着・混入した場合でも、帯電ローラ2の感光体1への緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、接触帯電部材が帯電ローラのような簡易な部材であり、しかも帯電ローラの転写残トナーによる汚染にかかわらず、該帯電ローラ2による感光体1の直接注入帯電を行なわせることができる。
【0047】
つまり、帯電ローラ2が帯電促進粒子mを介して密に感光体1に接触して、帯電ローラ2と感光体1のニップ部nに存在する帯電促進粒子mが感光体1表面を隙間なく摺擦することで、帯電ローラ2による感光体1の帯電は帯電促進粒子mの存在により放電現象を用いない安定かつ安全な直接注入帯電が支配的となり、従来のローラ帯電等では得られなかった高い帯電効率が得られ、帯電ローラ2に印加した電圧とほぼ同等の電位を感光体1に与えることができる。
【0048】
また帯電ローラ2に付着・混入した転写残トナーは帯電ローラ2から徐々に感光体1上に吐き出されて感光体1面の移動とともに現像部aに至り、現像装置4において現像同時クリーニング(回収)される(トナーリサイクルプロセス)。
【0049】
現像同時クリーニングは前述したように、転写後に感光体1上に残留したトナーを引き続く画像形成工程の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、その潜像の現像時において、現像装置のかぶり取りバイアス、即ち現像装置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によって回収するものである。本実施例におけるプリンタのように反転現像の場合では、この現像同時クリーニングは、感光体の暗部電位から現像スリーブにトナーを回収する電界と、現像スリーブから感光体の明部電位ヘトナーを付着させる電界の作用でなされる。
【0050】
また帯電ローラ2から帯電促進粒子mが脱落しても、画像形成装置が稼働されることで、現像装置4の現像剤4dに含有させてある帯電促進粒子mが現像部aで感光体1面に移行し該感光体1の回転により転写ニップ部bを経て帯電部nに持ち運ばれて帯電ローラ2に逐次に供給され続けるため、帯電促進粒子mの存在による良好な帯電性が安定して維持される。
【0051】
b)帯電ローラ2と感光体1とのニップ部nに帯電促進粒子mを介在させることにより、該帯電促進粒子mの潤滑効果(摩擦低減効果)により帯電ローラ2と感光体1との間に容易に効果的に速度差を設けることが可能となる。
【0052】
帯電ローラ2と感光体1との間に速度差を設けることにより、帯電ローラ2と感光体1のニップ部nにおいて帯電促進粒子mが感光体1に接触する機会を格段に増加させ、高い接触性を得ることができ、容易に直接注入帯電を可能にする。
【0053】
速度差を設ける構成として、好ましくは帯電部nに持ち運ばれる感光体1上の転写残トナーを帯電ローラ2に一時的に回収し均すために、帯電ローラ2を回転駆動し、さらに、その回転方向は感光体1表面の移動方向とは逆方向に回転するように構成することが望ましい。即ち、逆方向回転で感光体1上の転写残トナーを一旦引離し帯電を行なうことにより優位に直接注入帯電を行なうことが可能である。
【0054】
像担持体としての感光体1と接触帯電部材としての帯電ローラ2とのニップ部nにおける帯電促進粒子mの介在量は、少なすぎると、該粒子による潤滑効果が十分に得られず、帯電ローラ2と感光体1との摩擦が大きくて帯電ローラ2を感光体1に速度差を持って回転駆動させることが困難である。つまり、駆動トルクが過大となるし、無理に回転させると帯電ローラ2や感光体1の表面が削れてしまう。更に該粒子による接触機会増加の効果が得られないこともあり十分な帯電性能が得られない。一方、該介在量が多過ぎると、帯電促進粒子の帯電ローラ2からの脱落が著しく増加し作像上に悪影響が出る。
【0055】
実験によると該介在量は103個/mm2以上が望ましい。103個/mm2より低いと十分な潤滑効果と接触機会増加の効果が得られず帯電性能の低下が生じる。より望ましくは103〜5×105個/mm2の該介在量が好ましい。5×105個/mm2を超えると、該粒子の感光体1へ脱落が著しく増加し、粒子自体の光透過性を問わず、感光体1への露光量不足が生じる。5×105個/mm2以下では脱落する粒子量も低く抑えられ該悪影響を改善できる。該介在量範囲において感光体1上に脱落した粒子の存在量を測ると102〜105個/mm2であったことから、作像上弊害がない該存在量としては105個/mm2以下が望まれる。
【0056】
該介在量及び感光体1上の該存在量の測定方法について述べる。該介在量は帯電ローラ2と感光体1の接触面部を直接測ることが望ましいが、帯電ローラ2に接触する前に感光体1上に存在した粒子の多くは逆方向に移動しながら接触する帯電ローラ2に剥ぎ取られることから、本発明では接触面部に到達する直前の帯電ローラ2表面の粒子量をもって該介在量とした。具体的には、帯電バイアスを印加しない状態で感光ドラム1及び帯電ローラ2の回転を停止し、感光体1及び帯電ローラ2の表面をビデオマイクロスコープ(OLYMPUS製OVM1000N)及びデジタルスチルレコーダ(DELTIS製SR−3100)で撮影した。帯電ローラ2については、帯電ローラ2を感光ドラム1に当接するのと同じ条件でスライドガラスに当接し、スライドガラスの背面からビデオマイクロスコープにて該接触面を1000倍の対物レンズで10箇所以上撮影した。得られたデジタル画像から個々の粒子を領域分離するため、ある閾値を持って2値化処理し、粒子の存在する領域の数を所望の画像処理ソフトを用いて計測した。また、感光体1上の該存在量についても感光体1上を同様のビデオマイクロスコープにて撮影し同様の処理を行い計測した。
【0057】
該介在量の調整は、現像装置4の現像剤4dにおける帯電促進粒子mの配合量を設定することにより行った。一般には現像剤(トナー)t100重量部に対して帯電促進粒子mは0.01〜20重量部である。
【0058】
(3)本実施形態例における本発明に特徴的な制御
以下、図2を用いて説明する。装置の最大記録幅210mmに対して、幅100mmの転写材Pを図2に示す通りに中央基準で通紙した場合、感光体1の領域D1及びD2には静電潜像が形成されない。この動作が連続的に、又は高頻度で行われると、領域D1及びD2に対応する帯電ローラ2と感光体1のニップ部nに介在する帯電促進粒子mの量が所望の量以下となり、当該領域において帯電性能の低下という弊害を招くこととなってしまう。
【0059】
そこで、本実施形態例の装置では、所定のタイミング(本実施形態例では画像形成動作後)で、領域D1及びD2に対応する感光体1表面をレーザー光で露光し、感光体1に現像剤4dを付着させるようにしている。尚、本実施形態例では、該露光による感光体1上の潜像の感光体1の進行方向の長さは、
N×L×0.03
としている。
【0060】
ここで、Nは一連の画像形成動作で通紙された転写材の枚数で、Lは該転写材の搬送方向の長さである。
【0061】
この感光体1上の潜像の長さ分だけ現像剤が現像される。この長さは必要に応じて適宜増減してもよい。
【0062】
また、本実施形態例の装置では、上記の通りに感光体1に付着した現像材4dが転写ローラ5と感光体1のニップ部bを通過する期間においては、トナーと同極性の電圧を転写ローラ5に印加し、トナーが転写ローラ5に付着しないようにしている。
【0063】
上述のように、装置の最大記録幅以下の幅の転写材Pが通紙された場合、感光体1の転写材Pの幅に対応する領域外の部分を所定のタイミングでレーザー露光することにより、当該露光部分に現像剤を付着させることにより、転写材Pの幅に対応する領域外の帯電ローラ2と感光体1のニップnに介在する帯電促進粒子mの量が不足することを回避でき、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができた。
【0064】
尚、本実施形態例では、所定のタイミングを画像形成後としたが、これに限らず、画像形成前、画像形成中等とすることもできる。
【0065】
〈実施形態例2〉
本例は前記実施形態例1の画像形成装置において、像担持体である感光体1の表面抵抗を調整することで更に安定して均一に帯電を行なうものである。
【0066】
つまり、接触帯電部材2に転写残トナーが混入し感光体1との接触面積が低下した場合でも、帯電促進粒子mの介在と、感光体1側の表面抵抗を潜像形成可能な領域で低く設定することにより、一層効率良く電荷の授受を行なうものである。
【0067】
本例では感光体1の表面に電荷注入層を設けて感光体表面の抵抗を調節している。
【0068】
図3は、本例で使用した、表面に電荷注入層を設けた感光体1の層構成模型図である。即ち該感光体1は、アルミドラム基体(Alドラム基体)11上に下引き層12、正電荷注入防止層13、電荷発生層14、電荷輸送層15の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電荷注入層16を塗布することにより、帯電性能を向上したものである。
【0069】
電荷注入層16は、バインダーとしての光硬化型のアクリル樹脂に、導電性粒子(導電フイラー)としてのSnO2超微粒子16a(径が約0.03μm)、4フッ化エチレン樹脂(商品名テフロン(登録商標))などの滑剤、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。
【0070】
電荷注入層16として重要な点は、表層の抵抗にある。電荷の直接注入による帯電方式においては、被帯電体側の抵抗を下げることでより効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、感光体として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、電荷注入層16の体積抵抗値としては1×109〜1×1014(Ω・cm)の範囲が適当である。
【0071】
また本構成のように電荷注入層16を用いていない場合でも、例えば電荷輸送層15が上記抵抗範囲にある場合は同等の効果が得られる。
【0072】
さらに、表層の体積抵抗が約1013Ωcmであるアモルファスシリコン感光体等を用いても同様な効果が得られる。
【0073】
〈その他〉
1)接触帯電部材としての帯電ローラ2は実施形態例の帯電ローラに限られるものではない。また可僥性の接触帯電部材は弾性帯電ローラの他に、ファーブラシ、フェルト、布などの材質・形状のものも使用可能である。また、これらを積層し、より適切な弾性と導電性を得ることも可能である。
【0074】
2)接触帯電部材2や現像スリーブ4aに対する印加帯電バイアスあるいは印加現像バイアスは直流電圧に交番電圧(交流電圧)を重畳してもよい。
【0075】
交番電圧の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。また、直流電源を周期的にオン/オフすることによって形成された矩形波であっても良い。このように交番電圧の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
【0076】
3)静電潜像形成のための画像露光手段としては、実施形態例の様にデジタル的な潜像を形成するレーザー走査露光手段に限定されるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やLEDなどの他の発光素子でも構わないし、蛍光燈等の発光素子と液晶シャッター等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。
【0077】
像担持体は静電記録誘電体等であっても良い。この場合は、該誘電体面を所定の極性・電位に一様に一次帯電した後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の静電潜像を書き込み形成する。
【0078】
4)現像手段4は実施形態例では一成分磁性トナーによる現像装置を例に説明したが現像装置構成について特に限定するものではない。
【0079】
5)像担持体からトナー画像の転写を受ける記録媒体は転写ドラム等の中間転写体であってもよい。
【0080】
6)実施形態例では、転写残トナー除去のために一般に用いられるクリーニング装置を具備しない場合を例に説明したが、帯電促進粒子がクリーニング装置をすり抜けて帯電ローラに到達する構成にすれば、クリーニング装置を設けてもよい。
【0081】
7)トナー粒度の測定方法の1例を述べる。測定装置としては、コールターカウンターTA−2型(コールター社製)を用い、個数平均分布、体積平均分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びCX−1パーソナルコンピュータ(キヤノン製)を接続し、電解液は一級塩化ナトリウムを用いて1%NaC1水溶液を調製する。
【0082】
測定法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくは、アルキルベンゼンスルホン酸塩0.1〜5ml加え、更に測定試料を0.5〜50mg加える。
【0083】
試料を懸濁しだ電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記コールターカウンターTA−2型により、アパーチャーとして100μアパーチャーを用いて2〜40μmの粒子の粒度分布を測定して、体積平均分布を求める。これらの求めた体積平均分布より体積平均粒径を得る。
【0084】
以上、本発明の様々な例と実施例が示され説明されたが、当業者であれば、本発明の趣旨と範囲は本明細書内の特定の説明と図に限定されるものではなく、本願特許請求の範囲に全て述べられた様々の修正と変更に及ぶことが理解されるであろう。
【0085】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【0086】
〔実施態様1〕像担持体と、該像担持体とニップ部を形成し該像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、該静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、該トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有し、前記現像手段の現像剤はトナー及び導電性を有する帯電促進粒子を含み、像担持体の静電潜像の現像は該現像剤によりなされ、少なくとも帯電部材と像担持体とのニップ部に、現像部で像担持体に付着し転写後の像担持体上に残留した前記現像剤中に含有の帯電促進粒子が持ち運ばれて介在している画像形成装置において、前記記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、前記記録媒体と前記像担持体が接触する領域外であり、かつ、前記像担持体の記録可能領域内である前記像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることを特徴とする画像形成装置。
【0087】
〔実施態様2〕前記現像手段がトナー画像を記録媒体に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収するクリーニング手段を兼ねていることを特徴とする実施態様1記載の画像形成装置。
【0088】
〔実施態様3〕前記現像剤を付着させる所定のタイミングが画像情報に対応する静電潜像を現像する期間外であることを特徴とする実施態様1又は2に記載の画像形成装置。
【0089】
〔実施態様4〕前記所定のタイミングで前記像担持体に付着させた現像剤が転写部を通過する期間は、前記転写手段には前記現像剤の極性と同極性の電圧を印加することを特徴とする実施態様1から3の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0090】
〔実施態様5〕前記帯電促進粒子の粒子抵抗が1012Ω・cm以下であり、粒径が50μm以下であることを特徴とする実施態様1から4の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0091】
〔実施態様6〕前記帯電促進粒子の粒子抵抗が1010Ω・cm以下であり、粒径が50μm以下であることを特徴とする実施態様1から4の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0092】
〔実施態様7〕ニップ部を形成する前記帯電部材の表面と前記像担持体の表面には速度差を設けることを特徴とする実施態様1から6の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0093】
〔実施態様8〕前記帯電部材と前記像担持体はニップ部おいて互いに逆方向に移動することを特徴とする実施態様1から7の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0094】
〔実施態様9〕前記帯電部材は弾性導電ローラであることを特徴とする実施態様1から8の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0095】
〔実施態様10〕前記帯電部材は導電性繊維から構成されるブラシであることを特徴とする実施態様1から8の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0096】
〔実施態様11〕前記像担持体の最表面層の体積抵抗が1×109(Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする実施態様1から10の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0097】
〔実施態様12〕像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段が像露光手段であることを特徴とする実施態様1から11の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0098】
〔実施態様13〕最大記録幅以下の記録媒体の使用頻度に応じて、前記所定のタイミング及び所定の量を制御することを特徴とする実施態様1から12の何れか1つに記載の画像形成装置。
【0099】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の帯電手段が導電性粒子を用いた接触注入帯電手段である画像形成装置、さらにはクリーナーレスシステムである画像形成装置において、記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、記録媒体と像担持体が接触する領域外であり、かつ、像担持体の記録可能領域内である像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることとする。これにより、装置の最大記録幅より小さい幅の転写媒体が高い頻度で通紙された場合においても、像担持体の前記転写媒体に対応する領域外の部分に対応する像担持体と接触帯電部材のニップ部に介在する帯電促進粒子の量を必要量に維持することにより、良好な帯電ができ、高画質な画像を形成することができる画像形成装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態例1における画像形成装置の概略構成図
【図2】実施形態例1における制御を説明するための図
【図3】実施形態例2における、表面に電荷注入層を設けた感光体の層構成模型図
【符号の説明】
1 感光体(像担持体、被帯電体)
2 帯電ローラ(接触帯電部材)
3 レーザービームスキャナ(露光器)
4 現像装置
4a現像スリーブ
4d現像剤(トナーt十帯電促進粒子m)
5 転写ローラ
6 定着装置
P 転写材
Claims (1)
- 像担持体と、該像担持体とニップ部を形成し該像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、該静電潜像を現像剤によりトナー画像として可視化する現像手段と、該トナー画像を記録媒体に転写する転写手段を有し、前記現像手段の現像剤はトナー及び導電性を有する帯電促進粒子を含み、像担持体の静電潜像の現像は該現像剤によりなされ、少なくとも帯電部材と像担持体とのニップ部に、現像部で像担持体に付着し転写後の像担持体上に残留した前記現像剤中に含有の帯電促進粒子が持ち運ばれて介在している画像形成装置において、前記記録媒体の幅が装置の最大記録幅以下である場合に、前記記録媒体と前記像担持体が接触する領域外であり、かつ、前記像担持体の記録可能領域内である前記像担持体の領域に所定のタイミングで、所定量の現像剤を付着させることを特徴とする画像形成装置。
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