JP2004170906A

JP2004170906A - 画像形成装置

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Publication number: JP2004170906A
Application number: JP2003314829A
Authority: JP
Inventors: Yuji Doura; 祐史堂裏; Shigeki Tsukahara; 茂樹塚原
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: JP4303543B2

Abstract

【課題】アモルファスシリコン感光体を用いた画像形成装置において、ヒータによる加熱を行うことなく、感光体に付着した水分を除去可能とさせ、画像欠陥のない良質の画像を長期間にわたって安定に形成することが可能な画像形成装置を提供する。
【解決手段】アモルファスシリコン感光体を使用し、感光体表面のトナー像を転写ローラによって所定の用紙に転写し、感光体周りに設けられたクリーニング手段によって転写後に感光体上に残存するトナーのクリーニングが行われる画像形成装置において、前記クリーニング手段は、感光体に対して摺擦回転する摺擦ローラを含み、転写ローラから前記感光体への流れ込み総電荷量に基づいて、前記感光体の空回し運転が行われることを特徴とする画像形成装置で、研磨剤を含有したトナーを担持した前記摺擦ローラと感光体との摩擦接触によって、感光体表面から水分が除去可能とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式により画像形成を行う画像形成装置に関するものであり、より詳細には、感光体としてアモルファスシリコン感光体を用いた画像形成装置に関する。

従来、複写機やプリンタ、ファックス等の画像形成装置では、電子写真方式により画像形成が行われる。

即ち、帯電装置により感光体を所定極性に一様に主帯電し、所定の画像情報に基づいての光照射により画像露光して静電潜像を形成する。次いで、現像装置によって現像剤を感光体表面に供給して静電潜像を現像して感光体表面にトナー像を形成し、このトナー像を、転写ローラや転写用のコロナ帯電器を用いて所定の用紙（転写紙）に転写する。トナー像が転写された転写紙は、定着装置に導入され、熱、圧力により、トナー像が転写紙表面に定着される。一方、転写終了後においては、感光体表面に残存するトナーがクリーニングされ、さらに必要により除電が行われ、これにより、画像形成行程の１サイクルが完了し、次の画像形成が行われるものである。

このような画像形成装置に用いる感光体として、安価であり、生産性が高いなどの理由により、ＯＰＣ（有機感光体）が広く採用されている。しかしながら、ＯＰＣは、表面が軟らかく、クリーニングブレードやトナー、用紙によって摩耗され易く、耐久性に問題があった。そこで、ＯＰＣと比較して感光体表面が硬質であり、耐摩耗性、耐久性、機能保持性（メンテナンス性）、また環境的な配慮からもアモルファスシリコン感光体が広く使用されるようになってきた（例えば特許文献１参照）。
特開平１−３１５７８２号公報

しかしながら、アモルファスシリコン感光体の体積抵抗値は１０⁹〜１０¹¹（Ω・ｃｍ）であり、ＯＰＣの体積抵抗値（１０¹³Ω・ｃｍ）と比較すると低いため、帯電（正）、転写（負）時の感光体への流れ込み電流が多く、この結果、感光層が絶縁破壊し、出力画像に黒点が発生しやすいという欠点がある。

またアモルファスシリコン感光体は製造過程において、膜の異常成長といった膜欠陥を生じることがあるため、その部分に帯電あるいは転写電流が集中し絶縁破壊を引き起こし、黒点等の画像欠陥を生じることがあった。

さらに、感光体表面に形成されたトナー像を所定の用紙表面に転写するための転写手段として、転写ローラを用いた場合には、オゾンやＮＯｘなどの放電生成物をほとんど発生せず環境的な面では有利である。しかるに、アモルファスシリコン感光体を用いている場合に転写ローラを採用すると、アモルファスシリコン感光体の膜欠陥に対して直接ローラが接触するため、転写電流が膜欠陥に集中し、絶縁破壊による画像欠陥（黒点画像）が一層発生しやすいという問題がある。

また、アモルファスシリコン感光体は、導電性基板上にアモルファスシリコン系光導電層を有するものであるが、上述した膜欠陥による絶縁破壊の問題を回避するために、該光導電層上に、ＳｉＣなどの該光導電層に比してＣ含量の多い表面保護層が形成することが一般に行われている。しかしながら、特に転写手段として転写ローラを用いている場合には、転写行程の繰り返しにより、表面保護層の抵抗が低下し、帯電能が低下してしまうため、適正濃度の画像を得ることが困難となる。

しかも、帯電装置の放電によってアモルファスシリコン感光体表面にＮＯｘやＳＯｘ等の水溶性イオン生成物が生成して感光体表面の微小な溝部に入り込む。微小溝部に入り込んだ水溶性イオン生成物は通常のクリーニングでは取り除くことができず感光体に残存する。このような状態で、高湿度環境の下では、水溶性イオン生成物が大気中の水分を吸収して、感光体表面に水分が付着することによって帯電能低下部の静電潜像電位の落ち込みが広がってしまい、より大きな面積が現像されることから、画像欠陥が大きく顕著となってしまう。このために、ヒータにより感光体を加熱して感光体表面に付着した水分を除去することが行われていたが、無駄な電力を消費するため、その改善が求められている。

従って本発明の目的は、前述したアモルファスシリコン感光体を用いた画像形成装置において、ヒータによる加熱を行うことなく、該感光体に付着した水分を除去可能とさせ、画像欠陥のない良質の画像を長期間にわたって安定に形成することが可能な画像形成装置を提供することにある。

本発明によれば、アモルファスシリコン感光体を使用し、該感光体表面に形成された静電潜像を現像して得られたトナー像を転写ローラによって所定の用紙に転写し、且つ該感光体周りに設けられたクリーニング手段によって転写後に該感光体上に残存するトナーのクリーニングが行われる画像形成装置において、前記クリーニング手段は、前記感光体に対して摺擦回転する摺擦ローラを含み、前記転写ローラから前記感光体への流れ込み総電荷量に基づいて、前記感光体の空回し運転が行われる。

この際、研磨剤を含有したトナーを担持した前記摺擦ローラと感光体との摩擦接触によって、該感光体表面から水分が除去可能とされる。

本発明においては、
１．装置内に湿度センサを備えており、前記空回し運転時間は、装置内雰囲気の絶対湿度に応じて設定されること、
２．絶対湿度が大きいほど前記空回し運転時間が長く設定されていること、
３．少なくとも前記空回し運転開始の初期段階において、トナーを感光体表面に移行させるための現像バイアスの印加と、転写ローラへのトナー付着を防止し且つ転写ローラに付着したトナーを感光体表面に戻すための逆転写バイアス電位の印加とが行われること、
４．空回し運転時間を長くするにしたがって、前記現像バイアスの印加時間及び前記逆転写バイアスの印加時間を長くすること、
が好適である。

本発明者らは、鋭意研究の結果、転写ローラから前記感光体への流れ込み総電荷量が、アモルファスシリコン感光体の寿命に大きな影響を及ぼすことを見出し本発明を成すに至った。

本発明では、摺擦ローラをアモルファスシリコン感光体と摺擦して設け、転写ローラから前記感光体への流れ込み総電荷量が所定値に達した段階で、感光体の空回し運転を行うものであり、この空回し運転によって、感光体表面の水分が有効に除去可能となり、画像欠陥の発生が抑制されるものである。

例えば、図３を参照されたい。図３は、後述する実験例１において、多数枚の画像形成を繰り返し行ったときの１枚の用紙中に発生した黒点個数と、印字枚数との関係を示すものであり（詳細な条件は実験例参照）、図３から、１５万枚の印字で表面保護層が劣化し、黒点個数が急激に増大していることがわかる。

一方、図４は、上記の画像形成を行ったときの転写ローラに印加した転写バイアス波形を示すものである。図４において、マイナス側の転写電圧が二段階になっているのは、紙の内外で正負の切り替えが行われており、紙の無い位置でマイナスにスイッチされた時、−６５μＡの定電流制御となっており、通紙中は、感光体と転写ローラとの間の抵抗値が上がるため、−６５μＡに達する前に制限電圧の−２．１ｋＶで設定されているからである。従って、感光体１ｃｍ²当りの総電荷量は、図４のマイナス側転写電流部を時間で積分し、感光体〜転写ローラ間の総面積で割ることにより算出される。このようにして算出された総電荷量と印字枚数との関係は、図５で示される。

ところで、図３で示されているように、表面保護層の劣化が１５万枚から始まっており、１５万枚印字したときの総電荷量は、図５から２．１×１０²Ｃ／ｍ²であることがわかる。即ち、総電荷量が２．１×１０²Ｃ／ｍ²に達した段階で、アモルファスシリコン感光体の表面保護層の劣化が開始し、水分の影響により、画像欠陥（黒点）の発生が顕著となることが理解される。

本発明によれば、総電荷量が所定値（例えば２．１×１０²Ｃ／ｍ²）に達した段階で、画像形成開始に先立って、感光体の空回し運転を行い、摺擦ローラによって感光体表面から水分を除去することにより、画像欠陥の拡大を有効に抑制するのである。即ち、摺擦ローラに、後述する研磨剤を添加したトナーを担持させ感光体表面を摺擦することにより、感光体表面に付着した水分が除去可能とされるものである。

後述する実験例２は、このような空回し運転を行った例であるが、この場合、１枚の用紙中に発生した黒点個数と、印字枚数との関係は図７に示す通りとなる。図７から、黒点発生数は印字枚数約３０万枚まで閾値以下であり、画像欠陥の発生が有効に抑制されていることが理解される。

本発明によれば、アモルファスシリコン感光体の絶縁破壊により生じる黒点等の画像欠陥を長期間にわたって抑制することができる。また、ヒータにより感光体を加熱して感光体表面に付着した水分を除去する必要が無いために無駄な電力消費を無くすことができる。更には、摺擦ローラにトナーを担持させて感光体表面を摺擦する空回し運転を、総電荷量が所定値に達した段階で実施しているために、無駄なトナー消費を無くすことができる。

本発明の画像形成装置の概略構造を示す図１において、アモルファスシリコン感光体ドラム１１の周囲に、その回転方向に沿って、主帯電器１２、露光器１３、現像器１４、転写ローラ１５、摺擦ローラ１７、クリーニングブレード１６及び除電手段１８が設けられている。

本発明において、アモルファスシリコン感光体ドラム１１としては、図２に示されているように、導電性基体２２上に、３０で示されるアモルファスシリコン感光層を有する構造を有しているが、この感光層３０は、キャリヤ阻止層２１、アモルファスシリコン系光導電層２０及び表面保護層１９からなっていることが好ましい。

上記感光層３０の内、光導電層２０を形成する材料は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に限定されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＣ，ａ−ＳｉＯ，ａ−ＳｉＯＮ等を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣ（アモルファスシリコンカーバイド）が特に高抵抗であり、より優れた帯電能力、耐磨耗性、耐環境性が得られることより、本実施形態における感光層材料として好適である。

またａ−ＳｉＣでは、ＳｉとＣ（炭素）との原子比が特定のものを使用するのが好ましい。例えばａ−Ｓｉ_1-XＣ_Xで表して、
０．３≦Ｘ＜１、
好ましくは、０．５≦Ｘ≦０．９５、特に好ましくは、０．８５≦Ｘ≦０．９５
の条件を満足するものがよい。このようなａ−ＳｉＣは１０¹²〜１０¹³Ω・ｃｍという特に高い抵抗を有しており、感光体表面方向の潜像電荷の流れが少なく、静電潜像の維持能力及び耐湿性にも優れているためである。

このようなアモルファスシリコン系光導電層２０は、グロー放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法などによって形成することができ、一般に膜形成に際して、ダングリングボンド終端用に水素（Ｈ）やハロゲン元素を１〜４０原子％含有させる。また、暗導電率や光導電率などの電気的特性、光学的ハンドギャップなどについて所望の特性を得るために、周期律表第IIIａ族元素や第Ｖａ族元素を含有させることができ、さらに目的とする組成に応じて、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）等の元素を含有させることができる。

キャリヤ阻止層２１は、現像バイアス電圧が印加された状態でドラム１１表面に現像剤が接触した際に、導電性基板２２から光導電層２０へのキャリヤの注入を阻止することにより、露光部と非露光部との静電コントラストを高め、画像濃度を増大させ且つバックグラウンド部のカブリを低減させるために設けられるものである。

従って、このようなキャリヤ阻止層２１は、高抵抗の材料から形成され、例えば、アモルファスシリコン系材料や、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化エチレンプロピレン等の含フッ素樹脂、ポリイミド、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸セルロース樹脂等の有機材料により形成される。

上記のキャリヤ阻止層２１は、これを形成する材料に応じて、真空蒸着法、活性反応蒸着法、ＲＦスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、スプレー法、塗布法、浸漬法などによって形成される。

このようなキャリヤ阻止層２１の厚みは、一般に、０．０１〜５μｍ、好適には０．１〜３μｍの範囲にあるのがよい。

また、表面保護層１９は、光導電層２０に比してＣ含量の多いアモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）から形成される。例えば、ａ−Ｓｉ_1-XＣ_Xで表して、
０．８５≦Ｘ≦０．９５
を満足するものから形成されているのがよい。即ち、この表面保護層１９は、光導電層２０に比して高い体積抵抗を有しており、これにより、膜欠陥による絶縁破壊を回避するものである。

このような表面保護層１９は、前述した光導電層２０と同様の方法により形成することができ、例えば原料ガス中のカーボン濃度を適宜変更することにより、光導電層２０と連続して形成することができる。この場合、キャリヤ阻止層２１をａ−ＳｉＣにより形成する場合には、原料ガス中のカーボン濃度を適宜変更することによって、キャリヤ阻止層２１、光導電層２０及び表面保護層１９を連続して一括で形成することができる。

また、上記の表面保護層１９は、２μｍ（２００００Å）以下、特に０．５〜１．５μｍの厚みを有していることが好ましい。例えば表面保護層１９の厚さがあまり薄いと転写からの負電流の流れ込みに対して耐圧特性が低下し、その結果、早い段階で、表面保護層１９の劣化を生じてしまうおそれがある。また、必要以上に表面保護層１９が厚いと、成膜時間が長くなり、コスト的に不利になるためである。

本発明において、前述したキャリヤ阻止層２１、光導電層２０及び表面保護層１９からなる感光層３０は、全体として薄膜であることが好ましく、特に、帯電能力、耐圧、暗減衰特性、製造コスト、品質面等により、１０〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。

即ち、感光層３０の厚みが１０μm未満である場合には、感光体としての帯電能が低く、所定の表面電位を得ることが困難である、また感光体の耐圧性能が層膜厚（特に光導電層２０に依存する）と比例関係にあるため、繰り返し帯電による絶縁破壊が発生し、黒点画像が発生することとなる。また導電性基板２２の表面でレーザ光が乱反射することによって、ハーフパターンにおいては干渉縞が発生する不具合が生じる。一方、感光層３０の厚みが２０μｍを越えると、熱キャリアの移動速度が速くなるために、暗減衰特性が低下してしまい、結果的には感光体表面方向への潜像の流れが発生し易くなり解像度が低下する原因となる。また、コスト面においても、感光層３０の膜厚が厚いほど成膜時間が長くなり、異物等の付着確率が高くなって歩留まりが悪くなってしまう。従って、コストや品質の点でも、感光層３０の厚みは、２０μｍ以下であることが好ましい。

感光層３０を表面に有する導電性基板２２は、アルミ、ステンレス、Ｔｉ，Ｎｉ，Ａｕ，Ａｇ等の金属または合金材料や、樹脂基板等の絶縁基板表面に導電性膜を形成させたものからなるが、一般的には、アルミ製のものが使用される。

上述したアモルファスシリコン系感光体ドラム１１は、主帯電器１２によって、正極性に均一に帯電される。このときのドラム１１表面の帯電電位は、＋２００〜＋５００Ｖ、特に＋２００〜＋３００Ｖの範囲とするのがよい。この帯電電位が上記範囲よりも小さいと、現像電界が不十分となり画像濃度の確保が困難となる。一方、上記範囲よりも帯電電位が大きいと、感光層３０の絶縁破壊による黒点が発生し易くなること、あるいはオゾンの発生量が増加してしまうなどのおそれがあるからである。

主帯電器１２としては、コロトロン、スコロトロン等のコロナ帯電器や、導体ローラなどが使用される。スコロトロンを用いた場合には、グリッドとドラム１１表面との間隔は、０．４〜０．８ｍｍの範囲とするのが好適である。この間隔があまり小さいと、火花放電のおそれがあり、あまり大きいと、帯電を有効に行うことが困難となってしまう。

上記の主帯電後に、露光器１３により、所定の画像情報に基づいて、レーザ光等の光を照射することにより画像露光が行われる。この光照射により、光が照射された部分の電位が低下し、静電潜像が形成される。

感光体ドラム１１表面に形成された静電潜像は、現像装置１４によって現像され、感光体表面にトナー像が形成される。

現像装置１４による現像は、正規現像方式で行ってもよし反転現像方式で行ってもよい。反転現像方式で現像を行う場合には、前記画像露光による光照射部が画像部となり、光が照射されない部分が画像のバックグラウンド部となり、正規現像ではこの逆のパターンとなる。

現像に使用される現像剤としては、非磁性トナー或いは磁性粉が樹脂中に分散された磁性トナーからなる一成分系現像剤、非磁性或いは磁性のトナーと磁性キャリヤ（例えば鉄粉やフェライト）とからなる二成分系現像剤が使用され、公知の現像装置１４によって現像剤を感光体表面に供給することにより、反転現像ではプラス帯電したトナーが、また正規現像ではマイナス帯電したトナーが、静電潜像形成部に付着することにより現像が行われ、トナー像が形成される。

また、本発明においては、現像剤として一成分系現像剤、二成分系現像剤を用いるにかかわらず、トナーには、研磨剤が外添されていることが好適である。即ち、研磨剤が外添されているトナーを使用することにより、後述する摺擦ローラ１７による研磨作用が高められ、ドラム１１表面に付着した水分の除去を有効に行うことができる。

このような研磨剤は、通常、トナー重量に対して０．１〜３．０重量％、特に１．０〜２．０重量％の量で外添されているのがよく、その体積平均粒径は、一般に、０．１〜０．７μｍ、特に０．１〜０．４μｍの範囲にあるのが好適である。尚、用いるトナーの体積平均粒径は、一成分系現像剤及び二成分系現像剤を問わず、通常、６〜１０μｍ、特に７〜９μｍの範囲にあるのがよい。

また、上記のような研磨剤としては、種々の無機粒子を使用することができるが、特に研磨効果が高いものは、アルミナ及び酸化チタンであり、最も好適には酸化チタンが使用される。

上記現像は、現像剤と感光体ドラム１１表面とを接触させて行う接触現像で行ってもよいし、現像剤と感光体ドラム１１表面とを非接触状態で行うジャンピング現像によって行ってもよい。

上記のようにして形成されたトナー像は、転写バイアスが印加された転写ローラ１５により、ドラム１１と転写ローラ１５との間を通過する用紙に転写される。即ち、転写バイアスによって、ドラム１１と転写ローラ１５との間に形成される電界によって、トナー像がドラム１１表面から用紙の表面に移行する。従って、トナー像の帯電極性がプラスの場合（反転現像の場合）には、転写ローラ１５にはマイナスの転写バイアスが印加され、トナー像の帯電極性がマイナスの場合には（正規現像の場合）、プラスの転写バイアスが転写ローラ１５に印加される。

転写ローラ１５は、感光体ドラム１１と接触して該ドラム１１に従動し、ドラム１１に対して３％〜５％の線速差をつけて回転するのが好ましい。これは３％より小さいと転写性が低下し、中抜けの問題が発生する傾向があり、５％よりも大きいと、転写ローラ１５〜ドラム１１間のスリップが大きくなり、ジッタが増えるためである。

この転写ローラ１５は、導電性のシャフトに発泡ゴム（例えば発泡ＥＰＤＭ）の層を設けたものであることが好ましい。これは発泡体を用いることで、紙詰まりなどの際に汚染されたトナーが発泡の気泡の中に入ることで運転再開後最初の紙の裏汚れを防止するためである。また、発泡ゴム層を設けることで転写ロールをクリーニングする必要が無く、コストダウンが可能となる。

転写ローラ１５の表面高度、即ち発泡ゴム層の硬度（アスカＣ）は２０〜５０°、特に３０〜４０°の範囲にあることが好ましい。この範囲よりも硬度が小さいと転写不良が発生し、大きいと感光体ドラム１１との間のニップが小さくなり、紙の搬送力が低下するおそれがある。

さらに、所定の転写バイアスを印加するために、転写ローラ１５の体積抵抗は、１０⁵〜１０⁹Ω・ｃｍの範囲にあることが好適である。従って、上記の発泡ゴム層中には、カーボンブラックや金属粉等の導電性粉末を分散させ、体積抵抗を上記範囲内に調整しておくのがよい。

転写ローラ１５に印加される転写バイアスは、１枚の印字に際して転写ローラ１５からアモルファスシリコン感光体ドラム１１への流れ込み電荷量が、６．５×１０^-4Ｃ／ｍ²より多くなるような電圧で行うのがよい。流れ込み電荷量が、これよりも少ないと、転写不良を生じるおそれがある。

上記の転写ローラ１５によるトナー像の用紙への転写が行われた後、転写トナー像を有する用紙は、図示されていない定着装置に導入され、熱及び圧力によって、トナー像が用紙表面に定着された後に装置外に排出される。

一方、転写ローラ１５による転写終了後において、感光体ドラム１１は、摺擦ローラ１７と摩擦接触する。

既に述べたように、この摺擦ローラ１７は、感光体ドラム１１に対して摺擦回転することで、その摩擦接触によって感光体ドラム１１表面に付着した水分を除去可能とする。従って、かかるローラ１７としては、ドラム１１との間に十分なニップ幅（接触幅）を確保するために、ＥＰＤＭ等のゴムローラを用いることが好ましい。

また、この摺擦ローラは、ドラム１１表面の研磨を有効に行うために、例えば前述した転写ローラ１５よりも高硬度であることが好ましく、一般に、５５〜６５°の硬度（アスカＣ）を有していることが好適である。即ち、このような硬度を有していることにより、トナーが摺擦ローラ１７とドラム１１との間を通過する際に、トナー（特にトナーに外添されている研磨剤）によってドラム１１表面を研磨し、付着した水分を除去可能とする。

硬度が上記範囲よりも小さいと、このような研磨を有効に行うことが困難となり、また、硬度が上記範囲よりも大きいと、研磨に必要な十分なニップ幅を確保することが困難となり、やはり研磨を有効に行うことが困難となる。

更に、上記ゴムは発泡ゴムであることが好適である。即ち、発泡体の使用により、研磨剤として機能するトナーをローラ表面の保持せしめ、均一且つ安定な研磨を行うことが可能となる。この場合、トナー保持性の見地から、発泡セルの大きさは、１００〜３００μｍ程度であることが好ましい。

また、トナーとして磁性トナーが使用されている場合には、摺擦ローラ１７の内部にマグネットを設けることもトナー保持性の点で有効である。即ち、磁力によって摺擦ローラ１７表面に磁性トナーを吸着保持できるため、摩耗によりドラム１１表面に付着した水分を有効に除去できる。

ドラム１１が上記摺擦ローラと接触した後には、クリーニングブレード１６によってドラム１１表面に残存するトナーが除去され、さらに除電器１８によって残存電荷が除去される。クリーニングブレード１６としては、通常、ポリウレタン等からなるゴムブレードがドラム１１表面に圧接して使用されるが、必要により、ファーブラシ等が使用されることもある。また、除電器１８としては、ＬＥＤ等が使用され、光照射により除電が行われるが、帯電ローラやコロナ帯電器等が使用されることもある。
［空回し運転］
本発明の特徴は、転写ローラ１５から感光体ドラム１１への流れ込み総電荷量に基づいて、感光体ドラム１１の空回し運転を行うことである。

本発明の実施形態においては、表面保護層が劣化し黒点個数が急激に増大する、すなわち、転写ローラ１５から感光体ドラム１１への流れ込み総電荷量が２．１×１０²Ｃ／ｍ²に達した段階で、感光体ドラム１１の空回し運転を行う。

総電荷量が上記値に達する前の段階では、ドラム１１の表面保護層１９の劣化がほとんど生じておらず、空回し運転を行ってまで水分を除去する必要はない。しかし、表面保護層１９の劣化は急激に進行するものではなく徐々に劣化が進行することを考慮して、総電荷量が上記値に達する前（例えば１．８×１０²Ｃ／ｍ²）に空回し運転を行っても良い。

感光体ドラム１１の空回し運転を開始する流れ込み総電荷量については、前述のように、黒点画像が急激に増加する印字枚数（本実施形態では１５万枚）を実測し、その印字枚数での流れ込み総電荷量を算出することで適宣設定することが可能である。

流れ込み総電荷量の算出については、前述のように、図４に示すマイナス側の転写電流部を時間で積算し、感光体〜転写ローラ間の総面積で割ることにより算出される。そして、下記の実測方法または予測法による積算値が、その算出した流れ込み総電荷量に達した場合に空回し運転を行うように制御すれば良い。

流れ込み総電荷量が上記値に達したことを検知する手段としては、実測、予測の二通りの方法がある。

実測方法としては、例えば、電源基板から転写ローラ１５のシャフトの間に電流計を設置し、電流値を、画像形成装置内に設けられているコントローラ部で時間積分することで電荷量を求め、その値を積算していく方法である。

予測法としては、例えば、あらかじめ各用紙サイズ、各用紙厚さについて転写ローラ１５から感光体ドラム１１に流れ込む電荷量をメモリしておく。即ち、用紙カセットには用紙サイズを検知するセンサが設置してあり、ユーザが画像形成装置のフロントパネルやＰＣ端末から用紙厚さを選択することによって、印字する度にメモリから選択された用紙の流れ込み電荷量を読み出し、積算していく方法である。

空回し運転を行う時期については、例えば、画像形成を繰り返し行い、感光体ドラム１１への流れ込み総電荷量が前述した所定値に達した場合に、画像形成が終了して画像形成装置が省エネルギーモード（待機モード）に入り、次の画像形成を行うために省エネルギーモードから復帰する際に感光体ドラム１１の空回し運転を行うように制御することが好適である。次の画像形成行程の実行に先立って、上述した摺擦ローラ１７によってドラム１１表面に付着した水分の除去を可能とさせる。

空回し運転を行う時期については、省エネルギーモードからの復帰時に限らず、感光体ドラム１１への流れ込み総電荷量が所定値に達した場合に、次に画像形成装置のメインスイッチをＯＮにして電源を立ち上げた際でもよいし、画像形成中であっても、流れ込み総電荷量が所定値に達した時点で画像形成を中断して空回し運転を実施し、画像形成を再開させてもよい。

この空回し運転に際しては、現像バイアスを印加し、さらに転写逆バイアスを印加することが好ましい。即ち、現像バイアスの印加により、トナーが現像装置４からドラム１１表面に移行するため、このトナー（或いはトナーに外添された研磨剤）が摺擦ローラ１７に保持されてドラム１１表面の摩耗が促進され、水分が除去可能となるわけである。この場合、クリーニングブレード１６により掻き取られたトナーが摺擦ローラ１７上部に溜まり、そのトナーが摺擦ローラ１７に担持されてドラム１１表面が摺擦される。従って、摺擦ローラ１７は、図１に示されているように、ドラム１１の回転方向に対して、クリーニングブレード１６の上流側に配置されるべきである。

一方、上記のように、ドラム１１表面にトナーを移行させると、このトナーは転写ローラ１５に付着してしまい、転写不良やトナーによる用紙の汚れを生じてしまう。転写逆バイアスは、このようなトナーの転写ローラ１５への移行を防止するためのものであり、画像形成時に印加される転写バイアスとは逆極性である。従って、転写逆バイアスの印加により、転写ローラ１５のクリーニングが行われる。

図６には空回し運転のタイミングチャートを示した。図６において、Ａは感光体ドラム１１を回転させる駆動モーター動作時間、Ｂはトナーを感光体ドラム１１表面に移行させるための現像バイアス印加時間、Ｃはトナーの転写ローラ１５への付着を防止し且つ転写ローラ１５に付着したトナーをドラム１１表面に戻すための転写逆バイアスに要する時間である。

尚、現像バイアスは、通常の画像形成に際して行われるときと同程度の大きさでよく、また転写逆バイアスの絶対値は、転写バイアスと同程度でよい。

ところで、水分の除去時間は、その環境条件（温度及び湿度）によって左右されるため、感光体ドラム１１表面に付着した水分を完全に除去可能とするために、上述した空回し運転時間Ａ（ｓｅｃ）、現像バイアス印加時間Ｂ（ｓｅｃ）、及び転写逆バイアス印加時間Ｃ（ｓｅｃ）は、環境条件に応じて制御することが好ましく、実験的に、ドラム１１表面の水分を完全に除去可能とするために要する時間は、その環境における絶対湿度に比例していることがわかっている。例えば、用紙を１６枚／分の速度で搬送する画像形成装置においては、絶対湿度をＹ（ｇ／ｍ³）とすると、
Ａ＝６．６０Ｙ
Ｂ＝０．２２Ｙ
Ｃ＝０．２０Ｙ
とすることが最適であった。

そこで、装置内の出来るだけ外気に近い場所に温湿度センサを設置し、該センサからの温度データ、相対湿度データを飽和水蒸気量に換算し、絶対湿度を求めることによって空回し運転時間を設定するのがよい。

例えば、３０℃、相対湿度８０％の環境下での空回しを例にとると、飽和水蒸気量ｅ（ｇ／ｍ³）は、下記式で求められる。

ｅ＝４．５８３×１０［ａ×ｔ／（ｔ＋ｂ）］
式中、ｔ：温度(℃)、ａ：７．５（定数）、ｂ：２３７．３（定数）である。

したがって、温度３０℃の場合には、飽和水蒸気量ｅは、３１．８（ｇ／ｍ³）となり、相対湿度が８０％であるので、絶対湿度は２５．５（ｇ／ｍ³）となる。

このようにして本発明によれば、温湿度センサからのデータに基づいて、絶対湿度及び前記Ａ〜Ｃの値を算出するように制御プログラムを組み込んでおき、算出されたＡ〜Ｃの値によって図６に示すようなタイミングチャートで空回し運転を行うことにより、感光体ドラム１１表面の水分除去を有効に行うことができる。
＜実施例＞
本発明を次の実験例で説明する。

以下の実験例において、下記の仕様のプリンタを用いた。
［感光体ドラム］
・φ３０正帯電アモルファスシリコン感光体ドラム
・表面保護層（１μｍ）：ａ−Ｓｉ_0.1Ｃ_0.9
・光導電層（８μｍ）：ａ−Ｓｉ_0.15Ｃ_0.85
・キャリヤ阻止層（７μｍ）：ウレタン樹脂
・導電性基板：アルミニウム素管
［主帯電器］
＊スコロトロン
・周方向帯電幅：１２．０ｍｍ
・ドラム軸方向帯電幅：２４２ｍｍ
・グリッド−ワイヤー間距離：５．８ｍｍ
・ドラム−グリッド間距離：１．０ｍｍ
・ドラム帯電電位：＋２５０Ｖ
［露光］
＊レーザ露光
［現像］
＊反転接触現像
・現像剤：一成分系磁性現像剤
・外添剤（酸化チタン）：トナー重量に対して１．５重量％
・現像バイアス：＋２００Ｖ
［転写ローラ］
＊発泡ＥＰＤＭローラ
・硬度（アスカＣ）：２５°
・体積抵抗：１×１０⁶Ω・ｃｍ
・ドラムとの線速差：５％
［摺擦ローラ］
＊発泡ＥＰＤＭローラ
・硬度（アスカＣ）：６３°
・発泡セルの大きさ：２００μｍ
［クリーニング］
＊ブレードクリーニング
［除電］
＊ＬＥＤ除電
［給紙速度］
＊Ａ４で１６枚／分（９７ｍｍ／秒）
［実験例１］
上記のプリンタを用い、Ａ４縦連続通紙、４％の印字率で、図４に示す波形の転写バイアスを転写ローラに印加して画像形成を行い、画像上に発生した黒点数を測定し、その黒点数と印字枚数との関係を図３に示した。

図３から、印字枚数が１５万枚に達した時点から黒点数が急激に増加しており、感光体の表面保護層の劣化が始まっていることがわかった。

また、図４の転写バイアス波形のマイナス側積分値とドラム〜転写ローラ間の総面積から、転写ローラから感光体ドラムに流れ込んだ総電荷量を算出し、印字枚数と総電荷量との関係を図５に示した。

図５から、印字枚数が１５万枚のときの総電荷量は、２．１×１０²Ｃ／ｍ²であることがわかった。
［実験例２］
次に、転写ローラから感光体ドラムに流れ込んだ総電荷量が２．１×１０²Ｃ／ｍ²に達した時点で、下記の条件で且つ図６に示すタイミングチャートで空回し運転を行うように制御するように改造した、実験例１と同仕様のプリンタを使用して画像形成実験を行った。なお、総電荷量が２．１×１０²Ｃ／ｍ²に達した時に画像形成を中断して空回し運転を実施し、その後画像形成を再開するように制御した。
［空回し運転条件］
・ドラム駆動時間Ａ：１７０秒
・現像バイアス：１６０Ｖ
・現像バイアス印加時間Ｂ：５．６秒
・転写逆バイアス：＋３００Ｖ
・転写逆バイアス印加時間Ｃ：５．１秒
実験例１と同様に、画像上に発生した黒点数を測定し、その黒点数と印字枚数との関係を図７に示した。図７より、黒点発生数は印字枚数約３０万枚まで閾値以下であり、画像欠陥の発生が有効に抑制されていることが理解される。
［実験例３］
実験例１と全く同様にして、転写タイミングのみを変更して、図８に示す波形の転写バイアスを転写ローラに印加して画像形成を行い、画像上に発生した黒点数を測定し、その黒点数と印字枚数との関係を図９に示した。

図９から、印字枚数が２２万枚に達した時点から黒点数が急激に増加しており、感光体の表面保護層の劣化が始まっていることがわかった。

また、図５の転写バイアス波形のマイナス側積分値とドラム〜転写ローラ間の総面積から、転写ローラから感光体ドラムに流れ込んだ総電荷量を算出し、印字枚数が１５万枚のときの総電荷量は、１．４７×１０²Ｃ／ｍ²であることがわかった。
［実験例４］
次に、転写ローラから感光体ドラムに流れ込んだ総電荷量が１．４７×１０²Ｃ／ｍ²に達した時点で、実験例２と同じ条件の空回し運転を行うように制御するように改造した、実験例３と同仕様のプリンタを使用して画像形成実験を行った。なお、総電荷量が１．４７×１０²Ｃ／ｍ²に達した時に画像形成を中断して空回し運転を実施し、その後画像形成を再開するように制御した。

なお本実験例は、印字枚数が２２万枚で黒点数が急激に増加したが、２２万枚での総電荷量に達するよりも前に空回し運転を実施した例である。

図１０より、実験例２と同様に、黒点発生数は印字枚数約３０万枚まで閾値以下であり、画像欠陥の発生が有効に抑制されていることが理解される。

本発明の画像形成装置の概略構造を示す図である。本発明で用いるアモルファス感光体ドラムの層構成の一例を示す図である。実験例１で測定した印字枚数と黒点数との関係を示す図である。実験例１で採用した転写バイアス波形を示す図である。実験例１の結果から算出される感光体ドラムへの流れ込み総電荷量と印字枚数との関係を示す図である。実験例２で採用した空回し運転のタイミングチャートを示す図である。実験例２で測定した印字枚数と黒点数との関係を示す図である。実験例３で採用した転写バイアス波形を示す図である。実験例３で測定した印字枚数と黒点数との関係を示す図である。実験例４で測定した印字枚数と黒点数との関係を示す図である。

符号の説明

１１：感光体ドラム
１２：主帯電器
１３：露光器
１４：現像器
１５：転写ローラ
１６：クリーニングブレード
１７：摺擦ローラ
１８：除電器
１９：表面保護層
２０：光導電層
２１：キャリヤ阻止層
２２：導電性基板
３０：感光層

Claims

アモルファスシリコン感光体を使用し、該感光体表面に形成された静電潜像を現像して得られたトナー像を転写ローラによって所定の用紙に転写し、且つ該感光体周りに設けられたクリーニング手段によって転写後に該感光体上に残存するトナーのクリーニングが行われる画像形成装置において、
前記クリーニング手段は、前記感光体に対して摺擦回転する摺擦ローラを含み、
前記転写ローラから前記感光体への流れ込み総電荷量に基づいて、前記感光体の空回し運転が行われることを特徴とする画像形成装置。
装置内に湿度センサを備えており、前記空回し運転時間は、装置内雰囲気の絶対湿度に応じて設定される請求項１に記載の画像形成装置。
絶対湿度が大きいほど前記空回し運転時間が長く設定されている請求項２記載の画像形成装置。
少なくとも前記空回し運転開始の初期段階において、トナーを感光体表面に移行させるための現像バイアスの印加と、逆転写バイアス電位の印加とが行われる請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
空回し運転時間を長くするにしたがって、前記現像バイアスの印加時間及び前記逆転写バイアスの印加時間を長くする請求項４に記載の画像形成装置。