JP2004184815A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】帯電工程が、像担持体1に対してプロセス進行方向前方位置NBと後方位置NAとにそれぞれ接触させて配設した少なくとも二本の導電性弾性回転体2B・2Aを接触帯電部材として用いた接触帯電手段でなされ、プロセス進行方向に対して後方に位置する導電性弾性回転体2Aは像担持体1に対して速度差をもって回転し、プロセス進行方向に対して前方に位置する導電性弾性回転体2Bは像担持体1に対して従動することを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、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(除電も含む)する帯電手段として接触帯電手段を用いた複写機・プリンタ等の画像形成装置に関する。
【0002】
より詳しくは、像担持体に対する接触帯電部材として導電性弾性回転体を用い、この導電性弾性回転体を像担持体に対して速度差をもって回転させて像担持体の帯電機構(帯電のメカニズム、帯電原理)を電荷注入帯電化した画像形成装置に関する。
【0003】
【従来の技術】
接触帯電手段は、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を接触させ、この帯電部材(以下、接触帯電部材と記す)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。
【0004】
接触帯電の帯電機構には(1)放電帯電機構と(2)電荷注入帯電機構の2種類が混在しており、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現れる。
【0005】
(1)放電帯電機構
接触帯電部材と被帯電体との微小間隙に生じる放電現象により被帯電体表面が帯電する機構である。
【0006】
放電帯電機構は接触帯電部材と被帯電体の間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生じることが原理的に避けられないため、オゾンなど活性イオンによる弊害は避けられない。
【0007】
(2)電荷注入帯電機構
接触帯電部材から被帯電体に直接電荷が注入されることで被帯電体表面が帯電する機構である。直接帯電あるいは注入帯電とも称される。
【0008】
より詳しくは、中抵抗の接触帯電部材が被帯電体に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電を基本的に用いないで被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電しきい値以下の印加電圧であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。この注入帯電機構はイオンの発生を伴わないため放電生成物による弊害は生じない。
【0009】
電荷注入帯電は、接触帯電部材の被帯電体への接触性が帯電性に大きく効いてくる。そこで接触帯電部材はより密に構成し、また被帯電体との速度差を大きく持ち、より高い頻度で被帯電体に接触する構成をとる必要がある。
【0010】
電荷注入帯電機構を支配的にした接触帯電手段として、帯電促進粒子を用いた接触帯電手段が提案されている(例えば、特許文献1〜6参照)。
【0011】
この接触帯電手段は、被帯電体と、被帯電体に対して接触させた導電性弾性発泡体ローラを一般的とする接触帯電部材との少なくとも両者の接触部(以下、接触帯電部と記す)に被帯電体の帯電を促進するための帯電促進粒子を介在させかつ速度差を持たせて接触させ、接触帯電部材に帯電バイアスを印加することで、放電帯電機構よりも電荷注入帯電機構を支配的にしたものである。
【0012】
帯電促進粒子は、例えば、粒径0.1〜5μm、体積抵抗値1×1012Ω・cm以下、より好ましくは1×1010Ω・cm以下の、導電性酸化亜鉛等の金属酸化物微粒子、その他の導電性無機微粒子、有機物との混合物など各種の導電性粒子が使用可能である。
【0013】
この帯電促進粒子の存在により、接触帯電部材は被帯電体との接触帯電部において被帯電体と速度差をもって接触できると同時に、帯電促進粒子を介して密に被帯電体に接触して、つまり接触帯電部に存在する帯電促進粒子が被帯電体表面を隙間なく摺擦することで被帯電体に電荷を直接注入するのである。即ち帯電バイアスを印加した接触帯電部材による被帯電体の帯電は帯電促進粒子の存在により直接注入帯電機構を支配的にすることができる。
【特許文献1】
特開平10−307454号公報
【特許文献2】
特開平10−307455号公報
【特許文献3】
特開平10−307456号公報
【特許文献4】
特開平10−307457号公報
【特許文献5】
特開平10−307458号公報
【特許文献6】
特開平10−307459号公報
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
電荷注入帯電においては、接触帯電部材と被帯電体間の直接接触を介して帯電が行われるため、良好な帯電性を得るには接触帯電部材と被帯電体を密に接触させなければならない。その密な接触を接触帯電部材と被帯電体を摺擦することにより実現した場合には被帯電体の摩耗も同時に発生せざるを得ない。つまり、被帯電体との速度差を大きくすることで良好な帯電性を得ようとする場合、帯電促進粒子あるいは接触帯電部材の被帯電体に対する摺擦も激しくなるため、被帯電体の摩耗が生じやすい。すなわち、良好な帯電性を得ようとする場合には被帯電体の摩耗を避けることができなかった。そのため、長期間にわたって被帯電体を使用することができず、耐久性を確保するための課題となっていた。
【0015】
また、画像形成装置においてクリーナレスシステムなどを用いた場合には、画像形成中に転写残トナーが接触帯電部を通過し、その際に転写残トナーが接触帯電部に混入すると、転写残トナーが研磨材の役割を果たし、被帯電体である像担持体の摩耗量をより一層増加させてしまう。そのため、電荷注入帯電を用いたクリーナレスシステムの画像形成装置では良好な帯電性と耐久性の維持が一層難しいものとなっていた。
【0016】
本発明の目的は、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体に対する接触帯電部材として導電性弾性回転体を用い、この導電性弾性回転体を像担持体に対して速度差をもって回転させて像担持体の帯電を電荷注入帯電化した、接触帯電方式の画像形成装置について、クリーナレスシステムの画像形成装置であっても、接触帯電部における像担持体削れ(ドラム削れ)を防ぎ、良好な帯電性と耐久性を持続させることを可能にすることである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明は、像担持体に、像担持体を帯電する帯電工程、像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書き込み工程、その静電潜像を帯電した現像剤により現像する現像工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置において、帯電工程が、像担持体に対してプロセス進行方向前方位置と後方位置とにそれぞれ接触させて配設した少なくとも二本の導電性弾性回転体を接触帯電部材として用いた接触帯電手段でなされ、プロセス進行方向に対して後方に位置する導電性弾性回転体は像担持体に対して速度差をもって回転し、プロセス進行方向に対して前方に位置する導電性弾性回転体は像担持体に対して従動(受動)することを特徴とする画像形成装置、である。
【0018】
【発明の実施の形態】
[実施例1]
図1は本発明に従う画像形成装置の一実施例の概略構成図である。本実施例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、帯電促進粒子を用いた接触帯電(電荷注入帯電)方式、反転現像方式、クリーナレス(トナーリサイクルプロセス)、カートリッジ着脱方式、のレーザービームプリンタである。
【0019】
(A)プリンタの全体的な概略構成
1)像担持体
1は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(感光ドラム)である。本実施例のプリンタは反転現像を用いており、感光体としてはネガ感光体を用いている。本実施例は直径30mmのOPC感光体であり、矢印方向に200mm/secの周速度をもって回転駆動される。
【0020】
図2は本実施例で用いた感光体1の層構成模型図であり、アルミドラム基体11上に、下引き層12、正帯電荷注入防止層13、電荷発生層14、ポリカーボネート樹脂に電荷輸送剤を分散させた電荷輸送層15の順に塗り重ねて塗工された一般的な有機感光体である。
【0021】
2)帯電工程
2は感光体1の表面を所定の電位・極性に一様に帯電する帯電手段である。本実施例の帯電手段は、感光体1に対してプロセス進行方向前方位置と後方位置(感光体回転方向上流位置と下流位置)とにそれぞれ接触させて配設した二本の導電性弾性ローラ2Bと2Aを接触帯電部材として用いた接触帯電装置である。以下上流側のローラ2Bを一本目の導電性弾性ローラ、下流側のローラ2Aを二本目の導電性弾性ローラと記す。
【0022】
NBは一本目の導電性弾性ローラ2Bと感光体1との接触帯電部、NAは二本目の導電性弾性ローラ2Aと感光体1との接触帯電部である。
【0023】
二本目の導電性弾性ローラ2Bの外周面には予め帯電促進粒子mを塗布してある。
【0024】
一本目の導電性弾性ローラ2Bは感光体1の回転に従動して回転する。二本目の導電性弾性ローラ2Aは感光体1との接触帯電部NAにおいて感光体表面の移動方向と逆方向(対抗方向、カウンター方向)に回転駆動され、感光体1に対して速度差をもって回転して感光体1面を帯電促進粒子mを介して摺擦する。
【0025】
S1は帯電バイアス印加電源であり、本実施例においては上記の一本目と二本目の導電性弾性ローラ2Bと2Aに対して−620Vの直流電圧を印加することで、該両導電性弾性ローラ2Bと2Aの協働で感光体1面を最終的に上記の印加直流電圧とほぼ同じ電位(約−600V)に一様に接触帯電させている。
【0026】
上記の接触帯電装置2については後記(B)項でさらに詳述する。
【0027】
3)情報書き込み工程
6は情報書き込み手段としての像露光装置であり、本実施例ではレーザービームスキャナである。レーザービームスキャナ6はレーザーダイオードおよびポリゴンミラー等を含み、感光体1の一様帯電処理面に対してレーザービームによる走査露光Lが出力される。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、その走査露光Lを強度変調しておくことにより、感光体1の外周面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0028】
4)現像工程
3はその静電潜像を帯電した現像剤により現像する現像手段である。本実施例の現像手段は、現像剤として負帯電性の平均粒径6μmの磁性1成分絶縁現像剤(以下、トナーと記す)31を用いた反転非接触現像装置である。
【0029】
また、本実施例において、現像装置3のトナー31中には予め帯電促進粒子mを所定の割合で添加混合してある。
【0030】
32はマグネット33を内包する直径16mmの非磁性現像スリーブであり、この現像スリーブ32に上記の帯電促進粒子mを含むトナー31をコートし、感光体1表面との距離を500μmに固定した状態で、感光体1と等速で回転させ、現像スリーブ32に現像バイアス印加電源S2より所定の現像バイアス電圧を印加する。感光体1と現像スリーブ32の対抗部が現像部Dである。トナー31は現像弾性ブレード34との摺擦により摩擦帯電し、マイナス電荷を持つ。現像スリーブ32に所定の現像バイアスを印加することにより、現像スリーブ32と感光体1の間で1成分ジャンピング現像を行われ、感光体1面の露光明部にトナーが付着して静電潜像がトナー画像として反転現像される。
【0031】
▲1▼.トナー31
本実施例で用いたトナー31はスチレン−アクリル共重合体を主成分とする結着樹脂に、マグネタイトを60重量%、負性電荷制御材としてモノアゾ染料の金属錯塩を1重量%含有した、体積抵抗率が約1013Ω・cmの絶縁性現像剤に、流動性を付与するために疎水化したシリカ微粒子を現像剤重量部に対して0.8%外添したものを用いた。ただし、トナーはこれに限るものではない。
【0032】
▲2▼.帯電促進粒子m
トナー31には帯電促進粒子mを混合してあり、混合量は現像剤100重量部に対して帯電促進粒子2重量部である。ただし、混合量はこの量に限るものではない。
【0033】
本実施例中の帯電促進粒子mは、比抵抗が107Ω・cm、平均粒径1μmの導電性酸化亜鉛粒子を用いた。
【0034】
粒径は粒子が凝集体として構成されている場合は、その凝集体としての平均粒径として定義した。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】
抵抗測定は錠剤法により測定し正規化して求めた。底面積2.26cm2の円筒内に、約0.5gの粉体試料を入れ、上下電極に147N(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し、その後正規化して比抵抗を算出した。
【0036】
本実施例で用いた帯電促進粒子mは、潜像露光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色の粒子が適切である。また、粒径もトナー31の粒径に対して、1/2以下程度でないと画像露光を遮ることがあった。そのため、これより小さい必要がある
帯電促進粒子mの材料として、本実施例では導電性酸化亜鉛粒子を用いたが、これに限るものでなく、粒子の材料としては、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。
【0037】
5)転写工程・定着工程
4は接触転写手段としての、中抵抗の弾性転写ローラであり、感光体1に対して所定の押圧力をもって圧接させて転写部Tを形成させて配設してある。この転写ローラ4は感光体1の回転に順方向で、感光体1の周速度とほぼ同じ周速度で回転する。
【0038】
不図示の給紙部から記録材としての転写材Pが給紙されて、転写部Tに所定のタイミングにて導入される。転写ローラ4には転写バイアス印加電源S3から所定の転写バイアス印加電源が印加される。本実施例では転写ローラとしてローラ抵抗値=5×108Ωのものを用い、+3000VのDC電圧を印加して転写を行なった。
【0039】
転写部Tに導入された転写材Pはこの転写部Tを狭持搬送されて、その表面側に感光体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】
トナー画像の転写を受けた転写材Pは感光体1の表面から分離されて熱定着方式等の定着装置5へ導入されてトナー画像の定着を受け、画像形成物(プリント、コピー)として装置外へ排出される。
【0041】
6)トナーリサイクルプロセス
本例のプリンター1はクリーナレスであり、転写材Pに対するトナー画像転写後の感光体1面に残留の転写残トナーはクリーナで除去されることなく、引き続く感光体1の回転にともない、一本目の導電性弾性ローラ2Bと感光体1との接触帯電部NB、二本目の導電性弾性ローラ2Aと感光体1との接触帯電部NAを経由して、感光体1と現像装置3の現像スリーブ32との対向部である現像部Dに至り、現像装置3の現像スリーブ32によって現像同時クリーニング(回収)されて再使用される。
【0042】
現像同時クリーニングとは、転写後に像担持体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き像担持体を帯電し、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像担持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。
【0043】
7)現像装置3から接触帯電部NAへの帯電促進粒子mの供給
本実施例において現像装置3のトナー31に混入させた帯電促進粒子mは外添剤としてはポジ性の傾向を示すので、現像部Dにおいて、帯電促進粒子m単独では、感光体1面の静電潜像の暗電位部分である非画像部に対し、現像スリーブ32から感光体1へ飛翔する。また、帯電促進粒子mはトナー31に付着しているものもあり、これは感光体1面の静電潜像の明電位部分である画像部に対し、現像スリーブ32から感光体1へトナーに付着して飛翔する。
【0044】
これら感光体1上に飛翔した帯電促進粒子mはポジ性である為、転写工程後、転写残トナーと共に感光体1上に残留する。その後、帯電促進粒子mは引き続く感光体1の回転にともない、一本目の導電性弾性ローラ2Bと感光体1との接触帯電部NBを通り、さらに二本目の導電性弾性ローラ2Aと感光体1との接触帯電部NAに至り、感光体1の回転方向に対してカウンター方向に回転している二本目の導電性弾性ローラ2Aによってその多くを剥ぎ取られ、これにより帯電促進粒子mが該二本目の導電性弾性ローラ2A上に補給されることで、二本目の導電性弾性ローラ2Aによる感光体1の電荷注入帯電機構が維持される。
【0045】
7)プロセスカートリッジ
7はプリンタ本体に対して着脱自在のプロセスカートリッジである。本例のプロセスカートリッジ7は、感光体1、帯電装置2の一本目と二本目の導電性弾性ローラ2B・2A、現像装置3を一体型のカートリッジに内包される構成をとっているが、カートリッジ形態はこれに限定されるものではない。
【0046】
(B)帯電装置2
帯電装置2の一本目と二本目の導電性弾性ローラ2B・2Aは、芯金上にゴムあるいは発泡体の中抵抗層を形成することにより作成される。中抵抗層は樹脂(本実施例ではEPDM)、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、芯金の上にローラ状に形成した。その後、表面を研磨した。
【0047】
1)一本目の導電性弾性ローラ2B
一本目の導電性弾性ローラ2Bは、外径12mm、芯金径6mmであり、発泡体の中抵抗層の肉厚は3mmとなっている。この導電性弾性ローラ2Bは感光体1との接触帯電部NBにおいて従動方向等速で回転している。
【0048】
すなわち、この導電性弾性ローラ2Bと感光体1の接触帯電部NBにおいては両者の間に速度差は存在しない。
【0049】
また、この導電性弾性ローラ2Bの感光体1に対する進入量は1mmに設定している。また、この導電性弾性ローラ2Bのプロセス進行方向に対する接触帯電ニップ長は8.2mm程である。
【0050】
2)二本目の導電性弾性ローラ2A
二本目の導電性弾性ローラ2Aは外径12mm、芯金径6mmであり、発泡体の中抵抗層の肉厚は3mmとなっている。
【0051】
この二本目の導電性弾性ローラ2Aは感光体1との接触帯電部NAにおいて対向方向に感光体表面速度の20%の速度で回転駆動され、該導電性弾性ローラ2Aの表面は感光体表面と逆方向に40mm/secの速さで回転している。また、この導電性弾性ローラ2Aの感光体1に対する進入量は0.1mmに設定している。また、プロセス進行方向に対する接触帯電ニップ長は
進入量=s
感光体の半径=R
導電弾性ローラの半径=r
とすると、
【0052】
【式1】
【0053】
であるので、該導電性弾性ローラ2Aについては2.6mm程度である。
【0054】
本実施例で用いた、上記の一本目と二本目の導電性弾性ローラ2A・2Bの抵抗値は共に5×106Ωである。ただし、特にこの抵抗値に限るものではない。
【0055】
なお、導電性弾性ローラの抵抗値は以下のように測定した。画像形成装置の感光体1をアルミ製のドラムと入れ替える。その後に、アルミドラムと導電性弾性ローラ2の間に100Vの電圧をかけ、その時に流れる電流値を測定することにより、導電性弾性ローラの抵抗値を求めた。本測定は温度25℃、湿度60%の環境下で行った。この測定環境については、本実施例及び他の実施例中における他の測定も同様である。
【0056】
(C)帯電装置2の作用の説明
1)前述したように、接触帯電部材と感光体表面の間の接触部を介した電荷注入帯電においては、感光体表面に帯電を行うために接触帯電部材と感光体表面がムラなく接触する必要がある。
【0057】
また、接触帯電部材から感光体表面に電荷を注入するに十分な時間をとるために、接触帯電ニップ長は長いことが好ましい。
【0058】
ところで、一般的に接触帯電部材あるいは感光体表面の凹凸などにより、接触帯電部材と感光体の間の接触状態にはムラが生じてしまう。それを防ぐためには、接触帯電部材を感光体表面に対して摺擦してやることが有効である。それにより、感光体表面の接触帯電部材との未接触部を生じさせず、良好な帯電性を得ることが可能となる。
【0059】
一例として、図4に接触帯電部材としての導電性弾性ローラのローラ周速を変えたときの帯電性変化を示す。なお、ここで帯電性は導電性弾性ローラに対する印加電位に対する感光体表面電位の帯電一周目電位のパーセンテージを用いている。
【0060】
この図4の「従来例」を見れば判るように、導電性弾性ローラの周速を低下させていくと帯電性は徐々に低下してしまう。したがって、良好な帯電性を得るためには接触帯電部材である導電性弾性ローラの周速は速くする必要がある。
【0061】
しかし一方、接触帯電部材と感光体表面間で摺擦が行われると、それに伴い感光体表面の摩耗が生じる。感光体表面の摩耗量は「導電性弾性ローラと感光体間の圧力」と「接触面における速度差」に比例して多くなる。接触帯電部材である導電性弾性ローラの硬度を揃えた場合には、「導電性弾性ローラと感光体間の圧力」は導電性弾性ローラの感光体に対する進入量に比例するので、図3に示すように、感光体表面の摩耗量は「導電性弾性ローラの感光体への進入量」と「接触面における速度差」に比例して多くなる。
【0062】
また、導電性弾性ローラと感光体間の圧力を小さくするために、導電性弾性ローラの感光体に対する進入量を小さした場合、接触帯電ニップ長が小さくなってしまい、接触帯電部材から感光体表面に電荷を注入するに十分な時間、あるいは、機会が減少するため、帯電性が低下する。
【0063】
例えば、図4の「従来例」に示すように、進入量が0.2mmから0.1mmに減少させると帯電性が低下ししまう。
【0064】
また、接触帯電部材と感光体表面の速度差を小さくする、すなわち摺擦を小さくすると、感光体表面に接触帯電部材との未接触部が生じやすく、やはり帯電性が低下することがあった。
【0065】
このように、感光体表面の摩耗量を減少させて耐久性の向上というものが帯電性とのトレードオフになってしまっていた。
【0066】
また、クリーナレスシステムにおいては、転写残トナーが転写部から帯電部に排出され帯電部を通過する。この帯電部を通過する転写残トナーが接触帯電部材表面に付着して感光体表面を摺擦し続けた場合、転写残トナー表面に付着しているシリカ微粒子等が研磨剤の効果を果たし、いっそう感光体表面の摩耗が進んでしまう。
【0067】
本実施例のような反転現像系を用いた画像形成装置においては、トナーの電荷極性と接触帯電部材である導電性弾性ローラに印加する帯電バイアスの極性は少なくとも画像形成中は同じである。そしてまた、導電性弾性ローラと感光体表面の間にも若干の電位差は存在し、導電性弾性ローラの方が感光体表面よりも「印加バイアスの極性側に」若干高い電位となっている。したがって、転写残トナーがトナー本来の電荷極性に帯電していた場合には、転写残トナーは接触帯電部材表面から感光体表面へクーロン力により排出される。そのため、そのような転写残トナーは導電性弾性ローラの表面に付着しない。
【0068】
しかし、転写残トナーの電荷極性が本来の電荷極性に対して反転していた場合、そのような転写残トナーは接触帯電部材である導電性弾性ローラ表面に付着し、導電性弾性ローラが感光体表面を摺擦する際に、転写残トナー表面に付着しているシリカ微粒子等が研磨剤の効果を果たし、その結果感光体表面の摩耗を大きくしてしまっていた。
【0069】
2)以上のような課題を持つ従来例に対して、本実施例では接触帯電部材として二本の導電性弾性ローラ2A・2Bを用い、プロセス進行方向に対して先に位置する一本目の導電性弾性ローラ2Bは感光体1に対して従動回転させ、後に位置する二本目の導電性弾性ローラ2Aは感光体1に対して対抗方向(摺擦部において、導電性弾性ローラと感光体表面の移動方向が逆である)に回転させることにより、それらの課題を解決している。
【0070】
本実施例では、プロセスに対して先に位置する一本目の導電性弾性ローラ2Bは感光体1に対する進入量を大きくとり、接触帯電ニップ長を長くしている。そのため、接触ムラは必然的に発生するが、ある程度の帯電を行うことが可能である。
【0071】
また、この一本目の導電性弾性ローラ2Bは感光体1に対する進入量が大きいため、該導電性弾性ローラ2Bと感光体1間の圧力は比較的高くなるが、該導電性弾性ローラ2Bと感光体1間の速度差が0であるため、圧力と速度差の積が0であり、図3に示すように感光体1表面はほとんど摩耗しない。
【0072】
また、極性が反転している転写残トナーはこの一本目の導電性弾性ローラ2B表面に付着するが、該導電性弾性ローラ2Bが感光体1表面に対し速度差を持たず摺擦を行わないため、転写残トナーにより感光体表面を摩耗させることがない。また、トナー本来の電荷極性を持つ転写残トナーはこの一本目の導電性弾性ローラ2Bの表面には付着せず、該導電性弾性ローラ2Bと感光体1の接触帯電部NBを通過していく。
【0073】
一本目の導電性弾性ローラ2Bの表面に付着した、電荷極性が反転した転写残トナーは、該導電性弾性ローラ2Bと感光体1の接触帯電部NBを通過する間に、該導電性弾性ローラ2Bに印加している「トナー本来の電荷極性と同極性の電圧」によって電荷注入されることにより、本来の電荷極性に戻され、クーロン力により一本目の導電性弾性ローラ2Bの表面から感光体1面に排出されていく。
【0074】
すなわち、一本目の導電性弾性ローラ2Bは感光体1表面の摩耗を生じさせずに、ある程度の帯電(ローラ帯電)を行いつつ、同時に「反転電荷を持つ転写残トナー」の電荷極性を適正化する作用を果たすことになる。
【0075】
一方、二本目の導電性弾性ローラ2Aは感光体1表面に対して対向方向に駆動され、感光体1表面に対して速度差を持つことで、ムラなく感光体1表面を帯電することが可能である。その帯電機構は電荷注入帯電が支配的である。
【0076】
この二本目の導電性弾性ローラ2Aの周速は感光体1に対して20%と比較的遅く設定されているが、一本目の導電性弾性ローラ2Bにより前もってある程度の帯電が行われているために、結果として十分な帯電性を得ることが可能となる。
【0077】
図4に従来例と本実施例の帯電性の比較を示す。従来例においては導電性弾性ローラに100%の周速差を持たせ、進入量を0.2mmに設定した場合と同程度の帯電性を本実施例では得ることが可能となっている。
【0078】
また、本実施例においては一本目の導電性弾性ローラ2Bに比べて、感光体1に対する進入量が小さいため、二本目の導電性弾性ローラ2Aと感光体1の間の圧力も小さい。そのため、「導電性弾性ローラと感光体間の圧力」と「表面における速度差」の積は従来例よりも小さく、感光体1表面の摩耗量が小さくなる。
【0079】
図3で示すと、従来例においては導電性弾性ローラに100%の周速差を持たせ、進入量を0.2mmに設定した場合に比べ、感光体1表面の摩耗量は半分程度まで減少している。
【0080】
それに加えて、二本目の導電性弾性ローラ2Aと感光体1との接触帯電部NAに運ばれてくる転写残トナーはすでに適正な電荷極性に揃えられているため、この二本目の導電性弾性ローラ2Aの表面に転写残トナーが付着したまま感光体1表面を摺擦する事が無い。そのため、従来例よりも感光体1表面の摩耗量をさらに減少させることが可能となる。
【0081】
このようにして、本実施例では良好な帯電性を維持したまま、感光体表面の摩耗量を減少させることが可能となり、耐久性を向上させることができる。
【0082】
[実施例2]
本実施例は上記の実施例1の特徴に加えて、プロセス進行方向に対して先に位置する一本目の導電性弾性ローラ(符号を2B´とする)が摩擦帯電による電荷付与性を持ち、該導電性弾性ローラ2B´が感光体1に付与する電荷の極性がトナーの電荷極性と同じであることを特徴としている。
【0083】
即ち、本実施例において、一本目の導電性弾性ローラ2B´は上記実施例1で用いた一本目の導電性弾性ローラ2Bとほぼ同じであるが、中抵抗層に用いる樹脂としてEPDMでなくウレタンを用いた。それ以外の点については実施例1で用いた一本目の導電性弾性ローラ2Bと同じである。
【0084】
本実施例で用いた、ウレタン製の導電性弾性ローラ2B´はマイナス極性の電荷付与性を備えている。例えば、この導電性弾性ローラ2B´を接地した状態で感光体1を回転させて、感光体1が20周した後の該導電性弾性ローラ2B後の感光体電位を測定すると本実施例では−60V程になる。
【0085】
一方、実施例1で用いた一本目の導電性弾性ローラ2Bの場合は、該導電性弾性ローラ2B後の感光体表面電位は0Vである。
【0086】
このように本実施例における一本目の導電性弾性ローラ2B´は接触相手に対しマイナス、すなわち、トナー本来の電荷極性の電荷を付与する電荷付与性を該導電性弾性ローラ2B´は持つために、本実施例では反転した転写残トナーの電荷をより迅速に本来のトナーの電荷極性に戻すことが可能となる。
【0087】
また、感光体表面電位も摩擦帯電により、より印加電圧の極性側に高く帯電することが可能となる。
【0088】
なお、感光体1は画像形成中には露光・転写バイアス印加などにより常に電位が低下するため、一本目の導電性弾性ローラ2B´の印加電位よりも感光体表面電位の方が電位的に高くなることはなく、転写残トナーが該導電性弾性ローラ2B´から感光体表面に排出されなくなることもない。
【0089】
また、本実施例において二本目の導電性弾性ローラ2Aは実施例1と同じくEPDM製の導電性弾性ローラ2Aを用いており、摩擦帯電による電荷付与性は持たないため、この導電性弾性ローラ2A通過後の感光体表面電位は摩擦帯電の影響無しに一定にすることができる。
【0090】
これらの特徴により、本実施例では転写残トナーへの適正な極性の電荷付与をより効果的に行うことが可能であり、また一本目の導電性弾性ローラ2Bの帯電性もより良好になり、耐久性と良好な帯電性を共に備えることが可能となる。
【0091】
なお、本実施例では一本目の導電性弾性ローラ2B´の材質としてウレタンを用いたが、これに限るものではなく、マイナスの電荷付与性を持っていれば良い。
【0092】
[その他]
1)接触帯電部材としての導電性弾性ローラ2A・2Bはローラ体に限られるものではなく、回動エンドレスベルト体等とすることもできる。
【0093】
また接触帯電部材としての導電性弾性回転体は、フェルト、布などの形状・材質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(可撓性)と導電性を得ることも可能である。パイル1本1本が弾性を持つファーブラシ等の弾性体も使用可能である。例えば、抵抗調整された繊維(ユニチカ製−Rec等)を植え密度155本/mm2、繊維長3mmでパイル状に形成し、その後そのパイルをφ6mmの芯金に巻き固定し、ローラ状に成形したファーブラシローラ等である。
【0094】
また、実施例の2本に限られず、3本以上の多数本構成にすることもできる。
【0095】
電荷注入帯電において、帯電促進粒子mは必ずしも必須要素ではないが、帯電促進粒子mの存在により、導電性弾性回転体を像担持体に対して速度差を持たせて低トルクで容易に回転駆動することができて、電荷注入帯電機構を支配的にすることができる。
【0096】
2)接触帯電部材である導電性弾性回転体と像担持体との速度差は、好ましくは導電性弾性回転体を回転駆動し、さらにその回転方向は像担持体表面の移動方向とは逆方向にするように構成するのがよい。
【0097】
導電性弾性回転体面を像担持体表面の移動方向と同じ方向に移動させて速度差をもたせることも可能であるが、電荷注入帯電の帯電性は像担持体の周速と導電性弾性回転体の周速の比に依存するため、逆方向と同じ周速比を得るには順方向では導電性弾性回転体の回転数が逆方向の時に比べて大きくなるので、導電性弾性回転体を逆方向に移動させる方が回転数の点で有利である。
【0098】
ここで記述した周速比は、周速比(%)=(導電性弾性回転体周速−像担持体周速)/像担持体周速×100、である(導電性弾性回転体周速は接触帯電部において導電性弾性回転体表面が像担持体表面と同じ方向に移動するとき正の値である)。
【0099】
3)静電潜像形成のための露光手段としては、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。
【0100】
4)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。
【0101】
5)現像装置は実施例は一成分磁性トナーによる反転現像装置であるが、現像装置の構成について特に限定するものではない。正規現像装置であってもよい。
【0102】
一般的に、静電潜像の現像方法は、非磁性トナーについてはこれをブレード等でスリーブ等の現像剤担持搬送部材上にコーティングし、磁性トナーについてはこれを現像剤担持搬送部材上に磁気力によってコーティングして搬送して像担持体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法(1成分非接触現像)と、上記のように現像剤担持搬送部材上にコーティングしたトナーを像担持体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法(1成分接触現像)と、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤(2成分現像剤)として用いて磁気力によって搬送して像担持体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法(2成分接触現像)と、上記の2成分現像剤を像担持体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法(2成分非接触現像)との4種類に大別される。
【0103】
6)転写手段はローラ転写に限られず、ベルト転写、コロナ転写などにすることもできる。転写ドラムや転写ベルト等の中間転写体などを用いて、単色画像ばかりでなく、多重転写等により多色やフルカラー画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【0104】
像担持体としての電子写真感光体や静電記録誘電体を回動ベルト型にし、これに上記の帯電・潜像形成・現像の各行程手段により画像情報に対応したトナー像を形成担持させ、そのトナー像形成部を閲読表示部に位置させて画像表示させ、表示後はそのトナー像を転写材に転写させることなく像担持体面から除去し、像担持体は繰り返して表示画像の形成に使用する画像表示装置(ディスプレイ装置)も本発明の画像形成装置の範疇にある。
【0105】
7)現像装置の現像材担持部材に印加するバイアスの交番電圧成分(AC成分、周期的に電圧値が変化する電圧)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。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よい。
【0106】
8)実施例の画像形成装置はクリーナレスであるが、本発明はクリーナを有する画像形成装置にも適用できる。
【0107】
また実施例の画像形成装置は、像担持体を電荷注入帯電する導電性弾性回転体に対する帯電促進粒子の供給を現像装置で行わせたが、これに限られず、供給手段構成は任意である。
【0108】
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。
【0109】
本発明の実施態様の例を以下に列挙する。
【0110】
〔実施態様1〕 像担持体に、像担持体を帯電する帯電工程、像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書き込み工程、その静電潜像を帯電した現像剤により現像する現像工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置において、
帯電工程が、像担持体に対してプロセス進行方向前方位置と後方位置とにそれぞれ接触させて配設した少なくとも二本の導電性弾性回転体を接触帯電部材として用いた接触帯電手段でなされ、プロセス進行方向に対して後方に位置する導電性弾性回転体は像担持体に対して速度差をもって回転し、プロセス進行方向に対して前方に位置する導電性弾性回転体は像担持体に対して従動することを特徴とする画像形成装置。
【0111】
〔実施態様2〕 実施態様1において、導電性弾性回転体がローラであることを特徴とする画像形成装置。
【0112】
〔実施態様3〕 実施態様1または2において、プロセス進行方向に対して後方に位置する導電性弾性回転体は像担持体との接触部において像担持体表面の移動方向と逆方向に回転することを特徴とする画像形成装置。
【0113】
〔実施態様4〕 実施態様1から3の何れかにおいて、像担持体に対して従動する導電性弾性回転体が摩擦帯電による電荷付与性を持ち、その電荷付与性における付与電荷の極性が現像剤本来の電荷極性と同じであることを特徴とする画像形成装置。
【0114】
〔実施態様5〕 実施態様1から4の何れかにおいて、導電性弾性回転体と像担持体の接触部に像担持体の帯電を促進させるための帯電促進粒子が介在していることを特徴とする画像形成装置。
【0115】
〔実施態様6〕 実施態様1から5の何れかにおいて、現像工程手段として反転現像系を用いていることを特徴とする画像形成装置。
【0116】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体に対する接触帯電部材として導電性弾性回転体を用い、この導電性弾性回転体を像担持体に対して速度差をもって回転させて像担持体の帯電を電荷注入帯電化した、接触帯電方式の画像形成装置について、クリーナレスシステムの画像形成装置であっても、接触帯電部材である導電性弾性回転体による像担持体の摩耗を防ぎ、良好な帯電性と耐久性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の画像形成装置の概略構成図
【図2】実施例1の感光体の層構成模型図
【図3】実施例1の導電性弾性ローラの進入量・ローラ周速と感光ドラム削れ量の相関図
【図4】実施例1の導電性弾性ローラの進入量・ローラ周速と帯電性の相関図
を図示したもの
【符号の説明】
1: 感光体
2A: 感光体1に対して対抗方向に回転する導電性弾性ローラ
2B: 感光体1に対して従動する導電性弾性ローラ
3: 非接触現像装置
31: 現像剤
32: 現像スリーブ
33: マグネット
4: 転写ローラ
5: 定着装置
m: 帯電促進粒子
T: 転写部
L: 画像露光
P: 転写材
S1: 一次帯電バイアス印加電源
S2: 現像バイアス印加電源
S3: 転写バイアス印加電源
Claims (1)
- 像担持体に、像担持体を帯電する帯電工程、像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書き込み工程、その静電潜像を帯電した現像剤により現像する現像工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置において、
帯電工程が、像担持体に対してプロセス進行方向前方位置と後方位置とにそれぞれ接触させて配設した少なくとも二本の導電性弾性回転体を接触帯電部材として用いた接触帯電手段でなされ、プロセス進行方向に対して後方に位置する導電性弾性回転体は像担持体に対して速度差をもって回転し、プロセス進行方向に対して前方に位置する導電性弾性回転体は像担持体に対して従動することを特徴とする画像形成装置。
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Cited By (3)
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JP2006091335A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Fuji Xerox Co Ltd | 画像形成方法及び画像形成装置 |
JP2010020203A (ja) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Seiko Epson Corp | 画像形成装置および画像形成方法 |
JP7501076B2 (ja) | 2020-04-28 | 2024-06-18 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | 帯電装置および画像形成装置 |
-
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