JP2005196052A - 帯電装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置・帯電ギャップの設定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 帯電ローラ14は、導電性支持体である丸棒状の芯金101と、導電性樹脂材料で構成される帯電層102と、帯電ローラ14の両端部(厳密には帯電層102の両端部)に設けられたシート状のギャップ保持部材103を有している。ギャップ保持部材103は、感光体5の画像領域5a外の感光体表面(感光層)5bに当接している。帯電ローラ14は、雰囲気温度が10°C、20°C、30°Cのときの帯電ギャップの平均値をそれぞれG10、G20、G30としたとき、|G30−G10|×5<G20の条件を満足するように硬度が設定されている。
【選択図】 図6
Description
接触方式の帯電装置では、像担持体(感光体)上のトナー等のごみが帯電部材に静電的に吸引されるため、経時でのトナー等の汚れによる帯電ムラが発生し、帯電装置の寿命を決定する大きな要因となっていた。
シート状部材を用いない帯電ギャップの形成方法としては、帯電ローラの端部に段差もしくは溝を設け、そこにスペーサ部材を取り付ける方法がある(例えば、特開2002−55508号公報)。
帯電ローラの材質としては、ゴムやスポンジ等の弾性部材を用いるのが一般的であるが、樹脂材料を用いる方法も知られている(例えば、特開2001−337515号公報、特開2003−66693号公報)。帯電部材の端部にコロを取り付け、感光体との摩擦を低減しながら帯電ギャップを形成する方式も提案されている(例えば、特開2001−312121号公報、特開2000−206805号公報)。この場合、ギャップ保持部材(コロ)は感光体の画像領域外の非塗工部(非感光層)に当接するように配置されている。
また、有機感光体の耐摩耗性や機械的強度を向上させるために無機物の微粒子を分散させる(例えば、特開平8−339092号公報)、あるいは潤滑性を向上させるためにフッ素樹脂の微粒子を分散させる(例えば、特開平11−218945号公報)など、帯電部材との関係において像担持体の表面に保護層を形成する方法も知られている。
しかしながら、感光体と帯電ローラ間の帯電ギャップには帯電ローラの材質に起因した上限が存在し、帯電ギャップが許容値より大きくなると異常放電が発生し、画像上に濃度ムラが発生してしまうため、帯電ギャップを精度良く維持する必要がある。
帯電部材がゴムで構成されている場合、硬度の温度変動が大きいため、環境により帯電ギャップが変動しやすいという問題があった。
この問題に対処すべく、特開2002−108059号公報や、特開2002−139893号公報には、帯電ギャップを測定する手段や調整する手段を設け、環境変動に応じて帯電ギャップを調整する方法が提案されている。
特開2001−312121号公報や特開2000−206805号公報に記載の、ギャップ保持部材を感光体の画像領域外の非感光層部位に当接させる方式では、感光層が劣化することはないが、帯電部材の端部から感光体の非塗工部への帯電バイアスのリークを防止するために、帯電部材とギャップ保持部材との間にリークが発生しないだけの十分な距離を確保する必要がある。そのため、感光体素管を長くする必要が生じ、結果、装置全体が嵩張って大型化するという問題があった。
特開2002−108059号公報や特開2002−139893号公報に記載の、帯電ギャップの調整手段を設ける方式では環境変動に追随した調整が可能であるが、目標とする帯電ギャップは数十μmレベルの領域であるため、画像形成装置内で帯電ギャップを測定したり、調整したりするのは実際には困難であり、測定機構、調整機構に高精度が要求されて構成が複雑になり、高コスト化を避けられないという問題があった。
|G30−G10|×5<G20
の条件を満足することを特徴とする。
7×V<f<12×V
の関係を満たし、少なくとも画像形成動作中はACバイアスを定電圧制御することを特徴とする。
|G30−G10|×5<G20の条件を満足することとしたので、帯電ギャップの測定手段や調整手段を設けることなく帯電ギャップの環境変動を小さくでき、使用環境が変化しても帯電ローラの汚れが発生しにくく、異常放電の発生も防止できる。
まず、図1に基づいて、本実施形態における画像形成装置としてのタンデム型直接転写方式のフルカラープリンタの全体構成の概要を説明する。
装置本体1内には、像担持体としての感光体5を含む4個の感光体ユニット2A、2B、2C及び2Dが、装置本体1に対してそれぞれ着脱可能に装着されている。感光体ユニット2A〜2Dは、同一の構成を有するユニットであり、感光体ユニット2Aはマゼンタ(M)色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Bはシアン(C)色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Cはイエロー(Y)色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Dはブラック(Bk)色に対応する画像を形成する。
感光体ユニット2A〜2Dに対応して、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A〜10Dが配置されている。現像装置10A〜10Dは、構成が同一のものであり、使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置である。
現像装置10AはM色のトナーを、現像装置10BはC色のトナーを、現像装置10CはY色のトナーを、現像装置10DはBk色のトナーをそれぞれ使用する。各色の現像装置10A〜10D内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
トナーは結着樹脂、着色剤、電荷制御剤を主成分とし、必要に応じて、他の添加剤が加えられて構成されている。結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂、等を用いることができる。トナーに使用される着色材(例えばイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック)としては、トナー用として公知のものを使用できる。着色材の量は結着樹脂100重量部に対して0.1から15重量部が適当である。
トナー粒子には流動性付与剤を添加しておくのが有利である。流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子、などが用いられる。これら流動性付与剤の粒径は0.01〜3μmの範囲のものが使用される。これら流動性付与剤の添加量は、トナー粒子100重量部に対して0.1〜7.0重量部の範囲が好ましい。
本発明に係わる二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知の方法、又はそれらを組み合わせた方法により製造することができる。例えば、混練粉砕法では、結着樹脂とカーボンブラックなどの着色材及び必要とされる添加剤を乾式混合し、エクストルーダー又は二本ロール、三本ロール等にて加熱溶融混練し、冷却固化後、ジェットミルなどの粉砕機にて粉砕し、気流分級機により分級してトナーが得られる。また、懸濁重合法や非水分散重合法により、モノマーと着色材、添加剤から直接トナーを製造することも可能である。
キャリア被覆層形成に使用される材料としては、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルケトンがある。
被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
書込みユニット6は、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される1組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置されたfθレンズ、長尺WTL等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体5上に照射される。
両面ユニット7は、対をなす搬送ガイド板45a、45bと、対をなす複数(この例では4組)の搬送ローラ46とからなり、転写紙Pの両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成された後に反転ユニット8の反転搬送路54に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Pを受け入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
給紙カセット11、12が設けられている給紙部には、転写紙Pを1枚ずつ分離して給紙する分離給紙部55、56が、それぞれ設けられている。
転写ベルト3と反転ユニット8との間には、転写紙Pに転写された画像を定着する定着装置9が設けられている。定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路20が分岐して形成されており、そこに搬送した転写紙Pを排紙ローラ対25により排紙トレイ26上に排出可能にしている。
装置本体1の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙Pを収納可能な給紙カセット11と12がそれぞれ配設されている。
装置本体1の右側面には、手差しトレイ13が矢示B方向に開閉可能に設けられ、手差しトレイ13を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようになっている。
感光体ユニット2Aの感光体5には、書込みユニット6によりMの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Bの感光体5にはCの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Cの感光体5にはYの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Dの感光体5にはBkの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。
各潜像は、各感光体5が回転することにより現像装置10A、10B、10C及び10Dの位置に達すると、そこで、M、C、Y及びBk色トナーにより現像されて、4色のトナー像となる。
転写紙Pは、転写ベルト3の入口付近に配設されている紙吸着ローラ58によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト3の表面に静電的に吸着される。転写紙Pは、転写ベルト3に吸着した状態で搬送されながら、M、C、Y及びBk色の各トナー像を順次転写されていき、最終的に4色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。
Bkの感光体5が図1の時計回り方向に回転し、Bkの感光体5の表面が帯電ローラ14により一様に帯電される。そして、感光体ユニット2Dの感光体5にはBkの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像装置10Dの位置に達すると、Bkのトナーにより現像されてトナー像となる。
この際、Bk以外の3色の感光体ユニット2A〜2C、現像装置10A〜10Cは停止しており、感光体5や現像剤の不要な消耗を防止する。
一方、給紙カセット11又は12から転写紙Pが分離給紙部55又は56により給紙される。給紙された転写紙Pは、転写ベルト3の直前に設けられているレジストローラ対59により、Bkの感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。
転写紙Pは、転写ベルト3に静電吸着した状態で搬送されるので、転写ベルト3がM、C、Yの感光体5から離間していても転写紙PはBkの感光体5まで搬送され、Bkのトナー像が転写される。転写紙Pを安定して静電吸着搬送するために転写ベルト3は少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。
転写紙Pは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置9で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以降、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
帯電ローラ14は、両端部に設けられた後述するギャップ保持部材が画像領域外の感光体表面(感光層)に当接しており、画像形成領域では感光体5との間に微少なギャップを形成している。
帯電ローラ14には、ローラ表面をクリーニングするためのクリーニングローラ49が当接している。クリーニングローラ49は金属製の芯金上に導電性繊維を静電植毛したブラシローラであり、帯電ローラ14に自重で当接しており、帯電ローラ14の回転に伴い連れ回り回転しながら帯電ローラ14の表面に付着したトナー等を除去する。帯電ローラ14と、該帯電ローラ14に帯電バイアスを印加する図示しない帯電バイアス印加手段、クリーニングローラ49等により本実施形態における帯電装置が構成される。
ポリウレタンゴムからなるクリーニングブレード47により感光体5から掻き取られたトナーは、ブラシローラ15でトナー搬送オーガ48側に移動させられる。トナー搬送オーガ48を回転させることにより、回収した廃トナーを、図1に示した廃トナー収納部18に搬送するように構成されている。
感光体ユニット2A〜2Dには、それを装置本体1に対して着脱する際の基準として、位置決め主基準部51を設けられているとともに、手前側位置決め従基準部52と奥側位置決め従基準部53とがブラケット50にそれぞれ一体に設けられ、感光体ユニット2A〜2Dを装置本体1に装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット2A〜2Dを所定の装着位置に確実に位置決めできるようになっている。
ここでは感光体5と帯電ローラ14及びクリーニング手段が一体となった例で説明したが、さらには現像装置も一体のプロセスカートリッジとすることもできるし、クリーニング手段は別体のカートリッジとすることもできる。
また、図5に示すように、導電性支持体201上に電荷輸送層204、電荷発生層203を設け、その上に保護層205を設ける構成とすることもできる。また、導電性支持体201と感光層202との間に下引き層を形成することもできる。
導電性支持体201は、体積抵抗104Ωcm以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの等が用いられる。
電荷発生層203は、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層203の膜厚は、通常は0.01〜5μmである。
電荷輸送層204の厚さは、15〜30μmの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。
保護層205に使用される材料としては、バインダー樹脂としてスチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、オレフィン−ビニルモノマー共重合体、塩素化ポリエーテル、アリル、フェノール、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ポリアリルスルホン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、アクリル、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ等の樹脂、溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等が挙げられる。
保護層205に添加される金属酸化物粒子の量は、重量基準で通常は、5〜40%、好ましくは、10〜30%である。金属酸化物粒子の量が、5%未満では、摩耗が大きく耐久性に劣り、40%を越えると、露光時における明部電位の上昇が著しくなって、感度低下が無視できなくなるので望ましくない。
保護層205の形成法としては、スプレー法等の塗布法が使用できる。保護層205の厚さは、1〜10μm、好ましくは3〜8μm程度が適当である。保護層205の膜厚が薄すぎると耐久性に劣り、保護層205の膜厚を厚くしすぎると感光体製造時の生産性が低下するだけでなく、経時での残留電位の上昇が大きくなってしまう。
保護層205に添加する金属酸化物微粒子の粒径としては0.1〜0.8μmが適当である。金属酸化物粒子の粒径が大きすぎる場合には保護層205の表面の凹凸が大きくなりクリーニング性が低下する上、露光光が保護層205で散乱されやすく解像力が低下し画像品質が劣る。金属酸化物粒子の粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。
フッ素樹脂の量が40重量%未満では潤滑性の改善効果が小さく、75重量%を超えると膜の強度が低下してしまい望ましくない。保護層205に添加するフッ素樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル等を用いることができる。
また、フッ素樹脂の粒径としては0.1〜5μmが適当である。保護層205は潤滑剤粒子を分散させる場合も金属酸化物粒子の場合と同じバインダー樹脂や溶媒を用いて分散し、分散液をスプレー法等により塗布することにより形成できる。表面層の膜厚としては3〜8μmが望ましい。
また、保護層205には金属酸化物粒子やフッ素樹脂粒子を単独で分散させるだけでなく、両方を分散させることもできる。さらに保護層205には、金属酸化物粒子やフッ素樹脂粒子の分散性を向上させるために分散助剤を添加することができる。添加される分散助剤は塗料等に使用されるものが適宜利用できる。また、保護層205には、電荷輸送材料を添加することも有効であり、さらに酸化防止剤も必要に応じて添加することができる。
ギャップ保持部材103は、感光体5の画像領域5a外の感光体表面(感光層)5bに当接しており、画像領域5aでは感光体5との間に微少な帯電ギャップgを形成している。図6において、符号5cは感光体5の非塗工部(非感光層部)を示している。
ギャップ保持部材103を感光層に当接させることで、帯電層102とギャップ保持部材103との間にリーク防止のための間隔を設ける必要がないので、装置が大型化してしまうことを防止することができる。
また、芯金101が太すぎる場合には帯電ローラ14が大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金101の直径としては6〜10mm程度が望ましい。
帯電層102は104〜109Ωcmの体積抵抗を持つ材料が好ましい。抵抗が低すぎると帯電層102の微少な抵抗ムラに起因して放電状態が不均一になり帯電ムラが発生しやすく、抵抗が高すぎると放電が十分に発生せず均一な帯電電位を得ることができない。
帯電層102は基材となる樹脂に導電性材料を配合することで所望の体積抵抗を得ることができる。基材樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。これらの基材樹脂は、成形性が良いので容易に成形加工することができる。
本実施形態では、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンについて例示したが、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィン以外の高分子化合物であってもかまわない。
イオン導電性材料は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより、基材樹脂に均一に配合される。配合された材料を芯金101上に射出成形、あるいは押出成形することにより、容易にローラ形状に成形することができる。イオン導電性材料と基材樹脂の配合量は基材樹脂100重量部に対して30〜80重量部が望ましい。帯電層102の厚さとしては0.5〜3mmが望ましい。
帯電層102が薄すぎると成型が困難である上に強度の面でも問題がある。帯電層102が厚すぎると帯電ローラ14が大型化する上に帯電層102の抵抗が大きくなるため帯電効率が低下する。
また、帯電層102にはコーティング等により、トナー等が付着しにくい表層を数10μm程度の厚さで形成することもできる。
ここでギャップ保持部材103である樹脂シートの両端部をそれぞれ斜めにカットすることで、樹脂シートが重なり合ってしまったり、ローラの軸方向で樹脂シートが存在しない部分が発生したりする不具合を発生しにくくすることができる。
図示しないが、帯電ローラ14は芯金101の端部に取り付けられたギヤが感光体フランジに形成されたギヤと噛み合っており、感光体駆動モータにより感光体5が回転すると帯電ローラ14も感光体5とほぼ等しい線速で連れ回り方向に回転する。
帯電層102と感光体5が接触することがないので、帯電層102として硬い樹脂材料を使用し、且つ、感光体5として有機感光体を使用した場合でも画像領域の感光層に傷が付いたりすることはない。
そのためには感光体5、帯電ローラ14とも高精度が必要であり、真直度を20μm以下にすることが望ましい。
このような構成では、雰囲気温度が変化した場合に帯電ギャップgが変動する要因としては帯電層102の硬度変化の影響が支配的である。ギャップ保持部材103の厚さは数十μmであるため、雰囲気環境が変化してもギャップ保持部材103の厚さや硬度の変化の影響はほとんどない。
従って、帯電ギャップgの環境変動を低減するには帯電層102を高硬度にすることが有効であり、実験の結果、帯電層102の硬度をJIS Dで50度以上とすることで帯電ギャップgの環境変動を大幅に低減することができることが確認された。
ここで、帯電層102の硬度は材料そのものの硬度も重要であるが、帯電ギャップgの変動は帯電層102の厚さの影響も大きいため、本実施形態での硬度は帯電層102の材料としての硬度ではなく、帯電ローラ14に加工した後の帯電層102をJIS K 7215に準拠した硬度計で測定したときの硬度で規定されるものである。
本実施形態では、帯電ローラ14の両端部に該帯電ローラ14の径方向に深さを有する段部を形成し、該段部にギャップ保持部材を設けることにより、帯電ギャップを形成することを特徴としている。
帯電ローラ14は、両端部に小径の軸部を有するローラ形状の芯金104と、帯電層105と、帯電ローラ14の両端部(厳密には帯電層105の両端部)に設けられたギャップ保持部材106を有している。
芯金104上に成形した帯電層105を削り処理(切削や研削等の概念を含む)して外径を整える際に、帯電層105の端部にギャップ保持部材106を取り付けるための環状溝形状の段部105aを形成しておき、この段部105aにギャップ保持部材として、PFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)やFEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)等のフッ素系樹脂材料の熱収縮チューブ106を取り付ける。取り付けた後、熱を加えて段部105aにフィットさせる。
さらには凹形状(環状溝形状)に熱収縮性のギャップ保持部材106を取り付けることで、軸方向両側の段差が寄り止めとなるので、接着剤等を用いなくてもギャップ保持部材106が外れるようなことはない。
帯電層105に形成する段部105aの深さdは、使用する熱収縮チューブ106の厚さtと狙いの帯電ギャップgの大きさから決定すればよい。帯電層105に段部105aを形成することでギャップ保持部材106の径方向の厚みを厚くすることができるので、シート状のギャップ保持部材103を貼り付ける方法に比べてギャップ保持部材106の耐久性が向上する。
実験の結果、熱収縮チューブ106の厚さtは、100〜300μmの範囲が望ましいことが確認された。この範囲の厚みを有する熱収縮チューブ106を取り付けることで、十分な耐久性とギャップ精度を両立させることができる。
本実施形態においても、雰囲気温度が変化した場合に帯電ギャップgが変動する要因としては、帯電層105の硬度変化の影響が支配的である。ギャップ保持部材106の厚さが図6で示したシート状のギャップ保持部材103より厚くなっているものの、帯電層105の厚さに比べて薄いため、ギャップ保持部材106の厚さや硬度の変化の影響は大きくない。
従って、帯電ギャップgの環境変動を低減するには帯電層105を高硬度にすることが有効であり、実験の結果、帯電層105の硬度をJIS Dで50度以上とすることで帯電ギャップgの環境変動を低減することができることが確認された。
本実施形態における帯電ローラ14は、芯金104と、帯電層107と、帯電ローラ14の両端部(厳密には芯金104の両端部)に設けられたリング状のギャップ保持部材108を有している。
帯電層107を成形した後、芯金104の両端部に予め成形しておいたギャップ保持部材108を圧入や接着、あるいはその両方を併用して、芯金104に固定する。このようにして、帯電ローラ14(厳密には芯金104)とギャップ保持部材108を一体化してから、切削や研削等の削り加工を行って帯電ローラ14の外径を同時に整える。
これにより、芯金104とギャップ保持部材108の振れの位相を揃えることができ、帯電ギャップgの変動を低減することができる。
ギャップ保持部材108としては、帯電層107と同様に導電性樹脂を用いることもできるが、ギャップ保持部材108は画像領域外に当接させるため、放電を起こす必要はない。そのため、放電による感光層の劣化やトナー等の付着を防止するため、ギャップ保持部材108は絶縁性材料とすることが望ましい。
ギャップ保持部材108の材質としてはプロピレン、ポリブテン、ポリイソプレン、エチレンーエチルアクリレート共重合体、エチレンーメチルアクリレート共重合体、エチレンー酢酸サンビニル共重合体、エチレンープロピレン共重合体、エチレンーヘキセン共重合体等の樹脂や、帯電部材の基材と同様にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。
但し、感光層202にギャップ保持部材108を当接させるので、感光層202が損傷するのを防止するために、帯電層107より硬度の低いグレードを用いることが望ましい。また、摺動性に優れ感光層202に損傷を与えにくい樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の樹脂を用いることもできる。
従って、帯電ギャップgの環境変動を低減するにはギャップ保持部材108を高硬度にすることが有効であり、実験の結果、ギャップ保持部材108の硬度をJIS Dで45度以上とすることで帯電ギャップgの環境変動を低減することができることが確認された。
ここで、ギャップ保持部材108の硬度が高すぎると、感光層202にギャップ保持部材108を当接させた際に、感光層202が劣化しやすく、感光体5の耐久性に問題が生じる。実験の結果、ギャップ保持部材108の硬度をJIS Dで70度以下とすることでギャップ保持部材108による感光層202の劣化を起こりにくくすることができることが確認された。
実験の結果、印加するACバイアスの周波数が低いとストライプ状の帯電ムラが目立つため、少なくとも感光体線速V[mm/s]の7倍以上の周波数f[Hz]に設定することが望ましいことが確認された。
また、印加するACバイアスの周波数が高すぎる場合には過剰な放電が発生し、感光体5の摩耗量を増大させたり、感光体5にトナーやトナー外添剤のフィルミングが発生しやすくなるため、感光体線速V[mm/s]の12倍以下の周波数f[Hz]に設定することが望ましいことが確認された。
また、発光部60と受光部61は一体に構成され、感光体5の長手方向に移動可能に構成されており、感光体長手方向の任意の位置で帯電ギャップを測定することができる。このような帯電ギャップ測定装置を用いることで、実機内と同等の帯電ギャップを高精度で測定することができる。
実験の結果、帯電ギャップgの最小値を15μm以上になるように設定することで帯電ローラ14の表面のトナー等による汚れを低減することができることが確認された。また、帯電ギャップgの最大値を90μm以下になるように設定することで異常放電による濃度ムラの発生を防止することができることが確認された。
また、雰囲気温度が10°Cのときの帯電ギャップgの平均値と、30°Cのときの帯電ギャップgの平均値の変動幅を、20°Cのときの帯電ギャップgの平均値の1/5以下になるようにすることで、使用環境によらず安定して帯電ギャップを維持することができることが判った。その理由を以下の実施例に基づいて述べる。
ステンレスからなる直径8mmの芯金上に、帯電層として、ABS樹脂100重量部に四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィン系高分子化合物よりなるイオン導電剤60重量部を配合して得た樹脂組成物(体積抵抗率106Ωcm)からなる帯電層を射出成形により成形した。帯電層の両端部に、幅8mm、厚さ45μmのポリエチレンテレフタレート製のシートに15μmの粘着層からなるギャップ保持部材を貼り付け、帯電層の外径が11mmの帯電ローラ(図6と同様の構成)を作製した。この帯電ローラの帯電層の硬度を測定したところ、JIS Dで63度であった。
(帯電ローラB)
帯電ローラAと同じ芯金と導電性樹脂を使用し、射出成形によりローラ状に作製した。このローラを切削して外径を整える際に帯電層の両端部に、幅8mm、深さ100μmの環状溝形状の段部を形成し、この段部に熱収縮後の厚さが150μmとなるPFAチューブを120℃の雰囲気中で20分間加熱することで熱収縮により取り付けて、帯電層の外径が11mmの帯電ローラ(図7と同様の構成)を作製した。この帯電ローラの帯電層の硬度を測定したところ、JIS Dで63度であった。
帯電ローラAと同じ芯金と導電性樹脂を使用し、射出成形によりローラ状に作製した。このローラの両端部に、8mmの高密度ポリエチレン製のギャップ保持部材を圧入により取り付けた後、帯電層とギャップ保持部材を同時に切削加工し、帯電層の外径が11mmの帯電ローラ(図9と同様の構成)を作製した。この帯電ローラの帯電層とギャップ保持部材の硬度を測定したところ、JIS Dで帯電層は63度、ギャップ保持部材は58度であった。
(帯電ローラD)
帯電ローラCのギャップ保持部材の材質をポリアセタールに変更した以外は帯電ローラCと同様の帯電ローラを作成した。この帯電ローラの帯電層とギャップ保持部材の硬度を測定したところ、JIS Dで帯電層は63度、ギャップ保持部材は75度であった。
ステンレスからなる直径8mmの芯金上に、エピクロルヒドリンゴムからなる帯電層を形成し、帯電層の両端部に帯電ローラAと同様に幅8mm、厚さ45μmのポリエチレンテレフタレート製のシートに15μmの粘着層からなるギャップ保持部材を貼り付け、帯電層の外径が11mmの帯電ローラを作製した。
この帯電ローラの帯電層の硬度を測定したところ、JIS Dで29度であった。
(帯電ローラF)
ステンレスからなる直径9mmの芯金上に、エピクロルヒドリンゴムからなる帯電層を形成し、帯電層の両端部に帯電ローラAと同様に幅8mm、厚さ45μmのポリエチレンテレフタレート製のシートに15μmの粘着層からなるギャップ保持部材を貼り付け、帯電層の外径が11mmの帯電ローラを作製した。
この帯電ローラの帯電層の硬度を測定したところ、JIS Dで33度であった。
このとき、保護層の塗工はスプレー法により、それ以外は浸漬塗工法により行なった。電荷輸送層、表面層ともにバインダー樹脂としてはポリカーボネートを用い、表面層には平均粒径0.3μmのアルミナ粒子を表面層の全固形分に対して25重量%添加した。
上記の帯電ローラと感光体を感光体ユニットにセットし、上述した帯電ギャップ測定装置を用いて各環境で測定した帯電ギャップの平均値を表1に示す。このとき、感光体の外形精度に起因する帯電ギャップの変動の影響をなるべく小さくするために各帯電ローラの測定とも同一の感光体を使用した。
表1から、雰囲気温度が10°Cのときの帯電ギャップgの平均値と、30°Cのときの帯電ギャップgの平均値の変動幅を、20°Cのときの帯電ギャップgの平均値の1/5以下になるようにすることで、使用環境によらず安定して帯電ギャップを維持することができることが理解できる。
本実施例における雰囲気温度20°Cは、装置動作保証範囲の中間部位であり、雰囲気温度が10°Cは下限側、雰囲気温度が30°Cは上限側である。雰囲気温度の段階的設定はこれに限定される趣旨ではない。
次に上記の3環境でそれぞれ20000枚の通紙試験を行った。プロセス速度は125mm/sであり、帯電バイアスはAC(周波数f=900Hz)+DC(−700V)を印加した。その際、実験環境は(温度20°C、湿度60%)、(温度30°C、湿度54%)、(温度10°C、湿度15%)の順に切り替えた。
帯電ローラAはギャップ保持部材の当接位置の感光層に僅かにキズが発生したものの、画像上に異常は見られなかった。
帯電ローラBは(温度30°C、湿度54%)で通紙した際に帯電ローラ汚れが僅かに悪化したものの、(温度10°C、湿度15%)でも画像上に異常は見られなかった。
帯電ローラCはギャップ保持部材の当接位置の感光層に僅かにキズが発生したものの、画像上に異常は見られなかった。
帯電ローラDではトータルで約35000枚通紙した時点でギャップ保持部材の当接位置で感光層が破損してしまい、帯電バイアスのリークが発生してしまうためそれ以上の通紙を行うことはできなかった。帯電ローラの汚れはほとんど発生していなかった。
帯電ローラEは(温度30°C、湿度54%)で通紙した際に帯電ローラがトナーで顕著に汚れ、(温度10°C、湿度15%)では帯電ローラの汚れに起因して帯電不良による濃度ムラが発生してしまった。
帯電ローラFは(温度30°C、湿度54%)で通紙した際に帯電ローラEほどではないものの、帯電ローラがトナーで汚れ、(温度10°C、湿度15%)では帯電ローラの汚れに起因して帯電不良による濃度ムラが発生してしまった。
これらの結果を、表2に示す。
従って、G20/(G30−G10)の値が5より大きくなるような構成とすれば、帯電ローラの汚れを発生しにくくすることができる。すなわち、すなわち、雰囲気温度が10°C、20°C、30°Cのときの帯電ギャップの平均値をそれぞれG10、G20、G30としたとき、|G30−G10|×5<G20の条件を満足するようにすることで、帯電ローラの汚れを発生しにくくすることができる。
評価方法は、各ギャップ保持部材を取り付けた帯電ローラを用い、リコー製イプシオカラー8100改造機を使用して10000枚の通紙試験を行い、試験後のギャップ保持部材当接位置の感光体外観を評価した。
表3において、◎印は初期と同等であることを、○印は表面に僅かなキズがあることを、×印は表面が粗くなり、曇っていることをそれぞれ示している。
ギャップ保持部材の材質表示におけるHDPEは高密度ポリエチレンを、LDPEは低密度ポリエチレンを、PPはポリプロピレンを、EEAはエチレン−エチルアクリレート共重合体を、POMはポリアセタールを、ABSはアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体をそれぞれ示している。
5 像担持体としての感光体
14 帯電部材としての帯電ローラ
103、106、108 ギャップ保持部材
105a 段部
202 感光層
g 帯電ギャップ
Claims (22)
- 像担持体を非接触状態で帯電する帯電部材を有する帯電装置において、
環境条件が変化した場合の上記像担持体と上記帯電部材との間の帯電ギャップの変動幅を、上記帯電部材の材質的条件を予め所定の範囲に設定することによって該帯電部材自体の上記環境条件に対する変動特性により抑制するようにしたことを特徴とする帯電装置。 - 請求項1記載の帯電装置において、
上記環境条件を雰囲気温度とするとともに、該雰囲気温度をその中間部位を基準にその上限側と下限側に段階的に設定し、各雰囲気温度における上記帯電ギャップの平均値を求め、上限側と下限側の雰囲気温度における平均値の差の絶対値の倍数値が中間部位の雰囲気温度における平均値以下になるように、上記帯電部材の材質的条件を設定したことを特徴とする帯電装置。 - 請求項2記載の帯電装置において、
上記帯電部材がローラ形状を有し、上記雰囲気温度が10°C、20°C、30°Cのときの上記帯電ギャップの平均値をそれぞれG10、G20、G30としたとき、
|G30−G10|×5<G20
の条件を満足することを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至3のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記帯電ギャップが、15〜90μmの範囲内にあることを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至3のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記帯電部材の硬度が、JIS Dで50度以上であることを特徴とする帯電装置。 - 請求項5記載の帯電装置において、
上記帯電部材が導電性樹脂により構成されていることを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至6のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記帯電部材の両端部にシート状のギャップ保持部材を設けることにより、上記帯電ギャップを形成することを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至6のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記帯電部材の両端部に該帯電部材の径方向に深さを有する段部を形成し、該段部にギャップ保持部材を設けることにより、上記帯電ギャップを形成することを特徴とする帯電装置。 - 請求項8記載の帯電装置において、
上記段部が環状溝の形状を有していることを特徴とする帯電装置。 - 請求項8又は9記載の帯電装置において、
上記ギャップ保持部材が熱収縮性のチューブであることを特徴とする帯電装置。 - 請求項8乃至10のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記ギャップ保持部材における上記帯電部材の径方向の厚みが、100〜300μmであることを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至6のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記帯電部材の両端部に絶縁性樹脂からなるギャップ保持部材を設けることにより、上記帯電ギャップを形成することを特徴とする帯電装置。 - 請求項1乃至6のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記帯電部材の両端部に、上記帯電ギャップを形成するギャップ保持部材を設け、上記帯電部材と上記ギャップ保持部材を一体化してから表面を削る加工により上記帯電部材と上記ギャップ保持部材の外径を整えることを特徴とする帯電装置。 - 請求項7乃至13のうちの何れか1つに記載の帯電装置において、
上記ギャップ保持部材の硬度が、JIS Dで45度以上であることを特徴とする帯電装置。 - 像担持体と帯電装置を一体に有し画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、
上記帯電装置が、請求項1乃至14のうちの何れか1つに記載の帯電装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 像担持体を帯電装置により帯電する画像形成装置において、
上記帯電装置が、請求項1乃至14のうちの何れか1つに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。 - 装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジを有する画像形成装置において、
上記プロセスカートリッジが、請求項15に記載のプロセスカートリッジであることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項16又は17記載の画像形成装置において、
上記ギャップ保持部材が上記像担持体の画像領域外の感光層に当接するように上記帯電部材が設けられ、上記ギャップ保持部材の硬度が、JIS Dで70度以下であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項18記載の画像形成装置において、
上記像担持体が、少なくとも最外層に金属酸化物粒子を含む有機感光体であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項18又は19記載の画像形成装置において、
上記像担持体が、少なくとも最外層に潤滑剤粒子を含む有機感光体であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項16乃至20のうちの何れか1つに記載の画像形成装置において、
上記帯電部材にDCバイアスを印加するとともにACバイアスを重畳印加し、ACバイアスの周波数f[Hz]と上記像担持体の線速V[mm/s]とが、
7×V<f<12×V
の関係を満たし、少なくとも画像形成動作中はACバイアスを定電圧制御することを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体と帯電部材との間の帯電ギャップを所定の範囲に設定する帯電ギャップの設定方法において、
環境条件が変化した場合の上記帯電ギャップの変動幅を、上記帯電部材の材質的条件を予め所定の範囲に設定することによって該帯電部材自体の上記環境条件に対する変動特性により抑制することを特徴とする帯電ギャップの設定方法。
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