JP2005249839A

JP2005249839A - 画像形成装置

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Publication number: JP2005249839A
Application number: JP2004056127A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Takayama; 康夫高山; Tsutomu Sugimoto; 勉杉本; Yasuaki Watanabe; 靖晃渡辺; Migaku Fukuhara; 琢福原; Yasutomo Ishii; 康友石井; Yutaka Kanai; 豊金井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】帯電ローラが感光体に対してスリップすることを防止する。
【解決手段】カラーレーザープリンタ１０では、リトラトナーや転写残トナー等をブラシローラ３４で回収して一時的に保持し、クリーニングモード時やジョブエンド等に、ブラシローラ３４から感光体１３へ回収したトナーを放出して中間転写ベルト１４上の未転写残留トナーを回収するクリーナーに回収させる。ここで、帯電ローラの表面粗さＲｚ、ローラ硬度Ｋが、それぞれ０．１４≦Ｒｚ≦１．４μｍ、０＜Ｋ≦６０°となっており、ブラシローラ３４から放出されるトナーによって帯電ローラ３６が感光体に対してスリップすることが防止されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、像担持体に従動して回転して像担持体を帯電する帯電ローラを備える画像形成装置に関する。

像担持体としての感光体に従動して回転して感光体を帯電する接触式の帯電ローラを備えるプリンタやコピア等の画像形成装置において、感光体上に残留したトナーが帯電ローラに付着すると、帯電ローラの抵抗値が上昇して感光体を均一に帯電することができなくなり、画像濃度にムラが生じてしまう。このため、従来から帯電ローラにトナーを付着させないための対策が種々考案されている（例えば、特許文献１乃至４参照）。

ところで、近年、クリーニングブレードを用いない所謂クリーナーレスシステムの画像形成装置が考案されている。このようなクリーナーレスシステムの画像形成装置におけるクリーニングシステムが種々考案されている。その中で、転写ベルトと帯電ローラとの間に配設された保持手段としてのブラシローラ（クリーニングローラ）に、転写ベルトに転写されずに残留した残留トナー、転写ベルトから感光体にオフセットされたリトランスファートナー（リトラトナー）を一時的に蓄積させ、そして、非画像形成時にブラシローラに逆バイアスの電圧を印加してブラシローラから感光体へトナーを放出させて現像器、又は転写ベルト上のトナーを回収するクリーニング装置へトナーを回収させる、というシステムが考案されている。

ここで、多数枚の連続プリントを行った時等、クリーニングサイクルが長い場合やジャムによりトナー像が転写ベルトに転写されずに感光体に残った場合等、ブラシローラに蓄積するトナーの量が多くなり、ブラシローラから感光体に放出されるトナーの密度が高くなる。

そして、ブラシローラから感光体へ放出されるトナーの密度が高くなると、本来は感光体に従動して回転する帯電ローラが感光体に従動しなくなってスリップを起し（図７（Ａ）参照）、この際、帯電ローラのスリップ部にトナーが貯まってしまう。そして、このトナー貯まりによって、帯電ローラが１周する毎にスリップが発生する。従って、周期的に帯電不良が発生し、画像に周期的な白抜け、濃度ムラが発生するという問題があった。
特開２００２−０４０７５６号公報特開２００２−２２１８２９号公報特開２００３−０９８７２５号公報特開平０８−２１１６９８号公報

本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、感光体に従動して回転する帯電ローラと感光体との間で発生するスリップを防止することを目的とする。

請求項１に記載の画像形成装置は、トナー像を転写媒体に転写する像担持体と、前記像担持体の回転に従動して回転して前記像担持体を帯電する帯電ローラと、前記帯電手段によって帯電された前記像担持体の帯電面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像をトナーで現像する現像手段と、を備える画像形成装置であって、該トナーが形状係数１００〜１４０、平均粒径３〜１０μｍの重合トナーで、外添剤として無機微粒子を含有し、前記帯電ローラを基材の表面にポリアミドをコーティングして成形し、前記帯電ローラの表面粗さＲｚ、ローラ硬度Ｋをそれぞれ、０．１４μｍ≦Ｒｚ≦１．４μｍ、０°＜Ｋ≦６０°としたことを特徴とする。

請求項１に記載の画像形成装置では、像担持体が、まず帯電手段によって帯電され、そして、像担持体の帯電面が露光手段によって露光されて静電潜像が形成される。その後、現像手段によって静電潜像がトナーで現像され、そして、トナー像が、転写媒体に転写される。

ここで、帯電ローラは像担持体の回転に従動して回転して像担持体の帯電を行うので、像担持体に残留したトナーによって、帯電ローラが像担持体の回転に従動しなくなり、帯電ローラと像担持体との間でスリップが発生することがある。

しかし、本発明では、帯電ローラを、基材の表面にポリアミドをコーティングして成形する際に、帯電ローラの表面粗さＲｚ、ローラ硬度Ｋをそれぞれ、０．１４μｍ≦Ｒｚ≦１．４μｍ、０°＜Ｋ≦６０°としている。この条件の帯電ローラは、形状係数１００〜１４０、平均粒径３〜１０μｍで、外添剤として無機微粒子を含有した重合トナーが２ｇ／ｍ²の密度で付着した感光体に対して、スリップを起さないことが後述する実験で証明されている。

従って、感光体に付着した上記重合トナーの密度が２ｇ／ｍ²以下の状態、即ち画像形成装置の通常の使用状態では、帯電ローラが像担持体に対してスリップを起すことがなく、このスリップに起因する帯電不良、さらには帯電不良に起因する画像の白抜け、濃度ムラを防止できる。

請求項２に記載の画像形成装置は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記基材をゴムで成形したことを特徴とする。

請求項２に記載の画像形成装置では、基材をゴムで成形することで、ローラ硬度Ｋの調整が容易になっている。

請求項３に記載の画像形成装置は、請求項１又は２に記載の画像形成装置であって、前記転写媒体と前記帯電手段との間に配設され、前記像担持体に付着したトナーを回収して一時的に保持し、非画像形成時に該トナーを前記像担持体へ放出する保持手段を有し、前記保持手段から前記像担持体へ放出されるトナーの密度を２ｇ／ｍ²以下としたことを特徴とする。

請求項３に記載の画像形成装置では、転写媒体と帯電ローラとの間では、未転写残留トナー等、像担持体に付着したトナーが、保持手段に回収されて一時的に保持される。この回収されたトナーは、非画像形成時に像担持体へ放出され、現像手段等に回収される。

ここで、保持手段から像担持体へ放出されるトナーの密度が２ｇ／ｍ²以下とされている。上述したように、像担持体に付着しているトナーの密度が２ｇ／ｍ²であれば、上述した条件の帯電ローラが像担持体に対してスリップを起すことがないので、保持手段から像担持体へ放出されたトナーによって発生する帯電ローラの像担持体に対するスリップを防止できる。

本発明は上記構成にしたので、感光体に従動して回転する帯電ローラと感光体との間で発生するスリップを防止できる。

以下に図面を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。

図１に示すように、画像形成装置としてのカラーレーザープリンタ（以下、プリンタという）１０は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色の現像ユニット１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ、１２Ｋと感光体１３Ｃ、１３Ｍ、１３Ｙ、１３Ｋが中間転写ベルト１４に面して並列して配置され、中間転写ベルト１４が１周する間に４色のトナー像を重ね合せる、所謂タンデム式のフルカラーレーザープリンタである。

このプリンタ１０は、底部に給紙トレイ１６を備える。この給紙トレイ１６にセットされた用紙Ｐの搬送方向の先端部には給紙ローラ１８が当接しており、この給紙ローラ１８と図示しない用紙捌き手段によって、用紙Ｐが１枚ずつ給紙トレイ１６から搬送方向下流側へ給紙される。そして、給紙ローラ１８の搬送方向下流側には、２組の搬送ローラ２０が配置されており、用紙Ｐは、この搬送ローラ２０からの搬送力で上方の転写部２２へ搬送される。

この転写部２２には、中間転写ベルト１４が巻き掛けられたベルト搬送ローラ２４Ａと、このベルト搬送ローラ２４Ａに圧接された転写ローラ２６が配設されている。ベルト搬送ローラ２４Ａと転写ローラ２６とのニップ部には、中間転写ベルト１４が挟み込まれており、用紙Ｐはこのニップ部を通過する際に中間転写ベルト１４からトナー像を転写される。

そして、転写部２２の上方且つ搬送方向下流側には定着ユニット２８が配設されている。この定着ユニット２８には、高温になるヒートローラ２８Ａと、このヒートローラ２８Ａに圧接されたバックアップローラ２８Ｂが配設されており、用紙Ｐが、ヒートローラ２８Ａとバックアップローラ２８Ｂとのニップ部を通過する際に、トナーが溶融、凝固して用紙Ｐに定着される。そして、用紙Ｐは、定着ユニット２８の搬送方向下流側に配置された排紙ローラ２９によって排紙される。

ここで、感光体１３Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋが、中間転写ベルト１４にトナー像を重ね合せるプリント部３０について説明する。なお、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色を区別する際には、符号の後にＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋを付加して説明するが、各色を区別する必要がない場合は、符号の後のＣ、Ｍ、Ｙ、Ｋは省略する。

図２に示すように、中間転写ベルト１４は、上述したベルト搬送ローラ２４Ａと、ベルト搬送ローラ２４Ａの下方に配設されたベルト搬送ローラ２４Ｂと、ベルト搬送ローラ２４Ｂの斜め上方且つ用紙搬送路の反対側に配設されたベルト搬送ローラ２４Ｃに巻き掛けられている。

中間転写ベルト１４のベルト搬送ローラ２４Ｂとベルト搬送ローラ２４Ｃとの間の斜め下方を向いた面が感光体１３Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋからトナー像を転写される転写面１４Ａとなっている。この転写面１４Ａに面して、現像ユニット１２Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋと、感光体１３Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋが並列して配置されており、感光体１３Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋが転写面１４Ａに当接している。また、転写ローラ３２Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋが、転写面１４Ａを介して感光体１３Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋに圧接されている。

なお、転写面１４Ａの感光体１３Ｋより下流側には、中間転写ベルト１４に転写されたトナーの濃度検出等を行うセンサ１５が配設されている。

図３に示すように、感光体１３の感光面１３Ａには、回転方向に順に、中間転写ベルト１４、ブラシローラ３４、帯電ローラ３６、現像ローラ３８が当接している。現像ローラ３８は、感光体１３の回転方向と同じ方向に回転している。即ち、現像ローラ３８は、ニップ部においては感光体１３に対して逆回転している。これによって、現像ローラ３８から感光体１３への転写効率が高められている。また、帯電ローラ３６と現像ローラ３８との間には、感光面１３Ａをライン露光するＬＥＤアレイヘッド４０が配置されている。

以下、トナー像を中間転写ベルト１４に転写するまでの流れを説明する。

感光体１３が図中反時計回りに回転すると、まず、感光面１３Ａが、帯電ローラ３８によって均一に所定の極性電位にＡＣ帯電される。そして、更に感光体１３が回転すると、感光面１３Ａの帯電面が、ＬＥＤアレイヘッド４０によって露光され、帯電面の露光された部分の電位が低下して静電潜像が形成される。その後、感光体１３の帯電極性と同極性に帯電している現像トナーＴ１を、現像ローラ３８によって、帯電面の電位低下部に電気的に付着させることで、静電潜像を現像する。そして、このトナーと逆極性の転写電圧が印加された転写ローラ３２に、トナーが電気的に引き寄せられる。これによって、トナー像が、感光体１３から中間転写ベルト１４へ転写される。

ここで、感光体１３から中間転写ベルト１４へトナー像が転写される際に、中間転写ベルト１４に転写されずに感光体１３に残留する転写残トナーＴ２が発生する。また、中間転写ベルト１４に上流側で転写されたトナーが下流側の感光体１３にオフセットするリトランスファートナー（以下、リトラトナーと言う）Ｔ３が発生する。

このため、この転写残トナーＴ２、リトラトナーＴ３を感光体１３から除去する必要がある。以下、転写残トナーＴ２、リトラトナーＴ３のクリーニングについて説明する。

はじめに、プリント時について説明する。図４（Ａ）に示すように、まず、現像ローラ３８から感光体１３へ現像トナーＴ１が移動する。その後、転写部で転写残トナーＴ２が感光体１３に残留し、リトラトナーＴ３が中間転写ベルト１４から感光体１３にオフセットする。

そして、図４（Ｂ）に示すように、ブラシローラ３４にリトラトナーＴ３の極性（例えば＋）と逆極性の電圧（例えば−５００Ｖ）を印加して、リトラトナーＴ３をブラシローラ３４に電気的に吸着させる。また、転写残トナーＴ２は、感光体１３に付着させたまま帯電ローラ３６による帯電領域、及びＬＥＤアレイヘッド４０による露光領域を通過させる。即ち、転写残トナーＴ２が感光体１３に付着したままの状態でＡＣ帯電、露光を行う。

そして、図５（Ａ）に示すように、露光されていない非画像部（例えば−５００Ｖ）に付着した転写残トナーＴ２は、例えば−２００Ｖの電圧を印加された現像ローラ３８に電気的に回収され、現像ユニット１２内で現像ローラ３８に摺接するブレード３９によって現像ローラ３８からトナー収容部４１へ掻き落される。また、これと同時に現像ローラ３８は現像トナーＴ１を感光面１３Ａの電位低下部へ移動させる。これによって、転写残トナーＴ２を感光体１３から除去しながら、トナー像の形成を行うことができる。

次に、ブラシローラ３４に一時的に保持されているリトラトナーＴ３を、クリーニングモード時やジョブエンドにクリーニングする流れについて説明する。

図５（Ｂ）に示すように、まず、ブラシローラ３４の印加電圧の極性をマイナス（−）からプラス（＋）へ反転させ、ブラシローラ３４から感光体１３へ＋に帯電されたリトラトナーＴ３を２ｇ／ｍ²以下の密度で放出させる。なお、ここでトナー密度を２ｇ／ｍ²以下した理由については後述する。

そして、現像ローラ３８に印加したマイナス（−）の電圧をオフにすることで、リトラトナーＴ３を現像ローラ３８を通過させる。そして転写ローラ３２の電圧極性をマイナス（−）からプラス（＋）へ反転させ、中間転写ベルト１４へ転写させる。その後、リトラトナーＴ３は、中間転写ベルト１４でクリーナ４２（図２参照）によって回収される。

ここで、図６（Ａ）に示すように、ブラシローラ３４の下流側には帯電ローラ３６が配設されている。このため、ブラシローラ３４から感光体１３へ放出されたリトラトナーＴ３（転写残留トナーＴ２を含む場合もある。）によって、本来は感光体１３の回転に従動して回転する帯電ローラ３６が、感光体１３の回転に従動しなくなり、感光体１３に対してスリップを起すことがある（図中点線で図示）。

そこで、本発明では、帯電ローラ３６の表面粗さＲｚ、ローラ硬度Ｋを所定の値に設定して、このスリップを防止する。以下、この帯電ローラ３６の表面粗さＲｚ、ローラ硬度Ｋの設定方法について説明する。

図７に示すように、帯電ローラ３６は、金属製のシャフト３６Ａの表面にエピクロルヒドリンゴムでゴム層３６Ｂを形成し、さらにこのゴム層３６Ｂの表面に酸化錫の導電紛を含有させたポリアミドを３μｍほどコーティングして表面層３６Ｃを形成したものである。なお、シャフト３６Ａは直径８ｍｍ、ゴム層３６Ｂは直径１４ｍｍである。

また、帯電ローラ３６の表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒｚ、ローラ硬度（マイクロ硬度）Ｋは、それぞれ表面層３６Ｃを形成した後で、０．２０μｍ、５０°となっているが、この数値を設定するに当って、帯電ローラ３６のスリップ性を評価する実験を行ったので、この実験について説明する。

まず、評価用として準備されたプリンタ１０の帯電ローラ３６にマーキングを施し、意図的にマーキング部に帯電不良を発生させ、一定間隔で白抜けが発生した不良画像を評価用プリントとしてプリントする。このプリントの際、ブラシローラ３４に逆バイアスの電圧を印加してブラシローラ３４から感光体１３へトナーを放出させる。なお、ここで放出するトナーの密度は２ｇ／ｍ²とした。そして、この不良画像にできた白抜けのピッチを測定し、このピッチと帯電ローラ３６の円周長を比較することで、スリップの有無を確認する。

なお、トナーは、平均粒径５〜２００ｎｍのシリカ及びチタニア等の無機微粒子を外添剤として含有し、形状係数が１００〜１４０、平均粒径が３〜１０μｍ程度の乳化重合トナーを用いた。

そして、帯電ローラ３６の表面粗さＲｚ（μｍ）を０．１３、０．１４、０．２０、０．３０、０．４０、０．９０、１．４０と変え、ローラ硬度Ｋ（°）を４０、５０、６０、７０と変えてスリップの有無を確認した結果は、図８の表に示すようになった。表中の○はスリップ未発生、×はスリップが発生したことを表している。なお、表面粗さＲｚ（μｍ）、ローラ硬度Ｋ（°）の数値は、表面層３６Ａを形成した後の数値である。

この表からわかるように、表面粗さＲｚを０．１７μｍとした場合、ローラ硬度Ｋに関わらずスリップが発生した。また、ローラ硬度Ｋを７０°とした場合、表面粗さＲｚに関わらずスリップが発生した。

即ち、表面粗さＲｚ（μｍ）を０．１４μｍ≦Ｒｚ≦１．４μｍ、且つローラ硬度Ｋを０°＜Ｋ≦６０°とした帯電ローラ３６ではスリップが未発生であった。

従って、上述したように、表面粗さＲｚを０．２０μｍ、ローラ硬度Ｋを５０°の帯電ローラ３６と、平均粒径５〜２００ｎｍのシリカ及びチタニア等の無機微粒子を外添剤として含有し、形状係数が１００〜１４０、平均粒径が３〜１０μｍ程度の乳化重合トナーと、を用い、上述したように、ブラシローラ３４から感光体１３へ放出するトナーの密度を２ｇ／ｍ²とした本実施形態のプリンタ１０において、図６（Ｂ）に示すように、帯電ローラ３６が感光体１３に対してスリップを起さない。これによって、スリップに起因する帯電不良が発生せず、画像の白抜け、濃度ムラを防止できる。

なお、本発明を、ブラシローラ３４から放出されるトナーによって帯電ローラ３６がスリップすることを防止している実施形態を用いて説明したが、これに限らず、感光体１３に残留したトナーを現像ユニット１２に回収する際に帯電ローラ３６と感光体１３とのニップ部を通過するトナーに対しても本発明を適用可能である。

また、本発明を中間転写ベルトに複数色のトナー像を重ね合せるカラーレーザープリンタを例に取って説明したが、これに限らず、感光体から直接、用紙にトナー像を転写するカラー若しくはモノクロプリンタにも本発明を適用可能である。

本実施形態のカラーレーザープリンタの概略構成を示す図である。本実施形態のカラーレーザープリンタのプリント部の概略構成を示す断面図である。本実施形態のカラーレーザープリンタのプリント部の構成を拡大して示す断面面図である。（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態のカラーレーザープリンタのプリント時における転写残トナーのクリーニング方法を説明するための図である。（Ａ）は、本実施形態のカラーレーザープリンタのプリント時における転写残トナーのクリーニング方法、（Ｂ）は、クリーニングモード時等におけるリトラトナーのクリーニング方法を説明するための図である。（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態のカラーレーザープリンタにおいて、ブラシローラから感光体へトナーが放出されている状態を示す図である。本実施形態のカラーレーザープリンタの帯電ローラを示す断面図である。本実施形態のカラーレーザープリンタにおける帯電ローラの感光体に対するスリップの有無を評価した実験結果を示す表である。

符号の説明

１０カラーレーザープリンタ（画像形成装置）
１３感光体（像担持体）
１４中間転写ベルト（転写媒体）
３４ブラシローラ（保持手段）
３６帯電ローラ
３６Ｂゴム層（基材）
３６Ｃ表面層（ポリアミド）
３８現像ローラ（現像手段）
４０ＬＥＤアレイヘッド（露光手段）

Claims

トナー像を転写媒体に転写する像担持体と、
前記像担持体の回転に従動して回転して前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
前記帯電手段によって帯電された前記像担持体の帯電面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像をトナーで現像する現像手段と、
を備える画像形成装置であって、
該トナーが形状係数１００〜１４０、平均粒径３〜１０μｍの重合トナーで、外添剤として無機微粒子を含有し、
前記帯電ローラを基材の表面にポリアミドをコーティングして成形し、前記帯電ローラの表面粗さＲｚ、ローラ硬度Ｋをそれぞれ、０．１４μｍ≦Ｒｚ≦１．４μｍ、０°＜Ｋ≦６０°としたことを特徴とする画像形成装置。
前記基材をゴムで成形したことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記転写媒体と前記帯電手段との間に配設され、前記像担持体に付着したトナーを回収して一時的に保持し、非画像形成時に該トナーを前記像担持体へ放出する保持手段を有し、
前記保持手段から前記像担持体へ放出されるトナーの密度を２ｇ／ｍ²以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。