JP2006126530A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー付着による帯電ローラ２０の汚染を防止しかつ、オゾンなどの有害物質の発生を抑制すること。
【解決手段】画像形成装置は、感光体ドラム２の表面に接触する帯電ローラ２０を備えた帯電装置４と、帯電ローラ２０に電圧を印加して感光体ドラム２の表面を帯電させるよう帯電装置４を制御するコントローラ１８とを備えている。コントローラ１８は、トナーリフレッシュモードにおいて、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を帯電ローラ２０に印可するよう帯電装置４を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、それぞれ電子写真式の、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリなどの、画像形成装置、特に、帯電装置及び帯電装置を制御するコントローラとを備えた画像形成装置に関する。

像担持体である感光体、誘電体等の表面を均一に帯電させる好適な手段としてコロナ放電器が広く使用されている。しかしながら、コロナ放電器は高価な高圧電源を必要とする、コロナ放電器自体のスペースや高圧電源のためのシールド空間を必要とする、多く発生するオゾンなどのコロナ生成物に対処するための付加手段や機構などを必要とするので、装置が大型化し、大幅なコストアップを招く、などの問題を有している。

そこで、近時においては、多くの問題を有するコロナ放電器に代えて、接触帯電方式の採用が検討されている。接触帯電方式は、被帯電体としての像担持体の表面に、電圧（例えば、１〜２ｋＶ程度の直流電圧、あるいは、直流電圧と交流電圧との重畳電圧など）を印加した接触帯電部材を接触させることにより、像担持体の表面に電荷を直接注入して像担持体の表面を所定の電位に帯電させる方式である。このような接触帯電方式としては、ローラ帯電方式（特開昭５６−９１２５３号公報参照）、ブレード帯電方式（特開昭５６−１９４３４９号公報、特開昭６０−１４７７５６号公報参照）、帯電−クリーニング兼用方式（特開昭５６−１６５１６６号公報参照）などが既に公開されている。

しかしながら、上記接触帯電方式においても、コロナ放電を利用するので、空気中の酸素がイオン化して、オゾンやノックス（Ｎｏｘ）などの有害物質が必然的に発生する。ノックス成分は吸湿性を有しており、感光体に付着すると、いわゆる像流れという異常画像を生成しかつ、感光体や接触帯電部材に付着して両者が接触した時に、接触帯電部材から低分子成分が感光体へ移動・付着し、画像形成動作が停止して再開した後に、いわゆる白抜けという異常画像を引き起こす原因となっていることが判明している。

オゾンなどの有害物質の発生量を少しでも低減させるために、連続印字中の紙間などで帯電電圧をＯＦＦにするなどの対策は、一般的に有効である。特に、近年急速に普及してきたカラー画像形成装置においては、像担持体への通常の画像形成時以外の時において像担持体が回転する時間が多くなってきている。このような技術的背景からも、紙間など、通常の画像形成時以外の時に帯電電圧をＯＦＦにすることは、オゾンなどの有害物質の発生を抑制する対策として有効である。

しかしながら、近年のトナーの重合化、トナー粒径の小径化などによって、像担持体の表面に付着したトナーが、クリーニング装置によって十分クリーニングされず、接触帯電部材まで到達して接触帯電部材を汚染するという新たな問題が発生している。この問題を解決するために、接触帯電部材よりも像担持体移動方向の上流側に、接触帯電部材に印加される直流電圧と同極性の電荷を、像担持体の表面に対して付与する電荷付与手段を設けた画像形成装置の帯電装置が開示されている（特許文献１参照）。この装置によれば、クリーニング装置をすり抜けたトナーが存在しても、このトナーは、電荷付与手段によって接触帯電部材に印加している直流電圧と同極性に帯電させられるので、接触帯電部材に付着することは防止される。しかしながら、接触帯電部材及び電荷付与手段には、通常の画像形成時において、常時高電圧が印加されるので、コロナ放電器と比較してオゾンなどの有害物質の発生量は少ないとはいうものの、オゾンなどの有害物質の発生を抑制することはできない。したがって、更なる改善が要望されているところであった。
特開平０９−２２２７６８号公報

本発明の目的は、トナー付着による接触帯電部材の汚染を防止しかつ、オゾンなどの有害物質の発生を抑制することを可能にする、新規な画像形成装置を提供することである。

本発明によれば、
像担持体の表面に接触する接触帯電部材を備えた帯電装置と、接触帯電部材に電圧を印加して像担持体の表面を帯電させるよう帯電装置を制御するコントローラとを備えた画像形成装置において、
コントローラは、所定の制御モードにおいて、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を接触帯電部材に印可するよう帯電装置を制御する、
ことを特徴とする画像形成装置、が提供される。
該所定の制御モードは、トナーリフレッシュモードであり、該トナーリフレッシュモードにおいて、コントローラは、像担持体の表面におけるトナーの非転写帯領域が接触帯電部材に到達する前に、該電圧を接触帯電部材に印可するよう帯電装置を制御する、ことが好ましい。
該所定の制御モードはエージングモードであり、該エージングモードにおいて、コントローラは、該電圧を接触帯電部材に印可するよう帯電装置を制御する、ことが好ましい。

以下、本発明に従って構成された画像形成装置の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照して、全体を図示しない画像形成装置である静電写真式のプリンタは、Ａ４サイズの用紙で、１６ｐｐｍ（線速１００ｍｍ/ｓ）のプリンタであり、図示しないプリンタ本体内には、感光体ドラム２が配置されている。感光体ドラム２の周囲には、帯電装置４、露光装置６、現像ローラ８を備えた現像装置１０、転写装置に含まれる転写ローラ１２、クリーニング装置１４、除電装置１６及びコントローラ１８などが配設されている。

像担持体である感光体ドラム２は、アルミニウム素管などからなる円筒状の金属基体と、金属基体の表面に配設された正帯電性のａ−ｓｉ感光体とを備え、全体の直径は３０ｍｍ（Φ３０）である。金属基体は駆動軸に一体に支持され、駆動軸はギヤなどの動力伝達装置を介して駆動源である電動モータに駆動連結されている（いずれも図示せず）。感光体ドラム２は、駆動軸を介してプリンタ本体に接地されている。

帯電装置４は、帯電ローラ２０と、電圧供給手段２２とを備えている。帯電ローラ２０は、直径６ｍｍ（Φ６）の心金２４と、心金２４の周囲を厚さ３ｍｍで覆うよう配設された弾性ゴム層２６と、弾性ゴム層２６の外周面を覆うよう配設された図示しない塗膜（膜厚約５μｍ）とを備え、全体の直径は、ほぼ１２ｍｍ（Φ１２）である。弾性ゴム層２６は、エピクロルヒドリンゴムから形成され、塗膜はポリアミド樹脂から形成されている。弾性ゴム層２６及び塗膜の電気抵抗値（体積抵抗率）は、３×１０^７Ωｃｍである。心金２４の両端部は、図示しない押圧機構によって感光体ドラム２の中心に向けて弾性的に押圧され、帯電ローラ２０は、感光体ドラム２の表面に所定の押圧力を持って押圧されている。この構成により、帯電ローラ２０は、感光体ドラム２の回転により従動（いわゆる連れ回り）させられる。

帯電ローラ２０の心金２４は、放電に必要な電圧を供給することができる電圧供給手段２２に接続されている。それ自体は周知の構成を利用することでよい電圧供給手段２２は、図示しない電源を含んでいる。コントローラ１８は、帯電ローラ２０に電圧を印加して感光体ドラム２の表面を帯電させるよう電圧供給手段２２を制御する。帯電ローラ２０は、感光体ドラム２の表面に接触して感光体ドラム２の表面を帯電させる接触帯電部材を構成する。接触帯電部材としては、帯電ローラ２０に代えて、帯電ブレードを使用する他の実施形態もある。

コントローラ１８は、マイクロコンピュータにより構成されており、制御プログラムに従って演算処理する中央処理装置（ＣＰＵ）、制御プログラムを格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読み書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェース及び出力インターフェースなどを備えている。このように構成されたコントローラの入力インターフェースには、操作ボードからの各種入力信号、検出器、スイッチなどからの検出信号が入力され、出力インターフェースから電圧供給手段２２などに制御信号を出力する。実施形態において、コントローラ１８は、帯電ローラ２０及び電圧供給手段２２を含む帯電装置４の制御のみならず、プリンタを、プリント動作が遂行される通常のプリントモード、トナーリフレッシュモード、エージングモードなどの各種モードに対応して制御することができる。

露光装置６は、画像情報に応じて感光体ドラム２の表面にレーザ光を照射することができるよう構成されている。現像装置１０は、現像ハウジング内に配設された磁気ブラシ機構を含む磁気ブラシ式現像装置から構成されている。磁気ブラシ機構は、現像ローラ８（円筒状スリーブ部材）と、現像ローラ８内に配設された図示しない静止永久磁石部材とから構成されている。現像ハウジング内にはトナーと磁性キャリアとの混合物からなる二成分系磁性現像剤が収容される。トナーは現像ハウジング内に配設された撹拌搬送機構の作用により正極に帯電させられる。磁性キャリアは、トナーとは逆極性の負極に帯電させられる。クリーニング装置１４は、クリーニングブレード２８及びクリーニングローラ３０を備えている。除電装置１６は、ハロゲンランプなどの除電ランプ３２から構成されている。

画像形成時（通常のプリントモード時）には、感光体ドラム２及び現像ローラ８が図示しない電動モータにより、それぞれ、図１において時計方向及び反時計方向に回転駆動される。帯電ローラ２０は、感光体ドラム２の回転に従動回転させられる。帯電ローラ２０の心金２４には、電圧供給手段２２によって、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧が供給される。実施形態において、供給電圧は、直流電圧Ｖｄｃ＝４５０Ｖ、交流電圧Ｖｐｐ＝１．２ｋＶ、周波数Ｖｆ＝１．５ｋＨｚに設定されている。感光体ドラム２の表面は帯電ローラ２０によって正極性（２６０Ｖ）に一様帯電させられる。

帯電ローラ２０によって正極性に一様帯電させられた感光体ドラム２の表面には、露光装置６によって、感光体ドラム２の表面に形成すべき画像に対応したレーザ光が照射されて静電潜像が形成される。現像ローラ８には、図示しない現像バイアス印加手段によって所定のバイアス電圧（正極性）が印加される。実施形態において、現像バイアスは、振幅１．７ｋＶ、周波数２．４ｋＨｚ、デューティ比５０％の矩形波に設定されている。感光体ドラム２の表面に形成された静電潜像は現像装置１０によってトナー像に現像される。このトナー像は、トナーと逆極性（負極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ１２によって、用紙Ｐに転写される。実施形態において、転写バイアスは、直流電圧Ｖｄｃ−１．５ｋＶに設定されている。用紙Ｐに転写されたトナー像は、図示しない定着装置により定着されて画像の複写物が得られる。

転写後の感光体ドラム２の表面に残留するトナーは、クリーニング装置１４のクリーニングローラ３０及びクリーニングブレード２８によって、クリーニング装置１４の不図示のハウジング内に掻き落とされる。ハウジング内に掻き落とされたトナーは、トナー回収部材によってトナー回収容器に排出されて回収される（いずれも図示せず）。クリーニング後の感光体ドラム２の表面に残留する電位は除電装置１６の除電ランプ３２のＯＮ作動によって除電される。これら一連のプリント動作が、感光体ドラム２の回転に応じて連続して繰り返し行われる。

上記プリンタの実施形態において、予め所定のプリント枚数毎に設定されているトナーリフレッシュモード（トナー吐き出しモード）における制御は、コントローラ１８により次のようにして遂行される。すなわち、低濃度印字の印字率（具体的には５％以下の印字率）でプリントを行なっている際に、プリント７枚に１回の割合で、紙間に縦幅（用紙の搬送方向幅８０ｍｍ）のトナーの黒帯（黒色トナーの場合）が現像される（吐き出される）。トナーの黒帯が現像される前の紙間において、帯電ローラ２０への電圧の印加は行われず、感光体ドラム２の表面電位は約０Ｖとなる。紙間における現像バイアスは、振幅１．７ｋＶ、周波数２．４ｋＨｚ、デューティ比５０％の矩形波に設定される。同時に、現像装置１０の現像ハウジング内には、図示しないトナーコンテナから、吐き出されたトナーと実質的に同じ量の新しいトナーが補給される。

上記トナーの黒帯が感光体ドラム２と転写ローラ１２とのニップ部を通過する際には、転写ローラ１２に逆転写バイアス（＋３００Ｖ）が印加される。これにより、トナーが感光体ドラム１２から転写ローラ１２へ移動して転写ローラ１２が汚染される不具合が防止される。転写ローラ１２とのニップ部を通過したトナーの黒帯領域、すなわちトナーの非転写黒帯領域（広くはトナーの非転写帯領域）は、クリーニング装置１４を通過する際に、クリーニングローラ３０及びクリーニングブレード２８によりクリーニング装置１４のハウジング内に掻き落されて回収される。トナーの非転写黒帯領域は、除電ランプ３２の除電作動ＯＮにより除電された状態で帯電ローラ２０とのニップ部に到達する。

本発明において、コントローラ１８は、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を接触帯電部材である帯電ローラ２０に印可するよう帯電装置４の電圧供給手段２２を制御する。更に具体的には、コントローラ１８は、感光体ドラム２の表面におけるトナーの非転写黒帯領域が帯電ローラ２０とのニップ部に到達する直前に、該電圧を帯電ローラ２０に印可するよう帯電装置４の電圧供給手段２２を制御する。放電開始電圧は、パッシェンの法則によって、感光体ドラム２の線速、感光体の膜厚、膜質などには依存しない電圧、約３００Ｖ（３００Ｖを越えた値）であることが一般に知られている。画像形成時における印加電圧よりも低い上記放電開始電圧においては、オゾンなどの有害物質は発生しない。また、トナーが帯電ローラ２０の表面に付着しない最低電圧は、本発明の実験によれば、約１００Ｖであることが判明した。１００Ｖよりも低い電圧を帯電ローラ２０に印加した場合、オゾンなどの公害物質はもちろん発生しないが、帯電ローラ２０にトナーが付着して汚染され、長期的には用紙にトナーのカブリ現象などの不具合が発生する。

上記説明から明らかなように、本発明においては、トナーリフレッシュモードにおいて、クリーニング装置１４を通過した、感光体ドラム２の表面におけるトナーの非転写黒帯領域が帯電ローラ２０とのニップ部に到達する直前に、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を帯電ローラ２０に印可されるので、帯電ローラ２０へのトナーの付着が防止され、帯電ローラ２０の汚染が防止される。同時に、オゾンなどの有害物質の発生が防止される（画像形成装置全体としては、オゾンなどの有害物質の発生が抑制される）。なお、この１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の帯電バイアスは、ＤＣ電圧のみである。ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳すると、オゾンなどの有害物質の発生が増加する、ＤＣ電圧のみで帯電ローラ２０のトナー汚染が防止できる、などの事実から、ＡＣ電圧の重畳は行わない。

感光体ドラム２の表面におけるトナーの非転写黒帯領域が、帯電ローラ２０とのニップ部を、帯電ローラ２０に付着しないで通過した後、現像ローラ８（現像バイアスは印加されないか又は、感光体ドラム２の帯電電圧よりも低い電圧が印加される）、転写ローラ１２（逆転写バイアス（＋３００Ｖ）が印加される）を通過してクリーニング装置１４を通過する際に、クリーニングローラ３０及びクリーニングブレード２８によりクリーニング装置１４のハウジング内に掻き落されて回収される。以上の動作が、プリント７枚に１回の割合で、紙間において遂行される。その結果、現像装置１０の現像ハウジング内に収容された古いトナーが排出され（吐き出され）て回収され、新しいトナーに入れ替えられる。この明細書において、このような動作を遂行する制御モードを、トナーリフレッシュモードと称している。

図２には、紙間における、帯電ローラ１２への帯電電圧（Ｖ）と、帯電ローラ１２の汚染（耐刷後のＦＤ）及びオゾン発生量（ｍｇ／ｈ）との関係について実験した結果が示されている。帯電ローラ２０の汚染については、５０Ｋ枚［５万枚］耐刷後における背景カブリのＦＤ（Fog Density）により判定する。ユーザが問題視しないレベルは、一般的にＦＤ≦０．０１といわれている。オゾン発生量については、ドイツにおけるエコラベルであるブルーエンジェルマークに適合したエミッション測定方法（ＲＡＬ−ＵＺ８５）により測定したものである。帯電ローラ１２への帯電電圧（Ｖ）が０（Ｖ）の時が、紙間における最低のオゾン発生量となる。

帯電電圧を０（Ｖ）としたとき（比較例１）、ＦＤは、ユーザが問題視しないレベルである０．０１よりも多くなり、好ましくない。またオゾン発生量は、帯電電圧が０（Ｖ）であってもゼロとはならない。これは、作像中の帯電プロセスからオゾンが発生しているからである。

帯電電圧を１００（Ｖ）、２００（Ｖ）、３００（Ｖ）としたとき（実施例１、２、３）、ＦＤは、いずれも、ユーザが問題視しないレベルである０．０１よりも少なくなるので、問題はない。また、オゾン発生量は、いずれも、帯電電圧が０（Ｖ）におけるのと同じ最低の量である。よって、実施例１、２及び３は、本発明の目的、すなわち、トナー付着による帯電ローラ２０の汚染を防止しかつ、オゾンなどの有害物質の発生を抑制することを可能にする、との目的を、実用上、満足する。その結果、実施例１、２及び３によれば、オゾンの発生を最小限に抑制し、長期にわたって良好な画像を得ることが可能になる。

帯電電圧を４００（Ｖ）、５００（Ｖ）、６００（Ｖ）としたとき（比較例２、３、４）、ＦＤは、いずれも、ユーザが問題視しないレベルである０．０１よりも更に少なくなるので、問題はない。他方、オゾン発生量は、帯電電圧が放電開始電圧［実施形態においては４００（Ｖ）］を越えると、上記したように、紙間に発生したオゾンも加わり、総オゾン発生量が、帯電電圧が０（Ｖ）におけるのと同じ最低の量０．０１５よりも増加するので、好ましくない。よって、比較例２、３及び４は、オゾンの発生を最小限に抑制できないので、長期にわたって、良好な画像を得ることができない。

上記したように、本発明においては、所定の制御モードにおいて、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を帯電ローラ２０に印可するよう帯電装置４を制御するよう構成されており、所定の制御モードの実施形態としては、トナーリフレッシュモードである。しかしながら、本発明は、トナーリフレッシュモード以外の制御モード、例えば、プリンタにおけるエージングモードにも適用可能である。すなわち、エージングモードにおいて、コントローラ１８は、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を帯電ローラ２０に印可するよう帯電装置４を制御する。エージングの遂行において、現像ローラ８には、帯電電圧よりも低い電圧の現像バイアスが印加される。転写ローラ１２には、逆転写バイアスが印加される。除電ランプ３２は除電作動ＯＮとされる。

なお、エージングとは、「画像形成のための準備動作」ないしは「前回転動作」と同様な意味で使用されている。エージングという言葉は使用されていないが、「画像形成のための準備動作」、「前回転動作」という表現は、例えば、特開平１１−５２７７８号公報の中で使用されている。また、エージングという言葉は、特開２００２−１１６５８７号公報の中で使用されている。画像形成が所望するとおりに良好に行なわれるようにするため、非画像形成時に感光体ドラム及び現像ローラを所定時間駆動してエージングを行なうことは周知である。一般的な画像形成装置においては、このエージングは、電源投入時、定着装置のウォームアップ時、トナー補給時、複写機本体の前カバーを開閉した直後等において、現像装置における現像剤の攪拌、感光体ドラムのクリーニングあるいは除電のために、所定時間の間継続して行われる。エージングの遂行は、安定した画像形成動作を行うためには欠かせない重要な動作である。本発明によれば、このようなエージングの動作においても、帯電ローラ２０の汚染防止及びオゾンの発生の抑制を、共に達成することができる。

本発明に従って構成された画像形成装置における要部の実施形態を概略的に示す構成図である。 紙間における、帯電ローラへの帯電電圧（Ｖ）と、帯電ローラの汚染（耐刷後のＦＤ）及びオゾン発生量（ｍｇ／ｈ）との関係を示した表である。

符号の説明

２：感光体ドラム
４：帯電装置
６：露光装置
８：現像ローラ
１０：現像装置
１２:転写ローラ
１４：クリーニング装置
１６：除電装置
１８：コントローラ
２０：帯電ローラ
２２：電圧供給手段
２４：心金
２６：弾性層
２８：クリーニングブレード
３０：クリーニングローラ
３２:除電ランプ
Ｐ：用紙

Claims (3)

1. 像担持体の表面に接触する接触帯電部材を備えた帯電装置と、接触帯電部材に電圧を印加して像担持体の表面を帯電させるよう帯電装置を制御するコントローラとを備えた画像形成装置において、
   コントローラは、所定の制御モードにおいて、トナーと同極性である、１００Ｖ〜３００Ｖの範囲内の電圧を接触帯電部材に印可するよう帯電装置を制御する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 該所定の制御モードは、トナーリフレッシュモードであり、該トナーリフレッシュモードにおいて、コントローラは、像担持体の表面におけるトナーの非転写帯領域が接触帯電部材に到達する前に、該電圧を接触帯電部材に印可するよう帯電装置を制御する、請求項１記載の画像形成装置。
3. 該所定の制御モードはエージングモードであり、該エージングモードにおいて、コントローラは、該電圧を接触帯電部材に印可するよう帯電装置を制御する、請求項１記載の画像形成装置。

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