JP2006208410A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、帯電ムラの発生を抑制し、画像乱れのない画像形成装置を提供することにある。
【解決手段】所定方向に移動する感光体と、感光体の表面と接触又は近接して配置され、感光体表面を所定電位に帯電する帯電用ローラと、帯電用ローラに対して感光体移動方向の上流に位置し、感光体表面に光照射して除電する前除電器とを備えた画像形成装置において、前除電器により感光体中に発生する光キャリアの残留時定数をτ、前除電器を通過した感光体が帯電用ローラにより帯電されるまでの時間をｔ、感光体の半減露光量が１となるように正規化した前除電器の正規化露光量をＥとしたとき、Ｅ≦０．０２５＊ｅｘｐ（ｔ／τ）を満足するように前除電器の配置及び露光量を設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式のプリンタ、複写機等の画像形成装置においては、一方向に回転する感光体表面を、コロナ放電によって所定電位Ｖ０に帯電させるコロナ帯電方式が広く用いられている。このコロナ帯電方式は、感光体を均一に帯電させることができるという優れた特性を有する反面、４〜６ｋＶ程度の高圧の直流電圧を使用するため、コロナ発生時に多量のオゾンが生成され、そのための対処機構を必要するという問題があった。

このため、比較的低電圧で所望の帯電電位が得られ、しかもオゾンの発生が極端に少ない接触帯電方式が提案されている。

この接触帯電方式は、帯電手段を直接感光体に接触させて配置し、帯電手段に比較的低い電圧を印加することにより感光体表面を帯電する方式である。

上記接触帯電方式には、特許文献１に開示されているように、帯電手段に交流電圧を印加するか、または交流電圧と直流電圧を重畳した電圧を印加するＡＣ方式と、特許文献２及び３に開示されているように直流電圧を印加するＤＣ方式がある。

ＡＣ方式は極めて僅かなオゾン発生（コロナ放電方式に比べ約１／１０〜１／１００）で均一な帯電を実現し、また、感光体の電位履歴を除去する能力が大きい。このため、帯電工程前の除電工程を必要とせず、電子写真装置全体の構成を小型化できるという利点を有する反面、交流電圧を使用するために、交流電界によりニップ部に振動音を発生するという欠点を有する。

一方、ＤＣ方式は帯電が不均一となりやすく、被帯電面の移動方向と直角な方向に、長いときには２００ｍｍにも達するスジ状の帯電ムラを生じることがある。このため、正現像方式の場合は白スジ（ベタ黒又はハーフトーンに白いスジが現われる現象）、また反転現像方式の場合は黒スジの画像欠陥を生じるという問題がある。

接触帯電方式においては、感光体と帯電用ローラとが接触する位置の両側の微小ギャップにおけるギャップ破壊放電によって感光体への帯電が行われる。この帯電メカニズムの性質上、感光体の比誘電率、印加電圧、膜厚等の多数の要因がギャップ破壊現象に関与するため、均一に帯電させることが困難となる。

この問題を改善するためにいくつかの提案が行われている。

例えば特許文献２には、感光体の暗電位を３００〜６５０Ｖの範囲に選定することにより均一な帯電が可能になるという知見が報告されている。この文献２によると、感光体暗電位を６５０Ｖ以下にすることにより、空隙破壊ギャップをある範囲で制御でき、帯電を安定させ、全体としての帯電特性は脈流電圧によって印加した場合と同様に、スジ画像等がない均一な帯電を行うことに成功したと報告されている。ただし、感光体暗電位が３００Ｖ以下では、明電位とのコントラストがとれなくなり、正現像では、濃度薄また反転現象ではカブリ等の問題を生じると指摘されている。

また、感光体と、帯電用ローラとが接触する位置の上流側と下流側の両方の微少ギャップで放電すると、放電が安定しないことに着目し、下流側ギャップだけで帯電する方法も提案されている。

しかしこの方法は、感光体の移動方向に対して上流側に位置する微小ギャップでの帯電を完全に除去するために、多くの光を該上流側ギャップ部に正確に照射することが必要となる。しかし、光照射により生成した感光体内のフオトキャリアが、ニップ部通過後にも残存し、下流側ギャップでの帯電をも除電してしまうことがあり、帯電効率が悪くなるという問題がある。

一方、特許文献３には、上流側ギャップ部の放電により、感光体表面を所定電位まで帯電し、該上流側ギャップのみで必要な帯電を行う方法が開示されている。この文献によると、帯電用ローラと感光体との接触位置より上流側に、感光体表面の電位をクリアするための前露光手段を設けると共に、前露光手段による照射領域の最下流点と、帯電用ローラの帯電開始点との距離をＬ（ｍｍ）、感光体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前露光手段により感光体に生成した光キャリアの寿命をτ（ｓｅｃ）としたときに、Ｌ／ｖ＞＝τを満足することにより、均一な帯電を行い得ることが開示されている。

特公平３−５２０５８号公報 特開平６−３４８１１２号公報 特開平１０−１９８１３２号公報

本発明者の検討によると、特許文献２に記載された方法により、感光体の帯電は従来に比べて均一化されるものの、感光体の暗電位を３００〜６５０Ｖにしても、場合によってはスジ状の帯電ムラが発生することが確認された。また帯電用ローラの下流側ギャップにおいて帯電を促進する方法は、帯電用ローラの上流側ギャップにおいて帯電を促進する方法に比べ、全体的な帯電の均一性が損なわれ、ハーフトーン画像を印刷する場合に、ざらついた画像となりやすいことが判明した。

本発明者の検討によると、スジ状の帯電ムラが発生する要因の一つは、上流側ギャップにおいて帯電が行われた後、帯電用ローラと感光体との接触するニップ区間において、帯電用ローラと感光体の接触状態が、スリップスティック現象により微視的に変化することにあることが判明した。

即ち帯電用ローラがニップ部を通過する時間が変化し、一定しないために帯電用ローラ表面への電荷充電量が場所によって不均一になり、ニップ部を通過した直後の下流側ギャップにおいて、帯電がなされる部分となされない部分が生じることによって、スジ状の帯電ムラとなるである。

またこの現象は、ベルト感光体のように感光体が柔軟媒体である場合に、特に顕著に現れることが分かった。更に、帯電用ローラの抵抗値に依存することが判明した。

帯電用ローラの抵抗値が高い場合は、帯電用ローラ表面への電荷充電量が不足し、上流側ギャップでは、ギャップ内の電界が放電開始電界以上とならず、ニップ区間を経て、十分なギャップ内電界となる下流側ギャップのみで帯電が行われる。この場合、帯電用ローラと感光体の剥離動作により、経時的なギャップ内電界の変化が加わって、感光体表面電位は高めに帯電される。この剥離動作は、ベルト感光体のような柔軟媒体の場合、微視的には不均一であり、帯電は不均一となり易い。

一方、帯電用ローラの抵抗が低い場合は、帯電用ローラ表面への電荷充電が上流側ギャップまでに十分に行われ、ギャップ内の電界が放電開始電界以上となるため、上流側ギャップにおいて放電が起こる。そしてその結果、感光体表面に所定の帯電がなされるため、下流側ギャップ部では放電が起こらない。

ここで上流側ギャップにおける放電は、ギャップ長の変化が、放電が停止する方向への変化となるため、下流側ギャップにおける放電に比べて安定しており、感光体表面への帯電も安定して行われる。

一方、帯電用ローラの抵抗が、中程度の大きさの場合、即ち、上流側ギャップでの放電に加え、下流側ギャップでの放電も発生する場合は、上流側及び下流側ギャップにおける放電が、帯電用ローラのどの場所でも均一に発生していれば、スジ状の帯電ムラは発生しない。しかし、前述のように、ニップ区間での帯電用ローラと感光体の接触状態が、スリップスティック現象により微視的に変化する場合は、下流側ギャップにおける放電が場所によって不均一に発生し、スジ状の帯電ムラが発生することが確認された。

本発明はこのような検討に基づき、上流側ギャップにおける帯電を促進する構成とすることにより、スジ状の帯電ムラの発生を抑制し、画像乱れのない画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するために、所定方向に移動する感光体と、該感光体の表面と接触して配置され、前記感光体表面を所定電位に帯電する帯電用ローラと、該帯電用ローラに対して前記感光体移動方向の上流に位置し、前記感光体表面に光照射して除電する前除電器とを備えた画像形成装置において、前記前除電器により前記感光体中に発生する光キャリアの残留時定数をτ、前記前除電器を通過した前記感光体が、前記帯電用ローラにより帯電されるまでの時間をｔ、前記感光体の半減露光量が１となるように正規化した前記前除電器の露光量をＥとしたとき、Ｅ≦０．０２５＊ｅｘｐ（ｔ／τ）を満足するように前記前除電器の配置及び露光量を設定したことに一つの特徴がある。

本発明の他の特徴は、所定方向に移動する感光体と、該感光体の表面と接触して配置され、前記感光体表面を所定電位に帯電する帯電用ローラと、該帯電用ローラに対して前記感光体移動方向の上流に位置し、前記感光体表面に光照射して除電する前除電器とを備えた画像形成装置において、前記前除電器を通過した前記感光体が、前記帯電用ローラにより帯電されるまでの時間をｔ、前記感光体の帯電電位が光露光により半減する光量（以下これを半減露光量と称する）が１となるように正規化した前記前除電器の正規化露光量をＥとしたとき、Ｅ≦０．０２５＊ｅｘｐ（１０＊ｔ）を満足するように前記前除電器の配置及び露光量を設定したことにある。

本発明の他の特徴は、上記画像形成装置において、画像形成装置が保証する温度、湿度の使用環境下で、抵抗値が５×１０^４（Ω・ｃｍ）未満の帯電手段を用いたことにある。

本発明にかかる画像形成装置によれば、上流側ギャップにおいて感光体表面に均一な帯電が行われ、スジ状の帯電ムラの発生を抑制することができるため、画像乱れのない高品質の画像を形成することが可能となる。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の画像形成装置の概略構成図であって、駆動ローラ１０１及び従動ローラ１０２，１０３によってベルト状の感光体１が懸架されている。図中矢印Ａで示される感光体１の回転方向に沿って、帯電用ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、前除電器であるイレーズ装置２１、クリーニング装置６が順次、配置されている。

前除電器であるイレーズ装置２１における光照射により、感光体１中には光キャリアが生成され、帯電用ローラ２直前の感光体１の表面は所定電位に初期化されている。帯電用ローラ２は、導電性を有するゴムローラが感光体１に接触するように配置されており、感光体１が走行するに伴って、ゴムローラが従動回転するように構成されている。

帯電用ローラ２には、直流電源３１が電気的に接続されており、放電開始電圧以上の電圧を印加することによって、感光体１表面の電位を所定電位Ｖ０に帯電する。本実施例では、感光体表面電位Ｖ０は−４００Ｖに選定されている。

露光装置３は、画像情報信号に応じて感光体１の表面を露光し、この結果、感光体１の表面に静電潜像が形成される。現像装置４は、感光体１の静電潜像上にトナーを供給して、可視像とする。更に、転写装置５は、図示しない用紙ホッパーより矢印Ｂの方向に搬送される用紙１０に、感光体１の可視像を転写する。

用紙１０上に転写されたトナー像は、図示しない定着装置に搬送され、ここで用紙上に固着される。一方、転写動作後、感光体１の表面はイレーズ装置２１により光照射される。この光照射により生成した光キャリアにより感光体１の表面は所定電位に除電される。また、転写動作によって用紙１０に転写されず、感光体１に残留したトナーは、クリーニング装置６によってクリーニングされた後、感光体１は再び帯電用ローラ２により所定の表面電位Ｖ０に帯電され、上記の工程が繰り返される。

なお、感光体１は通常、導電性の支持体上に感光層を形成したものから形成されるが、導電層を接地してもよいし、又、所定の電位を加えてもよい。所定の電位を印加した場合は、帯電用ローラ２に、制御電圧に加えて上記所定の電圧を重畳した電圧を印加する。本実施例では、感光体１の導電層は接地して零電位とした。

上記のように構成された装置において、本発明は、帯電用ローラ２の抵抗値及びイレーズ装置２１の露光量を所定値に選定したことに特徴がある。以下、その詳細について説明する。
（帯電用ローラ２の抵抗値）
帯電用ローラ２の抵抗値は、図８に示すように、帯電用ローラ２の軸両端に５００ｇｆの荷重をかけて、円筒状の金属電極５２に押し付け、金属電極５２を所定の周速度で回転させながら、帯電用ローラ２の軸部分に１００Ｖの直流電圧を印加し、３０秒経過後に帯電用ローラ２に流れる電流を電流計５３より測定し、抵抗値を求めたものである。本実施例では、金属電極５２の直径を０．０３（ｍ）、金属電極５２の周速度を０．２（ｍ／ｓ）、帯電用ローラ２と金属電極５２のニップ面積を１．６×１０^−４（ｍ^２）、帯電用ローラ２の軸と、金属電極５２の表面との距離を２×１０^−３（ｍ）として電流を測定した。

図７は上記方法により測定される帯電用ローラ２の抵抗値と、感光体１に生ずるスジ状帯電ムラの発生状況との関係を調べた実験結果を示すもので、横軸に帯電用ローラ２の抵抗（Ω・ｃｍ）、縦軸にスジ状帯電ムラの認識比率をとってある。

なお、本実験は、イレーズ装置２１による光キャリアの影響を除くため、イレーズ装置がない状態で評価したものである。この実験より、帯電用ローラ２の抵抗値が小さい場合にはスジ状の帯電ムラは認識されないが、この抵抗値が増加して５×１０^４（Ω・ｃｍ）程度になるとスジ状帯電ムラが認識される。そしてｇで示される領域、つまり抵抗値が５×１０^４〜１×１０^５（Ω・ｍ）の領域で、スジ状の帯電ムラが認識され、更に抵抗値が１×１０^５（Ω・ｍ）より大きくなると、スジ状帯電ムラは認識されなくなるという結果が得られた。

この現象は、帯電用ローラ２の抵抗値が５×１０^４（Ω・ｃｍ）より小さいときは、感光体１と帯電用ローラ２の接触点より上流側ギャップでの放電が支配的となり、抵抗値が１×１０^５（Ω・ｃｍ）より大きくなると下流側ギャップでの放電が支配的になることを示している。従って、領域ｇ以外の帯電用ローラ２の抵抗値を選択することで、スジ状の帯電ムラを回避できるのであるが、領域ｇより大きい抵抗値の場合、下流側ギャップのみで帯電が行われるため、帯電用ローラ２と感光体１の剥離動作により、経時的なギャップ内電界の変化が加わって、感光体１の表面電位は高めに帯電される。この剥離動作は、ベルト感光体のような柔軟媒体の場合、微視的には不均一であり、帯電は不均一となり易い。このため、上流側ギャップでの放電が支配的な領域、即ち帯電用ローラ２の抵抗値が５×１０^４（Ω・ｃｍ）より小さい抵抗値の帯電用ローラ２を使用することが望ましい。
（イレーズ装置２１の露光量）
上記のように、帯電用ローラ２の抵抗値を所定値以下に設定した場合でも、前記イレーズ装置２１による露光で発生した光キャリアがあると、上流側ギャップで帯電した感光体１の表面の電荷がニップ区間において消去され、下流側ギャップでの放電が促進され易い状態となる。

これを防止するには、発生する光キャリアの残存時定数のみならず、最終的に帯電用ローラ２の近傍における、光キャリアの残存量自体を所定値以下にしなければならない。

表１はイレーズ装置２１を付加したときの実験結果を示す。

この表１はカラム方向に、光キャリアの残留時定数τが０．１（ｓ）の場合に、イレーズ装置２１により感光体１の表面に照射する露光量を示している。ここで、一般的には露光量は、Ｊ／ｍ^２の単位で表されるものであるが、感光体１の光に感ずる特性を考慮するため、感光体１の帯電電位が半減する露光量、即ち半減露光を１として正規化した値で露光量Ｅを表記している。

また行方向にはイレーズ装置２１における露光点ｄから帯電用ローラ２の帯電点ｅまで、感光体１が移動するのに要する時間ｔ（ｓ）をとってある。また、本実施例では帯電用ローラ２として１×１０^４（Ω・ｃｍ）の抵抗値を持つものを使用した。

表中、○印は帯電ムラが発生しなかったもの、×印は発生したものを示す。

図２は、表１の実験結果を、横軸に時間ｔ、縦軸に露光量Ｅをとって、スジ状の帯電ムラを生じない領域（○印）と、発生する領域（×印）の境界を曲線で示したものである。

この曲線は次の式（１）により近似することができる。

なおＥ０は、図２の曲線よりＥ０＝０．０２５として求められる。この値は帯電用ローラ２の帯電点ｅにおいて、照射可能な上限量（光キャリアの残留上限）となり、感光体１の光キャリアの残留時定数τが変わっても変化しない一定の値である。

次にτ＝０．３（ｓ）の場合の実験結果を表２に示す。

この表も、カラム方向に、イレーズ装置２１により感光体１の表面に照射する露光量をとっており、感光体１の半減露光量を１として相対的に示した露光量をとってある。また行方向にはイレーズ装置２１における露光点ｄから帯電用ローラ２の帯電点ｅまで感光体１が移動するのに要する時間ｔ（ｓ）をとってある。また、本実験でも帯電用ローラ２の抵抗を１×１０^４（Ω・ｃｍ）とした。

表中、○印は帯電ムラが発生しなかったもの、×印は発生したものである。図６は、この結果を、時間ｔを横軸に露光量Ｅを縦軸に取り、スジの発生しない条件を○印、スジが発生した条件を×印として示したもので、発生有無の境界を示す曲線は、式１にτ＝０．３、Ｅ０＝０．０２５としたときの近似式の曲線となる。

以上の実験結果より、前除電器であるイレーズ装置２１の露光量Ｅが、式（２）を満足するように、イレーズ装置２１の配置及び露光量を設定することによりスジ状の帯電ムラを除去できることが分かる。

また、τが０．１（ｓ）より小さい場合、つまり式（３）を満足する場合は、帯電ムラを発生しない領域が広くなり、より望ましいことが確認された。

次に感光体１の光キャリアの残留時定数（τ）の測定方法について説明する。

図３は、感光体１のτ測定のための測定装置の概略図である。図中、矢印Ａで示される方向に回転するベルト感光体１の周囲に、感光体１と非接触のコロナ帯電装置２２、その上流にイレーズ装置２１、下流に感光体１の表面電位測定センサ４２が配置されている。

測定の手順は、まずイレーズ装置２１による露光がない状態で、感光体１を周回させた後、コロナ帯電装置２２に接続された電源３２をオンし、感光体１の帯電を開始し、感光体１の１周区間の暗電位Ｖ０をセンサ４２で計測する。図４は、このときの感光体１の暗電位Ｖ０の時間変化を示すもので、横軸に時間、縦軸に暗電位Ｖ０をとってある。実線が、露光がないときの暗電位Ｖ０の変化を示す。

次に、感光体１の表面の電位が０Ｖ近辺になるまで放置した後、再び、感光体１を周回させ、イレーズ装置２１及びコロナ帯電装置２２に接続された電源３２を共にオンし、感光体１へのイレーズ光照射と帯電を開始し、感光体１の１周区間の暗電位Ｖ０をセンサ４２で計測する。

図４の破線は、このときの感光体１の暗電位Ｖ０の時間変化を示すもので、イレーズ光がない場合に比べてΔＶだけ低下している。この実線と破線の電位差ΔＶは、イレーズ光照射により感光体１内に発生した光キャリアの残留によって発生するものである。そして感光体１の光キャリアの残留時定数をτ、図３中のイレーズ装置２１での露光点ｄから、コロナ帯電装置２２の帯電点ｅに感光体表面が移動する時間をＴ（ｓ）とすると、ΔＶは式４で表すことができる。

今、イレーズ装置２１による光照射量を一定としてその露光点ｄの位置を変えることにより移動時間Ｔを変化させ、そのときのΔＶの値を調べると図５に示す結果が得られた。図５は横軸にｄ−ｅ間の感光体１の移動時間Ｔをとり、縦軸にΔＶをとったもので、２種類の感光紙ＯＰ１とＯＰ２により実験した結果を示す。

移動時間Ｔの変化に対し、ΔＶは直線的に減少するが、その傾きからそれぞれの感光紙ＯＰ１，ＯＰ２における光キャリアの残留時定数τが求められる。この例では感光紙ＯＰ１の残留時定数τは０．１になり、感光紙ＯＰ２の残留時定数は０．３になる。

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、帯電用ローラ２として、その抵抗値が５×１０^４（Ω・ｃｍ）より小さい値のものを使用することにより、感光体１と帯電用ローラ２の接触点より上流側ギャップにおける安定な放電を促進し、感光体表面の均一な帯電を促進することが可能となる。そして前除電器であるイレーズ装置２１により、感光体１中に発生する光キャリアの残留時定数をτ、前記イレーズ装置２１の露光点を通過した感光体１が、帯電量ローラ２の帯電点に到るまでの時間をｔ、感光体１の半減露光量が１となるように正規化した前記イレーズ装置２１の正規化露光量をＥとしたときに、前述の式（２）を満足するように、イレーズ装置２１の配置及び露光量が設定されているので、ニップ区間における感光体１の帯電電位の消去が抑制される。この結果、画像乱れのない高品質の画像を形成することができる画像形成装置を実現することが可能となる。

本発明にかかる画像形成装置の一実施例を示す概略構成図である。 感光体の移動速度及び前除電器の露光量と、帯電ムラの発生状況との関係を示す説明図である。 感光体の光キャリアの残留時定数を測定するための装置構成図である。 感光体の光キャリアの残留時定数を測定する方法を説明するための説明図である。 感光体の光キャリアの残留時定数を測定する方法を説明するための説明図である。 感光体の移動速度及び前除電器の露光量と、帯電ムラの発生状況との関係を示す説明図である。 帯電用ローラの抵抗値と帯電ムラの発生との関係を説明する説明図である。 帯電用ローラの抵抗値を測定するための装置構成図である。

符号の説明

１：感光体
２：帯電用ローラ
３：露光装置
４：現像装置
５：転写装置
６：クリーニング装置
１０：用紙
２１：イレーズ装置
３１：電源

Claims (3)

1. 所定方向に移動する感光体と、該感光体の表面と接触して配置され、前記感光体表面を所定電位に帯電する帯電用ローラと、該帯電用ローラに対して前記感光体移動方向の上流に位置し、前記感光体表面に光照射して除電する前除電器とを備えた画像形成装置において、前記前除電器により前記感光体中に発生する光キャリアの残留時定数をτ、前記前除電器を通過した前記感光体が、前記帯電用ローラにより帯電されるまでの時間をｔ、前記感光体の半減露光量が１となるように正規化した前記前除電器の正規化露光量をＥとしたとき、Ｅ≦０．０２５＊ｅｘｐ（ｔ／τ）を満足するように前記前除電器の配置及び露光量を設定したことを特徴とする画像形成装置。
2. 所定方向に移動する感光体と、該感光体の表面と接触して配置され、前記感光体表面を所定電位に帯電する帯電用ローラと、該帯電用ローラに対して前記感光体移動方向の上流に位置し、前記感光体表面に光照射して除電する前除電器とを備えた画像形成装置において、前記前除電器を通過した前記感光体が、前記帯電用ローラにより帯電されるまでの時間をｔ、前記感光体の半減露光量が１となるように正規化した前記前除電器の正規化露光量をＥとしたとき、Ｅ≦０．０２５＊ｅｘｐ（１０＊ｔ）を満足するように前記前除電器の配置及び露光量を設定したことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２において、前記画像形成装置が保証する温度、湿度の使用環境下において、抵抗値５×１０^４（Ω・ｃｍ）未満の前記帯電用ローラを用いることを特徴とする画像形成装置。
   

Images