JP2007041144A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像乱れのない画像形成装置を提供する。
【解決手段】１次帯電装置１０が、懸架ローラのうちの一つの懸架ローラ１０１に対して従動が可能な押付圧力でベルト状感光体１に圧接された圧接ローラ１１と、ベルト状感光体１に対して従動しない押付圧力で接触してベルト状感光体１を帯電する導電性を有する帯電ローラ２と、ベルト状感光体１に接触しないで、圧接ローラ１１と帯電ローラ２に圧接して圧接ローラ１１の回転力を帯電ローラ２に伝達する中間ローラ１２とを備えていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置に係り、特にそれのベルト状感光体を帯電させる１次帯電装置に関するものである。

電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置は、一方向に回転する感光体と呼ばれる被帯電体上を、コロナ放電によって所定電位Ｖ０に帯電させる帯電装置が広く用いられている。このコロナ放電による帯電は、感光体を均一に帯電させるという優れた特性を有する反面、直流４〜６ｋＶ程度の高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し、環境に悪影響をおよぼすという問題を有する。この対策として、比較的低電圧で所望の帯電電位が得られ、且つオゾンの発生が極微量であるローラを感光体に接触させる接触式の帯電装置に交流電圧を印加する構成が、例えば下記特許文献１によって提案されている。

この特許文献１に記載されている帯電装置は、極めて僅かなオゾン発生（コロナ放電による帯電装置に比べると約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ので、帯電工程前の除電工程を必要とせず、画像形成装置全体としての小型化が図れる等の利点を有するが、その反面、交流電圧源の大型化、また交流電界によりニップ部で生じる振動音の発生等の欠点を有する。

一方、交流電界を用いず、直流電界のみで帯電を行う方法が、例えば下記特許文献２において開示されている。しかし特許文献２に記載されている方法において、直流電圧のみの印加では、帯電が不均一となり易く、被帯電面の移動方向と直角な方向に、長さ２ｍｍ〜２００ｍｍ、巾０．５ｍｍ以下程度のスジ状の帯電ムラを生じること、この帯電ムラは、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となることが記載されている。

このスジ状の帯電ムラに関しては、下記特許文献３において記載されているように、感光体移動方向に対して、帯電ローラの当接位置から上流側及び下流側の微少ギャップの両方で帯電すると、帯電ローラと感光体表面の電位差が充分でなく、放電が安定しないために、部分的に放電が弱い部分ができ、上記のようなスジが生起することが記載されている。

この問題の解決方法として、特許文献２においては、電子写真感光体の暗電位が３００Ｖ〜６５０Ｖの範囲になるように帯電させること、特許文献３においては、感光体を前除電器であるイレーズ装置により除電しつつ、帯電ローラで帯電することによって微小ギャップの下流側のみで帯電する方法が開示されている。

更に特許文献３の方法においては、イレーズ装置の露光により生成した感光体内の光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、帯電電位が均一にならないことが記載されている。このためイレーズ装置の露光照射領域の最下流点と前記帯電手段の帯電開始点との距離Ｌ（ｍｍ）、前記感光体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）、前記イレーズ装置の露光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、均一な帯電を行う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

前記特許文献２に記載された方法において、感光体の暗電位を３００Ｖ〜６５０Ｖにした場合でも、前記スジ状の帯電ムラが発生すること、特許文献３に記載されるように、帯電ローラの下流側ギャップでの帯電を促進する方法では、帯電ローラの上流側ギャップでの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、発明者らの検討によって明らかとなった。

この原因について詳細な検討を重ねた結果、スジ状の帯電ムラが発生する要因は、前記上流側ギャップでの帯電が行われた後、帯電ローラと感光体の接触するニップ区間において、帯電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し、帯電ローラがニップを通過する時間の差が生じることにより、帯電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、ニップを通過した直後の前記下流側ギャップにおける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こと、更にこの現象は、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わかった。

更にこの現象は、帯電ローラの抵抗値にも依存する。これは、帯電ローラの抵抗が高い場合、前記上流側ギャップでは、帯電ローラ表面への電荷充電量が不足し、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、帯電ローラの抵抗が低い場合、上流側ギャップまでに十分な帯電ローラ表面への電荷充電が行われ、ギャップ内の電界が放電開始電界以上となるため、上流側ギャップでの放電が起こり、ここで、十分な感光体表面の帯電がなされていると、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での放電は、ギャップ変化が放電が停止する方向への変化となるため、下流側ギャップでの放電に比べて安定しており、感光体表面電位は通常に帯電される。

問題は、帯電ローラの抵抗が、中程度の大きさ、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である。この場合、上流および下流側ギャップでの放電が帯電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、下流側での放電が場所によって不均一に発生し、スジ状の帯電不均一現象となって認識されるようになる。この現象を防ぐ方法としては、帯電ローラの抵抗値をある上限値より下に設定することで改善される。

しかし帯電ローラの抵抗値をある上限値より下に設定した場合でも、前述のイレーズ装置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やすい状態となる。これを防止する手段としては、発生する光キャリアの残存時定数のみならず、最終的に帯電ローラ近傍での光キャリア残存量自体を所定値以下とするように考慮しなければならず、感光体材料選定の上で、大きな障害となる。

図４は、従来の画像形成装置の概略構成図である。懸架ローラ１０１、１０２および１０３によって懸架されたベルト状の感光体１の回転方向（図中、矢印Ａで示す）に沿って、帯電ローラ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６、クリーニング装置７が順次、配置されている。

イレーズ装置６での光照射により、感光体１中には光キャリアが生成し、帯電ローラ２と接する直前の感光体１の表面電位は所定電位に初期化されている。

帯電ローラ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の移動に伴って、その移動力により帯電ローラ２が従動回転する。

画像形成のための動作を以下に説明する。帯電ローラ２には、直流電圧を印加する電源８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の表面電位を所定電位Ｖ０（例えば−４００Ｖ）に帯電する。

続いて露光装置３で感光体１の表面を露光し、静電潜像が感光体１上に形成される。次に現像装置４において、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。次いで転写装置５において、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９に、感光体１の可視像を転写する。用紙９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て、ここで用紙９上に固着される。

転写動作後、感光体１の表面はイレーズ装置６での光照射によって生成した光キャリアにより所定電位に除電された後、転写動作によって用紙９に転写されず、感光体１に残留したトナーが次のクリーニング装置７によって捕集され、再び帯電ローラ２での帯電により所定の表面電位Ｖ０になり、前記の工程が繰り返される。

この例では、感光体１の電極層は零電位に接地したものを使用するが、電極層に電圧を印加することもあり、この場合、感光体１の電極層に印加される電圧を帯電ローラ２の制御電圧値に重畳した値を印加する。

この際、ハーフトーン画像を印刷すると、画像中のスジ状のムラが観測されることがある。これは、感光体１の移動方向に対して、帯電ローラ２の当接位置から上流側及び下流側の微少ギャップの両方で帯電すると、帯電ローラ２と感光体１表面の電位差が充分でなく、放電が安定しないために、部分的に放電が弱い部分ができ、前述のようなスジが生起するためである。

更に詳述すると、スジ状の帯電ムラが発生する要因は、前記上流側ギャップでの帯電が行われた後、帯電ローラ２と感光体１の接触するニップ区間において、帯電ローラ２と感光体１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し、帯電ローラ２がニップを通過する時間の差が生じることにより、帯電ローラ２表面への電荷充電量が場所によって不均一になり、ニップを通過した直後の前記下流側ギャップにおける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こと、更にこの現象は、ベルトのように感光体１が柔軟性を有するベルトである場合に、特に顕著に現れる。

更にこの現象は、帯電ローラ２の抵抗値にも依存する。これは帯電ローラ２の抵抗値が高い場合、前述の上流側ギャップでは、帯電ローラ２の表面への電荷充電量が不足し、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、ベルトのような柔軟性媒体の場合、微視的には不均一であり、帯電は不均一となり易い。

一方、帯電ローラ２の抵抗が低い場合、上流側ギャップまでに十分な帯電ローラ２表面への電荷充電が行われ、ギャップ内の電界が放電開始電界以上となるため、上流側ギャップでの放電が起こり、ここで、十分な感光体１表面の帯電がなされていると、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での放電は、ギャップ変化が放電が停止する方向への変化となるため、下流側ギャップでの放電に比べ安定しており、感光体１表面電位は通常に帯電される。

問題は、帯電ローラ２の抵抗が、中程度の大きさ、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である。この場合、上流および下流側ギャップでの放電が、帯電ローラ２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ローラ２と感光体１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、下流側での放電が場所によって不均一に発生し、スジ状の帯電不均一現象となって認識されるようになる。

以上のようにスジ状の帯電ムラが起こる要因には、感光体１と帯電ローラ２の間のスリップスティック現象が解決すべき重要な項目となる。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、画像品質の高い画像形成装置を提供することにある。

前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、少なくとも２つの懸架ローラと、それら懸架ローラによって懸架されたベルト状感光体と、そのベルト状感光体の表面に接触して当該感光体表面を帯電する１次帯電装置とを有する画像形成装置において、
前記１次帯電装置は、前記懸架ローラのうちの一つの懸架ローラに対して従動が可能な押付圧力で前記ベルト状感光体に圧接された圧接ローラと、前記ベルト状感光体に対して従動しない押付圧力で接触してベルト状感光体を帯電する導電性を有する帯電ローラと、前記ベルト状感光体に接触しないで、前記圧接ローラと帯電ローラに圧接して、前記圧接ローラの回転力を前記帯電ローラに伝達する中間ローラとを備えていることを特徴とするものである。

本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記一つの懸架ローラの軸中心と前記帯電ローラの軸中心とを結ぶ仮想線分に対して、前記帯電ローラの軸中心と前記中間ローラの軸中心とを結ぶ仮想線分のなす角度θが９０度以下になように、前記帯電ローラに対して前記中間ローラが配置されていることを特徴とするものである。

本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記ベルト状感光体に対する帯電ローラの押付圧力が２．７［Ｎ］以下に規制されていることを特徴とするものである。

本発明の第４の手段は前記第１ないし第３の手段において、前記ベルト状感光体がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの表面に感光体材料を塗布したような柔軟性を有する材料で構成され、前記帯電ローラが導電性を有するゴムで構成されていることを特徴とするものである。

本発明は前述のように、前記ベルト状感光体の表面を像露光工程前の所望電位に帯電する帯電ローラが、感光体に対して従動しない程度に軽く接触している。従って、帯電のための放電が発生する接触部分での微小なスリップスティック現象が抑制され、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が提供できる。

次に本発明の実施形態を図と共に説明する。図１は実施形態に係る画像形成装置の概略構成図、図２はその画像形成装置に用いられている１次帯電装置の拡大説明図である。

画像形成装置の全体的な概略構成図は従来と同様であり図１に示すように、懸架ローラ１０１、１０２および１０３により、ベルト状の感光体１が懸架されている。このベルト状感光体１は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの表面に感光体材料を塗布したものを使用し、全体的に柔軟性を有している。このベルト状感光体１の回転方向（矢印Ａ方向）に沿って、帯電ローラ２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、イレーズ装置６、クリーニング装置７が順次、配置されている。

イレーズ装置６での光照射により感光体１が初期化され、導電性のゴムローラからなる帯電ローラ２が感光体１に接触して、感光体１の表面が所定電位Ｖ０（例えば−４００Ｖ）に帯電される。

続いて露光装置３で感光体１の表面を露光することにより静電潜像が感光体１上に形成され、現像装置４において感光体１の静電潜像上にトナーを供給して可視像とする。次に転写装置５において用紙９に感光体１上の可視像が転写され、用紙９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て用紙９上に定着される。用紙９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７によって捕集され、前記の工程に備えられる。

この例では、感光体１の電極層は零電位に接地したものを使用するが、電極層に電圧を印加することもあり、この場合、感光体１の電極層に印加される電圧を帯電ローラ２の制御電圧値に重畳した値を印加する。

図１並びに図２に示すように１次帯電器装置１０は、前記帯電ローラ２と、ベルト状感光体１に圧接して転動する圧接ローラ１１と、前記帯電ローラ２と圧接ローラ１１との間に配置された中間ローラ１２とを有している。前記帯電ローラ２は導電性ゴムローラからなり、前記圧接ローラ１１と中間ローラ１２はゴムローラからなっており、帯電ローラ２と圧接ローラ１１はベルト状感光体１と接触しており、中間ローラ１２はベルト状感光体１とは接触していない。

図２に示すように前記圧接ローラ１１は、第１加圧バネ１３により感光体１を懸架する懸架ローラ１０１の回転に従動するように、感光体１を挟んで、前記懸架ローラ１０１に押付けられている。この際、圧接ローラ１１は第１加圧バネ１３により、圧接ローラ１１の軸中心Ｃから懸架ローラ１０１の軸中心Ｄの方向に、５［Ｎ］程度の高い圧力で圧接される。

帯電ローラ２は感光体１に対して従動しない程度に接触するように、第２加圧バネ１４により、帯電ローラ２の軸中心Ｅから懸架ローラ１０１の軸中心Ｄの方向に押し当てられている。尚、帯電ローラ２が感光体１に対して従動する下限は３［Ｎ］程度で、従動させないためには、２．７［Ｎ］程度以下の押付圧力で接触させる必要がある。

中間ローラ１２と前記圧接ローラ１１の軸中心ＦおよびＣは軸間が固定され、圧接ローラ１１の回転に中間ローラ１２が従動するように、両ローラ１１，１２の押付圧力は５［Ｎ］程度に保持されている。

更に中間ローラ１２は、帯電ローラ２の軸中心Ｅと懸架ローラ１０１の軸中心Ｄを結ぶ仮想線分Ｄ−Ｅに対して、中間ローラ１２の軸中心Ｆと帯電ローラ２の軸中心Ｅを結ぶ仮想線分Ｅ−Ｆがなす角度θが９０°以下となるように配置され、第３加圧バネ１５によって前記軸中心Ｆから軸中心Ｅの方向に５［Ｎ］程度の圧力で圧接される。この際、帯電ローラ２の軸受けには、第３加圧バネ１５の圧力を受け止める壁面が設けられており（図示せず）、前記加圧により軸がぶれないようになっている。このようにすることにより、第３加圧バネ１５の圧力が、帯電ローラ２を感光体１側に圧接する効果を無くすことができる。

以上の構成によって、感光体１の回転方向（図中矢印Ａ方向）に従動して圧接ローラ１１は矢印Ｇの方向に回転し、更にこの回転力が中間ローラ１２に伝達し、中間ローラ１２は矢印Ｈの方向に、帯電ローラ２は矢印Ｉの方向に回転する。これら３個のローラ２，１１，１２は等速で回転するように設計されている。尚、帯電ローラ２には、外部より電源８の高電圧が印加されるようになっている。

これらにより感光体１表面を所望電位に帯電する前記帯電ローラ２が、感光体１と等速度で回転するようになり、更に感光体１との接触部分、即ち、帯電のための放電が起こる部分においては、感光体１に対して従動しない程度に軽く接触しているため、ここでの微小なローラ変形に伴うスリップスティック現象が抑制される。これによりスジ状の帯電ムラの発生が抑制され、画像乱れのない画像形成装置を実現できる。

図３は前述の構成において、ベルト状感光体１に対する帯電ローラ２の押付圧力と用紙上での横筋発生の関係を示す図である。この実験は、帯電ローラ２の軸方向の両端部に掛ける荷重を種々変えた場合の横筋の発生の有無を目視で判断したものである。なお、図中の〇印は横筋が発生していないと判断されたもの、×印は横筋が発生したと判断されたものを示す。

この図から明らかなように、ベルト状感光体１に対する帯電ローラ２の押付圧力を２．７Ｎ（すなわち、帯電ローラ２の軸方向両端に掛かる荷重を１４０ｇ×２個所）以下に規制すると横筋の発生は認められない。これに対して、帯電ローラ２の押付圧力が２．７Ｎを超えると帯電ローラ２がベルト状感光体１と連れ回りし、それによって放電部分（ベルト状感光体１と帯電ローラ２の接触部分）において、スリップ−スティックの現象が発生し、そのために横筋が発生する。

従って横筋の発生を抑制し、実用レベルにするためには、ベルト状感光体１に対する帯電ローラ２の、第２加圧バネによる押付圧力を２．７Ｎ以下に規制する必要がある。なお、ベルト状感光体１に対する帯電ローラ２の押付圧力をあまり小さくすると、ベルト状感光体１に対する帯電ローラ２の接触状態が不安定になり易く、そのためにベルト状感光体１への帯電が不確実になる心配があるから、ベルト状感光体１に対する帯電ローラ２の押付圧力は２．０Ｎ以上に規制する方が望ましい。

被帯電体に安定な帯電を施す装置で、帯電の均一性を高める必要があるような用途にも適用できる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。 その画像形成装置に用いる１次帯電装置の拡大説明図である。 ベルト状感光体に対する帯電ローラの押付圧力と横筋発生の関係を示す図である。 従来の画像形成装置の概略構成図である。

符号の説明

１：感光体、２：帯電ローラ、３：露光装置、４：現像装置、５：転写装置、６：イレーズ装置、７：クリーニング装置、８：電源、９：用紙、１０：１次帯電装置、１１：圧接ローラ、１２：中間ローラ、１３：第１加圧バネ、１４：第２加圧バネ、１５：第３加圧バネ、１０１，１０２，１０３：懸架ローラ、Ａ：感光体の回転方向、Ｂ：用紙の搬送方向、Ｃ：圧接ローラの軸中心、Ｄ：感光体の軸中心、Ｅ：帯電ローラの軸中心、Ｆ：中間ローラの軸中心、Ｇ：圧接ローラの回転方向、Ｈ：中間ローラの回転方向、Ｉ：帯電ローラの回転方向、θ：仮想線分Ｄ−Ｅに対する仮想線分Ｅ−Ｆのなす角度。

Claims (4)

1. 少なくとも２つの懸架ローラと、それら懸架ローラによって懸架されたベルト状感光体と、そのベルト状感光体の表面に接触して当該感光体表面を帯電する１次帯電装置とを有する画像形成装置において、
   前記１次帯電装置は、
   前記懸架ローラのうちの一つの懸架ローラに対して従動が可能な押付圧力で前記ベルト状感光体に圧接された圧接ローラと、
   前記ベルト状感光体に対して従動しない押付圧力で接触してベルト状感光体を帯電する導電性を有する帯電ローラと、
   前記ベルト状感光体に接触しないで、前記圧接ローラと帯電ローラに圧接して、前記圧接ローラの回転力を前記帯電ローラに伝達する中間ローラとを備えていることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１記載の画像形成装置において、
   前記一つの懸架ローラの軸中心と前記帯電ローラの軸中心とを結ぶ仮想線分に対して、前記帯電ローラの軸中心と前記中間ローラの軸中心とを結ぶ仮想線分のなす角度θが９０度以下になように、前記帯電ローラに対して前記中間ローラが配置されていることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２記載の画像形成装置において、
   前記ベルト状感光体に対する帯電ローラの押付圧力が２．７［Ｎ］以下に規制されていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項記載の画像形成装置において、
   前記ベルト状感光体が柔軟性を有する材料で構成され、前記帯電ローラが導電性を有するゴムで構成されていることを特徴とする画像形成装置。

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