JP2007065434A - 電子写真画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面硬度が高く、表面が削れないため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こす虞のある感光体を研磨し、画質の維持を図る。
【解決手段】 画像形成を行わないとき、図示しない制御手段は、帯電ローラ１３に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性で画像形成時とは絶対値の大きい電圧を印加して、帯電ローラ１３に付着したトナー外添剤を感光体に移転させ、現像器１７に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性側に偏倚した直流交流電圧を印加して、画像形成のためのトナーとは逆極性に帯電した逆帯電トナーを感光ドラム１１に移転させ、摺擦研磨ローラ２５に圧力を加えて、感光体を摺擦研磨する。なお、摺擦研磨ローラ２５に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加すれば、摺擦研磨効果はさらに向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに応用される電子写真画像形成装置に関し、特に、画像形成を行わないとき、感光体表面を研磨して、多数枚印字後も画質を維持する電子写真画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では被帯電体としての電子写真感光体を所定の極性、電位に帯電処理する帯電手段として、従来、一般にコロナ帯電器が用いられていた。これは感光体にコロナ帯電器を非接触に配置して、感光体表面を所定の極性、電位に帯電させるものである。また、近年、非接触タイプのコロナ帯電方式に比べて、低オゾン発生などの利点を有することから、被帯電体としての感光体に帯電バイアスを印加した帯電部材（接触帯電部材）を当接させて感光体表面を所定の極性、電位に帯電させる接触帯電方式の帯電方式も多く実用化されている。接触帯電部材にはローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型（帯電ブレード）などがある。中でも均一帯電の観点から、導電性ローラを用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点からで好ましく、広く用いられている。導電性ローラとしての帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体をもちいて作製される。さらにこれを積層にして所望の特性を得たものもある。帯電ローラは感光体と一定の接触状態を得るために弾性を有しており、加圧当接させた場合にはある一定以上の閾値電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、それに以降は印加電圧に対して線形に感光体の表面電位が増加する。この閾値電圧Ｖｔｈはパッシェンの放電法則で決まる帯電開始電圧である。

電子写真画像形成プロセスに必要な感光体表面電位Ｖ０を得るためには、帯電ローラには（Ｖ０＋Ｖｔｈ）の直流電圧印加が必要となり、この帯電方式を直流帯電方式という。
また、帯電均一性をえるために、（Ｖ０＋Ｖｔｈ）の直流電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つ交流電圧を重畳させた交流帯電方式も用いられている。これは交流によるならし効果を利用していて、感光体の電位は交流電圧のピークの中央値であるＶ０に収束し、ゴムローラの環境などに起因する抵抗値変動の影響を抑えることができる。しかし、接触帯電部材には、トナーや外添剤などの異物が付着し、付着量が多くなると帯電性が劣化する。そこで、特許文献１では、感光体ドラムから帯電ロール（接触帯電部材）に所定量のトナーを静電的に付着させ、その後、帯電ロールに付着させたトナーを再度感光体ドラムに静電的に転移させることで、トナーを転移させる前に既に帯電ロールに付着していたトナーや外添剤等の異物を、転移させたトナーと共に感光体ドラムへと再転移させる。その結果、帯電ロールを傷付けることなく帯電ロールの表面をきれいにクリーニングすることが可能になる。また、静電的にクリーニングを行っているため、クリーニングによって帯電ロールの摩耗量が多くなることはなく、帯電ロールの寿命を長くできる。

特開２００４−３３３７８２号公報（図１、段落００３６）

ところで、アモルファスシリコンなどの感光体においては、一般に用いられる有機感光体などと比較すると表面硬度が高く、実使用時における磨耗などに対する耐久性が格段に高い反面、表面が削れないため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こすことがあった。特に、トナー外添剤については、以下のような問題があった。

一般に、一成分現像方式を用いられるトナーに帯電制御材として外添される酸化チタンなどを感光体クリーニング部分に滞留させアモルファスシリコン感光体表面の研磨材として利用する。しかしながら、用紙へのトナー転写工程でトナーから分離され、感光体から分離され、残留した酸化チタンなどの外添材は、粒子径が小さく、感光体クリーニング部分で回収されにくくなっており、感光体表面の研磨材としての効果が低減するばかりか、帯電工程まで達し、接触帯電部材に付着してしまい、帯電不良を引き起こすことがあった。

そこで、本発明の課題は、表面硬度が高く、表面が削れないため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こす虞のある感光体を研磨し、耐久性のある電子写真画像形成装置を提供することである。

本発明は、高硬度の感光体、例えばアモルファスシリコン感光体を用いたシステムに関してなされたものであり、アモルファスシリコン感光体に当接され研磨剤としても機能するトナー外添剤を用いて感光体表面を研磨する。そのため、弾性部材（摺擦研磨ローラ）を電子写真画像形成装置中に設ける。ここに、摺擦研磨のためのトナー外添剤は、接触帯電部材に集積されたものを利用する。これにより、接触帯電部材のクリーニングのみならず、感光体の研磨によるクリーニングも可能となる。

具体的には、上記の課題を解決するための第１の手段は、感光体に接触して感光体を一様帯電させる接触帯電部材と、静電潜像を現像する現像器と、感光体を研磨する摺擦研磨ローラと、接触帯電部材、現像器及び摺擦研磨ローラに印加する電圧を制御する制御手段とを備える電子写真画像形成装置であって、画像形成を行わないとき、制御手段は、接触帯電部材に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性で画像形成時より絶対値の大きい電圧を印加して、接触帯電部材に付着したトナー外添剤を感光体に移転させ、現像器に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性側に偏倚した直流交流重畳した電圧を印加して、画像形成のためのトナーの帯電極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーを感光体に移転させ、摺擦研磨ローラが、トナー外添材及び逆帯電トナーの混合物により、感光体を研磨することである。

これにより、逆帯電トナーを現像器から放出させ画質を向上させることができる。また、すでに感光体上に放出されたトナー外添剤を逆帯電トナーに混合するため、混合物をクリーニングブレードでより効率的に掻き取り、トナー回収ボックスに回収することが出来る。

第２手段は、第１手段において、感光体を１回転以上回転させて、感光体を１回以上研磨することである。

これにより、感光体表面が、より清浄化される。

第３手段は、摺擦研磨ローラに、トナー外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加することである。

これにより、現像器から感光体に移転された逆帯電トナー（トナー外添剤を含む）と、接触帯電部材から吐き出され感光体表面に移転されたトナー外添剤とが混合された状態で、その混合物を摺擦研磨ローラに吸引し、逆帯電トナーを回収することができるとともに、トナー外添剤により感光体表面を摺擦研磨することができるだけでなく、逆帯電トナーを回収することができる。

第３手段は、第１手段において、トナー外添剤は、二酸化チタンであることである。

これにより、トナー外添剤は、トナー帯電制御という本来の機能を果たすばかりでなく、研磨剤として感光体表面を清浄化する機能も果たすことが出来る。

第４手段は、感光体に移転されたトナー外添剤の領域は、画像形成のためのトナーとは逆極性に帯電したトナーであって感光体に移転されたトナーの領域より狭いことである。これにより、感光体上の外添剤を逆極性トナーに混合し、混合物を効率よく摺擦研磨ローラに移転する。

これにより、トナー外添剤と逆極性トナーをよく混合することが出来る。

本発明によれば、表面硬度が高く、表面が削れないため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こす虞のある感光体を研磨し、耐久性のある電子写真画像形成装置が提供される。具体的には、本発明によれば、印字枚数が増加しても接触帯電部材、例えば帯電ローラへのトナー外添剤の蓄積が少なく、一方で現像された逆極性帯電トナーに混ぜることで感光体と強固に付着した外添剤を摺擦研磨ローラ側に容易に転移させることを可能となる。さらに、帯電ローラから吐き出された外添剤は、摺擦研磨ローラ上に存在し、感光体への研磨に再利用することができるため、研磨能力向上の効果も得ることができる。また、通常の画像形成時には現像されることのない逆極性帯電トナーを効果的に回収することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

［本実施形態の構成］

図１は、本実施形態の電子写真画像形成装置の部品配置図である。本装置は、図中時計方向に回転する感光ドラム１１の周囲に、接触帯電部材、例えば帯電ローラ１３（感光ドラム１１表面の一様帯電を行う）が配置され、続いて、露光器１５（現画像を感光ドラム１１表面に露光し静電潜像を形成させる）が配置され、続いて、現像器１７（静電潜像をトナーで現像する）が配置され、続いて転写ローラ１９（トナー像を用紙などに転写する）が配置され、続いて摺擦研磨ローラ２５（画像形成工程以外の所定の時間帯で、感光体を摺擦研磨する）が配置され、続いてクリーニンググレード２１（感光ドラム１１上に残留するトナーをクリーニングする）が配置され、最後に除電ランプ２３（帯電ローラ１３による感光ドラム１１の一様帯電に先立ち、感光ドラム１１の表面電位を一様に低下させる）が配置される。クリーニングブレード２１により除去されたトナーは廃棄トナーボトルへ搬送される。

なお、クリーニングローラ２５は、帯電ローラ１３から吐き出されたトナー外添剤を研磨剤として使用するものであり、トナー外添剤吐き出し工程は、画像形成を行わないときに実施される。したがって、画像形成工程中にも感光体１１に接触させることは、必ずしも必要ではない。しかし、画像形成に伴って転写後に感光体１１に残留したトナー（外添剤を含む）を保持することにより、常に感光体表面を効率よく、均一に研磨できる機能があるため、摺擦研磨ローラ２５を常時、感光体１１に接触させてもよい。

なお、帯電ローラ１３、現像器１７、摺擦研磨ローラ２５への印加電圧を制御する制御手段は、図示しない。

次に、画像形成層値の各部について説明する。

摺擦研磨ローラ２５は、金属性のシャフトと弾性部材からなり、金属シャフトの両端部からバネなどで感光体に圧接されている。摺擦研磨ローラ２５は、導電性である。摺擦研磨ローラ２５から感光ドラム１１に圧力を加えれば、トナー外添剤により感光体表面が摺擦研磨されるため、電圧印加は必ずしも必要ではない。しかし、摺擦研磨ローラ２５に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加して、トナー外添剤を感光体表面に押し付ければ、摺擦研磨効果はさらに向上する。

図２は、感光ドラム１１の断面図である。感光ドラム１１は、導電性基板上２７上に、キャリア阻止層２９、感光層３１と、その上に形成された表面保護層３３とからなる。表面保護層３３の硬度が高い場合は感光層３１の硬度を問わず、本実施形態が応用できる。表面保護層３３がなくても、感光層３１の硬度が高い場合、例えばアモルファスシリコンが採用される場合は、本実施形態が応用できる。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に制限されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮなどの無機材料を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣが特に高抵抗であり、より優れた帯電能力、耐磨耗性、耐環境性が得られることより、本実施形態における感光層材料として好適である。また、ａ−ＳｉＣのうちＳｉとＣ（炭素）との比率が特定のものを使用するのが好ましい。このようなａ−ＳｉＣｃとしては、ａ−Ｓｉ_{（１−ｘ）}Ｃ_ｘ（Ｘの値が０．３〜１未満）がより好ましく、さらに好ましくは、Ｘの値が０．５〜０．９５以下である。この理由は、このようなａ−ＳｉＣは１０^１２〜１０^１３Ωｃｍという特に高い抵抗を有しており、感光体表面方向の潜像の流れが少なく,静電潜像の維持能力及び耐湿性にも優れているためである。

帯電ローラ１３は、例えば金属製シャフト表面にエピクロルヒドリンゴム層を形成したものである。

現像器１７での現像方式は、例えば、磁気ロール上の磁気ブラシから、トナーのみを現像ロール上に移転させ、静電潜像を磁性一成分ジャンピング現像させるハイブリッド現像方式である。なお、磁気ブラシ上の磁気ブラシで現像する２成分磁気ブラシ現像方式としてもかまわない。

なお、現像器１７は、静電潜像を現像するだけでなく、トナー表面の外添剤状態により画像濃度が変化するため印字率などにより一定のトナーを強制的に現像させる吐き出しモードを設けてもよい。

［本実施形態の動作］

本実施形態は、画像形成を行わないときに（像露光、紙送りなどを伴わずに）感光体を研磨し、表面の付着物を除去して、多数回の画像形成を経ても画質を維持することを目的としている。そのため、図示しない制御手段は、帯電ローラ１３、現像器１７、摺擦研磨ローラ２５への印加電圧を制御する。

具体的には、帯電工程において、トナー外添剤の帯電極性と同一極性で画像形成時より絶対値の大きい電圧を印加して、接触帯電部材に付着したトナー外添剤を感光体に移転さる。なお、ネガ現像を前提とし、正帯電のトナー外添剤を使用すると仮定すると、トナーは負帯電であり、感光体は正帯電となる。したがって、帯電ローラに印加される電圧の極性は、トナー外添剤の帯電極性と同一極性となる。印加電圧は、直流電圧に限らず、直流交流重畳電圧を使用してもよい。

次に、現像工程において、実施例で後述するように、トナーが飛翔しない程度の現像バイアスを印加して、画像形成のためのトナーとは逆極性に帯電した逆極性トナーを感光体に移転する。逆極性帯電トナーは、現像用トナーの中に一部存在し、上かぶりトナーとして画質低下の原因となる。そこで、上述した直流交流重畳電圧により、上かぶりトナーを現像器から放出する。

次に、摺擦研磨ローラに圧力を加え、トナー外添剤及び現像器から感光体に移転された上かぶりトナーの混合物により、感光体を研磨する。感光体を１回転以上回転させて、感光体を１回以上研磨すれば、研磨効果は高まる。これにより、現像器から感光体に移転された逆帯電トナー（トナー外添剤を含む）と、接触帯電部材から吐き出され感光体表面に移転されたトナー外添剤とが混合された状態で、その混合物を摺擦研磨ローラに吸引し、逆帯電トナーを回収することができるとともに、トナー外添剤により感光体表面を摺擦研磨することができるだけでなく、逆帯電トナーを回収することができる。

感光体研磨は、例えば、印字枚数の増加や画像作成に使用されたトナー量（印字率）や印字枚数に応じて自動的に、又は、帯電不良が生じたとユーザーが判断した段階に手動で実行される。

［実施例］
図３は、摺擦ローラ２５にトナー外添剤（二酸化チタン）と逆極性トナーの混合物を送り込むための印加電圧波形の一例を示すタイミングチャートである。感光ドラム１１の１回転について、帯電電圧（帯電バイアス）、現像電圧（現像バイアス）、転写電圧（転写バイアス）が示されている。帯電バイアスは、正極性で８４０Ｖである。この時に得られる感光体１１表面電位は通常印字時より４０Ｖ高い３００Ｖである。これにより、トナー外添剤を帯電ローラから剥ぎ取る。現像バイアスは、正極性直流１５０Ｖに交流を重畳し、全振幅を１８００Ｖとしている。これにより、直流交流重畳電圧は、正極側に偏倚し、逆帯電トナーが現像器１７から放出される。これにより、トナー外添剤は逆帯電トナーに混合される。

そのためには、帯電部で外添剤を吐き出す長さＬｃはトナー帯の長さＬｔより小さい必要がある。なお、Ｌｃは帯電ローラ１３の周長以上でなくてはならないため、Ｌｃは帯電ローラ１３の外周をＬｒより大きい。

本実施形態による帯電ローラクリーニング効果を検証するため、常に外添材（二酸化チタン）のみでクリーニングブレードに突入させるような系を実験１とし、本実施形態のように外添材（二酸化チタン）を常に逆極性帯電トナーを介在させてクリーニングブレードに突入させる系を実験２とした。結果として実験２は実験１に比べ帯電ローラ上の外添材量が極めて少量であることを確認した。

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに応用される電子写真画像形成装置に利用可能である。

電子写真画像生成装置の部品配置図である。 感光ドラムの断面図である。 感光体摺擦研磨のために帯電器、現像器、および転写器に印加する電圧波形の一例である。

符号の説明

１１ 感光ドラム
１２ 帯電ローラ
１５ 露光器
１７ 現像器
１９ 転写ロール
２１ クリーニングブレード
２３ 除電ランプ
２５ 摺擦研磨ローラ

Claims (5)

1. 感光体に接触して前記感光体を一様帯電させる接触帯電部材と、
   静電潜像を現像する現像器と、
   前記感光体を研磨する摺擦研磨ローラと、
   前記接触帯電部材、前記現像器及び前記摺擦研磨ローラに印加する電圧を制御する制御手段とを備える電子写真画像形成装置であって、
   画像形成を行わないとき、
   前記制御手段は、
   前記接触帯電部材に、トナー外添剤の帯電極性と同一極性で画像形成時より絶対値の大きい電圧を印加して、前記接触帯電部材に付着した前記トナー外添剤を前記感光体に移転させ、
   前記現像器に、前記トナー外添剤の帯電極性と同一極性側に偏倚した直流交流重畳電圧を印加して、画像形成のためのトナーの帯電極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーを前記感光体に移転させ、
   前記摺擦研磨ローラが、前記トナー外添材及び前記逆帯電トナーの混合物により、前記感光体を研磨することを特徴とする電子写真画像形成装置。
2. 前記感光体を１回転以上回転させて、前記感光体を研磨することを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
3. 前記摺擦研磨ローラに、前記トナー外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
4. 前記トナー外添剤は、二酸化チタンであることを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
5. 前記感光体に移転された外添剤の領域は、前記感光体に移転された前記逆帯電トナーの領域より狭いことを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。

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