JP2007093981A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ローラにトナーを付着させたりすることなく、また、帯電ローラを傷付けたりすることなく、帯電ローラ表面をきれいにクリーニングし、かつ、酸化チタンなどのトナー外添剤を良好に回収できるようにした画像形成装置を提供することが課題である。
【解決手段】画像形成を行わないとき、接触帯電部材にトナーに外添される外添剤と同一極性の電圧を印加し、接触帯電部材に付着した外添剤を感光体ドラムに転移させ、さらに現像手段に感光体ドラムへトナーを転移させて感光体ドラム上に転移させた前記外添剤と混合させ、前記クリーニング手段に回収させるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に係り、特に、帯電ローラを用いて感光体を帯電させるようにした画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置においては、感光体表面の帯電装置による帯電、画像データに基づく露光、該露光によって形成された静電潜像の現像装置による現像、現像により形成されたトナー画像の用紙への転写、加熱によるトナー画像の用紙への定着などの工程によって画像形成が行われる。

このうち、感光体表面を帯電するための帯電装置として従来では、コロトロンやスコロトロン等のコロナ放電を用いた帯電装置が多く用いられていた。これは、感光体にコロナ帯電器を非接触に配置し、コロナ帯電器から放出されるコロナに感光体表面をさらすことにより、所定の極性、電位に帯電させるものである。

しかしながら、コロナ放電を用いた帯電装置は環境に悪影響を与えるオゾンの発生量が多く、最近はこのオゾンが環境面から問題とされるようになっている。そのため、被帯電部材としての感光体に、帯電バイアスを印加した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、オゾン発生量の極めて少ない接触帯電方式の帯電方式が多く提案され、実用化されている。

こういった接触帯電方式の帯電装置には、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、様々な方式がある。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用いて作製され、さらにこれを積層タイプとして所望の特性を得られるようにしたものもある。

このような帯電ローラは、感光体と一定の接触状態を得るために弾性を持たせて加圧当接させ、ある一定以上の閾値電圧を印加することで、感光体の表面電位が上昇し始め、それ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。この閾値電圧は、帯電開始電圧Ｖｔｈであり、パッシェン則と呼ばれる気圧ｐと空隙ｄの関数で表された空隙破壊電圧できまる。

そして、電子写真画像形成プロセスに必要な感光体表面電位Ｖ_０を得るためには、帯電ローラにはこの帯電開始電圧Ｖｔｈに感光体表面電位Ｖ_０を加えた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、帯電均一性を得るためには、この帯電開始電圧Ｖｔｈに感光体表面電位Ｖ_０を加えた直流電圧に、帯電開始電圧Ｖｔｈの２倍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するもので、感光体の電位は交流電圧のピークの中央値である感光体表面電位Ｖ_０に収束し、ゴムローラの環境等に起因する抵抗値変動の影響を抑えることができる。

また、アモルファスシリコンで構成される感光体においては、一般に用いられる有機感光体等と比較すると表面硬度が高く、実使用時における磨耗等に対する耐久性が格段に高い反面、表面が削れにくいため、付着物、帯電生成物等の表面蓄積により、帯電不良を引き起こすことがあった。

このような問題を解決するため、アモルファスシリコン感光体を用いた画像形成装置では、一般に特許文献１に示されているように、一成分現像剤のトナーに帯電制御材として外添される酸化チタン等を感光体クリーニング手段に滞留させ、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ことがおこなわれている。しかしながら、用紙へのトナー画像転写工程を通過した後残留した前記酸化チタン等の外添材は、粒子径が小さいため、感光体クリーニング手段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帯電不良を引き起こすことがあった。

このような問題に関しては、例えば特許文献２に、感光体から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へと再転移させるようにした帯電ロール（接触帯電部材）のクリーニング方法が示されている。

このようにすることにより、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２００５−１３４７７６号公報 特開２００４−３３３７８２号公報

しかしながら、特許文献１に示された方法では、帯電ロールに直接トナーを付着させるため、帯電ロール自体がトナーで汚れ、帯電不良が生じてしまう。

そのため本発明においては、帯電ローラにトナーを付着させることなく、また、帯電ローラを傷付けたりすることなく、帯電ローラ表面をきれいにクリーニングし、かつ、酸化チタンなどの外添剤を良好に回収できるようにした画像形成装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明における画像形成装置は、
感光体表面に接触する接触帯電部材と、前記感光体上に形成された静電潜像を外添剤を配したトナーにより現像する現像手段と、前記感光体に圧接されて前記感光体を摺擦研磨するクリーニング手段と、前記接触帯電部材、現像手段及びクリーニング手段に印加する電圧を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、
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、トナーに外添された外添剤と同一極性の電圧を印加して、前記接触帯電部材に付着した前記外添剤を前記感光体に転移させる制御と、前記現像手段に、トナーを前記感光体表面に吐き出させるバイアスを印加させ、前記感光体上に転移させた前記外添剤と吐き出したトナーとを混合させて、前記クリーニング手段に回収させる制御とを行わせることを特徴とする。

このように外添剤を感光体に転移させ、さらにトナーを感光体に転移させて外添剤と混合して回収することで、帯電ローラ表面を傷つけたりすることなく、粒径が非常に小さく、クリーニングブレードだけではすり抜けてしまう酸化チタンを確実に回収することができる。

また、前記感光体に転移された外添剤の領域は、前記感光体に吐き出したトナーの領域より狭くすることにより、帯電ローラから転移させた外添剤を、トナーと確実に混合することができる。

そして、前記トナー外添剤は、酸化チタンとすることで、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できる。

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外添剤の蓄積が少なく、一方で、現像された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が可能となる。さらに接触帯電部材から転移された外添剤は、摺擦研磨するクリーニング部材上に存在し、感光体の研磨に再利用することができるから、研磨能力向上の効果も得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。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。

図１は、本発明の画像形成装置における、感光体ドラム１１とその周辺に配される画像形成プロセス手段の概略を示した図である。例えばアモルファスシリコンを用いた感光体ドラム１１の周囲には、直流に交流を重畳させたバイアスを印加されて感光体ドラム１１の表面を帯電させる帯電ローラ１３、画像データに基づいて感光体ドラム１１に対する露光を行ない、静電潜像を形成するための露光器１５、露光によって形成された静電潜像を現像するための現像器１７、現像によって形成されたトナー画像を用紙に転写するための転写手段である転写ローラ１９、トナーに外添された酸化チタンなどの研磨剤で感光体ドラム１１表面を摺擦研磨する摺擦研磨ローラ２５、トナー画像を用紙に転写した後に感光体ドラム１１上に残ったトナーをクリーニングするクリーニングブレード２１、そして感光体ドラム１１上に残った電荷を除去するためのイレース手段２３などが、この順序で設けられている。

画像形成に当たっては、まず、アモルファスシリコン感光体ドラム１１の表面を、前記したように直流に交流を重畳させたバイアスを印加した帯電ローラ１３によって帯電させ、次に印字データに基づいて変換した光信号を用いて露光器１５によって露光して潜像を形成する。そしてその潜像を、現像器１７によって現像してトナー画像として顕像化し、転写ローラ１９によって用紙に転写した後、図示していない定着装置に搬送してトナー画像を定着する。このとき、転写されずに感光体ドラム１１上に残った残トナーは、クリーニングブレード２１で除去され、その後廃棄トナーボトルへ搬送される。また、感光体ドラム１１上に残った電荷は、イレース手段２３によって除去される。

なお、摺擦研磨ローラ２５はトナーに含まれる外添剤を研磨剤として使用するものであり、画像形成時に用紙に転写されずに感光体ドラム１１上に残ったトナーや、画像形成を行わないときに感光体ドラム１１上に現像したトナーを使用する。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ていない。

また摺擦研磨ローラ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ドラム１１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から感光体ドラム１１に圧力を加えれば、トナー外添剤により感光体ドラム１１の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することで、トナー外添剤の保持力を高めることができ、摺擦研磨効果はさらに向上する。

図２は、感光体ドラム１１の断面図である。感光体ドラム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）Ｃｘ（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、感光体ドラム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。印加する電圧は、前記したように直流に交流を重畳させた形態が望ましい。

現像器１７での現像方式は磁性一成分ジャンピング現像であり、例えば、トナーは樹脂で構成され、帯電制御用外添剤が付与されている。このトナーは、感光体ドラム１１と一定のギャップを持って対峙したマグネットローラ上に保持されて帯電され、直流に交流を重畳させた現像バイアスによって感光体ドラム１１上の静電潜像を現像する。

通常このような現像方式を用いる場合、前記特許文献１に詳細に記載されているように、トナー表面の外添剤状態などにより画像濃度が変化するため、印字率等により一定量のトナーを強制的に現像させる吐き出しモードを設け、トナーをリフレッシュすると共に、前記したようにトナーに外添した研磨剤によりアモルファスシリコン感光体ドラムを研磨することがおこなわれている。この吐き出しモードは、例えば印字率にして４％相当分を吐き出すようにする。

本発明においては、画像形成を行わない前記吐き出しモードに同期させ、帯電ローラ１３上に付着した酸化チタンなどのトナー外添剤を感光体ドラム１１に転移させる。さらにそのトナー外添剤は、前記吐き出しモードによって現像器１７から感光体ドラム１１上に吐き出されたトナーと混合し、摺擦研磨ローラ２５による感光体ドラム１１の摺擦研磨に使用する。そのため、図示していない制御手段は、印字率等を算出し、トナー吐き出しが必要と判断したとき、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して上記した吐き出しモードを実施し、同時に帯電ローラ１３上に付着した酸化チタンなどのトナー外添剤をクリーニングする。

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のバイアスを印加し、接触帯電部材（帯電ローラ１３）に付着したトナー外添剤を感光体ドラム１１に転移させる。例えば、ネガ現像を前提とし、正帯電のトナーを使用すると仮定するとトナー外添剤も正帯電のものが用いられ、接触帯電部材（帯電ローラ１３）に正の電圧を印加することで、転移効果が高まるわけである。なお、帯電ローラ１３に印加される電圧は、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、感光体ドラム１１に転移させたトナーを含む領域を露光器１５で露光し、通常の現像バイアスを印加して現像してトナーの吐き出しモードを実施する。そして、接触帯電部材（帯電ローラ１３）から感光体ドラム１１の表面に転移されたトナー外添剤と、現像器１７から感光体ドラム１１に吐き出されたトナーとが混合された状態で、その混合物を摺擦研磨ローラ２５に吸引させ、トナー外添剤により感光体ドラム１１の表面を摺擦研磨する。このとき、感光体ドラム１１を１回転以上回転させて研磨すれば、研磨効果は高まる。

このように酸化チタンをトナーと一緒に回収することで、粒径が非常に小さく、クリーニングブレード２１だけではすり抜けてしまう酸化チタンを確実に回収することができる。なお、感光体ドラムの研磨は、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行われるようにしたり、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できるようにする。

図３は、摺擦ローラ２５上のトナー外添剤（二酸化チタン）を感光体ドラム１１に転移させ、そのトナー外添剤を、前記した吐き出しモードによって現像器１７から感光体ドラム１１上に吐き出されたトナーと混合し、摺擦研磨ローラ２５による感光体ドラム１１の摺擦研磨に使用するため、帯電ローラ１３、現像器１７、転写ローラ１９に印加される電圧波形の一例を示すタイミングチャートである。図中横軸は時間を表し、縦軸は（１）乃至（４）それぞれの電圧である。ここでは、感光体ドラム１１の１回転に相当するメインモータ（１）のＴ_１からＴ_８迄の間における、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）の印加タイミングが示されている。

帯電ローラ１３のクリーニングのために印加する帯電バイアスＶｄｃは、帯電ローラ１３の一周分の時間Ｔ_２からＴ_３迄のＬｃ以上印加し、正極性で８００Ｖとする。帯電ローラ１３のクリーニングバイアスは、これに限定されるものではなく、直流に交流を重畳した電圧でもクリーニング効果は期待できる。

この時に得られる感光体ドラム１１の表面電位は約２６０Ｖであり、通常印字で付与される帯電電位と同等である。これにより、トナー外添剤を帯電ローラ１３から感光体ドラム１１に転移させる。その後、帯電直後の感光体ドラム１１上の外添剤存在部分が露光位置に位置したときに露光器１５により露光され、さらに外添剤存在部分が現像位置に来る時間Ｔ_４からＴ_５迄の間、前記した吐き出しモードにより、現像器１７の現像ローラに印加される正極性直流１５０Ｖに全振幅を１８００Ｖとした交流を重畳した現像バイアスで現像する。なお、この現像ローラに付与される電圧は通常印字条件と同等であり、この図３では、重畳した交流部分は数サイクルのみ示してある。

なお、帯電ローラ１３におけるトナー外添剤を感光体ドラム１１に転移させている時間を前記したようにＬｃ（Ｔ_２からＴ_３迄）とすると、これはトナー吐き出しモードにおける現像時間（Ｔ_４からＴ_５迄）Ｌｔより短い必要がある。また、トナー外添剤を感光体ドラム１１に転移させている時間Ｌｃは、帯電ローラ１３の周長以上でなくてはならないため、帯電ローラ１３の外周をＬｒとすると、このＬｒより長くする必要がある。

現像されたトナーと帯電ローラ１３から転移されたトナー外添剤は、転写部に移動し、時間Ｔ_１からＴ_８迄の間、転写逆バイアス５００Ｖが印加されていることによって転写ローラ１９で回収されることなく、下流の摺擦研磨ローラ２５へ移動し、感光体ドラム１１を摺擦研磨すると共に、最終的にクリーニングブレード２１によって感光体１１の摺擦研磨に使用され、回収される。

このように本発明によれば、外添剤を感光体ドラムに転移させ、さらにトナーを感光体ドラムに転移させて外添剤と混合して回収することで、帯電ローラ表面を傷つけたりすることなく、粒径が非常に小さく、クリーニングブレードだけではすり抜けてしまう酸化チタンを確実に回収することができる。

本発明によれば、オゾン発生量の極めて少ない接触帯電方式の帯電部材を用いても、トナー外添剤による蓄積が無く、良好な画像を長期にわたって維持できる画像形成装置を提供することができる。

本発明の画像形成装置における、感光体ドラム１１とその周辺に配される画像形成プロセス手段の概略を示した図である。 感光体ドラム１１の断面図である。 帯電ローラ、現像器、転写ローラに印加される電圧波形の一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
１２ 帯電ローラ（接触帯電手段）
１５ 露光器
１７ 現像器（現像手段）
１９ 転写ローラ
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 (3)

1. 感光体表面に接触する接触帯電部材と、
   前記感光体上に形成された静電潜像を外添剤を配したトナーにより現像する現像手段と、
   前記感光体に圧接されて前記感光体を摺擦研磨するクリーニング手段と、
   前記接触帯電部材、現像手段及びクリーニング手段に印加する電圧を制御する制御手段とを備えた画像形成装置において、
   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、トナーに外添された外添剤と同一極性の電圧を印加して、前記接触帯電部材に付着した前記外添剤を前記感光体に転移させる制御と、
   前記現像手段に、トナーを前記感光体表面に吐き出させるバイアスを印加させ、前記感光体上に転移させた前記外添剤と吐き出したトナーとを混合させて、前記クリーニング手段に回収させる制御とを行わせることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記感光体に転移された外添剤の領域は、前記感光体に吐き出したトナーの領域より狭いことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
3. 前記トナー外添剤は、酸化チタンであることを特徴とする請求項１または２に記載した画像形成装置。

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