JP2007114418A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
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。
BACKGROUND OF THE
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。 In image forming apparatuses such as copying machines, printers, facsimiles, and composite machines using electrophotography, charging by the charging device on the surface of the photosensitive member, exposure based on image data, and electrostatic latent image formed by the exposure The image is formed by steps such as development by the developing device, transfer of the toner image formed by development onto the paper, and fixing of the toner image on the paper by heating.
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が、これらの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ため、オゾン発生量の極めて少ない帯電ローラ方式が主流になりつつある。 Of these, charging devices using corona discharge, such as corotron and scorotron, have been used as charging devices for charging the surface of the photosensitive member. However, these devices generate ozone that adversely affects the environment. Recently, since this ozone is considered to be an environmental problem, a charging roller system that generates a very small amount of ozone is becoming mainstream.
しかしながら帯電ローラ方式は、クリーニング部材をすり抜けてくるトナー、及び、トナーへの外添剤であるシリカや、感光体表面を研磨するための研磨剤としてのアルミナ、酸化チタン、また用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリン等が帯電ローラ表面に付着し、表面抵抗が上昇して帯電効率が低下するため、例えば30万枚という多数枚の画像形成を行う画像形成装置においては、寿命の点で問題がある帯電方式である。 However, the charging roller system is a toner that passes through the cleaning member, silica that is an external additive to the toner, alumina, titanium oxide as an abrasive for polishing the surface of the photoreceptor, and a filler for paper. Calcium carbonate, talc, kaolin, etc. adhere to the surface of the charging roller, increasing the surface resistance and lowering the charging efficiency. For example, in an image forming apparatus that forms a large number of 300,000 images, it has a long service life. There is a problem with the charging method.
このような問題に対処するため例えば特許文献1、及び特許文献2には、帯電ローラにおける感光体の回転方向上流側に、帯電方向の電界が生じるように電圧が印加されたクリーニング部材を設ける(特許文献1)ことや、同じく回転方向上流側に、交流電圧に直流電圧を印加した帯電ブレードを設ける(特許文献2)ことなどが提案されている。
In order to deal with such a problem, for example, in
また帯電ローラ方式は、感光体と接している帯電ローラによって作られるニップの、回転方向両端部における微小空隙での放電によって感光体表面に電荷を与えることから、スコロトロン帯電方式と比較すると帯電効率が低く、均一に帯電させるのが難しいという問題もある。 In addition, the charging roller system gives charge to the surface of the photoconductor by discharging at a minute gap at both ends of the nip formed by the charging roller in contact with the photoconductor, so that the charging efficiency is higher than that of the scorotron charging system. There is also a problem that it is low and difficult to charge uniformly.
そのため、帯電ローラの外径を大きくして微小空隙範囲を確保する、あるいは特許文献3に示されているように、帯電ローラを複数本配置することによって帯電効率を確保し、さらに感光体への帯電を均一化するということが行われている。
Therefore, the charging roller can be secured by increasing the outer diameter of the charging roller to ensure a minute gap range, or by arranging a plurality of charging rollers as shown in
しかしながら、特許文献1及び2に提案された技術では、クリーニングブレードや帯電ブレードを通り抜けるトナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料が存在し、多数枚の画像形成では、帯電ローラの表面抵抗が上昇して帯電効率が低下してしまう可能性がある。
However, in the techniques proposed in
また、特許文献3には、帯電ローラと電位ならしローラに導電性の弾性ローラを用いることが記されてはいるが、この帯電ローラ表面に付着するトナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などに対処することについては記載が無く、前記したような30万枚という多数枚の画像形成において帯電効率を保持することは難しい。
Further,
そのため本発明においては、トナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などの帯電効率を低下させる要因に対処し、多数枚の画像形成でも、均一に感光体表面を帯電できるようにした帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することが課題である。 Therefore, in the present invention, it is possible to deal with the factors that lower the charging efficiency such as toner and toner external additives, and abrasives and paper fillers, so that the surface of the photoreceptor can be uniformly charged even in the formation of a large number of sheets. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus including the charged roller.
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、
電子写真方式でトナー画像を形成、担持する感光体と、該感光体と周速比を持たせて回転しながら前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラとを備えた画像形成装置において、
前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数を、下流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定し、上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention provides:
A photosensitive member that forms and carries a toner image by an electrophotographic method, and a plurality of charging rollers that contact the photosensitive member while rotating at a peripheral speed ratio with the photosensitive member to charge the surface of the photosensitive member. In the image forming apparatus,
The dynamic friction coefficient of the charging roller provided on the upstream side in the rotation direction of the photosensitive member is set to be larger than the dynamic friction coefficient of the charging roller provided on the downstream side, and surface contaminants on the charging roller are collected by the upstream charging roller. It is characterized by.
このようにすることにより、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラが、前記したクリーニング部材をすり抜けてくるトナーやトナーへの外添剤、感光体表面の研磨剤、用紙の填料などの帯電ローラ表面汚染物質を捕集し、感光体回転方向下流側に設けた帯電ローラの表面汚染を防止するから、下流側帯電ローラの表面は長期にわたって清浄に保たれて所定の帯電性を維持でき、均一に感光体表面を帯電できる画像形成装置を提供することができる。 By doing so, the charging roller provided on the upstream side in the rotation direction of the photosensitive member can be used for toner passing through the cleaning member, an external additive to the toner, an abrasive on the surface of the photosensitive member, a paper filler, etc. It collects contaminants on the surface of the charging roller and prevents surface contamination of the charging roller provided on the downstream side in the rotation direction of the photoconductor. Therefore, the surface of the downstream charging roller can be kept clean for a long period of time to maintain a predetermined charging property. An image forming apparatus that can uniformly charge the surface of the photoreceptor can be provided.
そして、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくする手段の1つは、前記上流側帯電ローラの表面粗さを、下流側帯電ローラの表面粗さより大きくすることである。 One means for increasing the dynamic friction coefficient of the upstream charging roller is to make the surface roughness of the upstream charging roller larger than the surface roughness of the downstream charging roller.
また、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくする手段は、前記上流側帯電ローラの前記感光体に対する周速比を、下流側帯電ローラの感光体に対する周速比より大きくしてもよく、この場合、前記上流側帯電ローラの周速を、前記感光体の周速より早くすることが好ましい。 The means for increasing the dynamic friction coefficient of the upstream charging roller may be such that the peripheral speed ratio of the upstream charging roller to the photosensitive member is larger than the peripheral speed ratio of the downstream charging roller to the photosensitive member. The peripheral speed of the upstream charging roller is preferably faster than the peripheral speed of the photoconductor.
さらに、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくする手段は、前記上流側帯電ローラと下流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料を異ならせ、前記上流側帯電ローラの構成材料の動摩擦係数を下流側帯電ローラの構成材料の動摩擦係数より大きな材料で構成してもよく、この場合、前記帯電ローラの少なくとも表面層を発泡ゴムで構成し、前記上流側帯電ローラの発泡ゴムの動摩擦係数を、下流側帯電ローラの発泡ゴムの動摩擦係数より大きくなるよう発泡状態を変えてもよい。 Further, the means for increasing the dynamic friction coefficient of the upstream charging roller is such that at least the surface layer constituent material of the upstream charging roller and the downstream charging roller is different, and the dynamic friction coefficient of the constituent material of the upstream charging roller is determined by downstream charging. It may be made of a material larger than the dynamic friction coefficient of the constituent material of the roller. In this case, at least the surface layer of the charging roller is made of foam rubber, and the dynamic friction coefficient of the foam rubber of the upstream charging roller is set to the downstream charging The foaming state may be changed so as to be larger than the dynamic friction coefficient of the foamed rubber of the roller.
そして、前記帯電ローラに印加する帯電バイアスを直流に交流を重畳して構成し、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける交流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する交流電圧値より大きくするようにして、回転方向上流側に設けた帯電ローラの電気的な回収力をあげるようにしても良く、この場合、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける直流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する直流電圧値より大きくしてもよく、両者を併用することで、より電気的な回収力を上げることができる。 The charging bias applied to the charging roller is configured by superimposing alternating current on direct current, and the alternating voltage value at the charging bias applied to the upstream charging roller is made larger than the alternating voltage value applied to the downstream charging roller. Thus, the electrical recovery force of the charging roller provided on the upstream side in the rotation direction may be increased. In this case, the DC voltage value at the charging bias applied to the upstream charging roller is set as the downstream charging roller. It may be larger than the DC voltage value applied to, and the combined use of both can increase the electrical recovery power.
以上のように本発明によれば、クリーニングブレードをすり抜けた外添剤等は、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラで回収されるから、回転方向下流側帯電ローラへの外添剤付着が軽減され、長期にわたって安定した帯電性能を有する画像形成装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, since the external additive or the like that has passed through the cleaning blade is collected by the charging roller provided on the upstream side in the rotation direction of the photosensitive member, the external additive to the charging roller on the downstream side in the rotation direction. It is possible to provide an image forming apparatus with reduced adhesion and stable charging performance over a long period of time.
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。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
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感光体を用いた感光体ドラム11の周囲には、矢印で示した回転方向に添って、2つのローラ(A)14、ローラ(A)14に対して感光体ドラム11の回転方向下流側に配したローラ(B)13からなって感光体ドラム11の表面を帯電させる帯電ローラ、さらにその下流側に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ローラ25、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などが設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a
このうち、例えばアモルファスシリコン感光体11は、外径30mmでアモルファスシリコンの膜厚を20μmとし、長さをA4対応に254mmとして周速を150mm/secに設定してある。帯電ローラ13、14は、外径12mm、長さ220mmで、外径が6mmの芯金の周囲に導電性としたゴムを巻回してあるものを使用し、感光体ドラム11の表面電位が約250Vになるよう、400Vの直流(DC)に、1.4KVで周波数1.5kHzの交流(AC)を重畳して印加してある。
Among these, for example, the
そして画像形成に当たっては、まず、アモルファスシリコン感光ドラム11の表面を、前記したようにDCにACを重畳させたバイアスを印加した帯電ローラ(B)13、(A)14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、クリーニングローラ25及びクリーニングブレード21で感光ドラム11表面より除去され、その後廃棄トナーボトルへ搬送され、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。
In forming an image, the surface of the amorphous silicon
このように、複数の帯電ローラ(B)13、(A)14を用いたシステムでは、通常、感光体ドラム11における回転方向上流側に配置された帯電ローラ(A)14は、感光体ドラム11表面電位のならしローラとして使用され、最終的に感光体表面に均一の電荷を供給するのは、感光体回転方向下流側に配置された帯電ローラ(B)13の性能に大きく依存している。
As described above, in a system using a plurality of charging rollers (B) 13 and (A) 14, the charging roller (A) 14 disposed on the upstream side in the rotation direction of the
そのため、帯電ローラ(A)14を感光体ドラム11における表面電位のならしローラとした場合には、帯電ローラ(B)13に印加される直流に交流を重畳したバイアス電圧(本例では一例としてVdc=400V、Vpp=1.4KV)で決定される感光体の表面電位に対し、比較的近い表面電位設定ができる印加電圧を帯電ローラ(A)14に供給すればよく、帯電ローラ(A)14側は、前記したように所定電圧まで表面電位を上昇できれば、特に印加する電圧を規定する必要はない。
Therefore, in the case where the charging roller (A) 14 is a surface potential leveling roller on the
本発明においては、このように帯電ローラ(B)13が均一帯電に対する依存度が大きいことに注目し、帯電ローラ(A)14の動摩擦係数を帯電ローラ(B)13の動摩擦係数より大きくし、前記したように、クリーニング部材をすり抜けてくるトナー、及び、トナーへの外添剤であるシリカや、感光体表面を研磨するための研磨剤としてのアルミナ、酸化チタン、また用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリン等、帯電ローラ表面を汚染する物質を帯電ローラ(A)14で捕集して、帯電ローラ(B)13の表面汚染を防止するようにしたものである。 In the present invention, paying attention to the fact that the charging roller (B) 13 is highly dependent on the uniform charging as described above, the dynamic friction coefficient of the charging roller (A) 14 is made larger than the dynamic friction coefficient of the charging roller (B) 13, As described above, the toner slipping through the cleaning member, silica as an external additive to the toner, alumina, titanium oxide as an abrasive for polishing the surface of the photoreceptor, and carbonic acid as a filler for paper Substances that contaminate the surface of the charging roller such as calcium, talc, and kaolin are collected by the charging roller (A) 14 to prevent surface contamination of the charging roller (B) 13.
すなわち、帯電ローラ(A)14の動摩擦係数を、帯電ローラ(B)13の動摩擦係数より大きくすることで、帯電ローラ(A)14がより強く感光体ドラム11を摺擦することになり、帯電ローラの表面を汚染させる物質の量は一定であるから、それだけ帯電ローラ(B)13に向かう表面汚染物質が少なくなるわけである。
That is, by making the dynamic friction coefficient of the charging roller (A) 14 larger than the dynamic friction coefficient of the charging roller (B) 13, the charging roller (A) 14 rubs the
帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の動摩擦係数を変化させる具体的方法としては、例えば、(1).帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の材料を変える、また、通常帯電ローラは、前記したように芯金の周囲に導電性とした例えば発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)などを巻回してなっているが、(2).この発泡ゴムの発泡状態を変える、(3).帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の表面粗さRzを変える、(4).帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の感光体ドラム11に対する周速比を変える、等のことが考えられる。
As a specific method for changing the dynamic friction coefficient between the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13, for example, (1). The material of the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 is changed. Ordinarily, the charging roller is wound with, for example, foamed ethylene-propylene rubber (EPDM) or the like made conductive around the core metal as described above. It is turned (2). Changing the foaming state of the foamed rubber, (3). Changing the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13, (4). For example, the peripheral speed ratio of the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 to the
以下、それぞれの方法について具体的に説明してゆくが、本発明者らは、このように帯電ローラが前記した汚染物質によって汚染されることで表面抵抗が増加したとき、感光体ドラム11の帯電性にどのような影響を与えるかを検討した。
In the following, each method will be described in detail. The present inventors charged the
その結果を示したのが図2のグラフである。この図2のグラフにおいて、横軸は帯電ローラの表面抵抗(単位:logΩ)、縦軸は感光体ドラム11の表面電位V0(単位:V)であり、前記したように感光体ドラム11の表面電位V0が約250Vとなるよう、帯電ローラに400Vの直流(DC)に、1.4KVで周波数1.5kHzの交流(AC)を重畳したバイアスを印加し、帯電ローラの表面抵抗を4.5(logΩ)から7.3(logΩ)程度まで変化させて、感光体ドラム11の表面電位がどのように変化するか調べたものである。
The graph of FIG. 2 shows the result. In the graph of FIG. 2, the horizontal axis represents the surface resistance (unit: logΩ) of the charging roller, and the vertical axis represents the surface potential V 0 (unit: V) of the
その結果、帯電ローラの表面抵抗値が7(logΩ)以上となると放電効率が低下し、感光体ドラム11の表面電位が低下していることがわかった。すなわちこれは、前記したように30万枚の印字を行った時点で、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が7(logΩ)以下であれば所定の帯電性を維持できることを示しており、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の動摩擦係数を変化させ、帯電ローラ(A)14によって表面を汚染させる物質を捕集するようにして、30万枚の印字を行った後でも、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が7(logΩ)以下となるようにすればよいことを示している。
As a result, it was found that when the surface resistance value of the charging roller was 7 (log Ω) or more, the discharge efficiency was lowered and the surface potential of the
また、動摩擦係数を測定する方法であるが、感光体ドラム11と帯電ローラ(A)14、(B)13の間の動摩擦係数を直接測定することは困難なので、本発明者らは、これら帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13を駆動するモータの駆動電流を測定し、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の駆動電流の差により、動摩擦係数の差を示す指標とすることとした。
Although the method of measuring the dynamic friction coefficient is difficult, it is difficult to directly measure the dynamic friction coefficient between the
具体的には、まず感光体ドラム11を周速60mm/secで回転させ、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13を感光体ドラム11と同方向に1.5倍の周速で回転させて、それぞれの帯電ローラを回転させるためのDCブラシレスモータの電流値を測定し、その値を動摩擦係数の差を示す指標とした。
Specifically, first, the
そして帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13は、前記した動摩擦係数を変化させる方法の2番目に記した発泡ゴムの発泡状態を変える方法を用い、帯電ローラ(A)14を駆動するモータの電流値が、帯電ローラ(B)13を駆動する電流値の1.2倍、1.6倍、2倍となるよう、帯電ローラ(A)14の芯金の周囲に巻回した導電性の発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)における発泡ゴムの配合、発泡セル数などを成形時の条件にてコントロールし、このセルが142個/cm2、220個/cm2、327/cm2となるようにした上で10万枚の印字を行い、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の表面抵抗の変化を調査した。
The charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 drive the charging roller (A) 14 by using the second method of changing the foaming state of the foam rubber described in the method for changing the dynamic friction coefficient. Conduction wound around the core of the charging roller (A) 14 so that the current value of the motor is 1.2 times, 1.6 times and 2 times the current value for driving the charging roller (B) 13. sexual foamed ethylene - compounding of the foamed rubber in the propylene rubber (EPDM), and the like number of foam cells controlled under the conditions at the time of molding, the cell with 142 pieces / cm 2, 220 pieces / cm 2, 327 /
その結果を示したのが図3のグラフである。この図3において、横軸は帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の動摩擦係数比率(すなわち、両帯電ローラを駆動するモータの駆動電流比率)、縦軸は両ローラの表面抵抗(単位:logΩ)である。また、■は帯電ローラ(A)14を、●は帯電ローラ(B)13を示している。なお、初期の帯電ローラ(B)13における表面抵抗は、5(logΩ)のものを使用した。 The graph of FIG. 3 shows the result. In FIG. 3, the horizontal axis represents the dynamic friction coefficient ratio of the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 (that is, the driving current ratio of the motor that drives both charging rollers), and the vertical axis represents the surface resistance ( Unit: log Ω). Further, ■ represents the charging roller (A) 14 and ● represents the charging roller (B) 13. The surface resistance of the initial charging roller (B) 13 was 5 (log Ω).
この図3のグラフから明らかなように、動摩擦係数が1.2倍では、帯電ローラ(A)14の表面抵抗は約6.9(logΩ)で帯電ローラ(B)13の表面抵抗は約6.0(logΩ)であり、以下、1.6倍では帯電ローラ(A)14の表面抵抗が約7.4(logΩ)で帯電ローラ(B)13の表面抵抗が約5.8(logΩ)、2倍では帯電ローラ(A)14の表面抵抗が約7.4(logΩ)で帯電ローラ(B)13の表面抵抗が約5.4(logΩ)となっている。 As is apparent from the graph of FIG. 3, when the dynamic friction coefficient is 1.2 times, the surface resistance of the charging roller (A) 14 is about 6.9 (log Ω) and the surface resistance of the charging roller (B) 13 is about 6 The surface resistance of the charging roller (A) 14 is about 7.4 (logΩ) and the surface resistance of the charging roller (B) 13 is about 5.8 (logΩ). In the double ratio, the surface resistance of the charging roller (A) 14 is about 7.4 (log Ω), and the surface resistance of the charging roller (B) 13 is about 5.4 (log Ω).
すなわち、動摩擦係数が1.2倍、1.6倍では、初期の帯電ローラ(B)13の表面抵抗5(logΩ)が10万枚の印字によって、1.0(logΩ)、0.8(logΩ)だけ上昇しており、そのまま本願の目的とする30万枚の印字を行うと、1.6倍でも帯電ローラ(B)13の表面抵抗が7.4(logΩ)となって7(logΩ)を越えてしまう。従って、帯電ローラ(B)13の表面抵抗5(logΩ)を初期の状態に維持する、または少なくとも7(logΩ)を越えないようにするためには、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の動摩擦係数比率を2倍以上に設定する必要があることが分かる。 That is, when the dynamic friction coefficient is 1.2 times and 1.6 times, the surface resistance 5 (log Ω) of the initial charging roller (B) 13 is 1.0 (log Ω), 0.8 ( If the printing of 300,000 sheets, which is the object of the present invention, is performed as it is, the surface resistance of the charging roller (B) 13 becomes 7.4 (logΩ) even at 1.6 times, and 7 (logΩ). ). Accordingly, in order to maintain the surface resistance 5 (log Ω) of the charging roller (B) 13 in the initial state or not to exceed at least 7 (log Ω), the charging roller (A) 14 and the charging roller (B ) It is understood that the dynamic friction coefficient ratio of 13 needs to be set to 2 times or more.
なお、帯電ローラ(A)14は、動摩擦係数を上げていくことで、前記したトナーやトナーの外添剤であるシリカ、研磨剤である酸化チタンやアルミナ、用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリンなどで汚染されて抵抗値が上がるのに対し、帯電ローラ(B)13の抵抗値はその上昇が低く抑えられているが、これは、感光体ドラム11のクリーニングブレード21、クリーニングローラ25をすり抜けてくる外添剤や用紙の填料を一定とすると、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13で回収される外添剤の総和が一定であるため、帯電ローラ(A)14での回収量が増えるほど、帯電ローラ(B)13での回収量(付着量)が減り、抵抗上昇が抑えられるためである。 In addition, the charging roller (A) 14 increases the dynamic friction coefficient so that the above-described toner or silica as an external additive of the toner, titanium oxide or alumina as an abrasive, calcium carbonate as a paper filler, talc. The resistance value of the charging roller (B) 13 is increased by being contaminated with kaolin and the like, but the increase of the resistance value of the charging roller (B) 13 is suppressed to a low level. Assuming that the external additive and paper filler slipping through the charging roller are constant, the sum of the external additives recovered by the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 is constant, so that the charging roller (A) 14 This is because as the recovery amount increases, the recovery amount (attachment amount) at the charging roller (B) 13 decreases and the resistance rise is suppressed.
また、動摩擦係数を変化させる方法は、前記したようにこの発泡ゴムの発泡状態を変える方法だけでなく、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の材料を変えてもよく、材料を変えることで、前記の実験結果に従い、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の動摩擦係数比率を2倍以上となるようにすればよい。すなわち、帯電ローラは前記したように芯金の周囲に導電材を入れたゴムを巻回してあり、このゴムには、発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)、発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)にゴムチューブを被せたもの、ソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム(EPDM)等を用いることができる。 Further, the method of changing the dynamic friction coefficient is not limited to the method of changing the foaming state of the foamed rubber as described above, but the materials of the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 may be changed. By changing, the dynamic friction coefficient ratio between the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13 may be set to be twice or more according to the experimental result. That is, as described above, the charging roller is formed by winding a rubber containing a conductive material around a cored bar. The rubber includes foamed ethylene-propylene rubber (EPDM), foamed ethylene-propylene rubber (EPDM), and rubber. A tube-covered one, solid type ethylene-propylene rubber (EPDM), or the like can be used.
これらの材料は、発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)が発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)にゴムチューブを被せたものより動摩擦計数が大きく、さらに発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)にゴムチューブを被せたものがソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム(EPDM)より動摩擦計数が大きくなるから、帯電ローラ(A)14に発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)を使用し、帯電ローラ(B)13に発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)にゴムチューブを被せたもの、或いはソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム(EPDM)を用いる。また同様に、帯電ローラ(A)14に発泡エチレン−プロピレンゴム(EPDM)にゴムチューブを被せたものを使用し、帯電ローラ(B)13にソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム(EPDM)を用いてもよい。 In these materials, foamed ethylene-propylene rubber (EPDM) has a larger dynamic friction coefficient than foamed ethylene-propylene rubber (EPDM) covered with a rubber tube, and foamed ethylene-propylene rubber (EPDM) covered with a rubber tube. Since the dynamic friction coefficient is larger than that of solid type ethylene-propylene rubber (EPDM), foamed ethylene-propylene rubber (EPDM) is used for the charging roller (A) 14 and foamed ethylene-propylene is used for the charging roller (B) 13. A rubber (EPDM) covered with a rubber tube or a solid type ethylene-propylene rubber (EPDM) is used. Similarly, a foamed ethylene-propylene rubber (EPDM) covered with a rubber tube is used for the charging roller (A) 14, and a solid type ethylene-propylene rubber (EPDM) is used for the charging roller (B) 13. Also good.
このようにすることにより、前記したように帯電ローラ(B)13の表面が多数枚印字後も汚染されることなく、表面抵抗を必要な値に維持することができるから、高耐久の帯電ローラを有する画像形成装置を提供することができる。 In this way, as described above, the surface resistance of the charging roller (B) 13 can be maintained at a required value without being contaminated even after printing a large number of sheets. Can be provided.
次いで、前記動摩擦係数を変える方法の3番目の、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の表面粗Rzさを変える方法であるが、本発明者らは、まず、帯電ローラにおける表面粗さが感光体ドラム11の帯電性にどのような影響を与えるかを検討した。
Next, the third method of changing the dynamic friction coefficient is a method of changing the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 and the charging roller (B) 13. The influence of the roughness on the charging property of the
帯電ローラの重要な性能として、感光体ドラム11の均一帯電性が上げられるが、この均一帯電性は、現像によるかぶりによって測定して判断することができる。そのため、まず、表面粗さRzが5μm、10μm、15μm、20μmの帯電ローラを用意し、感光体ドラム11の表面電位が200Vから340Vとなるようにこれらの帯電ローラにバイアスを印加して、その時のカブリの状態を調べた。
As an important performance of the charging roller, the uniform charging property of the
その結果を示したのが図4のグラフである。この図4のグラフにおいて、横軸は感光体ドラム11の表面電位(V0)、縦軸はカブリであり、◆は帯電ローラ表面粗さRzが5μm、■は同じく10μm、▲は同じく15μm、●は同じく20μmで、カブリは、画像品質上、0.010以下であることが必要である。
The results are shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis represents the surface potential (V 0 ) of the
この図4のグラフから、帯電ローラの表面粗さRzは、低いものほどカブリのレベルがよくて均一帯電性に優れていることがわかる。また、感光体ドラム11の表面電位を240〜300Vの範囲に設定した場合、許容できる帯電ローラの表面粗さRzは10μm以下となる。
From the graph of FIG. 4, it can be seen that the lower the surface roughness Rz of the charging roller, the better the level of fog and the better the uniform charging property. Further, when the surface potential of the
以上の結果をふまえ、帯電ローラ(A)14、(B)13の表面抵抗を約5(logΩ)に調整し、さらに帯電ローラ(B)13の表面粗さRzを10μmに固定した上で、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを10μm、15μm、20μmと変化させて印字枚数と帯電ローラ(A)14、(B)13の表面抵抗の関係を調べた結果が図5、図6、図7である。 Based on the above results, after adjusting the surface resistance of the charging rollers (A) 14 and (B) 13 to about 5 (log Ω) and further fixing the surface roughness Rz of the charging roller (B) 13 to 10 μm, The results of examining the relationship between the number of printed sheets and the surface resistance of the charging rollers (A) 14 and (B) 13 by changing the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 to 10 μm, 15 μm and 20 μm are shown in FIGS. FIG.
これらのグラフにおいて、横軸は印字枚数(×1000枚)、縦軸は帯電ローラ(A)14、(B)13の表面抵抗(単位:logΩ)で、前記した帯電ローラの表面抵抗の上限である7(logΩ)の位置を太い横線で示してある。また、◆は帯電ローラ(A)14を、●は帯電ローラ(B)13の値を示している。 In these graphs, the horizontal axis is the number of printed sheets (× 1000), and the vertical axis is the surface resistance (unit: logΩ) of the charging rollers (A) 14 and (B) 13, which is the upper limit of the surface resistance of the charging roller. A certain 7 (log Ω) position is indicated by a thick horizontal line. Further, ◆ represents the value of the charging roller (A) 14 and ● represents the value of the charging roller (B) 13.
まず図5のグラフに示したように、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzが10μmの場合、帯電ローラ(A)14は印字枚数20万枚で表面抵抗が前記した上限の7(logΩ)に達し、帯電ローラ(B)13は、約25万枚で同じく表面抵抗が前記した上限の7(logΩ)に達している。 First, as shown in the graph of FIG. 5, when the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 is 10 μm, the charging roller (A) 14 has 200,000 prints and the surface resistance is 7 (logΩ), which is the upper limit described above. ) And the charging roller (B) 13 has approximately 250,000 sheets, and the surface resistance similarly reaches the upper limit of 7 (log Ω).
それに対し、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを15μmと20μmとした図6、図7のグラフでは、帯電ローラ(A)14はそれぞれ印字枚数20万枚で表面抵抗が前記した上限の7(logΩ)に達しているが、帯電ローラ(B)13は、図6の表面粗さRzが15μmでは印字枚数30万枚で7(logΩ)に達し、図7の表面粗さRzが20μmでは、印字枚数30万枚でもその表面抵抗は約6(logΩ)で7(logΩ)に達していない。 On the other hand, in the graphs of FIGS. 6 and 7 in which the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 is 15 μm and 20 μm, the charging roller (A) 14 has 200,000 prints, respectively, and the surface resistance exceeds the upper limit described above. 7 (log Ω), the charging roller (B) 13 reaches 7 (log Ω) for 300,000 printed sheets when the surface roughness Rz in FIG. 6 is 15 μm, and the surface roughness Rz in FIG. 7 is 20 μm. Then, even when the number of printed sheets is 300,000, the surface resistance is about 6 (log Ω) and does not reach 7 (log Ω).
すなわち、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzが帯電ローラ(B)13の表面粗さと同じRz10μmの場合、帯電ローラ(B)13の表面抵抗は印字枚数30万枚以前で上限である7(logΩ)に達し、感光体ドラム11の表面電位を所定の電位に帯電することができなくなるが、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを15μm以上とすることで、印字枚数30万枚でも、感光体ドラム11の表面電位を所定の電位に帯電することが可能なことがわかる。
That is, when the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 is the same as the surface roughness Rz of the charging roller (B) 13, the surface resistance of the charging roller (B) 13 is the upper limit up to 300,000 printed sheets. (Log Ω) and the surface potential of the
これは、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを15μm以上とすることで、前記したように帯電ローラ(A)14により、トナーやトナーの外添剤であるシリカ、研磨剤である酸化チタンやアルミナ、用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリンなどが回収され、帯電ローラ(B)13の帯電性を印字枚数30万枚でも維持できるようにしていることを示している。すなわち、帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを帯電ローラ(B)13より大きくするということは、それだけ帯電ローラ(A)14の動摩擦係数を帯電ローラ(B)13より大きくすることになり、前記したように、帯電ローラ(B)13の表面汚染を防ぐことができるわけである。 This is because when the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 is set to 15 μm or more, as described above, the charging roller (A) 14 causes the toner or the silica as an external additive of the toner and the oxidation as the abrasive. This indicates that titanium, alumina, paper fillers such as calcium carbonate, talc, and kaolin are collected, so that the charging property of the charging roller (B) 13 can be maintained even when the number of printed sheets is 300,000. That is, when the surface roughness Rz of the charging roller (A) 14 is made larger than that of the charging roller (B) 13, the dynamic friction coefficient of the charging roller (A) 14 is made larger than that of the charging roller (B) 13. As described above, surface contamination of the charging roller (B) 13 can be prevented.
なお、表面粗さRzを変える方法であるが、通常帯電ローラは、前記したように芯金の周囲に導電材を入れたゴムを巻回してあるものを使用するのが一般的であり、巻回したゴムは、外径を揃えるために研磨するが、この研磨条件を変化させることで表面粗さRzをコントロールすることが可能である。通常、粗研磨では表面粗さRzが20μm程度であるが、仕上げによって表面粗さRzを5μmくらいにまで高めることができる。そのため、研磨工程における研磨機の送りスピード、砥石の種類によって表面粗さをコントロールし、前記したように表面粗さRzを15μm以上となるようにすればよい。 Although the method of changing the surface roughness Rz is generally used, the charging roller is generally a roller in which a conductive material is wound around a core metal as described above. The rotated rubber is polished to make the outer diameter uniform, and the surface roughness Rz can be controlled by changing the polishing conditions. Usually, in rough polishing, the surface roughness Rz is about 20 μm, but the surface roughness Rz can be increased to about 5 μm by finishing. Therefore, the surface roughness may be controlled to be 15 μm or more as described above by controlling the surface roughness according to the feed speed of the polishing machine and the type of grindstone in the polishing process.
このようにすることにより、帯電ローラ(B)13の表面が多数枚印字後も汚染されることなく、表面抵抗を必要な値に維持することができるから、高耐久の帯電ローラを有する画像形成装置を提供することができる。 By doing so, the surface resistance of the charging roller (B) 13 can be maintained at a required value without being contaminated even after printing a large number of sheets, so that image formation having a highly durable charging roller is possible. An apparatus can be provided.
そして、動摩擦係数を変化させる第4の案である、帯電ローラ(A)14の感光体ドラム11に対する周速比を変える方法であるが、このように周速を高速とすることにより、回転数が増えることで帯電ローラの摺擦力が大きくなり、帯電ローラ(B)13の表面汚染を防ぐことができる。
A fourth method of changing the dynamic friction coefficient is a method of changing the peripheral speed ratio of the charging roller (A) 14 to the
そこで、帯電ローラ(A)14の感光体ドラム11に対する周速比を、従動(等速)、1.5倍、2.0倍に設定し、10万枚印字した後の帯電ローラ(A)14、(B)13の表面抵抗の値(すなわち帯電ローラの表面汚染の状態)を調べた。
Accordingly, the peripheral speed ratio of the charging roller (A) 14 to the
その結果を図8に示す。この図8において、横軸は帯電ローラ(A)14の感光体ドラム11に対する周速比であり、縦軸は帯電ローラ(A)14、(B)13の表面抵抗(logΩ)で、■は帯電ローラ(A)14、●は帯電ローラ(B)13の値である。なお、帯電ローラ(B)13の初期(印字開始前)の表面抵抗は5(logΩ)とし、それぞれの周速比において、10万枚印字した後の表面抵抗がプロットされている。
The result is shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis is the peripheral speed ratio of the charging roller (A) 14 to the
この図8のグラフから明らかなように、帯電ローラ(A)14の感光体ドラム11に対する周速比が従動(等速)の場合、帯電ローラ(A)14の表面抵抗が約6.5(logΩ)、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が約6.3(logΩ)で殆ど変わりが無く、1.5倍では帯電ローラ(A)14の表面抵抗が約7.2(logΩ)と7(logΩ)を越え、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が約5.8(logΩ)となってその差が大きく開いている。また、2.0倍の場合は、帯電ローラ(A)14の表面抵抗が約7.5(logΩ)、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が約5.5(logΩ)と、さらにその差が大きくなっている。
As apparent from the graph of FIG. 8, when the peripheral speed ratio of the charging roller (A) 14 to the
すなわち、周速比が等速、1.5倍では、初期の帯電ローラ(B)13の表面抵抗5(logΩ)が10万枚の印字によって、約6.3(logΩ)と約5.8(logΩ)となり、初期の表面抵抗5(logΩ)に対して約1.3(logΩ)と約0.8(logΩ)上昇している。そのため、そのまま本願の目的とする30万枚の印字を行うと、この値が略3倍になって、周速比が等速では8.9(logΩ)、1.5倍では7.4、(logΩ)と7(logΩ)を越えてしまう。従って、帯電ローラ(B)13の表面抵抗5(logΩ)を初期の状態に維持する、または少なくとも7(logΩ)を越えないようにするためには、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の動摩擦係数比率を2倍以上に設定する必要があることが分かる。 That is, when the peripheral speed ratio is constant and 1.5 times, the surface resistance 5 (log Ω) of the initial charging roller (B) 13 is about 6.3 (log Ω) and about 5.8 by printing 100,000 sheets. (Log Ω), which is about 1.3 (log Ω) and about 0.8 (log Ω) higher than the initial surface resistance of 5 (log Ω). Therefore, when printing 300,000 sheets, which is the object of the present application, is almost tripled, the peripheral speed ratio is 8.9 (log Ω) at a constant speed, 7.4 when the peripheral speed ratio is 1.5 times, (LogΩ) and 7 (logΩ) are exceeded. Accordingly, in order to maintain the surface resistance 5 (log Ω) of the charging roller (B) 13 in the initial state or not to exceed at least 7 (log Ω), the charging roller (A) 14 and the charging roller (B ) It is understood that the dynamic friction coefficient ratio of 13 needs to be set to 2 times or more.
この結果から、帯電ローラ(B)13の初期の抵抗値5(logΩ)を30万枚印字後も維持するためには、図5、図6、図7に示した帯電ローラ(B)13の表面抵抗上昇率を参酌すると、帯電ローラ(A)14の感光体ドラム11に対する周速比を2.0倍以上に設定することが好ましいことがわかる。
From this result, in order to maintain the initial resistance value 5 (log Ω) of the charging roller (B) 13 after printing 300,000 sheets, the charging roller (B) 13 shown in FIGS. Considering the rate of increase in surface resistance, it can be seen that the peripheral speed ratio of the charging roller (A) 14 to the
このようにすることにより、前記したように帯電ローラ(B)13の表面が多数枚印字後も汚染されることなく、表面抵抗を必要な値に維持することができるから、高耐久の帯電ローラを有する画像形成装置を提供することができる。 In this way, as described above, the surface resistance of the charging roller (B) 13 can be maintained at a required value without being contaminated even after printing a large number of sheets. Can be provided.
以上のようにして、種々の方法で帯電ローラ(A)14における動摩擦係数を、帯電ローラ(B)13の動摩擦係数よりも大きくすることで、トナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等を帯電ローラ(A)14でより多く回収でき、帯電ローラ(B)13の汚染を防いで感光体ドラム11の帯電を、長期にわたって安定して行えるようになる。
As described above, the dynamic friction coefficient of the charging roller (A) 14 is made larger than the dynamic friction coefficient of the charging roller (B) 13 by various methods, so that toner, toner external additives, paper fillers, etc. Can be recovered more by the charging roller (A) 14, and the charging roller (B) 13 can be prevented from being contaminated and the
なお、帯電ローラ(B)13の表面汚染を防止する手段としては、第5の実施例として、帯電ローラ(A)14により、クリーニング手段をすり抜けてきたトナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等の殆どを回収できれば帯電ローラ(B)13の表面汚染が防げるから、それぞれの帯電ローラ(B)13、(A)14に印加するバイアスを変化させることも考えられる。 As a means for preventing the surface contamination of the charging roller (B) 13, as in the fifth embodiment, the toner that has passed through the cleaning means by the charging roller (A) 14 and the external additive of the toner, and the paper If most of the filler or the like can be collected, surface contamination of the charging roller (B) 13 can be prevented. Therefore, it is conceivable to change the bias applied to each of the charging rollers (B) 13 and (A) 14.
すなわち、帯電ローラ(B)13に印加する帯電バイアスよりも、帯電ローラ(A)14に印加する帯電バイアスを大きく設定することにより、クリーニングをすり抜けてきたトナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等に対する電気的な回収力をあげることができる。 That is, by setting the charging bias to be applied to the charging roller (A) 14 to be larger than the charging bias to be applied to the charging roller (B) 13, the toner that has passed through the cleaning, the external additive of the toner, and the paper It is possible to increase the electrical recovery power for fillers.
具体的には、例えば、帯電ローラ(A)14に+350VのVdc電圧を、帯電ローラ(B)13に+450VのVdc電圧を印加し、前記と同様1.4KVで周波数1.5kHzの交流(AC)を印加すると、+に帯電したトナー及び外添剤は帯電ローラ(B)14の方が+電圧が大きいため、反発する力が帯電ローラ(A)13よりも大きく、帯電ローラ(A)の方が+に帯電した粒子の回収能力が高くなる。そのため、以上述べてきた方法と組み合わせることにより、さらに帯電ローラ(A)14による汚染物質の回収能力を上げることが可能となる。 Specifically, for example, a Vdc voltage of +350 V is applied to the charging roller (A) 14 and a Vdc voltage of +450 V is applied to the charging roller (B) 13. ), The charging roller (B) 14 has a larger positive voltage than the charging roller (B) 14, and the repulsive force is larger than that of the charging roller (A) 13. However, the ability to collect positively charged particles is higher. Therefore, by combining with the method described above, it is possible to further increase the ability to collect contaminants by the charging roller (A) 14.
なお、以上の説明では、帯電ローラを2つの場合を例に説明してきたが、これは2つだけに限らず、3つ、或いはそれ以上設置するようにしても良いことは自明である。 In the above description, the case where there are two charging rollers has been described as an example. However, this is not limited to two, and it is obvious that three or more charging rollers may be provided.
本発明によれば、長期にわたって安定して感光体ドラム11を均一に帯電でき、しかも、オゾンなどの環境に悪影響を与える物質を発生しない帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide an image forming apparatus including a charging roller that can stably and uniformly charge the
11 感光体ドラム
13、14 帯電ローラ
15 露光器
17 現像器
19 転写ローラ
21 クリーニングブレード
23 イレース手段
25 クリーニングローラ
11 Photosensitive drums 13 and 14
Claims (8)
前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数を、下流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定し、上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集することを特徴とする画像形成装置。 A photosensitive member that forms and carries a toner image by an electrophotographic method, and a plurality of charging rollers that contact the photosensitive member while rotating at a peripheral speed ratio with the photosensitive member to charge the surface of the photosensitive member. In the image forming apparatus,
The dynamic friction coefficient of the charging roller provided on the upstream side in the rotation direction of the photosensitive member is set to be larger than the dynamic friction coefficient of the charging roller provided on the downstream side, and surface contaminants on the charging roller are collected by the upstream charging roller. An image forming apparatus.
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