JP2007114419A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】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。
【解決手段】感光体と周速比を持たせて回転しながら感光体に接触して感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラを備えた画像形成装置において、前記複数の帯電ローラを互いに接触させ、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの周速を下流側に設けた帯電ローラの周速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ようにした。
【選択図】図3

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。
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。
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。
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。
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。
特開平5−232843号公報 特開平9−281773号公報 特開2004−325679号公報
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。
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。
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。
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、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、
前記複数の帯電ローラを互いに接触させ、前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの周速を下流側に設けた帯電ローラの周速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。
このようにすることにより、上流側帯電ローラが、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すると共に、下流側帯電ローラに付着したこれらの汚染物質を上流側帯電ローラが削り取り、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。
そして、前記上流側帯電ローラの動摩擦係数を、下流側帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定することにより、帯電ローラの表面汚染物質はより上流側帯電ローラで捕集され、さらに下流側帯電ローラの表面を長期にわたって清浄に保つことができる。
である。
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することであり、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。
さらに、前記上流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を前記トナーとは逆極性の材料で構成し、また、前記下流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性、若しくは前記上流側帯電ローラにおける帯電極性とトナーの帯電極性の間に設定することで、帯電ローラ表面の汚染物質は上流側帯電ローラで捕集され、例え上流側帯電ローラをすり抜けた帯電ローラ表面の汚染物質が有ってもそれらの汚染物質は下流側帯電ローラに捕集されることが少なく、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極性を維持でき、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。
そして、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、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくすることができ、上記した種々の効果を得ることができる。
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い。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。
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。
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つの互いに接触したローラ(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などのクリーニング手段、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。
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147mm/secに設定してある。帯電ローラ(B)13、(A)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。
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(A)14、(B)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。
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。
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。
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、図1に示したように帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13とを接触させ、さらに、帯電ローラ(A)14の周速を帯電ローラ(B)13の周速より大きくして、まず、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、カオリン等を帯電ローラ(A)14で捕集すると共に、帯電ローラ(B)13に付着したこれらの汚染物質を帯電ローラ(A)14で削り取ることができるようにし、帯電ローラ(B)13の表面汚染を防止すると共に軽減できるようにしたものである。
すなわち、帯電ローラ(A)14の周速を帯電ローラ(B)13の周速より大きくすることで、帯電ローラ(A)14がより多く感光体ドラム11を摺擦して捕集することになり、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。さらに帯電ローラ(B)13に接触した帯電ローラ(A)14の周速が帯電ローラ(B)13の周速より大きいから、帯電ローラ(B)13に付着した汚染物質を帯電ローラ(A)14が削り取り、より、帯電ローラ(B)13の表面を清浄に保つ働きをするわけである。
そのため、帯電ローラ(A)14の周速が帯電ローラ(B)13の周速よりどの程度大きくするのが効果的であるか調べたわけであるが、それに先立ち本発明者らは、まず、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。
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V(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V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。
その結果、帯電ローラ表面の抵抗値が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の周速を変化させ、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。
図3はこのような考え方に従い、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13とを、エピクロルヒドリンゴムの表面にフッ素コーティングして構成し、外径を12mmとして、帯電ローラ(B)13はその周速を感光体ドラム11と同じとすると共に、帯電ローラ(A)14の周速を、帯電ローラ(B)13の周速に対して1.0倍(等速)、1.2倍、1.5倍、2.0倍とし、それぞれにおいて10万枚のプリントを実施した後の帯電ローラ(A)14、(B)13のローラの抵抗値を示したグラフである。
この図3のグラフにおいて、横軸は帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の周速の比、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、周速は感光体ドラム11と同じとした。
この図3のグラフから明らかなように、周速比が1.0倍(等速)の場合は帯電ローラ(A)14の表面抵抗は約6.5(logΩ)で帯電ローラ(B)13の表面抵抗は約6.2(logΩ)と非常に近い値であるが、周速比が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、1.5倍では帯電ローラ(A)14の表面抵抗が約7.3(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8.2(logΩ)で帯電ローラ(B)13の表面抵抗が約5.2(logΩ)と、周速比が大きくなるに従って帯電ローラ(B)13の表面抵抗の上昇が低く抑えられている。
すなわち、周速比が1.0倍、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1.2(logΩ)、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の周速比を2倍以上に設定すればよいことが分かる。
なお、帯電ローラ(A)14は、帯電ローラ(B)13に対する周速比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。
なお、本発明においては、単に周速比を変えるだけでなく、さらに種々の方法を併用して帯電ローラ(B)13の汚染を防止することができる。例えば、(1).帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の材料を変えて動摩擦係数を変化させる、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て動摩擦係数を変化させる、または、(3).帯電ローラ(A)14における少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーとは逆極性の材料で構成する、(4).帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の表面粗さRzを変えて動摩擦係数を変化させるなどがあり、また、図3に示した例では、帯電ローラ(B)13は感光体ドラム11と等速としたが、帯電ローラ(B)13の感光体ドラム11に対する周速を変化(例えば大きくする)させ、(5).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。
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。
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、その値が必要な値となるようそれぞれの帯電ローラの材料、発泡状態、表面粗さ、周速、感光体ドラム11に対する周速比などを調整することとしている。
まず、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の材料を変える方法であるが、前記したように帯電ローラは、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。
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。
このようにすることにより、帯電ローラ(A)14の動摩擦係数が大きくなるから汚染物質がよりこの帯電ローラ(A)14で捕集され、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が少なく、表面抵抗を必要な値に維持することができるから、前記した帯電ローラ(A)14の帯電ローラ(B)13に対する周速比を上げることと組み合わせることにより、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。
次に、2番目に記した発泡ゴムの発泡状態を変えて動摩擦係数を変化させる方法であるが、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。そのため、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することで、動摩擦係数を変化させることができる。
そのため、前記したモータの電流値の測定による方法を用い、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/cm、220個/cm、327/cm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。
その結果を示したのが図4のグラフである。この図4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。
この図4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5.2(logΩ)となっている。
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。なお、前記したように、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の周速比を2倍以上に設定した場合に併用する場合は、もっと小さい値でも良いことは勿論である。
次いで、3番目に記した帯電ローラ(A)14における少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーとは逆極性の材料で構成する、であるが、これは、例えばトナーが+帯電トナーである場合、帯電ローラ(A)14の少なくとも表面層構成材料の帯電極性を−の材料で構成し、併せて、帯電ローラ(A)14、(B)13への帯電用電圧非印加時、感光体ドラム11と帯電ローラ(A)14、(B)13を動かすことによって、帯電ローラ(A)14がより多く帯電ローラ表面汚染物質を捕集するようにして、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するものである。
また、帯電ローラ(A)14における構成材料の帯電極性だけをトナーと逆極性(すなわちトナーの帯電極性が+の場合、帯電ローラの帯電極性を−にする)にするのではなく、帯電ローラ(B)13における少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性(すなわちトナーの帯電極性が+の場合、帯電ローラの帯電極性も+にする)、若しくは帯電ローラ(A)14の帯電極性とトナーの帯電極性の中間(すなわちトナーの帯電極性が+、帯電ローラ(A)14の帯電極性を−とした場合、帯電ローラ(A)14の帯電極性よりも+側にする)に設定することが好ましい。
このようにすると、例え帯電ローラ(A)14をすり抜けた汚染物質が有っても、それらの汚染物質は帯電ローラ(B)13で捕集されることが少なくなり、帯電ローラ(B)13の表面は、より長期にわたって清浄に保たれて所定の帯電極性を維持でき、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。
今、トナーの帯電極性が+であり、前記した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、酸化チタンなども帯電極性が+であるとした場合、帯電ローラ(A)14における、少なくとも表面層構成材料の帯電極性をトナーとは逆極性の−とする材料としては、帯電ローラ(A)14の表面に導電性テフロン(登録商標)チューブをかぶせたものとしたり、あるいはフッ素樹脂(PTEE)の吹き付けコーティング等により作製が可能である。また、トナーの帯電極性が−の場合、ナイロンチューブやナイロンコーティングに代表される、+に帯電するものが使用できる。
図5は、正(+)の帯電極性を有するトナーを使用し、前記したように感光体ドラム11の周速を150mm/secとすると共に、帯電ローラ(A)14の帯電量を、帯電ローラ(B)13の帯電量に対して1倍、1.2倍、1.5倍、2倍にし、さらに、帯電ローラの表面汚染物質を捕集するときは、帯電ローラ(A)14、(B)13への帯電用電圧を非印加として動かし、10万枚プリントした後のそれぞれの帯電ローラ表面の抵抗値を示したグラフである。それぞれの帯電ローラ(A)14と(B)13とは、表面にテフロン(登録商標)系の負極性を有したコーティングを施したものを使用して、内添材料の配合比を変化させることで、トナーの帯電極性と同極性としながら帯電ローラ(A)14と(B)13の表面の帯電量を変化させた。
この図5のグラフにおいて、横軸は帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の帯電量比率、縦軸はそれぞれの帯電ローラ(A)14、(B)13の抵抗値(単位:logΩ)を示し、■は帯電ローラ(A)14の表面抵抗、●は帯電ローラ(B)13の表面抵抗である。なお、両ローラの初期の表面抵抗は5(logΩ)に調整した。
この図5のグラフから明らかなように、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の帯電量比率が1.0倍のときは、帯電ローラ(A)14の表面抵抗が6.3(logΩ)、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が6.6(logΩ)であまり変わりなく、1.2倍では同じく帯電ローラ(A)14の表面抵抗が6.9(logΩ)、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が6.0(logΩ)で少し差が開き、以下、1.5倍では帯電ローラ(A)14の表面抵抗が7.4(logΩ)、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が5.8(logΩ)、2倍では帯電ローラ(A)14の表面抵抗が8.2(logΩ)、帯電ローラ(B)13の表面抵抗が5.2(logΩ)となって、帯電量比率が大きくなるほど帯電ローラ(B)13の表面抵抗の上昇率が低くなることがわかる。
すなわち、帯電量比率が1.0倍、1.2倍、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、1.6(logΩ)、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、1.5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、帯電極性のみで帯電ローラ(B)13の初期の表面抵抗(5(logΩ))を30万枚印字後も維持する、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の帯電量比率を2倍以上に設定する必要があるが、前記したように、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の周速比を2倍以上に設定した場合に併用する場合は、もっと小さい値でも良いことは勿論である。
次に、4番目の帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の表面粗さRzを変えて動摩擦係数を変化させる方法であるが、これについては、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調べる必要がある。
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。
その結果を示したのが図6のグラフである。この図6のグラフにおいて、横軸は感光体ドラム11の表面電位(V)、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。
この図6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の範囲と設定した場合、許容できる帯電ローラの表面粗さRzは10μm以下となる。
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7、図8、図9である。
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。
まず図7のグラフから分かるように、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。
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8、図9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8の表面粗さRzが15μmでは印字枚数30万枚で7(logΩ)に達し、図9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。
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。
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。
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。
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、また、前記した帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の周速比を2倍以上に設定した場合に併用する場合は、表面粗さをもっと小さくしても良いことは勿論である。
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。
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。
その結果を図10に示す。この図10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。
この図10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。
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、1.3(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、1.5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。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、または少なくとも7(logΩ)を越えないようにするためには、図7、図8、図9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倍以上に設定する必要があることが分かる。
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。なお、前記したように、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の周速比を2倍以上に設定した場合に併用する場合は、もっと小さい値でも良いことは勿論である。
以上、種々述べてきたように、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の周速比を2倍以上に設定することにより、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、さらに、帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13の材料を変える、発泡ゴムで構成した場合は発泡状態を変える、表面装構成材料の帯電極性をトナーとは逆の帯電極性にする、表面粗さを変える、感光体ドラム11に対する周速比を代えるなど、種々の方法を併用することで、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。
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7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。
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。
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。
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。
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。
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。 帯電ローラが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の帯電極性にどのような影響を与えるかを調べたグラフである。 帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13における周速比率を変化させたときのそれぞれの帯電ローラの抵抗値を調べたグラフである。 帯電ローラ(A)14と帯電ローラ(B)13を構成する発泡ゴムの発泡状態を変えて動摩擦係数を変化させ、それぞれの帯電ローラの抵抗値を調べたグラフである。 帯電ローラ(A)14と(B)13とをトナーと逆極性となる帯電性の材料で構成し、かつ、帯電ローラ(A)14の帯電性を、帯電ローラ(B)13の帯電性に対して1倍、1.2倍、1.5倍、2倍にし、10万枚プリント後のそれぞれの帯電ローラ表面の抵抗値を示したグラフである。 帯電ローラの表面粗さが感光体ドラムの表面電位に与える影響を、現像後のカブリの状態で調査した結果を示したグラフである。 帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを10μmとし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を示すグラフである。 帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを15μmとし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を示すグラフである。 帯電ローラ(A)14の表面粗さRzを20μmとし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を示すグラフである。 帯電ローラ(A)14の感光体ドラム11に対する周速比を変化させ、10万枚印字した後の帯電ローラ(A)14、(B)13の表面抵抗の値を示したグラフである。
符号の説明
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

Claims (9)

  1. 電子写真方式でトナー画像を形成、担持する感光体と、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、
    前記複数の帯電ローラを互いに接触させ、前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの周速を下流側に設けた帯電ローラの周速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。
  2. 前記上流側帯電ローラの動摩擦係数を、下流側帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定した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たことを特徴とする請求項2に記載した画像形成装置。
  4. 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たことを特徴とする請求項2に記載した画像形成装置。
  5. 前記上流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を前記トナーとは逆極性の材料で構成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載した画像形成装置。
  6. 前記下流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料の帯電極性を、トナーの帯電極性と同極性、若しくは前記上流側帯電ローラにおける帯電極性とトナーの帯電極性の間に設定することを特徴とする請求項5に記載した画像形成装置。
  7. 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したことを特徴とする請求項1または2若しくは5に記載した画像形成装置。
  8. 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したことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載した画像形成装置。
  9. 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たことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載した画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012037648A (ja) * 2010-08-05 2012-02-23 Canon Inc 画像形成装置

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