JP2008134369A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像流れの発生を防ぎつつ、消費電力の低減を図ることができる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】外表面に感光層が形成された円筒基材２−１ａ〜２−１ｄの内部にドラムヒータ２−２ａ〜２−２ｄを配置して成る感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを複数並設し、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に形成された潜像を現像装置によってそれぞれトナー像として顕像化し、各トナー像を記録材上に重畳転写する方式を採用する画像形成装置において、前記感光ドラム２ａ〜２ｄの少なくとも１つ（感光ドラム２ｄ）の円筒基材２−１ｄの厚さｔ１を他の感光ドラム２ａ〜２ｃの円筒基材２−１ａ〜２−１ｃの厚さｔ２よりも薄く設定する（ｔ１＜ｔ２）。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒基材の内部にドラムヒータを配置して成る感光ドラムを複数並設したタンデム型の画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を採用する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、所定のプロセススピードで回転駆動される感光ドラムの表面が帯電装置によって所定の電位に一様に帯電され、この感光ドラムの表面上に露光装置によって画像情報に応じた露光光が照射されることによって静電潜像が形成される。そして、感光ドラム上に形成された静電潜像は、現像装置によって現像されてトナー像として顕像化され、このトナー像は転写装置によって記録材上に転写され、このようにしてトナー像が転写された記録材は、定着装置へと搬送され、該定着装置において加熱及び加圧されてトナー像の定着を受けた後に機外へと排出されて一連の画像形成動作が完了する。

ところで、斯かる画像形成装置に用いられる感光ドラムは、アルミニウム合金等の円筒基材の外表面に厚さ数十μｍの感光層を形成して構成されるが、感光ドラムは、感光層を構成する主材料によって有機感光体、セレン砒素感光体、アモルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」と称する）感光体等に分類される。

上記有機感光体は、比較的安価である反面、磨耗し易く寿命が短いために頻繁に交換する必要がある。又、セレン砒素感光体は、有機感光体に比べて長寿命であるが、毒性を有する物質を使用するために取り扱いが面倒であるという欠点を有している。

他方、ａ−Ｓｉ感光体は、有機感光体に比べて高価であるが、無害な物質を使用するために取り扱いが容易であり、又、長寿命であることから、環境対策やトータルコストの面で有利である等の理由で注目され、近年、需要が増加してきている。

斯かるａ−Ｓｉ感光体を使用する画像形成装置においては、使用環境によって「画像流れ」と称される現象が発生する場合がある。ここで、画像流れとは、画像がかすれたようになったり、或いは画像の周囲が滲んだようになる現象である。

このような画像流れの発生原因としては、空気中の水分が感光ドラムの表面に吸着して感光ドラム表面の電気抵抗が低下し、形成された静電潜像の電荷が感光ドラムの周面方向に流れて静電潜像の境界が不明確になることが考えられる。

又、感光ドラム表面に水分が吸着される要因としては、ａ−Ｓｉ感光体表面の分子構造が水分を吸着し易い構造を有していることが挙げられる。そして、ａ−Ｓｉ感光体表面上にて画像形成プロセスが繰り返されると、帯電装置のコロナ放電によって発生するイオン生成物と水分が反応して硝酸イオンやアンモニウムイオン等の放電生成物が生じ、この放電生成物が感光体表面に付着する。このように表面に放電生成物が付着したａ−Ｓｉ感光体が高湿環境下に置かれると、感光体表面が水分を吸着するために該感光体の表面抵抗が低下し、結果的に画像流れが促進される。

そこで、ａ−Ｓｉ感光体を用いた画像形成装置においては、性能の安定化と画像流れの対策として、感光ドラムの内部にドラムヒータを設けて該感光ドラムを加熱し、その表面を常に一定温度に保持することによって空気中の水分の感光ドラム表面への吸着を防ぎ、これによって画像流れの発生を防ぐことが行われている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−０４８９９９号公報

しかしながら、昨今、環境問題に対応する必要性が高まる中で、画像形成装置の待機時や使用時における消費電力の低減が強く求められる状況になってきている。従って、感光ドラムに設けられたドラムヒータの制御においても、ドラムヒータを常時作動させるのではなく、ドラムヒータを環境条件やａ−Ｓｉ感光体の特性を考慮して効果的に制御して消費電力を低減することが求められる。特に、複数の感光ドラムを並設して成るタンデム型のフルカラー画像形成装置にあっては、その消費電力は非常に大きなものとなり、消費電力低減の必要性は高い。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、画像流れの発生を防ぎつつ、消費電力の低減を図ることができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、外表面に感光層が形成された円筒基材の内部にドラムヒータを配置して成る感光ドラムを複数並設し、各感光ドラム上に形成された潜像を現像装置によってそれぞれトナー像として顕像化し、各トナー像を記録材上に重畳転写する方式を採用する画像形成装置において、前記感光ドラムの少なくとも１つの円筒基材の厚さを他の感光ドラムの円筒基材の厚さよりも薄くしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、円筒基材の厚さを薄くした前記感光ドラムは、ブラック専用の感光ドラムであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、円筒基材の厚さを薄くした前記感光ドラムのドラムヒータの出力を他の感光ドラムのドラムヒータの出力よりも低くしたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記感光ドラムは、円筒基材の表面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の感光層を形成して成るａ−Ｓｉ感光体であることを特徴とする。

請求項１及び３記載の発明によれば、複数の感光ドラムのうちの少なくとも１つの円筒基材の厚さを他の感光ドラムの円筒基材の厚さよりも薄くしたため、その感光ドラムに設けられたドラムヒータの出力を他の感光ドラムに設けられたドラムヒータの出力よりも低くすることができ、該ドラムヒータの消費電力の低減、延ては画像形成装置全体の消費電力の低減を図ることができる。又、各感光ドラムの表面はドラムヒータによって加熱されて常に一定温度に保持されるため、空気中の水分の感光ドラム表面への吸着が防がれ、画像流れの発生が防がれて高質画像が安定的に得られる。

請求項２記載の発明によれば、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラックトナーを用いてフルカラー画像を形成する画像形成装置において回転に伴う振れに対するマージンが他の感光ドラムよりも大きいブラック専用の感光ドラムの円筒基材の厚さを薄くしたため、消費電力の低減を図りつつ、画質の低下を防ぐことができる。

請求項４記載の発明によれば、空気中の水分を吸着して画像流れを発生し易いａ−Ｓｉ感光体がドラムヒータによって加熱されて常に一定温度に保持されるため、画像流れの発生が防がれて高質画像が安定的に得られる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る画像形成装置の一形態としてのタンデム型のフルカラー複写機の正断面図であり、図示のフルカラー複写機は、本体１００の上部に画像読取装置２０を備え、本体１００の内部中央部には、マゼンタ画像形成ユニット１Ｍ、シアン画像形成ユニット１Ｃ、イエロー画像形成ユニット１Ｙ及びブラック画像形成ユニット１ＢＫが一定の間隔で一列に並設されている。

上記各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫには、第１の像担持体を構成する感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄがそれぞれ備えられており、各感光ドラム２ａ〜２ｄの周囲には、帯電装置３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ、現像装置４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、転写装置としての転写ローラ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ、ドラムクリーニング装置６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄがそれぞれ配置されている。

前記感光ドラム２ａ〜２ｄは、ドラム状のａ−Ｓｉ感光体であって、不図示の駆動装置によって図示矢印方向（図１において反時計方向）に所定のプロセススピードで回転駆動される。

又、前記帯電装置３ａ〜３ｄは、コロナ放電によって各感光ドラム２ａ〜２ｄの表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。

更に、前記現像装置４ａ〜４ｄは、マゼンタ（Ｍ）トナー、シアン（Ｃ）トナー、イエロー（Ｙ）トナー、ブラック（ＢＫ）トナーをそれぞれ内蔵しており、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に形成される各静電潜像に各色のトナーを付着させて各静電潜像を各色のトナー像として現像（可視像化）するものであって、トナーが消費されて各現像装置４ａ〜４ｄでのトナー残量が一定値未満になったためにトナー補給信号が発せられると、トナー補給装置７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄから各現像装置４ａ〜４ｄに各色のトナーが補給される。尚、各トナー補給装置７ａ〜７ｄは、複写機本体１００に対して着脱可能なカートリッジとして構成されている。

又、前記転写ローラ５ａ〜５ｄは、各一次転写部（一次転写ニップ部）にて無端状の中間転写ベルト８を介して各感光ドラム２ａ〜２ｄに当接可能に配置されている。ここで、中間転写ベルト８は、第２の像担持体を構成しており、二次転写対向ローラ９とテンションローラ１０との間に張架されて各感光ドラム２ａ〜２ｄの上面側に走行可能に配置されている。前記二次転写対向ローラ９は、二次転写部（二次転写ニップ部）において中間転写ベルト８を介して二次転写ローラ１１に当接可能に配置されている。

尚、中間転写ベルト８の材質としては、例えばポリカーボネイト、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）等の誘電体樹脂が選定される。又、図示しないが、中間転写ベルト８の外側であって、且つ、テンションローラ１０の近傍には、中間転写ベルト８の表面に残留する転写残トナーを除去するためのベルトクリーニング装置が設置されている。

他方、複写機本体１００の内部の各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫの下方にはレーザースキャナユニット（ＬＳＵ）４０が配置され、その下方の複写機本体１００の底部には給紙カセット５０が着脱可能に設置されており、この給紙カセット５０には複数枚の記録材Ｐが積層収納されている。そして、給紙カセット５０の近傍には、給紙カセット５０から記録材Ｐを１枚ずつ搬送パス１２へと送り出すためのピックアップローラ１３が設けられている。

又、複写機本体１００内の一側部に縦方向に配置された前記搬送パス１２は、複写機本体１００の上面に設けられた排紙トレイ１４まで延びており、その途中には給紙ローラ対１５、レジストローラ対１６、定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂを有する定着装置１７及び排紙ローラ対１８が設けられている。

次に、以上の構成を有するフルカラー複写機による画像形成動作について説明する。

画像形成開始信号が発せられると、各画像形成ユニット１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫにおいて各感光ドラム２ａ〜２ｄが所定のプロセススピードで図１の矢印方向に回転駆動され、これらの感光ドラム２ａ〜２ｄは、帯電装置３ａ〜３ｄによって正極性に一様に帯電される。又、レーザースキャナユニット４０は、画像読取装置２０によって読み取られた原稿画像の各色毎のカラー画像信号によって変調されたレーザー光をレーザー出力部４１から出射し、そのレーザー光をレンズ４２、複数のミラー４３及びレンズ４４を経て各感光ドラム２ａ〜２ｄの表面に投影し、各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に各色のカラー画像信号に対応した静電潜像をそれぞれ形成する。

そして、先ずマゼンタ画像形成ユニット１Ｍの感光ドラム２ａ上に形成された静電潜像に、該感光ドラム２ａの帯電極性と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４ａにより、マゼンタトナーを付着させて該静電潜像をマゼンタトナー像として可視像化する。このマゼンタトナー像は、感光ドラム２ａと転写ローラ５ａとの間の一次転写部において、トナーと逆極性の一次転写バイアスが印加された転写ローラ５ａの作用によって、図示矢印方向に回転駆動されている中間転写ベルト８上に一次転写される。

上述のようにしてマゼンタトナー像が一次転写された中間転写ベルト８は、次のシアン画像形成ユニット１Ｃヘと移動する。そして、シアン画像形成ユニット１Ｃにおいても、前記と同様にして、感光ドラム２ｂ上に形成されたシアントナー像が一次転写部において中間転写ベルト８上のマゼンタトナー像上に重ね合わせて転写される。

以下同様にして、中間転写ベルト８上に重畳転写されたマゼンタ及びシアントナー像上に、イエロー及びブラック画像形成ユニット１Ｙ，１ＢＫの感光ドラム２ｃ，２ｄ上にそれぞれ形成されたイエロー及びブラックトナー像が各一次転写部において順次重ね合わせられ、中間転写ベルト８上にはフルカラーのトナー像が形成される。尚、中間転写ベルト８上に転写されないで各感光ドラム２ａ〜２ｄ上に残留する転写残トナーは、各ドラムクリーニング装置６ａ〜６ｄによって除去され、不図示の廃トナー搬送手段によって搬送されて各トナー供給装置７ａ〜７ｄに一体に形成されたトナー回収容器に廃トナーとして回収される。

他方、給紙カセット５０からは１枚の記録材Ｐがピックアップローラ１３及び給紙ローラ対１５によって搬送パス１２へと送り出され、この記録材Ｐは、中間転写ベルト８上のフルカラートナー像の先端が二次転写対向ローラ９と二次転写ローラ１１間の二次転写部に達するタイミングに合わせて、レジストローラ対１６によって二次転写部へと搬送される。

そして、二次転写部に搬送された記録材Ｐに、トナーと逆極性の二次転写バイアスが印加された二次転写ローラ１１によって形成される転写電界の作用によってフルカラーのトナー像が中間転写ベルト８から記録材Ｐ上に一括して二次転写される。

而して、フルカラーのトナー像が転写された記録材Ｐは、除電処理されて中間転写ベルト８から静電分離された後、定着装置１７へと搬送される。定着装置１７においては、定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂとの間の定着ニップ部でフルカラーのトナー像が加熱及び加圧されて記録材Ｐの表面に熱定着され、トナー像の定着を受けた記録材Ｐが排紙ローラ対１８によって排紙トレイ１４上に排出されることによって一連の画像形成動作が完了する。尚、記録材Ｐ上に転写されないで中間転写ベルト８上に残留する二次転写残トナーは、不図示のベルトクリーニング装置によって除去され、不図示の廃トナー搬送手段によって搬送されて不図示のトナー回収容器に廃トナーとして回収される。

ここで、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラック専用の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの横断面を図２（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示すが、各感光ドラム２ａ〜２ｄは、アルミニウム合金製の円筒基材２−１ａ，２−１ｂ，２−１ｃ，２−１ｄの外表面に厚さ約２２μｍのａ−Ｓｉ感光層を形成するとともに、内部に円筒状のドラムヒータ２−２ａ，２−２ｂ，２−２ｃ，２−２ｄをそれぞれ配置して構成されている。ここで、各ドラムヒータ２−２ａ〜２−２ｄは、弾性を有する高耐熱性の絶縁シート上に発熱コイルを適当な間隔で配置して構成され、円筒状に丸められて各感光ドラム２ａ〜２ｄの円筒基材２−１ａ〜２−１ｄの内部に挿入されることによって、絶縁シートの弾性によって広がって各円筒基材２−１ａ〜２−１ｄの内面に密着して摩擦力によって固定されている。

而して、本実施の形態は、ブラック専用の感光ドラム２ｄの円筒基材２−１ｄの厚さｔ１を他の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃの円筒基材２−１ａ，２−１ｂ，２−１ｃの厚さｔ２よりも薄く設定するとともに（ｔ１＜ｔ２）、ブラック専用の感光ドラム２ｄのドラムヒータ２−２ｄの出力を他の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃのドラムヒータ２−２ａ，２−２ｂ，２−２ｃの出力よりも低く設定したことを特徴としている。具体的には、ブラック専用の感光ドラム２ｄの円筒基材２−１ｄの厚さｔ１を１．６ｍｍ、他の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃの円筒基材２−１ａ，２−１ｂ，２−１ｃの厚さｔ２を２．５ｍｍに設定するとともに、ブラック専用の感光ドラム２ｄに設けられたドラムヒータ２−２ｄの出力を２０Ｗ、他の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃに設けられたドラムヒータ２−２ａ，２−２ｂ，２−２ｃの出力を３０Ｗに設定している。

ところで、画像流れの発生が想定される絶対湿度は、感光ドラム２ａ〜２ｄのサイズや環境温度の影響を受けるが、過去の経験的な知識からマージンを含めて１０ｇ／ｍ３と予測した。そして、この湿度環境下で画像流れを発生させない感光ドラム２ａ〜２ｄの表面温度は過去の経験的な知識から約４０℃（常温１５℃＋２５℃）とした。

図３に本実施の形態における感光ドラム２ａ〜２ｄの表面温度の経時的な変化を示す。尚、図中、Ｍ，Ｃ，Ｙ，ＢＫはそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラック専用の感光ドラム２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面温度変化を示すカーブである。

図３から明らかなように、全ての感光ドラム２ａ〜２ｄの表面温度が昇温時間１８０ｓｅｃで目標温度の４０℃に達し、画像流れの発生が防がれて高質画像を安定的に得ることができた。本実施の形態のように、感光ドラム２ａ〜２ｄとして空気中の水分を吸着して画像流れを発生し易いａ−Ｓｉ感光体を採用しても、これらの表面温度がドラムヒータ２−２ａ〜２−２ｄによって加熱されて常に一定温度に保持されるため、画像流れの発生が防がれて高質画像が安定的に得られる。

而して、本実施の形態では、ブラック専用の感光ドラム２ｄの円筒基材２−１ｄの厚さｔ１を１．６ｍｍと他の感光ドラム２ａ〜２ｃの円筒基材２−１ａ〜２−１ｄの厚さｔ２の２．５ｍｍよりも薄くし、該ブラック専用の感光ドラム２ｄに設けられたドラムヒータ２−２ｄの出力を２０Ｗと他の感光ドラム２ａ〜２ｃに設けられたドラムヒータ２−２ａ〜２−２ｃの出力３０Ｗよりも低く設定しても、前述のように全ての感光ドラム２ａ〜２ｄの表面温度が昇温時間１８０ｓｅｃで目標温度の４０℃に達して画像流れの発生が防がれる。このため、ブラック専用の感光ドラム２ｄのドラムヒータ２−２ｄの消費電力の低減、延てはフルカラー複写機全体の消費電力の低減を図ることができる。

ところで、一般に感光ドラムの円筒基材の厚さを薄くすると、その感光ドラムの回転に対する振れ精度が悪化する。特に、高画質を目指すフルカラー画像形成装置においては、感光ドラムの振れは画像ムラを発生させる要因となる。

然るに、一般的にブラック専用の感光ドラムについては振れに対するマージンは他の感光ドラムのそれよりも大きいことが知られている。このため、本実施の形態では、ブラック専用の感光ドラム２ｄの円筒基材２−１ｄの厚さｔ１を他の感光ドラム２ａ〜２ｃの円筒基材２−１ａ〜２−１ｃの厚さｔ２よりも薄くしており（ｔ１＜ｔ２）、ブラック専用の感光ドラム２ｄの振れが画質に影響を及ぼすことは殆どない。

ここで、ブラックは使用頻度の高い色であり、画像形成速度（プリントスピード）を多少でも速くするには、感光ドラムの昇温時間の短縮を図る必要がある。このため、本実施の形態において、ブラック専用の感光ドラム２ｄのドラムヒータ２−２ｄの出力も他の感光ドラム２ａ〜２ｃのドラムヒータ２−２ａ〜２−２ｄの出力と同様に３０Ｗに設定すれば、マゼンタ、シアン及びイエローの感光ドラム２ａ〜２ｃの表面温度が目標の４０℃に達するのに１８０ｓｅｃの昇温時間が必要であるのに対して、ブラック専用の感光ドラム２ｄの表面温度は１３０ｓｅｃで目標温度の４０℃に達するため、それだけモノクロの画像形成速度（プリントスピード）を高めることができる。

尚、以上は本発明を特にフルカラー複写機に適用した形態について説明したが、本発明は、他の任意のフルカラー画像形成装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

本発明に係る画像形成装置（フルカラー複写機）の正断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明に係る画像形成装置（フルカラー複写機）の感光ドラムの横断面図である。 本発明に係る画像形成装置（フルカラー複写機）の感光ドラムの表面温度の経時的変化を示す図である。

符号の説明

１Ｍ，１Ｃ，１Ｙ，１ＢＫ 画像形成ユニット（画像形成手段）
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 感光ドラム
２−１ａ〜２−１ｄ 感光ドラムの円筒基材
２−２ａ〜２−２ｄ ドラムヒータ
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 帯電装置
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 現像装置
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 転写ローラ（転写装置）
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ ドラムクリーニング装置
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ トナー補給装置
８ 中間転写ベルト
９ 二次転写対向ローラ
１０ テンションローラ
１１ 二次転写ローラ
１２ 搬送パス
１３ ピックアップローラ
１４ 排紙トレイ
１５ 給紙ローラ対
１６ レジストローラ対
１７ 定着装置
１７ａ 定着ローラ
１７ｂ 加圧ローラ
１８ 排紙ローラ対
２０ 画像読取装置
４０ レーザースキャナユニット（ＬＳＵ）
４１ レーザー出力部
４２ レンズ
４３ ミラー
４４ レンズ
５０ 給紙カセット
１００ 複写機本体
Ｐ 記録材

Claims (4)

1. 外表面に感光層が形成された円筒基材の内部にドラムヒータを配置して成る感光ドラムを複数並設し、各感光ドラム上に形成された潜像を現像装置によってそれぞれトナー像として顕像化し、各トナー像を記録材上に重畳転写する方式を採用する画像形成装置において、
   前記感光ドラムの少なくとも１つの円筒基材の厚さを他の感光ドラムの円筒基材の厚さよりも薄くしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 円筒基材の厚さを薄くした前記感光ドラムは、ブラック専用の感光ドラムであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 円筒基材の厚さを薄くした前記感光ドラムのドラムヒータの出力を他の感光ドラムのドラムヒータの出力よりも低くしたことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
4. 前記感光ドラムは、円筒基材の表面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系材料の感光層を形成して成るａ−Ｓｉ感光体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。

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