JP2008139514A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】直流接触帯電方式の画像形成装置において、端部領域での帯電電位の上昇に起因して生じる放電を効果的に抑制する。
【解決手段】帯電ローラ２３が感光体２２を帯電させる帯電位置ＣＰよりも下流側で、現像ローラ４４と感光体２２とが対向する現像位置ＤＰよりも上流側の位置で、直流電圧２３２２を印加された除電用電極２３２１を感光体２２端部近傍の表面に当接させる。感光体２２表面で帯電ローラ２３と当接する帯電領域Ｒｃのうち、端部領域Ｒｅにおける帯電電荷の一部が除電用電極２３２１を通じて消失し、端部領域Ｒｅでの電位上昇は解消されて現像位置ＤＰにおける放電が防止される。
【選択図】 図５

Description

この発明は、直流電圧を印加した帯電部材を感光体に当接させることにより感光体を帯電させて静電潜像を形成するとともに、該静電潜像をトナーにより顕像化して画像を形成する画像形成装置に関するものである。

所定の表面電位に帯電させた感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナー現像することで画像を形成する画像形成装置としては、感光体を帯電させるために、直流電圧を印加した帯電部材を感光体に当接させるように構成されたものがある。以下では、このような帯電方式を「直流接触帯電方式」と称する。例えば、特許文献１に記載の画像形成装置では、ステンレス製の芯金の表面に導電性ポリウレタンゴム層を設けた帯電ローラを感光体ドラム表面に当接させ、該帯電ローラに直流帯電バイアスを印加することにより感光体表面を帯電させるようにしている。

特開平７−３２５５２７号公報（例えば図１、段落００２７）

本願発明者の知見によれば、直流接触帯電方式の画像形成装置においては、感光体の表面領域のうち帯電部材により帯電される帯電領域の端部付近の端部領域で、他の表面領域よりも帯電電位が高くなる傾向がある。これに起因して、静電潜像をトナー現像するために現像バイアスを印加したトナー担持体を感光体に近接させたとき、感光体とトナー担持体との間の電位差が大きくなって放電が生じることがある。上記従来技術の装置ではこの点が考慮されていないため、感光体とトナー担持体との間の放電により、画像が乱されたり装置の損傷を招くおそれがあるという問題があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、直流接触帯電方式の画像形成装置において、端部領域での帯電電位の上昇に起因して生じる放電を効果的に抑制することを目的とする。

この発明にかかる画像形成装置の第１の態様は、上記目的を達成するため、所定の移動方向に周回移動する無端状の感光体と、所定の帯電位置で前記感光体表面に当接するように、前記移動方向に直交する幅方向に延設された帯電部材、および、該帯電部材に帯電バイアスとしての直流電圧を供給するバイアス供給部を有する帯電手段と、前記移動方向において前記帯電位置よりも下流側の露光位置で前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記移動方向において前記露光位置よりも下流側の現像位置で前記感光体表面に対向配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体とを備え、帯電領域のうち前記幅方向における端部領域であって、その表面電位の絶対値が現像領域のうち前記露光手段により露光されていない非露光領域の表面電位の絶対値よりも大きい端部高電位領域が、前記現像領域よりも外側に位置することを特徴としている。

なお、本明細書において、帯電領域とは、前記感光体表面のうち前記帯電手段により帯電される表面領域を指す。また、現像領域とは、前記感光体表面のうち前記現像位置において前記トナー担持体の表面と対向する領域を指す。

このように構成された発明では、端部高電位領域は現像領域の外側にある。すなわち、帯電領域のうち表面電位の高い端部領域は、現像位置においてトナー担持体と対向することがない。このため、端部領域で表面電位が上昇したとしても、感光体とトナー担持体との間での放電は未然に防止される。すなわち、この発明では、帯電領域の端部を現像領域よりも外側に位置させ、電位の上昇した表面領域をトナー担持体と対向させないことによって、感光体とトナー担持体との間の放電を防止する。

また、この発明にかかる画像形成装置の第２の態様は、上記目的を達成するため、所定の移動方向に周回移動する無端状の感光体と、所定の帯電位置で前記感光体表面に当接するように、前記移動方向に直交する幅方向に延設された帯電部材、および、該帯電部材に帯電バイアスとしての直流電圧を供給するバイアス供給部を有する帯電手段と、前記移動方向において前記帯電位置よりも下流側の露光位置で前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記移動方向において前記露光位置よりも下流側の現像位置で前記感光体表面に対向配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体とを備え、前記移動方向において前記帯電位置と前記現像位置との間に配設されて、前記帯電領域のうち前記幅方向における端部領域である帯電端部領域の表面電位を低下させる電位調整手段をさらに備えることを特徴としている。

このように構成された発明では、帯電位置で帯電部材の端部との当接によって高電位となった帯電端部領域の電位が電位調整手段によって低下させられ、その状態で感光体表面が現像位置に移動してくることになる。そのため、トナー担持体が高電位の感光体表面と対向することがないので、感光体とトナー担持体との間での放電は生じない。すなわち、この発明では、帯電部材の端部との当接により高電位となった帯電端部領域の電位を現像位置に到達する前に低下させることによって、感光体とトナー担持体との間の放電を防止する。

ここで、放電を確実に防止するためには、前記帯電端部領域の表面電位の絶対値が、前記非露光領域の表面電位の絶対値以下となることが好ましいが、その電位差は、例えば０ないし５０ボルトであることが望ましい。この電位差を大きくしすぎると、電位差によりトナー担持体から感光体へのトナー移動が促進され、感光体上の帯電端部領域に不要なトナー付着が起きるからである。本願発明者の実験によれば、上記電位差程度であればこのような問題が生じないことが確認されている。

また、例えば、前記電位調整手段は、所定の直流電位を与えられて前記帯電端部領域に当接することによって前記帯電端部領域の帯電量を低下させる除電部材とすることができる。このような除電部材を当接させることにより、帯電端部領域の電位を低下させることができる。なお、ここでいう「所定の直流電位」は接地電位を含んでよい。

また、例えば、前記電位調整手段は、前記帯電端部領域に光を照射することで前記帯電端部領域の帯電量を低下させる光学的除電手段であってもよい。このように感光体表面に光を照射することにより蓄積された電荷を消失させて電位を低下させることができる。

この場合において、前記露光手段の露光パワーを低減させる低減手段をさらに設け、前記露光手段および前記低減手段が、低減された露光パワーで前記帯電端部領域を露光することにより前記光学的除電手段として機能するようにしてもよい。このように、露光手段で露光することによって帯電端部領域の電位を低下させることにより、露光手段以外に別途光源を設ける必要がなくなり、装置構成の簡素化およびコスト低減に有利となる。この場合、上記したように帯電端部領域の電位を大きく低下させることは好ましくない。そこで、静電潜像を形成する場合より露光パワーを弱めることにより電位の低下量を加減することが望ましい。

また、この発明にかかる画像形成装置の第３の態様は、所定の移動方向に周回移動する無端状の感光体と、所定の帯電位置で前記感光体表面に当接するように、前記移動方向に直交する幅方向に延設された帯電部材、および、該帯電部材に帯電バイアスとしての直流電圧を供給するバイアス供給部を有する帯電手段と、前記移動方向において前記帯電位置よりも下流側の露光位置で前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記移動方向において前記露光位置よりも下流側の現像位置で前記感光体表面に対向配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体とを備え、前記帯電部材は、前記帯電領域のうち前記幅方向における端部領域である帯電端部領域において前記感光体に誘起させる単位面積当たりの電荷量が、前記帯電領域のうち前記現像領域における前記感光体に誘起させる単位面積当たりの電荷量よりも小さくなるように構成されていることを特徴としている。

このように構成された発明では、帯電端部領域への電荷移動量を現像領域への電荷移動量よりも少なくすることによって、帯電端部領域の帯電電位が現像領域よりも高くなるのを抑制する。すなわち、この発明では、帯電端部領域への電荷移動量を抑えて帯電端部領域が高電位とならないようにすることによって、感光体とトナー担持体との間の放電を防止する。

例えば、前記現像領域よりも外側において、外側ほど前記帯電部材の表面と前記感光体の表面との距離が大きくなることによって前記帯電部材と前記感光体とを離隔させるようにすることができる。帯電部材と感光体との距離が遠いほど両者間での電荷の移動は起きにくくなるから、上記のようにすることで帯電端部領域での電位の上昇を抑えることができる。

より具体的には、例えば、前記帯電部材は前記幅方向を軸方向とする略円筒形のローラ状に形成され、しかも、前記幅方向における前記帯電部材の端部の直径が、前記現像領域内における直径よりも無段に小さくなるようにすればよい。すなわち、ローラ状の帯電部材の径が外側に行くほど無段に小さくなるように、現像領域よりも外側にテーパを設ければよい。こうすることにより、帯電端部領域への電荷の移動が制限されて電位の上昇が抑制される。

また、例えば、前記帯電部材は、その表面が導電性および弾性を有する材料により前記幅方向を軸方向とする略円筒形のローラ状に形成されるとともに、前記感光体に対し圧接され、しかも、前記幅方向における前記帯電部材の端部と前記感光体との間に絶縁部材が挟入されるようにしてもよい。端部に絶縁部材を挟入した状態で帯電部材と感光体とを圧接することにより、帯電部材の表面が弾性変形し、現像領域については帯電部材の表面と感光体の表面とが直接的に当接して高い電荷移動量を得ることができる。一方、帯電端部領域については、絶縁部材が介在することおよび帯電部材と感光体とが離隔していることにより帯電部材から感光体への電荷の移動が制限され、電位の上昇が抑制されることとなる。

また、例えば、前記帯電部材に当接して表面をクリーニングするクリーニング手段をさらに設け、前記帯電ローラ表面のうち前記クリーニング手段によりクリーニングされるクリーニング領域の前記幅方向における端部が、前記幅方向における前記帯電領域の端部よりも内側に位置するようにしてもよい。こうすることで、帯電部材の表面のうちクリーニング領域よりも外側の端部領域にはクリーニング手段によるクリーニング効果が及ばないこととなる。そのため、帯電部材の端部ではトナーなどの付着物が除去されずに残留し、このような付着物は感光体の帯電を阻害する要因となる。その結果として、帯電端部領域での電位上昇が抑えられる。

この発明は、前記トナー担持体が、前記感光体に対し所定のギャップを隔てて離隔配置されている画像形成装置において特に顕著な効果を奏する。このような、いわゆる非接触現像方式の画像形成装置では、トナー担持体から感光体表面へギャップを隔ててトナーを移動させるため、ギャップを挟むトナー担持体と感光体との間に比較的高い電位差が与えられており放電を生じやすい。このような装置に対し本発明を適用することにより、放電の発生を効果的に抑制することが可能となる。

（基本的な装置構成の説明）
図１は本発明を好適に適用することのできる画像形成装置の構成例を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この装置は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を重ね合わせてフルカラー画像を形成したり、ブラック（Ｋ）のトナーのみを用いてモノクロ画像を形成する画像形成装置である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号がメインコントローラ１１に与えられると、このメインコントローラ１１からの指令に応じてエンジンコントローラ１０に設けられたＣＰＵ１０１がエンジン部ＥＧ各部を制御して所定の画像形成動作を実行し、シートＳに画像信号に対応する画像を形成する。

このエンジン部ＥＧでは、感光体２２が図１の矢印方向Ｄ1に回転自在に設けられている。また、この感光体２２の周りにその回転方向Ｄ1に沿って、帯電ローラ２３、ロータリー現像ユニット４およびクリーニング部２５がそれぞれ配置されている。帯電ローラ２３はバイアス用電源２３１から帯電バイアスとして所定の直流電圧を印加されており、感光体２２の外周面に当接して感光体表面を所定の表面電位に帯電させる。クリーニング部２５は一次転写後に感光体２２の表面に残留付着したトナーを除去し、内部に設けられた廃トナータンクに回収する。これらの感光体２２、帯電ローラ２３およびクリーニング部２５は一体的に感光体カートリッジ２を構成しており、この感光体カートリッジ２は一体として装置本体に対し着脱自在となっている。

そして、この帯電ローラ２３によって帯電された感光体２２の外周面に向けて露光ユニット６から光ビームＬが照射される。この露光ユニット６は、外部装置から与えられた画像信号に応じて光ビームＬを感光体２２上に露光して画像信号に対応する静電潜像を形成する。

こうして形成された静電潜像は現像ユニット４によってトナー現像される。すなわち、この装置では、現像ユニット４は、図１紙面に直交する回転軸中心に回転自在に設けられた支持フレーム４０、支持フレーム４０に対して着脱自在のカートリッジとして構成されてそれぞれの色の非磁性一成分トナーを内蔵するイエロー用の現像器４Ｙ、シアン用の現像器４Ｃ、マゼンタ用の現像器４Ｍ、およびブラック用の現像器４Ｋを備えている。この現像ユニット４は、エンジンコントローラ１０により制御されるステッピングモータである現像ユニット駆動モータ（図示省略）により矢印方向Ｄ3に回転駆動されている。また、装置本体には、現像ユニット４に対し離当接するロータリーロック４５が設けられている。必要に応じてこのロータリーロック４５が現像ユニット４の支持フレーム４０の外周部に当接することにより、現像ユニット４の回転を拘束し現像ユニット４を所定位置に停止位置決めするブレーキおよびロック機構として作用する。

そして、エンジンコントローラ１０からの制御指令に基づいて、現像ユニット４が回転駆動されるとともにこれらの現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍ，４Ｋが選択的に感光体２２と対向する位置に位置決めされると、当該現像器に設けられて選択された色のトナーを担持する現像ローラ４４が、所定のギャップを隔てて感光体２２に対し対向配置され、その対向位置において現像ローラ４４から感光体２２の表面にトナーを付与する。これによって、感光体２２上の静電潜像が選択トナー色で顕像化（現像）される。

上記のようにして現像ユニット４で現像されたトナー像は、一次転写領域ＴＲ1で転写ユニット７の中間転写ベルト７１上に一次転写される。転写ユニット７は、複数のローラ７２〜７５に掛け渡された中間転写ベルト７１と、ローラ７３を回転駆動することで中間転写ベルト７１を所定の回転方向Ｄ2に回転させる駆動部（図示省略）とを備えている。そして、カラー画像をシートＳに転写する場合には、感光体２２上に形成される各色のトナー像を中間転写ベルト７１上に重ね合わせてカラー画像を形成するとともに、カセット８から取り出され搬送経路ＦＦに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送されてくるシートＳ上にカラー画像を二次転写する。

二次転写領域ＴＲ2は、ローラ７３に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面と、該ベルト表面に対し離当接する二次転写ローラ８６とが当接するニップ部である。カセット８に積層貯留されたシートＳは、ピックアップローラ８８の回転によって１枚ずつ取り出されて搬送経路ＦＦに乗せられる。そして、フィードローラ８４、８５およびゲートローラ８１の回転によって搬送経路ＦＦに沿って二次転写領域ＴＲ2まで搬送される。

このとき、中間転写ベルト７１上の画像をシートＳ上の所定位置に正しく転写するため、二次転写領域ＴＲ2にシートＳを送り込むタイミングが管理されている。具体的には次の通りである。搬送経路ＦＦ上において二次転写領域ＴＲ2の手前側にゲートローラ８１が設けられるとともに、さらにその手前側にゲート前シート検出センサ８０１が設けられている。そして、搬送経路ＦＦ上を搬送されてきたシートＳが到達したことがゲート前シート検出センサ８０１により検出されるとシートＳの搬送はいったん停止され、中間転写ベルト７１の周回移動のタイミングに同期させてゲートローラ８１の回転を再開することにより、シートＳが所定のタイミングで二次転写領域ＴＲ2に送り込まれる。こうして二次転写領域ＴＲ2を通過するシートＳの表面に、中間転写ベルト７１上に形成されたトナー像が二次転写される。

こうしてカラー画像が形成されたシートＳは定着ユニット９によりトナー像を定着され、排出前ローラ８２および排出ローラ８３を経由して装置本体の上面部に設けられた排出トレイ部８９に搬送される。また、シートＳの両面に画像を形成する場合には、上記のようにして片面に画像を形成されたシートＳの後端部が排出前ローラ８２後方の反転位置ＰＲまで搬送されてきた時点で排出ローラ８３の回転方向を反転し、これによりシートＳは反転搬送経路ＦＲに沿って矢印Ｄ4方向に搬送される。そして、ゲートローラ８１の手前で再び搬送経路ＦＦに乗せられるが、このとき、二次転写領域ＴＲ2において中間転写ベルト７１と当接し画像を転写されるシートＳの面は、先に画像が転写された面とは反対の面である。このようにして、シートＳの両面に画像を形成することができる。

また、シート搬送経路ＦＦおよび反転搬送経路ＦＲ上の各位置には、前記したゲート前シート検出センサ８０１の他にも、当該経路上においてシート通過の有無を検出するためのシート検出センサ８０２〜８０４が設けられており、これらのセンサの出力に基づいて、シート搬送タイミングが管理されるとともに、各位置でのジャム検出が行われる。

また、ローラ７５の近傍には、クリーナ７６が配置されている。このクリーナ７６は図示を省略する電磁クラッチによってローラ７５に対して近接・離間移動可能のクリーナブレード７６１と、廃トナータンク７６２とを備えている。そして、ローラ７５側に移動した状態でクリーナブレード７６１がローラ７５に掛け渡された中間転写ベルト７１の表面に当接し、二次転写後に中間転写ベルト７１の外周面に残留付着しているトナーを掻き落として除去する。掻き落とされたトナーは廃トナータンク７６２に蓄えられる。廃トナータンク７６２には、当該タンクの満杯を検出するための廃トナーセンサ７６３が設けられている。

このクリーナブレード７６１は、二次転写領域ＴＲ2においてシートＳへの画像の転写が行われるときに、それと同じ周回において中間転写ベルト７１上に残留付着するトナーを除去するように、離当接制御される。したがって、例えば装置がモノクロ画像を連続的に形成する場合には、一次転写領域ＴＲ1において中間転写ベルト７１に転写された画像が直ちに二次転写領域ＴＲ2でシートＳに転写されるので、クリーナブレード７６１は当接状態に保持される。一方、カラー画像を形成する場合には、各色のトナー像が互いに重ね合わされる間、クリーナブレード７６１を中間転写ベルト７１から離間させておく必要がある。そして、各色のトナー像が互いに重ね合わされてフルカラー画像が完成し、シートＳに二次転写されるのと同一の周回において、残留トナーを除去すべくクリーナブレード７６１が中間転写ベルト７１に当接されることとなる。

また、ローラ７５の近傍には濃度センサ６０および垂直同期センサ７７が配置されている。この濃度センサ６０は、中間転写ベルト７１の表面に対向して設けられており、必要に応じ、中間転写ベルト７１の外周面に形成されるトナー像の画像濃度を測定する。そして、その測定結果に基づき、この装置では、画像品質に影響を与える装置各部の動作条件、例えば各現像器に与える現像バイアスや、光ビームＬの強度などの調整を行っている。この濃度センサ６０は、例えば反射型フォトセンサを用いて、中間転写ベルト７１上の所定面積の領域の画像濃度に対応した信号を出力するように構成されている。そして、ＣＰＵ１０１は、中間転写ベルト７１を周回移動させながらこの濃度センサ６０からの出力信号を定期的にサンプリングすることで、中間転写ベルト７１上のトナー像各部の画像濃度を検出することができる。

また、垂直同期センサ７７は、中間転写ベルト７１の基準位置を検出するためのセンサであり、中間転写ベルト７１の回転駆動に関連して出力される同期信号、つまり垂直同期信号Ｖsyncを得るためのセンサとして機能する。そして、この装置では、各部の動作タイミングを揃えるとともに各色で形成されるトナー像を正確に重ね合わせるために、装置各部の動作はこの垂直同期信号Ｖsyncに基づいて制御される。

また、全体として略円筒形をなす現像ユニット４の側面に当たる各現像器４Ｙ，４Ｃ，４Ｍおよび４Ｋの外周面には、それぞれメモリタグ４９Ｙ，４９Ｃ，４９Ｍおよび４９Ｋが貼付されている。例えば、イエロー現像器４Ｙに装着されたメモリタグ４９Ｙは、該現像器の製造ロットや使用履歴、内蔵トナーの残量などに関するデータを記憶するためのメモリ４９１Ｙと、該メモリと電気的に接続されたループアンテナ４９２Ｙとを備えている。また、他の現像器に設けられたメモリタグ４９Ｃ，４９Ｍおよび４９Ｋにもそれぞれメモリチップ４９１Ｃ，４９１Ｍおよび４９１Ｋと、ループアンテナ４９２Ｃ，４９２Ｍおよび４９２Ｋとが設けられている。

一方、装置本体側にも無線通信用アンテナ１０９が設けられている。この無線通信用アンテナ１０９は、ＣＰＵ１０１と接続されたトランシーバ１０５によって駆動されており、現像器側の無線通信用アンテナとの間で無線通信を行うことにより、ＣＰＵ１０１と現像器に設けられたメモリとの間でデータの送受を行って該現像器に関する消耗品管理等の各種情報の管理を行っている。

また、この装置では、図２に示すように、メインコントローラ１１のＣＰＵ１１１により制御される表示部１２を備えている。この表示部１２は、例えば液晶ディスプレイにより構成され、ＣＰＵ１１１からの制御指令に応じて、ユーザへの操作案内や画像形成動作の進行状況、さらに装置の異常発生やいずれかのユニットの交換時期などを知らせるための所定のメッセージを表示する。

なお、図２において、符号１１３はホストコンピュータなどの外部装置よりインターフェース１１２を介して与えられた画像を記憶するためにメインコントローラ１１に設けられた画像メモリである。また、符号１０６はＣＰＵ１０１が実行する演算プログラムやエンジン部ＥＧを制御するための制御データなどを記憶するためのＲＯＭ、また符号１０７はＣＰＵ１０１における演算結果やその他のデータを一時的に記憶するＲＡＭである。

次に、上記のように構成された画像形成装置における、感光体２２と現像ローラ４４とのギャップにおける放電発生のメカニズムと、それを防止するための技術について説明する。

図３はギャップにおける放電発生のメカニズムを説明するための図である。図３に示すように、この装置ではドラム状の感光体２２が回転方向Ｄ1に回転しており、その表面に帯電ローラ２３が当接している。以下では、両者の当接している位置を「帯電位置ＣＰ」という。帯電ローラ２３は、鉄、ステンレス等の金属製の芯金の表面に、金属微粉末やカーボンブラックなどの導電性粒子を混入させたウレタンゴムの表面層を形成したものである。帯電ローラ２３にはバイアス用電源２３１からの直流帯電バイアスが印加されており、帯電ローラ２３から感光体２２に電荷が移動することにより感光体２２表面が帯電される。

感光体２２の表面領域のうち、帯電位置ＣＰにおいて帯電ローラ２３と当接する表面領域が帯電領域Ｒｃであり、帯電ローラ２３は、感光体２２表面のうち帯電領域Ｒｃを帯電させることができる。一方、感光体２２の表面領域のうち、現像ローラ４４と対向する表面領域が現像領域Ｒｄであり、現像ローラ４４からは、感光体２２表面のうち現像領域Ｒｄにトナーを付着させることができる。本明細書では、感光体２２と現像ローラ４４との対向位置を「現像位置ＤＰ」という。

本願発明者らの知見によれば、帯電ローラ２３により帯電された感光体２２の表面領域のうち、露光ユニット６により露光されなかった非露光領域における表面電位｜Ｖo｜は、感光体２２表面の帯電領域Ｒｃのうち中央部ではほぼ均一と見なせるが、帯電ローラ２３の端部に近い表面領域（帯電端部領域）Ｒｅでは局所的な盛り上がりが見られる。これは、直流帯電バイアスを印加された帯電部材を感光体に当接させることによって感光体表面を帯電させる、直流接触帯電方式の装置において特に顕著に見られる現象である。このような端部における電位の上昇は、直流帯電バイアスを印加された帯電ローラ２３の端部とその外側との間で急激に電位が変化することに起因して、帯電ローラ２３の端部近傍に局所的に強い電界が形成されることが原因の１つであると推察される。

帯電位置ＣＰにおいて帯電された感光体表面は感光体２２の回転により現像ローラ４４と対向する現像位置ＤＰまで搬送されてくるが、このとき帯電端部領域Ｒeにおける表面電位の絶対値｜Ｖo｜がある閾値Ｖthを超え感光体２２と現像ローラ４４との電位差が放電開始電圧よりも大きくなると、感光体２２と現像ローラ４４との間で放電が生じる。この放電は現像ローラ４４上のトナーを飛散させて感光体２２上の画像を汚したり、飛散トナーによる装置内部の汚染や装置の損傷を引き起こすことがある。

そこで、この発明にかかる画像形成装置では、以下に説明する放電防止技術を適用することにより、感光体２２と現像ローラ４４との間で放電が発生しないようにしている。なお、以下に説明する各実施形態における基本的な装置構成は上記した通りのものであり、以下の説明では各実施形態に特有の構成について主に説明し、上記と同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態）
図４は本発明にかかる放電防止技術の第１実施形態を示す図である。この実施形態では、それぞれ回転軸方向における帯電ローラ２３の長さＬcrと現像ローラ４４の長さＬdrとの間に、
Ｌcr＞Ｌdr
の関係が成立するようにするとともに、回転軸方向における帯電ローラ２３の両端部Ｅc1、Ｅc2を、回転軸方向における現像ローラ４４の両端部Ｅd1、Ｅd2よりも感光体２２の回転方向Ｄ1に直行する幅方向において外側に位置するようにしている。ここで、帯電ローラ２３の長さＬcrについては、現像ローラ４４の長さＬdrに、帯電端部領域のうち感光体２２の表面電位｜Ｖo｜が閾値Ｖthよりも高くなる領域（端部高電位領域）Ｒｈの長さを加えた長さよりも長くなるようにする。このような構成によれば、図４に示すように、帯電領域Ｒｃの両端部に表面電位Ｖoの高い端部高電位領域Ｒｈが現れるが、現像ローラ４４が短いため、この端部高電位領域Ｒｈは現像位置ＤＰにおいて現像ローラ４４の端部よりも外側に位置することとなる。このため、感光体２２表面のうち電位の高い領域Ｒｈと現像ローラ４４とが対向することがないため、感光体２２と現像ローラ４４との間での放電は生じない。

このように、この実施形態においては、帯電ローラ２３の端部付近で帯電され電位が高くなる感光体２２上の表面領域Ｒｈが現像領域Ｒｄよりも外側に位置するようにすることで、感光体２２と現像ローラ４４との間での放電を防止することができる。また、このように放電に対する防止策が施されているため、感光体２２の表面電位および現像ローラ４４に与える現像バイアスの設定に対する自由度が高くなっており、これらを適切に設定することにより、画像品質のさらなる向上を図ることが可能となっている。このような効果は、以下に説明する各実施形態においても得られる。

（第２実施形態）
図５は本発明にかかる放電防止技術の第２実施形態を示す図である。この実施形態では、帯電ローラ２３による帯電を受けた後の感光体２２の帯電端部領域Ｒｅに除電部材を当接させることにより、帯電端部領域Ｒｅにおける表面電位を調整する。すなわち、図５（ａ）に示すように、この実施形態では、感光体２２の回転方向Ｄ1において帯電位置ＣＰよりも下流側かつ現像位置ＤＰよりも上流側の位置で、感光体２２の表面に除電用電極２３２１が当接される。また、除電用電極２３２１には除電用電源２３２２から所定の除電用バイアス電圧が印加される。除電用バイアス電圧は、感光体２２の目標帯電電位と同程度かそれより低くなるようにするが、接地電位としてもよい。

ただし、帯電端部領域Ｒｅの表面電位が低くなりすぎると現像位置ＤＰにおいて現像ローラ４４からのトナーが付着してしまい画像を汚す可能性があるので、除電後の帯電端部領域Ｒｅの電位は現像領域Ｒｄ内の表面電位と同程度または若干低くなる程度とするのがよい。また、電位の低下を緩やかなものとするために、除電用電源２３２２と除電用電極２３２１または大地との間に抵抗器を介挿してもよい。

図５（ｂ）に示すように、除電用電極２３２１は、帯電端部領域Ｒｅに対応して感光体２２の両端部付近にそれぞれ設けられている。両電極の内側端面間の距離Ｌiは、現像ローラ４４の長さＬdr以下とする。ただし、感光体２２上に形成すべき画像の最大幅よりは長くなるようにする。また、両電極の外側端面間の距離Ｌoは、帯電ローラ２３の長さＬcr以上とする。つまり、感光体２２の表面のうち、現像ローラ４４の端部と対向する部分および帯電ローラ２３の端部と接する部分はいずれも除電用電極２３２１と当接することとなる。なお、図５（ｂ）では、感光体２２表面のうち現像ローラ４４の両端部と対向する領域は帯電端部領域Ｒｅよりも内側の領域であるが、帯電端部領域Ｒｅの内部で現像ローラ４４の両端部と対向するようにしてもよい。

こうすることにより、現像位置ＤＰに搬送されてくる感光体２２の表面領域のうち、除電用電極２３２１と当接した部分では、除電用電極２３２１を通って電荷の一部が失われるため、この部分の電位は帯電直後よりも低下することになる。このように、帯電位置ＣＰの下流側で帯電端部領域Ｒｅの除電を行うことにより、帯電端部領域Ｒｅの電位を当該領域が現像位置ＤＰに到達するまでに低下させることができる。また、除電用バイアス電圧を適宜に設定することにより、現像領域Ｒｄ内における感光体２２の表面電位｜Ｖo｜をほぼ均一にすることも可能である。その結果、この実施形態では、帯電端部領域Ｒｅにおける電位の上昇を抑えて、現像位置ＤＰにおける感光体２２と現像ローラ４４との間の放電を防止することができる。

（第３実施形態）
図６は本発明にかかる放電防止技術の第３実施形態を示す図である。この実施形態では、帯電端部領域Ｒｅの電荷を光学的手段により中和することで表面電位｜Ｖo｜を低下させる。すなわち、この実施形態では、感光体２２の回転方向Ｄ1において帯電位置ＣＰよりも下流側かつ現像位置ＤＰよりも上流側の位置に、感光体２２表面の端部に向けて光を照射する除電用光源２３３１が設けられている。除電用光源２３３１はランプまたはＬＥＤにより構成することができる。また、感光体表面のうち帯電端部領域Ｒｅよりも内側に位置し静電潜像が形成される表面領域（以下、「画像領域」という）Ｒｉに除電用光源２３３１からの照射光が当たらないように、除電用光源２３３１よりも内側に遮光部材２３３２が設けられている。なお、図６において、感光体２２表面のうち現像ローラ４４の両端部と対向する領域は、帯電端部領域Ｒｅよりも内側の領域であってもよく、また帯電端部領域Ｒｅの内部であってもよい。

このような構成によれば、除電用光源２３３１からの照射光により帯電端部領域Ｒｅの電荷が中和されるので、この部分の表面電位が低下し、現像位置ＤＰにおける感光体２２と現像ローラ４４との間の放電を防止することができる。

なお、帯電端部領域Ｒｅの表面電位を低下させすぎると帯電端部領域Ｒｅへのトナー付着の可能性があることは前記した通りである。このような問題を防止するために、除電用光源２３３１による帯電端部領域Ｒｅへの露光量は、露光ユニット６からの露光ビームＬによる露光量よりは少なくなるようにすることが望ましい。

このように、この実施形態では、感光体２２の回転方向Ｄ1において帯電位置ＣＰよりも下流側かつ現像位置ＤＰよりも上流側の位置で、除電用光源２３３１から帯電端部領域Ｒｅに除電用の光を照射することによって帯電端部領域Ｒｅの表面電位を低下させ、これにより現像位置ＤＰにおける感光体２２と現像ローラ４４との間の放電を防止するようにしている。

（第４実施形態）
図７は本発明にかかる放電防止技術の第４実施形態を示す図である。この実施形態では、第３実施形態と同様に光学的手段により帯電端部領域Ｒｅの表面電位を低下させる。ただし、そのための光源として露光ユニット６を用いる点で第３実施形態とは相違している。すなわち、この画像形成装置における露光ユニット６はレーザ光源６１、ポリゴンミラー６２およびｆ−θレンズ６３を含む走査光学系を備えており、レーザ光源６１から出射され画像信号に応じてオン・オフ制御されるレーザ光Ｌが回転するポリゴンミラー６２により反射され、ｆ−θレンズ６３を通して感光体２２上の画像領域Ｒｉを走査することによって感光体２２の画像領域Ｒｉに静電潜像が形成される。

そして、この実施形態では、感光体２２表面のうち画像領域Ｒｉよりも外側の帯電端部領域Ｒｅにまでレーザ光Ｌが走査されるように走査光学系が構成される。ただし、その走査領域の両端部ではその光路上にフィルタ２３４１が設けられており、帯電端部領域Ｒｅには画像領域Ｒｉよりも露光パワーが弱められた状態でレーザ光Ｌが入射するようになっている。

このような構成によれば、感光体２２表面のうち帯電端部領域Ｒｅには、画像領域Ｒｉに入射するよりもパワーの弱められたレーザ光Ｌが入射し、これによって帯電端部領域Ｒｅの電荷が中和されて表面電位が低下することとなる。この実施形態では、こうして帯電端部領域Ｒｅの表面電位｜Ｖo｜を低下させることで現像位置ＤＰにおける感光体２２と現像ローラ４４との間の放電を防止するようにしている。

（第５実施形態）
図８は本発明にかかる放電防止技術の第５実施形態を示す図である。より詳しくは、図８（ａ）はこの実施形態における帯電ローラ２３５の形状および感光体２２の表面電位｜Ｖo｜を示す図である。また、図８（ｂ）は帯電ローラ２３５の端部形状を示す部分拡大図である。この実施形態では、帯電ローラの形状に工夫を加えることによって、帯電端部領域での表面電位の上昇を抑えている。すなわち、この実施形態における帯電ローラ２３５にはその回転軸方向における両端部で感光体２２の現像領域Ｒｄよりも外側に対応する部分にテーパ部２３５ａが設けられており、端部における帯電ローラ２３５の直径Ｄcr1がテーパ部２３５ａよりも内側における直径Ｄcr2よりも小さくなるように形成されている。また、テーパ部２３５ａにおいて、位置に対する直径の変化は図８（ｂ）に示すように緩やかな曲線を描くようにされる。つまり、帯電ローラ２３５の断面形状は、テーパ部２３５ａにおいて滑らかな曲線を描く形状となっている。

このような構成によれば、帯電位置ＣＰにおける感光体２２と帯電ローラ２３５との距離は、現像領域Ｒｄでは当接しているのでゼロ、テーパ部２３５ａでは端部に向けて次第に大きくなってゆく。このように、感光体２２と帯電ローラ２３５との距離が次第に大きくなる構造とすることにより、感光体２２と帯電ローラ２３５とが離隔し始める位置Ｐ1における電界強度の変化も緩やかとなり局所的な電界の集中が緩和される。また、帯電ローラ２３５により感光体２２表面を帯電させる能力（帯電能力）は、テーパ部２３５ａから外部に向かうほど低下することとなる。ここで、帯電能力は、例えば帯電ローラ２３５に印加された帯電バイアスの作用により感光体２２に誘起される単位面積当たりの電荷量によって表すことができる。

つまり、この実施形態では、現像領域Ｒｄよりも外側の帯電ローラ２３５の端部付近での帯電能力が弱められている。その結果、感光体２２表面において帯電ローラ２３５により帯電される帯電領域Ｒｃのうちその端部付近での表面電位の上昇が抑えられて、当該領域が現像位置ＤＰまで搬送されたときにも現像ローラ４４との間で放電を起きるのを防止することができる。

（第６実施形態）
図９は本発明にかかる放電防止技術の第６実施形態を示す図である。この実施形態における放電防止の原理は第５実施形態の原理と同じであり、帯電ローラ２３６の端部において感光体２２との距離を次第に大きくすることによって帯電ローラ２３６端部での帯電能力を低下させ、感光体２２の表面電位の上昇を抑える。この第６実施形態では、帯電ローラ２３６自体は一定の直径を有するローラ形状に形成されている。また、帯電ローラ２３６の両端部には樹脂フィルム等の絶縁性材料で形成された絶縁リング２３６１がそれぞれ装着されるとともに、図示を省略する付勢部材により帯電ローラ２３６は感光体２２表面に押し付けられる方向に付勢されている。

このような構成では、帯電ローラ２３６が端部に絶縁リング２３６１を装着された状態で感光体２２に押し付けられているため、帯電ローラ２３６表面のゴム製の表面層が弾性変形し、これにより軸方向における帯電ローラ２３６の中央部が感光体２２に当接する一方、帯電ローラ２３６の端部付近では絶縁リング２３６１が挟み込まれているため感光体２２との距離が次第に大きくなる。そのため、上記した第５実施形態と同様に、帯電ローラ２３６の端部での帯電能力が弱められて、感光体２２の表面電位｜Ｖo｜の上昇が抑えられる。その結果、この実施形態においても、現像位置ＤＰにおける感光体２２と現像ローラ４４との間の放電を防止することができる。

（第７実施形態）
図１０は本発明にかかる放電防止技術の第７実施形態を示す図である。この実施形態では、帯電ローラの端部におけるトナーなどの付着物を敢えて除去せず残すことにより、帯電ローラ端部の帯電能力を低下させ、感光体２２の電位の上昇を抑えている。すなわち、この実施形態では、帯電ローラ２３７の回転軸方向に沿って延びるローラ状に形成されたクリーニングローラ２３７１を帯電ローラ２３７の表面に当接させることにより、帯電ローラ２３７の表面に付着するトナーや紙粉などの付着物を除去する。これらの付着物が感光体２２との間に介在して帯電能力を低下させるのを防止するためである。

ただし、クリーニングローラ２３７１は軸方向において帯電ローラ２３７および現像ローラ４４よりも短く作られている。そのため、帯電ローラ２３７の表面のうちクリーニングローラ２３７１と当接する中央部の領域（クリーニング領域Ｒcl）では、クリーニングローラ２３７１により付着物が除去されて帯電能力が一定に維持されているが、帯電ローラ２３７の両端部のクリーニングローラ２３７１とは当接しない領域では、付着物が残留しているため帯電能力は中央部よりは低下した状態となる。そのため、感光体２２の帯電領域Ｒｃのうち、クリーニングされていない帯電ローラ２３７表面との当接によって帯電される表面領域では、表面電位の上昇が抑制される。

このように、この実施形態では、帯電ローラ２３７表面のうち両端部の近傍に付着したトナーなどの付着物を除去しないことによってこの部分での帯電能力を弱め、帯電端部領域Ｒｅでの電位の上昇を抑えている。その結果、この実施形態においても、現像位置ＤＰにおける現像ローラ４４と感光体２２との間の放電を防止することができる。

（その他）
以上説明したように、上記各実施形態においては、帯電ローラ２３，２３６，２３７等が本発明の「帯電部材」として機能する一方、バイアス用電源２３１が本発明の「バイアス供給部」として機能しており、これらが一体として本発明の「帯電手段」として機能している。また、上記各実施形態では、露光ユニット６および現像ローラ４４がそれぞれ本発明の「露光手段」および「トナー担持体」として機能している。

また、上記第２実施形態では、除電用電極２３２１が本発明の「帯電調整手段」および「除電部材」として機能している。また、上記第３実施形態では、除電用光源２３３１が本発明の「帯電調整手段」および「光学的除電手段」として機能している。また、第４実施形態では、露光ユニット６およびフィルタ２３４１が一体として本発明の「帯電調整手段」および「光学的除電手段」として機能しており、特にフィルタ２３４１が本発明の「低減手段」として機能している。また、上記第６実施形態における絶縁リング２３６１が本発明の「絶縁部材」に相当する一方、第７実施形態におけるクリーニングローラ２３７１が本発明の「クリーニング手段」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態における帯電ローラ２３等は、金属製の芯金に導電性ゴム製の表面層を設けたものであるが、本発明における「帯電部材」の構造はこれに限定されるものではなく、またローラ形状に限定されるものでもない。直流帯電バイアスを印加され感光体表面に当接することで感光体表面を帯電させる直流接触帯電方式の画像形成装置全般に対して本発明を適用することが可能である。

また、上記第２実施形態（図５）では、除電用の直流電圧２３２２を印加された除電用電極２３２１を感光体２２表面に当接させることで帯電端部領域Ｒｅの電位を低下させるようにしているが、直流電圧を印加せず除電用電極を直接接地したり、抵抗器を介して接地するようにしてもよい。また、画像濃度制御等の目的で感光体２２の帯電電位を変更可能となっている装置においては、帯電電位の変更に伴って除電用の直流電圧も変化させるようにしてもよい。

また、上記第４実施形態（図７）では、露光ユニット６から感光体２２の帯電端部領域Ｒｅに向かうレーザ光Ｌの光路上にフィルタ２３４１を設けることによって、帯電端部領域Ｒｅに対する露光パワーを弱め該領域の電位が低下しすぎないようにしている。しかしながら、露光パワーを弱める本発明の「低減手段」としては、これに代えて、例えばレーザ光源６１からのレーザ光を点滅させることにより等価的に露光パワーを弱めるようにしてもよい。

また、上記第１ないし第６実施形態では帯電ローラに対するクリーニング手段について言及していないが、これらの実施形態においてもクリーニングローラを設けてもよい。この場合において、クリーニングローラの長さは帯電ローラと同程度とすることが望ましい。

また、上記第５および第６実施形態においては、帯電ローラの端部で感光体２２表面からの距離が次第に大きくなるように形状を工夫することにより端部の帯電能力を調節するようにしているが、これに代えて、例えば帯電ローラ表面に設けた導電ゴム製表面層の電気抵抗を端部において他の部分より高くなるようにすることで端部の帯電能力を調節してもよい。

さらに、本発明は、上記実施形態のようにロータリー現像ユニットを備える装置のみならず、いわゆるタンデム方式の画像形成装置や、現像器を１個のみ備えるモノクロ画像形成装置に対しても適用することが可能である。

本発明を好適に適用することのできる画像形成装置の構成例を示す図。 図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図。 ギャップにおける放電発生のメカニズムを説明するための図。 本発明にかかる放電防止技術の第１実施形態を示す図。 本発明にかかる放電防止技術の第２実施形態を示す図。 本発明にかかる放電防止技術の第３実施形態を示す図。 本発明にかかる放電防止技術の第４実施形態を示す図。 本発明にかかる放電防止技術の第５実施形態を示す図。 本発明にかかる放電防止技術の第６実施形態を示す図。 本発明にかかる放電防止技術の第７実施形態を示す図。

符号の説明

６…露光ユニット（露光手段、帯電調整手段、光学的除電手段）、 ２２…感光体、 ２３，２３６，２３７…帯電ローラ（帯電部材、帯電手段）、 ４４…現像ローラ（トナー担持体）、 ２３１…バイアス用電源（バイアス供給部、帯電手段）、 ２３２１…除電用電極（帯電調整手段、除電部材）、 ２３３１…除電用光源（帯電調整手段、光学的除電手段）、 ２３４１…フィルタ（帯電調整手段、光学的除電手段、低減手段）、 ２３６１…絶縁リング（絶縁部材）、 ２３７１…クリーニングローラ（クリーニング手段）

Claims (11)

1. 所定の移動方向に周回移動する無端状の感光体と、
   所定の帯電位置で前記感光体表面に当接するように、前記移動方向に直交する幅方向に延設された帯電部材、および、該帯電部材に帯電バイアスとしての直流電圧を供給するバイアス供給部を有する帯電手段と、
   前記移動方向において前記帯電位置よりも下流側の露光位置で前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記移動方向において前記露光位置よりも下流側の現像位置で前記感光体表面に対向配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体と
   を備え、
   前記感光体表面のうち前記帯電手段により帯電される表面領域を帯電領域、前記現像位置において前記トナー担持体の表面と対向する領域を現像領域と定義したとき、
   前記帯電領域のうち前記幅方向における端部領域であって、その表面電位の絶対値が前記現像領域のうち前記露光手段により露光されていない非露光領域の表面電位の絶対値よりも大きい端部高電位領域が、前記現像領域よりも外側に位置する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 所定の移動方向に周回移動する無端状の感光体と、
   所定の帯電位置で前記感光体表面に当接するように、前記移動方向に直交する幅方向に延設された帯電部材、および、該帯電部材に帯電バイアスとしての直流電圧を供給するバイアス供給部を有する帯電手段と、
   前記移動方向において前記帯電位置よりも下流側の露光位置で前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記移動方向において前記露光位置よりも下流側の現像位置で前記感光体表面に対向配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体と
   を備え、
   前記感光体表面のうち前記帯電手段により帯電される表面領域を帯電領域、前記現像位置において前記トナー担持体の表面と対向する領域を現像領域と定義したとき、
   前記移動方向において前記帯電位置と前記現像位置との間に配設されて、前記帯電領域のうち前記幅方向における端部領域である帯電端部領域の表面電位を低下させる電位調整手段
   をさらに備えることを特徴とする画像形成装置。
3. 前記電位調整手段は、所定の直流電位を与えられて前記帯電端部領域に当接することによって前記帯電端部領域の帯電量を低下させる除電部材である請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記電位調整手段は、前記帯電端部領域に光を照射することで前記帯電端部領域の帯電量を低下させる光学的除電手段である請求項２に記載の画像形成装置。
5. 前記露光手段の露光パワーを低減させる低減手段をさらに備え、前記露光手段および前記低減手段が、低減された露光パワーで前記帯電端部領域を露光することにより前記光学的除電手段として機能する請求項４に記載の画像形成装置。
6. 所定の移動方向に周回移動する無端状の感光体と、
   所定の帯電位置で前記感光体表面に当接するように、前記移動方向に直交する幅方向に延設された帯電部材、および、該帯電部材に帯電バイアスとしての直流電圧を供給するバイアス供給部を有する帯電手段と、
   前記移動方向において前記帯電位置よりも下流側の露光位置で前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、
   前記移動方向において前記露光位置よりも下流側の現像位置で前記感光体表面に対向配置され、表面にトナーを担持するトナー担持体と
   を備え、
   前記感光体表面のうち前記帯電手段により帯電される表面領域を帯電領域、前記現像位置において前記トナー担持体の表面と対向する領域を現像領域と定義したとき、
   前記帯電部材は、前記帯電領域のうち前記幅方向における端部領域である帯電端部領域において前記感光体に誘起させる単位面積当たりの電荷量が、前記帯電領域のうち前記現像領域における前記感光体に誘起させる単位面積当たりの電荷量よりも小さくなるように構成されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 前記現像領域よりも外側において、外側ほど前記帯電部材の表面と前記感光体の表面との距離が次第に大きくなることによって前記帯電部材と前記感光体とが離隔している請求項６に記載の画像形成装置。
8. 前記帯電部材は前記幅方向を軸方向とする略円筒形のローラ状に形成されており、前記幅方向における前記帯電部材の端部の直径が、前記現像領域内における直径よりも小さくなっている請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記帯電部材は、その表面が導電性および弾性を有する材料により前記幅方向を軸方向とする略円筒形のローラ状に形成されるとともに、前記感光体に対し圧接されており、しかも、前記幅方向における前記帯電部材の端部と前記感光体との間に絶縁部材が挟入されている請求項６または７に記載の画像形成装置。
10. 前記帯電部材に当接して表面をクリーニングするクリーニング手段をさらに備え、前記帯電部材表面のうち前記クリーニング手段によりクリーニングされるクリーニング領域の前記幅方向における端部が、前記幅方向における前記帯電領域の端部よりも内側に位置する請求項６に記載の画像形成装置。
11. 前記トナー担持体が、前記感光体に対し所定のギャップを隔てて離隔配置されている請求項１ないし１０のいずれかに記載の画像形成装置。

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