JP2014081467A - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】感光体に対する導電性部材の接触性を周囲環境に拘らず適度に維持すると共に、感光体に対して帯電ムラの無い均一な帯電を行う。
【解決手段】本発明に係る帯電装置は、感光体９に接触配置されて感光体９を帯電処理する帯電部材を備えた帯電装置であって、前記帯電部材は、芯材１９の外周面に多数のブラシ２０が形成された導電性ブラシローラー１７であり、前記導電性ブラシローラー１７は、回転自在に取り付けられると共に、前記感光体９との間の摩擦によって前記感光体９の回転に対して０．６〜０．９の周速比の遅れを伴う従動回転可能に設けられ、前記ブラシ２０は、その先端部２１がその基部２２に対して前記導電性ブラシローラー１７の従動回転方向に向けて斜毛して形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、感光体を帯電させる帯電装置及びこれを備えた画像形成装置に関する。

レーザープリンターやデジタル複合機等の画像形成装置は、光導電性を有する感光体と、この感光体を所定の電位で帯電させる帯電装置とを備える。帯電装置には、感光体を帯電する際の放電によるオゾン発生を抑制するために、感光体と接触配置された状態でこの感光体を帯電する接触帯電方式が採用されたものがある。この帯電装置は、その表面に、例えば、導電性ゴム、導電性粒子又は導電性ブラシを設けて構成される。

導電性ゴムは、通常、感光体の回転に従動して回転する帯電ローラーの表面に設けられ、耐久性及びメンテナンス性に優れ、取り扱いが容易である。しかしながら、導電性ゴムは、硬度及び表面摩擦力が高いため、帯電ローラーと感光体との間で回転速度（周速）に差をつけるように感光体に押圧させることが困難で、感光体との接触性があまり良くなく、それにより帯電にムラが生じ易くなってしまう。

導電性粒子は、感光体との間に広いニップを形成して密着させることができ、感光体の周速による影響が少ないため、接触性に優れる。しかしながら、導電性粒子は、感光体の表面に対して常に一定量を維持させる機器等を設ける必要があり、また、散乱し易いためメンテナンスが困難である。

導電性ブラシは、取り扱いやメンテナンスが容易である上、感光体に対する接触性が導電性ゴムよりも優れている。導電性ブラシには、感光体との接触性を高めるために、感光体と周速差を持たせて回転させるように制御されるものがある。

例えば、特許文献１に開示される技術では、周波数ｆを感光体の表面線速Ｖ１で除算した値が１．５〜４になる交流電圧を帯電バイアスに採用し、且つ、表面線速Ｖ１に対する帯電ブラシローラーの表面線速Ｖ２の比を２倍以上にすることで、感光体の帯電ムラを抑えつつ、感光体上におけるフィルミングの発生を抑えている。

特開２００８−０４６１７２号公報

しかしながら、導電性ブラシは、温度及び湿度等の周囲環境によって電流抵抗値や硬度が変化し易く、帯電にムラが生じ易いため、周囲環境に応じて最適な周速制御を行う必要がある。また、特許文献１に開示される技術では、感光体と帯電ブラシローラーとのそれぞれに対して回転駆動するための機器を備え、それぞれの回転速度を制御する必要があり、製品の製造コストの増大を招く懸念がある。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、感光体に対する帯電部材の接触性を周囲環境に拘らず適度に維持すると共に、感光体に対して帯電ムラの無い均一な帯電を行うことを目的とするものである。

本発明の帯電装置は、感光体に接触配置されて感光体を帯電処理する帯電部材を備えた帯電装置であって、前記帯電部材は、芯材の外周面に多数のブラシが形成された導電性ブラシローラーであり、前記導電性ブラシローラーは、回転自在に取り付けられると共に、前記感光体との間の摩擦によって前記感光体の回転に対して０．６〜０．９の周速比の遅れを伴う従動回転可能に設けられ、前記ブラシは、その先端部がその基部に対して前記導電性ブラシローラーの従動回転方向に向けて斜毛して形成されていることを特徴とする。

このような構成を採用することで、帯電部材を回転駆動するための機器を備えることなく、周囲環境に拘らず、感光体に対して帯電部材を適正な周速比をもって当接させ、感光体の表面をムラなく均一に帯電することができる。また、製造コストの低減を図ることもできる。

前記周速比は、少なくとも低温低湿環境において０．６であるとよい。

このように構成することで、感光体を帯電し難い低温低湿環境においても、導電性ブラシローラーによって感光体を帯電する効率をより向上することができる。

前記ブラシのパイル径は２デニールで、前記ブラシのパイル長は０．８ｍｍであるとよい。

このように構成することで、感光体の回転に対する導電性ブラシローラーの従動回転について、最適な滑りを維持することができる。

前記導電性ブラシローラーは、前記ブラシが前記芯材に静電植毛されることによって形成されるとよい。

このように構成することで、ブラシを芯材に一様に配置し、これにより形成された導電性ブラシローラーは、感光体に対して回転に拘らず均一に当接し、感光体の表面をムラなく均一に帯電することができる。

本発明の画像形成装置は、上記いずれかの帯電装置を備えていることを特徴とする。

前記画像形成装置は、前記感光体として単層有機感光体を備えるとよい。

本発明によれば、帯電部材を回転駆動するための機器を備えることなく、周囲環境に拘らず、感光体に対して帯電部材を適正な周速比をもって当接させ、帯電部材の表面をムラなく均一に帯電することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概略を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る画像形成装置における感光体と帯電ブラシローラーとの関係を示す模式図である。 帯電ブラシローラーで帯電された感光体に生じる電位ムラを例示するグラフである。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置について、添付の図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成の概略を示す模式図、図２は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の画像形成部の一部を示す断面図、図３は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置における感光体と帯電ブラシローラーとの関係を示す模式図である。

画像形成装置１は、例えば、レーザープリンターやデジタル複合機等であり、図１に示すように、箱型形状の装置本体２と、記録材としての用紙Ｓ（図２参照）を収納する給紙カセット３と、用紙Ｓを給紙カセット３から取り出して搬送する給紙部４と、給紙部４からの用紙Ｓに対して画像を形成する画像形成部５と、用紙Ｓに画像を定着させる定着部６と、用紙Ｓを排出する排出部７と、排出部７から排出された用紙Ｓを一定量蓄積可能な排紙トレイ８とを備える。

給紙カセット３は装置本体２内の下方に設けられ、排紙トレイ８は装置本体２の上端に設けられる。給紙部４及び排出部７は、装置本体２の内部で、それぞれ給紙カセット３の一側部及び排紙トレイ８の一側部に近接して設けられる。

画像形成部５は給紙部４と排出部７との間に設けられ、定着部６は画像形成部５と排出部７との間に設けられる。

図１及び図２に示すように、画像形成部５は、光導電性を有する像担持体としてのドラム状の感光体９を備え、感光体９は、装置本体２に対して回転可能に軸支される。感光体９は、例えば、直径３０ｍｍで形成される。

画像形成部５は、更に、感光体９を所定の電位で帯電させる帯電装置１０と、帯電した感光体９を露光して静電潜像を形成するレーザー・スキャニング・ユニット（ＬＳＵ）等の露光器１１と、感光体９に形成された静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像ユニット１２と、現像ユニット１２にトナーを供給するトナーコンテナ１３と、トナー像の用紙Ｓへの転写に用いられる転写ローラー１４とを備える。

また、画像形成部５は、感光体９の表面に残留したトナーを除去するクリーニング部１５と、感光体９の表面を露光して除電するイレーサーランプ（除電器）１６とを備える。

画像形成部５では、感光体９の回転方向（図１の矢印Ｘ参照）に沿って、画像形成順に、帯電装置１０、現像ユニット１２、転写ローラー１４、クリーニング部１５、イレーサーランプ１６が配置され、露光器１１は、帯電装置１０と現像ユニット１２との間で感光体９にレーザー光（図１の矢印Ｐ参照）を照射できるように配置される。

帯電装置１０は、装置本体２に対して回転自在に軸支される導電性ブラシローラー（帯電部材）１７と、導電性ブラシローラー１７に対して帯電バイアス電圧を印加する高圧発生回路１８とを備える。

導電性ブラシローラー１７は、感光体９に接触配置されていて、感光体９へと押圧されることで両者間に摩擦力が生じ、感光体９の回転に従動して回転する。導電性ブラシローラー１７と感光体９との回転速度（周速）の比は、感光体９に帯電する電荷の電位ムラが最小化されるように設定される。例えば、導電性ブラシローラー１７は、感光体９に従動した回転速度が感光体９の回転速度に対して１０〜４０％の滑りを伴い、所定の周速比、好ましくは、０．６〜０．９の周速比となるように構成される。なお、導電性ブラシローラー１７が感光体９に接触配置された状態での感光体９に対する摩擦力は、導電性ゴムを用いた場合に比べて小さい。

導電性ブラシローラー１７は、円筒状又は円柱状の芯材１９と芯材１９の外周面に一様に設けられる多数のブラシ２０とからなり、例えば、ブラシ２０は芯材１９に静電植毛される。導電性ブラシローラー１７は、例えば、直径１２ｍｍで形成される。芯材１９は、例えば、ＳＵＭ材にメッキ加工したものやステンレス等の材料で、直径約１０ｍｍで形成される。ブラシ２０は、ナイロン等の導電性を有する材料で、パイル径２〜４デニール、より好ましくは２デニールで、且つパイル長０．７〜１．０ｍｍ、より好ましくは０．８ｍｍで形成される。

ブラシ２０は、特に、その先端部（毛先）２１が基部２２に対して傾斜（斜毛）して形成され、毛先が導電性ブラシローラー１７の従動回転方向に向くように芯材１９に配置される。ブラシ２０の先端部２１は、ブラシ２０の全長の５０〜１００％の長さで、基部２２に対して２０〜４５度の角度で斜毛するように形成される。

現像ユニット１２は、トナーコンテナ１３に接続されてトナーコンテナ１３からトナー供給を受けるように構成され、感光体９に対向配置される回転可能な現像ローラー２３を備える。

転写ローラー１４は、感光体９との間にニップが形成されるように配置され、感光体９と共に転写部２４を構成する。転写ローラー１４は、転写バイアス電圧を印加する高圧発生回路２５に接続される。

クリーニング部１５は、例えば、クリーニングスクリュー２６とクリーニングブレード２７とを備える。

画像形成装置１では、用紙Ｓを給紙部４から転写部２４及び定着部６を経由して排出部７へと搬送する搬送路２８が設けられる。つまり、本実施形態の画像形成装置１は、用紙Ｓを下方から上方へと送る縦搬送である。また、画像形成装置１では、搬送路２８とは別に、定着部６を経由した用紙Ｓを反転して転写部２４へと送る両面印刷用の反転経路２９も設けられる。

次に、このような構成を備えた画像形成装置１の画像形成動作について説明する。

画像形成装置１に電源が投入されると、各種パラメーターが初期化され、定着部６の温度設定等の初期設定が実行される。そして、画像形成装置１に接続されたコンピューター等から画像情報が入力され、印刷開始の指示がなされると、以下のようにして画像形成動作が実行される。

まず、画像形成部５において、帯電装置１０が高圧発生回路１８によって帯電バイアス電圧Ｖｍｃ＝＋１１００Ｖを導電性ブラシローラー１７に印加すると共に、図示しない駆動部によって感光体９を回転させる。

このとき、導電性ブラシローラー１７は、感光体９の回転に従動して回転するが、ブラシ２０の先端部２１が導電性ブラシローラー１７の従動回転方向に斜毛し、すなわち、感光体９がブラシ２０を引っ張る方向に斜毛しているため、導電性ブラシローラー１７と感光体９との摩擦力が低くなり、感光体９から遅れて回転する。例えば、導電性ブラシローラー１７は、感光体９に対して、１０〜４０％の滑りを伴って０．６〜０．９の周速比で回転する。このようにして、感光体９の外周表面は、導電性ブラシローラー１７からの放電電荷を受けて、全体が＋５００Ｖに均一に帯電される。

帯電後の感光体９の表面に対して、露光器１１によって画像情報に応じてレーザー光Ｐを照射し、レーザー光照射部分の電荷を除去することにより、感光体９の表面に画像情報に応じた静電潜像を形成する。

次に、トナーコンテナ１３から現像ユニット１２に供給されたトナーが、現像ローラー２３を介して感光体９の表面に供給されて静電潜像に静電的に付着され、感光体９の表面にトナー像が現像される。

一方、給紙カセット３に収納された用紙Ｓは、上記した画像形成動作とタイミングを合わせて、給紙部４によって取り出され、搬送路２８に沿って搬送される。この用紙Ｓは、まず、転写部２４へと搬送され、感光体ドラム９と転写ローラー１４との間のニップに進入して感光体ドラム９上のトナー像が用紙Ｓに転写される。

トナー像を転写された用紙Ｓは、定着部６へと搬送され、定着部６によってトナー像が用紙Ｓに定着される。トナー像が定着された用紙Ｓは、搬送路２８の下流端の排出部７から排紙トレイ８に排出される。

なお、トナー像の転写後の転写ローラー１４では、高圧発生回路２５によって、画像形成時とは逆極性のバイアス電圧Ｖｔｃ＝−５００Ｖを印加し、転写ローラー１４に付着したトナーが感光体９に戻される。

また、トナー像の転写後の感光体９では、感光体９の表面上に残留しているトナーが、クリーニング部１５によって除去及び回収され、感光体９の表面に帯電している電荷が、次の画像形成時の帯電のためにイレーサーランプ１６によって除電される。

次に、帯電装置１０、特に導電性ブラシローラー１７の好適な構成について説明する。

導電性ブラシローラー１７は、回転する感光体９と一部のみ接触し、その接触位置のみで感光体９の表面を帯電する。図４では、その接触位置で感光体９の表面に帯電される電荷の電位を縦軸に示し、帯電開始からの時間経過を横軸に示して、帯電が均一でない場合の感光体９の外周表面に沿った電位を例示する。図４に示すような感光体９の外周表面における低電位部分と高電位部分との差ΔＶ０を電位ムラ（帯電ムラ）と称する。導電性ブラシローラー１７は、このような電位ムラを抑制し、好ましくは１０Ｖ以下にするために、以下のような条件を満たして構成される。

導電性ブラシローラー１７のブラシ２０は、周囲環境の温度が常温（２０〜２５℃）に比べて低温であるときには硬度が固くなると共に電気抵抗が高くなり、高温であるときには硬度が軟らかくなると共に電気抵抗が低くなる傾向がある。また、感光体９の表面は、周囲環境の湿度が常湿（４０〜６０％）に比べて低湿であるときには放電生成物が発生し易く摩擦力が高まり、高湿であるときには放電生成物が発生し難く摩擦力が低くなる傾向がある。すなわち、低温低湿環境では、ブラシ２０は、感光体９に対する摩擦力が高く、電気が流れ難いため、放電が起こり難くなり、感光体９を帯電し難くなる。一方、高温高湿環境では、この摩擦力が低く、電気が流れ易いため、放電が起こり易くなり、感光体９を帯電し易くなる。

周囲環境と、感光体９及び導電性ブラシローラー１７間の周速比とに応じた、感光体９に帯電される電荷の電位ムラΔＶ０について、表１に示す。

表１に示すように、低温低湿環境（温度１０℃、湿度１５％）では、感光体９が帯電し難いので周速比によって電位ムラが大きく異なるため、電位ムラを抑えるには周速の差を最適化する必要がある。一方、高温高湿環境（温度２８℃、湿度８０％）では、感光体９が帯電し易いので、周速比による電位ムラの変化幅は小さくなる。

例えば、低温低湿環境では、感光体９の帯電状況は周速比の影響を受けやすく、周速比０．６の場合に、電位ムラΔＶ０が最も小さく１０Ｖとなる。常温常湿環境（温度２３℃、湿度５０％）では、周速比０．６及び０．７の場合に、電位ムラΔＶ０が最も小さく８Ｖとなる。高温高湿環境では、周速比０．７の場合に、電位ムラΔＶ０が最も小さく５Ｖとなる。

このように、感光体９の帯電状況は、感光体９と導電性ブラシローラー１７との周速比にも応じて変化する。なお、周速比が小さ過ぎて、例えば、０．６を下回る場合、感光体９に当接する導電性ブラシローラー１７の外周位置で、同じブラシ２０が放電し続ける結果、放電量が減少し、電位ムラが生じることとなる。

従って、導電性ブラシローラー１７による感光体９の帯電は低温低湿環境において周速比の影響を最も受け易いことから、低温低湿環境において電位ムラが最小化され、感光体９及び導電性ブラシローラー１７間の周速比が０．６となるように導電性ブラシローラー１７を構成することが好ましい。

また、導電性ブラシローラー１７は、芯材１９に対して十分な密度でブラシ２０を静電植毛する場合、ブラシ２０のパイル長を１．０ｍｍ以下にする必要がある。このようなパイル長１．０ｍｍのブラシ２０を用いた場合の、先端部２１の斜毛方向とブラシ２０のパイル径（パイル太さ）とに応じた感光体９及び導電性ブラシローラー１７間の従動回転によって生ずる周速比について、表２に示す。ここでは、周囲環境は常温常湿である。

表２に示すように、ブラシ２０の先端部２１の斜毛方向がブラシ２０の回転と逆方向である場合には、周速比はブラシ２０のパイル径に拘らず略１．０となり、すなわち、導電性ブラシローラー１７は感光体９に対してほとんど周速差なく従動回転する。

従って、ブラシ２０の先端部２１の斜毛方向がブラシ２０の回転方向となるように導電性ブラシローラー１７を構成することが好ましい。このように、先端部２１がブラシ２０の回転方向に斜毛したブラシ２０を用いた場合の、周囲環境とパイル径とに応じた感光体９及び導電性ブラシローラー１７間の従動回転によって生ずる周速比について、表３に示す。ここでは、ブラシ２０のパイル長は１．０ｍｍである。

表３に示すように、ブラシ２０のパイル径が４デニール又は６デニールである場合、低温低湿環境での周速比がそれぞれ０．４又は０．３となり、好ましい周速比０．６を下回る。この場合、ブラシ２０のパイル長を長くすることにより周速比を上げることができるが、パイル長を長くすると静電植毛されるブラシ２０は芯材１９における密度が粗くなってしまう。

低温低湿環境での周速比が０．７となったパイル径２デニールのブラシ２０については、パイル長を短くすることにより周速比を下げることができる。このパイル径２デニールのブラシ２０を用いた場合の、周囲環境とパイル長とに応じた感光体９及び導電性ブラシローラー１７間の従動回転によって生ずる周速比について、表４に示す。

表４に示すように、ブラシ２０のパイル長が０．８ｍｍである場合に、低温低湿環境での周速比が０．６となる。

従って、ブラシ２０のパイル径が２デニールで、パイル長が０．８ｍｍであり、先端部２１が回転方向に斜毛して形成されるように導電性ブラシローラー１７を構成することが好ましい。

本実施形態では上述のように、導電性ブラシローラー１７は、回転自在に取り付けられるため、感光体の回転に従動して回転させることができる。また、導電性ブラシローラー１７は、ブラシ２０の先端部２１を導電性ブラシローラー１７の回転方向に向けて斜毛して形成されているため、感光体９に接触する面積を増やすことができる。従って、導電性ブラシローラー１７の従動回転に、感光体９の回転との周速差を生じさせることができる。これにより、導電性ブラシローラー１７を回転駆動するための機器を備えることなく、周囲環境に拘らず、感光体９に対して導電性ブラシローラー１７を適正な周速比をもって当接させ、感光体９の表面をムラなく均一に帯電することができる。

また、本実施形態では、導電性ブラシローラー１７は、ブラシ２０のパイル径を２デニールとすると共に、パイル長を０．８ｍｍとし、更に先端部２１を回転方向に斜毛させて形成されることにより、感光体９の回転に対する導電性ブラシローラー１７の従動回転の滑りを最適化することができ、低温低湿環境において最適な周速比０．６を得ることができる。

本実施形態では、直径３０ｍｍの感光体９に対して直径１２ｍｍの導電性ブラシローラー１７を備え、この導電性ブラシローラー１７にパイル径が２デニールでパイル長が０．８ｍｍのブラシ２０を形成することが最適であるとして説明したが、他の異なる実施形態では、感光体の他の直径に対して３０〜５０％の直径を有するように導電性ブラシローラーを形成し、導電性ブラシローラーの直径に拘らず１ｍｍ以下のパイル長を有すると共に２〜６デニールのパイル径を有するようにブラシを形成してもよい。

本実施形態では、画像形成装置としてレーザープリンターやデジタル複合機を例示したが、他の異なる実施形態では、複写機、ファクシミリ等の他の画像形成装置に本発明の構成を適用することも可能である。

１ 画像形成装置
５ 画像形成部
９ 感光体
１０ 帯電装置
１４ 転写ローラー
１５ クリーニング部
１６ イレーサーランプ
１７ 導電性ブラシローラー
１８ 高圧発生回路
１９ 芯材
２０ ブラシ
２１ 先端部
２２ 基部
２３ 現像ローラー
２４ 転写部
２５ 高圧発生回路
２６ クリーニングスクリュー
２７ クリーニングブレード

Claims (6)

1. 感光体に接触配置されて感光体を帯電処理する帯電部材を備えた帯電装置であって、
   前記帯電部材は、芯材の外周面に多数のブラシが形成された導電性ブラシローラーであり、
   前記導電性ブラシローラーは、回転自在に取り付けられると共に、前記感光体との間の摩擦によって前記感光体の回転に対して０．６〜０．９の周速比の遅れを伴う従動回転可能に設けられ、
   前記ブラシは、その先端部がその基部に対して前記導電性ブラシローラーの従動回転方向に向けて斜毛して形成されていることを特徴とする帯電装置。
2. 前記周速比は、少なくとも低温低湿環境において０．６であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記ブラシのパイル径は２デニールで、前記ブラシのパイル長は０．８ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
4. 前記導電性ブラシローラーは、前記ブラシが前記芯材に静電植毛されることによって形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の帯電装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯電装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
6. 前記感光体として単層有機感光体を備えることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

Images