JP2015022223A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を招くことなく転写履歴による画像ノイズの発生や感光体の損耗による画質劣化を防止することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】導電性基体上に感光体層が形成されてなる感光体ドラム２０１の感光体層外周面を保護層を設けることなく露出させる。帯電ローラー２０２にて帯電した感光体ドラム２０１の外周面の帯電電位Ｖｏと、電源ユニット２００にて電圧印加された感光体ドラム２０１の導電性基体の素管部電圧Ｖｂａｓｅと、感光体ドラム２０１の外周面のうち画像露光を受光した画像部の画像部電位Ｖｉと、が何れも同極性であって、
｜Ｖｏ｜ ＞ ｜Ｖｉ｜ ＞ ｜Ｖｂａｓｅ｜ ＞ ０
との関係とし、かつ、転写ローラー２０４の転写電位Ｖｔを接地電位（＝０［Ｖ］）としてトナー像を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、画像形成装置に関し、特に、コスト上昇を招くことなく転写履歴による画像ノイズの発生や感光体の損耗による画質の劣化を防止する技術に関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置において良く用いられている負帯電型の感光体は、帯電時には帯電部材を介して負極性の電圧（例えば、−５００［Ｖ］）が印加され、転写時には転写部材を介して正極性の転写電圧（例えば、１０００［Ｖ］）が印加される。
この正極性の転写電圧は、感光体表面全体に亘って印加されるため、トナーが付着している画像領域においてはトナーを介して間接的に印加され、トナーが付着していない非画像領域においては感光体表面に直接印加され、感光体表面に正電荷が供給される。

高画質化、高解像度化を図るために小粒径化されたトナーは凝集力が強く働いて転写不良が生じ易いので転写電圧を高くする必要があり、また、カラー画像も色毎のトナー像を重ねて転写するため転写電圧が高く設定される。このため、転写後に、非画像領域の感光体層中に多量の正電荷（ホール）が残留して、次の画像形成時に転写履歴がノイズとして画像に現れやすい。

また、近年広く用いられている負帯電型の有機感光体（OPC: Organic Photo Conductor）は、電荷輸送層（CTL: Carrier Transport Layer）にバインダーとして使用するポリカーボネート樹脂が正電荷の供給によって正帯電すると、ポリカーボネート樹脂が分解して脆くなる。このため、トナー像の転写やクリーニング等による機械的ストレスが有機感光体表面に繰り返し加わると、膜削れが生じて感光体表面の平滑性が損なわれ、帯電性能が劣化したり、トナー像の画質の低下が惹き起こされたりする。

このような問題に対して、例えば、感光体表面上に保護層を形成することによって。感光体表面に正電荷が直接供給されるのを阻止する対策が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このようにすれば、感光体層内部に正電荷が注入されないので、転写履歴による画像ノイズの発生を防止することができる。

特開２０１０−０２６４２８号公報

しかしながら、感光体表面上に保護層を設けることは画像形成装置のコスト上昇を招くため、低価格帯の画像形成装置においては、上記従来術が示す対策を採ることができない。このため、保護層を設けることなく、画像履歴の残留や感光体表面の損耗を防止する技術が求められている。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、コスト上昇を招くことなく転写履歴による画像ノイズの発生や感光体の損耗による画質劣化を防止することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、導電性基体上に感光体層が形成されてなり、当該感光体層の外周面が露出されている感光回転体と、前記感光回転体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、一様に帯電した前記感光回転体の外周面を画像露光して、静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像が形成された感光回転体の外周面上にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、前記感光回転体の外周面上に形成されたトナー像を像担持体に静電転写する転写手段と、前記導電性基体に直流電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、前記帯電手段にて帯電した感光回転体外周面の帯電電位Ｖｏと、前記電圧印加手段にて電圧印加された前記導電性基体の基体部電圧Ｖｂａｓｅと、前記感光回転体の外周面のうち前記露光手段による画像露光を受光した画像部の画像部電位Ｖｉと、が何れも同極性であって、
｜Ｖｏ｜ ＞ ｜Ｖｉ｜ ＞ ｜Ｖｂａｓｅ｜ ＞ ０
との関係にあり、かつ、前記転写手段の転写電位を接地電位としてトナー像を形成することを特徴とする。

このようにすれば、前記転写手段の転写電位を接地電位とし、感光回転体の外周面上に正電荷が供給されないので、感光回転体内へ正電荷が注入されることによる転写履歴の残留や感光回転体の外周面が正帯電することによる感光体回転体の損耗を防止することができる。従って、これらに起因する画質の劣化を防止することができる。
したがって、感光回転体に保護層を形成する必要が無いので、保護層を形成することによるコスト上昇を回避することができる。

更に、前記帯電電位Ｖｏ、前記基体部電圧Ｖｂａｓｅ及び前記画像部電位Ｖｉを何れも同極性にするので、当該極性と逆極性の転写電圧を前記転写手段に供給する必要が無いので、当該逆極性の電圧を供給する電源装置が不要になる。この意味においても、装置コストの削減を図ることができる。
この場合において、直流電圧を供給する直流電圧源と、前記直流電圧源が供給する直流電圧の一部を電圧降下させる電圧降下手段と、を備え、前記帯電手段は、前記直流電圧源が供給する直流電圧を印加して前記感光回転体の外周面を前記帯電電圧Ｖｏとなるように帯電させ、前記導電性基体には、前記電圧降下手段にて電圧降下された後の直流電圧を前記基体部電圧Ｖｂａｓｅとすれば更に電源の低コスト化を図ることができるので好適である。

本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要な構成を示す図である。 作像ユニット１００の主要な構成を示す図である。 感光体層２０１ａの積層構造を示す図である。 作像ユニット１００各部の電位を示す図である。 電源ユニット２００の主要な構成を示す図である。 本発明の変形例に係る電源ユニット２００の主要な構成を示す図である。

以下、本発明に係る画像形成装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］画像形成装置の構成
まず、本実施の形態に係る画像形成装置の構成について説明する。
図１に示されるように、本実施の形態に係る画像形成装置１は、所謂タンデム型のカラープリンター装置であって、作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋが中間転写ベルト１０１に沿って順に配設されている。作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋは露光装置１０２からそれぞれ画像露光（Ｌ）を受けてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及びブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成し、中間転写ベルト１０１上に重なり合うように静電転写する（１次転写）。これによってカラートナー像が形成される。また、Ｋ色のモノクロトナー像を形成しても良い。

中間転写ベルト１０１は、無端状のベルトであって、トナー像を担持した状態で矢印Ａ方向に回転走行する。これによって、カラートナー像が２次転写ローラー対１０３に向かって搬送される。２次転写ローラー対１０３は不図示の圧接離間機構によって、圧接及び離間される。２次転写ローラー対１０３を構成する一対のローラーが互いに圧接している領域を２次転写ニップという。

記録シートＰは、給紙カセット１０４に収容されており、ピックアップローラー１０５によって１枚ずつ搬送経路１０６上に送り出される。搬送経路１０６上に送り出された記録シートＰはタイミングローラー１０７によって２次転写タイミングに合わせて２次転写ニップへ搬送される。
中間転写ベルト１０１に担持されたトナー像と記録シートＰとがタイミングを合わせて２次転写ニップを通過する際には、２次転写ローラー対１０３を構成する一対のローラー間に２次転写バイアスが印加される。これによって、中間転写ベルト１０１上のトナー像が記録シートＰ上に静電転写（２次転写）される。

トナー像を担持する記録シートＰは、定着装置１０８を通過する際にトナー像を熱定着された後、排出ローラー１０９によって排紙トレー１１０上に排出される。
［２］作像ユニット１００の構成
次に、作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋの構成について更に詳しく説明する。なお、作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋは本発明に関して何れも同様の構成を備えているので、以下においては、まとめて作像ユニット１００と呼ぶこととし、共通する構成について説明する。

図２に示されるように、作像ユニット１００は、円柱形状の感光体ドラム２０１の外周面に沿って順に帯電ローラー２０２、現像装置２０３、一次転写ローラー２０４、クリーニング装置２０５及び除電ランプ２０６が配設されている。
感光体ドラム２０１は、例えば、導電性基体２０１ｂと、その外周面上に形成された積層型の負帯電有機感光体からなる感光体層（光導電層）２０１ａとを有しており、導電性の支軸２０１ｃを中心として矢印Ｂ方向に回転駆動される。

導電性基体２０１ｂとしては、体積抵抗率が１０７［Ω・ｃｍ］未満の導電性を有する材料が良く、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。また、アルミニウムやチタニウム（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の導電性膜を形成した樹脂からなるベルト状の部材を用いても良い。このようにすれば、感光体ドラム２０１の配置の自由度を高くすることができる。

また、感光体層２０１ａにおいては、図３に示されるように、下引き層（UCL: Under Coat Layer）３０１、電荷発生層（CGL: Carrier Generation Layer）３０２及び電荷輸送層３０３を順次、導電性基体２０１ｂ上に積層した構造を備えている。各層の膜厚は、下引き層３０１が１〜１５［μｍ］程度、電荷発生層３０２が０．０１〜５［μｍ］程度、電荷輸送層３０３が１０〜４０［μｍ］程度である。また、感光体層２０１ａには、上記従来技術とは異なって、保護層は設けられていない。

感光体ドラム２０１の支軸２０１ｃには摺動接点２０１ｄが当接しており、当該摺動接点２０１ｄを介して電源ユニット２００は導電性基体２０１ｂに電圧印加する。これによって、導電性基体２０１ｂの電位（以下、「素管部電位」という。）Ｖｂａｓｅが−５００［Ｖ］とされる。なお、支軸２０１ｃは絶縁性の軸受によって回転可能に支持されている。また、作像ユニット１００もまた絶縁性のハウジングに各部材を格納した構成となっている。

帯電ローラー２０２は、芯金２０２ｃ、芯金２０２ｃと一体形成された導電層２０２ｂ、及び導電層２０２ｂの外周面上に形成された弾性を有する高導電体層２０２ａからなっている。芯金２０２ｃは回転自在に軸受けされており、帯電ローラー２０２は感光体ドラム２０１との摩擦によって矢印Ｃ方向に従動回転する。
帯電ローラー２０２は、感光体ドラム２０１の外周面に押圧されることによって帯電ニップが形成されている。また、導電性の芯金２０２ｃには摺動接点２０２ｄが当接しており、当該摺動接点２０２ｄを介して電源ユニット２００から帯電ローラー２０２に直流電圧Ｖｃ（＝−１５００［Ｖ］）が印加される。これによって、感光体ドラム２０１の外周面は、帯電電位Ｖｏが−９００［Ｖ］となるように均一に接触帯電される。

一様に帯電された感光体ドラム２０１の外周面上は、露光装置１０２からの画像露光Ｌが照射されると、感光体層２０１ａの受光箇所に導電性が生じて電荷が移動し、表面電位が上昇する。受光箇所の電位（以下、「画像部電位」という）Ｖｉは概ね−６００［Ｖ］である。このようにして静電潜像が形成される。
現像装置２０３は、外周面上にトナーを担持した状態で矢印Ｄ方向、すなわち感光体ドラム２０１の回転方向に対してカウンター方向に回転する現像ローラー２０３ａを備えている。現像ローラー２０３ａは感光体ドラム２０１に近接して対向配置されており、また、現像バイアスが印加されている。

これによって、感光体ドラム２０１の外周面上にトナーが供給され、静電潜像を現像したトナー像が形成される。なお、現像装置２０３に用いる現像剤は、主としてトナーのみからなる１成分系現像剤であっても良いし、主としてトナーとキャリアとからなる２成分系現像剤であっても良い。現像剤の如何を問わず、本発明の効果を得ることができる。
１次転写ローラー２０４は、感光体ドラム２０１と共に中間転写ベルト１０１を挟持しており、中間転写ベルト１０１が矢印Ａ方向へ回転走行するのに合わせて矢印Ｅ方向に回転する。１次転写ローラー２０４は、例えば、金属の芯金の表面を弾性体で被覆したもので、１次転写ローラー２０４の電位（以下、「転写部電位」という）Ｖｔは接地されることにより０［Ｖ］になっている。従って、感光体ドラム２０１の外周面上に担持されているトナー像は、感光体ドラム２０１の素管部電位Ｖｂａｓｅと接地電位０［Ｖ］との間の電位差によって中間転写ベルト１０１上に静電吸着される（１次転写）。

クリーニング装置２０５は、１次転写後に感光体ドラム２０１の外周面上に残留するトナーをクリーニングブレード２０５ａによって掻き取って回収する。除電ランプ２０６は、感光体ドラム２０１の外周面を除電露光することによって、残留電荷を除電する。これによって、感光体ドラム２０１の外周面の電位はほぼ素管部電位Ｖｂａｓｅに一致する。
なお、クリーニング装置２０５等によって除去し切れなかった残留トナーが帯電ローラー２０２に付着して汚損すると、帯電性能が劣化するおそれがあるので、帯電ローラー２０２をクリーニングするクリーニング部材を更に設けても良い。

図４は、作像ユニット１００各部の電位を示す図である。図４に示されるように、感光体ドラム２０１の帯電電位Ｖｏは、電源ユニット２００によって印加され、−９００［Ｖ］と最も高い。露光装置１０２による画像露光を受けない非画像部の電位も帯電電位Ｖｏである。一方、露光装置１０２による画像露光を受ける画像部の電位は画像部電位Ｖｉ（＝−６００［Ｖ］）である。なお、露光時間を短縮するために非画像部も露光するバイアス露光を行う場合には、非画像部の電位が帯電電位Ｖｏよりも電位が高くなる。

感光体ドラム２０１の導電性基体２０１ｂは支軸２０１ｃを介して電源ユニット２００から電圧印加を受け、素管部電位Ｖｂａｓｅ（＝−５００［Ｖ］）となる。この素管部電位Ｖｂａｓｅと帯電電位Ｖｏとの間の電位差が帯電バイアス電圧（＝４００［Ｖ］）である。
また、上述のように、転写ローラー２０４は接地されているので、転写部電位Ｖｔは０［Ｖ］となる。素管部電位Ｖｂａｓｅと転写部電位Ｖｔとの間の電位差が、感光体ドラム２０１外周面上のトナーを中間転写ベルト１０１に静電転写する転写バイアス（＝５００［Ｖ］）となる。

このように、帯電電位Ｖｏ、画像部電位Ｖｉ、素管部電位Ｖｂａｓｅ及び転写部電位Ｖｔの間には次の式（Ｉ）のような関係が成り立つ。
Ｖｏ ＜ Ｖｉ ＜ Ｖｂａｓｅ ＜ Ｖｔ ＝ ＧＮＤ
また、電位の関係を絶対値でみると次の式（ＩＩ）のようになる。
｜Ｖｏ｜ ＞ ｜Ｖｉ｜ ＞ ｜Ｖｂａｓｅ｜ ＞ ｜Ｖｔ｜ ＝ ＧＮＤ
［３］電源ユニット２００の構成
次に、電源ユニット２００の構成について説明する。

図５は、電源ユニット２００の主要な構成を示す図である。図５に示されるように、電源ユニット２００は、商用電源５０３から交流電力の供給を受けて、感光体ドラム２０１と帯電ローラー２０２とに互いに異なる直流電圧を印加する。電源ユニット２００は、トランス５０１ａ、５０１ｂ及び整流器５０２ａ、５０２ｂを備えている。
トランス５０１ａは、商用電源５０３からの交流電力を昇圧して整流器５０２ａに入力し、整流器５０２ａは、入力された高圧の交流電力を直流化して、帯電ローラー２０２の芯金２０２ｃに直流電圧Ｖｃを印加する。同様に、トランス５０１ｂは、商用電源５０３からの交流電力を昇圧して整流器５０２ｂに入力し、整流器５０２ｂは、入力された高圧の交流電力を直流化して、感光体ドラム２０１の導電性基体２０１ｂに素管部電圧Ｖｂａｓｅを印加する。

このようにすれば、感光体２０１に正極性の転写電圧が印加されないので、感光体層２０１ａ中に正電荷が注入されない。従って、感光体層２０１ａ中に正電荷が残留することによって生じる転写履歴に起因する画像ノイズの発生を防止することができる。同様に、感光体ドラム２０１の外周面が正帯電しないので、感光体層２０１ａの損耗による帯電性能や画質の劣化も防止することができる。

また、感光体層２０１ａ上に保護層を設ける必要が無いので、保護層を形成することによるコストの上昇も回避することができる。
また、従来は、素管部電位Ｖｂａｓｅが接地電位（０［Ｖ］）とされ、帯電ローラー２０２に負極性の直流電圧Ｖｃを印加する電源ユニット（特に、トランス）と、転写ローラー２０４に正極性の転写電圧Ｖｔを印加する電源ユニット（トランス）とが別個に必要になっている。一方、本実施の形態によれば、転写部電位Ｖｔを接地電位とするので、正極性の電圧を印加する電源ユニットが不要である。したがって、当該電源ユニット分のコストも削減することができる。

［４］変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）上記実施の形態においては、電源ユニット２００が２つのトランス５０１ａ、５０１ｂを備える場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。

図６は、本変形例に係る電源ユニット２００の主要な構成を示す図である。図５に示されるように、本変形例に係る電源ユニット２００はトランス５０１、整流器５０２及び電圧降下素子６０１を備えており、商用電源５０３から交流電力の供給を受けて、感光体ドラム２０１に素管部電圧Ｖｂａｓｅを印加し、帯電ローラー２０２に直流電圧Ｖｃを印加する。

トランス５０１は、商用電源５０３からの交流電力を昇圧して整流器５０２に入力し、整流器５０２は、入力された高圧の交流電力を直流化して、直流電圧Ｖｃを出力する。整流器５０２の出力電圧は、帯電ローラー２０２の芯金２０２ｃに印加されると共に、電圧降下素子６０１によって素管部電圧Ｖｂａｓｅまで電圧降下された後、感光体ドラム２０１の導電性基体２０１ｂに印加される。

なお、電圧降下素子６０１はツェナーダイオードであっても良いし、電気抵抗素子であっても良い。
このようにすれば、トランス５０１と整流器５０２とが何れも１つで足りるので、上記実施の形態に係る電源ユニット２００よりも更にコストを削減することができる。
（２）上記実施の形態においては、負帯電型の感光体を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて負帯電型の感光体を用いても本発明の効果を得ることができる。なお、正帯電型の感光体を用いる場合には、帯電電位Ｖｏ、画像部電位Ｖｉ、素管部電位Ｖｂａｓｅを何れも正極性として、上述の式（ＩＩ）が成り立つようにすれば良い。

（３）上記実施の形態においては、積層型の感光体を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、単層型の感光体を用いても本発明の効果は同じである。
（４）上記実施の形態においては特に言及しなかったが、カラー画像を形成する場合には、帯電電位Ｖｏと画像部電位Ｖｉとの電位差（Ｖｏ−Ｖｉ）はＹＭＣＫの何れの色においても同じとし、中間転写ベルト１０１の回転走行方向において下流側に配されている作像ユニット１００ほど帯電電位Ｖｏを高くするのが望ましい。このようにすれば、当該下流側、すなわち２次転写ローラー対１０３に近い作像ユニット１００においてもより確実にトナーを中間転写ベルト１０１上へ１次転写することができる。

なお、この場合において、電源ユニット２００の整流器５０２に最も高い帯電電位Ｖｏを出力させ、他の作像ユニット１００に対しては、それぞれ適切に電圧降下させる電圧降下素子６０１を介して帯電電圧Ｖｏを出力させれば、作像ユニット１００Ｙ〜１００Ｋの間で電源ユニット２００の共用化を図ることができるので、更なるコスト低減を図ることができる。

（５）上記実施の形態においては、支軸２０１ｃが絶縁性の軸受によって回転可能に支持されている場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。例えば、支軸２０１ｃに絶縁性の材料を用いると共に、摺動接点２０１ｄを導電性基体２０１ｂの内周面に当接させることによって、導電性基体の２０１ｂの電位を素管部電位Ｖｂａｓｅとしても良い。このようにすれば、上記実施の形態よりも更に確実に素管部電位Ｖｂａｓｅを絶縁することができるので、感電事故を防止して安全性を高めることができる。

（６）上記実施の形態においては、タンデム型のカラープリンター装置を例にとって説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、タンデム型以外のカラープリンター装置に本発明を適用しても良い。また、更にスキャナー装置を備えたコピー装置や通信機能を有するファクシミリ装置といった単機能機やこれらの機能を兼ね備えた複合機（MFP: Multi-Function Peripheral）に本発明を適用しても同様の効果を得ることができる。

また、モノクロ画像を形成する画像形成装置であっても、トナーが小粒径化されている場合には、感光体の損耗や画像履歴の残留による問題が顕著になるのに対して、本発明を適用すれば、コスト上昇を招くことなく、これらの問題を解消することができる。

本発明に係る画像形成装置は、コスト上昇を招くことなく転写履歴による画像ノイズの発生や感光体の損耗による画質の劣化を防止する装置として有用である。

１…………画像形成装置
１００……作像ユニット
１０１……中間転写ベルト
２０１……感光体ドラム
２０１ａ…感光体層
２０１ｂ…導電性基体
２０１ｃ…支軸
２０１ｄ…摺動接点
２０２……帯電ローラー
２０２ｄ…摺動接点
２０５……クリーニング装置
５０１……トランス
５０２……整流器
６０１……電圧降下素子

Claims (2)

1. 導電性基体上に感光体層が形成されてなり、当該感光体層の外周面が露出されている感光回転体と、
   前記感光回転体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、
   一様に帯電した前記感光回転体の外周面を画像露光して、静電潜像を形成する露光手段と、
   前記静電潜像が形成された感光回転体の外周面上にトナーを供給してトナー像を形成する現像手段と、
   前記感光回転体の外周面上に形成されたトナー像を像担持体に静電転写する転写手段と、
   前記導電性基体に直流電圧を印加する電圧印加手段と、を備え、
   前記帯電手段にて帯電した感光回転体外周面の帯電電位Ｖｏと、
   前記電圧印加手段にて電圧印加された前記導電性基体の基体部電圧Ｖｂａｓｅと、
   前記感光回転体の外周面のうち前記露光手段による画像露光を受光した画像部の画像部電位Ｖｉと、が何れも同極性であって、
   ｜Ｖｏ｜ ＞ ｜Ｖｉ｜ ＞ ｜Ｖｂａｓｅ｜ ＞ ０
   との関係にあり、かつ、前記転写手段の転写電位を接地電位としてトナー像を形成する
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 直流電圧を供給する直流電圧源と、
   前記直流電圧源が供給する直流電圧の一部を電圧降下させる電圧降下手段と、を備え、
   前記帯電手段は、前記直流電圧源が供給する直流電圧を印加して前記感光回転体の外周面を前記帯電電圧Ｖｏとなるように帯電させ、
   前記導電性基体には、前記電圧降下手段にて電圧降下された後の直流電圧を前記基体部電圧Ｖｂａｓｅとする
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。

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