JP2020086240A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 感光体ドラムの帯電における軸線方向の表面電位のばらつきを抑制する。【解決手段】 感光体ドラム１０には、軸線方向の一端部１０ａ側では相対的に帯電性が高く、他端部１０ｂ側では相対的に帯電性が低いという帯電性のばらつきがある。このとき、感光体層１２に対して相対的に高感度の第２波長の光を出射する第２光源７２を、帯電性が高い一端部１０ａ側に配置し、感光体層１２に対して相対的に低感度の第１波長の光を出射する第１光源７１を、帯電性が低い他端部１０ｂ側に配置する。このような除電装置７０の光源配置によって、除電後に行われる帯電では、軸線方向の表面電位のばらつきが抑制された帯電が実現できる。【選択図】 図４

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した画像形成は、例えば、帯電、露光、現像、転写、クリーニング、除電、および定着の各工程からなる。回転駆動される感光体ドラムの表面を、帯電装置によって均一に帯電し、帯電した感光体表面に、露光装置によってレーザ光を照射して静電潜像を形成する。続いて、現像装置によって感光体上の静電潜像を現像し、感光体表面上にトナー像が形成される。転写装置によって感光体上のトナー像は記録媒体に転写され、その後、定着装置によってトナー像が記録媒体上に固定される。また転写後に感光体表面上に残った残留トナーはクリーニング装置により除去されるとともに、クリーニングされた後の感光体表面は除電装置により残留電荷が除去され、次の画像形成に備える。

特許文献１に記載の帯電装置では、帯電ローラによる接触帯電を行う場合、感光体表面の感光体層の膜減りが生じてしまう。膜厚を検出して除電光の照射量あるいは波長を変更することで適切な除電を行うことができる。

特開平５−２７５５７号公報

感光体ドラムには、その軸線方向（回転軸方向）において、帯電特性にばらつきを有するものがあり、帯電装置で帯電させた場合に感光体層の表面電位がばらついてしまう。

本開示の画像形成装置は、感光体層が設けられた感光体ドラムであって、前記感光体層の帯電性が軸線方向で異なる感光体ドラムと、
前記感光体層を帯電させる帯電装置と、
帯電した前記感光体層に静電潜像を形成する露光装置と、
前記静電潜像をトナーで現像する現像装置と、
前記感光体層上のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像が前記記録媒体へ転写された後の前記感光体層を除電する除電装置と、を備え、
前記除電装置は、前記感光体ドラムの軸線に沿って配置された複数の光源を有し、該複数の光源は、第１波長の除電光を出射する第１光源と、前記感光体層の感度が前記第１波長よりも高い第２波長の除電光を出射する第２光源と、を含み、前記感光体層の帯電性に応じて前記第１光源および前記第２光源が配置されている。

また本開示の画像形成装置は、感光体層が設けられた感光体ドラムであって、前記感光体層の帯電性が軸線方向で異なる感光体ドラムと、
前記感光体層を帯電させる帯電装置と、
帯電した前記感光体層に静電潜像を形成する露光装置と、
前記静電潜像をトナーで現像する現像装置と、
前記感光体層上のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記トナー像が前記記録媒体へ転写された後の前記感光体層を除電する除電装置と、を備え、
前記除電装置は、前記感光体ドラムの軸線に沿って配置された複数の光源を有し、該複数の光源は、第１光量の除電光を出射する第１光源と、前記第１光量よりも多い第２光量の除電光を出射する第２光源と、を含み、前記感光体層の帯電性に応じて前記第１光源および前記第２光源が配置されている。

本開示の画像形成装置よれば、波長が異なる除電光を照射して感光体ドラムを除電することにより、帯電時の表面ばらつきが抑制される。

また本開示の画像形成装置によれば、光量が異なる除電光を照射して感光体ドラムを除電することにより、帯電時の表面ばらつきが抑制される。

画像形成装置の構成を示す構成図である。 感光体ドラムの製造方法を示す説明図である。 感光体ドラムの感光体層を示す模式図である。 感光体ドラムと除電装置との構成を示す概略図である。

以下、図面を用いて各実施形態の画像形成装置について説明する。図１は、本実施形態の画像形成装置の構成を示す構成図である。図２は、感光体ドラムの製造方法を示す説明図である。図３は、感光体ドラムの感光体層を示す模式図である。画像形成装置１は、アルミニウム製の円筒の素管１１の外周面に感光体層１２が設けられた感光体ドラム１０を有している。感光体ドラム１０の周囲には、帯電装置２０、露光装置３０、現像装置４０、転写装置５０、クリーニング装置６０および除電装置７０が配置されている。

第１実施形態の画像形成装置１において、感光体ドラム１０は、矢印Ｃの方向に回転する。帯電装置２０によって帯電された感光体ドラム１０の表面には、露光装置３０によって、画像情報に応じてレーザ光等による露光Ｌが照射され、静電潜像が形成される。感光体ドラム１０の表面に形成された静電潜像は、現像装置４０によってトナー像として現像され、転写装置５０によって、記録媒体Ｐに転写され、定着装置５１によって、転写されたトナー像が記録媒体Ｐ表面に定着される。一方、感光体ドラム１０の表面の転写されなかった現像剤がクリーニング装置６０によって掻き落とされ、現像剤回収容器（図示せず）に回収される。そして、除電装置７０によって感光体ドラム１０の除電が行われ、再び帯電装置２０によって帯電される。

感光体ドラム１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の円筒状の素管１１の周面にプラズマ気相成長（Ｐ−ＣＶＤ：Plasma- Chemical Vapor Deposition）法などによってアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を主成分とする感光体層１２を形成したものである。図３に示すように、感光体層１２は、下部電荷阻止層１３、感光層１４および表面層１５を素管１１上にこの順に積層して感光体層１２が形成されている。

帯電装置２０は、感光体ドラム１０の感光体層１２の表面を所定の電位に均一に帯電するための帯電手段であって、感光体ドラム１０の外周面に近接して配置されている。本例の帯電装置２０はコロナ放電を利用した非接触型のコロナ帯電装置であるが、帯電装置２０としては、例えば、接触型のローラ方式やブラシ方式の帯電装置を用いてもよく、非接触型のイオン放出帯電方式等の帯電装置を用いてもよい。

露光装置３０は、画像データに基づいて、帯電装置２０にて帯電された感光体ドラム１０の表面に、レーザ光等を照射して露光することにより、当該表面に画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有する。露光装置３０としては、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）、あるいはＥＬ（エレクトロルミネセンス）またはＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光素子をアレイ状に並べた書込み装置（例えば、書込みヘッド）を使用することができる。

現像装置４０は、現像剤を担持する現像剤担持体となる現像ローラを有している。現像ローラは、現像ローラと感光体ドラム１０とが近接し、トナーが感光体ドラム１０へと移動する現像領域へと現像剤を搬送するように構成される。この現像装置４０は、例えば、現像剤としてトナーを使用する、いわゆる１成分現像装置であり、露光装置３０によって感光体ドラム１０表面に形成された静電潜像を現像してトナー像（可視像）を形成する。

現像装置４０には、カラートナーまたは黒トナーが収容されている。これらのトナーは、反転現像のために、帯電された感光体ドラム１０の表面電位と同極性に帯電されたトナーを含んでいる。

転写装置５０は、感光体ドラム１０上に形成されたトナー像を、搬送されてくる記録媒体Ｐの表面に転写するものであり、トナーの帯電極性とは逆極性のバイアス電圧が印加される。なお、図１には転写装置５０として転写ローラを用いた例を示しているが、コロナ帯電を利用した転写装置であってもよい。定着装置５１は、加熱ローラ５２および加圧ローラ５３を備え、これらが当接する定着ニップ部に記録媒体Ｐを搬送することで、記録媒体Ｐ上に転写されたトナー像を熱圧着して記録媒体Ｐに定着させる。記録媒体Ｐとしては、紙のほか、中間転写体などを使用することができる。すなわち、感光体ドラム１０から中間転写体に転写し、さらに中間転写体から記録媒体Ｐに転写するようにしてもよい。

クリーニング装置６０は、記録媒体Ｐへのトナー画像転写後に、感光体ドラム１０の外周面上に残存しているトナーをクリーニングブレードなどによって除去および回収する。クリーニング装置６０は、例えば、感光体ドラム１０を挟んで現像装置４０と略対向する位置に配置されている。

除電装置７０は、転写装置５０によってトナー像が記録媒体Ｐに転写された後、クリーニング装置６０によって残存トナーが除去された感光体ドラム１０に対して特定の波長の光を除電光として照射する。除電装置７０は、例えば、複数の光源を有しており、これらの光源が１列にライン状（直線状）に配列されている。

図２は、感光体ドラム１０の製造方法を示す説明図であり、Ｐ−ＣＶＤ法のうち、ＲＦ−ＣＶＤ（radio-frequency Chemical Vapor Deposition）法を適用する成膜装置の概略構成を示したものである。まず、アルミニウムの円筒状の素管１１を真空チャンバー１０１内に入れる。次に真空ポンプ１０２で排気しながら原料ガス１０３をガス制御装置１０４を介して真空チャンバー１０１内に導入する。次に高周波発生器１０５および整合器１０６によって高周波を真空チャンバー１０１に印加して素管１１との間にプラズマを発生させ、素管１１を回転軸Ｒの周りに回転させながら、素管１１の表面上に成膜する。

このとき、原料ガス１０３の成分、原料ガス１０３の導入位置、および排気位置を調整することによって、素管１１に形成される膜厚の状態が変動する。このことによって、回転軸Ｒの軸線方向に沿って、感光体層１２の帯電性のばらつきが生じてしまう場合がある。例えば、後述する図４を参照すれば、感光体ドラム１０の一端部１０ａ側では相対的に帯電性が高く、他端部１０ｂ側では相対的に帯電性が低いなどのばらつきが生じる。

本発明でいう帯電性とは、感光体ドラム１０の感光体層１２表面に所定量の電荷を供給して帯電させた場合の表面電位の上昇の程度をいい、感光体ドラム１０の感光体層１２表面に同じ電荷量を供給したときに、表面電位の低い部分は帯電性が低く、表面電位の高い部分は帯電性が高い。感光体層１２にこのような帯電性のばらつきがある状態で、帯電装置２０によって感光体層１２を帯電させると、帯電後の感光体ドラム１０の表面電位にばらつきが生じる。

除電装置７０の光源から出射され、感光体層１２に照射される除電光は、感光体層１２の材料など物性に合わせてその波長が決定される。従来の除電装置では、決定された同じ波長の光を出射する複数の光源で構成されている。すなわち、従来の除電装置を構成する複数の光源は、いずれも同一の光量で、同一の波長の光を出射して感光体層１２に照射する。

本実施形態の除電装置７０は、少なくとも２種類の光源（第１光源７１および第２光源７２）を有している。２種類の光源は、出射する除電光の光量は同じで波長が異なっている。感光体ドラム１０の感光体層１２には、帯電性とは異なる特性として感度特性があり、感度特性は、光照射時の感光層１４における電荷の発生し易さをいう。感度特性は、照射される光の波長に依存する。第１光源および第２光源は、出射する除電光の波長が異なっており、例えば、第１光源の第１波長よりも第２光源の第２波長の方が感光体層１２における感度が高くなるように波長を選択する。

除電光として感度が高い波長の光を照射した場合、感光体層１２は除電されるとともに、過剰に発生した電荷が感光体層１２内に残留する（イレースメモリという）。感光体層１２に電荷が残留した状態で帯電装置２０によって帯電させると、帯電させた電荷の一部が残留電荷によって打ち消されて、表面電位が所望の値まで上がらないことになる。前述のように、感光体層１２には、軸線方向に帯電性のばらつきがあり、帯電性が高い部分では、帯電時に表面電位が上がり過ぎることになる。このとき、予め除電時に高感度波長の除電光を照射して除電し、過剰に発生した電荷を残留させた状態で帯電装置２０によって帯電させると、帯電性が高い部分において、帯電における電荷の一部が残留電荷によって打ち消されて、所望の表面電位を得ることができる。

このような特性を利用すれば、感光体ドラム１０の帯電ばらつきを抑制することができる。すなわち、感光体層１２の帯電性が相対的に高い部分に、予め高感度波長の除電光を照射して除電しておけばよい。また、感光体層１２の帯電性が相対的に低い部分には、予め低感度波長の除電光を照射して除電しておけばよい。

図４は、感光体ドラムと除電装置との構成を示す概略図である。感光体ドラム１０には、軸線方向の一端部１０ａ側（紙面向かって左側）では相対的に帯電性が高く、他端部１０ｂ側（紙面向かって右側）では相対的に帯電性が低いという帯電性のばらつきがあるものとする。このとき、感光体層１２に対して相対的に高感度の第２波長の光を出射する第２光源７２を、帯電性が高い一端部１０ａ側に配置し、感光体層１２に対して相対的に低感度の第１波長の光を出射する第１光源７１を、帯電性が低い他端部１０ｂ側に配置する。このような除電装置７０の光源配置によって、除電後に行われる帯電では、帯電性のばらつきの一部を打ち消して、表面電位のばらつきが抑制された帯電が実現できる。

なお、除電装置７０を構成する光源は３種類以上であってもよい。３種類以上の光源はそれぞれ波長が異なっており、各波長に対する感光体層１２の感度特性が異なっている。例えば、３種類の光源があり、第１光源と、第２光源と、さらに第１光源と第２光源との中間の感度になる第３波長の光を出射する第３光源とを含む。図４に示す例では、例えば、感度が最も高い第２光源７２を、帯電性が高い一端部１０ａ側に配置し、中央部分に中間感度の第３光源を配置し、感度が低い第１光源７１を、帯電性が低い他端部１０ｂ側に配置してもよい。このように、感光体層１２の帯電性の高さに応じて、感度が高い第２光源７２から感度順に光源を配置すればよい。

次に、第２実施形態の画像形成装置１について説明する。第２実施形態は、除電装置７０の構成が第１実施形態と異なること以外は同じ構成を備えているので、他の構成については説明を省略する。第２実施形態の除電装置７０は、第１実施形態と同様に少なくとも２種類の光源（第１光源７１および第２光源７２）を有している。２種類の光源は、出射する除電光の波長が同じで光量が異なっている。例えば、第１光源７１の光量よりも第２光源７２の方が、光量が多いものである。

除電光として波長が同じで光量が異なる場合、光量が多いと、高感度と同様に感光体層１２は除電されるとともに、過剰に発生した電荷が感光体層１２内に残留する。予め除電時に大光量の除電光を照射して除電し、感光体層１２内に過剰に発生した電荷を残留させた状態で帯電装置２０によって帯電させると、帯電性が高い部分において、帯電における電荷の一部が残留電荷によって打ち消されて、所望の表面電位を得ることができる。

なお、本実施形態も第１実施形態と同様に、除電装置７０を構成する光源は３種類以上であってもよい。３種類以上の光源はそれぞれ光量が異なっている。例えば、３種類の光源があり、第１光源と、第２光源と、さらに第１光源と第２光源との中間の光量である光を出射する第３光源とを含む。図４に示す例では、例えば、光量が最も多い第２光源７２を、帯電性が高い一端部１０ａ側に配置し、中央部分に中間光量の第３光源を配置し、光量が少ない第１光源７１を、帯電性が低い他端部１０ｂ側に配置してもよい。このように、感光体層１２の帯電性の高さに応じて、光量が多い第２光源７２から光量順に光源を配置すればよい。

除電装置７０の光源は、第１実施形態のように、同じ光量で波長を異ならせることができる光源、第２実施形態のように、同じ波長で光量を異ならせることができる光源であれば、どのような光源であっても用いることができる。例えば、光源として、半導体レーザ（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、ＥＬなどを用いることができる。

図４に示すように、感光体ドラム１０の軸線方向に沿って光源を１列に配列した除電装置７０を作製した。ここでは、光源は７個とし、中央の光源が感光体ドラム１０の軸線方向の中央に応じた位置（位置Ｐ４）となるように配置し、３個の光源を一方側（位置Ｐ１〜Ｐ３）に、残りの３個の光源を他方側（位置Ｐ５〜Ｐ７）に等間隔で配置した。そして、７個の光源それぞれに対応する位置Ｐ１〜Ｐ７において、感光体ドラム１０の感光体層１２の表面電位を測定した。

（実施例１）
光源には、波長が異なる５種類のＬＥＤを準備した。波長は、６５０ｎｍ、６６０ｎｍ、６７０ｎｍ、６８０ｎｍおよび６９０ｎｍの５種類とし、光量はいずれも２．５μＪ／ｃｍ^２とした。まず、７個全ての光源の波長を同じにして、各波長における感光体層１２の表面電位を測定した。これらは、従来の除電装置の構成であり、比較例に相当する。表面電位の測定は、図１に示した画像形成装置において、感光体ドラム１０の表面に対して帯電装置２０によって所定の電荷を与えた際の表面電位を、現像装置４０の位置に設置した表面電位計（型番：MODEL 344、トレック・ジャパン株式会社製）によって行った。次に、比較例の結果に基づいて、各位置において、目的の表面電位（２５０Ｖ）に近い表面電位を達成できる波長のＬＥＤを選択し、実施例として、これらを各位置Ｐ１〜Ｐ７に配置して、同様に感光体層１２の表面電位を測定した。結果を表１に示す。

７個のＬＥＤを同一の波長にして除電した場合、感光体層１２の位置Ｐ１〜Ｐ７における表面電位のばらつきが大きいことがわかる。これに対し、実施例では、位置ごとの波長を変えてＬＥＤを配置した。位置Ｐ１〜Ｐ４は、波長６５０ｎｍのＬＥＤを配置し、位置Ｐ５，Ｐ６は、波長６６０ｎｍのＬＥＤを配置し、位置Ｐ７は、６７０ｎｍのＬＥＤを配置した。これにより、感光体層１２の位置における表面電位のばらつきが抑制された。なお、位置Ｐ２を波長６８０ｎｍのＬＥＤに、位置Ｐ６を波長６７０ｎｍまたは６８０ｎｍのＬＥＤに代えても、同様に表面電位のばらつきが抑制された結果が得られた。

（実施例２）
光源には、光量が異なる５種類のＬＥＤを準備した。光量は、２μＪ／ｃｍ^２、２．２５μＪ／ｃｍ^２、２．５μＪ／ｃｍ^２、２．７５μＪ／ｃｍ^２および３μＪ／ｃｍ^２の５種類とし、波長はいずれも６７０ｎｍとした。まず、７個全ての光源の光量を同じにして、各光量における感光体層１２の表面電位を測定した。これらは、従来の除電装置の構成であり、比較例に相当する。表面電位の測定は、実施例１と同様とした。次に、比較例の結果に基づいて、各位置において、目的の表面電位（２５０Ｖ）に近い表面電位を達成できる光量のＬＥＤを選択し、実施例として、これらを各位置Ｐ１〜Ｐ７に配置して、同様に感光体層１２の表面電位を測定した。結果を表２に示す。

７個のＬＥＤを同一の光量にして除電した場合、感光体層１２の位置Ｐ１〜Ｐ７における表面電位のばらつきが大きいことがわかる。これに対し、実施例では、位置ごとの光量を変えてＬＥＤを配置した。位置Ｐ１は、光量２．２５μＪ／ｃｍ^２のＬＥＤを配置し、位置Ｐ２〜Ｐ７は、光量２．５μＪ／ｃｍ^２のＬＥＤを配置した。これにより、感光体層１２の位置における表面電位のばらつきが抑制された。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。

１ 画像形成装置
１０ 感光体ドラム
１０ａ 一端部
１０ｂ 他端部
１１ 素管
１２ 感光体層
１３ 下部電荷阻止層
１４ 感光層
１５ 表面層
２０ 帯電装置
３０ 露光装置
４０ 現像装置
５０ 転写装置
５１ 定着装置
５２ 加熱ローラ
５３ 加圧ローラ
６０ クリーニング装置
７０ 除電装置
７１ 第１光源
７２ 第２光源
１０１ 真空チャンバー
１０２ 真空ポンプ
１０３ 原料ガス
１０４ ガス制御装置
１０５ 高周波発生器
１０６ 整合器

Claims (7)

1. 感光体層が設けられた感光体ドラムであって、前記感光体層の帯電性が軸線方向で異なる感光体ドラムと、
   前記感光体層を帯電させる帯電装置と、
   帯電した前記感光体層に静電潜像を形成する露光装置と、
   前記静電潜像をトナーで現像する現像装置と、
   前記感光体層上のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
   前記トナー像が前記記録媒体へ転写された後の前記感光体層を除電する除電装置と、を備え、
   前記除電装置は、前記感光体ドラムの軸線に沿って配置された複数の光源を有し、該複数の光源は、第１波長の除電光を出射する第１光源と、前記感光体層の感度が前記第１波長よりも高い第２波長の除電光を出射する第２光源と、を含み、前記感光体層の帯電性に応じて前記第１光源および前記第２光源が配置されている画像形成装置。
2. 感光体層が設けられた感光体ドラムであって、前記感光体層の帯電性が軸線方向で異なる感光体ドラムと、
   前記感光体層を帯電させる帯電装置と、
   帯電した前記感光体層に静電潜像を形成する露光装置と、
   前記静電潜像をトナーで現像する現像装置と、
   前記感光体層上のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
   前記トナー像が前記記録媒体へ転写された後の前記感光体層を除電する除電装置と、を備え、
   前記除電装置は、前記感光体ドラムの軸線に沿って配置された複数の光源を有し、該複数の光源は、第１光量の除電光を出射する第１光源と、前記第１光量よりも多い第２光量の除電光を出射する第２光源と、を含み、前記感光体層の帯電性に応じて前記第１光源および前記第２光源が配置されている画像形成装置。
3. 前記除電装置は、前記感光体層の、相対的に帯電性が高い部分に応じて前記第２光源が配置されている請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記除電装置は、前記感光体層の、相対的に帯電性が低い部分に応じて前記第１光源が配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の画像形成装置。
5. 前記複数の光源において、前記感光体層の感度は、前記第２波長に対して最も高く、
   前記除電装置は、前記感光体層の帯電性の高い部分から低い部分に向けて、前記第２光源から感度順に前記複数の光源が配置されている請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記複数の光源において、出射される光量は、前記第２光量が最も多く、
   前記除電装置は、前記感光体層の帯電性の高い部分から低い部分に向けて、前記第２光源から光量順に前記複数の光源が配置されている請求項２に記載の画像形成装置。
7. 前記第１光源および前記第２光源は、発光ダイオードを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の画像形成装置。