JP3278021B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は接触式帯電装置を用いた
電子写真装置、例えば複写機、プリンタ、ファクシミ
リ、若しくはこれらの機器のプロセスカートリッジとし
て適用される画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より感光体ドラム外周面上に、露
光、現像、転写、クリーニング（残留トナー除去）、除
電、及び帯電の各プロセス手段を配置し、所定の電子写
真プロセスにより画像形成を行う、いわゆるカールソン
プロセスに基づく電子写真装置は周知である。

【０００３】この種の装置に用いる帯電手段は一般に細
いタングステン線に高電圧を印加してコロナ放電を行う
コロトロン方式、又導電ローラに数百ボルトの電圧をか
けて感光体ドラムと接触帯電させるもの（特開平５ー２
９７６９０号公報他）、更に導電性ブラシに電圧を印加
して感光体ドラムに接触させながら帯電を行うもの、更
に又磁石体を内挿した導電スリーブに磁性粒子群を付着
させて刷子状の磁気穂を感光体ドラムに摺擦させてスリ
ーブを介して帯電バイアスを磁性粒子群に印加させて帯
電を行う、いわゆる粒子帯電法も提案されている（特開
昭５９ー１３３５６９号公報他）。

【０００４】しかしながらコロトロン方式は高電圧を使
用し、又オゾンを発生する等安全上、環境上の問題が多
い為、帯電ローラ、帯電ブラシ、更には帯電粒子を感光
体ドラム上に接触させた状態で、これらの接触帯電体を
介して感光体ドラム上に帯電バイアスを印加させながら
帯電を行う、いわゆる接触帯電方式が注目されている
が、このような接触式帯電方式においては、帯電体を常
時感光体ドラムに接触させた状態で帯電を行う為に、転
写後感光体ドラムに付着している残留トナーや転写時に
付着した紙粉が前記帯電体に付着し、帯電むらや円滑な
帯電が出来ない場合がある。

【０００５】このため一般的には前記帯電位置の感光体
ドラム回転方向上流側にクリーニングブレードを配し、
該クリーニングブレードにより残留トナーの除去を図っ
ているが、該ブレードは単に断面楔状の弾性体を、単に
感光体ドラム表面に圧接しているのみであるから、前記
転写時に感光体ドラム上に付着した紙粉の繊維状成分
（タルク成分）やトナーより剥離した微小粒子である外
添剤が前記クリーニングブレードをすり抜けて、前記外
添剤や紙粉が前記帯電体に付着し、帯電ローラの汚染が
生じて黒点やカブリ等の帯電不良に起因する画像欠陥が
発生する。この為帯電体に帯電ローラを用いた装置にあ
っては、スポンジ材等からなるクリーニングローラ５を
帯電ローラ４の背面側に当接させ、該クリーニングロー
ラ５の回転により帯電ローラ４表面に付着したトナー等
の除去を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる装
置にあっても前記紙粉等はクリーニングローラを繊維状
のブラシローラにする事によりその除去が可能である
が、金属酸化物はサブミクロン単位の微小粒子であるた
めに、前記ブラシローラでこれを除去する事は不可能で
あり、帯電ローラの汚染を防止する事は不可能である。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、
接触式帯電体の汚染が生じる事なく、長期に亙って安定
且つ高品質の帯電及び画像形成を行い得る画像形成装置
を提供する事を目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明は像担持体の移動方
向に沿ってクリーニングブレードと帯電ローラとを順次
接触配置し、像担持体に担持された外添剤を含むトナー
像を転写後、前記クリーニングブレードにより残留トナ
ーの除去を行い、次いで前記帯電ローラにより像担持体
上に均一帯電を行いながら画像形成を行うとともに、前
記帯電ローラに回転可能なクリーニングローラを接触配
置して帯電ローラ表面のクリーニングを行う画像形成装
置において、前記トナーの外添剤に一又は複数の金属酸
化物を用いるとともに、その金属酸化物がいずれも感光
体の表面電位と同極性であり、前記クリーニングローラ
と帯電ローラ間の周速を異ならせつつ、該クリーニング
ローラがスパイラル状の繊維状の紐状体が巻回されてい
るローラである事を特徴とする画像形成装置を提案す
る。

【０００９】そして特に前記像担持体にＯＰＣドラムを
用いた装置においては、前記一又は複数の外添剤のいず
れにもＯＰＣドラムと同極性のマイナス金属酸化物を用
いるとともに、該夫々の外添剤の帯電量が、プローオフ
測定器で鉄粉を母剤としたキャリアと比測定物である外
添剤とをポリ瓶内で手振り混合しブロー後の３０秒値が
［５００μＣ／ｇ］以上（絶対値）に設定したものを用
いるのがよい。

【００１０】

【作用】トナーの外添剤は、静電気的にトナー母材であ
るバインダ樹脂に付着している。外添剤の帯電量が少な
いとトナー母材に保持できずにトナーから脱落する。通
常、外添剤は、サブミクロンオーダの粒子のためにクリ
ーニングブレードで感光体から除去できずに擦り抜け
る。擦り抜けた外添剤は、帯電ローラに付着して画像欠
陥を発生させる。この外添剤付着を防止することが帯電
システムの寿命を伸ばす手段となる。

【００１１】従って本発明によれば、トナー外添剤に前
記の様な金属酸化物を用いる事により、クリーニングブ
レードで残留トナーをスクレープして機械的ストレスを
付加しても、トナーと外添剤との静電的付着が強いため
に、トナーよりの剥離を阻止し、残留トナーとともにク
リーニングブレードによる除去を可能とするものであ
る。これにより帯電ローラ側ではクリーニングの容易な
紙粉除去のみを行うように構成する事により、長期に亙
って帯電ローラの汚染を防止する事が出来、安定且つ高
品質の帯電及び画像形成が可能となる。

【００１２】そして帯電ローラのクリーニングを行うロ
ーラは紙粉除去のみを行うローラである事が好ましく、
具体的には繊維状のローラを用い、前記クリーニングロ
ーラと帯電ローラ間の周速を異ならせることにより繊維
状クリーニングローラが帯電ローラの表面を摺擦しなが
ら容易に紙粉除去を行う事が出来る。

【００１３】即ちクリーニングローラの回転を帯電ロー
ラに同期させるとその接触位置が周方向に同一となり、
前記効果を達成し得ない。又逆に回転が早すぎるとクリ
ーニングローラを本発明の様に繊維材状に形成すると毛
抜け等が生じたり、又該ローラが摩耗したりして長期使
用に耐えられない。そこで本発明は、前記クリーニング
ローラと帯電ローラ間の周速を異ならせ、相対的周速差
を１．１〜３、好ましくは１．１〜１．５の範囲に設定
している。

【００１４】尚、前記クリーニングローラの具体的な表
面形状は、帯電ローラ側より捕捉した紙粉が中央側より
軸端側に向け移動可能に、クリーニングローラに巻回さ
れている繊維状の紐状体を中央側より左右に周回方向を
異ならせてスパイラル状に振分けて形成するのがよい。

【００１５】即ち前記クリーニングローラの回転によ
り、帯電ローラ側より捕捉した紙粉が中央側より軸端側
に向け移動可能にクリーニングローラの表面形状を形成
する事により、クリーニングローラで捕捉した紙粉を帯
電ローラ軸端側に押出す事が出来、一層効率よく短時間
で帯電ローラに接触した紙粉を排除することが出来、更
に効率よく帯電ローラの汚染防止が達成し得る。

【００１６】尚、帯電ローラ４の材質は、中心部の導電
性支持体から表面層に向け半径方向に分子量分布や架橋
度を増大した単層の導電性回転体とし、必要に応じて表
面にナイロンコート若しくは弗素樹脂コートをすること
により、ローラ自体の耐久性を向上させ、一層の長期使
用に耐えられる。

【００１７】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００１８】図１は本発明が適用される画像形成装置、
特にプリンタの感光体ドラム１周辺のプロセスユニット
の基本構成図を示し、ドラム回転方向（時計回り）に沿
ってＬＥＤユニット８、現像ユニット６０、転写ローラ
７、クリーニングブレード３、イレーサからなる除電手
段２、帯電ローラ４が配置され、周知の様に除電手段２
により除電後、帯電ローラ４により均一帯電された感光
体ドラム１上にＬＥＤユニット８により露光潜像が書込
まれ、該露光潜像を反転現像にて現像ユニット６０でト
ナー像が顕像化し、該トナー像を転写ローラ７にて記録
媒体１０に転写した後、クリーニングブレード３にて残
留トナーを除去する。そして前記クリーニングブレード
３にて除去された残留トナーは不図示のスクリューによ
り廃トナーボトル（不図示）に収容される。

【００１９】次に前記各プロセス手段について説明す
る。感光体ドラム１は直径が３０φで帯電極性が負極性
のＯＰＣドラム１（有機光導電体）を用い、矢印方向に
所定周速で回転可能に構成されている。そして前記感光
体ドラム１の光導電層の膜厚（ＧＧＬ，ＣＴＬ等の総厚
さ）を３０μｍに設定している。

【００２０】ＬＥＤユニット８は公知の様に列状にＬＥ
Ｄ素子を配列したＬＥＤヘッドと集束レンズからなり、
画像情報に対応した露光潜像を感光体ドラム１上に書込
み可能に構成する。

【００２１】現像ユニット６０は直流バイアス電源６５
（電圧：略−３００Ｖ）を現像スリーブ６を介して感光
体ドラム１との間の現像ギャップに印加して低電界反転
現像によりトナー像を生成する。

【００２２】転写ローラ７は、抵抗率が１０⁵Ω・ｃｍ
以下の弾性ローラ、具体的にはウレタンゴムローラを用
い、転写バイアス７０を感光体の表面電位及びトナー像
電荷の極性と逆極性で定電流制御−１．５μＡかつ−２
ＫＶ上限リミットで印加する。

【００２３】一方クリーニングブレード３は、板状のポ
リウレタンエラストマー材を不図示の支持部材に取付け
て、その先端角部が感光体ドラム１にほぼ線接触にて当
接するように配設する。

【００２４】帯電ローラ４はφ６のステンレス製中実シ
ャフトからなる芯金４１周囲に、導電成分を添加したポ
リウレタンゴム４２を成型し、表面を研磨してφ１２の
ローラ状に整形したもので、表面にナイロン樹脂コーテ
ィングを実施して形成される。尚、必要に応じて前記ゴ
ム層４２の表面層を硬化処理をしてもよい。

【００２５】そして前記芯金４１には帯電バイアス４３
として直流電圧が印加されており、感光体ドラム１と同
期して従動回転しながら該光導電体層に−４００Ｖの電
位が帯電されるように構成する。

【００２６】そして前記帯電ローラ４の背面側にクリー
ニングローラ５が接触配置されている。クリーニングロ
ーラ５には、図２に示すように芯金の表面に接着剤層５
１を被覆した後、その表面に化学繊維材からなる紐状体
５０、好ましくは太径の毛糸状化学繊維若しくは表面に
長繊維が植毛された紐状体５０を、中央位置より左右に
周回方向を異ならせてスパイラル状に巻回し、前記クリ
ーニングローラ５の回転により、該ローラ５に付着した
付着物が中央側より軸端側に向け移動可能に形成してい
る。

【００２７】尚、前記巻回ピッチは特に限定されないが
軸線と直交する方向に対し余りに倒して設定すると効率
的な移動が不可能となるために、軸線と直交する方向に
対し１０〜６０°、好ましくは１０〜４５°程度に設定
するのが良い。そして前記クリーニングローラ５の直径
は帯電ローラ４の直径、言換えれば軸心より帯電ローラ
４に接触するまでの半径長を帯電ローラ４の半径長より
僅かに小に設定するのがよい。又前記クリーニングロー
ラ５の軸長は、クリーニングローラ５両軸端が帯電ロー
ラ４の軸端よりはみ出すように、帯電ローラ４軸長より
長く設定する。

【００２８】そして前記クリーニングローラ５の回転方
向は帯電ローラ４との接触位置で該帯電ローラ４に対し
フォワード方向の回転若しくはアゲインスト方向の回転
のいずれでもよいが、該クリーニングローラ５と帯電ロ
ーラ４間の周速を異ならせ、相対的周速差を１．１〜
３、好ましくは１．１〜１．５、更に好ましくは１．１
〜１．２の範囲に設定することがよい。従って前記相対
的周速差を１．１〜１．２の範囲に設定するには、帯電
ローラ４に対しフォワード方向の回転が好ましく、従っ
て帯電ローラ４が時計方向の回転に対し反時計方向の回
転方向に設定している。

【００２９】そして前記クリーニングローラ５及び帯電
ローラ４の背面側周囲は、回収容器４０により囲繞さ
れ、前記クリーニングローラ５の回転により帯電ローラ
４側より捕捉した紙粉は前記スパイラル状の巻回繊維状
の紐状体５０により中央側より軸端側に向け移動した
後、帯電ローラ４の軸端より更に該クリーニングローラ
５の両軸端にまで移動した後必要に応じて回収容器４０
内に回収されるように構成している。そして本実施例に
おいては、帯電ローラ４のドラム接触幅をクリーニング
ローラ５の軸長より小に設定している。

【００３０】そしてかかる装置において、現像剤にフェ
ライトキャリアとトナーからなる二成分現像剤を用いて
下記の様な実験を行った。先ず、トナーの母材は、バイ
ンダ樹脂としてポリエチレンを主成分として、ワック
ス、カーボンブラック等の着色剤、帯電制御剤、磁性剤
を周知のように適宜割合で配合してトナー母材を製造し
た後、前記母材にトナー流動性の向上、摩擦帯電量の調
整を図る為に、コロイダルシリカ、酸化チタン、アルミ
ナ、脂肪酸、金属塩の微粉末をトナー表面に添加する。

【００３１】本実験では Ａ：ＳＳー５０ 日本シリカ製 シリカ微粉末 Ｂ：Ｈ３００４ ワッカ製 シリカ微粉末 Ｃ：Ｈ２０００ ワッカ製 シリカ微粉末 Ｄ：Ｈ２０００／４ ワッカ製 シリカ微粉末 Ｅ：Ｒ８０５ 日本エアロジル製 シリカ微粉末 Ｆ：ＲＦＹ−Ｃ 日本エアロジル製 アルミナ微粉
末 Ｇ：ＩＴ−Ｏ 出光興産製 チタニウム微
粉末 の各外添剤を用いた。

【００３２】次に前記各帯電量の測定方法を述べる。 帯電量測定器：東芝ケミカル（株）製ブローオフ粉体帯
電量測定装置 測定メッシュ：25μmオープン ブロー圧 ：0.8kg/cm2 測定サンプル：パウダーテック製鉄粉キャリアZ-200を1
00grに比測定物0.4grをポリ瓶500mlのなかで手振り100
回混合したものを用いる。サンプル量は、１測定約0.26
gr用いる。 測定値：測定値は、ブロー後30sec値を用いる。

【００３３】そして前記測定法で前記した夫々の外添剤
の帯電量を測定した結果を図３に示す。本図より理解さ
れるように、外添剤Ａ、Ｂ、Ｃで−７００μＣ／ｇ以下
（絶対値では以上）、Ｄが６５０μＣ／ｇ、Ｅ，Ｆ，Ｇ
では−５００μＣ／ｇ以下（絶対値では以上）の帯電量
を有していた。

【００３４】次に前記トナー母材に前記夫々の外添剤の
うち、Ａを０．５ｗｔ％をトナー全量に対し添加し、更
にＢ〜Ｇの夫々の外添剤を０．５ｗｔ％添加して６種類
のトナーを試作し、前記装置に組込んで１万枚の印刷を
行った所、(A+B)及び(A+C)の外添剤を添加したものは全
く帯電ローラの汚染が見られず、(A+D)の外添剤を添加
したものは極く僅かに帯電ローラの汚染が見られ、(A+
E)、(A+F)及び(A+G)の外添剤を添加したものは帯電ロー
ラの汚染が発生していた。

【００３５】次に本発明の効果を更に確認するために、
Ａを０．７５ｗｔ％をトナー全量に対し添加し、更にＢ
〜Ｇの夫々の外添剤を０．２５ｗｔ％添加して６種類の
トナーを試作し、前記装置に組込んで２万枚の印刷を行
った所、例えＡの外添剤を多くしても同様な結果が得ら
れた。尚、トナーに添加する外添剤は、複数種類混合す
ることでトナーの帯電性やその他の必要特性を制御しや
すくすることが出来、この為２種類以上用いられる事が
多いが、このような構成を取る場合でも、添加される全
ての外添剤の帯電量が、感光体の表面電位と同極性（Ｏ
ＰＣドラムを用いた場合はマイナス金属酸化物）であ
り、且つ鉄粉を母剤としたキャリアを用いたプローオフ
測定器で容器内の手振り混合後の３０秒値が［５００μ
Ｃ／ｇ］（絶対値）以上、好ましくは［６５０μＣ／
ｇ］以上、更に好ましくは［７００μＣ／ｇ］以上であ
る事が必要であり、この場合に帯電ローラ側ではクリー
ニングの容易な紙粉除去のみを行うように構成する事に
より、帯電ローラの汚染が生じる事なく、長期に亙って
安定且つ高品質の帯電及び画像形成を行い得る。

【００３６】

【効果】以上記載した如く本発明によれば、前記微小粒
子である金属酸化物はトナーよりの剥離を阻止すること
により、クリーニングブレードによる除去を可能とし、
これにより帯電ローラ側ではクリーニングの容易な紙粉
除去のみを行うように構成し、この結果帯電ローラの汚
染が生じる事なく、長期に亙って安定且つ高品質の帯電
及び画像形成を行い得るものである。等の種々の著効を
有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に適用される画像形成装置の基本構成
図である。

【図２】 クリーニングローラの表面形状（Ａ）とその
拡大図（Ｂ）である。

【図３】 本発明の評価に用いた外添剤の帯電量を示す
グラフ図である。

【符号の説明】

１：像担持体（感光体ドラム） ３：クリーニングブレード ４：帯電体（帯電ローラ） ５：クリーニングローラ ６：現像手段（現像ローラ若しくは現像スリーブ） ７：転写ローラ ８：ＬＥＤユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02 103

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 像担持体の移動方向に沿ってクリーニン
   グブレードと帯電ローラとを順次接触配置し、像担持体
   に担持された外添剤を含むトナー像を転写後、前記クリ
   ーニングブレードにより残留トナーの除去を行い、次い
   で前記帯電ローラにより像担持体上に均一帯電を行いな
   がら画像形成を行うとともに、前記帯電ローラに回転可
   能なクリーニングローラを接触配置して帯電ローラ表面
   のクリーニングを行う画像形成装置において、 前記トナーの外添剤に一又は複数の金属酸化物を用いる
   とともに、その金属酸化物がいずれも感光体の表面電位
   と同極性であり、前記クリーニングローラと帯電ローラ
   間の周速を異ならせつつ、該クリーニングローラがスパ
   イラル状の繊維状の紐状体が巻回されているローラであ
   る事を特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記像担持体にＯＰＣドラムを用いた請
   求項１記載の画像形成装置において、 前記一又は複数の外添剤のいずれにもＯＰＣドラムと同
   極性のマイナス金属酸化物を用いるとともに、該夫々の
   外添剤の帯電量が、プローオフ測定器で鉄粉を母剤とし
   たキャリアと比測定物である外添剤とをポリ瓶内で手振
   り混合しブロー後の３０秒値が［５００μＣ／ｇ］以上
   （絶対値）に設定したものを用いる事を特徴とする請求
   項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 クリーニングローラに巻回されている繊
   維状の紐状体を中央側より左右に周回方向を異ならせて
   スパイラル状に振分けて形成した事を特徴とする請求項
   １記載の画像形成装置。