JP3795337B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像記録装置である電子写真システムプロセスの放電を利用した帯電ローラを配置するコピー、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に関わる、さらに詳細には、帯電ローラと像担持体表面の距離を非接触で一定に保ち、帯電を長期にわたり安定して行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスは、感光体を一様に帯電させる帯電部など各部でコロナ放電を利用する場合が多いが、このコロナ放電により放電生成物が生成される。例えば、オゾン、窒素酸化物があげられる。オゾンは、例えば、明珍 寿史他による“オゾンによる感光体劣化軽減のためのコロナチャージャの開発”、電子写真学会誌、第３１、１、１９９２等に挙げられているように、高濃度で画像形成装置内に滞留すると、感光体表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を生じさせ、形成画像を悪化させることが知られている。また、感光体以外の部材の劣化が促進され、部品寿命が低下する等の不具合もある。
【０００３】
また、窒素酸化物は、以下のよう不具合を生じる。放電により、窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。これらの生成物は低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、低抵抗となる。よって、感光体表面に硝酸または硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
さらに、窒素酸化物は放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体表面への付着は、帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そして、この化合物は、時間が経過するにつれて、感光体の表面から内部に浸透していく。このため、静電潜像の劣化の一因となっている。
【０００４】
感光体表面の付着物は、クリーニング時に感光体を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られている。しかしながら、コスト上昇や経時による劣化問題が起こり、本質的な解決策とはなっていない。
ところで、帯電部材を感光体に接触（近接）させて感光体を帯電させる接触帯電装置が提案、実用化されている。例えば、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行うものが知られている。この接触帯電方式は、従来用いられているコロナ帯電方式に比べて、オゾンの発生量が極めて少ない、印加電圧が低いため電源のコストが小さくなる、電気絶縁の設計が行いやすい等の利点を有している。もちろん、上記のオゾン、ＮＯｘなどによる不具合も低減する。
【０００５】
例えば、特開昭６３−７３８０号公報に開示されているように、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行うものが知られている。しかしながら、帯電部材がゴム材であるため、長期間、コピー機を停止させた場合、感光体に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。
さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。つまり、感光体の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述の可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱い。
【０００６】
また、接触帯電方式では帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する、直接感光体にローラが触れているために長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じることがある。
したがって、帯電ローラを感光体に対し、非接触で配置することで、上記の感光体汚染、ローラの変形などの問題を解決する方法も提案されている。
非接触帯電ローラのＤＣ帯電を行った場合、帯電電位は、印加バイアスだけではなく、帯電ローラと感光体とのギャップ距離にも依存することが知られている。
ギャップ距離の変化で帯電電位が変化し、異常画像となってしまうという課題を解決するために、特開平７−２８７４３３号公報では、帯電器の放電面に微小な凹凸を設けることで、安定放電を行う技術が提案されている。これにより、ギャップの変動があった場合でも、異常画像の生じない均一帯電を可能としている。
しかし、特開平７−２８７４３３号公報では、放電の安定性のために微小な凹凸を必要としている。この凹凸は、放電という過酷な条件にさらされているなど、経時で変化する可能性がある。凹凸がなくなると、所期の効果を得ることができず、均一帯電が出来なくなる。つまり、長期にわたり均一帯電を行うことが難しい可能性がある。さらに、均一帯電可能な微小な凹凸の範囲が限定されているため、生産工程が難しくなり、コストが上昇する可能性もある。
【０００７】
ところで、印加バイアス方式には、ＤＣ電圧とＡＣ重畳タイプがある。感光体へのダメージでは、ＡＣ電圧の方が大きいことが知られている。感光体は、帯電部での放電によりコロナチャージャと同様に、放電生成物が生成される。ＡＣ重畳タイプのローラ帯電の方が、この生成物の量が多い。これは、ＡＣ重畳タイプが逆放電を帯電ローラと感光体との間で起こしているため、ＤＣ放電より放電回数が格段に多いためだと考えられる。
ＤＣ電圧を印加する方式は、ギャップ変動による帯電電位のばらつき、放電の安定性などの問題により、実用化の上で難しい。このため、ＡＣ重畳タイプが、非接触の場合には、適した方式だと考えられる。
しかし、ＡＣ重畳方式も、ＤＣ電圧方式に比べギャップ変動に対して帯電電位の安定性、放電の安定性に関して強いとはいえ、変動が大きくなりすぎると、安定性がなくなり、異常画像の原因となってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、電子写真方式の画像形成装置において、像担持体の帯電電位の均一に帯電させ、異常帯電のない画像形成装置を提供することである。
さらに、非接触の帯電方式で、長期にわたり、像担持体とのギャップを一定に保持することができ、均一な帯電をすることができる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、スペーサ部材を用いて、像担持体に対して非接触で帯電ローラを配置し、帯電ローラに電圧を印加し、放電により像担持体を帯電させる帯電方法において、前記スペーサ部材の表面に固着した異物を除去する手段は、スペーサ部材の表面を研磨する手段であり、帯電ローラに接続された電源には、帯電ローラに流れる電流を検出する手段を備えており、この検出された電流によって、スペーサ部材の表面を研磨するための手段の動作を決定する画像形成装置とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した画像形成装置１の一例である。図１(ａ)は、単色の画像形成装置の例で、図１(ｂ)は、４色のトナーを重ね合わせて画像形成する、所謂、フルカラー画像形成装置である。
図１に示すように、画像形成装置１は、図示しない本体筐体内に、図１中時計方向に回転駆動される感光体２が収納されており、感光体２の周囲に、帯電部３、書込部４、現像部５、転写部６、紙分離部１４、クリーニング部７及び感光体除電部８等が配設されている。
【００１１】
画像形成装置１は、図示しないが複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙は、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、転写部６と感光体２の間に送り出される。
画像形成装置１は、感光体２を図１中時計方向に回転駆動して、感光体２を帯電部３で一様に帯電した後、書き込み部４により画像データで変調されたレーザを照射して感光体２に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された感光体２に現像部５でトナーを付着させて現像する。画像形成装置１は、現像部５でトナーを付着してトナー画像を形成した感光体２を、転写部６で感光体２と転写部６との間に搬送されてきた記録紙に転写させ、トナー画像の転写された記録紙を定着部１０に搬送する。
定着部１０は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラ１１と、定着ローラ１１に所定圧力で押圧される加圧ローラ１２とを備え、転写部６から搬送されてきた記録紙を加熱、加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、図示しない排紙トレー上に排出する。
【００１２】
一方、画像形成装置１は、転写部６でトナー画像を記録紙に転写した感光体２をさらに回転して、クリーニング部７で感光体表面に残留するトナーをブレード１３により掻き落として除去した後、感光体除電部８で除電する。画像形成装置１は、感光体除電部８で除電した感光体２を帯電部３で一様に帯電させた後、上記同様に、次の画像形成を行う。なお、クリーニング部７は、ブレード１３で感光体２上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで感光体２上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。
【００１３】
図２は、帯電ローラの構成の一例である。帯電ローラ３は、導電性基体２０１とその周囲の抵抗層２０２を備えている。導電性基体２０１は、直径が８〜２０ｍｍ、のＳＵＳの円筒である。また、抵抗層２０２は、エピクロルヒドリンゴム層とその表面を覆う樹脂の表面層からなる。または、４フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂を主成分とした、厚み３０〜７００μｍ、表面粗さＲｚが０．２〜２μｍ程度の樹脂チューブを用いてもよい。その他の均一な帯電を行うことが可能な材料を用いてもよい。
【００１４】
帯電ローラ３は、その表面が感光ドラム１の表面にと同じ方向移動する。帯電ローラ３は、その長手方向（軸方向）の寸法が最大画像幅Ａ４横（約２９０ｍｍ）よりも少し長く設定されている。帯電ローラ３は、その長手方向両端部にスペーサが設けてあり、これらスペーサを感光ドラム２両端部の非画像形成領域に当接させることで、感光ドラム２表面の被帯電面と帯電ローラ３表面の帯電面との間の空隙Ｈを、その最近接部での距離が５〜１００μｍになるように保持している。この最近接距離は、さらに好ましくは、１０〜７０μｍに設定するとよい。なお、本実施例では、６０μｍに設定した。
帯電ローラ３には、帯電用の電源が接続されている。これにより、感光ドラム２表面の被帯電面と、帯電ローラ３表面の帯電面との間の空隙Ｈで放電により、被帯電面を均一に帯電する。印加バイアスは、定電流制御されたＤＣ電圧を用いる。ＤＣ電圧印加時のほうがＡＣ重畳タイプに比較して、放電生成物の発生量は少ないのでＤＣ電圧を印加して帯電を行うのが良い。もちろん、印加バイアスは、必要に応じてＡＣ重畳タイプを用いてもよい。
帯電ローラの硬度は、本実施例ではＪＩＳ−Ａで３０〜８０度程度であるが、感光ドラムに接触させる必要がないので、その耐久性を考慮すると、６０〜８０度もしくはこれ以上の硬度でもよい。
【００１５】
図３〜７は、本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例である。図３は、固定のスペーサクリーニング部材３０１ａを配置した場合である。
スペーサ部材は、帯電ローラの両端部にフィルム３０２ａを巻きつけた。このスペーサ３０２ａは、感光体の感光面に接触させ、帯電ローラと感光体の画像領域にある一定のギャップを得るようになっている。印加バイアスは、ＤＣもしくはＡＣ重畳タイプの電圧を印加して、帯電ローラと感光体とのギャップに生じる放電により、感光体を帯電させる。スペーサ３０２ａには、スペーサクリーニング部材３０１ａが押し当ててある。このスペーサクリーニング部材３０１ａは、フェルトなど、トナーなどの微粉体をふき取り保持しやすい材料を用いる。
【００１６】
図４は、スペーサクリーニング部材４０１ａが回転可能な場合の一例である。
スペーサクリーニング部材は、ＳＵＳの金属棒４０２ａの周りに実際にクリーニングを行うフェルト４０３ａなどを巻きつける。そして、帯電ローラと同様に回転可能にする。これにより、スペーサをクリーニングする。
ところで、スペーサクリーニング部材と帯電ローラのそれぞれの周長は、たがいに整数倍にならないようにするのがよい。整数倍だと、スペーサクリーニング部材と帯電ローラの同じ位置同士が接触するので、劣化が特定の面に集中してしまい、スペーサのクリーニング性が低下してしまう。
【００１７】
図５は、スペーサクリーニング部材と帯電ローラのクリーニング部材５０１ａを一体化させた場合である。図４の場合と同様に、スペーサクリーニング部材は、ＳＵＳの金属棒５０２ａの周りに実際にクリーニングを行うフェルト５０３ａなどを巻きつける。そして、帯電ローラと同様に回転可能にする。これにより、帯電ローラをクリーニングすると同時に、スペーサをクリーニングする。
【００１８】
図６は、スペーサクリーニング部材６０１ａを、帯電ローラ３の軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。図５の帯電ローラのクリーニング部材とスペーサのクリーニング部材を一体化したものをさらに改良している。このために例えば、ギア６０２ａに固定６０４ａしたアーム６０３ａをスペーサクリーニング部材６０１ａに接続する。ギアを回転させることにより、スペーサクリーニング部材６０１ａが軸方向に往復運動する。これにより、スペーサクリーニング部材のクリーニング性が一部だけ性能が低下したり、スペーサ上にトナーが残り、ギャップが変動することを防止することが可能となる。
【００１９】
図７は、帯電ローラ３、現像器７２、像担持体クリーニング部材７３の長手方向の最適な位置関係を示したものである。帯電ローラのスペーサ部材７４の位置を、図７とする。現像器５の現像有効幅は、帯電ローラのスペーサ部材７４よりも内側になるようなっている。像担持体クリーニング部材７３の有効クリーニング幅は、帯電ローラのスペーサ部材よりも外側まである。
まず、現像有効幅よりもスペーサ部材が外側にあるため、現像領域はスペーサ部材の内側のみとなる。よって、現像されたトナーが、スペーサ部分と接触する像担持体上に付着することがない。
【００２０】
そして、像担持体の有効クリーニング幅は、スペーサ部材より長いため、像担持体のクリーニングは、スペーサ部材の接触部分まで行なわれる。つまり、像担持体上のスペーサ部材の接触部分にトナーや紙粉などの異物が付着したとしても、像担持体のクリーニング部で除去される。よって、帯電ローラのスペーサ部材の表面に異物が付着することがない。
このように帯電ローラ３、現像器７２、像担持体クリーニング部材７３を配置することで、トナー、紙粉などがスペーサ部材に侵入し、スペーサ部材の表面に付着することがなくなる。
【００２１】
（比較実験１）
帯電ローラのスペーサに異物が付着することで、どのような不具合が起きるか以下のような実験を行った。
仕様機材は、以下のものである。
コピー機：ｉｍａｇｉｏ４５７０改造機
スペーサ部材：テフロンシート
ローラと感光体とのギャップ：７０μｍ（静止時）
印加バイアス：定電圧方式のＤＣバイアス（約−１.８ｋＶに設定）
まず、テフロンシートにトナーなどが付着していないことを確かめた。そして、上記の条件で、コピー画像を出力した。このときの画像には、通常の画像と変わらないものであった。
【００２２】
次に、テフロンシートにトナーが付着しやすい状況を作り、先ほどと同様にコピー画像の出力を行った。すると、コピー画像の地肌部分にも少量ではあるがトナーが付着した画像となった。また、画像のハーフトーン部分には、帯電の不均一性が原因の画像ムラが発生した。
このときの帯電ローラの様子を観察した。テフロンシートには、もちろんトナーが薄く付着していた。そこで、ローラと感光体とのギャップを測定すると、トナーが付着していないときに比べ、静止時のギャップが１０〜２５μｍ広くなっていた。つまり、ギャップが広がったことにより帯電時の表面電位が下がったため、コピー画像の地肌部分のトナー付着が発生したのである。また、ギャップが広がったことにより、ローラと感光体との間で異常放電が発生し、帯電が不均一となり、画像のハーフトーン部分に画像ムラが発生したのである。
【００２３】
ギャップと帯電電位の関係は、パッシェンの法則によって説明することができる。
特に、ギャップがある範囲のときは、放電開始電圧Ｖｔｈ（Ｖ）とギャップｄ（μｍ）は、経験による式（１）によってあらわされる。
Ｖｔｈ＝６.２×ｄ＋３１２：４０ ≦ｄ≦ １２０ (μｍ)……式（１）
式（１）より、ギャップが変動することにより放電開始電圧が変動する。式から変動幅は、ギャップｄが１μｍ変動することにより、放電開始電圧Ｖｔｈが６.２Ｖ変化することがわかる。さらに、帯電電位Ｖは、印加電圧Ｖ０をとすると、
Ｖ＝Ｖ０−Ｖｔｈ……式（２）
とあらわされる。
式（１）と式（２）より、ギャップが変動すると帯電電位が変動し、その変動幅は、６.２Ｖ／μｍであることがわかる。これを今回の結果に当てはめると、ギャップが２０μｍ変動したとすると、帯電電位は、２０×６.２＝１２４（Ｖ）変動することになる。実際に、スペーサのトナー汚れの有無でそれぞれの帯電電位を測定すると、トナーで汚れてギャップが広がったときのほうが、帯電電位が、１００Ｖくらい低かった。
【００２４】
（比較実験２）
比較実験１と同じ装置を用い、帯電ローラのスペーサ部材にフェルトのクリーニングパッドを押し当てられるようにした。
そして、テフロンシートにトナーが付着しやすい状況を作り、先ほどと同様にコピー画像の出力を行った。
今回は比較実験１と異なり、出力画像には異常は見られなかった。つまり、帯電ローラのスペーサをクリーニングすることにより、ギャップが変動しなくなり、均一な帯電を行うことができるのである。
【００２５】
図８〜１２は、本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例である。
図８は、固定のスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂを配置した場合である。スペーサ部材３０２ｂは、帯電ローラの両端部にフィルムを巻きつけて、スペーサとした。このスペーサ３０２ｂは、感光体の感光面に接触させ、帯電ローラと感光体の画像領域にある一定のギャップを得るようになっている。印加バイアスは、ＤＣもしくはＡＣ重畳タイプの電圧を印加して、帯電ローラと感光体とのギャップに生じる放電により、感光体を帯電させる。スペーサ３０２ｂには、スペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂが押し当ててある。このスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂは、粗面加工した金属表面を持つ部材、研磨テープを貼りつけた部材を用いる。
さらに、このスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂは、脱着でき、交換することができる。これにより、スペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂが劣化しても、新品のスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂを用いることで、常にスペーサ表面にトナーが固着してしまうことがない。
【００２６】
図９は、帯状の研磨テープを配置した場合である。
スペーサ３０２ｂ研磨するための研磨テープ４０１ｂは、帯状をしており、ローラ４０２ｂに巻きつけてある。端部は、もう１個のローラ４０３ｂに巻きつくようになっている。この研磨テープ４０１ｂは、帯電ローラのスペーサを研磨する部分で、研磨テープ４０１ｂの研磨面がスペーサに、ローラ４０４ｂで押し当てられている。このローラ４０４ｂによって研磨テープ４０１ｂがスペーサの表面に密着性よく、ある程度の力がかかるようになっているので、スペーサの表面を研磨可能となるのである。
また、研磨テープは、２本のローラに巻きついており、一方のローラからもう一方のローラに巻き取ることが可能となっている。このため、研磨テープの研磨面が劣化してきたら、研磨テープを巻き取ることで、常に劣化していない面で、スペーサを研磨することができ、スペーサ表面にトナーが固着してしまうことがない。さらに、このローラつきのスペーサの表面を研磨するための部材を交換できるようにしてもよい。
【００２７】
図１０は、スペーサ表面を研磨するための部材２０が回転可能な場合の一例である。スペーサクリーニング部材は、ＳＵＳの金属棒５０２ｂの表面の一部（スペーサ表面と接触する面）を粗面処理５０３ｂしてある。そして、帯電ローラと同様に回転可能にする。これにより、スペーサを研磨する。
スペーサ表面を研磨するための部材と帯電ローラのそれぞれの周長は、たがいに整数倍にならないようにするのがよい。整数倍だと、スペーサ表面を研磨するための部材と帯電ローラの同じ位置同士が接触するので、劣化が特定の面に集中してしまい、スペーサの研磨性能が低下してしまう。
【００２８】
図１１は、スペーサ表面を研磨するための部材６０１ｂを、帯電ローラ３の軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。このために例えば、ギア６０２ｂに固定６０４ｂしたアーム６０３ｂをスペーサ表面を研磨するための部材６０１ｂに接続する。ギアを回転させることにより、スペーサ表面を研磨するための部材６０１ｂが軸方向に往復運動する。これにより、スペーサ表面を研磨するための部材の研磨性が一部だけ性能が低下したり、スペーサ上にトナーが固着し、ギャップが変動することを防止することが可能となる。
【００２９】
図１２は、スペーサ表面を研磨するための部材２０を帯電ローラから接離させるための機構を備えた場合の一例である。スペーサ表面を研磨するための部材２０は、アーム７０１ｂに接続されており、そのアームの先端で７０５ｂ振動防止部材２０を帯電ローラに押さえつけることができるようになっている。このアーム７０１ｂを可動し、振動防止部材を帯電ローラが接触した状態から、離した状態にすることができるようにする。このために例えば、アーム端部のスペーサ表面を研磨するための部材２０と接続されたほうと反対側を、ギア７０２ｂに固定７０４ｂする。そして、このギア７０２ｂを回転させることで、支点７０３ｂを中心にアーム７０１ｂの位置が動く。図１２(ａ)は、スペーサ表面を研磨するための部材２０が帯電ローラ３に接した状態で、ギア７０２ｂを止めており、図１２(ｂ)は、スペーサ表面を研磨するための部材２０が帯電ローラ３から離れた状態で、ギア７０２ｂを止めた場合である。ギア７０２ｂを回転させることで、両方の状態に可変となるのである。
ところで、この接離機構の動作タイミングは、帯電ローラを流れる電流を検知することで判別できる。
【００３０】
図１３は、帯電ローラに流れる電流をオシロスコープで検出した結果である。図１３(ａ)は、出力画像に異常がない場合、つまり、均一帯電を行なっている場合の波形である。そして、図１３(ｂ)は、帯電が原因となって出力画像に異常があった場合、つまり、異常放電が生じた場合の波形である。異常放電が生じたとき、帯電ローラのスペーサ部材の表面を観察すると、その表面にトナーなどの固着が生じ、ギャップが広くなっている。
図１３(ａ)の波形は、測定上のノイズ８０１しか観察されていないが、図１３(ｂ)の異常放電があらわれた場合には、パルス状の電流８０２が観察される。つまり、この電流パルスを検出することで、出力画像に異常が発生し始める兆候を知ることができる。この電流パルスであるが、発生しはじめのときには、出力画像には、ほとんど異常が見られず、スペーサの表面に固着したトナーも多いというわけではない。そして、はっきりと異常画像と確認できるようになるためには、パルス状の電流が発生し、ある程度の時間が経過した後である。
【００３１】
よって、図１４のように、帯電ローラと電源の間に電流の検出装置として、例えば電流計９０１を配置し、その出力値９０２によって、接離機構を動作させればよい。つまり、ある一定以上の電流パルスを検知したときには、プロコン９０３により、接離機構を動作させ、スペーサ表面を研磨するための部材をスペーサに押し当て、スペーサ表面を研磨するモード（図１２(ａ)）にすればよい。これにより、帯電ローラのスペーサの表面にトナーが固着したときだけ、スペーサの表面を研磨することができるので、スペーサ表面を削り取ってしまうという不具合を生じないのである。
さらに、帯電プロセスを行なっているとき、つまり帯電ローラ３が回転しているときは、スペーサ表面を研磨するための部材２０は、図１２(ａ)の状態にあり、帯電プロセスを行なっていないときは、図１２(ｂ)の状態になるようにする。このように、スペーサ表面を研磨するための部材２０の接離を行なうことで、スペーサ表面を研磨するための部材２０と帯電ローラ３が接した状態でコピーが長期にわたり休止し、振動防止部材または、帯電ローラが変形することがない。帯電ローラに変形が生じてしまうと、帯電ムラを生じてしまう可能性がある。
ところで、固着トナーを研磨しているため、研磨したトナーが微紛となり周囲に飛び散っている。そこで、図１５にあるように、ファン１０００を設け、この微紛トナーを吸引できるようにするのが良い。ファンには、微紛を吸引しやすいように、ガイド１００２を設けるのがよい。吸引場所は、書込みプロセスや現像プロセスに悪影響を与えないように、帯電の下流側から微紛トナーを吸引するのがよい。
【００３２】
（比較実験３）
帯電ローラのスペーサにトナーが固着することで、どのような不具合が起きるかを、比較実験１と同様に、以下のような実験を行った。
使用機材は、以下のものである。
コピー機：ｉｍａｇｉｏ４５７０改造機
スペーサ部材：テフロンシート
ローラと感光体とのギャップ：７０μｍ（静止時）
印加バイアス：定電圧方式のＤＣバイアス（約−１．８ｋＶに設定）
まず、テフロンシートにトナーが固着していないことを確かめた。そして、上記の条件で、コピー画像を出力した。このときの画像には、通常の画像と変わらないものであった。次に、コピー機の感光体のクリーニング工程が、働かないようにした。そして、連続してコピー出力を行なった。しばらくすると、コピー画像の地肌部分にも少量ではあるがトナーが付着した画像となった。また、画像のハーフトーン部分には、帯電の不均一性が原因と思われる画像ムラが発生した。このとき、帯電ローラと、スペーサ部材であるテフロンシートを観察した。
【００３３】
テフロンシートには、トナーが固着していた。そこで、ローラと感光体とのギャップを測定すると、トナーが付着していないときに比べ、静止時のギャップが１０〜２５μｍ広くなっていた。つまり、ギャップが広がったことにより帯電時の表面電位が下がったため、コピー画像の地肌部分のトナー付着が発生したのである。また、ギャップが広がったことにより、ローラと感光体との間で異常放電が発生し、帯電が不均一となり、画像のハーフトーン部分に画像ムラが発生したのである。
上述したように、ギャップと帯電電位の関係は、パッシェンの法則によって説明することができる。したがって、これを今回の結果に当てはめると、ギャップが２０μｍ変動したとすると、帯電電位は、２０×６.２＝１２４（Ｖ）変動することになる。
実際に、スペーサのトナー汚れの有無でそれぞれの帯電電位を測定すると、トナーで汚れてギャップが広がったときのほうが、帯電電位が、１００Ｖくらい低かった。
【００３４】
（比較実験４）つぎに、帯電ローラに流れる電流をオシロスコープで観察した。テフロン（登録商標）シートにトナーが固着していない状態では、図１２(ａ)の電流波形が観察された。これに対し、トナーが固着した状態では、図１２(ｂ)のパルス状の電流がオシロスコープ上で観察された。この電流パルスは、この測定系で、波高の絶対値が０.７ｍＡもの大きさがあった。よって、帯電ローラに流れる電流を検知することで、スペーサ部材であるテフロン（登録商標）テープにトナーが固着したか否かを、判断することが可能であることが分かる。
【００３５】
（比較実験５）
帯電ローラのスペーサの表面に固着したトナーを研磨するために、表面を粗面処理したＳＵＳのブロックを、図３にあるように配置できるようにした。このとき、粗面処理した面がスペーサに接触可能なようにした。
比較実験３と同じ実験条件で、スペーサ表面にトナーを固着させた。そして、先ほどの粗面処理をしたＳＵＳをスペーサ表面に押し当てた。この状態でコピー動作を行ない、その後、スペーサ表面を観察した。すると、スペーサ表面には、固着トナーはなかった。
つまり、スペーサ表面を研磨するための部材により、トナーの固着したスペーサの表面が研磨されることが分かった。これにより、帯電ローラと感光体との間のギャップを常に一定に保つことができるのである。
【００３６】
（比較実験６）次に、比較実験５で用いたスペーサ表面を研磨するための部材を、強めに帯電ローラに押し当てた状態にして、連続してコピー動作を行なった。感光体のクリーニングプロセスは、特に注意して、正常に働くようにした。そして、２０分後にコピー動作を停止させた。このとき、帯電ローラのスペーサを観察すると、スペーサの表面が削れていた。このことより、スペーサ表面を研磨するための部材を押し当てたままにすると、特に強く押し当てていると、スペーサ表面が削れてしまうことがわかる。つまり、経時で帯電ローラと感光体のギャップを一定に保てない可能性があるといえる。このことより、接離機構を設け、スペーサ研磨を適当な間隔で行うことが、長期にわたって安定させるために必要であることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項３に記載の画像形成装置では、スペーサ表面に異物が固着することがないので、帯電ローラと感光体間のギャップが一定に保たれるようになり、放電が安定する。また、感光体の帯電電位は、帯電ローラと感光体間のギャップで変化するが、ギャップは一定であるので、非接触ローラで、特にＤＣバイアスを印加した場合でも、均一帯電が可能となる。また、異常放電も生じない。請求項３に記載の画像形成装置では、スペーサ表面を研磨することにより、スペーサ表面に固着したトナーを除去可能となり、ギャップを一定に保ち、均一帯電を行なうことができる。請求項３又は４に記載の画像形成装置では、スペーサ部材表面を研磨するための部材と帯電ローラのそれぞれの周長が、たがいに整数倍にならないようにすること、又はスペーサ部材表面を研磨するための部材は、２本のローラに巻きついており、一方のローラからもう一方のローラに巻き取ることにより、スペーサの表面を研磨する部材のある部分だけ劣化することがなくなる。よって、スペーサの表面を研磨する部材の寿命を長くすることができる。請求項４に記載の画像形成装置では、スペーサの表面を研磨する部材を交換するという、必要最低限の部品交換により、長期にわたりスペーサの表面にトナーを固着させないことができる。
【００４０】
請求項６に記載の画像形成装置では、スペーサの表面を研磨する部材がスペーサと接触しないようにするための接離機構を設け、必要なとき以外は、研磨作用がスペーサに働かないようにする。これにより、スペーサ自身を削り、ギャップが狭くなる、帯電ローラが感光体と接触してしまうということがなくなり、所定の電圧に感光体を帯電することができる。請求項１に記載の画像形成装置では、ギャップが広がり、異常放電が生じると、帯電ローラに流れる電流に、波高が通常の数十倍以上の電流パルスが発生する。画像には現われないような異常放電が発生したときにも、この電流パルスは発生している。よって、この電流パルスを検知し、この検知を合図として、スペーサの表面を研磨する部材によってスペーサを研磨すすることにより、適当な間隔をもってスペーサを研磨することができる。請求項２に記載の画像形成装置では、スペーサ表面へのトナーの固着は、作像プロセスを行なうとすぐに発生するものではなく、徐々に成長していくものである。よって、帯電ローラに流れる電流の検知を、作像プロセス２０枚に１回行なうようにすることで、パフォーマンスを低下させることことがなくなる。請求項７に記載の画像形成装置では、用紙ジャムが発生した後は、強制的にスペーサ表面を研磨するための手段を動作させ、スペーサ表面を研磨することで、未然にギャップが広がることを防ぐことができる。
【００４１】
請求項８に記載の画像形成装置では、気流を発生させ、研磨によって生じたトナー微紛を吸引することで、トナー画像、感光体に悪影響を与えることがなくなる。請求項９に記載の画像形成装置では、スペーサ表面を研磨する部材により、スペーサを研磨することで、トナーがスペーサ表面に固着しないようにすることができ、ギャップが一定となる。よって、均一に、そして、常に安定した帯電電位で感光体を帯電することができる。このことにより、転写部で逆転写が生じないので、多色現像を必要とするカラー画像形成装置などで、高品位の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置１の一例で、図１(ａ)は、単色の画像形成装置の例で、図１(ｂ)は、４色のトナーを重ね合わせて画像形成する、所謂、フルカラー画像形成装置である。
【図２】帯電ローラの構成の一例である。
【図３】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、固定のスペーサクリーニング部材を配置した場合である。
【図４】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサクリーニング部材が回転可能な場合の一例である。
【図５】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサクリーニング部材と帯電ローラのクリーニング部材を一体化させた場合である。
【図６】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサクリーニング部材を、帯電ローラの軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。
【図７】帯電ローラ、現像器、像担持体クリーニング部材の長手方向の最適な位置関係を示したものである。
【図８】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、固定のスペーサ表面を研磨するための部材を配置した場合である。
【図９】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、帯状の研磨テープを配置した場合である。
【図１０】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサ表面を研磨するための部材が回転可能な場合の一例である。
【図１１】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサ表面を研磨するための部材を、帯電ローラの軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。
【図１２】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサ表面を研磨するための部材を帯電ローラから接離させるための機構を備えた場合の一例である。
【図１３】帯電ローラに流れる電流をオシロスコープで検出した結果である。
【図１４】帯電ローラと電源の間に電流の検出装置の例である。
【図１５】本発明の画像形成装置でファンを設けた一例である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
２ 感光体
３ 帯電部（帯電ローラ）
４ 書込部
５ 現像部
６ 転写部
７ クリーニング部
８ 感光体除電部
１０ 定着部
１１ 定着ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ ブレード
１４ 紙分離部
２０ スペーサ表面を研磨するための部材
７２ 現像器
７３ 像担持体クリーニング部材
７４ スペースクリーニング部材
２０１ 導電性基体
２０２ 抵抗層
３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａ スペースクリーニング部材
３０２ａ フィルム
４０２ａ 金属棒
４０３ａ フェルト
６０２ａ ギア
６０３ａ アーム
６０４ａ 固定
３０１ｂ、６０１ｂ スペーサ表面を研磨するための部材
３０２ｂ スペーサ部材
４０１ｂ 研磨テープ
４０２ｂ、４０３ｂ、４０４ｂ ローラ
６０２ｂ ギア
６０３ｂ アーム
６０４ｂ 固定
７０１ｂ アーム
７０２ 金属棒
７０２ｂ 振動防止材
７０３ｂ 支点
７０４ｂ 固定
８０１ ノイズ
８０２ 電流
９０１ 電流計
９０２ 出力値
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像記録装置である電子写真システムプロセスの放電を利用した帯電ローラを配置するコピー、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に関わる、さらに詳細には、帯電ローラと像担持体表面の距離を非接触で一定に保ち、帯電を長期にわたり安定して行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真プロセスは、感光体を一様に帯電させる帯電部など各部でコロナ放電を利用する場合が多いが、このコロナ放電により放電生成物が生成される。例えば、オゾン、窒素酸化物があげられる。オゾンは、例えば、明珍 寿史他による“オゾンによる感光体劣化軽減のためのコロナチャージャの開発”、電子写真学会誌、第３１、１、１９９２等に挙げられているように、高濃度で画像形成装置内に滞留すると、感光体表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を生じさせ、形成画像を悪化させることが知られている。また、感光体以外の部材の劣化が促進され、部品寿命が低下する等の不具合もある。
【０００３】
また、窒素酸化物は、以下のよう不具合を生じる。放電により、窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。これらの生成物は低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、低抵抗となる。よって、感光体表面に硝酸または硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
さらに、窒素酸化物は放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体表面への付着は、帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そして、この化合物は、時間が経過するにつれて、感光体の表面から内部に浸透していく。このため、静電潜像の劣化の一因となっている。
【０００４】
感光体表面の付着物は、クリーニング時に感光体を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られている。しかしながら、コスト上昇や経時による劣化問題が起こり、本質的な解決策とはなっていない。
ところで、帯電部材を感光体に接触（近接）させて感光体を帯電させる接触帯電装置が提案、実用化されている。例えば、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行うものが知られている。この接触帯電方式は、従来用いられているコロナ帯電方式に比べて、オゾンの発生量が極めて少ない、印加電圧が低いため電源のコストが小さくなる、電気絶縁の設計が行いやすい等の利点を有している。もちろん、上記のオゾン、ＮＯｘなどによる不具合も低減する。
【０００５】
例えば、特開昭６３−７３８０号公報に開示されているように、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行うものが知られている。しかしながら、帯電部材がゴム材であるため、長期間、コピー機を停止させた場合、感光体に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。
さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。つまり、感光体の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述の可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱い。
【０００６】
また、接触帯電方式では帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する、直接感光体にローラが触れているために長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じることがある。
したがって、帯電ローラを感光体に対し、非接触で配置することで、上記の感光体汚染、ローラの変形などの問題を解決する方法も提案されている。
非接触帯電ローラのＤＣ帯電を行った場合、帯電電位は、印加バイアスだけではなく、帯電ローラと感光体とのギャップ距離にも依存することが知られている。
ギャップ距離の変化で帯電電位が変化し、異常画像となってしまうという課題を解決するために、特開平７−２８７４３３号公報では、帯電器の放電面に微小な凹凸を設けることで、安定放電を行う技術が提案されている。これにより、ギャップの変動があった場合でも、異常画像の生じない均一帯電を可能としている。
しかし、特開平７−２８７４３３号公報では、放電の安定性のために微小な凹凸を必要としている。この凹凸は、放電という過酷な条件にさらされているなど、経時で変化する可能性がある。凹凸がなくなると、所期の効果を得ることができず、均一帯電が出来なくなる。つまり、長期にわたり均一帯電を行うことが難しい可能性がある。さらに、均一帯電可能な微小な凹凸の範囲が限定されているため、生産工程が難しくなり、コストが上昇する可能性もある。
【０００７】
ところで、印加バイアス方式には、ＤＣ電圧とＡＣ重畳タイプがある。感光体へのダメージでは、ＡＣ電圧の方が大きいことが知られている。感光体は、帯電部での放電によりコロナチャージャと同様に、放電生成物が生成される。ＡＣ重畳タイプのローラ帯電の方が、この生成物の量が多い。これは、ＡＣ重畳タイプが逆放電を帯電ローラと感光体との間で起こしているため、ＤＣ放電より放電回数が格段に多いためだと考えられる。
ＤＣ電圧を印加する方式は、ギャップ変動による帯電電位のばらつき、放電の安定性などの問題により、実用化の上で難しい。このため、ＡＣ重畳タイプが、非接触の場合には、適した方式だと考えられる。
しかし、ＡＣ重畳方式も、ＤＣ電圧方式に比べギャップ変動に対して帯電電位の安定性、放電の安定性に関して強いとはいえ、変動が大きくなりすぎると、安定性がなくなり、異常画像の原因となってしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、電子写真方式の画像形成装置において、像担持体の帯電電位の均一に帯電させ、異常帯電のない画像形成装置を提供することである。
さらに、非接触の帯電方式で、長期にわたり、像担持体とのギャップを一定に保持することができ、均一な帯電をすることができる画像形成装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明は、スペーサ部材を用いて、像担持体に対して非接触で帯電ローラを配置し、帯電ローラに電圧を印加し、放電により像担持体を帯電させる帯電方法において、前記スペーサ部材の表面に固着した異物を除去する手段は、スペーサ部材の表面を研磨する手段であり、帯電ローラに接続された電源には、帯電ローラに流れる電流を検出する手段を備えており、この検出された電流によって、スペーサ部材の表面を研磨するための手段の動作を決定する画像形成装置とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した画像形成装置１の一例である。図１(ａ)は、単色の画像形成装置の例で、図１(ｂ)は、４色のトナーを重ね合わせて画像形成する、所謂、フルカラー画像形成装置である。
図１に示すように、画像形成装置１は、図示しない本体筐体内に、図１中時計方向に回転駆動される感光体２が収納されており、感光体２の周囲に、帯電部３、書込部４、現像部５、転写部６、紙分離部１４、クリーニング部７及び感光体除電部８等が配設されている。
【００１１】
画像形成装置１は、図示しないが複数枚の記録紙を収納する給紙カセットを備えており、給紙カセット内の記録紙は、図示しない給紙ローラにより１枚ずつ図示しないレジストローラ対でタイミング調整された後、転写部６と感光体２の間に送り出される。
画像形成装置１は、感光体２を図１中時計方向に回転駆動して、感光体２を帯電部３で一様に帯電した後、書き込み部４により画像データで変調されたレーザを照射して感光体２に静電潜像を形成し、静電潜像の形成された感光体２に現像部５でトナーを付着させて現像する。画像形成装置１は、現像部５でトナーを付着してトナー画像を形成した感光体２を、転写部６で感光体２と転写部６との間に搬送されてきた記録紙に転写させ、トナー画像の転写された記録紙を定着部１０に搬送する。
定着部１０は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラ１１と、定着ローラ１１に所定圧力で押圧される加圧ローラ１２とを備え、転写部６から搬送されてきた記録紙を加熱、加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、図示しない排紙トレー上に排出する。
【００１２】
一方、画像形成装置１は、転写部６でトナー画像を記録紙に転写した感光体２をさらに回転して、クリーニング部７で感光体表面に残留するトナーをブレード１３により掻き落として除去した後、感光体除電部８で除電する。画像形成装置１は、感光体除電部８で除電した感光体２を帯電部３で一様に帯電させた後、上記同様に、次の画像形成を行う。なお、クリーニング部７は、ブレード１３で感光体２上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで感光体２上の残留トナーを掻き落とすものであってもよい。
【００１３】
図２は、帯電ローラの構成の一例である。帯電ローラ３は、導電性基体２０１とその周囲の抵抗層２０２を備えている。導電性基体２０１は、直径が８〜２０ｍｍ、のＳＵＳの円筒である。また、抵抗層２０２は、エピクロルヒドリンゴム層とその表面を覆う樹脂の表面層からなる。または、４フッ化エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体等のフッ素樹脂を主成分とした、厚み３０〜７００μｍ、表面粗さＲｚが０．２〜２μｍ程度の樹脂チューブを用いてもよい。その他の均一な帯電を行うことが可能な材料を用いてもよい。
【００１４】
帯電ローラ３は、その表面が感光ドラム１の表面にと同じ方向移動する。帯電ローラ３は、その長手方向（軸方向）の寸法が最大画像幅Ａ４横（約２９０ｍｍ）よりも少し長く設定されている。帯電ローラ３は、その長手方向両端部にスペーサが設けてあり、これらスペーサを感光ドラム２両端部の非画像形成領域に当接させることで、感光ドラム２表面の被帯電面と帯電ローラ３表面の帯電面との間の空隙Ｈを、その最近接部での距離が５〜１００μｍになるように保持している。この最近接距離は、さらに好ましくは、１０〜７０μｍに設定するとよい。なお、本実施例では、６０μｍに設定した。
帯電ローラ３には、帯電用の電源が接続されている。これにより、感光ドラム２表面の被帯電面と、帯電ローラ３表面の帯電面との間の空隙Ｈで放電により、被帯電面を均一に帯電する。印加バイアスは、定電流制御されたＤＣ電圧を用いる。ＤＣ電圧印加時のほうがＡＣ重畳タイプに比較して、放電生成物の発生量は少ないのでＤＣ電圧を印加して帯電を行うのが良い。もちろん、印加バイアスは、必要に応じてＡＣ重畳タイプを用いてもよい。
帯電ローラの硬度は、本実施例ではＪＩＳ−Ａで３０〜８０度程度であるが、感光ドラムに接触させる必要がないので、その耐久性を考慮すると、６０〜８０度もしくはこれ以上の硬度でもよい。
【００１５】
図３〜７は、本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例である。図３は、固定のスペーサクリーニング部材３０１ａを配置した場合である。
スペーサ部材は、帯電ローラの両端部にフィルム３０２ａを巻きつけた。このスペーサ３０２ａは、感光体の感光面に接触させ、帯電ローラと感光体の画像領域にある一定のギャップを得るようになっている。印加バイアスは、ＤＣもしくはＡＣ重畳タイプの電圧を印加して、帯電ローラと感光体とのギャップに生じる放電により、感光体を帯電させる。スペーサ３０２ａには、スペーサクリーニング部材３０１ａが押し当ててある。このスペーサクリーニング部材３０１ａは、フェルトなど、トナーなどの微粉体をふき取り保持しやすい材料を用いる。
【００１６】
図４は、スペーサクリーニング部材４０１ａが回転可能な場合の一例である。
スペーサクリーニング部材は、ＳＵＳの金属棒４０２ａの周りに実際にクリーニングを行うフェルト４０３ａなどを巻きつける。そして、帯電ローラと同様に回転可能にする。これにより、スペーサをクリーニングする。
ところで、スペーサクリーニング部材と帯電ローラのそれぞれの周長は、たがいに整数倍にならないようにするのがよい。整数倍だと、スペーサクリーニング部材と帯電ローラの同じ位置同士が接触するので、劣化が特定の面に集中してしまい、スペーサのクリーニング性が低下してしまう。
【００１７】
図５は、スペーサクリーニング部材と帯電ローラのクリーニング部材５０１ａを一体化させた場合である。図４の場合と同様に、スペーサクリーニング部材は、ＳＵＳの金属棒５０２ａの周りに実際にクリーニングを行うフェルト５０３ａなどを巻きつける。そして、帯電ローラと同様に回転可能にする。これにより、帯電ローラをクリーニングすると同時に、スペーサをクリーニングする。
【００１８】
図６は、スペーサクリーニング部材６０１ａを、帯電ローラ３の軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。図５の帯電ローラのクリーニング部材とスペーサのクリーニング部材を一体化したものをさらに改良している。このために例えば、ギア６０２ａに固定６０４ａしたアーム６０３ａをスペーサクリーニング部材６０１ａに接続する。ギアを回転させることにより、スペーサクリーニング部材６０１ａが軸方向に往復運動する。これにより、スペーサクリーニング部材のクリーニング性が一部だけ性能が低下したり、スペーサ上にトナーが残り、ギャップが変動することを防止することが可能となる。
【００１９】
図７は、帯電ローラ３、現像器７２、像担持体クリーニング部材７３の長手方向の最適な位置関係を示したものである。帯電ローラのスペーサ部材７４の位置を、図７とする。現像器５の現像有効幅は、帯電ローラのスペーサ部材７４よりも内側になるようなっている。像担持体クリーニング部材７３の有効クリーニング幅は、帯電ローラのスペーサ部材よりも外側まである。
まず、現像有効幅よりもスペーサ部材が外側にあるため、現像領域はスペーサ部材の内側のみとなる。よって、現像されたトナーが、スペーサ部分と接触する像担持体上に付着することがない。
【００２０】
そして、像担持体の有効クリーニング幅は、スペーサ部材より長いため、像担持体のクリーニングは、スペーサ部材の接触部分まで行なわれる。つまり、像担持体上のスペーサ部材の接触部分にトナーや紙粉などの異物が付着したとしても、像担持体のクリーニング部で除去される。よって、帯電ローラのスペーサ部材の表面に異物が付着することがない。
このように帯電ローラ３、現像器７２、像担持体クリーニング部材７３を配置することで、トナー、紙粉などがスペーサ部材に侵入し、スペーサ部材の表面に付着することがなくなる。
【００２１】
（比較実験１）
帯電ローラのスペーサに異物が付着することで、どのような不具合が起きるか以下のような実験を行った。
仕様機材は、以下のものである。
コピー機：ｉｍａｇｉｏ４５７０改造機
スペーサ部材：テフロンシート
ローラと感光体とのギャップ：７０μｍ（静止時）
印加バイアス：定電圧方式のＤＣバイアス（約−１.８ｋＶに設定）
まず、テフロンシートにトナーなどが付着していないことを確かめた。そして、上記の条件で、コピー画像を出力した。このときの画像には、通常の画像と変わらないものであった。
【００２２】
次に、テフロンシートにトナーが付着しやすい状況を作り、先ほどと同様にコピー画像の出力を行った。すると、コピー画像の地肌部分にも少量ではあるがトナーが付着した画像となった。また、画像のハーフトーン部分には、帯電の不均一性が原因の画像ムラが発生した。
このときの帯電ローラの様子を観察した。テフロンシートには、もちろんトナーが薄く付着していた。そこで、ローラと感光体とのギャップを測定すると、トナーが付着していないときに比べ、静止時のギャップが１０〜２５μｍ広くなっていた。つまり、ギャップが広がったことにより帯電時の表面電位が下がったため、コピー画像の地肌部分のトナー付着が発生したのである。また、ギャップが広がったことにより、ローラと感光体との間で異常放電が発生し、帯電が不均一となり、画像のハーフトーン部分に画像ムラが発生したのである。
【００２３】
ギャップと帯電電位の関係は、パッシェンの法則によって説明することができる。
特に、ギャップがある範囲のときは、放電開始電圧Ｖｔｈ（Ｖ）とギャップｄ（μｍ）は、経験による式（１）によってあらわされる。
Ｖｔｈ＝６.２×ｄ＋３１２：４０ ≦ｄ≦ １２０ (μｍ)……式（１）
式（１）より、ギャップが変動することにより放電開始電圧が変動する。式から変動幅は、ギャップｄが１μｍ変動することにより、放電開始電圧Ｖｔｈが６.２Ｖ変化することがわかる。さらに、帯電電位Ｖは、印加電圧Ｖ０をとすると、
Ｖ＝Ｖ０−Ｖｔｈ……式（２）
とあらわされる。
式（１）と式（２）より、ギャップが変動すると帯電電位が変動し、その変動幅は、６.２Ｖ／μｍであることがわかる。これを今回の結果に当てはめると、ギャップが２０μｍ変動したとすると、帯電電位は、２０×６.２＝１２４（Ｖ）変動することになる。実際に、スペーサのトナー汚れの有無でそれぞれの帯電電位を測定すると、トナーで汚れてギャップが広がったときのほうが、帯電電位が、１００Ｖくらい低かった。
【００２４】
（比較実験２）
比較実験１と同じ装置を用い、帯電ローラのスペーサ部材にフェルトのクリーニングパッドを押し当てられるようにした。
そして、テフロンシートにトナーが付着しやすい状況を作り、先ほどと同様にコピー画像の出力を行った。
今回は比較実験１と異なり、出力画像には異常は見られなかった。つまり、帯電ローラのスペーサをクリーニングすることにより、ギャップが変動しなくなり、均一な帯電を行うことができるのである。
【００２５】
図８〜１２は、本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例である。
図８は、固定のスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂを配置した場合である。スペーサ部材３０２ｂは、帯電ローラの両端部にフィルムを巻きつけて、スペーサとした。このスペーサ３０２ｂは、感光体の感光面に接触させ、帯電ローラと感光体の画像領域にある一定のギャップを得るようになっている。印加バイアスは、ＤＣもしくはＡＣ重畳タイプの電圧を印加して、帯電ローラと感光体とのギャップに生じる放電により、感光体を帯電させる。スペーサ３０２ｂには、スペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂが押し当ててある。このスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂは、粗面加工した金属表面を持つ部材、研磨テープを貼りつけた部材を用いる。
さらに、このスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂは、脱着でき、交換することができる。これにより、スペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂが劣化しても、新品のスペーサ表面を研磨するための部材３０１ｂを用いることで、常にスペーサ表面にトナーが固着してしまうことがない。
【００２６】
図９は、帯状の研磨テープを配置した場合である。
スペーサ３０２ｂ研磨するための研磨テープ４０１ｂは、帯状をしており、ローラ４０２ｂに巻きつけてある。端部は、もう１個のローラ４０３ｂに巻きつくようになっている。この研磨テープ４０１ｂは、帯電ローラのスペーサを研磨する部分で、研磨テープ４０１ｂの研磨面がスペーサに、ローラ４０４ｂで押し当てられている。このローラ４０４ｂによって研磨テープ４０１ｂがスペーサの表面に密着性よく、ある程度の力がかかるようになっているので、スペーサの表面を研磨可能となるのである。
また、研磨テープは、２本のローラに巻きついており、一方のローラからもう一方のローラに巻き取ることが可能となっている。このため、研磨テープの研磨面が劣化してきたら、研磨テープを巻き取ることで、常に劣化していない面で、スペーサを研磨することができ、スペーサ表面にトナーが固着してしまうことがない。さらに、このローラつきのスペーサの表面を研磨するための部材を交換できるようにしてもよい。
【００２７】
図１０は、スペーサ表面を研磨するための部材２０が回転可能な場合の一例である。スペーサクリーニング部材は、ＳＵＳの金属棒５０２ｂの表面の一部（スペーサ表面と接触する面）を粗面処理５０３ｂしてある。そして、帯電ローラと同様に回転可能にする。これにより、スペーサを研磨する。
スペーサ表面を研磨するための部材と帯電ローラのそれぞれの周長は、たがいに整数倍にならないようにするのがよい。整数倍だと、スペーサ表面を研磨するための部材と帯電ローラの同じ位置同士が接触するので、劣化が特定の面に集中してしまい、スペーサの研磨性能が低下してしまう。
【００２８】
図１１は、スペーサ表面を研磨するための部材６０１ｂを、帯電ローラ３の軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。このために例えば、ギア６０２ｂに固定６０４ｂしたアーム６０３ｂをスペーサ表面を研磨するための部材６０１ｂに接続する。ギアを回転させることにより、スペーサ表面を研磨するための部材６０１ｂが軸方向に往復運動する。これにより、スペーサ表面を研磨するための部材の研磨性が一部だけ性能が低下したり、スペーサ上にトナーが固着し、ギャップが変動することを防止することが可能となる。
【００２９】
図１２は、スペーサ表面を研磨するための部材２０を帯電ローラから接離させるための機構を備えた場合の一例である。スペーサ表面を研磨するための部材２０は、アーム７０１ｂに接続されており、そのアームの先端で７０５ｂ振動防止部材２０を帯電ローラに押さえつけることができるようになっている。このアーム７０１ｂを可動し、振動防止部材を帯電ローラが接触した状態から、離した状態にすることができるようにする。このために例えば、アーム端部のスペーサ表面を研磨するための部材２０と接続されたほうと反対側を、ギア７０２ｂに固定７０４ｂする。そして、このギア７０２ｂを回転させることで、支点７０３ｂを中心にアーム７０１ｂの位置が動く。図１２(ａ)は、スペーサ表面を研磨するための部材２０が帯電ローラ３に接した状態で、ギア７０２ｂを止めており、図１２(ｂ)は、スペーサ表面を研磨するための部材２０が帯電ローラ３から離れた状態で、ギア７０２ｂを止めた場合である。ギア７０２ｂを回転させることで、両方の状態に可変となるのである。
ところで、この接離機構の動作タイミングは、帯電ローラを流れる電流を検知することで判別できる。
【００３０】
図１３は、帯電ローラに流れる電流をオシロスコープで検出した結果である。図１３(ａ)は、出力画像に異常がない場合、つまり、均一帯電を行なっている場合の波形である。そして、図１３(ｂ)は、帯電が原因となって出力画像に異常があった場合、つまり、異常放電が生じた場合の波形である。異常放電が生じたとき、帯電ローラのスペーサ部材の表面を観察すると、その表面にトナーなどの固着が生じ、ギャップが広くなっている。
図１３(ａ)の波形は、測定上のノイズ８０１しか観察されていないが、図１３(ｂ)の異常放電があらわれた場合には、パルス状の電流８０２が観察される。つまり、この電流パルスを検出することで、出力画像に異常が発生し始める兆候を知ることができる。この電流パルスであるが、発生しはじめのときには、出力画像には、ほとんど異常が見られず、スペーサの表面に固着したトナーも多いというわけではない。そして、はっきりと異常画像と確認できるようになるためには、パルス状の電流が発生し、ある程度の時間が経過した後である。
【００３１】
よって、図１４のように、帯電ローラと電源の間に電流の検出装置として、例えば電流計９０１を配置し、その出力値９０２によって、接離機構を動作させればよい。つまり、ある一定以上の電流パルスを検知したときには、プロコン９０３により、接離機構を動作させ、スペーサ表面を研磨するための部材をスペーサに押し当て、スペーサ表面を研磨するモード（図１２(ａ)）にすればよい。これにより、帯電ローラのスペーサの表面にトナーが固着したときだけ、スペーサの表面を研磨することができるので、スペーサ表面を削り取ってしまうという不具合を生じないのである。
さらに、帯電プロセスを行なっているとき、つまり帯電ローラ３が回転しているときは、スペーサ表面を研磨するための部材２０は、図１２(ａ)の状態にあり、帯電プロセスを行なっていないときは、図１２(ｂ)の状態になるようにする。このように、スペーサ表面を研磨するための部材２０の接離を行なうことで、スペーサ表面を研磨するための部材２０と帯電ローラ３が接した状態でコピーが長期にわたり休止し、振動防止部材または、帯電ローラが変形することがない。帯電ローラに変形が生じてしまうと、帯電ムラを生じてしまう可能性がある。
ところで、固着トナーを研磨しているため、研磨したトナーが微紛となり周囲に飛び散っている。そこで、図１５にあるように、ファン１０００を設け、この微紛トナーを吸引できるようにするのが良い。ファンには、微紛を吸引しやすいように、ガイド１００２を設けるのがよい。吸引場所は、書込みプロセスや現像プロセスに悪影響を与えないように、帯電の下流側から微紛トナーを吸引するのがよい。
【００３２】
（比較実験３）
帯電ローラのスペーサにトナーが固着することで、どのような不具合が起きるかを、比較実験１と同様に、以下のような実験を行った。
使用機材は、以下のものである。
コピー機：ｉｍａｇｉｏ４５７０改造機
スペーサ部材：テフロンシート
ローラと感光体とのギャップ：７０μｍ（静止時）
印加バイアス：定電圧方式のＤＣバイアス（約−１．８ｋＶに設定）
まず、テフロンシートにトナーが固着していないことを確かめた。そして、上記の条件で、コピー画像を出力した。このときの画像には、通常の画像と変わらないものであった。次に、コピー機の感光体のクリーニング工程が、働かないようにした。そして、連続してコピー出力を行なった。しばらくすると、コピー画像の地肌部分にも少量ではあるがトナーが付着した画像となった。また、画像のハーフトーン部分には、帯電の不均一性が原因と思われる画像ムラが発生した。このとき、帯電ローラと、スペーサ部材であるテフロンシートを観察した。
【００３３】
テフロンシートには、トナーが固着していた。そこで、ローラと感光体とのギャップを測定すると、トナーが付着していないときに比べ、静止時のギャップが１０〜２５μｍ広くなっていた。つまり、ギャップが広がったことにより帯電時の表面電位が下がったため、コピー画像の地肌部分のトナー付着が発生したのである。また、ギャップが広がったことにより、ローラと感光体との間で異常放電が発生し、帯電が不均一となり、画像のハーフトーン部分に画像ムラが発生したのである。
上述したように、ギャップと帯電電位の関係は、パッシェンの法則によって説明することができる。したがって、これを今回の結果に当てはめると、ギャップが２０μｍ変動したとすると、帯電電位は、２０×６.２＝１２４（Ｖ）変動することになる。
実際に、スペーサのトナー汚れの有無でそれぞれの帯電電位を測定すると、トナーで汚れてギャップが広がったときのほうが、帯電電位が、１００Ｖくらい低かった。
【００３４】
（比較実験４）つぎに、帯電ローラに流れる電流をオシロスコープで観察した。テフロン（登録商標）シートにトナーが固着していない状態では、図１２(ａ)の電流波形が観察された。これに対し、トナーが固着した状態では、図１２(ｂ)のパルス状の電流がオシロスコープ上で観察された。この電流パルスは、この測定系で、波高の絶対値が０.７ｍＡもの大きさがあった。よって、帯電ローラに流れる電流を検知することで、スペーサ部材であるテフロン（登録商標）テープにトナーが固着したか否かを、判断することが可能であることが分かる。
【００３５】
（比較実験５）
帯電ローラのスペーサの表面に固着したトナーを研磨するために、表面を粗面処理したＳＵＳのブロックを、図３にあるように配置できるようにした。このとき、粗面処理した面がスペーサに接触可能なようにした。
比較実験３と同じ実験条件で、スペーサ表面にトナーを固着させた。そして、先ほどの粗面処理をしたＳＵＳをスペーサ表面に押し当てた。この状態でコピー動作を行ない、その後、スペーサ表面を観察した。すると、スペーサ表面には、固着トナーはなかった。
つまり、スペーサ表面を研磨するための部材により、トナーの固着したスペーサの表面が研磨されることが分かった。これにより、帯電ローラと感光体との間のギャップを常に一定に保つことができるのである。
【００３６】
（比較実験６）次に、比較実験５で用いたスペーサ表面を研磨するための部材を、強めに帯電ローラに押し当てた状態にして、連続してコピー動作を行なった。感光体のクリーニングプロセスは、特に注意して、正常に働くようにした。そして、２０分後にコピー動作を停止させた。このとき、帯電ローラのスペーサを観察すると、スペーサの表面が削れていた。このことより、スペーサ表面を研磨するための部材を押し当てたままにすると、特に強く押し当てていると、スペーサ表面が削れてしまうことがわかる。つまり、経時で帯電ローラと感光体のギャップを一定に保てない可能性があるといえる。このことより、接離機構を設け、スペーサ研磨を適当な間隔で行うことが、長期にわたって安定させるために必要であることが分かる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項３に記載の画像形成装置では、スペーサ表面に異物が固着することがないので、帯電ローラと感光体間のギャップが一定に保たれるようになり、放電が安定する。また、感光体の帯電電位は、帯電ローラと感光体間のギャップで変化するが、ギャップは一定であるので、非接触ローラで、特にＤＣバイアスを印加した場合でも、均一帯電が可能となる。また、異常放電も生じない。請求項３に記載の画像形成装置では、スペーサ表面を研磨することにより、スペーサ表面に固着したトナーを除去可能となり、ギャップを一定に保ち、均一帯電を行なうことができる。請求項３又は４に記載の画像形成装置では、スペーサ部材表面を研磨するための部材と帯電ローラのそれぞれの周長が、たがいに整数倍にならないようにすること、又はスペーサ部材表面を研磨するための部材は、２本のローラに巻きついており、一方のローラからもう一方のローラに巻き取ることにより、スペーサの表面を研磨する部材のある部分だけ劣化することがなくなる。よって、スペーサの表面を研磨する部材の寿命を長くすることができる。請求項４に記載の画像形成装置では、スペーサの表面を研磨する部材を交換するという、必要最低限の部品交換により、長期にわたりスペーサの表面にトナーを固着させないことができる。
【００４０】
請求項６に記載の画像形成装置では、スペーサの表面を研磨する部材がスペーサと接触しないようにするための接離機構を設け、必要なとき以外は、研磨作用がスペーサに働かないようにする。これにより、スペーサ自身を削り、ギャップが狭くなる、帯電ローラが感光体と接触してしまうということがなくなり、所定の電圧に感光体を帯電することができる。請求項１に記載の画像形成装置では、ギャップが広がり、異常放電が生じると、帯電ローラに流れる電流に、波高が通常の数十倍以上の電流パルスが発生する。画像には現われないような異常放電が発生したときにも、この電流パルスは発生している。よって、この電流パルスを検知し、この検知を合図として、スペーサの表面を研磨する部材によってスペーサを研磨すすることにより、適当な間隔をもってスペーサを研磨することができる。請求項２に記載の画像形成装置では、スペーサ表面へのトナーの固着は、作像プロセスを行なうとすぐに発生するものではなく、徐々に成長していくものである。よって、帯電ローラに流れる電流の検知を、作像プロセス２０枚に１回行なうようにすることで、パフォーマンスを低下させることことがなくなる。請求項７に記載の画像形成装置では、用紙ジャムが発生した後は、強制的にスペーサ表面を研磨するための手段を動作させ、スペーサ表面を研磨することで、未然にギャップが広がることを防ぐことができる。
【００４１】
請求項８に記載の画像形成装置では、気流を発生させ、研磨によって生じたトナー微紛を吸引することで、トナー画像、感光体に悪影響を与えることがなくなる。請求項９に記載の画像形成装置では、スペーサ表面を研磨する部材により、スペーサを研磨することで、トナーがスペーサ表面に固着しないようにすることができ、ギャップが一定となる。よって、均一に、そして、常に安定した帯電電位で感光体を帯電することができる。このことにより、転写部で逆転写が生じないので、多色現像を必要とするカラー画像形成装置などで、高品位の画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した画像形成装置１の一例で、図１(ａ)は、単色の画像形成装置の例で、図１(ｂ)は、４色のトナーを重ね合わせて画像形成する、所謂、フルカラー画像形成装置である。
【図２】帯電ローラの構成の一例である。
【図３】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、固定のスペーサクリーニング部材を配置した場合である。
【図４】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサクリーニング部材が回転可能な場合の一例である。
【図５】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサクリーニング部材と帯電ローラのクリーニング部材を一体化させた場合である。
【図６】本発明のスペーサクリーニング部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサクリーニング部材を、帯電ローラの軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。
【図７】帯電ローラ、現像器、像担持体クリーニング部材の長手方向の最適な位置関係を示したものである。
【図８】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、固定のスペーサ表面を研磨するための部材を配置した場合である。
【図９】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、帯状の研磨テープを配置した場合である。
【図１０】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサ表面を研磨するための部材が回転可能な場合の一例である。
【図１１】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサ表面を研磨するための部材を、帯電ローラの軸方向に往復運動させるための機構を備えた場合の一例である。
【図１２】本発明のスペーサ表面を研磨するための部材を非接触の帯電ローラに配置した例で、スペーサ表面を研磨するための部材を帯電ローラから接離させるための機構を備えた場合の一例である。
【図１３】帯電ローラに流れる電流をオシロスコープで検出した結果である。
【図１４】帯電ローラと電源の間に電流の検出装置の例である。
【図１５】本発明の画像形成装置でファンを設けた一例である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
２ 感光体
３ 帯電部（帯電ローラ）
４ 書込部
５ 現像部
６ 転写部
７ クリーニング部
８ 感光体除電部
１０ 定着部
１１ 定着ローラ
１２ 加圧ローラ
１３ ブレード
１４ 紙分離部
２０ スペーサ表面を研磨するための部材
７２ 現像器
７３ 像担持体クリーニング部材
７４ スペースクリーニング部材
２０１ 導電性基体
２０２ 抵抗層
３０１ａ、４０１ａ、５０１ａ、６０１ａ スペースクリーニング部材
３０２ａ フィルム
４０２ａ 金属棒
４０３ａ フェルト
６０２ａ ギア
６０３ａ アーム
６０４ａ 固定
３０１ｂ、６０１ｂ スペーサ表面を研磨するための部材
３０２ｂ スペーサ部材
４０１ｂ 研磨テープ
４０２ｂ、４０３ｂ、４０４ｂ ローラ
６０２ｂ ギア
６０３ｂ アーム
６０４ｂ 固定
７０１ｂ アーム
７０２ 金属棒
７０２ｂ 振動防止材
７０３ｂ 支点
７０４ｂ 固定
８０１ ノイズ
８０２ 電流
９０１ 電流計
９０２ 出力値
Claims (9)
- スペーサ部材を用いて、像担持体に対して非接触で帯電ローラを配置し、帯電ローラに電圧を印加し、放電により像担持体を帯電させる帯電方法において、前記スペーサ部材の表面に固着した異物を除去する手段は、スペーサ部材の表面を研磨する手段であり、
帯電ローラに接続された電源には、帯電ローラに流れる電流を検出する手段を備えており、この検出された電流によって、スペーサ部材の表面を研磨するための手段の動作を決定することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１に記載の画像形成装置において、電流の検知は、一定時間間隔で行なわれることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
スペーサ部材表面を研磨するための部材と帯電ローラのそれぞれの周長が、たがいに整数倍にならないようにする
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
スペーサ部材表面を研磨するための部材は、２本のローラに巻きついており、一方のローラからもう一方のローラに巻き取る
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、前記スペーサ部材の表面を研磨する手段は、交換可能であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし５のいずれかに記載の画像形成装置において、前記スペーサ部材の表面を研磨する手段は、スペーサ部材に対して接離可能であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし６のいずれかに記載の画像形成装置において、用紙ジャム検知後は必ず、スペーサ部材の表面を研磨する手段を動作させることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、強制的に気流を発生させ、スペーサ部材付近の雰囲気空気を吸引することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記画像形成装置は、トナーを複数回重ね合わせて画像形成を行なうことを特徴とする画像形成装置。
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