JP4227372B2 - 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、被記録画像に対応して像担持体に形成された静電潜像を、現像剤により現像して用紙等に記録する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置は数多く考案されている。図６は、従来の画像形成装置の概略を説明するための断面構成図である。以下に、図６を用いて概略構成ならびに動作について簡単に説明する。
【０００３】
図６に示した画像形成装置において、画像出力開始信号が入力されると感光ドラム１が回転し、帯電ローラ２により感光ドラム１表面が所定の電位になるように帯電される。
【０００４】
次いで、この感光ドラム１の帯電処理面に対して、レーザー露光手段５によって目的の画像情報のレーザービーム走査露光がなされて、感光ドラム１の面上に目的の画像情報の静電潜像が形成される。
【０００５】
次にこの静電潜像は、トナー粒子を収容した現像器６にて現像され、感光ドラム１上に静電潜像に従ったトナー像を得る。
【０００６】
このようにして感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置７によって転写材上に静電転写される。その後転写材は、静電分離されて定着器８へと搬送され、熱定着されて画像が出力される。
【０００７】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１の表面は、クリーナー９によって転写残りトナー等の付着汚染物の除去、必要に応じて像露光の光メモリを除去する前露光手段１０による露光を受けて繰り返し画像形成に使用される。
【０００８】
上述の画像形成に用いられる電子写真感光体としては、有機感光体が多く用いられており、近年では、表面硬度が高いこと、半導体レーザーなどに高い感度を示すこと、繰り返し使用による劣化がほとんど認められないことなどから、アモルファスシリコン感光体（以下、「ａ−Ｓｉ系感光体」と称する）も多く用いられている。
【０００９】
ａ−Ｓｉ系感光体は、その製造方法として、ガスを高周波やマイクロ波でプラズマ化し、固体化してアルミシリンダー上に堆積させて成膜するため、プラズマが均一でないと周方向に膜厚ムラや組成ムラができてしまう。
【００１０】
また、ａ−Ｓｉ系感光体を用いた場合、有機感光体に比べて帯電後の電位減衰が暗状態でも非常に大きく、更に像露光の光メモリによる電位減衰が増大するために前周の光メモリを消すための帯電前の前露光手段が必要となる。このため、帯電−現像間での電位減衰は非常に大きくなり、１００〜２００Ｖ程度の電位減衰が生じる。このとき前述の膜厚ムラにより、周方向について１０〜２０Ｖ程度の電位ムラが発生することがある。
【００１１】
このような電位ムラが生じると、静電容量の大きなａ−Ｓｉ系感光体は有機感光体に比べてコントラストも小さいため、影響をより受けてしまい、濃度ムラも顕著になってしまう。
【００１２】
このような問題点に対して、例えば複数回帯電を行うという方法が有効である。前述の光メモリによる暗減衰の増大は複数帯電を行うことにより、第１の帯電で光メモリを大幅に軽減できるため、第２の帯電を行った後には暗減衰を少なくすることが可能となる。これに伴い、電位ゴーストや電位ムラが大幅に良化される。
【００１３】
ａ−Ｓｉ系感光体を帯電する方法としては、コロナ放電を用いたコロナ帯電方式、導電性ローラを用い直接放電で帯電を行うローラ帯電方式、磁性粒子等により接触面積を充分に取り、電荷を感光体表面に直接注入することにより帯電を行う磁気ブラシ注入帯電方式などがある。
【００１４】
しかし、コロナ帯電方式やローラ帯電方式は、放電を用いるために感光体表面に放電生成物が付着しやすく、加えてａ−Ｓｉ系感光体が非常に高い表面硬度を持ち磨耗しにくいため、感光体表面に付着した放電生成物が残存しやすい。そのため、高湿環境下等で水分の吸着等によって、静電潜像が形成された感光体表面上の電荷が面方向へ移動し、それに伴う画像流れ現象が発生しやすいという問題がある。
【００１５】
これに対して、磁気ブラシ注入帯電方式は、放電を積極的に用いることはせずに感光体表面に接触した部分から直接電荷を注入する帯電方式であるため、前記の画像流れといった現象は発生しにくいという特徴を持つ。
【００１６】
さらに、磁気ブラシ注入帯電方式は、磁性粒子と感光体との接触安定性が良好であり、帯電の際にオゾンが発生せず、電力消費量もコロナ帯電方式やローラ帯電方式に比べて少ないという特徴を持つことから、帯電手段として好ましく用いられている。
【００１７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上述の従来技術の帯電方式においては、ａ−Ｓｉ系感光体への帯電の均一性に関しては、感光体に対して複数の帯電手段を配置し、かつ、画像流れや帯電安定性に関しては、感光体に対して最下流の帯電手段として磁気ブラシ注入帯電方式を用いる系が有利であるが、磁気ブラシ注入帯電方式等の接触帯電方式では感光体表層の磨耗量が大きいという問題があり、感光体の寿命を延ばすためには、帯電手段と感光体との間の摩擦を極力減らす必要がある。
【００１８】
特に、画像出力の一連の過程において、感光ドラム上に画像を形成する時間以外に、ウォーミングアップのための前回転や、紙間、画像出力終了後の後回転など、非画像形成の時間が少なからず存在し、感光体の寿命を延ばすためには、その間の帯電手段と感光体との摺擦、例えば磁気ブラシ注入帯電方式においては磁性粒子と感光体との摺擦による削れを極力減らすことが必要となる。
【００１９】
本発明は上記の従来技術の課題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、像担持体の寿命の向上を図る画像形成装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体の周囲に配設され、前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラよりも前記像担持体の回転方向下流側に配設され、磁性粒子担持体に担持された磁性粒子を該像担持体に接触させて帯電を行う磁気ブラシ帯電器とを備え、
画像形成時に、前記帯電ローラと前記磁気ブラシ帯電器とで前記像担持体の帯電を行い、
前記像担持体が回転している期間のうち非画像形成時の少なくとも一部において、前記帯電ローラで前記像担持体の帯電を行い、前記磁気ブラシ帯電器の前記磁性粒子担持体は画像形成時の像担持体に対する周速差よりも小さい周速差で回転させることを特徴とする。
【００２１】
あるいは、静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体の周囲に配設され、前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラよりも前記像担持体の回転方向下流側に配設され、磁性粒子担持体に担持された磁性粒子を該像担持体に接触させて帯電を行う磁気ブラシ帯電器とを備え、
画像形成時に、前記帯電ローラと前記磁気ブラシ帯電器とで前記像担持体の帯電を行い、画像形成時に、前記磁性粒子担持体は、前記像担持体の回転方向と逆方向に回転させており、
前記像担持体が回転している期間のうち非画像形成時の少なくとも一部において、前記帯電ローラで前記像担持体の帯電を行い、前記磁気ブラシ帯電器の前記磁性粒子担持体は停止させることを特徴とする。
【００２５】
前記像担持体は、アモルファスシリコンを含む層であることが好適である。
【００２６】
前記第二の帯電手段は、非画像作成時に、電気的にフロート状態であることが好適である。
【００２７】
前記第一の帯電手段及び／または前記第二の帯電手段に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
該電圧印加手段は、非画像作成時に、前記第一の帯電手段及び前記第二の帯電手段に電圧を印加することが好適である。
【００２８】
この構成によれば、画像形成時は、複数の帯電手段に所定の帯電バイアスを印加し、かつ像担持体の回転方向下流側の接触帯電部材が像担持体に対して充分な周速差を持って動作し、帯電手段と像担持体の接触点を多くすることにより、像担持体表面を均一に帯電する。
【００２９】
一方、非画像形成時、すなわち画像形成の前後回転期間や紙間などで、現像器からのトナーの付着を防止するために、像担持体表面を帯電するタイミングにおいて第一の帯電手段のみによって帯電を行い、下流側の第二の帯電手段である、例えば、磁気ブラシ帯電器等の接触帯電手段は、帯電スリーブを停止もしくは画像形成時よりも小さい周速差になるように回転させ、帯電部で像担持体表面の電位を降下させることなく、ある程度の帯電状態を保つと同時に、磁性粒子と像担持体の摺擦量を減らすことができ、像担持体の寿命の向上を図ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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らのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。本実施の形態の画像形成装置は、転写式電子写真プロセスを利用し、帯電手段にローラ帯電器＋磁気ブラシ帯電器を用いた、二回帯電方式の電子写真複写機であり、帯電プロセス以外は従来技術で述べた図６と同様の構成である。また、現像方式は二成分接触現像方式であり、前露光手段としては波長６６０ｎｍのＬＥＤを用いた。
【００３２】
図２は、本実施の形態に係る画像形成装置の帯電過程部分について模式的に示した図である。本実施の形態では、直径φ８０ｍｍのａ−Ｓｉ系感光ドラム１に対して、第一の帯電手段として導電性の帯電ローラ２を、第二の帯電手段として注入帯電方式の磁気ブラシ帯電器３を用いた。
【００３３】
図３は、本実施の形態において用いたポジ帯電性のａ−Ｓｉ系感光体の層構造を示す模式的な断面図である。
【００３４】
図３に示すａ−Ｓｉ系感光体は、Ａｌなどからなる導電性支持体１１と、導電性支持体１１の表面上に順次堆積された感光層１５（電荷注入阻止層１２および光導電性を示す光導電層１３）と、表面層１４とからなる。ここで、電荷注入阻止層１２は導電性支持体１１から光導電層１３への電荷の注入を阻止するためのものであり、必要に応じて設けられる。また、光導電層１３は少なくともシリコン原子を含む非晶質材料で構成され、光導電性を示すものである。さらに、表面層１４はシリコン原子と炭素原子（さらに、必要により水素原子あるいはハロゲン原子またはその両方の原子）を含み、電子写真装置における潜像を保持する能力をもつものである。
【００３５】
本実施の形態で用いた磁気ブラシ帯電器３は、内部に固定マグネット３２が設けられ、回転自在の非磁性の帯電スリーブ３３上に、磁性粒子規制手段３１によって規制された帯電用磁性粒子３４が磁界によってブラシ状に形成され、帯電スリーブ３３の回転に伴い帯電用磁性粒子３４が搬送される。
【００３６】
また、帯電スリーブ３３は感光ドラム１に対しカウンター方向に回転しており、画像形成時は感光ドラム１の回転速度３００ｍｍ／ｓｅｃに対し帯電スリーブ３３は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転している。帯電スリーブ３３に、帯電電圧を印加することにより、帯電用磁性粒子３４から電荷が感光ドラム１上に与えられ、帯電電圧に対応した電位に近い値に帯電される。また、磁性粒子の攪拌性を向上させるため、固定マグネット３２に反発極を採用した。
【００３７】
磁気ブラシ帯電器３は、磁性粒子規制手段３１と帯電スリーブ３３との間隔を狭め磁性粒子のコート量を減らすことで、摺擦力を減らし感光体の寿命を延ばすことができる。それと同時に磁性粒子と感光体との接触点が減少するために帯電器の帯電能も低下するが、帯電能の低下分は複数回帯電することにより補うことができる。
【００３８】
本実施の形態では、感光ドラム１と帯電スリーブ３３との間隔を４００μｍ、磁性粒子規制手段３１と帯電スリーブ３３との間隔を５００μｍに設定した。
【００３９】
帯電用磁性粒子としては、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗が１〜１０８Ω・ｍ（１０２〜１０１０Ω・ｃｍ）のものが好ましく、感光ドラムにピンホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮すると１０４Ω・ｍ（１０６Ω・ｃｍ）以上のものを用いることが好ましい。
【００４０】
帯電性能を良くするにはできるだけ抵抗の小さいものを用いる方が良いが、本実施の形態においては、帯電用磁性粒子はフェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行い、平均粒径は２５μｍ、飽和磁化は２００ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗は５×１０４Ω・ｍ（５×１０６Ω・ｃｍ）のものを用いた。
【００４１】
本実施の形態において用いた帯電用磁性粒子３４は、その抵抗値は、底面積が２２８ｍｍ３の金属セルに帯電用磁性粒子を２ｇ入れた後、６．４７×１０５Ｎ／ｍ２（６．６ｋｇ／ｃｍ２）で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
【００４２】
本実施の形態において用いた帯電ローラ２は、導電性芯金２３、弾性体層２２、表面層２１とを備えている。芯金２３は、鉄、アルミニウム、ステンレス、などである。弾性体層２２は、ウレタン、シリコンゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンの３元共重合体）、などのソリッド又は発泡ソリッド弾性体に、カーボンや、ＴｉＯ２、ＺｎＯなどの金属酸化物を加え、体積抵抗率１０２〜１０１１Ω・ｍ（１０４〜１０１３Ω・ｃｍ）としたものである。
【００４３】
表面層２１は、トレジン（商品名）のようなナイロン系の樹脂又は、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリプロピレンなどを導電化した合成樹脂皮膜である。抵抗値は内側の弾性体の抵抗より大きい値であることが望ましい。それにより電子写真感光体の表面にピンホールがあっても、電流が集中して流れ込まない。本実施の形態においては、ウレタンにカーボンを分散し抵抗調整された弾性体層にナイロン系樹脂を導電化した合成樹脂皮膜の表面層を設けた帯電ローラ２を用いた。
【００４４】
帯電ローラ２は駆動装置を具備せず、感光ドラム１に対して従動で回転し、帯電を行う。
【００４５】
次に、図４を用いて本実施の形態に係る画像形成装置の動作過程を説明する。
【００４６】
［前多回転期間］
画像形成装置のメイン電源スイッチのオンにより、画像形成装置のメインモータを駆動させて感光ドラム１を回転させ、定着器８のヒータに通電して加熱立上げさせ、また他の所要のプロセス機器の立上げ動作を実行させる、画像形成装置の始動（起動）動作期間（ウォーミング期間）である。
【００４７】
［スタンバイ（待機）期間］
上記の前多回転期間が終了すると、メインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム１の回転が停止され、画像形成装置は画像形成スタート信号が入力されるまでスタンバイ状態に保持される。この間、定着器８は所定の温度に温調される。
【００４８】
［前回転期間］
画像形成スタート信号の入力により、メインモータを再駆動させて感光ドラム１を再回転させ、しばらくの間、画像形成装置に所定の画像形成前動作を実行させる期間である。
【００４９】
［前記前多回転期間］
終了時点で画像形成スタート信号の入力がすでになされているときはスタンバイ期間なしに前回転期間に移行する。
【００５０】
［画像形成期間］
所定の前回転期間が終了すると、引き続いて回転感光ドラムに対する帯電・画像露光・現像・転写等の所定シーケンスの作像プロセス（画像形成プロセス）が実行されて、１枚目の画像形成（プリント）が行なわれる。
【００５１】
連続画像形成モードの場合は所定枚数ｎ分の作像プロセスが繰り返し実行される。図４は２枚連続で画像形成を行った例を示している。連続画像形成モードにおいて、一の転写材の後端が転写部を通過した後、次の転写材の先端が転写部に到達するまでの間に、転写部における転写材の非通紙状態期間があり、紙間と称される。
【００５２】
［後回転期間］
１枚あるいは連続画像形成モードの場合の最後のｎ枚目の画像形成期間が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ドラム１を回転させて画像形成装置の所定の後動作を実行させる期間である。
【００５３】
所定の後回転期間が終了すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム１の回転が停止され、画像形成装置は次の画像形成スタート信号が入力するまで再びスタンバイ状態に保持される。
【００５４】
上記において、画像形成期間が画像形成時であり、前多回転期間・前回転期間・紙間・後回転期間がプリンタ駆動状態時における非画像形成時である。
【００５５】
次に、上述のような画像形成装置において、以下のような条件で、画像出力を行った。
【００５６】
（１）画像形成時、非画像形成時ともに帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃ（周速差５００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転し帯電を行うモードと、（２）画像形成時は帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃで、非画像形成時は画像形成時より小さい周速３０ｍｍ／ｓｅｃ（周速差３３０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転し帯電を行うモードとの二つのモードについて、１０００枚連続画像出力を２０セット（１０００枚間欠）、１０枚連続画像出力を２０００セット（１０枚間欠）の、それぞれ合計２万枚の画像出力を行い、そのときの耐久前後の膜厚を測定し、ドラム表層の削れ量を調べた。
【００５７】
ここで、上記耐久時の帯電条件について説明する。帯電ローラ２にはバイアス装置４１によって直流電圧＋１．２ｋＶの帯電バイアスを印加した。磁気ブラシ帯電器３にはバイアス装置４２によって直流電圧＋６５０Ｖ、交流電圧３００Ｖｐｐ，１ｋＨｚの帯電バイアスを印加した。
【００５８】
表１は、周速差が異なる場合について、それぞれ２万枚画像出力耐久によるドラム表層削れ量の比較結果を示すものである。
【００５９】
【表１】
【００６０】
表１から、帯電スリーブ３３の周速差を極力小さくし、帯電用磁性粒子３４と感光ドラム１との摺擦を極力減らすことによって、磁性粒子によるドラム削れを低減できることがわかった。特に、画像形成の前後回転の総数が多くなる少量画像出力時において大きな効果が得られた。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、上記第１の実施の形態の電子写真複写機において、画像形成の前後回転時に帯電スリーブ３３を回転させずに停止させ、フローティングスイッチ４３を切断したものであり、その構成を図２，図５に示す。
【００６２】
ここで、磁気ブラシ帯電器３を電気的にフロート状態にした時の効果を説明する。
【００６３】
例えば、図２のように感光ドラム１に対して帯電ローラ２および磁気ブラシ帯電器３を配置し、バイアス装置４１，４２を接続した場合、バイアス装置４１および帯電ローラ２により感光ドラム１表面に帯電を施しても、バイアス装置４２の出力がオフの場合磁気ブラシ帯電器３の帯電用磁性粒子３４を介して感光ドラム１の表面電位を落としてしまう。
【００６４】
これに対して、図５のように感光ドラム１に対して帯電ローラ２および磁気ブラシ帯電器３を配置し、バイアス装置４１を接続し、フローティングスイッチ４３を切断することによって、磁気ブラシ帯電器３を電気的にフロート状態にした場合、バイアス装置４１および帯電ローラ２で帯電された感光ドラム１表面の電位は、磁気ブラシ帯電器３の帯電用磁性粒子３４と接触しても落ちることなく、保持される。
【００６５】
上記のように、磁気ブラシ帯電器３を電気的にフロート状態にすることによって、帯電ローラ２のみで感光ドラム１への帯電を実現することができる。
【００６６】
次に、（１）画像形成時、非画像形成時ともに帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃ（周速差５００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転し帯電を行うモードと、（２）画像形成時は帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃで、非画像形成時はフローティングスイッチ４３を切断（図５参照）し、帯電スリーブ３３を停止させるモードの二つのモードについて、１０００枚連続画像出力を２０セット（１０００枚間欠）、１０枚連続画像出力を２０００セット（１０枚間欠）の、それぞれ合計２万枚の画像出力を行い、そのときの耐久前後の膜厚を測定し、ドラム表層の削れ量を調べた。
【００６７】
上記耐久時の帯電条件は第１の実施の形態と同様であり、帯電ローラ２にはバイアス装置４１によって直流電圧＋１．２ｋＶの帯電バイアスを印加した。磁気ブラシ帯電器３にはバイアス装置４２によって直流電圧＋６５０Ｖ、交流電圧３００Ｖｐｐ，１ｋＨｚの帯電バイアスを印加した。
【００６８】
表２は、非画像形成時に帯電スリーブが停止している場合について、それぞれ２万枚画像出力耐久によるドラム表層削れ量の結果を示すものである。
【００６９】
【表２】
【００７０】
表２から、帯電スリーブ３３を停止させ、帯電用磁性粒子３４と感光ドラム１との摺擦を極力減らすことによって、磁性粒子によるドラム削れを低減することができることがわかった。特に、画像形成の前後回転が多くなる少量画像出力時において大きな効果が得られ、また帯電スリーブ３３を停止させなかった第１の実施の形態よりも効果が大きいことがわかった。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による画像形成装置は、複数の帯電手段を具備し、電子写真感光体の回転方向に対して最下流の帯電手段が磁気ブラシ帯電器のような接触帯電部材である電子写真画像形成装置について、非画像形成時に感光体に対する接触帯電部材の周速差を小さくする、もしくは接触帯電部材を停止させることによって、接触帯電部材によるドラム削れの発生を低減し、感光体の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係る帯電装置の概略構成図である。
【図３】ａ−Ｓｉ系感光体の層構成の一例を示した断面図である。
【図４】本実施の形態に係る画像形成装置の動作過程を説明する図である。
【図５】本実施の形態に係る帯電装置の概略構成図である。
【図６】従来例の説明に用いた画像形成装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 磁気ブラシ帯電器
５ レーザー露光手段
６ 現像器
７ 転写装置
８ 定着器
９ クリーナー
１０ 前露光手段
１１ 導電性支持体
１２ 電荷注入阻止層
１３ 光導電層
１４ 表面層
１５ 感光層
２１ 表面層
２２ 弾性体層
２３ 導電性芯金
３１ 磁性粒子規制手段
３２ 固定マグネット
３３ 帯電スリーブ
３４ 磁性粒子
４１ バイアス装置
４２ バイアス装置
４３ フローティングスイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被記録画像に対応して像担持体に形成された静電潜像を、現像剤により現像して用紙等に記録する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式や静電記録方式を用いた画像形成装置は数多く考案されている。図６は、従来の画像形成装置の概略を説明するための断面構成図である。以下に、図６を用いて概略構成ならびに動作について簡単に説明する。
【０００３】
図６に示した画像形成装置において、画像出力開始信号が入力されると感光ドラム１が回転し、帯電ローラ２により感光ドラム１表面が所定の電位になるように帯電される。
【０００４】
次いで、この感光ドラム１の帯電処理面に対して、レーザー露光手段５によって目的の画像情報のレーザービーム走査露光がなされて、感光ドラム１の面上に目的の画像情報の静電潜像が形成される。
【０００５】
次にこの静電潜像は、トナー粒子を収容した現像器６にて現像され、感光ドラム１上に静電潜像に従ったトナー像を得る。
【０００６】
このようにして感光ドラム１上に形成されたトナー像は、転写装置７によって転写材上に静電転写される。その後転写材は、静電分離されて定着器８へと搬送され、熱定着されて画像が出力される。
【０００７】
一方、トナー像転写後の感光ドラム１の表面は、クリーナー９によって転写残りトナー等の付着汚染物の除去、必要に応じて像露光の光メモリを除去する前露光手段１０による露光を受けて繰り返し画像形成に使用される。
【０００８】
上述の画像形成に用いられる電子写真感光体としては、有機感光体が多く用いられており、近年では、表面硬度が高いこと、半導体レーザーなどに高い感度を示すこと、繰り返し使用による劣化がほとんど認められないことなどから、アモルファスシリコン感光体（以下、「ａ−Ｓｉ系感光体」と称する）も多く用いられている。
【０００９】
ａ−Ｓｉ系感光体は、その製造方法として、ガスを高周波やマイクロ波でプラズマ化し、固体化してアルミシリンダー上に堆積させて成膜するため、プラズマが均一でないと周方向に膜厚ムラや組成ムラができてしまう。
【００１０】
また、ａ−Ｓｉ系感光体を用いた場合、有機感光体に比べて帯電後の電位減衰が暗状態でも非常に大きく、更に像露光の光メモリによる電位減衰が増大するために前周の光メモリを消すための帯電前の前露光手段が必要となる。このため、帯電−現像間での電位減衰は非常に大きくなり、１００〜２００Ｖ程度の電位減衰が生じる。このとき前述の膜厚ムラにより、周方向について１０〜２０Ｖ程度の電位ムラが発生することがある。
【００１１】
このような電位ムラが生じると、静電容量の大きなａ−Ｓｉ系感光体は有機感光体に比べてコントラストも小さいため、影響をより受けてしまい、濃度ムラも顕著になってしまう。
【００１２】
このような問題点に対して、例えば複数回帯電を行うという方法が有効である。前述の光メモリによる暗減衰の増大は複数帯電を行うことにより、第１の帯電で光メモリを大幅に軽減できるため、第２の帯電を行った後には暗減衰を少なくすることが可能となる。これに伴い、電位ゴーストや電位ムラが大幅に良化される。
【００１３】
ａ−Ｓｉ系感光体を帯電する方法としては、コロナ放電を用いたコロナ帯電方式、導電性ローラを用い直接放電で帯電を行うローラ帯電方式、磁性粒子等により接触面積を充分に取り、電荷を感光体表面に直接注入することにより帯電を行う磁気ブラシ注入帯電方式などがある。
【００１４】
しかし、コロナ帯電方式やローラ帯電方式は、放電を用いるために感光体表面に放電生成物が付着しやすく、加えてａ−Ｓｉ系感光体が非常に高い表面硬度を持ち磨耗しにくいため、感光体表面に付着した放電生成物が残存しやすい。そのため、高湿環境下等で水分の吸着等によって、静電潜像が形成された感光体表面上の電荷が面方向へ移動し、それに伴う画像流れ現象が発生しやすいという問題がある。
【００１５】
これに対して、磁気ブラシ注入帯電方式は、放電を積極的に用いることはせずに感光体表面に接触した部分から直接電荷を注入する帯電方式であるため、前記の画像流れといった現象は発生しにくいという特徴を持つ。
【００１６】
さらに、磁気ブラシ注入帯電方式は、磁性粒子と感光体との接触安定性が良好であり、帯電の際にオゾンが発生せず、電力消費量もコロナ帯電方式やローラ帯電方式に比べて少ないという特徴を持つことから、帯電手段として好ましく用いられている。
【００１７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、上述の従来技術の帯電方式においては、ａ−Ｓｉ系感光体への帯電の均一性に関しては、感光体に対して複数の帯電手段を配置し、かつ、画像流れや帯電安定性に関しては、感光体に対して最下流の帯電手段として磁気ブラシ注入帯電方式を用いる系が有利であるが、磁気ブラシ注入帯電方式等の接触帯電方式では感光体表層の磨耗量が大きいという問題があり、感光体の寿命を延ばすためには、帯電手段と感光体との間の摩擦を極力減らす必要がある。
【００１８】
特に、画像出力の一連の過程において、感光ドラム上に画像を形成する時間以外に、ウォーミングアップのための前回転や、紙間、画像出力終了後の後回転など、非画像形成の時間が少なからず存在し、感光体の寿命を延ばすためには、その間の帯電手段と感光体との摺擦、例えば磁気ブラシ注入帯電方式においては磁性粒子と感光体との摺擦による削れを極力減らすことが必要となる。
【００１９】
本発明は上記の従来技術の課題を鑑みてなされたもので、その目的とするところは、像担持体の寿命の向上を図る画像形成装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、
静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体の周囲に配設され、前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラよりも前記像担持体の回転方向下流側に配設され、磁性粒子担持体に担持された磁性粒子を該像担持体に接触させて帯電を行う磁気ブラシ帯電器とを備え、
画像形成時に、前記帯電ローラと前記磁気ブラシ帯電器とで前記像担持体の帯電を行い、
前記像担持体が回転している期間のうち非画像形成時の少なくとも一部において、前記帯電ローラで前記像担持体の帯電を行い、前記磁気ブラシ帯電器の前記磁性粒子担持体は画像形成時の像担持体に対する周速差よりも小さい周速差で回転させることを特徴とする。
【００２１】
あるいは、静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体の周囲に配設され、前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラよりも前記像担持体の回転方向下流側に配設され、磁性粒子担持体に担持された磁性粒子を該像担持体に接触させて帯電を行う磁気ブラシ帯電器とを備え、
画像形成時に、前記帯電ローラと前記磁気ブラシ帯電器とで前記像担持体の帯電を行い、画像形成時に、前記磁性粒子担持体は、前記像担持体の回転方向と逆方向に回転させており、
前記像担持体が回転している期間のうち非画像形成時の少なくとも一部において、前記帯電ローラで前記像担持体の帯電を行い、前記磁気ブラシ帯電器の前記磁性粒子担持体は停止させることを特徴とする。
【００２５】
前記像担持体は、アモルファスシリコンを含む層であることが好適である。
【００２６】
前記第二の帯電手段は、非画像作成時に、電気的にフロート状態であることが好適である。
【００２７】
前記第一の帯電手段及び／または前記第二の帯電手段に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
該電圧印加手段は、非画像作成時に、前記第一の帯電手段及び前記第二の帯電手段に電圧を印加することが好適である。
【００２８】
この構成によれば、画像形成時は、複数の帯電手段に所定の帯電バイアスを印加し、かつ像担持体の回転方向下流側の接触帯電部材が像担持体に対して充分な周速差を持って動作し、帯電手段と像担持体の接触点を多くすることにより、像担持体表面を均一に帯電する。
【００２９】
一方、非画像形成時、すなわち画像形成の前後回転期間や紙間などで、現像器からのトナーの付着を防止するために、像担持体表面を帯電するタイミングにおいて第一の帯電手段のみによって帯電を行い、下流側の第二の帯電手段である、例えば、磁気ブラシ帯電器等の接触帯電手段は、帯電スリーブを停止もしくは画像形成時よりも小さい周速差になるように回転させ、帯電部で像担持体表面の電位を降下させることなく、ある程度の帯電状態を保つと同時に、磁性粒子と像担持体の摺擦量を減らすことができ、像担持体の寿命の向上を図ることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態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らのみに限定する趣旨のものではない。また、以下の説明で一度説明した部材についての材質、形状などは、特に改めて記載しない限り初めの説明と同様のものである。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る画像形成装置の概略構成図である。本実施の形態の画像形成装置は、転写式電子写真プロセスを利用し、帯電手段にローラ帯電器＋磁気ブラシ帯電器を用いた、二回帯電方式の電子写真複写機であり、帯電プロセス以外は従来技術で述べた図６と同様の構成である。また、現像方式は二成分接触現像方式であり、前露光手段としては波長６６０ｎｍのＬＥＤを用いた。
【００３２】
図２は、本実施の形態に係る画像形成装置の帯電過程部分について模式的に示した図である。本実施の形態では、直径φ８０ｍｍのａ−Ｓｉ系感光ドラム１に対して、第一の帯電手段として導電性の帯電ローラ２を、第二の帯電手段として注入帯電方式の磁気ブラシ帯電器３を用いた。
【００３３】
図３は、本実施の形態において用いたポジ帯電性のａ−Ｓｉ系感光体の層構造を示す模式的な断面図である。
【００３４】
図３に示すａ−Ｓｉ系感光体は、Ａｌなどからなる導電性支持体１１と、導電性支持体１１の表面上に順次堆積された感光層１５（電荷注入阻止層１２および光導電性を示す光導電層１３）と、表面層１４とからなる。ここで、電荷注入阻止層１２は導電性支持体１１から光導電層１３への電荷の注入を阻止するためのものであり、必要に応じて設けられる。また、光導電層１３は少なくともシリコン原子を含む非晶質材料で構成され、光導電性を示すものである。さらに、表面層１４はシリコン原子と炭素原子（さらに、必要により水素原子あるいはハロゲン原子またはその両方の原子）を含み、電子写真装置における潜像を保持する能力をもつものである。
【００３５】
本実施の形態で用いた磁気ブラシ帯電器３は、内部に固定マグネット３２が設けられ、回転自在の非磁性の帯電スリーブ３３上に、磁性粒子規制手段３１によって規制された帯電用磁性粒子３４が磁界によってブラシ状に形成され、帯電スリーブ３３の回転に伴い帯電用磁性粒子３４が搬送される。
【００３６】
また、帯電スリーブ３３は感光ドラム１に対しカウンター方向に回転しており、画像形成時は感光ドラム１の回転速度３００ｍｍ／ｓｅｃに対し帯電スリーブ３３は２００ｍｍ／ｓｅｃで回転している。帯電スリーブ３３に、帯電電圧を印加することにより、帯電用磁性粒子３４から電荷が感光ドラム１上に与えられ、帯電電圧に対応した電位に近い値に帯電される。また、磁性粒子の攪拌性を向上させるため、固定マグネット３２に反発極を採用した。
【００３７】
磁気ブラシ帯電器３は、磁性粒子規制手段３１と帯電スリーブ３３との間隔を狭め磁性粒子のコート量を減らすことで、摺擦力を減らし感光体の寿命を延ばすことができる。それと同時に磁性粒子と感光体との接触点が減少するために帯電器の帯電能も低下するが、帯電能の低下分は複数回帯電することにより補うことができる。
【００３８】
本実施の形態では、感光ドラム１と帯電スリーブ３３との間隔を４００μｍ、磁性粒子規制手段３１と帯電スリーブ３３との間隔を５００μｍに設定した。
【００３９】
帯電用磁性粒子としては、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗が１〜１０８Ω・ｍ（１０２〜１０１０Ω・ｃｍ）のものが好ましく、感光ドラムにピンホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮すると１０４Ω・ｍ（１０６Ω・ｃｍ）以上のものを用いることが好ましい。
【００４０】
帯電性能を良くするにはできるだけ抵抗の小さいものを用いる方が良いが、本実施の形態においては、帯電用磁性粒子はフェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行い、平均粒径は２５μｍ、飽和磁化は２００ｅｍｕ／ｃｍ３、抵抗は５×１０４Ω・ｍ（５×１０６Ω・ｃｍ）のものを用いた。
【００４１】
本実施の形態において用いた帯電用磁性粒子３４は、その抵抗値は、底面積が２２８ｍｍ３の金属セルに帯電用磁性粒子を２ｇ入れた後、６．４７×１０５Ｎ／ｍ２（６．６ｋｇ／ｃｍ２）で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
【００４２】
本実施の形態において用いた帯電ローラ２は、導電性芯金２３、弾性体層２２、表面層２１とを備えている。芯金２３は、鉄、アルミニウム、ステンレス、などである。弾性体層２２は、ウレタン、シリコンゴム、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンの３元共重合体）、などのソリッド又は発泡ソリッド弾性体に、カーボンや、ＴｉＯ２、ＺｎＯなどの金属酸化物を加え、体積抵抗率１０２〜１０１１Ω・ｍ（１０４〜１０１３Ω・ｃｍ）としたものである。
【００４３】
表面層２１は、トレジン（商品名）のようなナイロン系の樹脂又は、ポリエチレン、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリプロピレンなどを導電化した合成樹脂皮膜である。抵抗値は内側の弾性体の抵抗より大きい値であることが望ましい。それにより電子写真感光体の表面にピンホールがあっても、電流が集中して流れ込まない。本実施の形態においては、ウレタンにカーボンを分散し抵抗調整された弾性体層にナイロン系樹脂を導電化した合成樹脂皮膜の表面層を設けた帯電ローラ２を用いた。
【００４４】
帯電ローラ２は駆動装置を具備せず、感光ドラム１に対して従動で回転し、帯電を行う。
【００４５】
次に、図４を用いて本実施の形態に係る画像形成装置の動作過程を説明する。
【００４６】
［前多回転期間］
画像形成装置のメイン電源スイッチのオンにより、画像形成装置のメインモータを駆動させて感光ドラム１を回転させ、定着器８のヒータに通電して加熱立上げさせ、また他の所要のプロセス機器の立上げ動作を実行させる、画像形成装置の始動（起動）動作期間（ウォーミング期間）である。
【００４７】
［スタンバイ（待機）期間］
上記の前多回転期間が終了すると、メインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム１の回転が停止され、画像形成装置は画像形成スタート信号が入力されるまでスタンバイ状態に保持される。この間、定着器８は所定の温度に温調される。
【００４８】
［前回転期間］
画像形成スタート信号の入力により、メインモータを再駆動させて感光ドラム１を再回転させ、しばらくの間、画像形成装置に所定の画像形成前動作を実行させる期間である。
【００４９】
［前記前多回転期間］
終了時点で画像形成スタート信号の入力がすでになされているときはスタンバイ期間なしに前回転期間に移行する。
【００５０】
［画像形成期間］
所定の前回転期間が終了すると、引き続いて回転感光ドラムに対する帯電・画像露光・現像・転写等の所定シーケンスの作像プロセス（画像形成プロセス）が実行されて、１枚目の画像形成（プリント）が行なわれる。
【００５１】
連続画像形成モードの場合は所定枚数ｎ分の作像プロセスが繰り返し実行される。図４は２枚連続で画像形成を行った例を示している。連続画像形成モードにおいて、一の転写材の後端が転写部を通過した後、次の転写材の先端が転写部に到達するまでの間に、転写部における転写材の非通紙状態期間があり、紙間と称される。
【００５２】
［後回転期間］
１枚あるいは連続画像形成モードの場合の最後のｎ枚目の画像形成期間が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ドラム１を回転させて画像形成装置の所定の後動作を実行させる期間である。
【００５３】
所定の後回転期間が終了すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム１の回転が停止され、画像形成装置は次の画像形成スタート信号が入力するまで再びスタンバイ状態に保持される。
【００５４】
上記において、画像形成期間が画像形成時であり、前多回転期間・前回転期間・紙間・後回転期間がプリンタ駆動状態時における非画像形成時である。
【００５５】
次に、上述のような画像形成装置において、以下のような条件で、画像出力を行った。
【００５６】
（１）画像形成時、非画像形成時ともに帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃ（周速差５００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転し帯電を行うモードと、（２）画像形成時は帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃで、非画像形成時は画像形成時より小さい周速３０ｍｍ／ｓｅｃ（周速差３３０ｍｍ／ｓｅｃ）で回転し帯電を行うモードとの二つのモードについて、１０００枚連続画像出力を２０セット（１０００枚間欠）、１０枚連続画像出力を２０００セット（１０枚間欠）の、それぞれ合計２万枚の画像出力を行い、そのときの耐久前後の膜厚を測定し、ドラム表層の削れ量を調べた。
【００５７】
ここで、上記耐久時の帯電条件について説明する。帯電ローラ２にはバイアス装置４１によって直流電圧＋１．２ｋＶの帯電バイアスを印加した。磁気ブラシ帯電器３にはバイアス装置４２によって直流電圧＋６５０Ｖ、交流電圧３００Ｖｐｐ，１ｋＨｚの帯電バイアスを印加した。
【００５８】
表１は、周速差が異なる場合について、それぞれ２万枚画像出力耐久によるドラム表層削れ量の比較結果を示すものである。
【００５９】
【表１】
表１から、帯電スリーブ３３の周速差を極力小さくし、帯電用磁性粒子３４と感光ドラム１との摺擦を極力減らすことによって、磁性粒子によるドラム削れを低減できることがわかった。特に、画像形成の前後回転の総数が多くなる少量画像出力時において大きな効果が得られた。
【００６１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、上記第１の実施の形態の電子写真複写機において、画像形成の前後回転時に帯電スリーブ３３を回転させずに停止させ、フローティングスイッチ４３を切断したものであり、その構成を図２，図５に示す。
【００６２】
ここで、磁気ブラシ帯電器３を電気的にフロート状態にした時の効果を説明する。
【００６３】
例えば、図２のように感光ドラム１に対して帯電ローラ２および磁気ブラシ帯電器３を配置し、バイアス装置４１，４２を接続した場合、バイアス装置４１および帯電ローラ２により感光ドラム１表面に帯電を施しても、バイアス装置４２の出力がオフの場合磁気ブラシ帯電器３の帯電用磁性粒子３４を介して感光ドラム１の表面電位を落としてしまう。
【００６４】
これに対して、図５のように感光ドラム１に対して帯電ローラ２および磁気ブラシ帯電器３を配置し、バイアス装置４１を接続し、フローティングスイッチ４３を切断することによって、磁気ブラシ帯電器３を電気的にフロート状態にした場合、バイアス装置４１および帯電ローラ２で帯電された感光ドラム１表面の電位は、磁気ブラシ帯電器３の帯電用磁性粒子３４と接触しても落ちることなく、保持される。
【００６５】
上記のように、磁気ブラシ帯電器３を電気的にフロート状態にすることによって、帯電ローラ２のみで感光ドラム１への帯電を実現することができる。
【００６６】
次に、（１）画像形成時、非画像形成時ともに帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃ（周速差５００ｍｍ／ｓｅｃ）で回転し帯電を行うモードと、（２）画像形成時は帯電スリーブ３３が周速２００ｍｍ／ｓｅｃで、非画像形成時はフローティングスイッチ４３を切断（図５参照）し、帯電スリーブ３３を停止させるモードの二つのモードについて、１０００枚連続画像出力を２０セット（１０００枚間欠）、１０枚連続画像出力を２０００セット（１０枚間欠）の、それぞれ合計２万枚の画像出力を行い、そのときの耐久前後の膜厚を測定し、ドラム表層の削れ量を調べた。
【００６７】
上記耐久時の帯電条件は第１の実施の形態と同様であり、帯電ローラ２にはバイアス装置４１によって直流電圧＋１．２ｋＶの帯電バイアスを印加した。磁気ブラシ帯電器３にはバイアス装置４２によって直流電圧＋６５０Ｖ、交流電圧３００Ｖｐｐ，１ｋＨｚの帯電バイアスを印加した。
【００６８】
表２は、非画像形成時に帯電スリーブが停止している場合について、それぞれ２万枚画像出力耐久によるドラム表層削れ量の結果を示すものである。
【００６９】
【表２】
表２から、帯電スリーブ３３を停止させ、帯電用磁性粒子３４と感光ドラム１との摺擦を極力減らすことによって、磁性粒子によるドラム削れを低減することができることがわかった。特に、画像形成の前後回転が多くなる少量画像出力時において大きな効果が得られ、また帯電スリーブ３３を停止させなかった第１の実施の形態よりも効果が大きいことがわかった。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による画像形成装置は、複数の帯電手段を具備し、電子写真感光体の回転方向に対して最下流の帯電手段が磁気ブラシ帯電器のような接触帯電部材である電子写真画像形成装置について、非画像形成時に感光体に対する接触帯電部材の周速差を小さくする、もしくは接触帯電部材を停止させることによって、接触帯電部材によるドラム削れの発生を低減し、感光体の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態に係る帯電装置の概略構成図である。
【図３】ａ−Ｓｉ系感光体の層構成の一例を示した断面図である。
【図４】本実施の形態に係る画像形成装置の動作過程を説明する図である。
【図５】本実施の形態に係る帯電装置の概略構成図である。
【図６】従来例の説明に用いた画像形成装置の模式図である。
【符号の説明】
１ 感光ドラム
２ 帯電ローラ
３ 磁気ブラシ帯電器
５ レーザー露光手段
６ 現像器
７ 転写装置
８ 定着器
９ クリーナー
１０ 前露光手段
１１ 導電性支持体
１２ 電荷注入阻止層
１３ 光導電層
１４ 表面層
１５ 感光層
２１ 表面層
２２ 弾性体層
２３ 導電性芯金
３１ 磁性粒子規制手段
３２ 固定マグネット
３３ 帯電スリーブ
３４ 磁性粒子
４１ バイアス装置
４２ バイアス装置
４３ フローティングスイッチ
Claims (5)
- 静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体の周囲に配設され、前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラよりも前記像担持体の回転方向下流側に配設され、磁性粒子担持体に担持された磁性粒子を該像担持体に接触させて帯電を行う磁気ブラシ帯電器とを備え、
画像形成時に、前記帯電ローラと前記磁気ブラシ帯電器とで前記像担持体の帯電を行い、
前記像担持体が回転している期間のうち非画像形成時の少なくとも一部において、前記帯電ローラで前記像担持体の帯電を行い、前記磁気ブラシ帯電器の前記磁性粒子担持体は画像形成時の像担持体に対する周速差よりも小さい周速差で回転させることを特徴とする画像形成装置。 - 静電潜像が形成される像担持体と、
該像担持体の周囲に配設され、前記像担持体を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラよりも前記像担持体の回転方向下流側に配設され、磁性粒子担持体に担持された磁性粒子を該像担持体に接触させて帯電を行う磁気ブラシ帯電器とを備え、
画像形成時に、前記帯電ローラと前記磁気ブラシ帯電器とで前記像担持体の帯電を行い、画像形成時に、前記磁性粒子担持体は、前記像担持体の回転方向と逆方向に回転させており、
前記像担持体が回転している期間のうち非画像形成時の少なくとも一部において、前記帯電ローラで前記像担持体の帯電を行い、前記磁気ブラシ帯電器の前記磁性粒子担持体は停止させることを特徴とする画像形成装置。 - 前記像担持体は、アモルファスシリコンを含む層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
- 前記磁気ブラシ帯電器は、非画像作成時に、電気的にフロート状態であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
- 前記帯電ローラ及び／または前記磁気ブラシ帯電器に電圧を印加する電圧印加手段を備え、
該電圧印加手段は、非画像作成時に、前記帯電ローラ及び前記磁気ブラシ帯電器に電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
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