JP4261741B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触帯電方式で、クリーナーレスプロセスの転写式画像形成装置に関するものである。より詳しくは、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体と、像担持体に当接する帯電部材を有し帯電部材に帯電バイアスを印加することで像担持体の帯電を行う接触方式の帯電手段としての帯電装置(接触帯電装置、直接帯電装置)と、像担持体の帯電処理面に静電潜像を形成する露光手段としての画像情報露光手段(露光装置)と、静電潜像を現像剤により顕像化する現像手段としての現像装置と、像担持体表面の現像剤を被転写材に移動させる転写手段としての転写装置と、像担持体に当接してバイアスを印加することによって像担持体表面をならすと共に転写残現像剤を除電もしくは帯電と逆極性に帯電させる帯電補助手段(帯電補助ブラシ)と、を具備し、転写装置により被転写材に移動せずに像担持体表面に残留した現像剤を帯電装置の像担持体に当接する帯電部材に一旦回収させ、その後に現像剤を帯電部材から吐き出させて現像装置にて再回収させる方式の複写機・プリンタ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
(a)接触帯電
電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像担持体、その他の被帯電体を所定の極性・電位に帯電処理する帯電手段としては、従来より一般にコロナ帯電器が使用されてさた。これは像担持体(以下、感光体と記す)にコロナ帯電器を非接触に対向配置して、コロナ帯電器から放出されるコロナに感光体面をさらして感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【0003】
近年は、上記の非接触タイプのコロナ帯電器による場合に比べて低オゾン・低電力等の利点を有することから、像担持体としての感光体に電圧(帯電バイアス)を印加した帯電部材(接触帯電部材)を当接させて感光体面を所定の極性・電位に帯電させる接触方式の帯電装置の実用化がなされてさている。特に、帯電部材として導電ローラ(帯電ローラ)を用いたローラ帯電方式の装置が帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【0004】
また、接触帯電部材として、磁性粒子を担持体に磁気拘束させた磁気ブラシ部を具備した磁気ブラシ帯電部材(帯電磁気ブラシ、以下、磁気ブラシ帯電器と記す)を用い、該磁気ブラシ帯電器の磁気ブラシ部を感光体に接触させる磁気ブラシ帯電方式の装置も帯電装置の安定性という点から好ましく用いられる。
【0005】
磁気ブラシ帯電器は、導電性の磁性粒子を直接マグネットに、あるいはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束させて磁気ブラシ部を形成具備させたものであり、停止あるいは回転させて磁気ブラシ部を感光体に接触させ、これに電圧を印加することによって感光体の帯電を開始させる。
【0006】
また、導電性の繊維をブラシ状に形成具備させたもの(ファーブラシ帯電部材、帯電ファーブラシ)、導電性ゴムをブレード状にした導電ゴムブレード(帯電ブレード)等も接触帯電部材として好ましく用いられている。
【0007】
接触帯電の帯電機構(帯電のメカニズム、帯電原理)にはコロナ帯電系と電荷注入(直接帯電)系の2種類の帯電機構が混在しており、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現われる。
【0008】
コロナ帯電系は接触帯電部材と感光体との微小間隙に生じるコロナ放電現象による放電生成物で感光体表面が帯電する系である。コロナ帯電系は接触帯電部材と感光体に一定の放電しきい値を有するため、帯電電位より大きな電圧を接触帯電部材に印加する必要がある。また、コロナ帯電系では、コロナ帯電器に比べれば発生量は格段に少ないけれども放電生成物を発生させる。
【0009】
電荷注入帯電系は、接触帯電部材から感光体に直接に電荷が注入されることで感光体表面が帯電する系である。より詳しくは、中抵抗の接触帯電部材が感光体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電を基本的に用いないで感光体表面に直接電荷注入を行うものである。
【0010】
よって、接触帯電部材への印加電圧が放電しきい値以下の印加電圧であっても、感光体を印加電圧相当の電位に帯電することができる。この電荷注入帯電系はイオンの発生を伴わない。しかし電荷注入帯電であるため、接触帯電部材の感光体への接触性が帯電性に大きく効いてくる。
【0011】
そこで、接触帯電部材はより密に構成し、また感光体との速度差を多く持ち、より高い頻度で感光体に接触する構成をとる必要があり、この点において接触帯電部材として特に磁気ブラシ帯電器は安定した帯電を行なうことができる。
【0012】
磁気ブラシ帯電器による電荷注入帯電は、抵抗とコンデンサーの直列回路と等価であると見ることができる。理想的な帯電プロセスでは感光体表面のある点が磁気ブラシと接触している時間(帯電ニップ部×感光体の周速)にコンデンサーが充電され、感光体表面電位が印加電圧とほぼ同値になる。
【0013】
導電性の接触帯電部材に電圧を印加し感光体の表面にあるトラップ準位に電荷を注入して感光体の接触帯電を行なう方法がある。また、感光体として通常の有機感光体上に導電性微粒子を分散させた表層(電荷注入層)を有するものや、アモルファスシリコン感光体などを用いると、接触帯電部材に印加したバイアスのうちの直流成分と略同等の帯電電位を感光体表面に得ることが可能である(特開平6−3921号公報)。
【0014】
注入帯電方式は、環境依存性が少ないだけでなく、放電を用いないため、接触帯電部材に対する印加電圧は感光体電位と同程度で十分であり、また、オゾンを発生しない利点があり、完全なオゾンレスかつ低電力消費型帯電が可能となる。
【0015】
(b)クリーナーレスプロセス(トナーリサイクルプロセス)
また近年、画像形成装置は小型化が進んできたが、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニング等の作像プロセスの各手段・機器が夫々小型になるだけでは画像形成装置の全体的な小型化には限界があった。また、転写後の感光体上の転写残トナー(残留現像剤)はクリーニング手投(クリーナー)によって回収されて廃トナーとなるが、この廃トナーは環境保護の面からも出ないことが好ましい。
【0016】
そこで、クリーナーを取り外し、感光体上の転写残トナーは現像手段によって「現像同時クリーニング」で感光体上から除去し現像手段に回収・再利用する装置構成にした「クリーナーレスプロセス」の画像形成装置が出現している。現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に若干残留したトナーを次工程以後の現像時にかぶり取りバイアス(現像手段に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Vback)によって回収する方法である。
【0017】
この方法によれば、転写残トナーは現像手段に回収されて次工程以後用いられるため、廃トナーをなくし、メンテナンスに手を煩わせることも少なくすることができる。また、クリーナーレスであることで、スペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。また、帯電装置が接触帯電性の場合には感光体に接触している接触帯電部材に転写残トナーを一旦回収させ、それを再び感光体上に吐さ出させ現像装置で回収させる。
【0018】
(c)帯電補助手段
ここで、トナー像転写後の感光体表面に残留する転写残トナーは、前画像をそのまま残した形で存在するため、そのまま帯電装置を通過した場合、前画像部分のみ帯電電位が低下したり、次の画像形成の露光を遮断してしまい、そのままの形で次の現像行程に影響を及ぼし、次の画像上で前画像部分が薄くなったり濃く現われたりといった現象(以降ゴースト現象と称する)が起こる。
【0019】
そこで、感光体の回転に伴い帯電領域に到達した転写残トナーを帯電装置の接触帯電部材にとりこみ、前画像の履歴を消してしまうことが必要となる。このとき、直流電圧を接触帯電部材に印加するのみでは帯電装置へのトナーの取り込みは十分に行われないが、交番電圧を接触帯電部材に印加すると感光体と帯電装置間の電界による振動効果によって、比較的容易に帯電装置へのトナーの取り込みが行われる。
【0020】
しかしながら、帯電領域に到達した転写残トナーの帯電量によって接触帯電部材への取り込みが非常に困難な場合が生じる。つまり転写残トナーが帯電しているため、接触帯電部材と感光体間の電位差や、トナーと感光体間の付着力により、取り込み性が悪くなる場合がある。
【0021】
すなわち、接触帯電部材に対する印加電圧に対し、例えば磁気ブラシ帯電器の場合、磁気ブラシ部と感光体の接触部にも数mmの幅があり、接触部通過初期には電荷注入が不十分であるのでそこに帯電装置と感光体間の電位差が生じている。
【0022】
仮に磁気ブラシ帯電器のVdcを−600Vと設定した場合、接触部通過初期の感光体表面電位はいわゆる転写通過後電位であり、各種設定条件によって異なるが前画像の露光部が−250V程度であるとする。その場合、露光部では350Vの電位差が生じており、一般に転写残トナーの保持電荷は正負ともに存在するから、正帯電トナーはマイナス側の磁気ブラシ方向へ取り込まれ易く、負帯電トナーは磁気ブラシ部へ取り込まれ難くなる。
【0023】
また、転写残トナーの帯電量が極端に大きい場合や小粒径の場合、感光体との付着力が大きく、感光体上に残ってしまう。よって本来負帯電性のトナーであるが転写残トナーは正帯電されていることが望ましい。但し、正帯電されていなくても、帯電量の絶対値が十分小さければ、磁気ブラシ部によって機械的にかきとられる効果は期待できる。
【0024】
実際、転写残トナーは転写部通過時の剥離放電等により、帯電極性が反転してしまうことも多いが、転写効率が同じであっても転写電流によって転写残トナーの帯電量分布は大きく異なり、各種設定条件次第で負帯電トナーの比率が多い場合もある。また、長期にわたり使用すると、トナー自体、外添剤の遊離や埋め込まれにより転写効率が低下してくることがあるため、負帯電のまま感光体上に残るトナー比率も増えてくる。そこで転写電流を強めたり、転写残トナーを反対極性に帯電せしめる手段を持つことが好ましい。
【0025】
そこで、転写装置と帯電装置の間に毛足長さが6mm、導電性繊維のレイヨンのブラシ(帯電補助手段)を感光体に当接し、このブラシに帯電極性とは逆のプラス500Vの直流電圧を印加した。このブラシは、プラスのバイアスを印加していることにより、負極性の転写残トナーは一時的にこのブラシ内に捕獲され、除電された後再び感光体上へ送りだされる。この際、ブラシ表面にトナーが蓄積してくると、保持量の限界に達し、除電されたトナーから次々と感光体上へと戻される。
【0026】
したがって、帯電装置と感光体の接触部に侵入するトナーは帯電装置の帯電極性と逆極性のもの、もしくは除電されて帯電量の低いものに限られ、帯電装置の磁気ブラシ部にほぼ回収されることになる。この時点で前画像の履歴は失われ、ゴーストが発生する直接的要因が除去される。
【0027】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導電性レイヨンのブラシ(以降、帯電補助ブラシと称する)に印加するプラス側の電圧設定が高すぎると感光体表面上に過度に正電荷が注入され、次行程の帯電において不都合が生じていた。
【0028】
すなわち、感光体表面に帯電前から正電荷が存在した場合、本来の負の帯電電流がその正電荷を打ち消すために消費されて電流不足で感光体表面が帯電しきれなくなったり、帯電後も正電荷そのものが消滅せず、感光体表面に残存して帯電電位に影響を及ぼしたりするために、現像領域においてかぶりが発生していた。
【0029】
また、その傾向は画像形成装置の動作環境に多分に依存する。例えば、高湿下においては接触帯電部材、感光体、帯電補助ブラシはそれぞれ吸湿して抵抗が下がるため、電荷が移動し易くなる。
【0030】
したがって、帯電補助ブラシからの正電荷が多く感光体に注入されて感光体表面電位はより正側へ変位して負帯電には不利になると思われるが、同時に接触帯電部材の抵抗も下がるために負電荷もまた流れやすくなり、相殺されて適度な帯電が維持されるはずである。また、低湿側においてはその逆のことが言える。
【0031】
ところが接触帯電部材と帯電補助ブラシの抵抗値の環境依存性に差がある場合、上記のごとくのバランスがとれず、例えば高湿下での帯電補助ブラシの抵抗がより低下する場合は帯電不良となってかぶりを生じ、低湿下で帯電補助ブラシの抵抗が極端に高くなる場合はゴースト防止の機能が低下してしまう。
【0032】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、帯電不良によるかぶりや汚染、残留現像剤のかきとり不良によるゴーストが共に発生しない状態を維持してより装置の長寿命化を図る画像形成装置を提供することにある。
【0033】
【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、体積抵抗が1×10 10 〜1×10 14 Ω・cmの電荷注入層を表面に備えた感光体と、前記感光体に体積抵抗が1×10 4 〜1×10 9 Ω・cmの磁性粒子を接触させて前記感光体を一様に帯電処理する磁気ブラシ帯電器と、前記磁気ブラシ帯電器に所定極性のDC成分にAC成分を重畳させたバイアスを印加する電源と、前記磁気ブラシ帯電器により帯電された前記感光体に露光処理を行う露光手段と、前記露光手段により前記感光体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、前記現像手段により前記感光体に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、前記感光体に残留する転写残トナーが前記磁気ブラシ帯電器に一時的に取り込まれる前に前記感光体に対して帯電処理を行う帯電補助ブラシと、前記帯電補助ブラシに前記所定極性とは逆極性のDC成分を備えたバイアスを印加する電源と、を有し、前記磁気ブラシ帯電器に一時的に取り込まれたことに伴い前記所定極性に帯電されて前記感光体へ吐き出された転写残トナーを前記現像手段で回収するクリーナレス方式の画像形成装置において、装置の温湿度を検知する温湿度検知手段と、前記温湿度検知手段の出力に基づき得られた絶対水分量が多くなるにつれて前記帯電補助ブラシに印加するDC成分を小さくする手段と、を有することを特徴とする。
【0037】
したがって、温湿度検知手段の検知結果に応じて帯電補助手段のバイアスを適正値に変更することにより、安定した帯電性能を維持して装置の長寿命化を図ることができる。
【0038】
【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。
【0039】
図1〜図5を参照して、実施の形態について説明する。
【0040】
(1)画像形成装置例(図5)
図5は画像形成装置の概略構成図を示す。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利用、電荷注入帯電方式、クリーナーレスプロセスのレーザービームプリンタである。
【0041】
1は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)である。本実施の形態の感光ドラム1は負帯電性・電荷注入帯電性のOPC感光体(有機光導電性感光体)であり、図示矢印aの時計方向に150mm/secのプロセススピード(周速度)で回転駆動される。
【0042】
2は感光ドラム1の面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する帯電手段としての接触帯電装置である。本実施の形態では、接触帯電装置は磁気ブラシ帯電装置であり、回転する感光ドラム1の面はこの磁気ブラシ帯電装置2によってほぼ−700Vに電荷注入帯電方式で一様に帯電処理される。
【0043】
3は画像情報露光手段(露光装置)であり、本実施の形態ではレーザビームスキャナである。このレーザビームスキャナ3は、半導体レーザ、ポリゴンミラー、F−θレンズ等を有してなり、CCD等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置、電気計算機、ワードプロセッサ等の不図示のホスト装置から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光Lを射出して、感光ドラム1の一様帯電処理面をレーザ光走査露光する。このレーザ光走査露光により感光ドラム1の周面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【0044】
4は現像手段としての現像装置である。本実施の形態では、重合法で作成した、転写残トナー(残留現像剤)の少ない高離型性球形トナーと、磁性キャリアを混合した2成分現像剤によって現像を行う接触現像方式の現像装置を用いている。そして、感光ドラム1面の静電潜像をトナー像として反転現像させている。
【0045】
5は感光ドラム1の下側に配置した転写手段としての転写装置であり、本実施の形態の転写装置5は転写ベルトタイプである。5aは無端状の転写ベルト(例えば、膜厚75μmのポリイミドのベルト)であり、駆動ローラ5bと従動ローラ5c間に懸回張設されていて、感光ドラム1の回転方向に順方向に感光ドラム1の回転速度とほぼ同じ周速度で回動される。5dは転写ベルト5aの内側に配設した導電性ブレードであり、転写ベルト5aの上行側ベルト部分を感光ドラム1の下面部分に加圧して転写部位としての転写ニップ部Tを形成させている。
【0046】
6は給紙カセットであり、紙等の被転写材Pを積載収納させてある。給紙ローラ7の駆動により給紙カセット6内に積載収納の被転写材Pが1枚分離給紙され、搬送ローラ8等を含む被転写材パス9を通って所定の制御タイミングにて感光ドラム1と転写装置5の転写ベルト5aとの間の転写ニップ部Tに給送される。
【0047】
転写ニップ部Tに給送された被転写材Pは、感光ドラム1と転写ベルト5aの間を挟持搬送され、その間、導電性ブレード5dに転写バイアス印加電源E5から所定の転写バイアスが印加されて、被転写材Pの裏面からトナーと逆極性の帯電がなされる。これにより、転写ニップ部Tを通る被転写材Pの表面側に感光ドラム1面側のトナー像が順次被転写材Pに静電転写されて行く。
【0048】
転写ニップ部Tを通ってトナー像の転写を受けた被転写材Pは、感光ドラム1面から順次に分離されて被転写材パス10を通って定着装置(例えば熱ローラ定着装置)11に導入されてトナー像の定着処理を受けてプリントアウトされる。
【0049】
本実施の形態のプリンタは、クリーナーレスプロセスであり、転写ニップ部Tで被転写材Pに転写されずに感光ドラム1の表面に残ったトナーを除去する専用のクリーナーは配置していないが、転写残トナーは、後述するように、引き続く感光ドラム1の回転で磁気ブラシ帯電装置2の位置に至り、感光ドラム1に接触している接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部に一時的に回収され、その回収トナーが再び感光ドラム1面に吐き出されて最終的に現像装置4に回収され感光ドラム1は繰り返して作像に供される。
【0050】
12は転写装置5と磁気ブラシ帯電装置2との間において感光ドラム1に当接させ、ACバイアス、帯電と逆極性のDCバイアス、またはACバイアスを重畳した帯電と逆極性のDCバイアスを印加した帯電補助手段としての導電性の帯電補助ブラシであり、磁気ブラシ帯電装置2による帯電直前の感光ドラム1表面電位をならすと同時に、転写残トナーを除電もしくは感光ドラム1の帯電と逆極性に帯電して、磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部での回収を容易にする。
【0051】
(2)プリンタの動作工程
次に上記プリンタの動作シーケンスを説明する。
【0052】
a.前多回転工程:プリンタの始動動作期間(起動動作期間、ウォーミング期間)である。メイン電源スイッチオンにより、装置のメインモータを駆動させて感光ドラム1を回転駆動させ、所定のプロセス機器の準備動作を実行させる。
【0053】
b.前回転工程:プリント前動作を実行させる期間である。この前回転工程は前多回転工程中にプリント信号が入力したときには前多回転工程に引き続いて実行される。プリント信号の入力がないときには前多回転工程の終了後にメインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム1の回転駆動が停止し、プリンタはプリント信号が入力されるまでスタンバイ(待機)状態に保たれる。プリント信号が入力されると、前回転工程が実行される。
【0054】
c.印字工程(画像形成工程、作像工程):所定の前回転工程が終了すると、引き続いて感光ドラム1に対する作像プロセスが実行され、感光ドラム1面に形成されたトナー像の被転写材Pへの転写、定着装置11によるトナー像の定着処理がなされて画像形成物がプリントアウトされる。連続印字(連続プリント)モードの場合は上記の印字工程が所定の設定プリント枚数分繰り返して実行される。
【0055】
d.紙間工程:連続印字モードにおいて、一枚の被転写材Pの後端部が転写ニップ部Tを通過した後、次の被転写材Pの先端部が転写ニップ部Tに到達するまでの間の、転写ニップ部Tにおける被転写材Pの非通紙状態期間である。この期間に転写ニップ部Tを通過する感光ドラム1の領域がその前に帯電ニップ部Nを通過する間は、帯電バイアスのAC成分の印加を停止させ、磁気ブラシ帯電器2Aで一時的に回収した転写残トナーを感光ドラム1面に吐き出す。
【0056】
e.後回転工程:最後の被転写材Pの印字工程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を回転駆動させ、所定の後動作を実行させる期間である。この期間においても紙間工程と同様に帯電バイアスのAC成分の印加を停止させることで、磁気ブラシ帯電器2Aで一時的に回収した転写残トナーを感光ドラム1面に吐き出す。
【0057】
f.スタンバイ:所定の後回転工程が終了すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム1の回転駆動が停止され、プリンタは次のプリントスタート信号が入力するまでスタンバイ状態に保たれる。
【0058】
1枚だけのプリントの場合は、そのプリント終了後、プリンタは後回転工程を経てスタンバイ状態になる。スタンバイ状態においてプリントスタート信号が入力すると、プリンタは前回転工程に移行する。
【0059】
cの印字工程時が画像形成時であり、aの前多回転工程、bの前回転工程、dの紙間工程、eの後回転工程が非画像形成時(非作像時)になる。
【0060】
(3)感光ドラム1
本実施の形態の感光ドラム1は前述したように負帯電性・電荷注入性のOPC感光体であり、φ30mmのアルミニウム製のドラム基体上に第1〜第5の機能層を下から順に設けたものである。
【0061】
第1層:下引き層であり、アルミニウムドラム基体の欠陥などをならすため、またレーザ露光の反射によるモアレの発生を防止するために設けられた厚さ約20μmの導電層である。
【0062】
第2層:正電荷注入防止層であり、アルミニウムドラム基体から注入された正電荷が感光ドラム1表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって106Ω・cm程度に、抵抗調整された厚さ約1μmの中抵抗層である。
【0063】
第3層:電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約0.3μmの層であり、レーザ露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【0064】
第4層:電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、P型半導体である。したがって、感光ドラム1表面に帯電された負電荷はこの層を移動することはできず、電荷発生層(第3層)で発生した正電荷のみを感光ドラム1表面に輸送することができる。
【0065】
第5層:電荷注入層であり、バインダとしての光硬化性のアクリル樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化(導電化)した粒径0.03μmの酸化錫SnO2の超微粒子を樹脂に対して70重量パーセント分散した材料の約3μmの塗工層である。この電化注入層の電気抵抗値は、充分な帯電性と画像流れを起こさない条件である1×1010〜1×1014Ω・cmである必要がある。本実施の形態では、表面抵抗が1×1011Ω・cmの感光ドラム1を用いた。
【0066】
(4)磁気ブラシ帯電装置2(図2、図3、図5)
図2は磁気ブラシ帯電装置2の拡大横断面模型図である。本実施の形態の磁気ブラシ帯電装置2は、大きく分けて、磁気ブラシ帯電部材(磁気ブラシ帯電器)2A、磁気ブラシ帯電器2Aと導電性磁性粒子(帯電キャリア)2Cを収容させた容器(ハウジング)2B、磁気ブラシ帯電器2Aに対する帯電バイアス印加電源E4等からなる。
【0067】
磁気ブラシ帯電器2Aは本実施の形態のものは、スリーブ回転タイプであり、マグネットロール(磁石)2A1とこのマグネットロール2A1に外嵌させた非磁性ステンレス製スリーブ(電極スリーブ、導電スリーブ、帯電スリーブなどと称される)2A2と、該スリーブ2A2の外周面にスリーブ内部のマグネットロール2A1の磁気力で磁気拘束させて形成保持させた磁性粒子2Cの磁気ブラシ部からなる。
【0068】
マグネットロール2A1は非回転の固定部材であり、スリーブ2A2はこのマグネットロール2A1の外回りを図5の矢印bの方向に不図示の駆動系により所定の周速度、本実施の形態では225mm/secの周速で回転駆動される。また、スリーブ2A2は感光ドラム1に村してスペーサコロなどの手段で600μm程度の隙間を保たせて配設してある。
【0069】
2B1は容器2Bに取り付けた、非磁性ステンレス製の磁気ブラシ層厚規制ブレードであり、スリーブ2A2表面とのギャップが900μmになるように配置されている。
【0070】
容器2B内の磁性粒子2Cはその一部がスリーブの2A2外周面にスリーブ2A2内部のマグネットロール2A1の磁気力で磁気拘束されて磁性粒子2Cで構成される磁気ブラシ部として保持される。磁気ブラシ部はスリーブ2A2の回転駆動に伴い、スリーブ2A2と一緒に同方向に回転する。このとき磁気ブラシ部の層厚はブレード2B1により均一厚さに規制される。
【0071】
そして、その磁気ブラシ部の規制層厚はスリーブ2A2と感光ドラム1との対向隙間部の間隔より大きいので、磁気ブラシ部はスリーブ2A2と感光ドラム1との対向部において感光ドラム1に対して所定幅のニップ部Nを形成して接触する。
【0072】
この接触ニップ部が帯電ニップ部Nである。したがって、感光ドラム1は帯電ニップ部Nにおいて磁気ブラシ帯電器2Aのスリーブ2A2の回転に伴い、回転する磁気ブラシ部で摺擦される。この場合、帯電ニップ部Nにおいて感光ドラム1の移動方向と磁気ブラシ部の移動方向は逆方向となり、相村移動速度は速くなる。スリーブ2A2と磁気ブラシ層厚規制ブレード2B1には電源E4から所定の帯電バイアスが印加される。
【0073】
而して、感光ドラム1が回転駆動され、磁気ブラシ帯電器2Aのスリーブ2A2が回転駆動され、電源E4から所定の帯電バイアスが印加されることで、磁気ブラシ部が導電性部材であり感光ドラム1の周面が本実施の形態の場合は注入帯電方式で所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。
【0074】
スリーブ2A2内に固定配置されているマグネットロール2A1は、スリーブ2A2と感光ドラム1の最近接位置cとの角度θを感光ドラム1回転方向上流側20°から下流側10°の範囲に入るようにすることが望ましく、上流側15°〜0°であればさらによい。それより下流だと主極位置に磁性粒子2Cが引きつけられ、帯電ニップ部Nの感光ドラム1回転方向下流側に磁性粒子2Cの滞留が発生し易くなり、また上流すぎると、帯電ニップ部Nを通過した磁性粒子2Cの搬送性が悪くなり、滞留が発生し易くなる。
【0075】
また、帯電ニップ部Nに磁極がない場合は、磁性粒子2Cに働くスリーブ2A2への拘束力が弱くなり、磁性粒子2Cが感光ドラム1に付着し易くなるのは明らかである。ここで述べている帯電ニップ部Nは、帯電時に磁性ブラシ部の磁性粒子2Cが感光ドラム1と接触している領域を示す。本実施の形態では、上流側10°の位置に約900Gの磁極を配置した。
【0076】
帯電バイアスは電源E4によってスリーブ2A2と規制ブレード2B1に印加される。本実施の形態ではDC成分にAC成分が重畳しているバイアスを用いている。
【0077】
帯電ニップ部Nにおける、磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部による感光ドラム1面の摺擦と、磁気ブラシ帯電器2Aへの帯電バイアスの印加により、磁気ブラシ部を構成している帯電用磁性粒子2Cから電荷が感光ドラム1上に与えられ、感光ドラム1面が所定の極性・電位に一様に接触帯電される。
【0078】
本形態の場合は前述したように、感光ドラム1はその表面に電荷注入層を具備させたものであるから、電荷注入帯電により感光ドラム1の帯電処理がなされる。即ち、感光ドラム1面が帯電バイアスDC+ACのDC成分に対応した電位に帯電される。スリーブ2A2は回転速度が速いほど帯電均一性が良好になる傾向にある。
【0079】
磁気ブラシ帯電器2Aによる感光ドラム1の電荷注入帯電は、図3の等価回路に示すような、抵抗RとコンデンサCの直列回路とみなすことができる。この様な回路の場合、抵抗値をr、感光体の静寵容量をCp、印加電圧をV0、帯電時間(感光ドラム1表面のある点が帯電ニップ部Nを通過する時間)をT0とすると、感光ドラム1の表面電位Vdは、
Vd=V0(1−exp(T0/(Cp・r)))…式(1)
で表わされる。
【0080】
帯電バイアスDC+ACにおいて、DC成分は必要とされる感光ドラム1の表面電位と同値、本実施の形態では−700vとした。
【0081】
画像形成時(作像時)におけるAC成分は、そのピーク間電圧Vppは、100V以上、2000V以下、特に300V以上、1200V以下が好ましい。ピーク間電圧Vppがそれ以下では、帯電均一性、電位の立ち上がり向上の効果が薄く、それ以上では、磁性粒子2Cの滞留や感光ドラム1ヘの付着が悪化する。
【0082】
周波数は100Hz以上5000Hz以下、特に500Hz以上2000Hz以下が好ましい。それ以下では、磁性粒子2Cの感光ドラム1への付着悪化や、帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の劾果が薄くなり、それ以上でも帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が得られ難くなる。ACの波形は矩形波、三角波、sin波などがよい。本実施の形態では、ピーク間電圧Vppは700Vを用いた。
【0083】
磁気ブラシ部を構成させる磁性粒子2Cは、本実施の形態では、焼結した強磁性体(フェライト)を還元処理をしたものを用いたが、他に樹脂と強磁性体粉を混練して粒子状に成形したもの、もしくはこれに抵抗値調整のために導電性カーボン等を混ぜたものや、表面処理を行ったものも同様に用いることができる。磁気ブラシ部の磁性粒子2Cは感光ドラム1表面のトラップ準位に電荷を良好に注入する役割と、感光ドラム1上に生じたピンホールなどの欠陥に帯電電流が集中してしまうことに起因して生じる帯電装置2及び感光ドラム1の通電破壊を防止する役割を兼ね備えていなければならない。
【0084】
したがって、磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値は1×104Ω〜1×109Ωであることが好ましく、特には1×104Ω〜1×107Ωであることが好ましい。磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値が1×104Ω未満ではピンホールリークが生じやすくなる傾向があり、1×109Ωを超えると良好な電荷の注入がし難くなる傾向にある。また、抵抗値を上記範囲内に制御するためには、磁性粒子2Cの体積抵抗値は1×104Ω・cm〜1×109Ω・cmであることが望ましく、特には1×104Ω・cm〜1×107Ω・cmであることがより好ましい。
【0085】
本実施の形態で用いた磁気ブラシ帯電器2Aの電気抵抗値は、1×106Ωであり、帯電バイアスのDC成分として−700Vを印加することで、感光ドラム1の表面電位も、−700Vとなった。
【0086】
磁性粒子2Cの体積抵抗値は、図4に示す要領で測定した。すなわち、セルAに磁性体粒子2Cを充填し、充填磁性体粒子2Cに接するように主電極17及び上部電極18を配し、電極17,18間に定電圧電源22から電圧を印加し、そのとき流れる電流を電流計20で測定することにより求めた。19は絶縁物、21は電圧計、24はガイドリングを示す。その測定条件は、23℃、湿度65%の環境で充填磁性粒子2CのセルAとの接触面積S=2cm2、厚みd=1mm、上部電極18の荷重10kg、印加電圧100Vである。
【0087】
磁性粒子2Cの平均粒径及び粒度分布測定におけるピークは5〜100μmの範囲にあることが、粒子表面の汚染による帯電劣化防止、及び、磁性粒子2Cの感光ドラム1表面への付着防止の覿点から好ましい。磁性粒子2Cの平均粒径は、水平方向最大限長で示し、測定法は顕微鏡法により磁性粒子2Cを300個以上ランダムに選び、その径を実測して算術平均をとる。
【0088】
(5)現像装置4
静電潜像のトナー現像方法としては、一般に次のa〜dの4種類に大別される。
【0089】
a.非磁性トナーについてはブレード等でスリーブ上にコーティングし、磁性トナーは磁気力によってコーティングして搬送し感光ドラムに対して非接触状態で現像する方法(1成分非接触現像)。
【0090】
b.上記のようにしてコーティングしたトナーを感光ドラムに対して接触状態で現像する方法(1成分接触現像)。
【0091】
c.トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し感光ドラムに対して接触状態で現像する方法(2成分接触現像)。
【0092】
d.上記の2成分現像剤を非接触状態にして現像する方法(2成分非接触現像)。
【0093】
このなかで、画像の高画質化や高安定性の面から、cの2成分接触現像法が多く用いられている。
【0094】
本実施の形態における現像装置4は重合法で作成した高離型性球形非磁性トナーと磁性キャリア(現像用磁性粒子、現像キャリア)を混合したものを現像剤として用い、該現像剤を現像剤担持体(現像部材、現像器)に磁気力によって磁気ブラシ層とし保持させて現像部Mに搬送し感光ドラム面に接触させて静電潜像をトナー像として現像する2成分磁気ブラシ接触現像方式の反転現像装置である。
【0095】
4aは現像容器、4bは現像剤担持体としての現像スリーブ、4cはこの現像スリーブ4b内に固定配置された磁界発生手段としての磁石(マグネットローラ)、4dは現像スリーブ表面に現像剤の薄層を形成するための現像剤層厚規制ブレード、4eは現像剤撹拝搬送スクリュ、4fは現像剤容器4a内に収容した2成分現像剤であり、上記のように非磁性トナーtと現像キャリアcを混合したものである。
【0096】
現像スリーブ4bは少なくとも現像時においては、感光ドラム1に対し最近接距離(隙間)が約500μmになるように配置され、該現像スリーブ4bの外面に担持させた現像剤磁気ブラシ薄層が感光ドラム1の面に接触するように設定されている。この現像剤磁気ブラシ薄層と感光ドラム1の接触ニップ部Mが現像領域(現像部)である。
【0097】
現像スリーブ4bは内部の固定磁石4cの外回りを反時計方向に所定の回転速度で駆動され、現像容器4a内において現像スリーブ4b外面に固定磁石4cの磁力により現像剤4f(t+c)の磁気ブラシ部が形成される。その磁気ブラシ部はスリーブ4bの回転とともに搬送され、ブレード4dにより層厚規制を受けて所定層厚の現像剤磁気ブラシ薄層として現像容器4a外に持ち出されて現像部Mへ搬送されて感光ドラム1面に接触し、引き続くスリーブ4bの回転で再び現像容器4a内に戻し搬送される。
【0098】
現像スリーブ4bには不図示の現像バイアス印加電源によりDC成分とAC成分を重畳した所定の現像バイアスが印加される。本実施の形態での現像特性は、感光ドラム1の帯電電位(−700V)と現像バイアスのDC成分値の差が200V以下であるとかぶりが生じ、350V以上であると現像キャリアcの感光ドラム1への付着が生じたので、現像バイアスのDC成分は−400Vとした。
【0099】
現像容器4a内の現像剤4f(t+c)のトナー濃度(現像キャリアcとの混合割合)はトナーt分が静電潜像の現像に消費されて逐次消費されていく。現像容器4a内の現像剤4fのトナーt濃度は不図示の検知手段により検知されて所定の許容下限濃度まで低下するとトナー補給部4gから現像容器4a内の現像剤4fにトナーtの補給がなされて現像容器4a内の現像剤4fのトナー濃度を常に所定の許容範囲内に保つようにトナー補給制御される。
【0100】
(6)クリーナーレスプロセス
本実施の形態のプリンタは、クリーナーレスプロセスであるから、被転写材Pに対するトナー像転写後の感光ドラム1に残留したトナー(転写残トナー)は感光ドラム1の帯電ニップ部Nに持ち運ばれて磁気ブラシ接触帯電装置2の磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部に混入して一時的に回収される。
【0101】
感光ドラム1上の転写残トナーは転写時の剥離放電などにより、極性が正のものと負のものが混在していることが多い。この極性が混在した転写残トナーが磁気ブラシ帯電器2Aに至って磁気ブラシ部内に混入して一時的に回収される。この転写残トナーの磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部への取り込みは、磁気ブラシ帯電器2AにAC成分を印加することで、磁気ブラシ帯電器2Aと感光ドラム1間の振動電界効果によって、より効果的に行わせることができる。
【0102】
そして、磁気ブラシ部内に取り込まれた転写残トナーは極性がすべて負に帯電されて感光ドラム1上に吐き出される。極性が揃えられて感光ドラム1上に吐き出された転写残トナーは現像部Mに至って現像装置4の現像スリーブ4bにより現像時のかぶり取り電界によって現像同時クリーニングで回収される。
【0103】
この転写残トナーの現像同時回収は、回転方向の画像領域が、感光ドラム1の周長よりも長い場合には、その他の帯電、露光、現像、転写といった画像形成工程と同時進行で行われる。これにより転写残トナーは現像装置4内に回収されて次工程以後も用いられるため、廃トナーをなくすことがでさる。また、クリーナーレスでスペースの面での利点も大きく、画像形成装置の大幅な小型化が可能となる。
【0104】
現像剤のトナーtとして重合法で作成した高離型性球形トナーを用いることで、転写残トナーの発生量を少なくすることができるし、また、磁気ブラシ帯電器2Aから吐き出されたトナーの現像装置4への回収性を向上させることができる。2成分接触現像方式の現像装置4を用いることでも磁気ブラシ帯電器2Aから吐き出されたトナーの現像装置4への回収性を向上させている。
【0105】
ここで、通常、トナーは電気抵抗が比較的高いから、磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部にそのようなトナー粒子が混入することは磁気ブラシ部の電気抵抗を上昇させて帯電能を低下させる因子であり、混入トナー量が比較的多い場合は、非作像時に大量のトナーを吐さ出すことで、良好な帯電を維持することができる。
【0106】
ここで、トナー吐き出しについて簡単に説明する。磁気ブラシ部にトナーが混入した場合、それの電気抵抗は次第に大きくなっていくため、帯電ニップ部N通過中に充分な電荷の移動が行われず、帯電ニップ部N通過後の感光ドラム1表面電位は印加電圧より小さくなってしまう。
【0107】
以下、感光ドラム1表面電位と印加電庄との電位差をΔVとする。磁気ブラシ帯電器2Aに取り込まれたトナーが磁気ブラシキャリアとの接触により感光ドラム1電位と同極の電荷を付与されている場合、電位差ΔVによって発生する電界により混入トナーは磁気ブラシ中から感光ドラム1表面に吐き出される。特開平9−96949号公報などに開示されるように、この現象を利用した、非作像時(非画像形成時)に帯電バイアスのAC成分(交流成分)の振幅Vppを減少させたり、AC成分の印加を停止させることで電位差ΔVを大きくし、積極的にトナーを吐き出させて磁気ブラシの電気抵抗上昇を抑える方法が知られている。
【0108】
上述の非作像時の吐き出しとしては、紙間や作像動作終了後の後回転などで行うことで、長期の使用において磁気ブラシ中の混入トナー量を一定以下に保つことが可能となる。
【0109】
また、磁気ブラシ部から感光ドラム1へ吐き出されたトナーは極めて均一な散布状態にあり、また、その量も少量であるため、次の像露光過程に実質的に悪影響を及ぼすことはない。また、転写残トナーパターンに起因するゴースト像の発生もない。
【0110】
(7)帯電補助ブラシ
前述のごとく、図1中12は、転写装置5と磁気ブラシ帯電装置2との間において感光ドラム1に当接され、ACバイアス、帯電と逆極性のDCバイアス、またはACバイアスを重畳した帯電と逆極性のDCバイアスを印加した導電性の帯電補助ブラシである。帯電補助ブラシ12は、磁気ブラシ帯電装置2による帯電直前の感光ドラム1表面電位をならすと同時に、転写残トナーを除電、もしくは感光ドラム1の帯電と逆極性に帯電し、磁気ブラシ帯電器2Aの磁気ブラシ部での回収を容易にする帯電補助手段である。
【0111】
ここで、磁気ブラシ部に混入したトナー量は非作像時(非画像形成時)に帯電バイアスのAC成分(交流成分)の振幅Vppを減少させたり、AC成分の印加を停止させることで電位差ΔVを大きくし、積極的にトナーを吐き出させて一定に保つことができたが、使用量としての画像比率(被転写材P面積中のトナー画像面積の割合)の比較的高いものを連続で作像すると、被転写材P間で感光ドラム1表面に吐き出されるトナー量よりも画像1枚当たりに混入する転写残トナー量の方が多くなり、短期的に磁気ブラシ中のトナー量が一定値を越えてしまう場合が発生する。
【0112】
また、更なる高寿命化を目標とする場合は、結局、帯電キャリアの劣化に伴い許容混入トナー量が低下してくるため帯電不良となる。そして、帯電補助ブラシ12が帯電不良をもたらす一因となっている。
【0113】
補助帯電ブラシ12の印加バイアス設定については従来例で説明したとおり環境依存性があり、設定次第で良質な画像を維持する寿命を左右する。帯電補助ブラシ12の印加バイアスが必要以上に高い場合はかぶりが発生し、印加バイアスが低い設定の場合はゴーストが発生する。
【0114】
図1は本実施の形態での補助帯電ブラシ12構成における環境依存性を表す説明図である。図1中aは、かぶりの発生しない上限の帯電補助ブラシ12印加バイアス値であり、図1中bはゴーストの発生しない下限の帯電補助ブラシ12印加バイアス値である。ただし、これは帯電印加バイアスが一定の場合であり、環境の絶対水分量が高くなればなるほど帯電補助ブラシ12の効果、もしくは影響が強くなることを意味している。
【0115】
つまり、絶対水分量が高くなるほど接触帯電部材の帯電性の向上に比べて帯電補助ブラシ抵抗が低下し、より小さいバイアスでもゴーストの発生は抑えられるがかぶりが発生し易くなっていることがわかる。
【0116】
そこで、本実施の形態においては、温湿度を検知する温湿度検知手段を設けておき、その検知結果の出力から換算される絶対水分量に応じて補助帯電ブラシ12のバイアスをバイアス変更によって変更した。絶対水分量0(g/kg dry air)から20(g/kg dry air)以上までを7つの環境に分割し、それぞれの環境に対して帯電補助ブラシ12のバイアスをそれぞれ用意した。
【0117】
設定は、
【表1】
以上のとおりである(境界値は上の環境に含む)。
【0118】
上記のような構成において、(23℃、5%Rh)や(33℃、85%Rh)等のいかなる環境下においても、かぶり及びゴーストが発生しないレベルで良質な画像が維持された。
【0119】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、クリーナレス、接触帯電方式の画像形成装置において、温湿度を検知する温湿度検知手段と、温湿度検知手段の検知結果に応じて、帯電補助手段へのバイアスの印加を変更するバイアス変更手段と、を備え、かぶりやゴーストのない良好な画像をいかなる温湿度環境下においても維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態に係る帯電補助ブラシ構成の環境依存性を示す説明図である。
【図2】磁気ブラシ帯電装置の拡大横断面模型図である。
【図3】帯電回路の等価回路を示す図である。
【図4】磁性粒子(帯電キャリア)の電気抵抗値(体積抵抗値)の測定要領説明図である。
【図5】実施の形態に係る画像形成装置例の概略構成図である。
【符号の説明】
1 感光ドラム
2 磁気ブラシ帯電装置
3 レーザビームスキャナ
4 現像装置
5 転写装置
6 給紙カセット
7 給紙ローラ
8 搬送ローラ
9,10 被転写材パス
11 定着装置
Claims (1)
- 体積抵抗が1×10 10 〜1×10 14 Ω・cmの電荷注入層を表面に備えた感光体と、
前記感光体に体積抵抗が1×10 4 〜1×10 9 Ω・cmの磁性粒子を接触させて前記感光体を一様に帯電処理する磁気ブラシ帯電器と、
前記磁気ブラシ帯電器に所定極性のDC成分にAC成分を重畳させたバイアスを印加する電源と、
前記磁気ブラシ帯電器により帯電された前記感光体に露光処理を行う露光手段と、
前記露光手段により前記感光体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
前記現像手段により前記感光体に形成されたトナー像を被転写材に転写する転写手段と、
前記感光体に残留する転写残トナーが前記磁気ブラシ帯電器に一時的に取り込まれる前に前記感光体に対して帯電処理を行う帯電補助ブラシと、
前記帯電補助ブラシに前記所定極性とは逆極性のDC成分を備えたバイアスを印加する電源と、を有し、
前記磁気ブラシ帯電器に一時的に取り込まれたことに伴い前記所定極性に帯電されて前記感光体へ吐き出された転写残トナーを前記現像手段で回収するクリーナレス方式の画像形成装置において、
装置の温湿度を検知する温湿度検知手段と、
前記温湿度検知手段の出力に基づき得られた絶対水分量が多くなるにつれて前記帯電補助ブラシに印加するDC成分を小さくする手段と、を有することを特徴とする画像形成装置。
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