JP4357877B2 - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を用いた複写機、ファクシミリ、プリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、重合トナーに代表される球形トナーを使用した画像形成装置が上市されている。
重合トナーの様に球形な形状を有するトナーを用いた電子写真記録装置では転写残のトナーをクリーニングするために複雑なシステムを有する場合が多い。例えば従来のクリーニングブレードに加えてファーブラシを当接させたり、そのファーブラシに潤滑剤を塗布させてクリーニングブレードの能力を高めたり、特許文献１に記載のようにクリーニングの前にコロナ放電器を配置してトナーの電荷をそろえクリーニングしやすくしたりする等の方法が実際に使用されている。
【０００３】
また、特許文献２に記載のようにクリーニングブレードを排除したものもある。
本発明に使用する画像形成装置は、クリーニングブレードを排除した替わりに一時的保持手段（ブラシローラ、弾性ローラ等）を搭載し、この一時保持手段で転写残トナーの逆帯電トナーを回収し、排出モード時に一時保持手段から感光体上に排出した逆帯電トナーはさらに感光体から感光体に当接する転写手段に排出され、転写手段に設置されているクリーニング機構にて回収される構成をとっている。
しかしながら、このようなシステムの画像形成装置では、長時間使用する事により一時保持手段を通過した逆帯電トナーや、排出モード時に帯電手段と感光体間を通過する逆帯電トナーが機械的な付着力によって帯電手段に堆積し、帯電不良が発生してしまうという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−３３０００２号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１０９１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、帯電手段の汚れを定期的に排出し、帯電不良を防止することが可能な画像形成装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させている帯電手段と、潜像形成手段と現像手段と、潜像担持体と接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に電界を形成して、潜像担持体上に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写させる転写手段と、転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを潜像担持体から回収して保持し、保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段と、一時保持手段から排出した転写残トナーを潜像担持体から回収する回収手段とを設ける画像形成装置において、前記画像形成装置は、帯電手段及び現像手段を接地した状態で、一時保持手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出させ、転写手段に画像転写時とは逆極性の転写バイアスを印加して表面移動部材上に移動させ、表面移動部材に設置しているクリーニング手段で回収し、前記一時保持手段に交互に印加する両極性のバイアスの印加時間を徐々に少なくすることを特徴とする画像形成装置である。
【０００７】
本発明は、潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させている帯電手段と、潜像形成手段と現像手段と、潜像担持体と接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に電界を形成して、潜像担持体上に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写させる転写手段と、転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを潜像担持体から回収して保持し、保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段と、一時保持手段から排出した転写残トナーを潜像担持体から回収する回収手段とを設ける画像形成装置において、前記画像形成装置は、帯電手段及び現像手段を接地した状態で、転写手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出し、前記転写手段に交互に印加するバイアスの印加時間Ｔは潜像担持体の直径をＲ，潜像担持体の線速をＶ、自然数をｎとした場合、Ｔ=πＲ／２ｎＶであることを特徴とする画像形成装置である。
【０００８】
本発明は、前記いずれかの画像形成装置において、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出する時は帯電バイアスを０Ｖにすることを特徴とする画像形成装置である。
【０００９】
本発明は、前記いずれかの画像形成装置において、潜像を担持する潜像担持体と前記転写手段による転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーとを潜像担持体から回収して保持し、その保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段を少なくとも一体化するプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置である。
【００１０】
本発明は、前記いずれかの画像形成装置において、前記トナーは、体積平均粒径（ＤＶ）が３〜８μｍの範囲にあり、体積平均粒径（ＤＶ）と個数平均粒径（Ｄｎ）の比（ＤＶ／Ｄｎ）で定義される分散度が１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記いずれかの画像形成装置において、前記トナーは形状係数ＳＦ−１で１００〜１８０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１８０の範囲に有ることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記いずれかの画像形成装置において、前記トナーは紡錘形状であり、長軸と短軸との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜１．０の範囲で、厚さと短軸との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０の範囲であって、長軸ｒ１＞短軸ｒ２≧厚さｒ３の関係を満足することを特徴とする画像形成装置である。
【００１１】
本発明は、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、少なくとも、潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させている帯電手段と、前記転写手段による転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを潜像担持体から回収して保持し、保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段とを一体化するプロセスカートリッジにおいて、帯電手段及び現像手段を接地した状態で、前記一時保持手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出させ、表面移動部材に設置しているクリーニング手段で回収し、前記一時保持手段に交互に印加する両極性のバイアスの印加時間を徐々に少なくすることを特徴とするプロセスカートリッジである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の構成を有する現像装置を図１に基づいて説明する。図１に示すように、ドラム状の感光体１は矢印で示す時計回り方向へ駆動装置（図示せず）によって回転される。感光体１の周囲には、帯電ローラ３ａと、露光装置６０と、現像装置５と、トナーを一時保持させるブラシローラ４１（ブラシローラに限定しない）、転写装置１４と、中間転写ベルト１０が感光体１の上方に配置されている。また、中間転写ベルト１０にはベルトクリーニング装置１５が配置されている。
帯電ローラ３ａは、感光体１の表面を一様に帯電する。露光装置６０は一様に帯電された感光体１の表面にレーザ光を照射して静電潜像を形成する。現像装置５は、トナーを感光体１の表面の静電潜像に与えてトナー画像を形成する。転写装置１４は、感光体１の表面のトナー画像を中間転写ベルト１０に転写する。中間転写ベルト１０に転写されたトナー像は、２次転写装置によって転写紙上にに転写される（図示せず）。ブラシローラ４１は、トナー画像の転写後に感光体１の表面に残留している逆帯電残留トナーを、逆帯電トナーと逆のバイアスを印加したブラシローラ４１にて保持させる。画像印字時にはこのような帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、が繰り返して実行される。
【００１３】
また、画像印字時以外の時にブラシローラ４１に確保した逆帯電トナーを、ブラシローラ４１に逆帯電トナーと同極性のバイアスを印加する事により逆帯電トナーを電気的に感光体側に排出する。感光体上に排出された逆帯電トナーは転写装置１４まで搬送され、画像転写時とは逆バイアスを印加された転写装置１４にて中間転写ベルト１０上に転写され、ベルトクリーニング装置１５にて回収される。
現像装置５は、感光体１に対向する側が開口されている現像容器７と、この現像容器７の内部の感光体１に対向する側に配置されている現像スリーブ５aと、現像容器７に収容されている２成分の現像剤と、この現像剤を撹拌して現像スリーブ５ａの表面に現像剤を供給する撹拌部材５ｂと、現像スリーブ５ａの表面に積層（保持）されている現像剤の層厚（高さ）を規制するドクターブレード８とを有している。現像剤は、磁性のキャリアと非磁性のトナーとを混合してなる。現像剤が撹拌部材５ｂにより撹拌されると、摩擦帯電によりトナーが帯電される。現像スリーブ５ａの内部には、マグネット（図示せず）が配置されている。マグネットの磁力により現像剤が現像スリーブ５ａの表面に保持される。現像スリーブ５ａは矢印方向へ回転され、現像スリーブ５ａの表面に保持された現像剤はドクターブレード８により層厚を規制された後に感光体１との間に移動される。現像スリーブ５ａの表面に保持されたキャリアに付着したトナーは、現像スリーブ５ａと感光体１の静電潜像との間に形成される電界によって感光体１の静電潜像の方向に移動されこの静電潜像に付着される。
【００１４】
本使用例は、帯電ローラの汚れに対して厳しい条件である接触帯電方式及びクリーニングブレードの無い構成を用いているが、他の帯電方式及びクリーニングブレードがある構成に関しても本発明は適応できる。
本発明の例では帯電手段として接触方式をとっているが、通常画像出力時には感光体１上の帯電電位が−５００Ｖになる程度のバイアスが印加されている。もし図２の逆帯電トナーＴ１がブラシローラ４１を抜けて帯電ローラ３ａの位置まで搬送されると、感光体１上は帯電する前の電位であるから帯電ローラ３ａに向けて逆帯電トナーＴ１が付着する事になる。帯電ローラ３ａにトナーが付着すると帯電ローラ３ａの抵抗や表面性が変わる為に帯電開始電圧が変化し同じ印加バイアスでも狙った電位が得られなくなり濃度低下や地肌汚れ（かぶり）が発生する事になる。つまり、図２の逆帯電トナーＴ１を帯電ローラ３ａから排出する事が重要である。
【００１５】
逆帯電トナーＴ１を帯電ローラから排出する手段を、図３を用いて説明する。逆帯電トナーＴ１を帯電ローラから排出する手段は画像印字時以外の時に、図３の帯電ローラ３ａを接地し、ブラシローラ４１に−５５０Ｖのバイアスを印加し、感光体表面をマイナスに帯電させ、感光体１と帯電ローラ３ａの間に電位差を生じさせる事により、帯電ローラ３ａに付着した逆帯電トナーを感光体１上に移動させる。感光体１上に排出された逆帯電トナーは転写装置１４まで搬送され、画像転写時とは逆バイアスを印加された転写部にて中間転写ベルト１０上に転写されベルトクリーニング装置１５にて回収される。この動作を繰り返していると、帯電ローラ３ａに付着した逆帯電トナーはマイナスに帯電していき、帯電ローラ３ａから感光体１上に移動される逆帯電トナーは徐々に減っていく。そこで、ブラシローラ４１に先程とは逆のバイアスの＋２００Ｖを印加すると帯電ローラ３ａ上のトナーは再度感光体上に移動させられる。感光体１上に排出されたトナーは転写装置１４まで搬送され、画像転写時と同じバイアスを印加された転写装置１４にて中間転写ベルト１０上に転写されベルトクリーニング装置１５にて回収される。この操作を帯電ローラ３ａ上のトナーが無くなるまで数回繰り返す。
【００１６】
また、この一連の動作中、現像スリーブ５ａ は接地し駆動も停止させる。
先記したブラシローラ４１に印加するブラシバイアスの範囲は、−１２００Ｖ〜＋６００Ｖとする。これは、−１２００Ｖ以下であると感光体表面電位がマイナス側に高く乗ってしまい、キャリア付着が懸念され、＋６００Ｖ以上であると、感光体表面が疲労し寿命が短くなってしまうからである。
ブラシローラ４１に交互にバイアスを印加すると帯電ローラ３ａ上のトナーは減少していく為、帯電ローラ３ａに残っているトナーは短時間で感光体表面電位と同極性に帯電される。その為、帯電ローラ３ａ上のトナーを逆極性に帯電するまでにかかるバイアス印加時間をＴ１（マイナス）、Ｔ２（プラス）、Ｔ３（マイナス）、Ｔ３（マイナス）、Ｔ４（プラス）、Ｔ５（マイナス）・・・とすると、その時間はＴ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４＞Ｔ５＞・・・というように徐々に少なくなる。
また、この発明の利点は帯電ローラ３ａ上のトナーを排出する為の総時間が短縮されることである。
【００１７】
ブラシローラ４１の役割を転写装置１４にて代用してもよい。利点としては、ブラシローラ４１にバイアスを印加するパワーパックがない場合に、ブラシローラ４１用のパワーパックを付ける必要がなく、コストアップ及び装置の小型化に優位になる。
転写装置１４によって感光体表面を帯電し、帯電ローラ３ａから感光体上に排出されたトナーを回収する必要がある。その為、帯電ローラ３ａから感光体上に排出されたトナーが、感光体ドラム１と転写装置１４との間に到達した時にトナーとは逆極性の転写バイアスをかける必要がある。その為、ブラシローラ４１に印加するバイアスの印加時間Ｔは、図５に示すように感光体１の円周径を偶数分割した時間で極性を反転する必要があり、その関係は、感光体の直径をＲ、感光体の線速をＶ、自然数をｎとした場合、Ｔ＝πＲ／２ｎＶとする。
【００１８】
また、帯電部材からの付着物排出時、感光体１が駆動すると同時に、帯電ローラ３ａの印加バイアスを０Ｖ（アース）にする。この事により、ブラシローラ４１や転写装置１４によって帯電させられた感光体１との間に電位差を作ることができ、帯電ローラ３ａ上のトナーを感光体上に移動させることが可能になる。
帯電ローラ３ａから感光体１上に排出されたトナーが転写部に到達すると同時にトナーと逆極性の転写バイアスを印加し、感光体上のトナーを中間転写ベルト１０に移動させてもよい。
中間転写ベルト１０に排出したトナーを中間転写ベルト１０に設置しているベルトクリーニング装置１５で回収してもよい。さらにそこで回収された排トナーを搬出するための搬出手段（図示せず）も設置されている。このようなシステムを構成する事によって経時的にも異常画像の無い良好な画像が得られる画像形成装置を提供することが可能になる。
【００１９】
また、図１に示すように、感光体１、ブラシローラ４１、帯電ローラ３ａ及び現像装置５が一体となったプロセスカートリッジとして交換可能にしてもよい。この様な形態にすることでユーザーの交換作業が容易になり、メンテナンス性が向上するほかに、プロセスカートリッジの交換だけで良好な画像が得られる画像形成装置を提供することが可能になる。
【００２０】
次に、本発明の画像形成装置に好適に使用されるトナーについて説明する。
トナーの体積平均粒径は３〜８μｍが好ましく、体積平均粒径（Ｄｖ）と個数平均粒径（Ｄｎ）との比（Ｄｖ／Ｄｎ）は１．００〜１．４０の範囲にあることが好ましい。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、転写率を高くすることができる。
【００２１】
トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
【００２２】
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）^２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体ドラム１との接触合点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体ドラム１との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【００２３】
本発明に用いるトナーは、紡錘形状であり、トナーを長軸ｒ１、短軸ｒ２、厚さｒ３（但し、ｒ１≧ｒ２≧ｒ３とする。）で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜１．０で、厚さと短軸との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比（ｒ２／ｒ１）が０．５未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比（ｒ３／ｒ２）が０．７未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比（ｒ３／ｒ２）が１．０では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、一時保持手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した付着物を潜像担持体に排出することにより、帯電手段の汚れを定期的に排出し、帯電不良を防止することが可能となる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例である感光体周りの概略構成図である。
【図２】一時保持手段としてのトナー保持装置を示す概略構成図である。
【図３】一時転写ニップ部を示す概略構成図である。
【図４】ブラシローラのバイアスを示す図である。
【符号の説明】
１ 感光体ドラム
３ 帯電装置
３ａ 帯電ローラ
５ 現像装置
５ａ 現像スリーブ
５ｂ 攪拌搬送スクリュー
７ 現像容器
８ ドクターブレード
１０ 中間転写ベルト
１４ 転写装置
１５ ベルトクリーニング装置
４０ 一時保持手段
４１ ブラシローラ
６０ 露光装置

Claims (8)

1. 潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させている帯電手段と、潜像形成手段と現像手段と、潜像担持体と接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に電界を形成して、潜像担持体上に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写させる転写手段と、転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを潜像担持体から回収して保持し、保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段と、一時保持手段から排出した転写残トナーを潜像担持体から回収する回収手段とを設ける画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、帯電手段及び現像手段を接地した状態で、一時保持手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出させ、転写手段に画像転写時とは逆極性の転写バイアスを印加して表面移動部材上に移動させ、表面移動部材に設置しているクリーニング手段で回収し、
   前記一時保持手段に交互に印加する両極性のバイアスの印加時間を徐々に少なくする
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させている帯電手段と、潜像形成手段と現像手段と、潜像担持体と接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に電界を形成して、潜像担持体上に形成されたトナー像を表面移動部材上に転写させる転写手段と、転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを潜像担持体から回収して保持し、保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段と、一時保持手段から排出した転写残トナーを潜像担持体から回収する回収手段とを設ける画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、帯電手段及び現像手段を接地した状態で、転写手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出し、
   前記転写手段に交互に印加するバイアスの印加時間Ｔは潜像担持体の直径をＲ、潜像担持体の線速をＶ、自然数をｎとした場合、Ｔ=πＲ／２ｎＶである
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
   帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出する時は帯電バイアスを０Ｖにすることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   潜像を担持する潜像担持体と前記転写手段による転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーとを潜像担持体から回収して保持し、その保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段を少なくとも一体化するプロセスカートリッジを有することを特徴とする画像形成装置。
5. 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、
   前記トナーは、体積平均粒径（ＤＶ）が３〜８μｍの範囲にあり、体積平均粒径（ＤＶ）と個数平均粒径（Ｄｎ）の比（ＤＶ／Ｄｎ）で定義される分散度が１．００〜１．４０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。
6. 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、
   前記トナーは形状係数ＳＦ−１で１００〜１８０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１８０の範囲に有ることを特徴とする画像形成装置。
7. 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、
   前記トナーは紡錘形状であり、長軸と短軸との比（ｒ２／ｒ１）が０．５〜１．０の範囲で、厚さと短軸との比（ｒ３／ｒ２）が０．７〜１．０の範囲であって、長軸ｒ１＞短軸ｒ２≧厚さｒ３の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。
8. 画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、少なくとも、潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させている帯電手段と、前記転写手段による転写後に潜像担持体表面に残留した転写残トナーを潜像担持体から回収して保持し、保持した転写残トナーを潜像担持体表面に排出する一時保持手段とを一体化するプロセスカートリッジにおいて、
   帯電手段及び現像手段を接地した状態で、前記一時保持手段に両極性のバイアスを交互に印加し、潜像担持体を両極性に交互に帯電させて、帯電手段上に付着した逆帯電トナーを潜像担持体に排出させ、表面移動部材に設置しているクリーニング手段で回収し、
   前記一時保持手段に交互に印加する両極性のバイアスの印加時間を徐々に少なくする
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。

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