JP4403536B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明はブラシ式帯電装置を有する画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式の画像形成装置において帯電手段として帯電ブラシを用い、転写残りトナーを回収して再帯電するものが知られている。しかしこの画像形成装置においては、帯電ブラシに付着するトナーが多くなると、電気抵抗が増加して帯電性能が低下し、また、感光体との接触で撓んだブラシ先端部がその弾性により復元する際の衝撃力や帯電ブラシの回転による遠心力などによって、トナーがブラシから感光体上に飛び散ったりする。

そこで、帯電ブラシカバーに設けた掻き落とし部材を帯電ブラシに食い込ませ、ブラシに付着したトナー（感光体を負帯電させる場合には主に正帯電トナー）を感光体上に掻き落として再帯電（負帯電）するものが提案されている（特許文献１）。
また、上記提案では、帯電ブラシカバー内にトナーの粉煙が発生し、この粉煙で装置内部が汚染されるのを防止するために、帯電ブラシカバーのブラシ上流側の縁部に弾性シールを設けて密閉し、これに直流電圧、或いは直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して予備帯電することも提案されている。
さらに、上記提案では、帯電ブラシ以外に支持板と発泡部材とを導電性材料で形成した予備帯電部材を帯電ブラシの上流側に設けて、直流電圧を印加することも提案されている。
特開平９−５４４８０号公報

特許文献１のように掻き落とし部材でトナーを帯電ブラシから掻き落としたとき、掻き落としたトナーを確実に再帯電することは困難である。また、帯電ブラシカバーの縁部にシール部材を設けて予備帯電する方法では、掻き落とし部材で掻き落とされたトナーが増加した場合、例えば、相当枚数ベタ印字して、大量の転写残りトナーが帯電装置に到着した場合には、印刷動作が終了し、再度印刷動作が始まるまでの間に、ブラシ上流側のシール部材と、ブラシと感光体の接触部との間に存在する多量のトナーは、再度印字動作が始まったときに帯電ブラシに回収しきれない場合があり、画像形成不良を招いてしまう。また、直流電圧を印加する予備帯電部材を配置することは、像担持体のトナーフィルミングを促進させるばかりか、予備帯電部材に残留トナーが付着するため、像担持体を偏摩耗させてしまうことになる。

本発明は上記課題を解決しようとするもので、帯電ブラシを常時一定の電気抵抗値に保って帯電性能を維持することを目的とする。
そのために本発明は、帯電手段で帯電した像担持体表面を画像露光して静電潜像を形成し、静電潜像を現像剤で顕像化する画像形成装置において、前記帯電手段は、像担持体に対して開口したハウジングに囲まれ、像担持体に当接して回転する帯電ブラシと、前記ハウジング内に配置され、前記帯電ブラシに対する像担持体の移動方向上流側に設けられた可撓性導電性シートとを備え、前記可撓性導電性シートは画像形成時に交流電圧が印加され、その先端部側が交流電圧印加時に像担持体に対して接触・非接触を繰り返すことを特徴とする。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートに印加される交流電圧が、帯電ブラシに印加される電圧極性と同じ電圧極性である。
また、本発明は、さらに、前記ハウジング内には、前記帯電ブラシの一部に接触する固定部材が配置されている。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートに印加される交流電圧が、放電開始電圧より小さい。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートが、シート上面に付着したトナーが重力により先端部に移動するように、固定部から先端部に向かって傾斜している。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートの先端部が前記帯電ブラシに接触している。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートが、像担持体軸方向に対して複数箇所切れ目が形成されている。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートが、像担持体軸方向に対して複数箇所孔が形成されている。
また、本発明は、前記可撓性導電性シートが、導電性ブラシから構成されている。

本発明は、帯電ブラシを囲むハウジング内部で、像担持体の移動方向の帯電ブラシ上流側に可撓性導電性シートを配置し、これに交流電圧を印加してシートを機械的に振動させることにより、帯電ブラシに付着したトナーを像担持体上に掻き落とし易くするとともに、像担持体上のトナーを帯電ブラシに回収し易くして、残留トナーをより元の極性に近い帯電量にすることが可能となり、そのため確実にトナーが帯電ブラシをすり抜けることができ、帯電ブラシを常時一定以下の電気抵抗値に保って帯電性能を維持することができる。
また、帯電ブラシの一部に接触する固定部材を設け、可撓性導電性シートに印加する交流の周波数を固定部材が帯電ブラシと接触する周波数より大きくし、かつ非整数倍とすることで、帯電ブラシから掻き落とされたトナーを確実に可撓性導電性シートと機械的に接触させることができ、正常に帯電したトナーが帯電ブラシを通過し易くするとともに、正常に帯電してないトナーを可撓性導電性シートで再帯電し、或いは帯電ブラシに回収し易くして再帯電することができる。
また、可撓性導電性シートに印加する交流電圧を、放電開始電圧より小さくすることで、転写残りトナーが付着した状態の像担持体を不均一に帯電させることなく、接触する転写残りトナーに接触電荷移動を起こすことができる。
また、可撓性導電性シートは、固定部から先端部に沿って傾斜しているので、シート上面に付着したトナーを重力により先端部に移動させることができ、また、その先端部が帯電ブラシに接触していることで、負帯電になった転写残りトナーをブラシ帯電装置から除去することができる。
また、可撓性導電性シートは、像担持体軸方向に対して複数箇所切れ目を有する、複数箇所に孔が形成されている、或いは導電性ブラシから構成されているので、帯電ブラシから可撓性導電性シート上面に付着したトナーを確実に像担持体表面に移動させることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する本実施形態の装置においては、帯電ブラシを用いて像担持体（感光体）を負帯電するとともに転写残りトナーを回収して負極性に帯電し、回収したトナーを、非画像形成時に帯電ブラシから像担持体上に吐き出して現像装置で回収するクリーナレス方式を採用している。

図１は本実施形態の帯電装置を搭載した画像形成装置の例を説明する概略図であり、図１（ａ）は帯電装置にフリッカバーがある場合、図１（ｂ）は帯電装置にフリッカバーが無い場合の例を示す図、図２は帯電装置の拡大図であり、図２（ａ）は可撓性導電性シートの固定部材がハウジング以外の箇所に設けられている場合、図２（ｂ）は可撓性導電性シートの固定部材がハウジングに取り付けられている場合を示している。

ドラム状の像担持体１を帯電装置２により、例えば−７００Ｖの電位に一様帯電し、露光装置３で画像露光して像担持体表面に静電潜像を形成する。画像露光を受けた部分は−数十Ｖ程度の電位に下がり、現像装置４で、例えば−３００Ｖ程度の現像バイアスを印加することにより、負帯電トナーが露光箇所に移動・付着してトナー現像される。このトナー像は像担持体１と転写ローラ５とが対向する位置で転写媒体６へ転写される。

本実施形態の帯電装置２はブラシ帯電装置からなっており、ハウジング２０内に、帯電ブラシ２１、先端部が帯電ブラシ２１内に食い込んで接触する固定部材（フリッカバー）２２（図１（ａ）、図２の場合）、像担持体の移動方向上流側に配置し、固定部２４に取り付けられた可撓性導電性シート２３を配置した構造を有している。

帯電ブラシ２１は、導電性のブラシを金属製の軸に巻きつけロール状に取り付けた構造を有している。帯電ブラシの先端部は像担持体に所定の食い込み深さで撓んだ状態で接触し、接触部分において像担持体と同方向、或いは反対方向に移動する。このとき、帯電ブラシの移動速度は、像担持体との周速度差を、像担持体の速度に対して０〜３倍に設定する。このように周速度差をもって像担持体と接触して像担持体を一様帯電するとともに、転写残りトナーをブラシで機械的に像担持体から掻き取り、静電的に吸着して回収する。

帯電ブラシの導電性の金属ブラシ毛材料としては、タングステン、ステンレス、金、白金、アルミニウム、鉄、銅等の金属繊維を、適宜その長さ或いは繊維径を調整しながら用いることができる。導電性樹脂のブラシ毛材料としては、レーヨン、ナイロン、アセテート、銅アンモニア、ビニリデン、ビニロン、弗化エチレン、ベンゾエート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン等からなる繊維中に、カーボンブラック、炭素繊維、金属粉、金属ウィスカー、金属酸化物、半導体材料等の抵抗調整剤を分散させたものを用いることができる。この場合、その分散量により適宜所望の抵抗値を得ることができる。また、分散ではなく、繊維表面に抵抗調整材料を被覆してもよい。このような繊維材料の電気抵抗率は、良好な帯電性能を得るために通常、体積抵抗率にして概ね１０⁹ Ωｃｍ以下、好ましくは１０⁷ Ωｃｍ以下となるようにする。また、繊維の断面形状は、帯電性を損なわない限りにおいて、円形、楕円形、周囲が皺状の円形、多角形、偏平状、更には内部に空洞を有するような形状等、製法上作りやすい形状のものを選べばよい。

フリッカバー２２はハウジングと一体、またはハウジングに取り付けた部材で構成され、回転する帯電ブラシ２１と接触してブラシに付着したトナーを掻き落とす働きをする。また、固定部２４に取り付けられた可撓性導電性シート２３は、交流電圧を印加することでハウジング内で機械的に振動して像担持体上に付着した転写残りトナーを剥がして帯電ブラシによる回収を促進するとともに、帯電ブラシから落下するトナーの再帯電と正常帯電したトナーが帯電ブラシを通過し易くする機能を有している。

図３は帯電ブラシと可撓性導電性シートの電源を説明する図であり、図３（ａ）はフリッカバーがある場合、図３（ｂ）はフリッカバーが無い場合の例を示している。
帯電ブラシ２１には、電源３０より放電開始電圧（Ｖｔｈ）の２倍以上の振幅をもつ交流電圧に像担持体を帯電させたい電圧（−４００Ｖ〜−８００Ｖ）の直流電圧を重畳した電圧を印加する。ブラシ帯電器に交流電圧を印加すると、帯電の際にブラシに印加する電圧と、ブラシの穂が振動して当接する衝撃によって像担持体表面のトナーが機械的に回収し易くなる。転写工程を経た残留トナーの多くは電気的に中性に近く、帯電ブラシで機械的に掻き取られて回収され、極性を持ったトナー（正帯電トナー）は交流バイアス電圧による電気的な力でブラシ側に引きつけられて回収される。

一方、可撓性導電性シート２３には、電源３１よりＶｔｈより小さく、帯電ブラシに印加される電圧極性と同じ電圧極性の交流電圧を印加する。そのため像担持体との間に放電が生じないので、転写残りトナーが付着した状態の像担持体を不均一に帯電させることがなく、接触する転写残りトナーに接触電荷移動を起こして帯電させることができる。また、印加する交流電圧により、像担持体との間に静電的反発力が生じて可撓性導電性シート２３は像担持体に当接する先端部分が像担持体に対して接触・非接触を繰り返す機械的振動を生じ、像担持体上に付着した転写残りトナーを叩いて剥ぎ取り、帯電ブラシによる回収を促進する働きをする。

また、フリッカーバーを設けた場合、帯電ブラシの回転速度Ｖを回転方向の植毛距離Ｌで除したＶ／Ｌは、フリッカバーが帯電ブラシと接触する周波数に相当する。そこで、可撓性導電性シートに印加する交流電圧の周波数をＶ／Ｌより大きくし、かつＶ／Ｌの非整数倍とすることで、帯電ブラシから掻き落とされたトナーを確実にシートと機械的に接触させることができる。そのため、正常に帯電（負帯電）したトナーは可撓性導電性シートから叩き出され、帯電ブラシに付着することなく帯電ブラシをすり抜けて行く。また、正常に帯電してないトナーは可撓性導電性シートで再帯電されるか、それでもまだ帯電の不十分なトナーは帯電ブラシで回収される。

なお、シート上面に付着したトナーは重力により先端部に移動するように、固定部から先端部に沿って傾斜させ、可撓性導電性シートの先端部を帯電ブラシに接触させることによりシート上のトナーをブラシで搬送し易くしている。

図４は可撓性導電性シートの具体例を示す図で、図４（ａ）は可撓性導電性シートに複数箇所切れ目を形成した例を示す図、図４（ｂ）は可撓性導電性シートに複数箇所孔を形成した例を示す図、図４（ｃ）は可撓性導電性シートをブラシで構成した例を示す図である。
前述したように、可撓性導電性シートはシート上面に付着したトナーが重力により先端部へ向かって移動するように、固定部から先端部に沿って傾斜させている。しかし、これだけではシート上面にトナーが堆積する可能性がある。そこで、図４（ａ）に示すように、像担持体軸方向に対して可撓性導電性シートに複数箇所切れ目を形成する。或いは、図４（ｂ）に示すように、像担持体軸方向に対して可撓性導電性シートに複数箇所孔を形成する。或いは、図４（ｃ）に示すように、可撓性導電性シートを導電性ブラシで形成する。可撓性導電性シートは交流電圧の印加により機械的に振動しているので、切れ目、孔、或いはブラシ間からトナーが像担持体上に落ちてシート上面に堆積するのを防止することができる。
〔実施例〕
本実施例で用いた画像形成装置の条件は次の通りである。
帯電ブラシ：像担持体に対する食い込み深さ＝２mm
印加電圧（Ｖdc＝−620V、Ｖpp＝1500V 、sin 波、ｆ＝2.0kHz）
周速度は感光体周速の２倍
感光体 ：LP-1500C（セイコーエプソン（株）製）
感光体周速：100mm/ｓ
感光体表面
電位 ：−600V（帯電後の暗所での表面電位）
現像方式 ：ＤＣ＋ＡＣ重畳非接触非磁性一成分トナー現像方式
トナーはLP-1500Cのマゼンタトナーを採用
現像装置もLP-1500Cのものを採用
現像ハ゛イアス（Ｖdc＝−200V、Ｖpp＝1500V 、sin 波、ｆ＝2.5kHz） 転写方式 ：接触式ローラ転写方式
転写ローラはLP-1500Cの２次転写ローラを採用
紙 ：富士ゼロックス（株）製Ｊ紙
本実施例の画像形成装置では、帯電ブラシは、東英産業株式会社製のＲＥＣ Ｂ６−９（商品名）を用いた。この帯電ブラシにおいては、レイヨンからなる繊維にカーボンブラックを１８重量％分散させた材料を使用し、ブラシの毛の長さが５ｍｍ，ブラシの太さが約２０μｍ，ブラシ密度が１５万本／ｉｎｃｈ² ，繊維の抵抗値が１０⁶ 〜１０⁸ Ωｃｍになったブラシを構成し、このブラシを金属製の軸に巻きつけロール状に取り付けると共に、この金属製の軸を通してブラシ部に電圧を印加できるようにした。

ブラシの表面を観察したところ、ブラシの毛先同志の平均間隔は０．５ｍｍであった。これは、ブラシ自体の製法上、ブラシを網目状に編んで製造するためである。この間隔はほぼ規則的に並んでいる。また、ブラシ帯電ローラの外径はφ２０であり、１００ｍｍ／ｓで移動する像担持体に対して周速比２倍で回転することからブラシ帯電ローラ外周の毛先の周波数は４００Ｈｚである。また、接触部におけるブラシの回転移動方向は像担持体と同じ方向である。

可撓性導電性シートは、ここではアクリル樹脂とカーボンブラックを溶剤に溶かし、膜厚１ｍｍで、電気抵抗値１０⁷ Ωに調整したシートを用いた。

本実施例においては、露光と現像にてハーフトーン（印字領域におけるトナー付着領域面積５０％）のトナー画像が転写前の像担持体に配置形成できる条件で印字を行い、さらに転写ではＡ４普通紙（富士ゼロックス（株）製Ｊ紙）に転写効率９７％で転写を行った。したがって、一定量の転写残りトナーがブラシ帯電装置に輸送される環境を作ることができた。

上記のような条件でＡ４紙を印字しながら１ｋ（枚）毎にブラシに付着したトナー量を測定した。本試験の測定を行う際、同時にベタ画像（１００％トナーが付着する画像）を印字して、印字面に不良が目立つか否かを目視観察したところ、ブラシに付着したトナー量の単位量として７mg/cm²を超過すると画像不良となることが分かった。

実験では、３４種類のブラシ帯電装置を準備して同じ測定を行った。ブラシ帯電装置の条件と印字画質の評価とを［表１］、［表２］に示す。［表１］の１〜１６はフリッカーバー無し、［表２］の１７〜３４はフリッカーバー有りの場合である。［表１］、［表２］において、可撓性導電性シートを単にシートと記し、シート周波数、ブラシ周波数は、それぞれ可撓性導電性シート、帯電ブラシに印加する交流電圧の周波数を意味している。

評価は３ｋ枚印字を行った時点でのもので、結果の欄に×印が付いているものは、画像形成不良、○は画像形成良好、◎は初期画像と同等の画質を維持したかなり良いものである。

Ｎｏ１〜１６とＮｏ１７〜３４を比較すると、後者の方が耐久性が高いことが分かり、これはフリッカーバーがある場合の効果が如実に現れている。

Ｎｏ１、Ｎｏ１７は可撓性導電性シートがない場合、Ｎｏ２〜６、Ｎｏ１８〜２２は可撓性導電性シートに交流電圧を印加していない場合であり、可撓性導電性シートによる効果が現れていない。
また、Ｎｏ５，６，１３，１４，２１，２２，２９，３０では、可撓性導電性シートの印加電圧が放電開始電圧を超えているこめ、感光体との間で放電を起こし、感光体表面を一定の電圧まで帯電してしまう。この際、可撓性導電性シートの一部に転写残りトナーが付着するため、放電による帯電が行われる部分と行われない部分ができてしまうため、結果的に画像形成不良を起こすと考えられる。ただし、Ｎｏ１３，１４，２９，３０の方が交流電圧を重畳しているため、可撓性導電性シートに付着した転写残りトナーを機械的に感光体表面に叩き付けることで除去する効果があるため少しは耐久性が高くなると考えられる。

Ｎｏ３１，３２は、ブラシ表面のブラシの周波数４００Ｈｚ（フリッカーバーに衝突する周波数でもある）よりも可撓性導電性シートに印加さる周波数が小さい。この場合、可撓性導電性シートが像担持体に非接触な状態をつくると、その隙間から、ブラシからフリッカーバーによって掻き落とされた転写残りトナー（正帯電）がすり抜け、さらに可撓性導電性シートに接触することなく、再度帯電ブラシに付着することを繰り返すため、確実に帯電ブラシに蓄積する転写残りトナーが増える。したがって、可撓性導電性シートに印加する周波数はブラシ毛の周波数より大きいことが望ましい。さらに、可撓性導電性シートに印加する周波数とブラシ毛の周波数とが整数倍であると、整数比で決まるタイミングで両者が同期し、このとき可撓性導電性シートが像担持体に非接触な状態であると、その隙間からフリッカーバーによって掻き落とされた転写残りトナー（正帯電）がすり抜ける可能性があるので、両周波数は非整数倍の関係にあることが望ましい。

Ｎｏ１０，１１，１２，２６，２７，２８，３３，３４においては、可撓性導電性シートは、すべて−４００〜０Ｖの間の電圧が印加されている。したがって、可撓性導電性シートと像担持体の間では放電による帯電を起こすことなく、単に機械的に振動を繰り返すことができる。また、可撓性導電性シートに印加する電圧の周波数がブラシ表面のブラシの周波数よりも大きく、かつその非整数倍であるため、ブラシからフリッカーバーによって掻き落とされた転写残りトナーが確実に可撓性導電性シートに接触し、一旦可撓性導電性シートに付着した転写残りトナー（正帯電トナー）は、負極性である可撓性導電性シートに対して静電気的なエネルギーによって付着するが、機械的な振動により像担持体表面に叩き付けることで除去することができる。また、その際、可撓性導電性シートから像担持体表面に叩き付けられた転写残りトナーは、負極性に接地された可撓性導電性シートから直接電荷注入を受けることにより負極性に帯電し易くなる。したがって、最終的に負極性に帯電した後、帯電ブラシに接触しても、その毛先に静電気的に付着することなく、確実に帯電ブラシをすり抜けることができる。こうして帯電ブラシをすり抜けたトナーは、現像ローラによって回収することで現像同時クリーニングを行うことも可能である。また、可撓性導電性シートに印加する電圧の周波数は帯電ブラシに印加する交流電圧の周波数より大きいことが望ましい。

また、Ｎｏ２６，２７，２８，３３，３４に関しては、可撓性導電性シートの交流電圧の周波数は、すべてブラシ表面のブラシの周波数よりも大きい。そのため、フリッカーバーによってブラシから叩き落とされた転写残りトナーの浮遊は、ブラシ表面のブラシの周波数によって規則的に浮遊するが、可撓性導電性シートに印加された交流電圧の周波数の方が大きいために、浮遊して像担持体表面に直接落下する転写残りトナーを確実に可撓性導電性シートに捕まえることができる。

また、Ｎｏ３３，３４から分かるように、可撓性導電性シートに切れ目、孔等を形成することにより、可撓性導電性シートにトナーが堆積しないため、耐久枚数を増加させることができる。

本発明によれば、帯電ブラシを常時一定の電気抵抗値に保って帯電性能を維持することができるので産業上の利用価値は大きい。

本実施形態の画像形成装置の例を説明する概略図である。 帯電装置の拡大図である。 帯電ブラシと可撓性導電性シートの電源を説明する図である。 可撓性導電性シートの具体例を示す図である。

符号の説明

１…像担持体、２…帯電装置、３…露光装置、４…現像装置、５…転写ローラ、６…転写媒体、２０…ハウジング、２１…帯電ブラシ、２２…フリッカバー、２３…可撓性導電性シート、２４…固定部。

Claims (9)

1. 帯電手段で帯電した像担持体表面を画像露光して静電潜像を形成し、静電潜像を現像剤で顕像化する画像形成装置において、
   前記帯電手段は、像担持体に対して開口したハウジングに囲まれ、像担持体に当接して回転する帯電ブラシと、前記ハウジング内に配置され、前記帯電ブラシに対する像担持体の移動方向上流側に設けられた可撓性導電性シートとを備え、
   前記可撓性導電性シートは画像形成時に交流電圧が印加され、その先端部側が交流電圧印加時に像担持体に対して接触・非接触を繰り返すことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記可撓性導電性シートに印加される交流電圧は、帯電ブラシに印加される電圧極性と同じ電圧極性であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. さらに、前記ハウジング内には、前記帯電ブラシの一部に接触する固定部材が配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 前記可撓性導電性シートに印加される交流電圧は、放電開始電圧より小さいことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の画像形成装置。
5. 前記可撓性導電性シートは、シート上面に付着したトナーが重力により先端部に移動するように、固定部から先端部に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
6. 前記可撓性導電性シートの先端部は、前記帯電ブラシに接触していることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
7. 前記可撓性導電性シートは、像担持体軸方向に対して複数箇所切れ目が形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
8. 前記可撓性導電性シートは、像担持体軸方向に対して複数箇所孔が形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
9. 前記可撓性導電性シートは、導電性ブラシから構成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

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