JP4467004B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。そのうち特に、帯電、露光、現像を行い感光体上に形成したトナー画像を、直接または間接的に転写して、用紙・ＯＨＰフィルム等の転写材に画像を記録する電子写真式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真式の画像形成装置では、ドラム状やベルト状の感光体の回転とともに、感光体の表面を帯電装置で一様に帯電し、露光装置で書込みを行って感光体上に静電潜像を形成して後、現像装置でトナーを付着してその静電潜像を可視像化し、その可視像化して形成したトナー画像を転写装置で転写材に直接転写し、または中間転写体を介して間接的に転写し、その転写材上の転写画像を定着装置で定着する一方、画像転写後の感光体表面の転写残トナーをクリーニング装置で除去していた。

この種の画像形成装置において、帯電装置には、帯電部材を感光体に接触して配置する接触型のものと、例えば感光体に対してギャップ保持部材を介して帯電部材を押し当てて感光体との間に一定のギャップを形成して配置する非接触型のものとがある。後者の非接触型の帯電装置にあっては、特許文献１や特許文献２に記載されているとおり、ＡＣバイアスを印加することで感光体表面を良好に帯電できることが知られている。

ところが、ＡＣバイアスを印加すると、感光体に微振動を生じて感光体に対してクリーニング装置のクリーニング部材が当接ムラを生じ、感光体上のトナーがすり抜けるおそれがあると考えられており、ＤＣバイアスのみを印加する場合に比して、クリーニング装置のクリーニング性能が低下してクリーニング装置通過後も感光体表面にトナーなどが残留する問題があった。

感光体上に形成したトナー画像を転写材に転写する通常の転写画像形成時は、現像装置で作成されたトナー画像のほとんどが転写材に転写されることから、クリーニング装置に入ってくるトナー量は少なく、特段の問題ない。しかし、このような画像形成装置では、転写画像形成後に感光体上に調整用パターン画像を形成し、そのパターン画像をセンサで検知して画像調整を行っている。

このようなパターン画像は、転写材に転写を行うことを目的としないから、転写装置通過時は転写バイアスをＯＦＦしたり、またはトナーと同極性の転写バイアスを印加したりして転写を行わないようにし、そのままクリーニング位置まで送る。このため、クリーニング装置に入ってくるトナー量が多くなって、クリーニング装置での回収量が通常の転写画像形成時と同じであるとしても、クリーニング装置をすり抜けるトナーの絶対量は多くなる。

よって、帯電装置が上述した接触型の場合には、帯電装置を汚して帯電不良を生じ、画像品質を低下することとなる。帯電装置が非接触型の場合には、接触型に比べて汚れにくくはなるものの、ギャップ保持部材に異物が付着してギャップが広がり、異常放電が発生する問題があった。

従来の画像形成装置の中には、例えば特許文献３に記載されるように、帯電時に印加するＡＣバイアスのピーク間電圧を作像時と非作像時とで変えて、帯電部材や分離部材の振動音を小さくするものがある。

特開２００２−１０８０５９号公報 特開２００２−２２９３０７号公報 特開２０００−２４２０６２号公報

しかしながら、帯電時に印加するＡＣバイアスのピーク間電圧を下げると、その領域では均一な帯電特性を得ることができないので、非作像時であっても、ＡＣバイアスをＯＦＦするのは最低限にとどめる必要がある。

そこで、この発明の第１の目的は、画像形成時に、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳した帯電バイアスを印加して感光体を帯電する作像装置において、転写材に転写を行わず、クリーニング装置へのトナー入力が多い非転写画像形成時に、クリーニング装置をすり抜けるトナー量を減じて、良好な帯電性能を維持することにある。

この発明の第２の目的は、帯電装置を備え、転写画像形成時に、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳した帯電バイアスを印加して感光体を帯電する画像形成装置において、転写材に転写を行わず、クリーニング装置へのトナー入力が多い非転写画像形成時に、クリーニング装置をすり抜けるトナー量を減じて、良好な帯電性能を維持することにある。

この発明の第３の目的は、そのような画像形成装置において、電位ばらつきを残したまま感光体を長時間放置すると、感光体表面に残った電荷の影響により、次の作像時に帯電特性が部分的に高くなったり、低くなったりすることから、トナー画像に濃淡を生じてパターンの残像が発生することを防止することにある。

この発明の第４の目的は、転写材に転写を行わず、クリーニング装置へのトナー入力が多い非転写画像形成時に、クリーニング装置をすり抜けるトナー量を減じて、良好な帯電性能を維持する画像形成装置の非転写画像形成方法を提供することにある。

この発明は、例えば感光体とギャップを隔てて対向する非接触型の帯電装置を備え、画像形成時に、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳した帯電バイアスを印加して感光体を帯電する作像装置であって、転写材に画像を転写する転写画像形成後に、画像を維持するために調整用のパターン画像を形成する調整用画像形成時などの、転写材に転写しない非転写画像形成時、感光体上に形成した非転写画像がクリーニング装置に到達する前に前記ＡＣバイアスをＯＦＦする作像装置を備える、画像形成装置である。ＤＣバイアスは、ＯＮのままとしてもよいし、ＡＣバイアスとともにＯＦＦしてもよい。

この発明は、そのような画像形成装置において、上述した第３の目的を達成すべく、非転写画像形成時、感光体上の非転写画像形成部位が、帯電装置のＡＣバイアスをＯＦＦしてクリーニング装置通過後に再び帯電装置に戻ってきたとき、ＯＦＦする前に印加していたＡＣバイアスのピーク間電圧の１／２以上のＤＣバイアスを印加するとともに、そののち全面露光する一方、帯電装置を通過して後に前記ＤＣバイアスをＯＦＦするようにするものである。

請求項１に記載の発明によれば、画像形成時に、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳した帯電バイアスを印加して感光体を帯電する作像装置において、転写材に転写しない非転写画像形成時、感光体上の非転写画像がクリーニング装置に到達する前にＡＣバイアスをＯＦＦするので、クリーニング装置へのトナー入力が多い非転写画像形成時に、ＡＣバイアスを印加することにより、感光体に微振動を生じて感光体に対してクリーニング装置のクリーニング部材が当接ムラを生ずる問題をなくし、感光体の微振動により、感光体上のトナーがクリーニング装置をすり抜けるトナー量を減じて、常に良好な帯電性能を維持することができる。

請求項２に記載の発明によれば、非転写画像形成時が、転写画像形成後に、画像を維持するための調整用のパターン画像を形成する調整用画像形成時であるので、クリーニング装置へのトナー入力が多いその調整用画像形成時に、ＡＣバイアスを印加することにより、感光体に微振動を生じて感光体に対してクリーニング装置のクリーニング部材が当接ムラを生ずる問題をなくし、感光体の微振動により、感光体上のトナーがクリーニング装置をすり抜けるトナー量を減じて、常に良好な帯電性能を維持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加えて、帯電装置として、感光体とギャップを隔てて対向する非接触型のものを備えるので、感光体と帯電装置とのギャップを保持するギャップ保持部材に異物が付着してギャップが広がり、異常放電が発生する問題をなくすことができる。

請求項１に記載の発明によれば、また、非転写画像形成時、感光体上の非転写画像形成部位が、ＡＣバイアスをＯＦＦしてクリーニング装置通過後に再び帯電装置に戻ってきたとき、ＤＣバイアスを変更して、ＯＦＦする前に印加していたＡＣバイアスのピーク間電圧の１／２以上のＤＣバイアスを印加するとともに、そののち全面露光するので、感光体の表面電位の低い個所に対して放電を行うのに十分な電位差を生じて、帯電装置でＤＣバイアスにより帯電前の電位が低い部分だけ帯電を行い、その後の全面除電により感光体の表面電位を均一にした状態で画像形成を終了し、パターン残像の発生を確実に防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の最良形態につき説明する。
図１には、画像形成装置に備える作像装置の概略構成を示す。

図中符号１０は、ベルト状でもよいが、図示例ではドラム状の感光体である。感光体１０のまわりには、帯電装置１１から回転方向まわりに、不図示の露光装置、現像装置１２、転写装置１３、クリーニング装置１４などを備える。これらの装置の少なくとも１つと感光体１０とを一体化してプロセスカートリッジを構成し、画像形成装置本体に対して一括して着脱自在とすることもできる。

帯電装置１１には、非接触型で、帯電ローラ１５、その表面を清掃する帯電ローラクリーニングブラシ１６などを設ける。現像装置１２には、現像ローラ１７、撹拌部材１８および１９、トナー容器２０などを設ける。転写装置１３には、感光体１０に押し当てて感光体１０との間で転写ニップを形成する転写ローラ２１などを設ける。また、クリーニング装置１４には、クリーニング部材として、クリーニングブラシ２２と、クリーニングホルダ２３で保持するクリーニングブレード２４とを備える一方、廃トナー回収スクリュ２５などを設ける。

図２には、帯電装置１１の概略構成を示す。
図２から判るとおり、帯電ローラ１５は、両端部外周にリング状のギャップ保持部材３０を取り付けたローラ部２６と、その回転中心軸であるローラ軸２７とで構成する。そして、ローラ軸２７に軸受け３１を取り付け、それらの軸受け２７を各々スプリング３２で付勢してギャップ保持部材３０を挟んで帯電ローラ１５を感光体１０の外周面に押し当て、感光体１０とローラ部２６との間にギャップＧを形成する。

そして、感光体１０の回転とともに、感光体１０の表面を帯電装置１１で一様に帯電し、露光装置で例えばレーザ光Ｌを照射して書込みを行い、感光体１０上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１２でトナーを付着してその静電潜像を可視像化し、感光体１０上にトナー画像を形成する。それから、そのトナー画像にタイミングを合わせて送り込んだ、用紙・ＯＨＰフィルム等の転写材３４に、感光体１０上のトナー画像を転写装置１３で直接転写し、その転写材上の転写画像を不図示の定着装置で定着する一方、画像転写後の感光体１０表面の転写残トナーをクリーニング装置１４で除去していた。

感光体１０は、直径が３０．０６ｍｍで、外周長が９４．４４ｍｍである。帯電ローラ１５の角度位置を基準にして、感光体１０の回転方向において露光位置までの角度が２６度、現像装置１２までの角度が７９度、転写装置１３までの角度が１９８度、クリーニング装置１４のクリーニングブレード２４までの角度が３０５度である。よって、帯電位置から露光位置までの距離が６．８２ｍｍ、帯電位置から現像位置までの距離が２０．７２ｍｍ、帯電位置から転写位置までの距離が５１．９４ｍｍ、帯電位置からクリーニング位置までの距離が８０．０１ｍｍとなる。

この例では、感光体１０の線速は、１２５ｍｍ／secである。そこで、時間に置き換えると、帯電位置から露光位置までの時間は５５msec、帯電位置から現像位置までの時間は１６６msec、帯電位置から転写位置までの時間は４１６msec、帯電位置からクリーニング位置までの時間は６４０msecとなる。同様に、露光位置からクリーニング位置までの時間は、５８５msecとなる

図３には、上述した作像装置において、転写画像を形成して１枚の転写材３４に記録を行って後、非転写画像である調整用のパターン画像を形成して作像を終了するときのタイミングチャートを示す。

まず、画像形成時に、感光体１０が回転しはじめてモータが立ち上がったら、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳した帯電バイアスを印加して感光体１０を帯電する。帯電バイアスは、ＤＣバイアスが‐７００Ｖ、ＡＣバイアスのピーク間電圧が約１．８ｋＶである。帯電バイアスをＯＮしてから１６６msec後に、現像バイアスを印加する。現像バイアスも、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳したもので、ＤＣバイアスが‐５００Ｖ、ＡＣバイアスはピーク間電圧が１．０ｋＶである。

ここで、帯電バイアスが印加されていないところは、感光体１０の表面が帯電されていないため、そこで現像バイアスを印加すると、その部分に全ベタ画像が作成されてしまう。逆に、帯電バイアスが印加されて感光体１０が−に帯電されているところは、現像バイアスが印加されないと、−の電界により＋帯電特性をもったキャリアが感光体１０の表面に付着してしまう。そこで、現像バイアスは、丁度、帯電位置から現像位置までの時間分、すなわち１６６msec印加タイミングをずらす必要がある。

感光体１０を駆動し、帯電バイアス、現像バイアスが立ち上がったら、転写材３４の搬送タイミングに合わせて画像域に相当する露光が行われる。ここで、露光されたパターンは、現像装置１２により現像されてトナー画像（転写画像）が形成され、＋極性の電圧が印加された転写装置１３により−帯電したトナー画像が転写材３４上に転写される。転写装置１３へのバイアス印加は、転写材３４の位置に合わせて画像域相当分だけ印加される。ここで、転写されずに残ったトナーは、クリーニング装置１４で回収される。なお、正負のバイアスが交互に印加されると、感光体１０が静電疲労するので、帯電で印加するバイアスと逆極性になる転写バイアスの印加は最小限にして静電疲労を抑制している。

ところで、この転写画像形成直後に、そのときの画像形成装置の状態を確認するため、感光体１０上にセンサ読み取り用の調整パターンを露光し、現像装置１２で現像して調整用のパターン画像（非転写画像）を形成し、不図示のセンサで読み込んでいる。このパターン画像は、センサで読めればいいため、転写材３４に裏汚れが発生しないように転写装置１３を汚さないこと、また先に述べた感光体１０の静電疲労を防止することを目的として、パターン画像が転写位置１３に到達したときには、転写バイアスをＯＦＦしたり、トナーと同極性の転写バイアスを印加したりする。

よって、このパターン画像は、ほとんどがそのままクリーニング装置１４に突入するため、クリーニング装置１４への入力トナー量が多くなる。そこで、この例では、この非転写画像形成部位であるパターン画像部分がクリーニング装置１４に到達する前、すなわちパターン画像の露光をはじめてから５８５msec経過前に帯電装置１１のＡＣバイアスおよびＤＣバイアスをともにＯＦＦする（図３中イ）。これにより、パターン画像をクリーニングするときには、感光体１０に対してＡＣバイアスが印加されなくなるため、振動による当接ムラによって発生するクリーニングブレードのすり抜け（クリーニング残トナー）を抑制することができる。

その後、帯電バイアスをＯＦＦした個所が現像位置に到達したときに合わせて現像バイアスをＯＦＦすることで、キャリア付着とベタ画像の発生を防止したのちに感光体１０を停止させる。

図４には、上述した作像装置において、転写画像を形成して１枚の転写材３４に記録を行って後、上述したとは別の非転写画像形成方法によって、非転写画像である調整用のパターン画像を形成して作像を終了するときのタイミングチャートを示す。

図３に示す場合と相違する点は、調整用のパターン画像を形成した部位（非転写画像形成部位）が、帯電装置１１のＡＣバイアスを切った後も、クリーニング装置１４を通過して再び帯電装置１１に到達するまで帯電装置１１のＤＣバイアスを印加しておくこと（図４中ロ）と、帯電装置１１のＡＣバイアスをＯＦＦした位置が露光位置を通過したところから再度露光を行っていること（図４中ハ）である。

ところで、調整用のパターン画像を印加した個所は、パターン露光によりパターンのかかれていない個所よりも電位が低くなっている。このような電位ばらつきを残したまま感光体１０を長時間放置すると、感光体１０の表面に残った電荷の影響により、次に作像を行うときにその部分の帯電特性が部分的に高くなったり、低くなったりして、トナー画像に濃淡を生じてパターンの残像が発生する。その残像を抑制するためには、パターン画像に相当する部分は電位が低くなっているため、帯電装置１１に印加したＤＣバイアスで−に帯電させ、それを露光装置で光を当てることにより均一に均している。

具体的には、‐７００Ｖ＋ＡＣ１．８ｋＶppバイアスで帯電された感光体１０の表面は、約-７００Ｖに帯電しているが、パターン画像が露光された部分だけが‐６０Ｖ程度に電荷が低くなっている。これらの部分がクリーニング装置１４を通過したときには、地肌に相当する部分は、暗減衰により-５００〜６００Ｖ程度に、パターン部は‐３０Ｖ程度になっている。

これを帯電装置１１にＤＣバイアスを印加せずに露光装置で全露光しても、-５００〜６００Ｖに帯電した部分は‐６０Ｖ程度までしか落ちないのに対して、‐３０Ｖの部分は‐２０Ｖまで電位が落ち込み、４０Ｖの電位差が発生する。この電位の影響が感光体１０に残ると、ベタ画像などでは何も起こらないが、ハーフトーン画像ではパターン部のみ電位が低くなるために濃くなり、パターン残像が発生する。

これを抑制するために、ＡＣバイアスをＯＦＦすると同時に帯電装置１１に印加するＤＣバイアスを変更し、‐１２００ＶのＤＣバイアスを印加する。すると、‐５００〜６００Ｖに帯電した部分は、電位差が４００〜５００Ｖしかないため、電位差が少なく、帯電装置１１は放電せずにそのまま‐５００〜６００Ｖの電位を保つ。これに対し、‐３０Ｖ程度に落ちたパターン部は、電位差が１１７０Ｖと大きいため、帯電ローラ１５と感光体１０間のギャップＧが離れた部分でも放電が発生し、‐５５０Ｖ程度まで帯電する。この部分を露光すると、‐５００〜６００Ｖに帯電した部分も、‐５５０Ｖに帯電した部分も‐６０Ｖになるため、電位が均一な状態で感光体１０が停止するため、残像の発生が抑制される。

このように、電位が低いパターン部を帯電させるためには、帯電ローラ１５と感光体１０間のギャップＧが離れた部分でも、感光体１０の表面電位が低い場合には放電が行われるだけの電位差ができるような電圧を帯電装置１１に印加する必要がある。しかし、放電に必要な印加電圧は、帯電装置１１の材質やギャップＧ、そのときの温度や湿度によって変わる。そこで、この例では、ＯＦＦする直前に印加されていたＡＣバイアスのピーク間電圧の１／２以上のＤＣバイアスを印加するようにする。

非接触帯電装置１１に印加するＡＣバイアスは、例えば特許文献１に記載されるように、離れたギャップＧでも十分な放電ができるＤＣバイアスの２倍以上に設定され、かつ材質・ギャップ・温度・湿度等を含めたその時々に応じた補正が行われる。ＡＣバイアスは、正負のバイアスを感光体１０に交互に印加するので静電疲労を発生させやすいので過剰な印加は避ける必要がことと、ＡＣバイアスが不足した時には帯電の均一性が得られないことから、その時々で最適なバイアスを選択する必要があるためである。

なお、これに対し、ＡＣバイアスと同時に印加されるＤＣバイアスの設定値は、ギャップＧや帯電ローラ１５に寄らず、現像装置１２に印加されるバイアスとの関係で設定されるため、そのＤＣバイアスではここでの目的である放電に十分な電位差をつくれない場合がある。

よって、ＡＣバイアスをＯＦＦしたときには、直前に印加されていたＡＣバイアスのピーク間電圧の１／２以上のＤＣバイアスを印加するようにしておけば、感光体１０の表面電位が低い時に放電を行うのに十分な電位差ができるようになる。このようなＤＣバイアスの変更と露光部での除電により、感光体１０の表面電位を均一にした状態で画像形成が終了するため、残像の発生を抑制できる。

画像形成装置に備える作像装置の概略構成図である。 その作像装置に備える帯電装置の概略構成図である。 上述した作像装置において、転写画像を形成して１枚の転写材に記録を行って後、非転写画像である調整用のパターン画像を形成して作像を終了するときのタイミングチャートである。 上述した作像装置において、転写画像を形成して１枚の転写材に記録を行って後、別の非転写画像形成方法によって、非転写画像である調整用のパターン画像を形成して作像を終了するときのタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 感光体
１１ 帯電装置
１２ 現像装置
１３ 転写装置
１４ クリーニング装置
１５ 帯電ローラ
２６ ローラ部
Ｇ ギャップ

Claims (3)

1. 帯電装置を備え、画像形成時に、ＤＣバイアスとＡＣバイアスとを重畳した帯電バイアスを印加して感光体を帯電する作像装置であって、非転写画像形成時、感光体上に形成した非転写画像がクリーニング装置に到達する前に前記帯電装置のＡＣバイアスをＯＦＦする作像装置を備える、画像形成装置において、
   非転写画像形成時、感光体上の非転写画像形成部位が、前記ＡＣバイアスをＯＦＦしてクリーニング装置通過後に再び前記帯電装置に戻ってきたとき、ＯＦＦする前に印加していた前記ＡＣバイアスのピーク間電圧の１／２以上の前記ＤＣバイアスを印加するとともに、そののち全面露光する一方、前記帯電装置を通過して後に前記ＤＣバイアスをＯＦＦすることを特徴とする、画像形成装置。
2. 前記非転写画像形成時が、転写画像形成後に、画像を維持するための調整用のパターン画像を形成する調整用画像形成時であることを特徴とする、請求項１に記載の作像装置。
3. 前記帯電装置として、前記感光体とギャップを隔てて対向する非接触型のものを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の作像装置。

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