JP4725959B2 - 電子写真画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに応用される電子写真画像形成装置に関し、特に、画像形成を行わないとき、感光体表面を研磨して、多数枚印字後も画質を維持する電子写真画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では、被帯電体としての電子写真感光体を所定の極性、電位に帯電処理する帯電手段として、従来、一般にコロナ帯電器が用いられており、感光体にコロナ帯電器を非接触に配置して、感光体表面を所定の極性、電位に帯電させる。また、近年、非接触タイプのコロナ帯電方式に比べて、低オゾン発生などの利点を有することから、被帯電体としての感光体に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表面を所定の極性、電位に帯電させる接触帯電方式も多く実用化されている。接触帯電部材には、ローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型（帯電ブレード）などがある。中でも均一帯電の観点から、また、導電性ローラを用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点からも好ましく、広く用いられている。導電性ローラとしての帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体をもちいて作製される。さらに、これを積層して所望の特性を得たものもある。帯電ローラは、感光体と一定の接触状態を得るために弾性を有しており、加圧当接させた場合にはある一定以上の閾値電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、それ以降は印加電圧に対して線形に感光体の表面電位が増加する。この閾値電圧Ｖｔｈは、パッシェンの放電法則で決まる帯電開始電圧である。

電子写真画像形成プロセスに必要な感光体表面電位Ｖ０を得るためには、帯電ローラには（Ｖ０＋Ｖｔｈ）の直流電圧印加が必要となり、この帯電方式を直流帯電方式という。また、帯電均一性を得るために、（Ｖ０＋Ｖｔｈ）の直流電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧（全振幅電圧）を持つ交流電圧を重畳させた交流帯電方式も用いられている。これは交流によるならし効果を利用しており、感光体の電位は、交流電圧のピークの中央値であるＶ０に収束し、ゴムローラの環境などに起因する抵抗値変動の影響を抑えることができる。

しかし、用紙へのトナー転写工程でトナーから分離され、感光体上に残留したトナー外添材は、粒子径が小さく、クリーニングブレードなどの感光体クリーニング部をすり抜け、接触帯電部材まで達し、これに付着してしまい、帯電不良を引き起こすことがあった。

そこで、特許文献１に開示された画像形成装置では、画像形成持にクリーニングブレードをすり抜けた外添剤の接触帯電部材への付着・固着を防止するため、外添剤と同一極性のバイアスを接触帯電部材に印加し、電気的反発力により外添剤を接触帯電部材から引き剥がす。これにより、感光体の一様帯電が安定してなされる。

特開平１１−５２６８０（図３、段落００４４）

しかし、外添剤を接触帯電部材から引き剥がすことで感光体の一様帯電がなされても、画質が必ずしも向上するわけではない。アモルファスシリコンなどの感光体においては、一般に用いられる有機感光体などと比較すると表面硬度が高く、使用時における磨耗などに対する耐久性が格段に高い反面、表面が削れないため付着物、帯電生成物などが感光体表面に付着し、多数枚の画像形成を行うと、画質が劣化するという問題があった。

そこで、本発明の課題は、接触帯電部材への外添剤の付着を防止して高画質の画像形成を行うだけでなく、感光体表面を清浄化してさらに高画質の画像形成を行うことである。

本発明は、高硬度の感光体、例えばアモルファスシリコン感光体を用いたシステムに関してなされたものであり、帯電制御剤としても研磨剤としても機能する外添剤を用いて感光体表面を研磨する。そのため、弾性部材（摺擦研磨ローラ）を電子写真画像形成装置中に設ける。ここに、摺擦研磨のための外添剤は、接触帯電ローラから吐き出されたものを利用する。

これにより、接触帯電部材のクリーニングのみならず、感光体の研磨によるクリーニングも可能となる。

具体的には、上述した課題を解決するための第１の手段は、感光体に接触して前記感光体を一様帯電させる接触帯電部材と、前記感光体上の静電潜像を現像する現像器と、前記感光体を研磨する摺擦研磨ローラと、前記接触帯電部材、前記現像器及び前記摺擦研磨ローラに印加する電圧を制御する制御部とを有する電子写真画像形成装置であって、前記制御部は、画像形成を行うとき、前記接触帯電部材に、該接触帯電部材が当接する前記感光体の表面電位が画像形成に必要な所定の極性及び電位にするための帯電バイアスを印加し、画像形成を行わないとき、前記接触帯電部材に、トナーに外添される外添剤と同一極性の直流交流重畳電圧を印加して、前記接触帯電部材に付着した前記外添剤を前記感光体に転移させ、前記摺擦研磨ローラは、前記接触帯電部材から前記感光体に転移された前記外添剤によって、前記感光体を摺擦研磨することである。なお、「画像形成を行わないとき」には、現像器からトナーを感光体に転移してトナーに含まれる外添剤により感光体を摺擦研磨するときや、現像器にトナーを補給するときも含み、摺擦ローラの１回転以上の時間が確保されるべきである。

これにより、接触帯電部材から外添剤が除去される結果、感光体を安定的に一様帯電することができ、さらに、感光体が外添剤によって摺擦研磨され清浄化されるため、高品質の画像を得ることができる。

第２手段は、摺擦研磨を、感光体の１回転以上連続して行うことである。

これにより、高硬度の感光体表面をより一層研磨し、正常化することができる。

第３手段は、前記接触帯電部材から前記感光体へ転移された外添剤の、前記感光体上での付着領域が、前記摺擦研磨ローラに対向するとき、前記摺擦研磨ローラに、前記外添剤の帯電極性と逆極性の電圧を印加して、前記摺擦研磨を行うことである。

これにより、感光体上の酸化チタン付着箇所を、最小限の回転で効率よく摺擦研磨することができる。そのため、接触帯電部材から外添剤を除去してから所定の時間経過後（接触帯電ローラと摺擦研磨ローラとの間の距離を感光体ドラムの周側で除算した結果の時間経過後）、摺擦研磨ローラの回転を開始する。

第４手段は、直流交流重畳電圧のうち、交流電圧の全振幅は、帯電開始電圧以上であり、直流電圧の２倍以下であることである。ここに、帯電開始電圧とは、帯電ローラを感光体に加圧当接させた場合に感光体の表面電位が上昇し始める閾値電圧Ｖｔｈであり、パッシェンの放電法則で決まる電圧である。帯電ローラに印加する電圧が、帯電開始電圧以上になれば、印加電圧に対して線形に感光体の表面電位が増加する。

これにより、外添剤に印加される電圧の極性は、外添剤の帯電極性と同一極性であるため、静電斥力により効率的に外添剤を接触帯電ローラから吐き出すことができ、また、交流電圧であるから、安定的に吐き出すことができる。

第５手段は、外添剤は、酸化チタンであることである。

これにより、研磨剤を特別に導入することなく、外添剤により感光体表面を研磨し清浄化することができる。

第６手段は、制御部は、画像形成を行わないとき、さらに、現像器に、画像形成の為に設定した現像バイアスを印加して、トナーを感光体に転移させ、擦研磨ローラは、接触帯電ローラから感光体に転移された外添剤と、現像器から感光体にトナーとともに転移された外添剤とにより、感光体を摺擦研磨することである。

これにより、摺擦研磨に利用する外添剤が増加し、摺擦研磨効果が向上する。
本発明によれば、接触帯電部材への外添剤の付着を防止して高画質の画像形成を行うだけでなく、感光体表面を清浄化してさらに高画質の画像形成を行うことができる。

本発明によれば、接触帯電部材への外添剤の付着を防止して高画質の画像形成を行うことができるだけでなく、感光体表面を清浄化してさらに高画質の画像形成を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。但し、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載があっても、本発明の範囲をそれに限定する趣旨ではない。

［本実施形態の構成］

図１は、本実施形態の電子写真画像形成装置の部品配置図である。本装置は、図中、時計方向に回転する感光ドラム１１の周囲に、接触帯電部材、例えば帯電ローラ１３が配置されて感光ドラム１１表面の一様帯電が行われ、続いて、露光器１５が配置されて原画像が感光ドラム１１表面に露光されて静電潜像が形成され、続いて、現像器１７が配置されて静電潜像がトナーで現像され、続いて、転写ローラ１９が配置されてトナー像が用紙などの記録材上に転写され、続いて摺擦研磨ローラ２５が配置されて感光体が外添剤により摺擦研磨されて清浄化され、続いて、クリーニンググレード２１が配置されて感光ドラム１１上に残留するトナーがクリーニングされ、最後に除電ランプ２３が配置されて感光ドラム１１の残留表面電位が除去される。なお、クリーニングブレード２１により除去されたトナーは廃棄トナーボトルへ搬送される。

さらに、帯電ローラ１３をクリーニングするため、帯電ローラ１３に接触する帯電クリーニングローラ１２が設けられる。すなわち、帯電ローラ１３からの外添剤の吐き出しと帯電クリーニングローラ１２とにより、帯電ローラ１３がクリーニングされる。

摺擦研磨ローラ２５は、帯電ローラ１３から吐き出された外添剤を研磨剤として利用するものであり、外添剤吐き出し工程は、画像形成を行わないときに実施される。したがって、画像形成工程中に感光体１１に接触させることは、必ずしも必要ではないが、画像形成に伴って転写後に感光体１１に残留したトナー（外添剤を含む）により、常に感光体表面を摺擦研磨するため、摺擦研磨ローラ２５を常時、感光体１１に接触させてもよい。

なお、帯電ローラ１３、現像器１７、摺擦研磨ローラ２５への印加電圧を制御する制御手段は、図示しない。

次に、本装置の各部について説明する。

摺擦研磨ローラ２５は、金属性のシャフトと弾性部材からなり、金属シャフトの両端部からバネなどで感光体に圧接されている。摺擦研磨ローラ２５を感光ドラム１１に押し付ければ、感光体ドラム１１は、摺擦研磨される。なお、摺擦研磨ローラに、外添剤の帯電極と逆極性の電圧を印加すれば、静電引力により外添トナーを摺擦研磨ローラ２５に保持し、摺擦研磨効果を向上することができる。

図２は、感光ドラム１１の断面図であり、導電性基板上２７上に、キャリア阻止層２９、感光層３１と、その上に形成された表面保護層３３から構成される。表面保護層３３の硬度が高い場合、本実施形態が応用できる。表面保護層３３がない場合、感光層３１は硬度が高い場合感光体、例えばアモルファスシリコンが採用され、本実施形態が応用できる。

アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に制限されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮなどの無機材料を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣが特に高抵抗であり、より優れた帯電能力、耐磨耗性、耐環境性が得られることより、本実施形態における感光層材料として好適である。また、ａ−ＳｉＣのうちＳｉとＣ（炭素）との比率が特定のものを使用するのが好ましい。このようなａ−ＳｉＣｃとしては、ａ−Ｓｉ_{（１−ｘ）}Ｃ_ｘ（Ｘの値が０．３〜１未満）がより好ましく、さらに好ましくは、Ｘの値が０．５〜０．９５以下である。この理由は、このようなａ−ＳｉＣは１０^１２〜１０^１３Ωｃｍという特に高い抵抗を有しており、感光体表面方向の潜像の流れが少なく,静電潜像の維持能力及び耐湿性にも優れているためである。

帯電ローラ１３は、例えば金属製シャフト表面にエピクロルヒドリンゴム層を形成したものである。

現像器１７での現像方式は、例えば、磁気ブラシ上のトナーとキャリアを摩擦帯電させ、トナーのみを磁性一成分ジャンピング現像させるハイブリッド現像方式である。トナーは、樹脂で構成され外添剤を付与され帯電制御される。外添剤付きトナー及びキャリアは現像マグネットローラ上で磁気ブラシを形成し、感光体１１と一定のギャップを持ったマグネットローラ上にトナーが転移される。マグネットローラ上の電位は直流に交流を重畳させる。

なお、磁気ブラシ上のトナー及びキャリアで現像する２成分磁気ブラシ現像方式としてもかまわない。

また、トナー表面の外添剤状態により画像濃度が変化するため印字回数及び印字率などにより一定のトナーを強制的に現像させる吐き出しモードを設けてもよい。

［本実施形態の動作］

まず、図示しない制御部は、画像形成を行わないとき、帯電ローラ１３に、外添剤と同一極性の直流交流重畳電圧を印加しる。これにより、帯電ローラ１３に付着した外添剤を感光ドラム１１に転移させる。

図３は、直流交流重畳電圧波形の一例であり、直流４００Ｖに矩形波交流８００Ｖを重畳している。したがって、直流交流重畳電圧の最小値は、０Ｖであり、負になることはない。図３に示す波形は、交流電圧の全振幅を、直流電圧の２倍以下として、両者を重畳した波形である。この波形により、負極性側での放電が防止される。なお、負極性の外添剤を使用するときは、直流交流重畳電圧を負極性とする。この場合は、正極性側での放電を防止する。

つぎに、摺擦研磨ローラ２５は、接触帯電部材から感光体に転移された外添剤によって、感光ドラム１１を摺擦研磨する。なお、摺擦研磨は、１回以上連続して行えば、研磨効果が向上する。

以上説明した感光ドラム研磨工程は、帯電ローラから吐き出された外添剤のみを利用して摺擦研磨を行うものであった。しかし、現像器１７からもトナーを感光ドラム１１に供給すれば、トナーに付着している外添剤も余分に摺擦研磨工程に付加され、摺擦研磨効果が向上する。

そこで、図示しない制御部は、画像形成を行わないとき、さらに、現像器１７に、画像形成を行うとしたら印加するであろう現像バイアスを印加して、トナーを感光体に転移させる。現像バイアスの極性は、トナーの帯電極性と同一極性であり、トナーと現像器１７との間の静電斥力により、トナーを感光ドラム１１に飛翔させる。これにより、前記接触帯電ローラから前記感光体に転移された前記外添剤と、前記現像器から前記感光体に前記トナーとともに転移された前記外添剤とにより、前記感光体を摺擦研磨する。これについては、実施例３において、詳細に説明する。

感光体をアモルファスシリコンとし、１成分トナーに酸化チタンを外添した現像剤を使用した。また、転写ローラの材料は、カーボン系ＥＰＤＭ（抵抗値１０^７Ω、Ａｓｋｅｒ Ｃ硬度 ２５〜３５度）とした。

図４は、帯電ローラ１３への印加電圧（直流電圧Ｖｄｃ、直流交流重畳電圧の全振幅Ｖｐｐ、感光体電位Ｖ０）と帯電ローラのクリーニング効果（外添剤の引き剥がし効果）との関係を示す表である。

充分に汚染し帯電不良状態のほぼ等しい帯電ローラ１３を３本用意し、３種類の印加電圧（実験１：Ｖｄｃ ３８０Ｖ、Ｖｐｐ １０００Ｖ、実験２：Ｖｄｃ ４１０Ｖ、Ｖｐｐ ８００Ｖ、実験３：Ｖｄｃ ８００Ｖ）による帯電不良の回復効果を検証した。感光ドラム表面電位Ｖ０は全て等しく２６０Ｖとした。検証結果は、カブリマージンの回復量（ＦＤ回復量＝（（ＦＤ１−ＦＤ２）／ＦＤ１）×１００％）で表した。ここに、ＦＤ（Ｆｏｇ Ｄｅｎｓｉｔｙ）は、ＦＤ＝（ＩＤ（ｂａｓｅ）−ＩＤ（ｐａｐｅｒ））として定義される。ここに、ＩＤ（ｐａｐｅｒ）は、印字前の用紙の濃度値であり、ＩＤ（ｂａｓｅ）は、印字後の用紙の白紙部分の濃度値である。また、ＦＤ１は、十分汚染させた帯電ローラ１３に直流電圧Ｖｄｃのみを印加した場合のＦＤであり、ＦＤ２は、クリーニング後（外添剤引き剥がし後）の帯電ローラ１３に同じ直流電圧Ｖｄｃのみを印加した場合のＦＤである。なお、ＩＤは、反射濃度計を用いて測定した用紙の濃度値（Ｉｍａｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ）である。

実験１では、直流交流重畳電圧が負極性にはみ出したため、正帯電の外添剤である酸化チタンが帯電ローラ１３に引き寄せられ、外添剤の引き剥がしが十分ではなかった。そのため、ＦＤ回復量が１５％にとどまった。実験２では、直流交流重畳電圧波形は正極性であり、負極性にはみ出さないため、酸化チタンが帯電ローラ１３から効率よくはじき出された結果、ＦＤ回復量は４１％となり最も高かった。実験３では、直流電圧８００Ｖを印加し、交流電圧は印加しなかった。そのため、感光体ドラム１１の帯電量への交流電圧によるならし効果がないため、回復量は３３％となり実験２より低いが、実験１より高かった。実験３のように、直流のみでは、帯電ムラが大きくなること、また、電源容量が大きく変わることがデメリットとなる。

図５は、多数枚印字における帯電ローラ１３のクリーニング効果を調べる実験のフローチャートである。原稿は、平均印字率４％以上ものを使用した。まず、Ｓ４０で印字枚数Ｘを計数し、Ｘが例えば１００００枚となったら、Ｓ４１に進み、帯電ローラ１３印加電圧（実施例１の実験２に示す電圧）を３分印加した。次に、Ｓ４１からＳ４０に戻り、印字枚数が１００００枚増加するごとに帯電ローラ印加電圧を５分印加した。この実験により、３０万枚の印字を行い、帯電ローラ１３を良好にクリーニングすることができた。

図６は、段落００３３に記載した、帯電ローラ排出外添剤及び現像器排出外添剤により感光体を摺擦研磨するフローチャートである。なお、帯電ローラ１３には、実施例１の実験２に示す電圧を印加する。また、現像器１７には、通常の現像電圧（現像バイアス）を印加する。

まず、Ｓ５０において、電子写真画像形成装置の電源がオンされると、Ｓ５１に進み、機外温度が１５度Ｃ以下であるか否かが判定される。Ｓ５１において、機外温度が１５度Ｃ以下であると判定されれば、Ｓ５２に進み、制御無し（現像器１７を駆動しない）とする。したがって、Ｓ５２では、帯電ローラ排出外添剤のみを利用して摺擦研磨が行われる。

一方、Ｓ５１において、機外温度が１５度Ｃ以下ではないと判定されれば、Ｓ５３に進み、感光ドラムリフレッシュ・トナーインストール（現像器排出外添剤により感光体を摺擦研磨すること）に入るか否かが判定される。Ｓ５３において、感光ドラムリフレッシュ・トナーインストール（現像器排出外添剤により感光体を摺擦研磨すること）に入らないと判定されれば、Ｓ５４に進み、制御無し（現像器１７を駆動しない）となる。なお、感光体リフレッシュは、所定の温度・湿度条件が満たすことにより、手動により又は自動的に実行される。なお、感光体リフレッシュは、連続して１回以上（感光ドラム１回転以上）行う。

一方、Ｓ５３において、感光ドラムリフレッシュ（現像器排出外添剤により感光体を摺擦研磨すること）・トナーインストール（トナーを補給すること）に入ると判定されれば、Ｓ５５に進み、１分間、感光ドラムリフレッシュを行う。このとき、帯電ローラ排出外添剤のみならず現像器排出外添剤も摺擦研磨に寄与しており、感光体表面が、より一層清浄化される。

図６に示したフローチャートに従って実験した結果、帯電ローラ１３のみならず感光ドラム１１の感光体表面も良好にクリーニングされた。このように、最も画像欠陥を起こしやすい環境である低温低湿環境下で感光体摺擦研磨を行い（Ｓ５２、Ｓ５４）、感光体表面を清浄にして、画質の劣化を防止することができた。また、感光体リフレッシュも取り入れて（現像器排出外添剤を利用して）、帯電ローラ排出外添剤と併せて、摺擦研磨を行うことにより、摺擦研磨効果が向上した。

本発明は、電子写真画像形成装置に利用可能であり、特に、感光体に接触して感光体を一様帯電させる帯電ローラに付着した微粒子のクリーニングや、当該微粒子により感光体を摺摩研磨して感光体表面を清浄にすることに利用できる。

電子写真画像形成装置の概念図である。 感光ドラムの断面図である。 帯電ローラ印加電圧波形の一例である。 帯電ローラ印加電圧波形とトナー外添在引剥効果を示す実施例の表である。 多数枚印字における外添剤引剥効果を検証するフローチャートである。 感光体リフレッシュと感光体摺擦研磨を同時に行うフローチャートである。

符号の説明

１１ 感光ドラム
１２ 帯電摺擦研磨ローラ
１３ 帯電ローラ
１５ 露光器
１７ 現像器
１９ 転写ローラ
２１ クリーニングブレード
２３ 除電ランプ
２５ 摺擦研磨ローラ

Claims (6)

1. 感光体に接触して前記感光体を一様帯電させる接触帯電部材と、
   前記感光体上の静電潜像を現像する現像器と、
   前記感光体を研磨する摺擦研磨ローラと、
   前記接触帯電部材、前記現像器及び前記摺擦研磨ローラに印加する電圧を制御する制御部とを有する電子写真画像形成装置であって、
   前記制御部は、
   画像形成を行うとき、前記接触帯電部材に、該接触帯電部材が当接する前記感光体の表面電位が画像形成に必要な所定の極性及び電位にするための帯電バイアスを印加し、
   画像形成を行わないとき、前記接触帯電部材に、トナーに外添される外添剤と同一極性の直流交流重畳電圧を印加して、前記接触帯電部材に付着した前記外添剤を前記感光体に転移させ、
   前記摺擦研磨ローラは、
   前記接触帯電部材から前記感光体に転移された前記外添剤によって、前記感光体を摺擦研磨することを特徴とする電子写真画像形成装置。
2. 前記摺擦研磨を、前記感光体の１回転以上連続して行うことを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
3. 前記接触帯電部材から前記感光体へ転移された外添剤の、前記感光体上での付着領域が、前記摺擦研磨ローラに対向するとき、前記摺擦研磨ローラに、前記外添剤の帯電極性と逆極性の電圧を印加して、前記摺擦研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
4. 前記直流交流重畳電圧のうち、当該交流電圧の全振幅は、帯電開始電圧以上であり、当該直流電圧の２倍以下であることを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
5. 前記外添剤は、酸化チタンであることを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
6. 前記制御部は、
   画像形成を行わないとき、さらに、前記現像器に、画像形成の為に設定した現像バイアスを印加して、トナーを前記感光体に転移させ、
   前記摺擦研磨ローラは、
   前記接触帯電ローラから前記感光体に転移された前記外添剤と、
   前記現像器から前記感光体に前記トナーとともに転移された前記外添剤とにより、
   前記感光体を摺擦研磨することを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。

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