JP4760368B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、感光体の表面を帯電させて画像形成を行う画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ装置などの画像形成装置は、感光体の表面を帯電、露光して作成した静電潜像をトナーで現像してトナー像を作成し、このトナー像を最終的に記録媒体に転写し、これを熱ロールなどで定着して画像を形成している。

転写工程を終了した感光体表面には、未転写のトナー（残留トナー）の他に、帯電プロセスによって生成された放電生成物（例えばオゾンＯ₃や窒素酸化物ＮＯｘ）が残留し、この放電生成物が原因となり、高温多湿環境下において水分が吸着して画像に白抜けが発生するという問題がある。このため、次の画像形成プロセスに先立ち、感光体表面をクリーニングする必要がある。

近年、最も広く用いられているクリーニング方式として、ブレードを感光体に当接させる方式が一般的である。この方式によれば、表面が低硬度な樹脂で構成された感光体においては、放電生成物が感光体の表面ごと削り取られることで、常にリフレッシュされた状態となる。したがって、上記の白抜けを防止することができる。ところが、長期間使用しつづけていくうちに磨耗量が増えて感光体ライフが短くなる。

このため、感光体のロングライフ化を狙いとして、感光体表面を高硬度な樹脂でオーバーコートした場合、上述したようなブレードを感光体に当接させる方式では放電生成物を除去しきれず、白抜けを防止の効果を得ることができない。

つまり、感光体のロングライフ化を実現するには、感光体表面の磨耗を防止しつつ放電生成物だけを回収できるようにすることが必要であり、感光体表面の材質を硬くした場合であっても放電生成物を除去可能なクリーニングシステムが望まれている。

そこで、クリーニングブレードの下流側に不織布を接触させ、この不織布によって感光体ドラムの表面に付着した多量の放電生成物を除去する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特開２００２−２５８６６６号公報（００１８段落参照）

ところがこのような特許文献１の構成では、不織布による放電生成物の除去能力が十分ではなかった。しかも、感光体の表面に不織布を当接さるため、感光体の表面において不織布が摺動することになり、感光体表面の磨耗を避けることが困難であった。

ここで、感光体表面に付着した放電生成物を除去する他の方法として、トナーが感光体表面に接触することで放電生成物をトナー表面に移動させてトナーごと回収する方法が有効であることが知られている。これを実現する手段として、本出願人は、特願２００５−７５０１１号明細書においてトナー保持能力が高い不織布を感光体に接触させる構成を提案している。この構成では、感光体表面が高硬度な樹脂でオーバーコートされていた場合であっても、不織布に保持された多量の残留トナーによって放電生成物の除去が可能であるとしている。

このような構成では、感光体表面の硬度にかかわらず、しかも感光体表面を削ることなく放電生成物を除去する方式であるため、この点において感光体のロングライフ化が可能である。しかしながら、このような構成では、不織布が持つ高いトナー保持特性のため、初期的には優れた放電生成物除去能力を発揮するものの、画像形成プロセスの回数が増加した場合においての、放電生成物除去能力の持続性が十分ではない。

そこで本発明は、感光体表面を磨耗することなく放電生成物を長期わたって継続的に除去することが可能であり、これによって感光体のロングライフ化と放電生成物除去による画像白抜け防止を両立できる画像形成装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明に係る画像形成装置は、像担持体の側周に、前記像担持体の回転方向に沿って、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する像形成手段と、前記静電潜像をトナーで現像して前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写媒体に転写する転写手段と、前記像担持体の表面に当接され、表面に織り目が形成された織物で構成され、前記像担持体の表面に付着したトナー及び放電生成物を前記表面で保持するトナー保持面を有し、前記織物において前記像担持体の回転方向を横切る方向に延設された複数の溝に沿って、前記像担持体の回転に伴って前記回転方向に前記トナー保持面から運びこまれたトナーを堰き止め、当該トナーに前記放電生成物を吸着させて前記回転方向に送り出す放電生成物除去手段と、前記放電成生物除去手段の前記回転方向下流側に位置し、前記溝に沿って前記回転方向に流動された前記放電生成物が吸着された前記トナーを回収する回収手段とを備える。

このような構成の画像形成装置では、複数の溝を備えたトナー保持面が像担持体に当接されることにより、像担持体表面のトナーが溝の壁面で堰き止められて保持される。これにより、像担持体表面の放電生成物は、この溝内に保持されたドナーに高い確率で十分に吸着され、像担持体の表面を磨耗させることなく除去される。しかも、溝内に保持されたトナーは、像担持体の回転にともない溝に沿って流動する。このため、画像形成プロセスの回数の進行にともなって溝内のトナーを順次入れ替えることができ、トナーへの吸着による放電生成物の除去能力を維持することができる。

以上説明したように本発明によれば、像担持体としての感光体表面を磨耗することなく画像形成プロセスの回数が進んだ場合であっても長期にわたって継続的に放電生成物を除去することができる。この結果、像担持体（感光体）のロングライフ化と放電生成物除去による画像白抜け防止の両立の実現を図ることが可能になる。

以下、本発明の画像形成装置およびこの画像形成装置において行われる放電生成物除去方法を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す模式図である。この図に示す画像形成装置１は、像担持体として感光体ドラム１１を備えている。この感光体ドラム１１は、円筒形の軸Ｏに対して図中矢印で示す回転方向Ａに回転する。そして、この感光体ドラム１１の周囲には、回転方向Ａに沿って帯電装置１２、露光装置１３、現像装置１４、および転写ロール１５がこの順に配置されており、さらに、放電生成物除去手段１６、およびトナー回収手段１８がこの順に配置されている。

このうち、帯電装置１２は、感光体ドラム１１の側周部の表面である像担持面１１ａを所定の電位に帯電させるものであり、例えば接触帯電器からなる。露光装置１３は、帯電装置１２で帯電された感光体ドラム１１の像担持面１１ａに静電潜像を書き込むために像露光を行うものであり、例えばレーザ露光器からなる。そしてこの帯電装置１２と露光装置１３とで像形成手段が構成されている。また、現像装置１４は、トナーが収容されていて、露光装置１３によって感光体ドラム１１上に形成された静電潜像をトナーｔで現像し、感光体ドラム１１の像担持面１１ａ上にトナー像を担持、形成する現像手段である。そして転写ロール１５は、感光体ドラム１１との間に、中間ベルトや紙などの転写媒体２０を圧接狭持するように配置され、かつ転写バイアスが印加され、現像装置１４によって感光体ドラム１１の像担持面１１ａ上に担持させたトナー像を、転写媒体２０に転写させるための転写手段である。以上の構成は、通常の画像形成装置と同様の構成であって良い。

そして、感光体ドラム１１の回転方向Ａにおいて、上述した転写ロール１５の下流側に配置された放電生成物除去手段１６が、本発明に特徴的な構成となる。この放電生成物除去手段１６は、感光体ドラム１１における像担持面１１ａに付着した放電生成物を除去するためのものである。図２には、この放電生物除去手段１６の拡大構成図を示す。この図に示すように、放電生成物除去手段１６は、支持体１６-1の一主面上に、弾性部材１６-2を介してトナー保持部材１６-3を設けてなる。

支持体１６-1は、例えば金属からなる四角柱状もので、感光体ドラム１１の軸Ｏと略平行に設けられており、感光体ドラム１１のほぼ全幅（図面上奥行き方向）にわたって配置されている。

また、弾性部材１６-2は、例えばウレタンスポンジのように外力によって容易に変形可能な材料からなり、支持体１６-1における感光体ドラム１１側に向かう面に支持固定されている。この弾性部材１６-2は、感光体ドラム１１のほぼ全幅（図面上奥行き方向）にわたって配置されている。また、弾性部材１６-2における感光体ドラム１１の回転方向Ａの高さｈ、つまり感光体ドラム１１の像担持面１１ａに対するニップ幅は約５ｍｍ程度であり、この全高さｈにおいて支持体１６-1によって支持されている。

尚、この弾性部材１６-2は、感光体ドラム１１の像担持面１１ａに対向する面が、像担持面１１ａに沿って凹状に湾曲した形状に整形されていても良い。このような形状にした場合には、弾性部材１６-2を介して像担持面１１ａに加わる支持基板１６-1側からの押し圧力を、面内において均一化することができる。

次に、トナー保持部材１６-3は、一主面側にトナー保持面１６ａを備えた屈曲自在なフィルム状材料からなり、トナー保持面１６ａを外側に向けた状態で、弾性部材１６−２の全面に固定配置されている。

図３には、トナー保持面１６ａの平面図を示す。この図に示すように、トナー保持面１６ａは、一方向に延設された複数の溝ｄを備えている。この溝ｄは、感光体ドラム１１の回転方向Ａ、すなわちプロセスの進行方向を横切る方向に延設されていることとする。特に、最後にデータを用いて説明するように、回転方向（プロセス方向）Ａと溝ｄの延設方向とのなす角度θは、θ＝３０°〜６０°の範囲であることが好ましい。

また、各溝ｄの幅ｗおよび深さ（紙面上奥行き方向）は、現像装置１４から供給されるトナーｔが、当該溝ｄ内において流動可能に大きさに調整され、トナーｔの粒径よりも大きいこととする。さらに好ましくはトナーｔの粒径に対して３０倍程度であることとする。尚、各溝ｄは、幅Ｗおよび深さが一定である必要はなく、それぞれの延設方向に沿った直線形状でなくても良い。また、各溝ｄの形状は同一でなくても良く、隣接する溝ｄ同士が、中間部において連通していても良い。

以上のような角度θ、溝ｄの幅Ｗおよび深さ、さらには溝ｄの形状によって、以降に説明する、溝ｄ内においてのトナーの保持特性と流動性とがコントロールされる。このため、これらの値は、本発明の効果である白抜きの発生が最も効果的に抑えられるように設定されることとする。

そして、このような構成のトナー保持面１６ａを備えたトナー保持部材１６-3は、例えば一定方向に延設された織り目が表面に現れている布（織物）が用いられる。このような織物は、一定方向の織り目が現れている表面がトナー保持面１６ａとなり、織り目と織り目との間に溝ｄが形成されたトナー保持部材１６-3となる。このほかにも、表面に溝が加工形成されたフィルム材であれば、トナー保持部材１６-3として広く用いることが可能である。

また以上のように構成された放電生成物除去手段１６は、感光体ドラム１１の軸Ｏ方向に向かって支持基板１６-1を押し圧する押圧部材をさらに備えている。これにより、図４に示すように、放電生成物除去手段１６のトナー保持面１６ａが、感光体ドラム１１の像形成面１１ａのほぼ全幅にわたって、ニップ幅約５ｍｍ程度の長さで当接される構成となっている。

ここで再び図１に戻り、上述した放電生成物除去手段１６の下流側に設けられたトナー回収手段１７は、例えばクリーニングブレードを備えた一般的な構成のものであって良く、感光体ドラム１１の表面からトナーｔを掻き落として回収するものである。クリーニングブレードは、例えばウレタンゴムのように、弾力性に富み、しかも耐摩耗性、耐オゾン性に優れた材料からなることとする。

以上のような構成の画像形成装置１の作動について説明する。

先ず、図１に示すように、感光体ドラム１１を回転方向Ａに回転させると、像担持面１１ａに、帯電装置１１および露光装置１２によって像担持面１１ａに静電潜像が形成される。その後、現像装置１４によって、静電潜像がトナーｔで現像され、像担持面１１ａにトナー像が形成される。次いで、感光体ドラム１１と転写ロール１５との間に供給された転写媒体２０に対して、転写ロール１５によって転写バイアスが印加され、像担持面１１ａのトナーｔが転写媒体２０に静電吸引され、転写媒体２０にトナー像が転写される。

そして、転写ロール１５を通過した感光体ドラム１１の像担持面１１ａ部分には、転写媒体２０に静電吸引されずに残ったトナーが残留トナーｔ’として付着した状態となっている。さらに、この像担持面１１ａには、放電時に発生するオゾン（Ｏ₃）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの放電生成物（図１では図示省略）も付着した状態となっている。

このような状態において、転写ロール１５を通過した感光体ドラム１１の像担持面１１ａは、放電生成物除去手段１６の配置部に移動する。ここでは、図４に示すように、像担持面１１ａに対して、放電生成物除去手段１６のトナー保持面１６ａが当接しており、このトナー保持面１６ａに対して、像担持面１１ａが回転方向Ａに摺動した状態となっている。このため、像担持面１１ａに付着している残留トナーｔ’および放電生成物は、トナー保持面１６ａと像担持面１１ａとの間に運び込まれることになる。

そして、図５に示すように、トナー保持面１６ａに運び込まれた残留トナーｔ’は、溝ｄの壁面ｓで堰き止められて、ある程度保持されつつ、溝ｄに沿って像担持面１１ａの移動方向、つまり回転方向（プロセス方向）Ａに流動する。この際、この溝ｄ内に保持された残留トナーｔ’に像担持面１１ａの放電生成物Ｍが吸着し、像担持面１１ａから放電生成物Ｍが除去される。

その後、トナー保持面１６ａの溝ｄ内を流動してこの部分を通過した残留トナーｔ’は、像担持面１１ａの移動と共にトナー回収手段１７に運ばれる。このトナー回収手段１７によって、放電生成物Ｍを吸着させた残留トナーｔ’は、像担持面１１ａから掻き落とされて回収される。

そして、残留トナーｔ’と共に放電生成物Ｍが除去された像担持面１１ａは、再び、次の画像形成プロセスに供給され、以下、同様の作動が繰り返される。

以上説明したように、本実施形態の画像形成装置１においては、放電生成物除去手段１６のトナー保持面１６ａが、感光体ドラム１１の回転方向Ａを横切る方向に延設された複数の溝ｄを備えているため、残留トナーｔ’は、溝ｄの壁面ｓで堰き止められて保持される。これにより、像担持面１１ａの放電生成物Ｍを、この溝ｄ内に保持された残留ドナーｔ’に高い確率で十分に吸着させることができる。したがって、像担持面１１ａを磨耗させることなく、像担持面１１ａから放電生成物を除去することができる。しかも、溝ｄ内に保持された残留トナーｔ’は、感光体ドラム１１の回転にともない、溝ｄに沿って回転方向（プロセス方向）Ａに流動する。このため、画像形成プロセスの回数の進行にともなって、溝ｄ内に保持された残留トナーｔ’を順次入れ替えることが可能になる。したがって、常時、フレッシュな残留トナーｔ’を溝ｄ内に保持し続けることができ、残留トナーｔ’への吸着による放電生成物Ｍの除去能力を常に高く維持でき、放電生成物Ｍを長期にわたって効果的に除去し続けることが可能である。

ここで、本実施形態で例示した溝ｄを備えたトナー保持部材１６-3に換えて、トナー保持特性が極めて高い不織布をトナー保持部材として用いた場合、初期的には優れた放電生成物の回収能力を発揮するが、プリント枚数が増加するにつれて初期の回収能力が得られ難くなる。これに対して、本実施形態のように、溝ｄを備えたトナー保持部材１６-3を用いることにより、トナーの保持特性とともに流動性も同時に得られるため、上述したような放電生成物Ｍの除去能力を継続的に維持できるのである。

以上により、本実施形態で説明した画像形成装置１によれば、感光体ドラム１１の像担持面１１ａを磨耗することなく画像形成プロセスの回数が進んだ場合であっても、長期にわたって継続的に放電生成物Ｍを除去することができる。この結果、感光体ドラム１１の像担持面１１ａのロングライフ化と、放電生成物除去による画像白抜け防止の両立の実現を図ることが可能になる。

尚、以上説明した実施形態においては、トナー回収手段としてクリーニングブレードを備えた画像形成装置の構成を説明した。しかしながら、本発明は、トナー回収手段として、クリーニングブレードを用いない、いわゆるブレードレスシステムを適用した画像形成装置にも適用可能である。

この場合、例えば、放電生成物除去手段１６と帯電装置１２との間に、クリーニングブレードに換えて帯電ブラシを設けた通常のブレードレスシステムが適用される。ブレードレスシステムでは、帯電ブラシにおいて一時的に保持されて帯電させ、再び像担持面１１ａに付着させた残留トナーｔ’が、現像バイアスの設定条件を最適化させた現像装置１４において回収される。このようなブレードレスシステムを適用した場合、放電生成物Ｍは、残留トナーｔ'と共に現像装置１４に回収され、以降の画像形成プロセスで再利用されることになる。

また、ブレードレスシステムを適用する他の例として、帯電ブラシを設けずに放電生成物除去手段１６において残留トナーｔ’を帯電させる構成が提示される。この場合、放電生成物除去手段１６における少なくともトナー保持面１６ａに導電性の加工を施す。これにより、トナー保持面１６ａに保持される残留トナーｔ’を帯電させ、現像装置１４で回収する構成とする。

このようにトナー保持面１６ａに導電性の加工を施すことで、放電生成物除去手段１６における残留トナーｔ’の帯電状態も、上述した溝ｄ内においてのトナーの保持特性と流動性とをコントロールするための手段として用いることが可能になる。この手段は、ブレードシステム、ブレードレスシステムのどちらにおいても有効となり、プロセススピードやトナー形状の変更により保持性が得られ難い条件においても上記の効果を得ることができる。

ここで、下記の表１には、図３を用いて説明した、回転方向（プロセス方向）Ａと溝ｄの延設方向とのなす角度θと、連続画像形成プロセス後の画像との関係を示した。

この表１によれば、角度θ＝３０°〜６０°の範囲であれば、連続１０万枚のプリント枚数を連続転写した後にも、画像に白抜けが発生することはなく、放電生成物の影響なく良好な転写特性が得られていることが確認された。

また、下記の表２には、本実施形態の構成の画像形成装置１を用いた実施形態例と、トナー保持部材として不織布を用いた比較例とについての、連続画像形成プロセスの回数（プリント枚数）と画像との関係を示した。本実施形態例と比較例とでは、トナー保持部材のみが異なり他の構成は同一である。

すなわち、本実施形態例のトナー保持部材としては、ミクロスター（帝人株式会社製商品名）を用いた。このトナー保持部材は、溝の幅Ｗ＝２００μｍ、溝の深さ＝５０μｍである。また、織り目の方向（溝の方向）と、回転方向（プロセス方向）Ａとのなす角度θ＝４５°とした。

一方、比較例のトナー保持部材としては、不織布ＷＰ８０８５（日本バイリーン社製商品名）を用いた。

その他同一の構成は次のようである。
弾性部材 ：発泡ウレタンＥＣＳ（イノアコックコーポレーション社製商品名）
弾性部材厚：５ｍｍ
ニップ幅 ：５ｍｍ
食い込み量：１ｍｍ
尚、食い込み量としては、トナー保持部材を感光体ドラムに押し圧せずにトナー保持面を自由端とした状態に対して、トナー保持部材を感光体ドラムに押し圧した状態（セットした状態）においてのトナー保持部材の歪み量の最大値を定義した。このとき、上記セットした状態においての感光体ドラムの軸中心から、感光体ドラムを外してトナー保持面を自由端とした状態でのトナー保持面までの距離を測定し、この距離と感光体半径との差分をもって測定値とした。

また、画像形成装置の駆動パラメータは、次のようである。
トナー粒径 ：６〜７μｍ
プロセススピード：２０８ｍｍ／ｓ
評価環境 ：温度２８℃、湿度８０％
転写媒体 ：Ａ４版普通紙

この表２によれば、トナー保持面に溝を備えた本実施形態例では、３０万枚の連続プリント後であっても、画像に白抜けが発生することはなく、放電生成物の影響なく良好な転写特性が得られていることが確認された。これに対して、トナー保持部材として不織布を用いた比較例では、１５万枚の連続プリント後には既に画像に白抜けが発生しており、本実施形態例の優位性が確認された。

以上のことから、本発明構成を適用した画像形成装置では、感光体ドラム１１の像担持面１１ａを磨耗することなく転写プロセスの回数を進めることができ、かつ長期にわたって継続的に放電生成物Ｍを除去することができるため、感光性ドラムの像担持面１１ａのロングライフ化と、放電生成物除去による画像白抜け防止の両立の実現を図ることが可能であることが確認された。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す模式図である。 図１の画像形成装置に設けた放電生成物除去手段の拡大構成図である。 放電生成物除去手段におけるトナー保持面の平面図である。 放電生成物除去手段を画像形成装置の感光性ドラムに対して配置した状態を示す拡大構成図である。 トナー保持面と像担持面との間におけるトナーの保持と流動を説明する図である。

符号の説明

１…画像形成装置、１１…感光体ドラム（像担持体）、１１ａ…像担持面（感光体ドラムの表面）、１２…帯電装置（像形成手段）、１３…露光装置（像形成手段）、１４…現像装置（現像手段）、１５…転写ロール（転写手段）、１６…放電生成物除去手段、１６ａ…トナー保持面、１６-3…トナー保持部材、１７…クリーニングブレード（トナー回収手段）、Ａ…回転方向、ｄ…溝、ｔ…トナー、ｔ’…残留トナー、Ｗ…幅

Claims (3)

1. 像担持体の側周に、前記像担持体の回転方向に沿って、前記像担持体の表面に静電潜像を形成する像形成手段と、
   前記静電潜像をトナーで現像して前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、
   前記トナー像を転写媒体に転写する転写手段と、
   前記像担持体の表面に当接され、表面に織り目が形成された織物で構成され、前記像担持体の表面に付着したトナー及び放電生成物を前記表面で保持するトナー保持面を有し、前記織物において前記像担持体の回転方向を横切る方向に延設された複数の溝に沿って、前記像担持体の回転に伴って前記回転方向に前記トナー保持面から運びこまれたトナーを堰き止め、当該トナーに前記放電生成物を吸着させて前記回転方向に送り出す放電生成物除去手段と、
   前記放電成生物除去手段の前記回転方向下流側に位置し、前記溝に沿って前記回転方向に流動された前記放電生成物が吸着された前記トナーを回収する回収手段と
   を備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記織り目は一定の方向性を有し、前記織り目によって前記構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記溝の延設方向は、当該像担持体の回転方向に対して３０°以上６０°以下の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。

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