次に、本発明を適用した画像形成装置として、電子写真方式のカラーレーザープリンタ(以下、単にプリンタという)の実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係るプリンタの基本的な構成について説明する。図1は、本実施形態に係るプリンタを示す概略構成図である。このプリンタは、イエロー(Y),マゼンダ(M),シアン(C),ブラック(K)の各色の画像を形成するための4組のトナー像形成部100Y,M,C,Kを備えている。また、光書込ユニット110、給紙カセット120,130、レジストローラ対140、転写装置150、ベルト定着方式の定着装置170、スタック部180等も備えている。更には、図示しないトナー補給容器、廃トナーボトル、電源ユニットなども備えている。なお、以下、各符号の添字Y,M,C,Kは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、ブラック用の部材であることを示す。
光書込ユニット110は、Y,M,C,Kの各色に対応する4つのレーザダイオードからなる光源、正六面体のポリゴンミラー、これを回転駆動するためのポリゴンモータ、fθレンズ、レンズ、反射ミラー等を有している。レーザダイオードから射出されたレーザー光Lは、ポリゴンミラーの何れか1つの面で反射してポリゴンミラーの回転に伴って偏向せしめられながら、後述する感光体の表面に到達する。そして、感光体の表面をその軸線方向に光走査する。
上記トナー像形成部100Y,M,C,Kは、潜像担持体としてのドラム状の感光体2Y,M,C,Kを有している。これら感光体2Y,M,C,Kは、アルミ等の素管に有機感光層が被覆された直径30[mm]程度のドラムであり、図示しない駆動手段によって所定の線速(例えば125mm/sec)で図中時計回りに回転駆動せしめられる。そして、図示しないパーソナルコンピュータ等から送られてくる画像情報に基づいて変調したレーザー光Lを発する上述の光書込ユニット110によって暗中にて光走査されて、Y,M,C,K用の静電潜像を担持する。
図2は、4つのトナー像形成部100Y,M,C,Kのうち、Y用のトナー像形成部100Yを転写装置150の一部とともに示す拡大構成図である。なお、他のトナー像形成部(100M,C,K)は、それぞれ使用するトナーの色が異なる点の他がY用のものと同様の構成になっているので、これらの説明については省略する。同図において、トナー像形成部100Yは、プロセスユニット1Yと現像装置50Yとを備えている。プロセスユニット1Yは、感光体2Yの他、これの表面を除電したりクリーニングしたりする除電クリーニング装置10Yや、感光体2Yの表面を一様帯電せしめる帯電装置20Yなどを備えている。
除電クリーニング装置10Yは、後述する1次転写ニップを通過した感光体2Yの表面を除電する図示しない除電ランプを有している。また、除電後の感光体2Yの表面に対し、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を塗布するブラシローラ11Yや、クリーニング処理を施すカウンタブレード12Yなども有している。除電ランプは、感光体2Yの表面に除電処理を施すことで、感光体2Yの表面電位を0〜−150[V]程度にまで減衰せしめる。このようにして除電された感光体2Yの表面は、カウンタブレード12Yに当接せしめられてトナーが除去された後、帯電装置20Yとの対向位置に進入する。
帯電装置20Yは、感光体2Yの表面に接触して従動回転する帯電部材としての帯電ローラ21Yや、これの表面に接触してクリーニング処理を施すクリーニング体25Yなどを有している。帯電ローラ21Yは、直径3〜20[mm]程度の芯金の、これの表面に0.5〜10[mm]程度の厚みで被覆された導電性ゴム等からなる導電弾性層、芯金の軸線方向両端からそれぞれ突出する軸部材などから構成されている。導電弾性層の硬度は、JIS−Aで50〜75[°]程度である。芯金とこれの表面に被覆された導電性弾性層とからなるローラ基体には、導電性弾性材料中のシリコン等の成分を漏らさないようにするための収縮性チューブが被覆されており、これら芯金、導電性弾性層、収縮性チューブによって帯電ローラ21Yのローラ部が構成されている。このローラ部は、電気抵抗が104〜107[Ω・cm]程度になっており(DC100V印加時)、且つ軸線方向の中央部が両端部に比べて大径となるクラウン形状になっている。中央部の径は両端部に比べて200[μm]程度大きくなっているのである。芯金の軸線方向の両端からは、金属製の軸部材がそれぞれ突出しており、これが軸受けに回転自在に支持されている。軸部材には、図示しない電源によって帯電バイアスが印加されている。この帯電バイアスの影響により、帯電ローラ21Yの導電弾性層表面から感光体2Yに向けて放電が起こって、感光体2Yの表面を−1100[V]程度に一様帯電せしめる。
上述した収縮チューブは、トナーに含有される外添剤のローラ部の表面からの離型性を向上させる機能も発揮する。良好な離型性を発揮させるには、表面性が滑らかであること(Rzで1μm以下程度)や、水との接触角度が比較的高いこと(90度以上)などが要求されるが、収縮チューブを被覆することにより、これらの条件を具備させることが可能になる。
帯電ローラ21Yについては、モータ等の駆動源によって回転駆動させてもよいし、回転する感光体2Yに接触させて従動回転させるようにしてもよい。本実施形態では、低コスト化や構成の簡素化を図る目的で、従動回転させるようにしている。
帯電装置20Yによって一様帯電せしめられた感光体2Yの表面に、潜像形成手段たる上述の光書込ユニット(図1の符号110)で変調及び偏向されたレーザー光Lが走査されると、その露光部の電位が0〜−290[V]程度に減衰せしめられる。これにより、感光体2Yの表面に静電潜像が形成される。なお、クリーニング体25Yは、感光体2Yから帯電ローラ21Yの表面に転位したトナーや外添剤をクリーニングするものである。
現像装置50Yは、ケーシング51Yに設けられた開口から周面の一部を露出させる現像ロール52Yを有している。また、第1搬送スクリュウ53Y、第2搬送スクリュウ54Y、現像ドクタ55Y、トナー濃度センサ(以下、Tセンサという)56Y、図示しない粉体ポンプとの連通部57Y等も有している。
ケーシング51Yには、磁性キャリアとマイナス帯電性のYトナーとを含むY現像剤が内包されている。このY現像剤は第1搬送スクリュウ53Y、第2搬送スクリュウ54Yによって撹拌搬送されながら摩擦帯電せしめられた後、現像剤担持体たる現像ロール52Yの表面に担持される。そして、現像ドクタ55Yによってその層厚が規制されてから感光体2Yと対向する現像領域に搬送される。現像ロール52Yには−800[V]程度の現像バイアスが印加されており、これにより、現像領域では、現像ローラ52Y表面と感光体2Yの静電潜像との間に現像ポテンシャルが作用する。この現像ポテンシャルにより、現像ローラ52Yの表面上の現像剤中にあるトナーが感光体2Yの静電潜像に転位して、静電潜像をトナー像に現像する。現像によってYトナーを消費したY現像剤は、現像ロール52Yの表面(現像スリーブ)の回転に伴ってケーシング51Y内に戻される。一方、現像に寄与したYトナー像は、紙搬送ベルト151によって搬送される転写紙Pに転写される。なお、現像ロール52Yは、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる非磁性パイプからなる現像スリーブと、これに連れ回らないように内包される図示しないマグネットローラとを有している。そして、マグネットローラの発する磁力により、現像スリーブ表面にY現像剤を引き付けて担持する。
透磁率センサからなるTセンサ56Yは、ケーシング51Yの底板に取り付けられ、第1搬送スクリュウ53Yによって搬送されるY現像剤の透磁率に応じた値の電圧を出力する。現像剤の透磁率は、現像剤のトナー濃度と良好な相関を示すため、Tセンサ56YはYトナー濃度に応じた値の電圧を出力することになる。この出力電圧の値は、図示しない制御部に送られる。この制御部は、RAM等の記憶手段を備えており、この中にTセンサ56Yからの出力電圧の目標値であるY用Vtrefや、他の現像装置に搭載されたTセンサからの出力電圧の目標値であるM,C,K用Vtrefのデータを格納している。Y用の現像装置50Yについては、Tセンサ56Yからの出力電圧の値とY用Vtrefを比較し、図示しないYトナーカートリッジに連結する粉体ポンプを比較結果に応じた時間だけ駆動させる。そして、これにより、Yトナーカートリッジ内のYトナーを、連結部57Yを介して現像装置50Y内に補給する。このようにして粉体ポンプの駆動が制御(トナー補給制御)されることで、現像に伴ってYトナー濃度を低下させたY現像剤に適量のYトナーが補給され、現像装置50Y内の現像剤のYトナー濃度が所定の範囲内に維持される。なお、他の現像装置についても、同様のトナー補給制御が実施される。
以上のようにして、先に図1に示した各トナー像形成部100Y,M,C,Kは、光書込ユニット110と共同して、各感光体2Y,M,C,Kにトナー像を形成する。よって、本プリンタにおいては、各トナー像形成部100Y,M,C,Kと、光書込ユニット110との組合せにより、感光体2Y,M,C,Kの無端移動する表面にトナー像を形成する可視像形成手段として機能している。
Y,M,C,Kの各色トナーは結着樹脂、着色剤及び電荷制御剤を主成分とし、外添剤を含有している。結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂等を用いることができる。着色剤(例えばイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック)としては、従来から公知のものを使用することができる。また、電荷制御剤としては、ニグロシン染料、含クロム錯体、4級アンモニウム塩などを用いることができ、これらをトナー粒子の極性によって使い分ける。外添剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子などを用いることができる。
本実施形態においては、トナーとして、直径0.05〜0.2[μm]程度のシリカ、直径0.02〜1[μm]程度の酸化チタン、直径0.2[μm]以下の酸化アルミニウム、直径1[μm]以下の酸化亜鉛、直径1[μm]以下のステアリン酸亜鉛、直径0.1〜0.8[μm]程度のステアリン酸マグネシウム、あるいは、直径0.1〜0.8[μm]程度のチタン酸ストロンチウムを含有せしめたものを使用するようにユーザーに指定している。この指定については、例えば、かかるトナーをプリンタ内や現像装置内にセットした状態でプリンタを出荷することによって行うことができる。また例えば、上述のトナーを、プリンタ本体や現像装置とともに梱包して出荷することによって行ってもよい。また例えば、上述のトナーの製品番号や商品名などを、プリンタ本体、現像装置、これらの取扱説明書などに明記することによって行ってもよい。また例えば、ユーザーに対して書面や電子データ等をもって上述のトナーや、その製品番号、商品名などを通知することによって行ってもよい。なお、トナー粒子の重量平均粒径は、4〜20[μm]程度である。
プリンタ本体の下部には、2つの給紙カセット120,130が配設されている。これら給紙カセット120,130は、転写紙Pを複数枚重ねた転写紙束の状態で収容しており、一番上の転写紙Pに給紙ローラ121,131を押し当てている。そして、所定のタイミングで給紙ローラ121,131を回転させて、転写紙Pを給紙路に送り出す。この給紙路の末端には、レジストローラ対140が配設されており、送られてきた転写紙Pを、Yトナー像形成部100Yの感光体2Y上に形成されたYトナー像に同期させ得るタイミングで、後述の転写装置150に向けて送り出す。
図3は、転写装置150の要部構成を示す拡大構成図である。同図において、転写装置150は、紙搬送ベルト151と、複数の張架ローラとを有するベルト装置を有している。このベルト装置に搭載された張架ローラとは、具体的には、入口ローラ152、分離ローラ153、駆動ローラ154、テンションローラ155、下部ローラ156の5つである。転写装置150は、かかる構成のベルト装置の他、静電吸着ローラ157、4つの転写バイアスローラ158Y,M,C,K、4つの搬送支持ローラ159Y,M,C,K、ベルトクリーニング装置160、押圧ローラ161等を有している。また、入口ブラケット162、揺動ブラケット163、出口ブラケット164、カム165等も有している。
紙搬送ベルト151は、体積抵抗率が1010〜1012[Ωcm]、表面抵抗率が1012〜1014[Ω/□]にそれぞれ調整された高抵抗の無端状単層ベルトであり、その材料にはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)が用いられている。そして、複数の張架ローラに張架されながら、図示しない駆動手段によって図中反時計回りに回転駆動される駆動ローラ154により、図中反時計回りに無端移動せしめられる。なお、紙搬送ベルト151の材料として、ポリフッ化ビニリデンに代えて、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等を用いることも可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成して、多層構造のベルトとしてもよい。
入口ローラ152、転写バイアスローラ158Y〜K、搬送支持ローラ159Y〜K、分離ローラ153、駆動ローラ154、テンションローラ155、下部ローラ156は、何れも紙搬送ベルト151の裏面に接触している。これらローラのうち、図中最も右側に配設された入口ローラ152は、その近傍に配設された静電吸着ローラ157との間に紙搬送ベルト151を挟み込むようになっている。この静電吸着ローラ157は、図示しない電源から印加される静電吸着バイアスによってベルトおもて面に電荷を付与することで、後述のレジストローラ対(140)から送り出されてくる転写紙Pを静電吸着させるようにする。
4つの転写バイアスローラ158Y,M,C,Kは、金属製の芯金にゴム等の弾性体が被覆されたローラであり、それぞれ、感光体2Y,M,C,Kに向けて押圧されて、紙搬送ベルト151を挟み込むようになっている。この押圧により、感光体2Y,M,C,Kと紙搬送ベルト151とがベルト移動方向において所定の長さで接触するY,M,C,K用の4つの1次転写ニップが形成されている。また、転写バイアスローラ158Y,M,C,Kの芯金には、それぞれ転写バイアス電源によって定電流制御される転写バイアスが印加されている。これにより、転写バイアスローラ158Y,M,C,Kを介して紙搬送ベルト151の裏面に転写電荷が付与され、各1次転写ニップにおいて紙搬送ベルト151と感光体2Y,M,C,Kとの間に転写電界が形成される。なお、本プリンタにおいては、転写手段として転写バイアスローラ158Y,M,C,Kを設けているが、ローラに代えて、ブラシやブレード等のものを用いてもよい。また、転写チャージャなどを用いてもよい。
4つの転写バイアスローラ158Y,M,C,Kのうち、Y,M,C用の3つは、それぞれ、図示しない軸受け部材を介して揺動ブラケット163に支持されている。この揺動ブラケット163は、紙搬送ベルト151のループ内側に配設され、回動軸162aを中心に揺動可能に構成されている。4つの搬送支持ローラ159Y,M,C,Kのうち、Y,M,C用の3つも、この揺動ブラケット163に支持されている。揺動ブラケット163の図中下方には、図示しない駆動手段によって回転軸165aを中心に回転駆動されるカム165が配設されている。これがそのカム面を揺動ブラケット163に突き当てる位置で回転停止されると、揺動ブラケット163が回動軸163aを中心に図中反時計回りに揺動せしめられる。そして、Y,M,C用の転写バイアスローラ158Y,M,Cが、紙搬送ベルト151を介して感光体2Y,M,Cに当接して、Y,M,C用の1次転写ニップが形成される。これに対し、カム165がそのカム面を揺動ブラケット163に突き当てない位置で回転停止されると、揺動ブラケット163が回動軸163aを中心に図中時計回りに揺動せしめられる。そして、Y,M,C用の転写バイアスローラ158Y,M,Cが、紙搬送ベルト151を感光体2Y,M,Cに押し当てない位置まで移動して、Y,M,C用の1次転写ニップが形成されなくなる。このように、転写装置150は、揺動ブラケット163の揺動によって紙搬送ベルト151を感光体2Y,M,Cに当接させてY,M,C用の1次転写ニップを形成したり、紙搬送ベルト151を感光体2Y,M,Cから離間させたりする。
入口ローラ152、静電吸着ローラ157及び下部ローラ156は、それぞれ図示しない軸受け部材を介して、入口ブラケット162に支持されている。この入口ブラケット162は、紙搬送ベルト151のループ内側に配設され、下部ローラ156の軸を中心にして揺動可能に構成されている。
揺動ブラケット163は、その図中左端付近にガイド穴163bを有しており、これの内部に入口ブラケット162から延びるピン162aを遊動可能に位置させている。そして、上述のカム165の回転によって図中反時計回りに揺動すると、ガイド穴162b内のピン162aを押し上げる。すると、入口ブラケット151が、揺動ブラケット163の揺動にリンクして、下部ローラ156の軸を中心にして図中反時計回りに揺動せしめられて、入口ローラ152、静電吸着ローラ157及び下部ローラ156を押し上げる。また、揺動ブラケット163が図中時計回りに揺動せしめられると、入口ブラケット151がそれにリンクして図中時計回りに揺動して、入口ローラ152、静電吸着ローラ157及び下部ローラ156を下方に移動させる。このような揺動ブラケット163の揺動に伴う入口ローラ61、静電吸着ローラ157及び下部ローラ156の移動により、紙搬送ベルト151による紙搬送面が一直線状に維持される。
転写手段たる転写装置150は、転写紙Pに黒単色のトナー像を転写する場合には、揺動ブラケット163を図中時計回りに揺動させて、紙搬送ベルト151をY,M,C用の感光体2Y,M,Cから離間させる。黒単色のトナー像を転写する場合には、Y,M,C用の1次転写ニップでのトナー像転写が行われないので、それらの1次転写ニップを形成しないで黒色単色のトナー像の転写を行うのである。これにより、紙搬送ベルト151やこれの駆動系に余計な負荷をかけることなく、黒単色のトナー像を転写することができる。
4つの転写バイアスローラ158Y,M,C,Kのうち、K用の転写バイアスローラ158Kは、図示しない軸受け部材を介して出口ブラケット164に支持されている。この出口ブラケット164は、紙搬送ベルト151のループ内側に配設され、出口ローラ165の軸を中心に揺動可能に構成されている。4つの搬送支持ローラ159Y,M,C,Kのうち、K用の搬送支持ローラ159Kも、この出口ブラケット164に支持されている。K用の転写バイアスローラ158Kは、出口ブラケット164の図中時計回りの揺動により、紙搬送ベルト151をK用の感光体2Kに押し当てない位置に移動する。この状態で上述の揺動ブラケット163が図中時計回りに揺動すると、紙搬送ベルト151が全ての感光体2Y,M,C,Kから離間する。転写装置150は、このように紙搬送ベルト151を全ての感光体から離間させた状態で、プリンタ本体に対して着脱されるようになっている。
転写装置150は、後述のフルカラー画像を転写紙Pに転写する場合には、紙搬送ベルト151を全ての感光体2Y,M,C,Kに接触させて、Y,M,C,K用の1次転写ニップを形成する。後述のレジストローラ対(140)から送り出された転写紙Pは、上述の静電吸着ローラ157と紙搬送ベルト151との間に挟まれる。そして、紙搬送ベルト151のおもて面に吸着されながら、Y,M,C,K用の1次転写ニップを順次通過していく。これにより、各感光体2Y,M,C,K上のY,M,C,Kトナー像が、それぞれ1次転写ニップで転写紙Pに重ね合わされ、上記転写電界やニップ圧の作用を受けて転写紙P上に重ね合わせて転写される。この重ね合わせの転写により、転写紙P上にはフルカラー画像が形成される。
フルカラー画像が形成された転写紙Pは、紙搬送ベルト151の無端移動に伴って、分離ローラ153によるベルト張架位置にさしかかる。このベルト張架位置では、分離ローラ153が紙搬送ベルト151の無端移動方向をほぼ反転させるような急激な巻き付け角で紙搬送ベルト151を巻き付けている。紙搬送ベルト151上に吸着している転写紙Pは、このような急激なベルトの移動方向の変化に追従することができず、紙搬送ベルト151から分離される。そして、図示しない定着装置に受け渡される。
テンションローラ155は、スプリングによって紙搬送ベルト151に向けて付勢されることで、紙搬送ベルト151に対して所定のテンションを付与している。このテンションローラ155と、駆動ローラ154との間におけるベルト展張箇所のおもて面には、押圧ローラ161が押し当てられている。この押し当てにより、紙搬送ベルト151がループ内側に向けて湾曲している。紙搬送ベルト151がこのように大きく湾曲することにより、駆動ローラ154に対する紙搬送ベルト151の巻き付き箇所がより大きく確保されている。そして、この巻き付き箇所のおもて面には、ベルトクリーニング装置160が当接している。分離ローラ153による張架位置で転写紙Pを定着装置に受け渡した紙搬送ベルト151のおもて面には、各感光体2Y,M,C,Kから転移してしまった汚れトナーが付着している。ベルトクリーニング装置160は、この汚れトナーを紙搬送ベルト151から除去するためのものである。
先に示した図1において、定着装置170は、加圧ローラ171、定着ベルト172、加熱ローラ173、駆動ローラ174等を有している。定着ベルト172は、加熱ローラ172と駆動ローラ174とによって張架されながら、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられる駆動ローラ174によって図中時計回りに無端移動せしめられる。加熱手段たる加熱ローラ172は、ハロゲンランプ等の熱源を内包しており、これによって定着ベルト172を裏面から加熱する。一方、当接ローラたる加圧ローラ171は、無端移動せしめられる定着ベルト172に接触しながら、接触部で表面をベルトと同様に移動させるように回転して定着ニップを形成している。転写装置150の紙搬送ベルト151から定着装置170に受け渡された転写紙Pは、その像転写面を定着ベルト172に接触させる姿勢で、定着ニップに挟まれる。そして、加熱や加圧によって像転写面にフルカラー画像が定着せしめられながら、定着装置170を通過する。
定着装置170を通過した転写紙Pは、搬送ローラ対や反転ガイド板などを経由した後、更に搬送ローラ対を経て、プリンタ筺体の上面に設けられたスタック部180に向けて排出される。
先に示した図2において、プロセスユニット1Yは、感光体2Y、除電クリーニング装置10Y、及び帯電装置20Yが1つのユニットとしてプリンタ本体に対して着脱可能となるように、共通の支持体に支持されたものである。これまで、4つのトナー像形成部100Y,M,C,Kのうち、Y用のトナー像形成部100Yについて説明してきたが、他色のトナー像形成部100M,C,Kも同様の構成になっているので説明を省略する。
次に、本プリンタの特徴的な構成について説明する。
図4は、Y用のプロセスユニット1Yを示す拡大構成図である。同図において、帯電装置20Yは、回動軸30Yを中心にして回動自在に支持されており、上端部がコイルバネ33Yによって引っ張られることにより、回動軸30Yを中心にして図中反時計回り方向に回転する力が加えられている。
帯電装置20Yの上方には、図示しない駆動手段によって回動軸31Yを中心にして回動駆動せしめられる偏心カム32Yが配設されている。偏心カム32Yの回動が図示のようにカム面を帯電装置20Yの上端に突き当てる位置で停止すると、そのカム面の突き当てによって帯電装置20Yがコイルバネ33Yの引っ張り力に打ち勝って、回動軸30Yを中心にして図中時計回りに回転せしめられる。そして、帯電ローラ21Yを感光体2Yに当接させる位置で、その回転が停止される。
また、偏心カム32Yの回動が図5に示されるように非カム面を帯電装置20Yの上端に突き当てる位置で停止すると、帯電装置20Yがコイルバネ33Yの引っ張りにより、回動軸30Yを中心にして図中反時計回りに回転せしめられる。そして、帯電ローラ21Yを感光体2Yから離間させる位置で、その回転が停止される。なお、帯電装置20Yが回動すれば、それに追従して、帯電ローラ21Yのみならず、帯電装置20Y内のクリーニング体25Yも移動することになる。
このように、本プリンタのプロセスユニット1Yは、帯電ローラ21Yをクリーニング体25Yとともに移動させて帯電ローラ21Yを感光体2Yに対して接離させる接離手段を有している。この接離手段は、回動軸30Y、回動軸31Y、偏心カム32Y、コイルバネ33Y、偏心カム32Yの回動駆動手段などから構成されている。
帯電ローラ21Yのローラ部には、上述したように導電弾性層が設けられており、ローラ部がその周面の一部を感光体2Yに当接させた状態で長期間放置されると、その当接部が圧力によって永久変形してしまう。そうすると、その箇所における感光体2Yとの接触圧が低下したり良好に接触しなくなったりして、帯電ローラ21Yが良好な帯電性能を発揮できなくなる。そこで、本プリンタにおいては、作像動作を停止している待機中には、帯電装置20Yの回動によって帯電ローラ21Yを感光体2Yから離間させるようになっている。これにより、帯電ローラ21Yの永久変形による帯電性能の低下を回避することができる。なお、帯電ローラ21Yを感光体2Yに当接させているときには、帯電ローラ21Yの両端の軸部材をそれぞれ13〜73[N/m]の力で感光体2Yに向けて付勢しているが、後述する実験の際には、その力を27[N]に設定した。なお、帯電ローラ21Yの軸線方向の長さは0.22[m]である。
帯電装置20Yのクリーニング体25Yは、プロセスユニット1Yのケーシングに片持ち支持される可撓性の板状部材たるブレード体26Y、これの自由端側に両面テープなどによって固定された不織布27Yなどから構成されている。この不織布27Yがクリーニング体25Yにおける帯電ローラ21Yとの接触面になっている。不織布27Yとしては、クラリーノという商品名で市場に出回っているもの(クラレ社製7600−10−0000及び0279L45−7000)を用いることができる。この他、エクセーヌ(東レ社製)という商品名のもの、GLORE(三菱レーヨン社製)という商品名のもの、QE(旭化成社製)という商品名のものなどでもよい。
ブレード体26Yとしては、適度な可撓性を発揮するものであれば、金属製のものでも、樹脂製のものでもよい。厚みとしては、30〜300[μm]程度のものが好適である。
不織布27Yと帯電ローラ21Yとの接触圧力については、接触部の長手方向の全域において、909[N/m2]このようにクリーニング体25Yにおける帯電ローラ21Yとの接触面を不織布27Yとすることで、トナー粒子だけでなく、シリカ等の外添剤微粒子をも帯電ローラ21Y表面から良好にクリーニングすることが可能になる。これは、外添剤微粒子を不織布27Yの繊維内に捕捉することができるからである。
但し、不織布27Yの表面性(凹凸)によっては、外添剤に対するクリーニング性能を長期間安定して維持することができなくなることがあった。そこで、本発明者は、図1に示したプリンタと同じ構成の試験機を用意し、K用のプロセスユニット1Kにセットする不織布を様々な表面性のものに取り替えながら、モノクロ画像を出力して、経時における外添剤の帯電ローラへの蓄積状態(汚れ具合)を調査する実験を行った。
[実験1]
実験1については次に列記する条件のもので行った。
・不織布と帯電ローラとのローラ回転方向における接触長さ:3[mm]
・クリーニング体のブレード体:厚み50[μm]のPET(ポリエチレンテレフタレート)板
・帯電バイアス:−1100V±200VのDCバイアス
・トナー:外添剤として、チタン酸ストロンチウム及びシリカを含有しているもの
・帯電ローラの芯金の直径:φ6[mm]
・帯電ローラの導電弾性層の厚み:2[mm]
・帯電ローラの中央部と両端部との径差:50[μm]。
・帯電ローラのローラ部の電気抵抗:106[Ω・cm]
不織布の表面性(凹凸状態)については、プリンタにセットする前の不織布を試験機と同様の条件(圧力等)でガラス板に当接させ、ガラス板の裏側からレーザー変位計(KEYENCE社製 VK−9510)によって測定した。このレーザー変位計における測定パラメータについては次のように設定した。
・焦点深度=500[μm]
・倍率=10倍
・ピッチ=5[μm]
・測定モード=カラーピーク
帯電ローラの表面の汚れ具合については、帯電ローラの表面において、外添剤の蓄積による幅0.1[mm]程度の白スジが視認される状態を「汚れ有り」として評価した。また、かかる白スジが視認されない状態を「汚れ無し」として評価した。なお、白スジについては1本でも視認されれば「汚れ有り」と判断したが、1本だけの場合には例外なくイレギュラーであった。ここで言うイレギュラーとは、帯電ローラと不織布との間に異物が進入したことにより不織布が帯電ローラに均一に接触しなくなることである。また、白スジは汚れの進行とともに変化する。汚れがごく僅かである場合には全体的にうっすらと白くなり、汚れが進行するにつれて、100〜200μmピッチの白スジ、それぞれの白スジの太りという具合に白スジの状態が変化していく。
なお、「汚れ有り」の状態の帯電ローラ表面(無垢の状態では黒色)における明度(L*:Lab表示系の明度)を色彩色差計(MINOLTA製CR−241)で測定したところ(測定計=φ0.8)、35であった。そして、明度が35を超えると、感光体の帯電不良による画質の劣化が急激に発生し始めた。
不織布については、互いに表面性の異なる5種類のものを用いた。それぞれの表面性は、50、100、150、200、250[μm]である。それぞれの不織布について、テスト画像を1、5、10、20[千枚]出力したときに帯電ローラを試験機から取り外して、その汚れ具合を測定した。なお、テスト画像としては、A4サイズ紙に対し、画像面積率5%、トナー付着量5[g/m2]となる画像を採用した。
表1において、クリーニング体の個数が2個である実験においては、それぞれのクリーニング体の不織布を3[mm]の当接幅(回転方向の接触長さ)で当接させた。
表1に示すように、不織布の表面性が150[μm]以上であると、テスト画像を5000枚出力すると、帯電ローラの表面に外添剤の蓄積による汚れが視認されることがわかる。これは、5000枚出力した以降には画質劣化を引き起こすことを意味している。1000枚出力の時点では何れの不織布でも帯電ローラ表面に汚れが認められないが、これは1000枚程度の出力では、帯電ローラ表面まで到達する外添剤の累積量がそれほど多くなっていないためである。参考までに、不織布を設けずにブレード体だけでクリーニング体を構成した場合でも、200枚までの出力では帯電ローラ表面に汚れが認められなかった。
一方、不織布の表面性が100[μm]以下であると、20000枚の出力を行った後でも、帯電ローラ表面に汚れが認められなかった。表面性が150[μm]以上のときには5000枚の出力で汚れが認められたことに鑑みれば、クリーニング性能の持続性が急激に高まっていることになる。
そこで、本プリンタにおいては、不織布として、表面性が100[μm]以下であるものを、4つの帯電装置21Y,M,C,Kのそれぞれに用いている。
なお、上述した特許文献1に記載の帯電装置は、帯電ローラとの接触面を不織布としない無垢のブレードであって、且つ表面粗さが100[μm]以下であるものをクリーニング体として用いている。しかしながら、表面粗さが100[μm]以下であっても、帯電ローラとの接触面が不織布でないため、外添剤を良好にクリーニングすることはできない。このようなクリーニング体では、テスト画像を200枚程度出力した段階で帯電ローラの表面に汚れが発生することは既に述べた通りである。
[実験2]
次に、本発明者は、不織布と帯電ローラとの接触幅(回転方向における接触長さ)を様々な値に変更しながら、実験1と同様にしてクリーニング性能の持続性について調査する実験(実験2)を行った。その結果を次の表2に示す。
表2に示すように、接触幅が7[mm]以上になり始めた時点で、クリーニング性能の持続性が急激に向上し始めることがわかる。そこで、本プリンタにおいては、接触幅を7[mm]以上に設定している
接触幅については、1つのクリーニング体で7[mm]以上を確保するようにしてもよいが、表2に示すように、複数のクリーニング体における接触幅の累計で7[mm]以上を確保しても同様の効果が得られることがわかる。帯電部材として、本プリンタのように帯電ローラを用いる場合には、その表面の曲率の大きさに起因して、大きな接触幅を確保することが難しくなるが、クリーニング体を複数設ければ、帯電装置のレイアウトを大きく変更することなく、比較的容易に7[mm]以上という条件を具備させることが可能になる。
上述した実験1や実験2においては、クリーニング体(25)として、片持ち支持されるブレード体(26)と、これの自由端側に固定されて感光体との接触面となる不織布(27)とを備えるものを用いたが、他の形式のものを用いてもよい。但し、帯電ローラ(21)に当接させているクリーニング体の不織布(27)を、帯電ローラ(21)の挙動に応じて過剰な当接圧力がかからないようにローラ表面から逃げる方向に移動させる構成のものを用いる必要がある。そうしないと、帯電ローラ(21)が微妙に偏心している場合に、その最大径の箇所が不織布(27)との接触位置にさしかかった際に、当接圧力が過剰になりすぎて、帯電ローラ(21)を回転させることができなくなるおそれがあるからである。また、帯電ローラ(21)を回転駆動させている場合には、その駆動系に過剰な負荷をかけてしまうおそれもある。
不織布(27)を耐電ローラ(21)の挙動に応じてローラ表面から逃げる方向に移動させる構成としては、ブレード体を用いる構成の他、不織布(27)と、これを支持する剛体との間にスポンジやバネ等の弾性部材を介在させる構成が挙げられる。図6は、かかる構成を採用したY用のプロセスユニット1Yの一例を示す拡大構成図である。同図において、帯電装置20Yのクリーニング体25Yは、剛体たる強化樹脂製のプロセスユニット1Yのケーシングに固定された弾性部材28Yと、これの表面に固定された不織布27Yとを有しており、不織布27Yを帯電ローラ21Yに接触させている。
本発明者は、同図に示したクリーニング体26Yと同様のものをK用のプロセスユニット1Kに採用して、上述した実験1、実験2と同様の実験を行った。すると、先に示し表1や表2とほぼ同等の結果が得られた。なお、クリーニング体の弾性部材としては、イノアック社製から市販されているスーパーシールという商品名のモルトプレーンを、5[mm]厚から0.5[mm]に圧縮して用いた。
クリーニング体25に弾性部材28を用いる場合、弾性部材28の表面に図7に示すような半円柱状の溝を設け、この溝の表面に沿わせるように不織布27を湾曲させて弾性部材28に固定してもよい。こうすることで、図8に示すように、不織布27の表面に帯電ローラ21の曲率に沿って湾曲させて、両者を幅広く接触させることができる。
図9は、クリーニング体25Yを2つ設けたY用のプロセスユニット1Yの一例を示す拡大構成図である。この例では、クリーニング体25Yとして、ブレード方式のものと、弾性部材方式のものとを設けている。
これまで、帯電装置として、帯電ローラを感光体に接触させる方式のものを例にして説明してきたが、微妙ギャップを介して帯電ローラ等の帯電部材を感光体等の被帯電体に対向させた帯電装置にも本発明の適用が可能である。この場合、帯電ローラの軸部材に突き当てコロを設け、これを感光体に突き当てることで、帯電ローラと感光体との間に微小ギャップを形成すればよい。また、図10に示すように、帯電ローラ21の表面におけるローラ軸線方向の両端部に、絶縁性部材からなる突出部を周方向の全域に設け、この突出部を感光体2の表面に突き当てて微小ギャップを形成してもよい。なお、帯電ローラ21を感光体2に対して非接触にする場合、接触させる場合に比べて大きな帯電バイアスを必要とする。例えば、接触型−1100[V]の帯電バイアスを必要とする婆、非接触型では−3000[V]程度が必要になる。
また、これまで、帯電バイアスとしてDCバイアスを印加した例について説明したが、ACバイアスや、AC/DC重畳バイアスを用いてもよい。AC/DC重畳バイアスの場合には、例えばAC:1〜2.5kV、DC:−100〜−600Vを用いればよい。
以上、実施形態のプリンタにおいては、帯電部材たる帯電ローラの回転方向(表面移動方向)における帯電ローラとクリーニング体との接触長さを7[mm]以上にしているので、上述した理由により、外添剤のクリーニング性能の持続性をより向上させることができる。
また、帯電部材として、ローラ状の帯電ローラを用いるとともに、クリーニング体を複数設けてそれぞれを帯電ローラに接触させているので、上述した理由により、帯電ベルトを用いる場合に比べて帯電装置の小型化を図りつつ、帯電装置のレイアウトを大きく変更することなく、7[mm]以上という帯電ローラとクリーニング体との接触長さの条件を容易に満足することができる。
また、帯電ローラをクリーニング体とともに移動させて帯電ローラを感光体に対して接離させる接離手段を設けているので、上述した理由により、帯電ローラを感光体に当接させたまま長期間放置して永久変形させることによる帯電性能の低下を回避することができる。
また、クリーニング体として、片持ち支持される可撓性の板状部材たるブレード体の表面における少なくとも自由端側に被覆された不織布を帯電ローラに接触させるものを用いているので、上述した理由により、帯電ローラを確実に従動回転させることができる。また、帯電ローラを回転駆動させる場合には、帯電ローラの偏心に起因して帯電ローラを回転駆動させることができなくなったり、駆動手段に過剰な負荷をかけてしまったりといった事態を抑えることができる。なお、上述したように、片持ち支持のブレード方式に代えて、次のような方式を採用しても、同様の効果を得ることができる。即ち、剛体との間に弾性部材を介在させた不織布を帯電ローラに接触させる方式である。