JP4789517B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
ここで、かかる帯電手段としては、感光体表面に対して帯電ブラシ等の導電性部材を接触させる接触帯電方式と、コロナ帯電器を用いて、感光体表面をコロナ帯電させる非接触帯電方式と、が知られている。
これら2つの帯電方式は、それぞれ目的に合わせて用いられているが、非接触帯電方式においては、使用するコロナ帯電器が高価かつ大型であるとともに、コロナ生成物としてオゾン等の有害物質が生成されることなどから、近年では接触帯電式がより多く実用化されている。
しかしながら、この接触帯電式を採用した場合には、導電性部材が感光体表面と直接接触することから、導電性部材が摩耗したり、感光体上に残留したトナー粒子で汚染されたりするため、安定的な帯電を維持することが困難である場合があった。
より具体的には、図8に示すように、感光体ドラム201と、この感光体ドラム201の表面に対して圧接してある接触導電性部材としての帯電ローラ202と、からなる接触帯電装置200において、帯電ローラ202を、導電性芯金202bと、この導電性芯金202bの外周に形成したスポンジ肉質の導電性帯電層202aと、から構成するとともに、この導電性帯電層202aの内部に、気泡としてのスポンジセル202cを備えることを特徴とする接触帯電装置が提案され、感光体表面電位の安定化や均一な帯電処理が実現されている。(例えば特許文献1参照)
その結果、この交流電圧により帯電装置近傍に振動電界が発生し、感光体及び帯電部材が振動することで、いわゆる帯電音が発生していた。この帯電音は、帯電部材として導電性スポンジを用いることで低減されてはいるものの、振動電界の強度を所定値以上としていることから、十分に取り除くことができない場合があった。
一方、感光体として単層型感光体を用いた場合には、所望の帯電特性を維持できるピーク間電圧の範囲が、所定範囲内に限定される場合があった。また、この傾向は、感光体と帯電ローラとのニップ幅が狭くなるほど顕著になることから、例えば、帯電部材を円筒形状としたような場合には、ピーク間電圧を設定範囲内に維持できずに、所望の帯電特性が十分得られない場合があった。
また、このようにニップ幅が短くなる場合には、感光体表面への押圧力が一箇所に集中して、帯電部材が過剰に摩耗してしまうという問題も見られた。
すなわち、本発明は、低い帯電印加電圧で、単層型電子写真感光体を安定的に帯電させることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
導電性部材が、導電性ゴム又は導電性スポンジであって、当該導電性部材は、発泡処理が施されているとともに、発泡処理の際に形成される空孔セル径が30〜150μmの範囲内の値であることを特徴とする画像形成装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
すなわち、本発明の画像形成装置によれば、所定形状を有している導電性部材を、単層型電子写真感光体の表面に対して圧接させることで、導電性部材への印加電圧を低く設定した場合であっても、帯電音の発生を抑え、かつ導電性部材の摩耗を防止しながら、感光体表面の表面特性を安定化させることができる。
また、このように構成することにより、導電性部材が、導電性と弾力性とを同時に得ることができるようになるため、感光体の帯電特性を安定化させるとともに、感光体と導電性部材とのニップ幅を一定に保つことができる。
このように構成することにより、所望の帯電特性を得るための帯電印加電圧を、より広範囲で規定することができる。
このように構成することにより、所望の帯電特性が得られるとともに、重畳電圧により発生する帯電音を低減させることができる。
このように構成することにより、感光体と導電性部材とのニップ幅を所定範囲内とすることができるようになり、感光体の帯電特性を安定化させることができる。
(1)基本構成
図1に、本発明における画像形成装置の基本構成を示す。かかる画像形成装置10は、ドラム型の単層型電子写真感光体(以下、感光体と称する場合がある。)11を備えており、この感光体11の周囲には、矢印Aで示す回転方向に沿って、帯電手段12と、感光体表面に潜像を形成するための露光手段13と、この感光体表面に対してトナーを付着させて潜像現像する現像手段14と、このトナーを記録紙20上に転写するための転写手段15と、記録紙を感光体表面から分離するための分離手段16と、感光体表面上の残留トナーを除去するクリーニング装置17と、感光体表面の残留電位を除去するための除電器18と、が順次配設されている。
また、帯電手段12には、帯電印加電圧を印加するための電源23が接続されている。この電源23は、直流電圧電源23aと交流電圧電源23bとから構成され、これらを同時に動作させることで、重畳電圧を形成することができる。
また、この電源23の他端は、感光体11の感光層11aに対して接続されている。すなわち帯電印加電圧とは、導電性部材と感光体表面との間に印加される電圧を意味している。
また、帯電手段12は、後述のように、所定の材料を用いることを特徴とする。
(2)−1 基本的構成
次いで、感光体を帯電させるための帯電手段について説明する。図2に示すように、帯電手段12は、感光体11の外表面に沿って追従する平板状部材あるいは湾曲状部材であるとともに、感光体11の表面に対して圧接された導電性部材12aを備えている。
また、この導電性部材12aの上面には金属板12bが設けられている。この金属板12bは、弾力性をもつ導電性部材12aの形状を所定形状に維持させるとともに、電源23と接続されることで、電極としての役割を果たす。
また、この導電性部材12aを帯電させるために、電源23を用いて導電性部材12aと感光層11aとの間に、帯電させるための印加電圧としての帯電印加電圧を印加する。
この帯電印加電圧は、直流電圧と、単層型電子写真感光体と導電性部材との間の放電開始電圧の2倍以下のピーク間電圧をもつ交流電圧と、を重畳させた重畳電圧とすることが好ましい。
ここで、図3に、感光体として単層型電子写真感光体を用いるとともに、帯電印加電圧として、目標表面電位に相当する直流電圧と、所定のピーク間電圧をもつ交流電圧と、を重畳させた重畳電圧を用いた場合の、感光体表面の帯電特性を示す。
かかる特性図は、横軸に、ピーク間電圧(Vpp)の放電開始電圧(Vth)に対する比率(Vpp/Vth)を示してあり、縦軸に感光体表面の表面帯電電位(Vo)を採って示してある。
この特性図から理解できるように、単層型電子写真感光体の場合には、比率(Vpp/Vth)を小さくした場合であっても、表面帯電電位が高電位で安定する傾向にある。
このとき、安定的な帯電特性を得るために、かかる比率(Vpp/Vth)を2以下とすることが好ましく、1.5以上かつ2以下とすることがより好ましいことが理解できる。
ここで、図4に、感光体として単層型電子写真感光体を用いた場合において、ニップ幅を、5mm、10mm、15mmとした場合のそれぞれについて、感光体表面の帯電特性を示す。
かかる特性図は、横軸に、ピーク間電圧(Vpp)の放電開始電圧(Vth)に対する比率(Vpp/Vth)を示してあり、縦軸に感光体表面の表面帯電電位(Vo)を採って示してある。
この特性図から理解できるように、ニップ幅5mmの場合には、比率(Vpp/Vth)が2以下の範囲において、比率(Vpp/Vth)が小さくなるほど、感光体の表面帯電電位が低下する傾向にある。
その一方で、ニップ幅が10mm及び15mmの場合には、比率(Vpp/Vth)が小さくなった場合であっても、目標帯電電位を維持することができる。すなわち、ニップ幅を長くするほど、低い帯電印加電圧で、安定的な帯電特性を得ることができる。
このとき、安定的な帯電特性を得るために、かかる比率(Vpp/Vth)を2以下とすることが好ましく、1.5以上かつ2以下とすることがより好ましいことが理解できる。
次いで、上述した放電開始電圧を説明するために、図5(a)〜(b)に、感光体と導電性部材との接触界面をモデル化した図を示す。
図5(a)は、図2(b)に示す感光体11と導電性部材12aとの接触界面(B)において、間隙30が形成されている箇所をモデル化した図である。
図5(a)から理解できるように、接触界面(B)は、感光層11aと、間隙30と、導電性部材12aと、の積層構造であって、感光層11aと間隙30とが所定の電気容量をもったコンデンサと近似することができる。
より具体的には、図5(b)に示すように、間隙30を、比誘電率1、厚さ(d1)、電気容量(C1)のコンデンサ30´とし、感光層11aを、比誘電率3、厚さ(d2)、電気容量(C2)のコンデンサ11a´とした等価回路50に置き換えることができる。
すなわち、かかる等価回路50において、電気容量(C1)と、電気容量(C2)と、印加電圧(V)を印加した時の間隙30にかかる電圧(V1)と、が下記式(1)〜(3)で与えられる。なお、このモデルにおいては、感光層及び帯電部材が持つ抵抗は無視する。
V1=(C2/(C1+C2))×V (1)
C1=(3×ε0)/d1 (2)
C2=(ε0)/d2 (3)
Vb=312+6.2d (4)
すなわち、V1≧Vbを満たすような印加電圧(V)を与えたときに、間隙30において放電が開始することになる。つまり、そのときの印加電圧を放電開始電圧(Vth)と定義することができる。
ここで、図6に、上記関係式から求められる放電開始電圧(Vth)と、間隙30の幅(d1)と、の関係を示す。また、図7に、上記関係式から求められる放電開始電圧(Vth)と、感光層厚(d2)と、の関係を示す。
これらの特性図から理解できるように、間隙幅(d1)が狭くなるほど、放電開始電圧(Vth)は低くなることが分かる。すなわち、例えば、感光層厚(d2)を30(μm)とした場合、そのときの放電開始電圧は652(V)、間隙幅(d1)は22(μm)となることが分かる。
また、導電性部材12aに用いられる材料としては、導電性ゴム又は導電性スポンジであることを特徴とする。
より具体的には、エピクロルヒドリンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(NBR)等の半導電性を有する極性ゴム(イオン導電系ゴム)や、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム等にイオン導電剤を添加して半導電性を付与したイオン導電系ゴム等を用いる事ができる。このとき、体積固有抵抗としては、1×103〜1×1010Ω・cmの範囲内の値とすることが好ましい。
また、この導電性材料は、その成形過程において発泡処理が施されているとともに、その際に形成される空孔セル径が所定範囲内に調整してあることを特徴とする。
より具体的には、セル径が30〜150(μm)の空孔セルが形成されていることを特徴とする。この理由は、空孔セル径が150(μm)よりも大きくなると、上述したように、放電開始電圧が異常に高くなり、安定的な帯電特性が得られなくなるためである。
一方、空孔セル径が30(μm)よりも小さくなると、導電性部材と感光体との摩擦力が過度に大きくなり、導電性部材が過剰に摩耗してしまうためである。
すなわち、空孔セル径は、30〜150(μm)であることを特徴とし、60〜100(μm)であることがより好ましい。
この理由は、表面硬度が35度より小さくなると、導電性部材が過剰に変形して、安定的な帯電特性が得られなくなるためである。
一方、表面硬度が65度より大きくなると、導電性部材の形状が、感光体表面の形状に追従できなくなり、所定のニップ幅を設定することが困難になるためである。
すなわち、表面硬度は、35〜65度であることが好ましく、45〜55度であることがより好ましい。
また、接触領域において、単層型電子写真感光体の曲率半径をR1(mm)とし、導電性部材の曲率半径をR2(mm)とした場合に、(R1/R2)×100(%)で表される値を、80〜120(%)の範囲内の値とすることが好ましい。
このような範囲内の値であれば、導電性部材自身が感光体表面の形状に沿うように変形して、所定のニップ幅を確保することができる。
すなわち、(R1/R2)×100の値が80以下となる場合、もしくは、(R1/R2)×100の値が120以上となる場合には、導電性部材の変形許容範囲を超えて、図2(b)に示す接触領域(B)に間隙が形成されてしまい、実質的にニップ幅が狭くなるという問題が生じる。
図1に示す画像形成装置10の基本動作を説明する。
まず、画像形成装置10の感光体11を、矢印Aで示す方向に所定のプロセススピード(周速度)で回転させた後、その表面を帯電手段12によって所定の極性および電位に帯電させる。
次いで、露光手段13により、画像情報に応じて光変調されながら反射ミラー等を介して、感光体11の表面を露光する。この露光により、感光体11の表面に静電潜像が形成される。
また、記録材20は、レジストローラ19により、転写搬送経路21に沿って、感光体下部まで搬送される。このとき、感光体11と転写手段15との間に、所定の転写バイアスを印加することにより、記録材20上にトナー像を転写することができる。
一方、トナー像転写後の感光体11はそのまま回転を続け、転写時に記録材20に転写されなかった残留トナー(付着物)が感光体11の表面から、本発明のクリーニング装置17によって除去されるとともに、感光体11の表面に残留した電荷は除電器18からの除電光の照射によって除去され、次の画像形成に供されることになる。
従って、本発明の画像形成装置を用いることで、単層型電子写真感光体の外表面に沿って追従する平板状部材あるいは湾曲状部材である導電性部材を、単層型電子写真感光体の表面に対して圧接させることで、導電性部材へ印加する帯電印加電圧を所定値以下とした場合であっても、感光体を安定的に帯電させ、優れた画像特性を得ることができる。
1.電子写真感光体の作成
電荷発生物質としてX型無金属フタロシアニン2.7重量部と、正孔輸送剤としてスチルベンアミン化合物50重量部と、電子輸送剤としてアゾキノン系化合物35重量部と、結着樹脂としてビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂であるパンライトTS2050(帝人化成(株)製;平均分子量30000)100重量部と、テトラヒドロフラン700重量部と、を攪拌容器内に収容した後、ボールミルで50時間混合分散し、塗布液を作成した。次いで、得られた塗布液をアルミニウムドラムからなる導電性支持体上にディップコート法にて塗布した後、130℃、45分間の条件で熱風乾燥し、膜厚30μm、直径30mmの単層型電子写真感光体を得た。
また、バインダー成分としてのエピクロルヒドリンゴムと、導電材としてのカーボンブラックと、発泡剤としてのアゾジカルボンアミドと、を混錬して架橋処理及び発泡処理して得られたゴムを平板状に加工した後、感光体表面と同じ曲率半径を有する金属板に貼付することで、体積固有抵抗:1×106Ω・cm、ゴム硬度:45度、空孔セル径30〜150μmの導電性部材を得た。
(1)帯電評価
得られた感光体を、京セラミタ(株)製プリンタFS1050改造機に搭載するとともに、導電性部材を、感光体表面に対してニップ幅10mmとなるように圧接固定させた。
次いで、この感光体表面に表面電位測定器を設置した後、感光体を外周速度80(mm/sec)の周速で回転させた。更に、この感光体表面と導電性部材との間に、450(V)の直流電圧と、ピーク間電圧400〜2000(V)の交流電圧(周波数700Hz)と、を重畳させて印加した。
次いで、印加開始後、0.3秒後に測定した値を表面帯電電位(V)として測定し、下記基準に準じて評価した。得られた結果を表1に示す。
○:ピーク間電圧が放電開始電圧の2倍以下で表面帯電電位が300(V)以上である。
×:ピーク間電圧が放電開始電圧の2倍以下で表面帯電電位が300(V)未満である。
なお、実施例1の条件では、上述した計算方法により求められる放電開始電圧は約650(V)となるため、ここでの放電開始電圧の2倍とは、具体的には1300(V)となる。
また、上述の方法に従いピーク間電圧を400〜2000(V)まで変化させた際に、表面帯電電位が最大値近傍を採るときの帯電音を聴き取り、下記基準に準じて評価した。得られた結果を表1に示す。
○:帯電音は全く聴き取れない。
△:顕著な帯電音は聴き取れない。
×:耳障り音が聴き取れる。
実施例2では、ニップ幅と、電子写真感光体の直径と、をそれぞれ変更した以外は、実施例1と同様の条件で電子写真感光体及び導電性部材を作成して評価した。得られた結果を表1に示す。
比較例1では、本発明における導電性部材の代わりに、従来の帯電ローラを使用した以外は、実施例1と同様に電子写真感光体を作成して評価した。得られた結果を表2に示す。
比較例2では、本発明における導電性部材の代わりに、従来の帯電ローラを使用した以外は、実施例2と同様に電子写真感光体を作成して評価した。得られた結果を表2に示す。
また、表2に示す結果から理解されるように、比較例1〜2においては、帯電手段として従来の帯電ローラを用いるとともに、そのニップ幅を5mmとしていることから、ピーク間電圧が低い領域において帯電特性不良が見られた。
また、振動評価においても、ピーク間電圧が高い状態での評価となることから、振動電界による帯電音が発生して振動不良が見られた。
したがって、本発明の画像形成装置は、画像形成装置の高画質化、低消費電力化及び静音化等に寄与することが期待される。
Claims (4)
- 単層型電子写真感光体の周囲に、帯電手段と、現像手段と、転写手段と、が配置された画像形成装置において、
前記帯電手段としての導電性部材が、前記単層型電子写真感光体の外表面に沿って追従する平板状部材あるいは湾曲状部材であるとともに、前記単層型電子写真感光体の表面に対して圧接されており、
前記導電性部材が、導電性スポンジ又は導電性ゴムであって、当該導電性部材は、発泡処理が施されているとともに、前記発泡処理の際に形成される空孔セル径が30〜150μmの範囲内の値であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記導電性部材と、前記単層型電子写真感光体と、のニップ幅を10mm以上とすることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記導電性部材と前記単層型電子写真感光体との間に印加する帯電印加電圧が、直流電圧と、前記単層型電子写真感光体と導電性部材との間の放電開始電圧の2倍以下のピーク間電圧をもつ交流電圧と、を重畳させた重畳電圧であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
- 前記単層型電子写真感光体の曲率半径をR1(mm)とし、前記導電性部材の曲率半径をR2(mm)とした場合に、(R1/R2)×100(%)で表される値を、80〜120(%)の範囲内の値とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の画像形成装置。
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