JP5212628B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、転写後に像担持体を長期にわたって安定して帯電する、静電複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真装置からなる画像形成装置および画像形成方法の技術分野に関する。

従来、画像形成装置においては、感光体の帯電時でのオゾンの発生を抑制するとともに、放電生成生物による感光体の劣化を防止した画像形成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の画像形成装置では、転写後に感光体をブラシローラで大きく負極性に帯電させるとともに、スコロトロン帯電器で正極性のコロナ帯電を行って、感光体を所定の負帯電電位に調整している。感光体の帯電にこのような帯電方式を用いることで、オゾン等の環境汚染物質の発生を抑制するができるとともに、感光体を均一に帯電することができる。
特開平４−２７５５６９号公報。

しかしながら、転写後にクリーニング部をすり抜けたトナーや外添剤により、ブラシローラが汚れたり、温度変化等の環境によりブラシの電気抵抗が変化したりすると、ブラシローラの感光体帯電能力が低下してしまう。このため、ブラシローラによって帯電された感光体の電位も変化（低下）する。感光体の電位の変化が比較的小さい場合には、スコロトロン帯電器で感光体の電位を所定の負帯電電位に調整可能であるが、感光体の電位の変化が大きくなった場合には、スコロトロン帯電器によっても感光体の電位を所定の負帯電電位に調整することが困難になる。このため、長期にわたって感光体の帯電を安定して行うことができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、長期にわたって像担持体の帯電を安定して行うことのできる画像形成装置および画像形成方法を提供することである。

前述の課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置および画像形成方法では、第１帯電部材により像担持体を使用するトナーと同極性に大きく帯電させた後、像担持体に接触して回転可能な第２帯電部材により像担持体電位を所定の電位まで放電させ、その後第３帯電部材により像担持体電位を絶対値で小さく調整している。したがって、画像形成回数の増大や使用環境等により第１帯電部材による帯電電位が大きく変化しても、この第１帯電部材による帯電電位の変化が第３帯電部材以降の像担持体の表面電位に反映するのを防止することが可能となる。これにより、第３帯電部材以降の像担持体の表面を、帯電ムラを生じることなく画像形成動作時に設定される所定の電位に安定して帯電させることができる。このように、画像形成動作時に感光体が安定して帯電されることで、長期にわたって安定した良好な高画質を得ることができる。

また、第１帯電部材および第２帯電部材の少なくとも１つにブラシローラに用いることで、像担持体の周速が増大しても、第１帯電部材および第２帯電部材による像担持体の帯電能力をほとんど変化させないようにすることが可能となる。更に、第３帯電部材で像担持体の帯電能力に応じて帯電位を変化させる量を小さくしているので、像担持体を所定の
電位に確実に帯電することが可能となる。したがって、画像形成装置の高速化に柔軟にかつ十分に対応可能となる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明にかかる画像形成装置の実施の形態の一例を模式的にかつ部分的に示す図である。
この例の画像形成装置１においては、負帯電トナーを用いて画像形成が行われる。もちろん、正帯電トナーを用いて画像形成を行うこともできる。以下の説明では、画像形成装置１は負帯電トナーを用いるものとして説明するが、正帯電トナーを用いる場合には、以下の説明の各部材の帯電の電位を逆極性とすればよい。また、トナーは、トナー母粒子とこのトナー母粒子に外添される外添剤とを有しているが、以下の説明では、トナー母粒子を単にトナーという。

図１に示すように、この例の画像形成装置１は静電潜像およびトナー像が形成される像担持体である感光体２を備えている。この感光体２は感光体ドラムからなり、従来公知の感光体ドラムと同様に円筒状の金属素管の外周面に所定膜厚の感光層が形成されている。この感光体２における金属素管には、例えばアルミニウム等の導電性の管が用いられるとともに、感光層には、従来公知の有機感光体が使用される。

感光体２の周囲には、第１帯電器３、第２帯電器４、第３帯電器５（本発明の第３帯電部材に相当）、露光装置６、現像装置７、および転写装置８が、それぞれこれらの順に感光体２の回転方向Ａ（図１では、時計回り）に沿って配設されている。

第１帯電器３は、回転可能に設けられた第１ブラシローラ３ａ（本発明の第１帯電部材に相当）を有している。この第１ブラシローラ３ａは多数のブラシ毛３ｂを有しており、これらのブラシ毛３ｂが感光体２の表面に近接または当接して配設されている。第１ブラシローラ３ａは、感光体２の回転と順回転（感光体２とブラシ毛３ｂとの当接部で感光体２の回転の接線方向の速度の向きとブラシ毛３ｂの回転の接線方向の速度の向きとが同じ向き）または感光体２の回転と逆回転（感光体２の前述の速度の向きとブラシ毛３ｂの前述の速度の向きとが逆向き）で回転するようにされている。

第１ブラシローラ３ａは従来から用いられている公知の帯電ブラシローラを用いることができる。第１ブラシローラ３ａの一例として、ブラシ毛３ｂは、材料が６ナイロン、繊度が２２０Ｔ／９６Ｆ、密度２４０ｋｆ／ｉｎｃｈ²、原糸抵抗が７.１ＬｏｇΩ、パイル長が５ｍｍであり、また、帯電ブラシローラ３ａの感光体２の軸方向に沿う長さが３００ｍｍある。この第１ブラシローラ３ａには東英産業株式会社製のブラシローラを用いることができる。

第１ブラシローラ３ａには、比較的強い負極性（つまり、現像で使用されるトナーと同極性）の直流（ＤＣ）の第１帯電バイアスＶ₁（Ｖ）が印加される。これにより、転写工程終了後の感光体２の表面が比較的強い負電位に帯電される。また、感光体２の表面に残留する転写残りトナーと外添剤は、それらの帯電極性が正負不揃いであるが、これらの転写残りトナーおよび外添剤も、感光体２の負帯電と同時に負帯電される。このとき、転写残りトナーと外添剤は正極性に帯電されていても、それらの電位の絶対値が小さいため確実に負帯電される。

なお、第１帯電器３は、感光体２を比較的強く負帯電できる帯電器であれば、必ずしも回転しなくてもよい。すなわち、この第１帯電器３には、ブラシローラ３ａ以外に、単なる帯電ブラシデッキ、帯電ゴム、コロナ帯電器、帯電フィルム等を用いることができる。

第２帯電器４は、回転可能に設けられた第２ブラシローラ４ａ（本発明の第２帯電部材に相当）を有している。この第２ブラシローラ４ａは多数のブラシ毛４ｂを有しており、これらのブラシ毛４ｂが感光体２の表面に当接するようにして配設されている。第２ブラシローラ４ａは、感光体２の回転と順回転（感光体２とブラシ毛４ｂとの当接部で感光体２の回転の接線方向の速度の向きとブラシ毛４ｂの回転の接線方向の速度の向きとが同じ向き）または感光体２の回転と逆回転（感光体２の前述の速度の向きとブラシ毛４ｂの前述の速度の向きとが逆向き）で回転するようにされている。この第２ブラシローラ４ａにも、前述の第１ブラシローラ３ａと同様のブラシローラを用いることができる。

この第２ブラシローラ４ａには、第１帯電器３で帯電された感光体２の表面電位に対して放電開始電圧Ｖｔｈ（Ｖ）を超えかつこの感光体２の表面電位を絶対値で小さく帯電させる第２帯電バイアスＶｂｃ（Ｖ）が印加される。これにより、第２ブラシローラ４ａは、感光体２を帯電し、感光体２の表面電位は絶対値で所定量低下する。
また、この第２ブラシローラ４ａに第２帯電バイアスＶｂｃ（Ｖ）が印加されることにより、転写工程終了後に感光体２の表面に残留しかつ第１帯電器３で帯電された転写残りトナーと外添剤が静電気的に第２ブラシローラ４ａの方へ引き寄せられる。そして、引き寄せられたトナーと外添剤はブラシ毛４ｂに付着する。なお、第２帯電器４には、ブラシローラ以外にゴムローラ等を用いることができる。

また、第２帯電器４は、回転可能に設けられた回収ローラ４ｃを有している。この回収ローラ４ｃは、第２ブラシローラ４ａのブラシ毛４ｂに当接して配設されている。回収ローラ４ｃは、第２ブラシローラ４ａの回転と順回転（前述と同様の意味）で回転するようにされている。

この回収ローラ４ｃには、第２ブラシローラ４ａのブラシ毛４ａに付着するトナーを静電気的に引き寄せる回収バイアスＶｒｃ（Ｖ）が印加される。そして、回収ローラ４ｃに回収バイアスＶｒｃ（Ｖ）が印加されることで、第２ブラシローラ４ａのブラシ毛４ｂに付着するトナーおよび外添剤が静電気的に回収ローラ４ｃの方へ引き寄せられる。これにより、引き寄せられたトナーおよび外添剤は回収ローラ４ｃに付着する。回収ローラ４ｃには、従来周知慣用のクリーニングローラを用いることができる。

更に、第２帯電器４は、回収ローラ４ｃに当接するクリーニングブレード４ｄを有している。このクリーニングブレード４ｄは、回収ローラ４ｃに付着したトナーおよび外添剤を回収ローラ４ｃから掻き落として回収する。クリーニングブレード４ｄには、従来周知慣用のクリーニングブレードを用いることができる。

第３帯電器５は感光体２の表面に接触しないコロナ帯電器５ａを有している。この例のコロナ帯電器５ａには、チャージワイヤ５ｂとグリッド５ｃとを有するスコロトロン帯電器が用いられている。このスコロトロン帯電器には、従来周知慣用のスコロトロン帯電器を用いることができる。このスコロトロン帯電器のチャージワイヤ５ｂには正の直流（ＤＣ）のワイヤ帯電バイアスＶｗ（Ｖ）が印加されるとともに、グリッド５ｃには負の直流（ＤＣ）のグリッド帯電バイアスＶｇ（Ｖ）が印加される。すなわち、第３帯電器５は、第２のブラシローラ４ａ通過後の感光体２の表面電位を絶対値で小さいく帯電させるようにバイアスの印加が制御されたコロナ放電で感光体２を帯電する。これにより、感光体２の表面の電位が下げられて均され、感光体表面電位が画像形成時に設定される電位Ｖ₀（Ｖ）に設定される。
なお、第３帯電器５には、コロナ帯電器５ａ以外に、感光体２に接触するローラ帯電器等を用いることができる。

露光装置６、現像装置７、および転写装置８には、それぞれ、従来周知慣用の露光装置、現像装置、および転写装置を用いることができる。

次に、この例の画像形成装置１の動作について説明する。
画像形成装置１の画像形成動作が開始されると、感光体２が回転され、第３帯電器５によって感光体２の表面が一様にかつ画像形成時に設定される負極性電位Ｖ₀（Ｖ）（図２に図示）に帯電される（本発明の第３の帯電工程）。次いで、露光装置６によって感光体２の表面が露光されて像の書込みが行われ、感光体２上に負極性電位が低下した静電潜像が形成される（本発明の露光工程）。この感光体２上の静電潜像が現像装置７からの負帯電トナーによって現像され、感光体２上にトナー像が形成される（本発明の現像工程）。感光体２上のトナー像は、転写装置８による転写工程で紙等の転写材や中間転写媒体等の転写媒体９に転写される（本発明の転写工程）。従来の画像形成装置と同様に、転写媒体９が紙等の転写材である場合には、図示しない定着装置によって定着されて転写材に定着画像が形成される。また、転写媒体９が中間転写媒体である場合には、中間転写媒体上に転写されたトナー像が第２の転写装置（不図示）によって更に転写材に転写された後、前述と同様に定着装置によって定着されて転写材に定着画像が形成される。

転写工程終了後、図２に示すように感光体２は図示しない除電器によって除電され、感光体２の表面電位はきわめて小さいＶ₀′（Ｖ）となる。そして、第１帯電器３の比較的強いバイアスＶ₁（Ｖ）によって、感光体２の表面が現像で使用されるトナーと同じ負極性電位（Ｖ₁からＶｔｈを除いた電位）（Ｖ）にほぼ帯電されると同時に、感光体２上の転写残りトナーと外添剤とが負極性に帯電される（本発明の第１の帯電工程）。このとき、転写残りトナーおよび外添剤の極性は正負不揃いとなっているが、いずれも負帯電される。

次いで、第２ブラシローラ４ａに前述の第２帯電バイアスＶｂｃ（Ｖ）が印加されることで、第１の帯電工程で帯電された感光体２が帯電される（本発明の第２の帯電工程）。これにより、感光体２の表面電位が絶対値で所定量低下して、ほぼ（ＶｂｃからＶｔｈを除いた電位）（Ｖ）となる。また、第１帯電器３で帯電された転写残りトナーと強帯電外添剤とが、静電気的に第２ブラシローラ４ａの方へ引き寄せられる。そして、引き寄せられたトナーと外添剤はブラシ毛４ｂに付着する。ブラシ毛４ｂに付着したトナーと外添剤は、トナーと逆の正の電界となる回収バイアスＶｒｃ（Ｖ）が印加された回収ローラ４ｃに静電気的に引き寄せられて付着する。更に、回収ローラ４ｃに付着したトナーと外添剤は、クリーニングブレード４ｄによって回収ローラ４ｃから掻き落とされて回収される。

次いで、第３帯電器５のスコロトロン帯電器のチャージワイヤ５ｂに正のワイヤ帯電バイアスＶｗ（Ｖ）が印加されかつグリッド５ｃに負のグリッド帯電バイアスＶｇ（Ｖ）が印加されることで、第３帯電器５から感光体２に正のバイアスが印加される（本発明の第３の帯電工程）。これにより、感光体２の表面の電位が絶対値で下げられて均され、感光体表面電位が画像形成時に設定される電位Ｖ₀（Ｖ）に設定される。こうして、次の画像形成動作が可能となる。

前述の特許文献１に記載の画像形成装置のように、感光体をブラシローラにより帯電した後、コロナ帯電器のコロナ放電で感光体の表面電位を所定の電位に調整するようにした場合、次のような問題が生じる。すなわち、画像形成回数が多くなってくると（新品→１０ｋ枚→５０ｋ枚）、トナーおよび外添剤、あるいは環境等によってブラシローラが汚れてくる。このため、図３（ａ）に示すようにブラシローラの感光体帯電能力が約２００〜３００Ｖと大きく変化（低下）してくる。このように、ブラシローラの感光体帯電能力が大きく変化した場合、コロナ帯電器により感光体の電位を所定の電位に調整できなくなる。このため、図３（ｂ）に示すようにコロナ帯電器による調整後の感光体の電位が約２０
〜３０Ｖと変化し、ブラシローラの感光体帯電能力の変化が調整後の感光体に反映されてしまう。

一方、この例の画像形成装置１においては、第１帯電器３により、感光体２が比較的強いバイアスＶ₁（Ｖ）でトナーと同極性の負帯電される。そして、第１帯電器３で帯電された感光体２の表面電位に対して放電開始電圧Ｖｔｈ（Ｖ）を超えかつこの感光体２の表面電位を絶対値で小さく帯電させる第２帯電バイアスＶｂｃ（Ｖ）が第２のブラシローラ４ａに印加されることより、感光体２の電位が所定の電位まで放電される。更に、第２のブラシローラ４ａで所定の電位にされた感光体２が、第２のブラシローラ４ａ通過後の感光体２の表面電位を絶対値で小さく帯電させるようにバイアスの印加が制御されたコロナ放電により感光体２が帯電されて感光体表面電位が電位Ｖ₀（Ｖ）に調整される。したがって、図３（ｃ）に示すようにコロナ帯電器５ａによる調整後の感光体２の電位がほとんど変化しなく、第１のブラシローラ３ａの感光体帯電能力の変化が調整後の感光体２に反映されない。

また、図４に示すようにローラ帯電による感光体帯電の場合、感光体２の周速が増大してきても、ローラの感光体帯電能力がほとんと変化しないが、コロナ帯電による感光体帯電の場合、感光体２の周速が増大すると、コロナ帯電の感光体帯電能力が大きく変化することが、従来から知られている。

しかし、この例の画像形成装置１においては、第１のブラシローラ３ａにより感光体２をトナーと同極性に大きく帯電させた後、第２のブラシローラ４ａにより感光体電位を絶対値で所定の電位まで低下させてから、更にコロナ帯電器５ａにより感光体電位を絶対値で小さく調整している。したがって、感光体２の周速が増大しても、第１帯電器３および第２帯電器４による感光体帯電能力はほとんど変化することはなく、更に第３帯電器５ではコロナ帯電器５ａの感光体帯電能力に応じて帯電位を変化させる量を小さくしているいので、感光体２は所定の電位に確実に帯電される。これにより、この例の画像形成装置１は、ますます強く求められている画像形成装置の高速化に柔軟にかつ十分に対応可能となる。

この例の画像形成装置１およびその画像形成方法によれば、第１のブラシローラ３ａにより感光体２を帯電させた後、第２のブラシローラ４ａにより感光体電位を所定の電位まで放電させ、その後コロナ帯電器５ａにより感光体電位を絶対値で小さく調整している。したがって、第１帯電器３による感光体２の帯電電位がばらついても、この第１帯電器３による感光体２の帯電電位のばらつき（変化）が第３帯電器５以降の感光体２の表面電位に反映するのを防止することが可能となる。これにより、第３帯電器５以降の感光体２の表面を、帯電ムラを生じることなく画像形成動作時に設定される電位Ｖ₀（Ｖ）に安定して帯電させることができる。このように、画像形成動作時に感光体が安定して帯電されることで、長期にわたって安定した良好な高画質を得ることができる。

また、感光体２の周速が増大しても、第１ないし第３帯電器３,４,５による感光体帯電能力がほとんど変化しないので、画像形成装置の高速化に柔軟にかつ十分に対応可能となる。

次に、本発明の画像形成装置１における各バイアスの実施例について説明する。その場合、実施例は、セイコーエプソン株式会社製カラープリンタＬＰ９０００Ｃ（放電開始電圧Ｖｔｈ（Ｖ）：−６００Ｖ）に適用した場合の実施例である。この実施例について表１に示す。

表１に示すように、この実施例では、転写後、感光体２の表面が除電され、感光体２の部位α（図１に図示）の表面電位は、−３０Ｖとなる。そして、第１帯電器３の第１ブラシローラ３ａに、比較的強い−１３００Ｖの第１帯電バイアスＶ₁（Ｖ）を印加する。これにより、感光体２が負帯電され、感光体２の部位β（図１に図示）の表面電位は、−７００Ｖとなる。次いで、第２帯電器４の第２ブラシローラ４ａに、トナーと逆極性の＋１００Ｖの第２帯電バイアスＶｂｃ（Ｖ）を印加する。この第２帯電バイアスＶｂｃ（Ｖ）は、感光体２の表面電位（−７００Ｖ）に対して放電開始電圧Ｖｔｈ（−６００Ｖ）を超えかつ感光体２の表面電位（−７００Ｖ）を絶対値で小さく帯電させることができるバイアスである。これにより、第２ブラシローラ４ａを通過後の感光体２の部位γ（図１に図示）の表面電位は、−５００Ｖとなる。最後に、第３帯電器５のコロナ帯電器５ａのチャージワイヤ５ｂに＋３.８ｋＶのワイヤ帯電バイアスＶｗ（Ｖ）を印加するとともに、グリッド５ｃに−４５０Ｖのグリッド帯電バイアスＶｇ（Ｖ）を印加する。これにより、正極性のコロナで感光体２が帯電され、感光体２の部位δ（図１に図示）の表面電位は絶対値で低下しかつ均一に均されて−４５０Ｖとなる。この電位−４５０Ｖが画像形成装置１の通常の画像形成時に設定される表面電位である。

本発明にかかる画像形成装置の実施の形態の一例を模式的にかつ部分的に示す図である。 感光体電位を示す図である。 ブラシ帯電およびコロナ帯電による感光体電位の変化を説明する図である。 感光体周速による感光体電位の変化を説明する図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…感光体、３…第１帯電器、３ａ…第１のブラシローラ、４…第２帯電器、４ａ…第２のブラシローラ、５…第３帯電器、５ａ…コロナ帯電器、５ｂ…チャージワイヤ、５ｂ…グリッド、６…露光装置、７…現像装置、８…転写装置、９…転写媒体

Claims (7)

1. 回転可能に設けられかつ潜像が形成される像担持体と、
   前記像担持体に潜像を書き込む露光装置と、
   前記像担持体の潜像を、所定の極性に帯電されたトナーで現像する現像装置と、
   前記像担持体上の現像されたトナー像を転写媒体に転写する転写装置と、
   転写後に前記像担持体を前記トナーの極性と同極性で所定の電位に帯電する第１帯電部材と、
   前記第１帯電部材で帯電された前記像担持体の表面電位に対して放電開始電圧を超えかつ前記像担持体の表面電位を絶対値で小さく帯電させるバイアスを印加されることで、前記第１帯電部材で帯電された像担持体を帯電する、前記像担持体に接触して回転可能な第２帯電部材と、
   前記第２帯電部材通過後の像担持体の表面電位を絶対値で小さく帯電させるバイアスを印加されることで、前記第２帯電部材を通過した像担持体を帯電する第３帯電部材と、
   を少なくとも備えることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１帯電部材は第１のブラシローラであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記第２帯電部材は第２のブラシローラ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。
4. 前記第２のブラシローラから、この第２のブラシローラに付着するトナーを静電気的に引き寄せる回収ローラと、
   前記回収ローラからトナーを除去するクリーニングブレードと
   を備えることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記第３帯電部材はコロナ帯電器であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
6. 前記コロナ帯電器はスコロトロン帯電器であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 転写後に第１帯電部材で像担持体をトナーと同極性に帯電する第１の帯電工程と、
   前記像担持体の表面電位に対して放電開始電圧を超えかつ前記像担持体の表面電位を絶対値で小さく帯電させるバイアスを印加されることで、前記第１の帯電工程で帯電された像担持体を、前記像担持体に接触して回転可能な第２帯電部材で帯電する第２の帯電工程と、
   前記第２の帯電工程で帯電された像担持体の表面電位を絶対値で小さく帯電させるバイアスを印加されることで、前記第２の帯電工程後に像担持体を帯電して電位調整する第３の帯電工程と、
   前記第３の帯電工程で電位調整された前記像担持体に潜像を書き込む露光工程と、
   前記像担持体上の潜像を、所定の極性に帯電されたトナーで現像してトナー像を形成する現像工程と、
   前記像担持体上の前記トナー像を転写媒体に転写する転写工程と
   を少なくとも備える画像形成方法。

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