JP2006023396A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 湿度センサ100の設置位置である感光体2の近傍の水分量によって保護剤の供給量を決定し、湿度センサ100近傍での水分量の増加を検知すると、保護剤塗布ブラシ160の回転速度を上昇し、保護剤の感光体2への供給量を増加する。
【選択図】 図2
Description
近年、高画質化、装置の小型化などがますます望まれる中、帯電装置も高画質化と小型化が課題となっている。このような課題に対して、像担持体に一部を接触又は近接させた帯電部材を用いる近接放電方式を用いた帯電装置は、従来のコロナ放電方式に比べて大掛かりな帯電装置を必要としないため有効である。
また、上述のような感光体表面の化学的な劣化は、近接放電による帯電方式に限らず、従来のコロナ放電方式や、接触型の帯電方式の場合にも発生し得る問題である。
本発明者らが鋭意研究したところ、保護皮膜の消失スピードは、放電領域に含まれる水の量で変化することが分かった。具体的には空気中の水分量が多い湿度が高い環境では、保護皮膜の消失スピードが速くなる。この保護皮膜の消失のメカニズムは、空気中の水分もしくは帯電部材表面や感光体表面の水分が放電によりヒドロキシラジカル(*OH)になる。このヒドロキシラジカルが感光体上に皮膜化された保護物質と化学反応を起こすことにより保護皮膜が消失する。そして、高湿度環境になるとヒドロキシラジカルの原料である水分が多くなるため保護皮膜の消失のスピードが速くなる。
よって、すべての環境条件で保護皮膜の形成条件を一定のままにしておくと、使用環境での水分量が多い場合に、放電のアタックが感光体まで達し、感光体の劣化を早める恐れがあった。
感光体の劣化が進むと、感光性能が低下し潜像形成が安定しなかったり、トナーフィルミングが発生しやすくなったりして、画像品の質低下につながる。
また、使用環境での水分量が少なく消失する保護皮膜が少ない状態で、必要以上の保護物質を塗布することは保護物質を無駄に消費することになる。
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記水分量検知手段を上記像担持体の近傍に設けることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記水分量検知手段が上記像担持体表面上の水分を検知することを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項2の画像形成装置において、上記水分量検知手段を上記帯電手段の近傍に設けることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項4の画像形成装置において、上記帯電手段は上記像担持体に近接又は接触して帯電を行う帯電ローラであり、上記水分量検知手段が該帯電ローラ表面上の水分を検知することを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項2または4の画像形成装置において、上記水分量検知手段が設置箇所の湿度を検知する湿度検知手段であることを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1の画像形成装置において、上記水分量検知手段を該画像形成装置内で外気が流入する箇所に設けることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、上記保護物質供給手段が上記保護物質を収容する保護物質収容部と、該保護物質収容部から該保護物質を供給され、回転することにより該保護物質を担持・搬送し、上記像担持体に接触して該像担持体に該保護物質を塗布する保護物質塗布部材とを有し、上記水分量検知手段の検知結果から出力される値に応じて、該保護物質塗布部材の回転速度または該保護物質塗布部材と上記像担持体との接触幅を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、上記保護物質供給手段が上記保護物質を固形形状に形成された固形保護物質として収容し、上記像担持体表面に該固形保護物質を押し当てることにより該像担持体表面に該保護物質を塗布し、上記水分量検知手段の検知結果から出力される値に応じて、該固形保護物質を該像担持体に押し当てる力を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、上記保護物質供給手段が上記保護物質を固形形状に形成された固形保護物質として収容し、該固形保護物質が押し当てられることにより該保護物質を供給され、回転することにより該保護物質を担持・搬送し、上記像担持体に接触して該像担持体に該保護物質を塗布する保護物質塗布部材を有し、上記水分量検知手段の検知結果から出力される値に応じて、該固形保護物質を該保護物質塗布手段に押し当てる力を変化させることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9または10の画像形成装置において、上記像担持体表面に上記保護物質を供給する上記保護物質供給手段の該像担持体との接触部が、該像担持体表面に対して接離可能であることを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、潜像を担持する像担持体と、該像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段と、該像担持体表面を保護する保護物質を該像担持体表面上に供給する保護物質供給手段とを備える画像形成装置に用いられ、該像担持体、該帯電手段、該クリーニング手段より選ばれる少なくとも1つと、該保護物質供給手段とが一体になったプロセスカートリッジにおいて、請求項1、2、3、3、4、5、6、7、8、9、10または11の画像形成装置に対して着脱可能に構成されたことを特徴とするものである。
以下、本発明を、画像形成装置である粉体現像電子写真複写機(以下「複写機という」)に適用した一実施形態(以下、実施形態1という)について説明する。
図1は、実施形態1に係る複写機の画像形成部の一例として、タンデム型フルカラー複写機の画像形成部1の概略構成図である。図中6は転写材で、駆動ローラ6aと転写ローラ6bに周回可能に張架した無端ベルト状の中間転写ベルトである。この中間転写ベルト6と対抗する位置にイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(BK)という4色のトナー像を形成する4つの像担持体である感光体2からなる作像ユニット10が配設してある。
作像ユニット10の感光体2は表面に静電潜像を形成するもので、感光体2の周囲には、次に述べるものが配設されている。感光体2の表面を一様に帯電させる帯電手段である帯電ローラ3、感光体2の表面に像光を照射して潜像を形成する露光手段である露光装置4、感光体2上に形成した潜像にトナーを選択的に転移させて、トナー像を形成する現像手段である現像装置5が配置されている。
また、感光体2の表面上に保護剤を供給する保護物質供給手段としての保護剤塗布部16には、保護物質収容部として保護剤を固形に固めた固形保護剤130と、固形保護剤130と感光体2表面とに接触し、ファーブラシからなる保護物質塗布部材としての保護剤塗布ブラシ160を備えている。また、固形保護剤130を保護剤塗布ブラシ160に押し当てるための押圧ばね131を備えている。そして、保護剤塗布ブラシ160の感光体2表面移動方向下流側には転写後の感光体2上の残トナーを除去するクリーニング手段としてのクリーニングブレード13が配置されている。そして、クリーニングブレード13と帯電ローラ3との間には、除電部8が設けてある。さらに、感光体2に対向し、感光体2上のトナー像を中間転写ベルト6上に転写する1次転写ローラ9を設けてある。
また、少なくとも感光体2と帯電ローラ3とは一つのケーシング205の中に収められている。そして、同じケーシング205内には、感光体2近傍の水分量を検知する湿度センサ100が設けられている。
1次転写ローラ9には図示しないバイアス回路により、トナー像を転写するのに必要な電圧を印加する。作像ユニット10から中間転写ベルト6の搬送方向下流側には、2次転写ローラ対である転写ローラ6bと2次転写ローラ7が設けてある。
定着部は、内蔵ヒータにより所定の定着温度に加熱される定着ローラと、定着ローラに所定圧力で押圧される加圧ローラとを備えている。2次転写部から搬送されてきた記録紙Pを加熱、加圧して、記録紙上のトナー画像を記録紙に定着させた後、図示しない排紙トレー上に排出する。
また、帯電ローラ3は、感光体に対して微小なギャップを設けて配置された硬質の導電性ローラからなる。ここで、帯電装置は近接型の導電性ローラを用いているが、これに限るものではなく、接触ローラ帯電、スコロトロン帯電などその他の帯電方式でもかまわない。
帯電ローラ3は、導電性基体201とその周囲の抵抗層を備えている。導電性基体201は、直径が8〜20mm、のステンレス綱の円筒部材である。導電性基体201は、導電性の高い金属であるアルミニウムや体積抵抗率が103Ω・cmオーダー以下の導電性樹脂を用いて、軽量化を図っても良い。
また、抵抗層202は、導電性材料をABS樹脂などに練り込んだ高分子材料からなり、その表面には、フッ素系の樹脂が薄層203としてある。導電性材料としては、金属イオン錯体、カーボンブラック、イオン系分子などがある。その他、均一な帯電を行うことが可能な材料を用いても良い。
帯電ローラ3は、その表面が感光体2の表面にと同じ方向移動する。ここで、帯電ローラ3は、感光体2と共に回転しないで静止した状態のものでも良い。帯電ローラ3は、その長手方向(軸方向)の寸法が最大画像幅A4横(約290mm)よりも少し長く設定されている。帯電ローラ3は、その長手方向両端部にスペーサが設けてあり、これらスペーサを感光体2両端部の非画像形成領域に当接させる。これにより、感光体2表面の被帯電面と帯電ローラ3表面の帯電面との間の空隙Hを、その最近接部での距離が5〜100μmになるように保持している。この最近接距離は、さらに好ましくは、30〜65μmに設定すると良い。なお、実施形態1では、55μmに設定した。
帯電ローラ3には、帯電用の電源が接続されている。これにより、感光体2表面の被帯電面と、帯電ローラ3表面の帯電面との間の空隙Hで放電により、被帯電面を均一に帯電する。印加電圧バイアスは、DC電圧にAC電圧を重畳した電圧波形を用い、AC電圧のピーク間電圧は帯電開始電圧の2倍以上にするのが良い。また、必要に応じて、DC電圧、好ましくは定電流方式の電圧を用いても良い。
さらに、ギャップ部材であるスペーサ302を帯電ローラ3と一体成型にしても良い。このとき、スペーサ302は、すくなくともその表面を絶縁体にするのが良い。このようにすることにより、ギャップ部分で放電をなくし、スペーサ302に放電生成物が堆積し、放電生成物に粘着性により、トナーがギャップ部分に固着し、ギャップが広がることがなくなる。
熱収縮チューブは厚みがあるのでスペーサ302にする場合は、図5に示すように段差601を取り、スペーサ302を装着する方法がある。他には図6及び図7に示す方法がある。図6は抵抗層の端部を一部残して溝602を形成し、その溝にエンドレスの伸縮性を有する角形リング状のスペーサ302を装着するものである。そして、図7は抵抗層202を、丸みを持たせて切削し溝603を形成し、丸形のリング状(通常Oリングと称する)のスペーサ302を装着する。端部を削り細目にして、スペーサ302を挿入しやすくするのが望ましく、また完全にカットして、接着剤で固定することも可能である。スペーサ302を切削部若しくは溝を形成した部位に装着し固定する場合には、上述した液体状接着剤の他、2液性のエポキシ樹脂などの接着剤を用いるのが望ましい。
また、スペーサ302は、後から帯電ローラ3より径の太いものを差し込んで、コロ部材としても良い。
この保護剤は、帯電ローラ3で発生する放電から感光体2を保護するためにも、1次転写ローラ9でのトナーの転写効率を上げるためにも、感光体2表面全体に均一に塗布されることが望まれている。従来、この保護剤を塗布する手段としては、クリーニングブレード13を利用した保護剤塗布方法が用いられてきた。
図2中、100は水分量検知手段としての湿度センサであり、像担持体である感光体2と同じケーシング内に収容されている。そして、湿度センサ100によって、感光体2近傍の湿度をセンシングする。湿度センサ100によってセンシングされた、センシングのデータは図8に示す制御部50に送られる。
制御部50では図9のフローチャートが実行される。湿度センサ100のセンシングのデータから、ステップ(1)として水分量の検知がなされる。そして、ステップ(2)として、その検知された水分量と記憶部の内部データとの比較がなされる。その比較結果により、ステップ(3)として、塗布量変更の必要があるかの判断がなされる。ここで、塗布量の変更が必要なければ、回転数の変更は行われない。ステップ(3)で塗布量変更の必要があると判断されると、ステップ(3)として、塗布量の設定がなされ、ステップ(5)として、ステップ(4)で設定がなされた、塗布量となるように保護剤塗布ブラシ160の回転数の変更が決定される。制御部50で保護剤塗布ブラシ160の回転数の変更が決定されると、請供奉50は保護剤塗布ブラシ160の駆動源であるブラシモータ160Mを制御し、保護剤塗布ブラシ160の回転数をする。
これにより、感光体2近傍の水分量の上昇で感光体2表面上の保護剤からなる保護皮膜の消失スピードが速くなったとしても、放電によるアタックが感光体2にまで達することを防止することができ、感光体2の劣化が早まることを防止することができる。
一方、感光体2近傍の水分量の減少を検知すると、保護剤塗布ブラシ160の回転速度を減少する。回転速度を減少することにより、感光体2への保護剤の塗布量を減少することができる。
これにより、感光体2近傍の水分量の減少で感光体2表面上の保護皮膜の消失スピードが遅くなったときに、必要以上の固形保護剤130が消費されることを防止することができる。
なお、湿度センサ100は一般的な湿度センサを用いればよく、乾湿球式・毛髪式・推奨振動式・高分子系センサや金属酸化物センサなどがある。このような湿度センサ100を用いることで、容易に使用環境の水分量を検知することができる。
次に、コピー機の使用環境を変えたときに、保護物質の塗布量で像担持体が劣化するか否かを下記の実験によって確かめた。
(実験装置と条件)
コピー機:Ipsio color 8000改造機(直接転写方式のフルカラープリンタ)
帯電装置:図3、4の非接触で硬質タイプの帯電ローラ
帯電への印加バイアス:AC成分:Vpp 2.2kV、f 2kHz、DC成分:−700V
保護物質の塗布方法:図2に示した形状で、保護物質は固体状のステアリン酸亜鉛を用い、ファーブラシを介して像担持体に塗布した。このとき、ステアリン酸亜鉛をファーブラシ方向にバネで加圧した。
実施形態1では、ファーブラシからなる保護剤塗布ブラシ160の回転数を制御することにより、保護物質の供給量を変えていたが、この実験1では、固形のステアリン酸亜鉛をファーブラシ方向に加圧する力を変えることにより、保護物質の供給量を変えた。
環境:LL(低温低湿環境:10℃、15%)、MM(中温中湿環境:25℃、50%)、HH(高温高湿環境:32℃、80%)
加圧力:小(固形ステアリン酸の自重のみ:約400mN)、中(固形ステアリン酸の両端部に押圧力500mNのバネを設け、1000mNで押圧)、大(固形ステアリン酸の両端部に押圧力900mNのバネを設け、1800mNで押圧)
△:像担持体の表面に曇り発生
×:像担持体の膜厚減少あり
この実験により、高温高湿環境つまり水分量が多い環境で、保護皮膜の消失スピードが速い状態でも、保護剤の塗布量を増やすことにより、放電のアタックが像担持体表面まで達することを防止できることが明らかになった。
また、フッ素樹系脂やステアリン酸亜鉛などの保護物質を使用する場合には、ブラシやスポンジパッドなどの塗布部材に一旦保護物質を付着させた後に、塗布部材から像担持体に供給することができる。
さらにまた、粉末状の保護物質を像担持体に供給する場合には、羽毛や綿状のもの等に付着させ、それを少しずつ像担持体のスペーサ部材もしくは像担持体に供給させることができる。
像担持体への供給は連続的に、或いは一定間隔をおいて供給する間欠法があるが、供給過剰を防ぐため、軽く補給するか、50ないし100枚コピーに1度作用させるような間欠的な方法で行う方が望ましい。
また、このように固形状の保護物質を塗布することにより、特に、図2に示すように感光体に近接、もしくは接触配置される帯電部材と感光体との近接空間で放電を起こし、感光体を帯電させる方式を用いる場合、感光体表面の劣化が進行しやすいため、特に保護物質としての効果は非常に大きい。例えば、オフィスの一般的な環境(25℃、60%)で、上記帯電方式でDC成分にAC成分を重畳した電圧を印加し、かつ、脂肪酸金属塩を保護物質として用いる場合、放電領域において被帯電体表面に存在する脂肪酸金属塩に含まれる金属元素の元素割合[%]が、XPSによる測定で、
1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v [%]
以上であるように保護剤を感光体に塗布した場合、その保護剤は保護物質としての機能を十分に発揮することがわかっている。
(ただしVppは帯電部材に印加する交流成分の振幅[V]、fは帯電部材に印加する交流成分の周波数[Hz]、Gpは帯電部材表面と被帯電体表面との最近接距離[μm]、vは帯電部材と対向する被帯電体表面の移動速度[mm/sec]、Vthは放電開始電圧である。またVthの値は、被帯電体の膜厚をd[μm]、被帯電体の比誘電率をεopc、被帯電体と帯電部材の間の空間における比誘電率をεairとしたとき、312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/ε)である。)
また、保護物質を塗布することは保護皮膜としての効果のほかに、摺擦による部材同士の摩擦を軽減する潤滑剤としての効果があることがわかっている。
そこで、円形度が0.96以上の球形トナーを用いることで、未転写トナーがほとんどなくなり、地汚れトナーがない状態となる。これにより、残留トナーを原因とした感光体2の保護皮膜のムラが発生しなくなり、安定した保護皮膜を形成することができる。
トナーの円形度の測定方法と、トナーの粒径の測定方法について説明する。トナー円形度測定方法としては、粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が0.95以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効である事が判明した。より好ましくは、平均円形度が0.960から0.998である。この値はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製)により平均円形度として計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして上述の装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
次に、トナー粒径測定方法は、トナーの平均粒径及び粒度分布はコールターマルチサイザーIII(コールター社製)を用い、パーソナルコンピューター(IBM社製)を接続し専用解析ソフト(コールター社製)を用いてデータ解析した。Kd値は10μmの標準粒子を用いて設定し、アパーチャカレントはオートマティックの設定で行った。電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。その他に、ISOTON−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定法としては、上述の電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、100μmアパーチャーチューブを用いて、2μm以上のトナー5万カウント測定して重量平均粒径を求めた。
図10は、アモルファスシリコン感光体の層構成を説明するための模式的構成図である。図10(a)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上にa−Si:H、Xからなり光導電性を有する光導電層502が設けられている。図10(b)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H、Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503とから構成されている。図10(c)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H、Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層504とから構成されている。図10(d)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。該光導電層502はa−Si:H、Xからなる電荷発生層505ならびに電荷輸送層506とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層503が設けられている。
有機感光体(OPC)のみを用いた感光体2では、帯電ローラ3での放電で感光体2はその表面が磨耗するが、磨耗が急速に進行する場合、感光体2の表面は不均一に磨耗する場合が多い。クリーニングプロセスで摺擦し、残留トナーを回収するため、感光体2はその表面が摩耗する。このとき、磨耗が急速に進行すると、感光体2の表面は不均一に摩耗する場合が多い。これにより、感光体2の表面に凹凸が発生し、感光体2上に保護皮膜の形成が不安定になる。
そこで、硬度に優れる表層にフィラーを分散し、表層を強化した有機感光体(OPC)を用いるので、経時において摩耗量が少ない為、感光体2表面に凹凸が生じにくくなる。よって、感光体2表面上の保護皮膜の形成が安定する。
上述の感光体2、帯電ローラ3、現像装置5、クリ−ニングブレード13、保護剤塗布部16等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジ20として一体に結合して構成する。そして、このプロセスカ−トリッジ20を複写機やプリンタ−等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
保護剤塗布ブラシ等を有する保護剤塗布部16を感光体2と別に設置すると、設置における位置ずれが生じやすい。そこで、このように少なくとも感光体2と保護剤塗布部16とを共に支持するプロセスカートリッジ20とすることで、感光体2に対する保護剤塗布部16の位置を固定することができる。これにより、保護剤を安定して感光体2に塗布することができる。
一つの感光体2を用いたフルカラー画像形成部1は、現像装置5の動作を切り替えることによって1つの感光体2上に順次複数色のトナー像を現像していくのである。
そして、2次転写ローラ7と転写ローラ9との間で中間転写ローラ6上のカラートナー画像を記録紙Pに転写し、トナー画像の転写された記録紙Pを定着部(不図示)に搬送し、定着画像を得る。
一方、トナー画像を中間転写ベルト6に転写した感光体2をさらに回転して、クリーニングブレード13で感光体2表面に残留するトナーをブレードにより掻き落として除去した後、固形保護剤130を塗布する。保護剤が塗布された後、感光体2を帯電装置である帯電ローラ3で一様に帯電させ、上記同様に次の画像形成を行う。なお、クリーニング手段としては、クリーニングブレード13で感光体2上の残留トナーを掻き落とすものに限るものではなく、例えばファーブラシで感光体2上の残留トナーを掻き落とすクリーニングブラシであっても良い。
画像流れ物質の原因は窒素酸化物と考えられているが、窒素酸化物は、次のよう不具合を生じる。放電により、窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。さらに、放電領域中では、アンモニウムイオンも同時に形成されており、このアンモニウムイオンが窒素酸化物と反応し、化合物が生成される。これらの生成物は低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し、低抵抗となる。よって、感光体2表面に硝酸または硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体2表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
さらに、窒素酸化物は放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体2表面への付着は、帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そして、この化合物は、時間が経過するにつれて、感光体2の表面から内部に浸透していく。このため、静電潜像の劣化の一因となっている。感光体2表面の付着物は、クリーニング時に感光体2を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られている。しかしながら、コスト上昇や経時による劣化問題が起こり、本質的な解決策とはなっていない。
接触型ローラ帯電器としては、例えば、特開昭63−7380号公報に開示されているように、ローラ状の帯電部材を感光体2上に接触させ、従動させて感光体2の帯電を行うものが知られている。
接触タイプの帯電装置では、帯電部材がゴム材であるため、長期間、コピー機を停止させた場合、感光体2に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。
さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。つまり、感光体2の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述の可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱い。
また、接触帯電方式では帯電部材と感光体2との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する、感光体2に帯電部材が直接触れているために長期保存した場合に感光体2が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じることがある。
また、帯電部材と感光体2が接触している場合、帯電部材が感光体2と接触している部分で、感光体2表面の保護剤が剥がれてしまう恐れがある。
実施形態1に適用した帯電ローラ3の構成について、発明者は、以下の実験を行い、好適な帯電ローラ3の構成を見出した。
実験2ではスペーサ部材の抵抗が低く、スペーサ部材が像担持体と近接する部分で放電が起きる場合の不具合について検証した。
スペーサ部材の抵抗値を下げるために、カーボン入りの熱収縮チューブをスペーサ部材に用いた帯電ローラを用意した。
このローラを、下記の条件で画像出力を行った。
(実験装置と条件)
コピー機:IPSiO color 8000改造機(直接転写方式のフルカラープリンタ、帯電装置を改造)
帯電装置:図3、4の非接触で硬質タイプの帯電ローラ
ギャップ:50μm
スペーサ部材:図5の方法で、カーボン入りの熱収縮チューブ
帯電への印加バイアス:AC成分:Vpp=2.2kV、f=2kHz、
DC成分:−700V
上記の条件で、200,000枚の画像出力を行ったところで、図3中でのギャップHが50μm(初期)→40μm(ラン後)と減少した。
通紙出力後の帯電ローラのスペーサ部材表面を観察すると、像担持体が磨耗しており、粘着性をもっていた。
このことから、スペーサ部材の抵抗が低くスペーサ部材が像担持体と近接する部分で放電が起きる場合は、放電により像担持体がスパッタされ、像担持体が磨耗し、ギャップが減少したと考える。よって、スペーサ部材は高抵抗、すなわち絶縁性の部材を用いなければならないことが分かる。このときの、スペーサ部材の体積抵抗率としては、1012Ω・cm以上である。
実験3ではローラと像担持体間の微小ギャップと異常画像(斑点状のムラ)の関係を検証した。
帯電ローラと像担持体間の微小ギャップが変動したときの、斑点状の異常画像の発生頻度を調べるために以下の実験を行った。実験は、通常の環境下で行った。
(実験装置と条件)
コピー機:IPSiO color 8000改造機(直接転写方式のフルカラープリンタ、帯電装置を改造)
帯電装置:図3、4の非接触で硬質タイプの帯電ローラ
帯電への印加バイアス:AC成分:Vpp=2.2kV、f=2kHz、
DC成分:−700V
微小ギャップ保持方法:帯電ローラの両端に、ポリエチレンテレフタレート(PET)のテープを巻きつけた。(厚さ:30、50、80、100、120、150μm)。
環境条件:25℃、65%
出力画像:ハーフトーン画像
このときの画像の出力結果を、表2にまとめる。
実験4ではDC帯電、AC帯電の帯電電位特性のギャップ依存性について、検証した。
帯電ローラと像担持体間の微小ギャップが変動したときの、帯電ローラの印加電圧と感光体の帯電電位との関係を調べるために以下の実験を行った。実験は、通常の環境下で行った。
(実験装置と条件)
コピー機:IPSiO color 8000改造機(直接転写方式のフルカラープリンタ、帯電装置を改造)
帯電装置:図3、4の非接触で硬質タイプの帯電ローラ
微小ギャップ保持方法:帯電ローラの両端に、ポリエチレンテレフタレート(PET)のテープを巻きつけた。(厚さ:0、0.03、0.05、0.08mm)。
環境条件:25℃、65%
出力画像:ハーフトーン画像
ギャップをパラメータとして、DC帯電を行ったときの、印加電圧Vdcと帯電電位の関係を図22に示す。
図22より、ギャップを大きくすると、グラフの傾きはそのままで、プロットが右にシフトしていることがわかる。帯電開始電圧Vth(1501)は、ギャップに依存していおり、ギャップが広がると放電開始電圧が高くなるのである。つまり、ギャップが広くなると、印加電圧を高くしないと帯電電位を同一に保てないのである。これより、帯電ローラが非接触の場合、機械からの振動や環境の変化で帯電ローラと像担持体のギャップが変動する可能性があるが、図22に示すようにギャップが変動すると放電開始電圧が変化する。よって、DC帯電を行った場合は、印加バイアスを調整しないと帯電電位が変化してしまうのである。
Vth = 6.2×d+312 40≦d≦120(μm)・・・(1)
上記式(1)より、ギャップが変動することにより放電開始電圧が変動する。式から変動幅は、ギャップdが1μm変動することにより、放電開始電圧Vthが6.2V変化することがわかる。
さらに、帯電電位Vは、印加電圧V0をとすると
V=V0−Vth・・・(2)
とあらわされる。式(1)(2)より、ギャップが変動すると帯電電位が変動し、その変動幅は、6.2V/μmであることがわかる。
実験5では帯電-ローラにゴムローラ(硬度が低いローラ、JISA70〜80)を用いた場合の不具合について検証した。労働環境を考慮するとオフィスにおいては最も吸湿が促進する使用環境限界は、おおよそ30℃、80%程度と考えられる。同様にオフィスで想定される低湿度環境限界は、高温の30℃程度においては20%程度と考えられる。本発明はこのような環境条件内で経時品質に優れる帯電装置を提供するように考えられている。
吸湿の影響の小さい30℃、20%条件下において図3のように微小ギャップが形成されている時、従来のゴム帯電ローラを使用すると吸湿により図24(a)のように中抵抗層の吸湿膨張によりギャップ部材が延伸できない。これにより、帯電部材と像担持体が当接してしまう場合がある。また装置の気流設計によって吸湿部位が中央に集中したような場合を考えると図24(b)のようにその部分で当接が発生してしまう。図24(a)のような当接発生はギャップ部材の延伸性を付与することにより軽減できるが、図24(b)のような当接が万一発生した場合には前述の方法では軽減できない。
ここで、ゴムローラとハードローラを用いた場合の、環境とギャップの関係を表3に示す。
像担持体表面が帯電ローラの放電にさらされた時の変化を確認するために、感光体表面にステアリン酸亜鉛を塗布したものと、保護剤を塗布しないものとで、画像形成を行い、このデータを100時間あたりの膜厚の減少量に換算し、比較を行った。この比較結果を表4にまとめる。
図13は固形保護剤130から保護物質塗布手段としてのファーブラシを2つ介して感光体2に保護剤を塗布する構成である。第1ブラシ160bによって削り取られた保護物質は、第1ブラシ160bと第2ブラシ160aとの接触部で、第2ブラシ160aに受け渡され、第2ファーブラシ160aによって、感光体2表面に塗布される。2つのブラシの接触部では、保護剤の粒子が2つのブラシによって摺擦されるため、粒径が小さくなり、より均一な保護剤の塗布を行うことができるようになる。図13では2つのファーブラシを用いているが、固形保護剤130から3つ以上のファーブラシを介して、感光体2に保護剤を塗布し手も良い。
図14はクリーニングブレード13を保護剤塗布部16よりも感光体2表面移動方向上流側に設け、クリーニング後に保護剤を塗布する構成である。
図15はクリーニングブレード13から感光体2表面移動方向下流側で、保護剤を塗布する場合で、保護剤塗布ブラシ160を用いて保護剤を塗布し、均しブレード16bで感光体2上の保護皮膜を均一にする構成である。
そこで、図14または図15に示す構成において、クリーニング部材としてのクリーニングブラシ13bが導電性を有する繊維により構成し、クリーニングブラシ13bまたは、クリーニングブラシ13bからトナーを回収する回収部材(不図示)に電圧を印加し、感光体2から残留トナーを回収するクリーニング手段を設けてもよい。
クリーニング部材としてのクリーニングブラシ13bに電圧を印加することにより、クリーニングブラシ13bが残留トナーをひきつける。そして、感光体表面にNOx等が付着して表面状態が変化した、あるいは静止摩擦係数が変化した場合においても、クリーニングブラシ13bが表面状態に合わせて変形して接触するので、良好なクリーニング性を保つことができる。また、印加する電圧の大きさを制御することにより、入力トナー量の変動によるクリーニング余裕度低下を起こすことなく、感光体2上のトナーを良好にクリーニングできる。さらに、従来のクリーニング部材では、回収が困難であった、円形度0.96以上のトナーの残留トナーであっても、容易にクリーニングできる。これにより、保護剤の塗布ムラがあったとしても、クリーニング性を低下させない。
また、図2に示すように、保護剤塗布部16は、転写手段の下流側かつ帯電手段の上流側に配置されている。転写手段の下流側はトナーを転写材である中間転写ベルト6に転写し、感光体上にトナーがほとんどない状態なので、保護剤を均一に塗布しやすい。また、帯電手段の帯電ローラ3より上流側に設けることで、帯電による放電に曝される前に、保護剤を均一に塗布することができる。
また、保護剤の塗布方法として、保護剤塗布部16から感光体2に直接と付するものに限らず、保護剤を中間転写ベルト6に塗布した後に、中間転写ベルト6を介して感光体2に塗布しても良い。
また、実施形態1では、保護物質を固形上に形成し、ブラシローラで削り取る構成としているが、保護物質の収容部としてはこれにかぎるものではない。例えば、保護物質の粉体をブラシローラに供給できる孔やメッシュ部を有するケーシングに粉体状の保護剤を収容する構成を採用しても良い。
また、感光体2の近傍は、気流などにより水分量は刻々と変化する。このため、水分のセンシング位置が悪いと、センシングのデータの変動が激しくなり、保護皮膜の形成条件の決定が難しくなる。そこで、感光体2近傍の水分量を検知するため、刻々と変わる水分量の変化を精度よく検知でき、保護皮膜の形成を安定した条件で決定できるため、保護皮膜の形成を適切に行うことができる。
また、帯電部材である帯電ローラ3と感光体2とが接触している場合、帯電ローラが感光体2に接触している部分で感光体2表面の保護剤が剥がれてしまう。この状態でまわりの水分量に合わせて保護皮膜の形成を行おうとしても、保護剤がはがれてしまうため、感光体上の保護皮膜にムラが発生してしまう恐れがあった。そこで、帯電ローラ3として環境による硬度の変化が小さい帯電ローラを用い、帯電ローラ表面を感光体2表面に対して、一定のギャップを設けて近接配置し、ギャップによって形成された近接空間で放電を起こすことにより感光体2を帯電させている。帯電ローラ3としてハードローラを用いることにより、帯電ローラ3と感光体2とが接触しないため、塗布した保護剤が剥がれることがなく、保護皮膜の形成を安定して行うことができる。
また、少なくとも感光体2と保護剤塗布部16とを共に支持するプロセスカートリッジ20として、コピー機本体に対して着脱可能とすることで、感光体2に対する保護剤塗布部16の位置を固定することができ、保護剤を安定して感光体2に塗布することができる。
実施形態1では、少なくとも感光体2と帯電ローラ3とを備えたケーシング205内に、湿度センサ100を設けて放電がおこる環境の水分量を検知するものであるが、水分量の検知はこれに限るものではない。
図16は放電が発生する位置からより近いところの水分量を検知するために、帯電ローラ3を備えた帯電ケーシング305の中に帯電ローラ3近傍の水分量を検知するための湿度センサ100が設けられている。
放電のアタックの原因となる水分量を正確に把握しないと、保護皮膜の最適な形成条件を決定できない。そして、放電を発生させる帯電ローラ3近傍の水分が保護皮膜の消失スピードに大きく寄与するので、帯電ローラ3近傍の水分量を測定し、その値に基づいて図9に示す制御を行うことで、保護皮膜の形成条件を精度よく決定することができる。保護皮膜の形成条件を精度よく決定できるため、保護皮膜の形成を適切に行うことができる。また、帯電ケーシング305の中でも、放電領域である帯電ローラ3と感光体2とが最も近接している近接部に近いほど、より精度良く保護皮膜の形成条件を決定することができる。図16で示した湿度センサ100としては実施形態1と同様のものを用いることができる。
水分量のセンシングとしては、空気中の湿度を検知するものに限らず、帯電ローラ3表面上の水分を検知しても良い。
図17は光学水分センサ401を用いて帯電ローラ3表面の水分量を検知し、その結果に基づいて図9に示す制御を行い、保護皮膜の形成条件を決定するものである。放電は帯電ローラ3の表面から生じているので、帯電ローラ3表面上の水分を検知し、その結果に基づいて保護皮膜の形成条件を決定することにより、保護皮膜の形成を適切に行うことができる。
図17に示した光学水分センサ401としては、特許第3369372号、特許3380655号などに記載のものがある。
また、光学センサを用いて水分を検知するのは帯電ローラ3の表面に限らず、感光体2の表面の水分量を検知しても良い。図18は光学水分センサ401を用いて感光体2表面の水分量を検知し、その結果に基づいて図9に示す制御を行い、保護皮膜の形成条件を決定するものである。放電による保護皮膜の消失は感光体2表面で起こっているので、感光体2表面の水分を検知し、その結果に基づいて保護皮膜の形成条件を決定することにより、保護皮膜の形成を適切に行うことができる。
図18に指名した光学水分センサ401としては、図17の光学水分センサ401と同様のものを使用することができる。
実施形態1および変形例1乃至3では、感光体2を備えたケーシング205内で水分量を検知するものであったが、水分量の検知位置としてはこれに限るものではない。図19は画像形成装置であるコピー機内の外気が流入する場所である換気ファン600の近傍に湿度センサ100を設けて湿度を測定し、その結果に基づいて図9に示す制御を行い、保護皮膜の形成条件を決定するものである。コピー機の内部は、外部の湿度の影響を受け水分量が変化する。このため、水分量のセンシングの位置が適切でないと、放電による反故皮膜の消失に比例しない水分量のセンシングをしてしまうなど、保護皮膜の形成条件を適切に決定できない。
水分量の変化はコピー機が設置された場所の影響を受けるので、外気が流入する換気ファン600近傍で水分量を検知し、保護皮膜の形成条件を水分量の変化に追従して決定するために、換気ファン600近傍に湿度センサ100を設けた。これにより、外気の影響を考慮し、保護皮膜の形成を適切に決定できるため、保護皮膜の形成を適切に行うことができる。
図2で示す実施形態1と同様の構成で、保護剤塗布ブラシ160と感光体2との接触幅を変化させることで、塗布量を制御しても良い。接触幅が広がると保護剤塗布ブラシ160から感光体2へ塗布される保護剤の量が増加し、接触幅が狭まると保護剤塗布ブラシ160から感光体2へ塗布される保護剤の量が減少する。保護剤塗布ブラシ160の回転軸と感光体2の回転軸との距離を制御することにより接触幅の制御をすることができる。
接触幅を制御するものではなく、保護剤塗布ブラシ160と感光体2とを接離可能としても良い。保護剤をより多く供給する場合は、保護剤塗布ブラシ160と感光体2とを接触させつづけ、保護剤の供給量を少なくする場合には離間させる。
また、接触幅の制御と接離の制御とは、どちらも保護剤塗布ブラシ160と感光体2との距離を調節して行うものであるので、接離の制御が可能で、さらに接触時には接触幅の制御を行うことで、保護剤の供給量を制御しても良い。
図2で示す実施形態1と同様の構成で、固形保護剤130の保護剤塗布ブラシ160に対する押圧力を変化させることで、保護剤の塗布量を制御しても良い。固形保護剤130の保護剤塗布ブラシ160に対しての押圧力を大きくすることにより、固形保護剤130が保護剤塗布ブラシ160によって削り出される量が増加し、保護剤塗布ブラシ160から感光体2へ塗布される保護剤の量が増加する。一方、固形保護剤130の保護剤塗布ブラシ160に対しての押圧力を小さくすることにより、固形保護剤130が保護剤塗布ブラシ160によって削り出される量が減少し、保護剤塗布ブラシ160から感光体2へ塗布される保護剤の量が減少する。この押圧力を変化させる構成としては、不図示の一軸モータにより、押圧バネ131の固形保護剤130を支持する側の端部を固定している部分の保護剤塗布ブラシ160との距離を調節することにより、固形保護剤130の押圧力を制御することができる。
実施形態1では、固形保護剤130から保護物質塗布手段としての保護剤塗布ブラシ160を介して感光体2に保護物質を塗布する構成であるが、保護物質塗布手段としてはブラシ形状に限るものではない。図20は保護物質塗布手段として保護剤塗布ローラ260を用いた構成である。保護剤塗布ローラ260としては、多孔構造のスポンジローラやゴムローラなどを適用することができる。
保護物質塗布手段としてローラ状の部材を用いることにより、ファーブラシを用いたものよりも保護剤を感光体2表面上に均一に塗布することができる。ファーブラシを用いて保護剤を塗布する構成においては、ブラシの毛先が感光体2の表面全体に接触することができず、ブラシの履け目による塗布ムラができてしまう。保護剤が均一に塗布されないと、たとえ供給量としては充分に感光体2表面に塗布されたとしても、保護剤が十分に塗布されていない箇所では、感光体2が帯電時の放電にさらされてしまい、感光体2表面が劣化してしまう恐れがある。
一方、保護剤塗布ローラ260は感光体2と面で接触するためブラシの履け目のような塗布ムラが発生せず、保護剤を感光体2表面に均一に塗布することができる。
保護剤塗布ローラ260を用いた構成での保護剤の塗布量の制御はファーブラシを用いた構成と同様に、水分量のセンシングの値から出力される値に応じて、回転数の制御、固形保護剤130の押圧力の制御、または回転軸と感光体2との距離の制御等により塗布量を制御することができる。特に、保護剤塗布ローラ260の回転軸と感光体2とが接触状態の時の距離を制御することにより、感光体2と保護剤塗布ローラ260とによって形成されるニップ幅を変化させることができる。ニップ幅が広がると保護剤塗布ローラ260から感光体2へ塗布される保護剤の量が増加し、ニップ幅が狭まると保護剤塗布ローラ260から感光体2へ塗布される保護剤の量が減少する。
また、ローラ形状による保護剤の塗布を行う場合、ブラシ形状に比べて固形保護剤130から保護剤を削りだすのが困難である。そこで、図示はしないが、固形保護剤130からファーブラシを介して保護剤塗布ローラ260に保護剤を供給し、保護剤塗布ローラ260から感光体2に保護剤を塗布する構成としても良い。このように、固形保護剤130からの保護剤を削りだす際にファーブラシを用いることにより、効率よく保護剤を削り出すことができる。また、ファーブラシによって保護剤塗布ローラ260に供給された保護剤に塗布ムラがあったとしても、保護剤塗布ローラ260と感光体2とのニップ部によって保護剤が均され、感光体2表面に均一に塗布することができる。
2 感光体
3 帯電ローラ
5 現像装置
6 中間転写ベルト
6a 駆動ローラ
6b 転写ローラ
7 2次転写ローラ
9 1次転写ローラ
10 作像ユニット
13 クリーニングブレード
13b クリーニングブラシ
16 保護剤塗布部
20 プロセスカートリッジ
100 湿度センサ
130 固形保護剤
160 保護剤塗布ブラシ
260 保護剤塗布ローラ
600 換気ファン
Claims (12)
- 静電潜像を担持する像担持体と、
該像担持体表面を一様に帯電する帯電手段と、
該帯電手段によって一様帯電された該像担持体表面に該静電潜像を形成する露光手段と、
該静電潜像を現像してトナー像化する現像手段と、
該像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段と、
該像担持体表面を保護する保護物質を該像担持体表面上に供給する保護物質供給手段と、
装置が使用される環境の水分量を検知する水分量検知手段とを有し、
該水分量検知手段設置位置近傍の水分量によって該保護物質の供給量を決定する画像形成装置において、
該水分量検知手段の設置位置での水分量の増加に伴い、
該保護物質の該像担持体表面への供給量を増加することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記水分量検知手段を上記像担持体の近傍に設けることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記水分量検知手段が上記像担持体表面上の水分を検知することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2の画像形成装置において、
上記水分量検知手段を上記帯電手段の近傍に設けることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項4の画像形成装置において、
上記帯電手段は上記像担持体に近接又は接触して帯電を行う帯電ローラであり、
上記水分量検知手段が該帯電ローラ表面上の水分を検知することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項2または4の画像形成装置において、
上記水分量検知手段が設置箇所の湿度を検知する湿度検知手段であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1の画像形成装置において、
上記水分量検知手段を該画像形成装置内で外気が流入する箇所に設けることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、
上記保護物質供給手段が上記保護物質を収容する保護物質収容部と、
該保護物質収容部から該保護物質を供給され、回転することにより該保護物質を担持・搬送し、上記像担持体に接触して該像担持体に該保護物質を塗布する保護物質塗布部材とを有し、
上記水分量検知手段の検知結果から出力される値に応じて、該保護物質塗布部材の回転速度または該保護物質塗布部材と上記像担持体との接触幅を変化させることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、
上記保護物質供給手段が上記保護物質を固形形状に形成された固形保護物質として収容し、
上記像担持体表面に該固形保護物質を押し当てることにより該像担持体表面に該保護物質を塗布し、
上記水分量検知手段の検知結果から出力される値に応じて、該固形保護物質を該像担持体に押し当てる力を変化させることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6または7の画像形成装置において、
上記保護物質供給手段が上記保護物質を固形形状に形成された固形保護物質として収容し、
該固形保護物質が押し当てられることにより該保護物質を供給され、回転することにより該保護物質を担持・搬送し、上記像担持体に接触して該像担持体に該保護物質を塗布する保護物質塗布部材を有し、
上記水分量検知手段の検知結果から出力される値に応じて、該固形保護物質を該保護物質塗布手段に押し当てる力を変化させることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9または10の画像形成装置において、
上記像担持体表面に上記保護物質を供給する上記保護物質供給手段の該像担持体との接触部が、
該像担持体表面に対して接離可能であることを特徴とする画像形成装置。 - 潜像を担持する像担持体と、該像担持体を一様帯電せしめる帯電手段と、該像担持体上の潜像を現像する現像手段と、該像担持体に残留する転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段と、該像担持体表面を保護する保護物質を該像担持体表面上に供給する保護物質供給手段とを備える画像形成装置に用いられ、
該像担持体、該帯電手段、該クリーニング手段より選ばれる少なくとも1つと、該保護物質供給手段とが一体になったプロセスカートリッジにおいて、
請求項1、2、3、3、4、5、6、7、8、9、10または11の画像形成装置に対して着脱可能に構成されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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