JP2008203413A - 電子写真画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【課題】クリーニング部材からすり抜ける回収物の帯電部材への付着量を低減できるようにする。
【解決手段】記録媒体Pに画像を形成する電子写真画像形成装置であって、回転可能な電子写真感光体1と、前記電子写真感光体の表面に接触しバイアスを印加して前記電子写真感光体の表面を所定の極性に帯電する帯電部材2と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を現像剤を用いて現像する現像手段4と、前記電子写真感光体の表面と接触し前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材8と、を有する。そして、前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材110を設け、前記摩擦帯電部材により前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行う。
【選択図】図1
【解決手段】記録媒体Pに画像を形成する電子写真画像形成装置であって、回転可能な電子写真感光体1と、前記電子写真感光体の表面に接触しバイアスを印加して前記電子写真感光体の表面を所定の極性に帯電する帯電部材2と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を現像剤を用いて現像する現像手段4と、前記電子写真感光体の表面と接触し前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材8と、を有する。そして、前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材110を設け、前記摩擦帯電部材により前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行う。
【選択図】図1
Description
電子写真画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関する。
ここで、電子写真画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体(例えば、記録紙、OHPシート、布等)に画像を形成するものである。電子写真画像形成装置の例としては、例えば、電子写真複写機、電子写真プリンタ(例えばレーザービームプリンタ、LEDプリンタ等)、ファクシミリ装置及びそれらの複合機(マルチファンクションプリンタ)等が含まれる。
また、プロセスカートリッジとは、電子写真感光体と、この電子写真感光体に作用するプロセス手段としての帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも1つを一体的にカートリッジ化したものである。そしてこのカートリッジを電子写真画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。
電子写真画像形成装置は、画像形成プロセスとして、一般に、帯電工程と、露光工程と、現像工程と、転写工程と、クリーニング工程と、を有する。帯電工程では、電子写真感光体を帯電装置により所定の電位、極性に帯電する。露光工程では、その電子写真感光体の帯電面に露光装置により静電像を形成する。現像工程では、電子写真感光体の帯電面に形成された静電像を現像装置によりトナー(現像剤)を用いてトナー像(現像像)として現像する。転写工程では、電子写真感光体からトナー像を転写手段により記録媒体の面上に転写する。クリーニング工程では、トナー像転写後に電子写真感光体を弾性を有するクリーンニングブレードによりクリーンニングする。
ところで、電子写真画像形成装置においては、ドラム形状の電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)を帯電する帯電装置として、従来、コロナ帯電器による帯電装置が使用されてきたが、近年、これに代って接触帯電装置が実用化されてきている。
接触帯電装置は、低オゾン、低電力を目的としており、中でも特に帯電部材として導電性のあるローラを用いたローラ帯電方式が、帯電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。
ローラ帯電では、導電性のある弾性ローラを感光ドラムの外周面(表面)に加圧状態に接触させ、その弾性ローラに電圧を印加することによって放電により感光ドラム表面への帯電を行う。
この接触ローラ帯電方式には、DC帯電方式と、AC帯電方式と、がある。DC帯電方式とは、放電開始電圧(OPC感光体に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、約550V)に、必要とされる感光体表面電位VdをたしたDC電圧を印加することで帯電を行う方式である。AC帯電方式とは、環境・耐久変動等による電位の変動を改善する目的として、必要とされる感光体表面電位Vdに相当するDC電圧に放電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を持つAC成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加する事で帯電を行う方式である。
このような接触ローラ帯電方式においては、帯電ローラとして、感光ドラム表面に導電性のある弾性ローラを接触させるという性格上、クリーニングブレードで完全に廃トナー容器に回収できなかった回収物などにより弾性ローラ表層が汚染されることがある。弾性ローラ表層を汚染する回収物として、トナー、外添剤、転写材に含まれる物質、感光体の削れ粉などがある。
特に、低温低湿環境においては、弾性ローラに付着した付着物の抵抗値上昇による帯電不良が発生し、弾性ローラに付着した箇所に相当する位置に、ハーフトーン画像部上に生じる濃度ムラや白部へのトナーの付着(カブリ)などが発生する場合があった。
このような弾性ローラの表層汚染への対策として、弾性ローラの表層改良、クリーニングブレードで清掃しやすくなるように、トナーの改良が行われてきた。
特許文献1には、画像形成動作中以外のタイミングで、感光ドラム表面を帯電する帯電ローラ表面上のトナー等を帯電ローラクリーナーの摺擦により除去し、帯電ローラと感光ドラムとの接触位置より下流側の感光ドラム表面上に落下させる技術が提案されている。
特許文献2には、帯電ローラの表面とクリーニングフィルムとを面接触させ、そのクリーニングフィルムを帯電ローラの軸方向に往復運動することによって、帯電ローラ表面をクリーニングする技術が提案されている。
特開平05−273846号公報(第4〜5頁、第1図)
特開平11−288150号公報(第3〜7頁、第1図)
近年の市場においては、モノクロ画像形成装置のみならず、カラー画像形成装置においても、低コスト、出力画像の高画質化や、高精細化が要求されている。中でも、出力画像の高画質化や、高精細化要求に対しては、現像装置に使用するトナーが従来に比べ小粒径化してきている。
現像装置において、従来よりも小粒径のトナーを使用した場合、帯電ローラ表面を完全にクリーニングすることができなかったり、帯電ローラの汚染の度合いも悪化することが予想される。
また、画像形成装置の長寿命化により、プロセスカートリッジの目標耐久寿命値が伸びている。また、多数の出力画像を得るために、画像形成の動作時間が長くなっている。
これらにより、従来にも増して、廃トナー容器内に廃トナーが多量に回収され、それに伴い微小粒径トナーも多く回収されるようになる。
特に、廃トナー容器内に廃トナーが多量に回収されると、感光ドラムの回転開始時において、クリーニングブレードからの回収物のすり抜けが起き易くなる。
図16は回収物がクリーニングブレードからすり抜けるときのメカニズムを表わす説明図である。
図16(a)に示すように、感光ドラム1が停止しているときは、クリーニングブレード8と感光ドラム表面1との接触部近傍(図15中のN部)に、回収物が多量に存在している状況になる。
次に、感光ドラム1の回転開始時には、図16(b)に示すように、感光ドラム1表面と面接触しているブレード8のブレード先端部8aが、感光ドラム1の回転方向(矢印D方向)に強制的に巻き込まれる。このブレード先端部8aが巻き込まれるときに、回収物の一部がブレード8をすり抜ける。その後、感光ドラム1表面とブレード先端部8aとの間において感光ドラム1回転中に働く動摩擦係数が静止摩擦係数よりも小さい為、ブレード8の反発力によってブレード端面部8aは元の位置へ戻る。
廃トナー容器内の回収物には、トナー、トナーに含まれる外添剤、記録媒体に含まれる物質、感光ドラム1削れ粉、及び、ブレード8への塗布剤等が含まれている。このうち、ブレード8をすり抜ける回収物の一部は、小粒径の回収物がすり抜けやすい。例えば、回収物の一部となるトナーでは、3μm程度以下のものがすり抜けやすい。
また、廃トナー容器内の回収物の電気的極性としては両極性のものが存在するが、転写手段により記録媒体に転写されなかったものがブレード8によって回収されているので、割合としては転写手段で転写されにくい帯電バイアスと逆極性のものが多い。
その後、図16(c)に示すように、感光ドラム1の回転が続き、ブレード8からすり抜けた回収物が、マイナス極性でDCバイアスの印加された帯電ローラ2に到着すると、帯電ローラ2表面に付着する。
また、ブレード8からすり抜けた回収物は、一旦帯電ローラ2表面に付着してしまうと、なかなか取れなくなる。
このように、帯電ローラ表面に回収物が付着すると、帯電ローラの抵抗値が回収物の付着部で変化してしまい、感光ドラム表面を帯電する際に均一な電位への帯電が出来なくなる。その場合、画像上において、回収物が付着した部分に対応して、スジやポチ等の画像不良となって表れてしまう。
上述したように、廃トナー容器内に多量の廃トナーがたまってくると、クリーニングブレードから小粒径トナーがすり抜ける量も増加する。その結果、帯電ローラ表面上に付着物の堆積量が増加し、従来では発生しなかった画像不良が顕在化してくるようになる。
そこで、本発明の目的は、クリーニング部材からすり抜ける回収物の帯電部材への付着量を低減できるようにした電子写真画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供することにある。
上記目的を達成するための構成は、回転可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面に接触しバイアスを印加して前記電子写真感光体の表面を所定の極性に帯電する帯電部材と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、前記電子写真感光体の表面と接触し前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材と、を有し、記録媒体に画像を形成する電子写真画像形成装置において、
前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材を有し、前記摩擦帯電部材により前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行うことを特徴とする。
前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材を有し、前記摩擦帯電部材により前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行うことを特徴とする。
また、上記目的を達成するための構成は、記録媒体に画像を形成する電子写真画像形成装置の装置本体に取り外し可能に装着されるプロセスカートリッジであって、回転可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面に接触しバイアスを印加して前記電子写真感光体の表面を所定の極性に帯電する帯電部材と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、前記電子写真感光体の表面と接触し前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材と、を有するプロセスカートリッジにおいて、
前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材を有し、前記摩擦帯電部材により前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行うことを特徴とする。
前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材を有し、前記摩擦帯電部材により前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行うことを特徴とする。
本発明によれば、クリーニング部材からすり抜ける回収物の帯電部材への付着量を低減できるようにした電子写真画像形成装置、及びプロセスカートリッジの提供を実現できる。
本発明を図面に基づいて説明する。
本実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
(1)電子写真画像形成装置の全体構成例
図1は、本実施例に係る電子写真画像形成装置の一例の構成模型図である、
本実施例に示す電子写真画像形成装置は、電子写真画像形成方式を用いて記録紙、OHPシート等の記録媒体に画像を形成するレーザビームプリンタである。
図1は、本実施例に係る電子写真画像形成装置の一例の構成模型図である、
本実施例に示す電子写真画像形成装置は、電子写真画像形成方式を用いて記録紙、OHPシート等の記録媒体に画像を形成するレーザビームプリンタである。
本実施例の電子写真画像形成装置は、現像剤として非磁性一成分現像剤を用いる現像器を備える。以下のような印字プロセスにより画像が形成される。
先ず、電子写真画像形成装置の全体構成について説明する。
電子写真画像形成装置100は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどのホスト53とコネクタ52により電気的に接続されている。そしてこのホスト53からのプリント要求に応じてビデオインターフェイス(不図示)を介して画像データ(画像情報)を受け取る。この画像データに基づいて、以下説明するようにトナー像を形成し、紙、OHPシート、布などの記録媒体(以下、転写材と記す)Pに転写して記録画像を得る。
電子写真画像形成装置100は、電子写真画像形成装置100の筐体を構成する装置本体101の内部に、電子写真感光体(像担持体)としての光導電性の有機感光体である回転可能な感光ドラム1を有する。この感光ドラム1は、駆動モータ(不図示)によって矢印D方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。
帯電ローラ2は、芯金2cと、芯金2cの外周に設けられた弾性層2bと、弾性層2bの外周に設けられた表面層2aと、を有する。この帯電ローラ2は、感光ドラム1と並列に配置され、芯金2cの両端部を加圧バネ(不図示)により感光ドラム1表面側に加圧することによって表面層2aが感光ドラム1表面と接触している。帯電ローラ2は、感光ドラム1の矢印D方向への回転に伴い矢印C方向へ従動回転する。
その帯電ローラ2に対して、所定の帯電バイアスが帯電バイアス電源(帯電高圧生成回路)48から印加され、感光ドラム1の外周面(表面)が一様に暗部電圧Vd=−500Vに帯電される。本実施例では、帯電バイアスは、制御部50の制御により帯電バイアス電源48から印加される。
次に、画像データに基づいて、露光手段としてのレーザビームを光源とするレーザスキャナ3により、感光ドラム1の一様帯電面に対して画像露光が行われる。感光ドラム1の一様帯電面において画像露光された部分は明部電圧Vl=−100Vとなる。これにより感光ドラム1の表面に画像データに応じた静電潜像(静電像)が形成される。
このように形成された静電潜像は、現像手段としての現像装置(以下、現像器と記す)4によって、負帯電性の非磁性一成分現像剤(現像剤)Tを用いて反転現像によりトナー像(現像剤像(現像像))として可視化される。
詳しくは後述するが、感光ドラム1表面と対向配置された現像器4においては、所定の層厚に規制された現像剤Tを担持している現像剤担持体としての現像ローラ41が回転駆動される。そして現像時にこの現像ローラ41の芯金に所定の現像バイアスが印加されることにより現像が行われる。
一方、感光ドラム1へのトナー像の形成と同期するように、カセットなどの転写材収容手段(不図示)から搬送ローラ5などを介して転写材Pが、感光ドラム1表面と転写手段としての転写ローラ6の外周面(表面)とが対向する転写部へと搬送されてくる。
感光ドラム1表面上で可視化されたトナー像は、転写ローラ6に現像剤Tのトナー粒子の帯電極性とは逆極性の電圧(転写バイアス)が印加されることにより、転写材P上に転写する。
トナー像が転写された転写材Pは定着装置(定着器)21に搬送される。そして加熱源(不図示)を内蔵する定着部材21aと、この定着部材21aと加圧状態に接触する加圧部材21bと、により挟持搬送される。その搬送過程において熱と圧力を受けることによって未定着トナー像が転写材Pに加熱定着される。トナー像が加熱定着された転写材Pは、装置本体101の所定位置に設けられた排出トレー(不図示)にプリント物として排出される。
トナー像の転写工程後に感光ドラム1表面に残留する転写残トナーなどの付着物は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード8と廃トナー容器9とを備えるクリーナー7によって回収される。
本実施例の画像形成装置100は、プロセススピードを50mm/secとし、A4サイズの転写材Pを毎分6枚出力できるものである。
(2)非磁性1成分接触現像方式の現像器例
図2は非磁性1成分接触現像方式の現像器4の構成模型図である。
図2は非磁性1成分接触現像方式の現像器4の構成模型図である。
現像器4は、現像容器(現像器本体)45の内部に設けられた現像剤容器45a内に負帯電性の非磁性一成分現像剤(現像剤)Tを収納している。その現像剤容器45a内には現像剤搬送部材49が設けられている。また現像器4は、現像容器45の内部において感光ドラム1側の位置に現像室45bが設けられている。この現像室45bには、現像剤Tを担持する現像剤担持体としての現像ローラ41と、現像ローラ41表面に現像剤Tを塗付する現像剤塗付部材としての供給ローラ42が設けられている。また現像室45bには、供給ローラ42により塗付された現像剤Tを所定の厚さの層に形成する現像剤層形成部材としての現像ブレード42と、現像ブレード42の支持部材たる支持板金43などが設けられている。現像ローラ41と、現像ブレード42と、支持板金43と、供給ローラ44と、現像剤搬送部材49は、それぞれ、感光ドラム1と並列に配置されている。そして現像ローラ41の外周面(表面)は、感光ドラム1表面と、現像ブレード42と、供給ローラ44の外周面(表面)に、それぞれ接触している。
現像剤搬送部材49は矢印方向へ回転して現像剤容器45a内の現像剤Tを現像室45bへと搬送する。供給ローラ44は、現像ローラ41に対して相対速度を有するように現像ローラ41の回転方向と逆方向へ回転し、現像剤容器45aから現像室45bに搬送された現像剤Tを現像ローラ41表面に塗布する。現像ローラ41表面に塗布された現像剤Tは現像ブレード42により所定の厚さの層に形成される。現像剤層が形成された現像ローラ41は、その現像ローラ41に対し所定の相対周速度差を有するように逆方向へ回転される感光ドラム1表面の潜像に現像剤Tを供給して、その潜像を現像剤像として可視化する。
より具体的には、現像ローラ41は、本実施例では、直径16mmとし、ステンレスの軸41aの周面に、厚さ5mm、ローラ硬度(アスカーC)が50度で、体積抵抗が106Ω・cmのウレタン、シリコーンなどのゴム層41bを設けて形成される。現像ローラ41はこの構成に限定されるものではなく、乾式一成分接触現像法のためには、適当な弾性及び導電性を有するものを適宜選択して用いることができる。
現像ローラ41に対して、使用するトナー粒子の極性と同極性(本実施例では負極性)である−400Vの直流電圧(現像時の現像バイアス)を印加することにより、非磁性一成分現像方式の反転現像を行い、感光ドラム1表面の潜像を現像剤像として可視化する。つまり、現像ローラ41の表面に形成される現像剤層中の現像剤を感光ドラム1の表面に移動させて潜像を顕像化させる。
現像バイアスは、制御部50の制御により第1の電圧印加手段としての現像バイアス電源47から現像ローラ41の軸部41aに印加される。現像ローラ41は、十分な画像濃度を達成することができるように、感光ドラム1の周速度に相当するプロセススピードに対して、約170%の周速度で回転するようにした。
現像ローラ41表面に現像剤Tを良好に塗布するためには、供給ローラ44としては、スポンジ状形状加工や、ローレット加工又はブラシ状加工を施したものを用いるのが好ましい。本実施例では、供給ローラ44は、ステンレスにて作製した導電性芯金44aの外側に、発泡ゴムを用いて厚さ5mm、体積抵抗が106Ω・cmの発泡ゴム層44bを形成して構成される。発泡ゴムとしてはウレタン、シリコーンなどを好適に用い得る。
供給ローラ44に対して、使用するトナー粒子の極性と同極性(本実施形では負極性)である−400Vの直流電圧(現像時の供給ローラバイアス)を印加する。
本実施例では、この供給ローラバイアスは、制御部50の制御により現像バイアス電源47から印加され、現像バイアスと同電位とされる。
現像ブレード42は、厚さ0.1mmの板状のステンレス鋼から成る帯状の弾性板であり、その先端(自由端)を現像ローラ41表面の回転方向上流に向けて面接触にて配置される、所謂、カウンタタイプの現像剤層形成部材である。現像ブレード42の材料としてはこれに限定されるものではなく、適当な導電性を有する材料を適宜選択して用いることができる。これにより、現像ローラ41表面に形成する現像剤層の高さ(厚さ)及び量を規制する。
本実施例では、現像ブレード42に印加されるバイアスは、制御部50の制御により現像バイアス電源47から印加され、−400Vの現像バイアスと同電位となる構成になっている。
(3)負帯電性の非磁性一成分現像剤
本実施例における負帯電性の非磁性一成分現像剤(現像剤)Tは、主に非磁性トナー粒子と、補助粒子としての負極性の外添剤と、を含有する。
本実施例における負帯電性の非磁性一成分現像剤(現像剤)Tは、主に非磁性トナー粒子と、補助粒子としての負極性の外添剤と、を含有する。
現像剤Tの負帯電性の非磁性トナー粒子としては、これに限定されるものではないが、本実施例では、小粒径化を達成し、且つ、転写効率を向上させるため、球形トナーを用いた。ここでは、特に、球形重合トナーを用いた。
この球形重合トナーは、重合法のモノマーに着色剤及び荷電制御剤を添加したモノマー組成物を、水系の媒体中で混ぜ合わせ重合させるといった製造方法により製造することができる。この製造方法は、球形状のトナーを作製するのに好適であり、下記のように略球形状のトナー粒子を得ることができる。球形トナーの製造方法は、この手法に限定されるものではない。球形状のトナーが作製できれば、例えば、乳化重合法などで作製してもよく、又、他の添加物が入っていても構わない。
上記製造方法により得られる球形重合トナーの形状係数は、SF−1が100〜140、SF−2が100〜120である。
ここでは、日立制作所FE−SEM(S−800)を用い、トナー粒子を100個無作為にサンプリングし、その画像情報を、インターフェイスを介してニコレ社画像解析装置(Lusex3)に導入して解析を行った。そして、以下の式により算出された値を形状係数SF−1、SF−2と定義する。
ここでは、日立制作所FE−SEM(S−800)を用い、トナー粒子を100個無作為にサンプリングし、その画像情報を、インターフェイスを介してニコレ社画像解析装置(Lusex3)に導入して解析を行った。そして、以下の式により算出された値を形状係数SF−1、SF−2と定義する。
SF−1=(MXLNG)2/AREA×(π/4)×100
SF−2=PERI/AREA×1/(4π)×100
(AREA:トナー投影面積、MXLNG:絶対最大長、PERI:周長)
形状係数SF−1は球形度合いを示し、より大きいと球形から徐々に不定形となる。形状係数SF−2は凹凸度合いを示し、より大きいと表面積の凹凸が顕著になる。従来の粉砕トナーの形状係数は、SF−1が180〜200、SF−2が180〜200である。
SF−2=PERI/AREA×1/(4π)×100
(AREA:トナー投影面積、MXLNG:絶対最大長、PERI:周長)
形状係数SF−1は球形度合いを示し、より大きいと球形から徐々に不定形となる。形状係数SF−2は凹凸度合いを示し、より大きいと表面積の凹凸が顕著になる。従来の粉砕トナーの形状係数は、SF−1が180〜200、SF−2が180〜200である。
これに対し、本実施例で用いた球形重合トナーの形状係数は、上述のようにSF−1が100〜140、SF−2が100〜120であり、従来の粉砕トナーに比べて球形重合トナーはほとんど形状が真円に近い。真円に近い球形重合トナーは、粉砕トナーに対し形状変化する要因が少ないため形状変化が少ないことを示す。
より詳細には、本実施例では、常圧下若しくは加圧下での混濁重合方法を用い、又、モノマーとしてスチレンとn−ブチルアクリレート、荷電制御剤としてサリチル酸金属化合物、極性レジンとして飽和ポリエステル、更に着色剤を加えた。これにより、重量平均粒径が約5μmであり、重量平均粒径2μm以下の非磁性トナー粒子が数%以下の負帯電性トナー粒子を得た。斯かる方法によれば、比較的容易に形状係数SF−1を100〜140に、SF−2を100〜120にコントロールすることができる。
そして、本実施例では、現像剤Tとしては、非磁性トナー粒子の表面が外添剤で覆われているものを用い、トナー粒子に所望の帯電量が付与されるようにする。非磁性トナー粒子の表面を外添剤によって覆うことで、負帯電性能を向上させ、且つ、非磁性トナー粒子間に微小な間隔を設けることによる流動性の向上を達成している。負極性の外添剤としては、疎水性シリカを用いた。
非磁性トナー粒子の重量平均粒径は、次の測定装置及び方法により求めたものである。測定装置としてコールターカウンターTAII型或いはコールターマルチライザー(コールター社製)を用いた。測定方法は次のようなものである。電解液として1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製し、この電解水溶液100ml〜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0.1ml〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を混濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理し、上記測定装置により、100μmのアパーチャーを用いて、2μm以上のトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布とを算出し、体積分布から重量基準の重量平均粒径を求めた。
(4)摩擦帯電部材110
図3は感光ドラム1と帯電ローラ2とブレード8と摩擦帯電部材110の関係を表わす説明図である。図4は摩擦帯電部材110の説明図である。
図3は感光ドラム1と帯電ローラ2とブレード8と摩擦帯電部材110の関係を表わす説明図である。図4は摩擦帯電部材110の説明図である。
図3に示すように、摩擦帯電部材110は、感光ドラム1の回転方向Dに対して、ブレード8の下流側で、かつ帯電ローラ2の上流側に設けられている。つまり、摩擦帯電部材110は、感光ドラム1の回転方向Dにおいて、ブレード8と帯電ローラ2との間に設けられている。この摩擦帯電部材110は、可撓性を有する可撓性部材である。より具体的には、摩擦帯電部材110は、可撓性を有するフィルムであって、厚さは数十μmである。以下、摩擦帯電部材110を帯電ローラ汚れ防止部材110と記す。帯電ローラ汚れ防止部材110は、感光ドラム1の長手方向(軸方向)に沿って延びる細長い形状に形成してある(図4)。汚れ防止部材110の長さは感光ドラム1の長さと略等しい。この汚れ防止部材110において1つの長辺側に固定された支持部材120は感光ドラム1と並列に配置され、他の1つの長辺側の先端面が感光ドラム1の表面に一定量の侵入量を以って接するように汚れ防止部材110を押圧する。即ち、汚れ防止部材110の感光ドラム1の表面に対する侵入量をδとしている。その侵入量δは、汚れ防止部材110において、支持部材120側の固定部の延長線が感光ドラム1の表面と径方向で交差する位置から感光ドラム1の表面と接している接触面までの距離の最大値にて定義される。そして、汚れ防止部材110は、支持部材120との固定端から所定寸法Lだけ離れた位置の先端に感光ドラム1の表面と接する先端面110aを有する。そしてその先端面110aが感光ドラム1の表面と接する周方向の幅(接触ニップ幅)をnとしている。
上記の汚れ防止部材110の材質を選択するにあたっては、図5に示す実験装置を用いてフィルムの材質の選択を行った。図5は汚れ防止部材110の材質を選択するときに用いる実験装置の要部を表わす説明図である。
実験装置は、後述する除電装置(除電ランプ)400と、表面電位計300を備える点を除いて、本実施例の画像形成装置100と同じ構成としてある。本実施例の画像形成装置100と区別するため、該画像形成装置100の構成部材と対応する構成部材には異なる符合を付している。
図5において、1Aは矢印D方向に回転駆動される感光ドラムである。8Aはクリーナ(不図示)のクリーニングブレードである。110Aは帯電ローラ汚れ防止部材である。120Aは支持部材である。2Aは帯電ローラである。帯電ローラ2Aには芯金部2Acを通じて帯電バイアス電源(不図示)からマイナス電圧が印加される。400は感光ドラム1A上の表面電位を一定にする(略0V)ための除電装置(除電ランプ)400である。除電装置400は、ブレード8Aと汚れ防止部材110Aの間に設けてある。300はブレード8Aにより摩擦帯電されたすり抜けトナーNの表面電位を計測するための表面電位計である。表面電位計300は、汚れ防止部材110Aと帯電ローラ2Aの間に設けてある。
実験方法としては、予め、クリーナの廃トナー容器内に廃トナーを収容し、感光ドラム1Aの回転動作を行っておく。この回転動作により、感光ドラム1に付着しているトナーがブレード8Aにより掻き取られ、その掻き取られたトナーはブレード8Aと感光ドラム1A表面との接触部(ニップ部)近傍に滞留する状態となる。
このような状態にすることで、感光ドラム1Aが回転を開始する時に、ブレード8Aからすり抜けトナーNが発生し易くなる。そのすり抜けトナーNは感光ドラム1Aの表面から回収すべき回収物である。
このような状態にすることで、感光ドラム1Aが回転を開始する時に、ブレード8Aからすり抜けトナーNが発生し易くなる。そのすり抜けトナーNは感光ドラム1Aの表面から回収すべき回収物である。
上記の実験装置において、ブレード8Aをすり抜けたすり抜けトナーNは汚れ防止部材110Aを通過するときに該汚れ防止部材110Aによって摩擦帯電される。その摩擦帯電後のすり抜けトナーNの表面電位を表面電位計300により測定する。また、材料の異なる複数種類の汚れ防止部材110Aについて表面電位の差を計測した。更に、すり抜けトナーNが表面電位計300を通過した後、マイナス電圧を印加した状態の帯電ローラ2Aに対してそのすり抜けトナーNが該帯電ローラ2Aに対して付着するかを確認した。
感光ドラム1Aの表面に対する汚れ防止110Aの接触条件は次の通りである。フィルムは厚み50μmのフィルム(以下、汚れ防止フィルムと記す)を用いている。そしてその汚れ防止フィルム110Aの感光ドラム1の表面に対する侵入量を2.0mmとしている。また、その汚れ防止フィルム110Aについて、支持部材120の固定端から感光ドラム1Aの表面と接する先端面までの距離Lを約6mmとし、先端面の接触ニップ幅nを約0.5mmとしている。
上記の実験装置を用いて、汚れ防止部材フィルム110Aを設けていない場合(比較例1)において、ブレード8Aからすり抜けたすり抜けトナーNの表面電位を測定した。
測定した結果、図6に示すような感光ドラム1Aの表面電位の推移を計測することができた。図6において、時間軸(横軸)0の位置が、感光ドラム1が回転を開始した時間に相当しており、すり抜けトナーNが表面電位計300を通過した時間がTpを示している。
すり抜けトナーNが、表面電位計300を通過した時に、測定された表面電位Vpの値としては、+15Vであった。その後、すり抜けトナーNが、マイナス電圧を印加した状態の帯電ローラ2に達したとき、すり抜けトナーが帯電ローラ2Aに対して付着することが確認された。
本実施例においては、汚れ防止フィルム110の材料として、ブレード8からすり抜けたすり抜けトナーを摩擦帯電させた場合、そのトナーの表面電位が図7に示すように、マイナスの表面電位Vpになるようなフィルム材料を選択した。
即ち、汚れ防止フィルム110の材料として、ブレード8をすり抜けてくるトナーの母材(非磁性トナー粒子)よりもプラス側の帯電列のフィルム材料を用いる。そしてそのフィルム材料を母材として汚れ防止フィルム110を作製することにより、すり抜けトナーを摩擦帯電によりプラス極性からマイナス極性へと帯電させることができる。つまり、すり抜けトナーを帯電ローラ2Aに印加するバイアスと同じ極性に帯電させることができる。すり抜けトナーが汚れ防止フィルム110の摩擦帯電によりマイナスに帯電されることにより、マイナスの電圧が印加されている帯電ローラ2に対して付着する量を低減することができる。
以下の表1に、上記の実験装置を用い、低温・低湿環境(気温/湿度 15℃/10%)において、汚れ防止フィルム110Aの母体材料の相違により、すり抜けトナーの摩擦帯電による表面電位Vpを測定した結果を示す。
帯電ローラ2Aへの付着レベル
○:付着無し。
○:付着無し。
△:軽微に付着が確認できる。
×:付着有り。
上記の結果から、すり抜けトナーの表面電位の大きさは、汚れ防止フィルム110Aの母体材料により差が生じる。
また、汚れ防止フィルム110Aの母体材料の違いにより、すり抜けトナーの帯電ローラ2Aの付着量に差が生じることがわかった。また、帯電ローラ2Aに付着したすり抜けトナーは、粒径が3μm程度以下のものが多く存在することが確認された。
これにより、すり抜けトナーに対し摩擦帯電できる材料を選択することで、より大きなマイナス側の表面電位が得られることが実験結果により得られた。すり抜けトナーが、汚れ防止フィルム110Aを通過した後に、マイナスの表面電位になると、マイナス電圧を印加した状態の帯電ローラ2Aに付着するトナー量が低減することも実験により確認された。
また、摩擦帯電により汚れ防止フィルム110Aが、マイナス極性になりやすい、テフロン(登録商標)のフィルムを選択した場合には、すり抜けトナーは、プラス極性の表面電位になり、マイナス電圧を印加した帯電ローラ2に対して、付着することが確認された。
このように、汚れ防止フィルム110Aの表面層と、ブレード8Aからすり抜けたすり抜けトナー樹脂との帯電列の違いにより、プラスの帯電極性からマイナスの帯電極性に摩擦帯電が行われている。その結果、すり抜けトナーの帯電列に対して、プラスになる摩擦帯電量が多い材料を汚れ防止フィルム110Aとして選択することで、すり抜けトナーの帯電ローラ2Aへの付着が抑えられることがわかった。
そこで、上記の試験結果を考慮して汚れ防止フィルムを適用した本実施例の画像形成装置100と、汚れ防止フィルムを適用していない画像形成装置(比較例1)について、次のような実験を行った。帯電ローラ汚れの画像弊害が置きやすい、低温・低湿環境(気温/湿度 15℃/10%)において、本実施例の画像形成装置100と比較例1の画像形成装置を比較評価した結果を以下の表2に示す。
感光ドラムの寿命である5000枚まで、1枚印字毎に起動、停止を繰り返す画像形成動作を行った場合に、帯電ローラのトナー汚れによる不良画像の発生レベルを比較した。
不良画像レベル
○:問題無し。
○:問題無し。
○△:やや現象が確認できる。
△:実用上問題無いが、現象が確認できる。
×:実用上問題有り。
上記の実験結果により、汚れ防止フィルム110として、ナイロン、ポリイミド、ポリエステルのフィルムを用いることで、すり抜けトナーの帯電ローラへの付着を防止することが確認できた。
また、ポリエステルフィルムに比べて、すり抜けトナーをマイナス側に摩擦帯電するナイロン、ポリイミドのフィルムを設置することで、すり抜けトナーの帯電ローラ2への付着を防止し、付着による不良画像は発生しないことも確認できた。
上記の汚れ防止フィルム110の構成によれば、汚れ防止フィルム110は可撓性の部材であるので、撓ませた反発力に応じた力によって先端面110aを感光ドラム1表面に接触させることができる。従って、簡易な構成で、接触ニップ幅n(図4)を0.5mm程度に抑えることができ、且つ侵入量δ(図3)の振れに対して先端面の感光ドラム1表面との接触圧の変化を少なくすることができる。
また、感光ドラム1の長手方向の表面全域において、均一に軽圧で接触させることが出来るため、耐久寿命の長い感光ドラムにおいても、汚れ防止フィルム110により摩擦帯電されたすり抜けトナーは接触ニップ内に滞留することがない。従って、汚れ防止フィルム110自体や、汚れフィルム110との接触によりできる、感光ドラム1表面のキズを画像上影響のない程度にとどめることができる。
汚れ防止フィルム110のフィルム膜厚、フィルム侵入量、当接条件等は、上述の値に限定されるものではない。感光ドラムの回転駆動の速度差、感光ドラムへの押圧の差、感光ドラムの寿命や使用するトナーの特性、感光ドラムをクリーニングするブレードの性能などにより、適宜最適値を選択すればよい。
また、汚れ防止フィルム110を適用することで、ブレード8の製造上の精度や、ブレード8の強度に対して、従来に比べそれほど高精度を要求されないので、画像形成装置100の低コスト化に貢献することができるようになる。
本実施例においては、帯電ローラ2にマイナス電圧を印加することで、感光ドラム1をマイナス極性の表面電位にし、露光部を現像する反転現像を行う画像形成装置100について説明を行った。これ以外にも、帯電ローラにプラス電圧を印加することで、感光ドラムをプラス極性の表面電位にし、露光部以外を現像する正規現像を行う画像形成装置についても、すり抜けトナーをプラス極性に摩擦帯電する汚れ防止部材を設けることで同様の効果を得られる。
電子写真画像形成装置の他の例を説明する。
本実施例では、実施例1の画像形成装置100の構成部材と同じ機能を有する構成部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。実施例3においても同様とする。
図8は本実施例に係る電子写真画像形成装置100の一例の構成模型図である。
本実施例に示す電子写真画像形成装置100は、感光ドラムユニット91と、現像ユニット92と、を一体的に結合したプロセスカートリッジ(以下、「カートリッジ」という)90を装置本体101内に有するものである。そしてそのカートリッジ90は装置本体101に取り外し可能に装着されている。
カートリッジ90において、感光ドラムユニット91は、ユニットフレーム91Fに、感光体ドラム1と、帯電ローラ2と、クリーナ7と、摩擦帯電部材110と、支持部材120と、を備えるものである。現像ユニット92は、ユニットフレーム92Fに、現像器4を備えるものである。
カートリッジ90のユニットフレーム91Fには、装置本体101に設けられた本体帯電バイアス接点60bと電気的に接続するための帯電バイアス接点60aが設けられている。また、ユニットフレーム92Fには、装置本体101に設けられた本体現像バイアス接点70bと電気的に接続するための現像バイアス接点70aが設けられている。そして、カートリッジ90が装置本体101に装着された際に、帯電バイアス接点60aは本体帯電バイアス接点60bと、現像バイアス接点70aは本体現像バイアス接点70bと、それぞれ電気的に接続される。これにより、帯電バイアス電源48から本体帯電バイアス接点60b及び帯電バイアス接点60aを通じて帯電ローラ2に帯電バイアスを印加することができる。また、現像バイアス電源47から本体現像バイアス接点70b及び現像バイアス接点70aを通じて現像器4に現像バイアスと供給ローラバイアスを印加することができる。
また、現像ブレード42に印加されるバイアスは、現像バイアス電源47から印加され、現像時に現像ローラに印加されるバイアスと同電位となる構成になっている。
本実施例の画像形成装置100によれば、上記のようなカートリッジ方式を採用することによって、装置本体101に対しカートリッジ90を簡易に着脱することができる。そのため、例えば使用者がサービスマンによらず自身で装置のメンテナンス、消耗品等を交換することができる。これにより、ユーザビリティは飛躍的に向上し、又メーカの負担をも軽減することができる。
また、カートリッジ90の感光ドラムユニット91が摩擦帯電部材110を備えるため、実施例1の画像形成装置100と同様な作用効果を得ることができる。そのため、出力画像上に帯電ローラ汚れに起因する画像欠陥といった画像不良が生じることなく、高品質の画像を安定して形成することができる。
電子写真画像形成装置の他の例を説明する。
本実施例に示す電子写真画像形成装置100は、現像器4として非磁性一成分ジャンピング現像方式を採用した画像形成装置である。
図9は本実施例に係る電子写真画像形成装置100の一例の構成模型図である。図10は非磁性一成分ジャンピング現像方式の現像器4の構成模型図である。図11は感光ドラム1と現像ローラ41との関係を表わす説明図である。
現像器4は、図10に示すように、現像容器(現像器本体)45の現像剤容器45a内に負帯電性の非磁性一成分現像剤(現像剤)Tを収容している。また、現像剤担持体としての現像スリーブ41の表面と感光ドラム1の表面とは所定の隙間(SDギャップ)に保たれている。この2点を除いて実施例1の現像器4と同じ構成としてある。
図11に示すように、現像スリーブ41の両端部にはリング状のコロ41aが設けられている。コロ41aの内径部は現像スリーブ41の外周面(表面)と接触し、外径部は感光ドラム1の表面と接触している。これにより、現像スリーブ41の表面と、感光ドラム1の表面は所定の隙間に保たれる。
このコロ41aは、摺動性POM等、摺動性に優れ、圧縮歪みが比較的小さい有機高分子材料等からなる。そしてコロ41aは、現像スリーブ41の表面に回転自在に嵌合され、該現像スリーブ41よりも大きい外径を有している。そしてそのコロ41aの表面が感光ドラム1の表面と加圧状態に接触して、現像スリーブ41の表面と感光ドラム1の表面との間隔を300μmに保っている。
図10において、現像スリーブ41は、樹脂溶液中にカーボン等を配合して抵抗調整した後、アルミニウム素管上に塗工を行ったものである。現像スリーブ41の直径は15mmである。現像スリーブ41は上記の構成に限定されるものではない。非磁性一成分ジャンピング現像法のためには、現像スリーブとして適当な弾性及び導電性を有するものを適宜選択して用いることができる。
感光ドラム1と現像スリーブ41は一定の隙間を有して非接触に保たれ、現像スリーブ41の表面に現像ブレード42により形成された現像剤層中の現像剤が隙間を飛翔して、感光ドラム1表面の潜像を現像剤像として可視化する。
本実施例では、現像時の供給ローラ44に対して、使用するトナー粒子の極性と同極性(本実施形では負極性)である−400Vの現像バイアス(現像時のDC+ACバイアス)を印加することにより、非磁性一成分ジャンピング現像方式の反転現像を行う。これにより、現像ローラ41表面の現像剤層中の現像剤が隙間を飛翔して感光ドラム1の表面に移動し感光ドラム1表面の潜像を現像剤像として可視化する。この供給ローラバイアスは、制御部50の制御により現像バイアス電源47から印加され、現像バイアスと同電位とした。
本実施例では、現像ブレード42に印加されるバイアスは、制御部50の制御により現像バイアス電源47から印加され、−400Vの現像バイアス(現像時のDC+ACバイアス)と同電位とされる構成になっている。
本実施例の現像器4で用いたトナーは、磁性体を含まない非磁性一成分現像剤、所謂ノンマグトナーである。上述した非磁性一成分ジャンピング現像方式によれば、実施例1で説明した非磁性一成分接触現像方式を用いた現像器4に比べると、現像器4を構成する部品の製造コストが比較的安価であるため、画像形成装置100の製造コストも下げることが可能になる。従ってコストダウンを図れる。
しかしながら、非磁性一成分ジャンピング現像方式を採用することで、以下の現象が発生した。
現像スリーブ41と感光ドラム1との間において、トナーを現像スリーブ41から感光ドラム1へ転移し、或いはトナーを感光ドラム1から現像スリーブ41へ逆転移することを繰り替えすことによりトナーを往復運動させている。そのため、感光ドラム1表面の潜像領域の端部(以下、画像端部と記す)にトナーが多く現像されるといったエッジ効果が生じる。
このエッジ効果は、感光ドラム1表面において画像端部にトナーが多く現像されることから、画像端部で転写残トナーが多く発生するようになる。特に、文字や線を印字する場合には、転写残トナーが多く発生するので、廃トナー容器内には、より多くの転写残トナーが収容されるようになる。
非磁性一成分ジャンピング現像方式によるエッジ効果により、クリーナ7の廃トナー容器9内に廃トナーが多く収容されることで、廃トナー容器9内のトナーに含まれる小粒径トナーの絶対量が増加する。
さらに、廃トナー容器9内に、多量の小粒径トナーが収容されると、ブレード8と感光ドラム1の表面との接触部に小粒径トナーがたまりやすくなる。このような状態になると、ブレード8からのすり抜けトナーの発生が多くなる。
上述の現像器4を用いた画像形成装置100において摩擦帯電部材110を設けていない場合(比較例2)に、ブレード8からすり抜けるすり抜けトナーの表面電位を測定した。
また、上述の現像器4を用いた画像形成装置100において摩擦帯電部材110を設けた場合に、ブレード8からすり抜けるすり抜けトナーの表面電位の測定を行った。
以下の表3に、実施例1で説明した実験装置を用い、低温・低湿環境(気温/湿度 15℃/10%)において、汚れ防止フィルム110Aの母体材料の相違により、すり抜けトナーの摩擦帯電による表面電位Vpを測定した結果を示す。
帯電ローラ2Aへの付着量レベル
○:付着無し。
○:付着無し。
○△:軽微に付着が確認できる。
△:付着有り。
×:多量に付着有り。
上記の実験結果から、すり抜けトナー量が実施例1の場合よりも多いことが観察され、すり抜けトナーの表面電位の大きさは汚れ防止フィルム110Aの母体材料により差が生じることが確認された。
また、汚れ防止フィルム110Aの母体材料の違いにより、すり抜けトナーの帯電ローラ2Aの付着量に差が生じることがわかった。
これにより、すり抜けトナーに対し摩擦帯電できる材料を選択することで、より大きなマイナス側の表面電位が得られることが実験結果により得られた。すり抜けトナーが、汚れ防止フィルム110Aを通過した後に、マイナスの表面電位になると、マイナス電圧を印加した状態の帯電ローラ2Aに付着するトナー量が低減することも実験により確認された。
また、摩擦帯電により汚れ防止フィルム110Aが、マイナス極性になりやすい、テフロンのフィルムを選択した場合には、すり抜けトナーは、プラス極性の表面電位になり、マイナス電圧を印加した帯電ローラ2に対して、付着することが確認された。
汚れ防止フィルム110Aの設置条件は、実施例1で説明した構成と同じ設定で行い、汚れ防止フィルム110Aは摩擦帯電によってすり抜けトナーをプラス極性のトナーからマイナス極性になるように帯電させる。
そこで、上記の試験結果を考慮して汚れ防止フィルムを適用した本実施例の画像形成装置100と、汚れ防止フィルムを適用していない画像形成装置(比較例1)について、次のような実験を行った。帯電ローラ汚れの画像弊害が置きやすい、低温・低湿環境(気温/湿度 15℃/10%)において、本実施例の画像形成装置100と比較例1の画像形成装置を比較評価した結果を以下の表4に示す。
感光ドラムの寿命である5000枚まで、1枚印字毎に起動、停止を繰り返す画像形成動作を行った場合に、帯電ローラのトナー汚れによる不良画像の発生レベルを比較した。
不良画像レベル
○:問題無し。
○:問題無し。
○△:やや現象が確認できる。
△:実用上問題無いが、現象が確認できる。
×:実用上問題有り。
また、低温・低湿環境(気温/湿度 15℃/10%)において、感光ドラム1Aの5000枚の寿命耐久を行ったところ、帯電ローラ2Aのトナー汚染による不良画像は発生しなかった。
上記以外にも、汚れ防止フィルム110のフィルム膜厚、フィルム侵入量、当接条件等は、上述の値に限定されるものではない。感光ドラムの寿命や使用するトナーの特性、感光ドラムをクリーニングするブレードの性能などにより、適宜最適値を選択すればよい。
本実施例においても、汚れ防止フィルム110により、すり抜けトナーを摩擦帯電することによって、マイナスの帯電バイアスが印加されている帯電ローラ2に対して、すり抜けトナーが付着する量を低減させることができる。
電子写真画像形成装置の他の例を説明する。
本実施例においては、現像手段が、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの4色の現像剤を備え、その4色の現像剤ごとにその現像剤を電子写真感光体の表面に移動させて潜像を顕像化する、インライン方式のカラー電子写真画像形成装置について説明する。
図12は本実施例に係る電子写真画像形成装置の一例の構成模型図である。
本実施例に示すカラー電子写真画像形成装置(カラープリンタ)100は、装置本体101内にイエローY、マゼンタM、シアンC、ブラックBk用の4つの独立した画像形成ステーションSY・SM・SC・SBkを上下方向に縦一列に配置したものである。そしてステーションS(Y〜Bk)に対して、静電転写ベルト(搬送手段)20に記録紙、OHPシート等の記録媒体(以下、転写材と記す)Pを静電的に吸着させ該静電転写ベルト20により転写材Pを搬送する。そしてその転写材PにステーションS(Y〜Bk)によって各色のトナーの転写を行う事によりフルカラー画像を得る構成となっている。
本実施例において、画像形成装置100は、接地面積の小型化の実現や、カートリッジ交換やジャム処理の為に、装置本体101に対し前扉(開閉扉)102のみの開閉で所望の目的が達成できるものである。即ち、装置本体101の内部に設けられたステーションS(Y〜Bk)にはプロセスカートリッジ90(Y〜Bk)が取り外し可能に装着されている。そしてそのカートリッジ90(Y〜Bk)に対して、静電転写ベルト20を有する前扉102を開閉できる構成となっている。
転写ベルト20は、前扉102の内部において上部に設けられた駆動ローラ3iと下部に設けられた従動ローラ3gにステーションS(Y〜Bk)に沿うように巻き掛けてある。転写ベルト20の内側には、カートリッジ90(Y〜Bk)の後述の感光ドラム(電子写真感光体)1(Y〜Bk)と転写ベルト20を介して対向するように転写ローラ(転写手段)6(Y〜Bk)が配置してある。
本実施例の画像形成装置100は、ステーションS(Y〜Bk)が上下方向に縦一列に配置されていることから、転写材Pは転写ベルト20により重力に逆らって下方から上方へと搬送される。そのため、転写材Pと転写ベルト20が十分に吸着している事が必要である。そのため、転写材Pが転写ベルト20と最初に接触する位置付近に、バイアスを印加した吸着ローラ(吸着部材)3Jを設け、その吸着ローラ3Jにより転写材Pに電荷を与える事によって、転写ベルト20による転写材Pの吸着搬送を可能としている。
カートリッジ90(Y〜Bk)は、感光ドラム1(Y〜Bk)と、帯電ローラ(帯電部材)2(Y〜Bk)と、現像器(現像手段)4(Y〜Bk)と、クリーナ7(Y〜Bk)、摩擦帯電部材110(Y〜Bk)などを一体的にカートリッジ化したものである。
感光ドラム1(Y〜Bk)は、直径30mmの負帯電OPC感光体であり、所定の周速度(プロセススピード)をもって矢印方向へ回転駆動される。本実施例では、感光ドラム1(Y〜Bk)のプロセススピードは50mm/secとしている。
その感光ドラム11(Y〜Bk)の外周面(表面)は回転過程において帯電ローラ2(Y〜Bk)により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。帯電ローラ2(Y〜Bk)には、装置本体101に設けられた帯電バイアス電源48から所定の極性の帯電バイアスが印加される。本実施例では、帯電バイアス電源48により−1050VのDC電圧を印加する。本実施例の帯電方式は、実抵抗1×106 Ωの帯電ローラ2(Y〜Bk)の外周面(表面)を感光ドラム1(Y〜Bk)の表面に総圧9.8Nで接触させ、帯電ローラ2(Y〜Bk)を感光ドラム1の回転に応じて従動回転させて帯電を行うDC接触帯電方式である。感光ドラム1(Y〜Bk)の表面は一様に−500Vに帯電される。
次いで、その一様帯電面は、カートリッジ90(Y〜Bk)の外部においてステーションS(Y〜Bk)に設けられたレーザスキャナ(露光手段)3(Y〜Bk)による画像露光を受ける。これによって、感光ドラム1Yの帯電面にはイエロー成分像に対応した静電潜像(静電象)が、感光ドラム1Mの帯電面にはマゼンタ成分像に対応した静電潜像(静電象)が、それぞれ形成される。また、感光ドラム1Cの帯電面にはシアン成分像に対応した静電潜像(静電象)が、感光ドラム1Bkの帯電面にはブラック成分像に対応した静電潜像(静電象)が、それぞれ形成される。レーザスキャナ3(Y〜Bk)は、レーザダイオードを用いたポリゴンスキャナーであり、画像信号により変調されたレーザビームを感光ドラム1(Y〜Bk)の表面に結像し、静電潜像を形成する。
感光ドラム1(Y〜Bk)の画像露光された部分は、明部電圧Vl=−100Vとなり、これにより感光ドラム1(Y〜Bk)の表面に静電潜像が形成される。レーザ露光の書き出しは、主走査方向(転写材Pの搬送方向と直交する方向)では、走査ライン毎にBDと呼ばれるポリゴンスキャナー内の位置信号から、所定の時間遅延させて行う。副走査方向(転写材Pの搬送方向)では、転写材P搬送路内の転写材検知スイッチを起点とするTOP信号から、所定の時間遅延させて行う。これによって、各ステーションS(Y〜Bk)では常に転写材P上の同じ位置に露光を行える構成となっている。
感光ドラム1(Y〜Bk)の帯電面に形成された潜像は、それぞれ対応する現像器4(Y〜Bk)により現像される。現像器4(Y〜Bk)に収納されているY・M・C・Bkのトナーは、磁性体を含まない非磁性一成分現像剤、所謂ノンマグトナーである。現像器4(Y〜Bk)は、感光ドラム1(Y〜Bk)の潜像を上記現像剤により非接触一成分ジャンピング現像方式によってトナー像として可視化する。
現像スリーブ41(Y〜Bk)は、感光ドラム1(Y〜Bk)に対して矢印方向に170%の周速で回転する。この現像スリーブ41(Y〜Bk)には、現像バイアス電源47(Y〜Bk)から制御部50の信号によって可変可能な電圧が印加される。これにより、実施例3で説明した非接触一成分ジャンピング現像方式の反転現像によって現像が行われる。
転写ベルト20は、矢示方向に感光ドラム1(Y〜Bk)と同じ周速度をもって回転駆動される。この転写ベルト20は、PET樹脂にカーボンブラックを分散して1×1010Ωcmに抵抗調整された厚み130μmの単層樹脂ベルトであり、背面側に接着されたリブ(不図示)によってベルトの蛇行や、寄りを規制する構成となっている。
転写ローラ6(Y〜Bk)は、高圧印加可能のスポンジ状ウレタンゴム製の転写ローラである。そして、感光ドラム1(Y〜Bk)の表面と転写ベルト20の外周面とを接触させた転写部において転写ローラ6(Y〜Bk)の外周面が転写ベルト20の内周面に接触している。
カセット(転写材収容手段)3aからピックアップローラ3bにより一枚ずつ給送された転写材Pは、搬送ローラ3cを通過した後に転写入口ガイド(不図示)を介して矢印方向に回転されている転写ベルト20の表面と接触する。転写材Pはその位置で吸着ローラ3Jにより電荷が与えられる。これによって転写材Pは転写ベルト20の表面に吸着され転写ベルト20によって下方から上方へと搬送される。その搬送過程において、感光ドラム1(Y〜Bk)に転写ローラ6(Y〜Bk)から負極性の電荷(転写バイアス(以下、電界と記す))が印加されることにより、感光ドラム1(Y〜Bk)表面のトナー像が転写材P上に重畳転写される。これによって、転写材Pの面にイエローY、マゼンタM、シアンC、ブラックBkの未定着のフルカラートナー像が合成形成される。
全色の転写が終了した転写材Pは、転写ベルト20の上端から転写ベルト20の曲率によって分離され、定着器21に搬送される。そして加熱源(不図示)を内蔵する定着部材21aと、この定着部材21aと加圧状態に接触する加圧部材21bと、により挟持搬送される。その搬送過程において熱と圧力を受けることによって未定着のフルカラートナー像が転写材Pに加熱定着される。トナー像が加熱定着された転写材Pは排出ローラ22によって装置本体101の上部に設けられた排出トレー23にプリント物として排出される。
転写が終了した感光ドラム1(Y〜Bk)の表面に残留する転写残トナーなどの付着はクリーナ7(Y〜Bk)のクリーニングブレード8(Y〜Bk)によって廃トナー容器(不図示)に回収され、感光ドラム1(Y〜Bk)は次の画像形成に備える。
図13はカートリッジ90(Y〜Bk)における感光ドラム1(Y〜Bk)と帯電ローラ2(Y〜Bk)とブレード8(Y〜Bk)と摩擦帯電部材110(Y〜Bk)の関係を表わす説明図である。
本実施例のカートリッジ90(Y〜Bk)において、摩擦帯電部材110(Y〜Bk)は、感光ドラム1(Y〜Bk)の回転方向Dに対して、ブレード8(Y〜Bk)の下流側で、かつ帯電ローラ2(Y〜Bk)の上流側に設けられている。つまり、摩擦帯電部材110(Y〜Bk)は、感光ドラム1(Y〜Bk)の回転方向Dにおいて、ブレード8(Y〜Bk)と帯電ローラ2(Y〜Bk)の間に設けられている。この摩擦帯電部材110(Y〜Bk)は、実施例1と同様、支持部材120(Y〜Bk)に支持されている。
カラー電子写真画像形成装置100は、使用する環境の変化、プリント枚数などの諸条件によって画像濃度が変動すると、本来の正しい色調が得られなくなってしまう。そこで、本実施例のカラー電子写真画像形成装置100においては、各色のトナーにより転写ベルト20の表面に濃度検知用トナー像(パッチ)を試験的にそれぞれ形成し、それらの濃度を光学式画像濃度検知器(不図示)により検知している。そしてその検知結果を露光量、現像バイアスなどにフィードバックする画像濃度制御を行うことにより安定した画像を得ている。例えば、光学式画像濃度検知器としては、パッチに対して赤外光を発光し、それからの乱反射光を受光するという構成がある。このように転写ベルト20の表面にトナー像を直接転写させるモードを直接転写モードと呼ぶ。
ところが、上記のような画像濃度制御実行による意図的な直接トナー像の転写、或いはジャムやかぶりなどの不可避的なトナー付着などの原因によって、転写ベルト20自体が汚れることがある。従って、これらの付着物を除去するためのなんらかの手段を講じる必要がある。
その一例として、転写ローラ6(Y〜Bk)に負極性の転写バイアスを印加して、転写ベルト20表面のトナーを感光ドラム1(Y〜Bk)表面に再転写させる方式が知られている。この方式によれば、転写ベルト20表面と接触し該転写ベルト20表面をクリーンングするクリーンング部材としてよく知られているクリーニングブレードやブラシなどの部材が不必要になるため、コストダウンにつながる。
上記の構成のように、転写ベルト20表面のトナーを感光ドラム1(Y〜Bk)表面に再転写させる方式を採ると、後述のようにトナーを回収するステーションでは、トナーを回収しない他のステーションと比較して、多量の転写残トナーが回収されることになる。
次に、転写ベルト20表面に付着したトナーのクリーニング方法について、図14、図15を参照して説明する。
図14のように、転写ベル20の表面に付着したトナーのクリーニング前では、通常の画像形成動作により、転写ベルト20表面には、負極性のトナーが付着している。
転写ローラ6M・6Bk、すなわちマゼンタトナー像、ブラックトナー像の転写部において、転写実行時の電界とは逆極性の電界が発生するように、転写バイアスを印加して、感光ドラム1M・1Bkの表面電位を調節する。以後、これを転写逆電界と呼ぶ。
例えば、帯電ローラ2M・2Bkによって、感光ドラム1M・1Bkの表面を所定の電位(Vd)とし、転写バイアスとして、絶対値がVdより大きな負極性の転写バイアスを印加する。以後、この負極性の転写バイアスを転写逆バイアスと呼ぶこととする。
また、感光ドラム1M・1Bkの表面電位を露光時電位とし、感光ドラム1M・1Bkの表面電位を下げる設定になるように、転写逆バイアスの絶対値が露光時電位より大きなバイアスを印加する構成もよい。
この場合には、転写逆バイアスの印加バイアス値を低くできるという利点があるが、感光ドラム1M・1Bkの表面にトナーが現像されるのを防止するために、正極性の現像バイアスを印加するなどの処置が必要になる。
図15に示すように、上記の転写ベルト20表面のクリーニング時では、転写ベルト20表面に転移されたトナーは、負極性に帯電されたトナーである。そのため、転写部に転写逆電界が形成されることにより、そのほとんどのトナーは感光ドラム1M・1Bkに再転移し、ブレード8M・8Bkにより、廃トナー容器に回収される。
上記の構成を適用する場合には、転写逆電界の強度は最適値を選択する必要がある。本実施例における構成では、感光ドラム1(Y〜Bk)表面をVd電位(−500V)としたときに、転写逆バイアスとして、−1.5kV程度印加した状態にした。
本実施例においては、転写ベルト20表面のトナーを回収するステーションとして、マゼンタステーションSMとブラックステーションSBkを設定した。
ステーションSM・SBkにおいて、転写逆電界の強度が強くなれば、転写ベルト20の表面のトナーは、感光ドラム1M・1Bkに再転移しやすくなる。逆に転写逆電界の強度が強すぎると、感光ドラム1M・1Bkと転写ベルト20の間に放電現象が発生してしまう。
本実施例においては、放電現象により、転写ベルト20表面のトナーに対して、正電荷が付与されることや、転写ベルト820表面のトナー帯電量の低下、トナーの帯電極性の反転が起こらない範囲に設定した。
上記した転写ベルト20表面のクリーニングを実行する転写ベルトクリーニングモードは、画像濃度制御された後など転写ベルト20表面にトナーを意図的に転写させた後のみでなく、次のような場合に実行するのも効果的である。即ち、画像形成時における転写材Pの給送ジャムなどにより、不可避的に転写ベルト20表面にトナーが転写された後の本体リカバリー動作中に実行するのも効果的である。
上記の構成を採ることにより、廃トナーを回収するステーション(Mステーション、Bkステーション)は、通常の画像形成中に回収される廃トナーと、転写ベルトクリーニングモード時において回収する廃トナーとが回収されるようになる。そのため、ステーションSM・SBkのカートリッジ90M・90Bkでは、廃トナーの回収量が飛躍的に増大する。
カートリッジ90M・90Bkにおいて、廃トナーが廃トナー容器内に飛躍的に多く収容されることで、廃トナー容器内のトナーに含まれる小粒径トナーの絶対量が増加する。このように、廃トナー容器内に、多量の小粒径トナーが収容されると、ブレード8M・8Bkと感光ドラム1M・1Bkとの接触部に小粒径トナーがたまりやすくなる。このような状態になると、ブレード8M・8Bkからのすり抜けトナーの発生が多くなる。
上記の構成を採用すると、転写ベルト20表面のトナーの回収も行うステーション(Mステーション、Bkステーション)において、画像形成動作開始時にブレードからすり抜けるトナー量が、多く発生することが確認された。
上述の構成を採用したカラー電子写真画像形成装置100において摩擦帯電部材110を設けていない場合(比較例3)に、ブレード8M・8Bkからすり抜けるすり抜けトナーの表面電位を測定した。
このすり抜けトナーの表面電位を、実施例1で説明した実験装置により、低温・低湿環境(気温/湿度 15℃/10%)において測定した結果を表5に示す。
帯電ローラへの付着量レベル
○:付着無し。
○:付着無し。
○△:軽微に付着が確認できる。
△:付着有り。
×:多量に付着有り。
上記の実験結果から、すり抜けトナー量が、転写ベルト20表面のトナー回収を行うステーションSM・SBkにおいて、このステーションSM・SBk以外の他のステーションSY・SCよりも多いことが観察された。また、すり抜けトナーの表面電位も異なることが確認された。
また、ステーションSM・SBkと、他のステーションSY・SCとでは、すり抜けトナーの帯電ローラ2(M〜Bk)の付着量に差が生じ、該ステーションSM・SBkで帯電ローラ2M・2Bkの付着量が多いことが確認された。
本実施例では、すり抜けトナーが正極性であるため、摩擦帯電部材110(M〜Bk)として、ナイロンを母体としたフィルム(帯電ローラ汚れ防止フィルム)を選択した。
このように、帯電ローラ汚れ防止フィルム110(M〜Bk)は、すり抜けトナーに対し摩擦帯電できる材料を選択し、より大きなマイナス側の表面電位が得られるものが良い。
汚れ防止フィルム110(M〜Bk)の設置条件は、実施例1で説明した構成と同様の設定で行う。また、汚れ防止フィルム110(M〜Bk)は、摩擦帯電によってすり抜けトナーを正極性のトナーから負極性になるように帯電させる。
そこで、上記の試験結果を考慮して汚れ防止フィルムを適用した本実施例の画像形成装置100と、汚れ防止フィルムを適用していない画像形成装置(比較例3)について、次のような実験を行った。帯電ローラ汚れの画像弊害がおきやすい、低温・低湿環境(15℃/10%)において、本実施例の画像形成装置と比較例3の画像形成装置を比較評価した結果を以下の表6に示す。
感光ドラムの寿命である5000枚まで、1枚印字毎に起動、停止を繰り返す画像形成動作を行った場合に、帯電ローラのトナー汚れによる不良画像の発生レベルを比較した。
画像欠陥レベル
○:問題無し。
○:問題無し。
○△:やや現象が確認できる。
△:実用上問題無いが、現象が確認できる。
×:実用上問題有り。
上記の実験結果により、汚れ防止フィルム110(M〜Bk)を設けることにより、すり抜けトナーをマイナス側に摩擦帯電し、マイナス電圧を印加した帯電ローラ2(M〜Bk)に対して付着するトナー量を低減できることが確認された。
また、ステーションS(M〜Bk)においても、帯電ローラ汚れに起因する画像欠陥の発生がなく、安定した出力画像が得られるようになり、良好な色バランスの多色画像を得ることができた。
このように汚れ防止フィルム110(M〜Bk)を適用することにより、画像形成装置100の大型化、及びコストアップを防ぎつつ、高画質な画像を安定して得ることができる。
また、環境条件と耐久枚数条件においても、画像出力を安定することができ、良好な色バランスの多色画像を得ることができ、一層安定した濃度の出力画像を得ることができ、良好な色バランスの多色画像を得ることができる。
1・1(Y〜Bk):感光ドラム、2・2(Y〜Bk):帯電ローラ、4・4(Y〜Bk):現像器、8・8(Y〜Bk):クリーニングブレード、110・110(Y〜Bk):摩擦帯電部材、T:現像剤
Claims (13)
- 回転可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面に接触しバイアスを印加して前記電子写真感光体の表面を所定の極性に帯電する帯電部材と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、前記電子写真感光体の表面と接触し前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材と、を有し、記録媒体に画像を形成する電子写真画像形成装置において、
前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材を有し、前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記摩擦帯電部材により前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行うことを特徴とする電子写真画像形成装置。 - 前記摩擦帯電部材は、可撓性を有する可撓性部材であって、前記電子写真感光体の表面と面接触することを特徴とする請求項1に記載の電子写真画像形成装置。
- 前記電子写真感光体の表面と面接触する前記摩擦帯電部材は、可撓性を有するフィルムであることを特徴とする請求項2に記載の電子写真画像形成装置。
- 前記現像手段は、前記現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に前記現像剤を塗付する現像剤塗付部材と、前記現像剤塗付部材により塗付された現像剤を所定の厚さの層に形成する現像剤層形成部材と、を有し、前記現像剤担持体の表面に形成される現像剤層中の現像剤を前記電子写真感光体の表面に移動させて潜像を顕像化させることを特徴とする請求項1に記載の電子写真画像形成装置。
- 前記現像剤は非磁性トナー粒子を有し、前記非磁性トナー粒子は重合法で製造されることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子写真画像形成装置。
- 前記現像手段が、イエロー、マゼンダ、シアン及びブラックの4色の現像剤を備え、前記4色の現像剤ごとに前記現像剤を前記電子写真感光体の表面に移動させて潜像を顕像化することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子写真画像形成装置。
- 前記現像手段は、前記現像剤担持体に対して前記現像剤の極性と同じ極性のバイアスを印加することにより、前記現像剤を前記電子写真感光体の表面に移動させて潜像を顕像化させる反転現像を行うことを特徴とする請求項3から請求項7のいずれかに記載の電子写真画像形成装置。
- 記録媒体に画像を形成する電子写真画像形成装置の装置本体に取り外し可能に装着されるプロセスカートリッジであって、回転可能な電子写真感光体と、前記電子写真感光体の表面に接触しバイアスを印加して前記電子写真感光体の表面を所定の極性に帯電する帯電部材と、前記電子写真感光体の表面に形成された潜像を現像剤を用いて現像する現像手段と、前記電子写真感光体の表面と接触し前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材と、を有するプロセスカートリッジにおいて、
前記電子写真感光体の回転方向に対して、前記クリーニング部材の下流側で、かつ前記帯電部材の上流側に、前記電子写真感光体の表面と接する摩擦帯電部材を有し、前記クリーニング部材からすり抜けた前記電子写真感光体の表面から回収すべき回収物を前記摩擦帯電部材により前記帯電部材のバイアスと同じ極性に摩擦帯電を行うことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 前記摩擦帯電部材は、可撓性を有する可撓性部材であって、前記電子写真感光体の表面と面接触することを特徴とする請求項8に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記電子写真感光体の表面と面接触する前記摩擦帯電部材は、可撓性を有するフィルムであることを特徴とする請求項9に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記現像手段は、前記現像剤を担持する現像剤担持体と、前記現像剤担持体の表面に前記現像剤を塗付する現像剤塗付部材と、前記現像剤塗付部材により塗付された現像剤を所定の厚さの層に形成する現像剤層形成部材と、を有し、前記現像剤担持体の表面に形成される現像剤層中の現像剤を前記電子写真感光体の表面に移動させて潜像を顕像化させることを特徴とする請求項8に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記現像剤は非磁性トナー粒子を有し、前記非磁性トナー粒子は重合法で製造されることを特徴とする請求項8から請求項11のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
- 前記現像手段は、前記現像剤担持体に対して前記現像剤の極性と同じ極性のバイアスを印加することにより、前記現像剤を前記電子写真感光体の表面に移動させて潜像を顕像化させる反転現像を行うことを特徴とする請求項8から請求項12のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
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-
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- 2007-02-19 JP JP2007037814A patent/JP2008203413A/ja active Pending
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