JP2014002302A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光位置から現像位置までの移動時間が短く、十分には感光体電位が落ちないような条件でも現像領域までに電位を下げることができ、現像位置での現像ポテンシャルを十分に確保することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】露光装置３と現像装置４の間に電圧印加されたシート部材１０が感光体ドラム１の表面に接触して配置し、シート部材１０が、感光体ドラム１と接触している絶縁層１１と、所定の電圧が印加されている導電層１２から構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、複写機、プリンタ及び複合機等の電子写真方式の画像形成装置は、主帯電器によって所定の極性の電位に帯電された感光体（感光体ドラム）に対し、レーザ光等を照射して感光体表面を露光し、画像情報に応じた静電潜像を形成する。

感光体は、一般にアルミニウム等の導電性の基体上に、電荷発生層（以下、ＣＧＬと称する）と電荷輸送層（以下、ＣＴＬと称する）が積層された構造をとる。図８に断面図を示す。

図８（ａ）に示すように、帯電器によって感光体表面が負電位に帯電されると、露光時に同図（ｂ）のように、画像光の露光によって、ＣＧＬ中にキャリアとして正電荷（ホール）と電子とが発生する。このうち電子は、より電位の高い基体側へ移動するとともに、同図（ｃ）に示すように感光体表面の帯電極性と逆極性のキャリアである正電荷は、より電位の低い感光体表面側へと移動する。 感光体表面に達した正電荷は、感光体表面の電子と結合して中和するので、同図（ｄ）に示すように、電荷のない領域が形成され、静電潜像となる。

特許文献１には、感光体におけるキャリアの拡散を極力抑制する目的で、露光装置の下流側で感光体表面から空隙ｇだけ離した位置に矩形板状の帯電部材を設ける構成が開示されている。

感光体線速が高い画像形成装置のように、露光位置から現像位置までの移動時間が非常に短い場合には、ＣＧＬで発生した正電荷がＣＴＬを通って感光体表面に達するまでに静電潜像が現像領域に到達し、現像位置で十分な現像ポテンシャルを得ることが出来ないという問題があった。

特許文献１に記載されている画像形成装置では、感光体と帯電部材とのギャップによってキャリアの移動度が変わってしまい、静電引力で矩形板と感光体との距離が中央と端部とで変わってしまう。そのため、画像領域全体でキャリアの移動度を均一に向上させることが難しいという問題があった。さらに、非接触の電界形成部材の場合、十分な電界を形成するには電界形成部材には高電圧を印加する必要があり、電源のコストがかかる等の問題もある。

本発明はかかる問題を解決することを目的としている。

すなわち、本発明は、露光位置から現像位置までの移動時間が短い場合でも現像領域までに露光部の電位を下げることができ、現像位置での現像ポテンシャルを十分に確保することができる画像形成装置を提供することを目的としている。

上記に記載された課題を解決するために請求項１に記載された発明は、表面が所定の電位に帯電された感光体を露光し、前記感光体中で発生したキャリアのうち感光体表面の帯電極性と逆極性のキャリアで前記感光体の露光位置の表面電荷を中和して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像する現像装置と、を有する画像形成装置において、前記露光装置の前記露光位置と前記現像装置の現像位置との間で前記感光体表面に接触するように配置されているとともに、所定の電圧が印加されている接触部材を有していることを特徴とする画像形成装置である。

請求項１に記載の発明によれば、露光位置から現像位置までの移動時間が短い場合でも、接触部材により現像領域までに露光部の電位を下げることができ、現像位置での現像ポテンシャルを十分に確保することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。 図１に示されたシート部材の断面図である。 図１に示されたシート部材の設置位置を示した説明図である。 感光体ドラムに露光した場合の時間に対する感光体表面電位を示した表である。 本発明の第２の実施形態にかかる画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。 図５に示されたブラシ状電界形成部材の具体例を示した断面図である。 図５に示されたブラシ状電界形成部材の設置位置を示した説明図である。 従来技術にかかる感光体ドラムの動作を示した断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。図２は、図１に示されたシート部材の断面図である。図３は、図１に示されたシート部材の設置位置を示した説明図である。図４は、感光体ドラムに露光した場合の時間に対する感光体表面電位を示した表である。

図１に、本発明の第１の実施形態にかかる画像形成装置における画像形成部の概略構成を示す。画像形成部は、感光体ドラム１と、帯電器２と、露光装置３と、現像装置４と、転写装置５と、剥離装置６と、クリーニング装置７と、除電装置８と、シート部材１０と、を備えている。

画像形成部は、図１に示したように、感光体ドラム１が図中矢印Ａの方向に回転可能となっており、その回転方向に沿って、帯電器２、露光装置３、シート部材１０、現像装置４、転写装置５、剥離装置６、クリーニング装置７および除電装置８が配置されている。

感光体としての感光体ドラム１は、上述したように、円筒形状を有し図中矢印Ａの方向に回転可能となっており、その表面に静電潜像を担持する。

感光体ドラム１は、金属等の導電性基体２１と、その表面に形成される薄い層である下引き層と、この下引き層の上に形成される感光体層２２とを有する（図２参照）。感光体層２２は２層構造となっており、下引き層の直上に形成される層が比較的薄いＣＧＬであり、最外層がポリカーボネートで形成されるＣＴＬである。なお、ＣＴＬの更に最外層に摩耗に対する特性を向上させた耐摩耗層を形成してもよい。

感光体ドラム１は、帯電器２によって感光体表面が負電位に帯電されると、露光装置３の画像光の露光によって、ＣＧＬ中にキャリアとして正電荷（ホール）と電子とが発生する。電子は、より電位の高い基体側へ移動するとともに、正電荷は、より電位の低い感光体表面側へと移動する。 感光体表面に達した正電荷は、感光体表面の電子と結合するので、電荷のない領域が形成され、静電潜像となる。即ち、表面が所定の電位に帯電された感光体を露光し、感光体中で発生したキャリアのうち感光体表面の帯電極性と逆極性のキャリアで感光体の露光位置の表面電荷を中和して静電潜像を形成している。

また、感光体ドラム１と、互いに隣接して設けられている転写装置５、剥離装置６と、の間には記録媒体を搬送する図示しない搬送路が設けられており、記録媒体として、例えば記録用紙が搬送される。また、記録用紙の搬送方向の下流側には図示しない定着部が配置されている。

帯電器２は、感光体ドラム１の周面に単一極性の電化を均一に付与し、例えば図示しない帯電高圧電源を具備したコロナチャージャや、接触または非接触ローラ方式のものが好適である。

露光装置３は、帯電された感光体ドラム１の表面上に画像情報に基づいた画像光を照射して静電潜像を形成する。露光装置３は、例えば半導体レーザを光源として形成する画像情報に基づいた光を感光体ドラム１に照射するレーザスキャンユニットが好適である。

現像装置４は、トナーを収容しトナー現像槽にトナーを供給するホッパ、トナーを収容するトナー現像槽、トナーをキャリアと撹拌するための撹拌ローラ、そして感光体ドラム１の表面に形成された静電潜像に対してトナーを供給する現像ローラ（現像剤担持体）等を備えている。現像装置４は、トナー等の現像剤を用いて静電潜像を現像して可視像とする。

転写装置５は、感光体ドラム１の表面に担持されたトナー像（可視像）を、図示しない記録用紙を供給する給紙部から所定のタイミングで搬送された記録用紙の表面に転写する。転写装置５は、例えば図示しない転写高圧電源を具備したチャージャ型やローラ型が好適である。

剥離装置６は、図示しない剥離高圧電源を具備しており、トナー像が転写された記録用紙を除電して記録用紙の静電吸着力を低減し、記録用紙の剛性と自重とを利用して、感光体ドラム１から剥離する。

クリーニング装置７は、感光体ドラム１の表面に接触可能に配置されるクリーニングブレード７ａを設けて、このクリーニングブレード７ａにより感光体ドラム１の表面の残留物（トナー等）を掻き落として（除去して）回収する。

除電装置８は、クリーニング装置７で残留物が除去された感光体ドラム１を除電し初期化する。

接触部材としてのシート部材１０は、感光体ドラム１に対向して感光体ドラム１の表面に接触し、図１に示したように、露光装置３と現像装置４の間の位置に設けられ、キャリアを感光体ドラム１の表面に向かって加速する電界を形成する電界形成部材である。

シート部材１０は図２の断面図に示したように、絶縁層１１と導電層１２から構成されたシート状であり、絶縁層１１側の一端部が感光体ドラム１と接触している。導電層１２には電圧が印加されており、感光体ドラム１との間に電界を形成している。導電層１２は、絶縁体１１を介して感光体ドラム１と接触しているため、画像領域の全幅に対して均一な電界を印加することが可能である。また、絶縁層１１は２０μｍの厚みとしている。この厚みが薄いほど強い電界を印加することができるが、耐久性が悪化してしまうため寿命等を考慮して適宜決定すればよい。

また、シート部材１０は、感光体ドラム１の露光走査方向に少なくとも画像形成領域以上の長さを有している。

次に、図３を参照してシート部材１０の設置位置について詳細に説明する。図３に示したように、露光位置３と現像位置４の間であり、かつ、露光位置から所定距離としてＬ離れた位置でシート部材１０が感光体ドラム１に接触する。

ここで、感光体ドラム１の帯電電位をＶｃ、シート部材１０の電位をＶａ、感光体ドラム１の表面速度をＶｐ、感光体ドラム１近傍にシート部材１０を設置しない場合のトランジットタイム（帯電された感光体層２２中をキャリアがその電界によって移動するとき、感光体層２２の端から端までキャリアが移動するのに必要とする時間）をτとしたとき、シート部材１０の電位Ｖａが感光体ドラム１の帯電電位Ｖｃよりも低い場合には、露光から接触位置までの距離Ｌとすると、この距離Ｌは以下の（１）式を満たしている。
Ｌ＞１／（Ｖｐ×τ）×ｌｏｇ（Ｖｃ／Ｖａ）・・・（１）

上記式を満たさない（上記式においてＬが右辺以下である）場合、シート部材１０によって形成される電界がキャリアの移動を促進せず、むしろ移動度を低下させてしまう場合がある。

図４に帯電された感光体ドラム１に露光した場合の時間に対する感光体表面電位（露光部の電位）を示す。マシンの小型化・高速化が進められた場合、露光から現像までの時間が短くなり、現像位置までに十分表面電位が下がらず、現像ポテンシャルを確保しづらいという問題が生じるが、図４に示したように、シート部材１０を設置することで感光体表面における露光部の電位を急激に下げることが可能となる。特に接触方式であるシート部材１０を設置することでキャリアの移動を促す強い電界を形成することが可能である。

上述したように構成された画像形成装置の画像形成動作を説明する。まず、感光体ドラム１の表面が、帯電器２によって所定の電荷量に均一に帯電される。帯電された表面は、感光体ドラム１の回転に伴って露光装置３に対向する位置に到達する。露光装置３は、帯電された感光体ドラム１の表面上に形成する画像情報に基づいた画像光を照射して静電潜像を形成する。

静電潜像が担持された感光体ドラム１の表面は、感光体ドラム１の回転に伴って現像装置４に対向する位置に到達する。現像装置４は、トナー等の現像剤を用いて上記静電潜像を現像してトナー像（可視像）とする。トナー像が形成された感光体ドラム１の表面は感光体ドラム１の回転に伴って、転写装置５に対向する位置に到達する。

ここで、転写装置５に対向する位置の記録用紙の搬送路には、現像終了後に、給紙部から記録用紙がすでに搬送されている。この記録用紙は、転写装置５により感光体ドラム１の表面の可視像に同期して接触し、これによって可視像が記録用紙上に転写される。転写後、記録用紙は、感光体ドラム１の表面に付着したままの状態にあるので、剥離装置６によって記録用紙は剥離される。

トナー像が転写された記録用紙は、記録用紙の搬送路に設けられた定着部へ搬送され、そこで加熱及び加圧により記録用紙にトナー像が定着される。その後、画像が定着された記録用紙は、図示しない排紙部へ排紙される。

一方、転写を終了した感光体ドラム１は、回転によってトナー像が形成されていた表面が、クリーニング装置７に対向する位置に到達する。クリーニング装置７では、トナー像転写後に感光体ドラム１の表面に残留しているトナーや記録用紙から付着した紙粉等の異物を、クリーニングブレード７ａにより感光体ドラム１の表面から掻き落として除去・回収する。そして除電装置８によって感光体ドラム１を除電して初期化し、次の画像形成に供する。

本実施形態によれば、露光装置３と現像装置４の間に電圧印加されたシート部材１０が感光体ドラム１の表面に接触して配置されているので、感光体ドラム１の表面から離れて配置された場合よりもより強い電界を生み出すことができる。そのため、感光体ドラム１で発生したキャリアの移動度を上げることができ、短い時間で十分に感光体表面における露光部の電位を落とすことができる。したがって、露光位置３から現像装置４までの移動時間が短い場合でもシート部材１０により現像領域までに露光部の電位を下げることができ、現像位置での現像ポテンシャルを十分に確保することができる。

また、シート部材１０が、感光体ドラム１表面に接触する絶縁層１１と絶縁層１１に重ねられている導電層１２で構成されてシート状に形成されているので、簡単な構成で導電層１２と感光体ドラム１とのギャップを管理することができる。また、非接触方式に比べてギャップを小さくすることが容易となる。

また、シート部材１０の設置位置を、露光位置３からＬ離れた位置とし、このＬを上記（１）式を満たすように設定しているので、シート部材１０が露光位置に近すぎて、シート部材１０によって形成される電界がキャリアの移動を促進せず、むしろ移動度を低下させてしまうことを防止することができる。

なお、現像装置４のケース等の上流側に設けられている現像剤の飛散等を防止するシール（上流側シール）をシート部材１０で構成してもよい。これにより、部品点数も増加せず、簡単な構成とすることが可能となる。この場合、現像装置４にシート部材１０を設けるが、上流側のシールであるために、シート部材１０が現像位置よりも上流に位置付けられることとなり、本願発明の効果を奏することができる。要するに、露光装置３の前記静電潜像を形成する位置（露光位置）と現像装置４の現像位置との間にシート部材１０が設けられていればよい。

また、導電層１２に印加されている電圧を現像バイアスと同電位としてもよい。これにより、電界形成に必要な電源を現像バイアスと共通化することにより低コスト・小型化が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる画像形成装置を図５乃至図７を参照して説明する。なお、前述した第１の実施形態と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。図５は、本発明の第２の実施形態にかかる画像形成装置の画像形成部の概略構成図である。図６は、図５に示されたブラシ状電界形成部材の具体例を示した断面図である。図７は、図５に示されたブラシ状電界形成部材の設置位置を示した説明図である。

図５に、本発明の第２の実施形態にかかる画像形成装置における画像形成部の概略構成を示す。画像形成部は、感光体ドラム１と、帯電器２と、露光装置３と、現像装置４と、転写装置５と、剥離装置６と、クリーニング装置７と、除電装置８と、ブラシ状電界形成部材２０と、を備えている。

本実施形態は、第１の実施形態に対して、シート部材１０に代えて接触部材としてブラシ状電界形成部材２０が設けられている点が異なる。ブラシ状電界形成部材２０は、感光体ドラム１の露光走査方向に少なくとも画像形成領域以上の長さを有し、感光体ドラム１との間に電界を形成できるように導体で形成されている。ブラシ状電界形成部材２０のブラシ部分の抵抗率は１０¹⁵Ωｃｍ程度としている。ブラシ部分の抵抗率が小さいとキャリアの移動度をより上げる事ができるが潜像を壊してしまう可能性があり、抵抗率が大きいとキャリアの移動度が上がらない為、ブラシ状電界形成部材２０の抵抗率は、これらの点を考慮して適宜選択する。

ブラシ状電界形成部材２０の具体的構成例を図６に示す。図６（ａ）は、中心に磁性体と、その周りに回転可能な円筒状部材と、さらにその外側に５０μｍ程度の磁性粒子で構成されている。つまり、円筒状のブラシ状電界形成部材２０の中心に設置された磁性体によって図の斜線部分に示したような磁力曲線が作られ、その磁力曲線にそって磁性粒子による磁気ブラシを形成している。ブラシ状電界形成部材２０の回転軸が、感光体ドラム１の回転軸と平行になるように配置して円筒状部材が矢印Ｂの方向に回転可能としている。ブラシ状電界形成部材２０は、円筒状部材の回転と共に磁性粒子も同時に回転し、特定の磁性粒子が感光体ドラム１に当たり続けることを防ぎ耐久性向上を図っている。磁性粒子の大きさは小さすぎると磁性粒子が感光体ドラム１に付着してしまい、大きすぎても感光体ドラム１を傷つけてしまうので、これらの点を考慮して適宜選択する。ブラシ状電界形成部材２０は、キャリアを感光体ドラム１の表面に向かって加速する電界を形成する。

図６（ｂ）は、磁気ブラシの他の構成例である。この例では、ブラシ状電界形成部材２０は、磁性体と５０μｍ程度の磁性粒子で構成されており、簡単な構成である。磁性体は感光体ドラム１と所定間隔を空けて固定されており、磁力曲線を作り、その磁力曲線によって磁性粒子による磁気ブラシを形成している。ブラシ状電界形成部材２０は、キャリアを感光体ドラム１の表面に向かって加速する電界を形成する。

図６（ｃ）、（ｄ）は、ブラシ状電界形成部材２０が電界形成部材と導電性ブラシで構成されている。導電性ブラシは導電性繊維等で形成されたブラシを設けたものである。図６（ｃ）は、導電性ブラシが固定されている例であり、簡単な構成である。

図６（ｄ）は、導電性ブラシが回転する構成である。この場合は、円筒状の電界形成部材の周方向に導電性ブラシを形成している。円筒状の導電性ブラシはブラシの先端が感光体ドラム１の表面に接触する位置に設けられ、ブラシ状電界形成部材２０（電界形成部材）の回転軸が感光体ドラム１の回転軸と平行になるように配置して矢印Ｃの方向に回転可能としている。

また、図６（ｄ）の場合は、感光体ドラム１の表面と接触する位置以外の任意の位置に、ブラシ表面の汚れを掻き取って除去する除去部材２５が設けられている。

なお、ブラシ状電界形成部材２０の設置位置については図５に示したように、露光位置からＬ離れた位置にブラシ状電界形成部材２０を設置することは第１の実施形態と同様である。そして、このＬは、第１の実施形態で示した（１）式を満たすことも同様である。

本実施形態によれば、露光装置３の下流側で導体のブラシを有するブラシ状電界形成部材２０が感光体ドラム１の表面に接触して配置されている。そのため、ブラシ状電界形成部材２０に電圧印加することで、感光体ドラム１の表面から離れて配置された場合よりもより強い電界を生み出すことができる。

また、ブラシ状電界形成部材２０のブラシ部材が導電性ブラシであって、ブラシ部材が回転する構成の場合に、除去部材２５を設けたのでブラシ表面の汚れを除去してクリーニングすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 感光体ドラム（感光体）
３ 露光装置
４ 現像装置
１０ シート部材（接触部材）
１１ 絶縁層
１２ 導電層
２０ ブラシ状電界形成部材（接触部材）
２１ 導電性基体
２２ 感光体層
２５ 除去部材

特許第３６６４９２０号公報

Claims (8)

1. 表面が所定の電位に帯電された感光体を露光し、前記感光体中で発生したキャリアのうち感光体表面の帯電極性と逆極性のキャリアで前記感光体の露光位置の表面電荷を中和して静電潜像を形成する露光装置と、前記静電潜像を現像する現像装置と、を有する画像形成装置において、
   前記露光装置の前記露光位置と前記現像装置の現像位置との間で前記感光体表面に接触するように配置されているとともに、所定の電圧が印加されている接触部材を有していることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記接触部材が、導電層と絶縁層の２層からなるシート状に形成され、前記絶縁層が前記感光体に接触していることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記接触部材が、前記現像装置の上流側シールとなっていることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記接触部材が、導体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 前記接触部材が、ブラシまたは磁気ブラシで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記接触部材が前記感光体の回転軸と平行な回転軸を中心に回転自在に構成されているとともに、前記ブラシの表面汚れを除去する除去部材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
7. 前記接触部材に印加する前記所定の電圧が、前記現像装置における現像バイアスと共通の電圧となっていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項に記載の画像形成装置。
8. 前記感光体のトランジットタイムをτ、前記感光体の帯電電位をＶｃ、前記接触部材に印加する電位をＶa、前記感光体の表面速度をＶｐとしたときに、前記露光装置の前記露光位置から前記接触部材の接触位置までの距離Ｌが、下記（１）式の条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の画像形成装置。
   Ｌ＞１／（Ｖｐ・τ）・ｌｏｇ（Ｖｃ／Ｖａ）・・・（１）

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