JP4124988B2

JP4124988B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4124988B2
Application number: JP2001316628A
Authority: JP
Inventors: 元紀足立; 泰成渡邉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2021-10-15
Also published as: JP2003122193A; US7194226B2; US20030077088A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電子写真記録装置の感光ドラムの表面を所定電位に均一帯電する帯電装置を備える画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置において感光体、誘電体等の被帯電体としての像担持体表面を帯電させる方法としては、細いコロナ放電ワイヤーに高圧を印加して発生するコロナを像担持体表面に作用させて帯電を行う非接触帯電であるコロナ帯電が一般的であった。
【０００３】
近年は、低圧プロセス、低オゾン発生量、低コスト等の点から、ローラ型、ブレード型等の帯電部材を被帯電体としての像担持体表面に接触させ、帯電部材に電圧を印加することにより像担持体表面を帯電させる接触帯電方式が主流となりつつある。特に、ローラ型の帯電部材は長期に亘って安定した帯電を行うことが可能である。
【０００４】
帯電部材に対する印加電圧は直流電圧のみでも良いが、振動電圧を印加し、プラス側とマイナス側への放電を交互に起こすことによって帯電を均一に行わせることができる。例えば、直流電圧を印加したときの被帯電体の放電開始閾値値電圧（帯電開始電圧）の２倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧と、直流電圧（直流オフセットバイアス）とを重畳した振動電圧を印加することにより、被帯電体の帯電を均す効果があり、均一な帯電を行うことが知られている。尚、振動電圧の波形としては正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波でも良い。振動電圧は直流電圧を周期的にオン／オフすることによって形成された矩形波の電圧や直流電圧の値を周期的に変化させて交流電圧と直流電圧との重畳電圧と同じ出力としたものも含む。
【０００５】
上記のように、帯電部材に振動電圧を印加して帯電する接触帯電方式を以下「ＡＣ帯電方式」と称する。又、直流電圧のみを印加して帯電する接触帯電方式を「ＤＣ帯電方式」と称する。
【０００６】
接触帯電方式における問題は、接触しているためにトナーやトナーの外添剤等が接触帯電部材に付着して帯電部材を汚すことである。この汚れは、帯電不良等の画像不良として現れる。これを回避するため、接触帯電部材の感光ドラム回転方向上流に現像剤帯電量制御部材としてブラシ等の補助帯電部材を設け、電圧を印加することによって感光体上のトナーや外添剤等に接触帯電部材に付着しないような電荷を与え、接触帯電部材を汚染させない方法がある。この方法によって、接触帯電部材は長期に亘って安定して均一な帯電が行えるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように接触帯電部材の上流にブラシ等の補助帯電部材を用いた場合、補助帯電部材はトナーや外添剤だけに電荷付与するのではなく、当然感光体上を帯電する。そのため、補助帯電部材による帯電電位が最終帯電電位に影響し、帯電ムラを発生させることがある。
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、接触帯電部材の汚染を防ぎつつ、補助帯電部材による像担持体の帯電電位の悪影響を受けることなく均一な帯電を長期に亘って安定して行うことができる画像形成装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、像担持体と、前記像担持体に接触して該像担持体面を任意の可変可能な値に帯電する帯電手段と、帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、前記帯電手段より像担持体回転方向上流に位置して現像剤像転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を正規極性に帯電処理する現像剤帯電量制御手段とを設け、前記現像剤帯電量制御手段に印加される電圧は、前記帯電手段によって帯電される値と一定の電位差を有するように連動せしめ、前記転写手段への印加電圧は、前記帯電手段によって帯電される値と前記転写手段への印加電圧との電位差が一定となるように連動せしめ、前記現像剤帯電量制御手段によって形成される像担持体の帯電電位Ｖａの絶対値を前記帯電手段によって帯電処理される像担持体の帯電電位Ｖｄの絶対値以下、｜Ｖａ｜−｜Ｖｄ｜＜０に設定し、前記現像剤帯電量制御手段に印加する電圧Ｖｂｒｕｓｈと転写手段通過後に形成される像担持体の帯電電位Ｖｔの関係が、
｜Ｖｂｒｕｓｈ｜−｜Ｖｔ｜＞６００Ｖとなるように設定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は本発明に係る画像形成装置要部の断面図であり、図示の画像形成装置は、転写方式電子写真プロセス利用、接触帯電方式、反転現像方式、クリーナレスを採用する最大通紙サイズがＡ３サイズのレーザビームプリンタである。
【００１４】
＜クリーナレスシステム＞
本実施の形態に係るレーザビームプリンタは、クリーナレスであり、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の感光ドラム１面に若干量残留する転写残トナーを除去する専用のクリーニング装置は具備されていない。転写後の感光ドラム１面上の転写残トナーは、引き続く感光ドラム１の回転に伴って帯電部ａと露光部ｂを通って現像部ｃに持ち運ばれ、現像装置３により現像同時クリーニング（回収）される（クリーナレスシステム）。
【００１５】
感光ドラム１面上の転写残トナーは露光部ｂを通るために露光工程はその転写残トナー上からなされるが、転写残トナーの量は少ないため、大きな影響は現れない。但し、前述のように、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在しており、そのうちの反転トナーや帯電量が少ないトナーが帯電部ａを通過する際に帯電ローラ２に付着することによって帯電ローラが許容以上にトナー汚染して帯電不良を生じることになる。
【００１６】
又、感光ドラム１面上の転写残トナーの現像装置３による現像同時クリーニングを効果的に行わせるためには、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であり、且つ、その帯電量が現像装置３によって感光ドラム１の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光ドラム１上から現像装置３に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。
【００１７】
更に、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像等の高印字率な画像等の連続の印字動作等により一度に大量の転写残トナーの発生により、上述のような問題を更に助長させてしまう。
【００１８】
そこで、本実施の形態においては、転写部Ｔよりも感光ドラム回転方向下流側で、帯電部ａよりも感光ドラム回転方向上流側の位置において、転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えるためのトナー（現像剤）帯電量制御手段（補助帯電ブラシ）７を設けている。本実施の形態では、このトナー帯電量制御手段７は適度の導電性を持ったブラシ状部材であり、ブラシ部を感光ドラム１面に接触させて配設されており、不図示の負極性の電圧が電源より印加されている。
【００１９】
ｅはブラシ部と感光ドラム１面の接触部である。トナー帯電量制御手段７を通過する感光ドラム１上の転写残トナーは、その帯電極性が正規極性である負極性に揃えられる。転写残トナーの帯電極性を正規極性である負極性に揃えることにより、更に下流に位置する帯電ローラ２の帯電部ａで、該転写残トナーの上から感光ドラム１面上を帯電処理する際に、感光ドラム１への鏡映力を大きくし、転写残トナーの帯電ローラ２への付着を防止する。
【００２０】
＜帯電手段＞
最終帯電手段には、接触帯電（帯電ローラ２）を用い、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を印加している。より具体的には、周波数ｆが１０００Ｈｚで１６００Ｖのピーク間電圧Ｖppの正弦波である交流電圧を直流電圧Ｖdcに重畳したＡＣ帯電方式を採用している。これによって、感光ドラム１の周面はＶdcの値に一様の帯電処理される。Ｖdcは最終帯電電位Ｖｄを変動させるために−５００Ｖ〜−７５０Ｖの範囲で可変となっている。
【００２１】
＜最終帯電電位Ｖｄと転写後電位＞
本実施の形態で用いた装置は、高画質を実現するために濃度制御を行っている。ここで、濃度制御とは、現像性の環境・耐久変動による濃度の変動を抑えるために所定のタイミングで現像コントラストと濃度の関係を調べることであって、適正な濃度が得られるような帯電電位を選出する方法である。そのため、Ｖｄは−５００Ｖ〜−７５０Ｖまでの範囲で可変となっている。
【００２２】
Ｖｄが可変になると、転写への印加電圧の最適値も変動する。そのため、本実施の形態では、実際にはＶｄとの電位差が常に１０００Ｖとなるように転写電圧をＶｄに連動させて印加している。これによって、常時、安定した転写が行えるようにった。
【００２３】
Ｖｄが変動するため、転写後の感光体上の電位は様々で、Ｖｄ＝−５００Ｖのときは露光部と非露光部共にほぼ０Ｖ程度であるが、Ｖｄ＝−７５０Ｖのときには露光部では約−１００Ｖ、非露光部で約−４００Ｖであり、約３００Ｖの電位差が生じる。
【００２４】
＜帯電ローラトナー汚れ防止＞
表１に示すように、本実施の形態で用いた装置では、補助帯電ブラシに印加する電圧Ｖbrush と転写後の感光体上の電位Ｖｔとの差が最低６００Ｖ以上でなければ転写残トナーに適正な電荷付与が行えないため、帯電ローラのトナー汚れを防止する効果がないことが分かった。電位差６００Ｖでは高印字時において軽微ではあるが帯電ローラ汚れが発生した。
【００２５】
表１

＊電位差…補助帯電ブラシに印加電圧Ｖbrush と補助帯電ブラシに突入する
感光体上の電位Ｖの差（Ｖbrush がネガ側に高電位）
転写後の感光ドラム上の電位は、前述のように、露光部、非露光部等でまちまちである。図２に示すように、補助帯電ブラシに印加する電圧を固定電圧（例えば−８００Ｖ）とすると、Ｖｄ＝−７５０Ｖのとき、露光部に存在する転写残トナーに対しては、充分な電位差があるために適正な電荷付与を行えるが、非露光部に存在するカブリトナーや外添剤に対しては電位差が不十分であり、充分な電荷付与を行えない。これによって、帯電ローラトナー汚れが発生し、画像弊害が起こることがある。
【００２６】
＜補助帯電ブラシが形成する感光ドラム上の電位＞
当然、補助帯電ブラシに電圧印加すると、転写残トナーだけでなく感光ドラム上も帯電する。補助帯電ブラシに印加する電圧と感光ドラムの帯電電位との間には、図３に示すような関係がある。即ち、補助帯電ブラシヘの印加電圧が或る値（以下、帯電開始電圧と称する）以下であると、補助帯電ブラシから感光ドラムヘの放電が生じず、感光ドラムの帯電は行われない。そして、補助帯電ブラシヘの印加電圧が帯電開始電圧以上であれば、補助帯電ブラシから感光ドラムヘの放電が生じ、電圧値に比例した電位に感光ドラムが帯電される。実測したところ、帯電開始電圧は約−４５０Ｖとなった。木実施の形態では、図３から判断して、補助帯電ブラシヘの印加電圧から−４５０Ｖ引いた値が感光ドラム上の電位であるとする。
【００２７】
当然、補助帯電ブラシに印加する電圧を高くする（即ち、補助帯電ブラシに印加電圧Ｖbrush と補助帯電ブラシに突入する感光体上の電位の差を大きくする）と、転写残トナーヘの電荷付与力は高くなるが、補助帯電ブラシに余りに高い電圧を印加すると、感光ドラム上が過帯電され、ハーフトーン画像上でブラシ跡状の白スジ画像不良が現れた。
【００２８】
ここで、白スジ発生のメカニズムを、最終帯電電位−５００Ｖに対して補助帯電ブラシにおける帯電電位が高くなる電圧を印加した場合において、図４を用いて以下に述べる。
【００２９】
補助帯電ブラシに−１１００Ｖを印加したときに、感光ドラム上は約−６５０Ｖに帯電される。補助帯電ブラシを通過し、帯電された感光体は帯電ローラを通過する際に帯電されるが、一度最終帯電電位より高くなった感光体上の電位は、ＡＣ帯電方式をもってしても完全に−５００Ｖには収束せず、ハーフトーン画像においてブラシ跡状に白スジが現れた。このとき、電位ムラも約２５Ｖであり、帯電ムラが観察された。
【００３０】
白スジが発生しない条件は、表２に示すように、『最終帯電電位Ｖｄの絶対値より補助帯電ブラシによって形成された感光ドラム上の電位Ｖａの絶対値の方が低いとき』であることが本発明者等によって発見された。但し、ＶｄとＶａの電位差は大きい方が良く、より安定した帯電を行うには１００Ｖ以上が望ましい。
【００３１】
【表２】

＜Ｖｄと補助帯電ブラシの電位設定＞
本実施の形態では、帯電ローラトナー汚れ防止と白スジ画像不良発生防止を両立させるため、補助帯電ブラシに印加する電圧Ｖｂｒｕｓｈは、Ｖｄに対して３００Ｖ高い値（例えば、Ｖｄ＝−７５０ＶのときＶｂｒｕｓｈ＝−１０５０Ｖ、Ｖｄ＝−５００ＶのときＶｂｒｕｓｈ＝−８００Ｖ）になるように−８００Ｖ〜１０５０Ｖまで可変にした。これによって、転写後感光ドラム上電位Ｖｔと補助帯電ブラシヘの印加電圧Ｖｂｒｕｓｈの電位差は約６５０Ｖであることから帯電ローラトナー汚れを防止しつつ、ＶｄとＶａの関係は以下の式（Ａ）となり、『最終帯電電位Ｖｄの絶対値より補助帯電ブラシによって形成された感光ドラム上の電位Ｖａの絶対値の方が低いとき』という白スジ発生防止の条件を満たすことととなる。
【００３２】
｜Ｖｄ｜−｜Ｖａ｜＝約１５０Ｖ …（Ａ）
以下に図面を参照して感光体上の電位について説明する。
【００３３】
例えばＶｄ＝−５００Ｖで補助帯電ブラシに−８００Ｖを印加した場合、先ず、転写装置６での転写位置を通過した感光ドラムの表面電位は、図５に示すように０Ｖ程度となっている。但し、このときの表面電位は、前工程での露光部分であるか非露光部分であるか、或は転写装置での転写高圧の影響等により、部分によってまちまちである。感光ドラムは補助帯電ブラシを通過する際に、補助帯電ブラシに印加された−８００Ｖの電圧により帯電される。
【００３４】
このようにして感光ドラムの表面電位は、補助帯電ブラシを通過した後には例えば図５に示すように−３５０Ｖとなる。補助帯電ブラシヘの印加電圧は、補助帯電ブラシを通過した後の感光ドラムの表面電位が目標とする帯電電位（ここでは最低−５００Ｖ）よりも低電位（ここでは−３５０Ｖ）となる値であり、且つ、トナーヘは充分な電荷付与が行える値（ここでは−８００Ｖ）である。このときには、感光ドラムの電位ムラは低減されているが、未だ７０Ｖ以上と大きい。
【００３５】
続いて感光ドラムの表面電位が−３５０Ｖとされた部分は、帯電ローラを通過する。この際、帯電ローラに印加されている電圧は、−５００Ｖの直流電圧と１６００Ｖのピーク間電圧を重畳した交流電圧であり、このＡＣ帯電方式によって感光ドラムの表面電位は図５に示すように−５００Ｖに収束する。尚、この際には、感光ドラムの表面電位の変動幅は１０Ｖ以下に抑えられる。
【００３６】
次に、高い最終帯電電位を用いた場合、例えばＶｄ＝−７５０Ｖで補助帯電ブラシに印加する電圧を−１０５０Ｖとすると、図６に示すように、高い最終帯電電位であっても露光部、非露光部に拘らずトナーに対して充分な電荷付与が行えるため、帯電ローラのトナー汚れを防止しつつ、補助帯電ブラシで露光部、非露光部の電位ムラを低減し、又、最終帯電電位以上に補助帯電ブラシで帯電することはないため、白スジ等の帯電ムラを生じることなく均一な帯電が行われるようになった。
【００３７】
以上のように、本実施の形態によれば、補助帯電ブラシによって大雑把な帯電が行われた後、帯電ローラによって感光ドラムの帯電電位が微小に補正され、均一帯電が行われる。又、所望の最終帯電電位に対して或る一定の電位差（補助帯電ブラシヘの印加直流電圧と最終帯電電位の差、ここでは３００Ｖ）を保持できるように、電位・電圧設定を行ったことによって、帯電ローラトナー汚れや補助帯電ブラシの過帯電による帯電ムラを生じることなく、安定して均一な帯電が長期に亘って可能となった。
【００３８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本実施の形態では、最終帯電電位に対して常に補助帯電ブラシヘの印加電圧と転写部材ヘの印加電圧を一定の電位差をもって連続的に変動させたが、これに限らず、段階的に印加電圧を変化させる方法でも良い。又、本実施の形態では、帯電ローラに交流電圧（直流電圧にピーク間電圧を重畳した電圧）を印加するＡＣ帯電方式を採用したが、直流電圧を印加するＤＣ帯電方式を用いても良い。このようにすると、ピーク間電圧を発生させる電源が不必要となり、これによって製品を安価に提供することが可能となる。又、各種電圧値は本実施の形態において挙げたものには限定されず、装置での種々の条件に応じて任意に設定可能である。
【００３９】
更に、本実施の形態では、トナー帯電量制御手段に固定ブラシを用いたが、これに限らず回転ブラシでも良く、或は導電性ブレードやローラ、シートのようなブラシ以外のものであっても良い。又、本実施の形態では、帯電部材の数を補助帯電ブラシと帯電ローラの２つとしているが、３つ以上設けても良い。但し、最終帯電電位以上の電位を感光体に与えてはならない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、補助帯電部材に印加する電圧と最終帯電電位を連動させることによって、転写残トナー等による接触帯電部材の汚れを防ぎつつ、補助帯電部材による感光体の帯電電位の悪影響を受けることなく均一な帯電を長期に亘って安定して行うことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置要部の概略断面図である。
【図２】感光ドラム上電位（電荷付与できないとき）を示す図である。
【図３】補助帯電ブラシの印加電圧と帯電電位の関係を示す図である。
【図４】感光ドラム上帯電電位（補助帯電ブラシの電位が高いとき）を示す図である。
【図５】感光ドラム上帯電電位（Ｖｄ＝−５００Ｖ）を示す図である。
【図６】感光ドラム上帯電電位（Ｖｄ＝−７５０Ｖ）を示す図である。
【符号の説明】
１感光ドラム（像担持体）
２帯電ローラ（帯電手段）
３現像装置（現像手段）
６転写装置（転写手段）
７トナー帯電量制御手段（現像剤帯電量制御手段）
Ｐ転写材

Claims

像担持体と、
前記像担持体に接触して該像担持体面を任意の可変可能な値に帯電する帯電手段と、
帯電処理された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、
静電潜像に現像剤を供給して静電潜像を可視化する現像手段と、
可視化した現像剤像を転写材に転写する転写手段と、
前記帯電手段より像担持体回転方向上流に位置して現像剤像転写後の像担持体上に残留する残留現像剤を正規極性に帯電処理する現像剤帯電量制御手段とを設け、
前記現像剤帯電量制御手段に印加される電圧は、
前記帯電手段によって帯電される値と一定の電位差を有するように連動せしめ、
前記転写手段への印加電圧は、
前記帯電手段によって帯電される値と前記転写手段への印加電圧との電位差が一定となるように連動せしめ、
前記現像剤帯電量制御手段によって形成される像担持体の帯電電位Ｖａの絶対値を前記帯電手段によって帯電処理される像担持体の帯電電位Ｖｄの絶対値以下、
｜Ｖａ｜−｜Ｖｄ｜＜０
に設定し、
前記現像剤帯電量制御手段に印加する電圧Ｖｂｒｕｓｈと転写手段通過後に形成される像担持体の帯電電位Ｖｔの関係が、
｜Ｖｂｒｕｓｈ｜−｜Ｖｔ｜＞６００Ｖ
となるように設定することを特徴とする画像形成装置。