JP4661863B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒型の感光体に対してロール型帯電器から帯電を行う画像形成装置に関する。

従来、画像形成装置における円筒型の感光体を帯電させる帯電装置には、コロトロン型や接触帯電型が用いられている。ここで、接触帯電型では、バイアスチャージロール（ＢＣＲ）というロール型帯電器と感光体とのギャップで放電を行っているため、そのギャップ形状によりＢＣＲ／感光体の濃度ピッチムラが発生しやすい。このため、従来の画像形成装置では、交流帯電によってその帯電均一性でカバーしている。

また、交流帯電では、装置のコスト高、感光体およびクリーニングロールへのダメージ、Deletionなどの課題があることから、直流帯電も用いられている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特開２００５−０３４７６０号公報 特開２００１−００２１６４号公報 特開平７−１２９０５５号公報

しかし、交流帯電に比べて直流帯電では、微妙な感光体膜厚ムラや回転振れ、ＢＣＲの抵抗ムラや形状の変動がそのまま帯電ムラになってしまう。このため、交流帯電に比べて精度の高いＢＣＲや感光体が必要となる。しかも、その帯電の敏感さにより、ＢＣＲやクリーニングロールの変動までもがＢＣＲへの圧力変動となり、帯電ムラ(濃度ムラ)となってしまうという問題が生じている。さらに、感光体、ＢＣＲ、クリーニングロールの各単品としては非常に軽微な変動でも、その変動のピッチが同期してしまうとより大きな変動となって帯電ムラ(濃度ムラ)も大きくなり、画質欠陥になってしまうという問題が生じる。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、円筒型の感光体と、前記感光体の外周面と対向して配置され、表面が前記感光体の表面に接触することで、前記感光体の回転に従動して回転するロール型帯電器と、前記ロール型帯電器の外周面と対向して配置され、表面が前記ロール型帯電器の表面に接触することで、前記ロール型帯電器の回転に従動して回転するロール型清掃部材とを備える画像形成装置において、前記感光体の外周長と前記ロール型帯電器の外周長との最小公倍数、前記感光体の外周長と前記ロール型清掃部材の外周長との最小公倍数、および前記ロール型帯電器の外周長と前記ロール型清掃部材の外周長との最小公倍数のいずれもが、当該画像形成装置において画像が形成される媒体のうち最大サイズの媒体における画像形成長よりも大きくなるよう、前記感光体の径、前記ロール型帯電器の径および前記ロール型清掃部材の径が各々設定されているものである。

また、本発明は、前記感光体の外周長をＡ、前記ロール型帯電器の外周長をＢ、前記ロール型清掃部材の外周長をＣ、前記感光体と前記ロール型帯電器との接触部分におけるニップ幅をＮとした場合、前記感光体の外周面上において、Ａの間隔ごとの位置と、Ｂの間隔ごとの位置と、Ｃの間隔ごとの位置とが重なる位置を起点として、次に、Ａの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）と、Ｂの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）と、Ｃの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）とが、前記画像形成長の範囲内で重ならないよう、前記感光体の径、前記ロール型帯電器の径および前記ロール型清掃部材の径が各々設定されている画像形成装置である。

このような本発明では、感光体によって一つの画像の形成を行う長さ（画像形成長）の範囲内で、感光体、ロール型帯電器、ロール型清掃部材の各々における帯電に与える変動の周期が重ならないことになり、帯電ムラ（濃度ムラ）の増大を抑制できるようになる。

したがって、本発明によれば、感光体、ロール型帯電器、ロール型清掃部材の各々における帯電に与える変動の周期が重ならないため、各部材の変動が同期して感光体の帯電ムラが増大することを抑制でき、均一な画像形成を行うことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。

＜画像形成装置の概略構成＞
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。図１においては、像担持体となる円筒型の感光体１が図中矢印方向（反時計廻り方向）に回転可能に設けられている。感光体１の周囲には、ドラム回転方向にしたがって、ロール型帯電器２、レーザスキャナ３、現像器４、転写器５、ドラムクリーナ６、除電器７が順に配置されている。また、用紙の搬送路Ｒ上には、転写器５よりも用紙搬送方向の下流側に定着器８が配置されている。

ロール型帯電器２は、感光体１の表面を一様に帯電させるためのもので、感光体１の外周面と対向して配置され、感光体１の回転に従動して感光体１と反対に回転する。このロール型帯電器２には外周面と対向してロール型清掃部材２０が設けられており、ロール型帯電器２に付着したトナーを除去する役目を果たしている。

レーザスキャナ３は、感光体１の表面をラスタ画像にしたがって露光・走査することにより、感光体１の表面に静電潜像を形成するものである。現像器４は、感光体１の表面にトナーを供給することにより、感光体１上の静電潜像をトナー像に現像するものである。

転写器５は、搬送路Ｒに沿って搬送される用紙の裏面側からトナーと逆極性の電荷を付与することにより、感光体１上のトナー像を用紙に転写させるものである。ドラムクリーナ６は、用紙に転写されずに感光体１の表面に残った不要なトナーを除去するものである。除電器７は、感光体１の表面に残った不要な電荷を除去するものである。定着器８は、トナー像が転写された用紙を加熱ローラ８Ａとピンチローラ８Ｂで挟持することにより、トナー像を用紙に定着させるものである。

＜ロール型帯電器の構成＞
図２は、本実施形態の画像形成装置で用いられるロール型帯電器の構成を説明する模式図である。この図では、ロール型帯電器２と対向する感光体１およびロール型清掃部材２０についても示されている。

すなわち、ロール型帯電器２は、バイアスチャージロール（ＢＣＲ）と呼ばれ、円筒型の感光体１の表面と対向して配置されている。ロール型帯電器２は、例えば発泡部材によって構成されており、軸がバネによって感光体１側に付勢され、定変位で固定されている。これにより、感光体１の回転に従動して回転することになる。この際、ロール型帯電器２と感光体１との接触部分における回転方向に沿った長さがニップ幅として設定されている。ニップ幅は、約０．５ｍｍ〜３ｍｍとなっている。

また、ロール型帯電器２の感光体１と反対側にはロール型清掃部材２０が対向して配置されている。ロール型清掃部材２０は軸がバネによってロール型帯電器２の方向へ付勢されており、定変位で固定されている。

このような構成から成るロール型帯電器２では、回転する際に生じる感光体１の表面との間の帯電ギャップ（ニップ位置を過ぎたところでのギャップ）で放電を行って、感光体１の回転にともない感光体１の表面を順次帯電させていく。帯電ギャップは、約１００μｍ〜２００μｍである。したがって、帯電ギャップにおけるギャップ形状（感光体表面の放電位置における軸方向に沿ったギャップの変化）により感光体１の帯電ムラ（濃度ムラ）が発生しやすい。

ここで、図３に示すように、ロール型帯電器２には感光体１との直接接触型と、間接接触型とがある。すなわち、図３（ａ）に示すロール型帯電器２では、感光体１の表面とロール型帯電器２の表面とが直接接触して、感光体１の回転をそのままロール型帯電器２のロールに伝えるものである。直接接触型では、ロール型帯電器２と感光体１との直接接触部分がニップ位置となる。

一方、図３（ｂ）に示すロール型帯電器２では、感光体１の表面のロール型帯電器２の表面とが直接接触せず、ロール型帯電器２のロール端部に設けられた従動ローラ２ａが感光体１と接触して従動し、この回転によってロール型帯電器２のロールが回転するものである。いずれの構成においても、ロール型帯電器２のロール表面と感光体１の表面とのギャップによって放電がわ行われ、感光体１の表面を帯電させることになる。間接接触型では、ロール型帯電器２における従動ローラ２ａと感光体１との接触部分がニップ位置となる。

このように、ロール型帯電器２では、感光体１の表面との帯電ギャップによって放電を行うことから、帯電ギャップの変動によって帯電の均一性にムラ（帯電ムラ）が生じることになる。この帯電ムラは、感光体１の膜厚ムラや回転振れ、ロール型帯電器２の抵抗ムラや形状の変動が影響するほか、ロール型清掃部材２０の形状や回転振れも影響することになる。しかも、これら各ロールの単体での影響が重なり合うことでより大きな帯電ムラを引き起こすことになる。

本実施形態では、このようなロール型帯電器２を用いた帯電構成において、各ロールでの帯電ムラによる影響が重ならないよう、感光体１、ロール型帯電器２およびロール型清掃部材２０の径を設定する点に特徴がある。

具体的には、感光体１の回転によって周期的に生じる感光体１の表面での帯電ムラと、ロール型帯電器２の回転によって周期的に生じる感光体１の表面の帯電ムラと、ロール型清掃部材２０の回転によって周期的に生じる感光体１の表面の帯電ムラとが画像形成長の範囲内で重ならないよう感光体１の径、ロール型帯電器２の径およびロール型清掃部材２０の径を各々設定している。なお、ここで言うロール型帯電器２の径は、図３（ａ）に示す直接接触型では感光体１と接触する帯電用のロールの径、図３（ｂ）に示す間接接触型では感光体１と接触する従動ローラ２ａの径を意味するものとする。

ここで、画像形成長とは、感光体１の回転方向に沿った一つの画像形成領域の長さを言い、画像形成装置で取り扱う媒体（用紙）のうち最も大きなサイズにおける搬送方向に沿った長さを言う。例えば、画像形成装置がＪＩＳ（日本工業規格）で定めるＢ４やＢ５、Ａ３やＡ４といった用紙のサイズを取り扱う場合、その中で最も搬送方向に沿った長さが大きい用紙におけるその長さを言う。

このような各ロールでの帯電ムラの重なり防止を実現するための例としては、感光体１の外周長をＡ、ロール型帯電器２の外周長をＢ、ロール型清掃部材２０の外周長をＣ、感光体１とロール型帯電器２との接触部分におけるニップ幅（図２参照）をＮとした場合、感光体１の外周面上において、Ａの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）と、Ｂの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）と、Ｃの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）とが画像形成長の範囲内で重ならないようになっている。

つまり、感光体１、ロール型帯電器２およびロール型清掃部材２０の各々外周上において帯電ムラの発生する領域があり、ニップ幅を含めて全ての帯電ムラが感光体１上において重なる位置を起点として各ロールが回転し、次に全ての帯電ムラが重なるまでの感光体１上での長さが、画像形成長より長くなっている。これにより、ニップ幅も含めて各ロールでの帯電ムラの重なりが画像形成長の範囲内で発生しないことになる。

図４は、帯電ムラの状態について説明する模式図である。帯電ムラは、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各々に起因するため、ロールの回転とともに周期的に発生し、一つの帯電ムラの幅（図中端辺方向）の最大はニップ幅となると考えられる。図４に示す帯電ムラの例では、説明を分かりやすくするため、ニップ幅と等しい帯電ムラが帯状に形成された状態を示しているが、実際には種々の形状の帯電ムラが発生する。

例えば、図４（ａ）に示す例では、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材のうち、いずれか一つに起因する帯電ムラａと、他の一つに起因する帯電ムラｂとが隣接して発生した状態を示している。つまり、画像形成領域の範囲内で帯電ムラａと帯電ムラｂとが重ならず、各々別な位置で発生している。

一方、図４（ｂ）に示す例では、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材のうち、いずれか一つに起因する帯電ムラａと、他の一つに起因する帯電ムラｂとが一部で重なって発生した状態を示している。このように、異なるロールについて各々発生する複数の帯電ムラａ、ｂが画像形成領域の範囲内で重なると、その重なった部分については帯電状況が大きく悪化する状態となる。したがって、このような帯電ムラの重なりを防止することによって、帯電ムラの悪化を抑制することが可能となる。

このように、画像形成領域の範囲内で帯電ムラの重なりを防止するため、本実施形態では、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各々のロール径を設定している。つまり、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各ロールに起因する帯電ムラは、各ロールごとに周期性をもって発生することから、各々のロールの径に基づく値の最小公倍数が画像形成長より大きくなるよう各ロール径を設定する。なお、この際、感光体とロール型帯電器との接触部分でのニップ幅（接触部分の回転方向に沿った接触長さ）を考慮して、ニップ幅の一部でも帯電ムラの重なりが発生しないよう各ロール径を設定する。

これにより、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各ロールに起因する各々の帯電ムラ（ニップ幅を含む帯電ムラ）の周期が画像形成長の範囲内では重なることがなくなり、帯電ムラの悪化を抑制できるようになる。しかも、ロール径の設定だけで対応できることから、特別な機構を付与しないので大きなコストアップを招くことなく、また各部材について必要以上に高精度を要求されることなく、２次障害なく画質欠陥を改善できる。

＜具体例＞
図５は、感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各ロールの径の具体例を説明する図である。なお、図５に示す数値の単位はｍｍであり、説明を分かりやすくするため、ニップ幅を考慮しない場合の値となっている。また、ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２は、本実施形態で示す各ロールの径の設定を行わない場合、ｃａｓｅ３は、本実施形態で示す各ロールの径の設定を行った場合である。また、ｃａｓｅ１では、画像形成を行う用紙の最大サイズがＡ４、ｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３ではＡ３となっている。

ここで、図５のｃａｓｅ１で示す各ロール径の場合の帯電ムラの例を図６（ａ）に示す。図５のｃａｓｅ１では、感光体の径が２４ｍｍ、ロール型清掃部材の径が８ｍｍとなっており、これらのロールでは２４ｍｍの径による円周長（約７５ｍｍ）の周期で重なりが生じる。これは、画像形成を行う用紙の最大サイズ（ｃａｓｅ１ではＡ４）の画像形成長（Ａ４縦では２９７ｍｍ）の範囲内での重なりとなるため、図６（ａ）に示すようにこのピッチで大きな帯電ムラが発生する。

また、図５のｃａｓｅ２で示す各ロール径の場合の帯電ムラの例を図６（ｂ）に示す。図５のｃａｓｅ２では、感光体の径が３０ｍｍ、ロール型帯電器の径が１２ｍｍとなっており、これらのロールでは６０ｍｍの径による円周長（約１８８ｍｍ）の周期で重なりが生じる。これは、画像形成を行う用紙の最大サイズ（ｃａｓｅ２ではＡ３）の画像形成長（Ａ３縦では４２０ｍｍ）の範囲内での重なりとなるため、図６（ｂ）に示すようにこのピッチで大きな帯電ムラが発生する。

また、図５のｃａｓｅ３で示す各ロール径の場合の帯電ムラの例を図７に示す。図５に示すｃａｓｅ３では、感光体の径が３０ｍｍ、ロール型帯電器の径が１４ｍｍ、ロール型清掃部材の径が１１ｍｍとなっており、これらのロールでは２３１０ｍｍの径による円周長（約７２５３ｍｍ）の周期で重なりが生じる。これは、画像形成を行う最大サイズ（ｃａｓｅ３ではＡ３）の画像形成長（Ａ３縦では４２０ｍｍ）より大きいことから、図７に示すように、画像形成長の範囲内では大きな帯電ムラは発生しないことになる。

このように、本実施形態で示す各ロール径の設定を行わないｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２では、帯電領域内に大きな帯電ムラが発生しているのに対し、本実施形態で示す各ロール径の設定を行ったｃａｓｅ３では、帯電領域内に大きな帯電ムラが発生していないのが分かる。つまり、ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２では複数のロールによる帯電ムラの重なりが発生して帯電ムラが増大してしまうが、ｃａｓｅ３では複数のロールによる帯電ムラの重なりが発生せず、各ロール単独での帯電ムラのみが表れるだけとなり、帯電ムラの増大を抑制できることになる。

なお、上記の具体例では、画像形成長を用紙の最大サイズとする例を説明したが、用紙の最大サイズのうち実際に画像が形成される範囲の長さを画像形成長として、その範囲内で帯電ムラが重ならないよう設定してもよい。

＜直流帯電と交流帯電＞
ロール型帯電器を用いた接触帯電においては、ロール型帯電器のロールと感光体表面との微妙なギャップ変動によって帯電ムラ（濃度ムラ）が発生しやすい。特に、ロール型帯電器に直流電圧を印加する直流帯電においては、交流帯電では問題にならない感光体の膜厚ムラも帯電ムラとして顕著に表れる。しかも、各部材の帯電ムラのピッチが同期してしまうと、より大きなムラとなって画質欠陥になってしまう。

ここで、直流帯電と交流帯電との比較を説明する。図８は、直流帯電の場合のロール型帯電器への印加電圧に対する感光体帯電電位の関係を示す図、図９は、交流帯電の場合のロール型帯電器への印加電圧に対する感光体帯電電位の関係を示す図である。図８では、感光体の膜厚がパラメータとなっているが、いずれの膜厚であっても、直流帯電の場合にはロール型帯電器への印加電圧に比例して感光体帯電電位が増加している。

一方、図９に示す交流帯電の場合には、印加電圧に比例して帯電電位が増加するものの、あるところから帯電電位の増加が飽和する。したがって、交流帯電の場合には、帯電電位が飽和する範囲で印加電圧を設定することで、印加電圧の変動による帯電電位の変動を抑制できる。反対に、直流帯電の場合には、印加電圧の変動が帯電電位の変動に大きく影響を与えることになる。

また、図１０は、直流帯電の場合の感光体膜厚に対する感光体帯電電位の変化を示す図、図１１は、交流帯電の場合の感光体膜厚に対する感光体帯電電位の変化を示す図である。なお、図１０、図１１では、感光体における膜厚の測定位置がパラメータとなっている。図１０に示す直流帯電の場合、感光体の膜厚が厚くなるにしたがい感光体帯電電位が減少している。一方、図１１に示す交流帯電の場合には、感光体の膜厚が厚くなっても感光体帯電電位に大きな変化が表れない。したがって、交流帯電の場合には、感光体膜厚の帯電電位に与える影響が大きくないのに対し、直流帯電の場合には、感光体膜厚の変化が帯電電位の変動に大きく影響を与えることになる。

これらのことより、直流帯電の場合には、特に感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各ロールの径や、感光体膜厚の管理が難しく、各ロールに起因する帯電ムラが重なることで大きな帯電ムラを発生させることになる。

したがって、本実施形態では、交流帯電の場合のほか、特に直流帯電の場合には帯電ムラの重なりをなくして帯電電位の均一性悪化を抑制する効果が大きくなる。

本実施形態に係る画像形成装置の構成例を示す概略図である。 本実施形態の画像形成装置で用いられるロール型帯電器の構成を説明する模式図である。 ロール型帯電器の形態を説明する模式図である。 帯電ムラの状態について説明する模式図である。 感光体、ロール型帯電器およびロール型清掃部材の各ロールの径の具体例を説明する図である。 ｃａｓｅ１、２の場合の帯電ムラの例を示す模式図である。 ｃａｓｅ３の場合の帯電ムラの例を示す模式図である。 直流帯電の場合のロール型帯電器への印加電圧に対する感光体帯電電位の関係を示す図である。 交流帯電の場合のロール型帯電器への印加電圧に対する感光体帯電電位の関係を示す図である。 直流帯電の場合の感光体膜厚に対する感光体帯電電位の変化を示す図である。 交流帯電の場合の感光体膜厚に対する感光体帯電電位の変化を示す図である。

符号の説明

１…感光体、２…ロール型帯電器、３…レーザスキャナ、４…現像器、５…転写器、６…ドラムクリーナ、７…除電器、８…定着器、２０…ロール型清掃部材

Claims (4)

1. 円筒型の感光体と、
   前記感光体の外周面と対向して配置され、表面が前記感光体の表面に接触することで、前記感光体の回転に従動して回転するロール型帯電器と、
   前記ロール型帯電器の外周面と対向して配置され、表面が前記ロール型帯電器の表面に接触することで、前記ロール型帯電器の回転に従動して回転するロール型清掃部材と
   を備える画像形成装置において、
   前記感光体の外周長と前記ロール型帯電器の外周長との最小公倍数、前記感光体の外周長と前記ロール型清掃部材の外周長との最小公倍数、および前記ロール型帯電器の外周長と前記ロール型清掃部材の外周長との最小公倍数のいずれもが、当該画像形成装置において画像が形成される媒体のうち最大サイズの媒体における画像形成長よりも大きくなるよう、前記感光体の径、前記ロール型帯電器の径および前記ロール型清掃部材の径が各々設定されており、
   前記感光体の外周長をＡ、前記ロール型帯電器の外周長をＢ、前記ロール型清掃部材の外周長をＣ、前記感光体と前記ロール型帯電器との接触部分におけるニップ幅をＮとした場合、
   前記感光体の外周面上において、Ａの間隔ごとの位置と、Ｂの間隔ごとの位置と、Ｃの間隔ごとの位置とが重なる位置を起点として、次に、Ａの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）と、Ｂの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）と、Ｃの間隔ごとの位置を中心とした±（Ｎ／２）とが、前記画像形成長の範囲内で重ならないよう、前記感光体の径、前記ロール型帯電器の径および前記ロール型清掃部材の径が各々設定されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ロール型帯電器への印加電圧が直流である
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記ロール型清掃部材が発泡部材によって構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
4. 前記ロール型帯電器と前記ロール型清掃部材とが定変位で固定されている
   ことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。

Images