JP4664789B2 - 電子写真画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタなどに応用される電子写真画像形成装置に関し、特に、画像形成を行わないとき、感光体表面を研磨して、多数枚印字後も画質を維持する電子写真画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置では被帯電体としての電子写真感光体を所定の極性、電位に帯電処理する帯電手段として、従来、一般にコロナ帯電器が用いられていた。これは感光体にコロナ帯電器を非接触に配置して、感光体を所定の極性、電位に帯電させるものである。また、近年、非接触タイプのコロナ帯電方式に比べて、低オゾン発生などの利点を有することから、被帯電体としての感光体に帯電バイアスを印加した帯電部材（接触帯電部材）を当接させて感光体表面を所定の極性、電位に帯電させる接触帯電方式の帯電方式も多く実用化されている。接触帯電部材にはローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型（帯電ブレード）などがある。中でも均一帯電の観点から、導電性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から好ましく、広く用いられている。特に、特許文献１には、この接触帯電部材の中でも、クリーニングブレードなどの感光体クリーニング手段を持たないクリーナレス系画像形成装置に用いられる接触帯電部材が開示されている。具体的には、接触帯電部材表面（導電性）に導電性微粉体（導電性酸化亜鉛など）を供給し、接触帯電部材に電圧を印加して、導電性微粉体を介して感光体表面を帯電させるものである。この導電性微粉体はトナーの帯電制御剤でもあり、導電性微粉体は、非接触のジャンピング現像装置により感光体を介して接触帯電部材に供給される。導電性ローラとしての帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体をもちいて作製される。さらにこれを積層にして所望の特性を得たものもある。帯電ローラは感光体と一定の接触状態を得るために弾性を有しており、加圧当接させた場合にはある一定以上の閾値電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、それに以降は印加電圧に対して線形に感光体の表面電位が増加する。この閾値電圧Ｖｔｈは、パッシェンの放電法則に基づいて決まる帯電開始電圧である。

電子写真画像形成プロセスに必要な感光体表面電位Ｖ０を得るためには、帯電ローラには（Ｖ０＋Ｖｔｈ）の直流電圧印加が必要となり、この帯電方式を直流帯電方式という。
また、帯電均一性を得るために、（Ｖ０＋Ｖｔｈ）の直流電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つ交流電圧を重畳させた交流帯電方式も用いられている。これは交流によるならし効果を利用していて、感光体の電位は交流電圧のピークの中央値であるＶ０に収束し、ゴムローラの環境などに起因する抵抗値変動の影響を抑えることができる。

このような接触帯電部材にて感光体表面を所定極性に一様に帯電し、次いで所定の原稿情報に基づいての光照射による画像露光を行って静電荷像を形成し、この電荷像を現像してトナー像を形成する。続いて、トナー像を紙などの記録材への転写工程であるが、上記帯電方式と同様低オゾン発生、及び用紙搬送性の利点から、感光体と接触し回転する弾性体、ゴム、発泡体などのローラを用い、そのローラに所定の電圧を印加することにより、このトナー像を紙などの記録材に転写する方式が一般的である。最終的に定着工程における定着ローラでの加熱及び加圧によって該トナー像を記録材に定着することにより、画像形成が行われる。また、トナー像転写後において、感光体表面は、クリーニングブレードによりクリーニングされて残存するトナーが除去され、さらに必要により光照射などによる除電が行われ、次の画像形成行程が行われる。

また、上記画像形成装置における帯電方式は接触方式であるため、従来のスコロコロンなどのような放電タイプと比較し、放電の際に発生するオゾンの低減に加え、帯電不良や画像流れ現象をもたらす帯電生成物なども減少することとなる。その結果、感光体のクリーニングローラや研磨ローラなどが不要となり、また、感光体の回転負荷を低減するため、圧接力のダウンなどが可能となっている。

特開２００３−５５２１号公報（図１、段落００２２）

しかしながら、トナーの帯電調整剤を二酸化チタンとするトナーを、通常の画像形成装置（クリーニングブレードなどを有する画像装置）、すなわちクリーナレス系ではない画像装置に使用するときは、特許文献１とは異なる問題が生じる。なぜなら、通常動作時の画像形成のトナーが感光体クリーニングブレードへと搬送されクリーニングブレードにてクリーニングされる際、トナー粒子に外添された金属酸化物が少なからずトナー粒子から遊離し、クリーニングブレードにおいて感光体の研磨剤として振舞う一方で、外径において約１０分の１以下である該金属酸化物が感光体表面に付着したままクリーニングブレードからすり抜け、感光体に接触している接触帯電部材に付着してしまうことがある。

また、特にアモルファスシリコンのようなドラムにおいては、一般に用いられる有機感光体などと比較すると表面硬度が高く、実使用時における磨耗などに対する耐久性が格段に高い反面、表面が削れないため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こすことがあり、一般に一成分現像方式などで用いられるトナーに帯電制御材として外添される酸化チタンなどを感光体クリーニング部分に滞留させアモルファスシリコン感光体表面の研磨材として利用する。しかしながら、研磨剤にあたる酸化チタンなどが、クリーニングブレードからすり抜けてしまい、研磨剤としての効果が低減することがあった。

そこで、本発明の課題は、表面硬度が高く、表面が削れないため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こす虞のある感光体を研磨し、多数枚印字後も耐久性のある電子写真画像形成装置を提供することである。

そのため本発明においては、画像形成を行わないとき、接触帯電部材の通常の画像形成時の動作とは異なった印加電圧出力を行い、接触帯電部材の表面に付着した外添剤である二酸化チタンなどの金属酸化物を一旦感光体上に移動させた後、感光体と所定の線速差にて回転する転写ローラに、金属酸化物を回収可能な電圧を印加し、転写ローラでの感光体研磨効果を高める。
ここに、外添剤である金属酸化物としては物理的、化学的に非常に安定しており、変質せず、導電性も安定しているため転写ローラ表面への付着及び、在駐に関しても感光体への付着、画像への影響などもないことから、酸化チタンを用いる。

具体的には、上述した課題を解決するための第１の手段は、感光体を一様帯電させる接触帯電部材と、感光体上のトナー像を記録体上に転写させる転写ローラと、接触帯電部材及び転写ローラに印加する電圧を制御する制御手段とを備える電子写真画像形成装置であって、制御手段は、画像形成を行わないとき、感光体を一様帯電させる接触帯電部材に、トナーに外添された外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加して、接触帯電部材に付着した外添剤を感光体に転移させ、転写ローラが感光体に接触した状態で、転写ローラに、外添剤の帯電極性と逆極性の電圧を印加して、感光体を１周以上回転させて、転写ローラ上に転移された外添剤で感光体を研磨させることである。

これにより、外添剤で汚染された接触帯電ローラをクリーニングすることが出来るとともに、接触帯電ローラから引き剥がされた外添剤によって感光体をクリーニングすることが出来る。

第２手段は、第１手段において、転写ローラの周速度は、感光体の周速度とは異なることである。

これにより、感光体研磨後の外添剤を転写ローラに有効に回収することが出来る。

第３手段は、外添剤は、二酸化チタンであることである。

これにより、外添剤は、トナーの帯電を制御するとともに、感光体をクリーニングする研磨剤として有効に利用される。

本発明によれば、表面硬度が高く、表面が削れにくいため付着物、帯電生成物などの表面蓄積により帯電不良を引き起こす虞のある感光体を研磨し、耐久性のある電子写真画像形成装置が提供される。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。但し、本実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

［本実施形態の構成］

図１は、本発明の電子写真画像形成装置の部品配置図である。本装置は、図中時計方向に回転する感光ドラム１１の周囲に、接触帯電部材、例えば帯電ローラ１３（感光ドラム１１表面の一様帯電を行う）が配置され、続いて、露光器１５（現画像を感光ドラム１１表面に露光し静電潜像を形成させる）が配置され、続いて、現像器１７（静電潜像をトナーで現像する）が配置され、続いて転写ローラ１９（トナー像を用紙などに転写する）が配置され、続いてクリーニングブレード２１（感光ドラム１１上に残留するトナーをクリーニングする）が配置され、最後に除電ランプ２３（帯電ローラ１３による感光ドラム１１の一様帯電に先立ち、感光ドラム１１の表面電位を一様に低下させる）が配置される。クリーニングブレード２１により除去されたトナーは廃棄トナーボトルへ搬送される。

なお、帯電ローラ１３及び転写ローラ１９への印加電圧を制御する制御手段は、図示しない。

次に、本装置の各部について説明する。

図２は、感光ドラム１１の断面図であり、感光ドラム１１は、導電性基板２７上に、キャリア阻止層２９、感光層３１と、その上に形成された表面保護層３３からなる。表面保護層３３の硬度が高い場合、感光層３１の硬度は問わず、本実施形態が応用できる。表面保護層３３がない場合であっても、感光層３１の硬度が高い場合、例えばアモルファスシリコンが採用された場合も、本実施形態が応用できる。

アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）であれば特に制限されるものではなく、好ましい材料として、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＣ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＯＮなどの無機材料を例示することができる。これらの材料中、ａ−ＳｉＣが特に高抵抗であり、より優れた帯電能力、耐磨耗性、耐環境性が得られることより、本実施形態における感光層材料として好適である。また、ａ−ＳｉＣのうちＳｉとＣ（炭素）との比率が特定のものを使用するのが好ましい。このようなａ−ＳｉＣｃとしては、ａ−Ｓｉ_{（１−ｘ）}Ｃ_ｘ（Ｘの値が０．３〜１未満）がより好ましく、さらに好ましくは、Ｘの値が０．５〜０．９５以下である。この理由は、このようなａ−ＳｉＣは１０^１２〜１０^１３Ωｃｍという特に高い抵抗を有しており、感光体表面方向の潜像の流れが少なく,静電潜像の維持能力及び耐湿性にも優れているためである。

帯電ローラ１３は、例えば金属製シャフト表面にエピクロルヒドリンゴム層を形成したものである。

現像器１７での現像方式は、例えば、磁気ローラ上にトナーとキャリアの磁気ブラシを形成し、現像ロールにトナーのみを転移し、現像ロールに電圧を印加してトナーを感光体に飛翔させる磁性一成分ジャンピング現像方式、すなわちハイブリッド現像方式である。トナーは、樹脂で構成され外添剤を付与され帯電制御され使用する。外添材付きトナー及びキャリアは摩擦により帯電し、感光体１１と一定のギャップを持った現像ローラに外添剤付きトナーのみが転移される。マグネットローラ上の電位は直流に交流を重畳させる。なお、現像方式は、磁気ブラシ上のトナー及びキャリアで現像する２成分磁気ブラシ現像方式としてもかまわない。

なお、現像器１７は、静電潜像を現像する機能の他に、トナー表面の外添剤状態により画像濃度が変化するため印字枚数・印字率などにより一定のトナーを強制的に現像させる吐き出しモードを設けてもよい。

転写ローラ１９は、金属性のシャフトと弾性部材（スポンジ又はゴム）からなり、金属シャフトの両端部からバネなどで感光体に圧接されている。ローラ部は導電性発泡体からなり、感光ドラム１１と５％の線速差をもって回転している。

次に、本実施形態の動作について説明する。

感光ドラム１１の研磨は、画像形成を行わないとき、図示しない制御手段により、帯電ローラ１３及び転写ローラ１９への印加電圧を制御することにより行われる。なお、露光器１５、現像器１７、除電ランプ２３は休止する。また、クリーニングブレード２１は所定位置のままである。

まず、帯電ローラ１３に、外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加して、帯電ローラに付着した外添剤に反発力を与え感光体に転移させる。外添剤が例えば正帯電の二酸化チタンであれば、帯電ローラ１３に印加される電圧も正電圧となる。

一方、転写ローラ１９には、外添剤の帯電極性と逆極性の電圧を印加して、外添剤を感光体に吸引させつつ転写ローラ１９によって感光体を研磨する。外添剤が例えば正帯電の二酸化チタンであれば、転写ローラ１９に印加される電圧は負電圧となる。こうして、感光体を１周以上回転させて、感光体を研磨させる。

［実施例］
電子写真画像形成装置において、所定のタイミングで自動的に、又はマニュアル操作により、感光体を研磨する。研磨剤である外添剤は二酸化チタンとした。

感光ドラム１１を回転し、帯電ローラ１３に正極性直流電圧８００Ｖを印加し、二酸化チタンを感光体上に移動させた。なお、帯電ローラ１３に印加する電圧は、画像形成時には、Ｖｐｐが１．０ｋＶ、Ｖｄｃが４００Ｖである。また、感光体摺擦研磨時（感光体クリーニング時）には、上記したとおり、Ｖｐｐが０Ｖであり、Ｖｄｃが８００Ｖである。さらに、感光体上に二酸化チタンが付着していた部分が転写ローラ１９に到達したとき、転写ローラ１９に負極性直流電圧１５００Ｖを印加し、二酸化チタンにより感光体を研磨した。さらに、感光体が１周以上回転する時間、転写ローラ１９を駆動し感光体表面を研磨した。なお、転写ローラ１９に印加する電圧は、画像形成時には、Ｖｐｐが０ｋＶ、Ｖｄｃが−１３００Ｖ〜−２０００Ｖである。これにより、ドラム表面電位は、２６０Ｖ±１５Ｖとなる。しかし、感光体摺擦研磨時（感光体クリーニング時）には、Ｖｐｐが０Ｖであり、Ｖｄｃが１５００〜２２００Ｖである。その理由は、画像形成時の印加電圧に設定すると、感光体に酸化チタンが残りやすいため、クリーニング時には転写バイアスを高めに設定するほうが好ましいからである。なお、ハイブリッド方式の現像器１７の現像ローラに印加する電圧は、矩形波であり、画像形成時には、Ｖｐｐが１．５ｋＶ、Ｖｄｃが１５０Ｖ、周波数が２．４ｋＨｚ、ｄｕｔｙが４０％である。しかし、感光体摺擦研磨時（感光体クリーニング時）には、現像しないため、Ｖｐｐ、Ｖｄｃともに０Ｖである。

転写ローラ１９と感光ドラム１１の表面性が全く異なるため、周速差が存在すれば、二酸化チタンは転写ローラ１９に回収される。但し、周速差は、転写ズレなどが生じないように用紙と感光ドラム１１の周速差を±１％以内とすることが前提となる。そこで、転写性を優先し、特にベタ黒画像の中抜けのないよう、転写ローラ１９と感光ドラム１１の周速差を±６％以内とした。

転写ローラ１９の材質は、二酸化チタンを感光体から回収するという観点から、例えばカーボン系ＥＰＤＭ（１０^７Ω）などのようなスポンジ（弾性を有する導電性発泡体）が好適であり、Ａｓｋｅｒ Ｃ 硬度で２５〜３５度の範囲としたとき、感光体が良好に摺擦研磨された。

電子写真画像形成装置の部品配置図である。 感光体の断面図である。

符号の説明

１１ 感光ドラム
１２ 帯電クリーニングローラ
１３ 帯電器（接触帯電部材）
１５ 露光器
１７ 現像器
１９ 転写ロール
２１ クリーニングブレード
２３ 除電ランプ

Claims (3)

1. 感光体を一様帯電させる接触帯電部材と、
   前記感光体上のトナー像を記録体上に転写させる転写ローラと、
   前記接触帯電部材及び前記転写ローラに印加する電圧を制御する制御手段とを備える電子写真画像形成装置であって、
   前記制御手段は、
   画像形成を行わないとき、
   前記感光体を一様帯電させる接触帯電部材に、トナーに外添された外添剤の帯電極性と同一極性の電圧を印加して、前記接触帯電部材に付着した前記外添剤を前記感光体に転移させ、
   前記転写ローラが前記感光体に接触した状態で、前記転写ローラに、前記外添剤の帯電極性と逆極性の電圧を印加して、前記感光体を１周以上回転させて、前記転写ローラ上に転移された外添剤で前記感光体を研磨させることを特徴とする電子写真画像形成装置。
2. 前記転写ローラの周速度は、前記感光体の周速度とは異なることを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。
3. 前記外添剤は、酸化チタンであることを特徴とする請求項１記載の電子写真画像形成装置。

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