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技術 画像形成装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 真下精二
出願日 1997年5月12日 (23年6ヶ月経過) 出願番号 1997-137782
公開日 1998年11月24日 (22年0ヶ月経過) 公開番号 1998-312098
状態 特許登録済
技術分野 電子写真の帯電 電子写真における乾式現像 電子写真における帯電・転写・分離
主要キーワード 溜り部分 所定シーケンス プリント期間 振動効果 補助プロセス 両電極板 回転期間 スタンバイ期間
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図面 (5)

課題

帯電補助部材を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステム画像形成装置について、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材6への紙粉等の汚染物溜りを解消してポジゴーストの発生しにくい、したがって長期にわたって良好な画像を出力させることができるようにすること。

解決手段

第一の接触帯電部材6が回転可能であること、該第一の接触帯電部材6が間欠回転すること、第一の接触帯電部材6が回転タイプのファーブラシ帯電器であること、第二の接触帯電部材2が磁気ブラシ帯電器であること等。

概要

背景

概要

帯電補助部材を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステム画像形成装置について、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材6への紙粉等の汚染物溜りを解消してポジゴーストの発生しにくい、したがって長期にわたって良好な画像を出力させることができるようにすること。

第一の接触帯電部材6が回転可能であること、該第一の接触帯電部材6が間欠回転すること、第一の接触帯電部材6が回転タイプのファーブラシ帯電器であること、第二の接触帯電部材2が磁気ブラシ帯電器であること等。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
4件

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請求項1

像担持体に対して、該像担持体を帯電する工程、その帯電面静電潜像を形成する工程、その静電潜像をトナー像として現像する工程を有する画像形成プロセスを適用して画像形成を実行させ、静電潜像をトナー像として現像する現像手段が前の画像形成で像担持体上に残留したトナー粒子回収する像担持体クリーニング手段を兼ね、像担持体は繰り返して画像形成に供するクリーナーレスシステム画像形成装置であり、像担持体を帯電する帯電手段として、像担持体には少なくとも第一の接触帯電部材と該接触帯電部材よりも像担持体回転方向下流側の第二の接触帯電部材の複数の接触帯電部材が配設され、第一の接触帯電部材に印加されるバイアスは像担持体の正規帯電極性とは逆極性であり、像担持体を最終的に帯電する帯電手段である第二の接触帯電部材に印加されるバイアスは像担持体の正規帯電極性であり、第一の接触帯電部材は回転可能であることを特徴とする画像形成装置。

請求項2

前記第一の接触帯電部材が間欠回転することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。

請求項3

前記像担持体が表面に109 〜1014Ω・cmの材質からなる層を有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。

請求項4

前記像担持体が感光層及び表面層を有し、該表面層が樹脂及び導電性微粒子を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項5

前記導電性微粒子がSnO2 であることを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。

請求項6

前記像担持体が非晶質のシリコンを有する表面層からなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項7

前記第二の接触帯電部材が導電性磁性粒子磁気ブラシ部を有し、該磁気ブラシ部が像担持体に接触していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項8

前記第一の接触帯電部材が導電性繊維ブラシ部を有し、該導電性繊維ブラシ部が像担持体に接触していることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項9

前記接触帯電部材は像担持体に対して周速差を持って移動することを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項10

前記現像手段の現像方法が、像担持体に対して現像剤が接触状態で行なわれる接触現像方式であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項11

前記像担持体の帯電面に対する静電潜像形成手段が像担持体に対する像露光手段であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1つに記載の画像形成装置。

請求項12

像担持体に形成されたトナー像が転写手段により転写材に転写されることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1つに記載の画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は、像担持体に、該像担持体を帯電する工程、その帯電面静電潜像を形成する工程、その静電潜像をトナー像として現像する工程を有する画像形成プロセスを適用して画像形成を実行させ、像担持体は繰り返して画像形成に使用する複写機プリンタファクシミリなどの画像形成装置に関する。

0002

より詳しくは、静電潜像をトナー現像する現像手段が、前の画像形成で像担持体上に残留したトナー粒子回収する像担持体クリーニング手段を兼ねている「クリーナーレスシステム」の画像形成装置に関する。

0003

1)従来、複写機・プリンタ・ファクシミリなどの画像形成装置において、電子写真感光体静電記録誘電体等の像担持体を帯電処理する手段としてはコロナ帯電器が使用されてきた。これは被帯電体としての像担持体にコロナ帯電器を非接触に対向配設して、高圧印加したコロナ帯電器から放出されるコロナシャワー像担持体面を曝して所定の極性電位に帯電させるものである。

0004

近年は、これに代わって、接触帯電装置が実用化されてきている。これは、導電性帯電部材接触帯電部材)を被帯電体に当接させ、該接触帯電部材に電圧を印加して被帯電体面を所定の極性電位に帯電させるもので、コロナ帯電器に比べて、低オゾン、低電力等の有利性がある。

0005

この中でも特に接触帯電部材として導電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用いられている。ローラ帯電では導電性の弾性ローラ帯電ローラ)を被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体の帯電を行う。

0006

ローラ帯電においては、帯電は接触帯電部材から被帯電体への放電によって主に行われるため、あるしきい値電圧以上の電圧を印加することによって帯電が開始される。このしきい値電圧を帯電開始電圧Vthと定義する。

0007

電子写真において像担持体としての感光体に必要とされる表面電位Vdを得るためには、接触帯電部材としての帯電ローラにはVd+Vthという必要とされる感光体表面電位Vd以上のDC電圧の印加が必要となる。このようにしてDC電圧のみを接触帯電部材に印加して帯電を行う方法をDC帯電方式と称する。

0008

また、特開昭63−149669号公報に開示されるように、所望の被帯電体表面電位Vdに相当するDC電圧に2×Vth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AC帯電方式が提案され、実用にも供されている。これは、ACによる電位のならし効果によりDC帯電方式よりも更なる帯電の均一化を図ることができ、被帯電体の電位はAC電圧のピークの中央であるVdにほぼ収束し、環境等の外乱には影響されることはない。

0009

接触帯電装置においても、その本質的な帯電機構は、接触帯電部材から被帯電体への放電現象を用いているため、先に述べたように帯電に必要とされる電圧は被帯電体表面電位以上の値が必要とされ、また微量のオゾンは発生する。

0010

放電現象を用いない新たな帯電方式として、感光体への電荷直接注入による帯電方式が特開平6−3921号公報等に開示されている。この帯電方式は、帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電磁気ブラシ等の接触導電部材に電圧を印加し、表面に電荷注入層を設けた感光体上のフロート電極に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法である。この帯電方式では、放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する感光体表面電位のみのDC電圧であり、オゾンの発生もほとんどない等の有利性がある。

0011

2)一方、画像形成装置の小型化等のために、像担持体上の転写残留トナー(以後、転写残トナーと記す)のクリーニングを、帯電装置または現像装置で帯電同時クリーニングまたは現像同時クリーニングを行う方法が提案されている(クリーナーレスシステムの画像形成装置)。

0012

上記クリーナーレスシステムの画像形成装置は、専用の像担持体クリーニング手段(クリーナー)を具備させないので装置の小型化を図ることができる、前の画像形成で像担持体上に残留したトナー粒子は現像手段に回収されて現像剤として再用され、廃トナーを出さないことによる環境保護などの点で有利性がある。

0013

現像手段による現像同時クリーニングは、転写後に像担持体上に若干残留したトナーを次工程以後の現像時に現像手段に印加する直流電圧と像担持体の表面電位間の電位差である、かぶり取り電位差Vbackによって回収する方法であり、転写残トナーは現像手段に回収されて次工程以後用いられるため、廃トナーをなくすことができる。またクリーナーレスであることでスペースの面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。

0014

ところで、像担持体の帯電処理手段として接触帯電方式を用いた画像形成装置において、クリーナー手段を具備させず、現像手段による現像同時回収を行なわせて、画像形成を繰り返すと、転写残トナーが現像手段によって回収できないために、先の画像が薄く残る「ポジゴースト」が発生してしまった。

0015

このポジゴーストは、転写残トナーの接触帯電部材位置通過時に該転写残トナーが像担持体上に残ってしまった場合、該転写残トナーが存在する部分の像担持体表面部分を帯電できないことにより、現像部においてこの部分に、トナー回収のための電位差(Vback)が確保できないために発生する現象で、接触帯電部材が劣化汚染)するとより顕著になる。

0016

そこで、接触帯電部材による像担持体面の帯電時に転写残トナーの下の像担持体面部分も帯電するため、帯電時に転写残トナーを像担持体面より剥ぎ取り、帯電後に像担持体面に戻し(接触帯電部材から像担持体へのトナーの吐き出し)、現像手段で回収させることが重要となる。

0017

また、接触帯電部材のトナー汚れに対しては、通常トナー粒子電気抵抗は比較的高いものが用いられているので、接触帯電部材にトナー粒子が混入し、その混入トナー粒子の像担持体への吐き出しが充分に行なえない場合は、接触帯電部材の全体あるいは一部の抵抗が上昇してしまい、像担持体が所望の電位にまで帯電できなくなったり、帯電むらが生じたりしてしまい、画像不良が発生してしまうという欠点があった。

0018

そこで、像担持体に接触する接触帯電部材を像担持体回転方向に少なくとも2つ設け、他方よりも像担持体回転方向上流側に位置する接触帯電部材を第一の帯電部材とし、下流側に位置する接触帯電部材を第二の帯電部材としたとき、第二の帯電部材には像担持体を最終的に帯電する帯電極性(像担持体の正規帯電極性)のバイアスを印加し、第一の帯電部材には第二の帯電部材に印加されるバイアスと逆極性のバイアスを印加することにより、転写残トナーを第一の帯電部材により像担持体の正規帯電極性の逆に帯電し、最終帯電手段としての第二の帯電部材において、該第二の帯電部材として磁性粒子を用いた接触帯電部材を用いて像担持体の正規帯電極性に帯電を行なう際に転写残トナーを帯電時に回収し(印加バイアスよりも帯電電位の方が一般的に低いため、逆極性のトナーの方が回収されやすい)、転写残トナーの下の像担持体面部分も均一に帯電を行ない、更に、第二の帯電部材の磁性粒子の摩擦帯電特性がトナー粒子を正規極性に帯電するものとすることによって、第二の帯電部材に回収されたトナー粒子を正規帯電極性に帯電して像担持体上に吐き出す(上記カッコ内の逆の原理による)ことが可能となる。

0019

また、このようにして第二の帯電部材から像担持体に吐き出されたトナーは正規帯電極性に帯電されているため、現像手段において現像時でのかぶり取り電位(Vback)での回収が可能となり、ポジゴーストの発生が防止でき、また最終の接触帯電手段である第二の帯電部材に混入したトナーの吐き出しも充分に行なえるため、該第二の帯電部材のトナー汚染も防止できる。

0020

上述のような構成の画像形成装置を便宜上、帯電補助部材(第一の接触帯電部材)を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステムの画像形成装置と称す。

0021

しかしこのような、帯電補助部材を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステムの画像形成装置においては、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材として固定系のファーブラシ等を用いた場合、耐久により紙粉等が該固定系の第一の接触帯電部材に溜り、その紙粉等の溜り部分に対応する第一の接触帯電部材部分が像担持体及び転写残トナーに接触できなくなるため帯電電流が流れにくくなり、その結果ポジゴーストが発生する場合があった。

0022

そこで本発明は、帯電補助部材を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステムの画像形成装置について、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材における紙粉等の汚染物の溜りを解消してポジゴーストの発生しにくい、したがって長期にわたって良好な画像を出力させることができるようにすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0023

本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。

0024

(1)像担持体に対して、該像担持体を帯電する工程、その帯電面に静電潜像を形成する工程、その静電潜像をトナー像として現像する工程を有する画像形成プロセスを適用して画像形成を実行させ、静電潜像をトナー像として現像する現像手段が前の画像形成で像担持体上に残留したトナー粒子を回収する像担持体クリーニング手段を兼ね、像担持体は繰り返して画像形成に供するクリーナーレスシステムの画像形成装置であり、像担持体を帯電する帯電手段として、像担持体には少なくとも第一の接触帯電部材と該接触帯電部材よりも像担持体回転方向下流側の第二の接触帯電部材の複数の接触帯電部材が配設され、第一の接触帯電部材に印加されるバイアスは像担持体の正規帯電極性とは逆極性であり、像担持体を最終的に帯電する帯電手段である第二の接触帯電部材に印加されるバイアスは像担持体の正規帯電極性であり、第一の接触帯電部材は回転可能であることを特徴とする画像形成装置。

0025

(2)前記第一の接触帯電部材が間欠回転することを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。

0026

(3)前記像担持体が表面に109 〜1014Ω・cmの材質からなる層を有することを特徴とする(1)に記載の画像形成装置。

0027

(4)前記像担持体が感光層及び表面層を有し、該表面層が樹脂及び導電性微粒子を有することを特徴とする(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0028

(5)前記導電性微粒子がSnO2 であることを特徴とする(4)に記載の画像形成装置。

0029

(6)前記像担持体が非晶質のシリコンを有する表面層からなることを特徴とする(1)ないし(3)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0030

(7)前記第二の接触帯電部材が導電性磁性粒子の磁気ブラシ部を有し、該磁気ブラシ部が像担持体に接触していることを特徴とする(1)ないし(6)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0031

(8)前記第一の接触帯電部材が導電性繊維ブラシ部を有し、該導電性繊維ブラシ部が像担持体に接触していることを特徴とする(1)ないし(7)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0032

(9)前記接触帯電部材は像担持体に対して周速差を持って移動することを特徴とする(1)ないし(7)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0033

(10)前記現像手段の現像方法が、像担持体に対して現像剤が接触状態で行なわれる接触現像方式であることを特徴とする(1)ないし(9)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0034

(11)前記像担持体の帯電面に対する静電潜像形成手段が像担持体に対する像露光手段であることを特徴とする(1)ないし(10)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0035

(12)像担持体に形成されたトナー像が転写手段により転写材に転写されることを特徴とする(1)ないし(11)のいずれか1つに記載の画像形成装置。

0036

〈作 用〉即ち、帯電補助部材を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステムの画像形成装置について、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材は回転可能とすることで、該第一の接触帯電部材は同一部分が常に像担持体に接触していることがなくなるため、紙粉等が詰まりにくくなり、長期にわたりポジゴーストの発生しない良好な画像が得られるようになる。

0037

〈実施形態例1〉
(1)画像形成装置例の概略構成図1
図1は本発明に従う画像形成装置例の概略構成図である。

0038

本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、クリーナーレスシステムのレーザビームプリンタである。

0039

1は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体である。以下、感光ドラムと記す。本例の感光ドラム1は、直径ほぼ30mm、電荷注入帯電性負帯電性OPC感光体有機光導電体)であり、中心支軸を中心に矢印の時計方向に100mm/secのプロセススピード周速度)をもって回転駆動される。

0040

6は、感光ドラム1面に接触させて配設した、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材であり、本例は回転タイプのファーブラシ帯電器である。S4はこのファーブラシ帯電器6に対する帯電バイアス印加電源である。

0041

2は上記の第一の接触帯電部材としてのファーブラシ帯電器6よりも感光ドラム回転方向下流側において感光ドラム1面に接触させて配設した第二の接触帯電部材であり、本例はスリーブ回転タイプの磁気ブラシ帯電器である。S1はこの磁気ブラシ帯電器2に対する帯電バイアス印加電源である。

0042

感光ドラム1は、その回転過程において、正規帯電極性の逆極性、本例では正のバイアスが電源S4により印加された第一の接触帯電部材としてのファーブラシ帯電器6による帯電作用を受け、次いで感光ドラム1の正規帯電極性、本例では負のバイアスが電源S1により印加された第二の接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器2による帯電作用を受けて、最終的に負極性所定電位の一様な帯電処理を受ける。

0043

そして該回転感光ドラム1の一様帯電面に対して、レーザダイオードポリゴンミラー等を含むレーザビームスキャナ7から出力される目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザビームによる走査露光Lがなされ、回転感光ドラム1の周面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

0044

その回転感光ドラム1面の形成静電潜像が絶縁トナーを用いた現像装置3により順次にトナー像として本例の場合は反転現像されていく。S2は現像装置3の現像スリーブ31に対して所定の現像バイアスを印加する電源である。

0045

一方、不図示の給紙部から被記録材としての転写材Pが、感光ドラム1と、これに所定の押圧力で当接させた接触転写部材としての転写ローラ4との圧接ニップ部である転写部Tに所定のタイミングにて導入される。転写ローラ4は中抵抗の部材であり、電源S3から所定の転写バイアス電圧が印加される。本例ではローラ抵抗は5×108 Ωのものを用い、+2000VのDC電圧を印加して転写を行わせた。

0046

転写部Tに導入された転写材Pは該転写部を挟持搬送されて、感光ドラム1との対面側である転写材表面側に対して感光ドラム表面に形成担持されているトナー画像静電気力と押圧力にて順次に転写されていく。

0047

転写部Tでトナー画像の転写を受けた転写材は回転感光ドラム1面から分離されて熱定着方式等の定着装置5へ導入されてトナー画像の定着を受け、画像形成物プリントコピー)として装置外に排出される。

0048

本例のプリンタはクリーナーレスであるから、転写材分離後の回転感光ドラム1の面に残留する転写残トナーを回収する専用のクリーニング装置は配設しておらず、回転感光ドラム1面の転写残トナーは現像装置3で現像同時クリーニングにて回収され、回転感光ドラム1面は繰り返して作像に供される。

0049

即ち、転写残トナーは、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材、本例では感光ドラムの正規帯電極性とは逆極性の電圧が印加されたファーブラシ帯電器6によって帯電されて、極性が反転した転写残トナーが第二の接触帯電部材、本例では磁気ブラシ帯電器2の磁気ブラシ部に回収されるようになり、またその回収トナーが磁気ブラシ部から回転感光ドラム1面に均一に再放出(吐き出し)され、それが現像装置3の現像部において現像同時クリーニング(回収)される。

0050

本例のプリンタは、感光ドラム1、第一及び第二の接触帯電部材6・2、現像装置3の4つのプロセス機器カートリッジ10に包含させてプリンタ本体に対して一括して着脱交換自在としたプロセスカートリッジ方式の装置であるが、これに限るものではない。

0051

(2)感光ドラム1(図2
本例で用いた像担持体としての感光ドラム1は負帯電のOPC感光体であり、図2層構成模型図のように、φ30mmのアルミニウム製のドラム基体(Alドラム基体)11上に下記の第1〜第5の5つの機能層を下から順に設けた、電荷注入帯電性の感光ドラムである。

0052

第1層12;下引き層であり、Alドラム基体11の欠陥等をならすため、またレーザ露光反射によるモアレの発生を防止するために設けられている厚さ約20μmの導電層である。

0053

第2層13;正電荷注入防止層であり、Alドラム基体11から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷打ち消すことを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって1×106 Ω・cm程度に抵抗調整された厚さ約1μmの中抵抗層である。

0054

第3層14;電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約0.3μmの層であり、レーザ露光を受けることによって正負電荷対を発生する。

0055

第4層15;電荷輸送層であり、ポリカーボネート樹脂ヒドラゾンを分散したものであり、P型半導体である。従って、感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず、電荷発生層14で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。

0056

第5層16;電荷注入層であり、絶縁性樹脂バインダー例えば光硬化性アクリル樹脂導電性粒子16aとしてのSnO2超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、アンチモンドーピングし、低抵抗化した粒径約0.03μmのSnO2粒子を樹脂に対して70重量パーセント分散した材料の塗工層である。また、4フッ化エチレン樹脂商品名;テフロン)を26%分散し滑りをよくすることで、第二の接触帯電部材である磁気ブラシ帯電器2における磁気ブラシ部を構成しているキャリア(導電性磁性粒子)を動き易くしている。

0057

このように調合した塗工液ディッピング工法スプレー塗工法ロール塗工法、ビーム塗工法等の適当な塗工法にて厚さ約3μmに塗工して電荷注入層とした。表面抵抗は1013Ωcmである。表面抵抗をこのようにコントロールすることにより直接帯電性が向上し高品位な画像を得ることができる。

0058

像担持体としての感光ドラム1としては、通常用いられている有機感光体等を用いることができるが、望ましくは、有機感光体上に抵抗が109 〜1014Ω・cmの材質を有する表面層を持つものや、アモルファスシリコン感光体などを用いると、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、ならびに消費電力の低減に効果がある。また、帯電性についても向上させることが可能となる。

0059

ここで表面層16の体積抵抗は、金属の電極を200μmの間隔で配し、その間に表面層の調合液を流入して成膜させ、電極間に電圧を100V印加して測定した値である。測定は温度23℃、湿度50%RHの条件下で測定した値である。

0060

(3)第一及び第二の接触帯電部材6・2(図3
図3は第一及び第二の接触帯電部材6・2部分の拡大模型図である。

0061

a)第一の接触帯電部材6
第一の接触帯電部材としてのファーブラシ帯電器6は本例のものは、φ4mmの芯金61に、6デニール・10万本/inch2 のファーブラシ62を巻いてφ10mmにしたファーブラシロールであり、長手方向の長さ(有効長さ)は200mmである。また、ファーブラシ部62の抵抗は6×103 Ω・cmである。

0062

ファーブラシ部62は感光ドラム表面及び転写残トナーに均一に接触できるように、太さとしては30デニール以下、密度としては1〜50万本/inch2 以上が好ましい。

0063

このファーブラシロール6に+20μAの定電流を流し、感光ドラムに侵入量1mmで当接させ、本例では感光ドラム1に従動回転させた。

0064

ここで、ファーブラシロール6と感光ドラム1との周速比は次の式で定義する。

0065

周速比(%)=(ファーフ゛ラシロール周速−感光ト゛ラム周速)/感光ト゛ラム 周速×100
従って、−100%はファーブラシロールが停止している状態である。ファーブラシロールの回転方向としては、感光ドラム1と逆方向であると転写残トナーを掻き落としてしまうため、感光ドラム1の回転と同方向が望ましい。

0066

転写残トナー及び感光ドラム表面との接触機会を考えると、なるべく周速差が大きい方が望ましいが、ファーブラシロールの回転数が高くなるとトナーの飛散が増える。従って、ファーブラシロールの周速比としては0%から−100%が望ましく、−100%にできるだけ近い方が望ましい。

0067

ファーブラシロール6の回転数は感光ドラム1へのファーブラシ部62の毛の侵入量、当接圧等で調整することができる。またモーター等から駆動を取り、調節しても良い。

0068

b)第二の接触帯電部材2
第二の接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器2は本例のものは回転スリーブタイプのものであり、固定支持させたマグネットロール21と、このマグネットロールの外回りに同心に回転自由に外嵌させた、外径16mmの、非磁性導電スリーブ22と、このスリーブの外周面スリーブ内部のマグネットロール21の磁力により吸着保持拘束)させて形成させた導電磁性粒子(帯電用磁性キャリア、以下キャリアと記す)の磁気ブラシ部23からなる。この磁気ブラシ帯電器2の長手方向の長さ(有効長さ)は230mmである。

0069

また、スリーブ表面磁極位置での磁束密度は0.1T(テスラ)であった。磁束密度としてはキャリアに対する磁気拘束力を考慮すると、0.03T以上が好ましい。

0070

この磁気ブラシ帯電器2を、感光ドラム1と略並行にして、磁気ブラシ部23を感光ドラム1面に接触させて所定幅帯電ニップ部を形成させて配設した。

0071

本例で用いたキャリアは、
平均粒径30μm、
最大磁化60Am2 /kg、
密度2.2g/cm2
の中抵抗のフェライトキャリアである。

0072

スリーブ22から感光ドラム1表面までのギャップはスリーブ22の両端にスペーサコロを装着することで500μmに保持されている。スリーブ22上のキャリア量を15gにした場合、キャリア溜りを含めた全体の帯電ニップ部幅は約6mmとなる。このニップ幅でのキャリア抵抗はDC100V印加したとき5×106 Ωであった。

0073

スリーブ22は帯電ニップ部において感光ドラム1の回転方向とは逆方向である矢示の時計方向に回転させる。このスリーブ22の回転に伴い磁気ブラシ部23が同方向に回転して感光ドラム1面を摺擦する。

0074

ここで、磁気ブラシ帯電器2と感光ドラム1との周速比は次の式で定義する。

0075

周速比(%)=(磁気フ゛ラシ帯電器周速−感光ト゛ラム周速)/感光ト゛ラム 周速×100
磁気ブラシ帯電器2の周速は感光ドラム1の回転方向と逆方向の場合は負の値となる。磁気ブラシ帯電器2の磁気ブラシ部23を構成しているキャリアと感光ドラム1面との接触機会を考慮すると、周速比の絶対値としては100%以上が望ましいが、−100%は磁気ブラシ帯電器2が停止している状態であり、この場合磁気ブラシ帯電器2の磁気ブラシ部23と感光ドラム表面が充分に接触しないところは帯電不良となり、停止した形状がそのまま画像に出てしまう。

0076

また順方向の回転は、逆方向と同じ周速比を得ようとすると、磁気ブラシ帯電器2の回転数としては高くなってしまい、磁気ブラシ部23からのキャリアの飛散等に対して不利となる。本例においては周速比は−150%である。

0077

この磁気ブラシ帯電器2のスリーブ22に帯電バイアス印加電源S1からDC−700V、AC1kHz、ピーク間電圧700Vの帯電バイアスを印加した。本例においてはこの磁気ブラシ帯電器2により、回転感光ドラム1はほぼ−700Vに電荷注入帯電される。

0078

電荷注入帯電は、中抵抗の接触帯電部材で中抵抗の表面抵抗を持つ被帯電体(感光ドラム)表面に電荷注入を行なうものであり、本例においては感光ドラム表面材質の持つトラップ電位に電荷を注入するものではなく、電荷注入層16の導電性粒子(SnO2 )16aに電荷を充電して帯電を行なう方式であり、電荷輸送層15を誘電体とし、アルミニウムドラム基体11と、電荷注入層16内の導電性粒子16aを両電極板とする微小コンデンサーに対して、接触帯電部材で電荷を充電する理論に基づくものと考えられる。この際、導電性粒子16aは互いに電気的には独立であり、一種の微小なフロート電極を形成している。このため、マクロ的には感光ドラム表面は均一電位に充電、帯電されているように見えるが、実際には微小な無数の充電された導電性粒子であるSnO2 が感光ドラム表面を覆っているような状況となっている。このため、レーザ光によって画像露光Lを行なっても、それぞれのSnO2粒子16aは電気的に独立なため、静電潜像を保持することが可能になるものと予想する。

0079

磁気ブラシ帯電器2の磁気ブラシ部23を構成させる帯電用磁性キャリアとしては、
平均粒径10〜100μm、
飽和磁化20〜250emu/cm3 、
抵抗1×102 〜1×1010Ω・cm
のものが好ましい。

0080

感光ドラム1にピンホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮すると、抵抗が1×106 Ω・cm以上のものを用いることが好ましい。帯電性能を良くするにはできるだけ抵抗の小さいものを用いる方がよい。

0081

ここで、磁性キャリアの抵抗値は、底面積が228mm2 の金属セルにキャリアを2g入れた後、6.6kg/cm2 で加重し、100Vの電圧を印加して測定している。

0082

磁性キャリアの平均粒径は、水平方最大弦長で示し、測定法顕微鏡法により、粒子300個以上をランダムに選び、その径を実測して算術平均をとることによって算出した。

0083

磁性キャリアの磁気特性測定には理研電子株式会社の直流磁化B−H特性自動記録装置BHH−50を用いることができる。この際、直径(内径)6.5mm、高さ10mmの円柱状の容器に磁性キャリアを荷重約2g重程度で充填し、容器内で粒子が動かないようにしてそのB−Hカーブから飽和磁化を測定する。

0084

(4)現像装置3
一般的に静電潜像の現像方法は、非磁性トナーについてはブレード等でスリーブ上にコーティングし、磁性トナー磁気力によってコーティングして搬送して感光ドラムに対して非接触状態で現像する方法(1成分非接触現像)と、上記のようにしてコーティングしたトナーを感光ドラムに対して接触状態で現像する方法(1成分接触現像)と、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送して感光ドラムに対して接触状態で現像する方法(2成分接触現像)と、上記の2成分現像剤を非接触状態にして現像する方法(2成分非接触現像)との4種類に大別される。画像の高画質化高安定性の面から、2成分接触現像法が多く用いられている。

0085

本例においては、非磁性のトナー粒子と磁性のキャリア粒子を混合したものを現像剤として用い、該現像剤を現像剤担持体に磁気力によって磁気ブラシ層として保持させて現像部に搬送し感光ドラム1面に接触させて静電潜像をトナー像として現像する2成分磁気ブラシ接触現像方式を用いている。2成分磁気ブラシ接触現像は、クリーナーレスシステムの画像形成装置において、感光ドラム1上の残トナーを回収するのに非常に好適である。

0086

現像スリーブ31と感光ドラム1の導電性ドラム基体との間には現像バイアス印加電源S2により直流電圧及び交番電圧の現像バイアスが印加される。

0087

本例では、
直流電圧;−480V
交番電圧;振幅Vpp=1500V、周波数Vf=3000Hz
の現像バイアスが印加され、現像部において現像スリーブ31側の現像剤磁気ブラシ薄層中のトナーが感光ドラム1側の静電潜像に選択的に付着して静電潜像がトナー像として現像されていく。

0088

一般に2成分現像法においては交番電圧を印加すると現像効率増し、画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという危険も生じる。このため、通常、現像装置3に印加する直流電圧と感光ドラム1の表面電位間に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。

0089

このかぶり防止のための電位差をかぶり取り電位(Vback)と呼ぶが、この電位差によって現像時に感光ドラム1の非画像領域にトナーが付くのを防止するとともに、クリーナーレスシステムにおいては転写残りトナーの回収も行なっている。

0090

(5)接触帯電部材による転写残トナーの回収・吐き出し
現像装置による現像同時クリーニング
転写材Pに対するトナー像転写後の感光ドラム1の面には、転写残トナーが残留している。転写残トナーは転写時の剥離放電等により、帯電極性が反転してしまうものと、反転しないものが存在する。ここで、極性反転した状態のトナーは、第二の接触帯電部材である磁気ブラシ帯電器2での回収は行なわれるが、極性が反転していないトナーは、磁気ブラシ帯電器2での回収を行なうことは困難である(帯電器への印加バイアスよりも帯電電位は一般的に低くなるため)。

0091

そこで、転写部Tと磁気ブラシ帯電器2の間に、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材、本例では前記のようにファーブラシロール6を設け、これに感光ドラム1の正規帯電極性とは逆の極性の電圧を印加し、転写残トナーを正規帯電極性の逆に帯電し、磁気ブラシ帯電器2における回収効率を高めている。トナーの帯電極性が正規帯電極性の逆の場合のみ磁気ブラシ帯電器2での転写残トナーの回収が充分に行なわれ、ポジゴーストが良好になる。

0092

以上のように、帯電補助部材としてのファーブラシロール6に感光ドラム1の正規帯電極性の逆の極性の電圧を印加することによって、極性が反転した転写残トナーが磁気ブラシ帯電器2に回収されるようになる。

0093

本例においては、磁気ブラシ帯電器2に印加するバイアスを該帯電器2での転写残トナーの回収性や帯電均一性をより高めるためには、直流電圧に交番電圧を重畳している。

0094

そして磁気ブラシ帯電器2の帯電領域において該帯電器2の磁気ブラシ部23に回収・混入した転写残トナーは磁気ブラシ部23との摺擦により正規帯電トナー化が行なわれるとともに、交番電圧により感光ドラム1−磁気ブラシ帯電器2間の電界による振動効果によって前画像の状態で残っている転写残トナーの履歴が消され、正規帯電化されたトナーが磁気ブラシ部23から感光ドラム1上に均一な状態で吐き出される。

0095

正規帯電化されて感光ドラム1上に吐き出されたトナーは現像領域に持ち運ばれて2成分現像装置3によって現像同時クリーニング(回収)が行なわれる。

0096

即ち第二の帯電部材2から像担持体1に吐き出されたトナーは正規帯電極性に帯電されているため、現像手段3において現像時での、現像手段3に印加する直流電圧と像担持体1の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位(Vback)での回収が可能となる。これにより、前画像のポジゴーストの出現を防止することが可能で、また薄層に吐き出されたトナーは現像時の回収性においても有利となる。そしてポジゴーストの発生が防止でき、また最終の接触帯電手段である第二の帯電部材2に混入したトナーの吐き出しも充分に行なえるため、該第二の帯電部材2のトナー汚染も防止できる。

0097

(6)第一の帯電部材6の回転による効果
本例のプリンタにおいて、帯電補助部材である第一の接触帯電部材としてのファーブラシロール6を非回転に固定して耐久実験を行った結果、この固定系の第一の接触帯電部材の場合は、プリント1万枚程度で部分的に紙粉が詰まり、その紙粉詰まり部のファーブラシ部分に対応する部分にポジゴーストが発生してしまった。

0098

これに対し、本例のように第一の接触帯電部材を回転するファーブラシロール6にすることで、5万枚後も、紙粉詰まりの発生に起因するポジゴーストのない良好な画像を得ることが可能となった。

0099

〈実施形態例2〉本例は上記実施形態例1のプリンタにおいて、第一の接触帯電部材としてのファーブラシロール6を間欠で回転させるようにした。

0100

即ち、第一の接触帯電部材としてのファーブラシロール6を、画像形成中プリント実行時)は停止させ、非画像域非画像形成時)では感光ドラム1の回転に従動回転させた。

0101

この構成で耐久試験をした結果、5万枚後も紙粉詰まりが発生せず、またトナーの飛散も抑えることができた。

0102

ファーブラシロール6の回転が速い場合は、ファーブラシロール6についたトナーが飛散するため、本例のように画像域がファーブラシを通過するときにはブラシを停止させることで、紙詰まりを発生させず、かつトナー飛散の少ない構成を実現できるようになった。

0103

図4はプリンタの動作過程図である。

0104

前多回転期間
プリンタのメイン電源スイッチオンにより、プリンタのメインモータを駆動させて感光ドラム1を回転させ、定着装置5のヒータ通電して加熱立上げさせ、また他の所要のプロセス機器の立上げ動作を実行させる、プリンタの始動起動)動作期間(ウォーミング期間)である。

0105

スタンバイ待機)期間
上記の前多回転期間が終了すると、メインモータの駆動が一旦停止されて感光ドラム1の回転が停止され、プリンターはプリントスタート信号が入力されるまでスタンバイ状態に保持される。この間、定着装置5は所定の温度に温調される。

0106

前回転期間
プリントスタート信号の入力により、メインモータを再駆動させて感光ドラム1を再回転させ、しばらくの間プリンタに所定のプリント前動作を実行させる期間である。

0107

前記前多回転期間終了時点でプリントスタート信号の入力がすでになされているときはスタンバイ期間なしに前回転期間に移行する。

0108

プリント期間
所定の前回転期間が終了すると、引き続いて回転感光ドラムに対する帯電・画像露光・現像・転写等の所定シーケンスの作像プロセス(画像形成プロセス)が実行されて、1枚目のプリントが行なわれる。

0109

連続プリントモードの場合は所定枚数n分の作像プロセスが繰り返し実行される。図4は2枚連続プリントの例を示している。連続プリントモードにおいて、一の転写材Pの後端が転写部Tを通過した後、次の転写材Pの先端が転写部Tに到達するまでの間に、転写部Tにおける転写材の非通紙状態期間があり、紙間と称される。

0110

.後回転期間
1枚あるいは連続プリントモードの場合の最後のn枚目のプリント期間が終了した後もしばらくの間メインモータの駆動を継続させて感光ドラム1を回転させてプリンタの所定の後動作を実行させる期間である。

0111

所定の後回転期間が終了すると、メインモータの駆動が停止され感光ドラム1の回転が停止され、プリンタは次のプリントスタート信号が入力するまで再びスタンバイ状態に保持される。

0112

上記において、プリント期間が画像形成時であり、前多回転期間・前回転期間・紙間・後回転期間がプリンタ駆動状態時における非画像形成時である。

0113

〈その他〉
1)像担持体の帯電面に対する情報書き込み手段としての像露光手段は実施形態例のレーザ走査手段以外にも、例えば、LEDのような固体発光素子を像担持体に近接して設けて、その発光によって潜像を形成してもよい。ハロゲンランプ蛍光灯等を光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。

0114

2)像担持体は静電記録誘電体などであってもよい。この場合は該誘電体面を一様に帯電した後、その帯電面を除電針ヘッド電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の画像情報に対応した静電潜像を書き込み形成する。

0115

3)静電潜像のトナー現像方式・手段は任意である。反転現像方式でも、正規現像方式でもよい。

0116

4)第二の接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器2は、実施形態例のスリーブ回転タイプに限らず、マグネットロール21が回転するものや、マグネットロール21の表面を必要に応じて給電用電極として導電性処理して、該マグネットロール21の外周面に直接に導電磁性粒子を磁気拘束させて磁気ブラシ部23を形成させ、マグネットロール21を回転させる構成のもの等にすることもできる。回転しないタイプの磁気ブラシ部材とすることもできる。

0117

5)第一の接触帯電部材はファーブラシ帯電器以外の回転タイプのものにすることもできる。

0118

6)接触帯電部材は像担持体1の面移動方向に3つ以上複数配設することもできる。

0119

7)接触帯電部材や現像部材に印加する交番電圧の波形としては、正弦波矩形波三角波等適宜使用可能である。直流電源周期的にON・OFFすることによって形成された矩形波であってもよい。このように交番電圧は周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。

0120

8)転写手段はローラ転写に限られず、ベルト転写コロナ放電転写など任意である。更に転写ドラム転写ベルト等の中間転写体などを用いて、単色画像ばかりでなく、多重転写等により多色フルカラー画像を形成する画像形成装置にも適用できる。

0121

9)画像形成装置の作像プロセスは実施形態例のものに限らず任意である。また必要に応じて他の補助プロセス機器を加えてもよい。

0122

10)画像形成装置は、像担持体に形成したトナー像を被記録材に転写せずに画像表示部に位置させて表示・閲読に供した後、像担持体面から現像同時回収し、像担持体は繰り返して作像に供する画像表示装置であってもよい。

発明の効果

0123

以上説明したように本発明によれば、帯電補助部材を用いた接触帯電系、クリーナーレスシステムの画像形成装置について、帯電補助部材としての第一の接触帯電部材は回転可能とすることで、該第一の接触帯電部材は同一部分が常に像担持体に接触していることがなくなるため、紙粉等が詰まりにくくなり、長期にわたりポジゴーストの発生しない良好な画像が得られるようになった。

図面の簡単な説明

0124

図1本発明に従う画像形成装置(レーザビームプリンタ)の一例の概略構成図
図2感光ドラムの層構成模型図
図3第一と第二の2つの接触帯電部材部分の拡大模型図
図4画像形成装置の動作過程図

--

0125

1感光ドラム(像担持体)
6 第一の接触帯電部材としてのファーブラシ帯電器
2 第二の接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器

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