(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の導電性支持体、この導電性支持体の外周面に形成された感光層、前記導電性支持体内に熱的に接触する液体、前記液体を保持する空間を複数に区切る隔壁および前記導電性支持体内の中央に固体の熱吸収体を配置する弾性体とを具備する感光体ドラムと、
前記感光体ドラムの外周面にトナー像を形成する画像形成装置と、
前記トナー像を前記感光体ドラムの外周面から転写媒体表面へ転写する転写装置とを有することを特徴とする電子写真装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子写真装置および感光体ドラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
感光体ドラムに静電潜像を形成し、この静電潜像を現像してトナー像を得る電子写真装置においては、機体内部の駆動部に起因する発熱や、画像を紙などに熱定着させる際の定着器の発熱などにより感光体ドラム表面に形成される感光層が暖められ、感光体ドラムの帯電特性が低下する。その結果、長時間電子写真装置を連続して使用すると感光体ドラム表面に所望の静電潜像が形成できなくなり、ひいては得られるトナー像の画質が著しく損なわれる。そのため、所定精度以上の画像を必要とする場合には長時間連続して画像形成することができないという問題があった。
【０００３】
このような問題に対し、例えば特開平４−１９９０８１号公報に開示される電子写真装置では、感光体ドラムの内部に冷却ファンを設置し、この冷却ファンによって外気を感光体ドラムに送ることで感光体ドラムの温度上昇を抑制している。
【０００４】
しかしながら、回転する感光体ドラムの内部に設置される冷却ファンに配線を接続するには複雑な機構を採用しなくてはならず、また外気を取り込むための配管などが必要となり、装置の複雑化を招く。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電子写真装置では感光体ドラム表面温度が上昇すると静電潜像が劣化し、得られる画像の精度が低下する。そのため高精度画像を必要とする場合には連続して画像形成できる時間が短くなってしまうという問題が生じる。感光体ドラム表面温度の上昇を抑制するために、冷却ファンなどを使用する技術も従来にはあるが、冷却ファンなどを使用すると装置構造が複雑化するなどの問題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みて為されたものであり、簡単な構造で、高精度画像を長時間連続形成できる電子写真装置、あるいは感光体ドラムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子写真装置は、円筒状の導電性支持体、この導電性支持体の外周面に形成された感光層、前記導電性支持体内に熱的に接触する液体、前記液体を保持する空間を複数に区切る隔壁および前記導電性支持体内の中央に固体の熱吸収体を配置する弾性体とを具備する感光体ドラムと、前記感光体ドラムの外周面にトナー像を形成する画像形成装置と、前記トナー像を前記感光体ドラムの外周面から転写媒体表面へ転写する転写装置とを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の電子写真装置の全体像の一例を示す概略図である。
【００１３】
円筒状の導電性支持体１−１、この導電性支持体１−１の外周面に形成された感光層１−２および導電性支持体１−１内に保持された熱吸収体１−３と具備する感光体ドラム１の周囲には、４つの画像形成装置Ａ〜Ｄが配置されており、回転する感光体ドラム１表面に画像形成装置Ａ〜Ｄによって順次異なる色のトナー像が形成される。
【００１４】
次に、感光体ドラム１表面に形成されたトナー像は、転写装置５によって転写媒体８に転写される。
【００１５】
必要に応じ、転写媒体に転写されたトナー像を転写媒体に熱定着させる定着装置を配置しても良い。
【００１６】
図２は図１の紙面に対して垂直方向に切断した時の感光体ドラム１の一例を示す断面図である。
【００１７】
感光体ドラム１は、アルミニウムなどの導電性材料で形成された、直径１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下程度、層厚３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下程度の中空の導電性支持体１−１と、その外周面にアモルファスシリコンなどの感光性材料で形成された５μｍ以上、５０μｍ以下程度の膜厚の感光層１−２とを具備している。この導電性支持体１−１は回転軸２４および２５に接続されており、この回転軸２４および２５を軸として回転させることで感光層１−２表面を移動させる。感光層１−２の移動速度は、例えば１０ｍ／ｓｅｃ以上、５００ｍ／ｓｅｃ以下程度の速度に設定する。
【００１８】
また、図２に示すように、この円筒状の導電性支持体１−１の円筒端面にはそれぞれ回転軸２４および２５が接続されたフランジ２１およびフランジ２２が配置されており、フランジ２１および２２と導電性支持体１−１との間をＯリング２３によってシールすることで、導電性支持体１−１の円筒内を密閉空間にしている。より厳密には、フランジ２２には配管２６および２７の一端が接続されており、配管２６および２７の他端に設けられたバルブ２８および２９を閉めることで密閉空間が形成される。
【００１９】
この密閉空間に配管２６あるいは２７から熱吸収体１−３としての水を供給することで、導電性支持体１−１内の中空部分に熱吸収体１−３が保持される。
【００２０】
熱吸収体１−３としては、空気よりも単位体積当たりの熱容量の高い材料であれば特に限定されること無く使用できる。また、熱吸収体１−３は導電性支持体１−１と熱の伝導が行われる状態であれば、保持される位置、形状、あるいは相状態は限定されるものではない。
【００２１】
このように、熱吸収体１−３を導電性支持体内に保持することで、外部からの熱エネルギーによる感光体ドラムの温度上昇速度を低下することができる。
【００２２】
例えば、感光層１−２の材料としてアモルファスシリコンなどを使用した場合、感光体ドラムの温度、すなわち感光層の温度が２２℃の場合に対して５０℃の場合には感光層の暗抵抗が極めて小さくなり、２２℃温度下で感光層表面を７１０Ｖに帯電するのと同じ条件で５０℃温度下で感光層を帯電すると５２０Ｖにしか帯電できない。このように感光体ドラムが高温の状態では、感光層表面に精度の高い静電潜像を形成することが困難になる。その結果ある程度以上の高精度画像を必要とする場合には感光体ドラム表面温度が５０℃に上昇するまでの時間しか連続して画像形成を行うことができなくなるが、感光体ドラムの温度上昇速度を低下させることで、連続して画像形成を行うことのできる時間を長くすることが可能になる。
【００２３】
具体的には、外径２６０ｍｍ、厚さ５ｍｍで長さ３５０ｍｍのアルミニウム製の導電性支持体内に水を充填した感光体ドラムは、水を注入せずに中空状態で導電性支持体を使用した感光体ドラムに比較すると、その熱容量は約２０倍になる。より具体的には、これらの感光体ドラムが初期状態２０℃で１５Ｗ／ｓｅｃの熱エネルギーを受け続けた時に、水が注入されていない感光体ドラムにおいては１分３０秒で５０℃に達してしまうのに対し、水を充填した感光体ドラムにおいては５０℃に達するまでに３０分間を要するために、連続して画像形成できる時間も２０倍に延びる。
【００２４】
前述のように熱吸収体としては、空気よりも体積当たりの熱容量の高い材料であれば特に限定されることなく使用可能であるが、一般に気体は熱容量が小さいため固体あるいは液体を使用することが好ましい。また、熱伝導性の高い材料を使用することで感光層（および導電性支持体）に与えられた熱エネルギーを速やかに吸収することが可能である。このような材料としては、例えば水、メチルアルコール、エチルアルコールあるいはグリセリンなどの液体や、鉄、ニッケル、アンバーあるいはニッケルクロム鋼などの金属が挙げられる。
【００２５】
また、熱吸収体を付加することによる感光体ドラムの重量増加が大きいと、感光体ドラムの駆動に必要なエネルギーが増大するため、重量当たりの熱容量の高い材料を使用することが望ましい。すなわち、重量当たりの熱容量は一般に金属よりも液体の方が大きいことから、熱吸収体としては液体を使用することが最も好ましい。
【００２６】
また、液体の熱吸収体を使用した場合、熱エネルギーを受けた熱吸収体は導電性支持体内で対流する。その結果、熱伝導のみでなく、液体自身の移動により、熱吸収体全体に熱エネルギーを伝えるため感光層（および伝導性支持体）に与えられた熱エネルギーを速やかに吸収できる。さらにその形状加工を施さなくとも液体自体の変形性により導電性支持体表面との接触性を高められるという利点もある。
【００２７】
図２に示すように、導電性支持体１−１の円筒内に形成された密閉空間に注入された熱吸収体の量を密閉空間の容積よりも少なくすると、より高画質な画像を形成することができる。例えば他の周辺装置に生じる振動に起因して様々な方向に感光体ドラムが振動したり、感光体ドラム１自身の回転駆動機構に起因して、感光体ドラムの回転方向に微細な振動が生じ、これらの振動は得られる画像に悪影響を与える恐れがある。密閉空間に注入された液体の熱吸収体の量が密閉空間の容積よりも少ないと、振動エネルギーを熱吸収体１−３の液面に生じる波に変換し、所謂ダンピング効果により感光体ドラム１に生じる振動を抑制することが可能になる。
【００２８】
この場合、密閉空間中の熱吸収体の比率は、５０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以下の範囲内にすることが好ましい。熱吸収体の比率が５０ｖｏｌ％よりも少ないと熱吸収体の総熱容量が低下するため、温度上昇速度を十分に低下させることができなくなる。熱吸収体の比率が９０ｖｏｌ％を超えると熱吸収体の液面が狭くなり、ダンピング効果が小さくなる。
【００２９】
図２に示す配管２６、２７は、熱吸収体を導電性支持体１−１内に供給するためだけでなく、熱吸収体の排出にも利用することができる。
【００３０】
熱吸収体を具備する感光体ドラム１は、熱エネルギーの供給による温度上昇速度を低下させることができる反面、一度加熱されると温度下降速度も遅くなる。感光体ドラム１の温度が所定の温度よりも高くなった場合には、配管２６あるいは２７から熱吸収した熱吸収体１−３を排出し、低温の熱吸収体を配管２６あるいは２７から新たに供給することで、感光体ドラム１の温度を速やかに低下させることが可能になる。このように導電性支持体に保持される熱吸収体を交換することを考慮しても、流動性を持つ液体の熱吸収体を使用することが好ましい。
【００３１】
導電性支持体１−１は、導電性を有する材料であれば特に限定されることはないが、感光体ドラム１外部から供給された熱エネルギーを熱吸収体に効率的に伝えることを考慮して金属材料などの熱伝導性の高い材料を使用することが望ましい。また、感光体ドラム１の熱容量を大きくすることを考慮すると導電性支持体１−１の材料にも高熱容量をもった材料を使用することが好ましい。ただし、一般に高熱容量の金属材料は比重の大きいものが多いために感光体ドラム１の重量が大きくなり、感光体ドラム１の回転駆動を行うための負荷が大きくなる。このような負荷を低減することを考慮すれば、アルミニウムなどの比重の小さい金属を使用することが好ましい。
【００３２】
感光層１−２を形成する感光性材料としては、有機系の感光性材料を使用することもできるが、アモルファスシリコンに代表される無機系の感光性材料を使用することが好ましい。有機系の感光性材料は耐熱性が低く、材料組成にもよるが５０℃以上の高温になると形状変形や電気的な特性が劣化する恐れがあり、また冷却しても形状や電気的な特性が復元されない。これに対し無機系の感光性材料は少なくとも１００℃程度以下の温度に加熱されても、その温度では電気的な特性は劣化しても、冷却後は元の特性が再現されるという利点がある。
【００３３】
図３に、感光体ドラムの第１の変形例を示す。
【００３４】
図３は、感光体ドラムを軸に対して垂直方向に切断した時の断面図である。
【００３５】
この感光体ドラムは、導電性支持体１−１、感光層１−２を具備し、導電性支持体１−１とフランジとで形成される密閉空間中に液体の熱吸収体が保持されている点では図２に示したものと同様である。そして、この感光体ドラムは、密閉空間中から密閉空間の外部にまで延出するように回転軸３１が形成することで、熱吸収体が回転軸に接触している点、および密閉空間が隔壁３２によって４つの空間に均等に区切られている点で異なる。
【００３６】
回転軸３１は、ステンレスなどの金属材料から形成される。熱吸収体１−３は回転軸３１と接触しているため、熱吸収体の持つ熱エネルギーは回転軸に伝導し、回転軸３１の両端部において放冷あるいは強制冷却される。その結果感光体ドラムが受けた熱エネルギーを感光体ドラム外部へ放出し、感光体ドラムの温度上昇をより低減させることが可能になる。また、回転軸３１自体も熱吸収体として機能する。
【００３７】
また、隔壁３２によって密閉空間を複数の空間に分割すると、感光体ドラムの回転と同じ回転速度で熱吸収体１−３も回転する。その結果液体の慣性力によって感光体ドラムの回転速度を安定化させ、感光体ドラムの回転方向に生じる微細な振動を抑制することが可能である。
【００３８】
また、隔壁によって熱吸収体を分割すると、密閉空間にできる液面の面積が大きくなる。その結果、感光体ドラムが振動エネルギーを受けた場合に波のエネルギーに効率的に変換されるため、感光体ドラムの振動を抑制することが可能になる。
【００３９】
図４に感光体ドラムの第２の変形例を示す。
【００４０】
図４は、感光体ドラムを軸に対して垂直方向に切断した時の断面図である。
【００４１】
この感光体ドラムは、導電性支持体１−１とフランジとで形成される密閉空間に液体の熱吸収体１−３Ａと固体の熱吸収体１−３Ｂとを保持している点で図１に示した感光体ドラムと異なっている。
【００４２】
固体の熱吸収体１−３Ｂは円柱形状をしており、さらにこの熱吸収体の表面には板バネ製の複数の弾性体１−４が固定されている。図４では円柱形状をした固体の熱吸収体１−３Ｂの中心軸に対して対象な位置に弾性体１−４の一端を固定しており、各弾性体１−４は外力の加わらない状態では接線方向に対して垂直方向に延びており、弾性体１−４の多端を固体の熱吸収体方向に加圧しながら導電性支持体１−１の円筒内に挿入している。その結果、固体の熱吸収体は弾性体１−４の弾性力により円筒状の導電性支持体１−１の略中心部（すなわち、感光体ドラムの略中心部）に配置される。固体の熱吸収体１−３Ｂを導電性支持体１−１中に挿入した後、図１に示すようにフランジと導電性支持体１−１とで密閉空間を形成し、さらに、この密閉空間中に液体の熱吸収体１−３Ａを充填している。
【００４３】
このような感光体ドラムでは、外部から受けた熱エネルギーが導電性支持体１−１から液体の熱吸収体１−３Ａに伝導し、さらに液体の熱吸収体１−３Ｂへ伝導する間に液体の熱吸収体１−３Ａおよび固体の熱吸収体１−３Ｂによって熱エネルギーを吸収する。また弾性体１−４として熱伝導性の高い材料を用い、弾性体１−４を介して導電性支持体１−１から固体の熱吸収体１−３Ｂに熱を伝達しても良い。
【００４４】
固体の熱吸収体１−３Ｂは、一般に液体の熱吸収体に比べて体積当たりの熱容量が高い反面、重量当たりの熱容量が小さい。そのため固体の熱吸収体を使用すると感光体ドラムの駆動に大きな負荷がかかる傾向にあるが、図４に示す固体の熱吸収体１−３Ｂは感光体ドラムの中央部に配置されるため、感光体ドラムの駆動にかかる負荷の増大を抑えつつ、感光体ドラムの熱容量を大きくすることができる。
【００４５】
このように弾性体１−４を導電性支持体１−１と固体の熱吸収体との間に介在させることで、導電性支持体１−１の内周面に溶接などすることなく、感光体ドラムの中心部に固体の熱吸収体を保持することが可能になる。
【００４６】
また固体の熱吸収体を感光体ドラムの軸に使用しないため、フランジと軸との界面からの液体の熱吸収体の漏出を防ぐこともできる。
【００４７】
次に、図１に示す画像形成装置Ａ〜Ｄによる感光体ドラム表面へのトナー像形成工程について図５を用いて説明する。
【００４８】
図５は画像形成装置の概略図であり、以下のようにして感光体ドラム表面にトナー粒子からなる画像を形成する。
【００４９】
図５に示すように、画像形成装置は、帯電装置２、露光装置３、現像装置４とを具備している。
【００５０】
帯電装置２は、コロナ帯電器、スコトロン帯電器、スコロトロン帯電器など既知の帯電装置が使用でき、この帯電装置２によって感光体ドラム１表面を例えば５００Ｖ以上、１０００Ｖ以下に均一に帯電する。
【００５１】
露光装置３は、レーザー光学系装置やＬＥＤなどを用いることができる。この露光装置３から画像情報に応じて感光体ドラム１表面に選択的に光照射することで、光照射された部分の電荷を選択的に減衰させる。例えば露光された部分の電位を２０Ｖ以上、２００Ｖ以下に減衰させる。その結果、感光体ドラム表面には静電潜像が形成される。
【００５２】
現像装置４は、感光体ドラム１に対して１００μｍ以上、３００μｍ以下程度の間隙をもって配置されると共に、４００Ｖ以上、６５０Ｖ以下程度の現像電位が供給された現像ローラ４−１を具備している。
【００５３】
この現像ローラ４−１は、現像器４−３内に収納された液体現像剤４−２に接触するように配置されており、現像ローラ４−１を回転させることで現像器４−３内に収納された液体現像剤４−２を感光体ドラム１表面に供給する。
【００５４】
液体現像剤としては、キャリア液（絶縁性で非極性の液体）と、このキャリア液中に分散するトナー粒子（樹脂と着色剤との混合物）とからなるものが使用されており、現像ローラ４−１と感光体ドラム１（静電潜像）との間に形成される電界に応じ、選択的にトナー粒子が感光体ドラム１表面に付着する。その結果感光体ドラム１の表面には静電潜像に対応したトナー像が形成される。
【００５５】
図１に示す画像形成装置Ａ〜Ｄは、異なる色のトナー粒子を使用する点を除けば、その他の構造は全て同じ条件としても良いし、また、各画像形成装置毎に帯電電位、露光量、現像電位などを、例えばトナー粒子の帯電特性に応じて異なる条件に調整して用いても良い。
【００５６】
これらの画像形成装置Ａ〜Ｄによって感光体ドラム１表面に現像されたトナー像は、図１に示すように転写装置５によって用紙などの記録媒体８に転写される。
図１に示す転写装置５は、表面に弾性層を有し、この弾性層を感光体ドラム１に加圧して配置された中間転写ローラ６と、この中間転写ローラ６に圧接された加圧ローラ７とを具備している。
【００５７】
感光体ドラム１表面に形成されたトナー像をトナー粒子の粘着力を利用して中間転写ローラ６に１次転写し、中間転写ローラ６に転写されたトナー像は、中間転写ローラ６と加圧ローラ７との間に供給される記録媒体８にトナー粒子の粘着力を利用して２次転写される。
【００５８】
このような転写装置５を使用する場合、トナー粒子の粘性を上げるために、中間転写ローラ６を７０℃程度に加熱することが好ましい。
【００５９】
感光体ドラム１から中間転写ローラ６への１次転写、あるいは中間転写ローラ６から記録媒体紙への２次転写は、トナーの粘着力の他に、静電力を利用して転写を行っても良い。この場合、感光体ドラム１と中間転写ローラ６との間、あるいは中間転写ローラ６と加圧ローラ７との間に所定方向の電界を形成すればよい。静電力を利用した転写としては、例えばトナー像をキャリア液中で電気泳動させる方法も含む。
【００６０】
また、中間転写ローラを使用せず、感光体ドラム表面から用紙へ直接転写しても良い。
【００６１】
現像剤として液体現像剤を使用し、記録媒体８として紙を使用した場合、トナー粒子の粒径は通常１μｍ以下のものを用いるため、トナー粒子は紙の繊維内に保持される。そのためトナー像を紙の表面に必ずしも熱定着させなくとも良いが、乾式現像剤を使用した場合、トナー粒子の粒径は通常１０μｍ程度と大きく紙表面から欠落するため、紙表面に転写されたトナー像を熱定着させる必要がある。この熱定着は通常１５０℃以上、２００℃以下程度にトナー像を加熱する。
【００６２】
例えばこの中間転写ローラを加熱することによる熱エネルギーや、熱定着に起因する熱エネルギーなどが感光体ドラムの受ける外部エネルギーの一例として挙げられるが、前述したような本発明の感光体ドラムを使用することで、感光体温度の温度上昇速度を低下させることが可能になる。その結果、高精度な画像を連続して形成できる時間が長くできる。
【００６３】
また、感光体ドラム中に熱吸収体を保持させるだけで、例えば冷却ファンを使用した場合の配線や、外気を取り込むための配管などが不要なため、装置構造が簡略化できる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、高精度画像を長時間連続形成することのできる電子写真装置の装置構造を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電子写真装置の一例を示す概略構成図。
【図２】  本発明の感光体ドラムの一例を示す断面図。
【図３】  本発明の感光体ドラムの第１の変形例を示す断面図。
【図４】  本発明の感光体ドラムの第２の変形例を示す断面図。
【図５】  画像形成装置の一例を示す概略図。
【符号の説明】
１…感光体ドラム
１−１…導電性支持体
１−２…感光層
１−３…熱吸収体
２…帯電装置
３…露光装置
４…現像装置
４−１…現像ローラ
４−２…液体現像剤
４−３…現像器
５…転写装置
６…中間転写ローラ
７…加圧ローラ
８…記録媒体
Ａ〜Ｄ…画像形成装置
【図１】
0003665746.tif 000002
【図２】
0003665746.tif 000003
【図３】
0003665746.tif 000004
【図４】
0003665746.tif 000005
【図５】
0003665746.tif 000006