(57)【要約】【課題】  オゾン発生が少なく、紙粉の影響がなく、さらには繰返し画像形成時における濃度低下や地汚れ等の画像不具合の発生がなく、良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供する。【解決手段】  導電性基体上に感光層を有する正帯電性像担持体１と、正帯電性像担持体１に近接して配設された現像剤担持体とを筐体内に備え、正帯電性像担持体１表面に、現像剤担持体を介して、負帯電の非磁性一成分現像剤を付着させることにより現像を行う正規現像帯電方式の画像形成装置である。正帯電性像担持体１の導電性基体と筐体との間に負極性の直流バイアス電源１０が接続され、かつ、現像剤担持体１と筐体との間に負極性の現像バイアス電源８が接続されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基体上に感光層を有する正帯電性像担持体と、該正帯電性像担持体に近接して配設された現像剤担持体とを筐体内に備え、前記正帯電性像担持体表面に、前記現像剤担持体を介して、負帯電の非磁性一成分現像剤を付着させることにより現像を行う正規現像帯電方式の画像形成装置において、
前記正帯電性像担持体の導電性基体と前記筐体との間に負極性の直流バイアス電源が接続され、かつ、前記現像剤担持体と該筐体との間に負極性の現像バイアス電源が接続されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記筐体の電位を０ボルト、前記負極性の直流バイアス電源の電圧をVa、前記像担持体上の背景部露光電位をVL、前記負極性の現像バイアス電圧をVbとしたとき、下記式、
Va＜VL＜Vb＜０
で示される関係を満足する請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子写真プロセスによるプリンタ、複写機、ファクシミリ等に用いられる画像形成装置（以下、単に「装置」とも称する）に関し、詳しくは、正帯電像担持体と負帯電の非磁性一成分現像剤とを使用する正規現像方式の電子写真用画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電子写真用画像形成装置における主要部の模式的断面図を図２に示す。図示する電子写真用画像形成装置は、像担持体１の外周面上の近傍に配置される帯電器２、露光器３、現像ユニット４、転写器５、クリーニングユニット７等の電子写真用プロセスユニットと、別途配置される被転写用紙６の定着装置（図示せず）等により構成され、各プロセスを順次実行することにより繰返し画像を形成し、出力を行う。
【０００３】
電子写真用画像形成装置の像担持体１としては、一般に、円筒状のアルミニウム等からなる導電性基体上に、感光層を形成したものが使用されている。像担持体１の導電性基体は、導電性フランジ、回転軸を介して支持されるとともに電気的にベースグラウンドである装置筐体に接続されている。この像担持体１の表面にスコロトロン等の帯電器２により静電気を均一に帯電させた状態で、画像情報を含む半導体レーザ光またはLED（light emitting diode、発光ダイオード）等の光源（露光機）３により露光を行って、露光部の表面電位を低下させることで、未露光部との電位差により静電潜像が形成される。この静電潜像は、像担持体１の回転によって現像ユニット４の現像剤担持体との接触部に達すると、現像剤担持体と像担持体１との電位差により現像剤担持体上の現像剤が付着して、これにより、可視像化される。像担持体１上の可視像（現像剤）は、転写器５との接触部において、現像剤と逆極性のバイアス電圧が印加された転写ローラ等により、帯電された被転写用紙６上に転写される。被転写用紙６上に形成された画像は、定着器を通過することにより、定着される。
【０００４】
従来の電子写真用画像形成装置の現像方式とプロセス条件として、感光体、現像剤および転写の帯電極性の組み合わせを下記表１に示す。なお、表中、各プロセス電位の絶対値は、一般的な値を示している。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
電子写真用画像形成装置の現像方式としては、アナログでの正規現像方式とデジタルでの反転現像方式とが一般的に使用されている。このうち正規現像方式には、正帯電性像担持体に対して負帯電の２成分現像剤（トナーおよびキャリア）を使用するものと、負帯電性像担持体に対して正帯電の２成分現像剤を使用するものとがある。いずれの場合も、像担持体上の均一に帯電された画像形成部に、イメージ部以外の背景部を露光した背景露光により静電潜像を形成し、形成されたポジ画像のイメージ電位に逆極性の現像剤を付着させることにより可視像化を行う。また、転写に際しては、転写器により被転写用紙に、現像剤の極性に対して逆極性の転写を行う方法がある。
【０００７】
一方、反転現像方式には、正帯電性像担持体に対して正帯電の現像剤（１成分または２成分現像剤）を使用するものと、負帯電性像担持体に対して負帯電の現像剤を使用するものとがある。いずれの場合も、像担持体上の均一に帯電された画像形成部に、イメージ部を露光して静電潜像を形成し、形成されたネガ画像のイメージ電位に同極性の現像剤を付着させることにより可視像化を行う。また、転写に際しては、正規現像方式の場合と同様に、転写器により被転写用紙に、現像剤の極性に対して逆極性の転写を行う方法がある。
【０００８】
負帯電性像担持体と負帯電転写との組み合わせ、またはこれらのうちのいずれかを使用する場合、負極性のコロナ放電によりオゾンの発生量が多くなるため、使用環境上好ましくない。また、正帯電性像担持体、正帯電現像剤および負帯電転写の組み合わせを使用する場合には、被転写用紙から発生する紙粉の成分であるセルロース、タルク等がその摩擦帯電系列によって負帯電し易く、負帯電した紙粉が正帯電性像担持体に引き付けられて現像ユニット内に混入するという不具合を生ずる。紙粉が現像ユニット内に混入すると、正帯電現像剤に付着して現像剤全体として逆帯電または弱正帯電となり、画像上白紙部の黒点欠陥等、画像形成上の障害となる場合がある。
【０００９】
従って、正帯電性像担持体および正帯電転写を使用する正規現像方式を使用することで、オゾン発生が少なく最も環境に優位であり、かつ紙粉の影響の少ない画像形成装置が形成できるものと考えられる。
【００１０】
一方、従来、デジタルPPC（plain paper copier、普通紙複写機）やデジタルプリンタにおいては、LEDや半導体レーザ等の露光光源の寿命の観点から、点灯時間が背景部よりも少ないイメージ部を露光する、反転現像方式が一般に用いられてきた。しかし、近年では、これら光源の進歩とともに寿命が延びていることから、デジタルにおいても、アナログで用いられている背景部を露光する正規現像方式が使用可能となってきている。また、これまで背景部露光は解像度の点で劣ると言われてきたが、最近では高解像度化によりドットが小径になってきていることから殆ど問題にならなくなっている。
【００１１】
また、電子写真用画像形成装置の現像剤には、二成分現像剤と一成分現像剤とがあり、トナーには磁性粉を混合した磁性トナーと、磁性粉を持たない非磁性トナーとがある。このうち二成分現像剤は、トナーと、トナーを摩擦帯電させるとともに搬送手段ともなるキャリア（磁性粒子）とを混合させて使用する。これに対し、一成分現像剤は、キャリアを用いずにトナーの摩擦帯電量により付着、搬送させて現像するものである。非磁性一成分現像剤は、磁性体を含まないのでカラー現像に適し、二成分現像剤での現像剤とキャリアとの混合も必要ないことから、メンテナンスが容易で、ユニットの小型化が可能であり、かつ安価であるというメリットがある。従って、今後、市場においてパーソナルユースのプリンタや複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に最適となると考えられる。
【００１２】
これら画像形成装置における画像品質項目として、画像部の濃度と白紙（非画像／背景）部の地汚れ(かぶり)がある。正規現像方式においては、濃度は像担持体の帯電位（Vd）と現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧（Vb）との電位差（Vd−Vb）により決定されるため、画像形成を繰返したときの帯電位低下を含めた電位差の確保が必要となる。また、地汚れは、現像バイアス電圧（Vb）と背景部の露光電位（VL）との電位差（Vb−VL）によるものであり、画像形成を繰り返したときの露光電位上昇を含めた電位差の確保が必要となる。
【００１３】
これに対し、反転現像方式においては、濃度は現像バイアス電圧（Vb）とイメージ部の露光電位（VL）との電位差（Vb−VL）によるものであり、画像形成を繰り返したときの露光電位上昇を含めた電位差の確保が必要となる。また、地汚れは像担持体の帯電位（Vd）と現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧（Vb）との電位差（Vd−Vb）によるものであり、画像形成を繰り返したときの帯電位低下を含めた電位差の確保が必要である。従って、正規現像方式および反転現像方式のいずれの場合においても、これら濃度と地汚れとのバランスを確認しながら各プロセスの印加電圧を調整する必要がある。
【００１４】
前述のように、近年、正帯電性像担持体を使用して、負帯電の非磁性一成分現像剤と正帯電転写とを組み合わせる正規現像方式がデジタル画像形成装置に採用されるようになってきている。このような画像形成装置において、上記地汚れを防止するための手段としては、現像剤担持体上の負帯電の現像剤が像担持体に付着しないように、現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧を像担持体上の背景部の露光電位より高くなるよう調整することが考えられる。
【００１５】
その他、画像形成装置の画像品質の改良に係る技術としては、例えば、特許文献１、２に、感光体に印加するバイアス電圧（直流電圧）を制御することにより、画質の制御を行う技術が記載されている。また、特許文献３には、カブリ現象を抑えるとともに、画像濃度の低下を防止して良好な画像を得る目的で、導電性基板のバイアス電圧を変化させ、感光体の露光電位を一定に保つようにした電子写真装置が記載されており、特許文献４には、少ない露光量で、画質濃度や解像度が高く、トナーかぶりのない良好な画像を得ることを目的として、感光体の支持基体と接地部との間にバイアス電圧を発生させるとともに、支持基体の接地部に対する電位を主帯電された感光体の接地部に対する電位とは逆極性に設定し、さらに、感光体の明電位を、支持基体を直接接地した場合の明電位よりも低くするよう露光量を設定した画像形成装置が記載されている。
【特許文献１】特開昭６１−１６９８５５号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６４３５８号公報
【特許文献３】特開平６−１１０２８４号公報
【特許文献４】特開２００２−４９１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、現像バイアス電圧を背景部の露光電位より高く調整する従来の方法では、現像バイアス電圧を高くしすぎると帯電位との電位差がなくなって、画像部濃度が低下してしまうために、充分な現像バイアスが確保できなくなるという問題があった。また、上記組み合わせの画像形成装置においては、露光電位が正極性で現像剤が負極性であるため、非画像部（白紙部）に現像剤が付着して地汚れ（かぶり）現象が発生するのは避けられなかった。特に、画像形成を繰り返すと、像担持体の特性から帯電位が低下して、非画像部の露光電位が上昇（残留電位上昇）してくるために現像バイアスとの裕度がなくなり、画像品質が低下してしまうという問題もあった。これらの問題は、前記特許文献１〜４に記載の技術によっても、十分には解消されていなかった。
【００１７】
そこで本発明の目的は、オゾン発生が少なくかつ紙粉の影響がない、正帯電性像担持体と負帯電の非磁性一成分現像剤とを使用し正極性の転写により画像形成を行う画像形成装置において、繰返し画像形成時における濃度低下や地汚れ等の画像不具合の発生がなく、良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、下記構成とすることにより上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１９】
即ち、本発明の画像形成装置は、導電性基体上に感光層を有する正帯電性像担持体と、該正帯電性像担持体に近接して配設された現像剤担持体とを筐体内に備え、前記正帯電性像担持体表面に、前記現像剤担持体を介して、負帯電の非磁性一成分現像剤を付着させることにより現像を行う正規現像帯電方式の画像形成装置において、
前記正帯電性像担持体の導電性基体と前記筐体との間に負極性の直流バイアス電源が接続され、かつ、前記現像剤担持体と該筐体との間に負極性の現像バイアス電源が接続されていることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明においては、前記筐体の電位を０ボルト、前記負極性の直流バイアス電源の電圧をVa、前記像担持体上の背景部露光電位をVL、前記負極性の現像バイアス電圧をVbとしたとき、下記式、
Va＜VL＜Vb＜０
で示される関係を満足することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、正帯電性像担持体と負帯電現像剤とを使用した正規現像方式の画像形成装置において、正帯電性像担持体の導電性基体と画像形成装置の電気的グラウンドである筐体との間に負極性の直流バイアス電圧を印加し、かつ、現像剤担持体と筐体との間にも負極性の現像バイアス電圧を印加することにより、負帯電の現像剤に対して露光部電位を同極性にすることができるとともに、露光部（白紙部）への現像剤付着を抑制して、繰返し画像形成時においても濃度低下や地汚れ等の画像不具合の発生が少なく、良好な画像を得ることができる画像形成装置を提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の画像形成装置を、図面を用いて詳細に説明する。
図３は、従来の電子写真用画像形成装置の主要部の模式的断面図である。図示する装置は、図２に示す装置と同様の装置構成において、正帯電性像担持体と負帯電現像剤とを使用した正規現像方式を適用したものであり、正帯電性像担持体１の円筒状導電性基体は、両端のフランジを介して支持する回転軸、軸受けを通じて、直接電気的グラウンドである画像形成装置の筐体に接続されている。また、現像ユニット４の現像剤担持体には、正極性の現像バイアス電圧１８（Vb）が印加されており、転写部５には、正極性の直流バイアス電源９が接続されている。
【００２３】
また、図１は、本発明の一例の電子写真用画像形成装置の主要部の模式的断面図を示す。図示する装置の装置構成は図３に示す装置と同様であるが、この場合、正帯電性像担持体１の円筒状導電性基体は、電気的グラウンドである装置の筐体に対し、負極性の直流バイアス電源１０を通じて接続されている。また、現像ユニット４の現像剤担持体には、負極性の現像バイアス電源８が接続されて電圧（Vb）が印加されており、転写部５には、正極性の直流バイアス電源９が接続されている。
【００２４】
図４は、従来および本発明の画像形成装置の夫々において各プロセスに印加するバイアス電圧の関係を示す。ここで、画像形成装置の筐体を電気的グラウンド０ボルトとする。なお、図中の数値は一例である。
【００２５】
図示する正帯電性像担持体１は、導電性基体上に感光層を設けた構成を有し、具体的には、例えば、厚みが約１mm、外径が１５〜９０mm程度の円筒状アルミ合金（JIS6053材等）素管の外周面上に、それぞれ公知の電荷発生材料、電荷輸送材料、電子輸送材料その他を層形成材料であるポリカーボネイト樹脂等に分散または溶解させた塗布液を塗布して単層感光層を形成することにより作製される。感光層は電荷発生層と電荷輸送層とからなる積層型であってもよく、また他の層を含んでもよく、像担持体１の構成には特に制限はない。この像担持体１の両端には、画像形成装置側から回転駆動力を伝達する絶縁性の樹脂等で成型されたギヤと、像担持体１を支持する中心軸が押通される軸孔とを備えるフランジが強固に嵌め込まれる。更に、このフランジは像担持体を電気的に中心軸に接続しており、中心軸と電気的グラウンド（０ボルト）である装置筐体との間には負極性の直流電源１０が接続されて、負極性の直流バイアス電圧（Va）が印加されるようになっている。
【００２６】
図１に示す画像形成装置の正帯電性像担持体１の表面は、コロナ放電チャージャまたは接触帯電ローラを用いた帯電器２で均一に正帯電されている。この像担持体１の基体との表面帯電位をVdとする。正帯電された像担持体１表面のうち画像情報による非画像部（白紙部）について、露光器３のLEDまたは半導体レーザ光源等の走査による背景露光により表面電位を低下させることで（露光電位をVLとする）、イメージ部の未露光部との電位差により静電潜像が形成される。この静電潜像が像担持体１の回転によって現像ユニット４の現像剤担持体との接触部に達すると、現像剤担持体から負帯電現像剤が搬送され、この負帯電現像剤が像担持体上の前記未露光部の正極性高電位部に付着して、可視像となる。これが、ポジ−ポジ現像の正規現像方式の流れである。
【００２７】
図４に示すように、従来の一般的な電位設定においては、正帯電性像担持体の表面帯電位（Vd）は、繰返し画像形成による帯電低下を含め正極性の＋８００Vから＋６００Vになっている。また、像担持体上の背景部（非画像部）の露光された露光電位（VL）は、繰返し画像形成による露光電位上昇を含め正極性の＋１００Vから＋２００Vになっており、さらに、現像バイアス電圧（Vb）は、画像濃度と地汚れとのバランスを確認しながら、正極性の＋３００Vから＋４００Vの間に設定されている。従って、各プロセス電位はすべて正極性の範囲の中で調整されており、特に露光部電位（VL）は、負帯電現像剤に対して正極性での上昇になるので、地汚れ現象は初期から若干見られ、避けられないものとなる。また、繰返し画像形成においても、早くから地汚れ現象が現れてしまう。
【００２８】
一方、本発明に係る各プロセス電位の設定は、繰返し画像形成時においても濃度を確保しつつ、地汚れ対策の調整をし易くしたものである。従来の装置では、像担持体１の導電性基体は装置の筐体(電気的グラウンド)に直接接続されていたが、本発明においては、該筐体と正帯電性像担持体１の導電性基体との間に負極性の直流バイアス電源を接続して像担持体１にバイアス電圧（Va）を印加し、現像バイアス（Vb）を負極性としたことにより、前記帯電位を除く各プロセス電位設定を負極性側で行うことができるようになった。この場合、筐体と像担持体１との間の表面帯電位は、（コロナ放電による表面帯電位（Vd）−像担持体バイアス電圧|Va|）で（Vd−|Va|）となる。現像剤担持体には負極性の電源を接続して現像バイアス電圧（Vb）を印加し、背景部露光電圧（VL）を負極性になるよう露光する。従って、図示するように、各部のプロセス電位が、Va＜VL＜Vb＜０の関係を満足するよう調整することによって、背景部(非画像部)露光電位（VL）が現像バイアス電圧（Vb）より負帯電となり、繰返し電位上昇時においても、負帯電現像剤の付着を防止することが可能となる。更に、負帯電現像剤に対して現像バイアス電圧（Vb）が同極性（負極性）となることから、従来の正極性に比して均一に摩擦帯電量が増大して、現像剤担持体から像担持体への現像剤の付着効率を向上し、繰返し電位低下時においても鮮明な画像濃度を確保することができる。具体的な像担持体バイアス電圧（Va）としては、像担持体のコロナ放電電位（Vd）を＋８００Vとした場合、−Vd＜Va＜VLの範囲で設定して、好ましくは−３００V〜−６００V程度である。また、現像バイアス（Vb）は−５０V〜−３００V程度、露光部電位（VL）は−２００V〜−５００V程度とすることが、夫々好ましい。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の画像形成装置を実施例に基づき詳細に説明する。
本発明は、その要旨を超えない限り、以下に説明する実施例に限定されるものではない。なお、以下において、現像剤としては、平均粒径７〜１１μmのトナー（結着樹脂、着色剤等を混合）に負帯電性の電荷制御剤と疎水性シリカ微粒子を外添した負帯電の非磁性一成分現像剤を用いた。
【００３０】
市販の正帯電用電子写真プリンタを改造して、画像形成装置として用いた。潜像形成用の像担持体としてはφ30×250mmの単層型の正帯電感光体を使用し、駆動軸芯に絶縁性軸受けを取りつけて、駆動軸芯とプリンタの筐体との間に負極性の直流電源を接続し、負極性の現像バイアス電源に交換した。帯電には非接触のスコロトロン、露光にはLED光源、現像剤には前記負帯電非磁性一成分現像剤を夫々採用した。また、接触現像ユニットとしては、φ20×240mmの現像剤担持体を使用し、転写は、φ15×240mmの転写ローラに正極性のバイアスを印加したローラ転写方式とした。
【００３１】
この改造プリンタにおいて、各プロセスのバイアス設定を夫々変えて、画像形成評価および耐刷評価を行った。従来例および、本発明に係る最適画像形成条件である実施例の各プロセスユニットの電位設定値を、下記の表２に夫々示す。実施例に係るバイアス電圧としては、正帯電性像担持体の基体のバイアス電圧（Va）を−500V、装置筐体と像担持体との帯電位を＋300V(実質基板との表面帯電位（Vd）は＋800V）、露光電位（VL）を−400V、現像バイアス（Vb）を−200Vに、夫々設定した。なお、設定値は、画像形成装置の筐体を電気的ベースグラウンドとした値である。また、従来例については、像担持体の基体を筐体に直接接続した。
【００３２】
【表２】
2006098696.tif 000004
【００３３】
得られた初期画像および３０K枚耐刷画像の画像評価を、白紙部の地汚れの有無と印字濃度に関して行った。その結果を、夫々表３に示す。
【００３４】
【表３】
2006098696.tif 000005
【００３５】
上記表３に示すように、本発明に係る実施例のプロセス設定においては、初期から３０K枚耐刷画像に至るまで、良好な画像形成が行えることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一例の電子写真用画像形成装置を示す模式的断面図である。
【図２】従来の電子写真用画像形成装置の装置構成を示す模式的断面図である。
【図３】正規現像方式を適用した従来の電子写真用画像形成装置を示す模式的断面図である。
【図４】従来および本発明に係る電子写真用画像形成装置の各プロセスに印加するバイアス電圧の関係を示す電位モデル図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  正帯電性像担持体
２  帯電器
３  露光器
４  現像ユニット
５  転写器
６  被転写用紙
７  クリーニングユニット
８  負極性の現像バイアス電源
９  正極性の直流バイアス電源
１０  負極性の直流バイアス電源
１８  正極性の現像バイアス電源
Va  直流バイアス電圧
Vb  現像剤担持体バイアス電圧（現像バイアス電圧）
Vd  像担持体の帯電位
VL  像担持体上の背景(非画像／白紙)部露光電位
【図１】
2006098696.tif 000006
【図２】
2006098696.tif 000007
【図３】
2006098696.tif 000008
【図４】
2006098696.tif 000009