(57)【要約】【課題】感光体と帯電手段との摩擦による感光体表面の摩耗が低減し、かつ装置全体の小型化及び画像形成手段の長寿命化を図ることができる画像形成装置を得ることにある。【解決手段】回転駆動される複数の感光体と、これらの感光体に夫々接触配置または非接触配置された帯電手段とを有して互いに異なる色の画像を形成する複数の画像形成手段を備えた画像形成装置において、前記帯電手段は、前記各感光体のうちの少なくとも一つの感光体にコロナ放電するコロナ帯電機構と、前記各感光体のうちの少なくとも他の一つの感光体に対する非接触帯電機構とを含む構成としたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される複数の感光体と、各感光体に夫々接触配置または非接触配置された帯電手段と、を有して夫々異なる色の画像を形成する複数の画像形成手段を備えた電子写真式画像形成ユニットにおいて、前記帯電手段は、前記各感光体のうちの少なくとも一つの感光体にコロナ放電するコロナ帯電機構と、前記各感光体のうちの少なくとも他の一つの感光体に非接触にて帯電する非接触帯電機構と、を含んでいることを特徴とする画像形成ユニット。
【請求項２】
前記非接触帯電機構に対しては、直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の画像形成ユニット。
【請求項３】
前記非接触帯電機構、又は前記コロナ帯電機構が配置された感光体は、表面保護剤を塗布する塗布手段を備え、かつ各感光体ごとに表面潤滑剤の塗布量が調整されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成ユニット。
【請求項４】
前記コロナ帯電機構が配置された感光体に塗布される表面保護剤の塗布量を、前記非接触帯電機構が配置された感光体に塗布される表面保護剤の塗布量よりも減少させることを特徴とする請求項３に記載の画像形成ユニット。
【請求項５】
前記非接触帯電機構が配置された感光体にはその表面を保護するための表面保護剤を塗布し、前記コロナ帯電機構が配置された感光体には表面保護剤を塗布しないことを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成ユニット。
【請求項６】
前記感光体の表面に塗布する表面保護剤は固形潤滑剤であることを特徴とする請求項３乃至５の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
【請求項７】
前記固形潤滑剤は金属石鹸であることを特徴とする請求項６記載の画像形成ユニット。
【請求項８】
前記固形潤滑剤は金属石鹸の一種であるステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項６又は７記載の画像形成ユニット。
【請求項９】
複数の感光体のうちの少なくともコロナ帯電機構が配置された感光体は、この最表層に保護層を有していることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１０】
前記感光体の表面保護剤は無機フィラーを含有していることを特徴とする請求項３乃至９の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１１】
前記コロナ帯電機構は、複数の感光体のうち最も使用頻度が高い感光体に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１２】
最も使用頻度が高い感光体は、黒色画像を形成する感光体であることを特徴とする請求項１１記載の画像形成ユニット。
【請求項１３】
前記コロナ帯電機構が配置された感光体は、その他の全ての感光体の配列方向における転写紙搬送方向の最下流位置に設置されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１４】
前記コロナ帯電機構が配置された感光体は、この感光体上の付着物を取り除くための研磨手段を有していることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の画像形成ユニット。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載された画像形成ユニットを構成する前記各画像形成手段ごとに構成要素を一体化したプロセスカートリッジであって、画像形成装置本体に対して着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のプロセスカートリッジを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルカラー電子写真方式を利用したタンデム型の画像形成ユニットに関し、特に感光体に対する帯電手段を改善した画像形成ユニット、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フルカラー電子写真方式を利用した画像形成装置は、静電潜像形成用の複数の感光体と、これらの感光体に夫々接触配置または非接触配置されたトナー像形成用の帯電手段とを有して夫々異なる色の画像を形成する複数の画像形成手段を備えたタンデム型の構成となっている。このような画像形成装置においては、装置全体の小型化を図るために帯電手段として、帯電ロールや帯電ブラシ、帯電ブレード等の帯電部材を感光体に近接配置または接触配置する傾向にある。その帯電手段に印加する帯電電圧には、直流電圧のみの帯電電圧を印加して帯電させる帯電方式（以下、「ＤＣ帯電」と略称する）と、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加して帯電させる帯電方式（以下「ＡＣ重畳帯電」と略称する）とがある。
特に高画質の要求に応える観点から、帯電手段に印加する帯電方式としてはＡＣ重畳帯電が採用されつつある。その理由は、一般に、ＤＣ帯電方式は帯電均一性に劣るため画質の維持に不利であり、これに対して、ＡＣ重畳帯電は帯電均一性に優れているため画質の維持に有利という点にある。その一方で、ＡＣ重畳帯電方式は放電量が多いため、感光体の感光層などの摩耗を促進させやすく、また放電生成物の発生による画質低下が起こりやすいことが知られている。
【０００３】
近年では、感光体として有機系感光体の使用が主流となっている。しかし、有機系感光体はこれ自体の硬度が低く、また引っ張り強度が小さいために摩耗しやすく、さらに、感光体表面にトナー構成物、紙粉等が付着しやすいため、クリーニング性や転写効率の低下などで、画質の均一性が損なわれやすいという問題がある。さらには摩擦係数が高いため、ブレードクリーニングを使用した画像形成装置では、ブレード鳴きが起こる等の問題があった。これらの問題点を改善する方法として、感光体表面に液体あるいは固体の潤滑剤を表面保護剤として塗布する方法がある。
この表面保護剤は、クリーニングブレード等と感光体との摩擦による摩耗を潤滑作用によって抑制するとともに、ＡＣ放電により発生した励起電子の有機感光体表面への衝突などによる放電劣化から表層を保護する役割も果たしていることが知られている。
【０００４】
ここで、前述のような画像形成装置の先行類似技術として、特許文献１乃至５に記載の技術があり、それらの技術内容について以下に順次簡単に説明する。
まず、特許文献１には、黒の静電潜像を記録する感光体への帯電手段を非接触式の帯電器とし、黒以外の静電像記録用の感光体への帯電手段を接触式の帯電ローラとしたカラー画像形成装置が開示されている。
特許文献２では、タンデム型カラー画像形成装置が備える感光体に接触配置または近接配置した帯電部材に対し、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加し、黒の画像を形成するときには直流電圧のみを印加するようにしている。
特許文献３では、タンデム型カラー画像形成装置が備える感光体に接触配置または近接配置した帯電部材に対する電圧印加手段として、黒の画像を形成する感光体系統の帯電部材には直流電圧のみを印加し、その他の感光体系統の帯電部材には直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加するようにしている。
【０００５】
特許文献４では、タンデム型カラー画像形成装置における複数の感光体への潤滑剤塗布条件を各感光体ごとに異ならせ、特に転写紙搬送方向の下流側に位置する感光体への塗布量を多くするようにしている。
特許文献５では、タンデム型カラー画像形成装置において、黒トナー使用の感光体への潤滑剤塗布量を他の色の感光体への塗布量よりも多くするようにしている。
【特許文献１】特許第３５８７０９４号
【特許文献２】特開２００２−１５６８０６公報
【特許文献３】特開２００２−３４１６１８公報
【特許文献４】特開２００１−０３４１１１公報
【特許文献５】特開２００４−０６１８５５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のカラー画像形成装置において、特許文献１では、黒の感光体への帯電手段を非接触式の帯電器とし、黒を除くその他の色の帯電手段を接触式の帯電ローラとした構成となっているが、前述のように接触式の帯電ローラは感光体と直接接触するため、帯電を繰り返すたびに感光体表面と帯電ローラとの摩擦により感光体表面が摩耗し感光体の寿命が非接触帯電方式よりも短くなってしまうという課題がある。また、接触式のローラ帯電では、ローラ帯電装置そのものがトナーなどによって汚れてしまい、寿命が短いという課題もある。また一方で、前記帯電手段を感光体に対してコロナ放電するコロナ帯電方式、特にスコロトロン帯電方式とした場合、オゾンなどの排出を行う必要があるために、すべての感光体の帯電方式に採用すると装置全体が大型化するという課題があった。
【０００７】
その他の特許文献では、タンデム型のカラー画像形成装置において、黒の感光体への帯電手段とその他の感光体への帯電手段とが有する長所と短所を考慮し、その両方の帯電手段として、夫々の長所のみを発揮させるべく種類が異なった帯電手段を配置する構成とはなっていないため、感光体表面と帯電手段との摩擦に起因した感光体表面の摩耗、感光体の寿命短縮等を抑制するまでには至っていないという課題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、感光体と帯電手段との摩擦による感光体表面の摩耗が低減し、かつ装置全体の小型化及び画像形成手段の長寿命化を図ることができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る画像形成装置は、回転駆動される複数の感光体と、これらの感光体に夫々接触配置または非接触配置された帯電手段とを有して互いに異なる色の画像を形成する複数の画像形成手段を備えた画像形成ユニットにおいて、前記帯電手段は、前記各感光体のうちの少なくとも一つの感光体にコロナ放電するコロナ帯電機構と、前記各感光体のうちの少なくとも他の一つの感光体に対する非接触帯電機構とを含む構成としたものである。  また、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、非接触帯電機構に印加する電圧は直流成分に交流成分を重畳する帯電電圧としたものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、非接触帯電機構及びコロナ帯電機構が配置された感光体は、表面保護材料を塗布する塗布手段を備え、かつ各感光体ごとに表面潤滑剤の塗布量が調整されるようになっているものである。
【０００９】
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、コロナ帯電機構が配置された感光体は、この感光体に塗布される表面保護剤の塗布量を、非接触帯電機構が配置された感光体に塗布される表面保護剤の塗布量よりも減少させるものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、非接触帯電機構が配置された感光体には、この表面を保護するための表面保護剤を塗布し、コロナ帯電機構が配置された感光体には表面保護剤を塗布しないようにしたものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、感光体の表面に塗布する表面保護剤は固形潤滑剤からなるものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、固形潤滑剤は金属石鹸からなるものである。
【００１０】
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、固形潤滑剤は金属石鹸の一種であるステアリン酸亜鉛からなるものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、複数の感光体のうちの少なくともコロナ帯電機構が配置された感光体は、この最表層に保護層を有しているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、感光体の表面保護剤は無機フィラーを含有しているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、コロナ帯電機構は、複数の感光体のうち最も使用頻度が高い感光体に配置されているものである。
【００１１】
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、最も使用頻度が高い感光体は、黒色画像を形成する感光体である。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、コロナ帯電機構が配置された感光体は、その他の全ての感光体配列方向における転写紙搬送方向の最下流位置に設置されているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、コロナ帯電機構が配置された感光体は、この感光体上の付着物を取り除くための研磨手段を有しているものである。
さらに、本発明に係る画像形成ユニットにおいて、複数の画像形成手段は、夫々の構成要素が前記各画像形成手段ごとのプロセスカートリッジに一体化されて装置本体内に着脱可能にセットするようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の感光体に夫々接触配置または非接触配置された帯電手段として、各感光体のうちの少なくとも一つの感光体にコロナ放電するコロナ帯電機構と、前記各感光体のうちの少なくとも他の一つの感光体に非接触配置された非接触帯電機構とを備える構成としたので、使用頻度が高い黒の感光体に対してのみコロナ帯電機構を配置することにより、黒の画像形成手段の交換頻度を下げることができ、その他の色の感光体に対しては非接触帯電機構を配置することにより、装置全体の小型化が図れ、かつ感光体と帯電ローラの直接接触を行わずに感光体の摩耗による劣化を避けて一定の長寿命化を達成することができるという、前記コロナ帯電機構と非接触帯電機構との２種類の帯電手段によって、夫々の長所のみを活かした帯電効果が得られる。
また、本発明によれば、コロナ帯電機構が配置される感光体の表面には固形潤滑剤の塗布を行わず、かつ非接触帯電機構が配置される感光体の表面には固形潤滑剤を塗布することにより、特に使用頻度が高い黒の感光体、及びクリーニングブレードの摩耗速度を低減できるという効果がある。
【００１３】
さらに、感光体表面に保護層として無機フィラーを含有する層を形成することにより、ブレードとの摩耗による感光体の摩耗を低減できるという効果がある。さらには、黒以外の感光体に配置される非接触帯電機構に印加する電圧をＡＣ重畳帯電とすることにより、感光体への安定した帯電が可能である。さらに、各色の感光体と該感光体に備えられた現像器がプロセスカートリッジとなっていることにより、メンテナンス時の不要な作業を削除でき、使用者への負担を減らすことが可能である。また、画像形成手段において感光体上へのトナー異常付着物を取り除く研磨部材を取り付けることにより、トナー添加剤からなる付着物質を除去し、画像品質の低下を抑制できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による画像形成ユニットを備えたタンデム型のカラー複写機（画像形成装置）を示す概要断面図、図２は図１中の画像形成ユニットの要部を拡大して示す概要構成説明図、図３は図２中の非接触帯電機構が配置された感光体周りの概要構成を示す模式図、図４は図２中のコロナ帯電機構の一つであるスコロトロン帯電機構が配置された感光体周りの概要構成を示す模式図、図５は感光体に対する非接触ローラの配置手段を示す説明図、図６は図４中のスコロトロン帯電機構を示す拡大模式図、図７は他のコロナ帯電機構として適用するコロトロン帯電機構の概要構成を示す模式図である。なお、本発明の画像形成ユニットを使用可能な画像形成装置はカラー複写機に特定されるものではない。
【００１５】
図１に示すカラー複写機は、後述する転写紙搬送ベルト１０上に配置されて回転駆動されるドラム状をなした複数の感光体１を備え、これらの感光体１の夫々の周囲には、帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５及びクリーニング手段７を夫々配置した構成となっており、転写手段５の下流側には定着手段６が配置されている。
なお、感光体１、帯電手段２、露光手段３、現像手段４、転写手段５、定着手段６、及びクリーニング手段７は、画像形成手段Ａを構成している。従って、この実施形態は４個の画像形成手段Ａを有していることとなる。また、各画像形成手段Ａは合わせて一つの電子写真式画像形成ユニットＵを構成している。
【００１６】
まず、感光体１は静電潜像担持体となるもので、その形成材料としては、光導電性を有するアモルファスシリコン、アモルファスセレン等の非晶質金属、ビスアゾ顔料、フタロシアニン顔料等の有機化合物を用いることができる。環境及び使用後の後処理を考慮すると、有機化合物による感光体を用いることが好ましい。有機感光体の表層には感光体の摩耗を防ぐための保護層を設けることが多い。この保護層は物理的な強度を上げるために、酸化珪素（ＳｉＯ2）や酸化アルミ（アルミナ）、酸化亜鉛、酸化チタン（チタニア）などの無機微粒子を３〜７０ｗｔ％ほど混入させているものや、保護層の樹脂が架橋構造を有するもの等の形態があり、それらを使用すると、後述するクリーニングブレードなどとの摩擦に対する強度上昇が図れる。
そこで、この実施の形態１では、感光体１として有機感光体を使用し、この感光体１の電荷輸送層の上には約５μｍの厚みの保護層を設ける。その保護層は電荷輸送層と同等に、ポリカーボネートをバインダー樹脂として電荷輸送剤が約７重量部、物理的強度補強用シリカ粉末を１０重量部含有している。
【００１７】
この実施の形態１において、感光体１は、図２に示すように転写紙搬送ベルト１０の搬送方向（図２中の矢印方向）に沿ってその上流側から下流側へイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の順序で一定間隔の並列状態に配置された複数（図示例では４つ）の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂからなっている。したがって、最も使用頻度が高いブラックの感光体１Ｂは転写紙搬送ベルト１０の搬送方向の最下流位置に設置されている。
【００１８】
感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂにおいて、これらの並び列の両側部に位置する感光体１Ｙ、１Ｂに対する帯電手段２としてはコロナ帯電方式を適用することが望ましい。何故ならば、コロナ帯電手段２の場合、発生するオゾンなどの有害ガスの処理のために外部から気流を導入して帯電器近辺に送風し排気する必要がある。その際、感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂの並び列の両端部にコロナ帯電方式を適用する感光体１Ｙ、１Ｂを配置すれば、ダクトスペースをその前後に取りやすいというレイアウト上の利点がある。これに対してコロナ帯電方式を適用する感光体１Ｙ、１Ｂを、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂの並び列の中程に設置すると、ダクトスペースによって複数感光体の配列距離が長くなってしまう恐れがあり、装置全体のコンパクト化が困難となる。
【００１９】
よって、後述するコロナ帯電方式の帯電手段２０は、主に黒の感光体１Ｂに配置されて転写紙搬送ベルト１０による搬送方向の最上流位置か最下流位置に設置するのが望ましく、特に中間転写方式を採用する場合には、前述のように使用頻度が高い黒の画像のファーストプリント速度が重要になるので、中間転写への黒画像が転写されてから紙面上への転写までの時間が短い方が望ましいため、黒の感光体１Ｂに対する帯電手段２は、他の色の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍよりも転写紙搬送ベルト１０の搬送方向最下流位置に設置するのが、より望ましい。
そこで、この実施の形態１では、感光体１に対する帯電手段２として、図２に示すように、黒の感光体１Ｂを除く他の色の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍに対しては、図３に示す非接触ローラ帯電方式の非接触帯電機構２を配置し、かつ黒の感光体１Ｂに対しては図５に示すスコロトロン帯電方式のコロナ帯電機構２０を配置したものである。
【００２０】
非接触帯電機構２は、芯金の外周に少なくとも弾性層や樹脂層が設けられた帯電ローラ２ａと、この帯電ローラ２ａに接続される電源（図示せず）とを備えている。その帯電ローラ２ａは各感光体１との間に所定の電圧が印加されることで、黒の感光体１Ｂを除く他の色の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍと間に近接放電を発生させてこれらの感光体表面を一様に帯電するものである。
感光体１に帯電ローラ２ａを接触配置する場合、感光体１表面との安定した接触を得るために前記帯電ローラ２ａの表面には弾性層を設けることが多く、この弾性層としては、ＪＩＳ−Ａ硬度３０〜８０度程度の導電性ゴムやａｓｋｅｒ−Ｃ１５〜６０度程度の導電性スポンジ形態の導電性材料が用いられる。その導電性材料としては、ＮＢＲやＣＲ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴムなどにカーボンや酸化チタンなどの導電性フィラーを混入させた材料や、エピクロロヒドリンゴムのようなイオン導電性をもつ材料や、それらを複合した材料などが使用される。
【００２１】
これに対して、前述のように帯電ローラ２ａを感光体１に非接触配置とする場合、感光体１と帯電ローラ２ａとの間には空隙Ｓ（図４参照）を精度よく保つ必要があり、その帯電ローラ２ａは弾性体であっても硬度の高いもの（ＪＩＳ−Ａで７０から９０度）や樹脂材料を用いて外径精度を高く加工して用いられることが多い。その樹脂材料は、導電性を確保できれば様々なものが使用可能であり、アクリルやウレタン、ポリエチレン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ポリカーボネート、フッ素系樹脂などに導電制御剤を混ぜて抵抗値を６〜１０ｌｏｇΩｃｍ程度の体積抵抗に調整して使用する。また、感光体１と帯電ローラ２ａとの空隙Ｓを保つために、感光体１の画像領域外にあたる部分となる帯電ローラ２ａの両端部には図４に示すようにギャップコロ等の空隙維持手段２ｂが設けられる。
【００２２】
空隙維持手段２ｂは、ギャップコロ以外のもの、例えば帯電ローラ２ａの端部部分に厚みが一定のテープを巻いたり、感光体１の回転中心軸に対して、帯電ローラ２ａのローラ軸を一定間隔あけて保持するように設計したりして空隙Ｓを保持するものであればよい。その空隙Ｓの大きさは１０〜５００μｍの範囲に入ることが望ましく、出来るだけ小さい方が放電させるための印加電圧がコスト等で有利であるが、あまり狭く設定すると空隙Ｓを保つための機械精度を高く設定しなければならず、加工が難しくなったり、ギャップに進入してくるトナーやその他の感光体上に付着した異物によってローラが汚れやすくなってしまう。前記空隙Ｓは３０〜６０μｍ程度に設定することが多い。前記帯電ローラ２ａは、感光体１に対して接触配置や非接触配置のいずれの場合も表面を汚れ難くするために離型性がよく平滑な表層を設けて使用することが多い。その表層にはフッ素系やシリコン系の材料を用いることが多い。
【００２３】
その他の非接触型の帯電方式としてコロナ放電を利用した帯電方式が挙げられる。この場合、金属電極上に直径５０から１００μｍの細いワイヤを配置し、高電圧を印加すると、火花放電に至るまでの間にワイヤ近傍で紫色に近い放電現象が起こる。これがコロナ放電である。コロナ放電の放電形態は、印加電圧の極性に大きく左右され、正放電と負放電があり、負放電の場合、放電ムラが発生しやすく帯電ムラになり均一帯電が困難であるという欠点がある。
コロナ放電を利用したコロナ帯電機構２０には、コロトロン帯電方式とスコロトロン帯電方式がある。図５及び図６に示したスコロトロン帯電機構２１は、黒の感光体１Ｂに対向した開口部を有する角筒状のシールド２２と、このシールド２２内に張設された線状の放電電極２３と、この放電電極２３と前記感光体１Ｂとの間（図６では、シールド２２の開口端部と感光体１Ｂとの間）にグリッド電極２４を配置し、このグリッド電極２４に所望の電圧を印加することで感光体１Ｂを一様に帯電させるものである。
【００２４】
一方、図７に例示したコロトロン帯電機構２５は前記スコロトロン帯電機構２１に代替使用可能なもので、感光体１Ｂに対向した開口部を有する円筒状のシールド２６と、このシールド２６内に張設された線状の放電電極２７とを備え、通常は感光体１Ｂの基材に設置する一方、前記放電電極２７には帯電したい極性の高電圧を印加することでコロナ放電を発生させ、感光体１Ｂを一様に帯電させるものである。
現在の感光体１は、負帯電の有機感光体が主流であり、負放電での帯電ムラ、一様帯電の困難さなどの理由によりコロトロン帯電機構２５よりも帯電電位の制御が比較的容易なスコロトロン帯電機構２１を用いることが多い。ただし、コロナ放電を利用する帯電方式ではオゾンなどの環境に対し有害なガスが発生するという難点があり、かつ発生したガスを除去するために気流送風装置が必要となり、小型化が難しく、またコストも高くなるという問題があった。
【００２５】
近年はカラー画像を効率良く出力するために、複数の作像装置を並べて一度の通紙でカラー画像を取得できる、いわゆるタンデム方式が主流となっている。タンデム方式では作像器を複数持つ必要があり、各作像器を小さくする必要がある。そのため近年では、省スペース化に優れる、帯電ローラ方式がカラーのタンデム方式の機械に多く使われるようになり、コロナ帯電手段は高速かつ大型の機械に使われる例が多くなってきている。
しかしながら、接触式の帯電ローラ方式では、その感光体に与えるハザードの大きさ故に、使用寿命が短くなってしまうという問題がある。また、オフィスで使用される文章は文字が主体であり、カラー化が進んだ現在において、出力される画像の８０％はモノクロ画像であるというデーターもあり、使用頻度の高い黒の作像ユニットの交換頻度が特に高くなっており、黒の作像ユニットの交換頻度を下げることは、機械全体のメンテナンス時間の短縮に繋がり、ユーザの生産性向上に貢献する。
【００２６】
そこで、本発明の実施の形態１では、使用頻度が高い黒の感光体１Ｂに対してのみ、帯電方法を前述のように非接触式のスコロトロン帯電機構２１とし、これにより、黒の作像ユニットの交換頻度を下げ、その他の色の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍへの帯電方式を図３に示す非接触ローラ帯電方式の非接触帯電手段２とし、その非接触ローラ２ａを前記黒以外の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍに近接配置することにより、機械全体の小型化を図り、かつ各感光体１と帯電ローラ２ａの直接接触を行わずに感光体の摩耗による劣化を避けて一定の長寿命化を達成している。換言すると、帯電手段２は、複数の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂのうちの少なくとも一つの感光体１Ｂにコロナ放電する非接触式コロナ帯電機構の一つであるスコロトロン帯電機構２１と、感光体１Ｂを除く他の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍのうちの少なくとも一つに非接触帯電機構２（図３参照）とを有する構成としたものである。
【００２７】
また、この実施の形態１において、非接触ローラ２ａで帯電を行う黒以外の感光体１Ｙ、１Ｃ、１ＭにはＤＣ帯電ではなくＡＣ重畳帯電方式を適用することにより、画質の劣化を防止でき、かつ帯電ローラの耐久性を向上できるようにしている。ＡＣ重畳帯電方式の方が、感光体１の表面が帯電ローラ２ａの下を通過する間に何回もの放電が生じるため、帯電の均一性に優れており、さらには、少々の表面の汚れも影響しない利点がある。
さらに詳述すると、ＡＣ重畳帯電方式では、黒以外の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍの夫々の周面が帯電ローラ２ａ下を回転通過する間に何回もの放電が生じるため、帯電の均一性に優れている反面、放電回数の多さから感光体へ与える静電的なダメージも大きいという不利な点がある。コロナ放電を利用したスコロトロン帯電機構２１の場合も放電により感光体へのダメージを与える。そこで、各感光体１の表面を保護するために表面保護剤を塗布する必要がある。しかし、スコロトロン帯電機構２１では、感光体１Ｂへの放電は、ＡＣ重畳帯方式ほど頻繁に発生しないのでダメージは少ないという効果がある。
従って、スコロトロン帯電機構２１と非接触帯電機構２の非接触ローラ２ａとでは塗布量を変え、それを調整することにより、表面保護剤の消耗を抑えることができるという効果がある。
【００２８】
一方、後述するクリーニング装置で詳しく説明するが、表面保護剤を過剰塗布した場合には、保護剤中の化合物やトナーの外添剤などがクリーニングブレードとの摩擦により融着し感光体表面に薄膜を形成し、その薄膜形成領域のみ帯電が十分に行われず異常画像となる。
そこで、表面保護剤の塗布量調整において、放電によるダメージの少ないスコロトロン帯電機構２１が配置された黒の感光体１Ｂへの塗布量は、ＡＣ重畳帯電方式を採用する黒以外の感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍへの塗布量よりも少なくしており、その塗布量調整の詳細については後述する。
【００２９】
露光手段３は、読取装置内のスキャナーで読み取ったデーター、及び、図示しないＰＣ等外部より送られた画像信号を変換し、ポリゴンモータでレーザ光３ａをスキャンさせ、ミラーを通して読み取られた画像信号を基に感光体１上に静電潜像を形成するようになっている。
現像手段４は、現像剤を担持して感光体１上に供給する現像剤担持体４ａと、トナー供給室等を備える。現像剤担持体４ａは、中空円筒状の現像剤担持体４ａの内部にこれと同軸に固設されたマグネットロールとを備えて回転可能に支持され、感光体１と微小間隔をおいて配置されている。また、現像手段４には、現像剤担持体４ａ上の現像剤量を規制する現像剤規制部材が備えられ、現像剤担持体４ａの外周面に所定量の現像剤を磁気的に吸着して搬送するようになっている。現像剤担持体４ａは導電性の非磁性部材で構成されており、現像バイアスを印加するための電源が接続されている。現像剤担持体４ａと感光体１との間には、電源から電圧が印加され、現像領域に電界が形成される。
転写手段５は中間転写方式であり、転写紙搬送ベルト１０の裏面における各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂとの対応位置に配置された所謂タンデム方式の構成となっている。
【００３０】
定着手段６は、ハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータを有する定着ローラ６ａと、これに圧接される加圧ローラ６ｂとを備えている。定着ローラ６ａは、芯金表面にシリコンゴム等の弾性層を１００〜５００μｍ、好ましくは４００μｍの厚みに設け、さらにトナーの粘性による付着を防止する目的で、フッ素系樹脂等の離型性の良い樹脂表層が形成されている。樹脂表層は、ＰＦＡチューブ等で構成され、その厚みは、機械的劣化を考慮して１０〜５０μｍ程度の厚みが好ましい。定着ローラ６ａの外周面には、温度検知手段が設けられ、定着ローラ６ａの表面温度を約１６０〜２００℃の範囲の中で、略一定に保つようにヒータが制御されている。前記加圧ローラ６ｂは、芯金表面にテトラフルオロエチレン―パーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなオフセット防止層が被覆され、前記定着ローラ６ａと同様に芯金表面にシリコンゴム等の弾性層を設けてもよい。
前述のように、ローラ形状の定着手段６は、定着ローラ６ａや加圧ローラ６ｂがベルト形状に置き換わったベルト定着装置などであってもよい。また、定着熱源としても、ハロゲンランプ以外の外部からの磁力により生じた渦電流によって発熱させるＩＨ定着装置なども用いることができる。
【００３１】
図３に示すように、非接触ローラ帯電方式の帯電手段２が配置された感光体１が備えるクリーニング手段７は、感光体１の回転方向上流側から順に第１クリーニングブレード７ａと第２クリーニングブレード７ｂの２つのブレードを有すると共に、クリーニングされたトナーを回収するトナー回収羽根（図示せず）と、その回収トナーを搬送する回収コイル（図示せず）とトナー回収ボックスとを備えている。
第１クリーニングブレード７ａは、金属、樹脂、ゴム等の材質からなるが、フッ素系樹脂、シリコンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム等のゴムが好ましく用いられ、この中でも特にウレタンゴムが好ましい。第１クリーニングブレード７ａは主に転写後の感光体１上に残留するトナーを除去する。
第２クリーニングブレード７ｂは転写残トナー以外に感光体１上に付着する、トナー添加剤からなるフィルミング等に付着物質を除去するもので、その材質は、第１クリーニングブレード７ａと同等であってもよいが、より感光体１上の付着物質を効率的に除去するために、弾性材料に研磨剤粒子を含有させて得られる研磨剤含有のブレードとすることが好ましい。
【００３２】
また、クリーニング手段７は、第１クリーニングブレード７ａよりも感光体１の回転方向上流側に配置された潤滑剤塗布手段８を備えている。この潤滑剤塗布手段８は、図３に示すように、固形潤滑剤９を削り取る潤滑剤削取部材８ａと、この潤滑剤削取部材８ａで削り取られた固形潤滑剤９の粉末状粒子を感光体１上に供給塗布するブラシローラ８ｂとを備えている。ここで、感光体１上に供給する潤滑剤には前記固形のものと液体のものとがあるが、感光体への塗布の行いやすさ、及び持ち運びの利便性、またメンテナンス時における液体漏れなども起きないことから前述の固形潤滑剤９を用いる。
なお、第１及び第２クリーニングブレード７ａ、７ｂは両方ともある必要はなく、システムの形態に応じていずれか一方もしくは両方と組み合わせて使用することも可能である。
【００３３】
以上において、感光体１の表面に保護剤（図１０のフィラー層）１ａを塗布する場合は、その保護剤１ａ自体が付着物と感光体１表面との間に存在するために、付着物が直接感光体１に接触することがなく、付着し難い特徴を有するが、前述のように、黒の感光体１Ｂに対して前記保護剤１ａの塗布を行わない場合は、異物が付着する確率が上がるため、感光体１に当接する研磨機構を設けた方が好ましい結果が得られる。したがって、スコロトロン帯電機構２１が配置された黒の感光体１Ｂには、図１１に示すように研磨ブレード７ｃを配置し、これにより、感光体１Ｂの表面付着物を除去して付着物による帯電異常を避けることができるので、スコロトロン帯電機構２１が配置された黒の感光体１Ｂには表面保護剤の塗布を行わないこととする。
【００３４】
前記潤滑剤塗布手段８は、トナー除去手段としての機能も兼ね備えている。したがって、以下では、潤滑剤塗布手段８をトナー除去手段ともいう。一次転写終了後に感光体１上に残存するトナーは、まず、トナー除去手段８により感光体１上から回収される。次いで、感光体１上に潤滑剤塗布手段８によって固形潤滑剤９の微粒子が供給され、感光体１上に残存するトナーやフィルミング等が最終的に第１クリーニングブレード７ａによって掻き取られる。
さらに詳述すると、ブラシローラ８ｂのファーブラシは、ナイロン、アクリル等の樹脂にカーボンブラック等の抵抗制御材料を添加して体積抵抗率３〜６ｌｏｇΩ・ｃｍに調整した材料を用いて形成されている。このようなブラシローラ８ｂには、潤滑剤削取部材８ａを介して固形潤滑剤９に対しバネ等による付勢力で押し当てられている。固形潤滑剤９としては、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレイン酸亜鉛等の金属石鹸を用いることが出来る。これらの金属石鹸は飽和樹脂酸化合物であり、原子構造がラメラ構造となり潤滑作用に優れるという特徴があるため、これらの金属石鹸を用いている。この金属石鹸としては、耐久性、潤滑性に特に優れ、実績のあるステアリン酸亜鉛を用いている。また、固形潤滑剤９としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等を粉体にしたものを固形成形体に塗り込んで潤滑剤成形体としてよい。
【００３５】
ブラシローラ８ｂは回転駆動されることによって、潤滑剤削取部材８ａで削り取られた潤滑剤削取部材８ａの微粒子を感光体１の表面に供給塗布する。その後、感光体１の表面と第１クリーニングブレード７ａとの接触により、感光体１上の微粒子潤滑剤は引き延ばされて薄膜状になり、感光体１表面の摩擦係数を低下させる。ブラシローラ８ｂの回転方向は、感光体１との当接位置では同方向に回転している。また、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の粉体を粉体供給手段で直接感光体１上に塗布してもよい。
【００３６】
この実施の形態１における転写紙搬送ベルト１０は、図８に示すような中間転写ベルトからなり、そのベース層１１として、図９に示すように、例えば伸びの少ないフッ素系樹脂や伸びの大きなゴム材料に帆布など伸びにくい材料を組み合わせて構成し、その上に弾性層１２を設けて作られている。その弾性層１２は、例えばフッ素系ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなどからなっている。また、前記弾性層１２の表面は、例えばフッ素系樹脂をコーティングすることで平滑性のよいコート層１３で覆われている。
【００３７】
中間転写ベルト１０は、図示例では、３つの支持ローラ１４、１５、１６に掛け回されて図中で時計回りに回転搬送可能となっている。この図示例では、第２の支持ローラ１５と第３の支持ローラ６の間に、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１７が配置されている。そして、第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５との間の中間転写ベルト１０上には、前述のように、その搬送方向に沿ってイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の４つの感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂが横に並べて配置されている。
なお、中間転写ベルト１０は、転写紙を次々に感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂに接触させて紙面上で色を重ねていく直接転写方式の転写紙搬送ベルトでも応用可能である。
【００３８】
以上説明した本発明の実施の形態１による画像形成装置は、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂの夫々と、帯電手段２、２０とを含み、さらに現像手段４、クリーニング手段７から選択される任意の手段とを含んで一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在に形成したプロセスカートリッジ３０（図１２参照）に組み付けてユニット化することも可能である。プロセスカートリッジ３０は交換が非常に簡便であるという反面、複数の手段を内包しているため、どれか一つの部品が寿命になっただけであり、まだ使用可能な他の部品として交換しなければならない。このため、この部品の寿命を如何様に確保するかが、全体としての低コストを達成できるか否かの鍵となる。本発明による技術を当該プロセスカートリッジ３０に設けられた帯電手段２、２０に応用することによって、特にコストアップすることなく、帯電ローラの寿命を延ばし、ひいてはプロセスカートリッジ自体の寿命を延ばすことができる。
【００３９】
次に、前記実施の形態１による画像形成装置の実験結果を以下に説明する。
実施例１．
固形潤滑剤９を用いた場合と用いない場合でのクリーニングブレード７ａの摩耗の影響を確認するために実験を行った。つまり、感光体１への表面保護剤としての固形潤滑剤９の塗布を行う条件と塗布を行わない条件とで、Ａ４の用紙１５万枚の印刷を実施しクリーニングブレード７ａの最大摩耗深さを測った。固形潤滑剤９は一つの錘を載せて圧をかけて塗布量を調整した結果を図１３に示す。この結果より、例えばドラム（感光体１）の走行距離４０ｋｍの時に、固形潤滑剤９を塗ったクリーニングブレード７ａでは、約３０μｍの摩耗に対し、固形潤滑剤９を塗らないクリーニングブレード７ａでは約１４μｍの摩耗であり、潤滑剤９を塗布する時では塗布しない時の２倍以上摩耗していることが分かった。
【００４０】
実施例２．
実施例１と同様に帯電方式の感光体１への影響度合いを確認するために実施例１と同様の条件でＡ４の用紙１５万枚の印刷を行い感光体１表面の摩耗深さを測った結果を図１４に示す。表面潤滑剤を塗布する時と塗布しないときでの摩耗深さの差は歴然であり、ドラム走行距離が４０ｋｍの時に表面潤滑剤を塗布した感光体１表面の摩耗深さは０．７５μｍであるのに対し、表面潤滑剤の塗布を行わなかった感光体１の表面の摩耗深さは５．５μｍと表面潤滑剤を塗布した時の７倍以上の摩耗であり、潤滑剤塗布の効果を裏付けている。
【００４１】
実施例３．
固形潤滑剤９を塗布しないコロナ放電を用いた装置での表面保護層の効果を確認した例を図１５に示す。前記実施例２の場合と同様の条件でＡ４の用紙１５万枚の印刷を行い、感光体表面の摩耗深さを測定した。ドラム走行距離４０ｋｍの時に表面保護剤を持つ感光体表面の摩耗深さは０．６μｍであったのに対し、表面保護剤を持たない感光体表面の摩耗深さは２．５μｍとなり、表面保護層の効果が現れている。
【００４２】
実施例４．
コロナ帯電を用いた装置で固形潤滑剤９の塗布量を調整しクリーニングブレード７ａ摩耗の影響度を確認した例を図１６に示す。前記実施例１と同様の条件でＡ４の用紙１５万枚の印刷を行い、クリーニングブレード７ａの摩耗深さを測定した。その測定条件としては、固形潤滑剤９を塗布しない場合、一つの錘を載せた場合、二つの錘を載せた場合の三条件で行った。その結果、ドラム走行距離４０ｋｍ時のクリーニングブレード７ａの摩耗深さは表面潤滑剤無しの場合で約１４ｋｍ、一つの錘の場合で約３０μｍ、二つの錘を載せた場合で約４４μｍの摩耗であり、表面潤滑剤の塗布量の増加に比例してクリーニングブレード７ａの摩耗も増加していることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は本発明の実施の形態１による画像形成装置を備えたタンデム型のカラー複写機を示す概要断面図である。
【図２】図１中の画像形成装置の要部を拡大して示す概要構成説明図である。
【図３】図２中の非接触帯電機構が配置された感光体周りの概要構成を示す模式図である。
【図４】図２中のコロナ帯電機構の一つであるスコロトロン帯電機構が配置された感光体周りの概要構成を示す模式図である。
【図５】感光体に対する非接触ローラの配置手段を示す説明図である。
【図６】図４中のスコロトロン帯電機構を示す拡大模式図である。
【図７】コロナ帯電機構として適用するコロトロン帯電機構の概要構成を示す模式図である。
【図８】中間転写ベルトの概要構成を示す模式図である。
【図９】中間転写ベルトの部分的な断面図である。
【図１０】表面保護剤を有する感光体の部分的な断面図である。
【図１１】黒の感光体に研磨ブレードを配置した模式図である。
【図１２】画像形成手段のシステムカートリッジを示す模式図である。
【図１３】実施例１による実験結果を示す表図である。
【図１４】実施例２による実験結果を示す表図である。
【図１５】実施例３による実験結果を示す表図である。
【図１６】実施例４による実験結果を示す表図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ  画像形成手段、Ｕ  画像形成ユニット、１（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｂ）  感光体、２  帯電手段、３  露光手段、３ａ  レーザ光、４  現像手段、４ａ  現像剤担持体、５  転写手段、６  定着手段、７  クリーニング手段、８  潤滑剤塗布手段、９  固形潤滑剤、１０  転写紙搬送ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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