(57)【要約】【課題】　帯電ムラがハーフトーン等の画像に反映することのない、特に写真等の画像品質が高く、カブリも少ない画像形成装置を提供する。【解決手段】　帯電部材４によって潜像担持体１表面を帯電し、潜像形成部材によって潜像担持体１上に静電潜像を形成し現像剤担持体１０表面に担持した現像剤９によって現像し画像形成を行う画像形成装置において、現像剤担持体１０として、所定の線荷重によって現像ニップと略等しいニップを電極に対して形成し、所定の定電流を流したときの抵抗値が１０8 〔Ω〕以下の導電性弾性ローラを用いて潜像担持体１に圧接させ、帯電部材４によって帯電した潜像担持体１の表面電位との差が６００〔Ｖ〕より大きくなる電位を印加して、圧接現像により画像形成を行う。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電部材によって潜像担持体表面を帯電し、潜像形成部材によって前記潜像担持体上に静電潜像を形成し、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤担持体表面に担持した現像剤によって現像し画像形成を行う画像形成装置において、前記現像剤担持体は、前記潜像担持体に圧接させ所定の線荷重によって現像ニップと略等しいニップを電極に対して形成し所定の定電流を流したときの抵抗値が１０8 〔Ω〕以下の導電性弾性ローラを用い、前記帯電部材によって帯電した前記潜像担持体の表面電位との差が６００〔Ｖ〕より大きくなる電圧を前記現像剤担持体に印加して、圧接現像により画像形成を行うようにし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、電子写真装置に代表される画像形成装置に関する。より詳しくは、接触帯電器および圧接現像器を用いて画像を形成する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来の電子写真プロセスによる画像形成装置に用いられる帯電部材としては、ワイヤ電極とシールド電極を主構成要素とするコロナ放電器が公知である。適切な設定のコロナ放電器によれば一様帯電が可能であり、その後の行程で形成される画像に帯電ムラが影響することは少ない。しかし、コロナ帯電器はワイヤに高電圧を印加する必要があり、また放電電流の利用効率が悪い、オゾン等を生成してしまうという問題点を有している。
【０００３】
　そこで、上記の問題点を鑑み接触帯電手段を用いることが検討されている。接触帯電手段の一つの形態にローラ帯電がある（例えば、特許文献１、２参照）。図６はローラ帯電器の構成例の概略図である。帯電ローラ６１はシャフト６２の外周にＥＰＤＭ・ＮＢＲ等の弾性層６３を設け、さらにその外周にカーボンを分散したウレタンゴムによる表面層６４（抵抗〜１０5 〔Ω〕）を設けた２層構成であり、被帯電体である感光体６５にバネ等（図示せず）を用いて所定の荷重で圧接されている。感光体６５は接地された導電性の基体６６上に感光層６７を塗布したものであり、図中矢印の方向に所定のプロセススピードで移動し、それに連れて帯電ローラ６１も従動回転する。帯電バイアス印加電源６８によって帯電ローラ６１には所定の直流電圧ＶDCと振動電圧ＶACとの重畳電圧が印加され、感光体６５は所定の極性・電位に帯電処理される。
【０００４】
　また接触帯電手段の他の形態として、ブラシ帯電がある（例えば、特許文献３参照）。図７はブラシ帯電器の構成例の概略図であり、図６と同一の機能を有する部材は同一の番号を付して説明を省略する。帯電ブラシ７１はカーボン繊維やステンレス繊維の様な導電性の繊維状の線材７２であって数μｍから数十μｍの太さのものがブラシ状にホルダ７３に束ねられた構造となっている。帯電バイアス印加電源６８によって帯電ブラシ７１には所定の直流電圧ＶDCと振動電圧ＶACとの重畳電圧が印加され、感光体６５は所定の極性・電位に帯電処理される。
【０００５】
　さらにまた、ベルト帯電器による方法が提案されており（例えば、特許文献４参照）、また接触帯電器の形態としてはブレード型、ロッド型、ブロック型等が知られている。
【特許文献１】米国特許第２９３４６５０号明細書
【特許文献２】特開昭６３−１４９６６８号公報
【特許文献３】特開昭５５−２９８３７号公報
【特許文献４】特開昭５６−１０４３５１号公報
【特許文献５】特開平４−３０１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　しかしながら、従来の接触帯電手段を用いた画像形成装置においては、帯電部材による帯電処理の際に発生した帯電ムラが顕像化した後の画像に現れてしまい形成される画像の品質が著しく低いものになるという問題点を有していた。すなわち、ブレード型、ロッド型、ブロック型等の帯電部材の表面が固定のものでは、潜像担持体と帯電部材の接触の不均一が帯電の均一性に反映され、縦方向に延びるスジ状の模様となり、ブラシ型の帯電器ではブラシの掃き目が同様の縦スジ模様になる。また回転可能なローラ帯電であっても振れなどのローラ形状の不均一がローラ回転周期の横方向に延びるスジ状の模様となる。さらにまた、振動電圧成分を含む電圧を印加した場合は、振動電圧成分に対応した周期の横方向に延びるスジ状の模様が発生する。
【０００７】
　特にこれらの帯電ムラに起因するスジ状の模様は図８に示す様なハーフトーンの画像で顕著に現れる。図８はブラシ帯電器を用いた従来の画像形成装置で形成したハーフトーン画像の概略図である。画像パターンはドット８１を縦方向および横方向それぞれ１つおきに連続して形成したハーフトーン・パターンであり、画像形成方向８２に延びるスジ状の領域８３では形成されるドットが他の正常な領域８４のドットに比較して小さく、マクロで見ると濃度が薄くなった白いスジとなって見える。したがってこのようなハーフトーン・パターンを含んだ写真の様な画像にスジ状の濃度ムラが発生するという問題点を有していた。
【０００８】
　このような帯電ムラを均すための電位均し部材を潜像担持体に接触させるという方法がある（例えば、特許文献５参照）。図９は従来の画像形成装置における電位均し部材の構成例の概略図であり、図６と同一の機能を有する部材は同一の番号を付して説明を省略する。感光体６５の移動方向において帯電ローラ６１よりも下流位置で電位均し部材８１は感光体と接し、感光体６５表面のムラ状の電荷を面方向に移動させることで均し、帯電ムラを低減するものである。図９で示した電位均し部材８１の構成例では、シャフト８２の外周にＥＰＤＭ・ＮＢＲ・ウレタンゴム等の弾性ゴムにカーボンを分散させ半導電性とした弾性層８３から成り、感光体６５にバネ等（図示せず）で所定の荷重で圧接され従動回転し、電気的にはフロート状態である。このような帯電均し部材８１を用いる方法は、帯電ムラの低減には効果があるが、部品点数の増加、コスト高、装置の大型化という問題点を有する。
【０００９】
　本発明はこのような点を鑑みてなされたものであって、電子写真プロセスを用いた画像形成装置の内、接触帯電および圧接現像という手段を用いる画像形成装置において、帯電ムラがハーフトーン等の画像に反映することのない、特に写真等の画像品質が高く、カブリも少ない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】
【００１０】
　そのために本発明は、帯電部材によって潜像担持体表面を帯電し、潜像形成部材によって前記潜像担持体上に静電潜像を形成し、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を現像剤担持体表面に担持した現像剤によって現像し画像形成を行う画像形成装置において、前記現像剤担持体は、前記潜像担持体に圧接させ所定の線荷重によって現像ニップと略等しいニップを電極に対して形成し所定の定電流を流したときの抵抗値が１０8 〔Ω〕以下の導電性弾性ローラを用い、前記帯電部材によって帯電した前記潜像担持体の表面電位との差が６００〔Ｖ〕より大きくなる電圧を前記現像剤担持体に印加して、圧接現像により画像形成を行うようにしたことを特徴とする。
【００１１】
　本発明の上記の構成によれば、潜像担持体の帯電プロセスにおいて帯電ムラが発生しても、現像プロセスによって帯電ムラを均す作用と現像する作用を同時に行わせ、最終的な出力画像における帯電ムラの影響を最小限に止めることが可能になる。すなわち、薄層形成した現像剤を介して潜像担持体に圧接した導電性弾性ローラである現像剤担持体は、その接触ニップにおいて実質的に潜像担持体に直接接触している状態と等価になり、帯電部材もしくは電位均し部材と同様の作用がある。その電位均し作用は潜像担持体と現像剤担持体の実質的に接触している部分での注入モードの帯電作用が支配的であり、現像剤担持体の抵抗値が小さいほどその作用は大きくなる。したがって現像剤担持体の抵抗値が小さいほど帯電ムラはより均され最終出力画像への影響を低減することが可能になる。
【００１２】
　また、非画像部で過剰に帯電した部分が帯電ムラとなっている場合、現像領域において画像部とは逆の方向に過剰な現像電界が形成され、これがカブリの原因となるが、現像と同時に過剰帯電部分を均すことでかかる原因によるカブリを低減する作用もある。
【発明の効果】
【００１３】
　本発明によれば、たとえ接触帯電器において帯電ムラを発生したとしても、圧接現像する際に帯電ムラを均しながら現像することで、均一な濃度の画像を形成することが可能になる。特に、ハーフトンの画像においてスジ状の領域のドットの細りや太りを低減し最終出力画像において濃度ムラとなることを防止することができるため、高品質な写真画像を形成することができる。さらに感光体の過帯電部分に発生するカブリも低減でき、白部の多い文字画像も高品質に形成することができる。実施例で述べたように、従動回転する帯電ローラを用いる場合にも効果を有するが、表面が固定された帯電部材を用いる際に本発明は特に大きな効果を発揮する。さらにまた電位均し部材を必要としないため、部品点数が少なく、軽量でコンパクトな画像形成装置を提供することが可能であるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
　以下に本発明の画像形成装置における具体的な実施例について説明する。本発明において現像器の現像剤担持体はローラ状の形状に限定されるものではないが、実施例においてはローラ状の現像剤担持体によって現像剤を搬送する例について述べるので、現像剤担持体を現像ローラと表記して説明する。また本発明に用いる潜像担持体はドラム形状に限定されるものではないが、実施例においては感光体ドラムとして説明する。
【００１５】
　図１は本発明の具体的態様における画像形成装置の断面概観図である。感光体ドラム１は、ドラム状の導電性の支持部２の上に有機または無機の光導電性を有する感光層３を塗布したものであり図中の矢印の方向へ所定のプロセススピードで回転する。ブラシ帯電器４は帯電バイアス印加電源５によって所定の直流電圧ＶDCが印加されており、感光体ドラム１を所定の極性・電位に帯電処理する。その後に、レーザーやＬＥＤ等の光源６から出た光を結像光学系７を通して感光層３に画像に応じて選択的に光照射することで電位コントラストを得て感光体ドラム１上に静電潜像を形成する。一方、現像装置８は、静電潜像を顕像化する現像剤９を搬送し現像するものである。
【００１６】
　現像ローラ１０は、シャフト１１の外周に導電性の弾性層１２を配設したもので、弾性層１２の外周に摺接する供給ローラ１３によって現像剤９の供給を受け、金属や樹脂で構成される薄板バネ状の弾性ブレード１４で適量に規制し薄層形成した現像剤９を搬送するものである。図中矢印の方向への現像ローラ１０の回転によって、感光体ドラム１と現像ローラ１０が圧接されている現像領域まで現像剤９が搬送されると、感光体ドラム１の電位コントラスト及び現像バイアス印加電源１５により形成される現像電界に応じて、帯電した現像剤９が感光体ドラム１に付着し、静電潜像が顕像化される。
【００１７】
　さらに、転写ローラ１６もしくはコロナ転写器等を用いて記録紙１７上に現像剤による像を転写し、図示しない定着器によって熱や圧力を用いて現像剤９を記録紙１７に定着し所望の画像を記録紙上に得るものである。
【００１８】
　図１に示した画像形成装置の実施例に用いる現像剤９はスチレンアクリル供重合体あるいはポリエステル等のバインダ中にカーボン等の顔料あるいは着色染料さらにまたは含金属アゾ染料等の極性制御剤を分散した体積平均粒径５〜２０〔μｍ〕程度の粒子であり、場合によっては疎水性シリカ等の外添剤を０．１〜２％添加したものである。また現像ローラ１０の弾性層１２は、スチレン・ブタジェンゴム（ＳＢＲ）、ブタジェンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ニトリル・ブタジェンゴム（ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム等のゴム材料に、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属粉、ファイネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化モリブデン、酸化アンチモン、チタン酸カリ等の導電性酸化物、グラファイト、金属繊維、炭素繊維等や、さらにポリエレンオキサイドやポリシロキサン等のポリマーマトリックスに金属を配位させた有機イオン導電体等の導電性付与剤等を分散させたものが使用可能である。
【００１９】
　また、図１では単層ゴムの現像ローラの例を示したが、表面層を有する多層構成の現像ローラ、もしくはフォームローラの外周に表面層を形成した形態の現像ローラも使用可能である。さらにまた、金属または導電化した樹脂からなる筒状の薄膜部材を弛みをもたせて回転駆動して薄膜部材の表面で現像剤を搬送し、その弛み部分で感光体と接触しつつ現像する形態の現像ローラーも使用可能である。
【００２０】
　次に、図１に示した画像形成装置において具体的に画像を出力した実施例について説明する。
【００２１】
　（実施例１）
　本実施例では、表１に示した４種類の現像ローラを用いて、３００ＤＰＩの解像度における図８に示した画像を形成した実施例について述べる。表１において現像ローラの抵抗は線荷重４０〔ｇｆ／ｃｍ〕によって現像ニップと略等しいニップを電極に対して形成し、１〔μＡ〕の定電流を流した際の抵抗値である。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
　現像剤には体積平均粒径が８．７〔μｍ〕のポリエステル・バインダのものを用いた。表１の現像ローラはいずれも硬度が５０〜６０（ＳＲＩＳ−Ｃ）、表面粗さは３〜８〔μｍ〕（Ｒｚ）の範囲に入っており、現像ローラは４０〔ｇｆ／ｃｍ〕の線荷重で感光体ドラムに圧接し、感光体ドラムに対して２倍の線速比で回動させた。現像剤の規制には、厚さ１００〔μｍ〕のＳＵＳの板をＬ字型に曲げたエッジ部を総荷重１．５〔ｋｇ〕で圧接し、いずれの現像ローラでも現像剤搬送量は０．４〜０．６〔ｍｃｃ／ｃｍ2 〕であった。各部材の電位設定は、帯電バイアスを直流定電圧−１２００〔Ｖ〕、画像部電位Ｖonを−７０〔Ｖ〕、非画像部電位Ｖoff を−６５０〔Ｖ〕、現像バイアスを−２５０〔Ｖ〕とした。
【００２４】
　出力した画像は画像処理装置ＥＸＣＥＬ（日本アビオニクス社製）による、各ドットの面積から評価した。すなわち、正常な領域８４のドット平均面積をＳ1 、スジ状領域８３のドット平均面積をＳ2 としたとき、ドットサイズ比ＲをＲ＝（Ｓ2 ／Ｓ1 ）×１００として評価した。また、実際の出力画像を目視で観察し、ドットサイズ比が７０〔％〕以上ならば許容であると判断した。図２は本発明の実施例における現像ローラ抵抗に対するドットサイズ比を表す図である。図２のように、現像ローラ抵抗が１０8 〔Ω〕以下であればドットサイズ比が７０〔％〕より大きくなり、画像におけるスジが実用上問題のないレベルであった。
【００２５】
　さらにベタ白現像を行うと、抵抗が１０9 〔Ω〕の現像ローラでは図８で示した画像に発生したスジと対応する位置に、同様のスジ状のカブリが発生した。しかし抵抗が１０8 〔Ω〕以下であればこのスジ状カブリの発生も防止することができた。
【００２６】
　（実施例２）
　次に、感光体をコロナ帯電器で帯電し、露光せずに現像領域に移動させ、ベタ白画像を現像する前後の感光体電位を測定した実施例について説明する。現像剤には体積平均粒径が８．７〔μｍ〕のポリエステル・バインダのものを用い、現像ローラは表１に示した４種類を４０〔ｇｆ／ｃｍ〕の線荷重で感光体ドラムに圧接し、感光体ドラムに対して２倍の線速比で回動させた。現像剤の規制は、実施例１と同様であり現像剤搬送量は０．４〜０．６〔ｍｃｃ／ｃｍ2 〕である。各部材の電位において、現像前の感光体の電位をＶ1 、現像後の感光体の電位をＶ2 、現像ローラに印加する電位をＶb として、Ｖ1 を−６００〜−１０００〔Ｖ〕、Ｖb を０〜−４００まで変化させＶ2 を測定した。図３は本発明の実施例における現像前後の感光体電位を示す図である。図３において横軸のＶinは現像前の感光体の現像ローラの電位差（Ｖ1 −Ｖb ）であり、縦軸のＶout は現像後の感光体の現像ローラの電位差（Ｖ2 −Ｖb ）であり、暗減衰分は差し引いている。
【００２７】
　感光体の表面電位が高く、現像ローラに印加される電位との差が６００〔Ｖ〕を越えると、ベタ白現像で現像剤を現像せずとも感光体の電位は低下する。すなわち帯電ムラである過帯電部分の電位は、帯電部材に印加される電位Ｖa に至る可能性があり、このＶa に対して現像ローラに印加される電位Ｖb との差が６００〔Ｖ〕より大きい設定であれば感光体の電位を均す効果が得られる。さらに現像ローラの抵抗が小さいほどその効果は大きい。
【００２８】
　（実施例３）
　次に帯電部材として帯電ローラを用い、直流電圧に振動電圧を重畳した実施例について説明する。帯電ローラには図６に示したものを用い、帯電バイアスとして直流成分ＶDC＝−６００〔Ｖ〕、振動成分ＶAC＝１４００〔Ｖ〕（ｐｐ値）８００〔Ｈｚ〕を重畳したバイアスを印加した。他は実施例１と同様に画像を形成したところ、現像ローラ抵抗が１０9 であると帯電バイアスの振動成分の周波数に対応した周期の画像形成方向に対して横に延びるスジ状のムラが発生した。一方現像ローラ抵抗が１０8 〔Ω〕以下であれば良好なハーフトーン画像が得られることが確認された。
【００２９】
　（比較例）
　次に、実施例１の比較として、図１の画像形成装置に非接触の現像器を適用して同様の画像を出力し評価した例について説明する。図４は従来の画像形成装置に用いられる現像器の概略図である。図１と同じ機能を有する部材は同一の番号を付し説明を省略する。現像装置４１は感光体ドラム１に非接触で現像剤９を供給するものである。現像ローラ４２は表面粗さを３〔μｍ〕（Ｒｚ）に粗したアルミ製のドラムであり、その外周に摺接するウレタンフォーム製の供給ローラ４３によって現像剤９の供給を受け、導電化したウレタンゴム製の弾性ブレード４４で現像剤搬送量１〔ｍｃｃ／ｃｍ2 〕に規制した現像剤９を搬送する。感光体ドラム１と現像ローラ４２は１００〔μｍ〕のギャップをあけて略平行に配置され、線速比２で回転駆動される。現像バイアス印加電源４５は現像ローラ４２に直流電圧ＶDC＝−２５０〔Ｖ〕と振動電圧ＶAC＝１０００〔Ｖ〕（ｐｐ値）１０００〔Ｈｚ〕との重畳電圧を印加した。かかる現像器と直流電圧のみを印加したブラシ帯電器を用い実施例１と同様に画像を形成したところ、本比較例においては帯電ムラを均す効果が得られず、スジ状の模様をなくすことが不可能であった。
【００３０】
　（実施例４）
　本実施例では、現像剤搬送量を変えて実施例１と同様の画像を形成し評価した実施例について述べる。現像ローラにはウレタンゴム製の抵抗値５．６×１０7 〔Ω〕のものを用いた。図５は本発明の実施例における現像剤搬送量に対するドットサイズ比を表す図である。図５のように、現像剤搬送量が１．５〔ｍｃｃ／ｃｍ2 〕以下であればドットサイズ比が７０〔％〕より大きくなり、画像におけるスジが実用上問題のないレベルであった。さらに、スジ状のカブリの発生も低減できることが確認できた。
【００３１】
　以上、本発明の現像装置の実施例のいくつかについて説明したが、本発明は実施例に示した形態に限定されるものではなく、接触帯電と圧接現像の組み合わせであれば現像剤も磁性、非磁性を問わない。また、本発明の現像装置は、広く複写機、プリンタ、ファクシミリ、ディスプレー等に応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の具体的態様における画像形成装置の断面概観図。
【図２】本発明の実施例における現像ローラ抵抗に対するドットサイズ比を表す図。
【図３】本発明の実施例における現像前後の感光体電位を示す図。
【図４】従来の画像形成装置に用いられる現像器の概略図。
【図５】本発明の実施例における現像剤搬送量に対するドットサイズ比を表す図。
【図６】ローラ帯電器の構成例の概略図。
【図７】ブラシ帯電器の構成例の概略図。
【図８】ブラシ帯電器を用いた従来の画像形成装置で形成したハーフトーン画像の概略図。
【図９】従来の画像形成装置における電位均し部材の構成例の概略図。
【符号の説明】
【００３３】
　１…感光体ドラム、４…ブラシ帯電器、５…帯電バイアス印加電源、８…現像装置、９…現像剤、１０…現像ローラ、１１…シャフト、１２…弾性層、１５…現像バイアス印加電源
【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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