(57)【要約】      （修正有）【課題】  低コストで高耐久性を有する帯電装置及びこれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】  帯電ローラ１４の導電性支持体である芯金１０１に設けた帯電部材としての樹脂層１０２の両端部に、感光体の画像領域外に当接させて樹脂層１０２と感光体の画像形成領域との間にギャップを形成するギャップ保持部材１０３を備える帯電装置である。帯電部材である樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３の芯振れの位相を概ね一致させる。ギャップ保持部材１０３はあらかじめ成形しておき、樹脂層１０２を成形した後に樹脂層１０２の両端に圧入や接着等で装着し、芯金１０１に固定する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電部材の両端部に、像担持体の画像領域外に当接させて前記帯電部材と前記像担持体の画像形成領域との間にギャップを形成するギャップ保持部材を備えてなる帯電装置において、前記帯電部材がローラ形状のものであり、該帯電部材と前記ギャップ保持部材の振れの位相を概ね一致させてなることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１の帯電装置において、前記帯電部材がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、前記ギャップ保持部材が絶縁性樹脂材料からなり、かつ該ギャップ保持部材が前記帯電部材より低硬度であることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項１または２の帯電装置において、前記ギャップ保持部材を前記像担持体の画像領域外の感光層に当接可能に配してなることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかの帯電装置を用いる画像形成装置において、前記像担持体が表面に保護層を備えた有機感光体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４の画像形成装置において、前記有機感光体の表面保護層が金属酸化物の微粒子を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項４の画像形成装置において、前記有機感光体の表面保護層が架橋性樹脂を含むことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれかの帯電装置を用いる画像形成装置において、前記像担持体がアモルファスシリコンからなる無機感光体であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項４ないし７のいずれかの画像形成装置において、前記ギャップ保持部材を前記像坦持体に当接させることで形成される画像形成領域における前記ギャップが５〜１００μｍであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項４ないし７のいずれかの画像形成装置において、前記帯電部材に、ピーク間電圧が前記帯電部材と前記像担持体間の放電開始電圧の２倍以上であるＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］と前記像坦持体線速ｖ［ｍｍ／ｓ］とが７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖの関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
少なくとも前記像坦持体と前記帯電装置が、画像形成装置本体から一体で着脱可能なカートリッジ形態に構成されている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、帯電装置及びこれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置の帯電手段としてはスコロトロン等のチャージャ方式の帯電装置が主流であったが、オゾン等の放電生成物が大量に発生するという問題があり、近年ではローラやブラシ等の接触あるいは近接帯電装置が広く使用されるようになった。このような接触あるいは近接帯電装置では、経時でのトナー等の汚れによる帯電ムラの発生が帯電装置の寿命を決定する大きな要因であった。
【０００３】
そこで、帯電ローラの汚れを低減するために帯電ローラの端部にフィルムを取り付けて、感光体と帯電ローラの間に微少なギャップを形成する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。また帯電ローラの材質としてはゴムやスポンジ等の弾性部材を用いるのが一般的であったが、樹脂材料を用いる方法も提案されている（例えば特許文献２参照）。またさらには、有機感光体の耐摩耗性や機械的強度を向上させるために、無機物の微粒子を分散させる方法（例えば特許文献３参照）、あるいはシロキサン系の架橋性樹脂を使用する方法（例えば特許文献４参照）等のように、表面に保護層を形成する方法が提案されている。
【０００４】
しかし、帯電部材がゴムの場合、切削加工で高精度に加工することが難しく、また熱膨張が大きいために環境によりギャップが変動しやすいという問題があった。一方、樹脂製の帯電部材は高硬度で切削加工が容易であるため高精度に加工しやすい利点があるが、高硬度であるが故に、ギャップ保持部材としてフィルム状の部材を使用した場合には経時でフィルム状部材が摩耗したり、フィルムの端部からはみ出した接着剤にトナーが固着してしまう等の不具合があった。また感光体として有機感光体を使用した場合にはフィルム状部材の当接部で感光体が損傷することもあった。
【０００５】
そこで、帯電部材の端部にコロを取り付け、帯電部材と像担持体間にギャップを形成する方式が提案されている（例えば特許文献５、６参照）。すなわち、ギャップ保持部材を画像領域外の非塗工部に当接させて感光層が劣化しないようにしている。
【特許文献１】特開２００１−１９４８６８号公報
【特許文献２】特開２００１−３３７５１５号公報
【特許文献３】特開平８−３３９０９２号公報
【特許文献４】特開２０００−２７５８７７号公報
【特許文献５】特開２００１−３１２１２１号公報
【特許文献６】特開２０００−２０６８０５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、帯電部材端部から感光体の非塗工部への帯電バイアスのリークを防止するために、帯電部材とギャップ保持部材との間にリークが発生しない十分な距離を確保する必要があり、そのため、感光体素管を長くする必要が生じ、装置全体が大型化することにつながっていた。
【０００７】
そこで本発明は、上述のような状況をふまえ、低コストで高耐久性を有する帯電装置と、それを用いた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】
本発明の請求項１に係る帯電装置は、帯電部材の両端部に、像担持体の画像領域外に当接させて前記帯電部材と前記像担持体の画像形成領域との間にギャップを形成するギャップ保持部材を備えてなる帯電装置において、前記帯電部材がローラ形状のものであり、該帯電部材と前記ギャップ保持部材の振れの位相を概ね一致させてなることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係るものは、請求項１の帯電装置において、前記帯電部材がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、前記ギャップ保持部材が絶縁性樹脂材料からなり、かつ該ギャップ保持部材が前記帯電部材より低硬度であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係るものは、請求項１または２の帯電装置において、前記ギャップ保持部材を前記像担持体の画像領域外の感光層に当接可能に配してなることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係る画像形成装置は、請求項１ないし３のいずれかの帯電装置を用いる画像形成装置であって、前記像担持体が表面に保護層を備えた有機感光体であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係るものは、請求項４の画像形成装置において、前記有機感光体の表面保護層が金属酸化物の微粒子を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係るものは、請求項４の画像形成装置において、前記有機感光体の表面保護層が架橋性樹脂を含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係るものは、請求項１ないし３のいずれかの帯電装置を用いる画像形成装置において、前記像担持体がアモルファスシリコンからなる無機感光体であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係るものは、請求項４ないし７のいずれかの画像形成装置において、前記ギャップ保持部材を前記像坦持体に当接させることで形成される画像形成領域における前記ギャップが５〜１００μｍであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係るものは、請求項４ないし７のいずれかの画像形成装置において、前記帯電部材に、ピーク間電圧が前記帯電部材と前記像担持体間の放電開始電圧の２倍以上であるＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］と前記像坦持体線速ｖ［ｍｍ／ｓ］とが７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖの関係を満たすことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に係るものは、少なくとも前記像坦持体と前記帯電装置が、画像形成装置本体から一体で着脱可能なカートリッジ形態に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る帯電装置及びこれを用いた画像形成装置は、低コストで高耐久性を有するものとなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図に示す実施例を参照して説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概念的断面図で、本発明をフルカラープリンタに適用した例を示すものである。装置本体１内には、４個の像担持体ユニットである感光体ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄを、装置本体１に対してそれぞれ着脱可能に装着して作像部を構成してある。感光体ユニット２Ａ〜２Ｄは、それぞれ感光体５を備えている。感光体ユニット２Ａ〜２Ｄは、同一の構成をしたユニットであり、感光体ユニット２Ａはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｂはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｃはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｄはブラック色に対応する画像を形成する。
【００２１】
装置本体１の略中央には、転写ベルト３を複数のローラ間に図中の矢印Ａ方向へ回動可能に装着して構成した転写ユニットが配置してある。この転写ベルト３の内側には、４つの転写ブラシ５７が４個の感光体５に対応してそれぞれ対応させて設けてある。また転写ベルト３の上側の面には各感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの感光体５が接触するように配置してある。
【００２２】
感光体ユニット２Ａ〜２Ｄに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置１０Ａ〜１０Ｄを配置してある。現像装置１０Ａ〜１０Ｄは、構成が全て同一のものであり、それらは使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置である。例えば、現像装置１０Ａはマゼンタ色のトナーを使用し、現像装置１０Ｂはシアン色のトナーを使用し、現像装置１０Ｃはイエロー色のトナーを使用し、現像装置１０Ｄはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像装置１０Ａ〜１０Ｄ内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容してある。これら現像装置１０Ａ〜１０は感光体５に対向した現像ローラ、現像剤を搬送、撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等を備える構成となっている。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成してある。またこの現像装置１０Ａ〜１０Ｄでは、トナー濃度センサの出力に応じてトナー補給装置からトナーが補給されるようになっている。
【００２３】
使用するトナーは、結着樹脂、着色剤、電荷制御剤を主成分とし、必要に応じて他の添加剤を加えて構成してある。結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル等を用いることができる。トナーに使用する着色材（例えばイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）としては、トナー用として公知のものが使用できる。このような着色材の量は、例えば結着樹脂１００重量部に対して０．１から１５重量部が適当である。電荷制御剤としては、例えばニグロシン染料、含クロム錯体、第４級アンモニウム塩等を用い、これらをトナー粒子の極性により使い分ける。荷電制御剤量は、例えば結着樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部とする。
【００２４】
トナー粒子には流動性付与剤を添加しておくのが有利である。流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子等を用い得る。これら流動性付与剤の粒径は０．０１〜３μｍの範囲のものを使用するとよい。またこれら流動性付与剤の添加量は、トナー粒子１００重量部に対して０．１〜７．０重量部の範囲が好ましい。
【００２５】
本発明に係る二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知の方法、またはそれらを組み合わせた方法により製造すればよい。例えば混練粉砕法では、結着樹脂とカーボンブラックなどの着色材及び必要とする添加剤を乾式混合し、エクストルーダーまたは二本ロール、三本ロール等にて加熱溶融混練し、冷却固化後、ジェットミルなどの粉砕機にて粉砕し、気流分級機により分級してトナーを得る。また懸濁重合法や非水分散重合法により、モノマーと着色材、添加剤から直接トナーを製造することも可能である。
【００２６】
キャリアには、芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものを一般に使用する。本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイト等の磁性体である。この芯物質の粒径は２０〜６０μｍ程度が適当である。キャリア被覆層形成に使用する材料としては、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルケトン等がある。被覆層の形成法としては、従来と同様にキャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
【００２７】
また本プリンタは、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの上方には書込みユニット６を、転写ベルトの下方には両面ユニット７をそれぞれ配置してあり、装置本体１の左方に、画像形成後の転写紙Ｐを反転させて排出したり、両面ユニット７へ搬送したりする反転ユニット８を装着してある。
【００２８】
書込みユニット６は、各色毎に用意したレーザダイオード（ＬＤ）方式の４つの光源と、６面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成する１組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置したｆθレンズ、長尺ＷＴＬ等のレンズやミラーから構成してある。レーザダイオードから射出したレーザ光は、ポリゴンスキャナにより偏向走査して感光体上に照射する。
【００２９】
両面ユニット７は、対をなす搬送ガイド板４５ａ、４５ｂと、対をなす複数（この例では４組）の搬送ローラ４６とからなり、転写紙Ｐの両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像を形成されて反転ユニット８の反転搬送路５４に搬送され、スイッチバック搬送された転写紙Ｐを受入れ、それを後述する給紙部に向けて搬送する。
【００３０】
また反転ユニット８は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラ５４ａと、対をなす複数の搬送ガイド板５４ｂとからなり、上述したように両面画像形成する際の転写紙Ｐを表裏反転させて両面ユニット７へ搬出したり、画像形成後の転写紙Ｐをそのままの向きで機外に排出したり、表裏を反転させて機外に排出したりする働きをする。
【００３１】
給紙カセット１１、１２を備える給紙部には、転写紙Ｐを１枚ずつ分離して給紙する分離給紙部５５、５６が、それぞれ設けてある。
【００３２】
転写ベルト３と反転ユニット８との間には、画像を転写された転写紙Ｐの画像を定着する定着装置９が設けてある。この定着装置９の転写紙搬送方向下流側では、反転排紙路２０を分岐形成し、そこに搬送した転写紙Ｐを排紙ローラ対２５により排紙トレイ２６上に排出可能にしてある。また、装置本体１の下部には、上下２段にサイズの異なる転写紙Ｐを収納可能な給紙カセット１１、１２を、それぞれ配設してある。さらに、装置本体１の右側面には、手差しトレイ１３を矢示Ｂ方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ１３を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようになっている。
【００３３】
図２は感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの拡大断面図である。感光体ユニット２Ａ〜２Ｄは、図示のように帯電ローラ１４と、静電潜像が形成される感光体５と、感光体５の表面をクリーニングするブラシローラ１５及びクリーニングブレード４７を備えて構成してある。また帯電ローラ１４には、その表面をクリーニングするためのクリーニングローラ４９が当接している。クリーニングブレード４７により掻き落としたトナーは、ブラシローラ１５でトナー搬送オーガ４８側に移動させ、トナー搬送オーガ４８を回転させることにより回収した廃トナーを、図１に示した廃トナー収納部１８に搬送するようになっている。本例の装置では、感光体５の径は例えばφ３０ｍｍであり、各感光体５はそれぞれ図中の矢印Ｃ方向に１２５ｍｍ／秒で回転するものとし、ブラシローラ１５は感光体５の回転に同期して図中の時計方向に回転する。
【００３４】
なお、この感光体ユニット２Ａ〜２Ｄには、それを装置本体１に対して着脱する際の基準として、位置決め主基準部５１を設けると共に、手前側位置決め従基準部５２と奥側位置決め従基準部５３とをブラケット５０にそれぞれ一体に設け、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄを装置本体１に装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄを所定の装着位置に確実に位置決めできるようにしてある。
【００３５】
すなわち感光体５と帯電ローラ１４を一つのユニット内に配置しているので、ユニット内で感光体５と帯電ローラ１４の位置が決まる構成とし、ユニット全体を交換することで、後述するギャップの調整を行う必要がなく、ユーザでも交換が容易となるようにしてある。なお、感光体５と帯電ローラ１４とクリーニングブレード４７等が一体となったユニットとしてあるが、クリーニングブレード４７等は別のユニット構成としても良いし、さらには現像装置１０Ａ〜１０Ｄも一体のユニットとすることができる。
【００３６】
感光体５は、例えば導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とを積層形成して構成する。導電性支持体は、例えば体積抵抗１０４Ωｃｍ以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの等を用いる。下引き層は、一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤を用いて塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂、共重合ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、アルキッド−メラミン、エポキシ等の三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。この下引き層は、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、０〜５μｍが適当である。
【００３７】
電荷発生層は、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料等がある。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行えばよい。電荷発生層の膜厚は、通常は０．０１〜５μｍである。
【００３８】
電荷輸送層は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等の適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン、１，３，７−トリニトロジベンゾチオフェン−５，５−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。電荷輸送材料と共に電荷輸送層に使用するバインダー樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル、エポキシ、メラミン、フェノール等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層の厚さは、５〜３０μｍの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。
【００３９】
また本発明では、感光体５の表面に感光層の保護及び耐久性の向上を目的に保護層を形成することができる。保護層の構成としては、バインダー樹脂にフィラーを分散させることで機械的耐久性を向上させたものを用いることができる。保護層に添加するフィラーの量は、バインダー樹脂１００重量部に対して１０〜７０重量部、好ましくは２０〜５０重量部とする。フィラーの量が１０重量部未満では摩耗が大きく、耐久性に劣り、７０重量部を越えると感度低下や残留電位上昇が無視できなくなるので望ましくない。保護層に添加するフィラーとしては、酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を用いることができる。フィラーの粒径が大きすぎる場合には露光光が保護層で散乱されるため、解像力が低下し画像品質が劣る。また、フィラーの粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。したがって保護層に添加するフィラーの粒径としては０．１〜０．８μｍが適当である。保護層はフィラーとバインダー樹脂を適当な溶媒を用いて分散し、分散液をスプレーコートにより塗布することにより形成できる。保護層に用いるバインダー樹脂、溶媒としては電荷輸送層と同様の材料を使用することができ、バインダー樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル、エポキシ、メラミン、フェノール等の熱可塑性または熱硬化性樹脂があり、溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等を用いることができる。耐久性を向上させるとともに、感光層の静電特性を損なわないために、保護層の膜厚としては３〜１０μｍが望ましい。さらに保護層には、電荷輸送材料や、酸化防止剤等を添加することもできる。有機感光体の保護層としては前記のフィラーを分散させたタイプだけではなく、前記特許文献４のように架橋性樹脂によるタイプでも同様に機械的強度を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明で使用する感光体は有機感光体に限定されるものではなく、アモルファスシリコン感光体のような無機感光体にも適用することができる。従来の無機感光体のなかにはヒ素やセレンのような有害物質を含むものもあったが、アモルファスシリコン感光体は無公害であり、なおかつ非常に高い機械的強度を得ることができる。
【００４１】
次に本実施例のフルカラープリンタの画像形成時の動作を説明する。まずフルカラーの画像データを受け取ると、各感光体５が図１中で時計回り方向にそれぞれ回転し、各感光体５の表面を帯電ローラ１４により一様に帯電させる。そして、感光体ユニット２Ａの感光体５には、書込みユニット６によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット２Ｂの感光体５にはシアンの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット２Ｃの感光体５にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに感光体ユニット２Ｄの感光体５にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、感光体５が回転することにより現像装置１０Ａ〜１０Ｄの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーによりそれぞれ現像されて４色のトナー像となる。
【００４２】
一方、給紙カセット１１、１２から転写紙Ｐを分離給紙部５５、５６により給紙し、転写ベルト３の直前に設けてあるレジストローラ対５９により、各感光体５上に形成されたトナー像と一致するタイミングで搬送する。転写紙Ｐは、転写ベルト３の入口付近に配設してある紙吸着ローラ５８によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト３の表面に静電的に吸着され、転写ベルト３に吸着された状態で搬送される。この転写紙Ｐに、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が順次転写されていき、４色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。
【００４３】
画像の転写を受けた転写紙Ｐに、定着装置９で熱と圧力を加えることによりトナー像を溶融定着させる。転写紙Ｐは、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通して、装置本体１の上部の排紙トレイ２６に反転排紙したり、定着装置９から直進させて反転ユニット８内を通してストレート排紙したり、あるいは両面画像形成モードが選択されているときには、前述した反転ユニット８内の反転搬送路に送り込んだ後にスイッチバックさせて両面ユニット７に搬送し、そこから再給紙して感光体ユニット２Ａ〜２Ｄで裏面に画像を形成した後に排出する。以後、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスを繰り返す。
【００４４】
次に白黒画像形成時の動作を説明する。本例のフルカラープリンタが白黒の画像データを受け取ると、紙吸着ローラ５８に対向して転写ベルト３を支持している従動ローラが図中下方へ移動し、転写ベルト３がマゼンタ、シアン、イエローの感光体５から離間する。そして感光体ユニット２Ｄの感光体５が図１中で時計回り方向に回転し、帯電ローラ１４がこの感光体５の表面を一様に帯電させる。さらに感光体ユニット２Ｄの感光体５にはブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像装置１０Ｄの位置に達すると、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。この際、ブラック以外の３色の感光体ユニット２Ａ〜２Ｃは停止しており、不要な消耗が防止される。
【００４５】
一方、給紙カセット１１、１２から転写紙Ｐが分離給紙部５５、５６により給紙され、それが転写ベルト３の直前に設けてあるレジストローラ対５９により、感光体ユニット２Ｄの感光体５上に形成されたトナー像と一致するタイミングで搬送する。転写紙Ｐは、転写ベルト３の入口付近に配設してある紙吸着ローラ５８によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト３の表面に静電的に吸着され、転写ベルト３に吸着された状態で搬送される。このため、転写ベルト３がマゼンタ、シアン、イエローの感光体５から離間していてもブラックの感光体５まで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。
【００４６】
転写紙Ｐを安定して静電吸着搬送するために、転写ベルト３は少なくとも表層を高抵抗の材料で構成する必要がある。そして転写紙Ｐは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置９で画像の定着を受け、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以後、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
【００４７】
なお転写ベルト３の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型して使用することができる。これらの材料は、そのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
【００４８】
図３は、帯電ローラ１４の断面図を示す。帯電ローラ１４は、導電性支持体である芯金１０１と、帯電部材としての樹脂層１０２と、ギャップ保持部材１０３から構成してある。
【００４９】
芯金１０１にはステンレス等の金属を用いる。芯金１０１が細すぎると帯電部材としての樹脂層１０２の切削加工時や、感光体５に加圧されたときのたわみの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい。また、芯金１０１が太すぎる場合には帯電ローラ１４としては大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金１０１の直径としては、例えば６〜１０ｍｍ程度が望ましい。
【００５０】
帯電ローラ１４の樹脂層１０２は、例えば１０４〜１０９Ωｃｍの体積抵抗を持つ材料が好ましい。抵抗が低すぎると感光体５にピンホール等の欠陥があった場合に帯電バイアスのリークが発生しやすく、抵抗が高すぎると放電が十分に発生せず、均一な帯電電位を得ることができない。そこで、樹脂層１０２の基材となる樹脂に導電性材料を配合することで所望の体積抵抗を得るようにするとよい。基材樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。これらの基材樹脂は、成形性が良いので容易に成形加工することができる。導電性材料としては四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物のようなイオン導電性材料が好ましい。四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンの例としては、四級アンモニウム塩基を有するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソプレン、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−メチルアクリレート共重合体、エチレン−酢酸サンビニル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ヘキセン共重合体等のポリオレフィンである。本実施例においては、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンについて例示したが、本発明の目的に反しない限り、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィン以外の高分子化合物であってもかまわない。
【００５１】
イオン導電性材料は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより、基材樹脂に均一に配合できる。配合させた材料を芯金１０１上に射出成形あるいは押出成形することにより、容易にローラ形状に成型することができる。イオン導電性材料と基材樹脂の配合量は、基材樹脂１００重量部に対してイオン導電性材料３０〜８０重量部が望ましい。帯電ローラ１４の樹脂層の厚さとしては、例えば０．５〜３ｍｍが望ましい。樹脂層１０２が薄すぎると成型が困難である上に強度の面でも問題がある。樹脂層１０２が厚すぎると帯電ローラ１４として大型化するうえに、樹脂層１０２の実際の抵抗が大きくなるため帯電効率が低下する。
【００５２】
樹脂層１０２を成形した後、あらかじめ成形しておいたギャップ保持部材１０３を樹脂層１０２の両端に圧入や接着、あるいはその両方を併用して装着し、芯金１０１に固定する。このようにして、帯電部材である樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３を一体化してから、切削や研削等の加工を行って帯電ローラ１４としての外径を整えることで帯電部材である樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３の振れの位相を揃えることができ、ギャップ保持部材１０３が感光体５との間に形成する帯電ギャップの変動を低減することができる。
【００５３】
これに対して、樹脂層１０２の外径を整えた後に別に外径を整えたギャップ保持部材１０３を取り付けると、樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３の振れの位相がずれる場合があり、ギャップ変動が大きくなってしまう。１００μｍ以下の微小なギャップを維持するためには、このような振れの位相も無視することができない。
【００５４】
図４、図５は帯電ローラ１４の芯金１０１と帯電部材である樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３の外径の関係を示した端面図である。図４に示すように、樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３の芯金１０１に対する芯振れの位相が揃っている場合には、帯電ローラの回転に伴うギャップ変動が小さいのに対し、図５のように帯電部材とギャップ保持部材１０３の芯金１０１に対する振れの位相がずれている場合には帯電ローラ１４の回転に伴い帯電ギャップが大きく変動してしまう。
【００５５】
なお帯電部材である樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３を一体化させる方法としては圧入や接着だけに限らず、二色成形により芯金１０２に帯電部材とギャップ保持部材１０３の２種類の樹脂を成型することもできる。
【００５６】
またギャップ保持部材１０３の材質としては帯電部材である樹脂層１０２の基材と同様に、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。ただし、感光体５の感光層にギャップ保持部材１０３を当接させる場合には、感光層が損傷するのを防止するために、帯電部材より硬度の低いグレードを用いることが望ましい。また、摺動性に優れ、感光層に損傷を与えにくい樹脂材料として、ポリアセタール、エチレン−エチルアクリレート共重合体、ポリフッ化ビニリデン、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共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の樹脂を用いることもできる。また、樹脂層１０２やギャップ保持部材１０３にはコーティング等により、トナー等が付着しにくい表層を数１０μｍ程度の厚さで形成することもできる。
【００５７】
ギャップ保持部材１０３を感光体５の画像領域外に付き当てることで、帯電ローラ１４の樹脂層１０２と感光体５との間にはギャップが形成される。帯電ローラ１４は芯金１０１の端部に取り付けるギヤ（図示せず）が感光体５のフランジに形成するギヤ（図示せず）とかみ合っており、感光体５の駆動モータにより感光体５が回転すると、帯電ローラ１４も感光体５とほぼ等しい線速で連れ回り方向に回転する。樹脂層１０２と感光体５が接触することがないので、帯電ローラ１４として硬い樹脂材料と有機感光体を使用した場合でも画像領域の感光層に傷が付いたりすることはない。また、ギャップが広がりすぎると異常放電が発生して均一に帯電できなくなるため、最大ギャップは１００μｍ以下に抑える必要がある。そのため、感光体５、帯電ローラ１４とも高精度が必要であり、真直度を２０μｍ以下にすることが望ましい。
【００５８】
なお既述の従来例のように、ギャップ保持部材を感光体素管に当接させる場合には、帯電部材の端部から感光体素管へ帯電バイアスがリークするのを防止するために、図６に示すように、樹脂層１０２の外側まで感光層１０４を塗工する必要があり、ギャップ保持部材１０３を素管１０５に当接させるためには、感光層のさらに外側の素管露出部に当接させなければならない。そのため、感光体素管を長くする必要があり、装置の大型化につながっていた。それに対して、本発明では感光層に損傷を与えにくいギャップ保持部材を使用したり、感光層表面に保護層を設けて機械的強度に優れた感光体を使用することで、ギャップ保持部材を感光層に当接させることを可能とした。したがって、図７に示すように、帯電部材である樹脂層１０２とギャップ保持部材１０３を隣接して配置することができるので、感光体素管を長くする必要がなく、装置が大型化するのを防止できる。
【００５９】
なお本例ではギャップ保持部材１０３を感光体素管ではなく感光層に当接させ得るので、ギャップ保持部材１０３が中または低抵抗の材質であっても使用可能ではあるが、不必要な放電を防止したり、ギャップ保持部材１０３の表面にトナー等が静電的に付着するのを防止するためには、ギャップ保持部材１０３は高抵抗の材質とすることが望ましい。
【００６０】
このように帯電ローラ１４と感光体５の間にギャップを形成した場合、感光体５と帯電ローラ１４の回転に伴いギャップは一定範囲の中で常に変動する。このような状況下で感光体５を均一に帯電するには、帯電部材である樹脂層１０２に印加する帯電バイアスに、ＤＣ電圧に加え樹脂層１０２と像担持体である感光体５間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有するＡＣバイアスを重畳することが有効である。ここで、印加するＡＣバイアスの周波数が低いとストライプ状の帯電ムラが目立つため、少なくとも感光体５の線速ｖ［ｍｍ／秒］の７倍以上の周波数ｆ［Ｈｚ］に設定することが望ましい。また、印加するＡＣバイアスの周波数が高すぎる場合には過剰な放電が発生し、感光体５の摩耗量を増大させたり、感光体５にトナーやトナー外添剤のフィルミングが発生しやすくなるため、感光体５の線速ｖ［ｍｍ／秒］の１２倍以下の周波数ｆ［Ｈｚ］に設定することが望ましい。
【００６１】
上述のような帯電ローラ１４をクリーニングする部材として、帯電ローラ１４の上方にクリーニングブラシを配置してもよい。このクリーニングブラシは、例えば直径６ｍｍの芯金に毛足１ｍｍの絶縁性繊維を静電植毛してあるものとすることができる。クリーニングブラシは自重のみで帯電ローラ１４に回動自由に当接し、帯電ローラ１４の回転に伴って連れまわり方向に回転しながら、帯電ローラ１４の表面を清掃することになる。スプリング等の加圧手段を使用せずに自重のみで当接させれば、芯金の径が細くてもたわみは問題とならない。ここで、クリーニングブラシの長さをギャップ保持部材１０３を含む帯電ローラ１４の長さより長くすることで、ギャップ保持部材１０３の表面も同時にクリーニングすることができる。画像領域とギャップ保持部材１０３の被覆部では帯電ローラ１４の外径に差はあるが、わずかに数十μｍ程度で、最大でも１００μｍ以下であり、クリーニングブラシの毛足の長さに比べ十分小さいので、画像領域のクリーニング性が低下するようなことはない。
【００６２】
すなわち、帯電部材の両端部に、像担持体の画像領域外に当接させて帯電部材と像担持体の画像形成領域との間にギャップを形成するギャップ保持部材を備える帯電装置において、帯電部材がローラ形状のものであり、帯電部材とギャップ保持部材の振れの位相を概ね一致さることにより、帯電ローラの回転に伴う帯電部材と像担持体間のギャップ変動を低減することができ、ローラ形状とすることで帯電部材表面の清掃が容易となり、帯電部材とギャップ保持部材の振れの位相を概ね一致させることで帯電部材の回転に伴う帯電部材と像担持体間のギャップ変動を低減することができる。
【００６３】
また帯電部材がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、ギャップ保持部材が絶縁性樹脂材料からなり、かつギャップ保持部材が帯電部材より低硬度であるようにすることで、帯電装置を高精度に一体で加工することを容易にし、またギャップ保持部材を絶縁性とすることで放電が防止できるのでギャップ保持部材の表面がトナー等で汚れにくくするとともに、ギャップ保持部材を低硬度とすることで当接位置で像担持体の劣化を防止できる。
【００６４】
ギャップ保持部材を前記像担持体の画像領域外の感光層に当接可能に配し、帯電部材とギャップ保持部材と隣接して配置可能とすることで、像担持体の長さを大きくする必要がなくなり、装置が大型化するのを防止できる。
【００６５】
像担持体が表面に保護層を備えた有機感光体とすることで、感光体表面に機械的強度に優れた保護層を備えるようにして、有機感光体の感光層にギャップ保持部材を当接させても感光層の劣化がより起こりにくくなる。また有機感光体の表面保護層が金属酸化物の微粒子を含むようにすれば、感光層の機械的強度を向上させ得る。
【００６６】
有機感光体の表面保護層が架橋性樹脂を含むようにすることで、感光層の機械的強度を向上させ得る。
【００６７】
像担持体をアモルファスシリコンからなる無機感光体からなるものとすれば、アモルファスシリコン感光体は機械的強度に非常に優れるのでギャップ保持部材を当接させても感光体が劣化することがなく、無機感光体であっても有害物質を含まず無公害である。
【００６８】
ギャップ保持部材を像坦持体に当接させることで形成される画像形成領域におけるギャップが５〜１００μｍとなるように設定することで、像担持体と帯電部材との間にギャップを形成して帯電部材を汚れにくくするとともに、ギャップが広すぎることによる異常放電の発生を防止できる。
【００６９】
帯電部材に、ピーク間電圧が前記帯電部材と前記像担持体間の放電開始電圧の２倍以上であるＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］と前記像坦持体線速ｖ［ｍｍ／ｓ］とが７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖの関係を満たすようにすれば、帯電ローラの回転に伴って像担持体と帯電部材のギャップが変動しても、帯電電位を一定にすることができる。
【００７０】
さらに、少なくとも像坦持体と帯電装置を、画像形成装置本体から一体で着脱可能なカートリッジ形態に構成すれば、高いギャップ精度を必要とする帯電方式であっても交換が容易であり、調整が不要となるのでユーザでも容易に交換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す概念的断面図
【図２】感光体ユニットの拡大断面図
【図３】帯電ローラの断面図
【図４】帯電ローラの芯金と帯電部材である樹脂層とギャップ保持部材の外径の関係を示した端面図
【図５】帯電ローラの芯金と帯電部材である樹脂層とギャップ保持部材の外径の関係を示した端面図
【図６】帯電ローラと感光体の関係を示した平面図
【図７】帯電ローラと感光体の関係を示した平面図
【符号の説明】
【００７２】
１：装置本体
２Ａ〜２Ｄ：感光体ユニット
３：転写ベルト
５：感光体
６：書込みユニット
７：両面ユニット
８：反転ユニット
９：定着装置
１０Ａ〜１０Ｄ：現像装置
１１、１２：給紙カセット
１３：手差しトレイ
１４：帯電ローラ
１５：ブラシローラ
１８：廃トナー収納部
２０：反転排紙路
２５：排紙ローラ対
２６：排紙トレイ
４７：クリーニングブレード
４８：トナー搬送オーガ
４９：クリーニングローラ
５０：ブラケット
５１：位置決め主基準部
５２：手前側位置決め従基準部
５３：奥側位置決め従基準部
１０１：帯電ローラの芯金
１０２：同樹脂層
１０３：ギャップ保持部材
１０４：感光体の感光層
１０５：同素管
Ｐ：転写紙
【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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