(57)【要約】【課題】  感光体の静電容量変動に対応して、適切な電圧を感光体に印加できる画像形成装置を提供する。【解決手段】  感光体２０に対して非接触に帯電ローラ１１を配置した電子写真方式の画像形成装置において、表面にフィラーを分散させた保護層５を有する感光体２０を用いる。【選択図】  図１
2005266141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体に対して非接触に帯電ローラを配置した電子写真方式の画像形成装置において、前記感光体は、感光層の表面にフィラーを分散させた保護層を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
帯電ローラに流れる帯電ＡＣ電流の目標値を人的な操作により設定可能であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
帯電ローラまたは感光体が交換されたときに帯電ＡＣ電流の目標値を人的な操作により変えた数値から初期設定値に戻したのち、帯電ローラに印加する電圧の制御を実施することを特徴とする請求項２に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、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に感光体に対して非接触に帯電ローラを配置した非接触帯電方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成プロセスにおいては、感光体の表面を予め一様に帯電した状態でレーザ光などの画像光を照射して静電潜像を形成し、この静電潜像をトナーによって現像することによって得たトナー像を記録紙上に転写、定着することによって画像形成を行う。帯電方式としては、コロナ放電器や帯電ローラを用いた非接触帯電方式の他に、帯電ローラを用いた接触帯電方式が知られている。
従来の接触帯電方式の場合、感光体の膜厚変動や、周辺の環境変動により必要な印加電圧が変わることが知られている。感光体の膜厚が変動すると感光体の静電容量が変化するため、一定の帯電量を得るために必要な電圧が変化する。また、温度、湿度、その他の環境条件が変動すると主に帯電ローラの抵抗が変化し、電流が流れた時にローラ層での電圧降下分が変わるため、ローラ表面の電圧が変わり、感光体に対しての放電量が変化する。
これに対して図３に示すように、軸方向両端部にスペーサを備えた帯電ローラ１１を感光体１０に突き当てて、帯電領域では帯電ローラ１１と感光体１０を非接触で配置する非接触帯電方式では、帯電ローラ１１と感光体１０間の空隙長（ギャップ）がその帯電ローラ１１と感光体１０の組み合わせによって異なる。また、環境の変動によってもギャップが変化することが知られている。このギャップが変動すると空気の静電容量が変化するため、非接触の帯電ではその容量変化にも対応する必要がある。
つまり、図４にあるような回路を想定すると、接触帯電方式では(1)環境変動によるローラ抵抗Ｒと、(2)経時変動である感光体の静電容量Ｃｏｐｃ、の２つの変化に対応する必要があるのに対して、非接触帯電方式では(1)環境変動による帯電ローラのローラ抵抗Ｒ、(2)空気の静電容量Ｃｇａｐ、(3)経時変動である感光体の静電容量Ｃｏｐｃ、の３つの変化に対応する必要がある。
しかもこのうちのＣｇａｐは感光体１０と帯電ローラ１１の組み合わせというメカ的な要因とローラ層の外径変動という環境要因の２つによって引き起こされる。さらに感光体１０が磨耗する時に帯電ローラ１１と感光体１０の突き当て部と非接触部では感光体１０の磨耗速度に若干差が出るため、これによってもＣｇａｐは変動する。
本出願人の先願に係る特許文献１記載の技術では、この非接触帯電装置で対応するべき３つの変動因子のうち、メカ的な要因と環境によって決まる、抵抗ＲとギャップＣｇａｐの変動に対応することができていた。
【特許文献１】特開２００２−１０８０５９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、これだけでは経時的な感光体の膜厚変動によるＣｏｐｃ、Ｃｇａｐについては何ら対応できていなかった。そのため感光体が磨耗すると帯電制御がうまくいかなくなり、異常画像が発生した。
本発明は、感光体の静電容量変動に対応して、適切な電圧を感光体に印加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】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、感光体に対して非接触に帯電ローラを配置した電子写真方式の画像形成装置において、表面にフィラーを分散させた保護層を有する感光体を用いる画像形成装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明は、帯電ローラに流れる帯電ＡＣ電流の目標値をサービスマンまたはユーザーが設定可能である請求項１に記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明は、帯電ローラまたは感光体が交換されたときに帯電ＡＣ電流の目標値をサービスマンまたはユーザーが変えた数値から初期設定値に戻したのち、帯電ローラに印加する電圧の制御を実施する請求項２に記載の画像形成装置を主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、感光体に対して非接触に帯電ローラを配置した電子写真方式の画像形成装置において、表面にフィラーを分散させた保護層を有する感光体を用いることで、所期の目的を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
上述したように、非接触帯電方式の場合、直流電圧を印加して電流が変動したとしても、ギャップのメカ的な変動による電流変動が大きい。例えば接触帯電方式の場合は、直流電圧−１０００Ｖを印加した時に、初期的には２０μＡ程度流れるのに対して経時では４０μＡ程度流れる。この差を検知するのであるが、それぞれのばらつきはそれほど大きくない。
一方、非接触帯電方式の場合はギャップの変動があるために、直流電圧−１０００Ｖを印加した時に初期２０μＡ±５μＡ、経時で−４０μＡ±８μＡ程度流れた。平均的には差として検知できるのだが、それぞれのばらつきが非常に大きい。つまりこの電流検出を行っている間、感光体の帯電電位は大きく変動しているため、実際の機械では大量の地汚れやキャリア付着（二成分現像剤を構成する鉄粉等からなるキャリア）が発生する。
そのため、従来から接触帯電方式で知られている電流検知方法を非接触帯電方式ではそのまま利用することができなかった。さらに、経時でのギャップ変動による影響もあるため、この電流検知方法での電流平均の差がすべて感光体の膜厚変動分とはいえないため、実施できたとしても印加する適正電圧を決定するのは難しい。
そこで、本発明においては、膜厚変動の少ない感光体を使用することを提案する。
【０００７】
図１は本発明の画像形成装置に用いる積層型電子写真感光体の概略構成図である。感光体２０は、導電性支持体１上に、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層３と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層４と、表層としての保護層５を順次積層した構成を備えている。電荷発生層と電荷輸送層４は、感光層２を構成している。
導電性支持体１は、体積抵抗１０１０Ωｃｍ以下の導電性を示す材料、例えばアルミニウム、ステンレス等の金属を管状に加工したもの、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、またはフィルム状または円筒状のプラスチックにニッケル等の金属、酸化スズ等の金属酸化物を蒸着またはスパッタリングにより被覆したもの等を用い得る。
電荷発生層３は、電荷発生材料を主成分とする層であり、電荷発生材料には無機または有機材料を用いる。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、セレン、セレン−テルル合金、セレン−ヒ素合金、アモルファス・シリコン等が挙げられる。
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共に、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ボールミル等により分散し、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う。電荷発生層３の膜厚は、通常は０．０１〜５μｍ、好ましくは０．１〜２μｍとする。
電荷輸送層４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媒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。また、必要により可塑剤やレベリング剤等を添加することもできる。
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。
また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。
電荷輸送材料として高分子電荷輸送材料を用いる場合、適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥して電荷輸送層を形成してもよい。高分子電荷輸送材料は、前記低分子電荷輸送材料に電荷輸送性置換基を主鎖または側鎖に有した材料であればよい。
電荷輸送材料と共に電荷輸送層４に使用するバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、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、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性または熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層４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。
【０００８】
本実施形態用の積層型電子写真感光体２０には、導電性支持体１と感光層２との間に下引き層を形成することができる。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溶剤を用いて感光層２を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樹脂等の水溶性樹脂、共重合ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、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、前記感光層２と同様に、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。
本実施形態の積層型電子写真感光体２０には、既述のように、表層として感光層２の保護及び耐久性の向上を図るために、金属あるいは金属酸化物からなるフィラーを含有する保護層５を感光層２上に形成する。保護層５は、添加するフィラーの量を重量基準で通常は１０〜４０％、好ましくは２０〜３０％とするものである。
この場合、フィラーの量が１０％未満では摩耗が大きくて耐久性に劣り、４０％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。この要求を満足するために、保護層５の任意断面におけるフィラー含有量は、その平面内での面積占有率として２〜６％とすることが望ましい。
この感光体２０では耐磨耗性に優れた保護層５を有することにより耐磨耗性が向上するため、通常保護層なしの感光体に比べて１／５〜１／１０に磨耗量を抑制できる。ただし、感光体２０の光特性に影響を与えないために保護層５の膜厚は〜約５μｍ程度にすることが望ましく、その保護層５がすべて磨耗してしまうと保護層５の無くなった部分で磨耗が５〜１０倍の速度で進み画像形成が不安定になるため、感光体２０が寿命に達してしまう。
一般的な感光体の膜厚は、初期３０μｍ程度の膜厚が１５μｍ程度にまで現象すると寿命到来とされている。この場合、膜厚が半減するため初期と経時での膜厚差の影響が無視できない。しかし、フィラーを分散させた本発明の感光体２０では同程度の枚数分使用した場合でも膜厚の変動は、２μｍ程度であり、保護層５が全部なくなって完全に使えなくなっても感光体の初期膜厚の１／６程度の５μｍしか削れない。そのため、この感光体を使用すれば膜厚変動の影響を無視することができる。
【０００９】
なお、従来の感光体を使用する場合、帯電電流が過多になると感光体の磨耗速度が上がるために好ましくないとされている。本発明の感光体２０では耐磨耗性に優れているため、帯電の電流が過多になっても、磨耗速度は従来の感光体に比べれば緩やかになる。しかし、その代わりに放電によって発生するオゾンやＮＯｘが付着し表面に浸透してもなかなか削れないため、画像流れが発生しやすい。よって、この感光体２０を使用した場合でも、電流過多は避けなければならない。
よって、このような耐磨耗性の高い感光体２０に対して、人的な操作によってＡＣ電流を一定に保つような定電圧制御を行うことにより、すべての変動（環境変動、経時変動、メカ的な変動）に対応し、過剰でも過多でもない、適切な印加電圧を制御することができるため、良好な画像が得られる。
しかし、上記のような感光体２０を使用し、上述の制御を行っても、非接触帯電方式の場合は変動の因子が多いため、接触帯電方式の場合よりも最適な画像が得られる制御の余裕度がない。
【００１０】
新品の感光体２０で、感光体２０と帯電ローラ１１の組み合わせによって決まるギャップが許容される公差内で最大、かつ、ローラの抵抗値が高い、というように電流が不足しやすい条件がそろった機械を低温環境下に設置すると、制御で対応しきれずに電流不足の異常画像が発生する場合がある。そのため、発生した画像に応じて、サービスマンやユーザーが人的な操作により制御電流の目標値を変更できるようにする。これにより異常画像が発生した機械でも正常な画像を得ることができる。
本発明の非接触帯電方式の場合は、感光体の膜厚が変わらないため、新品であるかどうかは大きな問題ではない。むしろ、感光体２０と帯電ローラ１１の組み合わせによってギャップが異なることによる影響が大きいため、新品であるかどうかに関わりなく、別の感光体２０や帯電ローラ１１が設置された場合には、制御目標値を元に戻す必要がある。
そのため、感光体２０や帯電ローラ１１そのもの、またはそれらの組み込まれたカートリッジに識別マークを付け、それらのマークを検出する手段を設置し、それらが交換された場合には制御目標値を初期値に戻すことにした。このマークとしては例えば感光体２０と帯電ローラ１１から構成されたカートリッジにバーコードシールやICチップを貼付し、これを読み取るセンサを本体側に設置しても良い。
重要なのは交換されたことを検知することであり、このマークについてはどのようなものを用いてもよく、交換されたことが検出できるような形態であればここに述べたようなバーコードやＩＣチップ以外の手段であっても構わない。
【実施例１】
【００１１】
図２は本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要部構成図である。この構成、動作自体は周知であるので、その説明は省略する。この画像形成装置の感光体２０として、アルミニウムの基体上に下引き層、電荷発生層、電荷輸送層及びその保護層をその順に塗布、乾燥し、３μｍの下引き層、０．１５μｍの電荷発生層、２２μｍの電荷輸送層、５μｍの保護層からなる電子写真感光体を使用した。
この感光体２０を使用して画像面積率５％のチャートでＡ４の用紙で５万枚の通紙を行った。この時に電源をＯＮしたときの機械立ち上げ時と一定枚数ごとに行われる調整モード中に帯電ＡＣのピーク間電圧を振ってＡＣ電流が０．９５ｍＡになるような電圧を探し、その電圧値で画像形成を行った。
なお、機械の線速は１２５ｍｍ／ｓｅｃでＡＣの周波数は９００Ｈｚ固定である。帯電ローラ１１のギャップテープの厚みは６０μｍであった。５万枚の通紙後も画像は良好で、感光体の膜厚変動量は約２μｍ、帯電ローラ１１と感光体２０のギャップの変動は１μｍ以下であった。
【比較例１】
【００１２】
３μｍの下引き層、０．１５μｍの電荷発生層、２７μｍの電荷輸送層を有し、フィラー層のない感光体を使用して実施例１と同様の通紙を行ったところ２万枚を超える頃から電流が過剰になり始め、４万枚の通紙で感光体にフィルミングが発生した。また、帯電ローラ周期の地肌汚れも見られた。このときの感光体の膜厚は約２０μｍまで削れており１０μｍの膜厚変動があった。また、ＡＣが過剰になったため、帯電ローラがトナーで汚れていた（発生した地肌汚れは帯電ローラの汚れに対応していた）。
【実施例２】
【００１３】
実施例１の機械に、ギャップが広くなるように、通常使用するテープよりも１０μｍ厚い７０μｍのテープを使用した帯電ローラ１１を搭載し、画像出力を行った。このとき、帯電制御で補正しきれず、ＡＣ電流値不足による地肌汚れ画像が見られたため、帯電電流の目標値を１．０５ｍＡに切り替えた。これにより良好な画像が得られた。
その後、通常の６０μｍテープの帯電ローラ１１と感光体２０とクリーニングユニット１３からなるカートリッジと交換した。このカートリッジの奥側端部にはＩＣチップが配置されており、本体に装着するとそのチップの情報が読み取られ、ユニットが交換されたことが検出される。
以前とは別のユニットが装着されたことを検出すると自動的に帯電電流の目標値が０．９５ｍＡに引き下げられ、それからＡＣ電圧を振って、このユニットで適切な電流値が流れるＡＣ電圧を求める制御が実施された。このようにユニットを交換した後、５万枚の通紙を行った。結果は実施例１のときと同様に良好な画像が得られた。このような制御は、制御部によって行われる。
【比較例２】
【００１４】
実施例２と同様にギャップ形成用の６０μｍテープを使用した帯電ローラを搭載したユニットに交換したあとで、帯電電流の目標値を１．０５ｍＡにして電流値が元の設定値に戻らない場合の比較通紙確認を行った。その結果、２万４千枚の通紙で感光体上にＮＯｘなどによる低抵抗の物質が付着し、画像流れが発生し、小サイズの文字が解像できなくなった。
また、そのまま続行すると２万６千枚のところでクリーニング不良が発生した。このクリーニング不良発生個所はフィルミングにより感光体の表面に凹凸ができており、この凹凸部分でブレードをすり抜けるトナーが増えたためにクリーニング不良が発生したものと考えられる。
以上のように本発明によれば、感光体の膜厚変動を無視することができ、ＡＣ電流値の制御を実施することにより、環境変動の影響とメカ的なばらつきによるギャップ変動の影響を補正することができるため、経時、環境において、非接触の帯電方式で常に良好な画像を得ることができる。
また、機械ごとのばらつきがすべて電流過少になる（または逆に過多になる）ようなセッティングになったときでも、サービスマン、ユーザーがそれぞれの機械にあった調整を円滑に行うことができるため、良好な画像を得ることができる。
また、サービスマンやユーザーが機械ごとの個別調整を行ったあとで、帯電ローラや感光体の交換により機械の状態が変わったときでも、制御部が自動的に制御の目標値を一般的な値に戻すため、異常画像や不具合の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の画像形成装置に用いる積層型電子写真感光体の概略構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の主要部構成図。
【図３】非接触帯電方式の構成図。
【図４】非接触帯電方式における電圧印加の説明図。
【符号の説明】
【００１６】
１  導電性支持体、２  感光層、３  電荷発生層、４  電荷輸送層、５  保護層、１１  帯電ローラ、２０  感光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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