(57)【要約】【課題】帯電部材の汚れを低減すると共に、経時的な抵抗の上昇を抑制して長期安定性に優れたプロセスカートリッジ、画像形成装置を提供する【解決手段】感光体４０と、帯電ローラ７０とを有する画像形成装置において、帯電ローラ７０は芯金と、その周囲に形成され、感光体４０表面とは非接触の帯電部材と、その両端部に配置されたギャップ保持部材とを有し、帯電ローラには、帯電部材を除電する除電手段が付設されている。また、画像形成装置には、帯電部材を流れる電流を検知して帯電ローラ７０に印加する印加電圧を調整する帯電電圧調整手段が設けられており、帯電電圧調整手段の電流検知手段８２は、感光体４０の接地配線に設けられている。【選択図】図５
2007304302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、像担持体を帯電させる帯電手段と、を有する画像形成装置において、
前記帯電手段は、芯金と、この芯金の周囲に形成され前記像担持体の被帯電面に対して非接触に配置された帯電部材と、この帯電部材の両端部に配置され、前記帯電部材表面よりも突出した円周面を有するギャップ保持部材とを有し、
前記帯電手段には、前記帯電部材を除電する除電手段が付設されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記除電手段は、前記帯電手段をクリーニングするクリーニング手段としても機能することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の画像形成装置において、
前記帯電部材を流れる電流を検知して前記帯電手段に印加する印加電圧を調整する帯電電圧調整手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の画像形成装置において、
前記帯電電圧調整手段における電流検知手段は、前記像担持体の接地配線に設けられていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
像担持体と、像担持体を帯電させる帯電手段とを一体化させ、画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられたプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電手段は、芯金と、この芯金の周囲に形成され前記像担持体の被帯電面に対して非接触に配置された帯電部材と、この帯電部材の両端部に配置され、前記帯電部材表面よりも突出した円周面を有するギャップ保持部材とを有し、
前記帯電手段には、前記帯電部材を除電する除電手段が付設されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置を用いた画像形成方法において、
前記帯電手段を除電する際、前記除電手段に前記帯電手段を除電する除電バイアスを印加することを特徴とする画像形成方法。
【請求項７】
請求項６に記載の画像形成方法において、
前記除電バイアスとして、前記像担持体の帯電極性とは逆極性のバイアスを印加させることを特徴とする画像形成方法。
【請求項８】
請求項６に記載の画像形成方法において、
前記除電バイアスとして、前記像担持体に付着するトナーの帯電極性とは逆極性のバイアスを印加し、前記除電手段をクリーニング手段としても機能させることを特徴とする画像形成方法。
【請求項９】
請求項６に記載の画像形成方法において、
前記除電手段に除電バイアスを印加する代わりに、前記帯電手段に直流電圧と交流電圧を印加し、前記除電手段を接地させることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１０】
請求項３又は４に記載の画像形成装置を用いた画像形成方法において、
非画像形成時に、前記帯電電圧調整手段を用いて帯電電圧調整を行い、帯電電圧調整中は、前記除電手段にバイアスを印加しないようにすることを特徴とする画像形成方法。
【請求項１１】
前記除電手段にバイアスを印加しないことに代えて、前記除電手段を前記帯電手段から離間させることを特徴とする請求項１０に記載の画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置、この画像形成装置に適用するプロセスカートリッジ及びこれらを用いた画像形成方法に関する。
【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、近年ではローラ等による接触帯電方式が適用されるようになった。
ところで、帯電手段としての帯電ローラの汚れを低減するには、帯電ローラと像担持体としての感光体とを非接触に配置した方が有利である。このような非接触帯電装置を適用するには、帯電部材表面と感光体表面とのギャップをできる限り均一に維持する必要がある。一般に、帯電部材として使用されるゴムローラは、雰囲気温度又は湿度の変動に伴ってその硬度が変化するために、感光体と帯電部材表面との間のギャップ(以下、帯電ギャップという)を安定に保持することは困難である。
このような問題に対し、帯電ローラとして高硬度の樹脂材料を適用することによって、帯電ギャップを安定させることが考えられる。また、帯電ローラとしてイオン導電性材料を使用することによって、電子伝導性の材料を使用した場合と比較して異常放電による帯電ムラをなくして均一な帯電が可能となることが知られている。しかし、帯電ローラとしてイオン導電性の材料を適用した場合、経時的な通電によって帯電ローラの抵抗が上昇し、帯電電位が低下するという問題がある。
【０００３】
そこで、このような問題を解消するために、例えば特許文献１等に、帯電ローラに印加する電流の正負を所定間隔ごとに所定電荷量だけ反転させる導電部材の運転方法が提案されている。しかし、この方法では感光体が逆極性に帯電するため、残留電位の上昇等の感光体劣化が生じやすく、感光体寿命の点で不利となる。また、逆極性の電流を流している間は通常の作像操作を行うことができず、生産性が低下するという問題もある。
ところで、感光体と帯電ローラとの間にギャップを設けた画像形成装置では、帯電バイアスを適正な値に設定するために帯電電流を検知して調整することが有効であるが、特許文献２及び特許文献３に開示されているように、帯電手段を除電する除電手段を備えた画像形成装置では、除電手段を接地したりバイアスを印加した場合には、前記除電手段にも電流が流れてしまうために、感光体の帯電に寄与する帯電電流を正確に検知することが困難になるという問題がある。一方、特許文献４には、感光体と帯電ローラ間にギャップを設けた画像形成装置において、帯電ローラに印加する電圧を段階的に変化させ、帯電ローラに流れる電流を検知することで感光体を均一に帯電させる方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−０４９６０４号公報
【特許文献２】特開平０９−０６２０６１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８１２５２号公報
【特許文献４】特開２００２−１０８０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術は、何れも帯電手段における帯電部材の汚れをなくし、かつ経時的な抵抗の上昇を抑制して寿命の長い帯電手段ひいてはプロセスカートリッジ又は画像形成装置を提供するという産業界の要望を必ずしも満足するものではなかった。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、帯電部材の汚れを低減すると共に、経時的な抵抗の上昇を抑制し、帯電手段をはじめとする構成部材の長寿命化を図り、長期安定性に優れたプロセスカートリッジ、画像形成装置及びこれを用いた画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体と、像担持体を帯電させる帯電手段と、を有する画像形成装置において、前記帯電手段は、芯金と、この芯金の周囲に形成され前記像担持体の被帯電面に対して非接触に配置された帯電部材と、この帯電部材の両端部に配置され、前記帯電部材表面よりも突出した円周面を有するギャップ保持部材とを有し、前記帯電手段には、前記帯電部材を除電する除電手段が付設されていることを特徴とする。
この場合において、前記除電手段は、前記帯電手段をクリーニングするクリーニング手段としても機能するものであることが好ましい。
また、前記帯電部材を流れる電流を検知して前記帯電手段に印加する印加電圧を調整する帯電電圧調整手段を備えていることが好ましい。
この場合において、前記帯電電圧調整手段における電流検知手段は、前記像担持体の接地配線に設けることができる。
【０００７】
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体と、像担持体を帯電させる帯電手段とを一体化させ、画像形成装置本体に対して着脱自在に設けられたプロセスカートリッジにおいて、前記帯電手段は、芯金と、この芯金の周囲に形成され前記像担持体の被帯電面に対して非接触に配置された帯電部材と、この帯電部材の両端部に配置され、前記帯電部材表面よりも突出した円周面を有するギャップ保持部材とを有し、前記帯電手段には、前記帯電部材を除電する除電手段が付設されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る画像形成方法は、上述した画像形成装置の帯電手段を除電する際、前記除電手段に前記帯電手段を除電する除電バイアスを印加することを特徴とする。
この場合において、前記除電バイアスとして、前記像担持体の帯電極性とは逆極性のバイアスを印加させることが好ましい。
また、前記除電バイアスとして、前記像担持体に付着するトナーの帯電極性とは逆極性のバイアスを印加し、前記除電手段をクリーニング手段としても機能させることもできる。
更に、前記除電手段に除電バイアスを印加する代わりに、前記帯電手段に直流電圧と交流電圧を印加し、前記除電手段を接地させるようにしてもよい。
本発明に係る画像形成方法において、非画像形成時に、帯電電圧調整手段を用いて帯電電圧調整を行い、帯電電圧調整中は、前記除電手段にバイアスを印加しないようにすることが好ましい。
この場合において、前記除電手段にバイアスを印加しない代わりに、前記除電手段を前記帯電手段から離間させるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の画像形成装置によれば、帯電部材の汚れを低減して経時的な抵抗上昇を低減し、帯電手段をはじめとする各部材ひいては装置全体の長寿命化、安定化を図ることができる。
本発明のプロセスカートリッジによれば、高い帯電ギャップ精度を必要とする場合でも帯電ギャップの調整が不要であり、メンテナンス性が向上する。
本発明の画像形成装置によれば、帯電部材の汚れを低減し、経時的な抵抗上昇を低減して、長期間安定に画像を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置であって、タンデム中間転写方式のフルカラー複写機の全体構成を示す図である。
図１において、このフルカラー複写機は、複写機本体１００、複写機本体１００を載置する給紙テーブル２００、複写機本体１００上に取り付けられたスキャナ３００、スキャナ３００上に載置された原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）４００から主として構成されている。
複写機本体１００の略中央には、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの４つの画像形成ユニット１８（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ）を横に並べて配置したタンデム画像形成装置２０が設けられている。タンデム画像形成装置２０の各画像形成ユニットは、それぞれＹ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋの各色トナー像が形成される感光体４０（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ）を備えている。
タンデム画像形成装置２０の上方には、露光装置２１が設けられている。露光装置２１は、各色毎に用意され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される１組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置されたｆθレンズ、長尺ＷＴＬ等のレンズやミラーから構成されている。各色の画像情報に応じてレーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され各色の感光体４０に照射される。
【００１１】
タンデム画像形成装置２０の下方には、無端ベルト状の中間転写ベルト１０が設置されている。中間転写ベルト１０の材質としては、例えば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適用することができ、これをシームレスベルトに成型して使用する。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て適用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、積層構造にすることもできる。
中間転写ベルト１０は、例えば、３つの支持ローラ１４、１５、１６に掛け渡され、図中時計回りに回転搬送可能であり、第１の支持ローラ１４は、例えば中間転写ベルト１０を回転駆動する駆動ローラである。また、第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５との間には、各色の感光体から中間転写ベルトにトナー像を転写する一次転写手段としての一次転写ローラ６２（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ）が中間転写ベルト１０介して各感光体４０（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ）に対向するように設けられている。
第３の支持ローラ１６の中間転写ベルトの搬送方向下流には、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ベルトクリーニング装置１７が設けられている。
【００１２】
中間転写ベルト１０の下方には、２次転写装置２２が配置されている。２次転写装置２２は、例えば２つのローラ２３相互間に、無端ベルトである２次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写ベルト１０を介して第３の支持ローラ１６に当接するように配置されており、中間転写ベルト１０上の画像を転写材に転写する。２次転写ベルト２４としては中間転写ベルト１０と同様の材料を用いることができる。
【００１３】
２次転写装置２２に隣接するように、転写材上の画像を定着する定着装置２５が設けられている。定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てて構成されている。なお、上述した２次転写装置２２は、画像転写後の転写材を定着装置２５へ搬送するシート搬送機能を備えている。もちろん、２次転写装置２２として、転写ローラや転写チャージャを配置してもよく、そのような場合は、転写材搬送機能を別途備える必要がある。２次転写装置２２および定着装置２５の下方には、タンデム画像形成装置２０と平行に、転写材を反転排紙したり、転写材の両面に画像を形成するために転写材を反転して再給紙したりする反転装置２８が設けられている。
【００１４】
以下に、このような構成のフルカラー複写機の動作について説明する。
このフルカラー複写機を用いてコピーを行う際は、先ず、ＡＤＦ４００の原稿台３０上に原稿をセットするか、又はＡＤＦ４００を開いてスキャナのコンタクトガラス３２上に原稿をセットしたのちＡＤＦ４００を閉じて原稿を押さえる。
次に、図示省略した操作部のスタートスイッチを押し、ＡＤＦ４００に原稿をセットしたときは、原稿をコンタクトガラス３２上へと搬送した後、他方コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナを駆動し、第１走行体３３及び第２走行体３４を走行させる。そして、第１走行体３３で光源から光を発射するとともに、原稿面からの反射光をさらに反射して第２走行体に向け、第２走行体のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読取りセンサ３６に入れ、原稿内容を読み取る。その後、操作部でのモード設定、又は操作部で自動モード選択が設定されている場合には原稿の読み取り結果に従い、フルカラーモード又は白黒モードで画像形成動作を開始する。
【００１５】
フルカラーモードが選択された場合には、各感光体４０（Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｂｋ）を図中反時計回り方向にそれぞれ回転させ、各感光体４０の表面を帯電装置である帯電ローラによって一様に帯電する。次に、各色の感光体４０に露光装置２１から各色の画像に対応するレーザ光をそれぞれ照射し、各色の画像データに対応した潜像を形成する。次いで、感光体４０を回転することにより各色の現像装置で各潜像を現像して各色のトナー像を形成する。各色のトナー像を中間転写ベルト１０の搬送とともに、中間転写ベルト１０上に順次転写し、中間転写ベルト１０上にフルカラー画像を形成する。
一方、給紙テーブル４３の給紙ローラ４２の１つを選択回転させ、給紙テーブル４３に多段に備えられた給紙カセット４４の１つから転写材を送り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して本体内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。このとき、給紙ローラ５０を回転して手差しトレイ５１上の転写材を送り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止めるようにしてもよい。そして、中間転写ベルト１０上のフルカラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写ベルト１０と２次転写装置２２との間に転写材を送り込み、２次転写装置２２で転写して転写材上にトナー像を転写する。
【００１６】
トナー像が転写された転写材を、２次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り込み、ここで熱と圧力とを加えて転写材に定着させた後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６によって排出し、排紙トレイ５７上にスタックする。このとき、転写材を切換爪５５で切り換えてシート反転装置２８に導入し、ここで反転して再び転写位置２８へと再給紙して裏面にも画像を記録した後、排出ローラ５６で排紙トレイ５７上に排出してもよい。以降、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順次繰り返す。
【００１７】
他方、白黒モードが選択された場合には、中間転写ベルト１０を支持する支持ローラ１５が下方に移動し、中間転写ベルト１０を感光体４０（Ｙ、Ｃ、Ｍ）から離間させる。即ち、感光体４０Ｂｋのみを図１の反時計回り方向に回転し、感光体４０Ｂｋの表面を帯電ローラにより一様に帯電し、Ｂｋの画像に対応するレーザ光を照射し、潜像を形成し、Ｂｋのトナーにより現像してトナー像とする。このトナー像を中間転写ベルト１０上に転写する。この際、４０Ｂｋ以外の３色の感光体４０（Ｙ、Ｃ、Ｍ）及び現像装置は停止しており、感光体や現像剤の不要な消耗を防止する。
一方、給紙カセット４４から転写材を給紙し、レジストローラ４９により、中間転写ベルト１０上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送する。トナー像が転写された転写材を、フルカラー画像の場合と同様に定着装置２５で定着し、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理する。以降、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。
【００１８】
次に、本発明の特徴部分を詳細に説明する。図２は、図１の画像形成ユニットの構成を示す拡大図である。図２において、像担持体としての感光体４０と、感光体４０の表面を一様に帯電させる帯電手段としての帯電ローラ７０は一体化されており、複写機本体に対して着脱自在に設けられ、プロセスカートリッジを形成している。像担持体である感光体４０の周りには、その回転方向に沿って感光体４０の表面を一様に帯電する帯電手段としての帯電ローラ７０、感光体４０の電位を検知する電位センサ７１、感光体４０に形成された静電潜像を現像する現像装置６０、トナー像が転写された後の感光体４０の表面を除電する除電ランプ７２、転写残トナーをクリーニングするクリーニング装置としてのブラシローラ７３、７４、及びクリーニングブレード７５が配置されている。なお、画像形成ユニット１８のケースには露光装置２１からの露光光７６を通過させるための開口（図示省略）が設けられている。
【００１９】
帯電ローラ７０には、ローラ表面をクリーニングするためのクリーニングローラ７７と帯電ローラを除電するための除電ローラ７８が当接されている。クリーニングローラ７７としては、例えばブラシローラ、スポンジローラ、メラミンフォームローラ等が用いられる。除電ローラ７８としては、例えば１０４〜１０９Ωｃｍの体積抵抗をもつブラシ、スポンジ、ゴム、樹脂チューブ等の材料をローラ形状に加工したものを用いることができ、帯電ローラ７０を除電する際、除電ローラ７８の芯金には除電バイアスが印加されたり、接地されたりする。除電ローラ７８に用いる材料は体積抵抗が低すぎると帯電バイアスがリークし易くなり、体積抵抗が高すぎる場合には電荷が流れにくくて十分な除電効果が得られない。除電ローラ７８に印加する除電バイアスは、例えば感光体の帯電極性と逆極性とすることで、帯電ローラ７０に帯電領域とは逆極性の電界がかかり、より効果的に帯電ローラを除電することができる。
【００２０】
クリーニングローラ７７や除電ローラ７８は帯電ローラ７０に自重で当接させて帯電ローラ７０の回転にともない連れ回りさせたり、又はギヤで駆動させても良い。また、クリーニングローラ７７と除電ローラ７８を別々に配置させるのではなく、１本のローラに機能を集約させて装置の小型化を図ることもできる。このとき、帯電ローラ７０をクリーニングするという点から考えると印加するバイアスは感光体に付着したトナーの帯電極性と逆極性とすることが望ましい。ネガポジ方式でマイナス帯電の感光体とマイナス帯電のトナーを使用する場合には除電バイアスをプラスにすると、感光体帯電と逆極性かつトナーの帯電極性の逆極性となり好都合である。
【００２１】
ブラシローラ７４には固形の潤滑剤７９が当接されており、潤滑剤供給部材として機能する。固形の潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸鉄、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸銅、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸コバルト、オレイン酸マグネシウム、パルチミン酸亜鉛のような脂肪酸金属塩や、カルナウバワックスのような天然ワックスや、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系の樹脂を用いることができる。
クリーニングブレード７５は、例えばポリウレタンゴムで構成されている。ブラシローラ７３やクリーニングブレード７５により感光体から掻き取られたトナーは、廃トナーとしてトナー搬送コイル８０によって図示省略した廃トナー収納部に搬送される。
【００２２】
図３は、図２における帯電ローラの長手方向に沿った断面図である。帯電手段としての帯電ローラ７０は導電性支持体である芯金１０１と、芯金１０１の周面を覆うように形成された帯電部材としての樹脂層１０２と、樹脂層（以下、帯電部材ということがある）１０２の両端部にそれぞれ設けられたギャップ保持部材１０３から構成されている。ギャップ部材１０３は、帯電部材としての樹脂層１０２の表面よりも突出した円周面を有している。ギャップ部材１０３が、帯電部材１０２の表面よりも突出した円周面を有していることによって、帯電部材１０２と感光体４０表面との間に帯電ギャップが形成される。
芯金１０１としては、例えばステンレス等の金属が用いられる。芯金１０１が細すぎると帯電部材の切削加工時や、感光体に押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。一方、芯金１０１が太すぎる場合には帯電ローラ７０が大型化したり、必要以上に重くなるという問題がある。従って、芯金１０１の直径は、例えば６〜１０ｍｍ程度とする。
帯電ローラ７０における帯電部材１０２は、例えば１０４〜１０９Ωｃｍの体積抵抗を持つ材料で構成されていることが好ましい。抵抗が低すぎると感光体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なる。一方、帯電部材１０２の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。
【００２３】
帯電部材１０２の体積抵抗は、基材となる樹脂に導電性材料を配合することで調整することができる。基材樹脂としては、例えばポリエチレン、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。
帯電部材の抵抗を調整する導電性材料としては、例えばカーボンブラック等の電子導電性材料を用いることができるが、このような電子導電性材料は基材樹脂の中に均一に分散させることが難しいので、抵抗ムラが発生しやすい。特に、感光体に非接触で配置する帯電ローラでは感光体を均一に帯電させることが困難になる。一方、Ｌｉ塩等の電解質塩からなるイオン導電性材料は基材樹脂中に均一に分散させることが可能であるが、これらの低分子材料は基材樹脂中で移動しやすく、経時的にブリードアウトの問題が発生することがある。従って、抵抗調整材料としては、基材樹脂中に均一に分散させやすく、移動がおこりにくい高分子量のイオン導電性材料が好適に使用される。このような高分子量のイオン導電材料としては、例えばポリエーテルエステルアミドが挙げられる。
【００２４】
上述のイオン導電性材料は、例えば二軸混練機、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される。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。
配合された材料を芯金上に射出成形又は押出成形にすることにより、容易にローラ形状に成型することができる。芯金上に形成する樹脂層の厚さは、例えば０．５〜３ｍｍである。樹脂層が薄すぎると成型が困難であるうえに強度の面でも問題がある。一方、樹脂層が厚すぎると帯電ローラが大型化するうえに樹脂層の実際の抵抗が大きくなるので帯電効率が低下する。芯金上に樹脂層を成形した後、樹脂層の両端にあらかじめ成形しておいたギャップ保持部材を圧入もしくは接着又はその両方を併用して芯金に固定する。
【００２５】
ギャップ保持部材の材質としては、帯電部材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絶縁性の樹脂を用いることができる。但し、像担持体としての感光体表面（感光層）にギャップ保持部材を当接させるので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好ましい。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。樹脂層やギャップ保持部材にコーティングを施す等して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。
【００２６】
芯金上に形成された帯電部材とギャップ保持部材を一体化したのち、切削や研削等の加工を施して帯電ローラの外径を整え、帯電部材とギャップ保持部材のフレの位相を揃え、帯電ギャップの変動を小さくする。
帯電ローラのギャップ保持部材を感光体の画像領域外に付き当てることによって、帯電部材と感光体との間にギャップが形成される。帯電ローラは、例えば芯金の端部に取り付けられたギヤが感光体フランジに形成されたギヤとかみ合っており、感光体駆動モータにより感光体が回転すると帯電ローラも感光体とほぼ等しい線速で連れ回り方向に回転する。帯電部材と感光体が直接接触することがないので、帯電ローラ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くことはない。ギャップが広がりすぎると異常放電が発生し均一に帯電できなくなるため、最大ギャップは１００μｍ以下に抑えられる。
【００２７】
帯電ギャップを設けた帯電ローラを使用する場合には、帯電バイアスとしてＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳することが望ましい。帯電ギャップは感光体と帯電ローラの回転に伴い変動するため、定電流制御方式では帯電ギャップの変動に高圧電源が追従できない場合がある。そのため、定電圧制御の高圧電源を用いて帯電電流をもモニタしながら電圧を段階的に変化させ、目的の帯電電流が流れる印加電圧に調整する帯電電圧調整手段が設けられる。これによって、良好な帯電性能が得られる。帯電電流を検知する方法としては図５ａのように高圧電源の出力電流を検知するのが一般的であるが、本発明装置のように除電ローラを備えた場合には感光体側に流れる電流だけでなく、除電ローラ側に流れる電流も検知してしまうため検知の精度が低い。そのため、帯電電圧調整動作時には除電バイアスをオフしたり、除電ローラを帯電ローラから離間させたりすることで除電ローラ側に流れる電流を低減し検知感度を向上させることができる。また、別な手段として図５ｂのように、電流検知手段を感光体のアース線に設け、感光体のアース側で電流を検知することで感光体に流れる電流成分のみを検知することができる。この場合、感光体素管とアースとの間に検知回路を配置する必要があるが、高圧電源側で検知する場合に除電ローラに接離機構を設けることを考えると、こちらの方が構成としては容易である。
【００２８】
感光体に非接触のローラ帯電方式を採用したことで以下のような利点がある。即ち、非接触のローラ帯電方式を採用したことにより、感光体に接触している帯電ローラと比較して、トナー等によるローラの汚れが発生しにくい。また、非接触といっても帯電ギャップを、例えば１００μｍ以下とすることによって、感光体とワイヤ間に５〜１５ｍｍ程度のギャップをもたせるチャージャ方式に比べて放電生成物の発生量を大幅に低減することができる。
【００２９】
感光体表面に形成された潜像を現像する各現像装置の構成は同一であり、これらは使用するトナーの色のみが異なる。現像装置は、例えば二成分現像方式の現像装置であり、各現像装置内にはトナーとキャリアからなる二成分現像剤が収容されている。
即ち、図２において、現像装置６０は感光体４０に対向する現像ローラ６１、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー６３、６５、トナー濃度センサ６４等から主として構成されている。現像ローラ６１は、図示されていないが、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されている。トナー濃度センサ６４の出力に応じて、図示省略されたトナー補給装置から必要量のトナーが補給される。
【００３０】
本実施形態によれば、除電手段にバイアスを印加することによって、帯電手段を効率的に除電することができる。除電バイアスを、像担持体の帯電極性と逆極性とすることによって、帯電手段に逆方向の電界がかかるので、帯電手段を効率的に除電することができる。
また、本実施形態によれば、帯電手段に直流バイアスに加えて交流バイアスを印加し、、除電手段を接地することによっても帯電手段を除電することができる。この場合、除電手段のための高圧電源を備える必要がないので、低コストで帯電手段を除電することができる。
本実施形態によれば、除電手段がクリーニング手段を兼ねることで、除電バイアスで帯電部材を除電するとともに、帯電部材に付着したトナーを効率的に除去することができるうえ、装置の小型化が可能となる。
更に、本実施形態によれば、帯電電流検知手段を像担持体側、例えば感光体のアース配線に配置することで、除電手段に流れる電流の影響を受けることなく帯電電流を検知することができる。また、電流検知時に除電手段にバイアス印加しないので、帯電手段に流れる電流を正確に検知することができる。更に、電流検知時に除電手段を帯電手段から離間させることによっても、帯電に寄与する電流のみを正確に検知することができる。
更にまた、本実施形態によれば、感光体と帯電ローラとを一体のプロセスカートリッジとしたことによって、高いギャップ精度を必要とする場合でも帯電ギャップの調整が不要であり、感光体や帯電ローラをユーザでも容易に交換することができ、メンテナンス性が向上する。
【００３１】
現像装置に適用されるトナーは、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調製される。
結着樹脂としては、例えばポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂等を用いることができる。イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各着色剤としては、公知のものが使用できる。着色剤の量は結着樹脂１００重量部に対して例えば０．１から１５重量部が適当である。
電荷制御剤としては、ニグロシン染料、含クロム錯体、４級アンモニウム塩などが用いられ、これらはトナー粒子の極性により使い分けされる。電荷制御剤量は、結着樹脂１００重量部に対して例えば０．１〜１０重量部である。
トナー粒子には流動性付与剤を添加することが好ましく、流動性付与剤としては、例えばシリカ、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、又はポリスチレン、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などが用いられる。これら流動性付与剤の粒径は、例えば０．０１〜３μｍである。流動性付与剤の添加量は、トナー粒子１００重量部に対して、例えば０．１〜７．０重量部であることが好ましい。
【００３２】
本実施形態で適用される二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知方法又はそれらを組み合わせた方法が適用される。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剤及び必要とされる添加剤を乾式混合し、エクストルーダー又は二本ロール、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、着色剤、添加剤から直接トナーを製造することもできる。
キャリアは、芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。本実施形態で適用することが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される材料としては、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が挙げられる。被覆層としては、従来と同様、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が塗布される。
【００３３】
ここで、本実施形態で適用される感光体の構成について説明する。図４は、本実施形態で適用される感光体の断面図である。図４において、この感光体は、導電性支持体２０１と、導電性支持体２０１上に積層された感光層２０２としての電荷発生層２０３及び電荷輸送層２０４と、最外層に設けられた保護層２０５とで構成されている。
導電性支持体２０１は、体積抵抗１０１０Ωｃｍ以下の導電性を示すもので、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、銀、金、白金等の金属、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物を蒸着又はスパッタリングにより、フィルム状、円筒状のプラスチックもしくは紙に被覆したもの、又はアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス等の管材を切削、超仕上げ、研磨等で表面処理したものからなる。
電荷発生層は、電荷発生材料を主成分とする層である。電荷発生材料としては、無機又は有機材料が用いられ、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、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、キナクリドン系顔料、キノン系縮合多環化合物、スクアリック酸系染料、フタロシアニン系顔料、ナフタロシアニン系顔料、アズレニウム塩系染料、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。これら電荷発生材料は、単独で用いてもよく、２種以上混合して用いてもよい。
【００３４】
このような電荷発生材料を適宜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、ジオキサン、２−ブタノン、ジクロルエタン等の溶媒を用いて、ボールミル、アトライター、サンドミルなどにより分散し、分散液を上述した導電性支持体２０１に塗布することにより電荷発生層２０３が形成される。適宜適用されるバインダー樹脂としては、例えばポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ、ポリケトン、ポリカーボネート、シリコーン、アクリル、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリアミド等の樹脂を挙げることができる。バインダー樹脂の添加量は、重量基準で電荷発生材料１部に対して０〜２部が適当である。電荷発生材料の塗布は、例えば浸漬塗工法やスプレーコート、ビードコート法等により行うことができる。電荷発生層の膜厚は、通常は０．０１〜５μｍ、好ましくは０．１〜２μｍである。
【００３５】
一方、電荷輸送層は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂を適当な溶剤に溶解又は分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送層には、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、２，４，５，７−テトラニトロキサントン、２，４，８−トリニトロチオキサントン、２，６，８−トリニトロ−４Ｈ−インデノ〔１，２−ｂ〕チオフェン−４オン、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。電子輸送材料は、単独で用いてもよく、２種以上の混合物として用いてもよい。
【００３６】
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、９−（ｐ−ジエチルアミノスチリルアントラセン）、１，１−ビス−（４−ジベンジルアミノフェニル）プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、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、ベンゾフラン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。正孔輸送材料は、単独で用いてもよく、２種以上の混合物として用いてもよい。
また、電荷輸送材料として高分子電荷輸送材料を用いる場合、適当な溶剤に溶解又は分散し、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、上記低分子電荷輸送材料に電荷輸送性置換基を主鎖又は側鎖に有する材料であればよい。さらに必要により、高分子電荷輸送材料にバインダー樹脂、低分子電荷輸送材料、可塑剤、レベリング剤、潤滑剤等を適量添加することもできる。
【００３７】
電荷輸送材料と共に電荷輸送層に使用され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、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアリレート、フェノキシ、ポリカーボネート、酢酸セルロース、エチルセルロース、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルトルエン、アクリル、シリコーン、エポキシ、メラミン、ウレタン、フェノール、アルキッド等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。
溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、２−ブタノン、モノクロルベンゼン、ジクロルエタン、塩化メチレン等が挙げられる。
【００３８】
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される。
電荷輸送層に添加することができる可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレートをはじめとする樹脂に汎用の可塑剤を挙げることができ、その使用量は、重量基準でバインダー樹脂に対して０〜３０％程度が適当である。
電荷輸送層に添加することができるレベリング剤としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類、側鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマー又はオリゴマーが挙げられ、その使用量は、重量基準でバインダー樹脂に対して０〜１％程度が適当である。
【００３９】
本実施形態で適用される感光体には、導電性支持体と感光層との間に下引き層を形成することもできる。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、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン、等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン、アルキッド−メラミン、エポキシ等、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、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。下引き層は、上記の感光層と同様、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。
さらに、下引き層として、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、クロムカップリング剤等を使用して、例えば、ゾル−ゲル法等により形成した金属酸化物層を用いることも有用である。この他に、下引き層には、Ａｌ２Ｏ３を陽極酸化したものにより形成したもの、ポリパラキシリレン（パリレン）等の有機物、ＳｉＯ、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、Ｃｅ０２等の無機物を真空薄膜作製法により形成したものも有効である。下引き層の膜厚は、０〜５μｍが適当である。
【００４０】
感光体には、表層として、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好ましい。保護層の構成はバインダー樹脂に耐摩耗性を向上する目的でアルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム等の金属酸化物微粒子が分散される。バインダー樹脂としては、電荷輸送層に用いられるバインダー樹脂と同様の樹脂を用いることができる。
保護層に添加される金属酸化物微粒子の量は、重量基準で、例えば５〜３０％である。金属酸化物微粒子の量が５％未満では、耐摩耗性を向上する効果が小さく耐久性に劣り、３０％を越えると露光時における明部電位の上昇が著しくなって、感度低下が無視できなくなるので望ましくない。保護層の形成法としては、スプレー法等通常の塗布法が採用される。保護層の厚さは、例えば１〜１０μｍ、好ましくは３〜８μｍである。保護層の膜厚が薄すぎると耐久性に劣り、保護層の膜厚を厚すぎると感光体製造時の生産性が低下するだけでなく、経時的に残留電位の上昇幅が大きくなる。保護層に添加する金属酸化物粒子の粒径としては、例えば０．１〜０．８μｍである。金属酸化物微粒子の粒径が大きすぎると、保護層表面の凹凸が大きくなりクリーニング性が低下する上、露光光が保護層で散乱されやすく、解像力が低下し画像品質が劣る。一方、金属酸化物微粒子の粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。
保護層の構成としては、バインダー樹脂に金属酸化微粒子を分散させた構成だけてなく、熱又は光架橋性の樹脂を用いる構成も知られている。保護層を備えた感光体を使用することで、感光体の耐摩耗性が向上するので長期間使用しても感光体膜厚の減少に起因する感光体感度の変化も小さく、長期にわたって安定した画像を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体の構成を示す図である。
【図２】図１の画像形成ユニットの構成を示す拡大図である。
【図３】図２における帯電ローラの回転中心軸に沿った断面図である。
【図４】本発明の実施形態で適用される感光体の断面図である。
【図５】帯電電圧調整手段における電流検知手段の配置例を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０      中間転写ベルト
１４      支持ローラ
１５      支持ローラ
１６      支持ローラ
１７      中間転写ベルトクリーニング装置
１８      画像形成ユニット
２０      タンデム画像形成装置
２１      露光装置
２２      ２次転写装置
２３      ローラ
２４      ２次転写ベルト
２５      定着装置
２６      定着ベルト
２７      加圧ローラ
２８      反転装置
３０      原稿台
３２      コンタクトガラス
３３      第1走行体
３４      第２走行体
３５      結像レンズ
３６      読み取りセンサ
４０      感光体
４２      給紙ローラ
４３      給紙テーブル
４４      給紙カセット
４５      分離ローラ
４６      給紙路
４７      搬送ローラ
４８      本体内の給紙路
４９      レジストローラ
５０      給紙ローラ
５１      手差しトレイ
５２      分離ローラ
５３      手差し給紙路
５５      切替爪
５６      排出ローラ
５７      排紙トレイ
６０      現像装置
６１      現像ローラ
６２      １次転写ローラ
６３      スクリュー
６４      トナー濃度センサ
６５      ククリュー
７０      帯電ローラ
７１      電位センサ
７２      除電ランプ
７３      ブラシローラ
７４      ブラシローラ
７５      クリーニングブレード
７６      露光光
７７      クリーニングローラ
７８      除電ローラ
７９      固形潤滑剤
８０      トナー搬送コイル
８１      高圧電源
８２      電流検知手段
１００    複写機本体
１０１    芯金
１０２    帯電部材（樹脂層）
１０３    ギャップ保持部材
２００    給紙テーブル
２０１    導電性支持体
２０２    感光層
２０３    電荷発生層
２０４    電荷輸送層
２０５    保護層
３００    スキャナ
４００    原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）
【図１】
2007304302.tif 000003
【図２】
2007304302.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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