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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−149194
公開日 平成11年(1999)6月2日
出願番号 特願平9−315636
出願日 平成9年(1997)11月17日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】近島 一夫
発明者 鈴木 啓之
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 像を担持する像担持体と、回転自在な磁性粒子担持体上に担持した導電性磁性粒子を前記像担持体に接触して該像担持体を帯電する接触帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材へ転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、前記磁性粒子担持体上に担持されて搬送される前記導電性磁性粒子に接して該導電性磁性粒子の通過量を規制する磁性粒子規制手段と、前記磁性粒子担持体上に補給する前記導電性磁性粒子を収納した磁性粒子収納手段と、前記磁性粒子担持体上に担持されて搬送される前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力に応じて前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給する磁性粒子補給手段と、を具備した、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段から入力される圧力情報に基づいて前記磁性粒子補給手段による前記導電性磁性粒子の補給制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、入力される前記圧力情報により前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力が低くなったと判断すると、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給するよう磁性粒子補給手段を制御し、前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力が高くなったと判断すると、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給するのを停止するよう磁性粒子補給手段を制御する、請求項1記載の画像形成装置。
【請求項3】 前記磁性粒子規制手段が前記磁性粒子補給手段と一体的に形成され、前記導電性磁性粒子による圧力に応じて前記磁性粒子規制手段は可動自在であり、前記磁性粒子規制手段は、前記導電性磁性粒子による圧力が低い場合には、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給可能位置に可動し、前記導電性磁性粒子による圧力が高い場合には、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給するのを停止する位置に可動する、請求項1記載の画像形成装置。
【請求項4】 前記現像手段は、前記トナー像を前記転写材へ転写した後の前記像担持体上に残留した残トナーを回収するクリーニング手段も兼ねる、請求項1記載の画像形成装置。
【請求項5】 前記像担持体は、表面に抵抗が1091014Ω・cmの材質からなる層を有している、請求項1記載の画像形成装置。
【請求項6】 前記導電性磁性粒子を表面に担持して移動させる前記磁性粒子担持体の回転方向が前記像担持体の回転方向と逆方向である、請求項1記載の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式によって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に係り、特に導電性磁性粒子を像担持体に接触して該像担持体を帯電する磁気ブラシ帯電装置を備えた画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図14は、従来の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【0003】この図において、Aは装置本体、Bは装置本体A上に搭載した画像読み取り部(イメージスキャナー)である。
【0004】画像読み取り部Bにおいて、20は固定の原稿台ガラスであり、この原稿台ガラス20の上面に原稿Gを複写すべき面を下側にして載置し、その上に不図示の原稿板を被せてセットする。21は原稿照射用ランプ21a、短焦点レンズアレイ21b、CCDセンサー21cなどを配置した画像読み取りユニットである。この画像読み取りユニット21は、不図示のコピーボタンが押されることで、原稿台ガラス20の下側においてこの原稿台ガラス20の図の左辺側のホームポジションから右辺側にガラス下面に沿って往動駆動され、所定の往復終点に達すると復動駆動されて始めのホームポジションに戻される。
【0005】画像読み取りユニット21の往動駆動過程において、原稿台ガラス20上の載置セット原稿Gの下向き画像面が原稿照射用ランプ21aにより左辺側から右辺側にかけて順次照明走査され、その照明走査光の原稿面反射光が短焦点レンズアレイ21bによってCCDセンサー21cに結像入射する。
【0006】CCDセンサー21cは、不図示の受光部、転送部、出力部より構成されており、受光部において光信号が電荷信号に変えられて、転送部でクロックパルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。このようにして得られたアナログ信号を周知の画像処理によりデジタル信号に変換して装置本体A側の露光装置3に出力する。
【0007】一方、装置本体Aにおいて、1は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムという)である。この感光ドラム1は中心支軸を中心に所定の周速度(プロセススピード)を持って矢印a方向に回転駆動され、その回転過程において帯電装置2により一様な帯電処理を受ける。
【0008】そして、感光ドラム1の一様帯電面に対して露光装置3から出力される、画像読み取り部Bから装置本体A側に出力される画像信号に対応して変調されたLEDのON、OFF発光による走査露光Lがなされることで、感光ドラム1上に画像読み取り部Bにより光電読み取りされた原稿Gの画像情報に対応した静電潜像が順次形成される。感光ドラム1上に形成された静電潜像は現像装置4により順次トナー像として反転現像される。現像装置4による現像方法は、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤として用いて磁気力によって搬送し、感光ドラム1に対して接触状態で現像する2成分接触現像方式が好適に用いられる。
【0009】一方、給紙カセット5内に収納された紙などの転写材Pが給紙ローラ6により1枚づつ給送され、レジストローラ7により所定のタイミングで感光ドラム1と転写装置8間の転写ニップ部9に給紙されて、転写装置8の転写ブレード9により転写材Pに感光ドラム1上のトナー像が転写される。トナー像が転写された転写材Pは、搬送ベルトを兼ねている転写ベルト11により定着装置12へ搬送されて永久固着画像として定着された後に外部に排出される。
【0010】また、トナー像転写後に感光ドラム1上に付着している転写残りトナー等の付着汚染物はクリーナー装置13のクリーニングブレード14により除去され、繰り返し画像形成が行われる。
【0011】ところで、近年、低オゾン、低電力等の利点を有することから上記した感光ドラムの帯電手段として接触帯電装置、すなわち感光ドラムに対し電圧を印加した帯電部材を当接させて感光ドラムの帯電を行う方式の装置が実用化されてきている。
【0012】このような方式の帯電部材としては、導電性ローラやファーブラシローラ等が一般的に用いられているが、軽圧化や接触性の向上といった点から、磁性粒子を用いた磁気ブラシ方式の接触帯電装置(以下、磁気ブラシ帯電装置という)が注目されている。
【0013】磁気ブラシ帯電装置では、導電性の磁性粒子を直接マグネット、あるいはマグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束させ、停止、あるいは回転しながら感光ドラムに接触させて、磁性粒子に電圧を印加することによって帯電が開始される。
【0014】図15は、従来の磁気ブラシ帯電装置の一例を示す概略図である。
【0015】この磁気ブラシ帯電装置は、内部に固定マグネット31が設けられ回転自在の非磁性のスリーブ32上に、規制板34によりスリーブ32上での担持量が規制された導電性の磁性粒子33が磁界によってブラシ状に形成されて、スリーブ32の回転にともない磁性粒子33が矢印b方向に搬送される。
【0016】スリーブ32は、矢印a方向に回転する感光ドラム1に対しカウンタ方向に回転しており、例えば感光ドラム1の回転速度100mm/secに対し磁気ブラシ帯電装置のスリーブ32は150mm/secで回転している。そして、スリーブ32に帯電バイアスを印加することにより、磁性粒子33から電荷が感光ドラム1上に与えられ、帯電バイアスに対応した電位に近い値に帯電される。また、感光ドラム1に対して形成される磁性粒子33の接触ニップ幅は1〜10mmなるよう調整することが望ましい。
【0017】そして、このような接触帯電装置(磁気ブラシ帯電装置)を用い、感光ドラムとして通常の有機感光体上に導電性微粒子を分散させた表層を有するものや、アモルファスシリコン感光体などを用いると接触帯電装置に印加したバイアスのうちの直流成分とほぼ同等の帯電電位を感光ドラム表面に得ることが可能である。このような帯電方法のことを注入帯電と称する。この注入帯電を用いれば、感光ドラムへの帯電がコロナ帯電器を用いて行われるような放電現象を利用しないので完全なオゾンレス、かつ低電力消費型帯電が可能となり注目されてきている。ところで、帯電装置として上記した磁気ブラシ帯電装置による現像同時回収のクリーナレスシステムにおいては、転写工程の際に感光ドラム上に残った転写残りトナーは、剥離放電等により通常の帯電極性の逆極性に帯電されているトナーが多く、一般的には磁気ブラシ帯電装置に印加される電圧より帯電電位は低くなるため、転写残りトナーは磁気ブラシ帯電装置に回収される。回収されたトナーは磁気ブラシ帯電装置の磁性粒子との摩擦帯電によって、通常の帯電極性に帯電されて感光ドラム上に吐き出される。このようにして吐き出されたトナーは、現像時のかぶり取り電位差(現像装置に印加する直流電圧と感光ドラムの表面間の電位差)によって現像装置に回収され、再利用される。
【0018】この方法によれば、転写残トナーは回収されて次工程以後用いられるため、廃トナーをなくすことができる。また、磁気ブラシ帯電装置に回収された後に均一に吐き出されるため、転写残トナーが非パターン化されるため、像露光に対する影響も少なく、高画質が維持できる。さらにクリーナ装置が省略できるためスペースの面での利点も大きく、大幅に小型化できるようになる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した磁気ブラシ帯電装置を用いた画像形成装置では、画像形成を繰り返すと、顕画材であるトナー粒子が磁性粒子中に混入してしまうことが多々ある。
【0020】通常、トナー粒子の電気抵抗は比較的高いものが用いられているので、磁性粒子中にトナー粒子が混入してしまうと磁性粒子の抵抗が上昇する。この現象は、上記したクリーナレスシステムの画像形成装置では特に発生しやすく、磁性粒子の抵抗上昇によって帯電性が悪化し、磁気ブラシ帯電装置の寿命を短くする原因となる。
【0021】また、磁気ブラシ帯電装置は、感光ドラムに対して磁性粒子を接触させ摺擦しつつ電荷を付与するため、磁気ブラシ帯電装置の構成要因によって感光ドラムの削れ量が変わってくる。上記したクリーナレスシステムの画像形成装置においては、クリーニング装置による感光ドラム表面のクリーニング工程がある場合の削れ量よりはかなり少なく抑えられるが、若干の感光ドラム表面の削れは発生し、この削れ量によって感光ドラムの寿命が決まってくる。
【0022】本発明の発明者の検討の結果、上記したクリーナレスシステムの画像形成装置における感光ドラム表面の削れの要因の一つが、スリーブ上に担持される磁性粒子の量を規制している規制板での磁性粒子に対する圧力によるものであることが分かった。
【0023】帯電部材に磁性粒子を用いて帯電を行う際には、若干量の磁性粒子は感光ドラムに持っていかれてしまう現象が発生し、例えば画像形成枚数が数千枚で1gとった割合で磁性粒子が減少してしまう。このように磁性粒子が減ってしまっても帯電性を損なわないようにするため、上記した図15に示したように、規制板34のスリーブ32の回転方向下流側に磁性粒子33の溜まり部分を設け、規制板34によって磁性粒子33の流量を規制する方法が取られる。
【0024】しかしながら、磁性粒子33の流量を規制する規制板34を設けると、規制板34のスリーブ32の回転方向下流側に溜まった磁性粒子33がその磁性粒子33自体にかける圧力によって、磁性粒子33の汚染状況や感光ドラム1の削れ状況が変わってくることが分かった。
【0025】図16は、図15に示した磁気ブラシ帯電装置を用いたクリーナレスシステムの従来の画像形成装置において、スリーブ32上での磁性粒子33の担持量を25g、40g、60g、90gと変えて(担持量25gで規制板34のスリーブ32の回転方向下流側での磁性粒子33の溜まりが2〜5g程度になる状態)、10000枚の耐久を行った場合の帯電性の変化を示した図であり、図17はそのときの感光ドラム1の削れ量の変化を示した図である。
【0026】上記帯電性は、印加電圧と帯電電位の差で表し、電位差の値が小さいほど帯電性がよいことを示している。また、感光ドラム1の削れ量は、初期の層厚と耐久後の層厚の差で示している。両図から明らかなように、スリーブ32上での磁性粒子33の担持量を多くすると、帯電性が低下し、かつ感光ドラム1の削れ量が増加した。
【0027】そこで本発明は、磁気ブラシ帯電装置を用いた画像形成装置において、磁性粒子の抵抗値の上昇防止と感光ドラムの削れ量の減少を両立できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑みなされたものであって、像を担持する像担持体と、回転自在な磁性粒子担持体上に担持した導電性磁性粒子を前記像担持体に接触して該像担持体を帯電する接触帯電手段と、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を転写材へ転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、前記磁性粒子担持体上に担持されて搬送される前記導電性磁性粒子に接して該導電性磁性粒子の通過量を規制する磁性粒子規制手段と、前記磁性粒子担持体上に補給する前記導電性磁性粒子を収納した磁性粒子収納手段と、前記磁性粒子担持体上に担持されて搬送される前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力に応じて前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給する磁性粒子補給手段と、を具備したことを特徴としている。
【0029】また、前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段から入力される圧力情報に基づいて前記磁性粒子補給手段による前記導電性磁性粒子の補給制御を行う制御手段と、を有し、前記制御手段は、入力される前記圧力情報により前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力が低くなったと判断すると、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給するよう磁性粒子補給手段を制御し、前記導電性磁性粒子の前記磁性粒子規制手段に対する圧力が高くなったと判断すると、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給するのを停止するよう磁性粒子補給手段を制御することを特徴としている。
【0030】また、前記磁性粒子規制手段が前記磁性粒子補給手段と一体的に形成され、前記導電性磁性粒子による圧力に応じて前記磁性粒子規制手段は可動自在であり、前記磁性粒子規制手段は、前記導電性磁性粒子による圧力が低い場合には、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給可能位置に可動し、前記導電性磁性粒子による圧力が高い場合には、前記磁性粒子収納手段から前記導電性磁性粒子を前記磁性粒子担持体上に補給するのを停止する位置に可動することを特徴としている。
【0031】また、前記現像手段は、前記トナー像を前記転写材へ転写した後の前記像担持体上に残留した残トナーを回収するクリーニング手段も兼ねることを特徴としている。
【0032】また、前記像担持体は、表面に抵抗が109 〜1014Ω・cmの材質からなる層を有していることを特徴としている。
【0033】また、前記導電性磁性粒子を表面に担持して移動させる前記磁性粒子担持体の回転方向が前記像担持体の回転方向と逆方向であることを特徴としている。
【0034】(作用)本発明によれば、磁性粒子の磁性粒子規制手段に対する圧力に応じて磁性粒子担持体上に磁性粒子を補給することができるので、磁性粒子担持体上への磁性粒子の補給を最適に調整することが可能となり、磁性粒子の抵抗値の上昇を防止し、かつ像担持体表面の削れを抑制することができる。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、図面に沿って本発明に係る実施の形態について説明する。
【0036】(実施の形態1)図1は、本実施の形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本実施の形態の画像形成装置は、像担持体の帯電手段として磁気ブラシタイプの接触帯電装置(磁気ブラシ帯電装置)を用い、また、クリーナーレスシステムの装置である。なお、図14に示した従来例と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0037】図1において、Aは本実施の形態に係る画像形成装置の装置本体、Bはこの装置本体Aの上に搭載した画像読み取り部(イメージスキャナー)である。画像読み取り部Bの構成は図14に示した従来例と同様であり、本実施の形態ではその説明は省略する。
【0038】装置本体Aは、像担持体としての感光ドラム1、接触帯電手段である磁気ブラシ帯電装置30、露光装置3、現像装置4、転写装置8、定着装置12、クリーナ装置13を備えている。
【0039】感光ドラム1としては、通常用いられている有機感光体等を用いることができるが、望ましくは、有機感光体上にその抵抗が109 〜1014Ω・cmの材質を有する表面層を持つものや、アモルファスシリコン感光体などを用いると、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、ならびに消費電力の低減に効果がある。また、帯電性についても向上させることが可能となる。
【0040】感光ドラム1は、本実施の形態では負帯電の有機感光体で、直径30mmのアルミニウム製のドラム基体(不図示)上に不図示の下記の第1〜第5の5つの層を有しており、所定のプロセススピードで矢印a方向に回転駆動される。
【0041】この層の一番下の第1層は下引き層であり、ドラム基体の欠陥等をならすために設けられている厚さ20μmの導電層である。第2層は正電荷注入防止層であり、ドラム基体から注入された正電荷が感光ドラム1表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役目を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって、106 Ω・cm程度に抵抗調整された厚さ1μmの中抵抗層である。
【0042】第3層は電荷発生層で、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約0.3μmの層であり、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。第4層は電荷輸送層で、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、P型半導体である。従って、感光ドラム1表面に帯電された負電荷はこの層(第3層)を移動することができず、第3層(電荷発生層)で発生した正電荷のみを感光ドラム1表面に輸送することができる。
【0043】表面層であるの第5層は電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーに導電性微粒子としてSnO2 超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化(導電化)した粒径約0.03μmのSnO2 超微粒子を樹脂に対して70重量パーセント分散した材料の塗工層である。このように調合した塗工液をディッピング塗工法、スプレー塗工法、ロール塗工法、ビーム塗工法等の適当な塗工法にて厚さ約3μmに塗工して電荷注入層とした。
【0044】磁気ブラシ帯電装置30は、図2に示すように帯電容器35内に固定のマグネットローラ31と、このマグネットローラ31に回転自在に外嵌させた非磁性材料(例えばステンレス)からなる外径16mmのスリーブ32と、このスリーブ32の外周面にマグネットローラ31の磁力でブラシ状に担持され感光ドラム1表面に接触して電荷を注入する導電性の磁性粒子33と、磁性粒子33をスリーブ32表面に均一の厚さにコートする非磁性材料(例えばステンレス)からなる規制ブレード36を有している。帯電容器35内の上部には、トナー汚染されていない新しい磁性粒子33を収納した磁性粒子収納部37と、磁性粒子収納部37内の磁性粒子33をスリーブ32上に補給する磁性粒子補給装置38が設けられている。磁性粒子収納部37内の磁性粒子33は、磁性粒子補給装置38を通して規制ブレード36のスリーブ32の回転方向(矢印b方向)下流側の磁性粒子溜り部(磁性粒子補給装置38の下部近傍)に補給される。磁性粒子33はスリーブ32の回転に伴い矢印b方向に搬送される。
【0045】規制ブレード36の基端側は帯電容器35内の上部に固着されており、規制ブレード36先端側のスリーブ32の回転方向(矢印b方向)上流側には圧力センサー39が設置されている。規制ブレード36は感光ドラム1に搬送される磁性粒子33によって先端側が変位可能に、帯電容器35内の上部に固着されている。圧力センサー39には制御装置(CPU)40が接続されており、制御装置(CPU)40は、圧力センサー39から入力される感光ドラム1に搬送される磁性粒子33の規制ブレード36に対する圧力情報に応じて磁性粒子補給装置38の動作を制御して磁性粒子33の補給を調整する(詳細は後述する)。
【0046】スリーブ32は感光ドラム1に対しカウンタ方向に回転しており、本実施例においては、感光ドラム1のプロセススピード(周速度)100mm/secに対しスリーブ32は150mm/secで回転している。スリーブ32には、帯電バイアス電源(不図示)より帯電バイアス(直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアス)が印加される。スリーブ32に帯電バイアスを印加することにより、磁性粒子33から電荷が感光ドラム1上に与えられ、帯電電圧に対応した電位に近い値に帯電される。
【0047】また、感光ドラム1に対して形成される磁性粒子33の接触ニップ幅を約6mmになるよう調整し、帯電条件としては−650Vの直流バイアスをスリーブ32に印加した。
【0048】磁性粒子33は、フェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったものに対し、シリコン系の樹脂に対してカーボンブラックを分散し抵抗調整されたコート剤を1.0重量%コーティングしたものを用いた。磁性粒子33のコアとしては、粒径が平均粒径が10〜100μm、飽和磁化が20〜250emu/cm3 、抵抗が102 〜1010Ω・cmのものが用いられる。さらに、感光ドラム1にピンホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮すると、106 Ω・cm以上のものを用いることが好ましい。
【0049】また、帯電性能を良くするためにはできるだけ抵抗の小さいものを用いる方が良く、均一な帯電を行うためには109 Ω・cm以下のものを用いることが好ましい。そこで、本実施の形態においては、平均粒径25μm、飽和磁化200emu/cm3 、抵抗5×106 Ω・cmの磁性粒子33を用いた。
【0050】なお、磁性粒子33の抵抗値の測定は、底面積が228mm2 の金属セルに磁性粒子33を2g入れた後に6.6kg/cm2 で加重し、金属セルの両端に100Vの電圧を印加して行った。
【0051】現像装置4は、図3に示すように本実施の形態では2成分接触現像装置(2成分磁気ブラシ現像装置)である。この図において、51は矢印d方向に回転駆動される現像スリーブ、52は現像スリーブ41内に固定配置されたマグネットローラ、53,54は攪拌スクリュー、55は現像剤Tを現像スリーブ41の表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、56は現像容器、57は補充用トナーホッパー部である。
【0052】現像スリーブ51は、少なくとも現像時においては感光ドラム1に対し最近接領域が約500μmになるように配置され、現像剤Tが感光ドラム1に対して接触する状態で現像できるように設定されている。本実施の形態において用いた現像剤Tであるトナーtは、粉砕法によって製造された平均粒径6μmのネガ帯電トナーに対して平均粒径20nmの酸化チタンを重量比1.5%外添したものを用い、キャリアcとしては飽和磁化が205emu/cm3 の平均粒径35μmの磁性キャリアを用いた。また、このトナーtとキャリアcを重量比8:92で混合したものを現像剤Tとして用いた。このときの現像剤T中のトナーは、摩擦帯電量が約−25×10- 3 c/kgであった。
【0053】次に、感光ドラム1表面に露光装置3の露光により形成される静電潜像を、現像装置4を用いて2成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤Tの循環系について説明する。
【0054】まず、現像スリーブ51は、感光ドラム1の回転方向に対してカウンタ方向に回転し、これに伴い汲み上げられた現像剤Tは、搬送される過程において現像スリーブ51に対して垂直に配置された規制ブレード55によって規制され、現像スリーブ51上に薄層形成される。ここで薄層形成された現像剤Tが、現像主極(N極)に搬送されてくるとその磁気力によって穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤Tによって感光ドラム1の前記静電潜像を現像し、その後N極、N極の反発磁界によって現像スリーブ51上の現像剤Tは、現像容器56内に戻される。
【0055】現像スリーブ51には、現像バイアス電源(不図示)から直流電圧に交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施の形態では、−480Vの直流電圧、ピーク間電圧Vpp=1500V、周波数f=3000Hzの交流電圧を印加した。
【0056】一般に、2成分現像法においては交流電圧を印加すると現像効率が増し、画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなるという危険も生じる。このため、通常、現像装置4に印加する直流電圧と感光ドラム1の表面電位間に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。このかぶり防止のための電位差をかぶり取り電位と呼ぶが、この電位差によって現像時に非画像領域にトナーが付くのを防止し、本発明のクリーナレス装置においては、転写残りトナーの回収も行っている。
【0057】転写装置8は、本実施の形態ではベルト転写装置であり、無端状の転写ベルト1を駆動ローラ15と従動ローラ16間に懸架し、矢印e方向に感光ドラム1の周速度とほぼ同じ周速度で回転駆動させる。転写ベルト11の内側に設けた転写帯電ブレード10で転写ベルト11を感光ドラム1表面に接触させる。転写材Pは、転写ベルト11の上行側ベルト部分の上面に乗って転写ニップ部9に搬送される。転写材Pの先端が転写ニップ部9に進入する時点において、転写帯電ブレード10に転写バイアス電源(不図示)から所定の転写バイアスが印加されることで、転写材Pの裏面からトナーtと逆極性の帯電がなされて感光ドラム1表面のトナー像が順次転写材Pの上面に転写されていく。
【0058】本実施の形態においては、転写ベルト11として膜厚75μmのポリイミド樹脂からなるものを用いた。なお、転写ベルト11の材質としてはポリイミド樹脂に限定されるものではなく、これ以外にも、例えばポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂などのプラスチックや、フッ素系、シリコン系のゴムを好適に用いることができる。また、厚みについても75μmに限定されるわけではなく、25〜2000μm、好ましくは50〜150μmのものが好適に用いられる。
【0059】次に、上記した画像形成装置の画像形成動作について説明する。
【0060】画像形成時には、感光ドラム1は駆動手段(不図示)により矢印a方向に回転駆動され、磁気ブラシ帯電装置30により表面が均一に帯電される。このとき、磁気ブラシ帯電装置30には、本実施の形態では帯電バイアス電源(不図示)より−650Vの直流電圧が印加される。そして、帯電された感光ドラム1上に露光装置3により画像露光Lが与えられて、画像読み取り部Bの画像読み取りユニット21から入力される画像情報に応じた静電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置4によりトナー画像として現像される。このとき、現像装置4の現像スリーブ51には、本実施の形態では−480Vの直流電圧と、周波数3000Hzでピーク間電圧1500Vの交流電圧が印加される。そして、感光ドラム1上のトナー画像が感光ドラム1と転写ベルト11間の転写ニップ部9に到達すると、このタイミングに合わせて給紙カセット5内の紙などの転写材Pが給紙ローラ6によって給紙されてレジストローラ7により搬送され、転写バイアスが印加された転写帯電ブレード10により転写材Pの裏側にトナーtと逆極性の電荷が付与されて、表面側に感光ドラム1上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転写材Pは転写ベルト11により定着装置12へ搬送され、定着装置12による加熱、加圧によりトナー像が転写材P表面に永久固着画像として定着されて排出される。
【0061】一方、トナー像転写後の感光ドラム1表面には、転写残トナーが残留している。本実施の形態においてはクリーニング装置13を具備しているため、転写残トナーはクリーニング手段13のクリーニングブレード14によって掻き取られて回収される。このように、本実施の形態においてはクリーニング装置13を具備しているので、磁気ブラシ帯電装置30の磁性粒子33に混入するトナー量は低く抑えられる。
【0062】しかしながら、クリーニング装置13で転写残トナーを回収する場合にも、若干のトナーや外添剤等の擦り抜けは発生するため、上記したように図14に示した従来の画像形成装置では、スリーブ32上に磁性粒子33を多量に担持した場合には磁性粒子33の抵抗は上昇する。
【0063】このため、本実施の形態では、スリーブ32の回転によって搬送される磁性粒子33の規制ブレード36に対する圧力を圧力センサー39で検出してその圧力情報を制御装置40に出力し、制御装置40は入力された圧力情報に基づいて磁性粒子補給装置38を制御して、スリーブ32上への磁性粒子33の補給を調整するようにした。
【0064】即ち、制御装置40は規制ブレード36にかかる圧力が所定値より高い(スリーブ32上に担持される磁性粒子33が多い)と判断すると、磁性粒子補給装置38からの磁性粒子33の補給を停止するよう制御し、規制ブレード36にかかる圧力が所定値より低い(スリーブ32上に担持される磁性粒子33が少ない)と判断すると、磁性粒子補給装置38からの磁性粒子33の補給を行うよう制御する。具体的には、スリーブ32上の磁性粒子33の担持量が22〜28gになるように制御し、規制ブレード36のスリーブ32の回転方向(矢印b方向)下流側の磁性粒子溜り部での磁性粒子33の溜まり量が0〜10g程度になるようにしている。
【0065】よって、制御装置40の制御によって磁性粒子補給装置38からの磁性粒子33を少量ずつ補給した場合には、磁性粒子33の抵抗上昇はほとんど見られなかった。
【0066】図4は、本実施の形態と比較例(上記した磁性粒子補給装置38、圧力センサー39、制御装置40を備えていない以外は本実施の形態と同様の構成の画像形成装置)における、10000枚の耐久を行った場合の耐久枚数と帯電性(印加電圧と帯電電位の差)の関係を示した図である。なお、図中の(a)は本実施の形態、(b)は比較例であり、スリーブ32上に担持される磁性粒子33の担持量を60gとした。
【0067】この図に示す結果から明らかなように、本実施の形態では、10000枚の耐久でも印加電圧と帯電電位の差が20V以下の低い値で推移し、磁性粒子33の抵抗値の上昇を低く抑えて帯電性がよかった。一方、比較例では、10000枚の耐久で印加電圧と帯電電位の差が50V程度となり、本実施の形態に比べて磁性粒子33の抵抗値の上昇して帯電性が悪かった。
【0068】図5は、本実施の形態と比較例(上記した磁性粒子補給装置38、圧力センサー39、制御装置40を備えていない以外は本実施の形態と同様の構成の画像形成装置)における、10000枚の耐久を行った場合の耐久枚数と感光ドラム削れ量の関係を示した図である。なお、図中の(a)は本実施の形態、(b)は比較例であり、スリーブ32上に担持される磁性粒子33の担持量を60gとした。
【0069】この図に示す結果から明らかなように、本実施の形態では、10000枚の耐久で感光ドラム1の削れ量は1.4μm程度と少なかった。また比較例では、10000枚の耐久で感光ドラム1の削れ量は2.1μm程度であった。
【0070】このように、スリーブ32の回転によって搬送される磁性粒子33の規制ブレード36に対する圧力を圧力センサー39で検出してその圧力情報を制御装置40に出力し、制御装置40は入力された圧力情報に基づいて磁性粒子補給装置38を制御して、スリーブ32上への磁性粒子33の補給を最適に調整することにより、磁性粒子33の抵抗値の上昇を防止し、かつ感光ドラム1の削れを抑制することができる。
【0071】(実施の形態2)実施の形態1においては、感光ドラム1上の転写残トナーを除去するクリーニング装置13を設けたが、本実施の形態においては、図2に示すようにクリーニング装置を備えていないクリーナレスシステムの画像形成装置である。他の構成及び画像形成動作は実施の形態1と同様である。
【0072】本実施の形態において用いたクリーナレスシステムについて簡単に説明する。
【0073】転写の際に転写材に転写されずに感光ドラム1上に残ってしまった転写残トナーは、転写時の剥離放電等により帯電極性が反転してしまうものと反転しないものが存在する。この両極性が混在した転写残トナーは、磁気ブラシ帯電装置30によって回収され、磁気ブラシを構成する磁性粒子33との摩擦帯電及び印加バイアスの影響によって、負極性に帯電され感光ドラム1上に吐き出される。吐き出された負極性のトナーは、現像装置4に現像同時回収され再利用される。この現像同時回収は現像時のかぶり取り電位を利用している。通常現像工程においては、現像装置4に印加する直流電圧と感光ドラム1の表面電位間に電位差を設けることによって、かぶりを防止することを実現している。このかぶり防止のための電位差をかぶり取り電位と呼ぶが、この電位差によって現像時に非画像領域にトナーが付着するのを防止し、本実施の形態のクリーナレス装置においては、転写残りトナーの回収も行っている。
【0074】このクリーナレスシステムは必ずしも磁気ブラシ帯電装置に限られるものではないが、例えば導電性ローラを用いた帯電装置の場合には非表面積が少ないため、ローラ表面にトナーが付着するとその部分は帯電不良となってしう。また、コロナ帯電器を用いた場合には、トナーがあっても帯電は行えるが、放電性物質等が付着しやすい点や転写効率が低下した場合など、転写残トナーのパターンで残るため、像露光が遮られたり、現像部での回収不良が発生したりする。
【0075】これに対して、本実施の形態のように磁気ブラシ帯電装置30を用いた場合には非表面積が大きいため、トナーが多少混入しても帯電性は大きく低下しないことに加えて、転写残トナーを一度回収し吐き出すため、転写残トナーの残り方が非パターン化されるため転写効率が低下した場合も、像露光の遮光や現像での回収不良が発生しにくい。
【0076】このようなクリーナレスシステムを用いた本実施の形態の画像形成装置では、本発明の効果は特に大きい。それは、磁性粒子33の抵抗値の上昇については、クリーニング装置がない場合ほど顕著であるし、感光ドラム1の削れについても、クリーニング装置がない場合ほど削れ量を減らす効果が大きくなる。
【0077】また、本実施の形態においても実施の形態1と同様に、スリーブ32の回転によって搬送される磁性粒子33の規制ブレード36に対する圧力を圧力センサー39で検出してその圧力情報を制御装置40に出力し、制御装置40は入力された圧力情報に基づいて磁性粒子補給装置38を制御して、スリーブ32上への磁性粒子33の補給を調整する。
【0078】図7は、本実施の形態と比較例(上記した磁性粒子補給装置38、圧力センサー39、制御装置40を備えていない以外は本実施の形態と同様の構成の画像形成装置)における、10000枚の耐久を行った場合の耐久枚数と帯電性(印加電圧と帯電電位の差)の関係を示した図である。なお、図中の(a)は本実施の形態、(b)は比較例であり、スリーブ32上に担持される磁性粒子33の担持量を60gとした。
【0079】この図に示す結果から明らかなように、本実施の形態では、10000枚の耐久でも印加電圧と帯電電位の差が40V以下の低い値で推移し、磁性粒子33の抵抗値の上昇を低く抑えて帯電性がよかった。一方、比較例では、10000枚の耐久で印加電圧と帯電電位の差が95V程度となり、本実施の形態に比べて磁性粒子33の抵抗値の上昇して帯電性が悪かった。
【0080】図8は、本実施の形態と比較例(上記した磁性粒子補給装置38、圧力センサー39、制御装置40を備えていない以外は本実施の形態と同様の構成の画像形成装置)における、10000枚の耐久を行った場合の耐久枚数と感光ドラム削れ量の関係を示した図である。なお、図中の(a)は本実施の形態、(b)は比較例であり、スリーブ32上に担持される磁性粒子33の担持量を60gとした。
【0081】この図に示す結果から明らかなように、本実施の形態では、実施の形態1のよいうにクリーニング装置による削れがなくなるので、10000枚の耐久で感光ドラム1の削れ量は0.3μm程度と少なかった。また比較例では、10000枚の耐久で感光ドラム1の削れ量は1.0μm程度であった。
【0082】このように、本実施の形態のクリーナレスシステムの画像形成装置においても、実施の形態1と同様に磁性粒子33の抵抗値の上昇を防止し、かつ感光ドラム1の削れを抑制することができる。
【0083】(実施の形態3)実施の形態1、2においては、スリーブ32の回転によって搬送される磁性粒子33の規制ブレード36に対する圧力を圧力センサー39で検出してその圧力情報に基づいて制御装置40で磁性粒子補給装置38を制御して、磁性粒子33の供給を最適に調整する構成であったが、本実施の形態においては、図9に示すように切り欠き部42aを有する回転自在な磁性粒子補給手段も兼ねる磁性粒子規制部材42で機械的に磁性粒子33の補給を調整するようしたクリーナレスシステムの画像形成装置である。他の構成及び画像形成動作は実施の形態2と同様である。
【0084】本実施の形態では、磁気ブラシ帯電装置30aの磁性粒子収納部41下部の開口部に磁性粒子規制部材42が設置されている。
【0085】磁性粒子規制部材42は、図10に示すようにスリーブ32の長手方向に沿って回転軸43に回転自在に支持されており、ほぼ90°に切り欠いた切り欠き部42aを有する円筒状部材である。磁性粒子収納部41の両面の壁面41a,41bの先端部は、磁性粒子規制部材42の外周面にほぼ接するように形成されている。
【0086】次に、本実施の形態における磁性粒子規制部材42によるスリーブ32上への磁性粒子33の補給制御を、図11(a),(b),(c)を参照して説明する。
【0087】磁性粒子規制部材42には、常に一定の力で矢印f方向への回転力がかけられている。ただし、磁性粒子規制部材42は矢印f方向と逆方向にも回転可能であり、磁性粒子規制部材42の回転可動範囲は、図11(a)の磁性粒子規制部材42の周面が磁性粒子収納部41下部の開口部を塞ぐ位置から、図11(c)の切り欠き部42aが磁性粒子収納部41下部の開口部に位置する範囲で回転可動である。
【0088】まず、図11(a)に示すように、スリーブ32上に担持されて矢印b方向に移動する磁性粒子33が所定の通過量以上ある(スリーブ32上に担持される磁性粒子33が多い)場合には、表面にある磁性粒子33の搬送力が矢印g方向に働く。この際、磁性粒子33の矢印g方向への搬送力が磁性粒子規制部材42の矢印f方向への回転力より大きい場合、即ち磁性粒子規制部材42に対する磁性粒子33による圧力が高くなると、磁性粒子規制部材42が矢印f方向と逆方向に回転して磁性粒子規制部材42の周面で磁性粒子収納部41下部の開口部を塞ぎ、スリーブ32上の表面の磁性粒子33が磁性粒子規制部材42の切り欠き部42aに入る。
【0089】このような状態では、磁性粒子収納部41から磁性粒子33は補給されず、耐久によってスリーブ32上の磁性粒子33が減ってしまった場合、即ち磁性粒子規制部材42に対する磁性粒子33による圧力が低くなると、図11(a)における磁性粒子33の矢印g方向への搬送力がなくなる(図11(b))。
【0090】そして、この状態から磁性粒子規制部材42が矢印f方向に所定量だけ回転することにより、磁性粒子規制部材42の切り欠き部42aが磁性粒子収納部41下部の開口部に来ると、磁性粒子収納部41から磁性粒子規制部材42の切り欠き部42aを通して磁性粒子33がスリーブ32上に補給される(図11(c))。そして、再び磁性粒子33の矢印g方向への搬送力が磁性粒子規制部材42の矢印f方向への回転力より大きくなると、図11(a)の状態に戻る。
【0091】図12は、本実施の形態と比較例(上記した磁性粒子規制部材42を備えていない以外は本実施の形態と同様の構成の画像形成装置)における、10000枚の耐久を行った場合の耐久枚数と帯電性(印加電圧と帯電電位の差)の関係を示した図である。なお、図中の(a)は本実施の形態、(b)は比較例であり、スリーブ32上に担持される磁性粒子33の担持量を60gとした。
【0092】この図に示す結果から明らかなように、本実施の形態では、10000枚の耐久でも印加電圧と帯電電位の差が50V以下の値で推移し、磁性粒子33の抵抗値の上昇を低く抑えて帯電性がよかった。一方、比較例では、10000枚の耐久で印加電圧と帯電電位の差が95V程度となり、本実施の形態に比べて磁性粒子33の抵抗値の上昇して帯電性が悪かった。
【0093】図13は、本実施の形態と比較例(上記した磁性粒子規制部材42を備えていない以外は本実施の形態と同様の構成の画像形成装置)における、10000枚の耐久を行った場合の耐久枚数と感光ドラム削れ量の関係を示した図である。なお、図中の(a)は本実施の形態、(b)は比較例であり、スリーブ32上に担持される磁性粒子33の担持量を60gとした。
【0094】この図に示す結果から明らかなように、本実施の形態では、実施の形態1のようにクリーニング装置による削れがなくなるので、10000枚の耐久で感光ドラム1の削れ量は0.4μm程度と少なかった。一方、比較例では、10000枚の耐久で感光ドラム1の削れ量は1.0μm程度であった。
【0095】このように本実施の形態では、磁性粒子33の矢印g方向への搬送力によって切り欠き部42aを有する磁性粒子規制部材42を回転させることによって、磁性粒子規制部材42に対する磁性粒子33による圧力が高くなると、磁性粒子規制部材42が矢印f方向と逆方向に回転して磁性粒子規制部材42の周面で磁性粒子収納部41下部の開口部を塞いで、磁性粒子収納部41からの磁性粒子33の供給を停止し、磁性粒子規制部材42に対する磁性粒子33による圧力が低くなると、磁性粒子規制部材42が矢印f方向に回転して磁性粒子規制部材42の切り欠き部42aを通して磁性粒子収納部41下部の開口部から磁性粒子33を補給することにより、磁性粒子33の抵抗値の上昇を防止し、かつ感光ドラム1の削れを抑制することができる。
【0096】また、磁性粒子規制部材42にかかる圧力に応じて磁性粒子33を補給できるようにする構成は、本実施の形態のような円柱を切り欠いた構成に限られるものではなく、機械的に圧力に応じて磁性粒子を補給できるすべての構成において適用可能である。
【0097】本発明は、現像手段が転写残りトナーを回収する手段も兼ねる画像形成装置において、帯電手段は磁性粒子を用いた接触帯電手段であり、かつ磁性粒子は規制手段によって通過量が規制され、さらに前記規制手段に対する磁性粒子による圧力の減少に対応して磁性粒子が補給されるすべての構成を含んでいる。
【0098】また、感光ドラム1は、表面抵抗が109 〜1014Ω・cmの低抵抗層を持つことが、電荷注入を実現できオゾンの発生防止の面から望ましいが、上記以外の有機感光体等でも、耐久性向上のためには充分な効果が得られる。
【0099】また、現像方法としては、上記実施の形態においては2成分現像法についてのみ述べたが、他の現像方法でも効果がある。
【0100】また、磁気ブラシ帯電装置への印加バイアスについても、本実施の形態においては直流バイアスを印加する場合についてのみ述べたが、帯電均一性や転写残りトナーの回収性の観点からは、交番バイアスを重畳することがより好ましい。
【0101】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、磁性粒子の磁性粒子規制手段に対する圧力に応じて磁性粒子担持体上に磁性粒子を補給することにより、磁性粒子の磁性粒子規制手段に対する圧力が高くなる(磁性粒子担持体上に担持される磁性粒子が多くなる)と磁性粒子の補給を停止し、磁性粒子の磁性粒子規制手段に対する圧力が低くなる(磁性粒子担持体上に担持される磁性粒子が耐久等により少なくなる)と磁性粒子の補給を行うよう制御することが可能となり、磁性粒子の抵抗値の上昇を抑えて帯電性能の低下を防止し、かつ像担持体表面の削れを抑制することができる。




 

 


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