Warning: copy(.htaccess): failed to open stream: Permission denied in /home/jp321/public_html/header.php on line 8
画像形成装置、多色画像形成装置およびプロセスカートリッジ - 株式会社リコー
米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 写真;映画 -> 株式会社リコー

発明の名称 画像形成装置、多色画像形成装置およびプロセスカートリッジ
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2007−3610(P2007−3610A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−180906(P2005−180906)
出願日 平成17年6月21日(2005.6.21)
代理人 【識別番号】100090103
【弁理士】
【氏名又は名称】本多 章悟
発明者 矢野 英俊 / 杉本 奈緒美
要約 課題
特には球形トナーを使用して、簡素な構成で感光体寿命(像担持体寿命)および画質を向上することができる画像形成装置、小型の多色画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供する。

解決手段
感光体ドラム1と、非接触帯電ローラ21と、レーザ光4と、感光体ドラム1の表面に形成された静電潜像に、現像剤担持体としての現像ローラ8より現像剤であるトナーを供給して可視化・現像するとともに、感光体ドラム1に残留しているトナーを同時に除去する現像器29と、転写ローラ15と、転写ローラと15と非接触帯電ローラ21との間に配置された、感光体ドラム1上の転写残トナーの帯電量を制御するためのトナー帯電量制御部材19とを具備し、トナー帯電量制御部材19に溜まったトナーを吐き出すトナー吐出モードが実行可能であり、トナー吐出モード実行時の感光体ドラムの線速を、画像形成時のそれよりも遅くした。
特許請求の範囲
【請求項1】
像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体に形成された潜像に、現像剤を供給して可視化するとともに、前記像担持体に残留している現像剤を除去する現像手段と、前記像担持体上の可視化された像をシート状記録媒体に転写する転写手段と、該転写手段と前記帯電手段との間に配置された、前記像担持体上の転写残現像剤の帯電量を制御するための現像剤帯電量制御手段とを具備し、前記現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが実行可能な画像形成装置において、
前記現像剤吐出モード実行時の前記像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】
像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体に形成された潜像に、現像剤を供給して可視化するとともに、前記像担持体に残留している現像剤を除去する現像手段と、前記像担持体上の可視化された像を中間転写体上に転写する1次転写手段と、該1次転写手段と前記帯電手段との間に配置された、前記像担持体上の転写残現像剤の帯電量を制御するための現像剤帯電量制御手段と、前記中間転写体上に転写された可視化像をシート状記録媒体に転写する2次転写手段とを具備し、前記現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが実行可能な画像形成装置において、
前記現像剤吐出モード実行時の前記像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項3】
前記現像剤吐出モード実行時の前記現像剤帯電量制御手段への印加電圧が、現像剤の正規極性で、画像形成時のそれよりも高いことを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装置。
【請求項4】
前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写の一定枚数毎であることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一つに記載の画像形成装置。
【請求項5】
前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写動作の1ジョブ後であることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一つに記載の画像形成装置。
【請求項6】
前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、電源投入後であることを特徴とする請求項1ないし3の何れか一つに記載の画像形成装置。
【請求項7】
前記現像剤は、その形状係数SF1が100〜150であることを特徴とする請求項1ないし6の何れか一つに記載の画像形成装置。
【請求項8】
請求項1ないし7の何れか一つに記載の画像形成装置において、
前記像担持体、前記帯電手段、前記現像手段および前記現像剤帯電量制御手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項9】
請求項1記載の像担持体、帯電手段、潜像形成手段、現像手段、転写手段および現像剤帯電量制御手段から構成される画像形成手段を複数有し、前記各像担持体上に形成された異なる色の可視化像を転写体上に担持されたシート状記録媒体に順次重ねて転写することにより多色画像を得るとともに、前記各現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが前記各画像形成手段毎に実行可能な多色画像形成装置において、
前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時の前記各像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする多色画像形成装置。
【請求項10】
請求項2記載の像担持体、帯電手段、潜像形成手段、現像手段、1次転写手段および現像剤帯電量制御手段から構成される画像形成手段を複数有し、前記各像担持体上に形成された異なる色の可視化像を順次中間転写体上に重ねて転写した後、請求項2記載の2次転写手段でシート状記録媒体に一括転写することにより多色画像を得るとともに、前記各現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが前記各画像形成手段毎に実行可能な多色画像形成装置において、
前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時の前記各像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする多色画像形成装置。
【請求項11】
前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時の前記各現像剤帯電量制御手段への印加電圧が、現像剤の正規極性で、画像形成時のそれよりも高いことを特徴とする請求項9または10記載の多色画像形成装置。
【請求項12】
前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記各転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写の一定枚数毎であることを特徴とする請求項9または10記載の多色画像形成装置。
【請求項13】
前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記各転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写動作の1ジョブ後であることを特徴とする請求項9または10記載の多色画像形成装置。
【請求項14】
前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、電源投入後であることを特徴とする請求項9または10記載の多色画像形成装置。
【請求項15】
前記現像剤は、その形状係数SF1が100〜150であることを特徴とする請求項9ないし14の何れか一つに記載の多色画像形成装置。
【請求項16】
請求項9ないし15の何れか一つに記載の多色画像形成装置において、
前記各画像形成手段における前記像担持体、前記帯電手段、前記現像手段および前記現像剤帯電量制御手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、多色画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ等またはそれら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置、多色画像形成装置およびプロセスカートリッジに関し、さらに詳しくは、クリーナレス方式の画像形成装置、多色画像形成装置およびプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【0002】
複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ等またはそれら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置、多色画像形成装置およびこれらの画像形成装置本体に対して着脱自在に設けたプロセスカートリッジにおいて、画像形成装置本体の小型化、コストダウン、環境負荷の低減等が求められてきていることに鑑みて、像担持体である感光体の表面の転写残トナーをリサイクル可能として画像形成部(画像形成手段)からクリーニング装置を除去した、いわゆるクリーナレス方式の画像形成装置が開発・提案されている(例えば、特許文献1ないし5参照)。
【0003】
例えば、特開2002−156881号公報には、感光体と、帯電部材と、静電潜像を形成する手段と、現像部材と、転写部材と、感光体上に残存するトナー画像を除去するメモリ除去部材と、メモリ除去部材に流れる電流の検出手段とを備え、メモリ除去部材に付着したトナーのクリーニングシーケンスを実行する画像形成装置において、メモリ除去部材に流れる電流に応じて前記クリーニングシーケンスを実行する時間の長さを変更する技術が記載されている。
【0004】
また例えば、特開2003−131519号公報には、像担持体と、帯電手段と、露光手段と、現像剤担持体よりトナーを供給して現像するとともに、像担持体に残留しているトナーを同時に除去する現像手段と、転写手段とを有する画像形成装置において、転写手段と帯電手段との間に、像担持体上の転写残トナーを散らすための、トナー散らし部材を設けて揺動させ、非作像工程(非画像形成)時に帯電手段およびトナー散らし部材に印加する電圧をA(V)、転写手段に印加する電圧をB(V)、現像剤担持体に印加する電圧をC(V)とし、その大きさの関係をA>B>Cとなるように設定する技術が記載されている。
【0005】
一方、近年の画像形成装置においては、より高精度および高精細な画像が形成できるよう、高解像度を有することが要求されている。その達成手段の1つとして、より粒径を小さくしたトナーを用いることが挙げられる。また、従来より転写率向上のために、トナーの形状を不定形からより球に近い形状のものが使われるようになってきている。
従来のクリーニングブレードを用いたクリーニング方式では、小粒径トナーや球状のトナーをクリーニングすることは粒径が小さいことや、形状が球形であることからすり抜けやすく、クリーニング不良が発生し、クリーニングが困難な状況にある。これに対して、小粒径トナーや球形トナーを用いると画像品質(以下、「画質」という)が良くなるので、その使用形態として上述のクリーナレス方式が提案されている。
【0006】
【特許文献1】特開2002−156881号公報
【特許文献2】特開2003−131519号公報
【特許文献3】特開2000−122366号公報
【特許文献4】特開2003−202774号公報
【特許文献5】特開平11−72995号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特開2002−156881号公報記載の技術では、メモリ除去部材に流れる電流に応じて前記クリーニングシーケンスを実行する時間の長さを変更すると、そのシーケンス時間が長くなった場合に、画像出力が少なくなる、すなわち1分当たりの画像形成枚数(CPM)が少なくなるという問題点がある。
特開2003−131519号公報記載の技術では、転写電圧が作像(画像形成)時とは逆の電圧を印加されるので2系統の電源が必要となり、そのために構成が複雑になるとともにコストアップになるという問題点がある。
【0008】
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、特には球形トナーを使用し、クリーナレス方式を用いた簡素な構成で感光体寿命(像担持体寿命)および画質を向上することができる画像形成装置、小型の多色画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、上述の課題を解決するとともに上述の目的を達成するために、後述の実施形態等に記載の実験を行い鋭意研究を重ねる中で、以下の重要な現象を見いだした。すなわち、従来から存在するクリーナレス方式において、トナー帯電量制御部材(現像剤帯電量制御手段)でトナー(現像剤)の帯電量を変化させる主な力は、トナーに電流が流れ込んで起こるいわゆる電荷注入であるとの考えに至り、さらに電荷注入だとすると時定数を持っていることから時間で変化すると考え、そこで感光体ドラム(像担持体)の線速度に着目し、その感光体線速とトナー帯電量制御部材に吸着されているトナーが感光体ドラムへ吐き出されるトナー量とに関する計測実験を行った。
その結果、感光体線速を画像形成時のそれよりも遅くするほど(但し、停止しない程度)、トナー帯電量制御部材に溜まったトナーが感光体ドラムへ効率よく吐き出されることを突き止めた。本発明は、このような実験で裏付けられた原理を基本にしてなされたものである。
【0010】
上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、各請求項ごとの発明では、以下のような特徴ある手段・発明特定事項(以下、「構成」という)を採っている。
請求項1記載の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体に形成された潜像に、現像剤を供給して可視化するとともに、前記像担持体に残留している現像剤を除去する現像手段と、前記像担持体上の可視化された像をシート状記録媒体に転写する転写手段と、該転写手段と前記帯電手段との間に配置された、前記像担持体上の転写残現像剤の帯電量を制御するための現像剤帯電量制御手段とを具備し、前記現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが実行可能な画像形成装置において、前記現像剤吐出モード実行時の前記像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする。
【0011】
請求項2記載の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電させる帯電手段と、帯電された前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体に形成された潜像に、現像剤を供給して可視化するとともに、前記像担持体に残留している現像剤を除去する現像手段と、前記像担持体上の可視化された像を中間転写体上に転写する1次転写手段と、該1次転写手段と前記帯電手段との間に配置された、前記像担持体上の転写残現像剤の帯電量を制御するための現像剤帯電量制御手段と、前記中間転写体上に転写された可視化像をシート状記録媒体に転写する2次転写手段とを具備し、前記現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが実行可能な画像形成装置において、前記現像剤吐出モード実行時の前記像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の画像形成装置において、前記現像剤吐出モード実行時の前記現像剤帯電量制御手段への印加電圧が、現像剤の正規極性で、画像形成時のそれよりも高いことを特徴とする。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写の一定枚数毎であることを特徴とする。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項1ないし3の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写動作の1ジョブ後であることを特徴とする。
【0015】
請求項6記載の発明は、請求項1ないし3の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、電源投入後であることを特徴とする。
【0016】
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記現像剤は、その形状係数SF1が100〜150であることを特徴とする。
【0017】
請求項8記載の発明は、請求項1ないし7の何れか一つに記載の画像形成装置において、前記像担持体、前記帯電手段、前記現像手段および前記現像剤帯電量制御手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジである。
【0018】
請求項9記載の発明は、請求項1記載の像担持体、帯電手段、潜像形成手段、現像手段、転写手段および現像剤帯電量制御手段から構成される画像形成手段を複数有し、前記各像担持体上に形成された異なる色の可視化像を転写体上に担持されたシート状記録媒体に順次重ねて転写することにより多色画像を得るとともに、前記各現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが前記各画像形成手段毎に実行可能な多色画像形成装置において、前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時の前記各像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする。
【0019】
請求項10記載の発明は、請求項2記載の像担持体、帯電手段、潜像形成手段、現像手段、1次転写手段および現像剤帯電量制御手段から構成される画像形成手段を複数有し、前記各像担持体上に形成された異なる色の可視化像を順次中間転写体上に重ねて転写した後、請求項2記載の2次転写手段でシート状記録媒体に一括転写することにより多色画像を得るとともに、前記各現像剤帯電量制御手段に溜まった現像剤を吐き出す現像剤吐出モードが前記各画像形成手段毎に実行可能な多色画像形成装置において、前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時の前記各像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことを特徴とする。
【0020】
請求項11記載の発明は、請求項9または10記載の多色画像形成装置において、前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時の前記各現像剤帯電量制御手段への印加電圧が、現像剤の正規極性で、画像形成時のそれよりも高いことを特徴とする。
【0021】
請求項12記載の発明は、請求項9または10記載の多色画像形成装置において、前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記各転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写の一定枚数毎であることを特徴とする。
【0022】
請求項13記載の発明は、請求項9または10記載の多色画像形成装置において、前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、前記各転写手段または2次転写手段によるシート状記録媒体への転写動作の1ジョブ後であることを特徴とする。
【0023】
請求項14記載の発明は、請求項9または10記載の多色画像形成装置において、前記各画像形成手段毎の前記現像剤吐出モード実行時が、非画像形成時であり、かつ、電源投入後であることを特徴とする。
【0024】
請求項15記載の発明は、請求項9ないし14の何れか一つに記載の多色画像形成装置において、前記現像剤は、その形状係数SF1が100〜150であることを特徴とする。
【0025】
請求項16記載の発明は、請求項9ないし15の何れか一つに記載の多色画像形成装置において、前記各画像形成手段における前記像担持体、前記帯電手段、前記現像手段および前記現像剤帯電量制御手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、多色画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジである。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、上記課題を解決して新規なクリーナレス方式の画像形成装置、多色画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することができる。主な発明の効果を挙げれば、以下のとおりである。
本発明によれば、現像剤吐出モード実行時の像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことにより、現像剤帯電量制御手段に堆積した現像剤(トナー)が像担持体へ多く転移するので、簡素な構成で像担持体の性能を経時で維持できる(請求項1および2)。
【0027】
本発明によれば、現像剤吐出モード実行時の現像剤帯電量制御手段への印加電圧を、現像剤の正規極性で、画像形成時のそれよりも高くしたので、現像剤帯電量制御手段に堆積した現像剤(トナー)が確実に吐き出される(請求項3)。
【0028】
本発明によれば、画像形成速度(例えばコピースピード)を遅くしなくて済む(請求項4ないし6および請求項12ないし14)。
【0029】
本発明によれば、現像剤は、その形状係数SF1が100〜150であることにより、画質が向上する(請求項7および15)。
【0030】
本発明によれば、像担持体、帯電手段、現像手段および帯電量制御手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したプロセスカートリッジであるので、操作が容易になる(請求項8)。
【0031】
本発明によれば、画像形成手段を複数有し、各画像形成手段毎の現像剤吐出モード実行時の各像担時体の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたことにより、現像剤帯電量制御手段に堆積した現像剤(トナー)が像担持体へ多く転移するので、簡素な構成で各像担持体の性能を経時で維持できるとともに、装置を小型化できる(請求項9および10)。
【0032】
本発明によれば、各画像形成手段毎の現像剤吐出モード実行時の各現像剤帯電量制御手段への印加電圧を、現像剤の正規極性で、画像形成時のそれよりも高くしたので、各現像剤帯電量制御手段に堆積した現像剤(トナー)が確実に吐き出される(請求項11)。
【0033】
本発明によれば、各画像形成手段における像担持体、帯電手段、現像手段および現像剤帯電量制御手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、多色画像形成装置本体に対して着脱自在に構成したプロセスカートリッジであるので、操作が容易になる(請求項16)。
【発明を実施するための最良の形態】
【0034】
以下、図を参照して、本発明を実施するための最良の形態および実施例を含む実施形態を説明する。実施形態および変形例等に亘り、同一の機能を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。図および説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がないものは適宜断わりなく省略することがある。
【0035】
(第1の実施形態)
図1は、本発明を適用した第1の実施形態に係る画像形成装置の一例を示している。まず、図1を参照して、画像形成装置の全体構成および動作を説明する。
同図に示す画像形成装置は、電子写真用感光体を備え図中矢印方向に回転可能な像担持体としての感光体ドラム1と、感光体ドラム1の表面に電荷を与えて帯電させる帯電手段としての非接触帯電ローラ21と、帯電された感光体ドラム1の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段・露光手段としての図示しない書込み装置から出射されるレーザ光4と、感光体ドラム1の表面に形成された静電潜像に、現像剤担持体としての現像ローラ8より現像剤であるトナーを供給して可視化・現像するとともに、感光体ドラム1に残留しているトナーを同時に除去する現像手段としての現像装置29(以下、「現像器29」と言い替える)と、感光体ドラム1上の可視化されたトナー像をシート状記録媒体としての転写材に転写する転写手段としての転写ローラ15と、転写ローラと15と非接触帯電ローラ21との間に配置された、感光体ドラム1上の転写残トナーの帯電量を制御するための現像剤帯電量制御手段としてのトナー帯電量制御部材19から主に構成されている。
【0036】
同図に示す画像形成装置では、感光体ドラム1の図中矢印方向に順に配置された非接触帯電ローラ21、前記書込み装置から出射されるレーザ光4、現像器29およびトナー帯電量制御部材19が画像形成手段としての画像形成部を構成している。
以下、本発明に密接に関係する前記画像形成部およびその周りの構成要素について、補足する。
感光体ドラム1は、図示しない像担持体駆動手段としての駆動モータにより、図1中矢印方向に回転駆動される。感光体ドラム1は、前記駆動モータが図示しないモータ駆動回路を介して制御手段(図示せず)からの指令信号に基づき、非画像形成時を含めて制御されることで、その回転速度、すなわち周速度、換言すれば線速が複数段に変更可能になっている。
【0037】
感光体ドラム1の電子写真用感光体としては、アモルファスシリコン感光体を用いている。この電子写真用感光体としては、導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下、「a−Si系感光体」という)を用いることができる。なかでもプラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
【0038】
アモルファスシリコン感光体の層構成は、例えば次のようなものが挙げられる。図2は、層構成を説明するための模式的構成図である。図2(a)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502が設けられている。
図2(b)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503とから構成されている。
図2(c)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層504とから構成されている。
図2(d)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。該光導電層502は、a−Si:H,Xからなる電荷発生層505と電荷輸送層506とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層503が設けられている。
【0039】
感光体の支持体としては、導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、
ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は、製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされる。
【0040】
本発明に用いることができるアモルファスシリコン感光体には、必要に応じて導電性支持体と光導電層との間に、導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのが一層効果的である(図2(c)参照)。すなわち、電荷注入阻止層は、感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
電荷注入阻止層の層厚は、所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5μm、より好ましくは0.3〜4μm、最適には0.5〜3μmとされるのが望ましい。
【0041】
光導電層は、必要に応じて下引き層上に形成され、光導電層502の層厚は所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜50μm、最適には23〜45μmとされるのが望ましい。
電荷輸送層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。この電荷輸送層は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子と弗素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性,電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。本実施形態においては、酸素原子を含有することが特に好ましい。
電荷輸送層の層厚は、所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm、最適には20〜30μmとされるのが望ましい。
【0042】
電荷発生層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。この電荷発生層は、構成要素として少なくともシリコン原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性、電荷輸送特性を有する。
電荷発生層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15μm、より好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmとされる。
【0043】
本発明に用いることができるアモルファスシリコン感光体には、必要に応じて、上述のようにして支持体上に形成された光導電層の上に、さらに表面層を設けることができ、アモルファスシリコン系の表面層を形成することが好ましい。この表面層は、自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
本発明における表面層の層厚としては、通常0.01〜3μm、好適には0.05〜2μm、最適には0.1〜1μmとされるのが望ましいものである。層厚が0.01μmよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3μmを超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
【0044】
アモルファスシリコン系感光体は、表面硬度が高く、半導体レーザ(770〜800nm)などの長波長光に高い感度を示し、しかも繰返し使用による劣化もほとんど認められないことから、高速複写機やレーザビームプリンタ(LBP)などの電子写真用感光体として用いられている。
なお、アモルファスシリコン系感光体は、通常正帯電で用いられるが、不純物元素のドーピング等により負帯電に用いることもできるため、極性にこだわる必要は特にないと思われる。
【0045】
本発明の感光体は、アモルファスシリコン系感光体に限らず、例えば感光体が充填材で補強された表面層を有する有機感光体、もしくは架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体、またはその両方の特徴を有する有機感光体であってもよい。
すなわち、感光体の最外層が、ビニルフルオライド、ビニリデンフルオライド、クロロトリフルオロエチレン、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より選ばれる化合物の重合体もしくは共重合である。導電性支持体としては、アルミニウム、ステンレスなどの金属、紙、プラスチックなどの円筒状シリンダーまたはフィルムが用いられる。これらの支持体の上には、バリアー機能と下引機能をもつ下引層(接着層)を設けることができる。
下引層は、感光層の接着性改良、塗工性改良、支持体の保護、支持体上の欠陥の被覆、支持体からの電荷注入性改良、感光層の電気的被覆に対する保護などのために形成される。下引層の材料としては、ポリビニルアルコール、ポリ−N−ビニルイミダゾール、ポリエチレンオキシド、エチルセルロース、メチルセルロース、エチレン−アクリル酸コポリマー、カゼイン、ポリアミド、共重合ナイロン、ニカワ、ゼラチン、等が知られている。これらは、それぞれに適した溶剤に溶解されて支持体上に塗布される。その膜厚は、0.2〜2μm程度である。
【0046】
感光層の具体例としては、電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有する電荷輸送層との積層構造を有する感光層、電荷発生物質と電荷輸送物質を含有する単一の層から成る感光層などがある。電荷発生物質としては、ピリリウム、チオピリリウム系染料、フタロシアニン系顔料アントアントロン顔料、ジベンズピレンキノン顔料、ピラントロン顔料、トリスアゾ顔料、ジスアゾ顔料、アゾ顔料、インジゴ顔料、キナクリドン系顔料、非対称キノシアニン、キノシアニンなどを用いることができる。電荷輸送物質としては、ピレン、N−エチルカルバゾール、N−イソプロピルカルバゾール、N−メチル−N−フェニルヒドラジノ−3−メチリデン−9−エチルカルバゾール、N,N−ジフェニルヒドラジノ−3−メチリデン−9−エチルカルバゾール、N,N−ジフェニルヒドラジノ−3−メチリデン−10−エチルフェノチアジン、N,N−ジフェニルヒドラジノ−3−メチリデン−10−エチルフェノキサジン、p−ジエチルアミノベンズアルデヒド−N,N−ジフェニルヒドラゾン、p−ジエチルアミノベンズアルデヒノ−2−メチルフェニル)−フェニルメタン等のトリアリールメタン系化合物、1,1−ビス(4−N,N−ジエチルアミノ−2−メチルフェニル)ヘプタン、1,1,2,2−テトラキス(4−N,N−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)エタン等のポリアリールアルカン類、およびトリアリールアミン類などを用いることができる。
【0047】
本発明の感光体は、フィラーを分散させた感光体であってもよい。すなわち、保護層に耐摩耗性を向上する目的でフィラーを添加した感光体である。有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、a−カーボン粉末等が挙げられ、無機フィラーとしては、銅、スズ、アルミニウム、インジウムなどの金属粉末、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、アンチモンをドープした酸化錫、錫をドープした酸化インジウム等の金属酸化物、チタン酸カリウムなどの無機材料が挙げられる。これらのフィラーは単独もしくは2種類以上混合して用いられる。これらフィラーは、保護層用塗工液に適当な分散機を用いることにより分散できる。また、フィラーの平均粒径は、0.5μm以下、好ましくは0.2μm以下にあることが保護層の透過率の点から好ましい。また、保護層21中に可塑剤やレベリング剤を添加してもよい。
【0048】
本発明の感光体は、上述のものに限定されず、通常の有機感光体でも使用可能であるし、例えば本実施形態で用いている像担持体としてのドラム状の感光体ドラム1に代えて、ベルト状の感光体を用いてもよく、これにも適用可能である。
【0049】
現像器29は、現像装置本体を構成する下ケース7および上フタ6内に設けられ、例えばトナーとキャリアとからなる非磁性2成分現像剤のうちのトナーを収容するトナー収容部と、下ケース7および上フタ6内に設けられ、感光体ドラム1にトナーを搬送・付与する前記現像ローラ8と、下ケース7および上フタ6内に設けられ、前記トナー収容部内のトナーを現像ローラ8へと導くトナー送り部材としての左スクリュー9および右スクリュー10と、上フタ6に設けられ、現像ローラ8に供給されたトナーの層を一定の厚みに規制する層規制部材としてのドクタ5等を具備している。
現像ローラ8の回転方向は、感光体ドラム1の両端部の部位で互いに接触して連れ回りする図1に示す反時計回りで、感光体ドラム1の線速の2.0倍の速度で回転するように構成されている。
【0050】
ここで、図16を参照して、トナーの形状係数SF1について説明する。
形状係数SF1とは、図16に示すように、球状物質の形状の丸さの割合を示す数値であり、球状物質を二次元平面上に投影してできる楕円状図形の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで割って、100π/4を乗じた値で表される。
つまり次式、
SF1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4)
によって定義されるものである。
本実施形態および後述の各種実験で用いたトナーの形状係数SF1は、画質を向上するために、100〜150の範囲の球形かつ小粒径のものである。
【0051】
転写ローラ15は、外径8mmの芯金に外径16mmの発泡ウレタンローラを一体的に形成した形状で、硬度はアスカーC測定法で30°で、かつ、電気抵抗値は10Ω・cmで構成されている。転写ローラ15は、感光体ドラム1と連れ回り方向で回転し、その線速比は感光体ドラム1に対して「0〜1.1倍」で回転している。また、トナーと逆極性(+極性)の定電流が印加されている。
なお、転写手段は、前記転写ローラ15に限らず、例えばベルト状のものや、転写チャージャであってもよい。
感光体ドラム1と転写ローラ15との当接部に形成された転写部の下流には、感光体表面の電位を下げるための除電ランプ18が配置されている。
【0052】
トナー帯電量制御部材19は、固定のブラシ繊維で構成され、その1本当たりの繊維の外径は約30μm、密度は約10万本/inchで、幅5mm、ブラシの毛の長さが5mmで、感光体ドラム1の軸線方向に延在していて、感光体ドラム1に対して1mm食い込ませて配設されている。トナー帯電量制御部材19は、感光体ドラム1に対して回転方向に傾斜をなして当接している。
トナー帯電量制御部材19には、トナー帯電量制御用電源20からの電源により、「−極性」のDC電圧(−300V)が印加されている。トナー帯電量制御用電源20では、図1において実線で示す状態の切換スイッチが低圧側のDC電圧(−300V)に、同図に破線で示す状態の切換スイッチが高圧側のDC電圧(−600V)に、それぞれ設定されている状態を表している。
【0053】
非接触帯電ローラ21は、感光体ドラム1に対して非接触状態で配置されていて、感光体表面を一様に負(マイナス)に帯電(−900V)させる構成になっている。
【0054】
上述のとおり、図1に示す画像形成装置では、トナー帯電量制御部材19に溜まったトナー(現像剤)を吐き出す現像剤吐出モード(以下、「トナー吐出モード」と言い替える)が実行可能に構成されている。
【0055】
次に、第1の実施形態の画像形成装置の動作を説明する。
図1に示す画像形成装置での画像形成の一連のプロセスは、ここではN/P(ネガポジ:電位が低い所にトナーが付着する)の非接触帯電ローラ方式で行われる。先ず、図示しない操作部のプリントボタンが押されると、図中の非接触帯電ローラ21、現像ローラ8、転写ローラ15、トナー帯電量制御部材19、除電ランプ18にそれぞれ所定の電圧または電流が順次所定のタイミングで印加される。それとほぼ同時に、感光体ドラム1、非接触帯電ローラ21、転写ローラ15、現像器29の現像ローラ8、左スクリュー9、右スクリュー10は、同図中に示す所定の方向に回転し始める。
【0056】
感光体ドラム1は非接触配置された非接触帯電ローラ21で、一様に負(マイナス)に帯電(−900V)され、レーザ光4で静電潜像の形成(黒ベタ電位は−150V)が行われる。その静電潜像が現像ローラ8で形成される磁気ブラシにより、現像(現像バイアスは−600V)・可視化されてトナー像が形成される。
そして、その感光体ドラム1上のトナー像に対して、感光体ドラム1と転写ローラ15との間の転写ニップ部に図示しない給紙機構から転写材の一例としての転写紙が1枚に分離されて給送され、さらに上レジストローラ12と下レジストローラ11とで感光体ドラム1上の画像先端と同期を取られて、下ガイド板13および上ガイド板14に案内されつつ供給された転写紙上に、トナー像が転写(+10μA印加)される。トナー像が転写された転写紙は分離爪16で感光体ドラム1より分離され、搬送ガイド板17で案内され、さらに図示しない定着装置を経てコピー画像として図示しない排紙トレイ等に排出される。
【0057】
一方、転写ローラ15で転写され、感光体ドラム1上に残った転写残トナーは図3に示すように、「+極性」と「−極性」とが混在した分布のトナーが、感光体ドラム1の回転でトナー帯電量制御部材19まで移送される。この転写残トナーの分布状態は、図4中の転写残:A、転写残:B、転写残:Cに示すように、転写紙の厚みや、環境条件の変化で容易に変わる。
なお、図3および図4等において、横軸には10μm当たりの電荷量(10−15C)が、縦軸には頻度(%)がそれぞれとられている。
【0058】
トナー帯電量制御部材19には、上述したように「−極性」のDC電圧(−300V)が印加されている。「−極性」と「+極性」とが混在した転写残トナーのうち、図5のD部に示すような「−極性」のトナーは、印加電圧が「−極性」だからそのまま「−極性」に電荷が注入され、「−極性」に帯電量が増加してトナー帯電量制御部材19を通過する。転写残トナーのうち、図5中のE部に示すような「+極性」に帯電量の低いトナーは、印加電圧の「−極性」で電荷注入され、「−極性」に帯電量が反転してトナー帯電量制御部材19を通過する。
また、転写残トナーのうち、図5中のF部に示すような「+極性」に帯電量の高いトナーは、印加電圧の「−極性」で電荷注入されるが、トナーの帯電極性が「−極性」まで反転せず、トナー帯電量制御部材19に印加された「−極性」の電圧で静電的に吸着保持される。
【0059】
トナー帯電量制御部材19を通過したトナーは、「−極性」に帯電しているので、非接触帯電ローラ21では感光体ドラム1と機械的にもギャップ(約50μm)があることにより、前記通過したトナーと接触しないため、非接触帯電ローラ21へのトナーの付着はない。非接触帯電ローラ21が、DC電圧に印加されている場合は静電的にも非接触帯電ローラ21には「−極性」の電圧が印加されているので、前記通過したトナーは非接触帯電ローラ21には吸着されない。
または、非接触帯電ローラ21が「−極性」のDC電圧にACを重畳した電圧が印加されている場合も、AC電圧が「2kVpp」で、DCが「−900V」程度なので、電界的に「−極性」のトナーが非接触帯電ローラ21へ向かう電界が生じるが、電界強度が低いため非接触帯電ローラ21へはトナーは吸着されない。電圧印加条件の+成分は、1000V−900V=100V程度であるため、−極性のトナーが飛翔する電界ではない。非接触帯電ローラ19を通過したトナーは、さらに「−極性」に帯電され、感光体ドラム1と現像ローラ8とで形成される現像部で静電的に回収される。
これは前記帯電で、感光体ドラム1の感光体表面が約「−900V」に帯電され、現像バイアスは約「−600V」、トナーは「−極性」で高い帯電量、すなわち通常の現像後のq/m(トナー帯電量)は約−20μC/gで、トナー帯電量制御部材19、非接触帯電ローラ21を通過したトナーは約−30〜40μC/gであるで、電界はトナーが現像部へ向かう方向となり、現像部で回収される。
【0060】
図6に示すように、トナー帯電量制御部材19へトナーTbが溜まると、転写残トナーTaの極性を反転させる能力が低下し、トナ−極性が反転しないまま印加電圧と逆極性のトナーTcがトナー帯電量制御部材19を通過していく。この場合は、印加電圧が上述の−300V印加であるので、+極性のトナーTcが非接触帯電ローラ21へくると、非接触帯電ローラ21へはAC+DCが重畳印加され、(−極性成分はDC成分−900VとAC成分−1000Vとを加えたものとなるので−1.9kVとなる)強電界で、+極性のトナーTcは非接触帯電ローラ21に引き寄せられて非接触帯電ローラ21に付着する。
【0061】
トナー帯電量制御部材19においてクリーナレスに係るトナー吐出モード実行可能なシステムが成立・維持するためには、トナー帯電量制御部材19にトナーTbが溜まりつづけず、かつ、トナーTbの帯電量が制御できることである。これは、後で説明するトナー帯電量制御部材19へ入力してくるトナーM/A(Mass:質量/Area:面積)と出力M/Aとが同じになることである。
【0062】
(実験1)
図1の画像形成装置の構成における上述の感光体ドラム1、現像器29、転写ローラ15、トナー帯電量制御部材19および非接触帯電ローラ21の仕様・条件で、次の実験1を行った。この実験1においては、入力トナーの分布の「+極性」トナーのうち、トナー帯電量制御部材19へ吸着されるトナー量は、感光体ドラム1の線速:200mm/sで画像を黒ベタにし、転写後のトナー像先端がトナー帯電量制御部材19を約8mm程度通過した時点で感光体ドラム1の回転動作を停止し、図6に示すようにトナー帯電量制御部材19に入力してくるトナーM/A(G部)とトナー帯電量制御部材19を通過してきたトナーM/A(J部)を測定し、その差をトナー帯電量制御部材19に吸着されたトナー(H部)として算出した。また、G部、H部、J部の帯電量分布を測定した。
【0063】
上記実験1の結果、図6におけるG部のM/Aは約0.06mg/cm、J部のM/Aは約0.048mg/cmで、H部のM/Aは約0.012mg/cmとなった。従って、トナー帯電量制御部材19に吸着されるトナーの比率はトナー入力量の約20%となることが分かった。
また、G部、H部、J部の帯電量分布は、図7に示すようにそれぞれK、L、Mのような帯電量分布となった。Lの分布が示すように、トナー帯電量制御部材19に吸着されたトナーは極性が反転せずに「+極性」のまま保持されている。
トナーが連続的に入力してくると、常に入力トナーM/Aの約20%はトナー帯電量制御部材19へ吸着されることになる。但し、トナー帯電量制御部材19へ吸着されたトナーも、時間と共に電荷注入され少しずつ感光体ドラム1へ吐き出されていくが、吐き出し量が少ないとトナー帯電量制御部材19へ吸着されるトナーは徐々に増加し電荷注入性能が低下する。以上の実験1の結果から、トナー帯電量制御部材19は、以上のような性能・特性を持っていることが分かった。
【0064】
実験1の結果を踏まえ、転写紙を連続通紙することにより連続画像形成を行い、トナー帯電量制御部材19へ溜まったトナーと制御性能との関係を計測してみた。この場合、画像占有面積は少ないと時間がかかるので、今回は通常より(約6%)やや大目のハーフトーンのA4横10%チャートを使用して計測を行った。
画像占有面積が10%だから、転写残M/Aは「0.06×0.1=0.006mg/cm」となる。また、トナー帯電量制御部材19を通過するトナー量は、その80%だから「0.006×0.8=0.0048mg/cm」となる。
従って、トナー帯電量制御部材19へ吸着されるトナー量は、「0.006×0.2=0.0012mg/cm」となる。A4横通紙の場合、トナー帯電量制御部材19単位幅当りに吸着されるM/Aは、「0.0012×21=0.0252mg」となる。但し、トナー帯電量制御部材19に溜まったトナーが時間と共に少しずつ感光体ドラム1へ排出されていくわけであるが、その計測を以下の方法で行った。
計測は、スタートから入力トナーM/Aとトナー帯電量制御部材19通過後の出力トナーM/AをA4横ハーフトーン10%チャートで連続画像形成をさせながら測定した。
【0065】
上記実験1の結果、図8に示すように、トナー帯電量制御部材19へ入力してくるトナー量はほぼ一定であるが、トナー帯電量制御部材19を通過したトナーは徐々に増えていく。しかしながら、通紙枚数が500枚でもトナー帯電量制御部材19へ入力してくるトナー量と通過・出力したトナー量とは同じにはならないことが分かった。
【0066】
(実験2)
一方、トナー帯電量制御部材19を通過したトナーのうちの印加電圧と逆の極性トナー(+極性)の量を計測する実験2を行った。
実験2の計測結果、図9に示すように、250枚通紙までは逆極性トナー個数がほぼ7個/500個程度であったが、260枚以後になると急激に増加した。これは、トナー帯電量制御部材19が吸着されたトナーによって制御性能が低下したことを意味する。従って、トナー帯電量制御部材19に吸着されたトナーを感光体ドラム1へ吐き出し、トナー帯電量制御部材19と感光体ドラム1とが接触する部分の清掃が必要となることが分かった。
当然、画像形成時でトナー帯電量制御部材19への入力トナー量がない部分(紙間)があり、そのときもトナー帯電量制御部材19へは電圧が印加されているので、トナー帯電量制御部材19へ溜まっているトナーは感光体ドラム1へ若干吐き出されるわけであるが、これは極めて少ない量であり、トナー帯電量制御部材19を通過するトナー量にその分を加えてもトナー帯電量制御部材19へ吸着される量と同等とはならない。
【0067】
(実験3)
トナー帯電量制御部材19でトナーの帯電量を変化させる主な力は、トナーに電流が流れ込んで起こるいわゆる電荷注入と考えられる。電荷注入だとすると時定数を持っていることから時間で変化すると考え、感光体ドラム1の線速(以下、「感光体線速」というときがある)に着目し、感光体線速とトナー帯電量制御部材19に吸着されているトナーが感光体ドラム1へ吐き出されるトナー量との関係を計測する実験3を行った。
ここで、トナー帯電量制御部材19へ吸着されるトナー量の限界を、250枚通紙までにトナー帯電量制御部材19へ吸着される量として、そのトナー量に対して感光体線速を変えたときにトナー吐き出し量がどう変わるかを見た。また、通紙枚数250枚でトナー帯電量制御部材19へ溜まったトナー量を計測してみた所、単位幅当り約4mgであった。
A4横1枚通紙でトナー帯電量制御部材19の単位幅当りのトナー帯電量制御部材19へ吸着されるトナーM/Aは「0.0252mg/cm」だから、通紙枚数250枚では「6.3mg/cm」となる。
【0068】
上記の計算結果との差異は、トナー帯電量制御部材19へ吸着されたトナーが時間と共に少しずつ感光体ドラム1へ排出されるためである。また、A4横を250枚通紙して4mgの量をトナー帯電量制御部材19へ吸着させるのは時間がかかるため、画像占有面積を上記の3倍の30%とし、通紙枚数を80枚としてそのときにトナー帯電量制御部材19へ溜まったトナー量に対してトナー吐き出し量を計測した。
画像占有面積が30%で通紙枚数が80枚のときはほぼ計算どおりトナー帯電量制御部材19の単位幅当り3.6mgとなった。トナー帯電量制御部材19へトナーを単位幅当り3.6mg溜め込んで感光体線速をそれぞれ50、100、200、300mm/sと変え、感光体ドラム1の走行距離は紙間の5倍450mmとした。
そのときのトナー排出量を計測した結果が図10に示されている。同図に示すように、100、50mm/sと感光体線速が遅くなるに従い、トナー吐き出し量が多くなる。200、300mm/sでは、トナー吐き出し量はあまり変わらない。
【0069】
図10に示すように、感光体線速50mm/sでトナーを吐き出してやれば、トナー帯電量制御部材19の単位幅当り約0.35mgのトナー量が感光体ドラム1へ吐き出される。これは、画像占有面積6%で250枚通紙したときトナー帯電量制御部材19へ溜まったトナー量のほとんどが排出されていることを示している。
【0070】
(実験4)
図11に示すように、線速200mm/sの場合の感光体ドラム1の走行距離(以下、「感光体走行距離」というときがある)とトナー吐き出し量との関係に関する実験4を行った。
線速200mm/sの場合は、トナー吐き出し時の感光体走行距離を延ばしてもトナー吐き出し量が劇的に増加することはない。従って、画像形成とは別に最初に500枚に1回トナー帯電量制御部材19に溜まったトナーを線速50mm/sにして吐き出してやればよいことが分かる。
【0071】
当然、転写紙が例えばA3になれば、トナー吐き出しタイミングは短くしなければならない。その時は図示しない転写紙サイズ検知手段で転写紙サイズを検知し、上記トナー吐き出しタイミングの1/2のタイミングで吐き出してやればよい。
またその時、トナー帯電量制御部材19への印加電圧が画像形成時より高い電圧であればさらによい。すなわち、例えば後述の図示しない制御手段による指令によって、トナー帯電量制御用電源20の切換スイッチを図1に破線で示す印加電圧電源の高い方に切り換えるようにすればよい。
【0072】
上述の実験1ないし4から、トナー帯電量制御部材19(現像剤帯電量制御手段)に溜まったトナー(現像剤)を吐き出すトナー吐出モード(現像剤吐出モード)が実行可能な図1に示す画像形成装置において、次に述べる本発明に特有の専用モードを作って行えば上述の効果を奏することが分かった。
第1に、トナー吐出モード実行時の感光体ドラム1の線速を、画像形成時のそれよりも遅くする専用モード(以下、「感光体線速減速モード(像担持体線速減速モード)」というときがある)である。但し、感光体ドラム1を完全に停止した状態では、上記実験3で述べた作用が有効に働かないため、線速の下限値は少なくとも感光体の停止でない必要がある。
第2に、トナー吐出モード実行時(感光体線速減速モード実行時)のトナー帯電量制御部材19への印加電圧を、トナーの正規極性で、画像形成時のそれよりも高くする専用モードである。
第3に、トナー吐出モード実行時(感光体線速減速モード実行時)が、非画像形成時であり、かつ、転写ローラ15による転写紙への転写の一定枚数毎とする専用モードである。
第4に、トナー吐出モード実行時(感光体線速減速モード実行時)が、非画像形成時であり、かつ、転写ローラ15による転写紙への転写動作の1ジョブ後(例えば実験4での500枚を1ジョブとした場合)とする専用モードである。
第5に、トナー吐出モード実行時(感光体線速減速モード実行時)が、非画像形成時であり、かつ、画像形成装置に設けられている電源投入後とする専用モードである。
上記第1の専用モードは、画像形成装置に設けられている図示しない制御手段(例えば、CPU、ROM、RAMおよびタイマ等を具備したマイクロコンピュータ)が、トナー吐出モード実行時の感光体ドラム1の線速を画像形成時のそれよりも遅くするように、感光体ドラム1を回転駆動する駆動モータ(図示せず)を図示しないモータ駆動回路を介して制御することで、自動的に行われる。第2ないし第5の専用モードも、前記図示しない制御手段によって自動的に行われる。
【0073】
図12に、第1の実施形態の変形例1を示す。
変形例1は、図1等に示した第1の実施形態の画像形成装置と比較して、非接触帯電ローラ21に代えて、帯電手段としての接触帯電ローラ22を用いたことのみ相違する。
接触帯電ローラ22では、トナー帯電量制御部材19後のトナー中制御されなかったトナー(ここでは+極性トナー)は、強電界および接触で接触帯電ローラ22へ付着するが、制御されなかったトナーが少ないのである程度の寿命は持つものである。
従って、後述のプロセスカートリッジに用いて図示しない寿命検知手段(例えば接触帯電ローラ22から感光体ドラム1へ流れる電流を検知)で寿命を検知し、図示しない液晶表示部へのその旨の表示やLED(発光ダイオード)点灯、あるいはブザー吹鳴などの報知手段によって、プロセスカートリッジが寿命であることをユーザに知らせることで、プロセスカートリッジをユーザが交換できるようにすればよい。
【0074】
図13に、第1の実施形態の変形例2を示す。
変形例2は、図1等に示した第1の実施形態の画像形成装置と比較して、非接触帯電ローラ21に代えて、帯電手段としてのコロナチャージャ23(以下、「コロナCH23」と略称する)を用いたことのみ相違する。
コロナCH23は、感光体ドラム1とグリッド部の距離が約2mmあり、完全な非接触状態なので制御されなかったトナーが帯電器(コロナCH23)へ付着することはなく、問題とはならない。
【0075】
図14に、第1の実施形態の変形例3を示す。
変形例3は、図1等に示した第1の実施形態の画像形成装置と比較して、非接触帯電ローラ21に代えて、帯電手段としての接触磁気ブラシローラ帯電器30を用いたことのみ相違する。
接触磁気ブラシローラ帯電器30は、マグローラ24と、マグローラ24の外周近傍に磁気的に吸着された帯電粒子25とからなる。この場合も、接触帯電ローラ21の場合と同じである。
【0076】
図15に、第1の実施形態の変形例4を示す。
変形例4は、図1等に示した第1の実施形態の画像形成装置と比較して、非接触帯電ローラ21に代えて、帯電手段としての接触ブラシローラ帯電器26を用いたことのみ相違する。この場合も接触帯電ローラ21の場合と同じである。
【0077】
以上説明したとおり、本実施形態および変形例1ないし4によれば、トナー吐出モード実行時の感光体ドラム1の線速度を、画像形成時のそれよりも遅くしたので、トナー帯電量制御部材19に堆積したトナーが感光体ドラム1へ多く吐き出され転移するので、簡素な構成で感光体ドラム1の性能を経時で維持できる。
本実施形態および変形例1ないし4によれば、感光体線速減速モード実行時における上述した第2ないし第5の専用モードが実行可能であるため、画像形成速度(例えばコピースピード)を遅くしなくて済む。
本実施形態および変形例1ないし4によれば、現像剤は、その形状係数SF1が100〜150であることにより、画質が向上する。
【0078】
(第2の実施形態)
図17に、本発明の第2の実施形態に係るプロセスカートリッジ27を示す。
プロセスカートリッジ27は、第1の実施形態の像担持体としての感光体ドラム1、変形例1の帯電手段としての接触帯電ローラ22、第1の実施形態の現像剤帯電量制御手段としてのトナー帯電量制御部材19およびトナー帯電量制御用電源20等を備えたトナー帯電量制御部28ならびに第1の実施形態の現像手段としての現像器29を一体型のカートリッジ容器27A内に一体に支持するように設けたものであり、このプロセスカートリッジ27を図示しない画像形成装置の画像形成装置本体に対して一括して着脱自在に構成したものである。
図示しない画像形成装置としては、プロセスカートリッジ27を除き、図1に示したものと同様である。
【0079】
本実施形態によれば、上述した第1の実施形態および変形例1ないし4等の利点・作用効果を奏することは元より、プロセスカートリッジ27を有しているので、前記図示しない画像形成装置本体への着脱・操作を容易にすることができる。
【0080】
プロセスカートリッジ27に限らず、像担持体としての感光体ドラム1、帯電手段としての非接触帯電ローラ21もしくは接触帯電ローラ22等、現像剤帯電量制御手段としてのトナー帯電量制御部材19およびトナー帯電量制御用電源20等を備えたトナー帯電量制御部28、現像手段としての現像器29より選ばれる少なくとも1つの手段を一体に支持し、このプロセスカートリッジを図示しない画像形成装置の画像形成装置本体に対して一括して着脱自在に構成したものであってもよい。
【0081】
(第3の実施形態)
図18に、本発明の第3の実施形態に係る多色画像形成装置の一例を示す。
まず、同図を参照して、多色画像形成装置としてのフルカラー画像形成装置の構成の概要を説明する。
同図に示すカラー画像形成装置は、中間転写体としての中間転写ベルト52を有しており、その移動方向に沿って配置された像担持体としての感光体ドラム1Bk、1Y、1M、1Cに対応して、複数の画像形成手段としての4つの画像形成ステーション(画像形成部)が並列配置されている。
感光体ドラム1Bkを有する画像形成ステーションではブラック(Bk)のトナー画像が、感光体ドラム1Yを有する画像形成ステーションではイエロー(Y)のトナー画像が、感光体ドラム1Mを有する画像形成ステーションではマゼンタ(M)のトナー画像が、感光体ドラム1Cを有する画像形成ステーションではシアン(C)のトナー画像が、それぞれ形成される。
【0082】
これら4つの画像形成ステーションでは、各色のトナー画像を形成するための構成はトナーの色のみが相違するだけで実質的に同様の構成要素を具備しているため、以下、イエローのトナー画像を形成する画像形成ステーションを代表して説明する。4つの画像形成ステーションにおいて、第1、第2の実施形態および変形例1で説明したと同様の構成要素には、トナーの色を表す英文字の符号「Bk」、「Y」、「M」、「C」を同一のアラビア数字に付加することで区別するとともに、色を表す「イエロー用」等の接頭語を省略する。
イエローのトナー画像を形成する画像形成ステーションにおいて、図18中矢印方向(反時計回り方向)に回転駆動される感光体ドラム1Yの周囲には、感光体ドラム1Yの表面を帯電させる帯電手段としての接触帯電ローラ22Y、帯電された感光体ドラム1Yの感光体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段・露光手段としての書込み装置(図示せず)から出射されるレーザ光4Y、感光体ドラム1Y上に形成された静電潜像にイエローのトナーを供給・付着させて現像・可視化するとともに、感光体ドラム1Yに残留しているイエローのトナーを除去する現像手段としての現像器29Y、中間転写体としての中間転写ベルト52の内側に設けられ、感光体ドラム1Y上のイエローのトナー画像を中間転写ベルト52に1次転写するための1次転写手段としての転写電極50Y、転写後に感光体ドラム1Y上のイエローの転写残トナーの帯電量を制御するための現像剤帯電量制御手段としての第2の実施形態と同様のトナー帯電量制御部材19およびトナー帯電量制御用電源20等を備えたトナー帯電量制御部28Y、除電ランプ18Yが配置されている。
【0083】
中間転写ベルト52は、可撓性を有する無端ベルトからなり、駆動ローラ51、従動ローラである第1中間ローラ53、バックアップローラ54および第2中間ローラ55間に掛け回されて支持されており、図示しない中間転写体駆動手段によって図18中矢印方向(時計回り方向)に走行・回転駆動される。
中間転写ベルト52には、駆動ローラ51と対向する部位に2次転写手段としての2次転写ローラ57が転写紙搬送経路に臨むように配設され、またバックアップローラ54と対向する部位に該ベルト表面を清掃する中間転写体用クリーニングユニット56が配設されている。
【0084】
次に、第3の実施形態の多色画像形成装置の動作を説明する。主として、イエロー用画像形成ステーションでの動作を代表して説明する。
図18に示す多色画像形成装置での画像形成の一連のプロセスは、ここではN/P(ネガポジ:電位が低い所にトナーが付着する)の接触帯電ローラ方式で行われる。先ず、図示しない操作部のプリントボタンが押されると、図中の接触帯電ローラ22Y、現像器29Yの図示しない現像ローラ、転写電極50Y、トナー帯電量制御部28Yの図示しないトナー帯電量制御部材、除電ランプ18Yにそれぞれ所定の電圧または電流が順次所定のタイミングで印加される。それとほぼ同時に、感光体ドラム1Y、接触帯電ローラ22Y、現像器29Yの現像ローラ、左スクリュー、スクリュー(共に図示せず)は、所定の方向に回転し始める。
【0085】
感光体ドラム1Yは接触配置された接触帯電ローラ22Yで、一様に負(マイナス)に帯電(−900V)され、レーザ光4Yで静電潜像の形成(黒ベタ電位は−150V)が行われる。この際、各色用感光体ドラム1Bk、1Y、1M、1Cに露光する画像情報は所望のフルカラー画像をブラック、イエロー、マゼンタおよびシアンの色情報に分解した単色の画像情報である。このように形成された静電潜像は、各色用感光体ドラム1Bk、1Y、1M、1Cと各色用現像器29Bk、29Y、29M、29Cの間を通る時、各色用現像器29Bk、29Y、29M、29Cの図示しない各色用現像ローラで形成される磁気ブラシにより、現像(現像バイアスは−600V)・可視化されてトナー像が形成される。
【0086】
駆動ローラ51が図示しない駆動手段により図中矢印方向に回転駆動されることにより、中間転写ベルト52は図中矢印方向(時計回り方向)に走行駆動されるとともに、他のローラが従動回転する。このように走行する中間転写ベルト52には、ブラックのトナーを有する現像器29Bkを具備するブラック用の画像形成ステーションで形成されたブラックトナー像が転写電極50Bkによって中間転写ベルト52上に転写される。その転写されたブラックトナー像には、イエロー用の画像形成ステーション、マゼンタ用の画像形成ステーションおよびシアン用の画像形成ステーションで順次形成されたイエロートナー像、マゼンタトナー像、さらにシアントナー像が順次転写電極50Y、50M、50Cによって順次重ね転写され、こうして中間転写ベルト52はその表面にフルカラーのトナー像を担持する。
【0087】
一方、図示しない給紙機構から転写紙が1枚に分離されて給送され、2次転写ローラ57よりも転写紙搬送経路の上流側(図18の上方側)に配設された図示しないレジストローラ対によって給紙タイミングを取られて、駆動ローラ51と2次転写ローラ57とが対向する転写部に給送される。このとき2次転写ローラ57には、中間転写ベルト52表面のトナー像のトナー帯電極性と逆極性の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト52の表面のトナー像が転写紙上に一括して転写される。トナー像が転写された転写紙は図示しない定着装置を経て、コピー画像として図示しない排紙トレイ等に排出される。
トナー像を転写紙に転写後の中間転写ベルト52は、このベルトに残留したトナーが中間転写体用クリーニングユニットユニット56によって除去される。
【0088】
一方、転写電極50Yで転写され、感光体ドラム1Y上に残ったイエローの転写残トナーは、図3に示すように、「+極性」と「−極性」とが混在した分布のトナーが、感光体ドラム1Yの回転でトナー帯電量制御部28Yの図示しないイエロー用トナー帯電量制御部材まで移送され、第1の実施形態と同様の第1ないし第5の専用モードによる動作が行われる。これは、他色のトナーを有する画像形成ステーションでも同様である。
【0089】
従って、第3の実施形態によれば、第1の実施形態で詳述したと同様の利点・効果を奏することは勿論のこと、複数の画像形成ステーションを有しているにも拘わらず装置が小型化できる。
【0090】
第3の実施形態においても、第2の実施形態で説明したと同様のプロセスカートリッジを各画像形成ステーション毎に構成して、同様の作用効果を奏することが可能なことは言うまでもない。
【0091】
第3の実施形態では、中間転写体に転写した後、シート状記録媒体に一括転写するタンデム型の多色画像形成装置を例示して説明したが、転写体(シート状記録媒体搬送転写手段)としての無端ベルトでシート状記録媒体を搬送しながら順次転写して重ね合わせる直接転写方式のタンデム型カラー画像形成装置においても同様に実施することができる。この例としては、例えば特開平11−65308号公報記載の画像形成装置を挙げることができる。
【0092】
以上説明したとおり、本発明は、トナー(現像剤)を吐き出すトナー吐出モード(現像剤吐出モード)が実行可能な画像形成装置や多色画像形成装置あるいはプロセスカートリッジを装着可能な画像形成装置や多色画像形成装置であれば、別言すれば課題を解決するための手段欄に記載した「…画像形成装置において、」、「…多色画像形成装置において、」の公知部分の構成を具備しているものであれば、どのような画像形成装置や多色画像形成装置等にも適用できるものである。
本発明を特定の実施形態や変形例等について説明したが、本発明が開示する技術的範囲は、上述した実施形態や変形例あるいは実施例等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す画像形成装置の概略的な正断面図である。
【図2】(a)〜(d)は、第1の実施形態の画像形成装置に用いられる感光体ドラムのアモルファスシリコン感光体の層構成の種類を示す簡略的な断面図である。
【図3】転写後における転写残トナーのトナー帯電量分布を説明するグラフである。
【図4】転写後における転写残トナーが環境その他の条件で変化する状態を説明するグラフである。
【図5】転写後における転写残トナーの帯電量分布のうちトナー帯電量制御部材で制御される領域を説明するグラフである。
【図6】トナー帯電量制御部材の入出力トナーの状態を示す簡略的な正面図である。
【図7】トナー帯電量制御部材で制御されたトナーの帯電量分布を説明するグラフである。
【図8】実験1において、連続画像形成を行った時の通紙枚数とトナー帯電量制御部材への入出力トナーM/Aとの関係を説明するグラフである。
【図9】実験2において、連続画像形成を行った時の通紙枚数とトナー帯電量制御部材で制御されたトナー帯電量制御部材通過後のトナー中の制御されなかった逆極性トナー個数との関係を説明するグラフである。
【図10】感光体線速と単位幅当たりのトナー吐き出し量との関係を説明するグラフである。
【図11】感光体線速が200mm/sの場合の感光体ドラムの走行距離とトナー吐き出し量との関係を説明するグラフである。
【図12】帯電手段が接触帯電ローラの場合を示す変形例1の要部の正面図である。
【図13】帯電手段がコロナCHの場合を示す変形例2の要部の正面図である。
【図14】帯電手段が接触磁気ブラシローラ帯電器の場合を示す変形例3の要部の正面図である。
【図15】帯電手段が接触ブラシローラ帯電器の場合を示す変形例4の要部の正面図である。
【図16】トナーの形状係数SF1の定義を説明する説明図である。
【図17】本発明の第2の実施形態を示すプロセスカートリッジの概略的な正断面図である。
【図18】本発明の第3の実施形態を示す多色画像形成装置の概略的な正面図である。
【符号の説明】
【0094】
1、1Bk、1Y、1M、1C 感光体ドラム(像担持体)
4 レーザ光(潜像形成手段・露光手段)
15 転写ローラ(転写手段)
19 トナー帯電量制御部材(現像剤帯電量制御手段)
20 トナー帯電量制御用電源
21 非接触帯電ローラ(帯電手段)
22、28Bk、22Y、22M、22C 接触帯電ローラ(帯電手段)
23 コロナCH(帯電手段)
27 プロセスカートリッジ
28、28Bk、28Y、28M、28C トナー帯電量制御部
29、29Bk、29Y、29M、29C 現像器(現像手段)
30 接触磁気ブラシローラ帯電器(帯電手段)
50Bk、50Y、50M、50C 転写電極(1次転写手段)
52 中間転写ベルト(中間転写体)
57 2次転写ローラ(2次転写手段)




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013