帯電装置および画像形成装置
【課題】帯電装置で、電荷放出部材の清掃手段を用いずに高耐久化を図る。
【解決手段】感光体１００上にトナー像を形成する画像形成装置に用いられる帯電装置であって、感光体との対向部に開口を有するケース３内に配置されるチャージワイヤ２から電荷を放出して感光体を帯電するチャージ型帯電装置１において、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体４を、ケース３の開口を塞ぐように設け、トナーによるチャージワイヤ２の汚染を防止する。
【解決手段】感光体１００上にトナー像を形成する画像形成装置に用いられる帯電装置であって、感光体との対向部に開口を有するケース３内に配置されるチャージワイヤ２から電荷を放出して感光体を帯電するチャージ型帯電装置１において、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体４を、ケース３の開口を塞ぐように設け、トナーによるチャージワイヤ２の汚染を防止する。
【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、プリンタ等の画像形成装置、及び、これに採用される帯電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置の帯電装置として帯電チャージャや、帯電ローラが広く用いられている。また、画像形成装置では被帯電体の帯電均一性が画像品質に与える影響が大きいため、帯電装置の帯電性能の安定が望まれている。しかし、画像形成装置内部に浮遊するトナー等の汚染物が経時で帯電装置の電荷放出部材であるチャージワイヤやローラに付着してしまい、帯電効率の低下、帯電むらを生じて十分な耐久性が得られないという問題がある。
【０００３】
帯電装置の耐久性を向上させるために、電荷放出部材に付着した汚染物を除去するための清掃部材を備え、種々のタイミングで清掃をおこなうよう制御するものが知られている。例えば、特許文献１には画像条件補正時に、特許文献２にはジャム処理時に、特許文献３にはトナー消費量情報に基づくタイミングで、清掃をおこなうよう制御するものがそれぞれ記載されている。
【特許文献１】特開平５-３２３７４２号公報
【特許文献２】特開平６-１８６８２７号公報
【特許文献３】特開平１１-１４３３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、清掃手段により電荷放出部材の清掃をおこなうものでは、清掃部材や制御部を設ける必要がありコスト高になる。また、汚染物の付着量は画像形成装置の使用条件により異なり、汚染物が付着したときの放電特性は画像形成装置の使用環境により異なる。このため、上記何れのタイミングで清掃しても、画像形成装置の使用条件や使用環境によらず汚染物が放電特性に悪影響を与えないようにできるとは言い切れない。すなわち、汚染物が付着した電荷放出部材の清掃を清掃手段によりおこなうものでは、常に良好な放電特性を維持することは難しい。
【０００５】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、電荷放出部材の清掃手段を用いずに、高耐久な帯電装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体との対向部に開口を有するケース内に配置される電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体を帯電する帯電装置において、上記開口を塞ぐように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体と対向する表面移動可能な電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体と帯電する帯電装置において、上記電荷放出部材表面を囲むように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の帯電装置において、上記多孔質体を通して上記電荷放出部材側から上記被帯電体側に空気を放出する通気手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の何れかの帯電装置において、上記多孔質体と上記被帯電体との間に該被帯電体の帯電電位を制御するための制御電極を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の何れかの帯電装置において、上記多孔質体が放電生成物を吸着する吸着物質を含んでいることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段とを備えた画像形成装置において、少なくとも上記像担持体と、上記帯電手段とを一体的に構成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジを採用するものであって、該帯電手段として請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段と、該像担持体上のトナー像を該被転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、上記転写手段として、請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、画像形成装置内に浮遊するトナーは、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を通過できないため、浮遊するトナーが電荷放出部材に到達して電荷放出部材を汚染する虞がない。よって、帯電装置は経時でも安定した帯電性能を有することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明によれば、電荷放出部材の清掃手段を用いずに、高耐久な帯電装置及び画像形成装置を得ることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を、画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体の概略構成図である。図１の画像形成装置は、潜像担持体としてのドラム状の感光体１００を備えている。感光体１００の周囲には、感光体１００の回転方向（図１中矢印）に沿って画像形成処理を実行する帯電手段２００、書き込み手段（図１では、光路３００のみが示されている）、現像手段４００、クリーニング手段５００が配置されている。これ以外に、現像手段４００を通過した感光体１００上のトナー像を記録紙などに転写する転写手段７００、転写後のトナー像を定着する定着手段８００が設けられている。
【００１０】
帯電手段２００としてはチャージャ型帯電装置を用いる。図２は、チャージャ型帯電装置１の概略構成図である。チャージャ型帯電装置１は、感光体１００との対向する側に開口を有するケース３内に電荷放出部材としてチャージワイヤ２を設け、さらに、感光体１００と対向する開口を塞ぐように多孔質体４を設けている。チャージワイヤ２としては、径６０μｍのタングステンワイヤを用いている。また、ケース３としては、絶縁性のアクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂などの一般的な樹脂が使用できる。また、多孔質体４としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、超高分子ポリエチレンなどの樹脂が使用できる。多孔質体４の孔径は、後述するトナー粒径よりも小さい０．１〜２μｍであり、多孔質体４の厚みは０．１ｍｍとした。多孔質体４として他に、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、等のフッ素系樹脂やポリエチレン、ポリプロピレン等ポリオレフィン樹脂、セルロース、セルロースアセテート、酢酸セルロース等のセルロース系樹脂、芳香族ポリアミ等のアミド系樹脂、ガラス繊維、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の焼結体などセラミック系材料が使用できる。特にトナーと反応しにくいＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、超高分子ポリエチレンの樹脂が好適である。
【００１１】
また、チャージャ型帯電装置１にエアーポンプ６により空気を導入する。エアーポンプ６としては、ダイヤフラム式エアーポンプを使用することができる。この他にも、スクリュポンプ、ブロアポンプを使用することもちろん可能であるが、小型化、軽量化が容易なダイヤフラム式エアーポンプが望ましい。このチャージャ型帯電装置１では、ケース３がエアーポンプ６より導入された空気の空気室の役割を果たすため、ケース３内では導入された空気の脈動が無くなり均一に行き渡るようになる。そして、多孔質体４を通してケース３内から外に一様に空気を放出するようになる。エアーポンプ６によりチャージャ型帯電装置１のケース３内に導入する空気の流量は、０．５ＮＬ／ｍｉｎ以上であれば、チャージャ型帯電装置１全体に均一に空気を行き渡らせることができる。
【００１２】
このチャージャ型帯電装置１において、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体４は、チャージワイヤ２から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーがチャージワイヤ２に到達して汚染する虞がなく、チャージャ型帯電装置１は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
【００１３】
なお、画像形成装置内には、トナー以外にも、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等が浮遊しており、チャージワイヤ２を汚染する可能性がある。これらの大きさが、多孔質体４の孔径０．１〜２μｍよりも大きい場合は、トナーと同様に多孔質体４を通過することができないため、チャージワイヤ２に到達して汚染する虞がない。
【００１４】
さらに、エアーポンプ６によりケース３内から多孔質体４を通して空気を放出することにより、多孔質体４の孔径よりも小さい、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等までも、ケース３内に進入し難くする。これにより、チャージワイヤ２が汚染される虞をさらに小さくする。また、空気を放出することにより、多孔質体４の目詰まりを防止して、高耐久化を図る。
【００１５】
また、多孔質体４の厚みのバラツキや、 使用環境の変化によって、多孔質体４を通過する電荷の量が変化して感光体１００の帯電電位が変動する虞がある。そこで、多孔質体４の感光体１００側に制御電極としてのグリッド電極５を設ける。このグリッド電極５により、電荷量の変動を制御することによって、感光体１００の帯電電位をより安定させることができる。
【００１６】
さらに、多孔質体４に、樹脂成分に粉砕した活性炭等の吸着物質を含ませることによって、チャージワイヤ２の電荷放出により電荷とともに発生する、オゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を吸収するフィルタの役割を有するようにする。多孔質体４は、それ自体で放電生成物との接触確立を増やし触媒の役目をするのでフィルタの役割を有するが、吸着物質を含ませることによって、さらにその効果を向上させることができる。これにより、チャージャ型帯電装置１から発生するオゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を外部に放出しないようにすることができる。
【００１７】
チャージャ型帯電装置１による感光体１００の具体的な帯電条件としては、チャージワイヤ２に−５．６ＫＶの電圧を印加して、グリッド電極５に−５５０Ｖ印加することによって、感光体１００を−５００Ｖに帯電する。
【００１８】
次に、帯電手段２００としてローラ型帯電装置を用いた変形例を説明する。図３は、ローラ型帯電装置の概略構成図である。図３のローラ型帯電装置７は、電荷放出部材として回転駆動される帯電ローラ８を用い、その表面を囲むように絶縁性の多孔質体９を設け、さらにその周りを囲むように制御電極の機能を有する導電性の多孔質体１０を形成したものである。このようなローラ型帯電装置７では、回転しながら電荷を放出する帯電ローラ８と、感光体１００との間に常に多孔質体９，１０が配置されることになる。このローラ型帯電装置７において、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体９，１０は、帯電ローラ８から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーが帯電ローラ８表面に到達して汚染する虞がなく、ローラ型帯電装置２は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
【００１９】
また、トナー以外にも、画像形成装置内に浮遊する、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等がのうち、多孔質体９，１０の孔径よりも大きいものは、多孔質体９，１０を通過することができないため、帯電ローラ８表面に到達して汚染する虞がない。
【００２０】
さらに、絶縁性の多孔質体９内にエアーポンプ６より空気を導入し、絶縁性の多孔質体９および導電性の多孔質体１０を通して外に空気を放出する。これにより、多孔質体９，１０の孔径よりも小さい、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等までも、多孔質体９、１０内に進入し難くして、さらに帯電ローラ８が汚染される虞を小さくする。また、空気を放出することにより、多孔質体９，１０の目詰まりを防止して、高耐久化を図る。
【００２１】
また、画像形成装置の転写手段７００として、図２のチャージャ型帯電装置２や図３のローラ型帯電装置７を用いることもできる。図４は、転写手段として上記チャージャ型帯電装置１を採用した画像形成装置の概略構成図である。図４では、トナー像を転写ベルト７０１に転写する転写手段として図２の構成のチャージャ型帯電装置７０２を使用している。転写手段は、転写ベルト７０１の裏面に、トナーとは逆極性の電荷を供給して帯電させ、感光体１００上に形成されたトナー像を被転写体上に転写するものである。この転写手段においても、経時で、トナーや紙粉等により電荷放出部材が汚れ、安定した電荷供給ができずに転写特性が低下し、画像品質を劣化させる虞がある。ここで、上述の構成のチャージャ型帯電装置７０２を採用することにより、多孔質体により浮遊するトナーがチャージャ型帯電装置７０２のチャージワイヤに到達して汚染する虞がなく、経時でも安定した放電特性を示すことができる。さらに、多孔質体から空気を放出することにより、表面にトナー汚れ、紙粉等が付着するのを防止でき、高耐久化を図る。これにより、転写ベルト７０１の裏面の電位が安定して、良好な転写特性を得られるようになる。
【００２２】
また、図５は、チャージャ型帯電装置２を採用した多色画像形成装置の概略構成図である。この多色画像形成装置では、各色の感光体１００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと、チャージャ型帯電装置２００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと、クリーニング手段５００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとをそれぞれ一体的に形成し、装置本体に脱着可能な感光体ユニットとしている。この感光体ユニットでは、チャージャ型帯電装置２００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを採用することにより、帯電手段の高耐久化が図られているため、帯電性能が安定し、感光体の寿命まで感光体ユニットを使用でき、感光体ユニットの高耐久化も図ることができる。また、図６は、転写手段としてローラ型帯電装置を採用した多色画像形成装置の概略構成図である。
【００２３】
次に、本実施形態の画像形成装置の現像手段４００の一例としての一成分現像装置を説明する。なお、現像手段４００はこれに限らず、磁気ブラシを感光体に接触させる二成分現像装置でも使用可能である。
【００２４】
本実施形態の画像形成装置では、像担持体としてアルミ素管をベースとした剛体のドラム状の感光体１００を用いているので、現像手段のトナー担持体は弾性体であるゴム材料で、硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲のローラが良好である。また、トナー担持体の直径は１０〜３０ｍｍが好適であり、本実施形態では直径１６ｍｍのものを用いた。また、トナー担持体の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を０．１〜４μｍとした。ここで、トナー担持体のゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等を挙げることができる。また、接触現像を行うためにトナー担持体の硬度を下げるには、金属薄板を使用した無端状ベルト等も使用可能である。
【００２５】
上記トナー担持体の表層コート材料は、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また別の材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。また、ドーピングしたポリアセチレン、ポリチオフェン等の導電性高分子の樹脂を混ぜて、低抵抗化することも可能である。更に均一にトナー担持体にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【００２６】
また、本実施形態の画像形成装置で用いるトナーは、高画質画像を実現するために、トナーの体積平均粒径が３〜８μｍである。本トナーの重量平均粒径は４〜７μｍであり、さらに好ましくは４〜６μｍである。重量平均粒径４μｍ未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすく、人体への影響も懸念される。また重量平均粒径が８μｍを超える場合では１００μｍ以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。
【００２７】
トナーの詳細を以下に示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体：スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体：ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
【００２８】
ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
Ａ群：エチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。
Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【００２９】
顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。
【００３０】
これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本実施形態では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【００３１】
本実施形態のトナーには電荷制御剤をトナー粒子内部に配合（内添）している。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本実施形態では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【００３２】
また、本実施形態におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【００３３】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴う保存性の低下はない。また、低分子量化に伴う高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【００３４】
また、前述したように本実施形態のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０〜２００ｎｍが適している。１０ｎｍより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００ｎｍより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００３５】
無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物、水酸化物、炭酸化物、硫化物や複合酸化物が挙げられ、これらのうち安全性・安定性等から以下の酸化物を採用する事が多い。特に、酸化珪素（シリカ）、酸化チタン（チタニア）、酸化アルミ（アルミナ、コランダム）の微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により添加剤の表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例はシランカップリング剤で、以下のものが挙げられる。ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
【００３６】
無機微粉体はトナーに対して０．１〜２重量％使用されるのが好ましい。０．１重量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２重量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０〜２００ｎｍの小さい粒径のものが最適である。１０ｎｍより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００ｎｍより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００３７】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤；あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【００３８】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【００３９】
以上、本実施形態によれば、感光体１００との対向する側に開口を有するケース３内に電荷放出部材としてチャージワイヤ２を設けたチャージャ型帯電装置１において、感光体１００と対向する開口を塞ぐように多孔質体４を設けている。このチャージャ型帯電装置１では、多孔質体４はチャージワイヤ２から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーがチャージワイヤ２に到達して汚染する虞がなく、チャージャ型帯電装置１は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
また、電荷放出部材として回転駆動される帯電ローラ８を用い、帯電ローラ８表面を囲むように絶縁性の多孔質体９を設け、さらにその周りに制御電極の機能を有する導電性の多孔質体１０を形成したローラ型帯電装置７を用いる。このローラ型帯電装置７では、多孔質体９，１０は、帯電ローラ８から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーが帯電ローラ８表面に到達して汚染する虞がなく、ローラ型帯電装置２は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
また、チャージ型帯電装置１において、エアーポンプ６よりケース３内に空気を導入し、多孔質体４を通してチャージワイヤ２側から感光体１００側に空気を放出する。これにより、トナーのみでなく、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等がケース３内に進入し難くして、さらにチャージワイヤ２が汚染される虞を小さくする。また、空気を放出することにより、多孔質体４の目詰まりを防止して、高耐久化を図る。ローラ型帯電装置７において、エアーポンプ６より多孔質体内に空気を導入し、多孔質体を通して帯電ローラ８側から感光体１００側に空気を放出することにより、同様の効果が得られる。
また、多孔質体４と感光体１００との間にグリッド電極５を設けることにより、電荷量の変動を制御して感光体１００の帯電電位をより安定させることができる。
また、多孔質体４に吸着物質を含ませることによって、チャージワイヤ２の電荷放出により電荷とともに発生するオゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を吸収する。これにより、チャージャ型帯電装置１から発生するオゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を外部に放出しないようにすることができる。
また、感光体１００と、帯電手段２００として上記チャージャ型帯電装置１または上記ローラ型帯電装置７とを一体的に構成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジである感光体ユニットとする。この感光体ユニットでは、帯電手段２００の高耐久化が図られているため、帯電性能が安定し、感光体１００の寿命まで感光体ユニットを使用でき、感光体ユニットの高耐久化も図ることができる。
また、上記チャージャ型帯電装置１または上記ローラ型帯電装置７を転写手段として使用する。これにより、転写手段においても、経時で、トナーや紙粉等により電荷放出部材が汚れ、安定した電荷供給ができずに転写特性が低下し、画像品質を劣化させる虞を抑制し、高耐久化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の全体の概略構成図。
【図２】チャージャ型帯電装置の概略構成図。
【図３】ローラ型帯電装置の概略構成図。
【図４】転写手段としてチャージャ型帯電装置を採用した画像形成装置の概略構成図。
【図５】帯電手段としてチャージャ型帯電装置を採用した多色画像形成装置の概略構成図。
【図６】転写手段としてローラ型帯電装置を採用した多色画像形成装置の概略構成図
【符号の説明】
【００４１】
１ チャージャ型帯電装置
２ チャージワイヤ
３ ケース
４ 多孔質体
５ グリッド電極（制御電極）
６ エアーポンプ
７ ローラ型帯電装置
８ 帯電ローラ
９ 絶縁性の多孔質体
１０ 導電性の多孔質体（制御電極）
１００ 感光体
２００ 帯電手段
３００ 露光光
４００ 現像手段
５００ クリーニング手段
５０１ 除電ランプ
６００ 給紙カセット
７００ 転写手段
７０１ 転写ベルト
８００ 定着装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、及び、これに採用される帯電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像形成装置の帯電装置として帯電チャージャや、帯電ローラが広く用いられている。また、画像形成装置では被帯電体の帯電均一性が画像品質に与える影響が大きいため、帯電装置の帯電性能の安定が望まれている。しかし、画像形成装置内部に浮遊するトナー等の汚染物が経時で帯電装置の電荷放出部材であるチャージワイヤやローラに付着してしまい、帯電効率の低下、帯電むらを生じて十分な耐久性が得られないという問題がある。
【０００３】
帯電装置の耐久性を向上させるために、電荷放出部材に付着した汚染物を除去するための清掃部材を備え、種々のタイミングで清掃をおこなうよう制御するものが知られている。例えば、特許文献１には画像条件補正時に、特許文献２にはジャム処理時に、特許文献３にはトナー消費量情報に基づくタイミングで、清掃をおこなうよう制御するものがそれぞれ記載されている。
【特許文献１】特開平５-３２３７４２号公報
【特許文献２】特開平６-１８６８２７号公報
【特許文献３】特開平１１-１４３３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、清掃手段により電荷放出部材の清掃をおこなうものでは、清掃部材や制御部を設ける必要がありコスト高になる。また、汚染物の付着量は画像形成装置の使用条件により異なり、汚染物が付着したときの放電特性は画像形成装置の使用環境により異なる。このため、上記何れのタイミングで清掃しても、画像形成装置の使用条件や使用環境によらず汚染物が放電特性に悪影響を与えないようにできるとは言い切れない。すなわち、汚染物が付着した電荷放出部材の清掃を清掃手段によりおこなうものでは、常に良好な放電特性を維持することは難しい。
【０００５】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、電荷放出部材の清掃手段を用いずに、高耐久な帯電装置および画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体との対向部に開口を有するケース内に配置される電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体を帯電する帯電装置において、上記開口を塞ぐように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体と対向する表面移動可能な電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体と帯電する帯電装置において、上記電荷放出部材表面を囲むように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の帯電装置において、上記多孔質体を通して上記電荷放出部材側から上記被帯電体側に空気を放出する通気手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１、２または３の何れかの帯電装置において、上記多孔質体と上記被帯電体との間に該被帯電体の帯電電位を制御するための制御電極を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の何れかの帯電装置において、上記多孔質体が放電生成物を吸着する吸着物質を含んでいることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段とを備えた画像形成装置において、少なくとも上記像担持体と、上記帯電手段とを一体的に構成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジを採用するものであって、該帯電手段として請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段と、該像担持体上のトナー像を該被転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、上記転写手段として、請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とするものである。
【０００７】
本発明においては、画像形成装置内に浮遊するトナーは、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を通過できないため、浮遊するトナーが電荷放出部材に到達して電荷放出部材を汚染する虞がない。よって、帯電装置は経時でも安定した帯電性能を有することができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上、本発明によれば、電荷放出部材の清掃手段を用いずに、高耐久な帯電装置及び画像形成装置を得ることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を、画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。まず、本実施形態に係る画像形成装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の全体の概略構成図である。図１の画像形成装置は、潜像担持体としてのドラム状の感光体１００を備えている。感光体１００の周囲には、感光体１００の回転方向（図１中矢印）に沿って画像形成処理を実行する帯電手段２００、書き込み手段（図１では、光路３００のみが示されている）、現像手段４００、クリーニング手段５００が配置されている。これ以外に、現像手段４００を通過した感光体１００上のトナー像を記録紙などに転写する転写手段７００、転写後のトナー像を定着する定着手段８００が設けられている。
【００１０】
帯電手段２００としてはチャージャ型帯電装置を用いる。図２は、チャージャ型帯電装置１の概略構成図である。チャージャ型帯電装置１は、感光体１００との対向する側に開口を有するケース３内に電荷放出部材としてチャージワイヤ２を設け、さらに、感光体１００と対向する開口を塞ぐように多孔質体４を設けている。チャージワイヤ２としては、径６０μｍのタングステンワイヤを用いている。また、ケース３としては、絶縁性のアクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂などの一般的な樹脂が使用できる。また、多孔質体４としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、超高分子ポリエチレンなどの樹脂が使用できる。多孔質体４の孔径は、後述するトナー粒径よりも小さい０．１〜２μｍであり、多孔質体４の厚みは０．１ｍｍとした。多孔質体４として他に、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、等のフッ素系樹脂やポリエチレン、ポリプロピレン等ポリオレフィン樹脂、セルロース、セルロースアセテート、酢酸セルロース等のセルロース系樹脂、芳香族ポリアミ等のアミド系樹脂、ガラス繊維、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の焼結体などセラミック系材料が使用できる。特にトナーと反応しにくいＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、超高分子ポリエチレンの樹脂が好適である。
【００１１】
また、チャージャ型帯電装置１にエアーポンプ６により空気を導入する。エアーポンプ６としては、ダイヤフラム式エアーポンプを使用することができる。この他にも、スクリュポンプ、ブロアポンプを使用することもちろん可能であるが、小型化、軽量化が容易なダイヤフラム式エアーポンプが望ましい。このチャージャ型帯電装置１では、ケース３がエアーポンプ６より導入された空気の空気室の役割を果たすため、ケース３内では導入された空気の脈動が無くなり均一に行き渡るようになる。そして、多孔質体４を通してケース３内から外に一様に空気を放出するようになる。エアーポンプ６によりチャージャ型帯電装置１のケース３内に導入する空気の流量は、０．５ＮＬ／ｍｉｎ以上であれば、チャージャ型帯電装置１全体に均一に空気を行き渡らせることができる。
【００１２】
このチャージャ型帯電装置１において、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体４は、チャージワイヤ２から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーがチャージワイヤ２に到達して汚染する虞がなく、チャージャ型帯電装置１は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
【００１３】
なお、画像形成装置内には、トナー以外にも、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等が浮遊しており、チャージワイヤ２を汚染する可能性がある。これらの大きさが、多孔質体４の孔径０．１〜２μｍよりも大きい場合は、トナーと同様に多孔質体４を通過することができないため、チャージワイヤ２に到達して汚染する虞がない。
【００１４】
さらに、エアーポンプ６によりケース３内から多孔質体４を通して空気を放出することにより、多孔質体４の孔径よりも小さい、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等までも、ケース３内に進入し難くする。これにより、チャージワイヤ２が汚染される虞をさらに小さくする。また、空気を放出することにより、多孔質体４の目詰まりを防止して、高耐久化を図る。
【００１５】
また、多孔質体４の厚みのバラツキや、 使用環境の変化によって、多孔質体４を通過する電荷の量が変化して感光体１００の帯電電位が変動する虞がある。そこで、多孔質体４の感光体１００側に制御電極としてのグリッド電極５を設ける。このグリッド電極５により、電荷量の変動を制御することによって、感光体１００の帯電電位をより安定させることができる。
【００１６】
さらに、多孔質体４に、樹脂成分に粉砕した活性炭等の吸着物質を含ませることによって、チャージワイヤ２の電荷放出により電荷とともに発生する、オゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を吸収するフィルタの役割を有するようにする。多孔質体４は、それ自体で放電生成物との接触確立を増やし触媒の役目をするのでフィルタの役割を有するが、吸着物質を含ませることによって、さらにその効果を向上させることができる。これにより、チャージャ型帯電装置１から発生するオゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を外部に放出しないようにすることができる。
【００１７】
チャージャ型帯電装置１による感光体１００の具体的な帯電条件としては、チャージワイヤ２に−５．６ＫＶの電圧を印加して、グリッド電極５に−５５０Ｖ印加することによって、感光体１００を−５００Ｖに帯電する。
【００１８】
次に、帯電手段２００としてローラ型帯電装置を用いた変形例を説明する。図３は、ローラ型帯電装置の概略構成図である。図３のローラ型帯電装置７は、電荷放出部材として回転駆動される帯電ローラ８を用い、その表面を囲むように絶縁性の多孔質体９を設け、さらにその周りを囲むように制御電極の機能を有する導電性の多孔質体１０を形成したものである。このようなローラ型帯電装置７では、回転しながら電荷を放出する帯電ローラ８と、感光体１００との間に常に多孔質体９，１０が配置されることになる。このローラ型帯電装置７において、トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体９，１０は、帯電ローラ８から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーが帯電ローラ８表面に到達して汚染する虞がなく、ローラ型帯電装置２は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
【００１９】
また、トナー以外にも、画像形成装置内に浮遊する、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等がのうち、多孔質体９，１０の孔径よりも大きいものは、多孔質体９，１０を通過することができないため、帯電ローラ８表面に到達して汚染する虞がない。
【００２０】
さらに、絶縁性の多孔質体９内にエアーポンプ６より空気を導入し、絶縁性の多孔質体９および導電性の多孔質体１０を通して外に空気を放出する。これにより、多孔質体９，１０の孔径よりも小さい、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等までも、多孔質体９、１０内に進入し難くして、さらに帯電ローラ８が汚染される虞を小さくする。また、空気を放出することにより、多孔質体９，１０の目詰まりを防止して、高耐久化を図る。
【００２１】
また、画像形成装置の転写手段７００として、図２のチャージャ型帯電装置２や図３のローラ型帯電装置７を用いることもできる。図４は、転写手段として上記チャージャ型帯電装置１を採用した画像形成装置の概略構成図である。図４では、トナー像を転写ベルト７０１に転写する転写手段として図２の構成のチャージャ型帯電装置７０２を使用している。転写手段は、転写ベルト７０１の裏面に、トナーとは逆極性の電荷を供給して帯電させ、感光体１００上に形成されたトナー像を被転写体上に転写するものである。この転写手段においても、経時で、トナーや紙粉等により電荷放出部材が汚れ、安定した電荷供給ができずに転写特性が低下し、画像品質を劣化させる虞がある。ここで、上述の構成のチャージャ型帯電装置７０２を採用することにより、多孔質体により浮遊するトナーがチャージャ型帯電装置７０２のチャージワイヤに到達して汚染する虞がなく、経時でも安定した放電特性を示すことができる。さらに、多孔質体から空気を放出することにより、表面にトナー汚れ、紙粉等が付着するのを防止でき、高耐久化を図る。これにより、転写ベルト７０１の裏面の電位が安定して、良好な転写特性を得られるようになる。
【００２２】
また、図５は、チャージャ型帯電装置２を採用した多色画像形成装置の概略構成図である。この多色画像形成装置では、各色の感光体１００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと、チャージャ型帯電装置２００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋと、クリーニング手段５００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋとをそれぞれ一体的に形成し、装置本体に脱着可能な感光体ユニットとしている。この感光体ユニットでは、チャージャ型帯電装置２００Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを採用することにより、帯電手段の高耐久化が図られているため、帯電性能が安定し、感光体の寿命まで感光体ユニットを使用でき、感光体ユニットの高耐久化も図ることができる。また、図６は、転写手段としてローラ型帯電装置を採用した多色画像形成装置の概略構成図である。
【００２３】
次に、本実施形態の画像形成装置の現像手段４００の一例としての一成分現像装置を説明する。なお、現像手段４００はこれに限らず、磁気ブラシを感光体に接触させる二成分現像装置でも使用可能である。
【００２４】
本実施形態の画像形成装置では、像担持体としてアルミ素管をベースとした剛体のドラム状の感光体１００を用いているので、現像手段のトナー担持体は弾性体であるゴム材料で、硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲のローラが良好である。また、トナー担持体の直径は１０〜３０ｍｍが好適であり、本実施形態では直径１６ｍｍのものを用いた。また、トナー担持体の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を０．１〜４μｍとした。ここで、トナー担持体のゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等を挙げることができる。また、接触現像を行うためにトナー担持体の硬度を下げるには、金属薄板を使用した無端状ベルト等も使用可能である。
【００２５】
上記トナー担持体の表層コート材料は、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また別の材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。また、ドーピングしたポリアセチレン、ポリチオフェン等の導電性高分子の樹脂を混ぜて、低抵抗化することも可能である。更に均一にトナー担持体にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０３〜１０８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０３〜１０５Ω・ｃｍなので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。
【００２６】
また、本実施形態の画像形成装置で用いるトナーは、高画質画像を実現するために、トナーの体積平均粒径が３〜８μｍである。本トナーの重量平均粒径は４〜７μｍであり、さらに好ましくは４〜６μｍである。重量平均粒径４μｍ未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすく、人体への影響も懸念される。また重量平均粒径が８μｍを超える場合では１００μｍ以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。
【００２７】
トナーの詳細を以下に示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体：スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体：ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。
【００２８】
ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。
Ａ群：エチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。
Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。
【００２９】
顔料としては以下のものが用いられる。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。
【００３０】
これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本実施形態では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。
【００３１】
本実施形態のトナーには電荷制御剤をトナー粒子内部に配合（内添）している。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本実施形態では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。
【００３２】
また、本実施形態におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。
【００３３】
離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴う保存性の低下はない。また、低分子量化に伴う高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
【００３４】
また、前述したように本実施形態のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０〜２００ｎｍが適している。１０ｎｍより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００ｎｍより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００３５】
無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物、水酸化物、炭酸化物、硫化物や複合酸化物が挙げられ、これらのうち安全性・安定性等から以下の酸化物を採用する事が多い。特に、酸化珪素（シリカ）、酸化チタン（チタニア）、酸化アルミ（アルミナ、コランダム）の微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により添加剤の表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例はシランカップリング剤で、以下のものが挙げられる。ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。
【００３６】
無機微粉体はトナーに対して０．１〜２重量％使用されるのが好ましい。０．１重量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２重量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０〜２００ｎｍの小さい粒径のものが最適である。１０ｎｍより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００ｎｍより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。
【００３７】
また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤；あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
【００３８】
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。
【００３９】
以上、本実施形態によれば、感光体１００との対向する側に開口を有するケース３内に電荷放出部材としてチャージワイヤ２を設けたチャージャ型帯電装置１において、感光体１００と対向する開口を塞ぐように多孔質体４を設けている。このチャージャ型帯電装置１では、多孔質体４はチャージワイヤ２から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーがチャージワイヤ２に到達して汚染する虞がなく、チャージャ型帯電装置１は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
また、電荷放出部材として回転駆動される帯電ローラ８を用い、帯電ローラ８表面を囲むように絶縁性の多孔質体９を設け、さらにその周りに制御電極の機能を有する導電性の多孔質体１０を形成したローラ型帯電装置７を用いる。このローラ型帯電装置７では、多孔質体９，１０は、帯電ローラ８から放出する電荷を通過させるが、画像形成装置内に浮遊するトナーを通過させることはできない。よって、浮遊するトナーが帯電ローラ８表面に到達して汚染する虞がなく、ローラ型帯電装置２は経時でも安定した帯電性能を得ることができる。
また、チャージ型帯電装置１において、エアーポンプ６よりケース３内に空気を導入し、多孔質体４を通してチャージワイヤ２側から感光体１００側に空気を放出する。これにより、トナーのみでなく、壊れたトナー微粉、トナーから遊離した添加剤、紙粉等がケース３内に進入し難くして、さらにチャージワイヤ２が汚染される虞を小さくする。また、空気を放出することにより、多孔質体４の目詰まりを防止して、高耐久化を図る。ローラ型帯電装置７において、エアーポンプ６より多孔質体内に空気を導入し、多孔質体を通して帯電ローラ８側から感光体１００側に空気を放出することにより、同様の効果が得られる。
また、多孔質体４と感光体１００との間にグリッド電極５を設けることにより、電荷量の変動を制御して感光体１００の帯電電位をより安定させることができる。
また、多孔質体４に吸着物質を含ませることによって、チャージワイヤ２の電荷放出により電荷とともに発生するオゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を吸収する。これにより、チャージャ型帯電装置１から発生するオゾン、ＮＯｘなどの放電生成物を外部に放出しないようにすることができる。
また、感光体１００と、帯電手段２００として上記チャージャ型帯電装置１または上記ローラ型帯電装置７とを一体的に構成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジである感光体ユニットとする。この感光体ユニットでは、帯電手段２００の高耐久化が図られているため、帯電性能が安定し、感光体１００の寿命まで感光体ユニットを使用でき、感光体ユニットの高耐久化も図ることができる。
また、上記チャージャ型帯電装置１または上記ローラ型帯電装置７を転写手段として使用する。これにより、転写手段においても、経時で、トナーや紙粉等により電荷放出部材が汚れ、安定した電荷供給ができずに転写特性が低下し、画像品質を劣化させる虞を抑制し、高耐久化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態に係る画像形成装置の全体の概略構成図。
【図２】チャージャ型帯電装置の概略構成図。
【図３】ローラ型帯電装置の概略構成図。
【図４】転写手段としてチャージャ型帯電装置を採用した画像形成装置の概略構成図。
【図５】帯電手段としてチャージャ型帯電装置を採用した多色画像形成装置の概略構成図。
【図６】転写手段としてローラ型帯電装置を採用した多色画像形成装置の概略構成図
【符号の説明】
【００４１】
１ チャージャ型帯電装置
２ チャージワイヤ
３ ケース
４ 多孔質体
５ グリッド電極（制御電極）
６ エアーポンプ
７ ローラ型帯電装置
８ 帯電ローラ
９ 絶縁性の多孔質体
１０ 導電性の多孔質体（制御電極）
１００ 感光体
２００ 帯電手段
３００ 露光光
４００ 現像手段
５００ クリーニング手段
５０１ 除電ランプ
６００ 給紙カセット
７００ 転写手段
７０１ 転写ベルト
８００ 定着装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体との対向部に開口を有するケース内に配置される電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体を帯電する帯電装置において、
上記開口を塞ぐように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体と対向する表面移動可能な電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体と帯電する帯電装置において、
上記電荷放出部材表面を囲むように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の帯電装置において、上記多孔質体を通して上記電荷放出部材側から上記被帯電体側に空気を放出する通気手段を設けたことを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の何れかの帯電装置において、上記多孔質体と上記被帯電体との間に該被帯電体の帯電電位を制御するための制御電極を備えたことを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の何れかの帯電装置において、上記多孔質体が放電生成物を吸着する吸着物質を含んでいることを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段とを備えた画像形成装置において、
少なくとも上記像担持体と、上記帯電手段とを一体的に構成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジを採用するものであって、該帯電手段として請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段と、該像担持体上のトナー像を該被転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
上記転写手段として、請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体との対向部に開口を有するケース内に配置される電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体を帯電する帯電装置において、
上記開口を塞ぐように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に採用される帯電装置であって、被帯電体と対向する表面移動可能な電荷放出部材から電荷を放出して該被帯電体と帯電する帯電装置において、
上記電荷放出部材表面を囲むように上記トナーの粒径よりも小さい孔径を有する多孔質体を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の帯電装置において、上記多孔質体を通して上記電荷放出部材側から上記被帯電体側に空気を放出する通気手段を設けたことを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１、２または３の何れかの帯電装置において、上記多孔質体と上記被帯電体との間に該被帯電体の帯電電位を制御するための制御電極を備えたことを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の何れかの帯電装置において、上記多孔質体が放電生成物を吸着する吸着物質を含んでいることを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段とを備えた画像形成装置において、
少なくとも上記像担持体と、上記帯電手段とを一体的に構成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジを採用するものであって、該帯電手段として請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、該像担持体上に潜像を形成する手段と、該像担持体上にトナー像を形成する手段と、該像担持体上のトナー像を該被転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
上記転写手段として、請求項１乃至５の何れかの帯電装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１０１９４７（Ｐ２０１０−１０１９４７Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７０８０８（Ｐ２００８−２７０８０８）
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月２１日（２００８．１０．２１）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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