JP2001154379A

JP2001154379A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001154379A
Application number: JP2000253876A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Akafuji; 昌彦赤藤; So Kai; 創甲斐; Hidetoshi Yano; 英俊矢野; Takahiko Tokumasu; 貴彦徳増; Hiroshi Ikuno; 弘生野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾンや窒素酸化物の発生が少なく低電力で
あり、感光体の感光層を薄膜化しても地肌汚れがなく長
期的に安定した画像が得られるようにする。【解決手段】導電性支持体１Ａ上に電荷注入層となる
電荷保持層１Ｂと表面保護層１Ｃとを順次積層してなる
感光体１と、所定電圧が印加可能な導電性部材１８を表
面保護層１Ｃに接触させて電荷保持層１Ｂへ電荷を注入
して感光体面を帯電させる帯電装置Ａを設け、その感光
体１の電荷保持層１Ｂの膜厚をＤマイクロメートルと
し、導電性部材１８が接触した状態で帯電された感光体
１の感光体面の帯電電位の絶対値をＶボルトとしたと
き、Ｖ／Ｄの値で示される電界強度を、異常画像となる
地汚れが生じない１２〜４０（ボルト／マイクロメート
ル）の所定の範囲の値にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真方式の
複写プロセスを行う画像形成装置に関し、特に感光体面
を帯電する帯電プロセス及び現像プロセスを繰返し行な
っても、優れた感光体の耐摩耗性と画質再現性と画像品
質等が得られる画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に画像形成装置に使用される電子
写真感光体は、繰返し使用することによる帯電性能の低
下や画像特性の劣化等の様々な問題を抱えている。この
種の感光体が持つ問題の一つである画像特性劣化として
は、反転現像方式における地肌汚れが挙げられる。

【０００３】この地肌汚れは、一般的に現像剤中のトナ
ーの帯電極性が正規の帯電極性と逆極性になる、いわゆ
る逆帯電トナーとなったときに、この逆帯電トナーが露
光されていない感光体面（ポジ画像でいう白画像部）に
付着することにより発生するものである。また、感光体
側の原因により生じる地肌汚れは、現像時に上記白画像
部で局所的に生じた帯電不良部分にトナーが付着するこ
とにより微少な黒ポチとして発生する。これは特に、画
像信号が光スポットのＯＮ／ＯＦＦによるデジタルな書
き込み時などの、感光体上にドット潜像を形成する画像
形成方法において顕著となる。

【０００４】そして、この感光体に起因する地肌汚れの
多くは、感光体の長期的な繰り返し使用によって生じる
感光体の帯電能力低下によるものであることが知られて
いる。この帯電能力の低下は、コロナ放電器や帯電ロー
ラ等の帯電部材を使用した各種の帯電システムから帯電
動作時にそれぞれ発生するオゾンや窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）、及びその他の生成物等により感光体の感光層が劣
化したり、実機内での機械的ハザードによる感光層膜厚
が減少したりすることにより起こるものであるとされて
いる。

【０００５】一方、近年においては電子写真プロセスに
おいて形成する画像の高画質化の手段として、感光体の
感光層の薄膜化が望まれている。これは感光層を薄膜化
することによって感光層中での静電潜像の拡がりを防止
することにより、細線や微細ドットの再現性の向上を図
るものである。しかしながら、このように感光層を薄膜
化すると、感光体の帯電能力は低下する。そのため、こ
の場合には上記地肌汚れに対しては余裕度が小さいもの
になってしまう。

【０００６】従来、上述した感光層の薄層化と共に感光
体の帯電能力の低下を含めた劣化対策性として、有機系
感光体における感光層の劣化を改善する技術として、電
荷保持層を含む最表面層に種々の酸化防止効果を有する
添加剤を含有させる方法が提案されている（例えば、特
公昭５０−３３８５７号公報、特公昭５１−３４７３６
号公報、特開昭５６−１３０７５９号公報、特開昭５７
−１２２４４４号公報、特開昭６２−１０５１５１号公
報、特開平３−２７８０６１号公報等を参照）。

【０００７】また、オゾン発生等による感光層劣化を防
止するための帯電方式として、例えば特開平６−００３
９２１号公報には、感光体へ直接電荷注入を行う帯電方
式が開示されている。この帯電方式は、電荷注入層を感
光体の表面に設け、その感光体に接触させた帯電ロー
ラ，帯電ブラシ，帯電磁気ブラシ等の接触導電部材に電
圧を印加し、電荷注入層へ接触導電部材を接触させた状
態で電荷を注入する帯電方式である。

【０００８】この帯電方式では、ほとんど放電現象を伴
わずに印加電圧に対してほぼ１対１の帯電が可能であ
る。そのため、電荷注入方式以外の従来よりある接触帯
電方式と比べるとオゾンやＮＯｘの発生量が非常に少な
くなる。また、感光体の感光層の劣化が抑えられるた
め、その感光層を薄膜化しても地肌汚れが生じにくくな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな電荷注入方式の場合には、電荷注入のために感光体
の電荷注入層は、樹脂中に酸化スズ等の金属酸化物を分
散させたものを使用する必要があるので、その電荷注入
層が金属酸化物の分散ムラなどにより感光体表面に帯電
ムラができやすいという問題点があった。また、感光体
の薄層化された感光層には、そこに接する帯電部材やト
ナー現像部材や転写部材により高いストレスが加えられ
るので、それによる感光層の劣化により依然として感光
体の耐久性には問題が残ってしまうということがあっ
た。

【００１０】この発明は、上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、オゾンや窒素酸化物の発生量が少なく低
電力で感光体を帯電することができ、感光体の感光層を
薄膜化しても地肌汚れが生じることなしに長期的に安定
した画像形成が可能な画像形成装置を提供することを目
的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は上記の目的を
達成するため、回転自在に支持された導電性支持体上に
電荷注入層と表面保護層とを順次積層してなる感光体
と、所定電圧が印加可能な導電性部材を上記感光体の表
面保護層に接触させて上記電荷注入層へ電荷を注入して
感光体面を帯電させる帯電装置と、その帯電した感光体
面を露光して感光体電位を部分的に変化させて静電画像
を形成する書込装置と、上記静電画像をトナー像に現像
する現像装置とを少なくとも有し、上記感光体上のトナ
ー像を転写材に転写可能な画像形成装置において、上記
感光体の電荷注入層の膜厚をＤマイクロメートルとし、
上記導電性部材が接触した状態で帯電された上記感光体
の感光体面の帯電電位の絶対値をＶボルトとしたとき、
Ｖ／Ｄの値を異常画像となる地汚れが生じない所定の範
囲の値としたものである。

【００１２】上記異常画像となる地汚れが生じない所定
の範囲のＶ／Ｄの値は、１２乃至４０ボルト／マイクロ
メートルにするとよい。また、上記感光体の表面保護層
は、水素を含有するダイヤモンド状カーボン又は非晶質
カーボンを含んでいるようにするとよい。さらに、上記
感光体の電荷注入層の膜厚は、１５乃至４０マイクロメ
ートルにするとよい。

【００１３】また、上記帯電装置の導電性部材は、磁気
ブラシにしたり、ファーブラシにしたりするとよい。さ
らに、上記感光体上に付着した転写残トナーを上記帯電
装置により感光体とほぼ同電位に帯電させると共に、上
記現像装置は感光体上で上記書込装置により露光されな
かった上記感光体とほぼ同電位の転写残トナーを現像バ
イアスによって回収するクリーニング手段を兼ねるよう
にするとよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１はこの発明の一実施形態例
である画像形成装置の概略構成図である。この画像形成
装置は、図示しない装置本体内に後述する導電性支持体
１Ａ（図２参照）の部分が同図で時計回り方向に回転自
在に支持されて回転駆動されるドラム状の感光体１を設
けており、その感光体１の導電性支持体１Ａ上には、図
２に示すように、この実施の形態では電荷注入層として
機能する電荷保持層１Ｂと表面保護層１Ｃとを、下引き
層１Ｆと電荷発生層１Ｄを介して順次積層している。

【００１５】その感光体１の周辺には、所定電圧が印加
可能な導電性部材１８を感光体１の表面保護層１Ｃに接
触させて電荷保持層１Ｂへ電荷を注入して感光体面を帯
電させる帯電装置Ａと、その帯電した感光体面を露光し
て感光体電位を部分的に変化させて静電画像を形成する
図１に示した書込装置３と、感光体１上の静電画像をト
ナー像に現像する現像装置Ｂと、感光体１上のトナー像
を転写材に転写する転写装置として機能する転写ローラ
２とを備えている。

【００１６】この画像形成装置は、画像形成動作を開始
すると、感光体１の表面（感光体面）を帯電装置Ａが一
様に帯電し、その帯電された面に対して書込装置３から
書き込もうとする画像情報に応じた露光が、レーザビー
ムによる走査露光、あるいは原稿画像のスリット露光等
により行なわれる。

【００１７】その書込装置３による光書き込みにより、
感光体面に上記画像情報に応じた静電潜像が形成され
る。そして、現像装置Ｂの現像剤担持体７に電源５から
電圧が印加されることにより、感光体面上の静電潜像の
うち露光された部分にトナーが選択的に供給され、静電
潜像がトナーにより現像されて可視像となる。

【００１８】一方、転写材Ｐが給紙部から所定のタイミ
ングで給紙され、それを図示しないレジストローラがタ
イミング調整して、感光体１上のトナー像と一致する正
確なタイミングで、その感光体１と転写ローラ２との間
に搬送し、その転写材Ｐ上にトナー像が転写ローラ２に
より転写される。

【００１９】そして、そのトナー像が転写された転写材
Ｐは、感光体面から分離されて定着装置４へ搬送され、
そこでトナー像が定着される。その後、その転写材Ｐ
は、装置本体外部に排出されるか、あるいはオペレータ
により裏面にも画像を形成するモードが選択されている
ときには、図示しない再搬送手段により表裏が反転され
て再搬送され、今度は裏面にもトナー像が形成された後
に装置本体外部の排紙トレイ等に排出される。

【００２０】次に、現像装置Ｂについて詳しく説明す
る。現像装置Ｂは、現像ケーシング６内に、現像剤担持
体７を感光体１の表面に対向させて設けると共に、その
現像剤担持体７の後方領域に前スクリュ８と後スクリュ
９とを、それぞれ回転可能に設けている。また、現像ケ
ーシング６の後端部に、新規トナーを蓄えたトナーカー
トリッジ１０を着脱自在に装着している。

【００２１】前スクリュ８と後スクリュ９は、現像ケー
シング６内の長手方向の図中奥側一端に開口部を持つ仕
切り板を境にして両側に配置されている。その後スクリ
ュ９には、トナーカートリッジ１０から新規トナーが供
給され、その供給された新規トナーは後スクリュ９の回
転により図１で奥側に搬送されていく過程で、現像剤と
混合撹拌される。その混合撹拌された現像剤は、仕切り
板の図１で奥側に形成されている開口部を通して前スク
リュ８に供給される。その前スクリュ８に供給された現
像剤は、前スクリュ８の回転により図１で手前側に搬送
され、その現像剤が現像剤担持体７に汲み上げられる。

【００２２】その現像剤担持体７は、静電潜像担持体と
しての働きをする感光体１に近接して配置されており、
両者の対向する部分には現像領域が形成されるようにな
っている。その現像剤担持体７の非磁性スリーブ１３
は、例えばアルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹
脂などの非磁性体により円筒状に形成する。そして、そ
の現像剤担持体７が、図示しない回転駆動機構により、
図１に矢印で示す方向に回転されるようになっている。

【００２３】この実施の形態では、感光体１のドラム径
を３０ｍｍに、感光体線速度を１２５ｍｍ／ｓｅｃに設
定している。また、現像剤担持体７の外径を１６ｍｍ
に、線速度を３１２．５ｍｍ／ｓｅｃに設定している。
したがって、感光体１に対する現像剤担持体７の非磁性
スリーブ１３の線速度比は２．５となる。

【００２４】なお、この非磁性スリーブ１３の線速比
は、１．１以上であれば十分な画像濃度が得られる。ま
た、感光体１と現像剤担持体７との間隔である現像ギャ
ップを０．６ｍｍに設定している。この現像ギャップ
は、現像剤粒径の３０倍以下に設定することが好まし
く、それよりも現像ギャップを広くすると十分な画像濃
度が得られにくくなる。

【００２５】回転自在な現像剤担持体７内には、磁石ロ
ーラ体１１が固定状態で設けられており、その磁石ロー
ラ体１１の働きにより現像剤担持体７の表面上に磁界が
形成される。そして、その磁界により現像剤中のキャリ
アが、磁石ローラ体１１から発せられる磁力線に沿うよ
うにして現像剤担持体７上にチェーン状に穂立ちされる
と共に、そのチェーン状に穂立ちされたキャリアに対し
て帯電トナーが付着して磁気ブラシが形成される。

【００２６】この磁気ブラシを形成した状態で、現像剤
担持体７が図１の矢印方向に回転し、現像剤担持体７上
の現像剤が現像領域へ移送される。また、この移送方向
で現像領域の手前には、現像剤チェーン穂の高さ、すな
わち現像剤の量を規制するドクタブレード１２が設置さ
れている。そして、そのドクタブレード１２との現像剤
担持体７の表面との間隔であるドクタギャップを、例え
ば０．５５ｍｍに設定している。

【００２７】なお、磁石ローラ体１１には、１つの主磁
極及び５つの副磁極をそれぞれ配置している。具体的に
は、現像領域に現像剤を穂立ちさせる主磁極と、現像剤
担持体７上に現像剤を汲み上げる副磁極と、汲み上げた
現像剤を現像領域まで搬送する副磁極と、現像後の領域
を搬送する２つの副磁極とを、それぞれ設けている。

【００２８】このように、磁石ローラ体１１は合計で６
極の磁石を備えているが、実際に現像に寄与する磁極は
主磁力であり、主磁力によって感光体１上の静電潜像が
現像される。この実施の形態による磁石ローラ体１１
は、現像剤担持体７上で８５ｍＴ以上の磁力を有する磁
石を用いている。このように６０ｍＴ以上の磁力の磁石
を使用すれば、キャリア付着などの異常画像が発生しな
いことが実験により確認されている。

【００２９】なお、磁石ローラ体１１は、この実施の形
態で説明した６極の構成に限るものではなく、現像剤の
汲み上げ性や、黒ベタ画像追従性を向上させるために、
上記副磁極郡とドクタブレード１２との間にさらに磁極
を増やして８極以上にしてもよい。

【００３０】次に、この実施の形態で使用する感光体１
について、詳しく説明する。この実施の形態による画像
形成装置では、感光体１に機能分離型感光体を使用して
いる。その感光体１は、図２に示すようにドラム状の導
電性支持体１Ａ上に下引き層１Ｆを介して積層された電
荷発生層（ＣＧＬ）１Ｄと、その上に積層された電荷保
持層（ＣＴＬ）１Ｂと、さらにこの上に積層された表面
保護層１Ｃを形成している。そして、この感光体１は、
その電荷発生層１Ｄと電荷保持層１Ｂとで感光層を構成
する積層タイプである。

【００３１】なお、この発明でいう電荷注入層は、感光
体電位に寄与する電荷を保持あるいは輸送可能な層であ
って、この実施の形態のように積層タイプのものにおい
ては、主として膜厚Ｄで示される電荷保持層１Ｂをいう
ものとする。但し、この発明に使用可能な感光体は積層
タイプに限るものではなく、単層タイプの感光体を使用
することもできるので、その場合には電荷発生層も電荷
注入層の概念に含めることになる。いずれにしても、電
荷発生層１Ｄは電荷保持層１Ｂと比較してかなり薄い層
であり、感光体電位に大きな影響を及ぼさない限度にお
いて特別な差異をもたらすものではない。

【００３２】この実施の形態による感光体１の表面保護
層１Ｃは、水素を含有するダイヤモンド状カーボン又は
非晶質カーボン構造の物質を含んでいる。詳しくは、ｓ
ｐ^３混成軌道を有するダイヤモンドと類似のＣ−Ｃ結合
を有する方が望ましく、また、ｓｐ^２混成軌道によるグ
ラファイト類似の膜構造でもよい。但し、このような結
晶質の構造は表面保護層１Ｃに機械的強度及び摩擦耐性
を与えるためのものであるため、これと同等の強度及び
摩擦耐性を得るものであれば、必ずしも結晶質構造に限
るものではなく、非晶質性のものであっても構わない。

【００３３】また、上記表面保護層１Ｃは添加物元素を
含有した層である。その添加物元素としては、例えば、
窒素、フッ素、硼素、リン、塩素、臭素、沃素から選ば
れる少なくとも１種が挙げられる。また、表面保護層１
Ｃの体積抵抗は、電荷保持層１Ｂと比較して小さく、１
０ ^９〜１０^１２Ω・ｃｍであり、その膜厚は０．５〜
５μｍである。

【００３４】また、表面保護層１Ｃのヌープ硬度は４０
０ｋｇ／ｍｍ^２以上である。このような強固な分子構
造をもった滑面状の表面保護層１Ｃによれば、感光体１
の表面の摩耗耐性が向上し、そこに接触する各種のプロ
セス手段、すなわち帯電装置Ａ、現像装置Ｂ、転写ロー
ラ２、その他当接ブレード手段等の接触があっても感光
体１の寿命を延ばすことができる。また、感光体１の劣
化を遅らせることで、その帯電能力を長期的に維持する
ことができると共に、高画質性を維持することができ
る。

【００３５】このように、対劣化性に優れ、且つ体積抵
抗率の小さい表面保護層１Ｃを有する感光体１に対し
て、その表面に電圧が印加された帯電装置Ａの導電性部
材１８が接触していると、その導電性部材１８への印加
電圧が低くても、感光体１の表面となる感光体面を静電
潜像の形成に必要とされる電位にまで帯電させることが
できる。

【００３６】その際、感光体１の帯電は、主として電荷
注入により行なわれる。この電荷注入による帯電方法に
よれば、帯電装置Ａの導電性部材１８への印加電圧は低
くて済むため、導電性部材１８と感光体１との間にほと
んど放電が発生しないので、オゾンの発生を効果的に抑
えることができる。それにより、実質的にオゾンの発生
を阻止することが可能となる。

【００３７】ところで、この画像形成装置では、感光体
１の電荷注入層となる電荷保持層１Ｂの膜厚をＤマイク
ロメートルとし、帯電装置Ａの導電性部材１８が接触し
た状態で帯電された感光体１の感光体面の帯電電位の絶
対値をＶボルトとしたとき、Ｖ／Ｄの値を異常画像とな
る地汚れが生じない所定の範囲の値になるようにしてい
るが、その詳しい説明については後述する。

【００３８】次に、感光体１に電荷注入を行なう帯電装
置Ａの具体的な構成例について、以下説明する。図３
は、帯電装置Ａの感光体１の表面保護層１Ｃに接触させ
る導電性部材を磁気ブラシとした実施の形態を示す構成
図である。この磁気ブラシを使用した帯電装置Ａは、回
転自在な非磁性スリーブ１３と、その非磁性スリーブ１
３に内包されて固定支持されたマグネットロール１５
と、導電性部材として機能する帯電キャリア１４とによ
って構成されている。

【００３９】帯電キャリア１４は、非磁性スリーブ１３
上に磁気拘束され、感光体１に接触する磁気ブラシを構
成する。この磁気ブラシを使用する帯電装置Ａの磁力の
強さは、非磁性スリーブ１３の表面において好ましくは
４００〜１５００ガウス、より好ましくは６００〜１３
００ガウスである。

【００４０】また、マグネットロール１５の磁極は２極
以上であるとよい。特に磁極の位置は、帯電装置Ａの中
心と感光体１の中心とを結ぶ線から、感光体１の回転方
向２０°までの範囲にあることが好ましく、さらに磁極
のピークは上記中心間線から感光体１の回転方向１０°
までの範囲を向くように設定するとよい。

【００４１】この帯電装置Ａでは、帯電キャリア１４で
形成される磁気ブラシは、非磁性スリーブ１３と感光体
１のドラム表面との間の距離が０．６ｍｍになるよう
に、長手方向の端部に設けた図示しない面板部材により
感光体１との表面間距離を出すようにしている。

【００４２】この状態で、帯電キャリア１４は感光体面
に接触幅Ｗで接触し、マグネットロール１５を固定した
状態のまま非磁性スリーブ１３を感光体１の回転方向と
同一の図３で時計回り方向に回転させる。そして、帯電
時には、印加手段１７により非磁性スリーブ１３に所望
の電圧を印加することで感光体１の表面保護層１Ｃ（図
２）に電荷が注入され、感光体１の表面が最終的に磁気
ブラシと同電位に帯電（充電）される。

【００４３】磁気ブラシを形成する帯電キャリア１４
は、フェライト、マグネタイトの如き導電性金属の単
一、あるいは混晶の種々の材料が使用可能である。一度
焼結した帯電キャリアを還元又は酸化処理し後述の抵抗
値に調節したものである。その帯電キャリア１４の構成
としては、例えば導電性及び磁性を有する微粒子をバイ
ンダーポリマーと混練し、粒状に成型すればよい。こう
して得られた導電性及び磁性を有する微粒子がバインダ
ーポリマー中に分散された粒子を用いても、あるいは上
記の導電性磁性粒子をさらに樹脂でコートする構成をと
ることもできる。この時は、コートした樹脂層の抵抗を
カーボンの如き導電剤の含有量を調整することで、帯電
キャリア１４全体の抵抗調整を行うことができる。

【００４４】この実施の形態の帯電装置Ａでは、帯電キ
ャリア１４の平均粒径は、１〜１００μｍのものが使用
可能であり、好ましくは５〜５０μｍのものが帯電性と
粒子の保持の両立という点で優れている。また、上記平
均粒径の決定にあたっては、帯電キャリア１４の平均粒
径を光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡により、ランダ
ムに１００個以上抽出して水平方向最大弦長をもって体
積粒度分布を算出し、その５０％の平均粒径をもって決
定した。

【００４５】また、上記帯電キャリア１４の体積抵抗値
は、好ましくは、１０^１０Ω・ｃｍ以下、より好ましく
は１０^６〜１０^９Ω・ｃｍである。この帯電キャリア１
４の体積抵抗値が１０^１０Ω・ｃｍを超える場合には、
帯電に必要な電流を流すことができなくなるため帯電不
良による画質劣化を生じる。なお、この体積抵抗値は、
底面積２８８ｍｍ^２の筒状の容器に帯電キャリア１４を
２ｇ充填して加圧し、上下から１００ボルトの電圧を印
加して、この系に流れる電流から算出し正規化すること
により定義している。

【００４６】また、この帯電キャリア１４の磁気特性
は、飽和磁化が好ましくは３０Ａｍ^２／ｋｇ以上、より
好ましくは４０〜３００Ａｍ^２／ｋｇがよく、保持力と
残留磁化については特に制限されるものではない。な
お、この発明における磁化測定は、振動磁力計ＶＳＭ−
３Ｓ−１５（東英工業社製）により、５Ｋエルステッド
下において行い、その磁化量を飽和磁化とした。また、
以上の磁気ブラシ帯電装置Ａの構成においては、非磁性
スリーブ１３を用いずに直接マグネットロール１５に帯
電キャリア１４を担持して帯電を行うことも可能であ
る。

【００４７】次に、ファーブラシ１６を用いた帯電装置
Ａ′について図４を参照して説明する。このファーブラ
シを用いた帯電装置Ａ′においても、感光体１に接触す
る導電性部材としてのファーブラシ１６は、非磁性スリ
ーブ１３とドラム表面の距離が０．６ｍｍになるよう
に、長手方向の端部に設けた図示しない面板部材を介し
て感光体１との表面間距離を出す。

【００４８】この状態でファーブラシ１６が感光体面に
接触幅Ｗで接触し、非磁性スリーブ１３を感光体１と同
一方向の図４で時計回り方向に回転させる。そして、帯
電時には印加手段１７により非磁性スリーブ１３に所望
の電圧を印加することで感光体１の表面保護層１Ｃに電
荷が注入され、感光体表面は最終的にファーブラシ１６
と同電位に帯電（充電）される。ファーブラシ１６は、
毛長が２〜５ｍｍ、ブラシ密度が５万〜２０万本／ｉｎ
ｃｈ^２で、その体積抵抗値が１０^１０Ω・ｃｍ以下の
ものを使用するが、その体積抵抗値は、好ましくは１０
^６〜１０^９ Ω・ｃｍにするとよい。

【００４９】次に、帯電装置の導電性部材に比較的低い
電圧を印加しても感光体を必要とする帯電電位にまで帯
電させることができる感光体の表面保護層の体積抵抗率
を求めるために行なった実験結果について説明する。図
５は、この帯電プロセスにおける等価回路を示したもの
である。ここでは感光体１の線速度や上記導電性部材の
接触幅Ｗなどの諸元は次のように設定されているものと
し、感光体１の感光体面の帯電電位Ｖは、下記に示す数
１，数２により求めた電荷保持層１Ｂの電圧Ｖ_２及び電
荷量Ｑを使用して、数３により計算で求める。

【００５０】Ｘ：感光体１の表面の線速度Ｗ：感光体１に対する導電性部材の接触幅Ｖ_１：導電性部材への印加電圧Ｔ_１：表面保護層１Ｃの厚さＴ_２：電荷保持層１Ｂの厚さＣ_１：表面保護層１Ｃの静電容量（比誘電率ε_１）Ｃ_２：電荷保持層１Ｂの静電容量Ｒ：表面保護層１Ｃの体積抵抗率Ｇ_１：表面保護層１Ｃの導電率（＝Ｗ／（Ｒ・Ｔ_１））Ｖ_２：電荷保持層１Ｂの電圧ｔ：導電性部材１８の接触時間（最大Ｗ／Ｘ）

【００５１】導電性部材が接触している感光体１の部分
においては、電荷注入層としての電荷保持層１Ｂの帯電
電位をＶ_２とすると、Ｖ_２は次の数１のように表わされ
る。

【００５２】

【数１】

【００５３】ここで、上記導電性部材から離れた感光体
１の部分においては、図５に示す等価回路における抵抗
Ｇ_１、すなわち表面保護層１Ｃを通過した電荷のみが電
荷保持層１Ｂの電位Ｖ_２に寄与するものと考えられるの
で、その電荷量をＱとすると、数２となる。このとき、
感光体電位Ｖは、数３により求まる。

【００５４】

【数２】Ｑ＝Ｃ_２・Ｖ_２−Ｃ_１（Ｖ_１−Ｖ_２）＝（Ｃ_２
＋Ｃ_１）Ｖ_２−Ｃ_１・Ｖ_１

【００５５】

【数３】Ｖ＝Ｑ／Ｃ_２＝（１＋Ｃ_１／Ｃ_２）Ｖ_２−（Ｃ
_１／Ｃ_２）Ｖ_１

【００５６】一般的に、感光体１の実用的な電位は−３
００ボルト〜−１０００ボルト程度であるが、目的とす
る感光体電位Ｖを、そのような電位にするためには、各
諸元数値を次のような例に従って定めればよい。

【００５７】

【表１】

【００５８】例えば、表１に示した例１のように、感光
体１の表面保護層１Ｃの体積抵抗率Ｒを１０^１０（Ω・
cm）に設定すれば、導電性部材を介した電荷注入だけ
で、感光体１を導電性部材への印加電圧−１０００ボル
トとほぼ同等の−９６０ボルトに帯電させることができ
る。それにより、所定の静電潜像を確実に形成可能なレ
ベルに達する。

【００５９】このようにすることで、次のような相乗効
果が生まれる。すなわち、従来のコロナ放電を使用した
帯電装置では、高圧電源を必要としたため大量のオゾン
が発生した。あるいは、高抵抗の感光体１を用いて行う
接触式の帯電装置の場合にも少量のオゾンが発生した。
そして、この帯電装置の場合には、帯電ムラを無くすた
めに導電性部材に交流電圧を印加したりする必要もあっ
た。

【００６０】これに対し、この発明を実施した画像形成
装置の帯電装置によれば、表１に示したように導電性部
材に印加する電圧の値が低いので、ほとんど又は全く放
電は発生しない。それにより、オゾンの発生を一層効果
的に抑えることができるだけでなく、導電性部材に交流
電圧の印加を行なう必要もない。

【００６１】次に、上述した構成の画像形成装置におい
て、感光体１の薄膜化の対象となる電荷保持層１Ｂの膜
厚と、感光体１の感光体面の帯電電位をパラメータにと
り、画像への影響を実験により確認した結果について説
明する。この実験では、積層タイプの感光体１を使用
し、電荷保持層１Ｂの膜厚をＤとして、感光体１の感光
体面の帯電電位の絶対値Ｖボルトを電荷保持層１Ｂの膜
厚Ｄで割った数値（ボルト／マイクロメートル）を電界
強度とした。そして、その電界強度と地肌汚れ及び細線
再現性の相関関係を評価した結果を表２に示す。

【００６２】

【表２】

【００６３】この実験では、各パラメータの中でも特に
電荷保持層１Ｂの膜厚Ｄと電界強度（Ｖ／Ｄ）に注目し
た。その結果、電荷保持層１Ｂの薄層化の副作用である
感光体１の帯電能力の低下による地肌汚れと、細線再現
性の評価は表２に示すようになった。なお、表２の中に
おける地肌汚れ等のランク付けは、目視による評価で行
なった。

【００６４】表２の結果を見ると、地肌汚れは電荷保持
層１Ｂの膜厚Ｄと感光体１の感光体面の帯電電位Ｖから
求められる電界強度（Ｖ／Ｄ）に依存した。すなわち、
表２から明らかなように、電界強度が４０Ｖ／μｍを超
えると、電荷保持層１Ｂを含む感光層が局所的に絶縁破
壊して異常画像が発生する原因になっている（表２に×
の評価）。特に、電界強度（Ｖ／Ｄ）が４５Ｖ／μｍ以
上になると、地肌汚れがかなりひどくなり、９０Ｖ／μ
ｍ以上になると感光体１を帯電することができなくなっ
た。

【００６５】一般的に、感光体１は電界強度が低くなる
と感光層中での電荷輸送能力が低下し、それに伴って光
感度が低下することが知られているが、表２でも感光体
１にかかる電界強度が１２Ｖ／μｍ以下であるときに
は、感光体１の光感度が低下して露光された部分の電位
が下がりにくくなって画像の濃度低下が見られた。その
ときの膜厚Ｄは５０μｍである。

【００６６】また、電荷保持層１Ｂの膜厚Ｄが２０μｍ
以上４０μｍ以下である場合には、上記異常画像が少な
く、画像濃度を低下させることもなかった。そのため、
細線及び微細ドットの再現性が向上した。そして、この
細線の再現性は、電界強度には依存せず、むしろ電荷保
持層１Ｂの膜厚Ｄに影響を受け、特に５０μｍ以上では
細線の再現性が非常に悪かった。

【００６７】以上の実験結果から導かれる結論として
は、電界強度（Ｖ／μｍ）は、１２〜４０Ｖ／μｍの範
囲で地肌汚れ防止に顕著な効果を有し、また、細線の再
現性には、電荷保持層（電荷注入層）１Ｂの膜厚Ｄは、
１５〜４０μｍで顕著な効果があることが判った。

【００６８】次に、上記構成の帯電装置を有する画像形
成装置において、図１で説明した現像装置Ｂが感光体１
上の転写残トナーを回収するクリーニング手段を兼ねる
場合の実施の形態について説明する。なお、この実施の
形態における画像形成装置は、各部の構成が図１で説明
した画像形成装置と同様であるため、その図示を省略し
て、必要に応じて図１に示した符号を使用して各部を説
明する。

【００６９】この実施の形態による画像形成装置では、
感光体１上に付着した転写残トナーを帯電装置Ａにより
感光体１とほぼ同電位に帯電させると共に、現像装置Ｂ
は感光体１上で書込装置３により露光されなかった感光
体１とほぼ同電位の転写残トナーを現像バイアスによっ
て回収するクリーニング手段を兼ねている。すなわち、
この実施の形態による画像形成装置は、感光体１から転
写材へトナー像を転写した後に感光体面に残留した転写
残トナーを現像装置Ｂで回収する、いわゆる現像同時ク
リーニングによるクリーナレスの画像形成装置である。

【００７０】ところで、電子写真方式の画像形成装置の
転写工程では、転写部材の種類あるいは印加する電圧・
電流によってトナーの帯電特性が変化することがある。
したがって、トナー像を転写部材に転写した後の感光体
１の表面に残留した転写残トナーは、その多くが現像時
とは反転した極性に帯電していることになる。例えば、
この実施の形態の現像時のトナーはマイナス帯電である
ため、トナー像を転写した後に感光体１上に残留する転
写残トナーの多くは、プラスに帯電している。

【００７１】そこで、この実施形態による画像形成装置
では、逆極性の転写残トナーを付着した感光体面が帯電
装置Ａを通過することにより、転写残トナーを含めて一
様に正規の極性となるマイナスの所定電位に帯電させ
る。このようにして、帯電装置Ａを通過して極性がマイ
ナスに帯電された転写残トナーは、感光体１の回転によ
り現像装置Ｂに到達する。

【００７２】このとき、感光体１の帯電電位は−９６０
ボルトに、その感光体１上の露光された部分の電位は−
１５０ボルトになっている。ここで現像剤担持体７に、
−６００ボルトの直流電圧を印加する。それにより、感
光体１の未露光部（非画像部）の転写残トナーが現像剤
担持体７上に回収され、一方の露光部（画像部）の転写
残トナーはそのままの状態を維持し、その上から現像剤
担持体７により新規トナーが供給されて現像される。

【００７３】なお、この実施の形態で使用するトナー
は、転写残トナーの発生量を少なくすることが可能な球
形のトナーが適する。このような球形のトナーは、流動
性に優れ、トナー間、あるいはトナーの感光体１からの
離型性に優れているので転写効率が高い。

【００７４】したがって、画像形成装置の帯電装置に図
３で説明した磁気ブラシを使用した帯電装置を使用した
ときには、その磁気ブラシを有する帯電装置には多くの
転写残トナーが混入する恐れがあるが、上述したような
球形のトナーを用いれば転写効率が高いので、帯電装置
に混入するトナーの量が少なくなる。したがって、磁気
ブラシ等の劣化を防止することができる。

【００７５】このように、クリーナレスの画像形成装置
にすれば、感光体上の転写残トナーをブレード等により
クリーニングする専用のクリーニング装置を別途設ける
必要がなくなるので、装置を小型化することができると
共に、低コストにすることができる。また、転写残トナ
ーをクリーニングするブレード等が感光体１の表面保護
層１Ｃを摩耗させてしまうようなこともないので、感光
体１の劣化を防止することができる。

【００７６】以上、この発明による画像形成装置の各実
施の形態について説明したが、その各実施の形態では転
写ローラ２に電圧を印加することにより感光体１上のト
ナー像を転写材に転写する転写手段の例を示したが、そ
の転写手段は放電を利用したチャージャ等であってもよ
い。また、その各実施の形態では、感光体１上のトナー
像を転写材に直接転写する場合の例を示したが、感光体
１上のトナー像を、その感光体１に対して対向配置され
たベルト状又はパイプ状に形成された中間転写体に一旦
転写して、その中間転写体上のトナー画像を転写材に転
写する構成の画像形成装置にも、この発明は適用するこ
とができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による画
像形成装置によれば、感光体の電荷注入層の膜厚をＤマ
イクロメートルとし、帯電装置の導電性部材が接触した
状態で帯電された感光体の感光体面の帯電電位の絶対値
をＶボルトとしたとき、Ｖ／Ｄの値を異常画像となる地
汚れが生じない所定の範囲の値にするので、感光体を構
成する電荷注入層を薄膜化しても地汚れが生じないため
異常画像を防止できる。したがって、優れた画像特性が
得られる。

【００７８】また、上記感光体の電荷注入層の薄膜を１
５乃至４０マイクロメートルにすれば、特に細線及びド
ット画像特性が優れた画像形成装置にすることができ
る。さらに、上記帯電装置の導電性部材を磁気ブラシあ
るいはファーブラシにすれば、接触注入帯電方法を用い
ることでオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）、さらにはその
他の生成物等により、感光体の電荷注入層を含めた感光
層が劣化するのを防ぐことができる。それにより、感光
体の寿命を延ばすことができる。

【００７９】また、感光体上に付着した転写残トナーを
帯電装置により感光体とほぼ同電位に帯電させると共
に、現像装置が感光体上で書込装置により露光されなか
った感光体とほぼ同電位の転写残トナーを現像バイアス
によって回収するクリーニング手段を兼ねるようにすれ
ば、感光体への機械的なハザードとなるクリーニング手
段が不要となるため、さらに感光体の寿命を延ばすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態例である画像形成装置を
示す概略構成図である。

【図２】同じくその画像形成装置に設けられている感光
体の層構成を説明するための模式図である。

【図３】磁気ブラシを使用した帯電装置の例を示す構成
図である。

【図４】ファーブラシを使用した帯電装置の例を示す構
成図である。

【図５】図１の画像形成装置における感光体の帯電作用
と等価の回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１：感光体１Ａ：導電性支持体１Ｂ：電荷保持層（電荷注入層）１Ｃ：表面保護層３：書込装置１４：帯電キャリア（導電性部材）１６：ファーブラシ（導電性部材）１８：導電性部材Ａ，Ａ′：帯電装置Ｂ：現像装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｂ (72)発明者矢野英俊東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者徳増貴彦東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者生野弘東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内Ｆターム(参考） 2H003 AA01 AA18 BB11 CC04 CC06 DD03 DD08 2H027 DA02 DD09 DE07 EA01 EC06 ED01 ED03 2H068 AA02 AA28 AA35 CA01 CA03 2H077 AA01 AA35 AA37 AC02 AC16 AD02 AD06 AD13 AD18 AD31 AD35 EA03 EA16 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転自在に支持された導電性支持体上に
電荷注入層と表面保護層とを順次積層してなる感光体
と、所定電圧が印加可能な導電性部材を前記感光体の表
面保護層に接触させて前記電荷注入層へ電荷を注入して
感光体面を帯電させる帯電装置と、その帯電した感光体
面を露光して感光体電位を部分的に変化させて静電画像
を形成する書込装置と、前記静電画像をトナー像に現像
する現像装置とを少なくとも有し、前記感光体上のトナ
ー像を転写材に転写可能な画像形成装置において、前記感光体の電荷注入層の膜厚をＤマイクロメートルと
し、前記導電性部材が接触した状態で帯電された前記感
光体の感光体面の帯電電位の絶対値をＶボルトとしたと
き、Ｖ／Ｄの値を異常画像となる地汚れが生じない所定の範
囲の値としたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記異常画像となる地汚れが生じない所
定の範囲のＶ／Ｄの値は、１２乃至４０ボルト／マイク
ロメートルであることを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項３】前記感光体の表面保護層は、水素を含有
するダイヤモンド状カーボン又は非晶質カーボンを含ん
でいることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成
装置。
【請求項４】前記感光体の電荷注入層の膜厚は、１５
乃至４０マイクロメートルであることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記帯電装置の導電性部材は磁気ブラシ
であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項
に記載の画像形成装置。
【請求項６】前記帯電装置の導電性部材はファーブラ
シであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一
項に記載の画像形成装置。
【請求項７】前記感光体上に付着した転写残トナーを
前記帯電装置により前記感光体とほぼ同電位に帯電させ
ると共に、前記現像装置は前記感光体上で前記書込装置
により露光されなかった前記感光体とほぼ同電位の転写
残トナーを現像バイアスによって回収するクリーニング
手段を兼ねることを特徴とする請求項１乃至６のいずれ
か一項に記載の画像形成装置。