JP2001265093A

JP2001265093A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001265093A
Application number: JP2000080825A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kadota; 修一門田; Yoshiyuki Komiya; 義行小宮; Koichi Hashimoto; 浩一橋本; Fumimitsu Gomi; 史光五味; Kenichi Shibuya; 健一渋谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2001-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】接触帯電方式で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において、磁性粒子の劣化
及び磁性粒子の感光ドラムへの飛散を防止する。【解決手段】感光ドラム１上に残留した転写残トナー
を磁気ブラシ帯電装置２の帯電スリーブ上に担持される
磁性粒子１０に回収した後、磁性粒子１０から吐き出さ
せて現像装置３で再回収する画像形成装置において、制
御装置３３は、画像形成枚数が所定値に達する毎に、現
像装置３により適正量のトナーで感光ドラム１上の非転
写面にトナー像を形成し、このトナー像を転写材Ｐに転
写することなく磁気ブラシ帯電装置２に移動させて、磁
性粒子１０中に回収するよう制御することにより、磁性
粒子１０の劣化及び磁性粒子１０の感光ドラム１への飛
散を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式や静
電記録方式など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関し、特に接触帯
電方式で現像同時クリーニングによるクリナーレスの画
像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式や静電記録方式の画像形成
装置において、電子写真感光体や静電記録誘電体等の像
担持体、その他の被帯電体を所定の極性・電位に帯電処
理する帯電手投としては、従来より一般にコロナ帯電器
が使用されてきた。これは像担持体（以下、感光体とい
う）にコロナ帯電器を非接触に対向配置して、コロナ帯
電器から放出されるコロナに感光体面をさらして感光体
面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

【０００３】また、近年、上記の非接触タイプのコロナ
帯電器による場合に比べて低オゾン、低電力等の利点を
有することから、被帯電体としての感光体に電圧（帯電
バイアス）を印加した帯電部材（接触帯電部材）を当接
させて感光体表面を所定の極性・電位に帯電させる接触
方式の帯電装置の実用化がなされてきている。特に、帯
電部材として導電ローラ（帯電ローラ）を用いたローラ
帯電方式の装置が帯電の安定という点から好ましく用い
られている。

【０００４】また、接触帯電部材として、磁性粒子を磁
性粒子担持体としての帯電ローラ表面に磁気拘束させた
磁気ブラシを有する磁気ブラシ帯電部材（以下、磁気ブ
ラシ帯電器という）を用い、該磁気ブラシ帯電器の磁気
ブラシを感光体に接触させる磁気ブラシ帯電方式の装置
も帯電の安定性という点から好ましく用いられる。磁気
ブラシ帯電器は、導電性の磁性粒子を直接にマグネット
に、あるいはマグネットを内包する帯電スリーブ上に磁
気的に拘束させて磁気ブラシを形成具備させたものであ
り、停止あるいは回転させて磁気ブラシを感光体に接触
させ、これに電圧を印加することによって感光体の帯電
を開始させる。また、導電性の繊維をブラシ状に形成具
備させたもの（ファーブラシ帯電部材、帯電ファーブラ
シ）、導電性ゴムをブレード状にした導電ゴムブレード
（帯電ブレード）等も、接触帯電部材として好ましく用
いられている。

【０００５】上記した接触帯電の帯電機構（帯電のメカ
ニズム、帯電原理）には、コロナ帯電系と電荷注入（直
接帯電）系がある。

【０００６】コロナ帯電系は、接触帯電部材と感光体と
の微小間隙に生じるコロナ放電現象による放電生成物で
感光体表面が帯電する系である。コロナ帯電は、接触帯
電部材と感光体に一定の放電しきい値を有するため、帯
電電位より大きな電圧を接触帯電部材に印加する必要が
ある。また、コロナ帯電器に比べれば発生量は格段に少
なくないけれども放電生成物を生じる。

【０００７】一方、電荷注入帯電系は、接触帯電部材か
ら感光体に直接に電荷が注入されることで感光体表面を
帯電する系である。より詳しくは、中抵抗の接触帯電部
材が感光体表面に接触して放電現象を介さずに、つま
り、放電を基本的に用いないで感光体表面に直接電荷注
入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電
圧が放電しきい値以下の印加電圧であっても、感光体を
印加電圧相当の電位に帯電することができる。この電荷
注入帯電系はイオンの発生を伴わないが、電荷注入帯電
であるため、接触帯電部材の感光体への接触性が帯電性
に大きく効いてくる。そこで接触帯電部材はより密に構
成し、また、感光体との速度差を多く持ち、より高い頻
度で感光体に接触する構成をとる必要があり、この点に
おいて、接触帯電部材として特に磁気ブラシ帯電器は安
定した帯電を行なうことができる。

【０００８】磁気ブラシ帯電器による電荷注入帯電は、
抵抗とコンデンサーの直列回路と等価であると見ること
ができる。磁気ブラシ帯電器による理想的な帯電プロセ
スでは、感光体表面のある領域が磁気ブラシと接触して
いる時間（帯電ニップ×感光体の周速）にコンデンサー
が充電され、感光体表面電位が印加電圧とほぼ同値にな
る。

【０００９】また、接触帯電として、近年、導電性の接
触部材に電圧を印加し、感光体の表面にあるトラップ準
位に電荷を注入して感光体の接触帯電を行なう注入帯電
方式が提案されている。注入帯電方式では、感光体とし
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
（電化注入層）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、接触帯電部材に印加したバイア
スのうちの直流成分と略同等の帯電電位を、感光体表面
に得ることが可能である。上記注入帯電方式は、環境依
存性が少ないだけでなく、放電を用いないため、接触帯
電部材に対する印加電圧は感光体電位と同程度で十分で
あり、また、オゾンを発生しない利点があり、完全なオ
ゾンレス、かつ低電力消費での帯電が可能となる。

【００１０】また、近年、画像形成装置の小型化が進ん
できたが、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニン
グ等の画像形成プロセスの各手段・機器をそれぞれ小型
にするだけでは、画像形成装置の全体的な小型化には限
界があった。また、転写後の感光体上の転写残トナー
（残留現像剤）はクリーニング手段（クリーナー）によ
って回収されて廃トナーとなるが、この廃トナーは環境
保護の面からも出ないことが好ましい。

【００１１】そこで、近年、クリーニング手段（クリー
ナー）を取り外し、感光体上の転写残トナーは現像手段
によって「現像同時クリーニング」で感光体上から除去
し、現像手段に回収・再利用する装置構成にした「クリ
ーナーレスプロセス」の画像形成装置の実用化がなされ
てきている。現像同時クリーニングとは、転写後に感光
体上に若干残留したトナーを次工程以後の現像時にかぶ
り取りバイアス（現像手段に印加する直流電圧と感光体
の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差（かぶり
取りバイアス））によって回収する方法である。この方
法によれば、転写残トナーは現像手段に回収されて次工
程以後用いられるため、廃トナーをなくし、メンテナン
スに手を煩わせることも少なくすることができる。

【００１２】また、クリーナーレスであることでスペー
ス面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化で
きるようになる。更に、感光体の帯電装置が接触帯電装
置の場合には、感光体に接触している帯電部材に転写残
トナーを一旦回収させ、それを再び感光体上に吐き出さ
せ現像装置で回収させることもできる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、接触帯電手
段として、上述した磁気ブラシ帯電器による電荷注入帯
電を用い、現像同時クリーニングによるクリーナーレス
の画像形成装置においては、転写残トナーが磁気ブラシ
帯電器内に混入し、磁気ブラシ帯電器内の磁性粒子の表
面に少しずつ付着することで電気抵抗が徐々に増加して
しまう。そのため、磁気ブラシと感光体が接触している
帯電ニップを通過する間に充分な帯電が行われず、その
結果、帯電電位（感光体電位）が印加バイアスの値より
も低下する。

【００１４】この電位差は磁気ブラシ帯電器内に混入し
たトナーの量が多いほど大きくなり、その結果、現像部
でのカブリ発生を引き起こす。この対策として、従来で
は、紙間及び後回転時に、感光体への帯電能を落として
磁気ブラシ帯電器との電位差を設けることで、カブリを
引き起こす余剰トナーを感光体に吐き出させるようにし
ていた。

【００１５】しかしながら、カブリを発生しない範囲で
磁気ブラシ帯電器内にトナー（転写残トナー）が混入し
ている場合、磁気ブラシの流動性は向上し、回転駆動さ
れる帯電スリーブの駆動トルクが低減する効果がある。
これは、磁性粒子に対してトナーの体積が十分に小さい
ことにより、トナーが磁性粒子間の空隙に入り込んで磁
気ブラシの充填率が高くなるためであるが、これは感光
体との帯電ニップ部でも同様で、帯電ムラのない安定し
た画像が得られる。また、トナーが磁性粒子間に介在す
ることで、感光体上の付着物に対して研磨効果を持ち、
いわゆる画像流れの抑制にも効果がある。

【００１６】そして、トナー混入量が上記の場合よりも
少ない場合では、上述した効果が小さく、また、磁気ブ
ラシの抵抗値が小さすぎることによって磁性粒子が感光
体へ飛散する。これは、磁性粒子と感光体表面との界面
では、接触抵抗が大きいために電圧降下が生じ、強い電
界が生じて両者の界面に電荷が誘導され、その結果、磁
性粒子が感光体へと引き付けられるためである。そし
て、更に感光体に付着した磁性粒子が現像器に回収され
た場合、トナートリボ等を変動させてしまい、画像不良
の原因となる。また、現像器で回収されない場合でも、
この磁性粒子により転写装置や定着装置を傷つけてそれ
らの寿命を縮めてしまう可能性が生じる。

【００１７】そして、磁気ブラシ帯電器を備えた画像形
成装置において、感光体の画像形成領域に対してサイズ
の小さい転写材（紙）を通紙して転写する場合、転写材
の搬送方向両側の非転写面での磁性粒子による転写残ト
ナーの回収が非常に少ないために、混入しているトナー
量が減少し、局所的にその適正下限を下回ってしまう。
そして、この際、上述したトナーを吐き出しを行わない
場合には、上記非転写面ではカブリは発生しないが、逆
に転写面でのトナー混入量がその適正上限を越えて、カ
ブリ等の画像不良を引き起こす。

【００１８】そこで本発明は、磁性粒子の劣化及び磁性
粒子の感光体への付着を防止して、長期にわたって安定
して良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を
提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、像担持体と、帯電粒子を前記像担持体に接
触させ、帯電バイアスの印加により前記像担持体を帯電
する帯電手段と、帯電された前記像担持体を露光手段に
より画像露光して形成した静電潜像にトナーを付着させ
てトナー像として顕像化する現像手段と、前記トナー像
を転写材に転写する転写手段とを備え、前記転写材に前
記トナー像を転写して画像形成が終了後に、前記像担持
体上に残留した転写残トナーを前記帯電粒子に一旦回収
した後、前記帯電粒子から吐き出せて前記現像手段で再
回収する画像形成装置において、画像形成枚数が所定値
に達する毎に、前記現像手段により適正量のトナーで前
記像担持体上に非転写トナー像を形成し、前記非転写ト
ナー像を前記転写材に転写することなく前記帯電手段に
移動させて、前記帯電粒子中に回収するよう制御する制
御手段を有することを特徴としている。

【００２０】また、画像形成装置内の温湿度を検出する
温湿度検出手段を有し、前記制御手段は、前記温湿度検
出手段からの温湿情報、及び前記転写材のサイズ情報に
基づいて、前記画像形成枚数の所定値を決定することを
特徴としている。

【００２１】また、前記非転写トナー像を、像担持体の
画像形成領域において前記転写材の搬送方向両側の非転
写面に形成することを特徴としている。

【００２２】また、前記非転写トナー像を、連続画像形
成時において連続搬送される前記転写材の搬送間隔時間
に形成することを特徴としている。

【００２３】また、前記非転写トナー像の前記帯電粒子
中でのトナー濃度は、前記非転写トナー像のトナーと前
記帯電粒子との合算重量に対して０．２〜６．６％であ
ることを特徴としている。

【００２４】また、前記像担持体が、絶縁性のバインダ
ー中に導電性微粒子を分散させた電荷注入層を有する電
子写真感光体であることを特徴としている。

【００２５】また、前記帯電粒子は、磁性粒子担持体上
に担持された注入帯電のための磁性粒子であることを特
徴としている。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２７】〈実施の形態１〉図１は、本発明の実施の
形態１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、電子写真プロセス式で、
電荷注入帯電方式である磁気ブラシ帯電装置を有し、ク
リーナーレスプロセスのレーザービームプリンタであ
る。

【００２８】この画像形成装置は、ドラム型の電子写真
感光体（以下、感光ドラムという）１を備え、その周囲
に磁気ブラシ帯電装置２、静電潜像形成手段である露光
装置（不図示）、現像装置３、転写ローラ４、導電性ブ
ラシ５を備えており、感光ドラム１と転写ローラ４間に
形成される転写ニップ部Ｎの転写材Ｐの搬送方向下流側
には、定着器６が設置されている。

【００２９】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１０² 〜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、及び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。そこ
で、本実施の形態では、図２に示すように負帯電の有機
感光体で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体
１ａ上に下記の第１〜第５の５つの層１ｂ、１ｃ、１
ｄ、１ｅ、１ｆを下（内側）から順に設けた感光ドラム
１を用いた。感光ドラム１は、駆動手段（不図示）によ
り矢印ａ方向（時計方向）に１００ｍｍ／ｓｅｃの周速
で回転駆動される。

【００３０】感光ドラム１の第１層は下引き層１ｂであ
り、ドラム基体１ａの欠陥等をならすために設けられて
いる厚さ約２０μｍの導電層である。第２層は正電荷注
入防止層１ｃであり、ドラム基体１ａ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
のを防止する役割を果たし、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
された厚さ約１μｍの中抵抗層である。第３層は電荷発
生層１ｄで、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散させた厚さ
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１ｅで、ポ
リカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散させたものであ
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を移動することができず、電荷
発生層１ｄ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。

【００３１】そして、第５層は電荷注入層１ｆであり、
絶縁性樹脂のバインダーにＳｎＯ₂粒子を分散させた材
料の塗工層である。具体的には，絶縁性樹脂に光透過性
の絶縁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 粒
子を樹脂に対して７０重量パーセント分散させた材料の
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１ｆとした。この電荷注入層１ｆの電気抵抗値は、充
分な帯電性と画像流れを起こさない条件である１×１０
¹⁰〜１×１０¹⁴Ω・ｃｍであり、本実施の形態では、表
面抵抗が１×１０¹¹Ω・ｃｍの感光ドラム１を用いた。

【００３２】磁気ブラシ帯電装置２は、図３に示すよう
に帯電容器７と、内部に固定されたマグネットローラ８
が設けられた回転自在の非磁性材料（例えばステンレ
ス）からなる磁性粒子担持体としての帯電スリーブ９
と、帯電スリーブ９上に担持され感光ドラム１に接触し
て電荷を注入する磁性粒子１０と、磁性粒子１を帯電ス
リーブ９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１１を有してい
る。

【００３３】帯電スリーブ９は、本実施の形態では１５
０ｍｍ／ｓｅｃの周速で矢印方向（時計方向）に回転駆
動される。規制ブレード１１は、帯電スリーブ９表面と
のギャップが９００μｍになるように配置されている。
帯電容器７内の磁性粒子１０は、その一部が帯電スリー
ブ９の外周面にマグネットローラ８の磁気力で磁気拘束
されて、磁気ブラシ１０ａとして保持される。この磁気
ブラシ１０ａは帯電スリーブ９の回転駆動に伴い、帯電
スリーブ９と一緒に帯電スリーブ９と同方向に回転す
る。このとき、磁気ブラシ１０ａの層厚は、規制ブレー
ド１１により均一厚さに規制される。そして、その磁気
ブラシ１０ａの規制層厚は、帯電スリーブ９と感光ドラ
ム１との対向隙間部の間隔より大きいので、磁気ブラシ
１０ａは帯電スリーブ９と感光ドラム１との対向部にお
いて、感光ドラム１に対して所定幅のニップ部を形成し
て接触する。この接触ニップ部が帯電ニップ部Ｍであ
る。

【００３４】従って、感光ドラム１は帯電ニツプ部Ｍに
おいて、帯電スリーブ９の回転に伴い回転する磁気ブラ
シ１０ａで摺擦される。この場合、帯電ニップ部Ｍにお
いて、感光ドラム１の回転方向と磁気ブラシ１０ａの回
転方向は逆方向となり、相対移動速度は速くなる。ま
た、帯電スリーブ９と規制ブレード１１には、帯電バイ
アス電源１２から所定の帯電バイアスが印加される。本
実施の形態の場合は、ＤＣ成分にＡＣ成分が重畳されて
いるバイアスである。そして、感光ドラム１及び帯電ス
リーブ９が回転駆動され、帯電バイアス電源１２から所
定の帯電バイアスが印加されることで、感光ドラム１の
周面が、注入帯電により負極性の所定電位に一様に接触
帯電処理される。

【００３５】マグネットローラ８は、帯電スリーブ９と
感光ドラム１の最近接位置から感光ドラム１の回転方向
上流１０°に約９００ガウスのＮ極（主極）を配置して
ある。この主極は、最近接位置との角度（θ）を感光ド
ラム１の回転方向上流２０°から下流１０°の範囲に入
るようにすることが望ましく、好ましくは、感光ドラム
１の回転方向上流１５°〜０°の範囲である。これより
感光ドラム１の回転方向下流だと主極位置に磁性粒子１
０が引きつけられて、帯電ニップ部Ｍの感光ドラム１の
回転方向下流側に磁性粒子１０の滞留が発生しやすくな
り、また上流過ぎると、帯電ニップ部Ｍを通過した磁性
粒子１０の搬送性が悪くなって、滞留が発生しやすくな
る。

【００３６】磁気ブラシ１０ａによる感光ドラム１への
電荷注入帯電は、図４に示す等価回路のような、抵抗Ｒ
とコンデンサーＣの直列回路とみなすことができる。こ
のような回路の場合、抵抗Ｒの抵抗値をｒ、感光ドラム
１の静電容量をＣｐ、帯電バイアス電源１２からの印加
電圧をＶｏ、帯電時間（感光ドラム１表面のある領域が
帯電ニップ部Ｍを通過する時間）をＴｏとすると、感光
ドラム１の表面電位Ｖｄは以下の式（１）で表わされ
る。

【００３７】Ｖｄ＝Ｖｏ（１−exp （Ｔｏ／（Ｃｐ・ｒ））） …式（１）帯電バイアス電源１２から帯電スリーブ９に印加される
帯電バイアス（ＤＣ＋ＡＣ）のＤＣ成分は必要とされる
感光ドラム１の表面電位と同値、本実施の形態では−７
００Ｖとした。

【００３８】磁性粒子１０は、本実施の形態では焼結し
た強磁性体（フェライト）を還元処理をしたものを用い
たが、他に樹脂と強磁性体粉を混練して粒子状に成形し
たもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電性カー
ボン等を混ぜたものや、表面処理を行ったものも同様に
用いることができる。この磁性粒子１０は、感光ドラム
１表面のトラップ準位に電荷を良好に注入する役割と、
感光ドラム１上に生じたピンホールなどの欠陥に帯電電
流が集中してしまうことに起因して生じる磁性粒子１０
及び感光ドラム１の通電破壊を防止する役割を兼ね備え
ていなければならない。

【００３９】従って、磁性粒子１０の抵抗値は１×１０
⁴ 〜１×１０⁹ Ωであることが好ましく、特に１×１０
⁴ 〜１×１０⁷ Ωであることが好ましい。磁性粒子１０
の抵抗値が１×１０⁴ Ω未満ではピンホールリークが生
じやすくなる傾向があり、１×１０⁹ Ωを超えると良好
な電荷の注入がしにくくなる傾向にある。また、抵抗値
を上記範囲に制御するためには、磁性粒子１０の体積抵
抗値は１×１０⁴ 〜１×１０⁹ Ω・ｃｍであることが好
ましく、特に１×１０⁴ 〜１×１０⁷ Ω・ｃｍであるこ
とが好ましい。本実施の形態では、抵抗値が１×１０⁶
Ω・ｃｍの磁性粒子１０を用いた。

【００４０】磁性粒子１０の体積抵抗値は、図５に示す
測定装置を用いて測定した。この測定装置は、磁性粒子
１０をセル１３内に充填して、この充填した磁性体粒子
１０に接するように主電極１４と上部電極１５を配し、
その間に電圧を印加して、そのときに流れる電流値から
磁性粒子１０の体積抵抗値を測定した。

【００４１】このときの測定条件は、温度２３℃、湿度
６５％の環境で充填した磁性粒子１０のセル１３との接
触面積Ｓ＝２ｃｍ² 、厚みｄ＝１ｍｍ、上部電極１５の
荷重１０ｋｇ、印加電圧１００Ｖである。なお、図中、
１６ａ，１６ｂは絶縁物、１７はガイドリング、１８は
電流計、１９は電圧計、２０は定電圧装置である。

【００４２】また、磁性粒子１０の平均粒径及び粒度分
布測定におけるピークは５〜１００μｍの範囲にあるこ
とが、粒子表面の汚染による帯電劣化防止、及び磁性粒
子１０の感光ドラム１表面への付着防止の観点から好ま
しい。

【００４３】現像装置３は、本実施の形態では、重合法
で作製した高離型性で球形非磁性トナーと磁性キャリア
（現像用磁性粒子）を混合したものを現像剤として用
い、該現像剤を現像スリーブ（現像剤担持体）に磁気力
によって磁気ブラシ層とし保持させて現像部に搬送し、
感光ドラム１表面に接触させて静電潜像をトナー像とし
て現像する２成分磁気ブラシ接触現像方式の反転現像装
置である。

【００４４】図６に示す本実施の形態の現像装置３にお
いて、２１現像容器、２２は現像剤担持体としての現像
スリーブ、２３は現像スリーブ２２内に固定配置された
磁界発生手段としての磁石（マグネットローラ）、２
４、２５は現像剤撹拝搬送スクリュー、２６は現像スリ
ーブ２２表面に現像剤の薄層を形成するための現像剤層
厚規制ブレード、Ｔは現像剤容器２１内に収容した２成
分現像剤であり、非磁性トナー（以下、トナーという）
ｔと磁性キャリアｃを混合したものである。トナーｔ
は、トナー補給部２７から供給ローラ２８によって現像
容器２１内に補給される。

【００４５】現像スリーブ２２は、少なくとも現像時に
おいては感光ドラム１に対し最近接距離（隙間）が約５
００μｍになるように配置され、現像スリーブ２２の外
面に担持させた薄層の現像剤Ｔが感光ドラム表面に接触
するように設定され、感光ドラム１上の静電潜像を現像
する。また、現像スリーブ２２は、内部の磁石（マグネ
ットローラ）２３の外回りを矢印方向（反時計方向）に
所定の回転速度で駆動される。現像スリーブ２２表面の
現像剤Ｔは現像スリーブ２２の回転とともに搬送され、
現像剤層厚規制ブレード２６により層厚規制を受けて所
定層厚に形成される。現像スリーブ２２には、現像バイ
アス電源２９からＤＣ成分とＡＣ成分を重畳した所定の
現像バイアスが印加される。現像容器２１内の現像剤Ｔ
のトナー濃度は、不図示の検知手段により検知されて所
定の許容下限濃度まで低下するとトナー補給部２７から
現像容器２１内の現像剤Ｔにトナーｔの補給がなされ
て、現像容器２１内の現像剤Ｔのトナー濃度を常に所定
の許容範囲内に保つようにトナー補給制御される。

【００４６】転写手段としての転写ローラ４は、感光ド
ラム１表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを
形成し、転写バイアス電源３０から印加される転写バイ
アスにより、転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１表面のト
ナー像を転写材Ｐに転写する。

【００４７】また、本実施の形態では、装置内の温度、
湿度を検出する温湿センサ３２を有しており、制御装置
（ＣＰＵ）３３は、温湿センサ３２から入力される温湿
情報、及び転写材Ｐのサイズを検知するサイズ検知セン
サ（不図示）から入力されるサイズ情報に基づいて、現
像装置３により適正量のから現像剤（トナー）を感光ド
ラム１表面に付着させてベタトナー像を形成し、このベ
タトナー像を転写材Ｐに転写することなく磁気ブラシ帯
電装置２の帯電スリーブ９に担持された磁気ブラシ１０
ａ中に回収するよう制御する（詳細は後述する）。

【００４８】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。

【００４９】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（時計方向）に回転駆動さ
れ、磁気ブラシ帯電装置２の帯電スリーブ９上に担持さ
れた磁気ブラシ１０ａ（磁性粒子１０）によって−７０
０Ｖに帯電される。そして、露光装置（不図示）から入
力される画像信号に対応したレーザ光による露光Ｌが感
光ドラム１上に与えられ、感光ドラム１上の電位は露光
Ｌされた部分の電位が低下して静電潜像が形成される。
そして、現像装置３の現像スリーブ２２表面に薄層形成
された現像剤（トナーｃ）Ｔによって静電潜像を反転現
像し、トナー像として顕像化する。この際、現像スリー
ブ２２には、現像バイアス電源２９からＤＣ成分として
−５００Ｖ、ＡＣ成分としてピーク間電圧１５００Ｖ、
周波数２０００Ｈｚの矩形波を重畳した現像バイアスが
印加されている。

【００５０】そして、感光ドラム１上のトナー像が転写
ニップ部Ｎに到達すると、このタイミングに合わせて給
紙カセット３４内の用紙などの転写材Ｐが給紙ローラ３
５により給紙されて搬送ローラ３６等によって転写ニッ
プ部Ｎに搬送される。そして、転写バイアス電源３０か
ら現像剤（トナーｃ）Ｔと逆極性（正極性）の転写バイ
アスが印加された転写ローラ４により、転写ニップ部Ｎ
に搬送された転写材Ｐに感光ドラム１と転写ローラ４間
に発生する静電力によって、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
は定着器６に搬送され、定着ローラ６ａと加圧ローラ６
ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱、加圧
して熱定着した後に外部に排出され、一連の画像形成動
作を終了する。

【００５１】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。この転写残トナー
が、感光ドラム１と接触した帯電スリーブ９上に担持さ
れた磁気ブラシ１０ａを通過しても、ほとんどの場合、
前画像の形状を留めたままであり、適正な帯電条件にお
ける磁気ブラシ１０ａの設定下では均一に分散している
ようなことはなかった。そこで、感光ドラム１の回転に
伴い帯電領域に到達した転写残トナーを磁気ブラシ１０
ａに取り込み、前画像の履歴を消してしまうことが必要
となる。このとき、帯電スリーブ９に帯電バイアス電源
１２からＤＣ電圧を印加するのみでは磁気ブラシ１０ａ
への転写残トナーの取り込みは十分に行われないが、交
番電圧を帯電スリーブ９に印加することで、帯電スリー
ブ９と感光ドラム１間の電界による振動効果によって、
磁気ブラシ１０ａ（磁性粒子１０）への転写残トナーの
取り込みを効果的に行わせることができる。

【００５２】しかしながら、磁気ブラシ１０ａの帯電領
域に到達した転写残トナーの帯電量によっては、磁気ブ
ラシ１０ａヘの取り込みが非常に困難な場合が生じる。
つまり転写残トナーが帯電している以上、磁気ブラシ１
０ａと感光ドラム１間の電位差や、転写残トナーと感光
ドラム１間の鏡映力が取り込み性に大きく効いてくるの
である。

【００５３】ここで、帯電スリーブ９への印加電圧に対
し、通過する感光ドラム１の表面電位は等しく帯電され
ることが理想であるが、実際には、磁気ブラシ１０ａの
感光ドラム１との接触部にも幅があり、最終的にはほぼ
等しい電位に帯電されるとしても、接触部通過初期には
十分な帯電が得られていない。このため、接触部通過初
期では磁気ブラシ１０ａと感光ドラム１間に電位差が生
じている。本実施の形態の場合、帯電スリーブ９への印
加電圧を−７００Ｖに設定しているため、接触部通過初
期で感光ドラム１の表面電位がそれより低い領域では、
正帯電トナーは磁気ブラシ１０ａに取り込まれ易いが、
負帯電トナーは磁気ブラシ１０ａに取り込まれない。

【００５４】また、転写残トナーの帯電量が極端に大き
く、感光ドラム１との鏡映力が大きすぎても感光ドラム
１上に残ってしまう。よって、本来は負帯電性のトナー
ではあるが、転写残トナーは正帯電されていることが望
ましい。但し、正帯電されていなくても帯電量の絶対値
が十分小さければ、磁気ブラシ１０ａによって強制的に
かき取られる効果は期待できる。実際、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
ことも多いが、等しい転写効率であっても転写電流によ
って転写残トナーの帯電量分布は大きく異なり、また、
長期にわたり使用すると現像剤自体が劣化し、転写効率
が低下してくるため、負帯電のまま感光ドラム１上に残
るトナー比率も増えてくる。このため、転写電流を強め
たり、転写残トナーを反対極性に帯電せしめる手段を持
つことが好ましい。

【００５５】そこで、本実施の形態では、転写ローラ４
と磁気ブラシ帯電装置２との間にて導電性ブラシ５を感
光ドラム１に当接している。導電性ブラシ５として、本
実施の形態では、毛足長さが６ｍｍの導電性繊維のレイ
ヨンブラシを用いた。導電性ブラシ５に、バイアス電源
３１から感光ドラム１の帯電極性と逆極性（正極性）の
ＤＣバイアス（５００Ｖ）を印加することにより、負極
性の転写残トナーは一時的にこの導電性ブラシ５内に捕
獲され、除電された後に再び感光ドラム１上へ送り出さ
れる。そのため、感光ドラム１と当接する帯電スリーブ
９上の磁気ブラシ１０ａ（磁性粒子１０）に侵入してい
く転写残トナーは、正極性の転写残トナー若しくは除電
された低帯電量の負極性の転写残トナーのみということ
になり、磁気ブラシ帯電装置２の磁性ブラシ１０ａ（磁
性粒子１０）で回収され易くなる。

【００５６】また、本実施の形態のように、クリーナレ
スの場合は転写残トナーが磁気ブラシ１０ａを形成する
磁性粒子１０に混入することになるので、転写残トナー
による磁性粒子１０の汚染が発生する。この汚染に対し
ては、当然磁性粒子１０の量が多ければ多いほど単位量
当たりの汚染は軽減するはずである。しかしながら、磁
性粒子１０の転写残トナーによる汚染は規制ブレード１
１の上流側の磁性粒子溜まりで発生するので、磁性粒子
１０の量を増やすと磁性粒子溜まり量が増えてしまい、
逆に転写残トナーの割合が増加し汚染が悪化する。

【００５７】そこで、帯電スリーブ９に担持された磁性
粒子１０をはぎ取って帯電容器７内に保持するように
し、帯電容器７内に保持された磁性粒子１０を帯電スリ
ーブ９上の磁性粒子１０と入れ替えることにより、規制
ブレード１１の上流側での磁性粒子溜まり量を増やすこ
となく磁性粒子１０の量を増やすことができ、転写残ト
ナーによる磁性粒子１０の汚染を抑制し、磁性粒子１０
が多少漏れても層厚量は変わらず磁性粒子１０と感光ド
ラム１の帯電ニップ部Ｍの安定性が得られる。

【００５８】次に、注入帯電用の磁性粒子１０の劣化防
止及び磁性粒子１０の感光ドラム１への飛散を防止する
ために、帯電スリーブ９に担持される磁性粒子１０中の
トナー量を最適化する本実施の形態における動作につい
て説明する。

【００５９】磁性粒子１０（磁気ブラシ１０ａ）中のト
ナー量を最適化するには、先ず画像形成開始時に、現像
装置３により感光ドラム１の画像形成領域において転写
材Ｐのサイズに応じた転写面のみにベタトナー像を形成
し、転写材Ｐへの転写を行わずそのまま磁気ブラシ帯電
装置２の磁気ブラシ１０ａを形成する磁性粒子１０中に
トナーを補給する。即ち、カブリの十分発生しないトナ
ー量（ここでは、トナーと磁性粒子の合算重量に対し１
％）を、現像装置３から感光ドラム１を介して磁気ブラ
シ帯電装置２の磁性粒子１０中に補給することにより、
画像形成の初期時からトナー混入の上述した効果を得る
と共に、磁性粒子１０の飛散を防止できる。

【００６０】そして、磁性粒子１０中からトナーの感光
ドラム１への吐き出しにより、トナー混入量が感光ドラ
ム１の画像形成領域において搬送される転写材Ｐ外側の
非転写面にて、局所的にその適正下限以下になった場
合、即ち、画像形成（作像）枚数が所定値を越えた場
合、通常の画像形成動作を中断して現像装置３により適
正量のトナーでベタトナー像を形成して、そのまま感光
ドラム１の前記非転写面に位置している帯電スリーブ９
上の磁性粒子１０（磁気ブラシ１０ａ）中にトナーを補
給する。感光ドラム１の前記非転写面に位置する磁性粒
子１０中にトナーが十分に補給された後に、画像形成動
作を再開する。

【００６１】そして、本実施の形態では、制御装置３３
は、温湿センサ３２から入力される温湿情報と、サイズ
検知センサ（不図示）から入力される転写材Ｐのサイズ
情報に基づいて、感光ドラム１の前記非転写面に位置し
ている帯電スリーブ９上の磁性粒子１０中へのトナー補
給を行う際の、上記した画像形成（作像）枚数の所定値
と、適正なトナー補給量を制御するようにした。

【００６２】次に、上述した本実施の形態の動作による
効果を評価するために、上記した画像形成装置におい
て、転写材のサイズをＡ４Ｒとし、磁性粒子１０（磁気
ブラシ１０ａ）中の初期の混入トナー濃度を、カブリの
発生する７％として実験を行った。

【００６３】従来では、上述したように磁気ブラシ１０
ａから感光ドラム１へトナーの吐き出しが行われること
により、感光ドラム１の前記転写面においては、画像形
成枚数が１０数枚でカブリが消失し、この時の磁性粒子
１０（磁気ブラシ１０ａ）中のトナー濃度は６．３〜
６．６％であった。そして、更に画像形成動作を継続す
ると、感光ドラム１の前記非転写面においては、トナー
の感光ドラム１への吐き出しにより画像形成枚数が１２
０枚程度で磁性粒子１０（磁気ブラシ１０ａ）中のトナ
ー濃度が０．１％以下となり、上述したように磁性粒子
１０の感光ドラム１への飛散が発生した。

【００６４】一方、本実施の形態では、制御装置３３
は、上記した画像形成（作像）枚数の所定値を、温湿セ
ンサ３２から入力される温湿情報と、サイズ検知センサ
（不図示）から入力される転写材Ｐのサイズ情報に基づ
いて１００枚に設定し、画像形成枚数が１００枚に達す
る毎に、上述したように適正な量のトナーを磁性粒子１
０（磁気ブラシ１０ａ）中に補給するように制御する。
この際、温湿センサ３２で検出した温度は２３℃、湿度
は６０％であり、転写材のサイズはＡ４Ｒである。

【００６５】即ち、画像形成枚数が１００枚に達する毎
に、通常の画像形成動作を一旦中断して現像装置３によ
り３００ｍｍ長のベタトナー像を形成し、そのまま感光
ドラム１の前記非転写面に位置している帯電スリーブ９
上の磁性粒子１０中に適正量のトナーを補給する。そし
て、本実施の形態において、耐久枚数が１０万枚におい
ても磁性粒子１０（磁気ブラシ１０ａ）中のトナー濃度
が０．３〜６．０％であり、画像不良の発生や磁性粒子
１０の飛散は殆ど認められなかった。

【００６６】このように本実施の形態では、画像形成
（作像）枚数が所定値（本実施の形態では１００枚）に
達する毎に、通常の画像形成動作を一旦中断して現像装
置３から適正量のトナーを感光ドラム１を介して磁気ブ
ラシ帯電装置２の注入帯電用の磁性粒子１０（磁気ブラ
シ１０ａ）に補給することにより、カブリの発生を抑
え、且つ磁性粒子１０の感光ドラム１への飛散を防止す
ることができるので、長期にわたって安定して良好な画
像形成を行うことができる。

【００６７】上記した本実施の形態では、温度２３℃、
湿度６０％の環境下であったが、磁気ブラシ１０ａの抵
抗値は温度・湿度に依存するため、高温高湿（温度３２
℃、湿度８０％）の環境下において上記と同様の実験を
行った結果、１０万枚耐久後において、磁気ブラシ１０
ａの抵抗値が非常に低くなるため磁性粒子１０が飛散し
易くなり、この環境下では磁性粒子１０中のトナー濃度
の適正範囲は０．４〜６．４％であった。また、常温低
湿（温度２３℃、湿度５％）の環境下において上記と同
様の実験を行った結果、１０万枚耐久後において、磁気
ブラシ１０ａの抵抗値が非常に高くなり、この環境下で
は磁性粒子１０中のトナー濃度の適正範囲は０．１〜
５．５％であった。

【００６８】〈実施の形態２〉本実施の形態において
も、図１に示した実施の形態１の画像形成装置を用いて
説明する。実施の形態１では、画像形成（作像）枚数が
所定値に達する毎に、通常の画像形成動作を一旦中断し
て現像装置３から適正量のトナーを感光ドラム１を介し
て磁気ブラシ帯電装置２の注入帯電用の磁性粒子１０に
補給することにより連続画像形成時において画像形成
（作像）枚数の所定値である１００枚おきに、通常時よ
りも３秒程度画像形成時間が遅くなる。

【００６９】そこで、本実施の形態では、連続画像形成
（作像）時において、画像形成（作像）枚数が所定値に
達する毎に、連続搬送される転写材（紙）の間隔時間で
ある紙間にて、実施の形態１と同様に現像装置３により
ベタトナー像を形成し、そのまま感光ドラム１の前記非
転写面に位置している帯電スリーブ９上の磁性粒子１０
中に適正量のトナーを補給するようにした。画像形成
（作像）枚数の所定値は、実施の形態１と同様に温湿セ
ンサ３２から入力される温湿情報と、サイズ検知センサ
（不図示）から入力される転写材Ｐのサイズ情報に基づ
いて制御装置３３で決定される。他の構成及び動作は実
施の形態１と同様である。

【００７０】なお、本実施の形態の場合において、紙間
では磁性粒子１０からトナーの感光ドラム１への吐き出
しと転写工程があるために、磁気ブラシ帯電装置２の磁
性粒子１０に混入するトナー量が少なくなることから、
転写材（紙）１枚当たり５ｍｍ長のベタトナー像を現像
装置３により形成して、感光ドラム１の前記非転写面に
位置している帯電スリーブ９上の磁性粒子１０中に適正
量のトナーを補給した場合、耐久枚数が１０万枚におい
ても磁性粒子１０（磁気ブラシ１０ａ）中のトナー濃度
が０．２〜６．０％であり、画像不良や磁性粒子１０の
飛散は殆ど認められなかった。

【００７１】このように本実施の形態では、連続画像形
成（作像）時において、画像形成（作像）枚数が所定値
に達する毎に紙間にて、現像装置３から適正量のトナー
を感光ドラム１を介して磁気ブラシ帯電装置２の注入帯
電用の磁性粒子１０に補給することにより、画像形成時
間を長くすることなくカブリの発生を抑え、且つ磁性粒
子１０の感光ドラム１への飛散を防止することができる
ので、長期にわたって安定して良好な画像形成を行うこ
とができる。

【００７２】なお、上述した各実施の形態は白黒画像を
形成する画像形成装置であったが、フルカラー画像形成
可能な画像形成装置においても同様に本発明を適用する
ことができる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、画
像形成（作像）枚数が所定値に達する毎に、現像手段か
ら適正量のトナーを像担持体を介して磁気ブラシ帯電手
段の帯電粒子に補給することにより、カブリの発生を抑
え、且つ帯電粒子の像担持体への飛散を防止することが
できるので、長期にわたって安定して良好な画像形成を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示
す概略構成図。

【図２】感光ドラムの層構成を示す概略断面図。

【図３】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の磁
気ブラシ帯電装置を示す概略構成図。

【図４】磁気ブラシ帯電装置と感光ドラム間の等価回路
を示す図。

【図５】磁性粒子の抵抗値を測定する測定装置を示す
図。

【図６】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の現
像装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１感光ドラム（像担持体）２磁気ブラシ帯電装置（帯電手段）３現像装置（現像手段）４転写ローラ（転写手段）６定着器９帯電スリーブ（磁性粒子担持体）１０磁性粒子（帯電粒子）１０ａ磁気ブラシ２２現像スリーブ３２温湿センサ（温湿度検出手段）３３制御装置（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本浩一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者五味史光東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者渋谷健一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H003 AA12 BB11 CC04 DD03 EE00 2H027 DA01 DA04 DA11 DA14 DA42 DC10 EA01 EC02 EC10 ED03 ED08 ED10 ED30 EF09 FA02 2H068 AA05 CA37 2H077 AA15 AA37 AC16 AD06 AD13 AD36 DA10 DB01 EA03 EA15 GA11 GA17 9A001 HH34 HZ23 KK42

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体と、帯電粒子を前記像担持体に
接触させ、帯電バイアスの印加により前記像担持体を帯
電する帯電手段と、帯電された前記像担持体を露光手段
により画像露光して形成した静電潜像にトナーを付着さ
せてトナー像として顕像化する現像手段と、前記トナー
像を転写材に転写する転写手段とを備え、前記転写材に
前記トナー像を転写して画像形成が終了後に、前記像担
持体上に残留した転写残トナーを前記帯電粒子に一旦回
収した後、前記帯電粒子から吐き出せて前記現像手段で
再回収する画像形成装置において、画像形成枚数が所定値に達する毎に、前記現像手段によ
り適正量のトナーで前記像担持体上に非転写トナー像を
形成し、前記非転写トナー像を前記転写材に転写するこ
となく前記帯電手段に移動させて、前記帯電粒子中に回
収するよう制御する制御手段を有する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】画像形成装置内の温湿度を検出する温湿
度検出手段を有し、前記制御手段は、前記温湿度検出手
段からの温湿情報、及び前記転写材のサイズ情報に基づ
いて、前記画像形成枚数の所定値を決定する、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】前記非転写トナー像を、像担持体の画像
形成領域において前記転写材の搬送方向両側の非転写面
に形成する、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】前記非転写トナー像を、連続画像形成時
において連続搬送される前記転写材の搬送間隔時間に形
成する、ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の画像形成装
置。
【請求項５】前記非転写トナー像の前記帯電粒子中で
のトナー濃度は、前記非転写トナー像のトナーと前記帯
電粒子との合算重量に対して０．２〜６．６％である、ことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の画像形
成装置。
【請求項６】前記像担持体が、絶縁性のバインダー中
に導電性微粒子を分散させた電荷注入層を有する電子写
真感光体である、ことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の画
像形成装置。
【請求項７】前記帯電粒子は、磁性粒子担持体上に担
持された注入帯電のための磁性粒子である、ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載
の画像形成装置。