JP2001281994A

JP2001281994A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2001281994A
Application number: JP2000092132A
Authority: JP
Inventors: Masaru Hibino; 勝日比野; Katsuaki Kobayashi; 克彰小林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】現像同時クリーニング方式を採用するに際
し、接触帯電手段からの磁性粒子の漏れを低減させると
ともに、接触帯電手段から像担持体上に吐き出したトナ
ーの現像部での飛散を防止することである。【解決手段】画像形成装置は現像同時クリーニング方
式を採っており、磁気ブラシ帯電器３０により、感光ド
ラム１を帯電するとともに、残留した転写残りトナーを
取り込み、帯電して、ドラム１に吐き出し、現像器４で
回収する。感光ドラム１の回転方向上、帯電器３０に帯
電部の下流側でドラム１に接触する第１のシート部材３
４を、現像器４に現像部の上流側でドラム１に接触する
第２のシート部材３５を設置し、シート部材３４をシー
ト部材３５より厚くする。シート部材３４により帯電器
３０からの磁性粒子の漏れを低減し、漏れた磁性粒子お
よび吐き出したトナーは、シート部材３５に滞留させず
に通過させて現像器４に回収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式等を
利用した画像形成装置に関し、特に現像手段が像担持体
のクリーニング手段を兼ねる画像形成装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】最近、フルカラー化、システム化にとも
なって、複写機、プリンターのデジタル化が進んでい
る。

【０００３】たとえば、レーザー光を走査し、このレー
ザー光のＯＮ／ＯＦＦにより感光ドラム上に潜像を形成
し、これを現像し紙に転写して、所望の画像を記録する
レーザービームプリンター等の装置が広く知られるよう
になってきている。その代表的な用途は、文字、図形等
の２値記録である。これらの記録は、中間調を必要とし
ないので、プリンターの構造も簡単にできる。

【０００４】このような２値記録方式であっても、中間
調を形成できるプリンターがある。かかるプリンターと
しては、ディザ法、濃度パターン法等を採用したものが
よく知られている。しかし、周知のごとく、ディザ法、
濃度パターン法等を採用したプリンターでは、高解像度
が得られない。

【０００５】そこで、近年、高記録密度を低下させず
に、各画素において中間調画素を形成する方法が提案さ
れている。これは、レーザービームで画像信号をパルス
幅（ＰＷＭ）変調することにより、中間調を形成するも
ので、この方式によれば、高解像度かつ高階調性の画像
を形成することが可能である。

【０００６】図４に従来の画像形成装置を示す。図４に
おいて、コピー開始信号が入力されると、感光ドラム１
が帯電器３により所定の電位になるように帯電される。
一方、原稿台１０上に置かれた原稿Ｇに対して、原稿照
射用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一
体のユニット９になって照射しながら走査することによ
り、その照明走査光の原稿面反射光が、短焦点レンズア
レイによって結像されてＣＣＤセンサーに入力される。

【０００７】ＣＣＤセンサーは、受光部、転送部、出力
部より構成されている。ＣＣＤ受光部において、光信号
が電荷信号に変換されて、転送部でクロックパルスに同
期して順次出力部へ転送され、出力部において、電荷信
号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して
出力する。このようにして得られたアナログ信号に周知
の画像処理を行い、デジタル信号に変換してプリンター
部に送る。

【０００８】プリンター部においては、上記の画像信号
を受けてＯＮ、ＯＦＦ発光される固体レーザー素子の光
を、高速で回転する多面鏡で走査することにより、感光
ドラム１の表面上に原稿画像に対応した静電潜像を形成
する。

【０００９】図５は、上記の画像形成装置において、レ
ーザー光を走査するレーザー走査部の概略構成を示した
ものである。このレーザー走査部１００によりレーザー
光を走査するには、まず入力された画像信号に基づき発
光信号発生器１０１により、固体レーザー素子１０２を
所定のタイミングで明滅させる。そして固体レーザー素
子１０２から放射されたレーザー光は、コリメータレン
ズ系１０３により略平行な光速に変換され、さらに矢印
ｂ方向に回転する回転多面鏡１０４により矢印ｃ方向に
走査されるとともに、ｆθレンズ群１０５ａ、１０５
ｂ、１０５ｃを経て感光ドラム１に照射され、感光ドラ
ムの被走査面１０６上に画像１走査分の露光分布が形成
され、さらに各走査ごとに走査面１０６を前記の走査方
向とは垂直に所定量だけスクロールさせれば、被走査面
１０６上に画像信号に応じた露光分布、すなわち静電潜
像が得られる。

【００１０】この感光ドラム１上の静電潜像は、現像器
４により、トナーと磁性キャリアを有する所謂２成分現
像剤を用いて現像され、トナー像として可視化される。

【００１１】現像工程を説明すると、一般的な現像方法
は、非磁性トナーについては、ブレード等で現像スリー
ブ上にコーティングして、磁性トナーについては、磁気
力によって現像スリーブ上にコーティングして、トナー
を感光ドラムに搬送し、感光ドラムに対し非接触状態で
現像する、非磁性１成分非接触現像法および磁性１成分
非接触現像法と、現像剤として、トナーに磁性キャリア
を混合したもの（２成分現像剤）を用い、磁気力によっ
て現像スリーブ上に担持して感光ドラムに搬送し、感光
ドラムに対し接触状態で現像する２成分接触現像法、お
よび感光ドラムに対し非接触状態で現像する２成分非接
触現像法の４種類に大別される。画像の高画質化、高安
定化の両面から２成分接触現像法が多く用いられてい
る。

【００１２】図４の現像器４は２成分接触現像法を採っ
ている。図６は、現像器４として使用される２成分磁気
ブラシ接触現像装置を示す概略図である。

【００１３】図６に示すように、現像装置は、現像容器
１６に現像スリーブ１１、マグネットローラ１２、攪拌
スクリュー１３、１４、規制ブレード１５を備えてなっ
ており、内に２成分現像剤１９を収容している。現像ス
リーブ１１は、感光ドラム１に対して最近接部のギャッ
プが４５０μｍになるように配置され、感光ドラム１と
逆方向（カウンター方向）の回転をし、現像スリーブ１
１上の現像剤が感光ドラム１に対して接触する状態で現
像できるように設定されている。

【００１４】マグネットローラ１２は、現像スリーブ１
１内に非回転に配置され、このマグネットローラ１２は
複数の磁極を有している。マグネットローラ１２の現像
主極は、感光ドラム１の回転方向に０°に位置し、現像
剤中のトナーの真比重を１．１ｇ／ｃｍ³、キャリアの
真比重を３．６ｇ／ｃｍ³、トナーの平均粒径を６μ
ｍ、キャリアの平均粒径を３５μｍ、トナー濃度（全現
像剤の重量に対する全トナーの重量の比）を８％とし、
また通常、現像スリーブ１１の感光ドラム１に対する周
速比は、１．５〜２．０倍に設定されている。

【００１５】現像器４による２成分磁気ブラシ接触現像
で感光ドラム１上に形成されたトナー像は、図４の転写
帯電器７によって転写材上に静電転写される。トナー像
が転写された転写材は、分離帯電器８によって感光ドラ
ム１から静電分離されて定着器６へ搬送され、そこで熱
定着されて画像が出力される。

【００１６】トナー像転写後の感光ドラム１の表面は、
ドラムクリーナ５によって転写残りトナーなどの付着汚
染物の除去を受けて、繰り返し画像形成に使用される。

【００１７】本構成は一例であって、帯電器３はコロナ
帯電器ではなく帯電ローラであったり、転写帯電器７は
転写ローラであったりと種々な方式があるが、基本的に
は、上記したように、帯電、露光、現像、転写、定着、
クリーニングの工程を経て画像形成が行われる。

【００１８】とこで、近年、画像形成装置の小型化が進
んできたが、前記したような帯電、露光、現像、転写、
定着、クリーニングの各工程がそれぞれ小型になるだけ
では限界があった。また前記した転写残りトナーは、ク
リーナ５によって廃トナーとして回収されるが、この廃
トナーは環境保護の面からもないことが好ましい。

【００１９】そこで、上記のクリーナ５を省略し、また
帯電器３を磁性粒子を用いた接触帯電器の磁気ブラシ帯
電器に換えて、磁気ブラシ帯電器により感光ドラム表面
を所望の電位に帯電するとともに、転写時に感光ドラム
上に若干残留したトナーを磁気ブラシ帯電器で回収し、
回収したトナーを再度、感光ドラム上に吐き出し、現像
時にかぶり取りバイアス（Ｖback）により現像器に回収
する、現像同時クリーニング方式によるクリーナレス装
置も出現してきている。

【００２０】磁気ブラシ帯電器は、内部に固定マグネッ
トが設けられた回転自在な非磁性の支持スリーブ上に、
接触帯電部材として磁界により比較的抵抗の低い磁性粒
子をブラシ状に支持し、スリーブの回転にともない磁性
粒子を搬送し、スリーブに帯電電圧を印加することによ
り、磁性粒子から電荷を感光ドラムに与え、感光ドラム
を帯電電圧に応じた電位に帯電するものである。

【００２１】磁性粒子を用いると、一旦回収した転写残
りトナーに摩擦帯電による確実な電荷付与が行われるの
で、感光ドラム上に吐き出したトナーを感光ドラムに確
実に付着させるだけでなく、現像部において回収しやす
い状態にすることができる。

【００２２】この方法によれば、転写残りトナーは、回
収されて現像時に再利用されるため、廃トナーをなくす
ことができる。またスペースの面でも利点が大きく、大
幅な小型化が可能となる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような現像同時クリーニング方式の画像形成装置では、
長期間使用するにつれて、磁性粒子による接触帯電部材
（磁気ブラシ）から吐き出されずに留まるトナーが多く
なって、帯電能力が低下し、支持スリーブに印加した電
圧に対し、実際に感光ドラムが帯電する電位が絶対値で
低くなるといった現象が発生する。

【００２４】たとえば支持スリーブに−６００Ｖの電圧
を印加しても、感光ドラムは−５５０Ｖにしか帯電しな
いといった具合である。この現象は、比較的抵抗の低い
磁性粒子内に抵抗の高いトナーが多く溜まり、抵抗が高
くなることにより発生する。このような現象は、他に画
像比率が大きい原稿を連続してコピーし続けた場合や、
紙の調湿状態で転写効率が著しく低下した場合にも、発
生する可能性がある。

【００２５】このような場合、感光ドラムの帯電電位が
大きく変化する以上に大きな問題として、マイナス側に
注入帯電された磁性粒子（支持スリーブにマイナス電圧
を印加した場合、磁性粒子にはマイナス側の電荷が注入
される）が、支持スリーブに印加した電圧の電位と感光
ドラムが帯電した電位との電位差で、感光ドラム側に付
着するといった問題がある。

【００２６】この感光ドラムに付着した磁性粒子は、現
像部で現像器内に磁気的／機械的に回収されるが、帯電
に用いる磁性粒子と現像に用いる磁性粒子（磁性キャリ
ア）とは、たとえば磁気特性、トナーに対する帯電特性
などの物性が異なる場合が多く、現像器内に帯電に用い
た磁性粒子が蓄積すると、現像特性が変化してしまう。
このために、たとえば、現像剤のＴ／Ｄ制御における誤
検知を招いたり、画像のＶ−Ｄγ特性の変化を生じた
り、現像部でのトナー飛散を発生したりする。

【００２７】また現像同時クリーニング系の画像形成装
置では、吐き出したトナーの帯電が不十分であるとき
は、現像部の現像バイアスにより飛散したトナーが感光
ドラムの移動方向上流側に飛翔しやすく、その結果、露
光系を汚してしまうといった問題もある。この現象は、
現像部で感光ドラムと現像スリーブが互いにカウンター
方向に回転する場合に、特に発生しやすくなる。

【００２８】本発明の目的は、現像同時クリーニング方
式を採用するに際し、磁性粒子を用いた接触帯電手段か
らの磁性粒子の漏れを低減させるとともに、接触帯電手
段から像担持体上に吐き出したトナーの現像手段の現像
部での飛散を防止することができる画像形成装置を提供
することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、
体積抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ωｃｍの材質からなる表面層
を有する像担持体と、前記像担持体の表面に磁性粒子を
接触させて、前記磁性粒子に印加した電圧により前記像
担持体の表面を帯電する接触帯電手段と、前記帯電後の
像担持体表面に像露光により形成された静電潜像を、現
像剤担持体上に担持した２成分現像剤により現像バイア
ス印加下で現像して、トナー像として可視化する現像手
段とを備え、前記像担持体上のトナー像は転写材に転写
され、前記現像手段は、前記トナー像転写後の像担持体
に残留したトナーを現像部で回収するクリーニング手段
を兼ねる画像形成装置において、前記像担持体の移動方
向上、前記接触帯電部材の帯電部よりも下流側の位置
に、前記像担持体の表面に接触する第１のシート部材を
配置し、前記現像手段の現像部よりも上流側の位置に、
前記像担持体の表面に接触する第２のシート部材を配置
し、その第１のシート部材の厚さを第２のシート部材の
厚さよりも厚くすることを特徴とする画像形成装置であ
る。

【００３０】本発明によれば、好ましくは、前記第１の
シート部材を前記像担持体の表面に、前記像担持体の回
転方向に対し逆方向に接触させる。前記第２のシート部
材を前記像担持体の表面に、前記像担持体の回転方向に
対し順方向に接触させる。前記像担持体と前記現像剤担
持体とが対向部で互いに逆方向に回転する。前記２成分
現像剤中のトナーは重合法で生成される。

【００３１】また本発明によれば、前記像担持体を複数
個備え、前記複数個の像担持体上の複数色のトナー像を
前記転写材に重ね合わせて転写するようにしてもよい。
さらに中間転写体を備え、前記像担持体上のトナー像を
前記転写材に転写する前に前記中間転写体に転写し、つ
いで前記中間転写体から前記転写材に転写するようにし
てもよい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施例を図面
に則してさらに詳しく説明する。

【００３３】実施例１図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す断面図
である。

【００３４】図１の画像形成装置において、画像形成す
るには、まず、原稿台１０上に原稿Ｇを複写すべき面を
下側にしてセットする。つぎにコピーボタンを押すこと
により複写が開始される。原稿照射用ランプ、短焦点レ
ンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体のユニット９になっ
て照射しながら走査することにより、その照明走査光の
原稿面反射光が、短焦点レンズアレイによって結像され
てＣＣＤセンサーに入射される。

【００３５】ＣＣＤセンサーの受光部で光信号が電荷信
号に変換されて、転送部でクロックパルスに同期して順
次出力部へ転送され、出力部で電荷信号を電圧信号に変
換し、増幅、低インピーダンス化して出力し、このよう
にして得られたアナログ信号に周知の画像処理を行っ
て、デジタル信号に変換してプリンター部に送る。プリ
ンター部では、上記の画像信号を受けて感光ドラム１の
表面に静電潜像を形成する。

【００３６】像担持体としてのドラム状電子写真感光
体、すなわち感光ドラム１は、中心支軸を中心に所定の
周速度で回転駆動され、その回転過程で磁気ブラシ帯電
器３０により負極性の一様な帯電処理を受ける。

【００３７】本発明において、感光ドラム１には、通常
用いられる有機感光体等を使用することができるが、有
機感光体上に、抵抗が１０⁹〜１０¹⁴Ωｃｍ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
などが好ましく、これらを用いると、電荷注入帯電を実
現でき、オゾン発生の防止、およ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。

【００３８】本実施例では、負帯電性の有機感光体で、
直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に、下記
の第１〜第５の５層を下から順に設けた感光ドラムを用
いた。

【００３９】第１層は下引き層であり、アルミニウム基
体の欠陥等をならすために設けられ、厚さ２０μｍの導
電層とされる。第２層は正電荷注入防止層であり、アル
ミニウム基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電
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１０ ⁶
Ωｃｍ程度に抵抗調整された厚さ１μｍの中間層とされ
る。

【００４０】第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の
顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層とされ、露
光を受けることによって正負の電荷対を発生する。第４
層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラ
ゾンを分散したＰ型半導体からなる。したがって、感光
体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、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面
に輸送することができる。

【００４１】第５層は電荷注入層であり、絶縁性樹脂の
バインダーに導電性微粒子としてＳｎＯ₂超微粒子を分
散した材料の塗工層である。具体的には、光透過性の導
電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化
（導電化）した粒径０．０３μｍのＳｎＯ₂超微粒子を
絶縁性樹脂に７０重量％分散した塗工液を調製し、これ
をディッピング塗工法、スプレー塗工法、ロール塗工
法、ビーム塗工法等の適当な塗工法により厚さ３μｍに
塗工して、電荷注入層を形成した。

【００４２】本実施例では、帯電器３０としては磁気ブ
ラシ帯電方式を用いた。この磁気ブラシ帯電器３０は、
図２に示すように、感光ドラム１の側が開口した容器３
１内に、外径１６ｍｍの回転自在な非磁性部材製の支持
スリーブ３２を有し、支持スリーブ３２の内部に固定マ
グネット３３を設けて、その磁界によって接触帯電部材
として磁性粒子ｍをスリーブ３２の表面上にブラシ状に
支持し、スリーブ３２の回転にともない感光ドラム１と
対向した帯電部に磁性粒子ｍを搬送する。

【００４３】支持スリーブ３２の回転は、感光ドラム１
の回転方向Ａに対し矢印Ｂ方向、すなわち対向部が逆方
向に移動する向きのカウンター方向としており、本実施
例では、感光ドラム１の回転速度１００ｍｍ／秒に対
し、支持スリーブ３２を１５０ｍｍ／秒で回転した。こ
のスリーブ３２に帯電電圧を印加することにより、磁性
粒子から電荷が感光ドラム１の表面に与えられ、感光ド
ラム１が帯電電圧に対応した電位に帯電される。回転速
度は速いほど帯電の均一性が良好になる傾向がある。

【００４４】帯電器３０の接触帯電部材として用いられ
る磁性粒子は、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化
が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ³、抵抗が１０²〜１０¹⁰Ω
ｃｍ程度が好ましく、感光ドラム１にピンホールのよう
な絶縁の欠陥が存在することを考慮すると、１０⁶Ωｃ
ｍ以上のものが好ましい。帯電性能を良くするにはでき
るだけ抵抗の小さいものを用いる方がよく、本実施例で
は、平均粒径２５μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃ
ｍ³、抵抗５×１０⁶Ωｃｍの磁性粒子を用いた。

【００４５】磁性粒子の抵抗値は、底面積が２２８ｍｍ
²の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後、６．６ｋｇ／
ｍｍ²で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定した。

【００４６】磁性粒子としては、樹脂中に磁性材料とし
てマグネタイトを分散し、導電化および抵抗調整のため
にカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、
あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化・
還元処理して抵抗調整を行ったもの、あるいはフェライ
ト等のマグネット単体表面を樹脂でコーティングし、抵
抗調整を行ったもの等を用いることができる。

【００４７】本実施例では、磁性粒子による磁気ブラシ
が感光ドラム１の表面に接触して、感光ドラム１との間
に形成するニップ幅を略６ｍｍになるように調整した。
その状態で支持スリーブ３２に、直流電圧−６００Ｖに
対し振幅７００Ｖ、周波数１０００Ｈｚの矩形波の交番
電圧を印加することにより、良好な帯電性を得ることが
できた。

【００４８】上記のようにして感光ドラム１の表面を一
様帯電したら、先の図５に示すように、画像信号に対応
してＯＮ、ＯＦＦ発光される固体レーザー素子１０２の
光を、高速で回転する多面鏡１０４で走査することによ
り、感光ドラム１の表面上に原稿画像に対応した静電潜
像が形成される。この潜像を現像器４により現像して、
得られたトナー像を転写帯電器７によって転写材上に静
電転写し、その後、転写材を分離帯電器８により感光ド
ラム１から分離して定着器６へ送り、そこで熱定着して
画像が出力される。

【００４９】図１の画像形成装置に設置された現像器４
について説明する。現像器４は、２成分接触現像法を採
っている。現像器４として使用した２成分磁気ブラシ接
触現像装置を図２を参照しながら説明する。

【００５０】本現像装置は、図２に示すように、現像容
器１６を備え、現像容器１６の内部は、隔壁１７によっ
て現像室（第１室）Ｒ１と攪拌室（第２室）Ｒ２とに区
画され、攪拌室Ｒ２の上方には隔壁１７を隔ててトナー
貯蔵室Ｒ３が形成され、このトナー貯蔵室Ｒ３内には補
給トナー（非磁性トナー）１８が収容されている。トナ
ー貯蔵室Ｒ３下部の隔壁１７の部分には補給口２０が設
けられ、補給口２０を経て攪拌室Ｒ２内に、消費された
トナーに見合った量の補給トナー１８が落下補給され
る。

【００５１】現像室Ｒ１および攪拌室Ｒ２内には２成分
現像剤１９が収容されている。現像剤１９は、重合法に
よって製造された平均粒径６μｍのネガ帯電性の非磁性
トナーに対し、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比
で１％外添したものと、飽和磁化が２０５ｅｍｕ／ｃｍ
³の平均粒径３５μｍの磁性キャリアとを混合してなっ
ている。現像剤１９の混合比は、重量比で非磁性トナー
が約８％となるようにした。

【００５２】現像容器１６の感光ドラム１に近接する部
位には開口部が設けられ、この開口部から現像剤担持体
としての現像スリーブ１１が外部に突出するようにして
設置されている。現像スリーブ１１は、現像容器１６内
において回転自在に組み込まれており、本実施例では、
現像スリーブ１１は非磁性材の円筒からなり、その内部
には磁界発生手段である円筒状の磁石１２が固定配置さ
れている。

【００５３】磁石１２は、現像磁極Ｎ１とその上流に位
置する磁極Ｓ３と、現像剤１９を搬送するための磁極Ｓ
１、Ｎ２、Ｓ２とを有する。磁石１２は、現像磁極Ｎ１
が感光ドラム１に対向するように現像スリーブ１１内に
配置されている。現像磁極Ｎ１は、現像スリーブ１１と
感光ドラム１との間の現像部の近傍に磁界を形成し、こ
の位置に現像スリーブ１１の回転とともに矢印の向きに
運ばれてきた現像剤は、磁界によって磁気ブラシを形成
して感光ドラム１と接触し、感光ドラム１上の静電潜像
を現像する。このとき、現像スリーブ１１と感光ドラム
１とは、現像スリーブと感光ドラムとの近接位置（現像
部）において、互いに逆方向（カウンター方向）に移動
する。

【００５４】現像時、現像スリーブ１１には、電源２１
により交流電圧に直流電圧を重畳した振動バイアス電圧
が印加される。潜像の暗部電位（非露光部電位）と明部
電位（露光部電位）は、上記の振動バイアス電位の最大
値と最小値の間に位置しており、これによって、現像部
に向きが交互に変化する交番電界が形成される。この交
番電界中でトナーとキャリアが激しく振動し、トナーが
現像スリーブおよびキャリアへの静電的拘束力を振り切
って、潜像電位に対応した量で感光ドラムに付着する。

【００５５】振動バイアス電圧の最大値と最小値の差
（ピ−ク・ツウ・ピ−ク）は１〜５ｋＶが好ましく、ま
た周波数は１〜１５ｋＨｚが好ましい。振動バイアス電
圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用でき
る。振動バイアス電圧の直流電圧成分は、潜像の暗部電
位と明部電位の間の電位であるが、絶対値で最小明部電
位よりも暗部電位の方により近い値であることが、暗部
電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好まし
い。

【００５６】現像スリーブ１１の下方には、規制ブレー
ド１５が設けられている。この規制ブレード１５は、現
像容器１６に固定して現像スリーブ１１と所定間隔、本
例では４００μｍをおいて配置されている。規制ブレー
ド１５は、アルミニウム、ＳＵＳ３１６等の非磁性部材
からなり、現像スリーブ１１上の現像剤１９の層厚を規
制する。

【００５７】現像室Ｒ１内には攪拌スクリュー１３が設
置され、攪拌スクリュー１３は図中矢印方向に回転さ
れ、攪拌スクリュー１３の回転によって、現像室Ｒ１内
の現像剤１９が現像スリーブ１１の長手方向に向けて搬
送され、現像剤１９の一部が、隔壁１７の長手方向両端
の一方の図示しない開口を通って攪拌室Ｒ２内に受け渡
される。

【００５８】攪拌室Ｒ２内には攪拌スクリュー１４が設
置され、攪拌スクリュー１４の回転によって、現像剤１
９を現像スリーブ１１の長手方向に沿って上記とは逆方
向に搬送する。この搬送過程で、トナー貯蔵室Ｒ３から
補給されたトナーが混合されて、現像剤１９の濃度が回
復され、濃度が回復した現像剤が隔壁１７の長手方向の
他方の図示しない開口を通って現像室Ｒ１内に戻され
る。

【００５９】トナーとしては、粉砕法で製造したもので
もかまわないが、たとえば重合法で製造したトナーを用
いれば、本実施例のような現像同時クリーニングの場合
には、さらに好適である。これは、重合トナーが球形に
近い形であり、その表面に外添剤が均一にコートされる
ので、感光ドラムからのトナー像の離型性が極めてよく
なって、転写残りトナーそのものが少なくなるからであ
る。

【００６０】たとえば、粉砕トナーと重合トナーで転写
効率（紙上に転写された単位面積当たりのトナー量／感
光ドラム上の単位面積当たりのトナー量）を比べた場
合、粉砕トナーが９０％であったのに対し、重合トナー
を用いた場合には９７％と高率であった。

【００６１】このような重合トナーを用いた場合には、
転写残りトナーが極微量であることに加え、高離型性で
あるため、接触帯電／現像同時クリーニングを行うに際
し、帯電能の低下も少なくなるし、接触帯電部材による
感光ドラム上の転写残りトナーの回収、吐き出し工程が
容易になるし、現像器による感光ドラム上の転写残りト
ナーの回収性が向上し、ポジゴースト等が発生しにくく
なる。

【００６２】ここで、トナーの摩擦帯電量の測定法につ
いて図３を用いて説明する。図３は、トナーの摩擦帯電
量（トリボ）を測定する装置の説明図である。

【００６３】まず、摩擦帯電量を測定しようとするトナ
ーをキャリアと合して２成分現像剤の形にして、５０〜
１００ｍｌ容量のポリエチレン製のビンに入れ、約１０
〜４０秒間手で振盪し、ついでこの現像剤を約０．５〜
１．５ｇ、底が６３５メッシュの導電性スクリーン４３
になった金属製の測定容器４２に入れ、容器４２に金属
製のフタ４４を被せる。この状態の測定容器４２全体の
重量を計り、これをＷ１（ｇ）とする。

【００６４】つぎに、測定容器４２を吸引機４１に設置
し（吸引機４１の少なくとも測定容器４２と接する部分
は絶縁体）、吸引口４７から吸引し、風量調節弁４６を
調節して、真空計４５の圧力を２５０ｍｍＡｑとする。
この状態で十分、好ましくは２分間吸引を行い、トナー
を吸引除去する。このときの測定容器４２に接続した電
位計４９が示す電位を読み、これをＶ１（Ｖ）とする。
また吸引後の測定容器４２全体の重量を計り、これをＷ
２（ｇ）とする。測定容器４２に電位計４９と並列接続
したコンデンサ４８の容量をＣ（Ｆ）とすると、単位重
量あたりのトナーの摩擦帯電量は、下式：トナーの摩擦帯電量（Ｃ／ｋｇ）＝Ｃ×Ｖ１×１０^-3／
（Ｗ１−Ｗ２）のごとく計算される。

【００６５】本実施例では、後述するように、摩擦帯電
量が１．０×１０^-2Ｃ／ｋｇ〜−４．５×１０^-2Ｃ／ｋ
ｇのマイナス帯電トナーを用いた。

【００６６】トナーは、体積平均粒径４〜１５μｍのも
のが好適に使用できる。ここでトナーの体積平均粒径
は、たとえば下記測定法で測定されたものを使用する。

【００６７】測定装置としては、コールターカウンター
ＴＡ−II（コールター社製）を用い、個数平均分布、体
積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）お
よびＣＸ−ｉパーソナルコンピュータ（キヤノン製）を
接続し、電解液は１級塩化ナトリウム水溶液を用いて１
％ＮａＣｌを調製した。

【００６８】上記の電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散
剤として界面活性剤（好ましくはアルキルベンゼンスル
ホン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加え、さらに測定試料のト
ナーを０．５〜５０ｍｇ加える。そして試料を懸濁した
電解液を超音波分散器で約１〜３分間分散処理し、コー
ルターカウンターＴＡ−IIにより、１００μｍのアパチ
ャーを用いて、２〜４０μｍの粒子の粒度分布測定し、
体積分布を求める。この体積分布より、トナーの体積平
均粒径が得られる。

【００６９】以上のようなトナーに対して、トナーの表
面を外添剤で被覆すると、機械的な２つの効果が奏され
る。一つはトナーの流動性が向上し、補給トナー１８が
現像容器１６内の２成分現像剤１９と混合しやすくなる
ことであり、もう一つは外添剤がトナー表面に介在する
ことにより、トナー像の感光ドラム１に対する離型性が
上がり、転写効率が良好になることである。

【００７０】外添剤の粒径は、トナーに添加したときの
耐久性の点から、トナー粒子の重量平均粒径の１／１０
以下であることが好ましい。この外添剤の粒径とは、電
子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたそ
の平均粒径を意味する。外添剤としては、たとえばつぎ
のようなものが用いられる。

【００７１】金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化チタ
ン、チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化マグ
ネシウム、酸化クロム、酸化スズ、酸化亜鉛など）、窒
化物（窒化ケイ素など）、炭化物（炭化ケイ素など）、
金属塩（硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウ
ムなど）、脂肪族金属塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリ
ン酸カルシウムなど）、カーボンブラック、シリカな
ど。

【００７２】外添剤は、トナー粒子１００重量部に対し
０．０１〜１０重量部が用いられ、好ましくは０．０５
〜５重量部が用いられる。これらの外添剤は単独で用い
ても、また複数を併用して用いてもよい。外添剤は、疎
水化処理を行ったものがより好ましい。

【００７３】本実施例では、２成分現像剤のトナーに
は、平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比で１％外添
して使用した。

【００７４】本発明で、２成分現像剤の磁性キャリアと
しては、従来公知のものが使用できるが、たとえば樹脂
中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化およ
び抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成し
たもの、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面
を酸化・還元処理して抵抗調整を行ったもの、あるいは
フェライト等のマグネット単体表面を樹脂でコーティン
グし、抵抗調整を行ったもの等を用いることができる。
これら磁性キャリアの製造方法は特に限定されない。

【００７５】本実施例では、磁性キャリアとして、重量
平均粒径が２０〜１００μｍ、好ましくは２０〜７０μ
ｍｍのものを用いた。

【００７６】さて、現像で得られたトナー像を転写後の
感光ドラム１の表面には、転写残りトナーが残留してい
る。転写残りトナーは、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が多く、このように極性反転
した状態のトナーは、現像器４で現像と同時に回収を行
うことは困難である。そこで、感光ドラム１の回転にと
もない帯電領域に達した転写残りトナーを磁気ブラシ帯
電器３０に取り込み、磁気ブラシとの摺擦によりトナー
を正規帯電化する（本例では負帯電）。

【００７７】このとき磁気ブラシに支持スリーブ３２を
介して直流電圧のみを印加するのでは、磁気ブラシへの
トナーの取り込みは十分行われないが、交番電圧を印加
すると、感光ドラム１と帯電器３０との間の電界による
振動効果によって、磁気ブラシへのトナーの取り込みが
容易に行われる。

【００７８】以上のようにすることにより、磁気ブラシ
との摺擦でトナーを正規帯電化でき、現像器４での現像
同時回収が可能となるが、一方で磁気ブラシ帯電器３０
に交番電圧を印加したことにより、帯電能力が非常に高
まる。

【００７９】帯電器３０に印加した帯電バイアスのＤＣ
成分をＶchgとし、このとき帯電された感光ドラム１上
の表面電位をＶｄとし、その差分をΔＶ＝｜Ｖchg−Ｖ
ｄ｜とすると、本実施例では、Ｖchg＝−６００Ｖ、交
番電圧の周波数＝１０００Ｈｚ、Ｖｐｐ＝７００Ｖで、
Ｖｄ＝−５９０Ｖとなるので、ΔＶ＝１０Ｖとなる。

【００８０】しかしながら、帯電能が高くなると、磁気
ブラシに取り込まれた転写残りトナーが感光ドラム１上
に吐き出されずらくなり、長期間使用するにつれて、や
がて帯電能が低下し、感光ドラムの帯電電位の変化を招
くようになるが、それ以上に問題になるのが、マイナス
側に注入帯電された磁性粒子（支持スリーブにマイナス
電圧を印加した場合、磁性粒子にはマイナス側の電荷が
注入される）が、支持スリーブに印加した電圧の電位と
感光ドラムが帯電した電位との電位差で、感光ドラム１
側に付着することである。

【００８１】この感光ドラム１に付着した磁性粒子は、
現像部で現像器４内に磁気的／機械的に回収されるが、
帯電に用いる磁性粒子と現像に用いる磁性粒子（磁性キ
ャリア）とは、たとえば磁気特性、トナーに対する帯電
特性などの物性が異なる場合が多く、現像器４内に帯電
に用いた磁性粒子が蓄積すると、現像特性が変化してし
まう。

【００８２】このため、たとえば画像のＶ−Ｄγ特性
（感光ドラムの帯電電位と現像スリーブに印加するＤＣ
電位との電位差Ｖcontに対する画像濃度の傾きの特性）
が変化することになり、フルカラー画像の場合は、中間
調の色味が変わってしまうことになる。またたとえば、
現像器のＴ／Ｄ比制御をインダクタンス検知センサーで
行っている場合等では、透磁率や粒径が異なる場合に、
Ｔ／Ｄ比の誤検知等が発生し、その結果、Ｖ−Ｄγ特性
の変化が発生するだけには留まらない。Ｔ／Ｄ比が極端
に高くなった場合には、トナーの過補給による黒べた部
の濃度上昇やトナー飛散が発生し、逆にＴ／Ｄ比が極端
に低くなった場合には、黒べた部の濃度が低下し、磁性
キャリアの感光ドラムへの付着等が発生する。

【００８３】また現像同時クリーニング系の画像形成装
置において、吐き出したトナーの帯電が不十分であると
きは、現像部の現像バイアスにより飛散したトナーが、
感光ドラムの移動方向上流側に飛翔しやすく、その結
果、露光系を汚してしまうといった問題もある。この現
象は、現像部で感光ドラム１と現像スリーブ１１が互い
にカウンター方向に回転する場合に、特に発生しやすく
なる。

【００８４】幾つかの検討の結果、現像同時クリーニン
グ方式の画像形成装置の場合、先の図２に示すように、
磁気ブラシ帯電器３０に、その帯電部よりも感光ドラム
１の移動方向下流側の位置に、感光ドラム１の表面に接
触する第１のシート部材３４を配置し、現像器４に、そ
の現像部よりも感光ドラム１の移動方向上流側の位置
に、感光ドラム１の表面に接触する第２のシート部材３
５を配置して、磁気ブラシからの磁性粒子の漏れを低減
し、同時に現像部でのトナー飛散を抑制するようにし
た。

【００８５】上記において、第１、第２のシート部材３
４、３５に同じ２００μｍの厚さのものを用いると、第
１のシート部材３４によって磁性粒子の漏れ量を低減す
ることができたが、使用が進むにつれて、微量だが漏れ
た磁性粒子が第２のシート部材３５上に徐々に堆積して
蓄積し、この蓄積した磁性粒子が現像スリーブ１１に磁
気的に吸引されて、シート部材ごと現像部側に引き寄せ
られ、その結果、現像部で現像スリーブ１１上の現像剤
が堰き止められて滞留し、感光ドラム１に現像キャリア
が付着してしまう。また感光ドラム１に吐き出されたト
ナーが現像部で飛散を生じる。

【００８６】当然、第１のシート部材３４の厚さが、第
２のシート部材３５の厚さよりもも薄い場合は、帯電器
３０から一度に大量の磁性粒子が漏れてしまったとき、
第２のシート部材３５上に滞留しやすいし、また磁性粒
子の漏れをある程度防げたとしても、徐々に漏れてくる
磁性粒子が第２のシート部材３５上に段々溜まり、上記
の感光ドラムへの現像キャリア付着が発生する。

【００８７】そこで、本実施例では、第１のシート部材
３４の厚さを２００μｍとし、第２のシート部材３５の
厚さ１００μｍよりも厚くした。これにより、第１のシ
ート部材３４で磁性粒子の漏れを低減し、漏れてくる磁
性粒子は、第２のシート部材３５で滞留させることなく
通過させ、現像器４内に回収することができた。また感
光ドラム１へ吐き出されたトナーを現像部で飛散するの
を防止することができた。第１のシート部材３４で漏れ
を防止できなかった磁性粒子の量は微量で、長期間の使
用を通じて、現像特性に変化を与えるほどではなかっ
た。

【００８８】本発明によれば、第１のシート部材３４の
厚さとしては２００ｍ程度が好ましい。第２のシート部
材３５の厚さは１００μｍ以下であり、好ましくは５０
μｍ以上である。５０μｍより薄いとシートが波打ち、
本来の役目であるトナー飛散防止を行うことができなく
なる。

【００８９】本実施例では、第１のシート部材３４を感
光ドラム１に対しカウンター方向に当接させたが、この
方が順方向に当接させるよりも、磁性粒子の漏れを抑制
する目的のためには好ましい。また第２のシート部材３
５は、吐き出したトナーおよび漏れた磁性粒子を現像部
まですり抜けさせるためには、感光ドラムの回転に対し
て順方向当接した方が好ましい。

【００９０】本実施例において、以下の条件で画像を出
力する耐久試験を行い、そのときの飛散レベルと現像Ｖ
−Ｄ特性の変化を調べて評価した。

【００９１】・第１シート部材（帯電器側）厚さ：２００μｍ接触状態：感光ドラムにカウンター方向接触材質：ウレタン・第２シート部材（現像器側）厚さ：１００μｍ接触状態：感光ドラムに順方向接触材質：ウレタン・画像比率：３０％現像のＶ−Ｄ特性の変化は、２３℃／５％の温湿度の環
境で、画像比率３０％の原稿を３万枚（３０×１０
³枚）相当出力した後、試験初期と３万枚後の単色の画
像サンプルを比較して、初期にＸ−ｒｉｔｅで０．６
（中間調部）と１．４（黒べた部）の濃度であったもの
が、どのくらい変化するかを調べた。濃度規格は、試験
を通じて０．６±０．２、１．４±０．２である。

【００９２】上記の条件で試験を行った結果、現像部に
おけるトナー飛散は全くなく、初期に０．６の濃度領域
は３万枚後に０．６２であり、初期に１．４１であった
黒べた部の濃度も１．４３であった。また３万枚後に第
２のシート部材を観察したが、第２のシート部材上に磁
性粒子は全く滞留していなかった。

【００９３】実施例２実施例１において、画像比率を８０％に変えた他は、実
施例１と同じ条件で、２３℃／５％の温湿度環境下の３
万枚の画像出力の耐久試験を行い、飛散レベルと現像Ｖ
−Ｄ特性の変化を調べて評価した。

【００９４】その結果、本実施例２において、現像部に
おけるトナー飛散は全くなく、初期に０．６の濃度領域
は３万枚後に０．７であり、初期に１．４０であった黒
べた部の濃度も１．５０であった。また３万枚後に第２
のシート部材を観察したが、磁性粒子は全く滞留してい
なかった。

【００９５】実施例３以下の条件にした以外は、実施例１と同様にして、２３
℃／５％の温湿度環境下の３万枚画像出力の耐久試験を
行い、そのときの飛散レベルと現像Ｖ−Ｄ特性の変化を
調べて評価した。

【００９６】・第１シート部材（帯電器側）厚さ：２００μｍ接触状態：感光ドラムにカウンター方向接触材質：ＰＥＴ・第２シート部材（現像器側）厚さ：５０μｍ接触状態：感光ドラムに順方向接触材質：ウレタン・画像比率：８０％実施例３の条件は、第２シート部材の厚さを５０μｍに
し、画像比率を８０％にした点が実施例１と異なる。

【００９７】本実施例によれば、耐久試験の結果、現像
部におけるトナー飛散は全くなく、初期に０．６の濃度
領域は３万枚後に０．７５であり、初期に１．４０であ
った黒べた部の濃度も１．５５であった。また３万枚後
に第２のシート部材を観察したが、磁性粒子は全く滞留
していなかった。

【００９８】比較例１以下の条件にした以外は、実施例１と同様にして、２３
℃／５％の温湿度環境下の３万枚画像出力の耐久試験を
行い、そのときの飛散レベルと現像Ｖ−Ｄ特性の変化を
調べて評価した。

【００９９】・第１シート部材（帯電器側）厚さ：１００μｍ接触状態：感光ドラムにカウンター方向接触材質：ウレタン・第２シート部材（現像器側）厚さ：１００μｍ接触状態：感光ドラムに順方向接触材質：ウレタン・画像比率：８０％比較例１の条件は、第１シート部材の厚さを１００μｍ
にし、画像比率を８０％とした点が実施例１と異なる。

【０１００】本比較例によれば、耐久試験の結果、現像
部におけるトナー飛散は全くなかったが、初期に０．６
の濃度領域は３万枚後に０．９０であり、初期に１．４
０であった黒べた部の濃度も１．６２であり、濃度規格
を超えてしまった。また３万枚後に第２のシート部材に
は磁性粒子が多く滞留して、シート部材が現像スリーブ
側に折れ曲がっており、このまま使用を継続すると、現
像剤の滞留により磁性粒子が磁性キャリアに付着する事
態を引き起こすのが、間違いなく予想された。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
体積抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ωｃｍの材質からなる表面層
を有する像担持体と、像担持体の表面に磁性粒子を接触
させて、磁性粒子に印加した電圧により像担持体の表面
を帯電する接触帯電手段と、帯電後の像担持体表面に像
露光により形成された静電潜像を、現像剤担持体上に担
持した２成分現像剤により現像バイアス印加下で現像し
て、トナー像として可視化する現像手段とを備え、現像
手段が、トナー像の転写材への転写後の像担持体に残留
したトナーを現像部で回収するクリーニング手段を兼ね
る画像形成装置において、像担持体の移動方向上、接触
帯電部材の帯電部よりも下流側の位置に、像担持体の表
面に接触する第１のシート部材を配置し、現像手段の現
像部よりも上流側の位置に、像担持体の表面に接触する
第２のシート部材を配置し、その第１のシート部材の厚
さを第２のシート部材の厚さよりも厚くしたので、接触
帯電手段からの磁性粒子の漏れを低減することができ、
また接触帯電手段から像担持体上に吐き出されたトナー
が現像部で飛散するのを防止することができた。また漏
れた磁性粒子が第２のシート部材に滞留、蓄積すること
がなく、現像剤担持体上の現像剤が現像部で塞き止めら
れて、現像キャリアが像担持体に付着するといった問題
も発生しなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す断面図
である。

【図２】図１の画像形成装置に設置された感光ドラムお
よびその付近の磁気ブラシ帯電器、現像器を示す断面図
である。

【図３】本発明で２成分現像剤中のトナーの摩擦帯電量
を測定するのに用いた測定装置を示す斜視図である。

【図４】従来の画像形成装置を示す断面図である。

【図５】図４の画像形成装置で現像器として使用した２
成分現像装置を示す断面図である。

【図６】図４の画像形成装置のレーザー走査部を示す概
略図である。

【符号の説明】

１感光ドラム４現像器（２成分磁気ブラシ現像装置）１１現像スリーブ１２磁石１９２成分現像剤２１現像バイアス電源３０磁気ブラシ帯電器３２支持スリーブ３３マグネット３４第１のシート部材３５第２のシート部材ｍ磁性粒子

───────────────────────────────────────────────────── 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 15/01 １１４Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｂ２Ｈ０７７ 15/02 １０１ 9/08 ３６１ 15/16 １０３３８４Ｆターム(参考） 2H003 AA12 BB11 CC04 2H005 AA21 AB06 2H030 AB02 AD07 AD17 BB23 BB42 BB56 2H032 AA05 BA09 BA23 2H068 AA05 AA08 CA37 FB13 FC01 FC15 2H077 AA37 AC02 AC16 AD02 AD06 AD13 AD18 AD31 AD36 CA12 EA03 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】体積抵抗率１０⁹〜１０¹⁴Ωｃｍの材質
からなる表面層を有する像担持体と、前記像担持体の表
面に磁性粒子を接触させて、前記磁性粒子に印加した帯
電バイアスにより前記像担持体の表面を帯電する接触帯
電手段と、前記帯電後の像担持体表面に像露光により形
成された静電潜像を、現像剤担持体上に担持した２成分
現像剤により現像バイアス印加下で現像して、トナー像
として可視化する現像手段とを備え、前記像担持体上の
トナー像は転写材に転写され、前記現像手段は、前記ト
ナー像転写後の像担持体に残留したトナーを現像部で回
収するクリーニング手段を兼ねる画像形成装置におい
て、前記像担持体の移動方向上、前記接触帯電部材の帯電部
よりも下流側の位置に、前記像担持体の表面に接触する
第１のシート部材を配置し、前記現像手段の現像部より
も上流側の位置に、前記像担持体の表面に接触する第２
のシート部材を配置し、その第１のシート部材の厚さを
第２のシート部材の厚さよりも厚くすることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項２】前記第１のシート部材を前記像担持体の
表面に、前記像担持体の回転方向に対し逆方向に接触さ
せる請求項１の画像形成装置。
【請求項３】前記第２のシート部材を前記像担持体の
表面に、前記像担持体の回転方向に対し順方向に接触さ
せる請求項１または２の画像形成装置。
【請求項４】前記像担持体と前記現像剤担持体とが対
向部で互いに逆方向に回転する請求項１〜３のいずれか
の項に記載の画像形成装置。
【請求項５】前記２成分現像剤中のトナーは重合法で
生成された請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形
成装置。
【請求項６】前記像担持体を複数個備え、前記複数個
の像担持体上の複数色のトナー像を前記転写材に重ね合
わせて転写する請求項１〜５のいずれかの項に記載の画
像形成装置。
【請求項７】中間転写体を備え、前記像担持体上のト
ナー像を前記転写材に転写する前に前記中間転写体に転
写し、ついで前記中間転写体から前記転写材に転写する
請求項１〜６のいずれかの項に記載の画像形成装置。