JP2002023495A

JP2002023495A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2002023495A
Application number: JP2000210984A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yoshida; 雅弘吉田; Junichi Kato; 淳一加藤; Yasushi Shimizu; 康史清水; Hiroyuki Oba; 浩幸大羽; Hiroshi Sato; 浩佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-23
Also published as: US6907211B2; US20040202494A1

Abstract

(57)【要約】【課題】現像手段による帯電部材への導電性粒子の供
給の安定化を図り、リーク画像に対するマージンを確保
しつつ帯電部材上の導電性粒子不足による潜像担持体の
帯電不良を改善することができる画像形成装置を提供す
る。【解決手段】現像スリーブ３ａの感光ドラム１との対
向位置における現像スリーブ３ａの表面と感光ドラム１
の表面との距離を、１５０［μｍ］以上２５０［μｍ］
以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を採
用する複写機、プリンター等の画像形成装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の画像形成装置の一例を示
す模式的断面図である。

【０００３】かかる画像形成装置は、潜像担持体たる感
光ドラム１と、所謂接触帯電方式を採用する帯電部材た
る帯電ローラ２と、現像手段３と、クリーニング装置５
と、定着手段９とを有している。

【０００４】かかる画像形成装置にあっては、被帯電体
としての感光ドラム１表面に、電源２１からの電圧（例
えば１〜２ｋＶ程度の直流電圧、或いは直流電圧と交流
電圧の重畳電圧等）を印加した帯電ローラ２を接触させ
ることにより感光ドラム１の表面を所定の電位（Ｖ_d）
に帯電させている。

【０００５】そして、感光ドラム１の回転（図中矢印ａ
方向）に伴い、露光手段８ａから発光されたレーザービ
ームＬ１を露光窓６ａを介して上記のように帯電された
感光ドラム１上に照射することにより、感光ドラム１上
に静電潜像を形成している。

【０００６】又、現像手段３の感光ドラム１側に設けら
れた開口部に配設され複数のＮ・Ｓ極をもつマグネット
ロール３ｃを固定して内包する現像剤担持体たる非磁性
体の現像スリーブ３ａは、トナー取り込み極であるＳ２
極からトナーを取り込んで担持し、図中ｂ方向に回転す
る。現像スリーブ３ａ上のトナーは、トナー層厚規制部
材３ｂにより規制を受け、所定のトリボが付与され、所
定量コートされる。現像手段３は、図１２に示すように
現像スリーブ３ａの軸線方向両端部にコロ２０９が設け
られており、コロ２０９が感光ドラム１に接触すること
により、現像スリーブ３ａと感光ドラム１との間に所定
のギャップをもたせている。現像スリーブ３ａに電源３
１からの電圧（例えば直流電圧と交流電圧の重畳電圧
等）が印加されることにより、トナーがいわゆるジャン
ピング現像を行い、感光ドラム１上の静電潜像を反転現
像しトナー像として可視化している。

【０００７】一方、紙等の記録媒体たる転写材Ｐは、給
紙カセット１１７に収容されており、給紙ローラ１１８
で給紙され、レジストローラ（図示せず）により感光ド
ラム１上のトナー像と同期が取られ、転写ローラ４上へ
と搬送される。

【０００８】感光ドラム１上のトナー像は、画像形成装
置本体に設けられている転写ローラ４の回転と同期を取
って搬送された転写材Ｐの上に順次転写される。

【０００９】上記トナー像の転写を受けた転写材Ｐは、
感光ドラム１の表面から分離されて、画像形成装置本体
に設けられている定着手段９へ搬送されて上記トナー像
の定着を受け、画像形成装置本体外へ排出される。

【００１０】一方、転写後に転写されずに感光ドラム１
上に残った転写残トナーは、クリーニング装置５内のク
リーニングブレード５ａにより除去される。転写残トナ
ーを除去された感光ドラム１表面は、再び帯電ローラ２
によって帯電され、上述の工程に繰り返し供される。

【００１１】上述の説明のように、転写方式の画像形成
装置においては、転写後の感光ドラムに残存する転写残
トナーがクリーナー（クリーニング装置）によって感光
ドラム面から除去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望ましい。

【００１２】そこで、従来の画像形成装置では、クリー
ナーをなくし、転写後の感光ドラム上の転写残トナーを
現像装置によって「現像同時クリーニング」で感光ドラ
ム上から除去し現像装置に回収、再利用する装置構成に
したトナーリサイクルプロセスの画像形成装置も出現し
ている。

【００１３】現像同時クリーニングとは、転写後に感光
ドラム上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち
引き続き感光ドラムを帯電し露光して潜像を形成し、該
潜像の現像時にかぶり取りバイアス（現像装置に印加す
る直流電圧と感光ドラムの表面電位との間の電位差であ
るかぶり取り電位差Ｖ_back）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装置に回収
されて次工程以後に再用されるため、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。又、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。

【００１４】又、従来より接触帯電の帯電機構（帯電の
メカニズム、帯電原理）には、（放電帯電機構と直
接注入帯電機構の２種類の帯電機構が知られており、そ
れぞれに対して優位な点、不利な点がある。

【００１５】放電帯電機構被帯電体と接触し該被帯電体を帯電させる帯電部材（以
下、接触帯電部材という）と被帯電体との微小間隙に生
じる放電現象により被帯電体表面が帯電する機構であ
る。放電帯電機構は、接触帯電部材と被帯電体に一定の
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。又、コロナ帯電器
に比べればオゾン発生量は格段に少ないが、放電生成物
を生じることが原理的に避けられない。更に、発生した
放電生成物と転写材中の物質が作用することによって潜
像の形成が阻害される「画像流れ」という問題が生じる
ことがあった。

【００１６】直接注入帯電機構接触帯電部材から被帯電体に直接に電荷が注入されるこ
とで被帯電体表面が帯電する系である。直接帯電、或い
は注入帯電、或いは電荷注入帯電とも称される。より詳
しくは、中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接触し
て、放電現象を介さずに、つまり放電を基本的に用いな
いで被帯電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閥値以下の印加
電圧であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電
することができる。

【００１７】このように直接注入帯電機構を用いれば、
イオンの発生を伴わないため放電生成物による弊害は生
じないという大きな利点が有り、従来、種々の出願がな
されている。例えば、特開平１０−３０７４５４では帯
電部材と感光ドラムとの間に導電性粒子を介在させるこ
とが提案されている。この提案では、図１０に示すよう
に帯電ローラ２の上流側に導電性粒子供給手段４２を設
け、帯電ローラ２と感光ドラム１との間に導電性粒子を
供給することによって直接帯電機構を達成している。

【００１８】又、直接注入帯電機構を用い、クリーナー
レスシステムを達成したものに、特開平１０−３０７４
５５の提案がある。この提案によれば、以下の作用によ
ってこのシステムを達成している。

【００１９】現像手段の現像剤中に含有された導電性を
有する導電性微粉体は、現像手段による潜像担持体側の
静電潜像のトナー現像時にトナーとともに適当量が潜像
担持体側に移行する。

【００２０】潜像担持体上のトナー像は、転写手段の転
写部において転写バイアスの影響で転写材側に引かれて
積極的に転移するが、潜像担持体上の導電性微粉体は導
電性であるため転写材側には積極的には転移せず、潜像
担持体上に実質的に付着保持されて残留する。

【００２１】そして、トナーリサイクルプロセスの画像
形成装置は、クリーナーを用いないため、転写後の潜像
担持体周面に残存の転写残トナー及び上記の残存導電性
微粉体が潜像担持体と接触帯電部材の接触部に潜像担持
体周面の移動でそのまま持ち運ばれて接触帯電部材に付
着、混入される。

【００２２】従って、潜像担持体と接触帯電部材との接
触部にこの導電性微粉体が存在した状態で潜像担持体の
接触帯電が行なわれることとなる。

【００２３】この導電性微粉体の存在により、接触帯電
部材にトナーが付着、混入した場合でも、接触帯電部材
の潜像担持体への緻密な接触性と接触抵抗を維持できる
ため、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシ等
の簡易な部材で構成可能であり、しかも接触帯電部材の
転写残トナーによる汚染にかかわらず、該接触帯電部材
による潜像担持体の直接注入帯電が可能である。

【００２４】つまり、接触帯電部材が導電性微粉体を介
して密に潜像担持体に接触して、接触帯電部材と潜像担
持体の接触部との間に存在する導電性微粉体が接触帯電
部材と潜像担持体表面との間を隙間なく摺擦されること
で、接触帯電部材による潜像担持体の帯電は、導電性微
粉体の存在により放電現象を用いない安定且つ安全な直
接注入帯電が支配的となり、従来のローラ帯電等では得
られなかった高い帯電効率が得られ、接触帯電部材に印
加した電圧とほぼ同等の電位を潜像担持体に与えること
ができる。

【００２５】又、接触帯電部材に付着、混入した転写残
トナーは、接触帯電部材から徐々に潜像担持体上に吐き
出されて潜像担持体周面の移動とともに現像部に至り、
現像手段において現像同時クリーニング（回収）される
（トナーリサイクルプロセス）。

【００２６】更に、接触帯電部材から導電性微粉体が脱
落しても、画像形成装置が稼働されることで、現像手段
の現像剤に含有される導電性微粉体が現像部で潜像担持
体周面に移行し該潜像担持体周面の移動により転写部を
経て帯電部に持ち運ばれて接触帯電部材に逐次に供給さ
れ続けるため、導電性微粉体の存在による良好な帯電性
が安定して維持される。

【００２７】かくして、接触帯電方式、転写方式、トナ
ーリサイクルプロセスの画像形成装置において、接触帯
電部材として帯電ローラやファーブラシ等の簡易な部材
を用いて、しかも該接触帯電部材の転写残トナーによる
汚染にかかわらず、低印加電圧でオゾンレスの直接注入
帯電を長期に渡り安定に維持させることができる。

【００２８】上記提案では、上述の作用により、潜像担
持体表面の均一な帯電性を得ることができ、オゾン生成
物による障害、帯電不良による障害等のない、トナーリ
サイクル、簡易な構成、低コストな画像形成装置を得る
ことができる点で環境面、装置の小型化の両方に対して
効果的と言える。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像形成装置では、特開平１０１３０７４５５の構成を
用いた場合、感光ドラム上で所定のＶ_dを得られなくな
り、帯電不良を招く虞があった。

【００３０】発明者らの検討によると、帯電不良の発生
は帯電ローラ上の導電性微粉体の絶対量の不足から生じ
たものであり、接触帯電部材からの導電性微粉体の脱落
を現像手段による新たな導電性微粉体の供給により補っ
ている機構であるため、現像装置による導電性微粉体の
供給量が少ない場合があり、その結果、帯電ローラ上の
導電性微粉体の絶対量が不足したものであった。更にそ
の要因を詰めたところ、現像スリーブ３ａ上から感光ド
ラム１上に飛翔する導電性微粉体量が少量であることが
大きな要因とわかった。これについて図１１を用いて説
明する。

【００３１】図１１は、上記の帯電不良現象の発生した
現像装置と感光ドラムとの間隙部（以後Ｓ−Ｄギャップ
部と呼称する）の拡大断面モデル図である。

【００３２】図１１に示す構成では、トナーは負極性に
帯電し、潜像部に反転現像する。外添剤としての導電性
微粉体は正極性に帯電し、トナーに付着したまま感光ド
ラム上の潜像部に現像に供されるものと、トナーから離
脱して感光ドラム上の非画像部に飛翔し付着するものと
がある。つまり、図２に示すように、現像スリーブには
直流電流（図２中、Ｖ_dcで表す）に交流電圧が重畳され
た現像バイアスが印加されており、トナーに付着した導
電性微粉体は、感光ドラム上の潜像電位Ｖ_l部に交流電
圧のＶ_maxにより、｜Ｖ_max−Ｖ_l｜のコントラストによ
って感光ドラム上に飛翔し、トナーから離脱した導電性
微粉体は、感光ドラム上の非画像電位Ｖ _d部に交流電圧
Ｖ_minにより、｜Ｖ_min−Ｖ_l｜のコントラスト（以下、
「導電性微粉体飛翔バイアス」と呼称する）によって感
光ドラム上に飛翔される。この働きにより感光ドラム上
の非画像部にも導電性微粉体が供給され帯電ローラの帯
電性を維持している。

【００３３】又、図１１は、現像スリーブに導電性微粉
体を感光ドラム上の非画像部に飛翔させる方向のバイア
ス（トナーを潜像部に対し飛翔させない方向のバイア
ス）を印加し、トナーから離脱した導電性微粉体４１が
感光ドラム上の非画像部に向けて飛翔を行っている様子
をモデル的に示している。

【００３４】尚、図１１に示しているバイアスが印加さ
れたとき、導電性微粉体をトナーから離脱させ飛翔を促
す力Ｆ₁、導電性微粉体がトナーと付着している力Ｆ₂に
おいて、（大）Ｆ₁＞Ｆ₂（小）となったときのみ導電性
微粉体は飛翔する。従って、次の説明は飛翔を行った導
電性微粉体に限って行っている。

【００３５】図１１に示す導電性微粉体４１は、主にト
ナーとの摺擦により正極性に帯電するが、どの導電性微
粉体も同じようにトナーと摺擦することはないため、導
電性微粉体によって、持ってるトリボが異なってくる。

【００３６】図１１に示す導電性微粉体４１ａ，４１
ｂ，４１ｃはそれぞれ異なるトリボを持った導電性微粉
体である。

【００３７】導電性微粉体４１は、導電性微粉体４１ａ
＞導電性微粉体４１ｂ＞導電性微粉体４１ｃの順でトリ
ボが低くなっている。

【００３８】ここで、トナー及び導電性微粉体は、現像
スリーブに印加されるバイアスに応じて、質量ｍと加速
度ａの積である飛翔を促す力Ｆ₁＝ｍａで飛翔する。こ
のときＦ₁は、印加バイアスにより発生する電界強度Ｅ
とトナー及び導電性微粉体の持つ電荷量ｑの積でＦ₁＝
ｑＥとも表すことができる。

【００３９】又、トナー及び導電性微粉体の飛翔する距
離Ｌ（以後、単に飛翔量Ｌと呼称する）は、印加バイア
スにより飛翔する電界強度Ｅがかかってる時間をｔとす
ると、Ｌ＝（１／２）×ａｔ²となる。

【００４０】上記飛翔を促す２式から、ａを求めると、
ｍａ＝ｑＥより、ａ＝（ｑ／ｍ）×Ｅとなる。ここで、
（ｑ／ｍ）はいわゆるトリボである。

【００４１】つまり、トナー及び導電性微粉体の飛翔量
Ｌは、トナー及び導電性微粉体の各トリボに比例してい
るのがわかる。

【００４２】従って、図１１に示すように、導電性微粉
体の飛翔量Ｌは、トリボの量により、導電性微粉体４１
ａ＞導電性微粉体４１ｂ＞導電性微粉体４１ｃの順に小
さくなる。

【００４３】つまり、図１１の構成を用いたとき、導電
性微粉体４１ａに当たるものは感光ドラム上に到達でき
たものの、導電性微粉体４１ｂ、若しくは導電性微粉体
４１ｃは感光ドラム面に到達する場合が少なく、結果的
に帯電ローラ２上への供給不足となり帯電不良に至るこ
ととなる。

【００４４】ここで、導電性微粉体４１の飛翔力を上げ
る手段として、電界強度Ｅを大きくする方法がある。Ｅ
＝Ｖ／ｄと表され、Ｖは、ここでは、導電性微粉体飛翔
バイアスであり、ｄはＳ−Ｄギャップである。つまり、
電界強度の要素である、導電性微粉体飛翔バイアス、或
いはＳ−Ｄギャップを単に変更することにより電界強度
Ｅを大きくすることができ、導電性微粉体４１の飛翔力
を上げることができる。

【００４５】そこで、導電性微粉体飛翔バイアスを現像
バイアスの交流電圧のＶ_ppを上げて大きくしたり、Ｓ−
Ｄギャップを単に小さくして電界強度Ｅを上げて実験し
てみたところ、所定のＶ_dを維持するＶ_d維持性について
は良化するものの、特に５２５ｍＨｇ程度の低気圧雰囲
気下において現像バイアスの感光ドラム上へのバイアス
リークによる欠陥画像（以下「リーク画像」と呼称す
る）が発生した。

【００４６】ここで、５２５ｍＨｇ雰囲気下でリーク画
像と電界強度Ｅとの関係を調べたところ、図１３のよう
な関係があることがわかった。図１３より電界強度を大
きくする、導電性微粉体飛翔バイアス大、Ｓ−Ｄギャッ
プ小はいずれもリーク画像が発生しやすくなることがわ
かった。つまり、現像バイアスやＳ−Ｄギャップ等の公
差を考慮すると、電界強度を単に大きくすることは、リ
ーク画像の発生に対するマージンが小さくなりあまり好
ましいとはいえない。

【００４７】そこで、本発明は、現像手段による帯電部
材への導電性粒子の供給の安定化を図り、リーク画像に
対するマージンを確保しつつ帯電部材上の導電性粒子不
足による潜像担持体の帯電不良を改善することができる
画像形成装置を提供することを目的とする。

【００４８】

【課題を解決するための手段】主たる本出願にかかる発
明は、潜像を担持する回転可能な潜像担持体と、潜像担
持体に当接若しくは圧接し潜像担持体との間に電圧が印
加されることにより潜像担持体表面を帯電可能な帯電部
材と、潜像担持体の軸線に平行な軸線をもち該潜像担持
体に対向配設され現像剤容器内からの現像剤を表面で担
持し軸線まわりに回転自在な現像剤担持体が上記潜像担
持体に現像剤を付与することにより上記潜像を現像剤像
とする現像手段と、該現像剤像を記録媒体に転写する転
写手段とを備え、現像手段は、現像剤容器内に収容され
る現像剤がトナー及び導電性粒子を含有し、現像剤担持
体が潜像担持体に近接して対向配設され電圧が印加され
ることにより該潜像担持体との対向位置で上記トナー及
び上記導電性粒子を飛翔させて該潜像担持体に付与する
と共に転写後の潜像担持体上の残留現像剤を回収可能と
なっており、帯電部材は、表面に導電性粒子を担持し該
導電性粒子を介在させて潜像担持体を帯電可能であると
共に現像手段から付与された潜像担持体上の導電性粒子
を担持可能になっている画像形成装置において、現像剤
担持体の潜像担持体との対向位置における該現像剤担持
体の表面と該潜像担持体の表面との距離が１５０［μ
ｍ］以上２５０［μｍ］以下であることを特徴とする画
像形成装置である。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に関し
て、添付図面に基づき説明する。

【００５０】（第一の実施形態）先ず、本発明の第一の
実施形態について説明する。

【００５１】図１は、本実施形態にかかる画像形成装置
の特徴を最も良く表した図である。

【００５２】かかる画像形成装置は、図１に示すよう
に、潜像担持体たる感光ドラム１と、帯電部材たる帯電
ローラ２と、露光手段８ａと、現像手段たる現像装置１
１と、転写手段たる転写ローラ４と、定着手段９とを備
えている。

【００５３】本実施形態にかかる帯電ローラ２は、ユー
ザーが使用する前の初期に予め導電性粒子たる導電性微
粉体が表面に塗布されている。よって、初期であっても
感光ドラム１と帯電ローラ２との間には導電性微粉体が
介在しているので、電源２１から電圧（−５２０Ｖの直
流電圧）を印加した帯電ローラ２を接触させることによ
り感光ドラム１の表面をおおよそ−５００Ｖ程度の暗電
位（Ｖ_d）に一様に帯電させることができる。

【００５４】図６に示す従来例では、帯電ローラには通
常直流電圧と交流電圧の重畳電圧を印加することにより
感光ドラム表面を安定して帯電させ、帯電不良による砂
地（白地にトナーが飛翔する現象）等の画像欠陥を防い
でいた。しかしながら、既に説明したようにそのような
放電帯電機構では放電生成物を生じることは原理的に避
けられない。これに対し、本実施形態では、直流電圧の
みを帯電ローラ２に印加しているので放電生成物を生じ
ることなく感光ドラム１表面を帯電させることができる
ようになっている。

【００５５】ここで、帯電ローラ２について詳しく説明
する。

【００５６】帯電ローラ２は、芯金２ａ上に可撓性部材
であるゴム或いは発泡体の中抵抗層２ｂを形成すること
により作成されている。中抵抗層２ｂは樹脂（例えばウ
レタン）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫
化剤、発泡剤等により処方され、芯金２ａ上にローラ状
に形成され、必要に応じて表面を研磨して作成されてい
る。又、帯電ローラ２の回転方向ｃは、感光ドラム１の
回転方向ａに対してカウンター方向に周速差にして１５
０％の速さで回転させることにより、感光ドラム１上に
存在した導電性微粉体の多くを剥ぎ取るようになってい
る。これにより、後述する現像スリーブ３ａより供給さ
れた導電性微粉体を帯電ローラ２上に塗布することがで
き、帯電ローラ２と感光ドラム１との間に導電性微粉体
が介在することによって直接注入帯電が実現することと
なる。

【００５７】かかる画像形成装置にあっては、露光手段
８ａから発光されたレーザービームＬ１を反射部材８ｂ
を介して上記のように帯電された感光ドラム１上に照射
することにより、感光ドラム１上に静電潜像を形成す
る。このとき、感光ドラム１上に一様にレーザービーム
Ｌ１を照射した場合の感光ドラム１の表面電位（明電
位）はＶ_L＝−１００Ｖに設定される。

【００５８】現像装置１１は、感光ドラム１に対向して
配設されており、現像剤たるトナーＴを収容する現像剤
容器たるトナー容器７と、感光ドラム１に対して所定の
ギャップ量離隔させて配設される現像剤担持体たる現像
スリーブ３ａ、トナー層厚規制部材３ｂ、現像スリーブ
３ａに内包されるマグネットロール３ｃ、及び現像スリ
ーブ３ａの芯金に給電する電源３１等によって構成され
ている。

【００５９】現像スリーブ３ａは、アルミ素管上にコー
ト剤を施し適度な粗さを設けたものを用いている。この
現像スリーブ３ａは、感光ドラム１のギヤ（図示せず）
から駆動を受けて、感光ドラム１の回転方向（ａ）に対
して順方向（ｂ）で回転し、トナー容器７内の導電性微
粉体を含むトナーＴを感光ドラム１に搬送するようにな
っている。

【００６０】本実施形態では、現像スリーブ３ａ上のト
ナーを規制し、帯電させるトナー層厚規制部材３ｂとし
て板状のウレタンゴムを使っている。又、本実施形態で
は、電源３１から現像スリーブ３ａへ所定の交流電圧及
び−４００Ｖの直流電圧の重畳電圧を印加することによ
り、現像スリーブ３ａによって担持搬送されたトナーで
感光ドラム１上の静電潜像を可視化するようになってい
る。

【００６１】その後、感光ドラム１上のトナー像は、画
像形成装置本体１０１に設けられている転写ローラ４の
回転と同期を取って搬送された紙等の記録媒体たる転写
材Ｐの上に順次転写され、上記トナー像の転写を受けた
転写材Ｐは感光ドラム１の表面から分離されて画像形成
装置本体１０１に設けられている定着手段９へ搬送され
てトナー像の定着を受ける。

【００６２】本実施形態の画像形成装置本体１０１は、
クリーナーレスであり、転写材Ｐに対するトナー像転写
後の感光ドラム１面に残留の転写残トナーがクリーナー
で除去されることなく、感光ドラム１の回転にともない
帯電ローラ２位置を経由して現像部Ａに至り、現像スリ
ーブ３ａによって現像同時クリーニング（回収）される
（トナーリサイクルプロセス）。

【００６３】本実施形態では、トナー母体をスチレン樹
脂で構成し、トナーの帯電を促進する外添剤としてシリ
カをトナー母体に対して２部、導電性微粉体として、粒
子抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ、二次凝集体を含む平均粒径３
μｍの導電性酸化亜鉛粒子を２部外添している。尚、導
電性微粉体の材料としては、本実施形態で用いたものの
他に、他の金属酸化物等の導電性無機粒子や有機物との
混合物等各種導電性粒子が使用可能である。又、導電性
微粉体の粒子抵抗は、粒子を介した電荷の授受を行うた
め、比抵抗としては１０¹²Ω・ｃｍ以下が必要であり、
好ましくは１０ ¹⁰Ω・ｃｍ以下が望ましい。

【００６４】本実施形態では、導電性微粉体が外添剤と
してはポジ性の傾向を示すので、図２に示すように、例
えば現像スリーブ３ａに交流電圧を１．２ｋＶ印加した
場合、外添剤単独では非画像部に対し、現像スリーブ３
ａから感光ドラム１へ７００Ｖ（｜Ｖ_min−Ｖ_d｜＝｜２
００−（−５００）｜）のコントラストをもって飛翔す
る。又、外添剤はトナーに付着しているものもあり、感
光ドラム１上の画像部に対し、現像スリーブ３ａから感
光ドラム１へ９００Ｖ（｜Ｖ_L−Ｖ_max｜＝｜−１００−
（−１０００）｜）のコントラストをもって飛翔する。

【００６５】これら感光ドラム１上に飛翔した導電性微
粉体はポジ性であるため、転写工程後、転写残トナーと
伴に感光ドラム１上に残留する。その後、導電性微粉体
は先に説明したように感光ドラム１に対してカウンター
方向に回転する帯電ローラ２によってその多くを剥ぎ取
られ、これにより導電性微粉体を帯電ローラ２上に付着
させることができる。

【００６６】このようにして、初期に帯電ローラ２に塗
布してある導電性微粉体が通紙枚数が増すことによって
減少しても、感光ドラム１を介して現像装置１１から導
電性微粉体４１を帯電ローラ２に供給することによって
直接注入帯電が実現する。

【００６７】次に、本実施形態の特徴である現像装置に
ついて更に詳しく説明する。

【００６８】本実施形態では、感光ドラムと現像スリー
ブとのＳ−Ｄギャップを最適化することにより、現像ス
リーブからの導電性微粉体の供給の安定化を図っている
のが大きな特徴である。

【００６９】ここで、Ｓ−Ｄギャップを最適化した実験
について述べる。

【００７０】かかる実験は、Ｓ−Ｄギャップを１００μ
ｍ〜３５０μｍの間で、１００μｍ、１５０μｍ、２５
０μｍ、３００μｍ、３５０μｍと振り、帯電不良の発
生状況を確認した。尚、ここで、Ｓ−Ｄギャップは、現
像スリーブと感光ドラムを共に回転させながら測定を行
うが、現像スリーブ、感光ドラム共に素管の振れ等で値
が振れてしまうため、振れも含んだ平均値をＳ−Ｄギャ
ップとして扱うことにした。

【００７１】又、Ｓ−Ｄギャップが変わると前述したよ
うに感光ドラムと現像スリーブとの間に生じる電界強度
Ｅが変わってしまうため、導電性微粉体が非画像部に飛
翔する方向の電界強度Ｅが同じになるよう随時変更し
た。つまり、Ｓ−Ｄギャップが変わった分、導電性微粉
体飛翔バイアスを変更することで常に同等の電界強度が
得られるようにした。尚、帯電不良は、初期のＶ_d＝−
５００Ｖが２０００枚の通紙耐久でどれだけ維持できて
いるかで確認した。

【００７２】本実験によるＳ−Ｄギャップの最適化の結
果を図３に示す。

【００７３】図３は、横軸にＳ−Ｄギャップ（μｍ）、
縦軸に２０００枚後のＶ_d（Ｖ）をとって、各設定での
結果をプロットしたものである。各プロットした点の横
の括弧内に判定結果を記した。図３に示す判定における
○は、Ｖ_d維持性に全く問題なく帯電不良が発生しなか
った場合を示している。○△はＶ_dを完全に保つことは
できなかったが、実用上は問題ないことを示している。
実用上問題ないレベルを−４９０（Ｖ）以上とした。△
と×は、共にＶ_dを維持することができなく、実用に耐
えられないことを指していて、レベルとしては×の方が
悪いことを示している。

【００７４】上記結果より、Ｓ−Ｄギャップ３５０μｍ
では、２０００枚後のＶ_d（以後耐久後のＶ_dと呼称す
る）が−４３０Ｖとなり、Ｖ_dが−５００Ｖに７０Ｖほ
ど不足している。Ｓ−Ｄギャップ３００μｍでは、耐久
後のＶ_dが−４６０Ｖであり、Ｖ_dが−５００Ｖに４０Ｖ
ほど不足している。Ｓ−Ｄギャップ２５０μｍでは、Ｖ
_dを完全に−５００Ｖに維持することができなかった
が、実用上問題のないレベルである。Ｓ−Ｄギャップ１
５０μｍは、Ｖ_dは−５００Ｖに維持されており問題な
い。Ｓ−Ｄギャップ１００μｍでは、最もＶ_dの変化が
大きくＶ_dが−５００Ｖに９０Ｖも不足している。

【００７５】この結果より、Ｓ−Ｄギャップは、１５０
μｍ〜２５０μｍの間が最適値であると言える。

【００７６】ここで、Ｓ−Ｄギャップ３００μｍ以上、
特に３５０μｍのところでＶ_dを維持できなかったの
は、従来例の図１１で説明したように、Ｓ−Ｄギャップ
が広いため、トリボの小さい飛翔力の小さな導電性微粉
体が感光ドラムまで届かなかった場合が多いためと考え
られる。又、Ｓ−Ｄギャップ１５０μｍから２５０μｍ
の間でＶ_d維持性に問題なかったのは、各トリボを持っ
た導電性微粉体の飛翔力は変わらないが、距離が近くな
った分だけ、感光ドラムに届くようになり、従って、感
光ドラム上に導電性微粉体が充分飛翔し、帯電ローラヘ
の供給が十分に行われたと考えられる。更には、帯電ロ
ーラに取り込まれた転写残トナーが感光ドラム上に吐き
出されてきた際に、Ｓ−Ｄギャップが近くなった分だけ
現像スリーブ３ａ内のマグネットロール３ｃの磁界の影
響力が高くなっており、感光ドラム上の吐き出されたト
ナーの現像スリーブ３ａ上への回収も有利に働いたと考
えられ、帯電ローラへのトナー汚染の点で有利であつた
と考えられる。又、Ｓ−Ｄギャップ１００μｍでＶ_dが
維持できなかったのは、現像スリーブ上のトナーが感光
ドラム上に飛翔する電界を発生させていないにも関わら
ず、現像スリーブ上のコートされているトナーが直接感
光ドラム上に触っていた場合が多く発生し、そのため、
トナーのファンデルワールスカや鏡映力により、トナー
が感光ドラム上に多く付着してしまい、そのトナーが帯
電ローラに一緒に取り込まれ、帯電ローラへのトナー汚
染が発生したためであると考えられる。

【００７７】つまり、上記結果より、導電性微粉体の現
像スリーブ上から感光ドラム上へ飛翔する電界強度が同
じであっても、Ｓ−Ｄギャップが１５０μｍ以上２５０
μｍ以下であれば、現像スリーブから感光ドラム上への
飛翔量は多くなり、且つ感光ドラム上へのトナーの多量
の付着もないので、帯電性能を維持できる。

【００７８】上記実験結果より、本実施形態では、Ｓ−
Ｄギャップを１５０μｍ〜２５０μｍの間にすること
で、導電性微粉体の現像装置からの供給を安定して行う
ことができるので、リーク画像へのマージンを確保しつ
つ帯電不良を改善することができる。

【００７９】（第二の実施形態）次に、本発明の第二の
実施形態について説明する。尚、第一の実施形態と同様
の構成に関しては、同一符号を付し、その説明を省略す
る。

【００８０】本実施形態の特徴は、感光ドラム、帯電ロ
ーラ、現像装置とを一緒に交換可能なプロセスカートリ
ッジたる一体型カートリッジの内部に設けたことにあ
る。

【００８１】図５は、その一体型カートリッジの一例を
表わした図であり、図４はその一体型カートリッジを画
像形成装置本体に挿入した時の様子を表わした図であ
る。

【００８２】本実施形態では、感光ドラム１と、帯電ロ
ーラ２と、Ｓ−Ｄギャップを２００μｍに設定した現像
装置１１とを、外装１２によって各装置を統合し一体型
カートリッジとしている。

【００８３】この一体型カートリッジの場合は、トナー
Ｔを使い切った時に、他の装置もほぼ同時に寿命を迎え
るよう設計されている。従って、ユーザはカートリッジ
内のトナーがある間は常に安定した画像を得ることがで
き、しかも一体型であるために、その交換も容易に行う
ことができるという利点がある。

【００８４】そして、この一体型カートリッジ内のＳ−
Ｄギャップを最適値内に設けることで、一体型カートリ
ッジ本来の利点に加えて、帯電不良を改善するという利
点が加わるのである。

【００８５】（第三の実施形態）次に、第三の実施形態
について説明する。尚、第一の実施形態と同様の構成に
関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。

【００８６】図６は、本実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【００８７】本実施形態は、第一の実施形態において、
潜像担持体である感光ドラムの表面抵抗を調整すること
で更に安定して均一に帯電を行なうものである。

【００８８】つまり、帯電ローラ２に転写残トナーが混
入し感光ドラム１３との接触面積が低下した場合でも、
導電性微粉体の介在と、感光体側の表面抵抗を潜像形成
可能な領域で低く設定することにより、一層効率良く電
荷の授受を行なうものである。

【００８９】本実施形態では、感光ドラム１３の表面に
電荷注入層を設けて感光ドラム表面の抵抗を調節してい
る。

【００９０】図７は、本実施形態で使用した、表面に電
荷注入層を設けた感光ドラム１３の層構成模型図であ
る。

【００９１】感光ドラム１３は、図７に示すように、ア
ルミドラム基体（Ａｌドラム基体）１１１上に正電荷注
入防止層１１３、電荷発生層１１４、電荷輸送層１１５
の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電
荷注入層１１６を塗布することにより、帯電性能を向上
したものである。

【００９２】電荷注入層１１６は、バインダーとしての
光硬化型のアクリル樹脂に、導電性粒子（導電フィラ
ー）としてのＳｎＯ₂超微粒子１１６ａ（径が約０．０
３μｍ）、４フッ化エチレン樹脂（商品名テフロン）等
の滑剤、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法
により膜形成したものである。

【００９３】電荷注入層１１６として重要な点は、表層
の抵抗にある。電荷の直接注入による帯電方式において
は、被帯電体側の抵抗を下げることでより効率良く電荷
の授受が行えるようになる。一方、感光体として用いる
場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、
電荷注入層１１６の体積抵抗値としては１×１０⁹〜１
×１０¹⁴（Ω・ｃｍ）の範囲が適当である。

【００９４】又、本実施形態における構成のように電荷
注入層１１６を用いていない場合でも、例えば電荷輸送
層１１５が上記抵抗範囲に或る場合は同等の効果が得ら
れる。

【００９５】更に、表層の体積抵抗が約１０¹³Ω・ｃｍ
であるアモルファスシリコン感光体等を用いても同様な
効果が得られる。

【００９６】図８に、図６に示す画像形成装置を用い
て、第一の実施形態と同様の実験を行った結果をまとめ
た。尚、Ｓ−Ｄギャップ１００μｍは、現像スリーブ３
ａ上にコートされたトナーが感光ドラム表面上に接触し
ている状況があるため、本実施形態では実験を行わなか
った。

【００９７】図８より、第一の実施形態の実験結果と比
較して、全体的にＶ_d維持性がよくなっており、帯電性
能が上がっていることがわかる。特にＳ−Ｄギャップ１
５０μｍ〜２５０μｍの間では、Ｖ_dの維持は完全に行
われており、帯電不良は全く発生しなかった。つまり、
電荷注入層を感光ドラムの表面に設け、その表面抵抗の
最適化を図ることでより一層帯電効率を上げることがで
きる。

【００９８】従って、Ｓ−Ｄギャップを１５０μｍ以上
２５０μｍ以下に設定し、更に感光ドラムの表面抵抗を
１×１０⁹〜１×１０¹⁴（Ω・ｃｍ）の範囲に設けるこ
とで、現像スリーブ上から感光ドラム上への導電性微粉
体の供給を安定して行い、更に電荷注入性を向上させる
ことで帯電効率がより一層改善され、帯電不良の発生を
防止することができる。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように、本出願にかかる発
明によれば、現像手段による帯電部材への導電性粒子の
供給の安定化を図り、帯電部材上の導電性粒子不足によ
る潜像担持体の帯電不良を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【図２】現像剤担持体表面から潜像担持体表面へ飛翔す
る導電性粒子を説明するための図である。

【図３】本発明の第一の実施形態における潜像担持体表
面と現像剤担持体表面との距離（Ｓ−Ｄギャップ）と帯
電部材による潜像担持体表面の帯電電位（Ｖ_d）との関
係を示す図である。

【図４】本発明の第二の実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【図５】図４の画像形成装置に備えられるプロセスカー
トリッジの概略構成を示す模式的断面図である。

【図６】本発明の第三の実施形態にかかる画像形成装置
の概略構成を示す模式的断面図である。

【図７】図６の画像形成装置に備えられた潜像担持体の
部分拡大断面図である。

【図８】本発明の第三の実施形態における潜像担持体表
面と現像剤担持体表面との距離（Ｓ−Ｄギャップ）と帯
電部材による潜像担持体表面の帯電電位（Ｖ_d）との関
係を示す図である。

【図９】従来の画像形成装置の概略構成を示す模式的断
面図である。

【図１０】他の従来の画像形成装置における潜像担持体
への導電性粒子の塗布機構を説明するための図である。

【図１１】現像剤担持体表面から潜像担持体表面へ飛翔
する導電性粒子を説明するための図である。

【図１２】現像剤担持体の潜像担持体に対する近接対向
配設を説明するための図である。

【図１３】導電性微粉体およびＳ−Ｄギャップとバイア
スリーク発生との関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１感光ドラム（潜像担持体）２帯電ローラ（帯電部材）３ａ現像スリーブ（現像剤担持体）４転写ローラ（転写手段）７トナー容器（現像剤担持体）１１現像装置（現像手段）１３感光ドラム（潜像担持体）２１電源３１電源４１導電性微粉体（導電性粒子）１０１画像形成装置本体

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 9/08 ３７２Ｇ０３Ｇ 15/02 １０３３７４ 9/08 ３４６ 15/02 １０３ 15/08 ５０７Ｂ (72)発明者清水康史東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者大羽浩幸東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者佐藤浩東京都大田区下丸子三丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H003 AA12 BB11 CC05 DD03 2H005 AA08 CB07 DA01 DA09 EA01 EA05 2H068 AA05 DA13 DA17 2H077 AA37 AC16 AD06 AD13 AD23 AD31 AD36 BA07 BA09 EA03 EA16 FA13 FA22 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜像を担持する回転可能な潜像担持体
と、潜像担持体に当接若しくは圧接し潜像担持体との間
に電圧が印加されることにより潜像担持体表面を帯電可
能な帯電部材と、潜像担持体の軸線に平行な軸線をもち
該潜像担持体に対向配設され現像剤容器内からの現像剤
を表面で担持し軸線まわりに回転自在な現像剤担持体が
上記潜像担持体に現像剤を付与することにより上記潜像
を現像剤像とする現像手段と、該現像剤像を記録媒体に
転写する転写手段とを備え、現像手段は、現像剤容器内
に収容される現像剤がトナー及び導電性粒子を含有し、
現像剤担持体が潜像担持体に近接して対向配設され電圧
が印加されることにより該潜像担持体との対向位置で上
記トナー及び上記導電性粒子を飛翔させて該潜像担持体
に付与すると共に転写後の潜像担持体上の残留現像剤を
回収可能となっており、帯電部材は、表面に導電性粒子
を担持し該導電性粒子を介在させて潜像担持体を帯電可
能であると共に現像手段から付与された潜像担持体上の
導電性粒子を担持可能になっている画像形成装置におい
て、現像剤担持体の潜像担持体との対向位置における該
現像剤担持体の表面と該潜像担持体の表面との距離が１
５０［μｍ］以上２５０［μｍ］以下であることを特徴
とする画像形成装置。
【請求項２】導電性粒子は、粒子抵抗が１０^-1［Ω・
ｃｍ］以上１０¹²［Ω・ｃｍ］以下であり、粒径が０．
５［μｍ］以上１０［μｍ］以下であることとする請求
項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】現像手段は、導電性粒子がトナーと逆極
性に帯電されるよう構成されていることとする請求項１
又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】帯電部材は、潜像担持体との接触部が該
潜像担持体の周速度と所定の速度差をもって移動可能で
あることとする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
記載の画像形成装置。
【請求項５】帯電部材は、潜像担持体との接触部が該
潜像担持体の周面の移動方向と逆方向に移動可能である
こととする請求項１乃至請求項４いずれか一項に記載の
画像形成装置。
【請求項６】潜像担持体は、表面の体積抵抗が１×１
０⁹［Ω・ｃｍ］以上１×１０¹⁴［Ω・ｃｍ］以下であ
ることとする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記
載の画像形成装置。
【請求項７】帯電部材、潜像担持体、及び現像手段
は、画像形成装置本体に対して着脱自在な枠体の内部に
保持されるプロセスカートリッジとされていることとす
る請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の画像形
成装置。