JP2003302810A

JP2003302810A - 帯電装置及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003302810A
Application number: JP2002110566A
Authority: JP
Inventors: Jun Hirabayashi; 純平林; Harumi Ishiyama; 晴美石山; Yasunori Kono; 康則児野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2003-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】導電性粒子ｍを用いた直接注入帯電機構の接触
帯電装置、及び該帯電装置を像担持体１の帯電手段とし
て用いた画像形成装置に関して、接触帯電部材２に放電
閾値以上の電圧を印加した場合にも、注入帯電機構のみ
を用いることを可能にし、接触部通過直前の被帯電体１
と接触帯電部材２の間での放電を完全に防止することを
目的とする。【解決手段】接触帯電部材２を被帯電体１に当接させ、
接触帯電部材２と被帯電体１との間に電圧を印加して、
被帯電体１を帯電する接触帯電装置において、被帯電体
１が接触帯電部材２と接触を開始する直前位置Ｎにおい
て導電性粒子ｍを保持すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性粒子を用い
た直接注入帯電機構の接触帯電装置、及び該帯電装置を
像担持体の帯電手段として用いた画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】導電性粒子を用いた直接注入帯電機構の
接触帯電装置は特開平１０−３０７４５４〜３０７４５
９号公報等に開示されている。この接触帯電装置は、被
帯電体と、被帯電体に対して接触させた導電性弾性ロー
ラを一般的とする接触帯電部材との少なくとも両者の接
触部（帯電ニップ部）に導電性粒子を介在させること
で、放電帯電機構よりも直接注入帯電機構を支配的にし
たものである。

【０００３】導電性粒子は帯電補助を目的とした導電性
微粒子（帯電促進粒子）である。例えば粒径０．１〜５
μｍ、体積抵抗値１×１０¹²Ω・ｃｍ以下、より好まし
くは１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以下の、導電性酸化亜鉛等の金
属酸化物微粒子、その他の導電性無機微粒子、有機物と
の混合物など各種の導電性粒子が使用可能である。

【０００４】導電性粒子の役割の一つは接触帯電部材と
被帯電体表面の摩擦力の低減にある。帯電ローラなど被
帯電体との摩擦力の大きな接触帯電部材は接触帯電部材
と被帯電体の周速差を設けることができず十分な接触機
会を得ることができなかった。しかしながら、導電性粒
子を介在させることにより、帯電ローラなど被帯電体と
の摩擦力の大きな接触帯電部材と被帯電体の摩擦力を下
げ、周速差を持たせることが可能になる。第二に、導電
性粒子は接触帯電部材の凹凸を埋め被帯電体に対する接
触性を向上させる。

【０００５】この導電性粒子の存在により、接触帯電部
材は接触部において被帯電体と速度差をもって接触でき
ると同時に、導電性粒子を介して密に被帯電体に接触し
て、つまり接触部に存在する導電性粒子が被帯電体表面
を隙間なく摺擦することで被帯電体に電荷を直接注入す
るのである。即ち接触帯電部材による被帯電体の帯電は
導電性粒子の存在により直接注入帯電機構を支配的にす
ることができる。

【０００６】従って、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被帯電体に与えることができ、
低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を簡易な構成で
実現することができるもので、電子写真画像形成装置や
静電記録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を所定の極性・電位に一様に直接
注入帯電処理する帯電手段として有効である。

【０００７】接触帯電部材として、スポンジローラのよ
うな多孔状のローラに、接触帯電性を向上させるための
導電性微粒子をコートしたものを用いる場合には、接触
帯電部材と被帯電体間の接触を極めて密にすることが可
能であり、良好な帯電性を得る事が可能となる。特に、
接触帯電部材であるローラを回転させることにより、被
帯電体に対して周速度を持たせた系においては、被帯電
体へ均一に接触を行うことが可能であり、良好な帯電性
を得ることが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような導
電性粒子を用いた直接注入帯電機構の接触帯電装置にお
いても、接触帯電部材と被帯電体の間に放電閾値以上の
電圧を印加した場合には、接触帯電部材と接触部通過直
前の被帯電体の間で放電が生じてしまう。そのため、完
全に注入帯電機構を用いるためには、放電閾値以下の電
圧で使用しなければならなかった。

【０００９】放電閾値以上の電圧を接触帯電部材に印加
した場合、完全には注入帯電機構を用いることができ
ず、微少放電が生じてしまう。そのため、放電が生じる
ことによる画像性の低下が生じてしまうことがあった。

【００１０】本発明は、導電性粒子を用いた直接注入帯
電機構の接触帯電装置、及び該帯電装置を像担持体の帯
電手段として用いた画像形成装置に関して、接触帯電部
材に放電閾値以上の電圧を印加した場合にも、注入帯電
機構のみを用いることを可能にし、接触部通過直前の被
帯電体と接触帯電部材の間での放電を完全に防止するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする帯電装置及び画像形成装置である。

【００１２】（１）接触帯電部材を被帯電体に当接さ
せ、接触帯電部材と被帯電体との間に電圧を印加して、
被帯電体を帯電する接触帯電装置において、被帯電体が
接触帯電部材と接触を開始する直前位置において導電性
粒子を保持することを特徴とする帯電装置。

【００１３】（２）導電性の弾性ローラである接触帯電
部材を表面に誘電体層を持つローラ形状の被帯電体に当
接させ、接触帯電部材と被帯電体との間に電圧を印加し
て、被帯電体を帯電する接触帯電装置において、１）導電性弾性ローラの半径＝ｒ（μｍ）２）被帯電体ローラの半径＝Ｒ（μｍ）３）導電性弾性ローラの被帯電体ローラに対する進入量
＝ｓ（μｍ）４）ε＝被帯電体ローラ表面の誘電体層の比誘電率５）Ｖｄｃ＝導電性弾性ローラに印加する電圧（Ｖ）６）Ｌ＝被帯電体ローラ表面の誘電体層の厚さ（μｍ）とした時に、導電性弾性ローラと被帯電体ローラ接触部
中央から、被帯電体ローラ間に沿って測った距離をＸ
（μｍ）とした時に、７）導電性弾性ローラと被帯電体ローラ間の放電閾値Ｖ
ｔ

【００１４】

【式３】

【００１５】８）導電性弾性ローラと被帯電体ローラ間
の電位差Ｖｘ

【００１６】

【式４】

【００１７】について、Ｖｔ＜ＶｘとなるようなＸ（μ
ｍ）の範囲を導電性粒子で満たすことを特徴とする帯電
装置。

【００１８】（３）前記導電性粒子の抵抗値が１×１０
¹⁰Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする（１）または
（２）に記載の帯電装置。

【００１９】（４）前記導電性粒子の粒径が１０ｎｍ以
上１０μｍ以下であることを特徴とする（１）から
（３）の何れか１つに記載の帯電装置。

【００２０】（５）像担持体に、像担持体を帯電する帯
電工程、像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書
き込み工程、その静電潜像を現像剤により現像する現像
工程、像担持体上の現像剤像を記録媒体に転写する転写
工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行し、
像担持体は繰り返して作像に供する画像形成装置におい
て、像担持体を帯電する帯電工程手段として（１）から
（４）の何れか１つに記載の帯電装置を用いることを特
徴とする画像形成装置。

【００２１】（６）プロセスカートリッジ着脱方式であ
ることを特徴とする（５）に記載の画像形成装置。

【００２２】〈作用〉以下、本発明の作用・効果につ
いて述べる。

【００２３】．一般的に気中放電はＰａｓｃｈｅｎ則
と呼ばれる式で記述することができる。これは、・空隙間距離＝ｘ（μｍ）とした場合に、放電開始電圧Ｖｔを

【００２４】

【式５】

【００２５】と表すことができるものである。このＰａ
ｓｃｈｅｎ則で示される放電開始電圧Ｖｔを図示した例
を図５に示す。

【００２６】接触帯電部材と被帯電体の間の電位差が、
この放電開始電圧Ｖｔを越えた場合に、放電が生じる。
例えば、表面に誘電体層を持つような被帯電体と導電部
材が空隙距離ｘ（μｍ）で近接している場合、被帯電体
表面と導電部材の電位差Ｖｘは・ε＝被帯電体表面の誘電体層の比誘電率・Ｖｄｃ＝導電部材に印加する電圧（Ｖ）・Ｌ＝被帯電体表面の誘電体層の厚さ（μｍ）とすれば、導電部材が平面であり、被帯電体表面の誘電
体層も同様に平面であると近似すると、

【００２７】

【式６】

【００２８】と表すことができる。その一例を図６に示
す。

【００２９】なお、この例では・ε＝３．０・Ｖｄｃ＝６２０（Ｖ）・Ｌ＝１８（μｍ）という値を用いている。

【００３０】この電位差Ｖｘ（Ｖ）が先の放電閥値Ｖｔ
（Ｖ）以上である場合に、導電部材と被帯電体表面との
間で放電が生じてしまうことになる。例えば、先の二つ
のグラフ例を重ね合わさせたものを図６に示す。

【００３１】この場合では、横軸の空隙間距離ｘ（μ
ｍ）が１０〜５０μｍの領域において、「導電部材と被
帯電体表面の空隙間の電位差Ｖｘ（Ｖ）（実線）」が
「放電閾値Ｖｔ（Ｖ）（点線）」を越えている。従っ
て、この領域においては、放電が生じてしまう。

【００３２】ただし、ここで用いられているＰａｓｃｈ
ｅｎ則Ｖｔ、Ｖｘの交点は空隙間距離が小さい（５μｍ
以下）箇所においては、成立しない。そのため、以降の
説明は全て空隙間距離が５μｍ以上の箇所に限定する。

【００３３】なお、ここでは平面状の被帯電体に対して
平面状の導電部材が近づいた場合を示したが、他の形状
の被帯電体、あるいは、導電部材においても同様であ
る。

【００３４】そのため、従来は完全なる注入帯電機構を
用いて帯電を行うためには、導電部材である接触帯電部
材に印加するＶｄｃを下げることにより、「接触帯電部
材と被帯電体表面の空隙間の電位差Ｖｘ（Ｖ）（実
線）」が「放電閾値Ｖｔ（Ｖ）（点線）」を越えないよ
うにしなければならなかった。

【００３５】本発明では、完全なる注入帯電機構を用い
て帯電を行うために、「接触帯電部材と被帯電体表面の
空隙間の電位差Ｖｘ（Ｖ）（実線）」が「放電閾値Ｖｔ
（Ｖ）（点線）」を越えてしまうような領域（以降、潜
在的放電領域と称する）を導電性粒子で満たし、注入帯
電をその領域においても行うことを特徴とする。

【００３６】潜在的放電領域において、接触帯電部材か
ら導電性粒子を介して注入帯電が行われ、帯電電流が流
れることにより、接触帯電部材表面に電圧降下が生じ
る。その電圧降下は接触帯電部材内部でも均等に生じる
ため、接触帯電部材表面と被帯電体表面にはほとんど電
位差が生じなくなる。従って、導電性帯電部材表面と被
帯電体表面の間の電位差Ｖｘ（Ｖ）が放電を生じる放電
閾値Ｖｔ（Ｖ）を越えることがない。そのため、放電が
生じない。このような作用により、本発明では接触帯電
部材に対して放電閾値Ｖｔを越える電圧を印加した場合
においても、完全なる注入帯電を行うことが可能とな
る。

【００３７】潜在的放電領域は接触帯電部材と被帯電体
の形状等により異なるが、どのような場合においても潜
在的放電領域を導電性粒子で満たすことにより、本発明
の効果は得ることができる。

【００３８】一例として、（Ａ）ローラ形状の接触帯電
部材が、（Ｂ）ローラ形状の被帯電体を帯電する際の本
発明における効果・作用を示す。

【００３９】接触帯電装置の配置としては、図２に示す
ような場合である。上のローラ（Ａ）が接触帯電部材で
ある導電性弾性ローラであり、下のローラ（Ｂ）が表面
に誘電体層を持つ被帯電体ローラである。

【００４０】この図で示されているように、（Ａ）、
（Ｂ）間の接触部中央から被帯電体表面に沿って測った
距離をＸ（μｍ）とした際に、Ｘ（μｍ）から先の空隙
間距離ｘ（μｍ）への変換は、導電性弾性ローラの半径＝ｒ（μｍ）被帯電体ローラの半径＝Ｒ（μｍ）導電性弾性ローラの被帯電体ローラに対する進入量＝ｓ
（μｍ）とすれば、

【００４１】

【式７】

【００４２】という近似式により行うことが可能であ
る。（Ａ）と（Ｂ）の接触部中央から被帯電体表面に沿
った距離Ｘ（μｍ）に対する導電性弾性ローラと被帯電
体ローラ間の距離ｘ（μｍ）の一例を図示すると図３の
ようになる。

【００４３】なお、この例で用いた値としては、・（Ａ）ｒ＝６ｍｍの半径を持つローラ形状の接触帯電
部材・（Ｂ）Ｒ＝１５ｍｍの半径を持つローラ形状の被帯電
体・ε＝３．０・Ｖｄｃ＝６２０（Ｖ）・Ｌ＝１８（μｍ）・ｓ＝１００（μｍ）である。

【００４４】この例では、（Ａ）と（Ｂ）の接触部中央
から被帯電体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）において９０
０μｍ付近までは導電性弾性ローラの接触部である。

【００４５】こういった関係を用いて、（Ａ）と（Ｂ）
の接触部中央から被帯電体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）
により、Ｖｔ，Ｖｘを表すと、Ｖｔに関する式

【００４６】

【式８】

【００４７】Ｖｘに関する式

【００４８】

【式９】

【００４９】となる。その一例を図示したものが図４で
ある。

【００５０】ここで、Ｖｔ＜Ｖｘ、となるようなＸの範
囲、すなわち、潜在的放電領域を導電性粒子で満たすこ
とにより、接触帯電部材と被帯電体の間の放電を防ぐこ
とが可能となり、完全に注入帯電機構のみを用いての帯
電が可能になる。

【００５１】すなわち、図４で図示した例においては、
（Ａ）と（Ｂ）の接触部中央から被帯電体表面に沿った
距離Ｘ（μｍ）において９００μｍ付近から、１２００
μｍ付近まで、すなわち、接触帯電部材である導電性弾
性ローラと被帯電体ローラの接触部から０．３ｍｍ離れ
た場所までの領域に導電性粒子を保持することによっ
て、放電を完全に防ぐことが可能となる。それにより、
完全なる注入帯電機構のみを用いた帯電が可能になる。
それにより、放電生成物などによる画質低下を防ぐこと
が可能である。

【００５２】

【発明の実施の形態】〈実施例１〉本実施例は、導電性
粒子を接触帯電部材である帯電スポンジローラの表面に
塗布して、接触直接注入帯電を行う画像形成装置であ
り、帯電スポンジローラは被帯電体としての感光体に対
して接触面において対向方向に回転し、帯電スポンジロ
ーラと感光体の接触部（帯電ニップ部）の直前（感光体
が接触帯電部材と接触し始める直前位置）において、導
電性粒子を保持し、接触部前における放電を防止しつ
つ、注入帯電を実現することを特徴とする。

【００５３】図１は本実施例の画像形成装置の概略構成
模型図である。本実施例の画像形成装置は、転写方式電
子写真プロセス利用、導電性粒子を用いた直接注入帯電
方式、反転現像方式、プロセスカートリッジ方式のレー
ザービームプリンタである。

【００５４】（１）プリンタの全体的概略構成１は像担持体としての電子写真感光体（以下、感光体と
記す）、２は接触帯電部材としての導電性帯電スポンジ
ローラ（以下、帯電ローラと記す）、３は反転非接触現
像装置、４は転写帯電器としての転写ローラ、５は像定
着装置、６はクリーニング装置、７は像露光器（画像情
報書き込み手段）としてのレーザービームスキャナ、Ｃ
はプロセスカートリッジである。

【００５５】本実施例のプリンタは反転現像を用いてお
り、感光体１はネガ感光体を用いている。本実施例で用
いた感光体１は直径３０ｍｍのＯＰＣ感光体であり、矢
印方向に９４ｍｍ／ｓｅｃの周速度をもって回転駆動さ
れる。本実施例の感光体１は感光体層の膜厚１８μｍ、
比誘電率がほぼ３である。

【００５６】．帯電工程；感光体１はその回転過程
で、帯電ローラ２により外周面が所定の極性・電位に一
様に直接注入帯電処理される。

【００５７】帯電ローラ２はその外周面に導電性粒子ｍ
がコートされ、感光体１に対して所定の押圧力をもって
圧接され、感光体１との帯電接触部（帯電ニップ部）ａ
において感光体１の回転方向に対してカウンター方向の
矢印方向に所定の面速度（周速度）をもって回転駆動さ
れる。

【００５８】本実施例においては帯電ローラ２は感光体
１との帯電接触部ａにおいて対向方向に１００％の周速
で駆動されている。すなわち、感光体１表面を基準にし
て帯電ローラ２表面の速度（以降、周速差と称する）を
考えるならば、感光体１表面の速度に対して２００％の
スピードで帯電接触部上流に回転していることになる。

【００５９】帯電ローラ２には感光体１の外周面がほぼ
−６００Ｖに一様に帯電処理されるように、帯電バイア
ス電源Ｓ１から帯電バイアスを印加する。本実施例では
−６２０Ｖを印加している。

【００６０】帯電ローラ２表面に導電性粒子ｍをコート
するために、導電性粒子溜まりの形成部材２３が帯電ロ
ーラ２に対して角度を持って取り付けられており、粒子
溜まり形成部材２３と帯電ローラ２との接触部で導電性
粒子ｍを適量保持する。導電性粒子ｍは少量ずつ粒子溜
まり形成部材２３とを通過し、帯電ローラ２表面にコー
トされる。帯電ローラ２上にコートする導電性粒子ｍの
量は、感光体１と帯電ローラ２の接触上流部Ｎにおいて
適量保持されるように、調整している。

【００６１】また、帯電ローラ２の両端にはコロが取り
付けられており、感光体１に対する帯電ローラの進入量
ｓが調整されている。本実施例では進入量ｓは０．１ｍ
ｍである。

【００６２】．像露光工程；回転感光体１の一様帯電
処理面に対して露光部位ｂにおいてレーザービームスキ
ャナ７によるレーザー光走査露光Ｌがなされて目的のプ
リントパターン（画像情報）に対応した静電潜像が形成
される。

【００６３】レーザービームスキャナ７はレーザーダイ
オード・ポリゴンミラー等を含み、プリントパターンの
時系列電気デジタル画素信号に対応して強度変調された
レーザー光Ｌを出力し、該レーザー光Ｌで回転感光体１
の一様帯電面を走査露光（画像部露光）する。本実施例
では全面画像露光を行った際の感光体１表面電位は−１
５０Ｖになるように調整されている。

【００６４】．現像工程；回転感光体１面の静電潜像
が、現像剤として負帯電性の平均粒径６μｍの磁性１成
分絶縁現像剤（以下、トナーと記す）３１を用いた、反
転非接触現像装置３により現像部位ｃにおいてトナー画
像として反転現像される。

【００６５】３２はマグネット３３を内包する直径１６
ｍｍの非磁性現像スリーブであり、この現像スリーブ３
２に上記のトナー３１をコートし、感光体１表面との距
離を３００μｍに固定した状態で、感光体１と等速で回
転させ、スリーブ３２に現像バイアス電源Ｓ２より現像
バイアス電圧を印加する。トナー３１は弾性ブレード３
４との摺擦により、摩擦帯電し、電荷を持つ。現像バイ
アス電圧は、３８０ＶのＤＣ電圧と、周波数１８００Ｈ
ｚ、ピーク間電圧１６００Ｖの矩形のＡＣ電圧を重畳し
たものを用い、スリーブ３２と感光体１の間で１成分ジ
ャンピング現像を行なわせる。

【００６６】．転写工程；回転感光体１面のトナー像
は中抵抗、本実施例ではローラ抵抗値５×１０⁸Ωの転
写ローラ４と感光体１面との転写接触部（転写部位、転
写ニップ部）ｄにおいて記録材Ｐの面に対して順次に転
写される。

【００６７】この転写ニップ部ｄに不図示の給紙部から
所定の制御タイミングにて記録材Ｐが給送されて、該記
録材Ｐが転写接触部ｄを挟持搬送されると共に転写ロー
ラ４に転写バイアス印加電源Ｓ３から所定の転写バイア
ス電圧、本実施例では＋２０００ＶのＤＣ電圧が印加さ
れることで、感光体１面側のトナー像が転写接触部ｄを
挟持搬送される記録材Ｐ面に順次に静電気力と押圧力に
て転写されていく。

【００６８】．定着工程；転写接触部ｄを出た記録材
Ｐは回転感光体１の面から分離され、熱定着方式等の像
定着装置５に導入されてトナー画像の定着処理を受け、
画像形成物（プリント・コピー）として機外に排紙され
る。

【００６９】．クリーニング工程；記録材分離後の感
光体１面はクリーニング装置６の弾性ブレード６１で拭
掃されて転写残トナーの掻き取り除去を受けて清掃さ
れ、繰り返して作像に供される。感光体面から掻き取ら
れた転写残トナーはクリーニング装置6内に貯められ
る。

【００７０】本実施例のプリンタは、感光ドラム１、帯
電ローラ２、現像装置３、クリーニング装置７の４つの
プロセス機器を一括してプリンタ本体に対して着脱・交
換自在のプロセスカートリッジＣとしてある。

【００７１】ここで、プロセスカートリッジとは、帯電
手段、現像手段またはクリーニング手段と像担持体とを
一体的にカートリッジ化し、そのカートリッジを画像形
成装置本体に対して着脱可能とするものである。及び帯
電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つ
と像担持体とを一体的にカートリッジ化し、そのカート
リッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするもの
である。更に少なくとも現像手段と像担持体とを一体的
にカートリッジ化し、そのカートリッジを画像形成装置
本体に対して着脱可能とするものをいう。

【００７２】（２）帯電ローラ２導電性弾性ローラである帯電ローラ２は多孔状ローラ
（帯電スポンジローラ）であり、芯金２１上に、ゴムあ
るいは発泡体の中抵抗層２２を形成することにより作成
される。中抵抗層２２は樹脂（本実施例ではウレタ
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２１の上にローラ状
に形成した。その後、表面を研磨した。

【００７３】帯電ローラ２の抵抗値は以下のように測定
した。画像形成装置の感光体１をアルミ製のドラムと入
れ替える。その後に、アルミドラムと帯電ローラ２の間
に１００Ｖの電圧をかけ、その時に流れる電流値を測定
することにより、帯電ローラ２の抵抗値を求めた。

【００７４】本実施例で用いた帯電ローラ２の抵抗値は
５×１０⁶Ωであった。本測定は温度２５℃、湿度６０
％の環境下で行った。この測定環境については、本実施
例及び他の実施例中の他の測定も同様である。

【００７５】帯電ローラ２の表面における平均セル径は
抵抗値それぞれにつき、５０μｍのものを用いた。平均
セル径は光学顕微鏡による観察をもって測定した。

【００７６】（３）導電性粒子ｍ本実施例では導電性粒子ｍは、比抵抗が１０⁷Ω・ｃ
ｍ、平均粒径０．５μｍの導電性酸化亜鉛粒子を用い
た。

【００７７】粒径は粒子が凝集体として構成されている
場合は、その凝集体としての平均粒径として定義した。
粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察か
ら、１００個以上抽出し、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％平均粒径をもって決定
した。

【００７８】抵抗測定は錠剤法により測定し正規化して
求めた。底面積２．２６ｃｍ²の円筒内に、約０．５ｇ
の粉体試料を入れ、上下電極に１５ｋｇの加圧を行うと
同時に１００Ｖの電圧を印加し抵抗値を計測し、その後
正規化して比抵抗を算出した。

【００７９】本実施例で用いた導電性粒子ｍは、潜像露
光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色の粒子が
適切である。また、粒径も現像剤であるトナー３１の粒
径に対して、１／２以下程度でないと画像露光部へ導電
性粒子ｍが漏れた場合に、画像露光を遮ることがあっ
た。そのため、これより小さい必要がある。

【００８０】また、後述する理由により、導電性粒子ｍ
の粒径が１０μｍを越えるような場合には、放電を防止
する効果が小さくなるため、導電性粒子の粒径はこれよ
り小さい必要がある。

【００８１】導電性粒子ｍの材料として、本実施例では
導電性酸化亜鉛粒子を用いたが、これに限るものでな
く、粒子の材料としては、他の金属酸化物などの導電性
無機粒子や有機物との混合物など各種導電性粒子が使用
可能である。

【００８２】（４）本実施例の作用の説明以下に本実施例の作用について述べる。図２に、本実施
例の感光体（被帯電体ローラ）１と帯電ローラ（導電性
弾性ローラ）２の接触部における位置関係を示す。

【００８３】帯電ローラ２・感光体１間の接触部中央か
ら感光体表面に沿い、帯電上流に向かって測った距離を
Ｘとした際に、Ｘから帯電ローラ２・感光体１間の空隙
間距離ｘへの変換は、・帯電ローラ２の半径＝ｒ＝６０００（μｍ）＝６ｍｍ・感光体１の半径＝Ｒ＝１５０００（μｍ）＝１５ｍｍ・帯電ローラ２の感光体１に対する進入量＝ｓ＝１００
（μｍ）＝０．１ｍｍとすれば、

【００８４】

【式１０】

【００８５】という近似式により行うことが可能であ
る。ここで、帯電ローラ２と感光体１間の接触部中央か
ら感光体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）に対する帯電ロー
ラと感光体間の距離ｘ（μｍ）を示したものが図３であ
る。

【００８６】本実施例では、帯電ローラ２と感光体１間
の接触部中央から感光体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）に
おいて９００μｍ付近までは帯電ローラ２の接触部であ
り、それよりＸが大きいところが帯電ローラ２と感光体
１の間に空隙がある領域である。

【００８７】また、感光体１表面電位Ｖｘ、放電開始電
圧Ｖｔは下式で表される。

【００８８】・放電開始電圧Ｖｔに関する式

【００８９】

【式１１】

【００９０】・感光体１表面電位Ｖｘに関する式

【００９１】

【式１２】

【００９２】ここで、・ε＝３．０・Ｖｄｃ＝−６２０（Ｖ）・Ｌ＝１８（μｍ）である。この時、帯電ローラ２と感光体１間の接触部中
央から感光体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）に対する、放
電開始電圧ｖｔ・帯電ローラ２と感光体１表面電位間の
電位差Ｖｘを示したものが図４である。

【００９３】ここで、帯電ローラ２と感光体１表面電位
間の電位差Ｖｘが放電開始電圧Ｖｔ以上（Ｖｔ＜Ｖｘ）
になる領域においては、放電が生じてしまう。

【００９４】しかし、本実施例では、感光体１と帯電ロ
ーラ２の接触上流部Ｎに導電性粒子ｍが保持されてい
る。そのため、感光体１と帯電ローラ２の接触上流部Ｎ
において注入帯電が生じ、該当領域の帯電ローラ２内部
において電流が流れる。その電流により帯電ローラ２内
で電圧降下が生じる。その際に生じる電圧降下量は、帯
電ローラ２と領域Ｎにおける導電性粒子ｍ層の電気抵抗
値の比により定まるが、導電性粒子ｍ層の電気抵抗値が
極めて低いため、事実上帯電ローラ２表面は感光体１表
面電位とほぼ等しくなる。すなわち、帯電ローラ２と感
光体１表面電位間の電位差Ｖｘがほぼ０になるため、潜
在的放電領域において、放電が生じず、完全に注入帯電
機構のみにより、帯電が可能になる。

【００９５】より具体的には、図４で図示した、感光体
１と帯電ローラ２の接触部中央から感光体表面に沿った
距離Ｘ（μｍ）において９００μｍ付近から、１２００
μｍ付近まで、すなわち、接触帯電部材である帯電ロー
ラ２と被帯電体である感光体１の接触部から０．３ｍｍ
離れた場所までの領域Ｎに導電性粒子ｍを保持すること
によって、放電を完全に防ぐことが可能となる。それに
より、放電生成物などによる画質低下を防ぐことが可能
である。

【００９６】本実施例における放電の有無は、接触上流
部を高感度カメラで撮影し、放電に伴う微少放電光を計
測することにより確認した。具体的には、浜松ホトニク
ス社製カメラＩＣＣＤ−５００を用いて接触上流部の領
域Ｎを撮影した。本実施例では導電性粒子ｍが領域Ｎに
存在することにより、放電光は計測されなかった。それ
に対して、領域Ｎに導電性粒子ｍが存在しないような装
置においては、放電光が観測された。すなわち、本実施
例の効果が確認できた。

【００９７】また、先のＰａｃｈｅｎ則のグラフで示さ
れたように１０μｍ以下の空隙間距離においては、放電
開始電圧は極めて高くなるが、空隙間距離が１０μｍを
越えるような場合には放電開始電圧は部分的に低くな
る。そのため、導電性粒子ｍの粒径が１０μｍを越える
ような場合には、領域Ｎにおいて導電性粒子ｍの密度が
十分でなく、導電性粒子ｍの隙間を介して放電開始の条
件を満たす場合があり、そのため放電が生じることがあ
る。したがって、導電性粒子ｍ粒径は１０μｍより小さ
い必要がある。粒径の下限値は、粒子が安定して得られ
るものとして１０ｎｍが限界である。

【００９８】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以下が望ましいが、
好ましくはさらに１０¹⁰Ω・ｃｍ以下が良い。導電性粒
子ｍの抵抗が１×１０¹²Ω・ｃｍより高いと、導電性粒
子ｍ層の電気抵抗値が高くなるため、放電を防止する作
用が小さい。そのため、導電性粒子ｍの抵抗値はこれよ
り低い必要がある。

【００９９】以上のように、従来のような帯電上流の領
域Ｎに導電性粒子ｍが存在しない方式においては、放電
が生じてしまっているのに対し、本実施例では放電を防
ぎ完全なる注入帯電機構のみを用いた帯電を行うことが
可能である。

【０１００】また、この実施例では直径が１２ｍｍの帯
電ローラを用いたが、この値に限るものではなく、・放電開始電圧Ｖｔに関する式

【０１０１】

【式１３】

【０１０２】・感光体１表面電位Ｖｘに関する式

【０１０３】

【式１４】

【０１０４】に関して、「Ｖｔ＜Ｖｘ」を満たす領域Ｎ
に導電性粒子ｍを保持すれば良い。

【０１０５】〈実施例２〉図８は本実施例の画像形成装
置の概略構成模型図である。本実施例の画像形成装置
は、実施例１のレーザービームプリンタにおいて、クリ
ーニング装置６を無しにしたクリーナレス構成（トナー
リサイクルシステム）にしたものである。また帯電ロー
ラ２に対する導電性粒子ｍの供給を、現像装置３の現像
剤３１に予め所定割合の導電性粒子ｍを添加混合してお
き、該現像装置３から感光体１表面上を介して行うよう
にしたものである。その他のプリンタ構成は実施例１と
同様であるので再度の説明は省略する。

【０１０６】本実施例では、導電性粒子ｍを現像装置３
内から感光体１表面上を介して、帯電ローラ２に対して
供給する。そのため、帯電ローラ２と感光体１の接触上
流領域Ｎに供給する導電性粒子ｍ量を帯電ローラ２表面
のコート量と独立に設定することができ、領域Ｎでの導
電性粒子ｍ量を安定して制御することが可能である。

【０１０７】本実施例における現像装置３は実施例１と
同様であるが、磁性１成分絶縁現像剤（トナー）３１に
対して導電性粒子ｍを混合している。トナー３１に対す
る導電性粒子ｍの混合の割合は１重量％である。

【０１０８】導電性粒子ｍは現像装置３内でトナー３１
と摺擦され、トナー３１に対して反対であるブラス極性
に帯電する。プラスに帯電した導電性粒子ｍは、感光体
１表面の白地部分に現像装置３から供給される。導電性
粒子ｍはプラスに帯電しているため、転写接触部ｄにお
いて記録材Ｐには転写されず、感光体１表面に残る。そ
の後、帯電ローラ２と感光体１の帯電接触部上流領域Ｎ
に進する。領域Ｎでは帯電ローラ２が感光体１表面の回
転方向に対してカウンター方向に回転しているため、導
電性粒子ｍはせきとめられ、導電性粒子ｍは領域Ｎに適
量蓄積する。また、導電性粒子ｍの一部は帯電ローラ２
表面にコートされる。

【０１０９】現像装置３からの導電性粒子ｍの供給量は
現像バイアスの調整により制御することが可能である。
本実施例では、現像バイアスのかぶり取りバイアス、す
なわち、（感光体１帯電電位Ｖｄ−現像バイアスＤＣ電
位）を大きくすることにより、導電性粒子ｍの供給量を
増やすことが可能である。

【０１１０】本実施例では、導電性粒子ｍの供給を現像
装置３から行う。そのため、帯電ローラ２と感光体１表
面の接触上流領域Ｎに導電性粒子量の制御が現像バイア
スの調整により容易に行うことが可能である。そのた
め、帯電ローラ２と感光体１表面の接触上流領域Ｎの導
電性粒子ｍ量を安定して確保することが可能である。そ
れにより、領域Ｎにおける放電を確実に防ぎ、注入帯電
機構のみによる帯電が可能である。

【０１１１】本実施例のプリンタはクリーナレスであ
り、転写接触部ｄにおける記録材Ｐに対するトナー像転
写後の回転感光体１面に残留の転写残トナーは専用のク
リーニング装置（クリーナ）で除去されることなく感光
体１の引き続く回転に伴い、帯電接触部ａに持ち運ば
れ、更に現像部位ｃに至り、現像装置３で現像同時クリ
ーニング（回収）される。

【０１１２】転写後の感光体１面に残存の転写残トナー
は感光体１と帯電ローラ２の帯電接触部ａに持ち運ばれ
て帯電ローラ２に付着・混入する。このように転写残ト
ナーが帯電ローラ２に付着・混入しても、導電性粒子ｍ
が感光体１と帯電ローラ２との帯電接触部ａに介存する
ことにより、帯電ローラ２の感光体１への緻密な接触性
と接触抵抗を維持できるため、帯電ローラ２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、均一な帯電性を与えることが出来る。

【０１１３】帯電ローラ２が感光体１に対して速度差を
持って接触していることで、転写接触部ｄから帯電接触
部ａへ至った転写残トナーはパターンが撹乱されて崩さ
れ、中間調画像において、前回の画像パターン部分がゴ
ーストとなって現れることがなくなる。帯電ローラ２に
付着・混入した転写残トナーは帯電ローラ２から感光体
１上に徐々に吐き出されて感光体１面の移動とともに現
像部位ｃに至り、現像装置３において現像同時クリーニ
ング（回収）される。

【０１１４】現像同時クリーニングは、転写後に感光体
上に残留したトナーを引き続く画像形成工程の現像時、
即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、
その潜像の現像時において、現像装置のかぶり取りバイ
アス、即ち現像装置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Ｖｂａｃｋによ
って回収するものである。本実施例におけるプリンタの
ように反転現像の場合では、この現像同時クリーニング
は、感光体の暗部電位から現像スリーブにトナーを回収
する電界と、現像スリーブから感光体の明部電位ヘトナ
ーを付着させる電界の作用でなされる。

【０１１５】〈実施例３〉本実施例は、実施例２のプリ
ンタにおいて、感光体１としてアモルファスシリコンド
ラムを用いたことを特徴とする。その他のプリンタ構成
は実施例２と同様であるので再度の説明は省略する。

【０１１６】表面硬度が高いアモルファスシリコンドラ
ムを使用することで、長期にわたり安定した画像を得る
ことが可能である。

【０１１７】従来、アモルファスシリコンを用いた感光
体は放電生成物による画像劣化が生じやすく、それによ
る画像流れ現象が過大となっていた。そこで、本実施例
では、アモルファスシリコンドラムに対して、完全なる
注入帯電機構のみを用いた帯電を行うことで、画像劣化
を防ぐことを特徴とする。

【０１１８】本実施例におけるの感光体１は負帯電性の
アモルファスシリコンドラムであり、誘電体層膜厚は１
８μｍであり、比誘電率は１１である。

【０１１９】本実施例では、実施例１，２と同じく、・ε＝１１．０・Ｖｄｃ＝−６２０（Ｖ）・Ｌ＝１８（μｍ）・帯電ローラ２の半径＝ｒ＝６０００（μｍ）＝６ｍｍ・感光体１の半径＝Ｒ＝１５０００（μｍ）＝１５ｍｍ・帯電ローラ２の感光体１に対する進入量＝ｓ＝１００
（μｍ）＝０．１ｍｍとした時に、・放電開始電圧Ｖｔに開する式

【０１２０】

【式１５】

【０１２１】・感光体１表面電位Ｖｘに関する式

【０１２２】

【式１６】

【０１２３】に関して、「Ｖｔ＜Ｖｘ」を満たす領域Ｎ
に導電性粒子ｍを保持することを特徴とする。

【０１２４】図９に示すように、領域Ｎ、すなわち、帯
電ローラ２と感光体１の接触上流部端部から感光体１表
面に沿って２５０μｍまでの空隙に導電性粒子が存在す
ることにより、放電を防ぎ、完全なる注入帯電機構のみ
を用いた帯電を可能にしている。

【０１２５】それにより、放電により画像劣化が生じや
すいアモルファスシリコンドラムにおいても画像劣化を
生じさせず、長期にわたり安定して高画質の画像を得る
ことが可能となる。

【０１２６】〈その他〉１）接触帯電部材としての帯電ローラ２は実施形態例の
帯電ローラに限られるものではない。

【０１２７】２）帯電ローラ２や現像スリーブ３２に対
する印加帯電バイアスあるいは印加現像バイアスは直流
電圧に交番電圧（交流電圧）を重畳してもよい。

【０１２８】交番電圧の波形としては、正弦波、矩形
波、三角波等適宜使用可能である。また、直流電源を周
期的にオン／オフすることによって形成された矩形波で
あっても良い。このように交番電圧の波形としては周期
的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用でき
る。

【０１２９】３）静電潜像形成のための画像露光手段と
しては、実施形態例の様にディジタル的な潜像を形成す
るレーザー走査露光手段に限定されるものではなく、通
常のアナログ的な画像露光やＬＥＤなどの他の発光素子
でも構わないし、蛍光燈等の発光素子と液晶シヤッター
等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静
電潜像を形成できるものであるなら構わない。

【０１３０】像担持体１は静電記録誘電体等であっても
良い。この場合は、該誘電体面を所定の極性・電位に一
様に一次帯電した後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手
段で選択的に除電して目的の静電潜像を書き込み形成す
る。

【０１３１】４）現像手段３は実施形態例では一成分磁
性トナーによる反転現像装置を例に説明したが、現像手
段の構成について特に限定するものではない。正規現像
器であってもよい。

【０１３２】５）像担持体１からトナー画像の転写を受
ける記録媒体は転写ドラム等の中間転写体であってもよ
い。

【０１３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明では接触
帯電部材を被帯電体に接触させて、注入帯電機構により
被帯電体を帯電する接触帯電方式において、被帯電体が
接触帯電部材と接触を開始する直前位置において導電性
粒子を保持することにより、被帯電体が接触帯電部材と
接触を開始する直前位置での放電を防ぎ、完全なる注入
帯電機構のみを用いた帯電が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の画像形成装置の概略構成模型図

【図２】ローラ形状の接触帯電部材（Ａ）でローラ形
状の被帯電体（Ｂ）を帯電する場合の配置図

【図３】図２中の（Ａ）と（Ｂ）の接触部中央から被
帯電体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）に対する（Ａ）と
（Ｂ）間の距離ｘ（μｍ）の一例

【図４】図２中の（Ａ）と（Ｂ）の接触部中央から被
帯電体表面に沿った距離Ｘ（μｍ）に対するＶｔ，Ｖｘ

【図５】Ｐａｓｃｈｅｎ則で示される放電開始電圧Ｖ
ｔを図示した例

【図６】接触帯電部材と被帯電体表面の空隙ｘ（μ
ｍ）が変化したときの電位差Ｖｘ（Ｖ）

【図７】接触帯電部材と被帯電体表面の空隙ｘ（μ
ｍ）が変化したときの電位差Ｖｘ（Ｖ）（実線）と、放
電閾値Ｖｔ（Ｖ）（点線）

【図８】実施例２の画像形成装置の概略構成模型図

【図９】実施例３での接触帯電部材と被帯電体表面の
空隙ｘ（μｍ）が変化したときの電位差Ｖｘ（Ｖ）（実
線）と、放電閾値Ｖｔ（Ｖ）（点線）

【符号の説明】

１・・感光体、２・・帯電ローラ、２１・・芯金、２２
・・導電性スポンジ層、２３・・粒子溜まり形成部材、
３・・現像装置、３１・・現像剤（トナー）、３２・・
現像スリーブ、３３・・マグネット、３４・・弾性ブレ
ード、４・・転写ローラ、５・・定着装置、６・・クリ
ーニング装置、６１・・クリーニング弾性ブレード、ｍ
・・導電性粒子、Ｓ１・・帯電バイアス電源、Ｓ２・・
現像バイアス電源、Ｓ３・・転写バイアス電源、Ｃ・・
プロセスカートリッジ、ａ・・帯電接触部、ｂ・・露光
部位、ｃ・・現像部位、ｄ・・転写接触部、Ｎ・・潜在
的放電可能領域、Ｌ・・画像露光、Ｐ・・記録材（転写
材）

フロントページの続き (72)発明者児野康則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） 2H200 FA01 FA02 FA08 FA18 GA14 GA16 GA18 GA23 GA34 GA46 GA54 GA56 GA57 GA59 GB12 GB22 HA03 HA28 HB12 HB17 HB22 HB45 HB46 HB47 HB48 JA02 JA26 MA01 MA03 MA08 MA13 MA14 MA20 MB01 MB04 MB05 MB06 MC01 MC15 NA02 NA03 NA09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接触帯電部材を被帯電体に当接させ、接触
帯電部材と被帯電体との間に電圧を印加して、被帯電体
を帯電する接触帯電装置において、被帯電体が接触帯電
部材と接触を開始する直前位置において導電性粒子を保
持することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】導電性の弾性ローラである接触帯電部材を
表面に誘電体層を持つローラ形状の被帯電体に当接さ
せ、接触帯電部材と被帯電体との間に電圧を印加して、
被帯電体を帯電する接触帯電装置において、１）導電性弾性ローラの半径＝ｒ（μｍ）２）被帯電体ローラの半径＝Ｒ（μｍ）３）導電性弾性ローラの被帯電体ローラに対する進入量
＝ｓ（μｍ）４）ε＝被帯電体ローラ表面の誘電体層の比誘電率５）Ｖｄｃ＝導電性弾性ローラに印加する電圧（Ｖ）６）Ｌ＝被帯電体ローラ表面の誘電体層の厚さ（μｍ）とした時に、導電性弾性ローラと被帯電体ローラ接触部
中央から、被帯電体ローラ間に沿って測った距離をＸ
（μｍ）とした時に、７）導電性弾性ローラと被帯電体ローラ間の放電閾値Ｖ
ｔ【式１】８）導電性弾性ローラと被帯電体ローラ間の電位差Ｖｘ【式２】について、Ｖｔ＜ＶｘとなるようなＸ（μｍ）の範囲を
導電性粒子で満たすことを特徴とする帯電装置。
【請求項３】前記導電性粒子の抵抗値が１×１０¹²Ω・
ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記
載の帯電装置。
【請求項４】前記導電性粒子の粒径が１０ｎｍ以上１０
μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３の何れ
か１つに記載の帯電装置。
【請求項５】像担持体に、像担持体を帯電する帯電工
程、像担持体の帯電面に静電潜像を形成する情報書き込
み工程、その静電潜像を現像剤により現像する現像工
程、像担持体上の現像剤像を記録媒体に転写する転写工
程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行し、像
担持体は繰り返して作像に供する画像形成装置におい
て、像担持体を帯電する帯電工程手段として請求項１から４
の何れか１つに記載の帯電装置を用いることを特徴とす
る画像形成装置。
【請求項６】プロセスカートリッジ着脱方式であるこ
とを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。