JP2003307927A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】導電性粒子を用いた接触帯電を用い、非接触現
像で導電性粒子の供給と残トナーの回収を行う現像装置
とを備える画像形成装置、および該画像形成装置本体に
対して着脱自在のプロセカートリッジについて、転写残
トナーの回収性を向上し、カブリを低減することを目的
とする。 【解決手段】像担持体１との対向位置における現像剤担
持体３上の現像剤層の厚さをａ、像担持体１との対向位
置における現像剤担持体表面と像担持体表面との距離を
ｄとしたとき、 ０．６≦ａ／ｄ＜１．０ であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式等を
採用する複写機・プリンタ等の画像形成装置、および該
画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジに
関するものである。

【０００２】より詳しくは、ａ）像担持体の帯電を導電
性粒子を用いた接触帯電で行い、ｂ）クリーナをなくし
て、転写後の像担持体上の転写残現像剤（トナー）は現
像装置によって「現像同時クリーニング」で像担持体上
から除去して現像装置に回収・再利用するクリーナレス
システムにし、ｃ）帯電部材に対する導電性粒子の補給
は現像装置の現像剤に導電性粒子を含ませておくことで
現像装置により行なわせるようにした、画像形成装置、
および該画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカート
リッジに関するものである。

【０００３】

【従来の技術】従来の画像形成装置の一つとして、像担
持体としての感光ドラム面に形成担持させた現像剤像と
してのトナー画像を被記録媒体に転写した後の感光ドラ
ム面上の転写残トナーを除去するための専用のクリーナ
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
クリーナレスの画像形成装置がある。

【０００４】さらに、導電性粒子を用いた直接注入帯電
を利用したクリーナレスの画像形成装置として、次の提
案がなされている。

【０００５】特開平１０−３０７４５５号公報には、導
電性粒子を現像装置の現像剤（以下、トナーと記す）に
混合し、現像部位で導電性粒子をトナーと共に現像装置
から像担持体表面に供給し、転写部位では、おもにトナ
ーのみを被記録媒体としての転写材に転写し、導電性粒
子を接触帯電部材と像担持体との接触部に供給すること
で、クリーナレスの画像形成装置において注入帯電によ
り感光体の均一帯電が可能である。

【０００６】このように接触帯電部材と像担持体との接
触部に対する帯電用の導電性粒子の供給を現像手段から
行う。また転写残トナーは引き続く像担持体の回転にと
もない接触帯電部材と像担持体との接触部を経由して現
像部位に至り、現像装置において像担持体面から現像同
時クリーニング（回収）される（トナーリサイクルプロ
セス）。

【０００７】現像同時クリーニングは、転写後に像担持
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、即ち引き続き像担持体を帯電し、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像担持体の
表面電位電位差であるかぶり取り電位差Ｖbackによって
回収するものが知られている 特開平１０−３０７４５６号公報には、現像手段を像担
持体と非接触にすることにより、導電性粒子をトナーに
混入させても現像バイアスが像担持体に注入することに
よる現像カブリが発生しないことが開示されている。

【０００８】さらに、特開２００２−０２３４９５号公
報には、像担持体と現像剤担持体との間隔を１５０〜２
５０μｍとすることにより、導電性粒子の安定供給を図
り、帯電不良を防止する提案も行われている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
提案を用いた画像形成装置においても、転写残トナーが
多い場合などにおいては、現像部での転写残トナーの回
収能力が十分でなくなる場合があり、画像カブリが生じ
る場合があった。

【００１０】本発明は、上述したような、導電性粒子を
用いた接触帯電を用い、非接触現像で導電性粒子の供給
と残トナーの回収を行う現像装置とを備える画像形成装
置、および該画像形成装置本体に対して着脱自在のプロ
セカートリッジの更なる改善に係り、転写残トナーの回
収性を向上し、カブリを低減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
特徴とする画像形成装置およびプロセカートリッジであ
る。

【００１２】（１）像担持体と、導電性粒子を担持して
像担持体に当接して像担持体を帯電する帯電部材と、像
担持体の帯電面に形成された静電潜像を導電性粒子を含
む現像剤により可視化する現像装置と、像担持体面に形
成された現像剤像を記録媒体に転写させる転写装置を有
し、現像装置は、像担持体と間隔を保って対向配設され
た現像剤担持体に導電性粒子を含む現像剤を担持させて
像担持体面の静電潜像を現像するとともに、現像剤像を
記録媒体に転写させた後に像担持体面に残留する転写残
現像剤を回収し、帯電部材は現像剤像を記録媒体に転写
させた後に像担持体面に残留する導電性粒子を捕獲する
ことで現像装置から導電性粒子の供給を受けて帯電を繰
り返し行なう画像形成装置において、像担持体との対向
位置における現像剤担持体上の現像剤層の厚さをａ、像
担持体との対向位置における現像剤担持体表面と像担持
体表面との距離をｄとしたとき、 ０．６≦ａ／ｄ＜１．０ であることを特徴とする画像形成装置。

【００１３】（２）像担持体との対向位置における現像
剤担持体表面と像担持体表面との距離ｄが１５０［μ
ｍ］以上２５０［μｍ］以下であることを特徴とする
（１）に記載の画像形成装置。

【００１４】（３）現像剤担持体内にはマグネットが配
設され、現像剤担持体内に配設されるマグネットが像担
持体との対向位置±１５°以内に磁極のピークの一つを
有し、現像剤担持体表面での磁束密度が０．６〜１．０
［ｍＴ］であることを特徴とする（１）または（２）に
記載の画像形成装置。

【００１５】（４）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］以下であることを
特徴とする（１）から（３）の何れかに記載の画像形成
装置。

【００１６】（５）帯電部材は、像担持体との接触部が
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
ることを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の
画像形成装置。

【００１７】（６）帯電部材は、像担持体との接触部が
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
とを特徴とする（１）から（５）の何れかに記載の画像
形成装置。

【００１８】（７）像担持体は、表面の抵抗が１×１０
⁹［Ω・ｃｍ］以上、１×１０¹⁴［Ω・ｃｍ］以下であ
るとともに、表面エネルギーが８５度以上であることを
特徴とする（１）から（６）の何れかに記載の画像形成
装置。

【００１９】（８）現像剤担持体に像担持体の電位に対
して現像剤が飛翔する方向の電界と、引き戻す方向の電
界とを交互に形成する交互電圧を印加可能であることを
特徴とする（１）から（６）の何れかに記載の画像形成
装置。

【００２０】（９）少なくとも、像担持体と、帯電部材
と、現像装置を包含させて、画像形成装置本体に対し着
脱自在のプロセスカートリッジとしたことを特徴とする
（１）から（８）の何れかに記載の画像形成装置。

【００２１】（１０）像担持体と、導電性粒子を担持し
て像担持体に当接して像担持体を帯電する帯電部材と、
像担持体の帯電面に形成された静電潜像を導電性粒子を
含む現像剤により可視化する現像装置と、像担持体面に
形成された現像剤像を記録媒体に転写させる転写装置を
有し、現像装置は、像担持体と間隔を保って対向配設さ
れた現像剤担持体に導電性粒子を含む現像剤を担持させ
て像担持体面の静電潜像を現像するとともに、現像剤像
を記録媒体に転写させた後に像担持体面に残留する転写
残現像剤を回収し、帯電部材は現像剤像を記録媒体に転
写させた後に像担持体面に残留する導電性粒子を捕獲す
ることで現像装置から導電性粒子の供給を受けて帯電を
繰り返し行なう画像形成装置の画像形成装置本体に対し
て着脱可能なプロセスカートリッジであり、少なくと
も、像担持体と、帯電部材と、現像装置を包含させ、像
担持体との対向位置における現像剤担持体上の現像剤層
の厚さをａ、像担持体との対向位置における現像剤担持
体表面と像担持体表面との距離をｄとしたとき、 ０．６≦ａ／ｄ＜１．０ であることを特徴とするプロセスカートリッジ。

【００２２】（１１）像担持体との対向位置における現
像剤担持体表面と像担持体表面との距離ｄが１５０［μ
ｍ］以上２５０［μｍ］以下であることを特徴とする
（１０）に記載のプロセスカートリッジ。

【００２３】（１２）現像剤担持体内にはマグネットが
配設され、現像剤担持体内に配設されるマグネットが像
担持体との対向位置±１５°以内に磁極のピークの一つ
を有し、現像剤担持体表面での磁束密度が０．６〜１．
０［ｍＴ］であることを特徴とする（１０）または（１
１）に記載のプロセスカートリッジ。

【００２４】（１３）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］以下であることを特
徴とする（１０）から（１２）の何れかに記載のプロセ
スカートリッジ。

【００２５】（１４）帯電部材は、像担持体との接触部
が像担持体の周速度と所定の速度差をもって移動可能で
あることを特徴とする（１０）から（１３）の何れかに
記載のプロセスカートリッジ。

【００２６】（１５）帯電部材は、像担持体との接触部
が像担持体の周面の移動方向と逆方向に移動可能である
ことを特徴とする（１０）から（１４）の何れかに記載
のプロセスカートリッジ。

【００２７】（１６）像担持体は、表面の抵抗が１×１
０⁹［Ω・ｃｍ］以上、１×１０¹⁴［Ω・ｃｍ］以下で
あるとともに、表面エネルギーが８５度以上であること
を特徴とする（１０）から（１５）の何れかに記載のプ
ロセスカートリッジ。

【００２８】（１７）現像剤担持体に像担持体の電位に
対して現像剤が飛翔する方向の電界と、引き戻す方向の
電界とを交互に形成する交互電圧を印加可能であること
を特徴とする（１０）から（１６）の何れかに記載のプ
ロセスカートリッジ。

【００２９】（作 用）以上の構成とすることにより、
転写残トナーが多い場合においても、現像部での回収性
を向上し、画像カブリを低減すること。また、接触帯電
部材のトナー汚染を減少し、帯電を安定化することを目
的とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態にかか
る画像形成装置１００の概略構成図である。本例の画像
形成装置は、導電性粒子を用いた直接注入帯電方式、ト
ナーリサイクルプロセス（クリーナレスシステム）、プ
ロセスカートリッジ着脱式のレーザプリンタ（記録装
置）である。

【００３１】（１）プリンタの全体的概略構成 １は像担持体であり、回転ドラム型の負極性ＯＰＣ感光
体（ネガ感光体、以下感光ドラムと記す）である。この
感光ドラム１は矢印Ａの時計方向に回転駆動される。

【００３２】２は感光ドラム１に所定の侵入量をもって
当接させた接触帯電部材としての導電性弾性ローラ（以
下、帯電ローラと記す）である。この帯電ローラ２はそ
の外周面に導電性粒子ｍ（帯電を目的とした導電粒子、
帯電促進粒子）を保持（担持）しており、感光ドラム１
と帯電ローラ２との帯電接触部ｎに該導電性粒子ｍが介
在している。

【００３３】帯電ローラ２はこの帯電接触部ｎにおいて
感光ドラム１表面の移動方向Ａと逆方向（カウンター）
となるよう矢印Ｂの時計方向に回転駆動され、感光ドラ
ム１面に対して速度差を持って接触する。またプリンタ
の画像記録時には該帯電ローラ２に帯電バイアス印加電
源２１から所定の帯電バイアスが印加される。これによ
り感光ドラム１の周面が直接注入帯電方式で所定の極性
・電位に一様に帯電される。本実施例では印加電源２１
による印加バイアスをＤＣ電圧−７００Ｖとした。

【００３４】７はレーザダイオード・ポリゴンミラー等
を含むレーザビームスキャナ（露光装置）であり、帯電
された感光ドラム１の面に画像情報に応じて露光Ｌを行
う。これにより感光ドラム１面に静電潜像が形成され
る。ベタ黒画像の電位（明電位）ＶＬは−１００Ｖに設
定した。７１はレーザビームスキャナ７から出力された
レーザビームを感光ドラム１の露光部Ｃに偏向する反射
部材である。

【００３５】６は現像装置である。回転感光ドラム１面
の静電潜像はこの現像装置６により現像部Ｄにてトナー
画像として現像される。本例の現像装置６は反転現像装
置であり、現像剤としてネガトナーＴを収容させてあ
る。またこの現像装置６内のトナーＴに導電性粒子ｍを
添加してある。

【００３６】８は接触転写手段としての中抵抗の転写ロ
ーラであり、感光ドラム１に所定に圧接させて転写ニッ
プ部Ｆを形成させてある。この転写ニップ部Ｆに給紙部
１１から所定のタイミングで被記録体としての転写材Ｐ
が給紙され、かつ転写ローラ８に転写バイアス印加電源
８１から所定の転写バイアス電圧が印加されることで、
感光ドラム１側のトナー像が転写ニップ部Ｆに給紙され
た転写材Ｐの面に順次に転写されていく。

【００３７】９は熱定着方式等の定着装置である。転写
ニップ部Ｆに給紙されて感光ドラム１側のトナー画像の
転写を受けた転写材Ｐは回転感光ドラム１の面から分離
されてこの定着装置９に導入され、トナ一画像の定着を
受けて画像形成物（プリント・コピー）として装置外へ
排出される。

【００３８】本実施例のプリンタはクリーナレスであ
り、転写材Ｐに対するトナー画像転写後の回転感光ドラ
ム１面に残留した転写残トナーは専用のクリーナ（クリ
ーニング装置）で除去されることなく感光ドラム１の回
転にともない帯電接触部ｎに持ち運ばれて、カウンター
回転する帯電ローラ２に一時的に転移され、帯電ローラ
とともに周回するにつれて、反転したトナー電荷が正規
化され順次感光ドラム１に吐き出されて現像部Ｄに至
り、現像装置６において現像同時クリーニングにて回収
・再利用される。

【００３９】１０はプリンタ本体に対して着脱自在のプ
ロセスカートリッジである。本例においては、感光ドラ
ム１、帯電ローラ２、現像装置６の３つのプロセス機器
を、プリンタを構成するほかの部品とは独立した枠体内
にまとめられてプロセスカートリッジ１０を構成させて
おり、一括してプリンタ本体に対して着脱自在としてあ
る。

【００４０】プロセスカートリッジ１０はプリンタ本体
に対して所定に装着されることでプリンタ本体に対して
機械的・電気的に結合状態になる。

【００４１】図２はプリンタ本体から抜き外した状態の
プロセスカートリッジ１０を示している。この状態にお
いて、ドラムカバー１０ａが閉じ位置に移動してドラム
露呈部を隠蔽保護している。また、プロセスカートリッ
ジ１０の露光開口部シャッタ板１０ｂが閉じ位置に移動
して露光開口部を隠蔽している。ドラムカバー１０ａと
シャッタ板１０ｂはプロセスカートリッジ１０がプリン
タ本体に対して装着されていく過程において開き動作す
る。

【００４２】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、こ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１つ
と像担持体とを一体的にカートリッジ化して画像形成装
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
して画像形成装置本体に対して着脱可能とするものであ
る。

【００４３】（２）感光ドラム１ 感光ドラム１の表面には電荷注入層を設けて感光体表面
の抵抗と表面エネルギーを調節している。

【００４４】感光ドラム１は、アルミドラム基体上に、
下引き層、電荷発生層、電荷輪送層の順に重ねて塗工さ
れた一般的な有機感光体ドラムに、電荷注入層を塗布す
ることにより帯電性能を向上したものである。

【００４５】電荷注入層は、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（径が約０．０３μｍ）、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。また、加えて４フッ化エチレン樹脂など
の滑剤も内包させることにより、感光ドラム表面の表面
エネルギーを抑えて、導電性粒子の付着を全般的に抑え
る効果がある。

【００４６】その表面エネルギーは水の接触角で表わす
と、好ましくは８５度以上、更に好ましくは９０度以上
であることが好ましい。離型性を良くすることで、トナ
ーの回収を効率良くすることができる。

【００４７】また、帯電性能の観点から表面の表層の抵
抗は重要なファクターとなる。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、電荷注入層の体積抵抗値としては１×１
０⁹〜１×１０¹⁴（Ω・ｃｍ）の範囲が適当である。

【００４８】（３）帯電ローラ２ 本実施例における接触帯電部材としての帯電ローラ２は
芯金上にゴムあるいは発泡体の中抵抗層を形成すること
により作成される。

【００４９】中抵抗層は樹脂（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、芯金の上にローラ状に形成して、表面
を研磨したものである。

【００５０】ここで、接触帯電部材である帯電ローラ２
は電極として機能することが重要である。つまり、弾性
を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時
に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有す
る必要がある。一方では被帯電体にピンホールなどの耐
圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必
要がある。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場
合、十分な帯電性と対リ一ク性を得るには１０⁴〜１０⁷
Ωの抵抗が望ましい。帯電ローラ２の表面は導電粒子ｍ
を保持できるようミクロな凹凸があるものが望ましい。

【００５１】なお、印字初期においては帯電ローラ２表
面に導電性粒子ｍが供給されず帯電が行えないので、帯
電ローラ２表面にはあらかじめ導電性粒子ｍを塗布して
おくのが良い。

【００５２】（４）現像装置６ 本実施形態の現像装置６は現像剤Ｔとして一成分磁性ト
ナー（ネガトナー）を用いた反転現像装置である。現像
装置６内には現像剤（トナー）Ｔと導電粒子ｍの混合剤
Ｔ＋ｍを備えている。

【００５３】３はマグネットロール４を内包させた、現
像剤担持搬送部材としての非磁性現像スリーブであり、
図３のように、感光ドラム１と所定の間隔（Ｓ−Ｄギャ
ップ）ｄを保って対向配設する。現像容器内に備える現
像剤混合剤ｔ＋ｍ内のトナーｔは現像スリーブ３上を搬
送される過程において、規制ブレード５で層厚規制及び
電荷付与を受ける。Ｓ−Ｄギャップｄは、図４に示すよ
うに、スリーブ３の両端部にスペーサコロ部材３２を配
して感光ドラム１ととの当接を保持させて得るものであ
る。Ｇ１はドラムギア、Ｇ３はスリーブギアであり、該
スリーブギアＧ３はドラムギアＧ１に噛合している。不
図示の駆動系からドラムギアＧ１に駆動力が伝達されて
感光ドラム１が図１において矢印Ａの時計方向に所定の
周速度で回転駆動され、これに連動して現像スリーブ３
も図１において矢印Ｅの反時計方向に所定の周速度で回
転駆動される。

【００５４】現像スリーブ３にコートされた現像剤混合
剤ｔ＋ｍは現像スリーブ３の回転により、感光ドラム１
と現像スリーブ３の対向部である現像部位（現像領域
部）Ｄに搬送される。現像スリーブ３の周速は感光ドラ
ム１の周速の１００％〜１５０％が好ましい。

【００５５】また現像スリーブ３には現像バイアス印加
電源３１より現像バイアス電圧が印加される。本実施例
において、Ｓ−Ｄギャップｄ＝２００μｍの場合には、
現像バイアス電圧はＤＣ電圧−４００ＶにＡＣ電圧＝ピ
ーク間電圧１２００Ｖｐｐ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形
波の重畳電圧とした。

【００５６】これにより、感光ドラム１側の静電潜像が
トナーＴにより反転現像される。

【００５７】ａ）トナーＴ：現像剤である一成分磁性ト
ナーＴは、結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し
混練、粉砕、分級の各行程を経て作成し、さらに導電性
粒子ｍや流動化剤などを外添剤として添加して作成され
たものである。

【００５８】ｂ）導電性粒子ｍ：本実施例では、導電性
粒子として、比抵抗が１０⁶Ω・ｃｍ、平均粒径３μｍ
の導電性酸化亜鉛を用いた、そして、導電性粒子ｍとし
ての酸化亜鉛分を、分級後のトナーＴ１００重量部に対
して２重量部添加し混合機により均一に分散させて現像
装置５内に収容させた。

【００５９】導電性粒子ｍ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、あるい
は、これらに表面処理を施したものなど各種導電性粒子
が使用可能である。

【００６０】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１０^-1Ω・ｃｍ１０¹²Ω・ｃｍ以下
が必要であり、好ましくは１０¹⁰Ω・ｃｍ以下が望まし
い。

【００６１】粒径は、画像露光時に粒子による光散乱を
防止するためにもその粒径は構成画素サイズ以下、さら
にはトナー粒径以下であることが望ましい。粒径の下限
値としては粒子として安定にえられるものとして１０ｎ
ｍが限界と考えられる。好ましくは、０．５μｍ以上１
０μｍ以下が望ましい。

【００６２】（５）注入帯電とクリーナレスシステム 現像装置６に収容されたトナーＴと導電性粒子ｍの混合
剤Ｔ＋ｍの導電性粒子ｍは感光ドラム１の静電潜像のト
ナー現像時にトナーＴとともに感光ドラム１に移行す
る。

【００６３】図５に現像スリーブ３から感光ドラム１に
導電性粒子ｍを供給する電位の関係を示す。例えば現像
スリーブ３に現像バイアスとして直流電圧Ｖｄｃ＝−４
００Ｖに交流電圧１．２ｋＶを重畳印加した場合、トナ
ーＴから離脱した導電性粒子ｍでポジ性のものは、非画
像部（露光暗部）電位ＶＤ（−７００Ｖ）に対し、交流
電圧のＶｍｉｎにより９００Ｖ（｜Ｖｍｉｎ−ＶＤ｜＝
｜２００−（−７００）｜）のコントラストをもって現
像スリーブ３から感光ドラム１へ飛翔する。

【００６４】又、導電性粒子ｍでトナーＴに付着してい
るものもあり、感光ドラム１上の画像部（露光明部）電
位ＶＬに対し、交流電圧のＶｍａｘにより９００Ｖ（｜
ＶＬ−Ｖｍａｘ｜＝｜−１００−（−１０００）｜）の
コントラストをもって現像スリーブ３から感光ドラム１
へ飛翔する。このようにして、現像スリーブ３上から感
光ドラム１へ導電性粒子ｍの供給を行う。

【００６５】感光ドラム１上のトナー画像は転写ニップ
部Ｆにおいて転写バイアスにより転写材Ｐ側に引かれて
積極的に移行するが、感光ドラム１上の導電性粒子ｍは
導電性であることで、感光ドラム１上に実質的に付着保
持されて残留する。また感光ドラム１面に実質的に付着
保持される導電性粒子ｍの存在によりトナー画像の感光
ドラム１側から転写材Ｐ側への転写効率が向上する効果
が得られる。

【００６６】そして、クリーナを用いないため、転写後
の感光ドラム１面に残存する転写残トナー及び上記の残
存導電性粒子は感光ドラム１と接触帯電部材である帯電
ローラ２の帯電接触部ｎに感光ドラム１の回転でそのま
ま持ち運ばれて帯電ローラ２に付着混入する。

【００６７】また、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とともに周回するにつれて極性
が正規化されて、徐々に感光ドラム１上に吐き出されて
感光ドラム１面の移動とともに現像部位Ｄに至り、現像
装置６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）。

【００６８】即ち、現像部位Ｄにおいて現像スリーブ３
に印加する現像バイアスと感光ドラム表面電位の電位差
によって回収するものである。

【００６９】本実施形態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、感光ド
ラム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ドラム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。

【００７０】次に、本実施形態の特徴である現像装置６
のトナー回収性について、更に詳しく説明する。

【００７１】本実施形態では、図３・図４に示す感光ド
ラム１と現像スリーブ３とのＳ−Ｄギャップｄと、現像
スリーブ３上の感光ドラム対向位置でのトナー層厚ａ
（現像剤混合剤ｔ＋ｍの層厚）との関係を最適化した構
成にすることにより、現像スリーブ３からの導電性粒子
ｍの供給の安定化を図るのはもちろん、現像でのトナー
回収性を向上することによって、転写残トナーが多い場
合であっても、画像カブリを低減するのが大きな特徴で
ある。

【００７２】残トナー回収の作用として、非接触現像で
は、電界のみで回収する作用よりも、現像スリーブ３上
のトナーＴを感光ドラム１の非画像電位部に一旦転移さ
せて残トナーも一緒に回収する（紛圧回収）作用の効果
が非常に大きいことがわかった。

【００７３】トナーは、現像部で現像電界Ｅにより、ｑ
Ｅの力を受ける。

【００７４】加速度はａ＝（ｑ／ｍ）×Ｅ （トナーの電荷量ｑ、質量ｍとする。ｑ／ｍはトリボで
ある） 非接触で、交互電界がかかる場合、トナーの飛翔する距
離Ｌ（以後、単に飛翔量Ｌと呼称する）は、電界強度Ｅ
がかかっている時間をｔとすると、 Ｌ＝（１／２）×ａｔ² となる。つまり、トナーの飛翔量Ｌは、トナーのトリボ
と電界に比例する。

【００７５】図６を用いて現像部位Ｄでのトナー回収の
電位の関係を説明する。残トナーは感光ドラム１上の非
画像部電位ＶＤ部に付着して現像部Ｄに来る。この残ト
ナーは転写部Ｆで逆極性になるものが多く、帯電ローラ
部で正規化するものの転写残が多い場合には、トリボの
小さいトナーが吐き出されるものも多くなる。トリボの
小さいトナーは引き戻し電界｜Ｖｍｉｎ−ＶＤ｜／ｄで
はドラムに戻ってこられず、カブリとなる。

【００７６】本発明では、現像スリーブ３上の正規トナ
ーを感光ドラム１の非画像部ＶＤ部に｜Ｖｍａｘ−ＶＤ
｜／ｄの電界で飛翔させて一旦転移させて低トリボの残
トナーも一緒に引き戻して回収するものである。

【００７７】図６は現像スリーブ３上のトナーが多い時
を模式的に表したも、図７は現像スリーブ３上のトナー
が少ない時を模式的に表したものである。現像スリーブ
３上のトナーが多い場合には、現像スリーブ３上のトナ
ーが感光ドラム１の非画像電位部ＶＤに到達する頻度が
多くなり、回収性が向上する。さらに、感光ドラム１と
現像スリーブ３とのＳ−Ｄギャップｄと現像スリーブ３
上のドラム対向位置でのトナー層厚ａとの比ａ／ｄを大
きくするとトナーの飛翔量Ｌが小さいものでも感光ドラ
ムに到達できるようになる。

【００７８】以下に、実験結果を説明する。Ｓ−Ｄギャ
ップｄと現像スリーブ３上の感光ドラム対向位置でのト
ナー層厚ａとは、独立のパラメータであり、ギャップｄ
は、スペーサコロ部材３２の厚さ（径）を変更して調整
した。

【００７９】尚、ここで、Ｓ−Ｄギャップｄは、現像ス
リーブ３と感光ドラム１を共に回転させながら測定を行
うが、現像スリーブ３、感光ドラム１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。

【００８０】又、Ｓ−Ｄギャップｄが変わると前述した
ように感光ドラム１と現像スリーブ３との間に生じる電
界強度Ｅが変わってしまうため、本例では正規トナーが
非画像部に飛翔する方向の 電界強度｜ＶＤ−Ｖｍａｘ｜／ｄ＝｜−７００−（−１
０００）｜／２００＝１．５（Ｖ／μｍ） が同じになるよう随時変更した。

【００８１】つまり、Ｓ−Ｄギャップｄが変わった分、
正規トナー飛翔バイアスを変更することで同等の電界強
度｜ＶＤ−Ｖｍａｘ｜／ｄが得られるようにした。画像
の濃度はレーザ光量で画像部電位ＶＬを変えて調整し
た。

【００８２】現像スリーブ３上の感光ドラム対向位置で
のトナー層厚ａを変更するのには、現像スリーブ３の粗
さを変えてトナーコート量Ｍ／Ｓを変えることで調整し
た。アルミ素管のスリーブにカーボンと樹脂粒子を分散
した樹脂層をコートしてスリーブを形成し、樹脂粒子の
粒径、含有量等を変えて表面平均粗さＲａ＝０．５〜
２．５μｍ程度のスリーブを作成した。

【００８３】さらには、トナーの平均粒径５〜９μｍ、
マグ量（磁性体量）を８０〜１２０部の範囲で調整して
磁性トナーの穂の形成状態を変えた。粒径が大きい方
向、磁性体量が多い方向でトナーの穂の長さが大きくす
ることができる。

【００８４】また、磁性トナーの場合は、トナー層厚
は、現像スリーブ３内のマグネット４の磁極ピーク上が
最もトナー穂の高さが大きくなること、磁束密度が大き
い方が大きくなる方向であることもわかっているので、
本実施例では、現像スリーブ表面での磁束密度を０．８
ｍＴ、角度は像担持体との対向位置とした。適正範囲
は、像担持体との対向位置±１５°以内に磁極のピーク
の一つを有し、現像スリーブ表面での磁束密度が０．６
〜１．０ｍＴの範囲内で適正に設定すればよい。

【００８５】次に、実験のパラメータを表１に示す。

【００８６】

【表１】

【００８７】トナー層厚（穂の高さ）ａの測定方法は、
現像スリーブ３上の感光ドラム対向位置でレーザ顕微鏡
を用いてスリーブ表面と、トナー層の上部とでピントを
合わせて、その焦点距離の差を求める方法で求められ
る。あるいは、測定部の長手両端部のトナーを拭き取
り、スペーサーを置いて、その上にガラス板を置く方法
を、スペーサーの厚さを１０μｍごとに変えてガラス面
にトナーが付着しなくなる高さで求めることもできる。

【００８８】カブリの評価方法としては、ハーフトーン
パターン６００ｄｐｉの１ｄｏｔ１ｓｐａｃｅ横線画像
を１０枚プリントして、その後、ベタ白画像を出力しベ
タ白のカブリ反射率を求めた。反射率の測定には東京電
飾社製反射濃度計ＴＣ−６ＤＳを用い紙自体の反射率か
ら印字サンプルの反射率を差し引いてトナーによる正味
のカブリ分を算出した。

【００８９】本実験の結果を図８に示す。図８は、横軸
にＳ−Ｄギャップｄ（μｍ）、縦軸に現像スリーブ３上
の感光ドラム対向位置でのトナー層厚ａをとって、カブ
リの結果をプロットしたものである。

【００９０】各プロットした点の横の括弧内に判定結果
を記した。○は、カブリがほとんどわからない（反射濃
度１．５％以下）を示している。○△は、実用上は問題
ないレベル（反射濃度１．５〜２．５％）、×は、実用
に耐えられないことを示している。

【００９１】上記結果より、カブリは、感光ドラム１と
現像スリーブ３とのＳ−Ｄギャップｄと現像スリーブ３
上の感光ドラム対向位置でのトナー層厚ａとの比ａ／ｄ
と相関関係があることがわかった。

【００９２】０．６≦ａ／ｄ＜１．０ の範囲に設定することによって、残トナーの回収性を向
上し、カブリを低減できることがわかった。

【００９３】ａ／ｄが６割以上が良いという意味は、 ．現像スリーブ３上の上層のトナーに感光ドラム方向
に強い電界がかかる点、距離が近いので飛翔量Ｌが小さ
いものも感光ドラム１に到達するということに関して
は、ｄが小さく、ａが大きい方が有利であること ．現像スリーブ３上のトナーの量という点ではｄが大
きい方が（ａを大きくできるので）有利であること これらの二つの方向のバランスから、ａ／ｄと回収性と
が相関があり、０．６以上が良いと考えられる。

【００９４】なお、ａ／ｄが１．０以上の場合、現像ス
リーブ３上のコートされているトナーが直接感光ドラム
１上に接触する場合には、カブリが増大してしまう。こ
れは、現像バイアスが導電性粒子ｍを通って感光ドラム
１に注入する場合が生じるためであると考えられる。

【００９５】以上の点から、０．６≦ａ／ｄ＜１．０が
良いと考えられる。また、ｄについては、１５０〜２５
０μｍがバランスの点から、より適している。

【００９６】この結果は、現像スリーブ３のトナー層の
トナーが感光ドラム１の非画像電位ＶＤ部に到達する頻
度が大きくなることによって、感光ドラム１上にある残
トナーを低トリボのものも一緒に引き戻して回収してい
ることによる効果であると考えられる。現像スリーブ３
上のトナーの量が多いこと、トナーの高さが高いこと、
現像スリーブ３のトナー層の上部のトナーと感光ドラム
１との距離が近いこと、等いくつかの要因が絡み合って
得られる効果だと考えられる。

【００９７】（６）他の実施形態 １）実施形態では画像形成録装置としてレーザプリンタ
を例示したが、これに限られず、電子写真複写機、ファ
クシミリ装置、ワードプロセッサ等他の画像形成装置等
でもよいことは勿論である。

【００９８】２）静電潜像形成のための露光手段として
は、実施形態例の様にデジタル的な潜像を形成するレー
ザ走査露光手段７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ャッター等の組
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。

【００９９】像担持体は静電記録装置の場合には静電記
録誘電体である。静電記録誘電体の場合はこれを帯電装
置で所定の極性・電位に一様に帯電し、その帯電処理面
を除電針アレイや電子銃等の除電手段で選択的に除電処
理して静電潜像を書き込み形成する。

【０１００】３）像担持体はドラム型に限られず、エン
ドレス状或いは有端のベルト型、シート状等であっても
よい。

【０１０１】４）接触帯電部材はローラ型に限られず、
エンドレス状或いは有端のベルト型などのものにするこ
ともできる。

【０１０２】５）現像装置は実施例は一成分磁性トナー
による反転現像装置であるが、現像装置の構成について
特に限定するものではない。正規現像装置であってもよ
い。

【０１０３】６）転写手段はローラ転写に限られず、ベ
ルト転写、コロナ転写などにすることもできる。転写ド
ラムや転写ベルト等の中間転写体（中間被転写部材）な
どを用いて、単色画像ばかりでなく、多重転写等により
多色やフルカラー画像を形成する画像形成装置であって
もよい。

【０１０４】７）直接注入帯電は接触帯電部材から被帯
電体部分に電荷が直接移動することをその帯電機構とす
るから、接触帯電部材が十分に被帯電体表面に接触する
必要があり、被帯電体に対して接触帯電部材を周速差を
持たせて回転させることが望ましい。接触帯電部材と被
帯電体との速度差は、具体的には接触帯電部材面を移動
駆動して被帯電体との間に速度差を設けることになる。
好ましくは接触帯電部材を回転駆動し、さらにその回転
方向は被帯電体表面の移動方向とは逆方向に回転するよ
うに構成するのがよい。接触帯電部材面を被帯電体表面
の移動方向と同じ方向に移動させて速度差をもたせるこ
とも可能であるが、直接注入帯電の帯電性は被帯電体の
周速と接触帯電部材の周速の比に依存するため、逆方向
と同じ周速比を得るには順方向では接触帯電部材の回転
数が逆方向の時に比べて大きくなるので、接触帯電部材
を逆方向に移動させる方が回転数の点で有利である。こ
こで記述した周速比は 周速比（％）＝（接触帯電部材周速−被帯電体周速）／
被帯電体周速×１００ である（接触帯電部材周速は接触部において接触帯電部
材表面が被帯電体表面と同じ方向に移動するとき正の値
である）。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
電性粒子を用いた接触帯電を用い、非接触現像で導電性
粒子の供給と転写残トナーの回収を行う現像装置とを備
える画像形成装置、および該画像形成装置本体に対して
着脱自在のプロセカートリッジについて、現像部でのト
ナーの回収性を向上して、転写残トナーが多くなった場
合においても画像カブリを低減して、良好な画像形成を
行うこと、また、転写残トナーの回収性が良くなるの
で、接触帯電部材のトナー汚染を減少し、帯電を安定化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従う画像形成装置例の概略構成図

【図２】 画像形成装置本体から抜き外した状態のプロ
セスカートリッジの概略構成図

【図３】 Ｓ−Ｄギャップｄと該ギャップ部での現像剤
層厚ａの説明図

【図４】 スペーサコロによるＳ−Ｄギャップｄの形成
説明図

【図５】 現像スリーブ側から感光ドラム側への導電性
粒子の供給の電位関係説明図

【図６】 現像部位でのトナー回収の電位の関係を説明
する図（その１）

【図７】 現像部位でのトナー回収の電位の関係を説明
する図（その２）

【図８】 実験結果のグラフ（横軸にＳ−Ｄギャップ、
縦軸に現像スリーブ上の感光ドラム対向位置でのトナー
層厚をとって、カブリの結果をプロットしたもの）

【符号の説明】

１・・感光ドラム（像担持体）、２・・帯電ローラ（帯
電部材）、３・・現像スリーブ（現像剤担持体）、Ｔ・
・トナー（現像剤）、ｍ・・導電性粒子、６・・現像装
置、１０・・プロセスカートリッジ

───────────────────────────────────────────────────── 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 15/02 １０１ Ｇ０３Ｇ 15/02 １０２ １０２ 15/06 １０１ 15/06 １０１ 15/09 Ｚ 15/09 15/08 ５０７Ｂ ５０７Ｌ (72)発明者 川村 武志 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） 2H031 AC08 AC14 AC15 AC19 AC20 AC30 AC34 AD05 AD09 BA01 CA11 EA01 FA05 2H068 AA03 AA05 AA06 BB06 BB31 BB59 CA37 2H073 AA05 BA04 BA09 BA13 CA02 CA14 2H077 AA37 AC16 AD02 AD06 AD13 AD18 AD23 AD36 BA03 BA07 BA09 EA16 GA17 2H200 GA23 GA34 GA46 GA54 GA57 GA59 GB37 HA02 HA28 HB12 HB17 HB23 JA02 LA19 LA29 LA38

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】像担持体と、導電性粒子を担持して像担持
   体に当接して像担持体を帯電する帯電部材と、像担持体
   の帯電面に形成された静電潜像を導電性粒子を含む現像
   剤により可視化する現像装置と、像担持体面に形成され
   た現像剤像を記録媒体に転写させる転写装置を有し、現
   像装置は、像担持体と間隔を保って対向配設された現像
   剤担持体に導電性粒子を含む現像剤を担持させて像担持
   体面の静電潜像を現像するとともに、現像剤像を記録媒
   体に転写させた後に像担持体面に残留する転写残現像剤
   を回収し、帯電部材は現像剤像を記録媒体に転写させた
   後に像担持体面に残留する導電性粒子を捕獲することで
   現像装置から導電性粒子の供給を受けて帯電を繰り返し
   行なう画像形成装置において、 像担持体との対向位置における現像剤担持体上の現像剤
   層の厚さをａ、像担持体との対向位置における現像剤担
   持体表面と像担持体表面との距離をｄとしたとき、 ０．６≦ａ／ｄ＜１．０ であることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】像担持体との対向位置における現像剤担持
   体表面と像担持体表面との距離ｄが１５０［μｍ］以上
   ２５０［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１に
   記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】現像剤担持体内にはマグネットが配設さ
   れ、現像剤担持体内に配設されるマグネットが像担持体
   との対向位置±１５°以内に磁極のピークの一つを有
   し、現像剤担持体表面での磁束密度が０．６〜１．０
   ［ｍＴ］であることを特徴とする請求項１または２に記
   載の画像形成装置。
4. 【請求項４】導電性粒子は、粒子抵抗が１０^-1［Ω・ｃ
   ｍ］以上１０¹²［Ω・ｃｍ］以下であり、粒径が０．５
   ［μｍ］以上１０［μｍ］以下であることを特徴とする
   請求項１から３の何れかに記載の画像形成装置。
5. 【請求項５】帯電部材は、像担持体との接触部が像担持
   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
   を特徴とする請求項１から４の何れかに記載の画像形成
   装置。
6. 【請求項６】帯電部材は、像担持体との接触部が像担持
   体の周面の移動方向と逆方向に移動可能であることを特
   徴とする請求項１から５の何れかに記載の画像形成装
   置。
7. 【請求項７】像担持体は、表面の抵抗が１×１０⁹［Ω
   ・ｃｍ］以上、１×１０¹⁴［Ω・ｃｍ］以下であるとと
   もに、表面エネルギーが８５度以上であることを特徴と
   する請求項１から６の何れかに記載の画像形成装置。
8. 【請求項８】現像剤担持体に像担持体の電位に対して現
   像剤が飛翔する方向の電界と、引き戻す方向の電界とを
   交互に形成する交互電圧を印加可能であることを特徴と
   する請求項１から６の何れかに記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】少なくとも、像担持体と、帯電部材と、現
   像装置を包含させて、画像形成装置本体に対し着脱自在
   のプロセスカートリッジとしたことを特徴とする請求項
   １から８の何れかに記載の画像形成装置。
10. 【請求項１０】像担持体と、導電性粒子を担持して像担
    持体に当接して像担持体を帯電する帯電部材と、像担持
    体の帯電面に形成された静電潜像を導電性粒子を含む現
    像剤により可視化する現像装置と、像担持体面に形成さ
    れた現像剤像を記録媒体に転写させる転写装置を有し、
    現像装置は、像担持体と間隔を保って対向配設された現
    像剤担持体に導電性粒子を含む現像剤を担持させて像担
    持体面の静電潜像を現像するとともに、現像剤像を記録
    媒体に転写させた後に像担持体面に残留する転写残現像
    剤を回収し、帯電部材は現像剤像を記録媒体に転写させ
    た後に像担持体面に残留する導電性粒子を捕獲すること
    で現像装置から導電性粒子の供給を受けて帯電を繰り返
    し行なう画像形成装置の画像形成装置本体に対して着脱
    可能なプロセスカートリッジであり、 少なくとも、像担持体と、帯電部材と、現像装置を包含
    させ、像担持体との対向位置における現像剤担持体上の
    現像剤層の厚さをａ、像担持体との対向位置における現
    像剤担持体表面と像担持体表面との距離をｄとしたと
    き、 ０．６≦ａ／ｄ＜１．０ であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
11. 【請求項１１】像担持体との対向位置における現像剤担
    持体表面と像担持体表面との距離ｄが１５０［μｍ］以
    上２５０［μｍ］以下であることを特徴とする請求項１
    ０に記載のプロセスカートリッジ。
12. 【請求項１２】現像剤担持体内にはマグネットが配設さ
    れ、現像剤担持体内に配設されるマグネットが像担持体
    との対向位置±１５°以内に磁極のピークの一つを有
    し、現像剤担持体表面での磁束密度が０．６〜１．０
    ［ｍＴ］であることを特徴とする請求項１０または１１
    に記載のプロセスカートリッジ。
13. 【請求項１３】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］以下であることを特徴とす
    る請求項１０から１２の何れかに記載のプロセスカート
    リッジ。
14. 【請求項１４】帯電部材は、像担持体との接触部が像担
    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
    とを特徴とする請求項１０から１３の何れかに記載のプ
    ロセスカートリッジ。
15. 【請求項１５】帯電部材は、像担持体との接触部が像担
    持体の周面の移動方向と逆方向に移動可能であることを
    特徴とする請求項１０から１４の何れかに記載のプロセ
    スカートリッジ。
16. 【請求項１６】像担持体は、表面の抵抗が１×１０
    ⁹［Ω・ｃｍ］以上、１×１０¹⁴［Ω・ｃｍ］以下であ
    るとともに、表面エネルギーが８５度以上であることを
    特徴とする請求項１０から１５の何れかに記載のプロセ
    スカートリッジ。
17. 【請求項１７】現像剤担持体に像担持体の電位に対して
    現像剤が飛翔する方向の電界と、引き戻す方向の電界と
    を交互に形成する交互電圧を印加可能であることを特徴
    とする請求項１０から１６の何れかに記載のプロセスカ
    ートリッジ。