JP2003316120A

JP2003316120A - プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003316120A
Application number: JP2002120298A
Authority: JP
Inventors: Keiji Okano; 啓司岡野; Masahiro Yoshida; 雅弘吉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】直接注入帯電機構・クリーナレスのドラム表面
クリーニング性が向上したプロセスプロセスカートリッ
ジ及び画像形成装置を提供する。【解決手段】回転可能な像担持体１と、像担持体１とニ
ップ部ｎを形成して接触し、速度差を持って回転可能な
帯電部材２を有し、導電粒子ｍが像担持体１に担持され
てニップ部ｎへ搬送される帯電装置とを有するプロセス
カートリッジにおいて、像担持体１の回転数に対する削
れ速度が1.5×10^-2μm/10³回転〜4.0×10^- ²μm/10³回転
の範囲に設定される。像担持体１の周速度をVd(mm/se
c)、帯電部材の周速度をVc(mm/sec)として、帯電部材と
像担持体との単位長手長当り当接圧f(g/mm)とした時、
ｆ・｜Vc- Vd｜/ Vdが4.1〜8.1g/mmである。帯電部材２
は、像担持体１に対して単位長手長当りf=2.3〜4.5g/mm
の圧力で当接する。帯電部材２は、多孔体表面を有する
弾性体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプロセスカートリッ
ジ及び画像形成装置に関する。

【０００２】より具体的には、像担持体の帯電手段が導
電粒子を用いた接触帯電装置であるプロセスカートリッ
ジ及び電子写真複写機・プリンタなどの画像形成装置に
関するものである。

【０００３】

【従来の技術】（Ａ）プロセスカートリッジ従来、電子
写真画像形成プロセスを用いた電子写真画像形成装置に
おいては、像担持体としての電子写真感光体と、前記電
子写真感光体に作用するプロセス手段としての帯電手
段、現像手段、クリーニング手段のうち少なくとも１つ
と、を一体的にプロセスカートリッジ化して、このプロ
セスカートリッジを電子写真画像形成装置本体に着脱可
能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。

【０００４】このプロセスカートリッジ方式によれば、
装置のメンテナンスをサービスマンによらずにユーザー
自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させ
ることができる。そこで、このプロセスカートリッジ方
式は、電子写真画像形成装置において広く用いられてい
る。

【０００５】（Ｂ）トナーリサイクルプロセス（クリー
ナレスシステム）転写方式の画像形成装置においては、
転写後の像担持体に残存する転写残りの現像剤（転写残
トナー）はクリーニング装置（クリーナ）によって像担
持体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。

【０００６】そこで、クリーナをなくし、転写後の像担
持体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」で像担持体上から除去し、現像装置に回収
・再用する装置構成にしたトナーリサイクルプロセス
（トナーリサイクルシステム、クリーナレスシステム）
の画像形成装置も出現している。

【０００７】「現像同時クリーニング」とは、転写後に
像担持体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即
ち、電子写真方式においては引き続き像担持体を帯電
し、露光して潜像を形成し、この潜像を現像する時にか
ぶり取りバイアス（現像装置に印加する直流電圧と像担
持体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂ
ａｃｋ）によって回収する方法である。

【０００８】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、或いはプロセス
カートリッジを大幅に小型化することができるようにな
る。

【０００９】トナーリサイクルプロセスでは、転写残ト
ナーを接触帯電部材に一度取り込み、再利用できる状態
（本来のトナーの電荷量）にして像担持体を介して現像
装置に戻すことにより、再度現像に使う、或いは、不要
なら回収する。これにより、トナーリサイクルが可能と
なっている。ここで用いる帯電装置には、像担持体を帯
電することのほかに、転写残トナーの回収及びトナーの
再帯電が必要になる。

【００１０】（Ｃ）粒子帯電（粉末塗布型）像担持体と
接触帯電部材とで形成する帯電接触部に非磁性の導電粒
子を存在させた状態で、直接注入帯電により像担持体帯
電させる帯電装置（粉末塗布型直接注入帯電装置）と、
それを利用したトナーリサイクルプロセス（クリーナレ
スシステム）の画像形成装置が提案されている。

【００１１】現像装置の現像剤に含有させた導電粒子
は、静電潜像の現像時に、トナーと共に適当量が像担持
体に移行する。像担持体上のトナー像は、転写ニップ部
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、像担持体上の導電粒子は、導電性であ
ることで転写材側に積極的には転移せず、実質的に像担
持体上に付着保持されて残留する。そして、転写材への
トナー像の転写後の像担持体の表面に残存する導電粒子
は、転写残トナーとともに像担持体の回転によって帯電
ニップ部にそのまま持ち運ばれる。

【００１２】このようにして、帯電ニップ部に導電粒子
が存在した状態で像担持体の接触帯電が行われる。

【００１３】この導電粒子の存在により、接触帯電部材
としての帯電ローラの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、帯電ローラによる像担持体の直
接注入帯電を行わせることができる。つまり、帯電ロー
ラが導電粒子を介して密に像担持体に接触して、又、帯
電ニップ部に存在する導電粒子が像担持体の表面を隙間
なく摺擦することで、放電現象を用いない安定且つ安全
な直接注入帯電によって高い帯電効率が得られ、帯電ロ
ーラに印加した電圧とほぼ同等の電位を像担持体に与え
ることができる。

【００１４】また、転写材に対するトナー像の転写後の
像担持体の表面に残留する転写残トナーは、クリーナで
除去されることなく、像担持体の回転に伴い帯電ニップ
部を経由して現像部に至り、現像装置により現像同時ク
リーニング（回収）される。像担持体の回転により帯電
ニップ部に到達し、帯電ローラに付着・混入した転写残
トナーは、帯電ローラから徐々に像担持体上に吐き出さ
れ、像担持体の表面の移動と共に現像部に至り、現像装
置により現像同時クリーニング（回収）される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
上記したような粉末塗布型直接注入帯電装置を用いたク
リーナレス装置での像担持体のクリーニング性に関して
は、あまり配慮されていなかった。クリーナレスなの
で、像担持体表面を均一に摩耗させることは難しく、削
れが少なすぎると像担持体上に現像剤等が融着する場
合、像担持体表面にキズがついて画像に縦スジになる場
合もあった。

【００１６】本発明の目的は、粉末塗布型直接注入帯電
装置を用いたクリーナレス装置での直接注入帯電機構に
よる帯電性能の安定化と像担持体のクリーニング性とを
両立するプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供
することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とするプロセスカートリッジ及び画像形成装置であ
る。

【００１８】（１）回転可能な像担持体と、前記像担持
体とニップ部を形成し、前記像担持体と速度差を持って
回転可能な帯電部材と、を有し、導電粒子が前記ニップ
部へ介在する、画像形成装置本体に着脱可能なプロセス
カートリッジにおいて、前記像担持体の回転数に対する
削れ速度が１．５×１０^-2μｍ／１０³回転〜４．０×
１０^-2μｍ／１０³回転の範囲に設定されることを特徴
とするプロセスカートリッジ。

【００１９】（２）前記像担持体の周速度をＶｄ（ｍｍ
／ｓｅｃ）、前記除電の周速度をＶｃ（ｍｍ／ｓｅｃ）
として、前記帯電部材と前記像担持体との単位長手長当
り当接圧ｆ（ｇ／ｍｍ）とした時、ｆ・｜Ｖｃ−Ｖｄ｜
／Ｖｄが４．１〜８．１ｇ／ｍｍであることを特徴とす
る（１）に記載のプロセスカートリッジ。

【００２０】（３）前記帯電部材は、前記像担持体に対
して単位長手長当りｆ＝２．３〜４．５ｇ／ｍｍの圧力
で当接することを特徴とする（１）又は（２）に記載の
プロセスカートリッジ。

【００２１】（４）前記帯電部材は、多孔体表面を有す
る弾性体を備えることを特徴とする（１）又は（２）又
は（３）に記載のプロセスカートリッジ。

【００２２】（５）前記像担持体へ導電粒子を供給する
供給手段を備え、この供給手段が前記像担持体に形成さ
れた静電像を現像剤で現像する現像手段であり、現像剤
は、トナーと前記導電粒子とを備え、さらに、前記現像
手段は、前記像担持体に残留するトナーを回収可能であ
ることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載
のプロセスカートリッジ。

【００２３】（６）前記導電粒子は、粒径０．５〜４μ
ｍであることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか
に記載のプロセスカートリッジ。

【００２４】（７）回転可能な像担持体と、前記像担持
体とニップ部を形成し、前記像担持体と速度差を持って
回転可能な帯電部材と、を有し、導電粒子が前記ニップ
部へ介在する画像形成装置において、前記像担持体の削
れ量が１．５×１０^-2μｍ／１０³回転〜４．０×１０
^-2μｍ／１０³回転の範囲に設定されることを特徴とす
る画像形成装置。

【００２５】（８）前記像担持体の周速度をＶｄ（ｍｍ
／ｓｅｃ）、前記帯電部材の周速度をＶｃ（ｍｍ／ｓｅ
ｃ）として、前記帯電部材と前記像担持体との単位長手
長当り当接圧ｆ（ｇ／ｍｍ）とした時、ｆ・｜Ｖｃ−Ｖ
ｄ｜／Ｖｄが４．１〜８．１ｇ／ｍｍであることを特徴
とする（７）に記載の画像形成装置。

【００２６】（９）前記帯電部材は、前記像担持体に対
して単位長手長当りｆ＝２．３〜４．５ｇ／ｍｍの圧力
で当接することを特徴とする（７）又は（８）に記載の
画像形成装置。

【００２７】（１０）前記帯電部材は、多孔体表面を有
する弾性体を備えることを特徴とする（７）又は（８）
又は（９）に記載の画像形成装置。

【００２８】（１１）前記像担持体へ導電粒子を供給す
る供給手段を備え、この供給手段が前記像担持体に形成
された静電像を現像剤で現像する現像手段であり、現像
剤は、トナーと前記導電粒子とを備え、さらに、前記現
像手段は、前記像担持体に残留するトナーを回収可能で
あることを特徴とする（７）乃至（１０）のいずれかに
記載の画像形成装置。

【００２９】（１２）前記導電粒子は、粒径０．５〜４
μｍであることを特徴とする（７）乃至（１１）のいず
れかに記載の画像形成装置。

【００３０】（１３）前記画像形成装置は、前記帯電部
材により前記像担持体を帯電させ、像露光装置により前
記像担持体の像担持面を像露光して静電像を形成し、前
記像担持体上の静電像を前記現像手段により現像剤で現
像し、その後前記像担持体上の現像剤像を被転写体へ転
写する各工程を含む作像プロセスにより画像を形成し、
転写工程後の前記像担持体表面に残留する現像剤を少な
くとも前記帯電部材に一時担持し、再び像担持体表面に
転移させて前記現像手段に回収可能であることを特徴と
する（１１）に記載の画像形成装置。

【００３１】（１４）前記現像手段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り、非
画像形成時に画像形成時に比して前記バイアスの交互電
界成分を変化させて印加させることを特徴とする（１
３）に記載の画像形成装置。

【００３２】（１５）前記（１）乃至（６）のいずれか
に記載のプロセスカートリッジは、画像形成装置の本体
に着脱可能であることを特徴とする（１３）又は（１
４）の画像形成装置。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプロセスカー
トリッジ及び画像形成装置を図面に則して更に詳しく説
明する。

【００３４】図１は本発明に従う画像形成装置１００の
概略構成模式図である。この画像形成装置１００は、転
写式電子写真プロセスを利用した、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）の
レーザビームプリンタである。

【００３５】（１）画像形成装置１００の全体的な構成画像形成装置１００は、像担持体として、本実施例では
φ２４ｍｍの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」と呼ぶ。）１を有する。
感光ドラム１は図中矢印の時計方向に周速度８６ｍｍ／
ｓｅｃ（＝プロセススピードＰＳ、印字速度）の一定速
度をもって回転駆動される。感光ドラム１についてはさ
らに別項で詳述する。

【００３６】そして、画像形成装置１００は、粒子帯電
型（粉末塗布型）の接触帯電部材である帯電ローラ２
と、この帯電ローラ２に対する帯電バイアス印加電源Ｓ
１とを備える帯電装置２Ａを有している。

【００３７】帯電ローラ２は、芯金２ａと、この芯金２
ａの外周に同心一体にローラ状に形成したゴム或いは発
泡体の弾性・中抵抗層（以下、「弾性層」と呼ぶ。）２
ｂからなり、更に、弾性層２ｂの外周面に導電粒子ｍを
担持させて構成される。本実施例では、ローラ外径φ１
８ｍｍ、芯金径φ６ｍｍである。この帯電ローラ２は感
光ドラム１に所定の侵入量をもって押圧当接させて、所
定幅の帯電接触部（帯電ニップ部）ｎを形成させてい
る。帯電ローラ２に担持させた導電粒子ｍが、帯電ニッ
プ部ｎにおいて感光ドラム１の表面に接触する。帯電ロ
ーラの当接条件については、さらに別項で詳述する。

【００３８】帯電ローラ２は、感光ドラム１と同じ図中
矢印の時計方向に回転駆動され、帯電ニップ部ｎにおい
て感光ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）で回
転することで、導電粒子ｍを介して感光ドラム１の表面
に対して速度差をもって接触する。本実施例では、感光
ドラム１と帯電ローラ２とは、帯電ニップ部ｎにおい
て、互いに逆方向に等速（周速度）で回転駆動される。
本実施例では、帯電ローラ２と感光ドラム１とを、感光
ドラム１の周速度を１００％として、帯電ローラ２を８
０％の周速度にて回転駆動している。周速度について
は、さらに別項で詳述する。

【００３９】画像形成装置１００の画像形成時には、帯
電ローラ２の芯金２ａに帯電バイアス印加電源Ｓ１から
所定の帯電バイアス電圧が印加される。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・
電位に一様に接触帯電処理される。本実施例では帯電ロ
ーラ２の芯金２ａに帯電バイアス印加電源Ｓ１から−６
１０Ｖの帯電バイアスを印加して、感光ドラム１の表面
にその印加帯電バイアスとほぼ同じ帯電電位（−６００
Ｖ）を得た。

【００４０】帯電ローラ２の外周面に塗布されている導
電粒子ｍは、帯電ローラ２による感光ドラム１の帯電と
ともに感光ドラム１の表面に付着して持ち去られる。そ
して、一部は転写材Ｐに転写される。従って、それを補
うために帯電ローラ２に対する導電粒子の供給手段を必
要とする。後述するように、本実施例では、現像装置４
が導電粒子ｍの供給手段として機能する。

【００４１】画像形成装置１００は、像露光を行う露光
装置（光学系）として、レーザダイオード、ポリゴンミ
ラーなどを備えるレーザビームスキャナ２を有する。こ
のレーザビームスキャナ３は、目的の画像情報の時系列
電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレー
ザ光Ｌを出力し、このレーザ光Ｌで感光ドラム１の一様
帯電面を走査露光する。この走査露光により感光ドラム
１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成さ
れる。

【００４２】感光ドラム１上に形成された静電潜像は、
次いで現像装置４によって現像される。本実施例では、
現像装置４は、負帯電性の一成分磁性現像剤（ネガトナ
ー）を用いた反転現像装置である。現像装置４の現像容
器（現像装置本体）４ｅ内には、詳しくは後述するよう
に、現像剤としてのトナーｔと導電粒子ｍとの混合剤ｔ
＋ｍを収容させてある。

【００４３】現像装置４は、現像剤担持体として、マグ
ネットロール４ｂを内包させた、非磁性回転現像スリー
ブで構成される現像ローラ４ａを有する。現像容器４ｅ
内に備える混合剤ｔ＋ｍ内のトナーｔは、現像ローラ４
ａ上を搬送される過程において、現像剤層厚規制部材で
ある現像ブレード４ｅで層厚規制及び電荷付与を受け
る。又、現像装置４は、現像容器４ｅ内の混合剤ｔ＋ｍ
の循環を行い、順次現像ローラ４ａの周辺に混合剤ｔ＋
ｍを搬送する攪拌部材４ｄを有する。

【００４４】現像ローラ４ａにコートされたトナーｔ
は、現像ローラ４ａの回転により、感光ドラム１と現像
ローラ４ａとの対向部である現像部位（現像領域）ａに
搬送される。又、現像ローラ４ａには現像バイアス印加
電源Ｓ２より現像バイアス電圧が印加される。本実施例
では、現像バイアス電圧は、ＤＣ電圧とＡＣ電圧の重畳
電圧とした。これにより、感光ドラム１に形成された静
電潜像がトナーｔにより反転現像される。

【００４５】図２に現像ローラ４ａ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
ローラ４ａ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
像ローラ４ａから感光ドラム１へ飛翔する。

【００４６】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ローラ４ａから感光ドラム１
へ飛翔する。このようにして、現像ローラ４ａ上から感
光ドラム１へ導電性粒子ｍの供給を行う。

【００４７】本発明では、非画像形成時にも現像バイア
スを印加する。これは、ドラム上の現像剤を非画像時に
も回収する目的と、導電粒子を感光ドラム１の表面を均
一に研磨する粒子としても使う目的を兼ねて行う。非画
像形成時には、ドラムの電位は長手方向に均一にできる
ので、導電性粒子ｍを長手方向に均一に供給できるメリ
ットがある。非画像時の現像バイアスは、画像形成時に
比して交流電圧を変化させ、Ｖｐｐを大きくするあるい
は、ｄｕｔｙ比を変えて導電性粒子ｍの供給量を適正化
した。

【００４８】ここで、現像剤である１成分磁性現像剤
（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、分級の各工程を経て作製し、更に
帯電粒子ｍや流動化剤などを外添剤として添加して作製
したものである。トナーの平均粒径（Ｄ４）は、本実施
例では７μｍであった。

【００４９】又、本実施例では、導電粒子ｍは、トナー
ｔ１００重量部に対して２重量部添加（外添）した。導
電粒子については、後述する。

【００５０】感光ドラム１に形成されたトナー像は、次
いで接触転写手段としての中抵抗の転写ローラ６により
被記録材としての転写材Ｐに転写される。転写ローラ６
は、感光ドラム１に所定の押圧力で圧接させて転写ニッ
プ部ｂを形成させてある。この転写ニップ部ｂに給紙部
（図示せず）から所定のタイミングで転写材Ｐが給紙さ
れ、且つ、転写ローラ６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が印加されることで、感光ド
ラム１に形成されたトナー像が転写ニップ部ｂに給紙さ
れた転写材Ｐの表面に順次に転写されていく。

【００５１】本実施例で使用した転写ローラ６は、芯金
６ａに中抵抗発砲層６ｂを形成した、ローラ抵抗値５×
１０⁸Ωのものであり、＋２．０ｋＶの電圧を芯金６ａ
に印加して転写を行った。転写ニップ部ｂに導入された
転写材Ｐは、この転写ニップ部ｂを挟持搬送されて、そ
の表面側に感光ドラム１の表面に形成担持されているト
ナー像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。

【００５２】転写ニップ部ｂに給紙されて感光ドラム１
から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、本実施例では熱定着方式とされ
る定着装置７に導入され、トナー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。

【００５３】そして、感光ドラム１は再度帯電ローラ２
により帯電され、繰り返して画像形成に用いられる。

【００５４】本実施例では、導電粒子ｍは現像装置４の
トナーｔに添加してあり、感光ドラム１上の静電潜像の
現像時にトナーｔと共に感光ドラム１の表面に付着し、
感光ドラム１の回転で帯電ニップ部ｎに持ち運ばれる。
つまり、導電粒子ｍは、感光ドラム１を介して帯電ロー
ラ２に供給される。

【００５５】即ち、本実施例の画像形成装置１００はト
ナーリサイクルプロセスを採用しており、画像転写後の
感光ドラム１の表面上に残留した転写残トナーｔ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、感光ドラム１の回転に伴い帯電ニップ部ｎに持ち運
ばれて、帯電ニップ部ｎにおいて感光ドラム１の回転に
対してカウンター回転する帯電ローラ２に一時的に回収
される。そして、このトナーｔは、帯電ローラ２の外周
を周回するにつれて、反転したトナー電荷が正規化（本
実施例では負極性に）され、順次に感光ドラム１に吐き
出される。そして、このトナーｔは、感光ドラム１の回
転に伴って現像部位ａに至り、現像装置４により現像同
時クリーニングにて回収・再利用される。つまり、次工
程以降の現像時、即ち、引き続き感光ドラム１を帯電ロ
ーラ２によって帯電し、露光して潜像を形成し、この潜
像を現像する時に、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。本実施
例のように反転現像方式の場合では、この現像同時クリ
ーニングは、感光ドラム１の暗部電位から現像ローラ４
ａにトナーを回収する電界と、現像ローラ４ａから感光
ドラム１の明部電位へトナーを付着させる電界の作用で
なされる。

【００５６】（２）感光ドラム１感光ドラム１について更に詳しく説明する。図３は感光
ドラムの層構成の模式図である。図３の（ａ）は電荷注
入層１５付きの感光ドラム１ａ、（ｂ）は電荷注入層の
ない感光ドラム１ｂの層構成の模式図である。

【００５７】（ｂ）に示す電荷注入層のない感光ドラム
１ｂは、アルミドラム基体（Ａｌドラム基体）１１上
に、下引き層１２、電荷発生層１３、電荷輸送層１４の
順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムであ
る。

【００５８】（ａ）に示す電荷注入層１５付きの感光ド
ラム１ａは、上記の（ｂ）に示す感光ドラム１ｂに、更
に電荷注入層１５を塗布することにより、帯電性能を向
上したものである。

【００５９】電荷注入層１５は、バインダーとしての硬
化型のフェノール樹脂に、導電性粒子（導電フィラー）
としてのＳｎＯ₂超微粒子１５ａ（径が約０．０３μ
ｍ）、重合開始剤などを混合分散し、塗工後、光硬化法
により膜形成したものである。

【００６０】又、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１の表面の表面
エネルギーを抑えて、導電粒子ｍの付着を全般的に抑え
る効果がある。その表面エネルギーは、水の接触角で表
すと、好ましくは８５度以上、更に好ましくは９０度以
上とする。

【００６１】又、帯電性能の観点から表層の抵抗は重要
なファクターとなる。直接注入帯電方式においては、像
担持体側の抵抗を下げることで、１つの注入ポイント
（接触ポイント）あたり、帯電できる像担持体表面の面
積が広くなると考えられる。従って、帯電ローラ２が同
じ接触状態であっても、像担持体表面の抵抗が低い場
合、効率よく電荷の授受が可能となる。一方、像担持体
としては、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１５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。

【００６２】本発明では、ドラム表面のクリーニング性
の観点から表層の硬度特性を次の範囲のものを用いる。
電荷注入層の膜厚をｄ（μｍ）とした時、電荷注入層上
で測定した弾性変形率Ｗｅ（ＯＣＬ）（％）と該感光層
上で測定した弾性変形率Ｗｅ（ＣＴＬ）（％）の関係が
下記の近似式（１）を満たす場合に、帯電性とクリーニ
ング性とに良好な性能を示す。

【００６３】 −０．７１×ｄ＋Ｗｅ（ＣＴＬ）≦Ｗｅ（ＯＣＬ） ≦０．０３×ｄ³−０．８９×ｄ²＋８．４３×ｄ＋Ｗｅ（ＣＴＬ）・・・・・・式（１）但し、Ｗｅ％＝Ｗｅ／（Ｗｅ＋Ｗｒ）×１００Ｗｅ：弾性変形の仕事量（ｎＪ）、Ｗｒ：塑性変形の仕
事量（ｎＪ）なお、測定環境は２３℃／５５％ＲＨである。

【００６４】ここで、弾性変形率Ｗｅ％は、ドイツ・フ
ィッシャー（株）社製硬度計（Ｈ１００ＶＰ−ＨＣＵ）
を用いて測定した。以後、これをフィッシャー硬度計と
呼ぶ。測定環境は、全て２３℃／５５％ＲＨの環境下で
行った。フィッシャー硬度計は、従来のマイクロビッカ
ース法のように、圧子を試料表面に押し込み、除荷後の
残留くぼみを顕微鏡で測定し硬さを求める方法ではな
く、圧子に連続的に荷重をかけ、荷重下での押し込み深
さを直読し、連続的硬さを求める方法である。

【００６５】図４に測定結果の一例を示す。弾性変形率
の測定は、次の様にして求められる。四角錐で先端の対
面角１３６゜のダイヤモンド圧子で荷重をかけ、膜に１
μｍまで押し込み、その後、荷重を減少させて荷重が０
になるまでの押し込み深さと荷重を測定する。図４にお
いて、Ａ→Ｂ→Ｃとなる。この時、弾性変形の仕事量Ｗ
ｅ（ｎＪ）は、図４中のＣ−Ｂ−Ｄ−Ｃで囲まれる面積
で表され、塑性変形の仕事量Ｗｒ（ｎＪ）は、図４中の
Ａ−Ｂ−Ｃ−Ａで囲まれる面積で表される。本発明に記
載の弾性変形率Ｗｅ％は、下記式（２）で表される。

【００６６】Ｗｅ％＝Ｗｅ／（Ｗｅ＋Ｗｒ）×１００・・・・式（２）一般に、弾性とは外力によってひずみ（変形）を受けた
物体がそのひずみを元に戻そうとする性質であり、その
物体が弾性限界を超すか、又はその他の影響で外力を取
り去った後もひずみの一部として残るのが塑性変形分で
ある。つまり、弾性変形率Ｗｅ％の値が大きいほど弾性
変形分が大きく、Ｗｅ％の値が小さいほど塑性変形分が
大きいことを意味する。

【００６７】式（１）に示す左辺｛−０．７１×ｄ＋Ｗ
ｅ（ＣＴＬ）｝は、ある実施例の近似式であるが、電荷
注入層膜厚が１〜８μｍまでほぼ直線で近似できたた
め、膜厚に対して一次式となっている。電荷注入層上で
の弾性変形率がこの左辺より大きい時は問題なく、小さ
い時は電荷注入層が感光層よりもかなり脆い膜であるこ
とより、キズが付き易くなる。右辺｛０．０３×ｄ³−
０．８９×ｄ²＋８．４３×ｄ＋Ｗｅ（ＣＴＬ）｝は、
ある実施例の近似式であるが、電荷注入層上での弾性変
形率Ｗｅ（ＯＣＬ）（％）がこれを越えるまではほとん
ど問題なく、これを越える時は、高湿下における耐久に
よりカブリが生じる。

【００６８】電荷注入層に用いられる導電性粒子として
は、金属、金属酸化物及びカーボンブラック等が挙げら
れる。金属としては、アルミニウム、亜鉛、銅、クロ
ム、ニッケル、銀及びステンレス等、又はこれらの金属
をプラスチックの粒子の表面に蒸着したもの等が挙げら
れる。金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸
化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマ
ス、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンやタ
ンタルをドープした酸化スズ及びアンチモンをドープし
た酸化ジルコニウム等が挙げられる。これらは、単独で
用いることも２種以上を組み合わせて用いることもでき
る。２種以上を組み合わせて用いる場合は、単に混合し
ても、固溶体や融着の形にしてもよい。導電性粒子に表
面処理を施しても良い。

【００６９】導電性粒子の平均粒径は、電荷注入層の透
明性の点で０．３μｍ以下が好ましく、特には０．１μ
ｍ以下が好ましい。

【００７０】また、上述した導電性粒子の中でも透明性
の点で金属酸化物を用いることが特に好ましい。

【００７１】潤滑性樹脂としては、フッ素原子含有樹脂
粒子、シリコーン粒子、または、シリカ粒子、アルミナ
粒子等であるが、本発明においては、フッ素原子含有樹
脂粒子が特に好ましい。本発明に用いられるフッ素原子
含有樹脂粒子としては、四フッ化エチレン、三フッ化塩
化エチレン樹脂、六フッ化エチレンプロピレン樹脂、フ
ッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、二フッ化二塩
化エチレン樹脂及びこれらの共重合体の中から１種ある
いは２種以上を適宜選択するのが好ましいが、特に、四
フッ化エチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂が好まし
い。樹脂粒子の分子量や粒子の粒径は適宜選択すること
ができ、特に制限されるものではない。

【００７２】導電性粒子に対するフッ素原子含有化合物
の割合は、粒子の粒径にも影響を受けるが、表面処理済
みの導電性粒子全質量に対し１〜６５質量％が好まし
く、特には１〜５０質量％が好ましい。

【００７３】電荷注入層用の結着樹脂としては、表面硬
度が硬く、耐磨耗性に優れる点から硬化型樹脂がより好
ましい。硬化型樹脂としては、アクリル樹脂、ウレタン
樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂及びフェノール樹
脂等挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本発明においては、硬化型フェノール樹脂が好ましく、
より好ましくはレゾール型のフェノール樹脂である。

【００７４】（３）帯電ローラ２本実施例にて用いる帯電ローラ２は、次の特性を有す
る。

【００７５】３−１）表面構造及び粗さ特性本実施例にて接触帯電部材として用いた帯電ローラ２
は、導電粒子ｍを高密度に担持する必要から、ある程度
の粗さが要求される。平均粗さＲａにして、１μｍ〜５
００μｍが好ましい。さらに、粒子の保持量を最適にし
て、ドラム表面に緻密に接触させて帯電均一性を安定化
するには、１５μｍ〜１５０μｍが最適である。本実施
例では、帯電ローラ２の表面の平均粗さＲａは５０μｍ
であった。

【００７６】上記平均粗さＲａが１μｍよりも小さい
と、導電粒子ｍを担持するための表面積が不足するとと
もに、絶縁物（例えばトナー）などが帯電ローラ２の表
面に付着した場合にその周辺が感光ドラム１に接触でき
なくなり、帯電性能が低下する。又、粒子の保持能力に
ついて考慮した場合、用いる導電粒子ｍの粒径より大き
な粗さを持つことが好ましい。

【００７７】逆に、上記平均粗さＲａが５００μｍより
も大きいと、帯電ローラ２の表面の凹凸が、像担持体表
面内の帯電均一性を低下させることになる。

【００７８】尚、平均粗さＲａの測定には、キーエンス
社製表面形状測定顕微鏡ＶＦ−７５００、ＶＦ７５１０
を用い、対物レンズ２５０倍から１２５０倍を用いた。
そして、非接触にて帯電ローラ２の表面の形状及びＲａ
の測定を行った。

【００７９】３−２）抵抗特性直接注入帯電方式においては、低電圧による帯電を可能
とするため、接触帯電部材の表層を高抵抗にする必要が
なく、帯電ローラ２を単層で構成することができる。

【００８０】体積抵抗については、１０⁴〜１０⁷Ωの範
囲であることが好ましい。１０⁴Ωよりも小さい場合
は、ピンホールリークによる電源の電圧降下を生じ易く
なる。一方、１０⁷Ωよりも大きい場合は、帯電に必要
な電流が確保できなくなり、帯電電圧が低下する。

【００８１】本実施例にて用いた帯電ローラ２の体積抵
抗は、１０⁶Ωであった。

【００８２】３−３）帯電ローラの材質、構造、寸法帯電ローラ２の弾性層２ｂの材質としては、ＥＰＤＭ、
ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲなどに抵抗
調整のためのカーボンブラックや金属酸化物などの導電
性物質を分散したゴム材があげられる。導電性物質を分
散せずにイオン導電性の材料を用いて抵抗調整をするこ
とも可能である。その後必要に応じて表面の粗さ調整、
研磨などによる成型を行う。又、機能分離した複数層に
よる構成も可能である。

【００８３】しかし、帯電ローラ２の弾性層２ｂの形態
としては、多孔体構造が好ましい。前述の表面粗さをロ
ーラの成型と同時に得られるという点で製造的にも有利
である。発泡体のセル径としては、１〜５００μｍが適
切である。更には、３０〜３００μｍが望ましい。発泡
成形した後に、その表面を研磨することにより多孔体表
面を露出させ、前述の粗さを持った表面構造を作製する
ことができる。本実施例では、セル径１５０μｍであっ
た。

【００８４】そして、最終的に、径６ｍｍ、長手長さ２
４０ｍｍの芯金２ａに、多孔体表面を有する層厚６ｍｍ
の弾性層２ｂを形成し、外径１８ｍｍ、肉厚６ｍｍの弾
性層２ｂの長手長さ２２０ｍｍの帯電ローラ２を作製し
た。

【００８５】３−４）その他のローラ特性直接注入帯電方式において、接触帯電部材は柔軟な電極
として機能することが重要である。本実施例において
は、帯電ローラ２の弾性層２ｂの弾性特性を調整して達
成している。アスカーＣ硬度で１５度〜５０度が好まし
い範囲である。本実施例では、１５〜４０度が適切な当
接圧でニップを確保するのに好ましかった。

【００８６】硬度が高すぎると、加圧力を大きくしない
と必要な侵入量が得られず、像担持体との間に帯電ニッ
プ部ｎを確保できないため、帯電性能が低下する。

【００８７】一方、硬度が低すぎると、形状が安定しな
いために、像担持体との接触圧にムラを生じ、帯電ムラ
を生じる。或いは、長期放置による帯電ローラ２の永久
ひずみによる帯電不良を生じる。

【００８８】３−５）ローラのドラムに対する当接構成図５は帯電ローラ２と感光ドラム１の当接構成を示した
ものである。（ａ）は側面図、（ｂ）は途中部分省略の
正面図である。

【００８９】帯電ローラ２は、その芯金２ａの両端部の
芯金２ａをそれぞれフォーク状軸受２ｄに回転自由に軸
受させて感光ドラム１に並行に配列するとともに、両側
のフォーク状軸受２ｄをそれぞれ加圧ばね２ｅにより感
光ドラム方向に加圧することで、感光ドラム１に圧接し
た状態に保持させている。

【００９０】帯電ローラ２の感光ドラム１ヘの侵入量
は、感光ドラム、帯電ローラの径を固定すると、加圧バ
ネの圧力と帯電ローラの硬度との関係から決まり、所定
幅の帯電接触部ｎが形成される。本実施例では、バネ加
圧力４．９〜９．８Ｎ（５００〜１０００ｇｆ）、帯電
ローラの単位長手長当りｆ＝２．２×１０^-2×４．４×
１０^-2Ｎ／ｍｍ（２．３〜４．５ｇ／ｍｍ）の圧力が好
適であった。帯電ローラの硬度が１５〜４０゜の場合
に、ニップ巾約２〜４ｍｍに設定できた。

【００９１】両端部のフォーク状軸受２ｄはそれぞれ不
図示の装置側板に設けたガイド溝に嵌め込まれていて、
感光ドラム１方向にスライド移動自由である。Ｇは帯電
ローラ２の芯金２ａの一端側に固着したドライブギヤで
あり、このドライブギヤＧに不図示の駆動系から回転力
が伝達されて帯電ローラ２の回転駆動がなされる（４）
導電粒子ｍ本実施例では、導電粒子ｍとして、比抵抗が
１０⁶Ω・ｃｍ、平均粒径が２μｍの導電性酸化亜鉛を
用いた。この導電粒子ｍは、本実施例では現像装置４内
に収容される。

【００９２】導電粒子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、或い
は、これらに表面処理を施したものなど、各種導電粒子
が使用可能である。例えば、アルミナ粉、酸化錫をドー
プした酸化チタン粒子を好適に用いうる。

【００９３】導電粒子ｍの抵抗は、粒子を介した電荷の
授受を行うために、比抵抗として１０¹²Ω・ｃｍ以下が
必要であり、好ましくは１０¹⁰Ω・ｃｍ以下が望まし
い。又、導電粒子ｍの抵抗は、現像時の現像バイアスの
リークを考えると、比抵抗で１０^-1Ω・ｃｍ以上とされ
る。

【００９４】抵抗測定は、錠剤法により測定し、正規化
して求めた。即ち、底面積２．２６ｃｍ²の円筒内に凡
そ０．５ｇの導電粒子ｍを入れ、上下電極に１４７Ｎ
（１５ｋｇｆ）の加圧を行うと同時に、１００Ｖの電圧
を印加して抵抗値を計測し、その後正規化して比抵抗を
算出した。

【００９５】又、導電粒子ｍの粒径は、磁気ブラシ帯電
装置を越える高い帯電効率と、帯電均一性を得るため
に、１０μｍ以下が望ましい。ここで、粒子が凝集体を
構成している場合の粒径は、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、電子顕微鏡による
観察から１００個以上抽出し、水平方向最大延長をもっ
て体積粒径分布を算出し、その５０％平均粒径をもって
決定した。

【００９６】導電粒子ｍは一次粒子の状態で存在するば
かりでなく、二次粒子の凝集した状態で存在することも
何ら問題はない。どのような凝集状態であれ、凝集体と
して導電粒子ｍとしての機能が実現できればその形態は
重要ではない。

【００９７】導電粒子ｍは、特に、感光ドラム１の帯電
に用いる場合に潜像露光の妨げにならないように、白色
又は透明に近いことが望ましい。又、導電粒子ｍが感光
ドラム１上から転写材Ｐに一部転写されてしまうことを
考えると、カラー画像形成では、無色或いは白色のもの
が望ましい。更に、画像露光時に導電粒子ｍ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、更にはトナーｔの粒径以下であることが望ましい。

【００９８】粒径の下限値としては粒子として安定に得
られるものとして１０ｎｍが限界と考えられる。つま
り、導電粒子ｍの粒径は、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲が
好ましい。更に転写材Ｐ上のカブリ特性を考慮すると、
０．１〜５μｍが特に好ましい範囲である。

【００９９】導電粒子ｍの粒径を種々変更して検討した
結果、一般的な導電粒子ｍである粒径０．０１μｍの酸
化亜鉛粒子を用いた場合、現像不良やカブリの点では若
干不利であるが、帯電性能としては十分な性能を示し
た。一方、粒径１０μｍを越える酸化亜鉛粒子を用いた
場合、粒径が大きいことから接触密度の点で不利であり
帯電性能も不十分（不良）となった。更に、粒径３０μ
ｍの酸化亜鉛粒子を用いた場合、粒径が大きく帯電ロー
ラ２に付着する力が弱いため脱落する粒子も多く、現像
不良やカブリを生じた。

【０１００】さらに、ドラムのクリーニング性の観点か
らは、粒径については、０．５μｍ〜４．０μｍの範囲
がドラム表面を均一に研磨するのに適することがわかっ
た。粒径が小さいとドラムを研磨する性能が小さいため
にドラム表面のクリーニング性が低下する。粒径が大き
いとドラム表面が周方向に荒れて削れる場合があり、レ
ーザ露光を散乱して画像に縦スジとして見えることがあ
る。

【０１０１】また、材質については、酸化亜鉛、酸化チ
タン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸
化ビスマス、スズをドープした酸化インジウム、アンチ
モンやタンタルをドープした酸化スズ及びアンチモンを
ドープした酸化ジルコニウム等の金属酸化物の導電性粒
子が好ましい。

【０１０２】（５）導電粒子担持量粒子帯電における導電粒子ｍの粒径を小径化することに
より帯電性能は向上するが、導電粒子ｍの感光ドラム１
への脱落は顕著になる。帯電ローラ２上に導電粒子ｍを
保持し得る力は弱い付着力であるので、多くの粒子を供
給しても、粒子を拘束することは困難であり、感光ドラ
ム１に脱落して、その後の現像工程や転写材Ｐ上への転
写工程において、画像不良の影響を与える。従って、理
想的には、帯電ローラ２の表層に一層、均一に塗布する
ことが望ましい。しかし、実際には担持量を調整するこ
とにより、帯電性を確保するとともに、付着する粒子を
弊害のないレベルで減らすことが可能となる。

【０１０３】導電粒子ｍの担持量は、帯電ローラ２の表
面の平均粗さＲａにより適切に保つ必要がある。つま
り、担持量を平均粗さＲａで除した値（以下、単に「担
持量／Ｒａ」という。）が１ｍｇ／ｃｍ²／μｍ以下、
更に好ましくは０．３ｍｇ／ｃｍ²／μｍ以下であるよ
うにする。

【０１０４】本実施例では、導電粒子ｍの担持量は凡そ
３ｍｇ／ｃｍ²で、Ｒａは５０μｍであり、担持量／Ｒ
ａは０．０６ｍｇ／ｃｍ²／μｍであった。

【０１０５】（６）粒子担持量及び抵抗測定帯電ローラ２に担持している粒子を洗浄し、粒子の重量
及び抵抗の測定を行った。超音波洗浄機内にエタノール
と水（１：２）によりなる洗浄液を調合し、その中に帯
電ローラ２を浸し洗浄を行った。帯電ローラ２の表面を
光学顕微鏡などで確認しながら、又必要に応じて帯電ロ
ーラ２の表面をブレードなどにより摺擦しながら洗浄を
繰り返し行うことにより、帯電ローラ２上の付着物を除
去することができる。

【０１０６】得られた洗浄液は１〜２時間静置し、明ら
かに上澄みと分離できる場合は、上澄みを除去する。そ
の後、１０５℃で充分乾燥して帯電ローラ２の担持物を
抽出した。

【０１０７】粒子抵抗の測定は前述した錠剤法に従う。

【０１０８】担持量は、得られた粒子の総重量と帯電ロ
ーラ８の表面積（帯電ローラ８の長手長さ及び外径から
算出される）から、単位面積当たりの担持量として求め
る。

【０１０９】（７）導電粒子被覆率更に、導電粒子ｍの帯電における実効的な存在量を把握
するために、導電粒子ｍの被覆率を調整することが更に
重要となる。例えば導電粒子ｍとして導電性酸化亜鉛を
用いる場合導電粒子ｍは白色であるため、トナーの色
（本実施例では磁性トナーの黒色）と区別可能である。
顕微鏡での観察において、白色を呈している領域を面積
率として求める。被覆率が０．１以下の場合は、帯電ロ
ーラ２の周速度を高めても帯電性能としては不十分であ
ることから、導電粒子ｍの被覆率を０．２〜１の範囲に
保つことが重要となる。

【０１１０】担持量の調整は、基本的には導電粒子ｍの
トナーｔへの添加量の調整により行うことができる。

【０１１１】（８）被覆率の測定被覆率の測定に関しては、帯電ローラ２の当接条件に近
い状態で顕微鏡観察し、導電粒子ｍに覆われている面積
を計測した。具体的には、帯電バイアスを印加しない状
態で感光ドラム１及び帯電ローラ２の回転を停止し、感
光ドラム１及び帯電ローラ２の表面をビデオマイクロス
コープ（ＯＬＹＭＰＵＳ製ＯＶＭ１０００Ｎ）及びデジ
タルスチルレコーダ（ＤＥＬＴＳ製ＳＲ−３１００）で
撮影した。帯電ローラ２については、帯電ローラ２を感
光ドラム１に当接するのと同じ条件でスライドガラスに
当接させ、スライドガラスの背面からビデオマイクロス
コープにてその接触面を１０００倍の対物レンズで撮影
した。その後、事前に計測した導電粒子ｍの色或いは輝
度をもって、粒子で被覆されている領域を分離し、面積
率を求めて被覆率とした。又、色による判別が困難な場
合は、帯電ローラ２の最表面の物質を蛍光Ｘ線分析装置
ＳＹＳＴＥＭ３０８０（理学電機工業（株）製）により
行った。先ず、初期状態において導電粒子ｍに覆われた
帯電ローラ２と感光ドラム１との間に、ポリエステルテ
ープ（ニチバン製Ｎｏ．５５０（＃２５））の粘着面を
帯電ローラ２に向けてはさみ、感光ドラム１と帯電ロー
ラ２を従動回転させて、帯電ローラ２と感光ドラム１と
の帯電ニップ部ｎを一度通過させる。このとき、テープ
面には、帯電ローラ２の最表面の粒子を一層サンプリン
グすることになる。一方、印字テストを終えた帯電ロー
ラ２についても同様にサンプリングを行う。導電粒子ｍ
中に含まれる特定の元素について、含有量を定量するこ
とにより、被覆率を求めることができる。つまり、導電
粒子ｍのみを担持した帯電ローラ２のテープ試料を１と
して、印字テスト後の試料の割合を算出し、被覆率を求
めることが可能となる。

【０１１２】（９）帯電性とドラムの表面のクリーニン
グ性次に、本発明におけるドラムの表面のクリーニング性に
ついて説明する。本発明では、帯電ローラ２と感光ドラ
ム１の形成する帯電ニップ部ｎでの帯電ローラの当接圧
と感光ドラムと帯電ローラの周速比との関係を規定す
る。

【０１１３】９−１）帯電性について前述のように、粒子帯電（粉末塗布型）による直接注入
帯電機構においては、接触帯電部材の像担持体への接触
性が帯電性に影響し、接触帯電部材の像担持体への接触
均一性、緻密性を高めることと、接触機会を大きくする
ために帯電部材の周速比を大きくすることが帯電均一性
の向上には良い。なお、接触帯電部材への導電粒子の担
持量、被覆率は、予め設定した適正な範囲にあるように
維持する必要がある。また、直接注入帯電の帯電性は感
光ドラム１の周速度と帯電ローラ２の周速度との比に関
係し、周速比を大きくすることが接触機会を大きくする
ことから好ましい。直接注入帯電の帯電性は当接ニップ
巾と周速比との積と相関する。

【０１１４】接触帯電部材の像担持体への接触均一性、
緻密性を高めることには、ニップを大きくすることが有
利である。ニップは、帯電ローラの径、ドラムの径と帯
電ローラの侵入量と関係し、帯電ローラ、ドラムの径は
大きい方が侵入量が小さくてもニップを大きく取るのに
有利である。また、侵入量は帯電ローラの当接圧とロー
ラ硬度とに関係し、当接圧が大きい方向、ローラ硬度は
低い方がニップは大きくなる。ただし、当接圧を大きく
すると、帯電ローラ駆動トルクが大きくなること、ロー
ラ硬度を低くするとニップの均一性が悪化したり、セッ
ト性が悪化する方向になる。

【０１１５】侵入量は、ローラ表面粗さＲａ以上に大き
く取ることがローラ表面を機密に接触させるためには好
ましい。

【０１１６】侵入量をローラ表面粗さＲａ以上に大きく
して、ニップを２ｍｍ以上に設定するのが好ましい。

【０１１７】９−２）ドラムの削れ性について粒子帯電（粉末塗布型）による直接注入帯電機構を利用
したクリーナレスの画像形成装置において、ドラム表面
のクリーニングを導電性粒子を適切なものを使用して帯
電ローラ部で周速を設けて摩擦させてドラム表面を均一
に研磨することでクリーニングを行う。ここで、像担持
体としての感光ドラム表面を削るのは注入帯電のためで
ある。通常の像担持体表面を研磨するものとは意味が異
なる。

【０１１８】ドラム表面のクリーニング性が良好な範囲
とドラムの削れ速度とは相関がある。削れ速度が小さい
と、ドラム表面にトナー等が融着したり、画像流れが生
じる場合がでる。削れ速度が大きくても削れムラによっ
てレーザ露光がドラム表面で散乱して白スジ等がでる。

【０１１９】以下に、実施例で説明した構成の画像形成
装置を用いて、帯電性が良好な範囲で帯電ローラの当接
圧と周速比とをパラメータとしてドラム表面のクリーニ
ング性とドラム削れ量との関係を調べた実験結果を示
す。

【０１２０】（１０）評価項目と方法ａ）削れ量２３℃６０％環境で、Ａ４用紙で１枚間欠プリント（１
枚毎に休止を入れる）耐久を行った。印字パターンは６
００ｄｐｉの２ｄｏｔライン／１０ｍｍ間隔の格子とし
た。１０００枚プリント毎にドラムの膜厚を測定した。
実験に使用した画像形成装置では、１０００枚プリント
するのにドラムは１．２５×１０⁴回転する。

【０１２１】ドラム回転数に対して削れ量は、ほぼリニ
アであり、測定の平均値を削れ量とした。

【０１２２】ｂ）スジ削れ量耐久を行ったときに、５００枚毎に中間調画像を
出力して画像の縦スジを調べた。露光装置３として６０
０ｄｐｉのレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
この評価において、中間調画像とは主走査方向の１ライ
ンを記録し、その後２ラインを非記録とする横模様パタ
ーンと１ドットを桂馬配置パターンとの２つのパターン
をサンプリングした。

【０１２３】ここでは、反転現像系で画像記録を行って
いるので、ドラム表面に周方向に削れムラがあり、画像
露光が阻害された場合、縦白スジあるいは縦スジ状の濃
度薄として画像に現れる。

【０１２４】 ○：全くスジない △：うっすらとしたスジ（ＯＫレベル） ×：はっきりしたスジｃ）画像流れ高温高湿環境下で連続プリントを行った。ドラム表面に
紙の填量等の物質が付着し、吸湿して低抵抗になるとド
ラム上の電荷が流れる現象であるが、文字画像の主に横
線部のにじみ、欠けで判断した。

【０１２５】 ○：全くない △：わずかににじんで見える ×：文字が欠落している

【０１２６】

【表１】本発明者らの検討によると、ドラム表面のクリーニング
性とドラムの回転数に対する削れ速度とが相関する。ド
ラムの削れ速度が１．５×１０^-2μｍ／１０³回転〜
４．０×１０^-2μｍ／１０³回転の範囲に設定すると、
ドラム表面のクリーニング性が非常に良好であり、スジ
や流れが発生しないことがわかった。

【０１２７】また、ドラムの削れ速度は、帯電ローラの
当接圧と周速比との積と相関することがわかった。

【０１２８】図６に周速比｜Ｖｃ−Ｖｄ｜／Ｖｄ（ドラ
ムの周速度をＶｄ（ｍｍ／ｓｅｃ）、帯電ローラの周速
度をＶｃ（ｍｍ／ｓｅｃ））と、帯電部材と像担持体と
の単位長手長当り当接圧ｆ（ｇ／ｍｍ）との関係を示
す。

【０１２９】．ｆ・｜Ｖｃ−Ｖｄ｜／Ｖｄが４．１〜
８．１ｇ／ｍｍの範囲が良い。

【０１３０】．帯電ローラの当接圧は、単位長手長当
りｆ＝２．３〜４．５ｇ／ｍｍの圧力が良い。ｆ＝２．
３ｇ／ｍｍより小さいと、帯電ニップが確保できなくて
長手方向で帯電ムラが生じる場合や、またドラムの削れ
に対しても長手ムラができる場合がある。ｆ＝４．５ｇ
／ｍｍより大きいと、帯電ローラの駆動トルクも大きく
なり、帯電ローラの回転駆動が微小に変動する場合もあ
り、やはりドラム表面の均一摩耗に悪影響が出る場合が
ある。以上のことから、当接圧と周速比の適正範囲は
とを満たす範囲が良い。

【０１３１】帯電ニップは、帯電ローラの当接圧とロー
ラ硬度と両者で変わるが、ドラムを摩耗させることに関
しては、ニップよりも当接圧と相関することがわかっ
た。導電性粒子を帯電ローラでドラムに押しつける圧が
影響する。

【０１３２】帯電ローラの周速は上記関係式から、当接
圧と組み合わせて設定することができる。｜Ｖｃ−Ｖｄ
｜／Ｖｄを１．４〜２．０の範囲にすると、帯電ローラ
の当接圧が、ｆ＝３．０〜４．０ｇ／ｍｍの範囲にする
ことができて、さらに好ましい。

【０１３３】また、導電性粒子の粒径は前述したように
０．５〜４．０μｍの範囲のものを用いると良いことが
わかった。さらに、本実施例のように、非画像形成時に
現像バイアスを印加して、ドラム上の現像剤を非画像時
にも回収し、導電粒子を感光ドラムの長手方向に均一に
供給するとドラム表面の均一摩耗に対して好ましい。

【０１３４】以上、本実施例によれば、粉末塗布型直接
注入帯電装置を用いたクリーナレス装置での直接注入帯
電機構による帯電性能の安定化と像担持体のクリーニン
グ性とを両立するプロセスカートリッジ及び画像形成装
置を提供ができる。

【０１３５】〈実施例２〉次に、本発明をプロセスカー
トリッジが着脱可能とされる電子写真画像形成装置に具
現化した一実施例について説明する。

【０１３６】図７は、プロセスカートリッジを装着した
電子写真画像形成装置の構成模式説明図、図８はプロセ
スカートリッジの構成模式説明図である。

【０１３７】図７に示すレーザビームプリンタとされる
電子写真画像形成装置１００の基本構成は、図１を参照
して説明したものと同様であり、転写方式電子写真プロ
セスを利用し、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）を採用している。

【０１３８】Ａは画像形成装置本体、Ｂはプロセスカー
トリッジである。プロセスカートリッジＢは、本例のも
のは、感光ドラム１と、帯電ローラ２と、現像装置４と
を包含させてなり、画像形成装置本体Ａに設けたプロセ
スカートリッジ装着手段１０ｂに対して、プロセスカー
トリッジ両端部に設けられた不図示のガイド部を用いて
着脱可能に装着される。

【０１３９】感光ドラム１は帯電ローラ２により帯電処
理され、光学系３から感光ドラム１への画像情報光露光
ＬがプロセスカートリッジＢの露光開口部１０ａを通し
てなされることで感光ドラム１に潜像が形成され、その
潜像が現像装置４により現像剤（トナー）で現像されて
トナー像が形成される。

【０１４０】感光ドラム１へのトナー像の形成と同期し
て、記録媒体としての転写材Ｐを収容した給紙カセット
８ａからピックアップローラ８ｂ及びこれに圧接する圧
接部材８ｃで一枚ずつ分離給送すると共に、搬送手段８
ｅで搬送する。

【０１４１】そして、感光ドラム１に形成したトナー像
を、転写手段としての転写ローラ６に電圧印加すること
によって転写材Ｐに転写し、その転写材Ｐを搬送手段８
ｆによって定着手段７へと搬送する。

【０１４２】定着手段７は、駆動ローラ７ａと、ヒータ
７ｂを内蔵すると共に支持体７ｃによって回転可能に支
持された筒状シートで構成した定着回転体７ｄからな
り、通過する転写材Ｐに熱及び圧力を印加して転写トナ
ー像を定着する。そして、この転写材Ｐを排出ローラ対
８ｄで搬送し、反転搬送経路を通して排出部９へと排出
する。

【０１４３】図８に示すように、本実施例のプロセスカ
ートリッジＢは、感光ドラム１と、帯電ローラ２と、現
像装置４とを包含させてなり、感光ドラム１及び帯電ロ
ーラ２を保持するドラム枠体ユニットＣと、現像装置４
を構成する現像ユニットＤとを一体に組み立てることに
よって構成される。

【０１４４】感光層を有する電子写真感光体である感光
ドラム１を回転し、帯電手段である帯電ローラ２へ電圧
印加して感光ドラム１の表面を一様に帯電し、この帯電
した感光ドラム１に対して光学系３からの光像を露光開
口部１０ａを通して露光して潜像を形成し、潜像を現像
手段である現像装置４によって現像するように構成して
いる。

【０１４５】現像装置４は、トナー収納枠体１０ｆ１と
蓋部材１０ｆ２とで形成される現像容器４ｅの現像剤収
納部４ｅ１内のトナー送り手段である、回転可能なトナ
ー送り部材（攪拌部材）４ｄにより、現像剤収納部４ｅ
１の開口部１０ｋを通じて現像室４ｅ２へ送り出し、固
定磁石４ｂを内蔵した現像回転体（現像剤担持体）であ
る現像ローラ４ａを回転させると共に、現像ブレード４
ｃによって摩擦帯電電荷を付与したトナー層を現像ロー
ラ４ａの表面に形成し、そのトナーを感光ドラム１上の
潜像に応じて感光ドラム１へ転移させることによってト
ナー像を形成して可視像化するものである。

【０１４６】そして、転写ローラ６にトナー像と逆極性
の電圧を印加してトナー像を転写材Ｐに転写する、感光
ドラム１上に残留した転写残トナーは次工程以降の現像
時に現像装置４によって回収する。

【０１４７】画像形成装置がプロセスカートリッジ着脱
式とされていることを除けば、本実施例において、像担
持体である感光ドラム１、帯電ローラ２の構成及び配
置、或いはトナーｔ、導電粒子ｍなどの詳細は、全て実
施例１に準じる。

【０１４８】従って、ここでは、これらの重複する説明
は省略し、実施例１の全説明を援用する。

【０１４９】本実施例によれば、本発明に従う粒子帯電
（粉末塗布型）をプロセスカートリッジ着脱式の画像形
成装置に適用することで、直接注入帯電機構での帯電性
能が更に向上し、しかも、クリーナレスシステムを採用
し、導電粒子ｍを現像装置から供給することで、プロセ
スカートリッジ及び装置本体を格段に小型化、低コスト
化することができる。

【０１５０】〈他の実施例〉（１）上記実施例では、画像形成装置としてレーザビー
ムプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、電子写真複写機、ファクシミリ装置、ワー
ドプロセッサなど他の画像形成装置にも適用しうること
は勿論である。

【０１５１】（２）静電記録装置の場合には像担持体は
静電記録誘電体である。

【０１５２】（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、シート状などであっ
てもよい。

【０１５３】（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であってもよ
い。

【０１５４】（５）現像方式としては、公知の２成分磁
気ブラシ現像法、カスケード現像法、タッチダウン現像
法、クラウド現像法等の種々の現像法を用いることが可
能である。

【０１５５】（６）上記各実施例では、導電粒子は、供
給手段としての現像装置が現像と同時に像担持体である
像担持体を介して帯電部材に供給するとして説明した
が、本発明はこれに限定されるものではない。像担持体
を介して帯電部材に導電粒子を供給するための専用の供
給手段を、像担持体表面の移動方向において帯電部材よ
り上流側に設けてもよい。

【０１５６】（７）像担持体からトナー像の転写を受け
る被転写体は、転写ドラム、転写ベルトなどの中間転写
体であってもよい。

【０１５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
粒子帯電（粉末塗布型）による直接注入帯電機構を用い
たクリーナレス装置で、ドラム表面のクリーニング性を
向上させることができる。又、本発明によれば、粒子帯
電（粉末塗布型）による直接注入帯電機構の帯電性を維
持し、良好な画像形成を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略
構成を示す断面模式図である。

【図２】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である。

【図３】感光ドラムの層構成模型図である。

【図４】感光ドラムの硬度測定の一例を表す図であ
る。

【図５】帯電ローラの当接を示す模式図である。

【図６】帯電ローラの周速比と当接圧を示す図であ
る。

【図７】本発明に係る画像形成装置の他の実施例の概
略断面図である。

【図８】プロセスカートリッジの概略断面図である。

【符号の説明】

１感光ドラム（像担持体、電子写真感光体）２帯電ローラ（帯電部材）３露光装置（光学系）４現像装置６転写ローラ（転写部材）７定着装置１００画像形成装置Ａ画像形成装置本体Ｂ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 15/08 ５０２Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０２Ａ２Ｈ１７１５０７ 21/00 ２Ｈ２００ 21/00 15/08 ５０７Ｂ 21/18 ５０７Ｌ 15/00 ５５６Ｆターム(参考） 2H005 AA08 CB07 DA09 EA05 2H027 EA01 EA05 EA09 EC20 ED02 ED03 ED09 ED27 EF09 2H073 AA03 AA09 BA03 BA06 BA43 CA02 CA14 2H077 AD00 DB08 DB12 DB14 EA13 GA03 2H134 GA01 GB02 HF13 KD11 KG01 KG03 KG07 KH01 LA00 2H171 FA02 FA11 FA13 FA14 FA17 GA15 GA19 JA23 JA27 JA29 JA31 QA02 QA08 QB03 QB09 QB15 QB32 QB42 QB50 QB53 QC23 TA07 WA06 WA10 2H200 FA02 FA08 FA20 GA23 GA46 GA57 GB14 GB37 HA03 HA28 HB12 HB45 HB46 HB47 HB48 MA04 MB01 MC01 NA02 PA11 PA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能な像担持体と、前記像担持体とニ
ップ部を形成し、前記像担持体と速度差を持って回転可
能な帯電部材と、を有し、導電粒子が前記ニップ部へ介
在する、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカート
リッジにおいて、前記像担持体の回転数に対する削れ速度が１．５×１０
^-2μｍ／１０³回転〜４．０×１０^-2μｍ／１０³回転の
範囲に設定されることを特徴とするプロセスカートリッ
ジ。
【請求項２】前記像担持体の周速度をＶｄ（ｍｍ／ｓｅ
ｃ）、前記帯電部材の周速度をＶｃ（ｍｍ／ｓｅｃ）と
して、前記帯電部材と前記像担持体との単位長手長当り
当接圧ｆ（ｇ／ｍｍ）とした時、ｆ・｜Ｖｃ−Ｖｄ｜／
Ｖｄが４．１〜８．１ｇ／ｍｍであることを特徴とする
請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項３】前記帯電部材は、前記像担持体に対して単
位長手長当りｆ＝２．３〜４．５ｇ／ｍｍの圧力で当接
することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセス
カートリッジ。
【請求項４】前記帯電部材は、多孔体表面を有する弾性
体を備えることを特徴とする請求項１又は２又は３に記
載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】前記像担持体へ導電粒子を供給する供給手
段を備え、この供給手段が前記像担持体に形成された静
電像を現像剤で現像する現像手段であり、現像剤は、ト
ナーと前記導電粒子とを備え、さらに、前記現像手段
は、前記像担持体に残留するトナーを回収可能であるこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプロ
セスカートリッジ。
【請求項６】前記導電粒子は、粒径０．５〜４μｍであ
ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の
プロセスカートリッジ。
【請求項７】回転可能な像担持体と、前記像担持体とニ
ップ部を形成し、前記像担持体と速度差を持って回転可
能な帯電部材と、を有し、導電粒子が前記ニップ部へ介
在する画像形成装置において、前記像担持体の削れ量が１．５×１０^-2μｍ／１０³回
転〜４．０×１０^-2μｍ／１０³回転の範囲に設定され
ることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】前記像担持体の周速度をＶｄ（ｍｍ／ｓｅ
ｃ）、前記帯電部材の周速度をＶｃ（ｍｍ／ｓｅｃ）と
して、前記帯電部材と前記像担持体との単位長手長当り
当接圧ｆ（ｇ／ｍｍ）とした時、ｆ・｜Ｖｃ−Ｖｄ｜／
Ｖｄが４．１〜８．１ｇ／ｍｍであることを特徴とする
請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】前記帯電部材は、前記像担持体に対して単
位長手長当りｆ＝２．３〜４．５ｇ／ｍｍの圧力で当接
することを特徴とする請求項７又は８に記載の画像形成
装置。
【請求項１０】前記帯電部材は、多孔体表面を有する弾
性体を備えることを特徴とする請求項７又は８又は９に
記載の画像形成装置。
【請求項１１】前記像担持体へ導電粒子を供給する供給
手段を備え、この供給手段が前記像担持体に形成された
静電像を現像剤で現像する現像手段であり、現像剤は、
トナーと前記導電粒子とを備え、さらに、前記現像手段
は、前記像担持体に残留するトナーを回収可能であるこ
とを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の画
像形成装置。
【請求項１２】前記導電粒子は、粒径０．５〜４μｍで
あることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれかに記
載の画像形成装置。
【請求項１３】前記画像形成装置は、前記帯電部材によ
り前記像担持体を帯電させ、像露光装置により前記像担
持体の像担持面を像露光して静電像を形成し、前記像担
持体上の静電像を前記現像手段により現像剤で現像し、
その後前記像担持体上の現像剤像を被転写体へ転写する
各工程を含む作像プロセスにより画像を形成し、転写工
程後の前記像担持体表面に残留する現像剤を少なくとも
前記帯電部材に一時担持し、再び像担持体表面に転移さ
せて前記現像手段に回収可能であることを特徴とする請
求項１１に記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記現像手段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り、非画像形
成時に画像形成時に比して前記バイアスの交互電界成分
を変化させて印加させることを特徴とする請求項１３に
記載の画像形成装置。
【請求項１５】請求項１乃至６のいずれかに記載のプロ
セスカートリッジは、画像形成装置の本体に着脱可能で
あることを特徴とする請求項１３又は１４の画像形成装
置。