JP2004133264A

JP2004133264A - 帯電装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2004133264A
Application number: JP2002298802A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Hosokawa; 細川　尊広
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】クリーナーレスの画像形成装置において、帯電ローラを用いた直接注入帯電方式で、クリーニングブラシをその帯電ローラに接触させることにより、転写残トナーによる帯電ローラの汚染を防止し、高画質画像を長期に渡り安定に出力させる。
【解決手段】被帯電体と接触部を形成させた帯電ローラで被帯電体面を帯電する帯電装置であり、帯電ローラは被帯電体面に対して速度差をもって接触し、少なくとも帯電ローラと被帯電体との接触部に導電性粒子を担持し、その帯電ローラに接触するクリーニングブラシがあり、そのブラシの毛先の先端が丸められた形状であること。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触帯電における帯電装置、その接触帯電を用いた複写機等の画像形成装置及に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体などの像担持体（被帯電体）を所要の極性・電位に一様に帯電処理（除電処理も含む）する帯電装置としてはコロナ帯電器（コロナ放電器）がよく使用されていた。
【０００３】
コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であり、例えば、ワイヤ電極等の放電電極と前記放電電極を囲むシールド電極を備え、放電開口部を被帯電体である像担持体に対向させて非接触に配設し、放電電極とシールド電極に高圧を印加することにより、生じる放電電流（コロナシャワー）に像担持体面をさらすことで像担持体面を所定に帯電させるものである。
【０００４】
近時は、コロナ帯電器に比べて低オゾン・低電力等の利点があることから、前記したように被帯電体に電圧を印加した帯電ローラを当接させて被帯電体を帯電する接触方式の帯電装置（接触帯電装置）が実用化されてきている。
【０００５】
接触帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材を接触させ、この帯電部材（接触帯電部材・接触帯電器、以下、接触帯電部材と記す）に所定の帯電バイアスを印加して、被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【０００６】
接触帯電の帯電機構（帯電のメカニズム、帯電原理）には、（１）放電帯電機構と（２）直接注入帯電機構の２種類の帯電機構が混在しており、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現れる。図１にそれぞれの代表的な帯電特性を示す。
【０００７】
（１）放電帯電機構
接触帯電部材と被帯電体との間の微小間隙に生じるコロナ放電現象により被帯電体表面が帯電する機構である。
【０００８】
放電帯電機構は接触帯電部材と被帯電体に一定の放電閾値を有するため、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。また、コロナ帯電器に比べれば発生量は格段に少ないけれども放電生成物を生じることが原理的に避けられないため、オゾンなど活性イオンによる弊害は避けられない。
【０００９】
（２）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、あるいは注入帯電、あるいは電荷注入帯電とも称される。
【００１０】
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閾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。この直接帯電系は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。
【００１１】
しかし、直接帯電であるため、接触帯電部材の被帯電体への接触性が帯電性に大きく効いてくる。そこで接触帯電部材はより密に構成し、また被帯電体との周速差を多く持ち、より高い頻度で被帯電体に接触する構成をとる必要がある。
【００１２】
Ａ）ローラ帯電
接触帯電装置は、接触帯電部材として導電ローラ（帯電ローラ）を用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。このローラ帯電はその帯電機構は前記（１）の放電帯電系が支配的である。
【００１３】
帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体を用いて作成される。さらにこれらを積層して所望の特性を得たものもある。
【００１４】
帯電ローラは被帯電体（以下、感光体と記す）との一定の接触状態を得るために弾性を持たせているが、そのため摩擦抵抗が大きく、多くの場合、感光体に従動あるいは若干の周速差をもって駆動される。従って、直接帯電しようとしても、絶対的帯電能力の低下や接触性の不足やローラ上のムラや感光体の付着物による帯電ムラは避けられないため、従来のローラ帯電ではその帯電機構は放電帯電系が支配的である。
【００１５】
図１は接触帯電における帯電効率例を表したグラフである。横軸に接触帯電ローラに印加したバイアス、縦軸にはその時得られた感光体帯電電位を表わすものである。
【００１６】
従来のローラ帯電の場合の帯電特性はＡで表される。即ち凡そ−５００Ｖの放電閾値を過ぎてから帯電が始まる。従って、−５００Ｖに帯電する場合は−１０００Ｖの直流電圧を印加するか、あるいは、−５００Ｖ直流の帯電電圧に加えて、放電閾値以上の電位差を常に持つようにピーク間電圧１２００Ｖの交流電圧を印加して感光体電位を帯電電位に収束させる方法が一般的である。
【００１７】
より具体的に説明すると、厚さ２５μｍのＯＰＣ感光体に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば感光体の表面電位が上昇し始め、それ以降は印加電圧に対して傾き１で線形に感光体表面電位が増加する。この閾値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈと定義する。
【００１８】
つまり、電子写真に必要とされる感光体表面電位Ｖｄを得るためには帯電ローラにはＶｄ＋Ｖｔｈという必要とされる以上のＤＣ電圧が必要となる。このようにしてＤＣ電圧のみを接触帯電部材に印加して帯電を行なう方法を「ＤＣ帯電方式」と称する。
【００１９】
しかし、ＤＣ帯電においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗値が変動するため、また、感光体が削れることによって膜厚が変化するとＶｔｈが変動するため、感光体の電位を所望の値にすることが難しかった。
【００２０】
このため、更なる帯電の均一化を図るために特開昭６３−１４９６６９号公報に開示されるように、所望のＶｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上のピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加する「ＡＣ帯電方式」が用いられる。これは、ＡＣによる電位のならし効果を目的としたものであり、被帯電体の電位はＡＣ電圧のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱には影響されることはない。
【００２１】
ところが、このような接触帯電装置においても、その本質的な帯電機構は、接触帯電部材から感光体への放電現象を用いているため、先に述べたように接触帯電部材に印加する電圧は感光体表面電位以上の値が必要とされ、微量のオゾンは発生する。
【００２２】
また、帯電均一化のためにＡＣ帯電を行った場合にはさらなるオゾンの発生、ＡＣ電圧の電界による接触帯電部材と感光体の振動騒音（ＡＣ帯電音）の発生、また、放電による感光体表面の劣化等が顕著になり、新たな問題点となっていた。
【００２３】
Ｂ）ファーブラシ帯電
ファーブラシ帯電は、接触帯電部材として導電性繊維のブラシ部を有する部材（ファーブラシ帯電器）を用い、その導電性繊維ブラシ部を被帯電体としての感光体に接触させ、所定の帯電バイアスを印加して感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【００２４】
このファーブラシ帯電もその帯電機構は前記（１）の放電帯電系が支配的である。
【００２５】
ファーブラシ帯電器は固定タイプとロールタイプが実用化されている。中抵抗の繊維を基布に折り込みパイル状に形成したものを電極に接着したものが固定タイプで、ロールタイプはパイルを芯金に巻き付けて形成する。繊維密度としては１００本／ｍｍ２　程度のものが比較的容易に得られるが、直接帯電により十分均一な帯電を行うにはそれでも接触性は不十分であり、直接帯電により十分均一な帯電を行うには感光体に対し機械構成としては困難なほどに周速差を持たせる必要があり、現実的ではない。
【００２６】
このファーブラシ帯電の直流電圧印加時の帯電特性は図１のＢに示される特性をとる。従って、ファーブラシ帯電の場合も、固定タイプ、ロールタイプどちらも多くは、高い帯電バイアスを印加し、放電現象を用いて帯電を行っている。
【００２７】
Ｃ）磁気ブラシ帯電
磁気ブラシ帯電は、接触帯電部材として導電性磁性粒子をマグネットロール等で磁気拘束してブラシ状に形成した磁気ブラシ部を有する部材（磁気ブラシ帯電器）を用い、その磁気ブラシ部を被帯電体としての感光体に接触させ、所定の帯電バイアスを印加して感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。この磁気ブラシ帯電の場合はその帯電機構は前記（２）の直接帯電系が支配的である。磁気ブラシ部を構成させる導電性磁性粒子として粒径５〜５０μｍのものを用い、感光体と十分周速差を設けることで、均一に直接帯電を可能にする。
【００２８】
図１の帯電特性グラフのＣにあるように、印加バイアスとほぼ比例した帯電電位を得ることが可能になる。しかしながら、機器構成が複雑であること、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子が脱落して感光体に付着する等他の弊害もある。
【００２９】
特開平６−３９２１号公報等には感光体表面にあるトラップ準位または電荷注入層の導電性粒子等の電荷保持部材に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法が提案されている。放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する感光体表面電位分のみであり、オゾンの発生もない。さらに、ＡＣ電圧を印加しないので、帯電音の発生もなく、ローラ帯電方式と比べると、オゾンレス、低電力の優れた帯電方式である。
【００３０】
Ｄ）トナーリサイクルシステム（クリーナレス）
転写方式の画像記録装置においては、転写後の感光体（像担持体）に残存する転写残りの現像剤（トナー）はクリーナ（クリーニング装置）によって感光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。そこでクリーナをなくし、転写後の感光体上の転写残トナーは現像装置によって「現像同時クリーニング」で感光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システム（またはトナーリサイクルプロセス）の画像記録装置も出現している。
【００３１】
現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、前記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。また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、画像記録装置を大幅に小型化できるようになる。
【００３２】
トナーリサイクルシステムは上記のように転写残トナーを専用のクリーナによって感光体面から除去するのではなく、帯電手段部を経由させて現像装置に至らせて再度現像プロセスにて利用するものであるため、感光体の帯電手段として接触帯電を用いた場合においては感光体と接触帯電部材との接触部に絶縁性であるトナーが介在した状態で如何にして感光体を帯電するかが課題になっている。上記したローラ帯電やファーブラシ帯電においては、感光体上の転写残トナーを拡散し非パターン化するとともに、大きなバアイスを印加し放電による帯電を用いることが多い。磁気ブラシ帯電においては接触帯電部材として粉体を用いるため、その粉体である導電性磁性粒子の磁気ブラシ部が感光体に柔軟に接触し感光体を帯電できる利点があるが、機器構成が複雑であること、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子の脱落による弊害が大きい。
【００３３】
Ｅ）（スポンジ＋導電性粒子）直接注入帯電
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、ローラ帯電により直接注入帯電を行なわせるには接触帯電部材としての帯電ローラが十分に被帯電体表面に接触する必要があり、従動回転では不十分である。
【００３４】
帯電ローラを十分に被帯電体表面に接触させるためには先に述べた磁気ブラシ帯電器と同様に被帯電体に対して帯電ローラに周速差を持たせて回転させる必要がある。しかしながら、弾性体より構成される接触帯電ローラは前記接触帯電ローラと被帯電体との間の摩擦力が大きいために、被帯電体に速度差を持たせて回転させることができなかった。また無理に回転すると、接触帯電ローラや被帯電体の表面が削れてしまうという問題があった。
【００３５】
帯電ローラと被帯電体との速度差は、具体的には帯電ローラ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。好ましくは帯電ローラを回転駆動し、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。
【００３６】
帯電ローラ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帯電ローラ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帯電ローラの回転数が逆方向の時に比べて大きくなるので、帯電ローラ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（％）＝（帯電ローラ周速−被帯電体周速）／被帯電体周速×１００
である（帯電ローラ周速はニップ部において帯電ローラ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）。
【００３７】
かくして、接触帯電ローラとして比較的に構成が簡単で帯電ローラ等を用いた場合でも、前記接触帯電ローラに対する帯電に必要な印加バイアスは被帯電体に必要な電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な帯電方式を実現することができる。
【００３８】
接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくする手段としては、少なくとも接触帯電ローラと被帯電体との接触部に粉体を存在させることで前記粉体による潤滑効果（摩擦低減効果）により効果的に接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることができる。また接触帯電ローラの表面に低摩擦層を具備させることによっても効果的に接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることができる。それにより、接触帯電ローラは被帯電体と速度差をもって接触できると同時に、粉体を介して密に均一に被帯電体に接触して、つまり接触帯電ローラと被帯電体の接触部に存在する粉体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できるのである。即ち接触帯電ローラによる被帯電体の帯電は粉体の存在により直接注入帯電が支配的となる。
【００３９】
上記の導電性粒子を用いた直接注入帯電方式では、帯電ローラから導電性粒子が滑落すると、帯電ローラと被帯電体の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できなくなり、被帯電体に均一な直接注入帯電ができなくなる。したがって、帯電ローラに導電性粒子を供給する構成が必要となる。
【００４０】
この直接注入帯電方式は、クリーナーレスの画像形成装置においても感光体に柔軟に接触し帯電できる利点がある。それは、被帯電体と帯電ローラとの接触部にトナー等の絶縁物質が多少混じり込んでも、導電性粒子がその接触部に介在することで、帯電ローラと被帯電体との間に導電経路が確保され、帯電不良を防止することができるからである。
【００４１】
しかし、上記の注入帯電を用いたクリーナーレスの画像形成装置において、長期に渡って印字した場合、転写残トナーが帯電ローラに蓄積し、直接注入帯電することが難しく、画像形成装置にあっては帯電不良による画像のかぶり（反転現像の場合には白地部が現像される）や帯電ムラなどが生じる場合があった。そこで帯電ローラにトナーが蓄積する対策として、帯電ローラにブラシ等のクリーニング部材を当接させて、画像出力上問題のないレベルまで改善されてきた。
【００４２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、クリーナーレスの画像形成装置において、更なる長寿命化と画質の安定化の要求がある。それにより、従来のブラシ等のクリーニング部材では、帯電ローラ表層のトナーを除去する能力が十分ではなく、帯電ローラに堆積するトナーの量が増加傾向にあり、以前の耐久枚数で画像不良が発生しなかったが、耐久後半で画像不良が顕在化してくるようになった。
【００４３】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、クリーナーレスの画像形成装置において、長期の印字に渡って良好な帯電均一性を維持することである。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は下記の構成を特徴とする帯電装置及びクリーナレスの画像形成装置である。
【００４５】
（１）芯金上に多孔性表面を有する導電性の弾性発泡体の層を形成した帯電ローラであり、被帯電体と接触する前記帯電ローラの外周面に移動可能な導電性粒子が保持されており、前記帯電ローラを前記被帯電体に接触させて被帯電体を帯電する帯電装置であり、前記帯電ローラに接触するブラシを有し、前記ブラシの毛先は、先端が丸められた形状であることを特徴とする帯電装置。
【００４６】
（２）前記ブラシにおける毛先の直径の平均値が、前記弾性発泡体おける発泡セルの平均セル径よりも小さいことを特徴とする（１）に記載の帯電装置。
【００４７】
（３）前記ブラシは、前記帯電ローラの長手方向に往復移動させるレシプロ移動機構を有していることを特徴とする（１）ないし（２）に記載の帯電装置。
【００４８】
（４）前記帯電ローラが前記被帯電体に対してカウンターで回転することを特徴とする（１）ないし（３）に記載の帯電装置。
【００４９】
（５）前記導電性粒子の粒径が１画素の大きさ以下であることを特徴とする（１）ないし（４）に記載の帯電装置。
【００５０】
（６）前記導電性粒子の体積抵抗が１×１０^１２（Ω・ｃｍ）以下であることを特徴とする（１）ないし（５）に記載の帯電装置。
【００５１】
（７）前記導電性粒子を供給する手段を持つことを特徴とする（１）ないし（６）に記載の帯電装置。
【００５２】
（８）回転する前記被帯電体と、前記被帯電体を帯電する帯電手段と、被帯電体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、その静電潜像をトナーによって可視化する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段とを備え、前記現像手段が現像剤を被記録体に転写した後に被帯電体上に残留した現像剤を回収するクリーニング手段を兼ねており、被帯電体は繰り返して作像に供される画像形成装置であり、前記被帯電体を帯電する工程手段が、（１）ないし（７）の何れかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００５３】
〈作用〉
毛先の先端が丸められた形状であるブラシを帯電ローラのクリーニング部材として用いることにより、帯電ローラに堆積したトナーを効率よく除去することができる。それにより、帯電ローラに堆積するトナーの量が増加することなく、長期の印字に渡り、帯電不良を防止することができる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
〈実施例１〉
本例は本発明に従う帯電ローラもしくは接触帯電装置を備えた画像形成装置例である。図２はその概略構成模型図である。本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、プロセスカートリッジ着脱方式、接触帯電方式の複写機（記録装置）である。
【００５５】
（１）複写機の全体的概略構成（図２）
１は被帯電体（感光体）である。本実施例はφ３０ｍｍの回転ドラム型の負極性ａ−Ｓｉ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は矢印の時計方向に周速度２１０ｍｍ／ｓｅｃ（＝プロセススピードＰＳ、印字速度）をもって回転駆動される。
【００５６】
帯電ローラ２は感光ドラム１に所定の押圧力をもって接触させて配設した接触帯電ローラ（接触帯電器）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。Ａは感光ドラム１と帯電ローラ２との帯電接触部である。予め帯電ローラの表面には移動可能な導電性粒子Ｍ２が塗布されている。この帯電ローラ２及び導電性粒子Ｍ１、Ｍ２については後述する。
【００５７】
帯電ローラ２は感光ドラム１との帯電接触部Ａにおいて感光ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）で回転駆動され、感光ドラム１面に対して周速差を持って接触する。また不図示の帯電バイアス印加電源から所定の帯電バイアスが印加される。
【００５８】
これにより、回転感光ドラム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。これについては後述する。
【００５９】
３はレーザーダイオード・ポリゴンミラー等を含むレーザービームスキャナ（露光装置）である。このレーザービームスキャナ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ー光を出力し、前記レーザー光で上記回転感光ドラム１の一様帯電面を走査露光Ｌする。この走査露光Ｌにより回転感光ドラム１の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００６０】
４は現像器である。現像剤ｔには導電性粒子Ｍ１を添加してある。回転感光ドラム１面の静電潜像はこの現像器４により現像部ａにてトナー像として現像される。この現像器４及び導電性粒子Ｍ１については後述する。
【００６１】
５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ｂを形成させてある。この転写接触部ｂに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録材としての転写材Ｐが給紙され、かつ転写ローラ５に不図示の転写バイアス印加電源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接触部ｂに給紙された転写材Ｐの面に順次に転写されていく。本実施例ではローラ抵抗値は５×１０^８Ωのものを用い、＋２０００ＶのＤＣ電圧を印加して転写を行なった。即ち、転写接触部ｂに導入された転写材Ｐはこの転写接触部ｂに挟持搬送されて、その表面側に回転感光ドラム１の表面に形成担持されているトナー画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。
【００６２】
６は主除電光で、感光ドラムのトナー像が転写材に転写された後、感光ドラム面を一様に露光して、除電する。
【００６３】
７は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部ｂに給紙されて感光ドラム１側のトナー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。
【００６４】
本実施例の複写機はクリーナレスであり、転写材Ｐに対するトナー像転写後の回転感光ドラム１面に残留の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Ａを経由して現像部に至り、現像器４において現像同時クリーニングにて回収される（トナーリサイクルプロセス）。
【００６５】
（２）帯電ローラ２
本実施例における接触帯電ローラとしての帯電ローラ２は芯金上に多孔性表面を有する導電性の弾性発泡体の層を形成したものであり、導電性の弾性発泡体としてウレタンにカーボンを分散したもので、中抵抗の弾性発泡体の層を形成している。また、本例で使用の帯電ローラ２としての弾性発泡体は、平均セル径（平均孔径）が１５０μｍである。その帯電ローラの表面における平均セル径は光学顕微鏡による観察をもって測定した。
【００６６】
予めこの帯電ローラには導電性粒子Ｍ２を均一に塗布してある。
【００６７】
中抵抗層はウレタン、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、芯金の上にローラ状に形成した。その後必要に応じて表面を研磨して直径１６ｍｍ、長手の長さ３２０ｍｍの導電性弾性ローラである帯電ローラ２を作成した。
【００６８】
本実施例の帯電ローラ２のローラ抵抗を測定したところ３００ｋΩであった。ローラ抵抗は、帯電ローラ２の芯金に総圧１ｋｇの加重がかかるようφ３０ｍｍのアルミドラムに帯電ローラ２を圧着した状態で、芯金とアルミドラムとの間に１００Ｖを印加し、計測した。
【００６９】
ここで、接触帯電ローラである帯電ローラ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低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、十分な帯電性と耐リークを得るには１０^４〜１０^７Ωの抵抗が望ましい。
【００７０】
帯電ローラ２の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体との接触性が悪くなり、高すぎると被帯電体との間に帯電ニップ部を確保できないだけでなく、被帯電体表面へのミクロな接触性が悪くなるので、アスカーＣ硬度で２５度から５０度が好ましい範囲である。
【００７１】
帯電ローラ２の材質としては、弾性発泡体に限定するものでは無く、弾性体の材料として、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものがあげられる。また、特に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。
【００７２】
帯電ローラ２は被帯電体としての感光ドラム１に対して弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて配設し、本実施例では幅３ｍｍの帯電接触部を形成させてある。また本実施例では、この帯電ローラ２を帯電接触部Ａにおいて帯電ローラ表面と感光体表面とが互いに逆方向に等速で移動するよう凡そ１００ｒｐｍで矢印の時計方向に回転駆動させた。即ち接触帯電ローラとしての帯電ローラ２の表面は被帯電体としての感光ドラム１の面に対して周速差を持たせるようにした。
【００７３】
また帯電ローラ２の芯金には不図示の帯電バイアス印加電源から−４４０Ｖの直流電圧を帯電バイアスとして印加するようにした。また、帯電ローラ２には、帯電ローラをクリーニングするための固定ブラシ２−２が接触している。
【００７４】
（３）帯電ローラのクリーニング部材２−２
図２に示すように、帯電ローラのクリーニング部材２−２は固定ブラシであり、ナイロン繊維を平行に配列し、厚さ５ｍｍ程度に形成したブラシシートを用いている。この固定ブラシは、帯電ローラに対して、浸入量２ｍｍで当接されている。ブラシの毛の直径は３０μｍ程度、密度は約１００本／ｃｍ^２、長さは約１０ｍｍ、である。また、ブラシ毛体の先端は、図４のＡに示すように、球形状をなしており、その球形状の直径は約５０μｍである。ブラシ毛体の先端を丸める加工は、バーナーの火炎で溶融して行われている。
【００７５】
また前記固定ブラシ２−２は、帯電ローラの長手方向に往復運動させる不図示のレシプロ移動機構を有しており、感光体が１回転するごとに帯電ローラの長手方向に約５ｍｍ往復運動する。
【００７６】
（４）現像器４
本実施例の現像器４は現像剤ｔとして一成分磁性トナー（ネガトナー）を用いた反転現像器４である。
【００７７】
４ｂはマグネットロール４Ｃ（５０〜１００ｍＴ）を内包させた、現像剤担持搬送部材として非磁性回転現像剤担持体であり、この現像剤担持体４ｂに非接触対向する磁性ブレード４ａで現像剤ｔが薄層にコートされる。
【００７８】
現像剤ｔは磁性ブレード４ａで現像剤担持体４ｂに対する層厚が規制され、その際に現像剤ｔはスリーブとの摩擦帯電により電荷が付与される。現像剤担持体４ｂにコートされた現像剤はスリーブ４ｂの回転により、感光ドラム１とスリーブ４ｂの対向部である現像部（現像領域部）に搬送される。またスリーブ４ｂには現像バイアス印加電源より現像バイアス電圧が印加される。現像バイアス電圧は、−２３０ＶのＤＣ電圧と、周波数１８００Ｈｚ、ピーク間電圧８００Ｖの矩形のＡＣ電圧を重畳したものを用いた。これにより、感光ドラム１側の静電潜像がトナー現像される。
【００７９】
現像剤ｔ即ち一成分磁性トナーは、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成し、これに流動化剤等を外添剤として添加して作成されたものである。トナーの重量平均粒径（Ｄ４）は７μｍであった。本実施例においてはこの現像剤ｔ１００重量部に対して導電性粒子としての導電性粒子Ｍ１を２重量％添加してある。
【００８０】
（４）現像剤ｔと導電性粒子Ｍ１の移行
現像器４の現像剤ｔに重量％で２％添加した導電性粒子Ｍ１は、現像器４による感光ドラム１側の静電潜像のトナー現像時に現像部ａにおいて、非印字部には主に導電性粒子が、印字部にはトナーとトナーに付着した導電性粒子両方が感光ドラム１側に移行する。
【００８１】
感光ドラム１上のトナー像は転写接触部ｂにおいて転写バイアスの影響で記録材Ｐ側に引かれて積極的に転移するが、感光ドラム１上の導電性粒子Ｍ１は導電性であることで記録材Ｐ側には積極的には転移せず、感光ドラム１上に実質的に付着保持されて残留する。
【００８２】
そして複写機はクリーナレスであることで、転写後の感光ドラム１面に残存の上記の導電性粒子Ｍ１は感光ドラム１と帯電ローラ２の帯電接触部Ａに感光ドラム１面の移動でそのまま持ち運ばれて帯電ローラ２に付着し、帯電ローラ２に対して供給される。
【００８３】
即ち、帯電ローラ２から導電性粒子が脱落しても、複写機が稼働されることで、現像器４の現像剤ｔに含有させてある導電性粒子Ｍ１が現像部ａで感光ドラム１体面に移行し前記感光ドラム１面の移動により転写接触部を経て帯電接触部Ａに持ち運ばれて帯電ローラ２に逐次に供給される。
【００８４】
帯電ローラ２から脱落した導電性粒子は現像器４に回収されて現像剤ｔに混入して循環使用される。複写機はクリーナレスであることで、転写後の感光ドラム１面に残存の転写残トナーは感光ドラム１と帯電ローラ２の帯電接触部Ａに感光ドラム１面の移動でそのまま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Ｍ１・Ｍ２が感光ドラム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の感光ドラム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。
【００８５】
帯電ローラ２が感光ドラム１に対して周速差を持って接触していることで、転写接触部から帯電接触部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から感光ドラム１上に徐々に吐き出されて感光ドラム１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。
【００８６】
現像同時クリーニングは前述したように、転写後に感光体１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。本実施例における複写機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へトナーを付着させる電界の作用でなされる。
【００８７】
（５）導電性粒子
本実施例では、予め帯電ローラに塗布した導電性粒子Ｍ２は、比抵抗が１０^６Ω・ｃｍ、平均粒径３μｍ、導電性酸化亜鉛粒子を用いた。（今回、用いた導電性酸化亜鉛粒子の商品名は、２３−Ｋ（Ｃ）で　ハクスイテック（株）製である。）均一な帯電性を得るために、導電性粒子の粒径は１０μｍ以下で細かい方が好ましい。また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１０^１２Ω・ｃｍ以下が望ましく、さらには１０^１０Ω・ｃｍ以下が望ましい。
【００８８】
導電性粒子は、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なんら問題はない。本実施例において、現像剤に混合した導電性粒子Ｍ１は予め帯電ローラに塗布した導電性粒子Ｍ２と同等なものを用いた。導電性粒子は粒径が小さ過ぎると、この低抵抗粒子がトナーの表面を覆うことになりトナーが十分に摩擦帯電できなくなり、現像特性を低下させてしまう。また粒径が大きすぎると、前記粒子が露光時に遮光したり、現像後はトナー中で前記粒子が目立って画像ムラなどになり画像を悪化させてしまう。そこで現像剤に添加する導電性粒子の粒径は、０．１μｍ以上でトナー粒径以下が望ましい。
【００８９】
上記の導電性粒子が被帯電体である感光ドラム１と接触帯電ローラである帯電ローラ２との帯電接触部Ａに介存していることで、前記粒子の滑剤効果により、摩擦抵抗が大きくてそのままでは感光ドラム１に対して周速差を持たせて接触させることが困難であった帯電ローラであっても、それを感光ドラム１面に対して無理なく容易に効果的に周速差を持たせて接触させた状態にすることが可能となる。
【００９０】
帯電ローラ２と感光ドラム１との間に周速差を設けることにより、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部において導電性粒子が感光ドラム１に接触する機会を格段に増加させ、高い接触性を得ることができ、帯電ローラ２と感光ドラム１の接触部に存在する導電性粒子が感光ドラム１表面を隙間なく摺擦することで感光ドラム１に電荷を直接注入帯電ができるようになり、帯電ローラ２による感光ドラム１の接触帯電は導電性粒子の介存により直接注入帯電が支配的となる。
【００９１】
（６）感光体１
本実施例で用いた感光体は、回転ドラム型の電子写真感光体である。本実施例の複写機は反転現像を用いており、感光体は直径３０ｍｍの負極性ａ−Ｓｉ感光体であり、矢印の方向に２１０ｍｍ／ｓｅｃの周速度をもって回転駆動される。
【００９２】
感光体の模式的な断面図を図５に示す。本実施例で用いた感光体は光導電層が機能分離されていない単一層からなる単層型光受容部材である。図５に示すａ−Ｓｉ系光受容部材はアルミニウム等の導電性基体１０１と、導電性基体１０１の表面に順次積層された電荷注入阻止層１０２と光導電層１０３とバッファ層１０４及び表面層１０５からなる。ここで、電荷注入阻止層１０２は導電性基体１０１から光導電層１０３への電荷の注入を阻止するものであり、必要に応じて設けられる。又、光導電層１０３は少なくともシリコン原子を含む非晶質材料で構成され、光導電性を示すものである。更に表面層１０５は炭素原子と水素原子を含むａ−Ｃ：Ｈ膜からなり、電子写真装置における顕像を保持する能力をもつものである。
【００９３】
以下では、電荷注入阻止層１０２の有無により効果が異なる場合を除いては、電荷注入阻止層１０２は有るものとして説明する。尚、表面層１０５の成膜ガスとしては、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０等のガス、及びガス化し得る炭化水素が有効に使用されるものとして挙げられる。又、これらの炭素供給用の原料ガスを必要に応じてＨ_２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ等のガスにより希釈して使用してもよい。
【００９４】
ＶＨＦによるプラズマＣＶＤ装置を用いて表１に示した条件により円筒形のＡＬ基体上に下部阻止層、光導電層、バッファ層、表面層を順次積層し、負帯電で用いられる光受容部材を完成させた。
【００９５】
【表１】

【００９６】
〈実施例２〉
本実施例は前記実施例１の複写機において、図２に示す様に帯電ローラのクリーニング部材２−２は固定ブラシであり、そのブラシ毛の先端が、図４のＢに示すように、扁平形状をなしており、その扁平形状の直径は約５０μｍである。ブラシ毛体の先端を丸める加工は、バーナーの火炎で溶融して行われている。その他は実施例１の複写機と同じである。
【００９７】
〈実施例３〉
本例は本発明に従う帯電ローラもしくは接触帯電装置を備えた画像形成装置例である。図３はその概略構成模型図である。
【００９８】
図３に示す様に、帯電ローラのクリーニング部材２−２はブラシローラであり、直径６ｍｍの金属製の芯金にナイロン繊維をパイル地にしたテープをスパイラル状に巻き付けて、外径１２ｍｍのブラシローラとしたものである。ブラシの毛の直径は３０μｍ程度、密度は約１００本／ｃｍ^２、長さは約３ｍｍである。
【００９９】
このブラシローラを帯電ローラに対して、当接部の幅が３ｍｍ程度となるように浸入量を調節して接触させ、回転自由に軸受け保持させてある。そして、このブラシローラは、帯電ローラの長手方向に往復運動させる不図示のレシプロ移動機構を有しており、感光体が１回転するごとに帯電ローラの長手方向に約５ｍｍ往復運動する。
【０１００】
また、このブラシ毛体の先端は、図４のＡに示すように、球形状をなしており、その球形状の直径は約５０μｍである。ブラシ毛体の先端を丸める加工は、バーナーの火炎で溶融して行われている。その他は実施例１の複写機と同じである。
【０１０１】
〈実施例４〉
本実施例は前記実施例３の複写機において、図３に示す様に、帯電ローラのクリーニング部材２−２はブラシローラであり、このブラシ毛体の先端は、図４のＢに示すように、扁平形状をなしており、その扁平形状の直径は約５０μｍである。ブラシ毛体の先端を丸める加工は、バーナーの火炎で溶融して行われている。
その他は実施例３の複写機と同じである。
【０１０２】
〈比較例１〉
本比較例は前記実施例１の複写機において、図２に示す様に帯電ローラのクリーニング部材２−２は固定ブラシであり、そのブラシ毛の先端が、図４のＣに示すように、棒形状をなしており、ブラシ毛の先端が丸められていない。その棒形状の直径は約３０μｍである。
その他は実施例１の複写機と同じである。
【０１０３】
〈比較例２〉
本比較例は前記実施例３の複写機において、図３に示す様に帯電ローラのクリーニング部材２−２はブラシローラであり、そのブラシ毛の先端が、図４のＣに示すように、棒形状をなしており、ブラシ毛の先端が丸められていない。その棒形状の直径は約３０μｍである。
【０１０４】
その他は実施例３の複写機と同じである。
【０１０５】
〔評価〕
帯電性能の評価
２４℃／４０％ＲＨの常温常湿において、上記の実施例及び比較例の帯電性能の評価を行った。評価方法は、Ａ４紙を用い、印字率が２０％の文字パターン（Ａ４縦方向）の印字を行い、途中にベタ白画像及び中間調画像を印字し、そのベタ白画像及び中間調画像で評価をおこなった。評価の基準は以下の通りである。　その結果を表２にまとめて示した。
【０１０６】
×：ベタ白画像にも中間調画像にも帯電不良部がみられる。
【０１０７】
△：ベタ白画像には帯電不良部がみられないが、中間調画像に帯電不良部がみられる。
【０１０８】
○：ベタ白画像にも中間調画像にも帯電不良部がみられない。
【０１０９】
【表２】

【０１１０】
表２から明らかの様に、比較例１では初期は転写残トナーが帯電ローラに蓄積されていないため、感光体の帯電において帯電不良が発生しない。しかし、３万枚印字後及び１０万枚印字後において、帯電ローラに転写残トナーが蓄積し、ベタ白画像にも中間調画像にも帯電不良部が現れた。
【０１１１】
同様に、比較例２においては、ブラシローラを用いているため、比較例１の固定のブラシと比べて帯電ローラの清掃能力が上がり、３万枚印字後には比較例１よりも帯電不良が軽減している。しかし、１０万枚印字後には、ベタ白画像にも中間調画像にも帯電不良部が現れた。
【０１１２】
実施例１は、帯電ローラのクリーニング部材である固定ブラシのブラシ毛の先端を球形状にすることで、比較例１に比べて、３万枚印字後及び１０万枚印字後の帯電不良が改善している。これは、ブラシ先端が球形状のものは棒形状のものより、帯電ローラに付着したトナーを引っ掛けやすく、帯電ローラに堆積したトナーを除去する能力が高まったためである。
【０１１３】
更に実施例２は、帯電ローラのクリーニング部材である固定ブラシのブラシ毛の先端を扁平形状にすることで、比較例１に比べて、３万枚印字後及び１０万枚印字後の帯電不良が非常に大きく改善している。これは、ブラシ先端が扁平形状のものは棒形状のものよりも、帯電ローラに付着したトナーを非常に引っ掛けやすく、帯電ローラに堆積したトナーを除去する能力が大きく高まったためである。
実施例３は、帯電ローラのクリーニング部材であるブラシローラのブラシ毛の先端を球形状にすることで、比較例１に比べて、３万枚印字後及び１０万枚印字後の帯電不良が改善している。これは、ブラシ先端が球形状のものは棒形状のものより、帯電ローラに付着したトナーを引っ掛けやすく、帯電ローラに堆積したトナーを除去する能力が高まったためである。
【０１１４】
更に実施例４は、帯電ローラのクリーニング部材であるブラシローラのブラシ毛の先端を扁平形状にすることで、比較例１に比べて、３万枚印字後及び１０万枚印字後の帯電不良が非常に大きく改善している。これは、ブラシ先端が扁平形状のものは棒形状のものよりも、帯電ローラに付着したトナーを非常に引っ掛けやすく、帯電ローラに堆積したトナーを除去する能力が大きく高まったためである。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によればクリーナーレスの画像形成装置において、感光体と接触する帯電ローラの外周面に移動可能な導電性粒子を保持させ、クリーニングブラシをその帯電ローラに接触させる構成で、そのブラシの毛の先端を丸めることにより、帯電ローラに堆積したトナーを除去する能力が高まり、初期から長期にわたって、安定した帯電性が維持できる。
【０１１６】
〈その他〉
１）帯電ローラに印加する帯電バイアスは交番電圧成分（ＡＣ成分、周期的に電圧値が変化する電圧）を含むものであってもよい。交番電圧成分の波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。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よい。
【０１１７】
２）画像形成装置の場合において、感光体の帯電面に対する情報書き込み手段としての像露光手段は実施例のレーザー走査手段以外にも、例えば、ＬＥＤのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。ハロゲンランプや蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。要するに、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。
【０１１８】
３）画像形成装置の場合において、静電潜像のトナー現像方式・手段は任意である。正規現像方式でも反転現像方式でもよい。
【０１１９】
一般的に、静電潜像の現像方法は、非磁性トナーについてはこれをブレード等でスリーブ等の現像剤担持搬送部材上にコーティングし、磁性トナーについてはこれを現像剤担持搬送部材上に磁気力によってコーティングして搬送して感光体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（１成分非接触現像）と、上記のように現像剤担持搬送部材上にコーティングしたトナーを感光体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（１成分接触現像）と、トナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像剤（２成分現像剤）として用いて磁気力によって搬送して感光体に対して接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（２成分接触現像）と、上記の２成分現像剤を感光体に対して非接触状態で適用し静電潜像を現像する方法（２成分非接触現像）との４種類に大別される。
【図面の簡単な説明】
【図１】帯電特性グラフ
【図２】実施例１の画像形成装置の概略構成図
【図３】実施例２の画像形成装置の概略構成図
【図４】クリーニング部材の毛先の形状
【図５】実施例及び比較例に用いたａ−Ｓｉ感光体の概略断面図
【符号の説明】
１　　感光体（像担持体、被帯電体）
２−１　　帯電ローラ
２−２　　クリーニング部材
３　　レーザービームスキャナ（露光器）
４　　現像器
４ａ　磁性ブレード
４ｂ　現像剤担持体
４ｃ　磁石
５　　転写ローラ
６　主除電光
７　定着ローラ
Ｃ　　プロセスカートリッジ
Ｐ　　転写材
ｔ　　現像剤　（トナー）
Ｍ１　Ｍ２　　導電性粒子
１０１　導電性基体
１０２　電荷注入防止層
１０３　光導電層
１０４　バッファー層
１０５　表面層

Claims

芯金上に多孔性表面を有する導電性の弾性発泡体の層を形成した帯電ローラであり、被帯電体と接触する前記帯電ローラの外周面に移動可能な導電性粒子が保持されており、前記帯電ローラを前記被帯電体に接触させて被帯電体を帯電する帯電装置であり、前記帯電ローラに接触するブラシを有し、前記ブラシの毛先は、先端が丸められた形状であることを特徴とする帯電装置。
前記ブラシにおける毛先の直径の平均値が、前記弾性発泡体における発泡セルの平均セル径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
前記ブラシは、前記帯電ローラの長手方向に往復移動させるレシプロ移動機構を有してい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。
前記帯電ローラが前記被帯電体に対してカウンターで回転することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電装置。
前記導電性粒子の粒径が１画素の大きさ以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電装置。
前記導電性粒子の体積抵抗が１×１０^１２（Ω・ｃｍ）以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の帯電装置。
前記導電性粒子を供給する手段を持つことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の帯電装置。
回転する前記被帯電体と、前記被帯電体を帯電する帯電手段と、被帯電体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、その静電潜像をトナーによって可視化する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段とを備え、前記現像手段が現像剤を被記録体に転写した後に被帯電体上に残留した現像剤を回収するクリーニング手段を兼ねており、被帯電体は繰り返して作像に供される画像形成装置であり、前記被帯電体を帯電する工程手段が、請求項１ないし７の何れかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。