JP2004240302A

JP2004240302A - Electrifying device

Info

Publication number: JP2004240302A
Application number: JP2003031102A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Kono; 康則児野; Harumi Ishiyama; 晴美石山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-02-07
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain both of image quality and durability, and also, to attain both an electrifying member of low hardness and a micro surface cell, as for an image recording device. <P>SOLUTION: As for the conductive elastic layer of the electrifying device carrying conductive particles on the conductive elastic layer, provided that a layer A means the thickest layer, a layer B means a surface layer, (1) as for the hardness of the layer, the layer A < the layer B, (2) as for the cell diameter of the layer, the layer A > the layer B, (3) the water contact angle of the surface of a body to be electrified is ≥85°, and (4) the image recording device is constituted by using the electrifying device. Besides, (5) simultaneous developing and cleaning is performed by using the electrifying device. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体を帯電する帯電装置に関する。より詳しくは、被帯電体に帯電部材を接触させて被帯電体の表面を帯電する接触タイプの帯電装置（接触帯電装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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（接触帯電部材・接触帯電器）を接触させ、この接触帯電部材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。
【０００３】
これらの帯電装置を接触帯電装置と一括りに表現しているが、その帯電機構（帯電のメカニズム、帯電原理）の観点では個々の装置は大きく異なっている。接触帯電の帯電機構には、（１）放電帯電機構と、（２）直接注入帯電機構が存在する。いずれの帯電機構による帯電装置であるかにより帯電装置の特徴も決まってくる。放電帯電機構と直接注入帯電機構の各々の原理とその特徴を述べる。
【０００４】
（１）放電帯電機構
接触帯電部材と被帯電体との隙間に生じる放電現象による放電生成物で被帯電体の表面が帯電する機構である。
【０００５】
放電帯電系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、図６のＡ（従来のローラ帯電装置）に示すように被帯電体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が、原理的に放電生成物を生じる。
【０００６】
放電による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（ローラ帯電装置）が放電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。この放電用帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体を基層としてローラ状に形成した上に、その表面が高抵抗層で作製される。この構成において、放電現象はローラと被帯電体の接触部から少し離れた数十μｍの隙間で起きる。従って、放電現象を安定化するために、ローラ表面にある層（以下、表面層という）は平坦で、表面の平均粗さＲａでサブμｍ以下であり、ローラ硬度も高い表面を有している。また、放電によるローラ帯電は印加電圧が高く、ピンホール（被帯電体膜の損傷による基盤の露出）があると、その周辺にまで電圧降下が及び帯電不良を生じる。従って、表面層の表面抵抗は１０^１１Ω以上にすることで電圧降下を防止している。
【０００７】
（２）直接注入帯電機構
直接注入帯電とは、接触帯電部材と被帯電体との分子レベルでの接触により、直接に電荷の授受をすることにより被帯電体の表面を帯電（充電）する帯電機構である。直接帯電あるいは注入帯電とも称される。
【０００８】
本帯電機構においては、接触帯電部材と被帯電体の電位差は数Ｖ〜数十Ｖ程度である。その帯電特性を図６のＢ（磁気ブラシ帯電装置）に示す。帯電電位は印加電圧と等しく、放電を生じる電圧差もない。また、帯電に必要な電圧は低く抑えられる。
【０００９】
上記のように帯電の機構として、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。つまり、環境安全、部材劣化、低電力の点で優れた帯電方式である。
【００１０】
次に直接注入帯電機構による帯電装置について記述する。
【００１１】
直接帯電機構において、帯電性能を決める重要なファクターとなるのが接触帯電部材と被帯電体との接触性である。ここで言う接触性とは、被帯電体が帯電装置を通過する間にいかに多くの面に接触帯電部材がミクロ的に接触できるかという性能を意味している。そのために、接触帯電部材には緻密な表面構造と柔軟に接触できる弾性を兼ね備えた表面が要求される。
【００１２】
直接注入帯電装置に用いる接触帯電部材の形態としては、放電用帯電ローラ等による試みも行われてきたが、放電用帯電ローラでは直接注入帯電は不可能であった。前述のような高硬度で平滑な表面構造では外観上被帯電体と密着しているように見えるが、電荷注入に必要な分子レベルでのミクロな接触性という意味ではほとんど接触していないからである。
【００１３】
現在、提案されている直接注入帯電方式としては、粒子を媒介とする粒子帯電がある。
【００１４】
（３）粒子帯電
接触密度の向上を考えると、導電粒子を使った帯電方式（粒子帯電）が有利である。この時用いる導電性粒子を「帯電粒子」と称する。帯電粒子の例としては導電磁性粒子が挙げられ、マグネットにより磁気ブラシ帯電部材を形成した例が提案されている。
【００１５】
また、粒子帯電はトナーリサイクルシステムに適している。即ち、トナーリサイクルプロセスとは、転写方式の画像記録装置において廃トナー（転写残トナー）を再度画像形成に使うことにより、トナーを有効活用するとともに、クリーナ容器スペースをなくして装置の小型化を実現する、優れた構成である。
【００１６】
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、あるいは、不要なら回収することにより、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とトナーの再帯電が必要になる。
【００１７】
以上のような観点から磁気ブラシのトナーリサイクル適正について考えてみる。
磁気ブラシはそれ自身が粒子により構成され自由度をもって動けることと、比表面積が大きいという特徴を持つ。従って、粒子帯電においては、転写残トナーを像担持体上から回収する、更に取り込んだトナーの電荷を適正にするなど、トナーリサイクルには必須となる機能を有利に実現することが可能となる。
【００１８】
更に、帯電粒子において、磁気ブラシを発展させた帯電器として、導電性粒子を弾性ローラに担持して構成される帯電粒子も提案されている。
【００１９】
例えば、導電性粒子を有する帯電部材により被帯電体の表面を帯電する帯電方法が特開平１０−３０７４５４号公報に開示されている。
【００２０】
導電性粒子による粒子帯電は、帯電性能の点で磁気ブラシを上回っているものの、被帯電体の磨耗は多く、被帯電体寿命と帯電性能を兼ね備えた更に長寿命の帯電システムが望まれている。
【００２１】
【特許文献１】
特開平１０−３０７４５４号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
前述の導電性粒子による粒子帯電において、粒子担持体としての導電弾性部材表面のセル径を一定範囲に調節することが必要となる。導電性粒子より大きなセル構造であるとともに画像形成単位より小さいことが望ましい。一方、被帯電体である感光ドラム表面の磨耗については、弾性担持体の硬度を減らし、より均一で低接触圧なニップ構成をつくることにより磨耗量を低減できる。
【００２３】
しかしながら、ローラのセル径を小さくするほど、硬度は高くなるという関係になる。それぞれに理想的なセル条件と、ニップ条件は得にくいというのが現状である。
【００２４】
【課題を解決するための手投】
本発明は下記の構成を特徴とする帯電装置及び該帯電装置を用いた画像記録装置である。
【００２５】
（１）被帯電体に対し電圧を印加するとともに、前記被帯電体に接触して前記被帯電体の表面を一様に帯電処理する帯電装置であり、粒子径１０μｍから１０ｎｍである導電性粒子と該粒子を担持する導電性弾性層からなる帯電装置において、
該弾性層は複数の多孔質層から構成され、そのうち最も厚い層をＡ層、該弾性層の表面にある層をＢ層とするとき、
該Ａ層の硬度＜該Ｂ層の硬度
が成り立つことを特徴とする帯電装置。
【００２６】
好ましい実施態様として以下のものが上げられる。
【００２７】
該Ａ層のセル径＞該Ｂ層のセル径である。
【００２８】
前記被帯電体の表面の水の接触角は８５度以上である。
【００２９】
（２）像担持体に該像担持体の表面を帯電する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像記録装置において、
前記像担持体の表面を帯電する工程手段が前記帯電装置のいずれかであることを特徴とする画像記録装置。
【００３０】
（３）像担持体と、その周りに配置された、帯電装置、像露光装置、現像装置、転写装置、及び被記録体上の画像を定着する定着装置からなる電子写真方式の画像記録装置であって、転写工程後の像担持体の表面に残留した現像剤を少なくとも前記帯電装置の帯電部材に一時担持し、再び前記像担持体の表面に転移させて、再度前記現像装置に回収するトナーリサイクル構成の画像記録装置において、
前記帯電装置は前記帯電装置のいずれかであり、前記現像装置内には前記導電性粒子と現像剤からなる混合物が蓄えられ、前記導電性粒子は現像時に前記像担持体に転移し、前記帯電装置へ持ち運ばれて前記帯電部材に供給されることを特徴とする画像記録装置。
【００３１】
【発明の実施の形態】
＜実施形態１＞
図ｌは本発明に従う帯電装置を用いた画像記録装置の概略構成図である。この画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用、直接注入帯電方式のレーザプリンタである。
【００３２】
（１）画像記録装置の全体的な概略構成
１は像担持体であり、本例ではφ３０ｍｍ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９４ｍｍ／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。
【００３３】
上記の感光ドラム１についてはさらに別項で詳述する。
【００３４】
使用される帯電装置２は本発明に従う粒子帯電タイプの接触帯電装置である。この帯電装置は、接触帯電部材としての帯電ローラ２Ａと、該帯電ローラに対する帯電バイアス印加電源Ｓ１と、該帯電ローラ２Ａに対する帯電粒子供給器３を有する。
【００３５】
帯電ローラ２Ａは、芯金２ａと、この芯金２ａの外周りに同心一体にローラ状に形成した弾性・中抵抗層２ｂと２ｃからなり、更に、弾性・中抵抗層２ｃの外周面に帯電粒子（導電性粒子）ｍを担持させて構成される。この帯電ローラ２Ａ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ｎを形成させている。帯電ローラ２Ａに担持させた帯電粒子ｍが帯電接触部ｎにおいて感光ドラム１面に接触する。
【００３６】
帯電ローラ２Ａは感光ドラム１と同じ矢印の時計方向に回転駆動され、帯電接触部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、帯電粒子ｍを介して感光ドラム１面に対して速度差を持って接触する。
【００３７】
感光ドラム１に対する帯電ローラ２Ａの相対速度差は、帯電ローラ２Ａと逆方向（感光ドラム１の回転に順回転方向）に周速度を異ならせて回転駆動させることでも持たせることができる。ただ、直接注入帯電の帯電性は感光ドラム１の周速と帯電ローラ２Ａの周速の比に依存するため、帯電ローラ２Ａを感光ドラム１と同じ方向に回転駆動させる方が回転数の点で有利であるとともに、粒子の保持性の点でも、この構成にすることが好ましい。
【００３８】
画像記録装置の画像記録時には該帯電ローラ２Ａ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が印加される。
【００３９】
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。本例では帯電ローラ２Ａの芯金２ａに帯電バイアス印加電源Ｓｌから−６００Ｖの帯電バイアスを印加して、感光ドラム１面にその印加帯電バイアスとほぼ同じ帯電電位を得た。
【００４０】
帯電ローラ２Ａの外周面に塗布されている帯電粒子ｍは、帯電ローラ２Ａ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。従って、それを補うために帯電ローラ２Ａに対する帯電粒子供給器３を必要とする。帯電粒子供給器３による帯電ローラ２Ａに対する帯電粒子ｍの塗布は、帯電粒子供給器３のハウジング容器３ａ内に蓄えられた帯電粒子ｍを攪拌羽根３ｂにより攪拌し帯電ローラ２Ａの外周面に供給して行われる。そして、目標の塗布量に応じて過剰となる帯電粒子ｍをファーブラシ３ｃに掻き取らせて適正量の帯電粒子塗布を行う。帯電粒子塗布量の制御はファーブラシ３ｃの回転数制御により随時調整可能である。
【００４１】
上記の帯電装置２及び直接注入帯電についてはさらに別項で詳述する。
【００４２】
４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）である。このレーザビームスキャナ４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を出力し、該レーザ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。
【００４３】
この走査露光Ｌ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。
【００４４】
５は現像装置である。回転感光ドラムｌ面の静電潜像はこの現像装置５により現像部位ａにてトナー画像として現像される。トナーｔはネガトナーを使用し、反転現像により露光部を現像して感光ドラム上にトナー画像を形成する。現像装置５についてはさらに別項で詳述する。
【００４５】
６は接触転写手投としての中抵抗の転写ローラであり、感光ドラム１に圧接させて転写ニップ部ｂを形成させてある。この転写ニップ部ｂに不図示の給紙部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側の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。
【００４６】
転写ローラ６は、芯金６ａに中抵抗発泡層６ｂを形成した、ローラ抵抗値５×１０^８Ω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画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。
【００４７】
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側のトナー画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この定着装置７に導入され、トナー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。
【００４８】
８は感光ドラムクリーニング装置であり、感光ドラム１上に残留した転写残トナーをクリーニングブレード８ａで掻き落として廃トナー容器８ｂに回収する。
【００４９】
そして、感光ドラム１は再度帯電装置２により帯電され、繰り返して画像形成に用いられる。
【００５０】
（２）感光ドラム１
図２は感光ドラム（電子写真感光体）１の層構成の模式図である。（ａ）は電荷注入層付きの感光ドラム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。
【００５１】
（ｂ）の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１４、電荷輸送層１５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。
【００５２】
（ａ）の電荷注入層付きの感光ドラム１ａは、上記の感光体１ｂに、さらに電荷注入層１６を塗布することにより、帯電性能を向上したものである。
【００５３】
電荷注入層１６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ＳｎＯ_２超微粒子１６ａ（直径が約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。
【００５４】
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、帯電粒子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度以上である。
【００５５】
また、帯電性能の観点から表面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、被帯電体側の抵抗を下げることで、一つの注入ポイント（接触ポイント）あたり、帯電できる被帯電体の表面の面積が広くなると考えられる。従って、帯電ローラが同じ接触状態であっても、被帯電体の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、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１６の体積抵抗としては１×１０^９〜１×１０^１４Ω・ｃｍの範囲が適当である。また、（ｂ）の電荷注入層１６を用いていない感光ドラム１ｂの場合でも、例えば電荷輸送層１５が上記抵抗範囲に或る場合は同等の効果が得られる。さらに、表面層の体積抵抗が約１０^１３Ω・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。
【００５６】
本例に用いた感光ドラム１ａ及び感光ドラム１ｂの表面層の体積抵抗は各々１０^１２Ω・ｃｍと、１０^１４Ω・ｃｍ以上であった。
【００５７】
（３）帯電ローラ２Ａ
本例における接触帯電部材としての帯電ローラ２Ａは、前記したように、芯金２ａと、この芯金２ａの外周りに同心一体となるようローラ状に形成した弾性・中抵抗層２ｂ、２ｃからなる。そして、この帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層２ｃの外周面に帯電粒子（導電性粒子）ｍを担持させている。
【００５８】
弾性・中抵抗層２ｂは樹脂（例えばウレタン）やゴム材（例えば、ＥＰＤＭ）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫化剤（例えば硫黄、やメルカプロベンゾチアゾール等加硫促進剤）、発泡剤（例えばアゾジカルボンアミド）等により処方され、芯金２ａの上にローラ状に形成した。弾性・中抵抗層は、２層から構成され、下層となる２ｂ層は、硬度を優先的に処方した抵抗層であり、発泡径を大きめに設定する。また、上層となる２ｃ層は、発泡径を優先的に処方し、担持する導電粒子粒径にたいし十分大きく被帯電体潜像解像度より小さく設定する必要がある。その後、２ｃ層表面を研磨した所望の外形と表面のセル構造を露出させた。２ｂ及び２ｃ層の組成は、例えばＥＰＤＭゴム１００質量部に対し、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸２質量部、カーボンブラック６０質量部、硫黄２質量部、アゾジカルボンアミド等発泡剤５〜３０質量部、その他、パラフィン系オイル５５質量部、メルカプロベンゾチアゾール等加硫促進剤を１〜１０質量部である。
【００５９】
本発明における接触帯電部材としての帯電ローラ２Ａは一般的に用いられる放電用の帯電ローラに対し以下の点で特に異なる。
【００６０】
１．表面層に高密度の帯電粒子ｍを担持するための表面構造や粗さ特性
２．直接注入帯電に必要な抵抗特性（体積抵抗、表面抵抗）
（３）−１表面構造及び粗さ特性
従来、放電によるローラ表面は平坦であり、表面の平均粗さＲａでサブμｍ以下であり、ローラ硬度も高い。放電を用いた帯電において、ローラと被帯電体の接触部から少し離れた数十μｍの隙間で放電現象が起きる。ローラ及び被帯電体の表面に凹凸が存在する場合、部分的に電界強度が異なるため放電現象が不安定になり、帯電ムラを生じる。従って、従来の帯電ローラは平坦で高硬度な表面を必要とする。
【００６１】
ではなぜ放電用帯電ローラでは注入帯電できないのかを考察する。それは、前述のような表面構造では外観上ドラムと密着しているように見えるが、電荷注入に必要な分子レベルでのミクロな接触性という意味ではほとんど接触していないからである。
【００６２】
一方、本発明における接触帯電部材としての帯電ローラ２Ａは帯電粒子ｍを高密度に担持する必要性からある程度の粗さが要求される。平均粗さＲａにして１μｍから５００μｍが好ましい。
【００６３】
１μｍよりも小さいと帯電粒子ｍを担持するための表面積が不足するとともに、絶縁物（たとえばトナー）などがローラ表面層に付着した場合、その周辺がドラムに接触できなくなり、帯電性能が低下する。
【００６４】
また、粒子の保持能力について考慮した場合、用いる帯電粒子の粒子径より大きな粗さを持つことが好ましい。
【００６５】
逆に５００μｍよりも大きいと、ローラ表面の凹凸が被帯電体の面内帯電均一性を低下させることになる。本例におけるＲａは５０μｍであった。
【００６６】
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、対物レンズとして２５０倍から１２５０倍のものを用い、非接触にてローラ表面の形状及びＲａの測定を行った。
【００６７】
（３）−２抵抗特性
従来の放電を用いる帯電ローラは芯金に低抵抗の基層を形成した後、表面を高抵抗層で被覆している。放電によるローラ帯電は印加電圧が高く、ピンホール（膜の損傷による基盤の露出）があると、その周辺にまで電圧降下が及び、帯電不良を生じる。従って、１０^１１Ω以上にする必要がある。
【００６８】
一方、本発明の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面層を高抵抗にする必要がなく、ローラを単層で構成することができる。むしろ、直接注入帯電において帯電ローラ２Ａの表面抵抗で１０^４〜１０^１０Ωであることが必要である。
【００６９】
１０^１０Ωよりも大きくなると、ローラ表面に大きな電位差を生じるため帯電粒子に吐き出しバイアスが作用し、帯電粒子が吐き出されやすくなる。また、帯電面内の均一性が低下し、ローラの摺擦によるムラが中間調画像にスジ状となって現れ、画像品位の低下が見られる。
【００７０】
一方、１０^４Ωよりも小さい場合は、注入帯電であってもドラムピンホールによる周辺の電圧降下を生じる。
【００７１】
さらに、体積抵抗については、１０^４〜１０^７Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。１０^４Ω・ｃｍ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やすくなる。一方、１０^７Ω・ｃｍ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。
【００７２】
本実施例に用いた帯電ローラ２Ａの表面抵抗及び体積抵抗は、それぞれ１０^７Ω及び１０^６Ω・ｃｍであった。
【００７３】
帯電ローラ２Ａの抵抗測定は以下の手順で行った。測定時の構成について概略図を図３に示す。ローラ抵抗は、帯電ローラ２Ａの芯金２ａに総圧９．８Ｎ（１ｋｇｆ）の加重がかかるよう外径３０ｍｍの絶縁体ドラム９３に電極を施し測定した。電極は主電極９２の周りにガード電極９１を配し、図３の（ａ）、（ｂ）に示す配線図にて測定を行った。主電極９２とガード電極９１間の距離はおよそ弾性・中抵抗層２ｂの厚さ程度に調整し、主電極９２はガード電極９１に対し十分な幅を確保した。測定は主電極９２に印加電源Ｓ４から＋１００Ｖを印加し電流計Ａｖ及びＡｓに流れる電流を測定し、それぞれ体積抵抗、表面抵抗を測定した。
【００７４】
以上述べてきたように本発明における接触帯電部材としての帯電ローラについては、
１．表面層に高密度の帯電粒子を担持するために表面構造粗さ特性
２．直接帯電に必要な抵抗特性（体積抵抗、表面抵抗）
が必要である。
【００７５】
（３）−３ローラ硬度
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。
【００７６】
本帯電装置においては、帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層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１０度から５０度が好ましい範囲である。
【００７７】
高すぎると、必要な侵入量が得られず、被帯電体との間に帯電接触部ｎを確保できないため帯電性能が低下する。また、物質の分子レベルの接触性が得られないため異物の混入などによりその周辺への接触が妨げられる。
【００７８】
一方、硬度が低すぎると、形伏が安定しないために被帯電体との接触圧にムラを生じ帯電ムラを生じる。あるいは、長期放置によるローラの永久変形ひずみによる帯電不良を生じる。
【００７９】
（３）−４帯電ローラの材質、構造、寸法
図１において、帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層２ｂ、２ｃの材質としては、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整のための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。また、機能分離した複数層による構成も可能である。
【００８０】
しかし、帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層２ｂ、２ｃは多孔質層であり、その形態としては発泡体構造がより好ましい。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から５００μｍが適切である。発泡成形した後に、その表面を研磨することにより発泡体の表面を露出させ、前述の粗さを持った表面構造を作製できる。特に、表面にある層のセル径は２０から２００μｍが望ましい。
【００８１】
そして最終的に直径６ｍｍ、長手長さ２４０ｍｍの芯金２ａに、２層の導電性弾性層を順次形成し、全層厚７ｍｍの弾性・中抵抗層とし、外径２０ｍｍ、長手長さ２２０ｍｍの帯電ローラ２Ａを作製した。下層となる２ｂ層の厚さは６．５ｍｍ、上層２ｃの厚さは０．５ｍｍとした。
【００８２】
帯電ローラ２Ａは被帯電体としての感光ドラム１に対して０．２ｍｍの侵入量にて配設し、本実施例では接触幅約３ｍｍの帯電接触部ｎを形成させてある。
【００８３】
（４）帯電粒子ｍ
本発明では、帯電粒子ｍとして、比抵抗が１０^６Ω・ｃｍ、平均粒径３μｍの導電性酸化亜鉛を用いた。
【００８４】
そして、図１において、帯電粒子ｍは帯電粒子供給器３のハウジング容器３ａ内に収容される。
【００８５】
帯電粒子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、あるいは、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。また、本発明における帯電粒子ｍは磁気拘束する必要がないため、磁性を有する必要がない。
【００８６】
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以下が必要であり、１０^１０Ω・ｃｍ以下がより望ましい。
【００８７】
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２．２６ｃｍ^２の円筒内に凡そ０．５ｇの帯電粒子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、その後正規化して比抵抗を算出した。
【００８８】
粒径は、磁気ブラシ帯電装置を超える高い帯電効率と帯電均一性をえるために１０μｍ以下が望ましい。本発明において、粒子が凝集体を構成している場合の粒径は、その擬集体としての平均粒径として定義した。粒径の測定には、電子顛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持って体積粒径分布を算出し、その５０％平均粒径を持って決定した。
【００８９】
帯電粒子ｍは一次粒子の状態で存在するばかりでなく、二次粒子の擬集した状態で存在することもなんら問題はない。どのような擬集状態であれ、凝集体として帯電粒子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。
【００９０】
帯電粒子ｍは特に感光体の帯電に用いる場合に潜像露光の妨げにならないよう白色または透明に近いことが望ましい。さらに、帯電粒子ｍが感光体上から記録材に一部転写されてしまうことを考えると、カラー記録では無色あるいは白色のものが望ましい。また、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得られるものとして１０ｎｍが限界と考えられる。
【００９１】
（５）帯電粒子担持量
本発明では、粒子帯電における帯電粒子ｍの粒径を小径化することにより帯電性能を向上するものであるが、帯電粒子ｍの感光ドラム１ヘの脱落は顕著になる。帯電ローラ２Ａ上に帯電粒子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紙上への画像不良の影響を抑える。従って、理想的には帯電ローラ表面層に一層均一に塗布することが望ましいが、実際のところは、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。
【００９２】
粒子の担持量はローラ表面の平均粗さ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で除した値が以下１、更に好ましくは０．３以下であることが望ましい。
【００９３】
従来の磁気ブラシ帯電装置で用いる磁性の帯電粒子の担持量／Ｒａが凡そ１６７ｍｇ／ｃｍ^２／μｍ（２００ｍｇ／ｃｍ^２、Ｒａ＝１．２μｍ）であるのに対して、本発明におけるの非磁性帯電粒子は１ｍｇ／ｃｍ^２／μｍ（５０ｍｇ／ｃｍ^２、Ｒａ＝５０μｍ）以下である。より好ましくは０．３ｍｇ／ｃｍ^２／μｍ（１５ｍｇ／ｃｍ^２、Ｒａ＝５０μｍ）以下とする。一方、帯電性能を確保する必要性から最小担持量は同じく担持量／Ｒａの値で０．００５ｍｇ／ｃｍ^２／μｍ（０．２５ｍｇ／ｃｍ^２、Ｒａ＝５０μｍ）である。より好ましくは、０．０２ｍｇ／ｃｍ^２／μｍ（１ｍｇ／ｃｍ^２、Ｒａ＝５０μｍ）である。つまり、担持量／Ｒａは０．００５から１、より好ましくは０．０２から０．３ｍｇ／ｃｍ^２／μｍである。詳細については、実施例にて後述する。
【００９４】
担持量の調整は、帯電粒子供給器３のファーブラシ３ｃの回転数を調整して行った。ブラシ速度が速いほど粒子担持量を低く設定できる。また、必要に応じて攪拌羽根３ｂの回転速度、ファーブラシ３ｃの密度などにより調整を行った。
【００９５】
（６）現像装置５
図１において、現像装置５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である。現像装置内には現像剤（トナー）を備えている。
【００９６】
５ａはマグネットロール５ｂ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、現像容器５ｅ内に備える現像前混合物内のトナーｔは現像スリーブ５ａ上を搬送される過程において、規制ブレード５ｃで層厚規制及び電荷付与を受ける。
【００９７】
現像スリーブ５ａにコートされたトナーｔはスリーブ５ａの回転により、感光ドラムｌとスリーブ５ａの対向部である現像部位（現像領域部）ａに搬送される。またスリーブ５ａ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。５ｄは現像容器５ｅ内のトナーの循環を行い順次スリーブ周辺にトナーを搬送する攪拌部材である。
【００９８】
本実施例において、現像バイアス電圧はＤＣ電圧−５００ＶにＡＣ電圧＝ピーク間電圧ｌ６００Ｖ、周波数１．８ｋＨｚ、矩形波の重畳電圧とした。これにより、感光ドラムｌ側の静電潜像がトナーｔにより反転現像される。
【００９９】
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、分級の各工程を経て作製し、更に流動化剤などを外添剤として添加して作製されたものである。トナーの平均粒径（Ｄ４）は７μｍであった。
【０１００】
＜実施形態２＞
図４は本発明の帯電装置を用いた第二の実施形態の画像記録装置を示す概略構成図である。本実施例の画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用、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）のレーザプリンタである。前述の実施形態１の画像記録装置と同様の点については再度の説明を省略し、異なる点について述べる。
【０１０１】
帯電装置について、帯電ローラ２Ａに対する専用の帯電粒子供給器３は備えていない。その代わりに、帯電粒子ｍは現像装置６０の現像剤ｔに添加してあり、感光ドラム１に静電潜像の現像時にトナーとともに感光ドラム１の表面に付着し、感光ドラム１の回転で帯電接触部ｎに持ち運ばれることで、感光ドラム１を介して帯電ローラ２Ａに供給される。
【０１０２】
現像装置６０は一成分磁性トナー（ネガトナー）を用いた反転現像装置である。
現像装置内にはその現像剤ｔと帯電粒子ｍとの混合物ｔ＋ｍを収容させてある。感光ドラム１面の静電潜像はこの現像装置６０により現像部位ａにてトナー画像として現像される。
【０１０３】
すなわち、本例の画像記録装置はトナーリサイクルプロセスであり、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、帯電接触部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２Ａに一時的に回収され、この帯電ローラ外周を周回するにつれて、反転したトナー電荷が正規化され、順次に感光ドラム１に吐き出されて現像部位ａに至り、現像装置６０において現像同時クリーニングにて回収・再利用される。
【０１０４】
（２）帯電装置
帯電粒子供給器３を配していないことを除けば、実施形態１の構成に準ずる。
【０１０５】
（３）現像装置６０
６０ａはマグネットロール６０ｂ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、現像容器６０ｅ内に備える現像前混合物ｔ＋ｍ内のトナーｔは現像スリーブ６０ａ上を搬送される過程において、規制ブレード６０ｃで層厚規制及び電荷付与を受ける。６０ｄは現像容器６０ｅ内のトナーの循環を行い順次スリーブ周辺にトナーを搬送する攪拌部材である。
【０１０６】
現像スリーブ６０ａにコートされたトナーｔは現像スリーブ６０ａの回転により、感光ドラム１と現像スリーブ６０ａの対向部である現像部位（現像領域部）ａに搬送される。また現像スリーブ６０ａには現像バイアス印加電源Ｓ５より現像バイアス電圧が印加される。
【０１０７】
本例において、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側の静電潜像がトナーｔにより反転現像される。
【０１０８】
ａ）トナーｔ：現像剤である１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、分級の各工程を経て作製し、さらに帯電粒子ｍや流動化剤などを外添剤として添加して作製されたものである。トナーの平均粒径（Ｄ４）は７μｍであった。
【０１０９】
ｂ）帯電粒子ｍ：実施形態１に準ずる。
【０１１０】
（４）帯電粒子担持量、被覆率
本実施形態においてはトナーリサイクル構成であるため、実施形態１に比べ多くのトナーが帯電ローラの表面を汚染する。トナーは摩擦帯電による電荷を表面に維持するため抵抗値としては１０^１３Ω・ｃｍ以上の抵抗を有する。従って、帯電ローラ２Ａがトナーにより汚染されると、帯電ローラ２Ａ上に担持している粒子抵抗が増加し帯電性能が低下する。たとえ、帯電粒子の抵抗が低くとも、トナーの混入により担持している粉体の抵抗は上昇し帯電性に障害を生じる。従って、帯電粒子担持量が実施形態１に準ずる担持量／Ｒａで０．００５から１、好ましくは０．０２から０．３ｍｇ／ｃｍ^２／μｍであっても、その成分に多くのトナーが含まれていることがあり、当然帯電性能は低下する。この場合、担持粒子の抵抗が上昇しその状況を捉えることができる。つまり、実使用状態において、帯電ローラ２Ａに担持している粒子（トナーや紙粉などの混入物も含む）を前記した方法で抵抗測定を行い、その値は通常１０^−１〜１０^１２Ω・ｃｍであり、好ましくは１０^−１〜１０^１０Ω・ｃｍである。
【０１１１】
更に、帯電粒子ｍの帯電における実効的な存在量を把握するために、帯電粒子ｍの被覆率を調整することが更に重要となる。帯電粒子ｍは白色であるため磁性トナーの黒色と区別可能である。顕微鏡における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２Ａ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、帯電粒子ｍの被覆率を０・２〜１の範囲に保つことが重要となる。
【０１１２】
また、担持量の調節は、基本的には帯電粒子ｍの現像剤ｔへの添加量を調整して行った。また、必要に応じて、帯電ローラ２Ａの外周の一部に弾性ブレードを当接することにより調整を行った。弾性ブレードを当接することにより、トナーの摩擦帯電極性を正規化する効果があり、帯電ローラ２Ａに担持されている粒子量を調整することが可能となる。
【０１１３】
本発明の好ましい実施態様は以下のとおりである。
【０１１４】
［実施態様１］被帯電体に対し電圧を印加するとともに、前記被帯電体に接触して前記被帯電体の表面を一様に帯電処理する帯電装置であり、粒子径１０μｍから１０ｎｍである導電性粒子と該粒子を担持する導電性弾性層からなる帯電装置において、
該弾性層は複数の多孔質層から構成され、そのうち最も厚い層をＡ層、該弾性層の表面にある層をＢ層とするとき、
該Ａ層の硬度＜該Ｂ層の硬度
が成り立つことを特徴とする帯電装置。
【０１１５】
［実施態様２］該Ａ層のセル径＞該Ｂ層のセル径
が成り立つことを特徴とする実施態様１記載の帯電装置。
【０１１６】
［実施態様３］前記被帯電体の表面の水の接触角は８５度以上であることを特徴とする実施態様１または２記載の帯電装置。
【０１１７】
［実施態様４］像担持体に前記像担持体の表面を帯電する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像記録装置において、
前記像担持体の表面を帯電する工程手段が実施態様１〜実施態様３の何れか１項に記載の帯電装置であることを特徴とする画像記録装置。
【０１１８】
［実施態様５］像担持体と、その周りに配置された、帯電装置、像露光装置、現像装置、転写装置、及び被記録体上の画像を定着する定着装置からなる電子写真方式の画像記録装置であって、転写工程後の像担持体の表面に残留した現像剤を少なくとも前記帯電装置の帯電部材に一時担持し、再び前記像担持体の表面に転移させて、再度前記現像装置に回収するトナーリサイクル構成を有する画像記録装置において、
前記帯電装置は実施態様１〜実施態様３の何れか１項に記載の帯電装置であり、前記現像装置内には前記導電性粒子と現像剤からなる混合物が蓄えられ、前記導電性粒子は現像時に前記像担持体に転移し、前記帯電装置へ持ち運ばれて前記帯電部材に供給されることを特徴とする画像記録装置。
【０１１９】
【実施例】
（１）実施例１
実施形態１に従う画像形成装置である。ローラの弾性・中抵抗層２ｂの単層作製時のローラ硬度は１０度、セル径は２００μｍであった。この上に、更に弾性・中抵抗層２ｃを付加し、研摩を行い、外径２０ｍｍのローラを作製した。最終的には、ローラ硬度１３、セル径２０μｍの表面層を持つローラ作製した。
【０１２０】
弾性・中抵抗層２ｃを単層成型したときのローラ硬度は２５度、セル径は２０μｍであった。
【０１２１】
（２）実施例２
同じく実施形態１に従う画像形成装置である。弾性・中抵抗層２ｂの単層作製時のローラ硬度は１０度、セル径は２００μｍであった。この上に更に弾性・中抵抗層２ｃを付加し、研摩を行い。外形２０ｍｍのローラを作製した。最終的にはローラ硬度１２度、セル径１００μｍの表面層を持つローラを作製した。
【０１２２】
弾性・中抵抗層２ｃを単層成型したときのローラ硬度は２０度、セル径は１００μｍであった。
【０１２３】
（３）実施例３
同じく実施形態１に従う画像形成装置である。弾性・中抵抗層２ｂの単層作製時のローラ硬度は２０度、セル径は１００μｍであった。この上に更に弾性・中抵抗層２ｃを付加し、研摩を行い。外形２０ｍｍのローラを作製した。最終的にはローラ硬度２２度、セル径２０μｍの表面層を持つローラを作製した。
【０１２４】
弾性・中抵抗層２ｃを単層成型したときのローラ硬度は２５度、セル径は２０μｍであった。
【０１２５】
（４）比較例１
図５を参照する。
【０１２６】
本例も実施形態１に従う画像形成装置であるが、帯電ローラの層構成において、大きく実施例とは異なる構成をとる。本例においては、弾性・中抵抗層は単層で構成され、ローラ硬度は１０度、セル径は２００μｍである。
【０１２７】
（５）比較例２
本例も実施形態１に従う画像形成装置であるが、帯電ローラの層構成において、大きく実施例とは異なる構成をとる。本例においては、弾性・中抵抗層は単層で構成され、ローラ硬度は２０度、セル径は１００μｍである。
【０１２８】
（６）比較例３
本例も実施形態１に従う画像形成装置であるが、帯電ローラの層構成において、大きく実施例とは異なる構成をとる。本例においては、弾性・中抵抗層は単層で構成され、ローラ硬度は２５度、セル径は２０μｍである。
【０１２９】
（７）比較例４
同じく実施形態１に従う画像形成装置である。弾性・中抵抗層２ｂの単層作製時のローラ硬度は２５度、セル径は２０μｍであった。この上に更に弾性・中抵抗層２ｃを付加し、研摩を行い。外形２０ｍｍのローラを作製した。最終的にはローラ硬度２２度、セル径２００μｍの表面層を持つローラを作製した。
【０１３０】
弾性・中抵抗層２ｃを単層成型したときのローラ硬度は１０度、セル径は２００μｍであった。
【０１３１】
（８）実施例４、実施例５、実施例６
本例は実施形態１に従う画像形成装置である。ローラ構成に関しては、それぞれ実施例１、実施例２、実施例３に従う。感光体ドラムについても抵抗調整層を付加した感光ドラム１ａを用いた。
【０１３２】
（９）比較例５、比較例６、比較例７、比較例８
本例は実施形態１に従う画像形成装置である。ローラ構成に関しては、それぞれ比較例１、比較例２、比較例３、比較例４に従う。感光体ドラムについても抵抗調整層を付加した感光ドラム１ａを用いた。
【０１３３】
（１０）実施例７、実施例８、実施例９
本例は実施形態２に従う画像形成装置である。ローラ構成に関しては、それぞれ実施例１、実施例２、実施例３に従う。感光体ドラムについても抵抗調整層を付加した感光ドラム１ａを用いた。
【０１３４】
（１１）比較例９、比較例１０、比較例１１、比較例１２
本例は実施形態２に従う画像形成装置である。ローラ構成に関しては、それぞれ比較例１、比較例２、比較例３、比較例４に従う。感光体ドラムについても抵抗調整層を付加した感光ドラム１ａを用いた。
【０１３５】
（１２）各実施例及び比較例の評価方法
ａ）ローラ硬度測定
ローラの硬度測定にはアスカーＣ硬度計を用いた。加重は３００ｇで行った。
【０１３６】
ｂ）セル径
セル径は、光学顕微鏡像において、セル中心を含む断面構造をもつセルを観察しその直径を計ることで求めた。研摩後の表面は正確な断面構造を示さない場合もあり、この場合は表面をスライスし正確な断面構造を作り観察を行った。
【０１３７】
ｃ）帯電性の評価
帯電性の評価は、中間調濃度における画像の均一性を相対的に評価した。第一の方法として、現像の直流電圧成分を帯電バイアスの印加電圧にほぼ等しいバイアスに設定し、カブリ画像を印刷し、帯電均一性を画像により評価した。第二の方法として、各例のプリンタにおいて６００ｄｐｉレーザスキャナを使用し画像記録を行い、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縞模様を印刷し、全体として中間調の濃度を作り、その均一性で評価した。
【０１３８】
Ａ：どちらの評価においても、ローラ摺擦による短い筋上の帯電ムラはほとんどみられず非常に均一な中間調濃度を再現している。
【０１３９】
Ｂ：第一の方法において、１ページ内に数個所上記のムラが現れる。第二の方法では観察されない。
【０１４０】
Ｃ：第一の方法において、ページ内の全面に上記のムラが現れる。第二の方法では観察されない。
【０１４１】
Ｄ：第一の方法において、ページ内の全面に上記のムラが現れる。第二の方法でも、一部にムラが観察される。
【０１４２】
上記評価は、画像パターンの印字率が５％、長手方向の印字率に差がないパターンを用いて４０００枚の印字テスト後に行った。
【０１４３】
ｄ）感光ドラムの磨耗量
４０００枚の印字テスト前後において、感光ドラムの磨耗量を測定して、以下の基準で評価した。電荷注入層は高硬度化により磨耗量は飛躍的に減らすことができる。感光ドラムが電荷注入層付きの感光ドラム１ａ、電荷注入層のない感光ドラム１ｂであるかどうかにより評価基準を以下のように設定した。
【０１４４】
電荷注入層なしの場合（単位：μｍ／１０００枚）
Ａ：磨耗速度≦０．９
Ｂ：０．９＜磨耗速度≦１．２
Ｃ：１．２＜磨耗速度≦１．６
Ｄ：１．６＜磨耗速度
電荷注入層を付加した場合
Ａ：磨耗速度≦０．０７
Ｂ：０．０７＜磨耗速度≦０．０９
Ｃ：０．０９＜磨耗速度≦０．１２
Ｄ：０．１２＜磨耗速度
ｅ）現像不良（画像欠陥の評価）
画像評価は中間調画像を出力して画像の欠陥数から評価を行った。各例のプリンタにおいて６００ｄｐｉレーザスキャナを使用し画像記録を行った。
【０１４５】
本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縞模様を意味し、全体として中間調の濃度を表現している。
【０１４６】
各例のプリンタは反転現像系で画像記録を行っているので画像露光が阻害された場合、現像時にリークが生じた場合、いずれも、白点として画像に現れる。これらの欠陥部位の数を以下の基準で評価した
特に本発明では中間調画像の均一性を重視し、０．３ｍｍ以上の欠陥を評価した。
【０１４７】
Ａ：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の白点がない。
【０１４８】
Ｂ：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の白点が５個未満存在する。
【０１４９】
Ｃ：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の白点が５〜５０個存在する。
【０１５０】
Ｄ：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の白点が５０個を越えて存在する。
【０１５１】
（１４）評価結果
評価結果表１、評価結果表２、評価結果表３に各実施例及び比較例の評価結果をまとめて示した。
【０１５２】
以下に、各実施例及び比較例の評価結果を説明するとともに、本発明の有効性について述べる。
【０１５３】
各処方の発泡層を単層で成型した比較例１においては、ローラ硬度が低いため、感光体ドラムの磨耗速度は遅く長寿命のプロセスを実現できるが、発泡セル径が大きいため、帯電性能は良くない。
【０１５４】
逆に比較例３について、帯電性能は良好であるが、磨耗速度が速い。
【０１５５】
中間的な、比較例２については、帯電性能、磨耗速度ともに中程度である。
【０１５６】
更に、これら比較例１〜３においては、現像不良が生じる。単層ローラでは、ドラムとの当接部、特にドラム回転下流部分において、ローラは大きな変形を受け、ローラ表面において粒子が脱落しやすい。その結果、露光部において、レーザ光を遮光する、あるいは、現像時にトナーがドラムに現像されるのを妨げ、白点上の画像不良を引き起こす。
【０１５７】
実施例１においては、ローラの層構成を２層構成とし、下層に低硬度、大セル径の層、上層に高硬度、小セル径の層を形成し、低硬度で小セル径のローラを作製することができる。その結果、帯電性能と感光体磨耗速度に優れた帯電器を構成できる。実施例２、および３は処方の組み合わせを変えた例において、実施例１に比べて効果は若干劣るものの、いずれも単層のローラより現像不良について良好な結果を示している。つまり、層の硬度について下層＜上層、セル径について下層＞上層の関係が保たれていれば一定に効果が得られることがわかる。
【０１５８】
【表１】

一方、比較例４はこれらの層構成を逆に構成した例であるが、現像不良は逆効果であった。さらに、帯電性、磨耗の点においても劣ることがわかる。
【０１５９】
次に、表２にまとめた、電荷注入層を有する感光ドラム１ａを用いた、実施例４、５、６および比較例５、６、７、８について本発明の効果を述べる。同処方の、実施例１、２、３に比べ、実施例４、５、６はいずれも帯電性能について、向上が見られる。ドラムの表面抵抗を調整することにより、注入帯電に有利な構成が得られている。磨耗速度に関しては、電荷注入層を持たない感光ドラム１ｂにくらべ、磨耗量の数字自体は、膜強度が上がっているため少ないが、実際に利用状況に照らし合わせて、段階評価を行った結果、磨耗に関しては、表１の結果と同じ結果となった。また、現像不良に関しては、感光ドラムの表面エネルギーが低下したことにより、帯電ローラが低摩擦で回転可能となり、ローラの変形も減ることから、粒子の脱落量は低減し全体的に改善された。
【０１６０】
これらのことから、感光ドラムの表面エネルギーを下げることにより、本発明の層構成ローラの利点を更に有利に構成することが可能となる。
【０１６１】
【表２】

次に、上記構成を更に、現像同時クリーニングにより、ドラムクリーナレス構成とした、装置構成における評価結果について説明する。
【０１６２】
実施例７、８、９、および比較例９、１０、１１、１２について、表３にまとめた。
【０１６３】
帯電性に関しては、表２に比べ、全体的に劣っている。帯電ローラへのトナー混入量が増えることによる。一方、現像不良に関しては、帯電ローラのトナー混入量（担持量）が増えるため、脱落する粒子も増え、現像不良は悪化している。しかしながら、実施例７、８、９については、粒子吐き出しに関してローラ変形による脱落が防止されるため、比較的良好な結果となっている。
【０１６４】
【表３】

＜他の実施形態＞
１）実施形態では画像記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記録装置（画像形成装置）でもよいことは勿論である。
【０１６５】
２）被帯電体としての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。
【０１６６】
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、何れにおいても、従来の帯電部材より広い接触幅を得られる効果がある。ただ、装置の小型化に注目した場合、ドラム型は有利であるが、接触幅は狭くなる。そこで、本例の帯電装置を用いることにより装置の小型化と帯電接触幅の拡大を両立することが可能となる。
【０１６７】
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。
【０１６８】
５）本発明の帯電装置は画像記録装置の像担持体（電子写真感光体、静電記録誘電体等）の帯電装置に限られず、広く被帯電体に帯電処理手段（除電処理も含む）として使用して有効であることは勿論である。
【０１６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、粒子帯電の粒子担持体としての、導電性弾性層を有する帯電部材において、弾性層を複数層により構成し、帯電性と、被帯電体磨耗を抑えるとともに、担持粒子の脱落を防止し、優れた帯電装置を提案する。
【０１７０】
特に、本発明においては、各層の硬度関係、セル径関係に着目し構成することにより、低硬度で表面層セル径の微細な理想的な帯電部材を構成した。
【０１７１】
更に、被帯電体の表面層の表面エネルギーを調整することにより、より有利にこれらの効果をあげることができる。
【０１７２】
また、現像同時クリーニングによるクリーナレス構成においては、本構成をとる効果は大きく。トナーの混入する悪条件の中、帯電性の維持と、粒子脱落を防止し、簡易、小型に構成可能なクリーナレス装置をより高性能に実現可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１の画像記録装置の概略図
【図２】感光ドラムの層構成模型図
【図３】帯電ローラの抵抗値測定方法の説明図
【図４】実施形態２の画像記録装置の概略図
【図５】従来例の画像記録装置の概略図
【図６】従来のローラ帯電装置と磁気ブラシ帯電装置の帯電特性グラフ
【符号の説明】
１感光ドラム
１ａ電荷注入層付き感光ドラム
１ｂ電荷注入層無しの感光ドラム
２帯電装置
２Ａ帯電ローラ
２ａ芯金
２ｂ、２ｃ弾性・中抵抗層
ｍ帯電粒子（導電性粒子）
３帯電粒子供給器
３ｂ攪拌羽根
３ｃファーブラシ
４レーザービームスキャナ（露光装置）
５現像装置
５ａ現像スリーブ
５ｂマグネットロール
６０現像装置
６０ａ現像スリーブ
６０ｂマグネットロール
６転写帯電器
７定着装置
８ドラムクリーナ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５印加電源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device for charging an object to be charged. More specifically, the present invention relates to a contact-type charging device (contact charging device) for charging a surface of a member to be charged by bringing a charging member into contact with the member to be charged.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a contact charging device includes a charging member such as a roller type (charging roller), a fur brush type, a magnetic brush type, and a blade type on a charged object such as an image carrier. And a predetermined charging bias is applied to the contact charging member to charge the surface of the member to be charged to a predetermined polarity and potential.
[0003]
Although these charging devices are collectively expressed as contact charging devices, each device is greatly different from the viewpoint of its charging mechanism (charging mechanism, charging principle). Contact charging mechanisms include (1) a discharge charging mechanism and (2) a direct injection charging mechanism. The characteristics of the charging device depend on which charging mechanism is used. The principle and characteristics of each of the discharge charging mechanism and the direct injection charging mechanism will be described.
[0004]
(1) Discharge charging mechanism
This is a mechanism in which the surface of the member to be charged is charged with a discharge product due to a discharge phenomenon generated in a gap between the contact charging member and the member to be charged.
[0005]
Since the discharge charging system has a constant discharge threshold value for the contact charging member and the member to be charged, a voltage higher than the potential of the member to be charged is applied to the contact charging member as shown in FIG. 6A (conventional roller charging device). There is a need to. Although the amount of generation is significantly smaller than that of the corona charger, a discharge product is generated in principle.
[0006]
A roller charging system (roller charging device) using a conductive roller (charging roller) as a contact charging member by discharge is preferable in terms of discharge stability and widely used. The discharge charging roller is formed into a roller shape using a conductive or medium-resistance rubber or foam as a base layer, and the surface thereof is made of a high-resistance layer. In this configuration, the discharge phenomenon occurs in a gap of several tens μm slightly away from the contact portion between the roller and the member to be charged. Therefore, in order to stabilize the discharge phenomenon, a layer on the roller surface (hereinafter referred to as a surface layer) is flat, has a surface with an average roughness Ra of sub-μm or less, and has a surface with a high roller hardness. . In addition, roller charging by electric discharge has a high applied voltage, and if there is a pinhole (exposed base due to damage to the film to be charged), a voltage drop is caused to the periphery and a charging failure occurs. Therefore, the surface resistance of the surface layer is 10 ¹¹ Voltage drop is prevented by setting it to Ω or more.
[0007]
(2) Direct injection charging mechanism
The direct injection charging is a charging mechanism that charges (charges) the surface of the charged body by directly transferring charges by contact between the contact charging member and the charged body at a molecular level. It is also called direct charging or injection charging.
[0008]
In this charging mechanism, the potential difference between the contact charging member and the member to be charged is about several volts to several tens of volts. The charging characteristics are shown in FIG. 6B (magnetic brush charging device). The charging potential is equal to the applied voltage, and there is no voltage difference that causes discharge. Further, the voltage required for charging can be kept low.
[0009]
As described above, as the charging mechanism, the direct charging system does not involve the generation of ions, so that no adverse effects are caused by the discharge products. That is, the charging method is excellent in terms of environmental safety, member deterioration, and low power.
[0010]
Next, a charging device using a direct injection charging mechanism will be described.
[0011]
In the direct charging mechanism, an important factor that determines the charging performance is the contact property between the contact charging member and the member to be charged. The term "contactability" as used herein means the ability of the contact charging member to microscopically contact many surfaces while the member to be charged passes through the charging device. For this reason, the contact charging member is required to have a surface having both a dense surface structure and elasticity capable of making flexible contact.
[0012]
As a form of the contact charging member used in the direct injection charging device, attempts have been made with a discharge charging roller or the like, but direct injection charging was not possible with the discharge charging roller. With the high hardness and smooth surface structure as described above, it looks like it is in close contact with the charged object in appearance, but it hardly contacts in terms of the microscopic contact at the molecular level required for charge injection. is there.
[0013]
Currently, as a direct injection charging method proposed, there is particle charging mediated by particles.
[0014]
(3) Particle charging
Considering the improvement of the contact density, a charging method (particle charging) using conductive particles is advantageous. The conductive particles used at this time are referred to as “charged particles”. Examples of the charged particles include conductive magnetic particles, and an example in which a magnetic brush charging member is formed by a magnet has been proposed.
[0015]
Also, particle charging is suitable for toner recycling systems. In other words, in the toner recycling process, in a transfer type image recording apparatus, waste toner (transfer residual toner) is used again for image formation, so that toner is effectively used and a space for a cleaner container is eliminated, thereby realizing a compact apparatus. It is an excellent configuration.
[0016]
The transfer residual toner is once taken into the contact charging member, returned to a developing device via an image carrier in a state where the toner can be reused (original charge amount of the toner), and used again for development, or collected if unnecessary. Toner recycling is possible. In addition to charging the image carrier, the charging device used here needs to collect transfer residual toner and recharge the toner.
[0017]
From the above point of view, consider the appropriateness of the magnetic brush for toner recycling.
The magnetic brush itself is characterized by being composed of particles and capable of moving with a degree of freedom, and having a large specific surface area. Accordingly, in the case of particle charging, it is possible to advantageously realize functions essential for toner recycling, such as collecting untransferred toner from the image bearing member and further adjusting the charge of the taken-in toner.
[0018]
Further, as for the charged particles, a charged particle formed by supporting conductive particles on an elastic roller has been proposed as a charger developed from a magnetic brush.
[0019]
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-307454 discloses a charging method for charging the surface of a member to be charged with a charging member having conductive particles.
[0020]
Although the particle charging by the conductive particles is superior to the magnetic brush in the charging performance, the abrasion of the charged body is large, and a charging system having a longer life and a charging performance with a long charging life is desired. .
[0021]
[Patent Document 1]
JP-A-10-307454
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned particle charging by the conductive particles, it is necessary to adjust the cell diameter on the surface of the conductive elastic member as the particle carrier within a certain range. It is desirable that the cell structure be larger than the conductive particles and smaller than the image forming unit. On the other hand, with respect to abrasion on the surface of the photosensitive drum, which is the member to be charged, the amount of abrasion can be reduced by reducing the hardness of the elastic carrier and creating a nip configuration with more uniform and low contact pressure.
[0023]
However, the smaller the roller cell diameter, the higher the hardness. At present, ideal cell conditions and nip conditions are difficult to obtain.
[0024]
[Hands to solve the problem]
The present invention is a charging device having the following configuration and an image recording apparatus using the charging device.
[0025]
(1) A charging device that applies a voltage to a member to be charged and uniformly charges the surface of the member to be charged by contacting the member to be charged, and is a conductive particle having a particle diameter of 10 μm to 10 nm. And a charging device comprising a conductive elastic layer carrying the particles,
The elastic layer is composed of a plurality of porous layers, of which the thickest layer is layer A, and the layer on the surface of the elastic layer is layer B,
Hardness of layer A <hardness of layer B
A charging device characterized by the following.
[0026]
Preferred embodiments include the following.
[0027]
The cell diameter of the layer A> the cell diameter of the layer B.
[0028]
The contact angle of water on the surface of the member to be charged is 85 degrees or more.
[0029]
(2) In an image recording apparatus that performs image formation by applying an image forming process including a step of charging a surface of the image carrier to the image carrier,
An image recording apparatus, wherein the step of charging the surface of the image carrier is any of the charging devices.
[0030]
(3) An electrophotographic image recording apparatus including an image carrier, and a charging device, an image exposure device, a developing device, a transfer device, and a fixing device for fixing an image on a recording medium, which are arranged around the image carrier. The toner remaining on the surface of the image carrier after the transfer process is temporarily carried on at least the charging member of the charging device, transferred to the surface of the image carrier again, and collected again in the developing device. In an image recording apparatus having a recycling configuration,
The charging device is one of the charging devices, a mixture of the conductive particles and a developer is stored in the developing device, and the conductive particles are transferred to the image carrier during development, and the charging is performed. An image recording apparatus, which is carried to an apparatus and supplied to the charging member.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an image recording apparatus using the charging device according to the present invention. This image recording apparatus is a direct injection charging type laser printer utilizing a transfer type electrophotographic process.
[0032]
(1) Overall schematic configuration of image recording apparatus
Reference numeral 1 denotes an image carrier, which is a rotating drum type negative OPC photosensitive member (negative photosensitive member, hereinafter referred to as a photosensitive drum) having a diameter of 30 mm in this example. The photosensitive drum 1 is rotated in the clockwise direction of the arrow at a constant peripheral speed of 94 mm / sec (= process speed PS, print speed).
[0033]
The photosensitive drum 1 will be described in further detail in another section.
[0034]
The charging device 2 used is a contact charging device of the particle charging type according to the present invention. This charging device has a charging roller 2A as a contact charging member, a charging bias application power source S1 for the charging roller, and a charged particle supply device 3 for the charging roller 2A.
[0035]
The charging roller 2A includes a cored bar 2a, and elastic / medium resistance layers 2b and 2c formed in a roller shape concentrically around the outer periphery of the cored bar 2a. Particles (conductive particles) m are supported. The charging roller 2A is pressed against the photosensitive drum 1 with a predetermined penetration amount to form a charging contact portion n having a predetermined width. The charged particles m carried on the charging roller 2A come into contact with the surface of the photosensitive drum 1 at the charging contact portion n.
[0036]
The charging roller 2A is driven to rotate in the clockwise direction indicated by the same arrow as that of the photosensitive drum 1, and is rotated in the opposite direction (counter) to the rotating direction of the photosensitive drum 1 at the charging contact portion n, thereby charging the photosensitive drum 1 via the charged particles m. Contact the surface with a speed difference.
[0037]
The relative speed difference of the charging roller 2A with respect to the photosensitive drum 1 can be also provided by rotating the charging roller 2A at a different peripheral speed in a direction opposite to that of the charging roller 2A (forward rotation direction of the photosensitive drum 1). However, since the charging property of the direct injection charging depends on the ratio of the peripheral speed of the photosensitive drum 1 to the peripheral speed of the charging roller 2A, it is better to rotate the charging roller 2A in the same direction as the photosensitive drum 1 in terms of the number of rotations. This configuration is advantageous and advantageous in terms of particle retention.
[0038]
At the time of image recording by the image recording apparatus, a predetermined charging bias is applied to the metal core 2a of the charging roller 2A from the charging bias applying power source S1.
[0039]
As a result, the peripheral surface of the photosensitive drum 1 is uniformly contact-charged to a predetermined polarity and potential by the direct injection charging method. In this example, a charging bias of -600 V was applied from the charging bias applying power supply Sl to the core metal 2a of the charging roller 2A, and a charging potential substantially equal to the applied charging bias was obtained on the surface of the photosensitive drum 1.
[0040]
The charged particles m applied to the outer peripheral surface of the charging roller 2A adhere to the surface of the photosensitive drum 1 with the charging of the photosensitive drum 1 by the charging roller 2A and are carried away. Therefore, a charged particle supply device 3 for the charging roller 2A is required to compensate for this. The application of the charged particles m to the charging roller 2A by the charged particle supplier 3 is performed by stirring the charged particles m stored in the housing container 3a of the charged particle supplier 3 by the stirring blade 3b and supplying the charged particles m to the outer peripheral surface of the charging roller 2A. Done. Then, an excessive amount of the charged particles m according to the target application amount is scraped off by the fur brush 3c, and an appropriate amount of the charged particles is applied. The control of the applied amount of the charged particles can be adjusted at any time by controlling the rotation speed of the fur brush 3c.
[0041]
The charging device 2 and the direct injection charging will be described in further detail in another section.
[0042]
Reference numeral 4 denotes a laser beam scanner (exposure device) including a laser diode, a polygon mirror, and the like. The laser beam scanner 4 outputs a laser beam intensity-modulated in accordance with a time-series electric digital pixel signal of target image information, and scans the uniformly charged surface of the rotating photosensitive drum 1 with the laser beam. .
[0043]
By this scanning exposure L, an electrostatic latent image corresponding to the target image information is formed on the surface of the photosensitive drum 1.
[0044]
Reference numeral 5 denotes a developing device. The electrostatic latent image on the surface of the rotating photosensitive drum 1 is developed as a toner image at the developing site a by the developing device 5. As the toner t, a negative toner is used, and an exposed portion is developed by reversal development to form a toner image on the photosensitive drum. The developing device 5 will be described in further detail in another section.
[0045]
Reference numeral 6 denotes a transfer roller of medium resistance as a contact transfer hand-roll, which is pressed against the photosensitive drum 1 to form a transfer nip portion b. A transfer material P as a recording medium is supplied to the transfer nip b from a paper supply unit (not shown) at a predetermined timing, and a predetermined transfer bias voltage is applied to the transfer roller 6 from a transfer bias application power source S3. Accordingly, the toner image on the photosensitive drum 1 side is sequentially transferred to the surface of the transfer material P fed to the transfer nip portion b.
[0046]
The transfer roller 6 has a medium resistance foam layer 6b formed on a cored bar 6a, and has a roller resistance value of 5 × 10 ⁸ The transfer was performed by applying a voltage of +2.0 kV to the cored bar 6a. The transfer material P introduced into the transfer nip portion b is conveyed by nipping the transfer nip portion b, and the toner image formed and carried on the surface of the photosensitive drum 1 on the surface side thereof is sequentially subjected to electrostatic force and pressing force. It is transcribed.
[0047]
Reference numeral 7 denotes a fixing device such as a heat fixing method. The transfer material P fed to the transfer nip portion b and receiving the transfer of the toner image on the photosensitive drum 1 side is separated from the surface of the photosensitive drum 1 and introduced into the fixing device 7, where the toner image is fixed and received. It is discharged out of the apparatus as a formed product (print copy).
[0048]
Reference numeral 8 denotes a photosensitive drum cleaning device, which scrapes off transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 1 with a cleaning blade 8a and collects it in a waste toner container 8b.
[0049]
Then, the photosensitive drum 1 is charged again by the charging device 2, and is repeatedly used for image formation.
[0050]
(2) Photosensitive drum 1
FIG. 2 is a schematic diagram of a layer configuration of the photosensitive drum (electrophotographic photosensitive member) 1. (A) is a schematic diagram of a photosensitive drum 1a with a charge injection layer, and (b) is a schematic diagram of a photosensitive drum 1b without a charge injection layer.
[0051]
The photosensitive drum 1b having no charge injection layer (b) is generally formed by coating an undercoat layer 12, a charge generation layer 14, and a charge transport layer 15 on an aluminum drum substrate (Al drum substrate) 11 in this order. Organic photoreceptor drum.
[0052]
The photosensitive drum 1a with the charge injection layer of (a) has a charge performance improved by further applying the charge injection layer 16 to the photoreceptor 1b.
[0053]
The charge injection layer 16 is made of a photo-curable acrylic resin as a binder and SnO as conductive particles (conductive filler). ₂ Ultrafine particles 16a (having a diameter of about 0.03 μm), a polymerization initiator and the like are mixed and dispersed, and after coating, a film is formed by a photocuring method.
[0054]
In addition, by incorporating a lubricant such as tetrafluoroethylene resin, the surface energy of the surface of the photosensitive drum is suppressed, and thus there is an effect of generally suppressing the adhesion of the charged particles m. The surface energy is preferably 85 degrees or more, more preferably 90 degrees or more, as represented by the contact angle of water.
[0055]
Further, the resistance of the surface layer is an important factor from the viewpoint of charging performance. In the direct injection charging method, it is considered that by lowering the resistance on the side of the charged body, the area of the surface of the charged body that can be charged per one injection point (contact point) is increased. Therefore, even if the charging rollers are in the same contact state, when the resistance of the surface of the member to be charged is low, charges can be transferred efficiently. On the other hand, when used as a photoreceptor, it is necessary to hold the electrostatic latent image for a certain period of time. ⁹ ~ 1 × 10 ¹⁴ The range of Ω · cm is appropriate. Further, even in the case of the photosensitive drum 1b in which the charge injection layer 16 is not used in (b), for example, when the charge transport layer 15 is within the above-described resistance range, the same effect can be obtained. Furthermore, the volume resistance of the surface layer is about 10 ^Thirteen The same effect can be obtained by using an amorphous silicon photoconductor having a resistance of Ω · cm.
[0056]
The volume resistance of the surface layers of the photosensitive drums 1a and 1b used in this example is 10 ¹² Ω · cm and 10 ¹⁴ Ω · cm or more.
[0057]
(3) Charging roller 2A
As described above, the charging roller 2A as the contact charging member in the present embodiment includes the core metal 2a and the elastic / medium resistance layers 2b and 2c formed in a roller shape so as to be concentrically integrated with the outer periphery of the core metal 2a. Become. Then, charged particles (conductive particles) m are carried on the outer peripheral surface of the elastic / medium resistance layer 2c of the charging roller 2A.
[0058]
The elastic / medium resistance layer 2b is made of a resin (for example, urethane) or a rubber material (for example, EPDM), conductive particles (for example, carbon black), a sulfurizing agent (for example, sulfur or a vulcanization accelerator such as mercaprobenzothiazole), a foaming agent. (For example, azodicarbonamide) or the like, and formed in a roller shape on the cored bar 2a. The elastic / medium resistance layer is composed of two layers, and the lower layer 2b is a resistance layer in which hardness is prescribed preferentially, and the foam diameter is set to be large. Further, the 2c layer to be the upper layer needs to prescribe the foaming diameter preferentially, and to be set to be sufficiently large with respect to the particle diameter of the conductive particles to be carried and smaller than the resolution of the latent image on the member to be charged. Thereafter, the desired outer shape and the cell structure on the surface of the polished 2c layer surface were exposed. The composition of the

layers

2b and 2c is, for example, 5 parts by mass of zinc oxide, 2 parts by mass of stearic acid, 60 parts by mass of carbon black, 2 parts by mass of sulfur, and 5 to 30 parts by mass of a blowing agent such as azodicarbonamide with respect to 100 parts by mass of EPDM rubber. Part, other, 55 parts by mass of paraffinic oil, and 1 to 10 parts by mass of a vulcanization accelerator such as mercaprobenzothiazole.
[0059]
The charging roller 2A as a contact charging member in the present invention is particularly different from a generally used discharging charging roller in the following points.
[0060]
1. Surface structure and roughness characteristics for supporting high-density charged particles m on the surface layer
2. Resistance characteristics required for direct injection charging (volume resistance, surface resistance)
(3) -1 Surface structure and roughness characteristics
Conventionally, the roller surface caused by electric discharge is flat, the average surface roughness Ra is sub-μm or less, and the roller hardness is high. In charging using discharge, a discharge phenomenon occurs in a gap of several tens μm slightly away from a contact portion between a roller and a member to be charged. When there are irregularities on the surface of the roller and the member to be charged, the electric field intensity is partially different, so that the discharge phenomenon becomes unstable and uneven charging occurs. Therefore, the conventional charging roller requires a flat and high hardness surface.
[0061]
Then, the reason why the injection charging cannot be performed by the discharging charging roller will be considered. This is because the surface structure as described above appears to be in close contact with the drum in appearance, but hardly contacts in terms of the microscopic contact required at the molecular level for charge injection.
[0062]
On the other hand, the charging roller 2A as the contact charging member in the present invention requires a certain degree of roughness in order to carry the charged particles m at a high density. The average roughness Ra is preferably from 1 μm to 500 μm.
[0063]
If it is smaller than 1 μm, the surface area for supporting the charged particles m becomes insufficient, and when an insulator (for example, toner) adheres to the roller surface layer, the periphery thereof cannot contact the drum, and the charging performance is reduced.
[0064]
Further, in consideration of the particle holding ability, the charged particles preferably have a roughness larger than the particle diameter of the charged particles.
[0065]
Conversely, if it is larger than 500 μm, the unevenness of the roller surface will reduce the in-plane charging uniformity of the member to be charged. Ra in this example was 50 μm.
[0066]
The average roughness Ra was measured using a Keyence Corporation surface profile measuring microscope VF-7500, VF7510, and an objective lens having a magnification of 250 to 1250 was used. The shape of the roller surface and Ra were measured in a non-contact manner. went.
[0067]
(3) -2 Resistance characteristics
In a conventional charging roller using discharge, a low resistance base layer is formed on a metal core, and the surface is covered with a high resistance layer. Roller charging by electric discharge has a high applied voltage, and if there is a pinhole (exposed base due to damage to the film), the voltage drops to the periphery and a charging failure occurs. Therefore, 10 ¹¹ Must be Ω or more.
[0068]
On the other hand, in the direct injection charging system of the present invention, since the charging can be performed at a low voltage, the surface layer of the contact charging member does not need to have a high resistance, and the roller can be constituted by a single layer. Rather, in direct injection charging, the surface resistance of the charging roller 2A is 10 ⁴ -10 ¹⁰ It must be Ω.
[0069]
10 ¹⁰ If it is larger than Ω, a large potential difference is generated on the roller surface, so that a discharge bias acts on the charged particles, and the charged particles are easily discharged. In addition, the uniformity of the charged surface is reduced, and unevenness due to the rubbing of the rollers appears as a streak on the halftone image, and the image quality is reduced.
[0070]
On the other hand, 10 ⁴ If it is smaller than Ω, a peripheral voltage drop due to the drum pinhole occurs even with injection charging.
[0071]
Further, regarding the volume resistance, 10 ⁴ -10 ⁷ It is preferably in the range of Ω · cm. 10 ⁴ If it is smaller than Ω · cm, a voltage drop of the power supply due to pinhole leakage is likely to occur. On the other hand, 10 ⁷ If it is larger than Ω · cm, the current required for charging cannot be secured, and the charging voltage decreases.
[0072]
The surface resistance and the volume resistance of the charging roller 2A used in this embodiment are 10 ⁷ Ω and 10 ⁶ Ω · cm.
[0073]
The resistance of the charging roller 2A was measured according to the following procedure. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration at the time of measurement. The roller resistance was measured by applying an electrode to an insulating drum 93 having an outer diameter of 30 mm so that a total pressure of 9.8 N (1 kgf) was applied to the core metal 2a of the charging roller 2A. As for the electrodes, a guard electrode 91 was arranged around a main electrode 92, and the measurement was performed using the wiring diagrams shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). The distance between the main electrode 92 and the guard electrode 91 was adjusted to approximately the thickness of the elastic / medium resistance layer 2b, and the main electrode 92 secured a sufficient width with respect to the guard electrode 91. The measurement was performed by applying +100 V from the power supply S4 to the main electrode 92, measuring the current flowing through the ammeters Av and As, and measuring the volume resistance and the surface resistance, respectively.
[0074]
As described above, regarding the charging roller as the contact charging member in the present invention,
1. Surface structure roughness characteristics for supporting high-density charged particles on the surface layer
2. Resistance characteristics required for direct charging (volume resistance, surface resistance)
is necessary.
[0075]
(3) -3 Roller hardness
In the direct injection charging method, it is important that the contact charging member functions as a flexible electrode.
[0076]
In the present charging device, this is achieved by adjusting the elastic characteristics of the elastic / medium resistance layer 2b of the charging roller 2A. A preferred range is 10 to 50 degrees in Asker C hardness.
[0077]
If it is too high, the required penetration amount cannot be obtained, and the charging contact portion n cannot be secured between the charging member and the member to be charged. In addition, since the contact property at the molecular level of the substance cannot be obtained, contact with the surroundings is hindered by the entry of foreign matter.
[0078]
On the other hand, if the hardness is too low, the shape is not stable, so that the contact pressure with the member to be charged becomes uneven, causing uneven charging. Alternatively, charging failure occurs due to permanent deformation of the roller due to long-term storage.
[0079]
(3) -4 Material, structure and dimensions of charging roller
In FIG. 1, the material of the elastic / medium resistance layers 2b and 2c of the charging roller 2A is EPDM, urethane, NBR, silicone rubber, or a conductive material such as carbon black or metal oxide for adjusting the resistance to IR or the like. And a rubber material in which is dispersed. It is also possible to adjust the resistance by using an ion conductive material without dispersing the conductive substance. Thereafter, if necessary, surface roughness is adjusted, and molding is performed by polishing or the like. In addition, a configuration including a plurality of layers separated in function is also possible.
[0080]
However, the elastic / medium resistance layers 2b and 2c of the charging roller 2A are porous layers, and the form thereof is preferably a foam structure. It is also advantageous in terms of manufacturing in that the aforementioned surface roughness can be obtained simultaneously with the molding of the roller. An appropriate cell diameter of the foam is 1 to 500 μm. After foam molding, the surface is polished to expose the surface of the foam, and the surface structure having the above roughness can be produced. Particularly, the cell diameter of the layer on the surface is desirably 20 to 200 μm.
[0081]
Finally, two conductive elastic layers are sequentially formed on a core metal 2a having a diameter of 6 mm and a longitudinal length of 240 mm to form an elastic / medium resistance layer having a total thickness of 7 mm, and having an outer diameter of 20 mm and a longitudinal length of 220 mm. A charging roller 2A was produced. The thickness of the lower layer 2b was 6.5 mm, and the thickness of the upper layer 2c was 0.5 mm.
[0082]
The charging roller 2A is disposed with a penetration amount of 0.2 mm into the photosensitive drum 1 as a member to be charged, and in this embodiment, a charging contact portion n having a contact width of about 3 mm is formed.
[0083]
(4) Charged particles m
In the present invention, the specific resistance of the charged particles m is 10 ⁶ An electrically conductive zinc oxide having Ω · cm and an average particle size of 3 μm was used.
[0084]
In FIG. 1, the charged particles m are stored in a housing container 3a of the charged particle supply device 3.
[0085]
As the material of the charged particles m, various kinds of conductive particles such as a mixture with conductive inorganic particles such as other metal oxides and organic substances, or a surface-treated mixture thereof can be used. Further, the charged particles m in the present invention need not be magnetically constrained, and thus do not need to have magnetism.
[0086]
The particle resistance is a specific resistance of 10 due to the transfer of electric charges via the particles. ¹² Ω · cm or less is required and 10 ¹⁰ Ω · cm or less is more desirable.
[0087]
The resistance was measured by the tablet method and normalized. That is, the bottom area is 2.26 cm. ² Approximately 0.5 g of charged particles m is placed in a cylinder, and 147 N (15 kgf) is applied to the upper and lower electrodes, and at the same time, a resistance value is measured by applying a voltage of 100 V and then normalized to calculate a specific resistance. did.
[0088]
The particle size is desirably 10 μm or less in order to obtain high charging efficiency and charging uniformity exceeding that of a magnetic brush charging device. In the present invention, the particle size when the particles constitute an aggregate is defined as the average particle size as a pseudo aggregate. For the measurement of the particle size, 100 or more samples were extracted from observations with an electron microscope, the volume particle size distribution was calculated with the maximum extension in the horizontal direction, and the 50% average particle size was determined.
[0089]
There is no problem that the charged particles m exist not only in the state of primary particles but also in the state where secondary particles are gathered. The form of the aggregated particles is not important as long as the function as the charged particles m can be realized as an aggregate.
[0090]
It is desirable that the charged particles m be white or nearly transparent so as not to hinder the exposure of the latent image particularly when used for charging the photoreceptor. Further, considering that the charged particles m are partially transferred from the photoreceptor to the recording material, color recording is preferably colorless or white. Further, in order to prevent light scattering by particles during image exposure, the particle diameter is desirably equal to or smaller than the constituent pixel size, and further preferably equal to or smaller than the toner particle diameter. The lower limit of the particle size is considered to be 10 nm as a limit so that the particles can be obtained stably.
[0091]
(5) Amount of charged particles carried
In the present invention, the charging performance is improved by reducing the diameter of the charged particles m in the particle charging, but the charged particles m fall off to the photosensitive drum 1 remarkably. Since the force capable of holding the charged particles m on the charging roller 2A is a weak adhesive force, it is difficult to restrain the particles even when a large number of particles are supplied. The effect of image defects on the development process and transfer paper is suppressed. Therefore, ideally, it is desirable to apply the coating more evenly to the surface layer of the charging roller. It becomes possible.
[0092]
It is necessary to appropriately maintain the amount of the loaded particles according to the average roughness Ra of the roller surface. That is, it is desirable that the value obtained by dividing the carried amount by the average roughness Ra is 1 or less, more preferably 0.3 or less.
[0093]
The carrying amount of magnetically charged particles used in the conventional magnetic brush charging device / Ra is approximately 167 mg / cm. ² / Μm (200mg / cm ² , Ra = 1.2 μm), whereas the nonmagnetic charged particles of the present invention are 1 mg / cm 2 ² / Μm (50mg / cm ² , Ra = 50 μm) or less. More preferably 0.3 mg / cm ² / Μm (15 mg / cm ² , Ra = 50 μm) or less. On the other hand, from the necessity of securing charging performance, the minimum supported amount is also 0.005 mg / cm in the value of the supported amount / Ra. ² / Μm (0.25 mg / cm ² , Ra = 50 μm). More preferably, 0.02 mg / cm ² / Μm (1 mg / cm ² , Ra = 50 μm). That is, the supported amount / Ra is 0.005 to 1, more preferably 0.02 to 0.3 mg / cm. ² / Μm. Details will be described later in Examples.
[0094]
The adjustment of the carrying amount was performed by adjusting the rotation speed of the fur brush 3c of the charged particle supply device 3. The higher the brush speed, the lower the particle carrying amount can be set. In addition, adjustment was made according to the rotational speed of the stirring blade 3b, the density of the fur brush 3c, and the like as needed.
[0095]
(6) Developing device 5
In FIG. 1, a developing device 5 is a reversal developing device using a one-component magnetic toner (negative toner) as a developer t. The developing device includes a developer (toner).
[0096]
Reference numeral 5a denotes a non-magnetic developing sleeve as a developer-carrying / conveying member in which a magnet roll 5b is included. The blade 5c undergoes layer thickness regulation and charge application.
[0097]
The toner t coated on the developing sleeve 5a is conveyed to the developing site (developing area) a which is the opposing portion of the photosensitive drum 1 and the sleeve 5a by the rotation of the sleeve 5a. A developing bias voltage is applied to the sleeve 5a from a developing bias applying power source S2. A stirring member 5d circulates the toner in the developing container 5e and sequentially transports the toner to around the sleeve.
[0098]
In the present embodiment, the developing bias voltage was a DC voltage of -500 V, an AC voltage = peak-to-peak voltage of 1,600 V, a frequency of 1.8 kHz, and a superimposed voltage of a rectangular wave. Thus, the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 is reversely developed with the toner t.
[0099]
a) Toner t: A one-component magnetic toner t, which is a developer, is prepared through mixing, kneading, pulverizing, and classifying a binder resin, magnetic particles, and a charge control agent, and further removing a fluidizing agent. It was prepared by adding as an additive. The average particle size (D4) of the toner was 7 μm.
[0100]
<Embodiment 2>
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an image recording apparatus according to a second embodiment using the charging device of the present invention. The image recording apparatus of this embodiment is a laser printer using a transfer type electrophotographic process, a direct injection charging system, and a toner recycling process (cleanerless system). The same points as those of the image recording apparatus according to the first embodiment will not be described again, and only different points will be described.
[0101]
The charging device does not include a dedicated charged particle supplier 3 for the charging roller 2A. Instead, the charged particles m are added to the developer t of the developing device 60, adhere to the surface of the photosensitive drum 1 together with the toner when the electrostatic latent image is developed on the photosensitive drum 1, and are charged by the rotation of the photosensitive drum 1. By being carried to the contact portion n, it is supplied to the charging roller 2A via the photosensitive drum 1.
[0102]
The developing device 60 is a reversal developing device using one-component magnetic toner (negative toner).
The developing device accommodates a mixture t + m of the developer t and the charged particles m. The electrostatic latent image on the surface of the photosensitive drum 1 is developed as a toner image at a developing site a by the developing device 60.
[0103]
That is, the image recording apparatus of the present embodiment is a toner recycling process, and the transfer residual toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1 after the image is transferred is not removed by a dedicated cleaner (cleaning device). The toner is carried to the charging contact portion n, and is temporarily collected by the charging roller 2A counter-rotating with respect to the rotation of the photosensitive drum 1 at the charging contact portion n. The electric charges are normalized, sequentially discharged to the photosensitive drum 1 to reach the development site a, and are collected and reused in the developing device 60 by simultaneous development and cleaning.
[0104]
(2) Charging device
Except that the charged particle supplier 3 is not provided, the configuration is the same as that of the first embodiment.
[0105]
(3) Developing device 60
Reference numeral 60a denotes a non-magnetic developing sleeve as a developer-carrying / conveying member in which a magnet roll 60b is included. The regulation blade 60c receives the regulation of the layer thickness and the charge application. A stirring member 60d circulates the toner in the developing container 60e and sequentially transports the toner around the sleeve.
[0106]
The toner t coated on the developing sleeve 60a is conveyed to a developing site (developing area) a, which is an opposing portion between the photosensitive drum 1 and the developing sleeve 60a, by the rotation of the developing sleeve 60a. A developing bias voltage is applied to the developing sleeve 60a from a developing bias applying power source S5.
[0107]
In this example, the developing bias voltage was a superimposed voltage of the DC voltage and the AC voltage. Thus, the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 is reversely developed with the toner t.
[0108]
a) Toner t: A one-component magnetic toner t, which is a developer, is prepared by mixing a binder resin, magnetic particles, and a charge control agent, and performing kneading, pulverizing, and classifying processes. It is produced by adding an agent or the like as an external additive. The average particle size (D4) of the toner was 7 μm.
[0109]
b) Charged particles m: According to the first embodiment.
[0110]
(4) Charged particle loading, coverage
In the present embodiment, since the toner is recycled, more toner is contaminated on the surface of the charging roller than in the first embodiment. The toner has a resistance value of 10 to maintain the charge due to triboelectric charge on the surface. ^Thirteen It has a resistance of Ω · cm or more. Therefore, when the charging roller 2A is contaminated with the toner, the resistance of the particles carried on the charging roller 2A increases, and the charging performance decreases. For example, even if the resistance of the charged particles is low, the resistance of the powder carried by the mixing of the toner increases, causing a problem in the chargeability. Therefore, the amount of charged particles carried is 0.005 to 1, preferably 0.02 to 0.3 mg / cm, in terms of the amount of loaded particles / Ra according to the first embodiment. ² / Μm, the component may contain a large amount of toner, and the charging performance is naturally lowered. In this case, the resistance of the supported particles increases and the situation can be grasped. That is, in the actual use state, the resistance measurement is performed on the particles (including the contaminants such as toner and paper powder) carried on the charging roller 2A by the above-described method. ^-1 -10 ¹² Ω · cm, preferably 10 ^-1 -10 ¹⁰ Ω · cm.
[0111]
Further, it is more important to adjust the coverage of the charged particles m in order to grasp the effective amount of the charged particles m in charging. Since the charged particles m are white, they can be distinguished from the black of the magnetic toner. The area presenting white in observation with a microscope is determined as the area ratio. When the coverage is 0.1 or less, the charging performance is not sufficient even if the peripheral speed of the charging roller 2A is increased. Therefore, it is important to keep the coverage of the charged particles m in the range of 0.2 to 1. It becomes.
[0112]
In addition, the adjustment of the carried amount was basically performed by adjusting the amount of the charged particles m added to the developer t. Further, if necessary, the adjustment was performed by bringing an elastic blade into contact with a part of the outer periphery of the charging roller 2A. The contact of the elastic blade has the effect of normalizing the triboelectric charging polarity of the toner, and makes it possible to adjust the amount of particles carried on the charging roller 2A.
[0113]
Preferred embodiments of the present invention are as follows.
[0114]
[Embodiment 1] A charging device which applies a voltage to a member to be charged and uniformly charges the surface of the member to be charged by contacting the member to be charged, and has a particle diameter of 10 μm to 10 nm. In a charging device comprising conductive particles and a conductive elastic layer carrying the particles,
The elastic layer is composed of a plurality of porous layers, of which the thickest layer is layer A, and the layer on the surface of the elastic layer is layer B,
Hardness of layer A <hardness of layer B
A charging device characterized by the following.
[0115]
[Embodiment 2] Cell diameter of layer A> cell diameter of layer B
The charging device according to embodiment 1, wherein the following condition is satisfied.
[0116]
[Embodiment 3] The charging device according to

embodiment

1 or 2, wherein the contact angle of water on the surface of the member to be charged is 85 degrees or more.
[0117]
[Embodiment 4] An image recording apparatus which performs image formation by applying an image forming process including a step of charging the surface of the image carrier to the image carrier,
An image recording apparatus, wherein the step of charging the surface of the image carrier is the charging device according to any one of the first to third embodiments.
[0118]
[Embodiment 5] Electrophotographic image recording including an image carrier, a charging device, an image exposure device, a developing device, a transfer device, and a fixing device for fixing an image on a recording medium, which are arranged around the image carrier. An image forming apparatus, wherein the developer remaining on the surface of the image carrier after the transfer step is temporarily supported on at least the charging member of the charging device, transferred to the surface of the image carrier again, and collected again by the developing device. In an image recording apparatus having a toner recycling configuration,
The charging device is the charging device according to any one of Embodiments 1 to 3, wherein a mixture of the conductive particles and a developer is stored in the developing device, and the conductive particles are developed. An image recording apparatus, wherein the image recording apparatus is sometimes transferred to the image carrier, carried to the charging device, and supplied to the charging member.
[0119]
【Example】
(1) Example 1
1 is an image forming apparatus according to a first embodiment. When a single layer of the elastic / medium resistance layer 2b of the roller was prepared, the roller hardness was 10 degrees and the cell diameter was 200 μm. An elastic / medium resistance layer 2c was further added thereon, and polished to produce a roller having an outer diameter of 20 mm. Finally, a roller having a surface layer having a roller hardness of 13 and a cell diameter of 20 μm was manufactured.
[0120]
When the elastic / medium resistance layer 2c was formed as a single layer, the roller hardness was 25 degrees and the cell diameter was 20 μm.
[0121]
(2) Example 2
An image forming apparatus according to the first embodiment. When a single layer of the elastic / medium resistance layer 2b was produced, the roller hardness was 10 degrees and the cell diameter was 200 μm. An elastic / medium resistance layer 2c is further added on top of this and polished. A roller having an outer shape of 20 mm was produced. Finally, a roller having a surface layer with a roller hardness of 12 degrees and a cell diameter of 100 μm was produced.
[0122]
When the elastic / medium resistance layer 2c was formed as a single layer, the roller hardness was 20 degrees and the cell diameter was 100 μm.
[0123]
(3) Example 3
An image forming apparatus according to the first embodiment. When a single layer of the elastic / medium resistance layer 2b was produced, the roller hardness was 20 degrees and the cell diameter was 100 μm. An elastic / medium resistance layer 2c is further added on top of this and polished. A roller having an outer shape of 20 mm was produced. Finally, a roller having a surface layer with a roller hardness of 22 degrees and a cell diameter of 20 μm was produced.
[0124]
When the elastic / medium resistance layer 2c was formed as a single layer, the roller hardness was 25 degrees and the cell diameter was 20 μm.
[0125]
(4) Comparative Example 1
Please refer to FIG.
[0126]
This example is also an image forming apparatus according to the first exemplary embodiment, but has a configuration that is largely different from that of the example in the layer configuration of the charging roller. In this example, the elastic / medium resistance layer is constituted by a single layer, the roller hardness is 10 degrees, and the cell diameter is 200 μm.
[0127]
(5) Comparative example 2
This example is also an image forming apparatus according to the first exemplary embodiment, but has a configuration that is largely different from that of the example in the layer configuration of the charging roller. In this example, the elastic / medium resistance layer is constituted by a single layer, the roller hardness is 20 degrees, and the cell diameter is 100 μm.
[0128]
(6) Comparative example 3
This example is also an image forming apparatus according to the first exemplary embodiment, but has a configuration that is largely different from that of the example in the layer configuration of the charging roller. In this example, the elastic / medium resistance layer is constituted by a single layer, the roller hardness is 25 degrees, and the cell diameter is 20 μm.
[0129]
(7) Comparative example 4
An image forming apparatus according to the first embodiment. When a single layer of the elastic / medium resistance layer 2b was produced, the roller hardness was 25 degrees and the cell diameter was 20 μm. An elastic / medium resistance layer 2c is further added on top of this and polished. A roller having an outer shape of 20 mm was produced. Finally, a roller having a surface layer with a roller hardness of 22 degrees and a cell diameter of 200 μm was produced.
[0130]
When the elastic / medium resistance layer 2c was formed as a single layer, the roller hardness was 10 degrees and the cell diameter was 200 μm.
[0131]
(8) Embodiments 4, 5, and 6
This example is an image forming apparatus according to the first embodiment. The roller configuration follows the first, second, and third embodiments, respectively. The photosensitive drum 1a to which the resistance adjusting layer was added was also used for the photosensitive drum.
[0132]
(9) Comparative Example 5, Comparative Example 6, Comparative Example 7, Comparative Example 8
This example is an image forming apparatus according to the first embodiment. The roller configuration follows Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, respectively. The photosensitive drum 1a to which the resistance adjusting layer was added was also used for the photosensitive drum.
[0133]
(10) Example 7, Example 8, Example 9
This example is an image forming apparatus according to the second embodiment. The roller configuration follows the first, second, and third embodiments, respectively. The photosensitive drum 1a to which the resistance adjusting layer was added was also used for the photosensitive drum.
[0134]
(11) Comparative Example 9, Comparative Example 10, Comparative Example 11, Comparative Example 12
This example is an image forming apparatus according to the second embodiment. The roller configuration follows Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4, respectively. The photosensitive drum 1a to which the resistance adjusting layer was added was also used for the photosensitive drum.
[0135]
(12) Evaluation method of each example and comparative example
a) Roller hardness measurement
An Asker C hardness tester was used to measure the hardness of the roller. The weight was 300 g.
[0136]
b) Cell diameter
The cell diameter was determined by observing a cell having a cross-sectional structure including the cell center in an optical microscope image and measuring the diameter. In some cases, the surface after polishing does not show an accurate cross-sectional structure. In this case, the surface was sliced to make an accurate cross-sectional structure, and observation was performed.
[0137]
c) Evaluation of chargeability
In the evaluation of the chargeability, the uniformity of the image at the halftone density was relatively evaluated. As a first method, a DC voltage component for development was set to a bias substantially equal to the applied voltage of the charging bias, a fog image was printed, and charging uniformity was evaluated by the image. As a second method, in the printer of each example, an image is recorded using a 600 dpi laser scanner, one line in the main scanning direction is recorded, and then a stripe pattern in which two lines are not recorded is printed. Was evaluated and evaluated for its uniformity.
[0138]
A: In both evaluations, charging unevenness on short streaks due to roller rubbing was hardly observed, and a very uniform halftone density was reproduced.
[0139]
B: In the first method, the above unevenness appears at several places in one page. Not observed in the second method.
[0140]
C: In the first method, the above unevenness appears on the entire surface of the page. Not observed in the second method.
[0141]
D: In the first method, the above unevenness appears on the entire surface of the page. Even in the second method, unevenness is partially observed.
[0142]
The above evaluation was performed after a printing test of 4000 sheets using a pattern in which the printing ratio of the image pattern was 5% and the printing ratio in the longitudinal direction did not differ.
[0143]
d) Wear of photosensitive drum
Before and after the printing test of 4000 sheets, the abrasion amount of the photosensitive drum was measured and evaluated based on the following criteria. The wear amount of the charge injection layer can be drastically reduced by increasing the hardness. Evaluation criteria were set as follows depending on whether the photosensitive drum was a photosensitive drum 1a with a charge injection layer and a photosensitive drum 1b without a charge injection layer.
[0144]
Without charge injection layer (unit: μm / 1000 sheets)
A: Wear rate ≦ 0.9
B: 0.9 <wear rate ≦ 1.2
C: 1.2 <wear rate ≦ 1.6
D: 1.6 <wear rate
When a charge injection layer is added
A: Wear rate ≦ 0.07
B: 0.07 <wear rate ≦ 0.09
C: 0.09 <wear rate ≦ 0.12
D: 0.12 <wear rate
e) Poor development (evaluation of image defect)
The image evaluation was performed by outputting a halftone image and evaluating the number of defects in the image. In each of the printers, image recording was performed using a 600 dpi laser scanner.
[0145]
In this evaluation, the halftone image means a stripe pattern in which one line in the main scanning direction is recorded, and then two lines are not recorded, and expresses a halftone density as a whole.
[0146]
In each of the printers, image recording is performed by a reversal development system, and therefore, when image exposure is hindered or when leakage occurs during development, both appear in the image as white points. The number of these defective sites was evaluated based on the following criteria.
In particular, in the present invention, emphasis was placed on the uniformity of the halftone image, and defects of 0.3 mm or more were evaluated.
[0147]
A: There is no white spot having a diameter of 0.3 mm or more in the halftone image.
[0148]
B: Less than 5 white points having a diameter of 0.3 mm or more exist in the halftone image.
[0149]
C: 5 to 50 white spots having a diameter of 0.3 mm or more exist in the halftone image.
[0150]
D: More than 50 white spots having a diameter of 0.3 mm or more exist in the halftone image.
[0151]
(14) Evaluation results
Evaluation results Table 1, Evaluation results Table 2, and Evaluation results Table 3 collectively show evaluation results of Examples and Comparative Examples.
[0152]
Hereinafter, the evaluation results of each example and comparative example will be described, and the effectiveness of the present invention will be described.
[0153]
In Comparative Example 1 in which the foamed layer of each formulation was molded as a single layer, the roller hardness was low, so that the abrasion speed of the photosensitive drum was slow and a long life process could be realized. Not good.
[0154]
Conversely, in Comparative Example 3, the charging performance was good, but the abrasion speed was high.
[0155]
The charging performance and the abrasion speed of the comparative example 2 which is intermediate are moderate.
[0156]
Further, in Comparative Examples 1 to 3, poor development occurs. In a single-layer roller, the roller is greatly deformed at a contact portion with the drum, particularly at a portion downstream of the drum rotation, and particles are easily dropped on the roller surface. As a result, in the exposed portion, the laser beam is blocked, or the toner is prevented from being developed on the drum during development, thereby causing an image defect on a white spot.
[0157]
In the first embodiment, the roller has a two-layer structure, and a low-hardness, large-cell-diameter layer is formed in the lower layer, and a high-hardness, small-cell-diameter layer is formed in the upper layer. Can be made. As a result, a charger having excellent charging performance and photoreceptor wear rate can be configured. In Examples 2 and 3 in which the combination of the prescriptions was changed, although the effect was slightly inferior to that in Example 1, all of them showed better results with respect to poor development than the single-layer roller. In other words, it can be seen that a constant effect can be obtained if the relationship of lower layer <upper layer and lower layer of cell diameter> upper layer is maintained with respect to the hardness of the layer.
[0158]
[Table 1]

On the other hand, Comparative Example 4 was an example in which these layer configurations were reversed, but poor development had the opposite effect. Further, it can be seen that the chargeability and abrasion are inferior.
[0159]
Next, the effects of the present invention will be described for Examples 4, 5, 6 and Comparative Examples 5, 6, 7, and 8 using the photosensitive drum 1a having the charge injection layer summarized in Table 2. As compared with Examples 1, 2, and 3 of the same formulation, Examples 4, 5, and 6 all show improvement in charging performance. By adjusting the surface resistance of the drum, a configuration advantageous for injection charging is obtained. Regarding the abrasion speed, the numerical value of the abrasion amount itself is smaller than that of the photosensitive drum 1b having no charge injection layer because the film strength is increased. However, as a result of performing a step evaluation based on actual usage conditions, With respect to wear, the results were the same as the results in Table 1. Regarding poor development, since the surface energy of the photosensitive drum was reduced, the charging roller was able to rotate with low friction, and the deformation of the roller was reduced, so that the amount of particles dropped was reduced and the overall improvement was achieved.
[0160]
From these facts, by lowering the surface energy of the photosensitive drum, the advantages of the layer-constituting roller of the present invention can be more advantageously constituted.
[0161]
[Table 2]

Next, an evaluation result in an apparatus configuration in which the above-described configuration is further configured to be a drum cleaner-less configuration by simultaneous development cleaning will be described.
[0162]
Table 3 summarizes Examples 7, 8, and 9 and Comparative Examples 9, 10, 11, and 12.
[0163]
As for the charging property, it is generally inferior to Table 2. This is because the amount of toner mixed into the charging roller increases. On the other hand, with respect to defective development, the amount of toner mixed in the charging roller (supported amount) increases, so that particles that fall off also increase, and the defective development is exacerbated. However, in Examples 7, 8, and 9, the ejection of particles is prevented from falling off due to roller deformation, so that relatively good results are obtained.
[0164]
[Table 3]

<Other embodiments>
1) In the embodiment, a laser printer is described as an example of an image recording apparatus. However, the present invention is not limited to this, and other image recording apparatuses (image forming apparatuses) such as an electrophotographic copying machine, a facsimile apparatus, and a word processor may be used.
[0165]
2) The image carrier as a member to be charged is an electrostatic recording dielectric in the case of an electrostatic recording device.
[0166]
3) The image carrier is not limited to the drum type, and any of an endless type, an endless belt type, a sheet type, and the like can provide a wider contact width than a conventional charging member. However, when attention is paid to miniaturization of the apparatus, the drum type is advantageous, but the contact width is narrow. Therefore, by using the charging device of this example, it is possible to achieve both miniaturization of the device and expansion of the charging contact width.
[0167]
4) The contact charging member is not limited to the roller type, but may be an endless or endless belt type.
[0168]
5) The charging device of the present invention is not limited to a charging device for an image carrier (an electrophotographic photosensitive member, an electrostatic recording dielectric, etc.) of an image recording device, and can be widely used as a charging means (including a charge removing process) for a charged object. Of course, it is effective to use.
[0169]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides, as a particle carrier for particle charging, a charging member having a conductive elastic layer, in which the elastic layer is composed of a plurality of layers, and the chargeability and the wear of the member to be charged are suppressed. The present invention proposes an excellent charging device that prevents falling of the supported particles.
[0170]
In particular, in the present invention, an ideal charging member having a low hardness and a fine cell diameter of the surface layer is formed by paying attention to the hardness relation and the cell diameter relation of each layer.
[0171]
Further, these effects can be more advantageously achieved by adjusting the surface energy of the surface layer of the member to be charged.
[0172]
In a cleaner-less configuration by simultaneous cleaning with development, the effect of this configuration is great. In a bad condition where toner is mixed, maintenance of charging property and prevention of particle drop-off can be realized, and a cleaner-less device which can be simply and compactly configured can be realized with higher performance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an image recording apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram of a layer structure of a photosensitive drum.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for measuring a resistance value of a charging roller.
FIG. 4 is a schematic diagram of an image recording apparatus according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional image recording apparatus.
FIG. 6 is a graph showing charging characteristics of a conventional roller charging device and a magnetic brush charging device.
[Explanation of symbols]
1 Photosensitive drum
1a Photosensitive Drum with Charge Injection Layer
1b Photosensitive drum without charge injection layer
2 Charging device
2A charging roller
2a metal core
2b, 2c elastic / medium resistance layer
m charged particles (conductive particles)
3 charged particle feeder
3b stirring blade
3c fur brush
4 Laser beam scanner (exposure device)
5 Developing device
5a Developing sleeve
5b magnet roll
60 Developing device
60a developing sleeve
60b magnet roll
6 Transfer charger
7 Fixing device
8 Drum cleaner
S1, S2, S3, S4, S5 applied power supply

Claims

A charging device for applying a voltage to a member to be charged, and for uniformly charging the surface of the member to be charged by contacting the member to be charged, comprising: conductive particles having a particle diameter of 10 μm to 10 nm; In a charging device comprising a conductive elastic layer carrying
The elastic layer is composed of a plurality of porous layers, of which the thickest layer is layer A, and the layer on the surface of the elastic layer is layer B,
A charging device, wherein the hardness of the layer A <the hardness of the layer B is satisfied.