JP2006039363A

JP2006039363A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2006039363A
Application number: JP2004221585A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suzuki; 啓之鈴木; Makoto Nakamura; 良中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】タンデムカラー機における複数の各画像形成ユニットの画像形成機構として用いても各画像形成ユニット間の混色を極力抑えることができる、且つブレードクリーニングを用いない画像形成装置を提供する。
【解決手段】像担持体１の帯電部材は、磁性粒子２４を磁気ブラシとして磁性粒子担持体２３に保持させ、その磁気ブラシ部を像担持体１に接触させ、磁性粒子担持体２３へ電圧を印加することにより像担持体１の帯電を行う磁気ブラシ帯電部材２０であり、且つ、この磁気ブラシ帯電部材２０は転写工程において像担持体表面に残留したトナー粒子ｔを回収して像担持体表面をクリーニングする手段を兼ねるものであり、且つ、像担持体表面から磁気ブラシ部に回収されたトナー粒子ｔを除去しクリーニング容器２７内へ回収する回収電極２５を具備しており、且つ、前記回収電極２５と磁性粒子担持体２３に重畳される交番電圧の差が５００Ｖ以上であることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、像担持体を帯電部材によって帯電し、その帯電面に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像手段によってトナー像として現像し、該トナー像を転写材に転写し、像担持体は繰り返して作像に供する電子写真方式や静電記録方式の画像形成装置に関する。

従来、転写タイプの例えば電子写真画像形成装置において、転写工程後に像担持体である感光体の表面に残存している転写残トナーを感光体表面から除去するクリーニング方法としては、ブレードクリーニング方式が主流となっている。具体的にはウレタン等のゴムブレードを精度良く切削しブレードエッジ面を感光体の移動方向に対してカウンタに当接することによりトナーを掻き取る方法である。このブレードクリーニング方式はクリーニング性能が高く、低コストであるため好んで使われる。ただし、ブレードエッジ部の精度が厳しいため、多数枚の出力を行うとエッジ部のビビリや付着物の影響等でエッジ欠けが生じてしまうとスジ状の画像欠陥が生じてしまいブレード部の交換が必要になる。

これに対して、近年、ブレードクリーニングを行わないクリーナーレスシステムを採用するものが増えてきている。これは、転写残りトナーを帯電部材等でトナー極性を現像時に回収できる極性にすることにより現像装置（現像器）で回収し再利用するものである。このような方法はスペース効率の面からも有利であり盛んに開発されている。

特許文献１には、電子写真感光体等の像担持体に、磁性粒子担持体に磁性粒子を磁気ブラシとして保持させた磁気ブラシ帯電部材の磁気ブラシ部を接触させ、磁性粒子担持体に電圧を印加することで像担持体を帯電し、その帯電面に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像手段によってトナー像として現像し、該トナー像を転写材に転写し、転写後の像担持体表面に残留したトナー粒子は磁気ブラシ帯電部材の磁気ブラシ部に一旦回収させ、それを再び像担持体表面に吐き出させて現像手段で現像同時クリーニング（現像同時回収）する、磁気ブラシ接触帯電方式、クリーナーレスシステムの画像形成装置が記載されている。

像担持体表面に付着して転写部から帯電部に運ばれた転写残トナー粒子は磁気ブラシ帯電部材の磁気ブラシ部に一旦取り込まれることで、帯電極性が正規の極性（現像時に回収できる極性）とは逆極性になっている反転トナーが存在していてもそれは磁性粒子との接触摩擦により正規の極性に帯電される。磁気ブラシ部で正規の帯電極性に揃えられた転写残トナー粒子は磁気ブラシ部から再び像担持体表面に静電的に吐き出されて現像部に持ち運ばれ、現像手段によって現像同時クリーニングで像担持体表面から回収除去され再利用される。

現像同時クリーニングは、転写後に像担持体上に若干残留したトナーを次工程以降の現像時にかぶり取りバイアス（現像手段に印加する直流電圧と像担持体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収するものである。
特開２００３−２９５５８４号公報

ただし、この現像同時クリーニングによるクリーナーレスシステムは、近年主流となっているタンデム方式のカラー画像形成装置（以下、タンデムカラー機と記す）における複数の各画像形成ユニットの画像形成機構として採用した場合、厳密な色再現性の点において課題がある。

タンデムカラー機は、転写材（中間転写体も含む）の移動方向に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー像を形成する４つの画像形成ユニットを配列し、その各画像形成ユニットの転写部を順次に移動していく転写材上にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー像を順次に多重転写させることでフルカラー画像の未定着トナー像を合成形成し、そのトナー像を定着手段で熱溶融・混色してフルカラー画像形成物を得るものである。

このようなタンデムカラー機においては、上記複数の画像形成ユニットのうち転写材搬送方向最上流の画像形成ユニットよりも下流側に配列されている画像形成ユニットにおいて、転写材に対するトナー像の多重転写過程で転写材上に先に転写形成されているトナー像のトナーの一部が像担持体に付着する所謂「再転写」の現象がある。例えば、イエローのトナー像を形成する画像形成ユニットでイエローのトナー像を転写材に転写した後に、マゼンタのトナー像を形成する画像形成ユニットでマゼンタのトナー像を転写材上に多重転写する場合、マゼンタのトナー像を形成する画像形成ユニットの像担持体上に残存する転写残トナーは、マゼンタトナーだけではなく、イエロートナーも存在する。これはマゼンタのトナー像を形成する画像形成ユニットの転写部において転写材上に先に転写形成されているイエローのトナー像のトナーの一部がマゼンタのトナー像を形成する画像形成ユニットの像担持体面に再転写する現象を生じるからである。

従って、タンデムカラー機における複数の各画像形成ユニットの画像形成機構として現像同時クリーニングによるクリーナーレスシステムの画像形成機構を採用した場合、上記の再転写現象のために、記録材搬送方向下流側の画像形成ユニットの現像手段にそれよりも上流側の画像形成ユニットの他色トナーが混入することによる色味変動が生じて色再現性が低下する。これは厳密な色再現を求められないオフィスユースの低価格プリンター等では問題とならないレベルであるが、デザイン部門やカタログ等の商業印刷として使われる場合には色再現性は非常に重要であり、各画像形成ユニット間の混色を極力抑えることが重要となる。

そこで、本発明は、タンデムカラー機における複数の各画像形成ユニットの画像形成機構として用いても各画像形成ユニット間の混色を極力抑えることができる、且つブレードクリーニングを用いない画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、像担持体を帯電部材によって帯電し、その帯電面に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像手段によってトナー像として現像し、該トナー像を転写材に転写し、像担持体は繰り返して作像に供する画像形成装置において、前記帯電部材は、磁性粒子を磁気ブラシとして磁性粒子担持体に保持させ、その磁気ブラシ部を像担持体に接触させ、磁性粒子担持体へ電圧を印加することにより像担持体の帯電を行う磁気ブラシ帯電部材であり、且つ、この磁気ブラシ帯電部材は転写工程において像担持体表面に残留したトナー粒子を回収して像担持体表面をクリーニングする手段を兼ねるものであり、且つ、像担持体表面から磁気ブラシ部に回収されたトナー粒子を除去しクリーニング容器内へ回収する回収電極を具備しており、且つ、前記回収電極と磁性粒子担持体に重畳される交番電圧の差が５００Ｖ以上であることを特徴とする画像形成装置、である。

本発明においては、ブレードクリーニング方式を用いずに、磁気ブラシ帯電部材（磁気ブラシ帯電器）によって帯電工程時に転写残りトナーのクリーニングを行い（帯電同時クリーニング）、且つ、磁性粒子の磁気ブラシ部に回収したトナー粒子を像担持体上へ積極的には戻さずに、回収電極によって磁気ブラシ部中から除去し、クリーニング容器（廃トナーボックス）へと移行させる方式を取っている。つまり本発明においてはクリーナーレスではなく、ブレードクリーニングを用いない帯電同時クリーニング方式を取っている。

磁気ブラシ帯電部材の磁性粒子担持体に対しては直流もしくは比較的低振幅の交番電圧を重畳したバイアスを印加して像担持体表面の帯電を行い、回収電極に対して高い振幅の交番電圧を重畳したバイアスを印加することにより磁性粒子担持体との間に高電界を形成し磁性粒子の磁気ブラシ部に混入したトナー粒子を回収しクリーニング容器へと移行させることにより、像担持体への均一な帯電を施すとともに、像担持体への磁性粒子の漏れを防止しつつ磁性粒子の磁気ブラシ部中からのトナー回収性を向上させることが可能となる。

ここで、良好なトナー回収性を確保するためには、前記回収電極と磁性粒子担持体に重畳される交番電圧の差を５００Ｖ以上にすることが望ましい。

従って本発明により、ブレードクリーニングを用いないためブレード交換等を必要とせず長寿命化が可能であるとともに、タンデムカラー機等においても廃トナーを回収するため再転写等による他色トナーの混入による色濁り等も防止することが可能となった。

（１）画像形成装置例の全体的概略説明
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成模型図である。本実施例の画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、４ドラム（４ステーション）タンデムタイプのフルカラー複写機である。Ａは複写機本体、Ｂは複写機本体Ａに搭載したカラー画像読取り装置（カラーリーダー）である。

カラー画像読取り装置Ｂは複写すべきカラー画像原稿を色分解光電読取りするものである。すなわち、原稿台１０上におかれたカラー原稿Ｇに対し、原稿照射用ランプ・短焦点レンズアレイ・ＣＣＤセンサーを組み込んだ読取りユニット１１がカラー原稿Ｇの画像面を照明しながら走査移動する。これにより、照明走査光の原稿面反射光が、短焦点レンズアレイによって結像されてＣＣＤセンサーに入射する。ＣＣＤセンサーは受光部、転送部、出力部より構成されている。ＣＣＤ受光部においてカラー画像の色分解光電読取りがなされて光信号が電荷信号に変えられ、転送部でクロックパルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス化して出力する。得られたアナログ信号は周知の画像処理を行なってデジタル信号に変換して複写機本体Ａ側の制御回路部（不図示）に送られる。

複写機本体Ａにおいて、ＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢは図面上右から左に順に配列した第１から第４の４つの画像形成ユニット（色ステーション）である。５はこれらの画像形成ユニットの下方に配設した転写ベルト装置、７はこの転写ベルト装置に記録材Ｐを給送する給紙装置、８は定着装置、９は排紙トレイである。

第１から第４の各画像形成ユニットＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢは基本的にはいずれも同一の電子写真プロセス機構からなる。図２はその一つの画像形成ユニットの拡大図であり、像担持体としてのドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）１、感光ドラムに帯電工程とクリーニング工程を同時に行なう帯電同時クリーニング装置２、感光ドラム１の一様帯電面に光像露光して静電潜像を形成する像露光装置３、その静電潜像をトナー像として現像する現像装置４、像露光の光メモリを除去する前露光装置６、等の電子写真作像プロセス機器を有している。

ただし、第１から第４の画像形成ユニットＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢの各現像装置４に収容の現像剤は、それぞれ、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナーである。

感光ドラム１は表面に電荷注入層を具備させた有機感光体を用いている。この有機感光体については（２）項で詳述する。感光ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印の時計方向に所定の速度で回転駆動される。

帯電同時クリーニング装置２は磁気ブラシ帯電装置である。この装置２については（３）項で詳述する。回転駆動されている感光ドラム１はこの装置２により所定の極性・電位に一様に帯電処理される。ａは帯電同時クリーニング部である。

像露光装置３は本実施例ではＬＥＤ露光装置（ＬＥＤアレイ）である。このＬＥＤ露光装置３は前述したカラー画像読取り装置Ｂから複写機本体Ａに送られた画像信号を受けてＯＮ・ＯＦＦ発光制御され、回転駆動されている感光ドラム１の一様帯電面を走査露光する。ｂは露光部である。これにより、感光ドラム１面上に走査露光パターンに対応した静電潜像が形成される。その静電潜像が現像装置４によりトナー像として現像される。４１は現像剤担持部材としての現像ローラまたは現像スリーブである。ｃは現像部である。

第１の画像形成ユニットＵＹにおいては、感光ドラム１に対してＬＥＤ露光装置３によりカラー画像のイエロー成分像に対応した走査露光がなされて静電潜像が形成され、それが現像装置４によりイエロートナー像として現像される。

第２の画像形成ユニットＵＭにおいては、感光ドラム１に対してＬＥＤ露光装置３によりカラー画像のマゼンタ成分像に対応した走査露光がなされて静電潜像が形成され、それが現像装置４によりマゼンタトナー像として現像される。

第３の画像形成ユニットＵＣにおいては、感光ドラム１に対してＬＥＤ露光装置３によりカラー画像のシアン成分像に対応した走査露光がなされて静電潜像が形成され、それが現像装置４によりシアントナー像として現像される。

第４の画像形成ユニットＵＫにおいては、感光ドラム１に対してＬＥＤ露光装置３によりカラー画像のブラック成分像に対応した走査露光がなされて静電潜像が形成され、それが現像装置４によりブラックトナー像として現像される。

転写ベルト装置５は、第１の画像形成ユニットＵＹ側に配設した第１のローラ５２、第４の画像形成ユニットＵＫ側に配設した第２のローラ５３、この第１と第２のローラ５２・５３間に懸回張設させたエンドレスの転写ベルト５１、第１〜第４の画像形成ユニットＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢの各感光ドラム１に対する転写帯電器としての帯電ブレード５４、等を有している。転写ベルト５１は矢印の反時計方向に回転駆動される。上行側のベルト部分が第１〜第４の各画像形成ユニットの感光ドラム１の下面部に対して帯電ブレード５４により押圧されて接触して転写部ｄを形成している。

給紙装置７は所定の制御タイミングで記録材Ｐを１枚分離給送して、転写ベルト装置５において回転駆動されている転写ベルト５１の上行側ベルト部分に第１の画像形成ユニットＵＹ側から供給する。記録材Ｐは回転する転写ベルト５１の上行側ベルト部分に静電的に保持されて第１〜第４の各画像形成ユニットＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢの転写部ｄへ順次に搬送され、第１〜第４の各画像形成ユニットの感光ドラム１上に形成された、イエロートナー像、マゼンタトナー像、シアントナー像、ブラックトナー像の順次多重転写を受ける。これにより、記録材Ｐ面にはフルカラー画像の未定着トナー像が合成形成される。

第１〜第４の各画像形成ユニットＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢにおいて、転写工程後の感光ドラム１面は前露光部ｅにおいて前露光装置６による全面露光を受けて像露光の光メモリの除去を受ける。次いで、再び帯電同時クリーニング部ａにおいて帯電同時クリーニング装置２による一様帯電処理を受ける。そして、この帯電工程と同時に、転写工程後の感光ドラム表面に存在していて帯電同時クリーニング部ａに持ち運ばれてくる転写残トナー粒子および再転写トナー粒子が帯電同時クリーニング装置２に取り込まれて感光ドラム表面から回収される。これにより感光ドラム表面のクリーニングがなされて繰り返して作像に供される。この帯電同時クリーニングについては（３）項で詳述する。

記録材Ｐは第４の画像形成ユニットＵＫの転写部ｄを通過して転写ベルト５１の上行側ベルト部分から分離され、定着装置７へ搬送される。記録材Ｐ上のフルカラー画像の未定着トナー像は定着装置７により熱と圧により溶融・混色してフルカラー画像として定着され、排紙トレイ９上に排出される。

モノ黒画像形成モードのときは、ブラックトナー像を形成する第４の画像形成ユニットのみが作像動作する。

（２）感光ドラム１
本実施例においては感光体として下記のような層構成の有機感光体を用いている。具体的には、通常用いられている有機感光体上に体積抵抗値が１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍ、好ましくは１０^１１〜１０^１３Ω・ｃｍの材質を有する電荷注入層を持つものが有効であり、電荷注入層を持つ感光体を用いると電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、ならびに消費電力の低減に効果がある。また、帯電性についても向上させることが可能となる。

本実施例においては、負帯電の有機感光体で、直径８０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に下記の第１〜第５の５つの層を下から順に設けた感光ドラム１を用いた。

１）第１層は下引き層であり、アルミニウム基体（以下アルミ基体と称する）の欠陥等をならすために設けられている厚さ２０μｍの導電層である。

２）第２層は正電荷注入防止層であり、アルミ基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０^６Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された厚さ１μｍの中抵抗層である。

３）第３層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。

４）第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。従って、感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。本実施例においては、電荷輸送層を２０μｍ設けた。

５）第５層は電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーにＳｎＯ_２超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には絶縁性樹脂に光透過性の絶縁フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）した粒径約０．０３μｍのＳｎＯ_２粒子を樹脂に対して７０重量パーセント分散した材料の塗工層である。これによって感光体表面の抵抗値は、電荷輸送層単体の場合１×１０^１５Ω・ｃｍだったのに比べ、１×１０^１２Ω・ｃｍまで低下した。

ここで、電荷注入層の体積抵抗値は、金属の電極を２００μｍの間隔で配し、その間に電荷注入層の調合液を流入して成膜させ、電極間に電圧を１００Ｖ印加して測定した値である。

このように調合した塗工液をディッピング塗工法、スプレー塗工法、ロール塗工法、ビーム塗工法等の適当な塗工法にて３μｍ程度の厚さを制御し塗工して電荷注入層とした。

（３）帯電同時クリーニング装置２
帯電同時クリーニング装置は磁気ブラシ方式をとっている。導電性の磁性粒子を直接マグネット、あるいは、マグネットを内包するスリーブ上に磁気的に拘束させて磁気ブラシ帯電部材を構成し、停止、あるいは、回転しながら像担持体に接触させ、これに電圧を印加することによって帯電が開始される。

磁気ブラシ帯電部材によって、上記のような表面に電荷注入層をもつ有機感光体に対して注入帯電工程とクリーニング工程を同時に行う。クリーニング工程は転写工程後の感光ドラム表面に存在していて帯電部に持ち運ばれてくる転写残トナー粒子および再転写トナー粒子を感光ドラム表面から磁気ブラシ帯電部材の磁気ブラシ部に回収し、その回収したトナー粒子を感光ドラム上へ積極的には戻さずに、回収電極によって磁気ブラシ部から除去してクリーニング容器へと移行させる方式を取っている。

より具体的には、像担持体表面に１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの材質からなる層を持つ像担持体を用いて、磁気ブラシ帯電部材によって注入帯電工程を行い、帯電工程時に回収された転写残りトナーを回収電極によって磁性粒子の磁気ブラシ部内から回収しクリーニング容器へと移行させる。このとき磁気ブラシ部内からトナーを回収する回収性が帯電性を低下させないためにも重要となる。

磁性粒子の磁気ブラシ部内からトナーを回収するためには、磁性粒子担持体へ帯電極性側の電圧が印加されていることから、回収電極を接地して回収する方法が容易に考えられる。このとき回収性を向上させるためには、磁性粒子担持体へ高い交番電圧を重畳してやると回収電極との間に高電界が形成され、磁性粒子の磁気ブラシ部中のトナー回収性が高まり混入率を低減することが可能となるが、磁気ブラシ帯電部材を用いた注入帯電を行う構成の場合、接触面積を稼ぐために磁性粒子の粒径が小さいものが用いられ、また帯電性を高めるために低抵抗の磁性粒子が用いられるため、磁性粒子担持体へ必要以上の振幅の交番電圧を重畳すると、像担持体への磁性粒子漏れが生じやすくなり現像手段内への帯電用磁性粒子の混入等が生じ、かぶりの増加やリーク跡と言った画像欠陥が発生する要因となる。

本実施例で用いた帯電同時クリーニング装置２は、図３のように、内部に固定マグネット２２が設けられ、回転自在の非磁性の帯電スリーブ２３上に、磁性粒子規制手段２１によって規制された磁性粒子２４が磁界によってブラシ状に形成されて、非磁性の帯電スリーブ２３の回転にともない磁気ブラシ部である磁性粒子２４が帯電同時クリーニング部ａにおいて感光ドラム１面に接触しながら搬送される。上記において固定マグネット２２を内包した帯電スリーブ２３が磁性粒子担持体であり、磁性粒子２４をブラシ状に担持した帯電スリーブ２３が磁気ブラシ帯電部材２０である。

帯電スリーブ２３は感光ドラム１に対しカウンター方向に回転しており、感光ドラム１の回転速度３００ｍｍ／ｓｅｃに対し非磁性の帯電スリーブ２３は３６０ｍｍ／ｓｅｃで回転している。このとき、帯電スリーブ２３と感光ドラム１は約３５０μｍの間隙α（図４）に設定されている。帯電スリーブ２３の表面に形成担持される磁性粒子磁気ブラシ部の厚さは間隙αよりも大きい設定であり、磁気ブラシ部である磁性粒子２４は帯電同時クリーニング部ａにおいて感光ドラム１面に所定の幅をもって接触しながら搬送される。

そして、上記帯電スリーブ２３に、第１の電源部Ｅ１から帯電電圧（帯電バイアス）を印加することにより、帯電同時クリーニング部ａにおいて感光ドラム１面に接触しながら搬送される磁性粒子２４から電荷が感光ドラム１上に与えられ、感光ドラム表面が帯電電圧に対応した電位に近い値に帯電（注入帯電）される。

また、転写工程後の感光ドラム表面に存在していて帯電同時クリーニング部ａに持ち運ばれてきた転写残および再転写のトナー粒子ｔが磁気ブラシ部である磁性粒子２４による感光ドラム表面の摺擦により感光ドラム表面から掻き取られて磁性粒子中に混入して回収される。即ち、感光ドラム表面のクリーニングがなされる。

また、上記の帯電同時クリーニング装置２内には帯電スリーブ２３に近接して回収電極２５が設けられている。この回収電極２５には第２の電源部Ｅ２からトナー粒子回収電圧が印加される。ここで、帯電スリーブ２３と回収電極２５の間隙β（図４）は１００〜２０００μｍ程度が好ましく帯電スリーブ２３と感光ドラム１との間隙αに近い間隔が好ましい。間隙βは１００μｍよりも小さいと、帯電スリーブ２３と回収電極２５との間を磁性粒子が通過できなくなる。また、間隙βは２０００μｍよりも大きいと、磁性粒子が回収電極２５と非接触になってしまう。そこで本実施例においては帯電スリーブ２３と感光ドラム１の間隔αよりも若干広い４００μｍに回収電極２５と帯電スリーブ２３の間隙βを設定した。

更に回収電極２５を帯電スリーブ２３とほぼ同速で帯電スリーブ２３の回転に順方向に回転駆動し、帯電スリーブ２３上にコーティングされた磁気ブラシ部である磁性粒子２４中に混入したトナーｔを帯電スリーブ２３と回収電極２５の間に形成された電界によって回収電極２５の表面に回収している。

回収電極２５は、例えば導電性のＳＵＳ棒やＳＵＳ棒の表面に薄層の絶縁層もしくは中抵抗層を設けたもの等を用いることができる。本実施例においては、磁性粒子２４からのリークを抑えるとともに電界効果が充分に得られやすいように、ＳＵＳ棒の表面に約５０μｍの厚さの中抵抗層を設けたものを用いた。

このとき、トナーｔとともに磁性粒子２４が回収電極２５に付着してしまうのをできるだけ抑えるために、帯電スリーブ２３内のマグネットローラ２２について、回収電極２５近傍に磁極を設けることが好ましい。具体的には図４のように最近接位置ｆから±１０度以内に回収電極２５に対する対向磁極（本実施例ではＳ磁極）を設定することにより、磁性粒子２４の付着を低減できる。対向磁極の磁力（最大磁束密度）としては９００ガウス以上が好ましいことから、本実施例においては９５０ガウスの磁極を回収電極２５に向けて配置している。すなわち、磁性粒子の回収電極への付着を防止するためには対向磁極の磁力（最大磁束密度）としては９００ガウス以上が望ましい。磁束密度の測定は一般的なガウスメーターによる測定である。

回収電極２５に回収されたトナーｔは回収電極２５の表面に先端部を回収電極回転方向にカウンターにして接触させて設けたブレード２６によって掻き取られて、クリーニング容器（以下、廃トナーボックスと記す）２７へと送られる。

上記帯電同時クリーニング装置２において、帯電スリーブ２３上にコートされる磁性粒子量は約１５０ｍｇ／ｃｍ^２に調整されている。また、磁性粒子としては、平均粒径（体積平均粒径）が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ^３、抵抗（体積抵抗）が１０^２〜１０^１０Ω・ｃｍのものが好ましく、感光ドラム１にピンホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮すると抵抗が１０^６Ω・ｃｍ以上のものを用いることが好ましい。磁性粒子の抵抗に関して、上限は帯電性を確保するために１０乗以下の抵抗値が必要であり、下限は感光ドラム上の絶縁不良等があってもリーク等が発生しないためには６乗以上が好ましい。

また磁性粒子２４の粒径も磁性粒子が充分に感光ドラム表面に接触できるようにするためには好ましくは平均体積粒径で５０μｍ以下のものが好ましい。上限は注入帯電を行うためには感光体に対する接触面積を充分に確保するために磁性粒子径を小さくすることが好ましく、帯電性を考えると５０μｍ以下にしたい。下限は磁性粒子の感光体への付着を防止するためには磁気拘束力を高めるため１０μｍ以上にしたい。

そこで本実施例においては、平均粒径２５μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃｍ^３、抵抗が５×１０^６Ω・ｃｍの磁性粒子を用いた。また本実施例において用いた磁性粒子は、フェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を行ったものを用いている。

ここで、磁性粒子の抵抗値（体積抵抗値）は、底面積が２２８ｍｍ^２の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後、６５Ｎ／ｃｍ^２（６．６Ｋｇ／ｃｍ^２）で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定している。

このように、小粒径で低抵抗な磁性粒子を用いることにより感光ドラム表面との充分な接触点を確保し、また充分な電荷注入効率を実現できるため安定した帯電工程が可能となる。

上記の帯電同時クリーニング装置２において、帯電スリーブ２３に対して直流電圧−６００Ｖを印加して帯電を行っている。上記の帯電条件において感光ドラム１は初期では−５８０Ｖに帯電（注入帯電）されていた。

また、磁気ブラシ部である磁性粒子２４内に混入したトナーを回収するために設けられた回収電極２５に対しては直流電圧ＤＣ−３００Ｖに対して周波数１０００Ｈｚで、振幅が０，５００，１０００、１５００Ｖと振った交番電圧ＡＣを印加した。

図５は横軸に耐久枚数、縦軸に帯電電位を示している。このとき、帯電電位が−５５０Ｖ以上の場合には画像上問題の無いレベルであったが、−５５０Ｖを切るようになるとハーフトーンなどを出力した際に帯電ムラが画像上で確認できるようになり、更に−５００Ｖを切ると全面にスジ状のかぶりが生じるようになってしまった。

図５から見てもわかるように、回収電極２５に印加する交番電圧が高いほど帯電能が維持されているのがわかる。図５から回収電極２５へ振幅５００Ｖ以上の交番電圧を重畳させることで大きな効果がえられていることがわかる。

これは、磁性粒子中に混入したトナーを効果的に回収電極２５によって回収し廃トナーボックス２７へと移行させているためであり、実際廃トナーボックス２７へ回収されたトナー量も交番電圧が高い場合ほど多くなっている。感光ドラム上のトナーは回収する際には極性がばらついていても、磁性粒子と摩擦帯電することにより正規の帯電極性に揃えられ回収電極での回収が可能となる。

ここで、参考例として帯電スリーブ２３に対して直流電圧−６００Ｖに対して周波数が１０００Ｈｚ、振幅が０，５００，１０００，１５００Ｖの交番電圧を重畳した場合の感光ドラム１に対する磁性粒子付着量を調べた所、１０００枚の画像出力あたりそれぞれ、０．０１ｇ、０．０５ｇ、０．８ｇ、３．０ｇ程度の付着が見られた。このことからも磁性粒子の感光ドラム１への付着を防止するためには交番電圧の振幅を１０００Ｖ以下にすることが好ましいことがわかる。

このとき、回収電極２５に高振幅の交番電圧を印加するため、本実施例のように帯電スリーブ２３内のマグネットローラ２２について回収電極２５に向けて磁極を設け９５０ガウスに設定したが、それでも回収電極２２に対する磁性粒子の付着が若干量存在する。このとき付着した磁性粒子は廃トナーボックス２７へと移行するため特に弊害は起きないが、帯電同時クリーニング装置２内に内包される磁性粒子の量が少ない場合には磁性粒子が装置の耐久につれて無くなってしまい帯電が行えなくなってしまう場合がある。よって、回収電極２５に対する磁性粒子の付着量と帯電同時クリーニング装置２の寿命に応じて、内包する磁性粒子量を決めていく必要がある。また、場合によっては磁性粒子２４の補給も含め行うことも重要である。

このように、帯電同時クリーニングを行う際に帯電スリーブ２３に印加される電圧の交番電圧の振幅値よりも、回収電極２５に印加される電圧の交番電圧の振幅値を高くしてやることにより、帯電時の感光ドラム１に対する磁性粒子の付着を防止しつつ磁性粒子に混入したトナーの回収効率を高めることが可能となった。

よって、転写残りトナーが現像装置４へ混入する量を大きく低減することが可能となり、タンデムカラー機においては一の画像形成ユニット（色ステーション）のトナーが再転写等で他色の画像形成ユニットの現像装置へ混入し色濁りを発生させることを防止することが可能となった。

回収電極へのトナーの回収性を高めるためには、回収電極と帯電スリーブ間の交番電界を高めることが有効である。ただし、帯電スリーブに必要以上の高ＡＣを印加すると感光体への磁性粒子付着が悪化してしまう。よって回収性を確保し磁性粒子の感光体付着を防止するために本実施例では回収電極に高ＡＣ（回収電極に印加される交番電圧のほうが高い）を印加している。

交番電圧の差は｜（回収電極に重畳する交番電圧の振幅値）−（磁性粒子担持体に重畳する交番電圧の振幅値）｜である。実施例１においては｜（回収電極２５に重畳する交番電圧の振幅値５００Ｖ以上）−（帯電スリーブ２３に重畳する交番電圧の振幅値０Ｖ）｜で交番電圧の差が５００Ｖ以上である。回収電極２５には交番電圧を重畳しないで、帯電スリーブ２３に振幅値５００Ｖ以上の交番電圧を重畳して交番電圧の差が５００Ｖ以上にする系にすることもできる。回収電極２５と帯電スリーブ２３のどちらにも交番電圧を印加するけれども、（回収電極２５に重畳する交番電圧の振幅値）＜（帯電スリーブ２３に重畳する交番電圧の振幅値）の関係にして交番電圧の差が５００Ｖ以上とする系にすることもできる。回収電極と磁性粒子担持体に重畳される交番電圧の差が５００Ｖ以上以上でないと回収性が良好に得られない。

なお、廃トナーボックス２７内が廃トナーで満杯になったらサービスマンが交換する。

本実施例は、実施例１において、磁性粒子担持体である帯電スリーブ２３に対して印加するバイアスは、直流電圧に交番電圧を重畳したバイアスで、且つその交番電圧は帯電極性について高電圧側の印加時間が低電圧側の印加時間よりも短い交番電圧にしたことを特徴とする。

即ち上記の実施例１においては帯電スリーブ２３に印加する電圧を直流電圧としたが、本実施例においては−５５０Ｖの直流電圧に対して、周波数１０００Ｈｚで図６に示すように正極性側に長い時間で弱い振幅で負極性側に短い時間で高い振幅の交番電圧を重畳している。

詳しくは、本実施例においては交番電圧の振幅を４００Ｖとし正極性側に１周期の８０％の時間で全体の振幅の２０％（８０Ｖ）で負極性側に２０％の時間で８０％（３２０Ｖ）の振幅で重畳した。

このようは波形をデューティバイアスと呼ぶが、一般的な磁性粒子の抵抗値は電界依存があり、高電界側で抵抗が低くなる特性があるため上記のようなデューティバイアスで帯電を行うと負極性側の帯電を行う場合の方が磁性粒子の抵抗値が低い状態で帯電を行うことになるので電流の流入量が大きくなり、前記直流電圧の−５５０Ｖよりも高く帯電することが可能となる。例えば振幅が４００Ｖの場合であると帯電電位は−６００Ｖであった。

上記のような電圧で帯電を行うと、印加電圧よりも高電位に帯電を行うことが可能となるため、例えば帯電極性が負であり、負帯電トナーを用いる反転現像方式の電子写真装置の場合、磁性粒子内に混入したトナーは磁気ブラシ帯電部材側へ拘束される方向に電界がかかるため感光ドラム１側への吐き出しを少なくすることができる。そのため、実施例１の場合は回収電極２５がない場合に比べれば少量ではあるが、ある程度感光ドラム１へ吐き出したトナーが現像装置４へ混入することがあったが、本実施例のようなバイアスを用いることで感光ドラム１への吐出し量をより低減することが可能となり、他色トナーが現像装置４へ混入する現象を極力抑えることが可能となった。

また、本実施例においても磁性粒子内のトナーを回収するために設けられた回収電極２５に対しては直流電圧−３００Ｖに対して周波数１０００Ｈｚで振幅が０，５００，１０００、１５００Ｖと振った電圧を印加した。

帯電スリーブ２３に振幅４００Ｖの交番電圧を重畳しているため、実施例１と比べて帯電能維持が長期に渡り実現できているが、混入したトナーの回収性が回収電極２５への交番電圧の振幅値が０Ｖと５００Ｖの場合は充分でなく徐々に帯電能が低下してくることがわかった。

また、実際に廃トナーボックス２７へ回収されたトナー量も回収電極２５への交番電圧の振幅値が０Ｖと５００Ｖの場合に比べ、振幅が１０００Ｖ、１５００Ｖの場合の方が多いことが確認できた。

ここで、実施例１では回収電極２５へ重畳した交番電圧の振幅が５００Ｖの場合でもトナーの回収が行われたのに、本実施例においては回収性があまり良くなかったのは、帯電スリーブ２３に重畳された交番電圧と干渉し回収電極２５と帯電スリーブ２３間に充分な電界が形成されなかったためと考えられる。

このことから回収電極２５と帯電スリーブ２３の両方に交番電圧が重畳される場合にはその差分値が５００Ｖよりも大きいことが重要であることが確認された。

実施例１・２においては、感光ドラム１として表面に電荷注入層を設けた有機感光体を用いたが、本実施例においては、ネガ帯電のアモルファスシリコン感光体（ａ−Ｓｉ系感光体）を２つの磁気ブラシ帯電部材（帯電器）により帯電する場合について述べる。

ａ−Ｓｉ系感光体は表面に１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの材質からなる層を有し電荷注入帯電性を有するが、像露光や前露光による光メモリーが生じやすく、帯電された電位が暗状態でも減衰してしまう暗減衰という現象が顕著に発生する。また、この暗減衰は膜厚ムラや組成ムラによる暗減衰差が生じやすく、この現象に起因される帯電電位ムラが生じやすい。

本実施例においては、このａ−Ｓｉ系感光体の感光ドラム１に対して、図７に示すように、感光ドラム１の回転方向に沿って配列した第１と第２の２つの磁気ブラシ帯電部材２０Ａ・２０Ｂにより２回の帯電工程ａ・ａを行うことができる帯電同時クリーニング装置２を用いている。実施例１・２の装置と共通する構成部材・部分には同じ符号を付して再度の説明を省略する。

このように２回の帯電を行うことにより、第１回目の帯電で前記光メモリーを大幅に軽減できるため、第２回目の帯電を行った後には暗減衰を少なくすることが可能となる。これに伴い、電位ゴーストや電位ムラが大幅に良化された。

第１と第２の磁気ブラシ帯電部材２０Ａ・２０Ｂはそれぞれ実施例１の磁気ブラシ帯電部材２０と同様に、内部に固定マグネット２２Ａ・２２Ｂが設けられ、回転自在の非磁性の帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂ上に、磁性粒子規制手段２１によって規制された磁性粒子２４が磁界によってブラシ状に形成されて、帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂの回転にともない磁気ブラシ部である磁性粒子３０４が搬送される。このとき、最近接距離が１ｍｍとなるように配置された帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂ間を磁性粒子が磁気力によって受け渡されて矢印のように搬送される。帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂは感光ドラム１に対しカウンター方向に回転しており、感光ドラム１の回転速度２００ｍｍ／ｓｅｃに対し帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂはともに３００ｍｍ／ｓｅｃで回転している。このとき、帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂと感光体１は約４００μｍの間隙に設定されており、上記帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂに、帯電電圧を印加することにより、帯電用磁性粒子２４から電荷が感光ドラム１上に与えられ、帯電電圧に対応した電位に近い値に注入帯電される。

また、本実施例においては第１の磁気ブラシ帯電部材２０Ａの帯電スリーブ２３Ａの近傍に実施例１，２で用いたものと同じ回収電極２５を設けている。回収電極２５は帯電スリーブ２３Ａに対して約４００μｍの間隙に設定されており帯電スリーブ２３Ａとほぼ同速で帯電スリーブ２３Ａの回転方向に順方向に回転駆動されており、帯電スリーブ２３Ａ上にコーティングされた磁気ブラシ部である磁性粒子中に混入したトナーを帯電スリーブ２３Ａと回収電極２５の間に形成された電界によって回収する役目をしている。また、トナーとともに磁性粒子が回収電極２５に付着してしまうのをできるだけ抑えるために、帯電スリーブ２３Ａ内のマグネットローラ２２Ａについて、回収電極近傍に磁極を設けることが好ましい。本実施例においても、実施例１・２と同様に９５０ガウスの極を回収電極に向けて配置している。また、回収されたトナーはやはり実施例１・２と同様にブレード２６によって掻き取られ廃トナーボックス２７へと送られる。

帯電同時クリーニング装置２において、帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂ上にコートされる磁性粒子量は約７５ｍｇ／ｃｍ^２に調整されている。本実施例における磁性粒子担持量は実施例１・２の半分の量になっているが、２回帯電の行うためより薄層での帯電が可能となっている。

このような帯電同時クリーニング装置２を用いて実施例１と同様に帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂに対して直流電圧のみを印加した場合と、実施例２で用いたようなデューティ波形の交番電圧を重畳した場合において、回収電極２５に対して周波数１０００Ｈｚで振幅が０、５００、１０００、１５００Ｖと振った電圧を印加した場合の磁性粒子からのトナーの回収性を調べた。

その結果、帯電スリーブ２３Ａ・２３Ｂに印加する電圧が直流電圧のみの場合には実施例１と同様に振幅が５００Ｖ以上の場合において充分な回収性が見られ、実施例２のような振幅が４００Ｖのデューティ波形の交番電圧を重畳した場合には実施例２と同様に振幅を１０００Ｖ以上の場合において充分な回収性が見られた。このことから、アモルファスシリコン感光体を用いた場合においても回収電極２５と帯電スリーブ２３Ａの交番電圧の差分値が５００Ｖよりも大きいことにより充分な回収性が得られ、帯電同時クリーニングが行えることがわかった。

以上説明のように、磁性粒子を用いて注入帯電を行うことにより感光体表面を帯電する帯電同時クリーニング装置において、帯電スリーブ近傍に配置された回収電極へ磁性粒子中に混入したトナーを回収するためには、帯電スリーブと回収電極間の交番電界を強くすることが有効であり、その差分値が５００Ｖ以上の条件で回収性が充分えられることがわかった。

ここで、実施例１〜３においては、ネガの帯電極性に対して、ネガトナーを現像する反転現像方式について述べたが、帯電極性も正負どちらでも効果が得られ、ネガ極性に限られるものではない。また、各プロセス条件についても実施例１〜３の場合に限られるものではない。例えば、実施例１〜３では帯電スリーブ及び回収電極に対して周波数が１０００Ｈｚの交番電圧を重畳したがもちろんこれに限られるわけではない、好ましくは１００〜２００００Ｈｚ程度にすることが有効である。その他、出力スピードや設定条件についても実施例１〜３の条件に限られることなく効果が得られる。

また像担持体は静電記録誘電体であってもよい。またタンデムカラー機は中間転写部材を用い、この中間転写部材上に各画像形成ユニットＵＹ・ＵＭ・ＵＣ・ＵＢの順次一次転写によりフルカラー画像の未定着トナー像を形成し、そのフルカラー画像の未定着トナー像を一括して記録材に二次転写し、定着装置により熱と圧により溶融・混色してフルカラー画像として定着する装置構成にすることもできる。

実施例１における画像形成装置例の模式図複数の画像形成ユニットのうちの１つの拡大模式図帯電同時クリーニング装置の拡大模式図帯電同時クリーニング装置の構成説明図実施例１の耐久枚数と帯電電位を示すグラフ実施例２において用いたデューティバイアスの波形図実施例３おいて用いた帯電同時クリーニング装置の模式図

符号の説明

１は感光ドラム（像担持体）、２は帯電同時クリーニング装置、３はＬＥＤ露光手段、４は現像装置、５は転写ベルト装置、６は前露光ランプ、８は定着装置、１１はスキャナユニット

Claims

像担持体を帯電部材によって帯電し、その帯電面に静電潜像を形成し、該静電潜像を現像手段によってトナー像として現像し、該トナー像を転写材に転写し、像担持体は繰り返して作像に供する画像形成装置において、
前記帯電部材は、磁性粒子を磁気ブラシとして磁性粒子担持体に保持させ、その磁気ブラシ部を像担持体に接触させ、磁性粒子担持体へ電圧を印加することにより像担持体の帯電を行う磁気ブラシ帯電部材であり、且つ、この磁気ブラシ帯電部材は転写工程において像担持体表面に残留したトナー粒子を回収して像担持体表面をクリーニングする手段を兼ねるものであり、且つ、像担持体表面から磁気ブラシ部に回収されたトナー粒子を除去しクリーニング容器内へ回収する回収電極を具備しており、且つ、前記回収電極と磁性粒子担持体に重畳される交番電圧の差が５００Ｖ以上であることを特徴とする画像形成装置。
前記回収電極には交番電圧が重畳されており、回収電極に重畳される交番電圧の振幅が磁性粒子担持体に重畳される交番電圧の振幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記像担持体は表面に１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの材質からなる層を有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
前記像担持体は有機感光体表面に１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの材質からなる表面層を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記像担持体はアモルファスシリコンの材質からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記磁性粒子の体積平均粒径は１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の画像形成装置。
前記磁性粒子の体積抵抗は１０^６〜１０^１０Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の画像形成装置。
前記磁性粒子担持体と前記回収電極は１００〜２０００μｍの間隙を持って近接していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の画像形成装置。
前記磁性粒子担持体はマグネットローラを内包しており、該マグネットローラは前記回収電極との最近接部分の±１０°以内に磁極を持ち、且つ該磁極の最大磁束密度は９００ガウス以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の画像形成装置。
前記磁性粒子担持体に対して印加するバイアスは、直流電圧に交番電圧を重畳したバイアスで、且つ前記交番電圧は帯電極性について高電圧側の印加時間が低電圧側の印加時間よりも短い交番電圧であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の画像形成装置。