JP3041715B2 - 帯電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真複写機等の画像形成装置におい
て、像形成体を一様に帯電させる磁気ブラシを用いた帯
電装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、電子写真方式による画像形成装置において、感
光体ドラム等の像形成体の帯電には、一般にコロナ帯電
器が使用されていた。このコロナ帯電器は、高電圧を放
電ワイヤに印加して、放電ワイヤの周辺に強電界を発生
させ気体放電を行うもので、その際発生する電荷イオン
を像形成体に吸着させることにより帯電が行われる。

このような従来の画像形成装置に用いられているコロ
ナ帯電器は、像形成体と機械的に接触することなく帯電
させることができるため、帯電時に像形成体を傷付ける
ことがないという利点を有している。しかしながら、こ
のコロナ帯電器は高電圧を使用するために感電したり、
リークする危険があり、かつ気体放電に伴って発生する
オゾンが人体に有害であり、像形成体の寿命を短くする
という欠点を有していた。また、コロナ帯電器による帯
電電位は温度，湿度に強く影響されるので不安定であ
り、さらに、コロナ帯電器では高電圧入力後に安定した
帯電電位を得るには数秒程度の時間が必要であって、通
信端末機や情報処理装置として電子写真式画像形成装置
を利用する場合の大きな欠点となっている。

このようなコロナ帯電器の多くの欠点は、帯電を行う
のに気体放電を伴うことに原因がある。

そこで、コロナ帯電器のような気体放電を行わず、し
かも像形成体に機械的損傷を与えることなく、該像形成
体を帯電させることのできる帯電装置として、マグネッ
トを内包した円筒上に磁性粒子を吸着して磁気ブラシを
形成し、この磁気ブラシで像形成体の表面を摺擦するこ
とにより帯電を行うようにした帯電装置が特開昭53−13
3569号公報に開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前記特開昭53−133569号公報に開示さ
れた帯電装置においても、像形成体を完全に安定して一
様に帯電させることはできないという問題点があった。

本発明はこれらの点を解決して、オゾンの発生がな
く、極めて安定した均一な帯電を行うことのできる帯電
装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、磁極を配置したマグネット外周を回転可
能に配置された円筒と、その円筒部分に付着した磁性粒
子層からなる磁気ブラシを、像形成体の移動方向に対し
て同方向あるいは逆方向に移動・摺接させ、前記磁気ブ
ラシにバイアス電圧を印加することで、前記像形成体の
帯電を行う帯電装置において、 前記磁性粒子は球状の磁性粒子であり、前記磁気ブラ
シに印加するバイアス電圧は直流成分を有する交流バイ
アス電圧であることを特徴とする帯電装置によって達成
される。

〔発明の構成の説明〕

先ず、磁性粒子の粒径について述べると一般に磁性粒
子の平均粒径が大きいと、イ搬送担体上に形成される磁
気ブラシの穂の状態が荒いために、電界により振動を与
えながら帯電しても、磁気ブラシにムラが現れ易く、帯
電ムラの問題が起こる。この問題を解消するには、キャ
リヤ粒子の平均粒径を小さくすればよく、実験の結果、
平均粒径100μｍ以下でその効果が現れ初め、特に70μ
ｍ以下になると、実質的にイの問題が生じなくなること
が判明した。しかし、粒子が細か過ぎると帯電時像担持
体面に付着するようになったり、飛散し易くなったりす
る。これらの現象は、粒子に作用する磁界の強さ、それ
による粒子の磁化の強さにも関係するが、一般的には、
粒子の平均粒径が30μｍ以下に顕著に現れるようにな
る。なお、磁化の強さは20〜200emu/gのものが好ましく
用いられる。

以上から、磁性粒子の粒径は、平均粒径が100μｍ以
下、特に好ましくは70μｍ以下30μｍ以上であることが
好ましい。

このような磁性粒子は、磁性体として従来の磁性キャ
リヤ粒子におけると同様の、鉄，クロム，ニッケル，コ
バルト等の金属、あるいはそれらの化合物や合金、例え
ば四三酸化鉄，γ−酸化第二鉄，二酸化クロム，酸化マ
ンガン，フェライト，マンガン−銅系合金、と云った強
磁性体の粒子、又はそれら磁性体粒子の表面をスチレン
系樹脂，ビニル系樹脂，エチレン系樹脂，ロジン変性樹
脂，アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，
ポリエステル樹脂等の樹脂で被覆するか、あるいは、磁
性体微粒子を分散して含有した樹脂で作るかして得られ
た粒子を従来公知の平均粒径選別手段で粒径選別するこ
とによって得られる。

なお、磁性粒子を球状に形成することは、搬送担体に
形成される粒子層が均一となり、また搬送担体に高いバ
イアス電圧を均一に印加することが可能となると云う効
果も与える。即ち、磁性粒子が球形化されていること
は、（１）一般に、磁性粒子は長軸方向に磁化吸着され
易いが、球形化によってその方向性が無くなり、したが
って、層が均一に形成され、局所的に抵抗の低い領域や
層厚のムラの発生を防止する、（２）磁性粒子の高抵抗
化と共に、従来の粒子に見られるようなエッジ部が無く
なって、エッジ部への電界の集中が起こらなくなり、そ
の結果、磁性粒子搬送担体に高いバイアス電圧を印加し
ても、像担持体面に均一に放電して帯電ムラが起こらな
い、と云う効果を与える。以上のような効果を奏する球
形粒子にはキャリヤ粒子の抵抗率が10⁵Ω・cm以上、特
に10¹²Ω・cm以下であるように帯電性の磁性粒子を形成
したものが好ましい。この抵抗率は、粒子を0.50cm²の
断面積を有する容器に入れてタッピングした後、詰めら
れた粒子上に1kg/cm²の荷重を掛け、荷重と底面電極と
の間に1000V/cmの電界が生ずる電圧を印加したときの電
流値を読み取ることで得られる値であり、この抵抗率が
低いと、搬送担体にバイアス電圧を印加した場合に、磁
性粒子に電荷が注入されて、像担持体面に磁性粒子が付
着し易くなったり、あるいはバイアス電圧のブレークダ
ウンが起こり易くなったりする。又、抵抗率が高いと電
荷注入が行われず帯電が行われない。

以上を総合して、磁性粒子は、少なくとも長軸と短軸
の比が３倍以下であるように球形化されており、針状部
やエッジ部等の突起が無く、抵抗率が10⁶Ω・cm以上好
ましくは10¹²Ω・cm以下であることが適性条件である。
そして、このような球状の磁性粒子は、磁性体粒子にで
きるだけ球形のものを選ぶこと、磁性体微粒子分散系の
粒子では、できるだけ磁性体の微粒子を用いて、分散樹
脂粒子形成後に球形化処理を施すこと、あるいはスプレ
ードライの方法によって分散樹脂粒子を有すること等に
よって製造される。

以上が磁性粒子についての条件であり、次に粒子層を
形成して像担持体を帯電する磁性粒子搬送担体に関する
条件について述べる。

磁性粒子搬送担体は、バイアス電圧を印加し得る搬送
担体が用いられるが、特に、表面に粒子層が形成される
スリーブの内部に複数の磁極を有する磁石体が設けられ
ている構造のものが好ましく用いられる。このような搬
送担体においては、回転磁石体との相対的な回転によっ
て、スリーブの表面に形成される粒子層が波状に起伏し
て移動するようになるから、新しい磁性粒子が次々と供
給され、スリーブ表面の粒子層に多少の層厚の不均一が
あっても、その影響は上記波状の起伏によって実際上問
題とならないように十分カバーされる。そして、スリー
ブの回転あるいはさらに磁石体の回転による磁性粒子の
搬送速度は、像担持体の移動速度と殆ど同じか、それよ
りも早いことが好ましい。また、スリーブの回転による
搬送方向は、同方向が好ましい。同方向の方が反対方向
の場合よりも帯電の均一性に優れている。しかし、それ
らに限定されるものではない。

また、搬送担体上に形成する粒子層の厚さは、規制板
によって十分に掻き落されて均一な層となる厚さである
ことが好ましく、そして、搬送担体と像担持体との間隙
は100〜5000μｍが好ましい。搬送担体と像担持体の表
面間隙が100μｍよりも狭くなり過ぎると、それに対し
て均一な帯電作用する磁気ブラシの穂を形成するのが困
難となり、また、十分な磁性粒子を帯電部に供給するこ
ともできなくなって、安定した帯電が行われなくなる
し、間隙が5000μｍを大きく超すようになると、粒子層
が荒く形成されて帯電ムラが起き易く、又、電荷注入効
果が低下して十分な帯電が得られないようになる。この
ように、搬送担体と像担持体の間隙が極端になると、そ
れに対して搬送担体上の粒子層の厚さを適当にすること
ができなくなるが、間隙が100〜5000μｍの範囲では、
それに対して粒子層を厚さを適当に形成することができ
る。磁気ブラシの摺擦による掃き目が生じることが防止
されるからである。

〔実施例〕

以下図面を用いて本発明の実施例について説明する。

第１図は本発明の帯電装置を備えた電子写真記録装置
の構成の概要を示す断面図である。

図において、10は矢示（時計）方向に回転する像形成
体である感光体ドラムで、その周縁部には後述する帯電
装置20、除電器12、露光装置からの像露光Ｌ、現像器3
0、転写ローラ13、クリーニング装置50等が設けられて
いる。

本実施例のコピープロセスの基本動作は、図示しない
操作部よりコピー開始指令が図示しない制御部に送出さ
れると、制御部の制御により、感光体ドラム10は矢示方
向に回転を始める。感光体ドラム10の回転に従いその周
面は、後述する帯電装置20により一様に帯電して除電器
12を通過する。除電器12は前記制御部の制御によって、
画像領域の外側に当たる枠部分を、例えばLEDによる照
射を行い除電する。但し除電器12は後述する反転現像に
おいては不要となる。感光体ドラム10上には、図示しな
い原稿像を走査する走査露光装置や、画像書き込み装置
等からの例えばレーザビームＬによる画像の書き込みが
行われ、画像に対応した静電潜像が形成される。

現像器30内には２成分現像剤があって撹拌スクリュー
33A,33Bによって撹拌されたのち、マグネットローラ32
の外側にあって回転する現像スリーブ31外周に付着して
現像剤の磁気ブラシを形成し、現像スリーブ31には所定
のバイアス電圧が印加されて、感光体ドラム10に対向し
た現像領域において現像が行われる。ここで、一般の走
査光学系を用いての潜像形成時には正規現像がなされ、
レーザビームによる像露光がなされたときは通常、反転
現像がなされる。感光体ドラム10上の前記静電潜像は、
現像器30によって現像され可視のトナー像となる。

給紙カセット40からは、記録紙Ｐが一枚ずつ第１給紙
ローラ41によって繰り出される。この繰り出された記録
紙Ｐは、感光体ドラム10上の前記トナー像と同期して作
動する第２給紙ローラ42によって感光体ドラム10上に送
出される。そして転写ローラ13の作用により、感光体ド
ラム10上のトナー像が記録紙Ｐ上に転写され、感光体ド
ラム10上から分離される。トナー像を転写された記録紙
Ｐは搬送手段80を経て図示しない定着装置へ送られ、熱
定着ローラ及び圧着ローラによって挟持され、溶融定着
されたのち装置外へ排出される。記録紙Ｐに転写されず
に残ったトナーを有して回転する感光体ドラム10の表面
は、ブレード51等を備えたクリーニング装置50により掻
き落とされ清掃されて次回の複写に待機する。

第２図は第１図の静電記録装置等において用いられる
本発明の帯電装置20の一実施例を示す断面図である。図
において、21は磁性粒子で、導電性を有するようコーテ
ィングした球形フェライト粒子を用いた。その他に磁性
粒子と樹脂を主成分としてこれを熱錬成後に粉砕して得
られる導電性の磁性樹脂粒子を用いることもできる。良
好な帯電を行うために、外形は真球で粒径50μｍ、比抵
抗10⁸Ω・cmに調整されている。

22は非磁性金属で形成された導電性円筒、23は導電性
円筒22の内部に配置された柱状のマグネット棒（ロー
ル）で、このマグネット23は図においてはＳ極及びＮ極
を配置するよう着磁されていて、導電性円筒22は固定さ
れたマグネット23に対し回動可能になっている。また、
マグネット23は等極配置磁極として回転してもよい。導
電性円筒22は感光体ドラム10との対向位置で感光体ドラ
ム10の移動方向と同方向に1.2〜2.0倍の周速度で回転さ
せられる。

感光体ドラム10は、導電基材10bとその表面を覆う感
光体層10aとからなり、導電基材10bは接地されている。

24は前記導電性円筒22と導電基材10bとの間にバイア
ス電圧を付与するバイアス電源で、導電性円筒22はこの
バイアス電源24を介して接地されている。

前述バイアス電源24は帯電すべき電圧と同じ値に設定
された直流成分に交流成分を重畳した交流バイアス電圧
を供給する電源で、保護抵抗28を介して導電性円筒22と
感光体ドラム10との間の間隙の大きさ、感光体ドラム10
に帯電する帯電電圧等によって異なるが、間隙は0.1〜5
mmの間に保持され、帯電すべき電圧とほぼ同じ500〜100
0Vの直流成分に、Peak−Peak電圧（Vp−ｐ）として200
〜3500Vの交流成分を重畳した交流バイアス電圧を供給
することにより、好ましい帯電条件を得ることができ
た。

なおバイアス電源24は、DC成分は定電圧制御を、交流
成分は定電流制御を行っている。

25は前記磁性粒子21を貯蔵部を形成するケーシング
で，このケーシング25内に前記導電性円筒22とマグネッ
ト23が配置されており、またケーシング25の出口には規
制板26が設けてあって、導電性円筒22に付着して搬出さ
れる磁性粒子21層の厚さを規制するようになっていて、
感光体ドラム10と導電性円筒22との間隙は厚さを規制さ
れた磁性粒子21層で接続される。

次に前述した帯電装置20の動作について説明する。

感光体ドラム10を矢示方向に回転させながら導電性円
筒22を矢示同方向に感光体ドラム10の周速度の1.2〜2.0
倍の周速度で回転させると、導電性円筒22に付着・搬送
される磁性粒子21層はマグネット22の磁力線により導電
性円筒22上の感光体ドラム10との対向位置で磁気的に連
結して一種のブラシ状になり、いわゆる磁気ブラシが形
成される。そして磁気ブラシは導電性円筒22の回転方向
に搬送されて感光体ドラム10の感光体層10aに接触し摺
擦する。導電性円筒22と感光体ドラム10との間には前記
交流バイアス電圧がかけられているので、導電性の磁性
粒子21を経て感光体層10aに電荷が注入されて帯電が行
われる。この場合特にバイアス電圧を交流バイアス電圧
としているので、磁気ブラシからの電荷注入に振動を与
えることになり、極めて安定した均一な帯電を行うこと
ができる。撹拌板27は磁性粒子21の偏りを修正する板状
部材を軸の回りに有する回転体である。

なお、以上の実施例において、スリーブ２に印加する
交流電圧成分の周波数と電圧を変化させた結果を第３図
に示した。

第３図において、縦線で陰を有した範囲が絶縁破壊の
生じ易い範囲、斜線で陰を付した範囲が帯電ムラを生じ
易い範囲であり、陰を付してない範囲が安定して帯電の
得られる好ましい範囲である。図から明らかなように、
好ましい範囲は、交流電圧成分の変化によって多少変化
する。なお、交流電圧成分の波形は、正弦波に限らず、
矩形波や三角波であってもよい。また第３図において、
散点状の陰を施した低周波領域は、周波数が低いために
帯電ムラが生ずるようになる範囲である。

本実施例において非帯電とするには、バイアス電圧の
直流成分を零とすることによって行うことができる。ま
た、マグネット22の磁極のNS方向を感光体ドラム10の対
向部の接線と平行となるよう回動させると、磁気ブラシ
の穂が水平磁界により感光体ドラム10との対向部の接線
方向と平行となり、磁気ブラシの先端は感光体ドラム10
より離されるので非帯電とすることができる。

なお、長期使用によって感光体ドラム10表面にクリー
ニングされずに残留したトナーの磁性粒子21層内への混
入が多くなると磁気ブラシの抵抗が高くなり帯電効率が
損なわれるので、トナーの混入を防止しなければならな
い。これには、磁性粒子をトナーと摩擦帯電するように
設計し帯電装置20内にトナーを引きつる電界を生じる電
圧を印加した回収ローラを設けて混入したトナーを電界
的に吸着させ回収することができる。また、導電性円筒
22に印加する直流バイアス電圧の極性がトナー帯電と同
極性の場合は帯電時、トナーが感光体に付着し易くトナ
ー混入を防止できる。特に反転現像を行う画像形成装置
のように感光体ドラム10の帯電極性がトナーと同極性の
場合は現像器内のトナー極性と同じとなるために現像時
画像にかぶりとして現れず極めて好適な組合わせとな
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、感光体ドラムに直接電荷を注入する
ので、バイアス電圧を低くすることができ、オゾンの発
生を防止し、バイアス電圧を交流バイアス電圧としたの
で、極めて安定した均一な帯電を行うことのできる帯電
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の帯電装置を備えた静電記録装置の構成
の概要を示す断面図、 第２図は本発明の帯電装置の一実施例を示す断面図、 第３図は交流電圧成分の周波数と電圧を変化させたとき
の帯電特性図。 10……感光体ドラム、20……帯電装置 21……磁性粒子、22……導電性円筒 23……マグネット、24……バイアス電源 25……ケーシング、26……規制板 28……保護抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02 G03G 15/08 507 G03G 15/24

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁極を配置したマグネット外周を回転可能
   に配置された円筒と、その円筒部分に付着した磁性粒子
   層からなる磁気ブラシを、像形成体の移動に対して移動
   ・摺接させ、前記磁気ブラシにバイアス電圧を印加する
   ことで、前記像形成体の帯電を行う帯電装置において、 前記磁性粒子は球状の磁性粒子であり、 前記磁気ブラシに印加するバイアス電圧は直流成分を有
   する交流バイアス電圧であることを特徴とする帯電装
   置。