JP3571966B2

JP3571966B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3571966B2
Application number: JP22282899A
Authority: JP
Inventors: 篤志竹田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2001051480A; US6282391B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体の帯電に磁気ブラシ帯電器を用いる画像形成装置に関し、特にクリーナレスシステムに組み合わせるのに適した磁気ブラシ帯電器を備えた画像形成装置に関するするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の画像形成装置の一例の概略を図８に示す。この画像形成装置は、転写式電子写真装置で、複写機、プリンタ、ファクシミリ等として使用される。
【０００３】
本画像形成装置は、像担持体として感光ドラム（ドラム状電子写真感光体）１０１を有し、この感光ドラム１は矢印の反時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。
【０００４】
感光ドラム１０１は、回転過程において、前露光器（イレイサーランプ）１０２による全面前露光を受けて、前の作像過程で残った電気的メモリの消去がなされ、ついで帯電手段としてのコロナ帯電器１０３により所定の極性・電位の一様帯電処理を受け、ついで図示しない像露光手段（原稿画像の投影結像露光手段、レーザー光走査露光手段等）による像露光Ｌを受けて、露光像パターンに対応して一様帯電面が選択的に除電（電位減衰）し、感光ドラム１０１の表面に静電潜像が形成される。静電潜像は、現像手段としての現像器１０４により現像され、トナー像として可視化される。
【０００５】
一方、図示しない給紙機構により、記録媒体としての転写材（紙等）Ｐが感光ドラム１０１と転写手段としての転写コロナ帯電器１０５との間に所定のタイミングで供給され、転写材Ｐの裏面がトナーと逆極性に帯電されることにより、感光ドラム１０１上のトナー像が転写材Ｐの表面側に静電転写されていく。
【０００６】
ついで転写材Ｐは分離コロナ帯電器１０６によって感光ドラム１０１の表面から静電分離され、図示しない定着器に導入されてトナー像の定着処理を受け、画像形成物（コピー、プリント）として出力される。感光ドラム１０１は、転写材Ｐに対するトナー像の転写後、クリーナ１０７によって表面の転写残りトナーを清掃、除去され、つぎの画像形成に使用される。
【０００７】
上記において、像担持体としての感光体、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニング等の作像プロセスの各手段、機器としては、種々の構成、方式のものがある。たとえば帯電手段として、従来より上記のコロナ帯電器１０３が広く利用されているが、このコロナ帯電器１０３は、感光ドラム１０１に非接触に対向配置して、コロナ帯電器１０３の放電ワイヤから放出されるコロナに感光ドラム面をさらして、感光ドラム面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【０００８】
近年、上記の非接触タイプのコロナ帯電器に比べて、低オゾン、低電力等の利点を有することから、接触タイプの帯電器が実用化されている。これは、電圧を印加した帯電部材を感光ドラムに当接させて帯電するもので、なかでも、磁気ブラシを接触帯電部材にしたものが、感光ドラムへの接触の安定性の点から、好ましく用いられている。
【０００９】
磁気ブラシ方式の接触帯電器では、導電性の磁性粒子をマグネット上に、もしくはマグネットを内包したスリーブ上に磁気的に拘束して担持して、磁気ブラシを形成させたものであり、磁気ブラシを停止あるいは回転しながら感光ドラムに接触させ、これに電圧を印加することによって感光ドラムを帯電するものである。
【００１０】
接触帯電部材としては、上記の他に、導電性の繊維をブラシ状に形成した導電ファーブラシや導電性ゴムをローラ状にした導電ゴムローラも好ましく用いられている。
【００１１】
特にこのような接触帯電部材を、通常の有機感光体上に導電性微粒子を分散した表面層（電荷注入層）を有する感光ドラムや、アモルファスシリコン感光体を用いた感光ドラムに対して使用すると、感光ドラム表面の帯電が注入帯電方式によって行われ、感光ドラム表面に接触帯電部材に印加した帯電バイアスの直流成分とほぼ同等の帯電電位を得ることが可能である（特開平６−３９２１号公報）。
【００１２】
この注入帯電方式は、コロナ帯電方式のような放電現象を利用しないので、感光ドラムの完全なオゾンレスかつ低電力消費型の帯電が可能となり、注目されている。
【００１３】
また近年、画像形成装置の小型化が進んできたが、帯電・露光・現像・転写・定着・クリーニング等の作像プロセスの各手段、機器をそれぞれ小型にするだけでは、画像形成装置全体の小型化には限界があった。
【００１４】
転写後の感光ドラム１０１上の転写残りトナーは、前記したように、クリーナ１０７によって清掃され、廃トナーとして回収されるが、この廃トナーは環境保護の面からも出ないことが好ましい。そこで、上記のクリーナ１０７を取り外し、現像器１０４によって現像同時クリーニング方式により、感光ドラム１０１から転写残りトナーを除去し、転写残りトナーを現像器１０４に回収する装置構成にしたクリーナレスシステムの画像形成装置が出現している。
【００１５】
現像同時クリーニングは、転写後に感光ドラム１０１上に若干残留した転写残りトナーを、次工程後の現像時にかぶり取りバイアス（現像器に印加する直流電圧と感光ドラム表面電位との間の電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。
【００１６】
この方法によれば、転写残りトナーは現像器１０４に回収されて、次工程後の現像に用いられるため、廃トナーをなくし、メンテナンスに手を煩わせることも少なくできる。またクリーナレスであることにより、スペースの面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。
【００１７】
前述の磁気ブラシ帯電器との組み合わせでは、転写残りトナーを磁気ブラシ帯電器で回収して、感光ドラムの表面にほぼ均一に再付着させるため、現像器１０４での回収が容易になる利点がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に磁気ブラシ帯電器による注入帯電方式を組み合わせたクリーナレスシステムを用い、現像剤として非磁性トナーと磁性キャリア（磁性粒子）とを混合した２成分現像剤を用いた現像方式を採る場合、以下のような問題があった。
【００１９】
磁気ブラシ帯電の帯電効率の向上には、帯電用の磁性粒子（ＰＣＦ）の抵抗値を小さくする必要がある。一方、現像剤に用いる磁性キャリアは、抵抗値が低いと現像ニップ部で電荷注入を発生し、かぶり取り電位Ｖｂａｃｋが小さくなってかぶりが生じる。したがって、現像用の磁性キャリアは、かぶり防止の観点から抵抗値を大きくする必要があった。
【００２０】
クリーナレスシステムの場合、現像剤の磁性キャリアが意図せずに感光体に付着すると、磁気ブラシ帯電器に回収され蓄積されてしまう。現像用の磁性キャリアの抵抗値が帯電用の磁性粒子の抵抗値よりも大きい場合、磁気ブラシ帯電器の抵抗値が上がり、感光体を所望の電位まで帯電できなくなったり、帯電ムラが生じたりして、帯電能が低下してしまった。
【００２１】
またこの現象を補う方法として、帯電用磁性粒子の平均粒径を小さくすることが考えられるが、この場合は、磁性粒子の凝集性が大きくなり、磁性粒子搬送性や磁気ブラシ帯電器に回収したトナーの感光体への再付着性が劣り、画像形成が繰り返されるうちには、かえって帯電能を損なうといった問題があった。
【００２２】
本発明の目的は、２成分現像器の現像剤の磁性キャリアの抵抗値が、磁気ブラシ接触帯電器の帯電用磁性粒子に比べて高く、磁性キャリアが磁気ブラシ接触帯電器に混入した場合でも、磁気ブラシ帯電の帯電能低下を防止することができ、現像同時クリーニング方式によるクリーナレスシステムに適用しても、かぶりや画像ムラ等のない良好な画像を長期にわたって得ることを可能とした画像形成装置を提供することである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、支持体に磁気拘束させた磁性粒子の磁気ブラシを像担持体の表面に接触させるとともに、前記支持体を介して磁性粒子に電圧を印加することにより、前記像担持体の表面を帯電する磁気ブラシ接触帯電器と、前記帯電された像担持体の表面に像露光により形成した静電潜像を、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した現像剤を用いて現像してトナー像として可視化する現像器とを有し、前記磁気ブラシ帯電器が、前記現像により得られたトナー像を記録媒体に転写した後に前記像担持体上に残留したトナーを少なくとも一時的に回収する手段を兼ねる画像形成装置において、
前記磁気ブラシ帯電器の磁性粒子の体積抵抗（Ωｃｍ）をＲｃ、平均粒径（μｍ）をｌｃ、前記現像剤の磁性キャリアの体積抵抗（Ωｃｍ）をＲｖ、平均粒径（μｍ）をｌｖとして、
Ａ＝ｌｏｇ（Ｒｖ／Ｒｃ）、Ｂ＝ｌｖ／ｌｃ
α＝１／５・Ｂ／Ａ・ｌｖ、 β＝Ｂ／Ａ・ｌｖ
なる粒径α以上で粒径β以下の磁性粒子の体積の、磁性粒子全体に占める割合Ｃ（％）が、
Ａ／Ｂ≧２かつＣ≧５％
であることを特徴とする画像形成装置である。本発明によれば、前記Ｃ（％）が、
６≧Ａ／Ｂ≧２かつＣ≧７％
である。
【００２４】
また前記像担持体の表面層の抵抗が１０^９〜１０^１４Ωｃｍである。前記像担持体がアモルファスシリコン感光体からなる。前記現像剤の磁性キャリアが樹脂中に磁性体を分散した磁性粒子である。前記磁気ブラシ帯電器の磁性粒子に焼結フェライトを粉砕したフェライトを混ぜることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施例を図面に則して更に詳しく説明する。
【００２６】
図１は、本発明の画像形成装置の一実施例を示す構成図である。本画像形成装置は、電子写真プロセスを利用したレーザービームプリンターに構成され、プリンター部Ａとその上に搭載した画像読み取り部（イメージスキャナー）Ｂとを有する。
【００２７】
まず、画像読み取り部Ｂから説明すると、画像読み取り部Ｂは装置上面に固定した原稿台ガラス３１を有し、この原稿台ガラス３１上に原稿Ｇが複写すべき面を下向きにして載置され、その上に図示しない原稿圧着板を被せてセットされる。
【００２８】
画像読み取り部Ｂは、原稿Ｇの画像情報を時系列電気デジタル画素信号（画像信号）として光電読み取りする部分で、原稿照明用ランプ、短焦点レンズアレイ、ＣＣＤセンサーが一体に構成された画像読み取りユニット３２が設置されている。この画像読み取りユニット３２は、コピーボタンを押すことにより、原稿台ガラス３１の下側において、ガラス３１の左側の実線で示すホームポジションから右側に移動され、所定の終点位置に達する。終点位置に達したユニット３２は、そこで移動を反転して始めのホームポジションに戻る。
【００２９】
上記の画像読み取りユニット３２の終点位置までの往動過程において、原稿台ガラス３１上の原稿Ｇの下向きの画像面がユニット３２の原稿照明用ランプにより左側から右側に向けて照明走査され、その照明走査光の原稿面から反射光が短焦点レンズアレイによって結像されて、ＣＣＤセンサーに入射される。
【００３０】
ＣＣＤセンサーは受光部、転送部、出力部より構成されており、ＣＣＤ受光部におい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。このようにして得られたアナログ信号を周知の画像処理を行って、デジタルの画像信号に変換してプリンター部Ａに送る。
【００３１】
プリンター部Ａは、像担持体として感光ドラム（ドラム状電子写真感光体）１を備える。本実施例では、この感光ドラム１は表面に電荷注入層を有する負帯電性のＯＰＣ感光体からなっている。感光ドラム１は、中心支軸を中心に矢印の反時計方向に所定の周速度、本例では１００ｍｍ／秒で回転駆動され、その回転過程で表面が、磁気ブラシ帯電器２により負極性に一様帯電処理を受ける。感光ドラム１および磁気ブラシ帯電器２については後述する。
【００３２】
プリンター部Ａはレーザー走査部（レーザースキャナ）３を有し、レーザー走査部３は発光信号発生器、固体レーザー素子、コリメーターレンズ系、回転多面鏡（ポリゴンミラー）等からなる。レーザー走査部３は、画像読み取り部から送られた画像信号に対応して変調したレーザー光により、上記の一様帯電処理された感光ドラム１の表面上に走査露光Ｌを施し、感光ドラム１の表面に原稿Ｇの画像情報に対応した静電潜像を形成していく。
【００３３】
レーザー走査部３は、画像読み取り部Ｂからの画像信号が入力されると、その画像信号に基づき発光信号生器が発光信号を発生して、固体レーザー素子を所定タイミングで明滅（ＯＮ／ＯＦＦ）させる。そしてこのようにして固体レーザー素子から放射されたレーザー光をコリメーターレンズ系により略平行な光束に変換し、さらに高速回転する回転多面鏡により感光ドラム１の長手方向（副走査方向）に往復走査するとともに、ｆθレンズ群により感光ドラム１の表面にスポット状に結像する。このレーザー光の走査により感光ドラム表面上に画像一走査分の露光分布が形成され、さらに各走査ごとに表面を前記走査方向とは垂直に所定量だけスクロールさせれば、表面上に画像信号に応じた露光分布が得られる。
【００３４】
感光ドラム１上に形成された静電潜像は、現像器４により現像してトナー像として可視化される。本実施例では、現像器４は２成分接触現像法でかつ反転現像法を採用している。これについては後述する。
【００３５】
一方、プリンター部Ａの外側に取り付けられた給紙カセット５内から、収容された記録媒体としての転写材Ｐが給紙ローラ５ａにより１枚ずつ取り出され、プリンター部Ａ内のレジストローラ５ｂを経て、感光ドラム１とベルト型転写装置６とが接触した転写部Ｔに給紙され、感光ドラム１上に形成されたトナー像が転写材Ｐの表面に静電転写される。
【００３６】
転写装置６は、駆動ローラ６ｂおよび従動ローラ６ｃに懸回張設した無端状の転写ベルト６ａを有し、この転写ベルト６ａは感光ドラム１の回転方向と順方向にほぼ同速度で回転される。転写ベルト６ａの内側には転写帯電ブレード６ｄが配置され、この転写帯電ブレード６ｄは、転写ベルト６ａの上側の軌道部分を感光ドラム１に加圧して転写ニップ部Ｔを形成するとともに、電源Ｓ３から転写バイアスを印加することにより、転写材Ｐの裏面からトナーと逆極性の帯電を行う。これにより、転写部Ｔを通過する転写材Ｐの表面に感光ドラム１上のトナー像を順次静電転写していく。
【００３７】
本実施例では、転写ベルト６ａとして厚さ７５μｍのポリイミド樹脂フィルムのベルトを用いた。転写ベルト６ａの材質としては、ポリイミドに限定されるものではなく、ポリカーボネート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ化ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂などのプラスチック、フッ素系、シリコン系のゴムを好適に使用することができる。厚さも７５μｍに限定されるわけではなく、約２５〜２０００μｍ、好ましくは５０〜１５０μｍのものが好適に使用される。
【００３８】
また転写帯電ブレード６ｄとしては、抵抗が１０^５〜１０^７Ωｃｍで、板厚が２ｍｍ、長さが３０６ｍｍのものを用いた。転写時、この転写帯電ブレード６ｄにはプラス１５μＡの転写バイアスを定電流制御により印加した。
【００３９】
転写部Ｔでトナー像の転写を受けた転写材Ｐは、感光ドラム１の表面から順次分離されて搬送装置７で定着器８へ搬送され、そこでトナー像の定着を受けてコピーもしくはプリントとして出力される。
【００４０】
転写材Ｐへのトナー像転写後の感光ドラム１の面には、転写残りトナーが残留する。現像同時回収は、感光ドラム上の転写残りトナーを次工程以降の現像時、すなわち引き続き感光ドラムを帯電し、露光して静電潜像を形成し、この静電潜像の現像時にかぶり取りバイアス（現像装置に印加する直流電圧と感光体の表面電位間の電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。この方法によれば、現像装置に回収されて次工程以降に再使用されるため、廃トナーをなくし、メンテナンスに手を煩わせることも少なくできる。またクリーナレスであることで、装置スペース面、コスト面等での利点も大きい。
【００４１】
転写後の感光ドラム面の転写残りトナーは、転写時の剥離放電等により帯電極性が反転してしまうことも多く、このように極性反転した状態のトナーは、現像装置４で現像と同時に回収を行うことは困難である。
【００４２】
そこで、本例では、転写残りトナーのうちの特に負極性の電荷量の大きいトナーを、補助の接触部材としての、正のバイアスを印加したファーブラシ帯電器１０に一時的に捕獲させ、除電後もしくは正極に帯電後、再度感光ドラム１面に吐き出させる。
【００４３】
これにより、つぎの主の接触帯電部材である磁気ブラシ帯電器２へ至る転写残りトナーは、正極もしくは負極性の電荷量が少ない状態になり、帯電ニップ部ｎに到達して磁気ブラシ２３部に取り込まれる（磁気ブラシ帯電器への転写残りトナーの一時的回収）。このとき磁気ブラシ帯電器２には、負のバイアスだけでなく交番電圧を印加すると、感光ドラム１と磁気ブラシ帯電器２間のＡＣ電界による振動効果によって、磁気ブラシ部２３への転写残りトナーの取り込みが容易に行われる。
【００４４】
磁気ブラシ部２３に取り込まれた転写残りトナーは、磁気ブラシとの摺擦により正規に帯電されたトナー（本例の場合は負帯電）となり、帯電と同時に磁気ブラシ部２３から感光ドラム１面に吐き出されて現像領域ｍに至り、現像装置４に印加のかぶり取り電界とメカニカルな摺擦力で、現像装置４に現像同時回収される。
【００４５】
感光ドラム１について説明する。本発明において、感光ドラム１は通常の有機感光体、またＣｄＳやＳｉ、Ｓｅ等の無機物半導体を用いた感光体を使用することができる。好ましくは、有機感光体上に抵抗が１０^９〜１０^１４Ωｃｍの材料の表面層を設けたものや、アモルファスシリコン感光体がよく、このような感光ドラムを用いれば、電荷注入帯電を実現でき、オゾンの発生防止および消費電力の低減に効果があり、また帯電性の向上も可能になる。
【００４６】
本実施例では、負帯電性の有機感光体（ＯＰＣ）で、直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に、下から第１〜第５の５つの層を積層した感光層を設けた感光ドラムを使用した。図２を用いて説明する。
【００４７】
第１層は下引き層１２で、アルミニウムのドラム基体１１の欠陥等をならすために設けた厚さ２０μｍの導電層からなる。第２層は正電荷注入防止層１３であり、ドラム基体１１から注入された正電荷が感光ドラム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形成された、体積抵抗率１０^６Ωｃｍ程度に抵抗調整した厚さ１μｍの中抵抗層からなっている。
【００４８】
第３層は電荷発生層１４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、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。第４層は電荷輸送層１５であり、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散して形成されたｐ型の半導体層である。したがって、感光ドラムに与えら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１４で発生した正電荷のみを感光ドラム表面に輸送することができる。
【００４９】
第５層は電荷注入層１６であり、絶縁性樹脂のバインダー１６ａにＳｎＯ_２超微粒子１６ｂを分散した塗工層である。より詳しくは、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粒子を絶縁性樹脂に対して約７０重量％分散した材料の塗工層である。電荷注入層は、上記材料の塗工液を調製して、ディッピング塗工法、スプレー塗工法、ロール塗工法、ビーム塗工法との適当な塗工法で、厚さ約３μｍに塗工して形成した。
【００５０】
感光ドラム１の表面抵抗は１０^１３Ωｃｍである。表面抵抗をこのような値にコントロールすることにより、直接帯電性が向上し、高品位な画像を得ることができる。感光ドラム１はＯＰＣ感光体に限らず、ａ−Ｓｉドラムでも実現でき、より一層の高耐久化を達成できる。
【００５１】
ここで、感光ドラム１の表面抵抗は、金属の電極を２００μｍの間隔で配置し、その電極間に感光ドラム１の電荷注入層の塗工液を流入して成膜させ、電極間に１００Ｖの電圧を印加して測定した値である。測定条件は温度２３℃、湿度５０％ＲＨである。
【００５２】
本実施例で用いた磁気ブラシ接触帯電器、略して磁気ブラシ帯電器２は、図３に示すように、外径１６ｍｍの回転自在な導電性の非磁性スリーブ２２上に磁性粒子２３を、内部に非回転に配置したローラ状マグネット２１の磁力によって担持し、ブラシ状に形成した磁気ブラシ帯電部２０と、そのスリーブ２２に接続された帯電バイアス印加電源Ｓ１とからなっている。そしてブラシ状の磁性粒子２３を感光ドラム１の表面に接触し、電源Ｓ１からスリーブ２２に帯電バイアスを印加して、スリーブ２２の回転により感光ドラム１の表面に接触した磁性粒子２３を搬送しながら、感光ドラム１の表面を帯電するように使用される。
【００５３】
接触帯電部材の磁性粒子（ＰＣＦ）２３は、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ^３、抵抗（体積抵抗率）が１０^２〜１０^１０Ωｃｍのものが使用可能である。ピンホールのような感光ドラムの絶縁欠陥の存在を考慮すると、抵抗は１０^６Ωｃｍ以上が好ましい。帯電性能を良好にするには、できるだけ抵抗の小さいものを用いる方がよいので、本実施例では、代表的な一例として、平均粒径３０μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃｍ^３、体積抵抗率５×１０^６Ωｃｍの磁性粒子を使用した。磁性粒子の平均粒径は水平方向最大弦長で示し、測定法は顕微鏡法を用い、粒子３００個以上をランダムに選び、その径を実測して算術平均をとることにより求めた。磁性粒子の粒度分布等については、後でさらに説明する。
【００５４】
磁性粒子の抵抗値は、底面積が２２８ｍｍ^２の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れ、これを６．６ｋｇ／ｃｍ^２で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定した。
【００５５】
磁性粒子の磁気特性測定には、理研電子（株）の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ−５０を用いることができる。その際、内径６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状容器に磁性粒子を荷重約２ｇｆ程度で充填し、容器内で粒子が動かないようにして、そのＢ−Ｈカーブから飽和磁化を測定する。
【００５６】
磁性粒子としては、樹脂中に磁性材料としてマグネタイトを分散し、導電化および抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂磁性粒子、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化、還元処理して抵抗調整したもの、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングして抵抗調整したもの等が用いられる。本実施例では、フェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整したものを用いた。
【００５７】
本実施例では、前述したように、感光ドラム１はその表面に電荷注入層１６を具備させているので、感光ドラム１は電荷注入帯電により帯電される。すなわち非磁性スリーブ２２に所定の帯電バイアスを印加することにより、スリーブ２２上のブラシ状磁性粒子２３から電荷が感光ドラム１に与えられ、感光ドラムの表面が帯電バイアス電圧に対応した電位に帯電される。非磁性スリーブ２２は、回転速度が速いほど帯電の均一性が良好になる傾向にある。
【００５８】
本実施例では、磁気ブラシ帯電部２０を感光ドラム１に対し、ブラシ状の磁性粒子２３の感光ドラム１との接触ニップ幅（帯電領域幅）ｎが約５ｍｍとなるように配置し、非磁性スリーブ２２を感光ドラム１の回転に対して矢印のカウンター方向に回転し、そのスリーブ２２の回転速度を感光ドラム１の回転速度１００ｍｍ／秒に対し１５０ｍｍ／秒とした。そして電源Ｓ１からスリーブ２２に−５５０Ｖの直流バイアスを定電圧制御し、１０００Ｈｚ、７００Ｖｐｐ（ピーク・ツウ・ピーク電圧）の矩形波ＡＣ電圧を重畳して印加して、感光ドラム１を約−５５０Ｖに帯電した。
【００５９】
本発明で使用する現像器４について説明する。本発明では、現像器４は、２成分接触現像法（２成分磁気ブラシ接触現像法）を採用している。
【００６０】
一般に静電潜像の現像法としては、大別して、（ａ）１成分現像剤の非磁性トナーをブレード等で現像スリーブ上にコーティングし、または磁性トナーを磁気力によって現像スリーブ上にコーティングして、現像スリーブにより感光ドラムと対向した現像部に搬送し、現像部で感光ドラムにトナーを非接触状態で現像する方法（１成分接触現像法）、（ｂ）上記のトナーを感光ドラムに接触状態で現像する方法（１成分接触現像法）、（ｃ）非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した２成分現像剤を磁気力によって現像スリーブ上に担持し、感光ドラムと対向した現像部に搬送して感光ドラムに非接触状態で現像する方法（２成分接触現像法）、（ｄ）上記の現像剤を感光ドラムに接触状態で現像する方法（２成分接触現像法）があるが、このなかで、画像の高画質化や高安定性の面から、（ｄ）の２成分接触現像法が多用されている。
【００６１】
本実施例において、現像器４は、図４に示すように、基本的に、非磁性トナー４６ｔと磁性キャリア４６ｃとを混合した２成分現像剤４６を収容した現像容器４１に、現像剤を担持して感光ドラム１と対向した現像部に搬送する現像スリーブ４２と、現像スリーブ４２内に非回転に配置したマグネットローラ４３と、現像剤を現像容器４１内で循環するとともに現像スリーブ４２に供給する攪拌スクリュー４５および４５と、現像スリーブ４２上の現像剤を規制して薄層に形成する規制ブレード４４とを設けてなっている。
【００６２】
現像スリーブ４２は、感光ドラム１に対し最近接領域が約５００μｍの間隔となるように配置され、現像スリーブ４２上に担持した現像剤４６の磁気ブラシが、感光ドラム１と対向した現像領域（現像部）で感光ドラム１と現像ニップ部ｍを形成して、感光ドラム１の表面と接触した状態で現像できるように設定されている。現像スリーブ４２は感光ドラム１の回転方向に対して順方向に回転させた。
【００６３】
現像容器４１内の２成分現像剤４６は、回転する現像スリーブ４２上にマグネットローラ４３の磁極Ｎ３の磁力により汲み上げられ、磁極Ｎ３→Ｓ２→Ｎ１と搬送される過程で、現像スリーブ４２に対して垂直に配置された規制ブレード４４により層厚を規制されて、現像スリーブ４２に現像剤の薄層４６ａが形成される。この薄層に形成された現像剤４６は、現像スリーブ４２の回転にともない現像部に搬送され、マグネットローラ４３の現像主極Ｓ１の近くでその磁力により、現像スリーブ４２の表面で穂立ちして磁気ブラシに形成される。
【００６４】
この磁気ブラシに形成された現像剤４６は、現像部において感光ドラム１の表面に接触し、現像剤４６中からトナー４６ｔが感光ドラム１の静電潜像に選択的に付着して現像し、潜像をトナー像として可視化する。現像を終えた現像剤は現像スリーブ４２によって現像容器４１内に戻され、マグネットローラ４３の磁極Ｎ２、Ｎ３が形成する反発磁界によって現像スリーブ４２から剥離され、現像容器４１内に回収される。
【００６５】
現像時、現像スリーブ４２には、電源Ｓ２から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。本実施例では、直流電圧Ｖｄｃ＝−５００Ｖに周波数Ｖｆ＝３０００Ｈｚ、ピークツウピーク電圧（振幅）Ｖｐｐ＝１５００Ｖの交流電圧を重畳した現像バイアスを印加した。
【００６６】
一般に２成分現像法では、交流電圧を印加すると現像効率が増加し、画像は高品位になるが、逆にかぶりが発生しやすくなる危険がある。このため、通常、現像バイアスの直流電圧と感光ドラム１の表面電位との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止することを実現している。かぶり防止のための電位差をかぶり取り電位（Ｖｂａｃｋ）と称し、現像時、この電位差によって感光ドラム１の非画像領域にトナーが付着するのを防止する。
【００６７】
現像容器４１内の現像剤４６は、現像によりトナー４６ｔが消費されて、トナー濃度（磁性キャリアとの混合比）が次第に減少していく。この現像容器４１内の現像剤４６のトナー濃度を図示しない濃度検知手段で検知して、トナー濃度が所定の許容下限濃度まで低下すると、容器４１内のトナー補給部４７からトナー４６ｔを現像剤４６に補給して、現像剤４６のトナー濃度を所定の許容範囲内に保つように制御している。
【００６８】
本実施例では、２成分現像剤４６のトナー４６ｔには、平均粒径６μｍのネガ帯電トナーを、これに平均粒径２０ｎｍの酸化チタンを重量比で１％外添して使用した。２成分現像剤４６の磁性キャリア４６ｃには、飽和磁化１５０ｅｍｕ／ｃｍ^３、平均粒径４０μｍの磁性キャリアを用いた。特に樹脂中に磁性粒子および抵抗調整剤を分散し、樹脂コーティングを行った磁性キャリアで、磁気ブラシ帯電器２の磁性粒子（ＰＣＦ）と同様の抵抗測定で、５×１０^１２Ωｃｍ程度の抵抗のものを用いた。現像剤４６におけるトナーと磁性キャリアの混合比は重量比で６：９４とした。
【００６９】
トナーの体積平均粒径は、たとえば下記の測定法で測定されたものを使用した。
【００７０】
測定装置としてコールカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数平均分布および体積平均分布を出力するインターフェイス（日科機製）、およびＣＸ−ｉ−パーソナルコンピュータ（キヤノン製）を接続した。電解液は、１級塩化ナトリウムを用いて、１％のＮａｃｌ水溶液を調製した。
【００７１】
上記の電解液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、さらに測定試料のトナーを２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、上記のコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、１００μｍのアパチャーを用いて、２〜４０μｍのトナー粒子の粒度分布を測定し、それからトナーの体積平均粒径を求める。
【００７２】
本発明において、磁気ブラシ帯電器２で用いる帯電用の磁性粒子（ＰＣＦ）の粒度分布について述べる。
【００７３】
帯電用の磁性粒子の平均粒径をｌｃ、現像用の磁性キャリアの平均粒径をｌｖ、前述の測定法による帯電用の磁性粒子の抵抗値をＲｃ、現像用の磁性キャリアの抵抗値をＲｖとし、また常用対数をｌｏｇで表示して、
Ａ＝ｌｏｇＲｖ／Ｒｃ、Ｂ＝ｌｖ／ｌｃ
α＝１／５・Ｂ／Ａ・ｌｖ、 β＝Ｂ／Ａ・ｌｖ
とする。
【００７４】
帯電用の磁性粒子の粒径がα以上でβ以下の粒子の体積が、磁性粒子の全体の体積に占める割合をＣ（％）とすると、Ｃは当然、粒径α、βに依存する。本実施例では、帯電用の磁性粒子の平均粒径ｌｃ＝３０μｍ、抵抗値Ｒｃ＝５×１０^６Ωｃｍ、現像用の磁性キャリア平均粒径ｌｖ＝４０μｍ、抵抗値Ｒｖ＝５×１０^１２Ωｃｍとしたので、Ａ＝６、Ｂ＝４／３であるから、α＝１．８μｍ、β＝８．９μｍとなり、そのときのＣは１％であった。
【００７５】
図１のクリーナレスシステムの画像形成装置において、画像形成実験を行ったときの、磁気ブラシ帯電器２に回収蓄積された現像キャリアの重量に対する感光ドラム１の帯電電位の変化を図５に示す。本実験では、帯電用磁性粒子の量は５０ｇとした。
【００７６】
図５から、現像キャリア量が帯電用磁性粒子量の１０％以上の５ｇ以上で、帯電電位の低下が大きく発生し、磁気ブラシ帯電器２の帯電性能が低下していることがわかる。
【００７７】
一方、焼結によるフェライト粒子を粉砕し、分級することにより、比較的小さな粒径のフェライト粒子を得ることができる。これにより、粉砕、分級後のフェライト粒子を混合することにより、帯電用磁性粒子の粒度分布調整が可能となる。
【００７８】
本実施例において、帯電用磁性粒子の条件をＡ＝６、Ｂ＝４／３（α＝１．８μｍ、β＝８．９μｍ）とし、Ｃ＝５、７、１０％として画像形成実験を行ったときの、磁気ブラシ帯電器２に回収蓄積された現像キャリアの重量に対する感光ドラム１の帯電電位の変化を図６に示す。
【００７９】
図６から、Ｃの値を大きくすると、磁気ブラシ帯電器２への現像キャリアの混入による帯電能力の低下防止、帯電器２の寿命延長に効果があることがわかる。これは、磁性粒子の磁気ブラシ中に現像キャリアが混入することにより、磁気ブラシの導通経路が遮断されてしまうのを、小粒径の磁性粒子により防止しているためであると考えられる。
【００８０】
なお、図６において、磁気ブラシ帯電器２の帯電能維持、延命効果は、Ｃが５％から７％へ増大した場合よりも、Ｃが７％から１０％へ増大した場合の方が小さく見えるが、これは、現像キャリア以外の影響要因、たとえば帯電用磁性粒子へのトナー付着のために抵抗値が上昇し、帯電能低下が発生しているからであると考えられる。
【００８１】
特に電荷注入層を設けた感光体やアモルファスシリコン感光体では、磁気ブラシ帯電での帯電能の維持と、現像部での電荷注入によるＶｂａｃｋ低下でのかぶり防止のため、Ａ≧２が好ましく、帯電用磁性粒子の平均粒径は現像キャリアの平均粒径以下、すなわちＢ≧１であることが好ましい。
【００８２】
Ａ＝２（Ｒｃ＝５×１０^６Ωｃｍ、Ｒｖ＝１×１０^８Ωｃｍ）、Ｂ＝１（ｌｖ＝ｌｃ＝４０μｍ）、したがってα＝４μｍ、β＝２０μｍにおいて、Ｃ＝３、５、１０％として画像形成実験を行ったときの、磁気ブラシ帯電器に回収蓄積された現像キャリアの重量に対する感光ドラム１の帯電電位の変化を図７に示す。図７から、Ｃ＝５％以上で、帯電能を維持、延命する効果があることがわかる。
【００８３】
これらの実験から、Ａ／Ｂ≧２の場合、少なくともＣ≧５％とすることにより、磁気ブラシ帯電器２の帯電能を維持、延命できることを見出された。したがって、本発明では、磁気ブラシ帯電器の磁性粒子の体積抵抗Ｒｃ、平均粒径ｌｃ、２成分現像剤の磁性キャリアの体積抵抗Ｒｖ、平均粒径ｌｖについて、
Ａ＝ｌｏｇ（Ｒｖ／Ｒｃ）、Ｂ＝ｌｖ／ｌｃ
α＝１／５・Ｂ／Ａ・ｌｖ、 β＝Ｂ／Ａ・ｌｖ
なる粒径がα以上でβ以下の磁性粒子の体積の、磁性粒子全体に占める割合Ｃ（％）を、
Ａ／Ｂ≧２のとき、Ｃ≧５％
とし、さらに、
６≧Ａ／Ｂ≧２のとき、Ｃ≧７％
とした。
【００８４】
本発明によれば、これにより、帯電用磁性粒子に比べて現像キャリアの抵抗値が高く、現像キャリアが磁気ブラシ帯電器に混入した場合でも、磁気ブラシ帯電の帯電能低下を防止し、かぶりや画像ムラ等のない良好な画像を長期にわたって得ることが可能となった。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁気ブラシ接触帯電器と２成分現像器を用いたクリーナレスシステムの画像形成装置で、帯電用磁性粒子に比べて現像キャリアの抵抗値が高く、現像キャリアが磁気ブラシ接触帯電器に混入した場合でも、帯電用磁性粒子の粒度分布、特に粒径の小さい磁性粒子の体積を所定値以上に規定したので、磁気ブラシ帯電の帯電能低下を防止し、かぶりや画像ムラ等のない良好な画像を長期にわたって得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に設置された感光ドラムの感光層の層構成を示す断面図である。
【図３】図１の画像形成装置に設置された磁気ブラシ帯電器を示す断面図である。
【図４】図１の画像形成装置に設置された現像器を示す断面図である。
【図５】図３の磁気ブラシ帯電器の磁性粒子中の所定粒径の粒子割合Ｃが１％のときの、回収蓄積された現像キャリアの重量に対する感光ドラム帯電電位の変化を示す図である。
【図６】図３の磁気ブラシ帯電器の磁性粒子中の所定粒径の粒子割合Ｃが５、７、１０％のときの、回収蓄積された現像キャリアの重量に対する感光ドラム帯電電位の変化を示す図である。
【図７】図３の磁気ブラシ帯電器の他の例の磁性粒子中の所定粒径の粒子割合Ｃが３、５、１０％のときの、回収蓄積された現像キャリアの重量に対する感光ドラム帯電電位の変化を示す図である。
【図８】従来の画像形成装置を示す概略図である。
【符号の説明】
１感光ドラム
２磁気ブラシ帯電器
４現像器
８定着器
１６電荷注入層
２０磁気ブラシ帯電部
２１マグネット
２２非磁性スリーブ
２３磁性粒子
Ｓ１帯電バイアス電源

Claims

支持体に磁気拘束させた磁性粒子の磁気ブラシを像担持体の表面に接触させるとともに、前記支持体を介して磁性粒子に電圧を印加することにより、前記像担持体の表面を帯電する磁気ブラシ接触帯電器と、前記帯電された像担持体の表面に像露光により形成した静電潜像を、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した現像剤を用いて現像してトナー像として可視化する現像器とを有し、前記磁気ブラシ帯電器が、前記現像により得られたトナー像を記録媒体に転写した後に前記像担持体上に残留したトナーを少なくとも一時的に回収する手段を兼ねる画像形成装置において、
前記磁気ブラシ帯電器の磁性粒子の体積抵抗（Ωｃｍ）をＲｃ、平均粒径（μｍ）をｌｃ、前記現像剤の磁性キャリアの体積抵抗（Ωｃｍ）をＲｖ、平均粒径（μｍ）をｌｖとして、
Ａ＝ｌｏｇ（Ｒｖ／Ｒｃ）、Ｂ＝ｌｖ／ｌｃ
α＝１／５・Ｂ／Ａ・ｌｖ、 β＝Ｂ／Ａ・ｌｖ
なる粒径α以上で粒径β以下の磁性粒子の体積の、磁性粒子全体に占める割合Ｃ（％）が、
Ａ／Ｂ≧２かつＣ≧５％
であることを特徴とする画像形成装置。
前記Ｃ（％）が、
６≧Ａ／Ｂ≧２かつＣ≧７％
である請求項１の画像形成装置。
前記像担持体の表面層の抵抗が１０⁹ 〜１０¹⁴Ωｃｍである請求項１または２の画像形成装置。
前記像担持体がアモルファスシリコン感光体からなる請求項１または２の画像形成装置。
前記現像剤の磁性キャリアが樹脂中に磁性体を分散した磁性粒子である請求項１〜４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記磁気ブラシ帯電器の磁性粒子に焼結フェライトを粉砕したフェライトを混ぜた請求項１〜５のいずれかの項に記載の画像形成装置。