JP3634547B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体に接触可能であり、像担持体を帯電する帯電部材を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複写機・プリンタ・ファクシミリなどの電子写真装置や静電記録装置等の画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体を帯電処理する手段・機器としては一般にコロナ帯電器が使用されてきた。これは被帯電体としての像担持体にコロナ帯電器を非接触に対向配設して、高圧を印加したコロナ帯電器から放出されるコロナシャワーに像担持体をさらして像担持体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【０００３】
近年は、これに代わって接触帯電装置が実用化されてきている。これは、導電性の帯電部材（接触帯電部材）を被帯電体に当接させ、該接触帯電部材に電圧を印加して被帯電体面を帯電させるもので、コロナ帯電器に比べて、低オゾン、低電力等の有利性がある。
【０００４】
中でも特に接触帯電部材として導電ローラを用いたローラ帯電方式が帯電の安定性があり、さらに発生オゾン量がコロナ帯電器の約１０００分の１という点でオフィス環境にも好ましいので特に近年広く用いられるようになってきた。
【０００５】
ローラ帯電では、導電性の弾性ローラ（帯電ローラ）を被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体の帯電を行なう。
【０００６】
そこでさらに新たな接触帯電方式として、被帯電体（感光体）への電荷の直接注入による「接触注入帯電方式（電荷注入帯電）」が特開平６−３９２１号公報に開示されている。
【０００７】
これは、被帯電体として表面に電荷注入層を有するものを用い、接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体表面の電荷注入層の導電粒子に電荷を注入して帯電を行なう方法である。この接触注入帯電方式では、放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する被帯電体表面電位Ｖｄ分のみであり、オゾンの発生量も前記ローラ帯電方式の１０分の１以下と優れている。
【０００８】
この接触注入帯電方式に用いる接触帯電部材としては、繊維材料からなる繊維ブラシ帯電部材や、磁性粒子で構成される磁気ブラシ帯電部材等が良く適している。
【０００９】
繊維ブラシ帯電部材は、抵抗調整した導電性繊維のブラシ部を有し、その繊維ブラシ部を被帯電体面に接触させ、繊維ブラシ部の支持部材を介して繊維ブラシ部に電圧を印加するものである（以下、ファーブラシと記す）。
【００１０】
磁気ブラシ帯電部材は、抵抗調整した磁性粒子を磁気拘束して形成させた磁気ブラシ部を有し、その磁気ブラシ部を被帯電体面に接触させ、磁気ブラシ部の支持部材を介して磁気ブラシ部に電圧を印加するものである（以下、磁気ブラシと記す）。
【００１１】
一方、像担持体に、該像担持体を帯電する工程を含む作像プロセスを適用してトナー画像形成を行なわせ、像担持体に形成したトナー画像を記録媒体に転写させ、像担持体は繰り返してトナー画像形成に供する、転写方式の画像形成装置について、装置の小型化、装置構成の簡素化、エコロジー等のために、像担持体に形成したトナー画像を記録媒体に転写させた後の像担持体上の転写残トナーを除去する専用の像担持体面清掃手段としてのクリーニング装置をなくして、転写残トナーを現像装置で回収（現像同時クリーニング）させ、再利用するようにした、所謂クリーナーレスプロセスの画像形成装置が提案されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このようなクリーナレスの画像形成装置においては、前回の画像の残像が次回の画像形成時に現れるゴーストの問題があった。このゴースト現象は、特に転写残トナーが存在する像担持体の領域を帯電工程で帯電するために帯電が十分行なわれないことによって前回トナー像があったところと、なかったところで像担持体の帯電状態が異なることによって発生するものである。即ち像担持体の帯電状態が異なる帯電ムラがあるまま次の静電潜像形成工程、現像工程を行なっても前の画像の残像が次の画像に上乗せされて可視化されてゴーストとなってしまうのである。
【００１３】
クリーナレスの画像形成装置において、像担持体に静電潜像を形成するための帯電工程として、特に前述したような接触注入帯電方式とした場合は、特に転写の影響を受けやすい。一般に環境の湿度によって非常に影響を受けやすいトナーの帯電量や転写紙の抵抗値が転写プロセスの重要なパラメータであるため、転写効率を常に最良に保つことは難しい。また転写残トナーの帯電の性質も上記パラメータによって変動し不安定である。転写残トナーの帯電量分布は正負両極性にまたがるほど広くなることが多い。これは転写紙が像担持体からはがされるときに局所的に生じる剥離放電によるところが大きい。
【００１４】
例えば転写効率が悪いと、つまり転写残トナーが多くなると、その多くの転写残トナーが接触帯電部材と像担持体との接触部である注入帯電部へ持ち運ばれてそのトナーの下に対応する像担持体部分の帯電が効率良く出来ず、帯電不良となる。
【００１５】
ゴーストを防止するために特開平４−３７１９７５〜３７１９７７号公報のように、２本のファーブラシを用いて転写残トナーの攪乱用と帯電用に機能分離した帯電装置や、特開平６−１６１２１１号公報のように、２本の磁気ブラシを用いて磁気キャリア回収用と帯電用に機能分離した帯電装置や、特開平６−３４８１０７号公報に記載されているような、像担持体の移動方向上流側に帯電用磁気ブラシを、下流側に上流の磁気ブラシから不本意に漏れた磁気キャリアを回収するファーブラシを配置させる帯電装置が提案されてきた。
【００１６】
しかしながら、実際に実験してみると、特開平４−３７１９７５〜３７１９７７号公報のようなファーブラシのみ帯電装置では帯電の掃き目ムラは致命的であること、特開平６−１６１２１１号公報のような磁気ブラシのみ帯電装置では強固に像担持体に付着した転写残トナーを攪乱することは困難であるし、はぎ取られたトナーの磁気ブラシへの蓄積が避けられず、磁気ブラシの抵抗値がアップして帯電性能が劣化していってしまうこと、特開平６−３４８１０７号公報では最後が掃き目の粗いファーブラシでは帯電の掃き目ムラが発生してしまうこと、等の問題点があることがわかった。
【００１７】
また特開昭６３−２４１５８７号や特開平１−１１８８７８号のように転写後帯電前に撹乱ブラシ又はメモリ除去ブラシを設けただけではゴーストを消すのに十分でなかった。
【００１８】
更に特開平５−６０８６号には上・下流に２つの撹乱帯電用接触子を設け、両方の接触子にＡＣ電圧とマイナスのＤＣ電圧の重畳電圧を印加することが開示されている。しかしながら、前述したように転写残トナーは正負両極性のものが存在することがあるのでゴーストを消すために両方の極性のトナーを十分撹乱することは難しかった。
【００１９】
本発明の目的は、現像手段が像担持体から残留トナーをクリーニングする画像形成装置において、ゴーストを防止するものである。
【００２０】
本発明の他の目的は、転写残トナーが存在しても帯電部材で帯電ムラを生じない画像形成装置を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、転写残トナーの帯電極性にかかわらず帯電部材で良好に帯電を行なう画像形成装置を提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、移動可能な像担持体と、前記像担持体を帯電するために前記像担持体に接触可能な帯電部材と、前記帯電部材によって帯電された前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、前記像担持体にトナー像を形成するために前記静電像をトナーで現像する現像手段と、前記トナー像を前記像担持体から転写材へ転写する転写手段と、を有し、前記像担持体の移動方向において前記転写手段よりも下流側でかつ前記帯電部材よりも上流側には前記像担持体から残留トナーをクリーニングするクリーニング手段が設けられることなく、前記現像手段は、前記像担持体から残留トナーをクリーニング可能である画像形成装置において、前記像担持体の移動方向において前記転写手段よりも下流側でかつ前記帯電部材よりも上流側に設けられ、前記像担持体の残留トナーを前記帯電部材の帯電極性とは逆極性に帯電する電荷付与手段を有し、前記電荷付与手段は前記像担持体に接触可能な繊維ブラシであり、前記像担持体は、その表面に、体積抵抗率が１×１０^１０〜１×１０^１４Ωｃｍである電荷注入層を備え、前記電荷注入層は、前記帯電部材との接触部を介して電荷が注入され、前記帯電部材は、前記像担持体に接触する磁気ブラシ状の磁性粒子を備え、ＤＣ電圧とピーク間電圧が９００Ｖ以下のＡＣ電圧との重畳電圧が印加され、前記電荷付与手段によって前記逆極性に帯電された残留トナーを回収すると共に回収した残留トナーを前記磁性粒子中で前記帯電極性と同極性に帯電することで像担持体へ戻すことを特徴とする画像形成装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
〈実施形態例１〉
（１）画像形成装置例（図１）
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成図である。
【００２４】
本実施例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、複数の接触帯電部材を用いた接触注入帯電方式、クリーナーレス、プロセスカートリッジ着脱方式のレーザービームプリンタである。
【００２５】
１は像担持体（被帯電体）としての回転ドラム型の電子写真感光体である。本実施例のものは、表面に電荷注入層を有する直径３０ｍｍの負帯電のＯＰＣ感光体（有機光導電体）であり、１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって矢示の時計方向に回転駆動される。この感光体１の層構成については後記（２）項で述べる。
【００２６】
２は感光体１に接触させた接触帯電部材である磁気ブラシ帯電部材としてのスリーブ回転タイプの磁気ブラシ、Ｓ１はこの磁気ブラシ２に帯電バイアスを印加する電源である。
【００２７】
本実施例においては、該磁気ブラシ２の電極スリーブに帯電バイアス印加電源Ｓ１から帯電バイアスとしてＤＣ電圧−７００Ｖが印加されて、回転感光体１の外周面がほぼ−７００Ｖに一様に電荷注入帯電方式にて接触帯電される。この磁気ブラシ２の詳細は後記（４）項で述べる。
【００２８】
次いで、回転感光体１の一様帯電面に対して、静電像形成手段（画像露光手段）として本実施例の場合はレーザーダイオード・ポリゴンミラー等を含む不図示のレーザービームスキャナから出力される、目的の画像情報の時系列電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザービームによる走査露光Ｌがなされて、回転感光体１の周面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２９】
その静電潜像は現像装置３によりトナー画像として現像される。現像装置３は本実施例は磁性ー成分絶縁トナー（ネガトナー）を用いた反転現像装置である。３ａはマグネット３ｂを内包する直径１６ｍｍの非磁性現像スリーブであり、この現像スリーブ３ａに上記のネガトナーをコートし、感光体１表面との距離を３００μｍに固定した状態で、感光体１と等速で回転させ、スリーブ３ａに現像バイアス電源Ｓ２より現像バイアス電圧を印加する。本実施例において、現像バイアスは
ＤＣ電圧；−５００Ｖ
ＡＣ電圧；周波数１８００Ｈｚ、ピーク間電圧１６００Ｖ、矩形
の重畳電圧であり、スリーブ３ａと感光体１の間でジャンピング現像を行なわせる。感光体１の露光明部にネガトナーが付着して静電潜像がトナー像として可視化される。
【００３０】
一方、不図示の給紙部から被記録材（記録媒体）としての転写材Ｐが供給されて、感光体１と、これに所定の押圧力で当接させた接触転写手段としての、中抵抗の転写ローラ４との圧接ニップ部（転写部）Ｔに所定のタイミングにて導入される。
【００３１】
転写ローラ４には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。転写部Ｔに導入された転写材Ｐはこの転写部Ｔを挟持搬送されて、その表面側に回転感光体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。本実施例では転写ローラ４として抵抗値５×１０^８ Ωのものを用い、＋２０００ＶのＤＣ電圧を印加して転写を行なった。
【００３２】
トナー画像の転写を受けた転写材Ｐは感光体１の面から分離されて熱定着方式等の定着装置５へ導入されてトナー画像の定着を受け、画像形成物（プリント、コピー）として装置外へ排出される。
【００３３】
転写部Ｔにおける感光体１上のトナーに働く力として転写バイアスに因る転写電界の他に感光体面上への付着力があるので、感光体上のトナー画像のトナーが転写材側に１００％転写することはまずなく、転写材分離後の感光体１面にはトナー画像のトナーの一部が転写残トナーとして残留する。この転写残トナーは従来のようにクリーニング装置を有する画像形成装置の場合は転写部Ｔの次位に配設の該クリーニング装置で感光体面から除去されて感光体面の清掃がなされ、感光体は繰り返して作像に供される。しかしながら、本例のように感光体移動方向において転写部よりも下流で帯電部材よりも上流にクリーナが設けられないクリーナーレスの画像形成装置の場合は、転写材分離後の感光体１上の転写残トナーは感光体１の回転に伴い、帯電部材２の帯電部に運ばれる。ここで感光体 １の転写残トナーがある部分は帯電部材２で帯電が行なわれた後露光部で像露光され静電潜像が形成される。その後転写残トナーは現像装置３の現像部へ到達して、現像装置３の現像スリーブに感光体の暗部電位と明部電位との間の現像バイアス（直流電圧）が印加される。転写残トナーは、静電潜像の暗部電位と現像スリーブに印加される直流電圧との電位差であるかぶり取り電位差Ｖｂａｃｋにより暗部電位部から現像スリーブへ回収される。この転写残トナーのスリーブへの回収と同時に現像スリーブから静電潜像の明部電位部へトナーの現像が行なわれる。このように現像装置３で現像同時クリーニングを行なうことで転写残トナーは現像剤として再利用される。
【００３４】
クリーナーレスの画像形成装置はクリーニング装置を配設しないことで、画像形成装置の小型化・機構簡素化ができ、また廃トナーが出ずエコロジーの観点からも好ましい。
【００３５】
本実施例においては、感光体の移動方向において転写部Ｔよりも下流側でかつ帯電部材２の帯電位置よりも上流側に感光体１に接触させて電荷付与手段である弾性帯電部材としてのファーブラシ６を配設してある。このファーブラシ６は非回転の導電性支持部材に導電性繊維ブラシ部（１０^３ 〜１０^４ Ωｃｍ、長さ３ｍｍ、太さ３０μｍ／１本、１０万本／ｉｎｃｈ^２ ）を有する。このファーブラシ６には電源Ｓ４により所定の直流バイアス（帯電部材２の帯電極性と逆極性である正の電圧）が印加される。
【００３６】
転写材分離後の感光体１上の転写残トナーは感光体１の回転に伴い、ファーブラシ６の位置、磁気ブラシ２の位置、露光部を経由して現像装置３へ持ち運ばれる。
【００３７】
転写残トナーの帯電極性は、温度、湿度による転写前のトナートリボや転写材の抵抗によって正負両極性存在することがあるが、弾性帯電部材としての上記ファーブラシ６は、感光体１に形成したトナー画像を転写材Ｐに転写させた後の感光体１上の転写残トナーを、帯電部材２の帯電極性と逆極性（正）に一様に帯電する。ファーブラシ６で帯電される前に負のトリボをもっている転写残トナーは、ファーブラシ６によって一旦せきとめられ、転写残トナーのトリボが帯電部材２の帯電極性と逆極性とすることを容易にする。ファーブラシ６で帯電される前に正のトリボをもっている転写残トナーは、ファーブラシ６を通過した後も正のままである。ファーブラシ６を通過した後一様に正に帯電された転写残トナーが帯電部材２の帯電位置へ到達すると転写残トナーは感光体１から磁気ブラシ部の磁性粒子へ静電引力により回収されて混入される。混入された転写残トナーは、磁気ブラシ中で負に帯電されて帯電部材２から感光体１へ前のパターンを残すことなく均一に吐き出される。転写残トナーの磁気ブラシへの回収及び磁気ブラシからの吐き出しと同時に感光体表面は磁気ブラシによって一様に帯電される。磁気ブラシへ混入されたトナーが感光体へ吐き出されるのは、磁気ブラシへの混入トナー量が大きくなると磁気ブラシの抵抗が上がることにより感光体電位と磁気ブラシのスリーブ電位との電位差が大きくなり、トナー吐き出し電界が形成されるからである。
【００３８】
従って、磁気ブラシ内への混入トナー量が多くなるにつれて感光体へのトナー吐き出し量も増える。
【００３９】
このように転写残トナーをいったん磁気ブラシ帯電部材へ回収するようにしたのでゴーストが生じることなく感光体を均一に帯電することができる。また、電荷付与手段としてのファーブラシ６は、転写後正負両極性をもつ可能性がある転写残トナーの帯電極性を、帯電部材の帯電極性と逆極性にそろえることにより転写残トナーを帯電部材へ回収され易くする役割を果たすものである。
【００４０】
本実施例の画像形成装置は、感光体１・磁気ブラシ帯電部材２・ファーブラシ６・現像装置３の４つのプロセス機器をカートリッジ３０に包含させて画像形成装置本体に対して一括して着脱交換自在のカートリッジ方式の装置である。３１はカートリッジの着脱案内兼支持部材である。プロセスカートリッジ３０に包含させるプロセス機器の組み合わせは上記に限られるものではなく、感光体１と、帯電部材２、ファーブラシ６、現像装置３のうちの少なくとも１つと、を備えれば良い。
【００４１】
（２）感光体１（図２）
像担持体としての本実施例の感光体１は、図２に層構成模型図を示すように、アルミニウム製のドラム基体１１上に下記の第１〜第５の５層の機能層１２〜１６を下から順に設けた、表面に電荷注入層１６を有する負帯電のＯＰＣ感光体である。
【００４２】
第１層１２；下引き層であり、アルミニウムドラム基体１１の表面欠陥等をならすため、またレーザー露光の反射によるモアレの発生を防止するために設けられている、厚さ約２０μｍの導電層である。
【００４３】
第２層１３；正電荷注入防止層であり、アルミニウムドラム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１０^６ Ωｃｍ程度に抵抗調整された、厚さ約１μｍの中抵抗層である。
【００４４】
第３層１４；電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、レーザー露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【００４５】
第４層１５；電荷輸送層であり、ポリカーボネー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はできず、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。
【００４６】
第５層１６；電荷注入層であり、絶縁性バインダーとしての光硬化性のアクリル樹脂に、導電性粒子（導電フィラー）１６ａとしてのＳｎＯ_２ 微粒子を分散した材料の塗工層である。
【００４７】
具体的には、アンチモンをドーピングし、低抵抗化した粒径約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。このようにして調合した塗工液をディッピング塗工法にて、厚さ約２μｍに塗工して電荷注入層とした。
【００４８】
これによって、感光体表面の抵抗は、電荷輸送層１５単体の場合１×１０^１５Ωｃｍだったのに比べ、１×１０^１３Ωｃｍにまで低下した。ここで電荷注入層の体積抵抗率は、１×１０^１０〜１×１０^１４Ωｃｍが好ましい。この体積抵抗率は、シート状のサンプルに１００Ｖの電圧を印加したときのもので横河ヒューレットパッカード社のＨＩＧＨ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ ＭＥＴＥＲ ４３２９ＡにＲＥＳＩＳＴＩＶＩＴＹ ＣＥＬＬ １６００８Ａを接続して測定した。
【００４９】
（３）接触注入帯電の原理（図３）
接触注入帯電は、中抵抗の接触帯電部材で、中抵抗の表面抵抗を持つ被帯電体表面に電荷注入を行なうものであり、本実施例では被帯電体としての感光体の表面材質のもつトラップ電位に電荷を注入するものでなく、電荷注入層１６の導電粒子１６ａに電荷を充電して帯電を行なう方式である。
【００５０】
具体的には図３の等価回路模型図に示すように、電荷輸送層１５を誘電体、アルミニウムドラム基体１１と電荷注入層１６内の導電粒子（ＳｎＯ_２ ）１６ａを両電極板とする微小なコンデンサーに、接触帯電部材２で電荷を充電する理論に基づくものである。
【００５１】
この際、導電粒子１６ａは互いに電気的には独立であり、一種の微小なフロート電極を形成している。このため、マクロ的には感光体表面は均一電位に充電、帯電されているように見えるが、実際には微小な無数の充電された導電粒子１６ａが感光体表面を覆っているような状況となっている。このため、レーザーによって画像露光Ｌを行なってもそれぞれの導電粒子１６ａは電気的に独立なため、静電潜像を保持することが可能になる。
【００５２】
（４）磁気ブラシ２（図４）
図４は本実施例で用いたスリーブ回転タイプの磁気ブラシ２の横断面図である。
【００５３】
この磁気ブラシ２は、芯金２２ａに同心一体に固定支持させた磁力発生部材としてのマグネットロール２２と、該マグネットロールに同心に回転可能に外嵌した非磁性の電極スリーブ２１と、該電極スリーブ２１の外周面に内部のマグネットロール２２の磁力により吸着保持させた磁性粒子の磁気ブラシ部２３を備える。
【００５４】
この磁気ブラシ２を感光体１にほぼ並行にして、磁気ブラシ部２３を被帯電体としての感光体１面に所定幅の帯電部（注入帯電部、帯電ニップ部）Ｎを形成させて接触させて配設してある。マグネットロール２２は非回転に固定支持させてあり、電極スリーブ２１は帯電部Ｎにおいて感光体１の回転方向とはカウンター方向に回転駆動される。これに伴い磁気ブラシ部２３も同方向に回転搬送されて感光体１面を摺擦する。電極スリーブ２１には帯電バイアス電源Ｓ１から所定の帯電バイアスが印加されて感光体１面が接触帯電方式で所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００５５】
帯電部Ｎにおける感光体１と電極スリーブ２１との間隔（ギャップ）αは電極スリーブ２１の外周の磁気ブラシ部２３の層厚よりも小さく、電極スリーブ２１の回転に伴い回転搬送される磁気ブラシ部２３は帯電部Ｎにおいて感光体１と電極スリーブ２１との上記間隔部αである狭部に押し込められながら搬送される。これにより帯電部Ｎにおける磁気ブラシ部２３の感光体との接触が密に保たれ、感光体との良好な接触性が確保される。
【００５６】
帯電部Ｎにおける磁気ブラシ部２３の感光体１面との接触摩擦が高くなることによる磁性ブラシ部２３の搬送性の低下を防ぐために電極スリーブ２１の外表面はサンドブラスト等を用いて粗面化処理して、磁気ブラシ部２３の搬送性をあげている。
【００５７】
電極スリーブ２１上でのマグネットロール２２による磁束密度は８００×１０^−４Ｔ（テスラ）である。
【００５８】
磁気ブラシ部２３は電極スリーブ２１上に磁性粒子を厚さ１ｍｍでコートして形成させ、感光体１との間に幅約５ｍｍの帯電部Ｎを形成させて感光体１に接触させてある。本実施例で磁気ブラシ部２３の磁性粒子量は約１０ｇで、電極スリーブ２１と感光体１との帯電部Ｎでのギャップαは５００μｍである。
【００５９】
電極スリーブ２１は帯電ニップ部Ｎにおいて感光体１の回転方向とはカウンター方向である矢示方向に回転駆動され、この電極スリーブ２１の回転に伴って磁気ブラシ部２３も回転して感光体１面を摺擦する。
【００６０】
ここで磁気ブラシと感光体１との周速比は、以下の式で定義する。
【００６１】
周速比％＝（磁気ブラシ周速ー感光体周速）／感光体周速×１００
＊磁気ブラシの周速はカウンター回転の場合は負の値。
【００６２】
周速比は、−１００％は磁気ブラシが停止している状態なので、磁気ブラシの感光体表面に停止した形状がそのまま画像に出やすい。また順方向の回転は、カウンター方向と同じ周速比を得ようとすると、磁気ブラシの回転数が高くなってしまう。磁気ブラシが遅い速度で感光体と順回転で接触すると、磁気ブラシ部の磁性粒子が感光体１に付着しやすくなる。よって、周速比は−１００％以下が好ましく、本実施例では−１５０％とした。
【００６３】
磁気ブラシ部２３を構成させる磁性粒子としては次のようなものを使用できる。
【００６４】
▲１▼．樹脂とマグネタイト等の磁性粉体を混練して粒子に成型したもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電カーボン等を混ぜたもの
▲２▼．焼結したマグネタイト、フェライト、もしくはこれらを還元または酸化処理して抵抗値を調節したもの
▲３▼．上記の磁性粒子を抵抗調整をしたコート材（フェノール樹脂にカーボンを分散したもの等）でコートまたはＮｉ等の金属でメッキ処理して抵抗値を適当な値にしたもの
これらの磁性粒子の抵抗値としては、高すぎると感光体に電荷が均一に注入できず、微小な帯電不良によるカブリ画像となってしまう。低すぎると感光体表面にピンホールがあったとき、ピンホールに電流が集中して帯電電圧が降下し感光体表面を帯電することができず、帯電ニップ状の帯電不良となる。よって磁性粒子の抵抗値としては、１×１０^４ 〜１×１０^７ Ωが望ましい。
【００６５】
磁性粒子の抵抗値は、電圧が印加できる金属セル（底面積２２８ｍｍ^２ ）に磁性粒子を２ｇ入れた後加重し、電圧を１〜１０００Ｖ印加して測定した。
【００６６】
磁性粒子の粒径としては、あまり細かすぎると磁気拘束力が小さくなり被帯電体としての感光体への磁性粒子付着を起こす。また、大きすぎると感光体への接触面積が減り帯電不良が増える。よって、磁性粒子の平均粒径としては５〜１００μｍが望ましい。
【００６７】
磁性粒子の平均粒径は、水平方向の最大弦長で示し、測定法は顕微鏡法により磁性粒子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って求めた。
【００６８】
磁性粒子の磁気特性としては、感光体への磁性粒子付着を防止するために磁気拘束力を高くする方がよく、飽和磁化が５０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以上が望ましい。
【００６９】
磁性粒子の磁気特性測定には理研電子株式会社の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ−５０を用いることができる。この際、直径（内径）６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状の容器に磁性粒子を荷重約２ｇ重程度で充填し、容器内で磁性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。
【００７０】
磁気ブラシ部２３で摺擦される被帯電体としての感光体１のダメージを軽減するために、磁気ブラシ部２３を構成させる磁性粒子は球形化処理をするのが望ましい。
【００７１】
実際に、本実施例で用いた磁性粒子は、平均粒径が３０μｍで、抵抗値が１×１０^６ Ω、飽和磁化が５８（Ａ・ｍ^２／ｋｇ）であった。
【００７２】
（５）ファーブラシ６に対する印加バイアス
電源Ｓ４でファーブラシ６に印加するバイアスによって効果がどのように変わるかを見てみた。その結果を表１に示す。
【００７３】
【表１】

表１から明らかな通り、磁気ブラシ２に印加するバイアスの極性（本例では負）と反対の極性（正）の電圧をファーブラシ６に印加すると効果があることがわかる。
【００７４】
ただし、強くかけすぎても（数キロボルト）、あまり良くないことがわかった。また、ファーブラシクリーニングなどの効果と異なり、転写残トナーはファーブラシ６部分でトナーへの帯電作用を受けた後は、ファーブラシ６をすり抜けていく。従って、このような使用下ではファーブラシ６がどんどん汚れて性能が劣化していくことはなく、長期使用にも耐えるという特徴がある。
【００７５】
ファーブラシに印加する電圧の範囲は、１００Ｖから２ｋＶとするのが好ましい。
【００７６】
尚、弾性帯電部材としてファーブラシ６以外の、スポンジ部材、ゴムブレード部材等の弾性帯電部材を用いても同様の効果が得られた。
【００７７】
上述したファーブラシ６にＡＣ電圧とＤＣ電圧（＋７００Ｖ）の重畳電圧を印加しても良いが、ＡＣ電圧を印加すると、ＡＣ電圧なしのＤＣ電圧を印加した場合に比べてファーブラシ６に転写残トナーが付着され易くなり、ファーブラシ６の帯電性能低下につながる。従って、ファーブラシ６にはＡＣ電圧なしのＤＣ電圧を印加するのが良い。
【００７８】
次に、実際に図１の構成のプリンタについてＡ４サイズの転写材に対して複写の耐久実験を行った。結果を表２に示す。
【００７９】
【００９４】
【００８０】
【表２】

【００８１】
Ｎｏ．２の様なタイプは、初期的にはゴースト防止に効果があったが、１０００枚の画像形成でゴーストが生じた。
【００８２】
Ｎｏ．３の様なタイプは、ゴーストに対して良好で、Ｎｏ．２のタイプよりもずっとゴースト発生までの枚数は多いが、ＤＣ帯電方式の磁気ブラシ帯電は帯電能力がＡＣ帯電方式よりも劣り、汚れに弱い。従って、低コストの寿命が短い装置に向いている構成である。
【００８３】
Ｎｏ．４の様なタイプは、Ｎｏ．２のタイプのゴーストについて改善したものである。
【００８４】
Ｎｏ．５の様なタイプは、ファーブラシ６にゴースト防止効果を託し、磁気ブラシ２の方は該磁気ブラシが多少汚れても帯電性能、そしてそれに付随するゴースト防止性能を維持出来るだけのぎりぎりのＶｐｐを与えてＡＣカブリを出来る限り押さえるというタイプである。長期・高耐久を目指した機械に適した構成である。
【００８５】
以上の結果から、磁気ブラシ２、ファーブラシ６の２つのうちいずれかが極端に汚れるなどして効果を失うことを避けることさえ出来れば長期耐久に絶大な効果を生むことが予想される。
【００８６】
この実験では、磁気ブラシ２、ファーブラシ６ともに清掃行為を行わなかったが、コスト的に許されれば、汚れたファーブラシ６のトナーを時々払い落とす、磁気ブラシ２やファーブラシ６に積極的にクリーニングバイアス等を施したりすることによって、耐久寿命は画期的に延びると思われる。
【００８７】
なお磁気ブラシ帯電部材にＡＣ電圧とＤＣ電圧との重畳電圧（振動電圧）を印加するとＡＣ電圧なしのＤＣ電圧を印加する場合に比べて帯電過程中に磁気ブラシ部を構成している磁性粒子が活発に動き注入帯電部において像担持体上の転写残トナーをひきはがす効果または帯電性能が高い効果をもつ。
【００８８】
またＡＣ電圧とＤＣ電圧の重畳電圧を印加すると接触帯電部材の耐久劣化や環境変動の際にも安定した帯電性能を示すので好ましい。
【００８９】
しかしながら、特に注入帯電方式においてはＡＣ電圧のピーク間電圧Ｖｐｐを大きくするとＡＣに起因する帯電ムラのためにカブリが発生することがある。従って、このカブリを防止するために表３のＮｏ．４よりもＮｏ．５の方が好ましく、Ｖｐｐは９００Ｖ以下とするのが好ましい。
【００９０】
〈その他の実施形態例〉
１）磁気ブラシ２は実施形態例ではスリーブ回転タイプであるが、回転マグネットロールに直接にまたは導電性コート層を介して磁性粒子を磁気ブラシ層として磁気吸着させて保持させたマグネットロール回転タイプとすることもできる。また、非回転の磁気ブラシ体とすることもできる。
【００９１】
回転あるいは非回転のファーブラシ部材のファーブラシに磁性粒子を混入させ、磁力発生部材の磁力で磁気ブラシとして磁気拘束させた形態のものであってもよい。
【００９２】
２）弾性帯電部材としてのファーブラシ６は回転タイプのものにすることもできる。
【００９３】
３）接触帯電部材は、弾性帯電部材６と磁気ブラシ帯電部材２を各１つとは限らず、その一方あるいは両方を複数個にすることもできる。
【００９４】
４）磁気ブラシ２、弾性帯電部材６、現像部材３ａにＡＣバイアスを印加する場合の該ＡＣバイアスの波形としては、正弦波、矩形波、三角波等適宜使用可能である。また、ＡＣバイアスは、例えば直流電源を周期的にＯＮ，ＯＦＦすることによって形成された矩形波の電圧を含む。このように、ＡＣバイアスは、周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。
【００９５】
５）被帯電体としての像担持体は電子写真感光体に限らず、静電記録における誘電体等であってもよい。
【００９６】
被帯電体は接触注入帯電が支配的な系にする場合には、表面抵抗が１０^９ 〜１０^１４Ω・ｃｍの層を持つことが望ましい。電子写真感光体についていえば、実施形態例のように、ＯＰＣ感光体の上にＳｎＯ_２ 等の導電性粒子を分散させた表層（電荷注入層）をコーティングしたもの、α−Ｓｉ（アモルファスシリコン、非晶質シリコン）の表層を有する感光体など電荷注入帯電性を有するものを用いることができる。
【００９７】
６）画像形成装置における像担持体面に対する情報書き込み手段としての画像露光手段は、実施形態例のデジタル的な潜像を形成するレーザー走査露光手段に限定されるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やＬＥＤなどの他の発光素子でもかまわないし、蛍光灯等の発光素子と液晶シャッタ等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら何でもよい。
【００９８】
像担持体が静電記録誘電体である場合には、該誘電体面の一様帯電面を除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的に除電することで目的の画像情報に対応した静電潜像が書き込み形成される。
【００９９】
７）現像装置３は各種の現像原理・方式のものを採択できる。正規現像方式であっても勿論よい。
【０１００】
８）転写方式としては実施形態例に示したローラ転写だけでなく、ブレード転写やその他の接触転写帯電方式、またコロナ放電器を用いてもよい。
【０１０１】
９）転写ドラムや転写ベルト等の中間転写体を用いて単色画像形成ばかりでなく、多重転写等による多色、フルカラー画像を形成する画像形成装置であってもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば像担持体の移動方向において転写手段よりも下流側でかつ帯電部材よりも上流側に像担持体から残留トナーをクリーニングするクリーニング手段を設けない画像形成装置において、ゴーストを防止し、帯電ムラがなく良好な帯電性能が得られ、高品位の画像を長期にわたって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の画像形成装置の概略構成図
【図２】感光体の層構成模型図
【図３】接触注入帯電の原理説明図
【図４】スリーブ回転タイプの磁気ブラシ帯電部材の横断面模型図
【符号の説明】
１ 感光体
２ 帯電部材
６ 電荷付与手段（ファーブラシ）
１６ 電荷注入層
２１ 電極スリーブ
２２ マグネットロール
２３ 磁気ブラシ状磁性粒子

Claims (6)

1. 移動可能な像担持体と、前記像担持体を帯電するために前記像担持体に接触可能な帯電部材と、前記帯電部材によって帯電された前記像担持体に静電像を形成する静電像形成手段と、前記像担持体にトナー像を形成するために前記静電像をトナーで現像する現像手段と、前記トナー像を前記像担持体から転写材へ転写する転写手段と、を有し、前記像担持体の移動方向において前記転写手段よりも下流側でかつ前記帯電部材よりも上流側には前記像担持体から残留トナーをクリーニングするクリーニング手段が設けられることなく、前記現像手段は、前記像担持体から残留トナーをクリーニング可能である画像形成装置において、
   前記像担持体の移動方向において前記転写手段よりも下流側でかつ前記帯電部材よりも上流側に設けられ、前記像担持体の残留トナーを前記帯電部材の帯電極性とは逆極性に帯電する電荷付与手段を有し、前記電荷付与手段は前記像担持体に接触可能な繊維ブラシであり、
   前記像担持体は、その表面に、体積抵抗率が１×１０^１０〜１×１０^１４Ωｃｍである電荷注入層を備え、前記電荷注入層は、前記帯電部材との接触部を介して電荷が注入され、
   前記帯電部材は、前記像担持体に接触する磁気ブラシ状の磁性粒子を備え、ＤＣ電圧とピーク間電圧が９００Ｖ以下のＡＣ電圧との重畳電圧が印加され、前記電荷付与手段によって前記逆極性に帯電された残留トナーを回収すると共に回収した残留トナーを前記磁性粒子中で前記帯電極性と同極性に帯電することで像担持体へ戻すことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記電荷付与手段は、ＡＣ電圧なしのＤＣ電圧が印加されることを特徴とする請求項１の画像形成装置。
3. 前記装置は、前記装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジを備え、前記プロセスカートリッジは、前記像担持体と、前記帯電部材と、を備えることを特徴とする請求項１又は２の画像形成装置。
4. 前記電荷注入層は、絶縁性樹脂と、この樹脂に分散された導電性粒子と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの画像形成装置。
5. 前記像担持体は、前記電荷注入層の内側に電子写真感光層を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの画像形成装置。
6. 前記現像手段は、前記静電像をトナーで現像するのと同時に前記像担持体から残留トナーをクリーニング可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの画像形成装置。

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