JPH06314016A

JPH06314016A - 帯電装置

Info

Publication number: JPH06314016A
Application number: JP5102713A
Authority: JP
Inventors: Satoru Haneda; 哲羽根田; Kunio Shigeta; 邦男重田; Yukie Hosogoezawa; 幸恵細越澤; Hiroyuki Nomori; 弘之野守
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08
Also published as: US5457522A; EP0622703A3; EP0622703A2

Abstract

(57)【要約】【目的】環境条件が変化しても帯電性能が変化せず、像
形成体への磁性粒子付着のない高速で均一な帯電が可能
な磁気ブラシによる帯電装置を提供する。【構成】外周に磁極を配置し固定した磁石体23の外周
を回転可能に設けた帯電スリーブ22と、その帯電スリー
ブ22の外周に付着した磁性粒子21の層厚を規制板26によ
って規制し、帯電スリーブ22と感光体ドラム10との間に
定電圧源である直流電源61及び交流電源63により直流成
分に交流成分を重畳した交流バイアス電圧を印加して形
成する振動電界下において、磁気ブラシ21Ａを感光体ド
ラム10の移動に対して接触させて、感光体ドラム10を帯
電する磁気ブラシ式の帯電装置20であって、電流計62に
より検出される直流成分の電流値を一定とすべく前記交
流成分の電圧に相当するピーク間電圧を調整することを
特徴とする帯電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機、静電
記録装置等の画像形成装置に組み込まれ像形成体の帯電
を行う帯電部材、特に好ましくは磁気ブラシ式の帯電装
置に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】このような従来の電子写真方式の画像形成
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
高電圧によるノイズの発生があり、高電圧入力後に安定
した帯電電位を得るには５秒以上の時間が必要であっ
て、このことが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。

【０００４】このようなコロナ帯電器の多くの欠点は、
帯電が主として気体放電により行われることに原因があ
る。

【０００５】そこで、コロナ帯電器のような高圧の気体
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、磁石体を内包した円筒状の搬送担体上に磁性粒
子を吸着して磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシで直
流バイアス電圧印加下に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59-13356
9号公報に開示されている。

【０００６】前記磁気ブラシは磁性粒子からなる柔軟な
ブラシであるため、像形成体を損傷することなく帯電を
付与することができ、ファーブラシ帯電装置、導電性弾
性ロールを用いた帯電装置等の他の接触帯電装置に比べ
優れている。しかしながら、前記磁気ブラシ帯電装置を
用いた場合でも、必ずしも均一な帯電が得られなかっ
た。

【０００７】そこで、例えば特開平4-21873号、特開平4
-116674号公報には、磁気ブラシに直流成分を含む交流
バイアス電圧を印加して像形成体を帯電する磁気ブラシ
帯電方法が提案された。この公報では、前記交流バイア
ス電圧を印加し、それによって像形成体上に均一な帯電
を付与することができることが記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に記載の帯電方法では、適切なピーク間電圧Ｖ_P-Pを
設定しないと環境変化特に低温低湿になると磁性粒子の
抵抗が高くなり、像形成体に磁性粒子が付着したり、電
荷の注入が充分に行われず帯電ムラを発生するという問
題点がある。又、高温高湿時には磁性粒子の抵抗が低く
なり、ブレークダウンが発生するという問題点がある。

【０００９】本発明は上記問題点を解決して、磁性粒子
の像形成体への付着がなく環境条件が変化しても帯電性
能が変化せず、高速で均一な帯電が可能な磁気ブラシに
よる帯電装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、像形成体に
接触する帯電部材、特に好ましくは搬送担体上に形成し
た磁性粒子からなる磁気ブラシに交流成分を有するバイ
アス電圧を印加して、前記像形成体の帯電を行う帯電装
置において、前記バイアス電圧の直流成分は定電圧源よ
り供給されると共に、該直流成分の電流値より前記交流
成分の電圧を調整することを特徴とする帯電装置によっ
て達成される。

【００１１】また、前記直流成分の電圧値を変更するこ
とにより前記帯電電位を変更することを特徴とする前記
帯電装置は、好ましい実施態様である。

【００１２】

【作用】本発明においては、磁気ブラシにバイアス電圧
を印加した時の直流成分の電流値を一定とすべく交流成
分の電圧を調整するので、磁性粒子の環境条件変化やト
ナーの混入による抵抗変化の影響を受けず常に一定の帯
電電位を維持し、適切な交流電圧が印加されるので、磁
性粒子の像形成体への付着や帯電ムラやブレークダウン
が発生しない。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）以下、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。

【００１４】図１は本発明の帯電装置の一例を示す拡大
断面図、図３は本発明の帯電装置を備えた画像形成装置
である複写機の概要断面図、図５は帯電装置の帯電スリ
ーブに印加するバイアス電圧の交流成分の好ましい範囲
を示すグラフである。

【００１５】図３において、10は矢示(時計)方向に周速
240mm/secで回転する像形成体である感光体ドラムで、
アルミニウム等から成る導電基材上に下引層、電荷発生
層、電荷輸送層の順に設けて成るＯＰＣ感光層を有する
負帯電性の感光体ドラムである。その周縁部には後述す
る帯電装置20、除電器11、像光Ｌの入射する露光部12、
現像器30、転写ローラ13、クリーニング装置50等が設け
られている。除電器11は例えばＬＥＤアレイから成り、
制御部の制御によって駆動されて感光体ドラム10の表面
の像光Ｌの入射領域外の枠部分の帯電を消去する。この
除電器11は、帯電装置20による帯電が現像器30に用いら
れているトナーの帯電と同極性で、感光体ドラム10の表
面の像光Ｌが入射した部分にトナーが付着させられる反
転現像の場合には不要となる。

【００１６】感光体ドラム10の帯電面にスリット露光装
置やレーザビームスキャナーによって像光Ｌが入射され
て静電潜像が形成され、その静電潜像を現像器30が感光
体ドラム10の帯電と逆極性又は同極性に帯電したトナー
によって正規現像又は反転現像する。

【００１７】図示例の現像器30は、トナーと磁性キャリ
アの混合した２成分現像剤から成る磁気ブラシを現像ス
リーブ31上に形成して矢印方向に搬送し、現像スリーブ
31に感光体ドラム10の帯電と逆極性のバイアス電圧を、
正規現像の場合はかぶり防止用として、また反転現像の
場合はトナーの静電像への付着促進用として印加して現
像する磁気ブラシ式の現像装置であるが、１成分現像剤
を用いるものでも、現像スリーブ31上に感光体ドラム10
と非接触の現像剤層を形成して搬送し、現像スリーブ31
に印加するバイアス電圧に交流成分も加えて、現像スリ
ーブ31が感光体ドラム10に近接する現像域で現像剤層か
らトナーを飛翔させて静電像に付着させる非接触現像を
行うものでもよい。

【００１８】本実施例のプロセスの基本動作は、図示し
ない操作部よりプリント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、後述する磁気ブラシ式の帯電装置20により
一様に帯電され通過する。感光体ドラム10上には、露光
部12において像光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。この静電潜像は現
像器30によって現像され、感光体ドラム10上にはトナー
像が形成される。

【００１９】一方、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。図示しない電源からバイア
ス電圧が印加されている転写ローラ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記録に待機する。

【００２０】次に本発明の帯電装置20を説明する前に、
それに用いられる磁性粒子の粒径及び磁性粒子の搬送担
体の一般条件について説明する。

【００２１】一般に磁性粒子の平均粒径（重量平均）が
大きいと、（イ）搬送担体上に形成される磁気ブラシの
穂の状態が粗いために、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、磁性粒子の平均
粒径を小さくすればよく、実験の結果、平均粒径200μ
ｍ以下でその効果が現れ初め、特に150μｍ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感光体ドラム10
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。

【００２２】以上から、磁性粒子の粒径は平均粒径（重
量平均）が150μｍ以下、特に好ましくは150μｍ以下30
μｍ以上であることが好ましい。

【００２３】このような磁性粒子は、磁性体として従来
の二成分現像剤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。

【００２４】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。すなわち、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、従って、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、感光体ドラム10面に均一に放電して帯電
ムラが起こらない、という効果を与える。

【００２５】以上のような効果を奏する球形粒子には磁
性粒子の抵抗率が10³Ω・cm以上10¹²Ω・cm以下、特に1
0⁵Ω・cm以上10⁹Ω・cm以下であるように導電性の磁性
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1,000Ｖ/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、感光体ドラム
10面に磁性粒子が付着し易くなったり、あるいはバイア
ス電圧による感光体ドラム10の絶縁破壊が起こり易くな
ったりする。また、抵抗率が高いと電荷注入が行われず
帯電が行われない。

【００２６】さらに、磁性粒子は、それにより構成され
る磁気ブラシが振動電界により軽快に動き、しかも外部
飛散が起きないように、比重の小さく、かつ適度の最大
磁化を有するものが望ましい。具体的には真比重が６以
下で最大磁化が30〜100emu/gのもの、特に40〜80emu/g
を用いると好結果が得られることが判明した。

【００２７】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、抵抗率が好まし
くは10⁵Ω・cm以上10⁹Ω・cm以下であることが適正条件
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形成
すること等によって製造される。

【００２８】以上が磁性粒子についての一般条件であ
り、次に粒子層を形成して感光体ドラム10を帯電する磁
性粒子の搬送担体に関する条件について述べる。

【００２９】磁性粒子の搬送担体は、バイアス電圧を印
加し得る導電性の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導電性の帯電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、
磁石体との相対的な回転によって、導電性帯電スリーブ
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、搬送
担体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。搬送担体の表面は磁性粒子の
安定な均一搬送のために表面の平均粗さを５〜30μｍと
することが好ましい、平滑であると搬送は十分に行えな
く、粗すぎると表面の凸部から過電流が流れ、どちらに
しても帯電ムラが生じ易い。上記の表面粗さとするには
溶射あるいはサンドブラスト処理が好ましく用いられ
る。また、搬送担体の直径は5.0〜20mmが好ましい。上
記径とすることにより帯電に必要な接触領域を確保す
る。接触領域が必要以上に大きいと帯電電流が過大とな
るし、小さいと帯電ムラが生じ易い。また上記のように
小径とした場合、遠心力により磁性粒子が飛散あるいは
感光体ドラム10に付着し易いために、搬送担体の線速度
は下記の範囲内で遅くすることが好ましい。搬送担体の
回転による磁性粒子の搬送速度は、感光体ドラム10の移
動速度と殆ど同じか、それよりも遅いことが好ましい。
また、搬送担体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。

【００３０】また、搬送担体上に形成する粒子層の厚さ
は、規制手段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い。帯電領域において搬送担
体の表面上の磁性粒子の存在量が多すぎると磁性粒子の
振動が十分に行われず感光体の摩耗や帯電ムラを起こす
とともに過電流が流れ易く、搬送担体の駆動トルクが大
きくなるという欠点がある。反対に磁性粒子の帯電領域
における搬送担体上の存在量が少な過ぎると感光体ドラ
ム10への接触に不完全な部分を生じ磁性粒子の感光体ド
ラム10上への付着や帯電ムラを起こすことになる。実験
を重ねた結果、帯電領域における磁性粒子の好ましい存
在量Ｗは10〜300mg/cm²であり、特に好ましくは30〜150
mg/cm²であることが判明した。なお、この存在量は、磁
気ブラシの帯電領域における平均値である。

【００３１】そして、搬送担体と感光体ドラム10との間
隙Ｄsdは0.1〜5.0mmが好ましい。搬送担体と感光体ドラ
ム10の表面間隙Ｄが0.1mm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領域に
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Ｄsdが5.0mmを大きく超すようになる
と、粒子層が粗く形成されて帯電ムラが起き易く十分な
帯電が得られないようになる。このように、搬送担体と
感光体ドラム10の間隙Ｄsd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Ｄsdが0.1〜5.0mmの範囲では、それに対
して粒子層の厚さを適当に形成することができ、磁気ブ
ラシの穂も均一に形成される。さらに、搬送量（Ｗ）と
間隙（Ｄsd）は、帯電を均一かつ高速で安定に行なうに
は300 ≦ Ｗ／Ｄsd ≦ 3,000（mg/cm³)の関係が満足さ
れることが必要で、Ｗ／Ｄsdがこの範囲外の場合には帯
電が不均一になることが確認された。

【００３２】Ｄsdは磁性粒子の鎖長を決める要素と考え
られる。鎖の長さに相当する電気抵抗が、帯電のし易さ
や帯電速度と対応すると考えられる。一方、Ｗは磁性粒
子の鎖の密度を決める要素と考えられる。鎖の数を増や
すことにより、帯電の均一性が向上すると考えられる。
しかしながら、帯電領域において、磁性粒子が狭い間隙
を通過するとき、磁性粒子の鎖の圧縮状態が実現してい
ると考えられる。この時、磁性粒子の鎖は互いに接触
し、曲がった状態で、撹乱を受けながら感光体ドラム10
を対向していることになる。

【００３３】この撹乱条件が、帯電のスジなどを生じさ
せず電荷の移動を容易にし均一な帯電に有効と考えられ
る。すなわち、磁性粒子密度に相当するＷ／Ｄsdが小さ
いときは、磁性粒子の鎖は粗となり撹乱をうける割合が
少なく、帯電が不均一になる。Ｗ／Ｄsdが大となるとき
は、磁性粒子の鎖は高いパッキングにより十分に形成さ
れず、磁性粒子の撹乱は少ない。このことが電荷の自由
な移動を妨げ、均一な帯電が行われなくなる原因と考え
られる。

【００３４】また、トナーが磁気ブラシに混入すると、
トナーは絶縁性が高いため帯電性が低下し帯電ムラを生
じる。これを防止するにはトナーが帯電時像形成体へ移
動するようにトナーの電荷量を低くすることが必要であ
り、磁性粒子にトナーを混合し、１重量％のトナー濃度
に調整した条件下でトナーの摩擦帯電量を帯電極性が同
じで、かつ１〜20μC/gとした場合、磁気ブラシへのト
ナーの蓄積を防止できた。このことはトナーが混入して
も帯電時像形成体へ付着するためと考えられる。トナー
の電荷量が大きいと磁性粒子から離れずらくなり、一方
小さいと電気的に像形成体に移動しずらくなることが認
められた。

【００３５】次に、本発明の帯電装置20について説明す
る。図１において、21は磁性粒子、22は例えばアルミニ
ウムなどの非磁性かつ導電性の金属からなる磁性粒子21
の搬送担体である直径15mmの帯電スリーブ、23は帯電ス
リーブ22の内部に固定して配設された円柱状の磁石体
で、この磁石体23は図に示すように周縁に帯電スリーブ
22表面で500〜1,000ガウスとなるようにＳ極及びＮ極交
互に着磁された６又は８磁極を有している。帯電スリー
ブ22は磁石体23に対し回動可能になっていて、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0.1〜1.0倍の周速度で回転させられるのが好まし
い。

【００３６】帯電部での磁極角度は、像形成体との最近
接位置より上流側にθ₁＝５〜30°に設定することが好
ましい。又、帯電部出口が均一な層形成状態で離れてい
くために、下流側にθ₂＝10〜40°とすることが好まし
い。又さらにθ₂＞θ₁の条件が好ましい。

【００３７】25は前記磁性粒子21の貯蔵部を形成するケ
ーシングで，このケーシング25内に前記帯電スリーブ22
と磁石体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、帯電スリーブ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。規制板26
の先端と帯電スリーブ22との間隙は、磁性粒子21の搬送
量すなわち帯電領域における帯電スリーブ22上の磁性粒
子21の存在量が10〜300mg/cm²特に好ましくは30〜150mg
/cm²となるよう調整される。27は磁性粒子21を撹拌して
均一にするための撹拌器、28は帯電スリーブ22から磁性
粒子21を掻き取る掻き取り部材で、磁性粒子21はこの掻
き取り部材28と撹拌器27により絶えず撹拌混合されて常
に均一な状態に保持される。

【００３８】また、帯電スリーブ22が感光体ドラム10に
対向する間隙Ｄsdは、0.1〜5.0mmの範囲に設定すること
ができ、この範囲より狭くなると、感光体ドラム10等の
耐久性が早く低下するようになり、感光体ドラム10を適
当に摺擦する磁性粒子21から成る磁気ブラシ21Ａの形成
が困難になるし、逆に広くなると、磁気ブラシ21Ａで感
光体ドラム10を均一に接触すること、従って感光体ドラ
ム10を均一に帯電させることが困難になる。帯電スリー
ブ22と感光体ドラム10との間隙Ｄsdは厚さを規制された
導電性の磁気ブラシ21Ａで接続される。

【００３９】なお、図１に示す例に限らず、磁石体23が
周方向の等分位置にＮ，Ｓ磁極を有して磁性粒子21の搬
送方向と逆方向に回転するもので、帯電スリーブ22が静
止するものでも磁石体23と逆方向に回転するものでもよ
い。また、帯電スリーブ22や磁石体23の上述の回転方向
は、帯電スリーブ22が感光体ドラム10に対向した位置の
磁気ブラシ21Ａの搬送方向を感光体ドラム10の移動方向
と逆方向とするものでもよい。しかし、感光体ドラム10
の帯電の均一性や感光体ドラム10の摺擦位置を通過した
磁気ブラシ21Ａの容器25内への還元性さらには感光体ド
ラム10等の耐久性の点で好ましいのは、磁気ブラシの上
述の搬送方向が感光体ドラム10の移動方向と同方向であ
り、さらに搬送速度が感光体ドラム10の移動速度の0.1
〜1.0倍であることが好ましい。

【００４０】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。

【００４１】61,63は帯電スリーブ22と導電基材10ｂと
の間に直流成分に交流成分を重畳した交流バイアス電圧
を付与するためのバイアス電源で、61は直流電源、62は
直流成分の電流値を検出する電流計、63は交流電源、70
は制御部のＣＰＵ、71は交流電源63の出力電圧を制御す
る際に用いられるデータを記憶したＲＯＭ、72はアナロ
グ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、73はディジタ
ル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）である。バイアス
電源61，63による交流バイアス電圧は保護抵抗Ｒを経て
前記帯電スリーブ22に印加されている。なお、バイアス
電源61,63は定電圧電源である。

【００４２】次に上記帯電装置20の動作について説明す
る。

【００４３】感光体ドラム10を矢示方向に回転させなが
ら帯電スリーブ22を矢示同方向に感光体ドラム10の周速
度の0.1〜1.0倍の周速度で回転させると、帯電スリーブ
22に付着・搬送される磁性粒子21の層は規制板26によっ
て層厚が規制されると同時に、磁性粒子21は磁石体23の
磁力線により帯電スリーブ22上の感光体ドラム10との対
向位置で磁気的に鎖状に連結して一種のブラシ状にな
り、いわゆる磁気ブラシ21Ａが形成される。そしてこの
磁気ブラシ21Ａは帯電スリーブ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・摺擦する。帯
電スリーブ22と感光体ドラム10との間には前記交流バイ
アス電圧による振動電界が形成されているので、磁気ブ
ラシ21Ａを経た感光体層10ａ上への電荷の注入が円滑に
行われて一様に高速な帯電が行われる。

【００４４】この場合のバイアス電圧の交流成分は図５
に示した白抜き範囲とするのが安定して帯電が行われる
点で好ましい。図５の縦線で陰を有した範囲は絶縁破壊
の生じ易い範囲、斜線で陰を付した範囲は帯電ムラを生
じ易い範囲、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。
交流成分の波形は、正弦波に限らず、矩形波や三角波等
であってもよい。

【００４５】さらに、交流成分の電圧にあたる電圧のピ
ーク間電圧（Ｖ_P-P）と帯電電位の絶対値（｜Ｖ_S｜）の
関係を示すと図４（ａ）のようになる。図４（ａ）は横
軸に交流バイアス電圧のピーク間電圧（Ｖ_P-P）をと
り、縦軸に感光体ドラム10の帯電電位の絶対値（｜Ｖ_S
｜）をとってある。ピーク間電圧Ｖ_P-Pが大きくなるに
従い帯電電位の絶対値（｜Ｖ_S｜）は大きくなり、帯電
電位Ｖ_Sはピーク間電圧が一定の閾値(Ｖ_P-P)thでバイア
ス電圧の直流成分の値Ｖ_DCと等しい値で飽和し、それ以
上ピーク間電圧Ｖ_P-Pを大きくしても帯電電位Ｖ_Sは変化
しないという特性がある。磁性粒子21の電気抵抗は環境
条件によって変化し低温低湿時は高く、高温高湿時は低
くなる。このため、特性曲線は低温低湿では実線で示す
（ａ）のように右側に、高温高湿では前記特性曲線は一
点鎖線で示す（ｂ）のように左側に位置し、ピーク間電
圧の閾値(Ｖ_P-P)thも(Ｖ_P-P)tha，(Ｖ_P-P)thbと異なる
ことになる。好ましい帯電条件は、実験の結果各環境条
件下で、交流成分のピーク間電圧Ｖ_P-Pを 0.8×(Ｖ_P-P)
th≦Ｖ_P-P≦1.5×(Ｖ_P-P)th とすることにより得られる
ことが判明した。これより小さいピーク間電圧Ｖ_P-Pで
は帯電ムラ、磁性粒子付着が多く、これにより大きなピ
ーク間電圧Ｖ_P-Pは、ブレークダウンが起こり易い。ま
た、帯電電位Ｖ_Sは図４（ｂ）に示すように直流成分の
電流値Ｉ_DCに比例することが明らかとなった。すなわ
ち、ピーク間電圧Ｖ_P-Pの増加によって直流成分の電流
値Ｉ_DCが増加するが、(Ｖ_P-P)th以上になるとＩ_DCは飽
和するように変化する。すなわち、交流成分の変化に対
し、電流値Ｉ_DCは図４中ａ，ｂとほぼ同じ変化を示す。
この特性に従って、直流成分の電流値Ｉ_DCを検出しこの
検出値を用いて交流成分のピーク間電圧の閾値(Ｖ_P-P)t
hを予測し、印加すべきピーク間電圧Ｖ_P-Pを制御して帯
電条件を環境変化に応じて制御することができる。すな
わち、(Ｖ_P-P)thより低い特定のＶ_P-Pを印加した時電流
計62によって検出された電流値Ｉ_DCはＡ／Ｄ変換器72に
よってディジタル値に変換されたのちＣＰＵ70に入力さ
れる。この電流値はＣＰＵ70によりＲＯＭ71にデータと
して収納されている電流基準値と比較し、交流電圧であ
るピーク間電圧の閾値(Ｖ_P-P)thを計算する。この計算
した値に例えば１，２倍した値を印加するＶ_P-Pと決定
しＣＰＵ70から制御信号が出力される。この制御信号は
Ｄ／Ａ変換器73によってアナログ値に変換され交流電源
63に送出され電圧のピーク間電圧Ｖ_P-Pを出力する。
又、計算した(Ｖ_P-P)thに0.9倍した値を選んだ場合、す
なわち上記閾値(Ｖ_P-P)tha又は(Ｖ_P-P)thb以下の範囲
（図４（ａ）のＡ又はＢの範囲）に相当する場合も常に
交流バイアス電圧の直流成分の電流値Ｉ_DCをピーク間電
圧Ｖ_P-Pを選択することにより一定に保持するように制
御できるので、従って感光体ドラム10の帯電電位Ｖ_Sを
一定に維持し、かつ帯電電位の絶対値｜Ｖ_S｜を直流成
分の電圧の絶対値｜Ｖ_DC｜より小さくしかも安定して維
持することができる。

【００４６】また、上記のように交流バイアス電圧の直
流成分の電流値Ｉ_DCによって感光体ドラム10の帯電電位
が決まるので、電流値Ｉ_DCを変更して帯電電位を変更す
ることもできる。従って、帯電電位を変更する必要のあ
る画像形成装置では、電流値Ｉ_DCの基準値を幾つか用意
して、これを切り替えることにより装置を複雑にするこ
となく容易に帯電電位を変更することができる。

【００４７】又、｜Ｖ_DC｜−｜Ｖ_S｜＞０となるように
電位差が設定され、さらに帯電装置20に用いられる磁性
粒子21はその中にトナーが混入して摩擦帯電するときの
帯電極性は前記直流成分の極性と同じくなるようにされ
ている場合、仮に磁気ブラシ21Ａにトナーが混入しても
トナーは前記電位差（｜Ｖ_DC｜−｜Ｖ_S｜）により感光
体ドラム10に移動し磁気ブラシ21Ａにトナーは混入する
ことがない利点がある。

【００４８】実験の結果、前記直流成分電圧の絶対値｜
Ｖ_DC｜は、トナーを磁気ブラシ21Ａから感光体ドラム10
へ移動させるには、帯電電位の絶対値｜Ｖ_S｜より20Ｖ
大きいことが必要で、また磁性粒子21の感光体ドラム10
への付着を防止するには300Ｖ以下であることが必要で
あった。すなわち 20Ｖ≦（｜Ｖ_DC｜−｜Ｖ_S｜）≦400
Ｖとすることによって、磁性粒子21の感光体ドラム10へ
の付着とトナーの磁気ブラシ21Ａへの混入を防止でき
る。

【００４９】こうして、磁気ブラシ21Ａに交流バイアス
電圧を印加することにより振動電界を形成したことと、
感光体層10ａの帯電電位の絶対値｜Ｖ_S｜を前記交流バ
イアス電圧の直流成分電圧の絶対値｜Ｖ_DC｜より小さく
設定した場合は、感光体ドラム10への磁性粒子21の付着
を防止し、低いバイアス電圧による極めて安定した高速
でムラのない均一な帯電を行うことができる。

【００５０】前記実施例の磁性粒子21として導電性を有
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に調整されていて、トナ
ーとの摩擦帯電量はトナー濃度１重量％の条件で−5.0
μC/gである。

【００５１】なお、帯電停止時は本実施例の帯電装置20
を用いて感光体ドラム10の除電をすることが好ましい。
除電はバイアス電圧の直流成分のみを零とすることによ
って行うことができる。画像形成後、直流成分を零とし
交流成分のみを印加して感光体ドラム10を回動させるこ
とにより感光体ドラム10を除電する。感光体ドラム10の
除電が終了した時点で交流成分も印加を停止する。その
後、帯電スリーブ及び像形成体の回転を停止する。な
お、帯電開始時は、上記と逆の順に行う。すなわち、帯
電スリーブ及び感光体の回転後交流成分、次に直流成分
の順に印加していく。

【００５２】より、高精度の制御を行う方式を次に示
す。帯電特性は、磁性粒子の温湿度特性のみに限らず、
より詳細に検討すると、 1) 帯電器側の変動磁性粒子のロット差、温湿度特性、トナーの混入帯電器の設定条件（帯電スリーブと像形成体との間隙、
帯電スリーブと規制板間隙、磁極角度等） 2) 像形成体側の変動像形成体層の厚さ、温湿度特性、疲労特性などにより電
流値Ｉ_DCの値は変動する。帯電の安定性を得るには電流
値Ｉ_DCよりより高精度に変動するピーク間電圧の閾値
(Ｖ_P-P)thを求める必要がある。

【００５３】１．目標値設定方式 (Ｖ_P-P)thより低い特定のＶ_P-Pの時流れたＩ_DCと、予め
与えられている目標Ｉ_DCとの差分から(Ｖ_P-P)th求める
のが先に説明した方式であった。

【００５４】予め与えられている目標Ｉ_DCは、感光体、
温湿度によって異なる値をＲＯＭテーブルにより用いる
ことにより高精度な制御を行う。

【００５５】この他に、(Ｖ_P-P)thより十分に高いＶ_P-P
の時流れたＩ_DCを目標Ｉ_DCと設定してもよい。こうする
ことにより目標Ｉ_DCを毎回再設定することができる。

【００５６】なお、求めた(Ｖ_P-P)thが規定値に入らな
い場合は、帯電を禁止する。

【００５７】帯電電位を変更する場合は、直流成分の電
圧Ｖ_DCを変更する。これに伴い、Ｉ_DCも変化するので、
予め与えられている目標Ｉ_DCを用いる場合は対応するＲ
ＯＭテーブルを用意しておく必要がある。

【００５８】(Ｖ_P-P)thより十分に高いＶ_P-Pの時流れた
Ｉ_DCを目標Ｉ_DCと設定する場合はこのＲＯＭテーブルは
不要である。

【００５９】このようにして求めた(Ｖ_P-P)thに前記し
た定数を掛けた値を印加するＶ_P-Pとする。

【００６０】テーブルに代わり、演算式 (Ｖ_P-P)th＝
（目標Ｉ_DC／流れたＩ_DC）×印加したＶ_P-P＋Ｃを用い
て演算により(Ｖ_P-P)thを求めることもできる。但しＣ
は定数である。

【００６１】２．スキャン方式Ｖ_P-Pを変化させながら、Ｉ_DCの変化を測定する。

【００６２】Ｉ_DCが飽和した（＝Ｉ_DCの変化量が規定値
以下になった）所に対応するＶ_P-Pを(Ｖ_P-P)thとし、こ
の値に対し前記した定数を掛けた値を印加するＶ_P-Pと
する。

【００６３】Ｖ_P-Pが規定値内に入らない場合は、帯電
を禁止する。

【００６４】帯電電位を変更する場合は、Ｖ_DCを変更す
る。これに伴い、Ｉ_DCも変化するがこの方式はＶ_P-Pに
対するＩ_DC変化の変曲点をもとに決定するために帯電器
や像形成体の変動の影響を受けづらい特徴を有する。

【００６５】（実施例２）図２は本発明の帯電装置の他
の実施例を示す拡大断面図である。図１の帯電装置20と
同一部分は同一符号で表しその詳細な説明は省略する。
図において、64は感光体ドラム10の帯電電位を検出する
ため帯電装置20の下流側に設けた電位計、74は電位計64
の出力をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器で
ある。(Ｖ_P-P)thより低い特定のＶ_P-Pを印加した時の電
位計64の出力信号はＡ／Ｄ変換器74によってディジタル
値に変換された後ＣＰＵ70に入力され、ＣＰＵ70におい
てＲＯＭ71にデータとして収納されている電圧基準値と
比較され、交流電圧であるピーク間電圧の閾値(Ｖ_P-P)t
hを計算する。この計算値に前記した特定の倍率をかけ
た値を印加するＶ_P-Pと決定し、ＣＰＵ70から制御信号
が出力される。この制御信号はＤ／Ａ変換器73によって
アナログ値に変換され交流電源63に送出され交流成分の
ピーク間電圧Ｖ_P-Pを帯電条件の変化に対応して変化す
る閾値(Ｖ_P-P)thに対応して調整するので、常に感光体
ドラム10の帯電電位Ｖ_Sを一定に維持するよう制御す
る、しかも帯電電位の絶対値｜Ｖ_S｜を直流成分の電圧
の絶対値｜Ｖ_DC｜より小さくしても安定して維持するこ
とができる。

【００６６】より高精度な制御を行う方式を次に示す。

【００６７】帯電の安定性を得るには、帯電電位Ｖ_Sよ
り、より高精度に変動する閾値(Ｖ_P-P)thを求める必要
がある。

【００６８】１．目標値設定方式 (Ｖ_P-P)thより低い特定のＶ_P-Pの時帯電したＶ_Sと、予
め与えられている目標帯電電位Ｖ_Sとの差分から(Ｖ_P-P)
thを求めるのが先に説明した方式であった。

【００６９】予め与えられている目標Ｖ_Sは、感光体、
温湿度によって異なる値をＲＯＭテーブルにより用いる
ことにより高精度な制御を行う。

【００７０】この他に、(Ｖ_P-P)thより十分に高いＶ_P-P
の時流れたＶ_Sを目標Ｖ_Sと設定してもよい。こうするこ
とにより目標Ｖ_Sを毎回再設定することができる。

【００７１】なお、求めた(Ｖ_P-P)thが規定値に入らな
い場合は、帯電を禁止する。

【００７２】帯電電位を変更する場合は、直流成分の電
圧Ｖ_DCを変更する。

【００７３】予め与えられている目標Ｖ_Sを用いる場合
は対応するＲＯＭテーブルを用意しておく必要がある。

【００７４】(Ｖ_P-P)thより十分に高いＶ_P-Pの時帯電し
たＶ_Sを目標Ｖ_Sと設定する場合はこのＲＯＭテーブルは
不要である。

【００７５】このようにして求めた(Ｖ_P-P)thに前記し
た定数を掛けた値を印加するＶ_P-Pとする。

【００７６】テーブルに代わり、演算式 (Ｖ_P-P)th＝
（目標Ｖ_S／流れたＶ_S）×印加したＶ_P-P＋Ｃを用いて
演算により(Ｖ_P-P)thを求めることもできる。但しＣは
定数である。

【００７７】２．スキャン方式Ｖ_P-Pを変化させながら、Ｖ_Sの変化を測定する。

【００７８】Ｖ_Sが飽和した（＝Ｖ_Sの変化量が規定値以
下になった）所に対応するＶ_P-Pを(Ｖ_P-P)thとし、この
値に対し前記した定数を掛けた値を印加するＶ_P-Pとす
る。

【００７９】Ｖ_P-Pが規定値内に入らない場合は、帯電
を禁止する。

【００８０】帯電電位を変更する場合は、Ｖ_DCを変更す
る。これに伴い、Ｖ_Sも変化するがこの方式はＶ_P-Pに対
するＶ_S変化の変曲点をもとに決定するために帯電器や
像形成体の変動の影響を受けづらい特徴を有する。

【００８１】これらの場合電流計62を廃止することもで
きるが、さらに、電流計62により検出した電流値Ｉ_DCも
Ａ／Ｄ変換器72を介してＣＰＵ70にフィードバックし、
上記電位計64によるフィードバックと組み合わせること
によってより確実な帯電電位Ｖ_Sの制御を行うことがで
きる。例えば、先ず電流計62の出力信号を電流基準値と
比較することによって交流電源63のピーク間電圧Ｖ_P-P
を制御し、次にその結果感光体ドラム10が帯電した帯電
電位を電位計64によって検出し、その出力信号を電圧基
準値と比較し、その差が許容誤差以内であればそのま
ま、その差が許容誤差を越える場合は上記電流基準値を
再設定して帯電電位の制御を行うことによりより確実な
帯電電位の制御を行うことができる。

【００８２】本発明の帯電方法は磁気ブラシに好ましい
ものであるが、これに限らず、ローラ帯電、ファブラシ
帯電の電位安定化制御にも用いることができる。そし
て、これらのＶ_P-Pの設定は画像形成毎に毎回行っても
よいし、特定のプリント枚数毎に行うことにより、連続
プリント時の(Ｖ_P-P)thの変動からくる帯電条件の不安
定性を防止することができる。

【００８３】

【発明の効果】本発明の帯電方法によれば、環境条件が
変化して帯電部材の抵抗が変化しても、バイアス電圧の
直流成分の電流値に応じてバイアス電圧の交流成分であ
るピーク間電圧Ｖ_P-Pを変更させ、(Ｖ_P-P)thに対するＶ
_P-Pの比を一定にするので、過度のＶ_P-Pを印加すること
なく好ましいＶ_P-Pで常に像形成体の帯電電位を一定に
保持することができる。かつ磁気ブラシにおいても高温
高湿や低温低湿においても感光体への磁性粒子の付着や
帯電性能の変化がなく、帯電ムラを発生しない高速で均
一な帯電が可能な磁気ブラシによる帯電装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電装置の一実施例を示す拡大断面図
である。

【図２】本発明の帯電装置の他の実施例を示す拡大断面
図である。

【図３】本発明の帯電装置を備えた画像形成装置を示す
概要断面図である。

【図４】（ａ）はバイアス電圧の交流成分電圧と帯電電
位の関係を示すグラフで、（ｂ）はバイアス電圧の交流
成分電圧と直流電流の関係を示すグラフである。

【図５】バイアス電圧の交流成分の好ましい範囲を示す
図である。

【符号の説明】

10 感光体ドラム（像形成体） 20 帯電装置 21 磁性粒子 21Ａ磁気ブラシ 22 帯電スリーブ（搬送担体） 23 磁石体 61 直流電源 62 電流計 63 交流電源 64 電位計 70 ＣＰＵ 71 ＲＯＭＲ保護抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野守弘之東京都八王子市石川町2970番地コニカ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像形成体に接触する帯電部材に交流成分
を有するバイアス電圧を印加して、前記像形成体の帯電
を行う帯電装置において、前記バイアス電圧の直流成分は定電圧源より供給される
と共に、該直流成分の電流値をもとに前記交流成分の電
圧を調整することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】像形成体に接触する帯電部材に交流成分
を有するバイアス電圧を印加して、前記像形成体の帯電
を行う帯電装置において、前記バイアス電圧の直流成分は定電圧源より供給される
と共に、前記像形成体の帯電電位を基に前記交流成分の
電圧を調整することを特徴とする帯電装置。
【請求項３】前記帯電部材は搬送担体上に形成した磁
性粒子からなる磁気ブラシであることを特徴とする請求
項１又は２の帯電装置。
【請求項４】前記直流成分の電圧値を変更することに
より前記帯電電位を変更することを特徴とする請求項１
又は２の帯電装置。