JPH0836290A

JPH0836290A - 帯電装置

Info

Publication number: JPH0836290A
Application number: JP16924694A
Authority: JP
Inventors: Masumi Asanae; 益実朝苗; Tadashi Kodama; 正兒玉; Yasuo Nozue; 康雄野末; Yoshiko Meguro; 好子目黒
Original assignee: N T T ADVANCE TECHNOL KK; Hitachi Metals Ltd; NTT Advanced Technology Corp
Current assignee: N T T ADVANCE TECHNOL KK; NTT Advanced Technology Corp; Proterial Ltd
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】オゾンやＮＯ_X等のコロナ生成物を発生させ
ない帯電装置を提供する。【構成】光半導体材料からなり移動可能に形成した像
担持体と対向させて現像手段を設けてなる画像形成装置
に使用され前記像担持体の表面に電位を付与する帯電装
置において、現像手段の像担持体移動方向上流側に、非
磁性材料により中空円筒状に形成したスリーブ内に表面
に複数個の磁極を有する永久磁石部材を内蔵させてなる
帯電ロールを前記像担持体の表面と対向させて設け、こ
の帯電ロールの表面に磁性キャリア若しくは磁性キャリ
アと磁性トナーとの混合体からなりトナー濃度５０重量
％以下および磁性キャリアの平均粒径５０μｍ以下とし
た帯電剤を吸着保持させて磁気ブラシを形成し、この磁
気ブラシが前記像担持体の表面を摺擦するように形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体材料からなる
像担持体に光信号を照射し、永久磁石部材を構成部材と
する現像手段によって吸着搬送された磁性現像剤中のト
ナーを選択的に付着させる画像形成装置に使用される帯
電装置に関するものであり、特にコロナ生成物の発生を
防止した帯電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から文書若しくは図形等の情報を再
生する手段として、電子写真、静電記録若しくは静電印
刷等の手段が一般に使用されている。例えば電子写真複
写機やファクシミリにおいては、光導電体層若しくは誘
電体層上に静電的な潜像を形成した後、磁気ブラシ法に
よりキャリアとの摩擦帯電により所定の極性に帯電させ
たトナー、または結着樹脂と磁性粉とを主成分とする磁
性トナーを、前記潜像に選択的に付着させて再生画像を
得る画像形成方法が多く採用されている。しかしながら
このような画像形成方法を採用した場合には、画像形成
装置内に現像手段とは別個に、例えば画像担体を予め一
様に帯電させるための帯電手段を含む静電潜像形成手段
を設ける必要があるため、装置が複雑化および大型化し
易くなる等の問題点がある。

【０００３】そこで例えば特公昭５５−３０２２８号公
報に開示されているように、導電性を有する磁性トナー
を非磁性導電性材料からなるスリーブ上に磁気的に吸着
保持し、このスリーブとそれに対向して配設した記録電
極との間にシート状の記録部材を通過させながら記録電
極に情報信号を印加して、磁性トナーに静電気力を付与
し、この磁性トナーを記録部材上に選択的に付着させる
提案がされている。

【０００４】また直接記録手段に関しては、上記の他に
多数の提案がされているが、何れも記録電極と対向電極
との間に記録部材を通過させて電気的手段のみにより記
録を行うものであるため、良好な記録画像を得るために
は上記電極間の間隙や、記録部材上へのトナーの供給量
等の種々の条件を厳密に選定する必要がある。更に記録
部材として普通紙を使用した場合には、紙の表面抵抗が
湿度、温度等の環境条件によって大きく影響されるた
め、これらの環境条件に応じて現像条件も調整する必要
があると共に、高速記録が行えない等の問題点があり、
未だ実用化されるには至っていない。

【０００５】一方透光性を有する光半導体材料からなる
画像担体の背面から、原画と対応する光信号を照射し、
永久磁石部材とスリーブとからなる現像ロールによって
搬送された導電性磁性トナーを画像担体の表面に選択的
に付着させて現像を行い、この再生画像を記録部材の表
面に転写し、定着するという画像形成方法も提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記背面露光方式の画
像形成方法においては、画像担体の帯電を安定させるた
めの帯電手段および転写手段として金属ワイヤーに高電
圧（ＤＣ５〜８ｋＶ）を印加して発生するコロナを利用
する方式を使用している。しかしながら、この方式にお
いてはコロナ発生時にオゾンやＮＯ_X等のコロナ生成物
が併せて発生するため、不快臭による環境汚染がある。
また上記コロナ生成物により、画像担体の表面が変質
し、画像ボケや劣化を進行させたり、ワイヤーの汚れが
画像品質に影響し、画像白抜けや黒スジを生じる等の問
題点がある。

【０００７】なお上記コロナ放電を利用する方式におい
ては、電気的にも画像担体若しくは記録材に向かう電流
は、供給電流の５〜３０％に過ぎず、殆どがシールド板
に流れてしまうため、帯電手段若しくは転写手段として
は電力効率が低い。このため所定の効率を確保するため
の電力消費量が大となり、高圧トランスとしても容量を
大とせざるを得ないという問題点がある。

【０００８】また帯電手段として画像担体の表面をファ
ーブラシ等によって帯電させる方式を採用した場合に
は、転写後の画像担体の表面に残留するトナー若しくは
カブリのトナーをも摺擦することとなり、画像担体の表
面を汚染することとなり、以後のトナー像の品質を低下
させるという問題点がある。

【０００９】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、オゾンやＮＯ_X等のコロナ生成物を発生させる
ことがない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】上記目的を達成するため
に、本発明においては、光半導体材料からなり移動可能
に形成した像担持体と対向させて現像手段を設けてなる
画像形成装置に使用され前記像担持体の表面に電位を付
与する帯電装置において、現像手段の像担持体移動方向
上流側に、非磁性材料により中空円筒状に形成したスリ
ーブ内に表面に複数個の磁極を有する永久磁石部材を内
蔵させてなる帯電ロールを前記像担持体の表面と対向さ
せて設け、この帯電ロールの表面に磁性キャリア若しく
は磁性キャリアと磁性トナーとの混合体からなりトナー
濃度５０重量％以下および磁性キャリアの平均粒径５０
μｍ以下とした帯電剤を吸着保持させて磁気ブラシを形
成し、この磁気ブラシが前記像担持体の表面を摺擦する
ように形成する、という技術的手段を採用した。

【００１１】本発明において、帯電剤のトナー濃度を１
０〜５０重量％とすることができる。また帯電剤中の磁
性キャリアの平均粒径を１０〜５０μｍとすることがで
きる。

【００１２】本発明において、帯電ロールを構成する永
久磁石部材は、外周面の軸方向に延びる複数個の磁極を
円周方向に配設して形成することができ、通常の永久磁
石材料により円柱状に形成し、若しくは軸部材の外周に
ブロック状の永久磁石を複数個配設して形成する。

【００１３】次に本発明における帯電剤を構成する磁性
キャリアの体積固有抵抗が１０¹⁰Ω・cmを超えると、像
担持体表面に対する帯電電位を所定の値に保持すること
ができず、帯電能力が不足するため不都合である。

【００１４】上記の磁性キャリアとしては、通常の二成
分系現像剤においてキャリアとして使用される鉄粉等の
金属粒子、フェライト粒子（Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｎ−Ｚｎ
系、Ｃｕ−Ｚｎ系等）およびマグネタイト粒子等を使用
できる。

【００１５】上記の磁性キャリアは、平均粒径１０〜５
０μｍに調製して使用するのが好ましい。なお例えば５
μｍ以下の微細粒子を造粒して、上記平均粒径に形成し
てもよい。また上記磁性粉体はそのまま使用することも
できるが、樹脂（フッ素樹脂、スチレン系樹脂、ポリエ
ステル樹脂、エポキシ樹脂、またはこれらの混合樹脂）
で被覆した後、カーボンブラック等の導電性粒子を添加
してもよい。更に上記磁性粉体と結着用樹脂とからなる
芯材の内部若しくは表面に導電性粒子を付着若しくは含
有させた所謂バインダ型に形成したものを使用してもよ
い。

【００１６】本発明において使用する帯電剤を構成する
摩擦帯電型の磁性トナーの平均粒径は５〜２０μｍ、好
ましくは６〜１６μｍに形成されるが、粒径が小である
と地カブリやトナー飛散が生じるため好ましくない。一
方粒径が大であると帯電性が低下するため不都合であ
る。

【００１７】このような磁性トナーは、フェライトやマ
グネタイト等の鉄、コバルト若しくはニッケル等の強磁
性を示す元素を含む化合物若しくは合金等からなる磁性
粉を含有する。なお上記磁性粉はトナー中に均一に分散
させるために、平均粒径を0.01〜３μｍに形成するのが
望ましい。含有量は１０〜７５重量％の範囲にあればよ
い。

【００１８】次に磁性トナーの体積固有抵抗が１０¹²Ω
・cm未満であると帯電性が低下するため好ましくない。
次に上記磁性トナーを構成する結着樹脂としては、下記
のようなものを使用することができる。

【００１９】まず次のような熱可塑性樹脂、すなわち、
スチレン類、ビニルエステル類、α−メチレン脂肪族モ
ノカルボン酸のエステル類、アクリロニトリル、メタク
リロニトリル、アクリルアミド、ビニルエーテル類、ビ
ニルケトン類、Ｎ−ビニル化合物等の単量体を重合させ
たホモポリマー、若しくは、これらの単量体を２種以上
組み合わせて共重合させたコポリマー、あるいはそれら
の混合物を使用できる。また、ビスフェノール型エポキ
シ樹脂、油変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、セル
ローズ樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の
非ビニル系熱可塑性樹脂等の非ビニル系樹脂、あるいは
それらと前記のようなビニル系樹脂との混合物を使用で
きる。

【００２０】また例えば次のような感圧性の樹脂、すな
わち、高級脂肪酸類、高級脂肪酸誘導体、高級脂肪酸ア
ミド類、ワックス類、ロジン誘導体、アルキッド樹脂、
エポキシ変性フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール
樹脂、アミノ樹脂、シリコン樹脂、ユリア樹脂、アルリ
ル酸またはメタクリル酸と長鎖アルキルメタクリレー
ト、長鎖アルキルアクリレートとの共重合オリゴマー、
ポリオレフィン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチ
レン・ビニルアルキルエーテル共重合体、無水マレイン
酸系共重合体等が挙げられる。

【００２１】これらの樹脂は、任意に選定し、また任意
に混合して使用できるが、トナーとした場合の流動性を
低下させないためには、ガラス転移点が４０℃を超える
樹脂、若しくは樹脂混合物が有効である。

【００２２】上記の磁性トナーは、例えば下記のように
して製造することができる。すなわち、まず原料を加熱
混練し、冷却固化後粉砕し、次に分級して所定粒度のト
ナー粒子を得る。

【００２３】

【作用】上記の構成により、コロナ放電に起因するオゾ
ン、ＮＯ_X等のガスの発生を皆無とすることができる。

【００２４】

【実施例】図１は本発明の実施例における画像形成装置
の例を示す要部断面説明図である。図１において１は像
担持体であり、例えばガラス等の透光性材料からなる支
持体２の表面に、透光性を有する導電性層３および透光
性を有する光半導体材料からなる感光層４を被着させ、
中空円筒状に形成すると共に、例えば時計方向に回転可
能に設ける。なお感光層４の表面に耐摩耗性材料からな
る保護層を設けてもよい。

【００２５】５は現像ロールであり、磁性現像剤６を収
容する現像剤槽７の端部に設けると共に、前記像担持体
１と対向させて設ける。現像ロール５は、表面に複数個
の磁極を設けてなる永久磁石部材８と、アルミニウム合
金等の非磁性材料により中空円筒状に形成したスリーブ
９とを同軸的に組合せて構成し、両者の相対的回転によ
り、磁性現像剤６を現像ロール５と像担持体１との間に
形成される記録領域１０に搬送し得るようにする。なお
現像ロール５を構成するスリーブ９は、バイアス電圧源
１１と電気的に接続する。

【００２６】次に１２は帯電ロールであり、帯電剤１３
を収容する帯電剤槽１４の端部に設けると共に、前記現
像ロール５の像担持体１の移動方向上流側に像担持体１
と間隙ｇ₂を介して対向させて設ける。帯電ロール１２
は前記現像ロール５と同様に、表面に複数個の磁極を設
けてなる永久磁石部材１５と、アルミニウム合金等の非
磁性材料により中空円筒状に形成したスリーブ１６とを
同軸的に組合わせて構成し、両者の相対的回転、両方若
しくは一方の回転により、帯電剤１３を像担持体１の表
面に搬送し得るようにする。

【００２７】１７はドクターブレードであり、帯電剤槽
１４の側端部にスリーブ１６と間隙ｇ₁を介して対向さ
せて設ける。なおこの間隙ｇ₁は、永久磁石部材１５の
磁力によりスリーブ１６上に吸着される帯電剤１３の厚
さｔより小に形成する。このように形成することによ
り、帯電剤１３に摩擦帯電による電荷が付与され、磁気
ブラシを形成して像担持体１の表面を一様に帯電させ得
る。

【００２８】２０は光信号照射手段であり、記録領域１
０の像担持体１の背面側に設け、原画と対応する光信号
を像担持体１に照射可能に設ける。２１は転写ロールで
あり、例えば銅若しくは銅合金のような導電性材料によ
って形成し、バイアス電圧源２２と電気的に接続すると
共に、像担持体１の表面に圧接回転可能に設ける。２４
は記録部材であり、像担持体１と転写ロール２１との間
を矢印方向に移動可能とし、その後段に設けられた定着
手段（図示せず）へ走行可能とする。

【００２９】また現像ロール５により磁性現像剤６を記
録領域１０に供給すると、磁性現像剤６は記録領域１０
において磁気ブラシを形成すると共に、この磁気ブラシ
は像担持体１の表面とある幅をもって摺接する。従って
像担持体１の表面に摩擦帯電による電荷若しくは電位を
付与することができる。

【００３０】一方原画と対応する光信号を光信号照射手
段２０を介して、像担持体１の背面から照射すると、像
担持体１の表面の光を照射されない部分と現像ロール５
との間には電位差がなく、光を照射された部分と現像ロ
ール５との間には電位差が生ずるので、その部分に磁性
現像剤６中のトナーが付着してトナー画像として現像さ
れる。次にこのトナー画像は像担持体１と転写ロール２
１との間を移動する記録部材２４上に転写され、更に定
着手段によって定着されるのである。

【００３１】上記のような画像形成手段において、帯電
剤１３を構成する磁性キャリアおよび磁性トナーについ
て検討した結果、帯電性を確保し、良好な画像形成が可
能であることが明らかになった。

【００３２】まず下記の原料配合により、磁性トナーお
よび磁性キャリアを作製した。磁性トナースチレン−ｎ−ブチルメタクリレート共重合体４４重量部（Ｍｎ＝1.6 ×１０⁴，Ｍｗ＝２１×１０⁴）マグネタイト５０重量部（戸田工業製ＥＰＴ５００）ポリプロピレン５重量部（三洋化成製ＴＰ−３２）負帯電性帯電制御剤１重量部（オリエント化学製ボントロンＥ−８１）上記配合の原料を、加熱ローラを有するニーダで３０分
間混練を行い、冷却、固化後、粉砕、分級を行って、平
均粒径１０μｍの負帯電性の磁性トナーとし、更に１２
０℃の熱気流中において、この磁性トナー１００重量部
に対して0.5 重量部の疎水性シリカ（日本アエロジル製
Ｒ９７２）を添加して磁性トナーの表面に均一に固定
した。この磁性トナーの体積固有抵抗は１０¹⁴Ω・cm、
摩擦帯電量は−１５μｃ／ｇであった。

【００３３】なお上記体積固有抵抗の値は、試料を適当
量（１０数mg）秤取し、ダイヤルゲージを改良した内径
3.05mmのテフロン（商品名）製シリンダ中に充填し、
0.1kgの荷重下、D.C.100V/cm の電場を印加して測定
し、抵抗値を算出した。抵抗の測定には横河ヒューレッ
トパッカード製４３２９型絶縁抵抗計を使用した。また
摩擦帯電量は、まずトナー濃度５重量％に調製した現像
剤をよく混合し、ブロー圧1.0kgf／cm² でトナーをブロ
ーし、これをブローオフ粉体帯電量測定器（東芝ケミカ
ル製ＴＢ−２００型）により測定した。

【００３４】磁性キャリア鉄粉１００重量部とシリコーン樹脂１重量部とを配合
し、流動床式コーティング装置により、１７０℃３０分
の熱処理を行ない、解砕後分級して平均粒径３０μｍの
樹脂被覆磁性キャリアを得た。この磁性キャリアの体積
固有抵抗は４×１０⁵Ω・cmであった。なお体積固有抵
抗の値は、前記磁性トナーと同様（但し、D.C.1000V/cm
の電場）にして測定したものである。

【００３５】上記磁性トナーと磁性キャリアとを混合
し、若しくは磁性キャリアのみからなる帯電剤を作製
し、帯電状態を評価した。まず像担持体１は、負帯電性
光半導体により直径４０mmに形成し、周速７５mm／秒と
した。帯電ロール１２は、ＳＵＳ３０４からなる外径２
０mmのスリーブ１６内に、８極着磁した永久磁石部材１
５を内蔵させ、スリーブ１６上の表面磁束密度を５５０
Ｇ、スリーブ１６に−４００Ｖのバイアス電圧を印加
し、スリーブ１６のみを回転させた。

【００３６】まずスリーブ１６の回転数を２００rpm と
し、間隙寸法をｇ₁＝ｇ₂＝１mmとして、帯電剤１３中
のトナー濃度を変化させて、像担持体１上の表面電位お
よび帯電剤１３の飛散量を測定した結果を表１に示す。
なお飛散量は初期から１０００枚後までの累計値であ
る。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１から明らかなように、No. １およびN
o. ６においては、連続して１０００枚分を帯電させた
後における像担持体１上の表面電位が、初期における−
３６０Ｖから大幅に低下し、各々−２５０Ｖおよび−２
００Ｖとなっている。またNo.１においては、帯電剤１
３の飛散量が特異的に大となっている。これに対してN
o. ２〜No. ５に示すものにおいては、１０００枚後の
像担持体１上の表面電位が何れも−３００Ｖ以上を示す
と共に、帯電剤１３の飛散量が小であることがわかる。
この結果から、帯電剤１３中のトナー濃度は１０〜５０
重量％とすることが好ましいと認められる。

【００３９】次に帯電剤１３のトナー濃度を２５重量％
とし、前記磁性キャリアの平均粒径を変化させた場合に
ついて、像担持体１上の表面電位を測定した結果を表２
に示す。その他の帯電条件は前記のものと同一である。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２から明らかなように、No. ２４におい
ては、初期における−３６０Ｖから−２５０Ｖに大幅に
低下し、帯電付与能力が劣化することが認められる。こ
れに対して、No. ２１〜No. ２３においては、連続１０
００枚帯電後においても、−３００Ｖ以上の表面電位に
帯電させ得ることがわかる。この結果から、帯電剤１３
を構成する磁性キャリアの平均粒径は、１０〜５０μｍ
とすることが好ましいと認められる。

【００４２】また帯電剤１３のトナー濃度を２５重量
％、磁性キャリアの平均粒径を３０μｍとした場合にお
いて、この磁性キャリアの体積固有抵抗調整用のシリコ
ーン樹脂の添加量（磁性キャリア１００部に対して）を
変化させたときの像担持体１上の表面電位を測定した結
果を表３に示す。その他の帯電条件は前記のものと同一
である。

【００４３】

【表３】

【００４４】表３から明らかなように、帯電剤１３を構
成する磁性キャリアの体積固有抵抗は、比較的高い領域
においても帯電付与能力が高い。但し、No. ３６におい
ては、初期においても像担持体１上の表面電位が低い値
を示すと共に、１０００枚後においては、その値が大幅
に低下している。これに対してNo. ３１〜No. ３５にお
いては、何れも初期において−３００Ｖ以上を示すと共
に、１０００枚後においても減少幅が小である。この結
果から、磁性キャリアの体積固有抵抗は１０¹⁰Ω・cm以
下とすることが好ましいと認められる。

【００４５】次に帯電剤１３のトナー濃度、スリーブ１
６の回転方向および回転数、ドクターブレード１７とス
リーブ１６との間隙ｇ₁、磁性キャリアの平均粒径と飛
散量との関係を調査した結果を表４に示す。表４におい
て、スリーブ回転方向は、像担持体１との対向部位にお
いて像担持体１と同一方向をＷ、逆方向をＡとした。表
４に特に規定する条件以外の帯電条件は、前記のものと
同一である。

【００４６】

【表４】

【００４７】表４から明らかなように、トナー濃度、ス
リーブ１６の回転方向および回転数、ドクターブレード
１７とスリーブ１６との間隙ｇ₁、ならびに磁性キャリ
アの平均粒径が変化しても、帯電剤１３の飛散量には大
きな差は認められない。但し、スリーブ１６の回転方向
はＡ、すなわち像担持体１との対向部位において像担持
体１と逆方向（図１においては時計方向）とすること、
および回転数２００rpm の方が好ましいと認められる。

【００４８】本実施例においては、像担持体１の背面か
ら露光させる画像形成装置について記述したが、本発明
の帯電装置はこれに限定されず、像担持体１の外周面に
露光させる通常の画像形成装置についても当然に適用可
能である。

【００４９】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、磁性帯電剤からなる磁気ブラシによって
像担持体を帯電させることができ、コロナ生成物の発生
が皆無であるという効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における画像形成装置の例を示
す要部断面説明図である。

【符号の説明】１像担持体５現像ロール１２帯電ロール２１転写ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者兒玉正東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社内 (72)発明者野末康雄東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社内 (72)発明者目黒好子東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体材料からなり移動可能に形成し
た像担持体と対向させて現像手段を設けてなる画像形成
装置に使用され前記像担持体の表面に電位を付与する帯
電装置において、現像手段の像担持体移動方向上流側に、非磁性材料によ
り中空円筒状に形成したスリーブ内に表面に複数個の磁
極を有する永久磁石部材を内蔵させてなる帯電ロールを
前記像担持体の表面と対向させて設け、この帯電ロール
の表面に磁性キャリア若しくは磁性キャリアと磁性トナ
ーとの混合体からなりトナー濃度５０重量％以下および
磁性キャリアの平均粒径５０μｍ以下とした帯電剤を吸
着保持させて磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシが前
記像担持体の表面を摺擦するように形成したことを特徴
とする帯電装置。
【請求項２】帯電剤のトナー濃度を１０〜５０重量％
としたことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】帯電剤中の磁性キャリアの平均粒径を１
０〜５０μｍとしたことを特徴とする請求項１若しくは
２記載の帯電装置。