JPH11194587A - 帯電装置、及びこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気ブラシを構成する磁性粒子が感光ドラム
に付着することを防止する。 【解決手段】 感光ドラム１表面に固定的に対向配置し
たスリーブ２１に回転可能なマグネットロール２２を内
包し、このマグネットロール２２によりスリーブ表面に
磁性粒子２３を担持して磁気ブラシ２を構成する。磁性
粒子２３を感光ドラム表面に接触させて帯電ニップ部Ｎ
を構成する。帯電ニップ部内の最下流部における磁気ブ
ラシ２の抵抗を、帯電ニップ部内の他の部分の磁気ブラ
シ２の抵抗よりも高く設定する。帯電ニップ部出口Ａ近
傍の磁性粒子２３はフロート状態に近くなって電荷が誘
起されにくくなり、感光ドラム上に帯電不良部分がある
場合や交流バイアスを重畳させる場合でも、帯電ニップ
部Ａ出口近傍の磁性粒子に静電気力が働かず、感光ドラ
ムへの磁性粒子の付着を少なくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、感光体表面に接触
させた接触帯電部材によって帯電を行う帯電装置、及び
これを備えた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子写真方式の複写機、レーザビ
ームプリンタとの画像形成装置に使用される帯電装置と
して、コロナ帯電器が使用されてきた。近年、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、低オゾン、低電力を目的としたものであり、この中
でも特に帯電部材として導電性の弾性ローラを用いたロ
ーラ帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましいと
されている。

【０００３】ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラ
（以下「帯電ローラ」という）を被帯電体としての感光
体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって
感光体の帯電を行う。

【０００４】ローラ帯電方式においては、帯電は、主に
帯電ローラから感光体への放電によって行われるため、
あるしきい値電圧以上の電圧を印加することによって帯
電が開始される。このしいき値電圧を帯電開始電圧Ｖ_th
と定義する。

【０００５】電子写真に必要とされる感光体表面電位Ｖ
_d を得るためには、帯電ローラには（Ｖ_d ＋Ｖ_th）とい
う、必要とされる以上のＤＣ電圧が必要となる。このよ
うにしてＤＣ電圧のみを帯電ローラに印加して帯電を行
う方法をＤＣ帯電方式というものとする。

【０００６】しかし、ＤＣ帯電方式においては環境変動
等によって帯電ローラの抵抗値が変動するため、また、
感光体が削られることによって感光層の膜厚が変化する
とＶ_thが変動するため、感光体の電位を所望の値にする
ことが難しかった。

【０００７】このため、さらなる帯電の均一化を図るた
めに、特開昭６３−１４９６６９号公報に開示されるよ
うに、所望のＶ_d に相当するＤＣ電圧に、（２×Ｖ_th）
以上のピーク間電圧を持つＡＣ電圧を重畳した重畳電圧
を、帯電ローラに印加するＡＣ帯電方式が用いられる。
これは、ＡＣによる電位のならし効果を目的としたもの
であり、感光体の電位はＡＣ電圧のピークの中央である
Ｖ_d に収束し、環境等の外乱には影響されることはな
い。

【０００８】ところが、上述のような接触帯電装置にお
いても、その本質的な帯電機構は、帯電部材から感光体
への放電現象を用いているため、先に述べたように帯電
に必要とされる電圧は感光体表面電位以上の値が必要と
され、また、微量ながらオゾンの発生もある。さらに、
帯電均一化のためにＡＣ帯電を行った場合にはさらなる
オゾン量の発生、ＡＣ電圧の電界による帯電部材と感光
体の振動、騒音（以下「ＡＣ帯電音」という）の発生、
また、放電による感光体表面の劣化等が顕著になり、新
たな問題となっていた。

【０００９】そこで新たな帯電方式として、感光体への
電荷の直接注入による帯電方式が、特開平０６−００３
９２１号公報等に開示されている。この直接注入方式
は、帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電磁気ブラシ等の接触
帯電部材に電圧を印加し、表面に注入層を設けた感光体
上のフロート電極に電荷を注入して接触注入帯電を行う
方法である。この帯電方式では、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感光体表面電位
分のみのＤＣ電圧であり、オゾンの発生もない。さら
に、ＡＣ電圧を印加しないので、帯電音の発生もなく、
ローラ帯電方式と比べると、より低オゾン、低電圧の優
れた帯電方式である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
磁気ブラシを使用した直接注入方式によると、帯電バイ
アスまで十分に感光ドラム表面が帯電されず、感光体表
面に部分的に電位が載っていない部分が残ったり、帯電
バイアスに交流バイアスを重畳したときには、磁性粒子
と感光体との間の電位差により、磁性粒子に電極から誘
起された電荷が静電気力を受けるため、帯電ニップ部出
口近傍の磁性粒子が感光体上に付着するといった問題が
生じる。

【００１１】磁気ブラシの場合、スリーブ又はマグネッ
トロールの表面は一様に導電性であるため、１本の帯電
部材にあるバイアスを印加した場合は帯電部材全体がそ
のバイアス電位と等しくなってしまい、感光体表面に帯
電不良部分があったときに帯電ニップ部出口の磁性粒子
に電気的な力を生じさせないようにするのは困難であっ
た。

【００１２】また、帯電接触部材として、回転可能な導
電スリーブと、これに内包される固定マグネットロール
及びスリーブ上に磁気力により磁性粒子を拘束すること
によって構成される磁気ブラシを用いた場合、感光体と
磁性粒子との摺擦力により感光体削れが問題となってい
た。

【００１３】そこで、本発明では、感光体表面に帯電不
良があったり、交流バイアスを重畳したりする場合にお
いても、感光体への磁性粒子の付着を少なくし、かつ感
光体削れを押えるようにした帯電装置、及びこれを備え
た画像形成装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの、請求項１に係る帯電装置は、移動可能な感光体表
面に接触させた接触帯電部材を介して前記感光体表面を
帯電する帯電装置において、前記感光体表面に対向して
非接触状態で固定的に配置されたスリーブと、該スリー
ブに内包された回転可能なマグネットロールと、該マグ
ネットロールにより前記スリーブ表面に担持されて前記
感光体表面に接触し、該感光体表面との間に前記帯電ニ
ップ部を構成する磁性粒子と、を有する磁気ブラシを構
成し、前記感光体表面の移動方向に沿っての前記帯電ニ
ップ部内の最下流部の前記磁気ブラシの抵抗を、前記帯
電ニップ部内の他の部分の前記磁気ブラシの抵抗よりも
高く設定する、ことを特徴とする。

【００１５】請求項２に係る帯電装置において、前記磁
気ブラシは、前記感光体に対して周速差をもって移動す
る、ことを特徴とする。

【００１６】請求項３に係る帯電装置は、前記磁性粒子
が、硬強磁性粒子である、ことを特徴とする。

【００１７】請求項４に係る帯電装置は、前記磁性粒子
が、着磁されている、ことを特徴とする。

【００１８】請求項５に係る画像形成装置は、表面に電
荷注入層を有する感光体と、該感光体表面を帯電する請
求項１、２、３、又は４記載の帯電装置と、帯電後の前
記感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段
と、前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像として
現像する現像装置と、前記感光体上のトナー像を記録材
上に転写する転写装置と、転写後のトナー像を前記記録
材上に定着させる定着装置、とを備える、ことを特徴と
する。

【００１９】〔作用〕以上構成に基づく主な作用（請求
項１に対向する作用）は次のとおりである。

【００２０】１本の磁気ブラシに対して帯電ニップ部近
傍に、磁性粒子の付着が発生するような電界を生じさせ
ないようにすることが可能となるので、帯電ニップ部近
傍の磁性粒子には、感光体上に帯電不良があったり、帯
電バイアスに交流バイアスが重畳されていたりした場合
でも、静電気力が作用しにくくなり、感光体への磁性粒
子の付着を抑えることができる。また、スリーブ固定・
マグネットロール回転系の磁気ブラシは、スリーブ回転
・マグネットロール固定系の磁気ブラシと比べて、磁性
粒子の穂が、感光体にソフトに接触するので感光体削れ
が少なくなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面に沿って、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２２】〈実施の形態１〉図２に、本発明に係る帯
電装置が装着された画像形成装置の概略構成を示す。な
お、同図に示す画像形成装置は、電子写真プロセスを利
用したレーザビームプリンタである。

【００２３】同図に示す画像形成装置は、像担持体とし
ての回転ドラム型の電子写真感光体（以下「感光ドラ
ム」という）を備えている。本実施の形態では、直径３
０mmのＯＰＣ（有機光半導体）感光体であり、矢印Ｒ１
方向に１００mm／sec のプロセススピード（周速度）を
もって回転駆動される。なお、感光ドラム１については
後に詳述する。

【００２４】感光ドラム１は、その表面に当接された接
触帯電部材としての磁気ブラシ２によって帯電される。
なお、磁気ブラシ２については後にさらに詳述する。

【００２５】帯電後の感光ドラム１表面は、レーザダイ
オード、ポリゴンミラー等を有するレーザビームスキャ
ナ（不図示）から出力される目的の画像情報の時系列電
気デジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザビ
ームによる走査露光Ｌがなされ、目的の画像情報に対応
した静電潜像が形成される。この静電潜像は、絶縁性の
ネガトナーを用いた反転現像方式の現像装置３によりト
ナーが付着されてトナー像として現像される。現像装置
３は、マグネット３ｂとこれを内包する直径１６mmの非
磁性の現像スリーブ３ａを有しており、この現像スリー
ブ３ａに上述のネガトナーをコートし、感光ドラム表面
との距離を３００μｍに固定した状態で、感光ドラム表
面と周速度が等しくなるように回転させ、現像スリーブ
３ａに現像バイアス印加電源Ｓ２から現像バイアス電圧
を印加する。この現像バイアス電圧は、−５００ＶのＤ
Ｃ電圧と、周波数１８００Hz、ピーク間電圧１６００Ｖ
の矩形のＡＣ電圧とを重畳したものを用い、現像スリー
ブ３ａと感光ドラム１との間でジャンピング現像を行わ
せるものである。

【００２６】一方、給紙部（不図示）から記録材として
の転写材Ｐが供給されて、感光ドラム１と、これに所定
の押圧力で当接された、接触転写手段としての中抵抗の
転写ローラ４との転写ニップ部（圧接部）Ｔに所定のタ
イミングにて導入される。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。本実施の形態では、定着ローラ４のローラ抵抗値は
５×１０⁸ Ωのものを用い、＋２０００ＶのＤＣ電圧を
印加して転写を行った。

【００２７】転写ニップ部Ｔに導入された転写材Ｐは、
転写ニップ部Ｔにて挟持搬送され、表面側に、感光ドラ
ム表面に形成担持されているトナー像が順次に静電気力
と押圧力にて転写されていく。

【００２８】トナー像の転写を受けた転写材Ｐは、感光
ドラム表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、ここで加熱加圧されてトナー像の定着を受
け、画像形成物（プリント）として装置外へ排出され
る。

【００２９】一方、トナー像転写後の感光ドラム１は、
転写材に転写されないで表面に残った転写残トナー等の
付着汚染物がクリーニング装置６によって除去され、次
の画像形成に供される。

【００３０】本実施の形態における画像形成装置は、感
光ドラム１、磁気ブラシ（接触帯電部材）２、現像装置
３、クリーニング装置６の４個のプロセス機器をカート
リッジに一体的に組み込んで構成されたプロセスカート
リッジ１０が使用されている。プロセスカートリッジ１
０は、画像形成装置本体に対して、着脱交換自在に装着
される。なお、本発明は、上述のプロセスカートリッジ
１０を使用する画像形成装置に限らず、プロセスカート
リッジ１０を使用しない画像形成装置に対しても適用す
ることができるのはもちろんである。

【００３１】次に本実施の形態で用いた感光ドラム１に
ついて詳述する。

【００３２】感光ドラム１は、負帯電のＯＰＣ感光体で
あり、直径３０mmのアルミニウム製のドラム基体の表面
に、内側から外側に順に第１層〜第５層の機能層を設け
て構成されている。

【００３３】第１層は、下引き層であり、アルミニウム
製のドラム基体の欠陥等をならすため、またレーザ露光
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。

【００３４】第２層は、正電荷注入防止層であり、ドラ
ム基体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ことを防止する役割を果たすもの
であり、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによ
って１０⁶ Ω・cm程度に抵抗調整された厚さ約１μｍの
中抵抗層である。

【００３５】第３層は、電荷発生層であり、ジスアゾ系
の顔料を樹脂に分散させた厚さ約０．３μｍの層であ
り、レーザ露光を受けることによって正負の電荷対を発
生する。

【００３６】第４層は、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させたものであり、Ｐ型
半導体である。したがって、感光ドラム表面に帯電され
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ドラム表面に輸送すること
ができる。

【００３７】第５層は、電荷注入層であり、光硬化性の
アクリル樹脂にＳｎＯ₂ 超微粒子を分散させたものであ
る。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ＳｎＯ₂ 粒子を樹脂に対して
７０ｗｔ％分散させたものである。また、テフロンを２
６％分散させ滑りをよくすることでキャリヤを動きやす
くしている。

【００３８】ここで、本発明に用いる感光ドラム１とし
ては、通常用いられる有機感光体等を用いることができ
るが、望ましくは、有機感光体上にその抵抗が１０⁹ 〜
１０¹⁴Ω・cmの材質を有する表面層を持つものや、アモ
ルファスシリコン感光体などを用いると、電荷注入帯電
を実現でき、オゾン発生の防止、及び消費電力の低減に
効果がある。また、帯電性についても向上させることが
可能となる。

【００３９】ここで、表面層の体積抵抗は、２枚の金属
の電極を２００μｍの間隔で対向配置し、その間に表面
層の調合液を流入させて成膜させ、電極間に１００Ｖの
電圧を印加して測定した値である。測定は温度２３℃、
相対湿度５０％の条件下で測定した値である。

【００４０】図１（ａ）、（ｂ）に、本実施の形態で用
いた帯電器としての磁気ブラシ２の縦断面図を示す。な
お、（ａ）は長手方向に沿った縦断面図、（ｂ）は長手
方向に直角な方向の縦断面図である。

【００４１】磁気ブラシ２は、非磁性のスリーブ２１
に、これに内包されるマグネットロール２２、スリーブ
２１表面に担持される磁性粒子（キャリヤ）２３によっ
て構成され、スリーブ２１は固定、マグネットロール２
２は帯電ニップ部Ｎにおける回転方向が感光ドラム表面
の回転方向と同じになる方向（矢印方向）に回転する。

【００４２】ここで、スリーブ２１は直径が１６mm、長
手方向の長さが２３０mmである。スリーブ表面には感光
ドラム表面の最近接位置から、感光ドラム１の回転方向
に沿っての上流側に６mm、下流側に１mmの区間に導電部
分２４を設けてあり、この部分以外のスリーブ２１は絶
縁性である。導電部分２４は、スリーブ２１の長手方向
の全長にわたって帯状に設けられている。このようにし
て、帯電ニップ部出口Ａにおけるスリーブ最近接位置Ｂ
にはバイアスが直接印加されないようにする。なお、ス
リーブ２１上の導電部分２４の幅や帯電ニップ部Ｎにお
ける絶縁部分の幅はこれに限るものではなく、磁性粒子
２３の抵抗やプロセススピード等により最適化する必要
がある。

【００４３】また、スリーブ表面の磁極位置での磁束密
度は０．１Ｔ（テスラ）であった。磁束密度としては磁
性粒子２３に対する磁気拘束力を考慮すると０．０３Ｔ
以上が好ましい。

【００４４】本実施の形態で用いた磁性粒子２３は、平
均粒径４０μｍ及び２０μｍ、保持力約２０００Ｏｅ、
残留磁荷２８．７ｅｍｕ／ｇの硬強磁性粒子を使用して
いる。さらに、この磁性粒子を約８ｋＯｅの磁場の強さ
で着磁して用いた。

【００４５】スリーブ２１の表面から感光ドラム１の表
面までのギャップはスリーブ２１の長手方向の両端部に
コロ（不図示）を装着することで５００μｍに保持され
ている。スリーブ上の磁性粒子２３の量は２０ｇであ
る。

【００４６】スリーブ上の磁性粒子２３はマグネットロ
ール２２の回転方向と逆方向にスリーブ上を移動する。
したがって、本実施の形態では、帯電ニップ部Ｎにおい
て磁性粒子２３は感光ドラム表面の移動方向に対して、
逆方向に移動することになる。ここで、マグネットロー
ル２２は、感光ドラム１の移動速度に対して２５０％の
速度で回転している。

【００４７】この磁気ブラシ２に帯電バイアス印加電源
Ｓ１からＤＣ−７００Ｖの電圧を印加し、画出しを１０
００枚行った。図３は、導電スリーブ（従来のスリー
ブ）と本実施の形態のスリーブ（本実施例のスリーブ）
とを用いたときの磁性粒子の付着量を、磁性粒子２３の
粒径、抵抗を変化させて比較した結果を示す図である。
同図から、本実施の形態のスリーブ２１を用いた場合
は、導電スリーブを用いた場合に比べ、感光ドラム１へ
の磁性粒子２３の付着をかなり抑えることができるとい
うことがわかる。また、小粒径磁性粒子及び低抵抗粒子
に対しても効果が認められる。

【００４８】次に、図４に、帯電バイアスを、ＤＣ−７
００Ｖ、ＡＣ１ｋHz、ピーク間電圧Ｖ_PP＝７００Ｖにし
て、１０００枚画出しした場合の磁性粒子２３付着量を
示す。

【００４９】これより、本実施の形態で用いた磁気ブラ
シ２は、帯電バイアスに交流バイアスを重畳したときで
も、感光ドラム１への磁性粒子２３の付着を抑えるのに
絶大な効果があることが確認できた。

【００５０】図５に、従来の、マグネットロール固定・
スリーブ回転系の磁気ブラシ、及び本実施の形態の磁気
ブラシ２を用いて５万枚画出しした場合の感光ドラム削
れ量（感光体削れ量）を示す。このように、本実施の形
態の磁気ブラシ２を用いることで削れを抑えられること
がわかる。

【００５１】従来は、スリーブ表面又はマグネットロー
ル表面が一様に導電であったため、帯電ニップ部出口の
磁性粒子の電位と感光ドラム表面の電位とに電位差が生
じたときや帯電バイアスに交流バイアスを重畳したよう
なときは、感光ドラムへの磁性粒子の付着が起こり、磁
性粒子の減少による帯電不良などの問題が発生してい
た。しかし、本実施の形態のような構成をとることによ
り、帯電ニップ部出口の磁性粒子２３はフロート状態に
近くなるため、感光ドラム表面への静電的な力が働か
ず、これに起因する付着を抑えられるようになった。

【００５２】また、従来は静電気的な付着がしやすいた
めに用いることが困難であった小粒径磁性粒子や低抵抗
磁性粒子の使用が可能となった。

【００５３】さらに、ドラム削れに関しても効果がある
ことがわかった。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
磁気ブラシの帯電ニップ部内における最下流部の抵抗
を、磁気ブラシの帯電ニップ部内における他の部分の抵
抗よりも高く設定することにより、帯電ニップ部出口近
傍の磁性粒子はフロート状態に近くなって電荷が誘起さ
れにくくなるので、感光体上に帯電不良部分があった
り、帯電バイアスに交流バイアスを重畳させたり下場合
でも、帯電ニップ部出口近傍の磁性粒子に静電気力が働
かず、したがって、感光体への磁性粒子の付着を抑える
ことができる。

【００５５】また、従来は電気的な付着がしやすいため
に用いることが困難であった小粒径磁性粒子や低抵抗磁
性粒子の使用が可能となった。

【００５６】さらに感光体削れを抑えることも可能であ
る。

【００５７】以上により、画像形成装置においては、磁
性粒子付着や帯電ムラの少ない安定した画像を長期にわ
たり得ることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る磁気ブラシの概略構成を
示す長手方向に沿った縦断面図。（ｂ）は本発明に係る
磁気ブラシの概略構成を示す長手方向に直角な縦断面
図。

【図２】本発明に係る画像形成装置概略構成を示す縦断
面図。

【図３】磁性粒子の粒径、抵抗を変化させたときの磁性
粒子の付着量を、導電スリーブ（従来のスリーブ）と本
発明のスリーブ（本実施例のスリーブ）とで比較した
図。

【図４】直流と交流とを重畳させた帯電バイアスを導電
スリーブ（従来のスリーブ）と本発明のスリーブ（本実
施例のスリーブ）とに印加した場合の、付着量を比較す
る図。

【図５】従来の導電スリーブと本発明（実施例）のスリ
ーブとのドラム削れを比較する図。

【符号の説明】

１ 感光ドラム１（感光ドラム） ２ 接触帯電部材（磁気ブラシ） ３ 現像装置 ４ 転写装置（転写ローラ） ５ 定着装置 ６ クリーニング装置 ２１ スリーブ ２２ マグネットロール２２ ２３ 磁性粒子（キャリヤ） ２４ 導電部分 Ａ 帯電ニップ部出口 Ｎ 帯電ニップ部 Ｐ 記録材 Ｓ１ 帯電バイアス印加電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動可能な感光体表面に接触させた接触
   帯電部材を介して前記感光体表面を帯電する帯電装置に
   おいて、 前記感光体表面に対向して非接触状態で固定的に配置さ
   れたスリーブと、 該スリーブに内包された回転可能なマグネットロール
   と、 該マグネットロールにより前記スリーブ表面に担持され
   て前記感光体表面に接触し、該感光体表面との間に前記
   帯電ニップ部を構成する磁性粒子と、を有する磁気ブラ
   シを構成し、 前記感光体表面の移動方向に沿っての前記帯電ニップ部
   内の最下流部の前記磁気ブラシの抵抗を、前記帯電ニッ
   プ部内の他の部分の前記磁気ブラシの抵抗よりも高く設
   定する、 ことを特徴とする帯電装置。
2. 【請求項２】 前記磁気ブラシは、前記感光体に対して
   周速差をもって移動する、 ことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
3. 【請求項３】 前記磁性粒子が、硬強磁性粒子である、 ことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
4. 【請求項４】 前記磁性粒子が、着磁されている、 ことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
5. 【請求項５】 表面に電荷注入層を有する感光体と、 該感光体表面を帯電する請求項１、２、３、又は４記載
   の帯電装置と、 帯電後の前記感光体表面を露光して静電潜像を形成する
   露光手段と、 前記静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像
   する現像装置と、 前記感光体上のトナー像を記録材上に転写する転写装置
   と、 転写後のトナー像を前記記録材上に定着させる定着装
   置、とを備える、 ことを特徴とする画像形成装置。