JP2002132017A - 帯電装置及び該帯電装置を用いた画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】帯電性能の向上と粒子脱落の弊害解消を両立さ
せることができる、粒子帯電タイプの接触帯電装置を提
供する。 【解決手段】粒径が１０μｍ〜１０ｎｍである導電粒子
を主成分とする帯電粒子ｍと、導電性と弾性を有した表
面を備え、前記帯電粒子ｍを担持する帯電粒子担持体に
より構成された帯電部材２Ａを被帯電体１に当接させる
ことで担持の帯電粒子ｍを被帯電体１に接触させて被帯
電体表面を帯電する帯電装置２において、前記帯電粒子
担持体２Ａ上に担持した帯電粒子ｍの抵抗が１０¹²から
１０^-1Ω・ｃｍであり、該粒子ｍの担持量を該帯電粒子
担持体表面粗さRa μmで序した値が０．００５から１
ｍｇ／ｃｍ²／μmであることを特徴とする帯電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被帯電体を帯電す
る帯電装置に関する。より詳しくは、被帯電体に帯電部
材を接触させて被帯電体表面を帯電する接触タイプの帯
電装置（接触帯電装置）に関する。

【０００２】また該帯電装置を像担持体の帯電処理手投
として使用した、複写機やプリンタ等の画像記録装置
（画像形成装置）に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、接触帯電装置は、像担持体等の被
帯電体に、ローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、
磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材（接触
帯電部材・接触帯電器）を接触させ、この接触帯電部材
に所定の帯電バイアスを印加して被帯電体面を所定の極
性・電位に帯電させるものである。

【０００４】これらの帯電装置を接触帯電装置と一括り
に表現しているが、その帯電機構（帯電のメカニズム、
帯電原理）の観点では個々の装置は大きく異なってい
る。接触帯電の帯電機構には、．放電帯電機構と、
．直接注入帯電機構が存在する。いずれの帯電機構に
よる帯電装置であるかにより帯電装置の特徴も決まって
くる。放電帯電機構と直接注入帯電機構の各々の原理と
その特徴を述べる。

【０００５】．放電帯電機構 接触帯電部材と被帯電体との隙間に生じる放電現象によ
る放電生成物で被帯電体表面が帯電する機構である。

【０００６】放電帯電系は接触帯電部材と被帯電体に一
定の放電しきい値を有するため、図７のＡ（従来のロー
ラ帯電装置）に示すように被帯電体電位より大きな電圧
を接触帯電部材に印加する必要がある。また、コロナ帯
電器に比べれば発生量は格段に少ないが、原理的に放電
生成物を生じる。

【０００７】放電による接触帯電部材として導電ローラ
（帯電ローラ）を用いたローラ帯電方式（ローラ帯電装
置）が放電の安定性という点で好ましく、広く用いられ
ている。この放電用帯電ローラは、導電あるいは中抵抗
のゴム材あるいは発泡体を基層としてローラ状に形成し
た上に、表面を高抵抗層で多い作成される。この構成に
おいて、放電現象はローラと被帯電体の接触部から少し
離れた数十μｍの隙間で起きる。従って、放電現象を安
定化するために、ローラ表層は平坦で表面の平均粗さＲ
ａでサブμｍ以下であり、ローラ硬度も高い表面を有し
ている。

【０００８】また、放電によるローラ帯電は印加電圧が
高く、ピンホール（被帯電体膜の損傷による基盤の露
出）があると、その周辺にまで電圧降下が及び帯電不良
を生じる。従って、表層の表面抵抗は１０¹¹Ω□以上に
することで電圧降下を防止している。

【０００９】．直接注入帯電機構 直接注入帯電とは、接触帯電部材と被帯電体との分子レ
ベルでの接触により、直接に電荷の授受をすることによ
り被帯電体表面を帯電（充電）する帯電機構である。直
接帯電あるいは注入帯電とも称される。

【００１０】本帯電機構においては、接触帯電部材と被
帯電体の電位差は数Ｖ〜数十Ｖ程度である。その帯電特
性を図７のＢ（磁気ブラシ帯電装置）に示す。帯電電位
は印加電圧と等しく、放電を生じる電圧差もない。ま
た、帯電に必要な電圧は低く抑えられる。

【００１１】上記のように帯電の機構として、この直接
帯電系はイオンの発生を伴わないため放電生成物による
弊害は生じない。つまり、環境安全、部材劣化、低電力
の点で優れた帯電方式である。

【００１２】次に直接注入帯電機構による帯電装置につ
いて記述する。

【００１３】直接帯電機構において、帯電性能を決める
重要なファクターとなるのが接触帯電部材と被帯電体と
の接触性である。ここで言う接触性とは、被帯電体が帯
電装置を通過する間にいかに多くの面に接触帯電部材が
ミクロ的に接触できるかという性能を意味している。そ
のために、接触帯電部材には緻密な表面構造と柔軟に接
触できる弾性を兼ね備えた表面が要求される。

【００１４】直接注入帯電装置に用いる接触帯電部材の
形態としては、放電用帯電ローラ等による試みも行われ
てきたが、放電用帯電ローラでは直接注入帯電は不可能
であった。前述のような高硬度で平滑な表面構造では外
観上被帯電体と密着しているように見えるが、電荷注入
に必要な分子レベルでのミクロな接触性という意味では
ほとんど接触していないからである。

【００１５】現在、提案されている直接注入帯電方式と
しては、磁気ブラシを用いた粒子帯電がある。

【００１６】．粒子帯電 接触密度の向上を考えると、導電粒子を使った帯電方式
（粒子帯電）が有利である。この時用いる導電粒子を
「帯電粒子」と称する。帯電粒子の例としては導電磁性
粒子が挙げられ、マグネットにより磁気ブラシ帯電部材
を形成した例が提案されている。

【００１７】図８は磁気ブラシ帯電装置１００の一例の
概略構成模型図である。１２０は磁気ブラシ帯電部材で
あり、固定支持させたマグネットロール１２２と、この
マグネットロール１２２の外回りに同心に回転自由に外
嵌させた非磁性・導電性の帯電スリーブ１２１と、この
帯電スリーブ１２１の外周面に帯電スリーブ内部のマグ
ネットロール１２２の磁力により吸着保持させて形成さ
せた導電磁性粒子Ｃの磁気ブラシ層（磁気ブラシ部）１
２４からなる。１２３はケーシングであり、上記の磁気
ブラシ帯電部材１２０を組付けてあるとともに、適当量
の導電磁性粒子Ｃを収容貯留させてある。１２５はケー
シング１２３に設けた磁気ブラシ層厚規制ブレードであ
る。

【００１８】１は被帯電体であり、本例では矢印の時計
方向に回転駆動される電子写真感光ドラムである。上記
の磁気ブラシ帯電装置は磁気ブラシ帯電部材１２０の磁
気ブラシ層１２４を被帯電体である感光ドラム１に所定
幅で接触させて配設してある。ｎはその接触部である帯
電接触部（帯電ニップ部）である。

【００１９】帯電スリーブ１２１は、より具体的には、
表面の平均粗さＲａ１．２μｍ、外径１６ｍｍ、長さほ
ぼ２２０ｍｍの非磁性・導電性スリーブである。

【００２０】マグネットロール１２２は帯電スリーブ表
面上で半径方向の磁束密度のピークが８００Ｇを発生す
る磁極Ｎ１・Ｎ２・Ｓ１・Ｓ２を４極有するものを使用
し、感光ドラム１側に一つの磁極Ｎ１が向くようにマグ
ネットロール１２２を固定支持させた。

【００２１】磁気ブラシ層１２４を構成させる帯電粒子
である導電磁性粒子Ｃとしては、フェライト、マグネタ
イトなど磁性金属粒子や、これらの磁性粒子を樹脂で結
着したものが用いられている。抵抗値は１×１０⁶〜１
０⁹Ωｃｍのものが用いられる。粒径については１０〜
５０μｍが用いられる。

【００２２】帯電スリーブ１２１は感光ドラム１と同じ
矢印の時計方向に回転駆動される。磁気ブラシ層１２４
は帯電スリーブ１２１と一緒に時計方向に回転搬送さ
れ、ブレード１２５で所定の層厚に規制され、その層厚
規制された磁気ブラシ層１２４が感光ドラム１に接触し
て帯電接触部ｎにて感光ドラム面を摺擦する。帯電接触
部ｎを通り抜けた磁気ブラシ層１２４は引き続く帯電ス
リーブ１２１回転でケーシング１２３内の導電磁性粒子
溜まり部に戻し搬送されて、循環的に搬送使用される。

【００２３】帯電スリーブ１２１には帯電バイアス印加
電源Ｓ１より所定の帯電バイアスが印加され、感光ドラ
ム１面は帯電接触部ｎにおいて磁気ブラシ層１２４によ
る摺擦と、印加帯電バイアスにより直接注入帯電機構で
所定の極性・電位に一様に帯電処理される。

【００２４】上記の構成において、磁気ブラシ層１２４
の導電磁性粒子の接触密度を考えてみる。導電磁性粒子
の外径が３０μｍ前後の場合、接触密度としては１０³
ｐｏｉｎｔ／ｍｍ²が得られる。従って、図７のＢに示
す良好な帯電特性を示す。

【００２５】また、このときの導電磁性粒子の保持量は
数百ｍｇ／ｃｍ²が必要であり、磁力で保持された０．
５〜１ｍｍの粒子層を形成する。注入帯電において接触
帯電部材は被帯電体に対して柔軟に且つ緻密に接触する
ことが要求されるが、磁気ブラシ帯電部材１２０におい
ては導電磁性粒子を磁気拘束する必要から粒子担持体と
しての帯電スリーブ１２１は剛体を使う必要がある。従
って、接触帯電部材の柔軟性は導電磁性粒子の磁気ブラ
シ層に具備させることを必要とするため、磁気ブラシ層
は一定の厚さ、導電磁性粒子担持量を必要とする。

【００２６】また、粒子帯電はトナーリサイクルシステ
ムに適している。即ち、トナーリサイクルプロセスと
は、転写方式の画像記録装置において廃トナー（転写残
トナー）を再度画像形成に使うことにより、トナーを有
効活用するとともに、クリーナ容器スペースをなくして
装置の小型化を実現する、優れた構成である。

【００２７】転写残トナーを接触帯電部材に一度取り込
み再利用できる状態（本来のトナーの電荷量）にして像
担持体を介して現像装置に戻すことにより再度現像に使
う、あるいは、不要なら回収することにより、トナーリ
サイクルが可能となっている。ここで用いる帯電装置に
は、像担持体を帯電することのほかに、転写残トナーの
回収とトナーの再帯電が必要になる。

【００２８】以上のような観点から磁気ブラシのトナー
リサイクル適正について考えてみる。磁気ブラシはそれ
自身が粒子により構成され自由度をもって動けること
と、比表面積が大きいという特徴を持つ。従って、磁気
ブラシにおいては、転写残トナーを像担持体上から回収
する、更に取り込んだトナーの電荷を適正にするなど、
トナーリサイクルには必須となる機能を有利に実現する
ことが可能となる。

【００２９】上記のように磁気ブラシ帯電装置は優れた
帯電装置であるが、更なるトナーリサイクル性能の向上
が求められており、そのために、帯電粒子の小粒径化が
望まれている。より緻密で柔軟な接触帯電部材を構成す
ることが理想である。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
磁気ブラシによる粒子帯電では、帯電粒子である導電磁
性粒子のサイズを単に下げると（１０μｍ以下）、磁性
粒子の磁気保持力が低下するため磁気ブラシからの磁性
粒子の脱落という問題が生じる。一定の粒子担持量を必
要とする磁気ブラシ帯電部材においては、帯電粒子であ
る磁性粒子の脱落の問題が生じた場合その弊害は大き
い。磁気ブラシから脱落して像担持体に付着した磁性粒
子は、現像バイアスのリークや現像不良を生じ、更に紙
に転写してカブリとなり、様々な画像不良を生じる。単
に磁性粒子を補給すればいいと言う問題ではない。

【００３１】以上のように、従来の磁気ブラシ帯電にお
いては、接触密度向上に限界がある。この問題に対し、
本発明者らは、磁力による粒子保持から脱却し、物質間
の付着力を積極的に利用する観点から粒子帯電の見直し
を行った。

【００３２】その結果、粒子の小径化と担持量の最適化
が重要であり、帯電性能の向上と粒子脱落の弊害解消を
両立させることができる、粒子帯電タイプの帯電装置を
開発した。本発明はこれを提供することを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする帯電装置及び該帯電装置を用いた画像記録装置
である。

【００３４】（１）粒径が１０μｍ〜１０ｎｍである導
電粒子を主成分とする帯電粒子と、導電性と弾性を有し
た表面を備え、前記帯電粒子を担持する帯電粒子担持体
により構成された帯電部材を被帯電体に当接させること
で担持の帯電粒子を被帯電体に接触させて被帯電体表面
を帯電する帯電装置において、前記帯電粒子担持体上に
担持した帯電粒子の抵抗が１０¹²から１０^-1Ω・ｃｍで
あり、該粒子の担持量を該帯電粒子担持体表面粗さRa
μmで除した値が０．００５から1ｍｇ／ｃｍ²／μｍで
あることを特徴とする帯電装置。

【００３５】すなわち、帯電粒子の粒径を小さくするこ
とにより、該帯電粒子を帯電部材の帯電粒子担持体上に
高密度に保持でき帯電性能を向上することが可能とな
る。また帯電粒子が被帯電体へ脱落した場合もその影響
を抑えることができる。加えて、帯電粒子の担持量を担
持体表面粗さに対し一定範囲内に調節することにより、
帯電性能の確保と脱落量の低減を両立する。

【００３６】（２）前記帯電粒子担持体上を被覆してい
る帯電粒子の割合を被覆率Ｒｃとした場合、１≧Ｒｃ≧
０．２であることを特徴とする（１）に記載の帯電装
置。

【００３７】すなわち、帯電粒子の被覆率を一定範囲に
調節することにより、帯電粒子以外の混入に対しても安
定した接触帯電部材を構成可能である。

【００３８】（３）前記帯電粒子担持体の表面抵抗が１
０⁴から１０¹⁰Ω□であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の帯電装置。

【００３９】すなわち、担持体表面抵抗を適正範囲にす
ることにより、被帯電体のピンホールに対する耐圧特性
と、粒子の保持能に有利な構成をとる。

【００４０】（４）前記帯電粒子担持体は多孔体表面を
有する弾性体であることを特徴とする（１）から（３）
の何れか１つに記載の帯電装置。

【００４１】すなわち、帯電粒子担持体には多孔体表面
を持たせることが有利であり、セル内に帯電粒子を確実
に保持することが可能になる。

【００４２】（５）前記帯電部材は前記被帯電体に速度
差を持って接触することを特徴とする（１）から（４）
の何れか１つに記載の帯電装置。

【００４３】すなわち、帯電部材と被帯電体との接触性
が向上して安定して帯電することが可能となる。

【００４４】（６）前記帯電粒子担持体表面に抵抗が１
０¹²から１０^-1Ω・ｃｍである帯電粒子を供給する帯電
粒子供給手段を有することを特徴とする（１）から
（５）の何れか１つに記載の帯電装置。

【００４５】すなわち、帯電粒子を帯電粒子担持体表面
に適量塗布することにより安定して帯電することが可能
となる。

【００４６】（７）像担持体に該像担持体の表面を帯電
する行程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行
する画像記録装置において、前記像担持体の表面を帯電
する行程手段が（１）から（６）の何れか１つに記載の
帯電装置であることを特徴とする画像記録装置。

【００４７】すなわち、（１）から（６）の何れか１つ
に記載の帯電装置の特性により、優れた画像記録装置を
実現可能である。

【００４８】（８）像担持体と、その周りに配置され
た、帯電装置、像露光装置、現像装置、転写装置、及び
被記録体上の画像を定着する定着装置からなる電子写真
方式の画像記録装置であって、転写行程後の像担持体表
面に残留した現像剤を少なくとも帯電装置の帯電部材に
一時担持し、再び像担持体表面に転移させて、再度現像
装置に回収するトナーリサイクル構成の画像記録装置に
おいて、前記帯電装置は請求項１から４の何れか１つに
記載の帯電装置であり、前記現像装置内には前記帯電粒
子と現像剤からなる混合剤が蓄えられ、該帯電粒子は現
像時に像担持体に転移し、帯電装置へ持ち運ばれて帯電
部材に供給されることを特徴とする画像記録装置。

【００４９】すなわち、帯電粒子を現像剤に混合して構
成されるトナーリサイクル構成においてもトナーの回
収、トナー電荷の正規化をより安定に機能させ、優れた
画像記録装置を実現可能である。

【００５０】

【発明の実施の形態】《実施形態１》図ｌは本発明に従
う帯電装置を用いた画像記録装置の概略構成図である。
この画像記録装置は、転写式電子写真プロセス利用、直
接注入帯電方式のレーザプリンタである。

【００５１】（１）画像記録装置の全体的な概略構成 １は像担持体であり、本例ではφ２４ｍｍの回転ドラム
型の負極性ＯＰＣ感光体（ネガ感光体、以下、感光ドラ
ムと記す）である。この感光ドラム１は矢印の時計方向
に周速度４７ｍｍ／ｓｅｃ（＝プロセススピードＰＳ、
印字速度）の一定速度をもって回転駆動される。

【００５２】上記の感光ドラム１についてはさらに別項
で詳述する。

【００５３】２は帯電装置であり、本発明に従う粒子帯
電タイプの接触帯電装置である。この帯電装置２は、接
触帯電部材としての帯電ローラ２Ａと、該帯電ローラに
対する帯電バイアス印加電源Ｓ１と、該帯電ローラに対
する帯電粒子供給器３を有する。

【００５４】帯電ローラ２Ａは、芯金２ａと、この芯金
２ａの外周りに同心一体にローラ状に形成した帯電粒子
担持体としてのゴムあるいは発泡体の弾性・中抵抗層２
ｂからなり、更に、弾性・中抵抗層２ｂの外周面に帯電
粒子（導電性粒子）ｍを担持させて構成される。この帯
電ローラ２Ａは感光ドラム１に所定の侵入量をもって押
圧当接させて、所定幅の帯電接触部ｎを形成させてい
る。帯電ローラ２Ａに担持させた帯電粒子ｍが帯電接触
部ｎにおいて感光ドラム１面に接触する。

【００５５】帯電ローラ２Ａは感光ドラム１と同じ矢印
の時計方向に回転駆動され、帯電接触部ｎにおいて感光
ドラム１の回転方向と逆方向（カウンター）で回転する
ことで、帯電粒子ｍを介して感光ドラム１面に対して速
度差を持って接触する。

【００５６】感光ドラム１に対する帯電ローラ２Ａの相
対速度差は、帯電ローラ２Ａと逆方向（感光ドラム１の
回転に順回転方向）に周速度を異ならせて回転駆動させ
ることでも持たせることができる。ただ、直接注入帯電
の帯電性は感光ドラム１の周速と帯電ローラ２Ａの周速
の比に依存するため、帯電ローラ２Ａを感光ドラム１と
同じ方向に回転駆動させる方が回転数の点で有利である
とともに、粒子の保持性の点でも、この構成にすること
が好ましい。

【００５７】画像記録装置の画像記録時には該帯電ロー
ラ２Ａの芯金２ａに帯電バイアス印加電源Ｓ１から所定
の帯電バイアスが印加される。

【００５８】これにより、感光ドラム１の周面が直接注
入帯電方式で所定の極性・電位に一様に接触帯電処理さ
れる。本例では帯電ローラ２Ａの芯金２ａに帯電バイア
ス印加電源Ｓｌから−６００Ｖの帯電バイアスを印加し
て、感光ドラム１面にその印加帯電バイアスとほぼ同じ
帯電電位を得た。

【００５９】帯電ローラ２Ａの外周面に塗布されている
帯電粒子ｍは、帯電ローラ２Ａによる感光ドラム１の帯
電とともに感光ドラム１面に付着して持ち去られる。従
って、それを補うために帯電ローラ２Ａに対する帯電粒
子供給器３を必要とする。帯電粒子供給器３による帯電
ローラ２Ａに対する帯電粒子ｍの塗布は、帯電粒子供給
器３のハウジング容器３ａ内に蓄えられた帯電粒子ｍを
攪拌羽根３ｂにより攪拌し帯電ローラ２Ａの外周面に供
給して行われる。そして、目標の塗布量に応じて過剰と
なる帯電粒子ｍをファーブラシ３ｃに掻き取らせて適正
量の帯電粒子塗布を行う。帯電粒子塗布量の制御はファ
ーブラシ３ｃの回転数制御により随時調整可能である。

【００６０】上記の帯電装置２及び直接注入帯電につい
てはさらに別項で詳述する。

【００６１】４はレーザダイオード・ポリゴンミラー等
を含むレーザビームスキャナ（露光装置）である。この
レーザビームスキャナ４は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光
を出力し、該レーザ光で上記回転感光ドラム１の一様帯
電面を走査露光Ｌする。

【００６２】この走査露光Ｌにより回転感光ドラム１の
面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

【００６３】５は現像装置（現像器）である。本例の現
像装置５は、磁性キャリアＣｄと非磁性トナーｔから構
成される二成分現像剤Ｔを保持し、一定量を現像スリー
ブ５１上にコーティングする。トナーｔはキャリアＣｄ
との摺擦により一定の摩擦帯電を帯び、現像バイアス印
加電源Ｓ２により現像スリーブ５１と感光ドラム１との
間に印加された現像バイアスにより現像領域ａにおいて
感光ドラム１上の静電潜像を顕像化する。上記の現像装
置５についてはさらに別項で詳述する。

【００６４】６は接触転写手投としての中抵抗の転写ロ
ーラであり、感光ドラム１に所定に圧接させて転写ニッ
プ部ｂを形成させてある。この転写ニップ部ｂに不図示
の給紙部から所定のタイミングで被記録体としての転写
材Ｐが給紙され、かつ転写ローラ６に転写バイアス印加
電源Ｓ３から所定の転写バイアス電圧が印加されること
で、感光ドラム１側のトナー像が転写ニップ部ｂに給紙
された転写材Ｐの面に順次に転写されていく。

【００６５】本例で使用の転写ローラ６は、芯金６ａに
中抵抗発泡層６ｂを形成した、ローラ抵抗値５×１０⁸
Ωのものであり、＋２．０ｋＶの電圧を芯金６ａに印加
して転写を行なった。転写ニップ部ｂに導入された転写
材Ｐはこの転写ニップ部ｂを挟持搬送されて、その表面
側に回転感光ドラム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。

【００６６】７は熱定着方式等の定着装置である。転写
ニップ部ｂに給紙されて感光ドラム１側のトナー画像の
転写を受けた転写材Ｐは回転感光ドラム１の面から分離
されてこの定着装置７に導入され、トナー画像の定着を
受けて画像形成物（プリントコピー）として装置外へ排
出される。

【００６７】８は感光ドラムクリーニング装置であり、
感光ドラム１上に残留した転写残トナーをクリーニング
ブレード８ａで掻き落として廃トナー容器８ｂに回収す
る。

【００６８】そして、感光ドラム１は再度帯電装置２に
より帯電され、繰り返して画像形成に用いられる。

【００６９】（２）感光ドラム１ 図２は感光ドラム（電子写真感光体）１の層構成の模式
図である。（ａ）は電荷注入層付きの感光ドラム１ａ、
（ｂ）は電荷注入層のない感光ドラム１ｂの層構成の模
式図である。

【００７０】（ｂ）の電荷注入層のない感光ドラム１ｂ
は、アルミドラム基体（Ａｌドラム基体）１１上に、下
引き層１２、電荷発生層１４、電荷輸送層１５の順に重
ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムである。

【００７１】（ａ）の電荷注入層付きの感光ドラム１ａ
は、上記の感光体１ｂに、さらに電荷注入層１６を塗布
することにより、帯電性能を向上したものである。

【００７２】電荷注入層１６は、バインダーとしての光
硬化型のアクリル樹脂に、導電性粒子（導電フィラー）
としてのＳｎＯ₂超微粒子１６ａ（径が約０．０３μ
ｍ）、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法に
より膜形成したものである。

【００７３】また、加えて４フッ化エチレン樹脂などの
滑剤も内包させることにより、感光ドラム表面の表面エ
ネルギーを抑えて、帯電粒子ｍの付着を全般的に抑える
効果がある。その表面エネルギーは水の接触角で表すと
好ましくは８５度以上、更に好ましくは９０度以上であ
ることが好ましい。

【００７４】また、帯電性能の観点から表面の表層の抵
抗は重要なファクターとなる。直接注入帯電方式におい
ては、被帯電体側の抵抗を下げることで、一つの注入ポ
イント（接触ポイント）あたり、帯電できる被帯電体表
面の面積が広くなると考えられる。従って、帯電ローラ
が同じ接触状態であっても、被帯電体表面の抵抗が低い
場合、効率よく電荷の授受が可能となる。一方、感光体
として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要
があるため、電荷注入層１６の体積抵抗値としては１×
１０⁹〜１×１０¹⁴（Ω・ｃｍ）の範囲が適当である。
また、（ｂ）の電荷注入層１６を用いていない感光ドラ
ム１ｂの場合でも、例えば電荷輸送層１５が上記抵抗範
囲に或る場合は同等の効果が得られる。さらに、表層の
体積抵抗が約１０¹³Ωｃｍであるアモルファスシリコン
感光体等を用いても同様な効果が得られる。

【００７５】本例に用いた感光ドラム１ａ及び感光ドラ
ム１ｂの表層の抵抗は各々１０¹²Ω・ｃｍと、１０¹⁴Ω
・ｃｍ以上であった。

【００７６】（３）帯電ローラ２Ａ 本例における接触帯電部材としての帯電ローラ２Ａは、
前記したように、芯金２ａと、この芯金２ａの外周りに
同心一体となるようローラ状に形成した帯電粒子担持体
としてのゴムあるいは発泡体の弾性・中抵抗層２ｂから
なる。そして、この帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層２
ｂの外周面に帯電粒子（導電性粒子）ｍを担持させてい
る。

【００７７】弾性・中抵抗層２ｂは樹脂（例えばウレタ
ン）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫化
剤、発泡剤等により処方され、芯金２ａの上にローラ状
に形成した。その後、表面を研磨した。

【００７８】本発明における接触帯電部材としての帯電
ローラ２Ａは一般的に用いられる放電用の帯電ローラに
対し以下の点で特に異なる。

【００７９】１．表層に高密度の帯電粒子ｍを担持する
ための表面構造や粗さ特性 ２．直接注入帯電に必要な抵抗特性（体積抵抗、表面抵
抗） （３）−１ 表面構造及び粗さ特性 従来、放電によるローラ表面は平坦で表面の平均粗さＲ
ａでサブμｍ以下であり、ローラ硬度も高い。放電を用
いた帯電において、放電現象はローラと被帯電体の接触
部から少し離れた数十μｍの隙間で放電現象が起きる。
ローラ及び被帯電体表面に凹凸が存在する場合、部分的
に電界強度がことなるため放電現象が不安定になり、帯
電ムラを生じる。従って、従来の帯電ローラは平坦で高
硬度な表面を必要とする。

【００８０】ではなぜ放電用帯電ローラでは注入帯電で
きないのかを考察するに、それは、前述のような表面構
造では外観上ドラムと密着しているように見えるが、電
荷注入に必要な分子レベルでのミクロな接触性という意
味ではほとんど接触していないのである。

【００８１】一方、本発明における接触帯電部材として
帯電ローラ２Ａは帯電粒子ｍを高密度に担持する必要か
らある程度の粗さが要求される。平均粗さＲａにして、
１μｍから５００μｍが好ましい。

【００８２】１μｍよりも小さいと帯電粒子ｍを担持す
るための表面積が不足するとともに、絶縁物（たとえば
トナー）などがローラ表層に付着した場合その周辺がド
ラムに接触できなくなり、帯電性能が低下する。

【００８３】また、粒子の保持能力について考慮した場
合、用いる帯電粒子の粒子径より大きな粗さを持つこと
が好ましい。

【００８４】逆に５００μｍよりも大きいと、ローラ表
面の凹凸が被帯電体の面内帯電均一性を低下させること
になる。本例におけるＲａは５０μｍであった。

【００８５】平均粗さＲａの測定には、キーエンス社製
表面形状測定顕微鏡ＶＦ−７５００、ＶＦ７５１０を用
い対物レンズ２５０倍から１２５０倍を用い非接触にて
ローラ表面の形状及びＲａの測定を行った。

【００８６】（３）−２ 抵抗特性 従来の放電を用いる帯電ローラは芯金に低抵抗の基層を
形成した後、表面を高抵抗層で被覆している。放電によ
るローラ帯電は印加電圧が高く、ピンホール（膜の損傷
による基盤の露出）があるとその周辺にまで電圧降下が
及び帯電不良を生じる。従って、１０¹¹Ω□以上にする
必要がある。

【００８７】一方、本発明の直接注入帯電方式において
は、低電圧による帯電を可能とするため接触帯電部材の
表層を高抵抗にする必要がなく、ローラを単層で構成す
ることができる。むしろ、直接注入帯電において帯電ロ
ーラ２Ａの表面抵抗で１０⁴〜１０¹⁰Ωであることが必
要である。

【００８８】１０¹⁰Ωよりも大きくなると、ローラ表面
に大きな電位差を生じるため帯電粒子に吐き出しバイア
スが作用し吐き出されやすくなる。また、帯電面内の均
一性が低下し、ローラの摺擦によるムラが中間調画像に
スジ状となって現れ、画像品位の低下が見られる。

【００８９】一方、１０⁴Ωよりも小さい場合は、注入
帯電であってもドラムピンホールによる周辺の電圧降下
を生じる。

【００９０】さらに、体積抵抗については、１０⁴〜１
０⁷Ωの範囲であることが好ましい。１０⁴Ωよりも小さ
い場合は、ピンホールリークによる電源の電圧降下を生
じやすくなる。一方、１０⁷Ωよりも大きい場合は、帯
電に必要な電流が確保できなくなり、帯電電圧が低下す
る。

【００９１】本実施例に用いた帯電ローラ２Ａの表面抵
抗及び体積抵抗は、１０⁷Ω及び１０⁶Ωであった。

【００９２】帯電ローラ２Ａの抵抗測定は以下の手順で
行った。測定時の構成について概略図を図３に示す。ロ
ーラ抵抗は、帯電ローラ２Ａの芯金２ａに総圧９．８Ｎ
（１ｋｇｆ）の加重がかかるよう外径２４ｍｍの絶縁体
ドラム９３に電極を施し測定した。電極は主電極９２の
周りにガード電極９１を配し、図３の（ａ）・（ｂ）に
示す配線図にて測定を行った。主電極９２とガード電極
９１間の距離はおよそ弾性・中抵抗層２ｂの厚さ程度に
調整し、主電極９２はガード電極９１に対し十分な幅を
確保した。測定は主電極９２に電源Ｓ４から＋１００Ｖ
を印加し電流計Ａｖ及びＡｓに流れる電流を測定し、そ
れぞれ体積抵抗、表面抵抗を測定した。

【００９３】以上述べてきたように本発明における接触
帯電部材としての帯電ローラについては、 １．表層に高密度の帯電粒子を担持するために表面構造
粗さ特性 ２．直接帯電に必要な抵抗特性（体積抵抗、表面抵抗） が必要である。

【００９４】（３）−３ その他のローラ特性 直接注入帯電方式において、接触帯電部材は柔軟な電極
として機能することが重要である。

【００９５】磁気ブラシにおいては、磁性粒子層自体が
もつ柔軟性により実現している。

【００９６】本帯電装置２においては、帯電ローラ２Ａ
の弾性・中抵抗層２ｂの弾性特性を調整して達成してい
る。アスカーＣ硬度で１５度から５０度が好ましい範囲
である。更に好ましくは、２０〜４０度が好ましい。

【００９７】高すぎると、必要な侵入量が得られず、被
帯電体との間に帯電接触部ｎを確保できないため帯電性
能が低下する。また、物質の分子レベルの接触性が得ら
れないため異物の混入などによりその周辺への接触が妨
げられる。

【００９８】一方、硬度が低すぎると、形伏が安定しな
いために被帯電体との接触圧にムラを生じ帯電ムラを生
じる。あるいは、長期放置によるローラの永久変形ひず
みによる帯電不良を生じる。

【００９９】本例ではアスカーＣ硬度で２２度の帯電ロ
ーラ２Ａを使用した。更に、帯電ローラ２Ａは感光ドラ
ム１に対して０．３ｍｍの侵入量に配設し、本例では約
２ｍｍの帯電接触部ｎを形成させてある。

【０１００】（３）−４ 帯電ローラの材質、構造、寸
法 帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層２ｂの材質としては、
ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ
等に抵抗調整のためのカーボンブラックや金属酸化物等
の導電性物質を分散したゴム材があげられる。導電性物
質を分散せずにイオン導電性の材料を用いて抵抗調整を
することも可能である。その後必要に応じて表面の粗さ
調整、研磨などによる成型を行う。また、機能分離した
複数層による構成も可能である。

【０１０１】しかし、帯電ローラ２Ａの弾性・中抵抗層
２ｂの形態としては多孔体構造がより好ましい。前述の
表面粗さをローラの成型と同時に得られるという点で製
造的にも有利である。発泡体のセル径としては、１から
５００μｍが適切である。発泡成形した後に、その表面
を研磨することにより多孔体表面を露出させ、前述の粗
さを持った表面構造を作成可能である。

【０１０２】そして最終的に径６ｍｍ・長手長さ２４０
ｍｍの芯金２ａに、多孔体表面を有する、層厚３ｍｍの
弾性・中抵抗層２ｂを形成し、外径１２ｍｍ、中抵抗層
長手長さ２２０ｍｍ、の帯電ローラ２Ａを作成した。

【０１０３】帯電ローラ２Ａは被帯電体としての感光ド
ラム１に対して０．３ｍｍの侵入量にて配設し、本実施
例では接触幅約２ｍｍの帯電接触部ｎを形成させてあ
る。

【０１０４】（４） 帯電粒子ｍ 本例では、帯電粒子ｍとして、比抵抗が１０⁶Ω・ｃ
ｍ、平均粒径３μｍの導電性酸化亜鉛を用いた。

【０１０５】そして、帯電粒子ｍは帯電粒子供給器３の
ハウジング容器３ａ内に収容される。

【０１０６】帯電粒子ｍの材料としては他の金属酸化物
などの導電性無機粒子や有機物との混合物、あるいは、
これらに表面処理を施したものなど各種導電粒子が使用
可能である。また、本発明における帯電粒子ｍは磁気拘
束する必要がないため、磁性を有する必要がない。

【０１０７】粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行う
ため比抵抗としては１０¹²Ω・ｃｍ以下が必要であり、
好ましくは１０¹⁰Ω・ｃｍ以下が望ましい。

【０１０８】抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化し
て求めた。即ち、底面積２．２６ｃｍ²の円筒内に凡そ
０．５ｇの帯電粒子ｍを入れ上下電極に１４７Ｎ（１５
ｋｇｆ）の加圧を行なうと同時に、１００Ｖの電圧を印
加して抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出し
た。

【０１０９】粒径は、磁気ブラシ帯電装置を超える高い
帯電効率と帯電均一性をえるために１０μｍ以下が望ま
しい。本発明において、粒子が凝集体を構成している場
合の粒径は、その擬集体としての平均粒径として定義し
た。粒径の測定には、電子顛微鏡による観察から１００
個以上抽出し、水平方向最大延長を持って体積粒径分布
を算出し、その５０％平均粒径を持って決定した。

【０１１０】帯電粒子ｍは一次粒子の状態で存在するば
かりでなく、二次粒子の擬集した状態で存在することも
なんら問題はない。どのような擬集状態であれ、凝集体
として帯電粒子ｍとしての機能が実現できればその形態
は重要ではない。

【０１１１】帯電粒子ｍは特に感光体の帯電に用いる場
合に潜像露光の妨げにならないよう白色または透明に近
いことが望ましい。さらに、帯電粒子ｍが感光体上から
記録材に一部転写されてしまうことを考えると、カラー
記録では無色あるいは白色のものが望ましい。また、画
像露光時に粒子による光散乱を防止するためにもその粒
径は構成画素サイズ以下、さらにはトナー粒径以下であ
ることが望ましい。粒径の下限値としては粒子として安
定にえられるものとして１０ｎｍが限界と考えられる。

【０１１２】（５） 帯電粒子担持量 本発明では、粒子帯電における帯電粒子ｍの粒径を小径
化することにより帯電性能を向上するものであるが、帯
電粒子ｍの感光ドラム１ヘの脱落は顕著になる。帯電ロ
ーラ２Ａ上に帯電粒子ｍを保持し得る力は弱い付着力で
あるので、多くの粒子を供給しても、粒子を拘束するこ
とは困難であり、感光ドラム１に脱落して、その後の現
像行程や転写紙上への画像不良の影響を抑える。従っ
て、理想的には帯電ローラ表層に一層均一に塗布するこ
とが望ましいが、実際のところは、担持量を調整するこ
とにより、帯電性を確保するとともに付着する粒子を弊
害のないレベルで減らすことが可能となる。粒子の担持
量はローラ表面の平均粗さRaにより適切に保つ必要があ
る。つまり担持量を平均粗さRaで除した値が以下１、更
に好ましくは０．３以下であることが望ましい。

【０１１３】従来の磁気ブラシ帯電装置で用いる磁性の
導電粒子の担持量／Raが凡そ１６７ｍｇ／ｃｍ²／μｍ
（２００ｍｇ／ｃｍ²、Ｒａ＝１．２μｍ）であるのに
対して、本発明におけるの非磁性帯電粒子は１ｍｇ／ｃ
ｍ²／μｍ（５０ｍｇ／ｃｍ²、Ｒａ＝５０μｍ）以下で
ある。より好ましくは０．３ｍｇ／ｃｍ²／μｍ（１５
ｍｇ／ｃｍ²、Ｒａ＝５０μｍ）以下とすることが良好
な結果となっている。一方、帯電性能を確保する必要か
ら最小担持量は同じく担持量／Ｒａの値で０．００５ｍ
ｇ／ｃｍ²／μｍ（０．２５ｍｇ／ｃｍ²、Ｒａ＝５０μ
ｍ）である。より好ましくは、０．０２ｍｇ／ｃｍ²／
μｍ（１ｍｇ／ｃｍ²、Ｒａ＝５０μｍ）である。つま
り、担持量／Ｒａは０．００５から１、より好ましく
は、０．０２から０．３ｍｇ／ｃｍ²／μｍであること
が望ましい。詳細については、実施例にて後述する。

【０１１４】担持量の調整は、帯電粒子供給器３のファ
ーブラシ３ｃの回転数を調整することにより行なった。
ブラシ速度が速いほど粒子担持量は低く設定可能であ
る。また、必要に応じて攪拌羽根３ｂの回転速度、ファ
ーブラシ３ｃの密度などにより調整を行った。

【０１１５】（６）現像装置５ 現像装置５は２成分現像器である。その構成につい詳述
する。現像装置５は、感光ドラム１に対向して配置され
ており、その内部は垂直方向に延在する隔壁５７によっ
て第１室（現像室）５８ａと第２室（攪拌室）５８ｂと
に区画されている。

【０１１６】第１室５８ａの開口部には矢印方向に回転
する非磁性の現像スリーブ５１が感光ドラム１に対向し
て配置されており、この現像スリーブ５１内に磁石５２
が固定配置されている。現像スリーブ５１はブレード５
９によって層厚規制された二成分現像剤（磁性キャリア
Ｃｄと非磁性トナーｔを含む）Ｔの層を担持搬送し、感
光ドラム１と対向する現像領域ａで現像剤を感光ドラム
１に供給して静電潜像をトナー画像として現像する。現
像スリーブ５１には電源Ｓ２から直流電圧を交流電圧に
重畳した矩形波を有する現像バイアス電圧が印加されて
いる。

【０１１７】第１室５８ａ及び第２室５８ｂにはそれぞ
れ現像剤攪拌スクリュー５３ａ及び５３ｂが配置されて
いる。スクリュー５３ａは第１室５８ａ中の現像剤Ｔを
攪拌搬送する。また、スクリュー５３ｂは、図示しない
トナー補給槽のトナー排出口５５から搬送スクリュー５
６の回転によって第２室５８ｂに供給されたトナーｔと
既に第２室５８ｂ内にある現像剤Ｔとを攪拌搬送し、ト
ナー濃度を均一化する。隔壁５７には図１における手前
側と奥側の端部において第１室５８ａと第２室５８ｂと
を相互に連通させる現像剤通路（図示せず）が形成され
ており、上記スクリュー５３ａ・５３ｂの搬送力によ
り、現像によってトナーｔが消費されてトナー濃度の低
下した第１室５８ａ内の現像剤Ｔが一方の通路から第２
室５８ｂ内へ移動し、第２室５８ｂ内でトナー濃度の回
復した現像剤Ｔが他方の通路から第１室５８ａ内へ移動
するように構成されている。

【０１１８】一方、現像剤濃度制御装置は磁力センサに
より現像剤の透磁率をモニターすることにより現像装置
内の現像剤Ｔ中のトナーの割合を一定に保つように調節
する。すなわち、トナーｔと現像キャリアＣｄの透磁率
の違いからその混合比により透磁率が異なる。従って、
事前に計測した磁気センサの出力と現出力との比較によ
りトナーの補給を制御して、現像装置内の現像剤Ｔ中の
トナーの割合を一定に保つものである。

【０１１９】現像剤Ｔはネガに摩擦帯電する非磁性トナ
ーＴとポジに帯電する磁性キャリア粒子Ｃｄからなる二
成分現像剤である。また、この現像剤Ｔのトナー混合比
は重量比で非磁性トナーが５％となるようにした。

【０１２０】ａ）トナーｔ：非磁性トナーｔは、結着樹
脂、顔料、電荷制御剤を混合し混練、粉砕、分級の各行
程を経て作成し、さらに流動化剤などを外添剤として添
加して作成されたものである。トナーの平均粒径（Ｄ
４）は８μｍであった。

【０１２１】ｂ）キャリアＣｄ：磁性キャリアはフェラ
イト粒子からなりその平均粒径は５０μｍであり、その
抵抗値は１０⁸Ω・ｃｍ以上の値を示す。

【０１２２】《実施形態２》図４は本発明の帯電装置を
用いた第二の実施形態の画像記録装置を示す概略構成図
である。本実施例の画像記録装置は、転写式電子写真プ
ロセス利用、直接注入帯電方式、トナーリサイクルプロ
セス（クリーナレスシステム）のレーザプリンタであ
る。前述の実施形態１の画像記録装置と同様の点につい
ては再度の説明を省略し、異なる点について述べる。

【０１２３】帯電装置２について、帯電ローラ２Ａに対
する専用の帯電粒子供給器３は備えていない。その代わ
りに、帯電粒子ｍは現像装置６０の現像剤ｔに添加して
あり、感光ドラム１に静電潜像の現像時にトナーととも
に感光ドラム１面に付着し、感光ドラム１の回転で帯電
接触部ｎに持ち運ばれることで、感光ドラム１を介して
帯電ローラ２Ａに供給される。

【０１２４】現像装置６０は一成分磁性トナー（ネガト
ナー）を用いた反転現像装置である。現像装置内にはそ
の現像剤ｔと帯電粒子ｍとの混合剤ｔ＋ｍを収容させて
ある。回転感光ドラム１面の静電潜像はこの現像装置６
０により現像部位ａにてトナー画像として現像される。

【０１２５】すなわち、本例の画像記録装置はトナーリ
サイクルプロセスであり、画像転写後の感光ドラム１面
上に残留した転写残トナーは専用のクリーナ（クリーニ
ング装置）で除去されることなく感光ドラム１の回転に
ともない帯電接触部ｎに持ち運ばれて、帯電接触部ｎに
おいて感光ドラム１の回転に対してカウンタ回転する帯
電ローラ２Ａに一時的に回収され、この帯電ローラ外周
を周回するにつれて、反転したトナー電荷が正規化さ
れ、順次に感光ドラム１に吐き出されて現像部位ａに至
り、現像装置６０において現像同時クリーニングにて回
収・再利用される。

【０１２６】（２）帯電装置２ 帯電粒子供給器３を配していないことを除けば、実施形
態１の構成に準ずる。

【０１２７】（３）現像装置６０ ６０ａはマグネットロール６０ｂを内包させた、現像剤
担持搬送部材としての非磁性回転現像スリーブであり、
現像容器６０ｅ内に備える現像前混合剤ｔ＋ｍ内のトナ
ーｔは回転現像スリーブ６０ａ上を搬送される過程にお
いて、規制ブレード６０ｃで層厚規制及び電荷付与を受
ける。６０ｄは現像容器６０ｅ内のトナーの循環を行い
順次スリーブ周辺にトナーを搬送する攪拌部材である。

【０１２８】回転現像スリーブ６０ａにコートされたト
ナーｔはスリーブ６０ａの回転により、感光ドラム１と
スリーブ６０ａの対向部である現像部位（現像領域部）
ａに搬送される。またスリーブ６０ａには現像バイアス
印加電源Ｓ５より現像バイアス電圧が印加される。

【０１２９】本例において、現像バイアス電圧はＤＣ電
圧とＡＣ電圧の重畳電圧とした。これにより、感光ドラ
ム１側の静電潜像がトナーｔにより反転現像される。

【０１３０】ａ）トナーｔ：現像剤である１成分磁性ト
ナーｔは、結着樹脂、磁性体粒子、電荷制御剤を混合し
混練、粉砕、分級の各行程を経て作成し、さらに帯電粒
子ｍや流動化剤などを外添剤として添加して作成された
ものである。トナーの平均粒径（Ｄ４）は７μｍであっ
た。

【０１３１】ｂ）帯電粒子ｍ：実施形態１に準ずる。

【０１３２】（４）帯電粒子担持量、被覆率 本実施形態においてはトナーリサイクル構成であるた
め、実施形態１に比べ多くのトナーが帯電ローラ表面を
汚染する。トナーは摩擦帯電による電荷を表面に維持す
るため抵抗値としては１０¹³Ω・ｃｍ以上の抵抗を有す
る。従って、帯電ローラ２Ａがトナーにより汚染される
と、帯電ローラ２Ａ上に担持している粒子抵抗が増加し
帯電性能が低下する。たとえ、帯電粒子の抵抗が低くと
も、トナーの混入により担持している粉体の抵抗は上昇
し帯電性に障害を生じる。従って、帯電粒子担持量が実
施形態１に準ずる担持量／Ｒａで０．００５から１、好
ましくは０．０２から０．３ｍｇ／ｃｍ²／μｍであっ
ても、その成分に多くのトナーが含まれていることがあ
り、当然帯電性能は低下する。この場合、担持粒子の抵
抗が上昇しその状況を捉えることができる。つまり、実
使用状態において、帯電ローラ２Ａに担持している粒子
（トナーや紙粉などの混入物も含む）を前記した方法で
抵抗測定を行いその値が、１０^-1〜１０¹²Ω・ｃｍであ
る。好ましくは〜１０¹⁰Ω・ｃｍであることが必要とな
る。

【０１３３】更に、帯電粒子ｍの帯電における実効的な
存在量を把握するために、帯電粒子ｍの被覆率を調整す
ることが更に重要となる。帯電粒子ｍは白色であるため
磁性トナーの黒色と区別可能である。顕微鏡における観
察において白色を呈している領域を面積率として求め
る。被覆率が０．１以下の場合は帯電ローラ２Ａの周速
度を高めても帯電性能としては不十分であることから、
帯電粒子ｍの被覆率を０・２〜１の範囲に保つことが重
要となる。

【０１３４】また、担持量の調節は、基本的には帯電粒
子ｍの現像剤ｔへの添加量の調整により行なった。ま
た、必要に応じて、帯電ローラ２Ａの外周の一部に弾性
ブレードを当接することにより調整を行った。部材を当
接することにより、トナーの摩擦帯電極性を正規化する
効果があり、帯電ローラ２Ａに担持されている粒子量を
調整することが可能となる。

【０１３５】《実施形態３》図５は本発明の帯電装置を
用い第三の実施形態の画像記録装置を示す概略構成図で
ある。本実施形態は、実施形態１に準ずる画像形成装置
において、二成分現像装置５の代わりに実施形態２に準
ずる一成分磁性現像剤による反転現像装置６０を組み合
わせた場合の画像形成装置である。但し、現像装置６０
の現像剤ｔには帯電粒子ｍは混入させていない。帯電ロ
ーラ２Ａに対する帯電粒子ｍの塗布は帯電粒子供給器３
をもって塗布を行う。個々の装置の詳細については前述
の実施形態１、２に従うものである。

【０１３６】《実施例及び比較例》 （１）実施例１ 実施形態１に従う画像形成装置であるが、帯電粒子ｍと
して１０⁴Ωの帯電粒子ｍを用い、帯電粒子供給器３を
もって帯電ローラ２Ａに塗布を行う。帯電ローラ２Ａに
担持した帯電粒子ｍの抵抗も同じく１０⁴Ωであった。
また、帯電粒子ｍの担持量は凡そ３ｍｇ／ｃｍ²に設定
した。

【０１３７】（２）比較例１ 従来例に従う画像形成装置であり、帯電装置として磁気
ブラシ帯電装置を用いている。図６は本比較例１の画像
形成装置を示す概略図であり、実施形態１の画像形成装
置（図１）において帯電装置２を前述した図８の磁気ブ
ラシ帯電装置１００に変更した形態のものである。

【０１３８】磁気ブラシ層１２４を構成させる導電磁性
粒子Ｃは、平均粒径が３０μｍ、体積抵抗が１０⁷（Ω
ｃｍ）のフェライト粒子であり、飽和磁化が６０（Ａ・
ｍ²／ｋｇ）のものを使用した。

【０１３９】導電磁性粒子Ｃの平均粒径は、水平方向最
大弦長で示し、測定法は顕微鏡法により、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
ることによって算出した。

【０１４０】また、粒子担持量２００ｍｇ／ｃｍ²の粒
子層１２４を帯電スリーブ１２１上に形成している。

【０１４１】（３）比較例２ 上記比較例１と同じくの磁気ブラシ帯電装置１００を用
いた従来例に従う画像形成装置であるが、帯電性能を向
上を図るために、粒径７μｍの導電磁性粒子Ｃを使用し
ている。担持量は同じく２００ｍｇ／ｃｍ²であった。

【０１４２】（４）比較例３ 実施形態３に従う画像形成装置であるが、担持する帯電
粒子ｍを粒子径０.０５μｍ、抵抗が１０¹³（Ωｃｍ）
であるシリカ粒子を用いた。

【０１４３】（５）実施例２ 実施形態３に従う画像形成装置であるが、担持する帯電
粒子ｍを粒子径０．２μｍ、抵抗が１０¹²（Ωｃｍ）で
あるアルミナ粉を用いた。

【０１４４】（６）実施例３ 実施形態３に従う画像形成装置であるが、担持する帯電
粒子ｍを粒子径０．２μｍ、抵抗が１０^-1（Ωｃｍ）で
ある、酸化錫をドープした酸化チタン粒子を用いた。

【０１４５】（７）比較例４ 実施形態３に従う画像形成装置であるが、担持する帯電
粒子ｍを粒子径０．２μｍ、抵抗が１０^-2（Ωｃｍ）で
ある、酸化錫をドープした酸化チタン粒子を用いた。

【０１４６】（８）実施例４、実施例５、実施例６、実
施例７、実施例８、比較例５ これらの例は、実施形態３に従う画像形成装置である
が、担持する帯電粒子ｍを、粒子径が各々０．０１、
０．０５、０．１、５、１０、３０μｍであり、抵抗が
１０⁴（Ωｃｍ）である酸化亜鉛粒子を用いた。

【０１４７】（９）比較例６、実施例９、実施例１０、
実施例１１、実施例１２、実施例１３、比較例７ これらの例は、実施形態３に従う画像形成装置である
が、担持する帯電粒子ｍを粒子径３μｍ、抵抗１０
⁴（Ωｃｍ）である酸化亜鉛粒子を用い、担持量を各々
０．０５、０．２５、１、５、１５、５０、１００ｍｇ
／ｃｍ²に設定した。 （１０）比較例８、実施例１３、実施例１４、実施例１
５、実施例１６、実施例１７、比較例９ これらの例は、実施形態３に従う画像形成装置である
が、粒子担持体である帯電ローラ表面の平均粗さが１０
μｍのローラを用いるとともに、担持する帯電粒子ｍを
粒径３μｍ、抵抗１０⁴（Ωｃｍ）である酸化亜鉛を用
い、担持量を０．０１，０．０５，０．２，１，３，１
０，５０ｍｇ／ｃｍ²に設定した。 （１１）比較例１０ 実施形態２に従う画像形成装置であるが、帯電粒子ｍを
全く用いることなく構成した例である。すなわち、帯電
ローラ２Ａに対する帯電粒子供給器３はなく、また現像
装置６０の現像剤ｔには帯電粒子ｍは混入させていな
い。

【０１４８】（１２）実施例１８ 実施形態２に従う画像形成装置であるが、帯電粒子ｍを
現像剤ｔに０．５重量部添加した。

【０１４９】（１３）実施例１９ 実施形態２に従う画像形成装置であるが、帯電粒子ｍを
現像剤ｔに２重量部添加した。 （１３）各実施例及び比較例の評価方法 ａ）担持粒子の量及び抵抗測定 担持量の測定は、帯電ローラに担持している粒子を洗浄
し、粒子の重量および抵抗の測定を行った。

【０１５０】超音波洗浄器内にエタノールと水（１：
２）によりなる洗浄液を調合し、中にローラを浸し洗浄
を行った。洗浄を繰り返すとともにローラの表面を光学
顕微鏡などで確認しながら、必要に応じてローラ表面を
ブレードなどにより摺擦しながら洗浄を繰り返し行うこ
とによりローラ上の付着物を除去することができる。

【０１５１】得られた洗浄液は1〜2時間静置し明らかに
上澄みと分離できる場合は上澄みを除去する。その後、
１０５度で充分乾燥してローラの担持物を抽出した。

【０１５２】粒子抵抗の測定は前述した錠剤法に従う。

【０１５３】担持量は得られた粒子の総重量と帯電ロー
ラ２Ａの表面積（ローラの長手長さおよび外径から算出
される）から、単位面積当たりの担持量として求める。

【０１５４】磁気ブラシの担持量の測定は、、コート後
のスリーブ表面の磁気粒子を直接採取しコート量を計測
する方法をとる。

【０１５５】ｂ）被覆率の測定 被覆率測定に関しては、ローラ当接条件に近い状態で顕
微鏡観察し導電粒子に覆われている面積を計測した。具
体的には、帯電バイアスを印加しない状態で感光ドラム
１及び帯電ローラ２Ａの回転を停止し、感光ドラム１及
び帯電ローラ２Ａの表面をビデオマイクロスコープ（Ｏ
ＬＹＭＰＵＳ製ＯＶＭ１０００Ｎ）及びデジタルスチル
レコーダ（ＤＥＬＴＳ製ＳＲ−３１００）で撮影した。
帯電ローラ２Ａについては、帯電ローラ２Ａを感光ドラ
ム１に当接するのと同じ条件でスライドガラスに当接
し、スライドガラスの背面からビデオマイクロスコープ
にて該接触面を１０００倍の対物レンズで撮影した。そ
の後、事前に計測した帯電粒子の色あるいは輝度を持っ
て粒子で被覆している領域を分離し面積率を求め被覆率
とした。また、色による判別が困難な場合は、ローラ最
表面の物質を蛍光Ｘ線分析装置ＳＹＳＴＥＭ３０８０
（理学電機工業（株）製）により行った。先ず、初期状
態において帯電粒子に覆われた帯電ローラとドラムの間
に、ポリエステルテープ（ニチバン製No550(#25)）の粘
着面をローラに向けてはさみ、ドラムとローラを従動回
転してローラとドラムのニップを一度通過させる。この
ときテープ表面には、帯電ローラの最表面の粒子を一層
サンプリングすることになる。一方、印字テストを終え
たローラについても同様にサンプリングを行なう。導電
粒子中に含まれる特定の元素について、含有量を定量す
ることにより、被覆率を求めることができる。つまり、
導電粒子のみを担持したローラのテープ試料を１とし
て、印字テスト後の試料の割合を算出し被覆率を求める
ことが可能となる。

【０１５６】ｃ）帯電性能の評価 帯電性の評価はゴーストで評価した。各例のプリンタは
反転現像系で画像記録を行っているので、ここで意味す
るゴーストとは感光ドラム１の１周目に率いて画像露光
した部分（トナー画像部）が、感光ドラム２周目で帯電
不足を起こすため、感光ドラム上の前回の画像パターン
のところがより強く現像され、ゴースト画像が発生する
ということをいう。ここでは、その画像評価を以下の基
準で行った。

【０１５７】×：ベタ黒後の白地部においてゴーストが
みられる △：ベタ黒後の白地部においてゴーストは見られない
が、中間調部において若干ゴーストパターンが見られる ○：ベタ黒後の白地部及び中間調部のいずれにおいてゴ
ーストが見られない また、評価は以下の現像不良、カブリを含め１００枚後
及び４０００枚後において行った。

【０１５８】画像パターンの印字率は５％、長手方向の
印字率に差がないパターンを用いて印字テストを行っ
た。

【０１５９】ｄ）現像不良（画像欠陥の評価） 画像評価は中間調画像を出力して画像の欠陥数から評価
を行った。各例のプリンタにおいて６００ｄｐｉレーザ
スキャナを使用し画像記録を行った。

【０１６０】本評価において中間調画像とは主走査方向
の１ラインを記録し、その後２ラインを非記録とする縞
模様を意味し、全体として中間調の濃度を表現してい
る。

【０１６１】各例のプリンタは反転現像系で画像記録を
行っているので画像露光が阻害された場合、現像時にリ
ークが生じた場合、いずれも、白点として画像に現れ
る。これらの欠陥部位の数を以下の基準で評価した特に
本発明では中間調画像の均一性を重視し、０．３ｍｍ以
上の欠陥を評価した。

【０１６２】×：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の
白点が５０を越えて存在する △：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の白点が５〜５
０存在する ○：中間調画像中に直径０．３ｍｍ以上の白点が５未満
存在する ｅ）カブリ評価 カブリとは、本来印字しない白部（未露光部）において
トナーがわずか現像され地汚れのように現れる画像不良
のことである。

【０１６３】カブリ量は光学反射率測定機（東京電飾製
ＴＣ−６ＤＳ）によりグリーンフィルタによる光学反射
率を測定し、記録紙のみの反射率から差し引いてカブリ
分の反射率量をもとめカブリ量として評価した。カブリ
量は記録紙上を１０点以上測定しその平均値を求めた。

【０１６４】×：カブリ量が１０％を越える △：カブリ量が２〜１０％である ○：カブリ量がともに２％未満である （１４）評価結果 評価結果表１、評価結果表２、評価結果表３に各実施例
及び比較例の評価結果をまとめて示した。

【０１６５】

【表１】

【０１６６】

【表２】

【０１６７】

【表３】

【０１６８】

【表４】

【０１６９】以下に、各実施例及び比較例の評価結果を
説明するとともに、本発明の有効性について述べる。

【０１７０】各実施例及び比較例の評価は、各々二つの
構成で評価している。評価結果表において上段は、注入
層付き感光ドラム１ａ（図２の（ａ））、下段は注入層
を装備しない感光ドラム１ｂ（図２の（ｂ））を使用し
た場合である。

【０１７１】注入層のない感光ドラム１ｂは、感光ドラ
ム表面の抵抗が高いため、より高い密度の帯電装置が必
要となる。言い換えれば、帯電部材の接触性をより厳し
い条件で評価可能である。

【０１７２】比較例１は従来の磁気ブラシによる帯電装
置を装備する画像形成装置であるが、特に注入層を持た
ない感光ドラム１ｂについての帯電性能は不足してい
る。また、帯電磁性粒子Ｃの感光ドラム１ヘの脱落量が
多く、現像リークを生じる、あるいは現像剤中のトナー
量検知に不具合を生じた。

【０１７３】比較例２は、比較例１で不足している接触
密度を補うために、帯電粒子径を７μｍにすることによ
り改善を図った構成である。確かに、帯電初期において
は帯電性能の向上は得られたが、１００枚印字時点で既
に粒子の脱落が目立ち注入層付き感光ドラムにおいても
耐久性は不十分であった。

【０１７４】一方、実施例１においては、帯電粒子ｍと
して、粒径３μｍの導電性酸化亜鉛粒子を用い、接触密
度の向上を図るとともに、粒子担持量を３ｍｇ／ｃｍ²
に塗布することにより、感光ドラム１ヘの粒子脱落量を
減らすことができた。粒子量が減ったことと、小粒径で
あることにより、脱落粒子の弊害となっている現像不良
及びカブリを改善することができた。

【０１７５】比較例３、４及び実施例２、３は帯電粒子
の適切な抵抗範囲を表した例である。帯電ローラ２Ａに
担持している粒子ｍの抵抗は１０¹²から１０^-1Ωが好ま
しい。粒子抵抗が１０¹³Ωである比較例３については、
そもそも電荷の授受を行えず帯電性能は不十分である。
一方、１０^-2Ωの帯電粒子については、現像時に現像バ
イアスのリークが発生し画像不良が顕著であった。

【０１７６】比較例５、及び実施例４〜８は帯電粒子ｍ
の適切な粒径範囲を表している。帯電粒子ｍの粒径は
０．０１μｍ〜１０μｍが好ましい範囲である。さらに
紙上のカブリ特性を考慮すると０．１〜５μｍが特に好
ましい範囲である。

【０１７７】実施例４は、一般的な帯電粒子で最も小粒
径である酸化錫粒子による例である。現像不良やカブリ
の点では若干不利であるが、帯電性能としては十分な性
能を示している。

【０１７８】一方、３０μｍの帯電粒子ｍを用いた比較
例５であるが、粒径が大きいことから接触密度の点で不
利であり帯電性能も不十分である。さらに、粒径が大き
く帯電ローラ２Ａに付着する力が弱いため脱落する粒子
も多く現像不良やカブリを生じている。

【０１７９】比較例６、７、８，９および実施例９から
１７は帯電粒子ｍの適切な担持量を表す例である。担持
量としてはローラの表面粗さＲａに応じた適切な担持量
が存在する。従って、Ｒａで正規化した担持量／Ｒａを
指標にすると画像との良好な相関が得られた。

【０１８０】比較例６は０．０５ｍｇ担持している場合
であるが、帯電性能が不十分である。一方、実施例１３
においては同じく０．０５ｍｇ担持しているが、ローラ
表面粗さが１０μｍであり、担持量／Ｒａは０．００５
であり、比較例６の０．００１に比して多い。従って、
実施例１３は比較例６に比して帯電性の点で優れている
結果となったと理解できる。

【０１８１】比較例７は担持量が１００ｍｇ／ｃｍ²で
ある例である。帯電性能は十分であるが、担持量が多す
ぎ帯電ローラ２Ａに十分保持することができない。従っ
て感光ドラム１に脱落して現像不良やカブリの原因とな
っている。従って実施例１３にあるように担持量を５０
ｍｇとして、担持量／Ｒａを１に下げることにより、ロ
ーラに対して適切な担持量となり、現像不良やカブリな
どの改善を図ることができる。一方、同じく５０ｍｇの
担持量であっても、比較例９のように担持量／Ｒａが５
である場合は、ローラ粗さに対しては担持量が多すぎる
ため、現像不良が著しく生じる結果となった。つまり担
持量はローラ表面の粗さに応じて適切な範囲が存在し、
これらを整理すると、担持量/Ｒａを０．００５から１
好ましくは０．０２から０．３に調整することにより、
帯電性、現像性ともに優れた条件設定が可能となる。

【０１８２】更に、実施形態２のクリーナレス装置にお
いて、比較例１０及び実施例１８、１９では、複数の粒
子を帯電ローラ２Ａに担持する場合の帯電粒子被覆率に
最適な構成があることを表している。

【０１８３】比較例１０は、帯電粒子を用いることなく
帯電を行った場合である。担持量としては１０ｍｇ／ｃ
ｍ²あるが、すべてトナーであり、粒子抵抗も１０¹⁴Ω
と高い。従って帯電不十分である。

【０１８４】一方、実施例１８、１９は粒子抵抗も担持
量も前述した適正範囲内であり、若干被覆率が低いもの
の十分な帯電性と現像、カブリ特性を示している。

【０１８５】以上から被覆率は、０．２〜１の範囲が好
ましい。 《他の実施形態》 １）実施形態では画像記録装置としてレーザプリンタを
例示したが、これに限られず、電子写真複写機、ファク
シミリ装置、ワードプロセッサ等他の画像記録装置（画
像形成装置）でもよいことは勿論である。

【０１８６】２）被帯電体としての像担持体は静電記録
装置の場合には静電記録誘電体である。

【０１８７】３）像担持体はドラム型に限られず、エン
ドレス状或いは有端のベルト型、シート状等であっても
よい。

【０１８８】４）接触帯電部材はローラ型に限られず、
エンドレス状或いは有端のベルト型などのものにするこ
ともできる。

【０１８９】５）本発明の帯電装置は画像記録装置の像
担持体（電子写真感光体、静電記録誘電体等）の帯電装
置に限られず、広く被帯電体に帯電処理手段（除電処理
も含む）として使用して有効であることは勿論である。

【０１９０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は粒子帯電の
帯電能力を高めるという目的から、接触密度を向上する
帯電粒子の粒径、抵抗値、及びその担持量について構成
した。その結果、高い帯電密度を得るとともに粒子の脱
落量を低減し、更に、脱落を生じる場合であってもその
弊害を生じないように構成した。

【０１９１】実際に、従来の粒子帯電では困難であった
１０¹⁴Ωｃｍ以上の表面抵抗をもつ被帯電体に対しても
十分帯電性能を維持できるようになり、より高性能で安
定した帯電装置を実現した。

【０１９２】また、粒子担持体としての中抵抗ローラに
ついてもその表面性、構造、抵抗について構成し、更
に、ローラに適した粒子担持量を保つことにより磁気拘
束力を用いることなく小粒径の帯電粒子を保持すること
を可能とした。これにより、緻密で柔軟な理想的帯電部
材を実現した。

【０１９３】更に、本発明の帯電装置はトナーリサイク
ルシステムの画像記録装置においても有効であり、帯電
部材上の帯電粒子の被覆率を適正範囲に設定することに
より、高い帯電性能とトナーリサイクル性に優れた帯電
装置を実現した。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態１の画像記録記録装置の概略図

【図２】 感光ドラムの層構成模型図

【図３】 帯電ローラの抵抗値測定方法の説明図

【図４】 実施形態２の画像記録記録装置の概略図

【図５】 実施形態３の画像記録記録装置の概略図

【図６】 従来例の画像記録記録装置の概略図

【図７】 従来のローラ帯電装置と磁気ブラシ帯電装置
の帯電特性グラフ

【図８】 磁気ブラシ帯電装置例の概略図

【符号の説明】

１ａ．注入層付き感光ドラム、１ｂ．注入層無しの感光
ドラム、２Ａ．帯電ローラ、２ａ．芯金、２ｂ．導電弾
性ローラ、Ｍ．帯電導電粒子（帯電粒子）、３．帯電粒
子供給器、３ｂ．攪拌羽根、３ｃ．ファーブラシ、４．
レーザ露光装置、５．２成分現像装置、５１．現像スリ
ーブ、５２．マグネットロール、６０．１成分磁性現像
装置、６．転写帯電器、７．定着装置、８．ドラムクリ
ーナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平林 純 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H003 AA12 BB11 CC04 2H077 AA37 AC16 AD06 FA22 FA25 GA04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粒径が１０μｍ〜１０ｎｍである導電粒子
   を主成分とする帯電粒子と、導電性と弾性を有した表面
   を備え、前記帯電粒子を担持する帯電粒子担持体により
   構成された帯電部材を被帯電体に当接させることで担持
   の帯電粒子を被帯電体に接触させて被帯電体表面を帯電
   する帯電装置において、 前記帯電粒子担持体上に担持した帯電粒子の抵抗が１０
   ¹²から１０^-1Ω・ｃｍであり、該粒子の担持量を該帯電
   粒子担持体表面粗さRa μmで除した値が０．００５から
   1ｍｇ／ｃｍ²／μmであることを特徴とする帯電装置。
2. 【請求項２】前記帯電粒子担持体上を被覆している帯電
   粒子の割合を被覆率Ｒｃとした場合、 １≧Ｒｃ≧０．２であることを特徴とする請求項１に記
   載の帯電装置。
3. 【請求項３】前記帯電粒子担持体の表面抵抗が１０⁴か
   ら１０¹⁰Ω□であることを特徴とする請求項１または２
   に記載の帯電装置。
4. 【請求項４】前記帯電粒子担持体は多孔体表面を有する
   弾性体であることを特徴とする請求項１から３の何れか
   １つに記載の帯電装置。
5. 【請求項５】前記帯電部材は前記被帯電体に速度差を持
   って接触することを特徴とする請求項１から４の何れか
   １つに記載の帯電装置。
6. 【請求項６】前記帯電粒子担持体表面に抵抗が１０¹²か
   ら１０^-1Ω・ｃｍである帯電粒子を供給する帯電粒子供
   給手段を有することを特徴とする請求項１から５の何れ
   か１つに記載の帯電装置。
7. 【請求項７】像担持体に該像担持体の表面を帯電する行
   程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画
   像記録装置において、 前記像担持体の表面を帯電する行程手段が請求項１から
   ６の何れか１つに記載の帯電装置であることを特徴とす
   る画像記録装置。
8. 【請求項８】像担持体と、その周りに配置された、帯電
   装置、像露光装置、現像装置、転写装置、及び被記録体
   上の画像を定着する定着装置からなる電子写真方式の画
   像記録装置であって、転写行程後の像担持体表面に残留
   した現像剤を少なくとも帯電装置の帯電部材に一時担持
   し、再び像担持体表面に転移させて、再度現像装置に回
   収するトナーリサイクル構成の画像記録装置において、 前記帯電装置は請求項１から５の何れか１つに記載の帯
   電装置であり、前記現像装置内には前記帯電粒子と現像
   剤からなる混合剤が蓄えられ、該帯電粒子は現像時に像
   担持体に転移し、帯電装置へ持ち運ばれて帯電部材に供
   給されることを特徴とする画像記録装置。