JPH086353A

JPH086353A - 帯電装置

Info

Publication number: JPH086353A
Application number: JP6140180A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yano; 秀幸矢野; Harumi Ishiyama; 晴美石山; Tadashi Furuya; 正古屋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】直接電荷注入帯電において、画像の安定化、
ドラムへのキャリア付着、ピンホールリークを満足した
帯電部材を提供する。【構成】電荷注入層と磁気ブラシ帯電器を組み合せた
電荷注入帯電方において、磁気ブラシを電気/磁気/粒径
等の特性の異なった複数の粒子を混合して使用する。低
抵抗、小粒径の磁性粒子をサブキャリアとして使用する
ことによって、帯電性の向上耐久安定性、対ピンホール
リーク性能、キャリア付着防止を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機、プリンタ等の電
子写真装置及びこの装置に着脱可能なプロセスカートリ
ッジに関するもので、特に感光体に帯電部材に接触させ
て帯電を行なうものに関する。

【０００２】

【背景技術】従来、電子写真の帯電装置としては、コロ
ナ帯電器が使用されてきた。近年、これに代って、接触
帯電装置が実用化されてきている。これは、低オゾン、
低電力を目的としており、この中でも特に帯電部材とし
て導電ローラを用いたローラ帯電方式が、帯電の安定性
という点から好ましく用いられている。

【０００３】ローラ帯電では、導電性の弾性ローラを被
帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによ
って被帯電体への帯電を行なう。

【０００４】具体的には、帯電は帯電部材から被帯電体
への放電によって行なわれるため、ある閾値電圧以上の
電圧を印加することによって帯電が開始される。例を示
すと厚さ２５μmのOPC感光体に対して帯電ローラを加圧
当接させた場合には、約６４０V以上の電圧を印加すれ
ば感光体の表面電位が上昇し始め、それ以降は印加電圧
に対して傾き１で線形に感光体表面電位が増加する。以
後、この閾値電圧を帯電開始電圧Vthと定義する。

【０００５】つまり、電子写真に必要とされる感光体表
面電位Vd を得るためには帯電ローラにはVd+Vth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電圧のみを接触帯電部材に印加して放電により帯電
を行なう方法をDC帯電と称する。

【０００６】しかし、DC帯電においては環境変動等によ
って接触帯電部材の抵抗値が変動するため、また、感光
体が削れることによって膜厚が変化するとVth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、更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×Vth以上のピーク間電圧を持つA
C成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加する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、被帯電体の電位はAC電圧のピ
ークの中央であるVdに収束し、環境等の外乱には影響さ
れることはない。

【０００８】しかしながら、こ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、微量のオゾンは発生する。また、帯電均一化の
ためにAC帯電を行な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帯電音と称す）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、新たな問題点となってい
た。

【０００９】このため、感光体への電荷の直接注入によ
る帯電が望まれていた。

【００１０】感光体表面に直接電荷を注入するために
は、抵抗値の低い帯電部材を用い、長い帯電時間をかけ
ることによって感光体表面に存在する電荷のトラップ準
位に帯電電荷を充電する方法がある。

【００１１】しかしながら、このような帯電方法では帯
電部材の抵抗値が1×10³Ω以下と低いことが前提とな
り、更に十分な帯電を行なうために帯電時間が長くなり
電子写真の帯電装置して使用するには実用的でないとい
う問題点をもっていた。また、実際に抵抗値の低い帯電
部材を使用すると、感光体表面に生じたキズ、ピンホー
ル等に対して接触帯電部材から過大なリーク電流が流れ
込み、周辺の帯電不良や、ピンホールの拡大、帯電部材
の通電破壊（以後ピンホールリークと称する。）が生じ
る。

【００１２】リークを防止するためには帯電部材の抵抗
値を1×10⁴Ω程度以上にする必要があるが、この抵抗値
の帯電部材では先に述べたように感光体への電荷注入性
が低下し、帯電が行なわれないという矛盾が生じてしま
う。

【００１３】そこで、本出願人は特願平4-04-158128に
開示したように感光体表面に電荷注入層を設け、これに
対して接触帯電部材で電荷を注入する方法を見いだし
た。この方法では電荷注入層を設けることで1×10⁴Ω以
上の抵抗値の帯電部材でも短い帯電時間で十分帯電がで
きるようになるため先に述べた他の帯電方法のように放
電に起因する問題点や、帯電に要する時間が長いという
問題点を根本的に解決することが可能である。

【００１４】具体的には帯電部材として、感光体との接
触ニップを大きくとれることと、感光体表面に均一に接
触でき微視的な帯電し残しがない磁気ブラシローラを用
いることが有効であり、マグネットロールで1×10⁴〜1
×10⁸Ωcmの抵抗値をもったフェライト等の中抵抗の磁
性粒子（以下キャリヤとも称す）を磁気拘束する磁気ブ
ラシ状の帯電部材構成をとることが望ましい。

【００１５】また、感光体上の電荷注入層としては絶縁
性でかつ透光性のバインダーの中に導電性の微粒子を分
散したものが好ましく用いられる。この電荷注入層を電
圧を印加された帯電磁気ブラシが接触することで、あた
かも感光体の導電基体に対して導電粒子が無数の独立し
たフロート電極のように存在し、これらのフロート電極
が形成するコンデンサーに充電を行なうような作用を期
待することができる。

【００１６】従って、接触帯電部材に印加した電圧と感
光体表面電位は等しい値に収束することになり低電圧帯
電方法が実現できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】

（1）しかしながら注入帯電方法では、帯電部材に磁気
ブラシを用いた場合、磁気ブラシを構成する一つ一つの
磁性粒子が互いに接触して導電経路を形成する必要があ
り、この導電経路を通じて流れた電荷によって感光体表
面が充電、帯電されるわけであるが、磁気ブラシ中にご
み等が混入した場合、更には画像形成によって感光体表
面に付着したトナー等がクリーニングされずに磁気ブラ
シに達した場合には、これらの不純絶縁物によって導電
経路が遮断され、帯電が行なわれにくくなるという問題
点が生じていた。

【００１８】実際には初期には良好な帯電が行なわれて
いた画像形成装置でも耐久通紙を行なうにつれて前回画
像形成時にクリーニングしきれなかったトナー等が磁気
ブラシの中に混入することで帯電性が劣化する。具体的
には一旦露光によって下げられた感光体表面を再帯電で
きずに反転現像系の装置では帯電不良カブリを生じると
いう問題点が生じていた。

【００１９】（2）また、直接電荷注入帯電法では、放
電を用いた帯電方法と異なり感光体と帯電部材が直接接
触しなければ感光体の帯電がなされないため磁気ブラシ
を構成する粒子は感光体との接触機会を稼ぐために小さ
い方が好ましい。しかしながら、帯電性を確保するため
に小さい粒子のみを用いると、一つ一つの粒子の磁気力
は低下するためマグネットロールの磁気拘束を逃れて導
電性磁性粒子（キャリヤ）の離脱を引き起こしてしま
う。キャリヤの離脱は磁気ブラシのニップ幅を小さくし
てしまい、帯電性を低下させたり、離脱した導電粒子が
現像器等に混入することでリーク、現像剤のトリボ低下
等のさまざまな悪影響を引き起こすという問題点を有し
ていた。

【００２０】（3）また、キャリヤ付着の発生は感光体
の表面性によっても大きく左右され、表面エネルギーの
大きい材料を感光体の表面材質に使用した場合には、キ
ャリヤと感光体表面の分子間力が大きくなりキャリヤ付
着を加速するという問題点が生じていた。

【００２１】（4）また、感光体に帯電電荷を効率的に
注入するためには接触帯電部材の抵抗値は低い方が好ま
しいが、1×10⁴Ωcm以下の体積抵抗値の帯電部材を用い
て帯電を行なった場合には、感光体上にピンホール等の
欠陥が生じた場合に、ここに帯電電流が集中することに
よって帯電部材に印加されている電圧が降下して線状の
帯電不良画像を生じてしまったり、帯電部材、感光体の
破壊を引き起こすと言う問題点が生じていた。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明では、表面に電荷
注入層を有する感光体に対して、電圧を印加された中抵
抗の磁気ブラシを当接させて直接電荷を注入して帯電を
行なう帯電装置において、磁気ブラシが複数の特性を有
する磁性粒子を混合してなることを特徴とする。

【００２３】具体的には、電気抵抗値の異なる粒子を混
合して帯電磁気ブラシを構成することによって感光体上
に生じたピンホールへの過電流の集中によるピンホール
リークを防止しながら、良好な帯電性を維持することが
可能になる。キャリヤに必要とされる電気抵抗値として
は、感光体への電荷注入性の良好な低抵抗の粒子と、ピ
ンホールリーク防止に効果的な中抵抗の粒子を混合する
ことで両方の効果を有効に発揮させることが出来るよう
になる。

【００２４】また粒径に関しては、磁気拘束力が大きく
キャリヤ付着に有利な大粒径の粒子と、トナー等の絶縁
性のごみが混入した場合に粒子間の導電経路を形成で
き、帯電ゴーストの発生を抑制し、更に電荷注入性に優
れる低抵抗の小粒径の粒子を混合することによって従来
問題となっていた直接電荷注入帯電特有の問題点を解決
することが出来るようになった。ここで、大きい粒径を
持つ粒子は小さな粒子を磁気的に拘束し、キャリヤの離
脱を防止するために大きな効果をもたらす。

【００２５】また、磁気特性に関しては、電気特性、粒
径の異なったキャリヤを混合した場合、粒径の小さなキ
ャリヤは感光体との間に働く分子間力で選択的にキャリ
ヤ付着を起こしがちであるが、このような粒子として磁
気特性の優れた材料、具体的には飽和磁化、残留磁化の
大きいものを用いることによって選択的なキャリヤ付着
という問題点を解決することができるようになる。

【００２６】このように複数のことなった特性を有する
粒子を混合して使用することで耐久による帯電性の維
持、キャリヤ付着防止、感光体のピンホールへの帯電電
流の集中防止、感光体への電荷注入性等を同時に満足す
ることができるようになった。

【００２７】また、本手法の直接電荷注入帯電方式で
は、感光体表面に電荷注入層を設けることで感光体への
電荷注入性を向上させることができるが、感光体表面に
存在する電荷注入層に潤滑性を付与し、表面エネルギー
を低下させることによって、キャリヤと感光体の間に働
く分子間力を弱め、キャリヤ付着を大幅に改善すること
が出来るようになった。特に本発明のように複数の粒子
径の粒子を混合して帯電部材として使用する場合には、
粒子径の小さな粒子ほど感光体との分子間力が大きいた
め感光体表面の表面エネルギーを低下させることはキャ
リヤ付着の防止に特に有効である。

【００２８】感光体表面層に潤滑性を付与する手段とし
ては電荷注入層にフッ素系、ポリオレフィン系、シリコ
ーン系等の滑材粒子を分散すること等が有効である。

【００２９】

【実施例】まず、本実施例で用いた感光体について述べ
る。

【００３０】感光体は負帯電のOPC感光体であり、φ30m
mのアルミニウム性のドラム上に機能層を5層設ける。

【００３１】Al基層側から順に第１層は下引き層、第２
層は正電荷注入防止層、第３層は電荷発生層、第４層は
電荷輸送層であり、本実施例では通常用いられる機能分
離型のOPC感光体を用いたがここまでの層は本質的には
本発明の構成を限定するものではなく、単層型のOPC、Z
nO、セレンアモルファスシリコン等の感光体を使用する
ことも可能である。

【００３２】第５層が本発明の特徴である電荷注入層で
あり、光硬化性のアクリル樹脂にSnO₂超微粒子を分散し
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
する重量比で5：2の割合で分散したものである。

【００３３】実際には導電性であるSnO₂の分散量で電荷
注入層の体積抵抗値は変化し、画像流れをおこさない条
件を満足するために、電荷注入層の抵抗値は1×10⁸Ωcm
以上である必要がある。

【００３４】電荷注入層の抵抗値は、絶縁性のシート上
に電荷注入層を塗布し、これをHP社の高抵抗計4329Aで
印加電圧100Vにて表面抵抗を測定したものである。

【００３５】このようにして調合した塗工液をディッピ
ング塗工法の適当な塗工法にて厚さ約3μmに塗工して電
荷注入層とした。

【００３６】本実施例では電荷注入層の体積抵抗値が1
×10¹²Ωcmのものを用いた。

【００３７】次に、接触帯電部材について述べる。

【００３８】導電磁気ブラシは非磁性の導電スリーブ、
これに内包されるマグネットロール、スリーブ上の磁性
導電粒子によって構成され、マグネットロールは固定、
スリーブ表面が感光ドラムの周速方向と逆に移動するよ
うに回転される。感光体と帯電スリーブの最近接位置で
のスリーブ表面の磁束密度は950ガウスであり、磁気ブ
ラシの穂立ちはスリーブに対向した磁性ブレードで規制
され、約1mmの穂立ちを形成している。スリーブ表面の
感光体に対する周速比はスリーブを感光体の移動方向と
逆方向に、感光体のスピードの10％の速度で駆動回転さ
せた。

【００３９】本実施例では、磁性粒子として電気抵抗値
の異なるA,B二種類のものを混合して使用した。

【００４０】一つ目の粒子Aは平均粒径15μm、体積抵抗
値1×10⁷Ωcmのフェライト粒子であり、磁気特性は飽和
磁化が58(A・m²／kg）のものである。

【００４１】磁性粒子の抵抗値の測定は、底面積228mm²
の筒状の容器にキャリヤを2g充填して加圧し、上下から
100Vの電圧を印加して、これに流れる電流から算出し、
正規化したもので定義した。

【００４２】これに、二つ目の粒子Bを混合する。粒子B
はフェライト表面を水素還元することによって抵抗値を
低下させたものを混合する。フェライト粒子は、その表
面を水素で還元し、その程度を変化させることによって
抵抗値をある程度任意に変化させることができ、本実施
例では具体的には1×10³Ωcmまで抵抗値を低下させたも
のを用いた。

【００４３】粒子A,Bの混合比率は本実施例では2：1の
割合としたが、これは帯電性の確保と感光体の対ピンホ
ール性能によって決定されるため、使用する粒子の粒
径、抵抗値等によって最適値が変化する。

【００４４】ここで本実施例をもとにした、本発明の効
果を述べる。

【００４５】対ピンホールリーク性能は具体的には図2
のように示される。体積抵抗値の低い帯電部材ｒを用い
た場合、感光体上に生じたピンホールには、図2（ｂ）
のように帯電部材の表面を通じて帯電電流が集中的に流
れ込む。このため、ピンホール部分の電位のみならずA
点の電位までも感光体基体の電位である0V程度にまで降
下し、A点の帯電不良をも引き起こす。これは、ピンホ
ール部とA点の間に存在するキャリヤの抵抗が図2（ｂ）
で2ｒの値しかないことが原因である。これを防止する
ためには帯電部材の抵抗値を1×10⁴Ω以上に設定する必
要がある。一方、直接電荷注入帯電では、キャリヤ表面
から感光体表面の電荷注入層に直接電荷を注入するた
め、抵抗値の低い帯電部材を用いた方が注入性が向上す
る。これは、キャリヤの抵抗値が低い方が注入の時定数
が小さくなるためと、キャリヤと感光体との界面での接
触抵抗値が低いためであると考えられる。

【００４６】従って、従来のように単一の抵抗値分布を
持つキャリヤで帯電を行なった場合には対ピンホールリ
ーク性能と電荷注入性を両方満足することが難しかっ
た。

【００４７】しかしながら、本実施例のように抵抗値分
布の異なるキャリヤで帯電を行なえば、抵抗値の低いキ
ャリヤと中抵抗のキャリヤが混在することによって、マ
クロな抵抗値は抵抗値の高いキャリヤによって決定され
るため感光体上のピンホールに帯電電流が集中的に流れ
込むことはない。

【００４８】具体的には、図2（a）に示すようにピンホ
ール部とA点との間のキャリヤの抵抗値がR+ｒ〜RとA点
の電位を降下させないような中抵抗になるためである。

【００４９】また、抵抗値の低いキャリヤと感光体が接
触している部分では、注入時定数が小さいため、また、
界面の電気抵抗が小さいため感光体上に電荷が注入さ
れ、良好な帯電を実現することが可能になる。

【００５０】従来、帯電部材としてのマクロな抵抗値は
1×10⁵〜1×10⁸Ωcmの範囲で実用上充分な帯電を行なう
ことが出来ることが判っているが、良好な注入性を得る
には、キャリヤ単体の体積抵抗値が1×10⁶Ωcm以下が望
ましい。しかしながら、キャリア単体の抵抗値が1×10⁵
Ωcm以下の場合にはドラムのピンホールでリーク画像と
なってしまうために、良好な使用範囲としては1×10⁵〜
1×10⁶Ωcmと狭い範囲であった。

【００５１】本実施例の構成では複数の固有抵抗地を持
つキャリヤを混合することによって、従来の一種類の固
有抵抗のキャリヤではピンホールリークのため使用でき
なかった1×10⁵Ωcm以下のキャリヤも使用できるように
なり、キャリヤの抵抗値、材質の選択の範囲が飛躍的に
広がった。

【００５２】本実施例では二種類の抵抗値を持つキャリ
ヤを混合したが、これは本発明の概念を限定するもので
はなく、多種の抵抗値分布を持つ粒子を混合すること
や、ブロードな抵抗値分布を持つキャリヤを使用しても
同様の効果を得ることができる。

【００５３】本実施例のように抵抗値分布の異なる二種
類のキャリヤを混合した場合には、帯電性を向上させる
ためには低抵抗の粒子の混合比が大きい方が好ましいの
であるが、抵抗値の低いキャリヤの混合比を増していっ
た時、ある混合比からは抵抗値の低いキャリヤだけで導
電経路（チェーン）を形成するようになってしまい、こ
の時には感光体上のピンホールリークへの電流集中を抑
制する効果はなくなってしまうため、低抵抗の粒子はこ
の混合比以下で使用することが必要である。

【００５４】次に低抵抗粒子の抵抗と混合比に好ましい
関係があることを見いだしたのでそのことについて述べ
る。図３に体積抵抗値が1×10⁷Ωcmのフェライト粒子に
体積抵抗の異なる低抵抗磁性粒子を混入して画像を確認
した結果を示す。この結果より、混合する磁性粒子の抵
抗値が1×10⁵Ωcm以上では長期使用で帯電能力が低下す
ることが判った。また、低抵抗粒子の混合比が、60％以
上では、低抵抗粒子だけで導電経路を形成するので、ピ
ンホールでリークすることが判った。60％以下好ましく
は50％以下でピンホールでリークしないことが判った。
他の抵抗のフェライト粒子に低抵抗の粒子を混合してピ
ンホールでのリークを確認したところ、混合比が50％以
下であればリーク画像は生じなかった。ここで、混合比
は、磁性粒子全重量に対する低抵抗粒子の重量比であ
る。

【００５５】本実施例では抵抗値の異なる粒子として、
同じフェライト粒子の表面処理のことなるものを用いた
が、粒子としてはこの他にも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、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
処理して抵抗値を調節したもの、またはこれらの磁性粒
子をメッキ処理して抵抗値を適当な値にしたもの等をそ
れぞれ混合して使用しても同様な効果が得られた。

【００５６】以上の構成の帯電器を用いた画像形成を行
なった例を示す。使用した図1に示す電子写真方式のプ
リンターはプロセススピード100mm/secであり、先に述
べた電荷注入層を持つ負帯電の直径30mmのOPC感光体1を
用いる。

【００５７】まず、-700Vの直流電圧を印加された帯電
ブラシ2を感光体に対して当接、回転させることによっ
て帯電を行なう。先に述べたように帯電は、帯電ブラシ
から感光体表面のSnO₂への電荷注入によって行なわれる
ため、感光体全面をくまなく帯電ブラシが接触しなくて
はならない。このため、帯電ブラシの接触ニップ幅を5m
mとした。

【００５８】このような状態では帯電ブラシへの印加電
圧と感光ドラムの表面電位はほぼ線形に推移し、従来の
帯電ローラを用いた場合にような放電閾値の存在は認め
らず、電荷注入が行なわれた。-700Vに帯電を受けた感
光ドラムは次に露光部で画像露光（イメージ露光）を受
ける。

【００５９】画像信号に従って強度変調を受けたレーザ
ダイオードからのレーザ光3をポリゴンミラーで走査し
て露光手段とし、感光ドラム上に静電潜像を形成する。

【００６０】次に、磁性一成分絶縁トナーを用いて反転
現像を行なう。マグネットを内包する直径16mmの非磁性
スリーブ4に上記のネガトナーをコートし、感光体表面
との距離を300μmに固定した状態で、感光ドラムと等速
で回転させ、スリーブに電圧を印加する。

【００６１】電圧は、-500VのDC電圧と、周波数1800H
z、ピーク間電圧1600Vの矩形のAC電圧を重畳したものを
用い、スリーブと感光ドラムの間でジャンピング現像を
行なわせる。

【００６２】このようにしてトナーで顕視化された像
は、次に転写材6に転写される。転写部では中抵抗の転
写ローラ5を用いる。本実施例ではローラ抵抗値は5×10
⁸Ωのものを用い、+2000VのDC電圧を印加して転写を行
なった。

【００６３】転写材上にトナー像を転写されたプリント
画像は、その後熱定着ローラ8によって定着を受け、機
外に排出される。また、転写残トナーはクリーニングブ
レード7で感光ドラム上からかきおとされ、次の画像形
成に備えられる。

【００６４】以上のような構成のプリンターで画像出力
を行なった。

【００６５】本実施例の比較例として従来の構成である
単一の抵抗値分布のキャリヤを用いて実験を行なった。

【００６６】〔比較例１〕用いたキャリヤは平均粒径15
μm、体積抵抗値1×10⁹Ωcmのものと平均粒径15μm、体
積抵抗値1×10³Ωcmのそれぞれフェライトキャリヤであ
る。

【００６７】体積抵抗値1×10⁹Ωcmのキャリヤで画像出
力を行なったところ、抵抗値が高すぎるためキャリヤか
ら感光体表面に充分な電荷注入がなされず、初期から帯
電不良が発生した。

【００６８】〔比較例２〕体積抵抗値1×10³Ωcmのキャ
リヤを用いたところ、帯電不良も発生せず良好な帯電が
なされたが感光体上に存在していた欠陥に帯電電流が集
中し、ピンホールとなって帯電不良に基づく横黒線が発
生した。更に画像出力を行なうと、このピンホールを中
心として電気的な力でキャリヤ付着が発生し、最後には
ピンホールが拡大して感光体と帯電部材の破壊を生じて
しまった。

【００６９】これらの比較例は帯電部材の抵抗値が高
い、もしくは低い場合に発生する顕著な現象であるが、
本実施例の構成のキャリヤでは、1×10⁹Ωcmと1×10³Ω
cmの抵抗値のものを2：1で混合することによって、混合
されたキャリヤの体積抵抗値は5×10⁸Ωcmとなった。

【００７０】これは、抵抗値の高いものと低いものが直
列に接続された場合に相当し、マクロな抵抗値は抵抗値
の高い方に支配されるためピンホールリークは発生しな
い。また、抵抗値の低いキャリヤが感光体表面と接触し
た場合は、そのキャリヤ自体の体積抵抗値は低いため電
荷注入の時定数は充分小さく、更に界面の接触抵抗も小
さいため感光体に電荷を激しく注入することが出来る。

【００７１】従って、本実施例の構成では一種類の材料
の固有抵抗で帯電部材を形成した場合と異なり、複数種
類の材料を混合することでピンホールリーク防止と帯電
性を良好なレベルで両立することが出来るようになっ
た。

【００７２】また本実施例の帯電部材を用いたことで、
感光体の電荷注入層の抵抗値が1×10⁸〜1×10¹⁵Ωcmの
範囲で画像流れもなく、良好な帯電性を得ることができ
た。

【００７３】さらに、感光体の種類としては、OPCに限
定するものではなく、表層のシリコンカーバイトの抵抗
値が5×10¹³Ωcmのシリコンドラムにおいても、本実施
例の帯電部材を用いることで、良好な電荷注入を行なう
ことができた。具体的には、500Vの印加電圧に対してド
ラム表面が480Vに帯電できた。

【００７４】また、このように直接電荷注入帯電を行な
うことによって従来放電に起因して発生していたオゾン
の発生、感光体表面の劣化を完全になくすことが可能に
なり、この効果を耐久通紙に関わらず維持することがで
きるようになった。

【００７５】〔第２の実施例〕本実施例では、帯電磁気
ブラシを構成する磁性粒子が、粒径の異なるものを混合
してなることを特徴とする。

【００７６】従来の直接帯電のように放電を用いて電荷
を移動させる場合には、キャリヤ同志や感光体との間に
放電可能なギャップが生じても電荷は移動し、帯電はな
されていた。

【００７７】しかしながら、直接電荷注入帯電では、感
光体への帯電はキャリヤ間の導電経路を電荷が移動し、
更にキャリヤと感光体表面の電荷注入層が直接接触して
電荷を注入することが必要である。従って、耐久通紙等
でキャリヤ中にトナー等の絶縁性のごみが混入した場
合、また、キャリヤ表面がトナー融着等で劣化してその
部分の抵抗値が上昇した場合には導電経路が断ち切られ
てしまって、感光体上に微視的な帯電しのこしの領域が
生じてしまう。

【００７８】このような状況下では、帯電不良領域が反
転現像恵の電子写真プロセスでは黒ポチとなってしま
い、マクロでは前回画像形成時に画像露光等で電位が減
衰した部分が黒くなってしまういわゆる帯電ポジゴース
トが発生する。

【００７９】これを抑制するためにはキャリヤ同志、キ
ャリヤと感光体との接触機会を増やすために平均粒径を
小さくすることが有効であるが、この場合には粒子一つ
一つの磁気拘束力が低下してしまうためキャリヤが感光
体上に離脱すると言う問題点を有していた。

【００８０】本実施例では、絶縁性のごみ等の混入によ
る帯電不良の発生と、キャリヤ付着を同時に解決するた
めに粒度分布において複数のピークを持つキャリヤを使
用することを特徴とする。

【００８１】本実施例では平均粒径15μm、体積抵抗値1
×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤと平均粒径10μm、体積
抵抗値1×10⁴Ωcmのマグネタイト粒子を重量比10：1の
割合で混合して使用した。

【００８２】このように、粒径の異なる粒子を使用する
と、耐久通紙等でキャリヤ内にトナー、紙粉等の絶縁物
が混入してキャリヤ間、キャリヤ-ドラム間の導通を遮
断しても、図4に示すように大粒径のキャリヤ間を小粒
径のキャリヤが電気的な導電経路を形成し、導通を維持
することによって帯電不良を防止することが出来るよう
になる。

【００８３】また、キャリヤと感光ドラム間でも小粒径
キャリヤの存在は実質的なキャリヤと感光体との接触ニ
ップを増加させるはたらきがあるため、より帯電性を向
上させることが出来るようになる。

【００８４】更に、大粒径と小粒径のキャリヤを混合す
ることによって小粒径のキャリヤは大粒径のキャリヤに
磁気的、物理的に拘束されてキャリヤ付着が発生しにく
くなる。

【００８５】この時、第１の実施例で示したように片方
の粒子の体積抵抗値が低くてもキャリヤ全体の抵抗値
は、体積抵抗値の高い粒子によって決定され、感光体の
対ピンホール性は維持することが出来るため導電経路を
形成する小粒径側のキャリヤの抵抗値が大粒径側のそれ
よりも小さいことが好ましい。

【００８６】実際に上記の粒子構成で磁性粒子以外の構
成は実施例の1での記載と同様にして、プリンターで耐
久通紙を行なったところ、5000枚の画像形成でも良好な
帯電性が得られた。

【００８７】5000枚通紙後のキャリヤを電子顕微鏡で観
察したところ、トナーは混入しているものの本実施例の
構成の特徴である小粒径の導電キャリヤが大径キャリヤ
の間に入り込んで導電経路を保っていることが確認され
た。また、小径キャリヤがキャリヤ全体の流動性を向上
させていることと、それ自体がクッションの役割をはた
し、キャリヤ間のせん断力を低下させているためトナー
の大径キャリヤへの融着はほとんど発生していなかっ
た。

【００８８】以上述べたように、大径キャリヤと小径キ
ャリヤを混在させて帯電部材として使用することによっ
て従来問題となっていた耐久通紙によるキャリヤ汚染、
帯電不良を劇的に解決することが出来るようになった。

【００８９】〔比較例１〕平均粒径15μm、体積抵抗値1
×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤ単体の帯電部材初期で
は均一な帯電がなされて良好な画像が得られていたが10
00枚通紙を行なった後には帯電不良が発生し、反転現像
における帯電ゴーストとなってしまった。

【００９０】〔比較例２〕平均粒径15μm、体積抵抗値1
×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤに、平均粒径10μm、体
積抵抗値1×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤを重量比10：
1の割合で混合。2000枚通紙で帯電ゴースト発生。

【００９１】帯電ゴーストの評価は、ベタ黒後にベタ白
画像を出力し、完全な帯電がなされないことに起因する
ベタ黒後感光ドラム一周後のかぶりをマクベス濃度計
（マクベス社製RD-1255)で測定し、帯電性能の指標とし
た。比較例1及び2では耐久通紙に従ってかぶりが増加し
ていることが確認された。

【００９２】この状態でキャリヤ表面を電子顕微鏡で観
察したところ、トナーの微粉がキャリヤ内に混入してい
ることが確認され、さらに通紙を続けるとキャリヤ表面
にトナー等が融着し、キャリヤ内の電荷の移動を阻害し
ていることが判った。

【００９３】なお、本実施例では大粒径側、小粒径側と
便宜的に粒径の異なる二種類のキャリヤを混合した例で
示したが、三種類以上の粒子を混合することも可能であ
るし、さらには本実施例で述べた大径と小径の両方の粒
度範囲を持つようなブロードな粒度分布を持った粉体を
用いることでもキャリヤ付着防止と帯電性の確保という
効果を得ることが可能である。

【００９４】〔第３の実施例〕本実施例では、粒度分布
の小粒径側のピークを形成する磁性粒子の飽和磁化、残
留磁化のいずれか、もしくは両方が大粒径側のピークを
形成する磁性粒子のそれよりも大きいことを特徴とす
る。

【００９５】小粒径の粒子と大粒径の粒子を混合して磁
気ブラシを構成した場合に、小さい粒子が磁気拘束力が
弱いために画像形成時に磁気ブラシから脱離して、その
小さい粒子が現像器に混入しで現像性を低下させたり、
ブラシからの脱離によって帯電均一性を低下させてしま
う場合があった。

【００９６】磁気拘束力を表す指標として、磁束内での
磁化を表す飽和磁化の値でも、磁気的な配向の程度をあ
らわす残留磁化の値でもどちらが大きくてもキャリヤ付
着には効果がある。これらのいずれか、または両方が上
記の関係を満足していることが好ましい。

【００９７】具体的には、小粒径側のキャリヤとして残
留磁化の大きいハードフェライト、もしくは飽和磁化の
大きい希土類の金属を用いたキャリヤ、または、これら
の磁化の大きい金属粉体を分散して作成した樹脂キャリ
ヤ等を使用することが可能である。

【００９８】帯電器は、第１の実施例と異なり、他極の
マグネットロールに直接キャリヤを付着させ、マグネッ
トロールを回転駆動させることによって帯電を行なう。
固定マグネットと回転スリーブの組み合せでは、マグネ
ットロールとスリーブ表面の間の距離で磁束密度は低下
し、キャリヤ付着を起こしやすい構成であったが、マグ
ネットロール表面に直接キャリヤを付けることで大幅に
キャリヤ付着を改善することが出来る。本実施例で用い
たマグネットロールは直径15mm、等極8極の磁束パター
ンで、ロール表面での最大磁束密度は1500ガウスであ
る。キャリヤの穂立ちの高さは磁性ブレードで1.5mmに
規制し、マグネットロールと感光体との間のギャップは
コロによって500μmとした。

【００９９】〔実験例１〕粒径15μｍで飽和磁化が58Am
²/Kg（emu/g）のフェライトキャリヤに10：1の割合で、
粒径が10μｍで飽和磁化が60Am²/Kgのフェライトキャリ
ヤを混合。通紙枚数5000枚で帯電性低下。5000枚でのキ
ャリアの混合比はほとんど変化がなかった。

【０１００】〔実験例２〕粒径15μｍで飽和磁化が58Am
²/Kgのフェライトキャリヤに10：1の割合で、粒径が1μ
ｍで飽和磁化が60Am2/Kgのフェライトキャリヤを混合。
通紙枚数10000枚まで帯電性は良好。但し、5000枚での
キャリアの混合比は20：1に減っており、現像性の低下
によるカブリは見られた。

【０１０１】〔実験例３〕粒径15μｍで飽和磁化が58Am
²/Kgのフェライトキャリヤに10：1の割合で、粒径が1μ
ｍで飽和磁化が77Am²/Kgのフェライトキャリヤを混合。
通紙枚数10000枚まで帯電性良好。5000枚でのキャリア
の混合比はほとんど変化がなかった。よって現像性低下
によるカブリは見られなかった。

【０１０２】ここでの飽和磁化は（1/4π）×10⁷A/m（1
0kエルステッド）磁場下での測定値である。

【０１０３】これらの実験例より、磁性粒子の小粒径側
の飽和磁化が大粒径と同じ60Am²/Kg前後のものでは、粒
径10μmより大きくないとキャリア付着の点で好ましく
はなかったが（実験例1/実験例2）、小粒径側の飽和磁
化を77Am²/Kgとすることで粒径1μmでも付着を防止でき
るようになった。その結果帯電性能が大幅に向上した。

【０１０４】以上のことより、磁性粒子の小粒径側の飽
和磁化または残留磁化を大粒径のそれよりも大きくする
ことで、磁気ブラシからの小粒径粒子の脱離を防止で
き、それに伴う帯電性の低下と現像性の低下を防止でき
る。

【０１０５】〔第４の実施例〕本実施例では、粒度分布
の小粒径側のピークを形成する磁性粒子の飽和磁化、残
留磁化のいずれか、もしくは両方が大粒径側のピークを
形成する磁性粒子のそれよりも大きく、かつ小粒径の粒
子の抵抗値が1×10⁰〜1×10⁵Ωcmであることを特徴とす
る。

【０１０６】従来の問題点であった、ドラムへのキャリ
ア付着は、導電性の粒子を用いた場合には電荷誘導によ
り中抵抗の粒子よりも顕著であった。よって、小粒径粒
子の抵抗値を下げるとドラムに付着してしまい、帯電性
が低下していた。本実施例では小粒径粒子の磁気拘束力
を向上させることで、小粒径粒子の抵抗を下げることを
可能にした。

【０１０７】本実施例の磁性粒子の構成としては、粒径
15μｍで飽和磁化が58Am²/Kg、抵抗値が1×10⁶Ωcmのフ
ェライトキャリヤに10：1の割合で、粒径が1μｍで飽和
磁化が77Am²/Kg、抵抗値が1×10³Ωcmのフェライトキャ
リヤを混合した。プリンターで画出し評価したところ、
通紙枚数20000枚でカブリは2％以下と良好であった。

【０１０８】〔比較例１〕粒径15μｍで飽和磁化が58Am
²/Kg、抵抗値が1×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤに10：
1の割合で、粒径が1μｍで飽和磁化が58Am²/Kg、抵抗値
が1×10³Ωcmのフェライトキャリヤを混合して、画出し
評価したところ、通紙枚数1000枚でカブリが3％を越え
ていた。この現象を観察してみると、画像形成時に、抵
抗の低い小粒径の粒子が、ドラムに付着しているのが観
察された。

【０１０９】〔比較例２〕粒径15μｍで飽和磁化が58Am
²/Kg、抵抗値が1×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤに10：
1の割合で、粒径が1μｍで飽和磁化が77Am²/Kg、抵抗値
が1×10⁶Ωcmのフェライトキャリヤを混合して、画出し
評価したところ、通紙枚数10000枚でカブリが3％を越え
た。この現象を観察してみると、画像形成時に、抵抗の
低い小粒径の粒子が、ドラムに付着するのはほとんど無
かったが画像形成時にブラシの混入したトナーが、キャ
リアの導電経路を阻害しているのが観察できた。

【０１１０】本実施例の、小粒径側のキャリヤとして残
留磁化の大きいハードフェライトを水素還元して抵抗値
を1×10⁴Ωcm程度以下まで下げたもの、もしくは飽和磁
化の大きい希土類の金属を用いたキャリヤ、または、こ
れらの磁化の大きい金属粉体を分散して作成した樹脂キ
ャリヤ等を使用することが可能である。

【０１１１】以上のことより、磁性粒子の小粒径側の飽
和磁化または残留磁化を大粒径のそれよりも大きくし、
かつ小粒径の粒子の抵抗値を1×10⁰〜1×10⁵Ωcmとする
ことで、小粒径粒子のドラムへの付着を防止でき、か
つ、耐久での帯電性の低下と現像性の低下を防止でき
る。

【０１１２】〔第５の実施例〕また、本実施例では感光
体表面に位置する電荷注入層の表面エネルギーを低下さ
せ、特に小粒径の磁性粒子が感光体との間の分子間力で
離脱するキャリヤ付着を抑制するために滑材粒子として
テフロン粒子を分散した。本実施例では0.3μmの粒径の
PTFE粒子（デュポン社製商品名テフロン）をバインダー
との重量比で30％分散した。

【０１１３】通常、感光体に潤滑性を付与するために電
荷輸送層にテフロン粒子等を分散する場合は、電荷輸送
層の膜厚が20μm程度と厚く、画像露光を散乱する恐れ
があるため多量に添加することが難しいが、電荷注入層
は2〜3μmと薄膜として形成するため電荷輸送層の場合
とは異なり、光の散乱をあまり気にする必要がなく、30
％程度まで分散させることが可能である。

【０１１４】本実施例では、電荷注入層に滑材粒子とし
てテフロン粒子を分散させているので、電荷注入層の表
面エネルギーを下げ、粒子の離型性が向上しているた
め、滑材粒子を分散しない場合に比べて、小径キャリア
が感光体表面に付着することが格段に少なくなった。

【０１１５】具体的には、磁性粒子として15μｍのフェ
ライトと1μｍのマグネタイトを20：1の割合で混合させ
た磁気ブラシに、滑材粒子を分散させないドラムを組み
合せて画像を1000枚通紙後に粒子の比率を測定したとこ
ろ、1μｍのマグネタイトが1000：1にまで減少してお
り、帯電特性の低下によるカブリも増加していた。とこ
ろが、同じ混合キャリアに上述のテフロンを分散させた
ドラムを組み合わせて画像を1000枚通紙したところ、帯
電性も良好で、粒子の比率の変化もほとんど無かった。

【０１１６】

【発明の効果】以上述べたように電荷注入層を持つ感光
体に、必要とされる感光体表面電位に相当するDC電圧を
印加した中抵抗磁気ブラシを当接させて帯電を行なう電
子写真装置の帯電装置において、中抵抗磁気ブラシが、
抵抗値を調整した磁性粒子をマグネットで拘束したもの
であり、磁性粒子が電気的、磁気的、粒径においてその
いずれかが異なった複数種類の粒子を混合することによ
って、単一の粒子では得られなかった各種の効果を得る
ことが出来るようになった。

【０１１７】具体的には、中抵抗の粒子に低抵抗の粒子
を混合することによって帯電部材としてのマクロな抵抗
値を中抵抗領域にして感光体上のピンホールに帯電電流
が集中することを防止しながら、低抵抗粒子から感光体
に激しく電荷を注入することによって帯電性能を向上さ
せることが出来るようになった。

【０１１８】また、粒径の小さい粒子を存在させて複数
の粒度ピークを持つような磁性粒子を帯電部材として使
用することによって、トナー等の絶縁物が混入した場合
にも導電経路を維持し、耐久通紙による帯電性の劣化を
防止することが可能になった。この際、大粒径の粒子は
小粒径の粒子を拘束することによって、キャリヤ付着を
最小限に抑えることができる。

【０１１９】また、キャリヤ付着を起こしやすい小粒径
の粒子等には飽和磁化、残留磁化の大きい、磁気特性の
異なった材料を用いることによって選択的なキャリヤ付
着を防止し、帯電部材の耐久性を向上させることが出来
るようになった。

【０１２０】また、電荷注入層に潤滑性を付与すること
によって、具体的には表面エネルギーの小さいテフロン
粒子等を分散することによって、帯電部材として磁気ブ
ラシを用いた場合に顕著に発生するキャリヤ付着を防止
することが出来るようになった。

【０１２１】特に、本発明のように複数の種類のキャリ
ヤを混合し、電気的、粒度分布的、磁気特性的にキャリ
ヤ付着の発生しやすい特性を持つ粒子を使用しなければ
ならない場合には電荷注入層にテフロン等の滑材粒子を
分散することによってより大きな効果を得ることが出来
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における電子写真方式のプリンターの構
成を表す図。

【図２】本発明の構成に基づくピンホールリークの防止
機構を表す概念図。

【図３】磁性粒子に低抵抗粒子を添加した場合の帯電性
を表す図。

【図４】粒径の異なる磁性粒子によって構成された帯電
部材にトナーが混入した場合の導電経路を表す図。

【符号の説明】

１感光ドラム２接触帯電部材３露光手段４現像器５転写ローラ６転写材７クリーニングブレード８熱定着ローラ２１接触帯電部材のキャリヤ層厚を規制するブレード２２固定マグネットロール２３導電性磁性粒子（キャリヤ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が1×10⁸〜1×10¹⁵Ωcmの抵抗値を
持つ材質で構成された電荷注入層であるような感光体に
対して導電性磁性粒子を用いた接触帯電部材に電圧を印
加し、これを当接させて帯電を行なう帯電装置におい
て、上記導電性磁性粒子が異なった特性を持つ複数の種類の
粒子を混合されてなることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】上記磁性粒子が、電気抵抗値の異なる複
数種類の粒子が混合されたものであることを特徴とする
請求項１の帯電装置。
【請求項３】上記磁性粒子が、少なくとも1×10⁰〜1
×10⁵Ωcmの体積抵抗値を持つ粒子群と、1×10⁵以上の
体積抵抗値を持つ粒子群を含むことを特徴とする請求項
２の帯電装置。
【請求項４】1×10⁰〜1×10⁵Ωcmの範囲にある粒子が占
める重量が帯電部材を構成する総磁性粒子重量の半分以
下であることを特徴とする請求項３の帯電装置。
【請求項５】上記磁性粒子の粒度分布が少なくとも二
つ以上のピークを有することを特徴とする請求項２の帯
電装置。
【請求項６】上記磁性粒子の粒度分布の少なくとも一
つのピークが30μm以下であることを特徴とする請求項
５の帯電装置。
【請求項７】上記磁性粒子のうち、磁性粒子の粒度分
布のピークの小粒径側をなす粒子群の少なくとも一つの
体積抵抗値が、大粒径側のピークをなす粒子群の体積抵
抗値よりも低いことを特徴とする請求項５の帯電装置。
【請求項８】上記磁性粒子のうち、磁性粒子の粒度分
布のピークの小粒径側をなす粒子群の少なくとも一つの
体積抵抗値が1×10⁰〜1×10⁵Ωcmであることを特徴とす
る請求項５の帯電装置。
【請求項９】上記磁性粒子が、磁気特性の異なる複数
種類の粒子によって構成されていることを特徴とする請
求項１の帯電装置。
【請求項１０】上記磁性粒子の粒度分布が少なくとも
二つ以上のピークを有することを特徴とする請求項９の
帯電装置。
【請求項１１】上記磁性粒子の粒度分布の少なくとも
一つのピークが30μm以下であることを特徴とする請求
項１０の帯電装置。
【請求項１２】上記磁性粒子のうち、粒度分布の小粒
径側のピークを形成する磁性粒子の飽和磁化、残留磁化
のいずれか、もしくは両方が大粒径側のピークを形成す
る磁性粒子のそれよりも大きいことを特徴とする請求項
１０の帯電装置。
【請求項１３】上記磁性粒子のうち、磁性粒子の粒度
分布のピークの小粒径側をなす粒子群の少なくとも一つ
の体積抵抗値が1×10⁰〜1×10⁵Ωcmであることを特徴と
する請求項１２の帯電装置。
【請求項１４】上記電荷注入層が、光透過性で絶縁性
のバインダーに、導電性微粒子を分散させてなることを
特徴とする請求項１の帯電装置。
【請求項１５】導電性微粒子が、SnO₂であることを特
徴とする請求項１４の帯電装置。
【請求項１６】上記電荷注入層に滑材粉末が分散され
ていることを特徴とする請求項１の帯電装置。
【請求項１７】上記滑材粉末がフッ素系樹脂、ポリオ
レフィン系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１６の帯電装置。
【請求項１８】上記接触帯電部材が被帯電体に対して
周速差をもって移動することを特徴とする請求項１の帯
電装置。
【請求項１９】上記帯電装置は、反転現像を行なう画
像形成装置に用いられ、この画像形成装置が、接触転写
手段を有することを特徴とする請求項１の帯電装置。
【請求項２０】上記磁性粒子が、少なくともフェライト
とマグネタイトを混合したものであることを特徴とする
請求項１の帯電装置。
【請求項２１】磁性粒子の粒度分布の少なくとも一つ
のピークが30μm以下でかつマグネタイトであることを
特徴とする請求項１の帯電装置。