JPH096094A - 帯電装置およびこれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 接触帯電部材と感光ドラムとが接触する帯電
ニップ部内に極位置が存在するときの磁性粒子に起因し
た画像不良を防止する。 【構成】 Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に並設させたマ
グネットロール２１の表面にキャリヤ２３を担持させて
磁気ブラシ２を形成する。そして、該磁気ブラシ２を感
光ドラム１に接触させるとともに、電圧を印加させる。
これにより該磁気ブラシ２は、電荷が直接注入されて帯
電される。この際、前記マグネットロール２１の極位置
２４での表面粗さをマグネットロール２１の極間２５の
表面粗さよりも大きくすることで、前記極位置が帯電ニ
ップ部内に存在するときに、前記極位置２４に担持され
るキャリヤ２３の密度を高めて前記感光ドラム１への搬
送性をよくし、感光ドラム１におけるキャリヤ２３の搬
送量をほぼ一定に保つようにする。

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、レーザビーム
プリンタなどの電子写真装置に設けられ、被帯電体に接
触させて直接注入帯電を行う帯電装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の電子写真装置の帯電装置には、コ
ロナ帯電器が使用されていたが、近年はコロナ帯電器に
代わって接触帯電装置が実用化されている。この接触帯
電装置は、帯電の安定性の点から帯電部材として導電ロ
ーラを用いた帯電ローラ方式のものが用いられ、オゾン
の発生を低く抑えるとともに、電力消費を低く抑えるこ
とができるという利点を有している。

【０００３】帯電ローラ方式では、導電性の弾性ローラ
である帯電ローラを被帯電体である感光ドラムに加圧接
触させ、これに電圧を印加することによって感光ドラム
の帯電を行っている。また、帯電を帯電ローラから感光
ドラムへの放電によって行っているため、閾値以上、す
なわち帯電開始電圧Ｖth以上の帯電電圧を印加すること
によって始めて帯電が可能となる。例えば厚さ２５μｍ
のＯＰＣ感光ドラムに対して帯電ローラを加圧接触させ
た場合には、約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば感光ド
ラムの表面電位が上昇し始め、それ以降は表面電位は印
加電圧に対して傾き１で線形に増加する。

【０００４】すなわち、電子写真の画像形成に必要とさ
れる感光ドラムの表面電位Ｖｄを得るためには、帯電ロ
ーラなどの接触帯電部材には（Ｖｄ＋Ｖth）以上の直流
電圧を印加する必要がある。しかし、直流電圧のみを帯
電ローラに印加して帯電を行う方式は、環境変動などに
よって帯電ローラの抵抗値が変動したり、また感光ドラ
ムが削れて膜厚が変化したりすると、帯電開始電圧Ｖth
が変動するので、感光ドラムの帯電電位を所定の値に設
定することが困難であった。

【０００５】このため、感光ドラムを接触帯電部材で均
一に帯電させるために、特開昭６３−１４９６６９号公
報に開示されているように、交流帯電方式を用い、表面
電位Ｖｄに相当する直流電圧に２×Ｖth以上のピーク間
電圧を有する交流成分を重畳した電圧を印加するように
している。これは、交流成分による電位のならし効果を
得るためのものであり、感光ドラムの表面電位Ｖｄは交
流電圧のピーク間の中央となる値に収束し、環境などの
外乱に影響されることはない。

【０００６】ところが、このような接触帯電装置におい
ても、感光ドラムへの帯電は、実際は帯電ローラから感
光ドラムへの放電現象を利用しているため、帯電に必要
とされる印加電圧は感光ドラムの表面電位以上であり、
微量のオゾンは発生する。しかも、帯電均一化のために
交流帯電を行う場合には、オゾンの発生量の増加、交流
電圧の電界による帯電ローラと感光ドラムとの間での振
動や騒音（以下「帯電音」という）の発生および放電に
よる感光ドラムの表面の劣化などが顕著になるという問
題が生じる。

【０００７】そのため、新たな帯電方式として、特開平
６−３９２１号公報に開示されているように感光ドラム
への電荷の直接注入による帯電方式が考えられている。
この帯電方式は、帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電磁気ブ
ラシなどの接触導電部材に電圧を印加し、表面に電荷注
入層を設けた感光ドラム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ようにしたもので、電荷注入
層として感光ドラム表面にアクリル樹脂に導電フィラー
であるアンチモンドープで導電化したＳｎＯ₂粒子を分
散させたものを塗工して用いている。この直接注入帯電
方式では、放電現象を利用していないため、帯電に必要
とされる電圧は、感光ドラムが必要とする表面電位分の
みの直流電圧であるので、低電圧で帯電が行える。ま
た、交流電圧を印加しないので、帯電音の発生もなく帯
電ローラ方式と比較してもオゾンの発生をより低く抑え
ることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、接触導
電部材として磁性粒子を直接マグネットロールに付着さ
せた磁気ブラシを使用し、これを回転させて感光ドラム
の表面を帯電させる場合に、Ｎ極とＳ極とを周方向に交
互に並設したマグネットロールの極位置では磁性粒子の
穂が磁力線の向きに沿ってできるため、感光ドラムと磁
気ブラシとが接触する帯電ニップ部内への磁性粒子の搬
送性が悪化する。このため、帯電ニップ部での磁性粒子
の密度は、極間が帯電ニップ部に存在するときに比べ、
極位置が帯電ニップ部に存在するときの方が粗になるの
で、感光ドラムと接触できる磁性粒子の面積が少なくな
る。

【０００９】特に注入帯電では、磁性粒子と感光ドラム
とが接触したところで前者から後者への電荷の注入が行
われるため、感光ドラム表面のうち、磁性粒子が接触で
きなかった部分は帯電不良が発生してしまう。このた
め、極位置が帯電ニップ部に存在するときには極間に比
べ帯電性が落ちてしまい、マグネットロールの極周期の
帯電むらが画像に現れてしまうという問題があった。

【００１０】そこで本発明は、上記のような問題点を解
決するためになされたもので、接触帯電部材と感光ドラ
ムとが接触する帯電ニップ部内に極位置が存在するとき
の磁性粒子に起因した画像不良を防止するようにした帯
電装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る帯電装置は、Ｎ極とＳ極とを周方向
に交互に並設したマグネットロールの表面に磁性粒子を
担持させて接触導電部材を形成し、該接触導電部材を回
転させて前記磁性粒子によって被帯電体の表面を摺接す
るとともに、前記接触導電部材に電圧を印加して前記磁
性粒子を介して前記被帯電体の表面に対して直接的に電
荷を注入するものであって、前記接触導電部材は、前記
マグネットロールの極位置に存在する磁性粒子の前記被
帯電体への搬送性をよくするように前記極位置の表面粗
さを前記マグネットロールの極間の表面粗さより大きく
したことを特徴とする。

【００１２】好ましくは、前記接触導電部材は、磁気ブ
ラシにより形成されている。

【００１３】一例として、前記マグネットロールの極位
置の表面はサンドブラスト処理により研削されている。

【００１４】また一例として、前記マグネットロールの
極数は、４〜４０極である。

【００１５】また、本発明の画像形成装置は、上述のい
ずれか記載の帯電装置と、該帯電装置により直接注入帯
電される被帯電体と、該被帯電体に形成された静電潜像
にトナーを付着させてトナー画像を形成する現像器と、
前記被帯電体上のトナー画像を記録材に転写させる転写
帯電器と、前記記録材上に転写されたトナー画像を定着
する定着器とを備えたものである。

【００１６】また好ましくは、前記被帯電体は、表面に
電荷注入層を有し、前記接触導電部材に電圧を印加して
該電荷注入層に直接電荷注入を行って帯電される。

【００１７】

【作用】上記の構成に基づいて、Ｎ極とＳ極とを周方向
に交互に並設させたマグネットロールの表面に磁性粒子
を担持させてなる接触導電部材を回転させながら、被帯
電体に接触させるとともに、電圧を印加させる。これに
より該被帯電体は、電荷が直接注入されて帯電される。
この際、前記マグネットロールの極位置での表面粗さを
該マグネットロールの極間の表面粗さよりも大きくする
ことで、前記極位置が帯電ニップ部内に存在するとき
に、前記極位置に担持される磁性粒子の密度を高めて前
記被帯電体への搬送性をよくし、該被帯電体における磁
性粒子の搬送量をほぼ一定に保つようにする。

【００１８】これにより前記被帯電体の表面の帯電均一
性が向上し、高品位な画像を長期にわたり得ることが可
能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。

【００２０】図１は本発明の帯電装置の接触導電部材を
示す断面図、図２は図１の接触導電部材を用いた画像形
成装置を示す概略構成図である。

【００２１】まず、本実施例で用いる画像形成装置につ
いて説明する。

【００２２】図２に示す画像形成装置は電子写真プロセ
ス利用のレーザビームプリンタである。同図において、
被帯電体としての回転ドラム型の電子写真感光ドラム
（以下「感光ドラム」という）１は、直径３０mmのＯＰ
Ｃ感光ドラムで、矢印Ｒ１で示すように時計回り方向に
１００mm／sec のプロセススピード（周速度）で回転駆
動される（感光ドラム１については後に詳述する）。そ
して、感光ドラム１の周囲には時計回り方向に、感光ド
ラム１に回転しながら接触している接触導電部材として
の磁気ブラシ（磁気ブラシについては後に詳述する）
２、露光手段としてのレーザビームスキャナ（不図
示）、反転現像装置３、接触転写装置４およびクリーニ
ング装置６が順に配設されている。また、上述の画像形
成装置は、感光ドラム１、磁気ブラシ２、反転現像装置
３およびクリーニング装置６の４つのプロセス機器を、
カートリッジ２０に内蔵させたものである。

【００２３】レーザダイオード、ポリゴンミラーなどを
有するレーザビームスキャナは、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
ムによる走査露光光Ｌを出力し、感光ドラム１表面の被
帯電面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像を形
成する。反転現像装置３は、直径１６mmの非磁性現像ス
リーブ３ａによりマグネット３ｂを内包したもので、感
光ドラム１から３００μｍの距離だけ離れて配設されて
いる。現像スリーブ３ａには、現像バイアス電源Ｓ２が
接続されており、現像バイアス電圧が印加された現像ス
リーブ３ａを感光ドラム１と等速で回転させ、磁性一成
分絶縁トナー（ネガトナー）をコートすることにより、
感光ドラム１上の静電潜像を現像してトナー画像を形成
する。この場合の電圧は−５００Ｖの直流電圧と周波数
１８００Ｈｚでピーク間電圧１６００Ｖの矩形の交流電
圧とを重畳させたものを用い、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。

【００２４】一方、接触転写装置４としての中抵抗（抵
抗値は例えば５×１０⁸ Ω）の転写ローラ４は、感光ド
ラム１に所定の押圧力で接触するように配設されるとと
もに、＋２０００Ｖの直流電圧を印加する転写バイアス
電源Ｓ３に接続されている。不図示の給紙部から供給さ
れる記録材としての転写材Ｐは、感光ドラム１と、転写
ローラ４とが接触する圧接ニップ部（転写部）Ｔに所定
のタイミングで導入されるように構成されている。すな
わち、給紙部から供給される転写材Ｐは、その転写面が
感光ドラム１のトナー画像形成面と同期して転写部Ｔに
臨むようにタイミングローラ（不図示）によって搬送が
一時停止するようになっている。そして、転写材Ｐが転
写部Ｔに搬送されたときに静電気力と押圧力とにより感
光ドラム１の表面からトナー画像が転写される。

【００２５】転写材Ｐは、感光ドラム１から分離された
後、熱定着方式などの定着装置５へ導入されてトナー画
像の定着を受け、画像形成物（プリント紙）として装置
外へ排出される。

【００２６】また、トナー画像を転写材Ｐに転写した後
の感光ドラム１には残留トナーなどの付着汚染物が残留
している。クリーニング装置６はこの付着汚染物を除去
し、感光ドラム１を清掃する。これにより感光ドラム１
は繰り返して画像形成に使用される。

【００２７】次に、感光ドラム１について説明する。

【００２８】感光ドラム１は、アルミニウム製のドラム
基体上に５つの機能層を設けたものである。第１層は、
厚さ約２０μｍの導電層である下引き層で、アルミニウ
ム製のドラム基体の欠陥などを均すため、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。

【００２９】第２層は、厚さ約１μｍの中抵抗層である
正電荷注入防止層で、アルミニウム製のドラム基体から
注入された正電荷が感光ドラム１の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とによっ
て１０⁶ Ωｃｍ程度に抵抗調整されている。

【００３０】第３層は、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散
させた厚さ約０．３μｍの電荷発生層であり、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。

【００３１】第４層は、感光ドラム１の表面に帯電され
た負電荷を移動させず、電荷発生層で発生した正電荷の
みを感光ドラム１の表面に輸送させる電荷輸送層であ
り、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散させたＰ
型半導体である。

【００３２】第５層は、光硬化性のアクリル樹脂にＳｎ
Ｏ₂ の超微粒子を分散させた電荷注入層である。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ＳｎΟ₂ 粒子をアクリル樹脂に対して７
０wt％分散させたものである。また、本実施例のような
マグネットロール回転系の場合、スリーブ系（説明は省
略）に比ベ磁性粒子（キャリヤ）２３の穂が硬くなるた
め、テフロンを２６％分散させて滑りをよくすることで
キャリヤ２３を動き易くしている。

【００３３】次に、図１に示す磁気ブラシについて説明
する。

【００３４】磁気ブラシ２は、芯金２２によって回転可
能なマグネットロール２１に磁性粒子（キャリヤ）２３
（図２参照）を付着させて形成されたもので、マグネッ
トロール２１の極位置（マグネットロールの表面に対し
て垂直方向の磁気力がピーク値の５０％以上である範
囲）２４の表面粗さを極間（極位置と極位置との間）２
５の表面粗さより大きく形成している。これにより感光
ドラム１と磁気ブラシ２とが接触する帯電ニップ部への
極位置２４に存在するキャリヤ２３（図２参照）の搬送
性が改善されることになる。

【００３５】マグネットロール２１は、Ｎ極とＳ極とを
周方向に交互に並設した、例えば等極８極で、直径が１
８mmに、長手方向の長さが２３０mmに形成されている。
このマグネットロール２１の外周面に導電性接着層２６
を介して導電テープ（本実施例では厚さ５０μｍの銅テ
ープ）２７を貼り付けて被覆することで磁気ブラシ付着
表面を導電化させている。

【００３６】このマグネットロール２１の極に当る部分
（極位置）の表面粗さは、サンドブラスト処理すること
により極間２５の表面粗さより大きく形成される。極位
置２４の表面粗さを大きくする手段として、表面粗さの
安定性を考慮してサンドブラスト処理を用いたが、この
他に鉄やすり、サンドペーパーなどを用いてもよい。そ
のほか、導電性のバインダーに粒子を混入したものを極
位置２４にコートしても構わない。なお、極位置２４で
の平均表面粗さは約５μｍ、極間２５での平均表面粗さ
は約２μｍであった。

【００３７】マグネットロール２１の平均表面粗さとし
ては、この粗さがキャリヤ２３の平均粒径の５％よりも
小さいと、マグネットロール２１の表面でキャリヤ２３
が滑り、帯電ニップ部へのキャリヤ２３の搬送性が悪く
なる。また、キャリヤ２３の平均粒径の１００％を超え
ると、搬送量としては変わらなくなる。したがって、マ
グネットロール２１の平均表面粗さの範囲としてはキャ
リヤ２３の平均粒径の５〜１００％の範囲が望ましい。
また、マグネットロール２１の極数は４極未満の場合、
キャリヤ２３に対する磁気拘束力の差が極位置２４と極
間２５とで大きく異なり、極間２５では感光ドラム１へ
の付着などが起こり易い。また、極数が多過ぎると、漏
れ磁束が少なくなるため、キャリヤ２３の層厚が減って
しまい、帯電ニップ部が形成されにくくなる。その結
果、帯電性が落ちてしまう。上述のことからマグネット
ロール２１の極数としては４〜４０極が好ましく、でき
るだけ極間２５が等間隔で、磁気力の等しいものがよ
い。

【００３８】マグネットロール２１の磁極表面位置での
磁束密度は０．１Ｔ（テスラ）であった。磁束密度とし
てはキャリヤ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。

【００３９】本実施例のキャリヤ２３は平均粒径３０μ
ｍ、最大磁化６０Ａｍ² ／ｋｇ、密度が２．２ｇ／ｃｍ
² の中抵抗のフェライトキャリヤを使用している。マグ
ネットロール２１から感光ドラム１表面までのギャップ
はマグネットロール２１の両端にコロを装着することで
５００μｍに保持されている。マグネットロール２１上
の搬送量を２０ｇにした場合、キャリヤ溜りを含めた全
体の帯電ニップ幅は約５mmとなる。この帯電ニップ幅で
のキャリヤ抵抗は直流電圧１００Ｖを印加したとき５×
１０⁶ Ωであった。

【００４０】また、磁気ブラシ２と感光ドラム１との周
速比は次式で定義する。

【００４１】周速比（％）＝｛（磁気ブラシ周速−感光
ドラム周速）／感光ドラム周速｝×１００ 磁気ブラシ２の周速は感光ドラム１の回転方向と磁気ブ
ラシ２の回転方向とが同方向である場合には、負の値と
なる。磁気ブラシ２と感光ドラム１との接触機会を考慮
すると、周速比の絶対値としては１００％以上が望まし
いが、−１００％は磁気ブラシ２が停止している状態で
あり、この場合、帯電ニップ部に位置する磁気ブラシ２
と感光ドラム１との表面が十分に接触しないところは帯
電不良となり、接触不良の箇所がそのまま画像に現れて
しまう。また、順方向の回転は、逆方向と同じ周速比を
得ようとすると、磁気ブラシ２の回転数が高くなってし
まい、キャリヤ２３が飛散してしまうという不利が生じ
るので、本実施例においては周速比を−２００％とす
る。この磁気ブラシ２に帯電バイアス印加電源Ｓ１から
−７００Ｖの直流帯電バイアス電圧を印加したとき、感
光ドラム１の外周面はほぼ−７００Ｖに一様に帯電され
た。

【００４２】従来、マグネットロールの極位置が帯電ニ
ップ部に到達すると、極位置では磁力線の向きに沿って
キャリヤの穂ができるため、極間に比べキャリヤの密度
が少なくなっていた。そのため、帯電ニップ部に極位置
が到達したときには、キャリヤと感光ドラムとが接触し
ない部分が生じ、この部分で帯電不良が発生し、帯電不
良が極周期の帯電むらとなって画像に現れてしまうとい
う問題があった。そのため、キャリヤの搬送量を増やす
方法として、マグネットロールの表面を粗くする方法が
あるが、マグネットロールの表面全体を均一に粗くした
だけでは、極位置および極間とも同様にキャリヤの搬送
量が増えるだけなので、極周期の帯電むらをなくすこと
ができなかった。

【００４３】そこで、本実施例のように極間２５の表面
粗さに比べ、極位置２４の表面粗さを大きくすること
で、極位置２４での搬送量を増やし、極位置２４が帯電
ニップ部内に到達したときのキャリヤ２３の密度を極間
２５と同程度にすることにより、帯電ニップ部内に存在
するキャリヤ２３を感光ドラム１と均一に接触させる。
これにより感光ドラム１の表面を均一に帯電することが
でき、良好な画像を長期にわたり得ることが可能となっ
た。

【００４４】なお、上記実施例の画像形成装置は、感光
ドラム１、磁気ブラシ２、反転現像装置３およびクリー
ニング装置６の４つのプロセス機器を、カートリッジ２
０に内蔵させたもので、このカートリッジ２０は画像形
成装置本体に対して一括して着脱交換自在に装着されて
いるが、これに限定されるものではない。

【００４５】また、上記実施例では、被帯電体として電
荷注入層を設けたＯＰＣ感光ドラムを用いたが、これに
限定されず、被帯電体は、表面に注入ポイントを持つａ
−Ｓｉやａ−Ｓｅなどの感光ドラムを用いても上記実施
例と同様の効果を奏する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
接触導電部材は、Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に並設さ
せたマグネットロールの極位置の表面粗さを極間の表面
粗さよりも大きくしたので、極位置が帯電ニップ部内に
存在するときに、極位置に付着する磁性粒子の被帯電体
への搬送性をよくし、帯電ニップ部内の搬送量を極間が
帯電ニップ部に到達したときと同程度に保つことができ
る。

【００４７】その結果、被帯電体の表面の帯電均一性が
向上し、高品位の画像を長期にわたって得ることができ
る。また、接触導電部材により被帯電体に直接注入帯電
させるように構成したので、接触導電部材に印加する電
圧の低電圧化が図れるとともに、オゾンの発生、交流帯
電による帯電音の発生および放電による被帯電体表面の
劣化を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る帯電装置に用いられているマグネ
ットロールの一例を示す断面図である。

【図２】本発明の帯電装置が設けられた画像形成装置の
一例を示す概略構成図である。

【符号の説明】 １ 被帯電体（感光ドラム） ２ 接触導電部材（磁気ブラシ） ２１ マグネットロール ２３ 磁性粒子（キャリヤ） ２４ 極位置 ２５ 極間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石山 晴美 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 (72)発明者 山本 武男 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

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ極とＳ極とを周方向に交互に並設した
   マグネットロールの表面に磁性粒子を担持させて接触導
   電部材を形成し、該接触導電部材を回転させて前記磁性
   粒子によって被帯電体の表面を摺接するとともに、前記
   接触導電部材に電圧を印加して前記磁性粒子を介して前
   記被帯電体の表面に対して直接的に電荷を注入する帯電
   装置において、 前記接触導電部材は、前記マグネットロールの極位置に
   存在する磁性粒子の前記被帯電体への搬送性をよくする
   ように前記極位置の表面粗さを前記マグネットロールの
   極間の表面粗さより大きくした、 ことを特徴とする帯電装置。
2. 【請求項２】 前記接触導電部材は磁気ブラシにより形
   成されている、 ことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
3. 【請求項３】 前記マグネットロールの極位置の表面は
   サンドブラスト処理により研削されている、 ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の帯電装
   置。
4. 【請求項４】 前記マグネットロールの極数は、４〜４
   ０極である、 ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記
   載の帯電装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか記載
   の帯電装置と、 該帯電装置により直接注入帯電される被帯電体と、 該被帯電体に形成された静電潜像にトナーを付着させて
   トナー画像を形成する現像器と、 前記被帯電体上のトナー画像を記録材に転写させる転写
   帯電器と、 前記記録材上に転写されたトナー画像を定着する定着器
   とを備えた、 ことを特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】 前記被帯電体は、表面に電荷注入層を有
   し、前記接触導電部材から該電荷注入層に直接電荷注入
   を行って帯電される、 ことを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。