JPH10213946A

JPH10213946A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10213946A
Application number: JP1713097A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suzuki; 啓之鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1997-01-30
Publication date: 1998-08-11

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー混入による接触帯電手段の磁性粒子の
抵抗値上昇によって、帯電性能が低下するのを防止す
る。【解決手段】接触帯電手段として磁性粒子を有する磁
気ブラシ３０を備え、現像装置４による感光体１上の転
写残トナーの現像同時回収を行う画像形成装置におい
て、磁気ブラシ３０によって帯電された感光体１の飽和
電位が、電源Ｓ１から磁気ブラシ３０に印加された電圧
よりも帯電極性側に高くなるように設定して画像形成を
行うことにより、耐久によって磁性粒子上にトナーが融
着等の汚染によって磁性粒子単体の抵抗値が上昇した場
合でも、磁気ブラシ３０全体としての抵抗値の上昇は小
さくなることによって、磁気ブラシ３０の磁性粒子中へ
のトナー混入に起因する帯電ムラの発生がなくなり、帯
電不良を防止して良好な画像を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
を利用した複写機、レーザービームプリンタ、ファクシ
ミリ等の画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来の画像形成装置の一例を示
す概略構成図であり、この画像形成装置は電子写真プロ
セス利用のレーザービームプリンターである。

【０００３】この図において、Ａは画像形成装置である
レーザービームプリンター、Ｂはレーザービームプリン
ターＡの上に搭載した画像読み取り装置（イメージスキ
ャナー）である。

【０００４】画像読み取り装置Ｂにおいて、２０は固定
の原稿台ガラスであり、この原稿台ガラス２０の上面に
原稿Ｇを複写すべき面を下側にして載置し、その上に不
図示の原稿板を被せてセットする。２１は原稿照射用ラ
ンプ２１ａ、短焦点レンズアレイ２１ｂ、ＣＣＤセンサ
ー２１ｃなどを配置した画像読み取りユニットである。
この画像読み取りユニット２１は、不図示のコピーボタ
ンが押されることで、原稿台ガラス２０の下側において
この原稿台ガラス２０の図の左辺側のホームポジション
から右辺側にガラス下面に沿って往動駆動され、所定の
往復終点に達すると復動駆動されて始めのホームポジシ
ョンに戻される。

【０００５】画像読み取りユニット２１の往動駆動過程
において、原稿台ガラス２０上の載置セット原稿Ｇの下
向き画像面が原稿照射用ランプ２１ａにより左辺側から
右辺側にかけて順次照明走査され、その照明走査光の原
稿面反射光が短焦点レンズアレイ２１ｂによってＣＣＤ
センサー２１ｃに結像入射する。

【０００６】ＣＣＤセンサー２１ｃは、不図示の受光
部、転送部、出力部より構成されており、受光部におい
て光信号が電荷信号に変えられて、転送部でクロックパ
ルスに同期して順次出力部へ転送され、出力部において
電荷信号を電圧信号に変換し、増幅、低インピーダンス
化して出力する。このようにして得られたアナログ信号
を周知の画像処理によりデジタル信号に変換してレーザ
ービームプリンターＡに出力する。

【０００７】一方、レーザービームプリンター（画像形
成装置）Ａにおいて、１は像担持体としての回転ドラム
型の感光体である。この感光体１は中心支軸を中心に所
定の周速度（プロセススピード）を持って矢印ａ方向に
回転駆動され、その回転過程において帯電装置２により
一様な帯電処理を受ける。

【０００８】そして、感光体１の一様帯電面に対して露
光装置（レーザー走査装置）３から出力される、画像読
み取り装置ＢからレーザービームプリンターＡ側に出力
される画像信号に対応して変調されたレーザービームに
よる走査露光Ｌがなされることで、感光体１上に画像読
み取り装置Ｂにより光電読み取りされた原稿Ｇの画像情
報に対応した静電潜像が順次形成される。感光体１上に
形成された静電潜像は現像装置４により順次トナー像と
して反転現像される。現像装置４による現像方法は、ト
ナー粒子に対して磁性のキャリアを混合したものを現像
剤として用いて磁気力によって搬送し、感光体１に対し
て接触状態で現像する２成分接触現像方式が好適に用い
られる。

【０００９】一方、給紙カセット５内に収納された紙な
どの転写材Ｐが給紙ローラ６により１枚づつ給送され、
レジストローラ７により所定のタイミングで感光体１と
転写装置８間の転写ニップ部に給紙されて、転写装置８
の転写ブレード９により転写材Ｐに感光体１上のトナー
像が転写される。トナー像が転写された転写材Ｐは、搬
送ベルトを兼ねている転写ベルト１０により定着装置１
１へ搬送されて永久固着画像として定着された後に外部
に排出される。

【００１０】また、トナー像転写後に感光体１上に付着
している転写残りトナー等の付着汚染物はクリーナー１
２のクリーニングブレード１３により除去され、繰り返
し画像形成が行われる

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、装置
の小型化、簡易化、あるいはエコロジーの観点から廃ト
ナー（転写残りトナー）を出さない等の目的で、いわゆ
るクリーナーレスシステムも実用化されている。

【００１２】これは、上記したレーザービームプリンタ
ー（画像形成装置）Ａにおいて、転写材Ｐに対するトナ
ー像転写後の感光体１表面から転写残りトナーを除去す
る上記したクリーナー１２を取り外し、現像装置４で転
写残りトナーを現像同時クリーニングにより回収するよ
うにしたものである。

【００１３】現像同時クリーニングとは、転写後に感光
体１上に残留した転写残りトナーを次工程以後の現像時
に、現像装置４に印加する直流電圧と感光体１の表面電
位間の電位差である、かぶり取り電位差によって回収す
る方法である。この方法によれば、転写残りトナーは回
収されて次工程以後用いられるため、転写残りトナーを
なくすことができる。また、スペースの面での利点も大
きく、大幅に装置の小型化が可能となる。

【００１４】しかしながら、上記したようにクリーナー
１２を取り外して現像装置４による現像同時クリーニン
グにより転写残りトナーを回収する構成で画像形成を行
ったところ、画像形成された転写材Ｐの画像のない部分
に感光体１の回転周期で前の画像が薄く残る、いわゆる
ポジゴーストが発生が発生する問題があった。このポジ
ゴーストは、前画像の転写残りトナーが現像領域におい
て回収できなかったために、本来ならば白地部である所
にトナーが転写されて発生する現象である。

【００１５】一方、帯電装置２として磁気ブラシなどの
磁性粒子を用いた接触帯電装置による現像同時回収のク
リーナレスシステムにおいては、転写工程の際に感光体
１上に残った転写残りトナーは、剥離放電等により通常
の帯電極性の逆極性に帯電されているトナーが多く、一
般的には磁気ブラシに印加される電圧より帯電電位は低
くなるため、転写残りトナーは磁気ブラシに回収され
る。回収されたトナーは磁気ブラシ中の磁性粒子との摩
擦帯電によって、通常の帯電極性に帯電されて感光体１
上に吐き出される。このようにして吐き出されたトナー
は、現像時のかぶり取り電位差によって現像装置４に回
収される。

【００１６】しかしながら、このような接触帯電装置
（磁気ブラシ）を用いた画像形成装置においても、画像
形成を繰り返すと上記したポジゴーストが発生する。こ
のポジゴーストは、接触帯電装置（磁気ブラシ）通過時
に転写残りトナーの下を帯電できないために発生し、接
触帯電装置（磁気ブラシ）が汚染するとより顕著にな
る。そこで、帯電時に転写残りトナーを感光体１表面よ
り剥ぎ取り、帯電後に感光体１表面に戻して現像装置４
で回収することが重要である。

【００１７】また、通常、トナー粒子としては電気抵抗
が比較的高いものが用いられているので、接触帯電装置
（磁気ブラシ）に過度にトナーが混入、付着すると、接
触帯電装置（磁気ブラシ）の抵抗上昇による帯電ムラや
帯電性能が低下して画像不良が発生するという問題があ
った。

【００１８】このように、感光体に残留した転写残りト
ナー等を現像装置で回収するクリーナーレスの従来の画
像形成装置では、接触帯電装置に転写残りトナーが混入
することにより帯電ムラが生じたり帯電性能が低下し、
長期に渡って良好な画像形成を行うことができなかっ
た。

【００１９】そこで本発明は、感光体に残留した転写残
りトナー等を現像装置で回収するクリーナーレスの画像
形成装置において、接触帯電手段に転写残りトナーが混
入しても帯電ムラや帯電性能の低下を防止することがで
きる画像形成装置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、像を担持する像担持体と、該
像担持体に接触して前記像担持体を帯電する磁性粒子を
用いた接触帯電手段と、該接触帯電手段に電圧を印加す
る電源と、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手
段と、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像
手段と、前記トナー像を転写部位において転写材へ転写
する転写手段とを備え、該転写手段により前記トナー像
を前記転写材へ転写した後の前記像担持体上の残トナー
を前記現像手段で回収するクリーニング手段を兼ねる画
像形成装置において、前記接触帯電手段によって帯電さ
れた前記像担持体の飽和電位が、前記電源から前記接触
帯電手段に印加された電圧よりも帯電極性側に高くなる
ように設定して画像形成を行うことを特徴としている。

【００２１】また、前記接触帯電手段中の前記磁性粒子
には、あらかじめトナー粒子が所定量混入されているこ
とを特徴としている。

【００２２】また、前記接触帯電手段中の前記磁性粒子
及び前記トナー粒子は、前記接触帯電手段で前記像担持
体を帯電する際の状態において体積抵抗が１×１０⁶ 〜
１×１０⁹ Ω・ｃｍの範囲にあることを特徴としてい
る。

【００２３】また、前記像担持体は感光層とその上に表
面層とを有し、該表面層は樹脂及び導電性微粒子を有し
ていることを特徴としている。

【００２４】また、前記接触帯電手段との摺擦による前
記像担持体の電圧非印加時の摺擦による表面電位は、耐
久にともない帯電極性側に対して徐々に低下することを
特徴としている。

【００２５】（作用）上記した現像装置による転写残り
トナーの現像同時回収を行う画像形成装置では、上記し
たように転写時に通常の帯電極性の逆極性に帯電されて
いるトナーが多く、一般的に磁気ブラシ等の接触帯電装
置に印加される電圧より帯電電位は低くなるため、転写
残りトナーは接触帯電装置（磁気ブラシ）に回収され
る。ところが、本発明者らの実験により、接触帯電装置
に印加される電圧よりも高く帯電される場合にも、転写
残りトナーは接触帯電装置に回収されることが分かっ
た。これは、帯電終了時において印加バイアスよりも高
く帯電される場合であっても、帯電開始時においては、
印加バイアスよりも低いため、感光体回転方向の帯電ニ
ップ部上流側において回収されていると考えられる。

【００２６】ただし、本発明のように、帯電終了時にお
いて印加バイアスよりも高く帯電される場合、回収し摩
擦帯電によって通常の帯電極性に帯電されたトナーは、
感光体に吐き出すことができず、接触帯電装置に混入さ
れるトナー量は多くなる。そして、ある程度接触帯電装
置にトナーが混入すると帯電極性側の摩擦帯電特性を持
つトナーが多く混入することにより、摩擦帯電性が低下
し印加バイアスよりも低い帯電電位となり、それ以上は
混入量は増加しなくなる。

【００２７】本発明はこの原理を利用したものであり、
磁性粒子単体では印加バイアスよりも高く帯電される磁
性粒子を有する接触帯電装置（磁気ブラシ）を用いて、
ある程度トナーが混入し印加バイアスと同程度の帯電電
位になる状態において、適正な抵抗値となるように、単
体の抵抗値が低い磁性粒子を用いることを特徴としてい
る。このように、抵抗値が若干低くトナーが混入した状
態で適正抵抗になる磁性粒子を用いることにより、耐久
によって磁性粒子上にトナーが融着等の汚染によって、
磁性粒子単体の抵抗値が上昇してしまった場合にも、接
触帯電装置全体としての抵抗値の上昇は小さくなる。

【００２８】これは、磁性粒子単体では印加バイアスよ
りも高く帯電される場合、磁性粒子表面は、摩擦帯電極
性について感光体を帯電極性側に帯電する特性を持って
おり、この磁性粒子に対してトナー等が融着すると、摩
擦帯電極性についてその部分は逆の特性を示す。このた
め、帯電電位は低くなってトナーの吐き出しが促進さ
れ、結果的にトナーの混入量が減るために、トナーの融
着による抵抗値の上昇とトナーの混入率低減による抵抗
値の低減によって相殺され、良好な帯電性能を維持して
良好な画像形成を行うことができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明に係
る実施の形態について説明する。

【００３０】（第１の実施の形態）図１は、本実施の形
態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。本実施
の形態の画像形成装置は電子写真プロセス利用のレーザ
ービームプリンターであり、像担持体の帯電手段として
磁気ブラシタイプの接触帯電装置を用い、また、クリー
ナーレスシステムの装置である。なお、図５に示した従
来例と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省
略する。

【００３１】図１において、Ａは本実施の形態に係る画
像形成装置であるレーザービームプリンター、Ｂはこの
レーザービームプリンターＡの上に搭載した画像読み取
り装置（イメージスキャナー）である。画像読み取り装
置Ｂの構成は図５に示した従来例と同様であり、本実施
の形態ではその説明は省略する。

【００３２】レーザービームプリンター（画像形成装
置）Ａは、像担持体としての回転ドラム型の感光体１、
接触帯電手段である磁気ブラシ帯電装置３０、露光装置
３、現像装置４、転写装置８、定着装置１１などを備え
ている。

【００３３】感光体１としては、通常用いられている有
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、ならびに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。

【００３４】感光体１は、本実施の形態では、図２に示
すように負帯電の有機感光体で、直径３０ｍｍのアルミ
ニウム製のドラム基体１ａ上に下から順に第１から第５
の５つの層からなる感光体層１ｂを有しており、所定の
プロセススピード（例えば１００ｍｍ／ｓｅｃ）で矢印
ａ方向に回転駆動される。

【００３５】感光体層１ｂの一番下の第１層は下引き層
であり、ドラム基体１ａの欠陥等をならすために設けら
れている厚さ２０μｍの導電層である。第２の層は正電
荷注入防止層であり、ドラム基体１ａから注入された正
電荷が感光体１表面に帯電された負電荷を打ち消すのを
防止する役目を果たし、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１μｍの中抵抗層である。第３の層は電荷発生
層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約
０．３μｍの層であり、露光を受けることによって正負
の電荷対を発生する。第４の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したものであ
り、Ｐ型半導体である。

【００３６】従って、感光体１表面に帯電された負電荷
はこの層を移動することができず、第３層（電荷発生
層）で発生した正電荷のみを感光体１表面に輸送するこ
とができる。表面層であるの第５層は電荷注入層であ
り、絶縁性樹脂のバインダーに導電性微粒子としてＳｎ
Ｏ₂ 超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的に
は、絶縁性樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチ
モンをドーピングして低抵抗化（導電化）した粒径約
０．０３μｍのＳｎＯ₂ 超微粒子を樹脂に対して７０重
量パーセント分散した材料の塗工層である。このように
して調合した塗工液をディッピング塗工法、スプレー塗
工法、ロールコート塗工法、ビームコート塗工法等の適
当な塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とし
た。

【００３７】接触帯電手段は、図２に示すように磁気ブ
ラシ帯電装置（以下、磁気ブラシという）３０であり、
磁気ブラシ３０は、本実施の形態では直径１６ｍｍの固
定のマグネットローラ３０ａと、このマグネットローラ
３０ａに回転自在に外嵌させた非磁性のＳＵＳからなる
スリーブ３０ｂと、このスリーブ３０ｂの外周面にマグ
ネットローラ３０ａの磁力で付着保持させた導電磁性粒
子（磁性キャリア）の磁気ブラシ層３０ｃからなるスリ
ーブ回転タイプのものである。

【００３８】スリーブ３０ｂに内包されるマグネットロ
ーラ３０ａは、スリーブ３０ｂ表面上で半径方向の磁束
密度のピークが８００Ｇを発生する磁極を４極有するも
のを使用し、感光体１側に一つの磁極が向くようにマグ
ネットローラ３０ａを固定し、マグネットローラ３０ａ
の外周に沿ってスリーブ３０ｂを回転可能に配置する。
スリーブ３０ｂは感光体１に対して一定間隔（本実施の
形態では０．５ｍｍ）を保つようにして配置し、磁気ブ
ラシ層３０と感光体１との間の帯電ニップ部ｎの幅を６
ｍｍとした。そして、スリーブ３０ｂに電源Ｓ１より所
定の帯電バイアス電圧（本実施の形態では、直流電圧）
を印加し、スリーブ３０ｂを感光体１との帯電ニップ部
ｎにおいて、感光体１の回転方向ａと逆方向となる矢印
ｂ方向に、例えば感光体１の回転速度１００ｍｍ／ｓｅ
ｃに対して周速度１５０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動させる
ことで、感光体１表面が帯電バイアスの印加された磁気
ブラシ層３０ｃで摺擦され、感光体１の感光体層１ｂの
表面が所望の電位に注入帯電方式で一様に一次帯電処理
される。ここで、帯電電位は、磁性粒子を通じて注入さ
れた電荷によるものと、磁性粒子と感光体１表面の摩擦
帯電によって与えられた電荷の和によるものであるた
め、摩擦帯電による寄与が大きい時には、場合によって
は印加電圧よりも帯電電位が高くなる場合もある。

【００３９】磁気ブラシ層３０ｃを構成する導電磁性粒
子は、フェライト表面を酸化、還元処理して抵抗調整を
行ったものに対して、シリコン系の樹脂に対してカーボ
ンブラックを分散し抵抗調整されたコート剤を１．０重
量％コーティングしたものを用いている。この導電磁性
粒子のコアとしては、平均粒径１０〜１００μｍ、飽和
磁化２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ³ 、抵抗１０² 〜１０¹⁰
Ω・ｃｍのものが用いられる。さらに、感光体１にピン
ホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮する
と、抵抗が１０⁶ Ω・ｃｍ以上のものを用いることが好
ましい。また、帯電性能を良くするにはできるだけ抵抗
の小さいものを用いる方がよく、均一な帯電を行うため
には、抵抗が１０⁹ Ω・ｃｍ以下のものを用いることが
好ましい。そこで、本実施の形態では、平均粒径２５μ
ｍ、抵抗５×１０⁶ Ω・ｃｍ、飽和磁化２００Ａ・ｍ²
／Ｋｇのものを用いた。本実施の形態で用いた磁性粒子
は、このコア磁性粒子に対してコート剤をコーティング
したものであるが、このコート剤の樹脂を選ぶことによ
り感光体１に対する摩擦帯電特性を変えることができ、
また、カーボンブラックの分散量を変えることによっ
て、磁性粒子としての抵抗を変えることができる。本実
施の形態においては、表１に示すように摩擦帯電特性に
ついて樹脂の種類をＡ〜Ｄの４種類、抵抗値についてカ
ーボンブラックの分散量を変えて抵抗値の違うａ〜ｄの
４種類を用いて評価した（詳細は後述する）。

【００４０】

【表１】上記した磁性粒子の抵抗測定は、底面積２２８ｍｍ² の
筒状の容器に磁性粒子を２ｇを充填した後に６．６ｋｇ
／ｃｍ² て加圧し、その上下間に１００Ｖの電圧を印加
してこの系に流れる電流から算出したもので定義した。

【００４１】露光装置３は、回転多面ミラー３１、ｆθ
レンズ群３２、反射ミラー３３、固体レーザー素子３４
等を備えており、露光装置３により感光体１表面をレー
ザー走査露光Ｌする場合には、画像読み取り装置Ｂから
入力された画像信号に基づき発光信号発生器（不図示）
により、固体レーザー素子３４を所定タイミングで明減
（ＯＮ／ＯＦＦ）させる。そして、固体レーザー素子３
４から放射されたレーザー光は、コリメーターレンズ系
（不図示）によりほぼ平行な光束に変換され、さらに高
速回転する回転多面ミラー３１によりに走査されると共
に、ｆθレンズ群３２により感光体１表面にスポット状
に結像される。このようなレーザー走査により感光体１
表面には画像一走査分の露光分布が形成され、さらに、
各走査毎に感光体１表面とは垂直に所定量だけスクロー
ルさせれば、感光体１表面に画像読み取り装置Ｂから入
力された画像信号に応じた露光分布が得られる。

【００４２】即ち、感光体１の一様帯電面に画像信号に
対応してＯＮ／ＯＦＦ発光される固体レーザー素子３４
から放射されたレーザー光を高速で回転する回転多面ミ
ラー３１によって走査することにより、感光体１表面に
は走査露光パターンに対応した静電潜像が順次形成され
ていく。

【００４３】図３は、本実施の形態の２成分接触現像装
置（２成分磁気ブラシ現像装置）である現像装置４を示
す概略構成図である。この図において、４１は矢印ｅ方
向に回転駆動される現像スリーブ、４２は現像スリーブ
４１内に固定配置されたマグネットローラ、４３，４４
は攪拌スクリュー、４５は現像剤Ｔを現像スリーブ４１
の表面に薄層形成するために配置された規制ブレード、
４６は現像容器、４７は補充用トナーホッパー部であ
る。

【００４４】現像スリーブ４１は、少なくとも現像時に
おいては感光体１に対し最近接領域が約５００μｍにな
るように配置され、現像スリーブ４１面に形成された現
像剤Ｔの薄層Ｔａが感光体１に対して接触する状態で現
像できるように設定されている。本実施の形態において
用いた現像剤Ｔであるトナーｔは、粉砕法によって製造
された平均粒径６μｍのネガ帯電トナーに対して平均粒
径２０ｎｍの酸化チタンを重量比１．５％外添したもの
を用い、キャリアｃとしては飽和磁化が２０５ｅｍｕ／
ｃｍ³ の平均粒径３５μｍの磁性キャリアを用いた。ま
た、トナーｔとキャリアｃを重量比８：９２で混合した
ものを現像剤Ｔとして用いた。このときの現像剤Ｔ中の
トナーは、摩擦帯電量が約−２５×１０^- ³ ｃ／ｋｇで
あった。図４は、トナーの摩擦帯電量の測定装置を示し
た図である。この図に示すように、８００メッシュのス
クリーン５３を備えた金属製の筒状の測定容器５２に、
摩擦帯電量を測定しょうとするトナー粒子と磁性キャリ
アを重量比で５：９５で混合した二成分剤を、５０〜１
００ｍｌ容量のポリエチレン製のビン（不図示）に入れ
て約１０〜４０秒間手で振とうし、前記二成分剤を約
０．５〜１．５ｇ入れて、測定容器５２の開口した上部
に穴が多数開いた蓋５４をする。このときの測定容器５
２全体の重量をＷ１（ｋｇ）とする。

【００４５】そして、測定容器５２の下部に接続した吸
引機５１（測定容器５２と接する部分は少なくとも絶縁
体）の吸引口５７から吸引し、風量調整弁５６を調整し
て真空計５５の圧力を２５０ｍｍＡｑとする。この状態
で十分、好ましくは２分間吸引を行い、樹脂を吸引除去
する。このときの電位計５９の電位をＶ（ボルト）とす
る。

【００４６】また、５８はコンデンサーでありその容量
をＣ（Ｆ）とし、吸引後の測定容器５２全体の重量をＷ
１（ｋｇ）とすると、このトナーの摩擦帯電量は、下記
に示した式１で求められる。

【００４７】

【式１】次に、感光体１表面の静電潜像を、現像装置４を用いて
２成分磁気ブラシ法により顕像化する現像工程と現像剤
Ｔの循環系について説明する。まず、現像スリーブ４１
の回転に伴いマグネットローラ４２のＮ₂ 極で汲み上げ
られた現像剤Ｔは、Ｓ₂ 極→Ｎ₁ 極と搬送される過程に
おいて、現像スリーブ４１に対して垂直に配置された規
制ブレード４５によって規制され、現像スリーブ４１上
に現像剤Ｔの薄層Ｔａが形成される。薄層Ｔａが形成さ
れた現像剤ＴがＳ₁ 極に搬送されてくると、磁気力によ
って穂立ちが形成される。この穂状に形成された現像剤
Ｔによって前記静電潜像を現像し、その後、Ｎ₃ 極、Ｎ
₂ 極の反発磁界によって現像スリーブ４１上の現像剤Ｔ
は、現像容器４６内に戻される。

【００４８】現像スリーブ４１には、電源Ｓ２から直流
（ＤＣ）電圧および交流（ＡＣ）電圧が印加される。本
実施の形態では、−４８０Ｖの直流電圧と、周波数３０
００Ｈｚでピーク間電圧１５００Ｖの交流電圧が印加さ
れる。一般に２成分現像法においては、交流電圧を印加
すると現像効率が増し、画像は高品位になるが、逆にか
ぶりが発生しやすくなるという不具合が生じる。このた
め、通常は現像装置４に印加する直流電圧と感光体１の
表面電位間に電位差を設けることによって、かぶりを防
止することを実現している。このかぶり防止のための電
位差をかぶりとり電位と呼ぶが、この電位差によって現
像時に非画像領域にトナーが付着するのを防止すると共
に、転写残りトナーの回収を行う。

【００４９】本実施の形態の転写装置８はベルト転写装
置であり、無端状の転写ベルト１０を駆動ローラ６１及
び従動ローラ６２間に懸架し、矢印ｆ方向に感光体１の
周速度とほぼ同じ周速度で回転駆動させる。転写ベルト
１０の内側に設けた転写帯電ブレード９で転写ベルト１
０を感光体１表面に接触させる。転写材Ｐは、転写ベル
ト１０の上行側ベルト部分の上面に乗って転写ニップ部
６３に搬送される。転写材Ｐの先端が転写ニップ部６３
に進入する時点において、転写帯電ブレード９に電源Ｓ
３から所定の転写バイアスが印加されることで、転写材
Ｐの裏面からトナーｔと逆極性の帯電がなされて感光体
１表面のトナー像が順次転写材Ｐの上面に転写されてい
く。

【００５０】本実施の形態においては、転写ベルト１０
として膜厚７５μｍのポリイミド樹脂からなるものを用
いた。なお、転写ベルト１０の材質としてはポリイミド
樹脂に限定されるものではなく、これ以外にも、例えば
ポリカーボネイト樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹
脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリエチレンナフタレ
ート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエー
テルサルフォン樹脂、ポリウレタン樹脂などのプラスチ
ックや、フッ素系、シリコン系のゴムを好適に用いるこ
とができる。また、厚みについても７５μｍに限定され
るわけではなく、２５〜２０００μｍ、好ましくは５０
〜１５０μｍのものが好適に用いられる。

【００５１】転写帯電ブレード９としては抵抗が１×１
０⁵ 〜１×１０⁷ Ωで板厚２ｍｍ、長さ３０６ｍｍのも
のを用いた。本実施の形態では、転写帯電ブレード９に
１５μＡのバイアスを定電流制御により印加して転写を
行った。

【００５２】次に、上記した画像形成装置（レーザービ
ームプリンター）Ａの動作について説明する。

【００５３】画像形成時には、感光体１は駆動手段（不
図示）により矢印ａ方向に回転駆動され、磁気ブラシ３
０により表面が均一に帯電される。このとき、磁気ブラ
シ３０には、本実施の形態では−６５０Ｖの直流電圧が
印加される。そして、帯電された感光体１上に露光装置
（レーザー走査装置）３によりレーザービームによる画
像露光Ｌが与えられて、入力される画像情報に応じた静
電潜像が形成され、この静電潜像は現像装置４によりト
ナー画像として現像される。このとき、現像装置４の現
像スリーブ４１には、本実施の形態では−４８０Ｖの直
流電圧と、周波数３０００Ｈｚでピーク間電圧１５００
Ｖの交流電圧が印加される。そして、感光体１上のトナ
ー画像が転写ベルト１０との間の転写ニップ部６３に到
達すると、このタイミングに合わせてカセット５内の紙
などの転写材Ｐが給紙ローラ６によって給紙されてレジ
ストローラ７により搬送され、転写バイアスが印加され
た転写帯電ブレード９により転写材Ｐの裏側にトナーｔ
と逆極性の電荷が付与されて、表面側に感光体１上のト
ナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転
写材Ｐは転写ベルト１０により定着装置１１へ搬送さ
れ、定着装置１１によりトナー像が表面に永久固着画像
として定着されて排出される。

【００５４】一方、トナー像転写後の感光体１表面には
転写残りトナーが残留している。転写残りトナーは、転
写時の剥離放電等により帯電極性が反転してしまうもの
と、反転しないものが存在する。この両極性が混在した
転写残りトナーは、磁気ブラシ３０によって回収され、
磁気ブラシ３０の磁気ブラシ層３０ｃを構成する磁性粒
子との摩擦帯電及び印加電圧の影響によって負極性に帯
電され、感光体１上に吐き出される。吐き出された負極
性のトナーは現像装置４で現像同時回収され再利用され
る。

【００５５】上記した磁気ブラシ３０における転写残り
トナーの回収、吐き出しは、磁気ブラシ３０の磁気ブラ
シ層３０ｃを構成する磁性粒子による摺擦力や、磁気ブ
ラシ３０のスリーブ３０ｂの回転による遠心力等による
ものもあるが、印加電圧と感光体１の帯電電位の関係に
よる電界効果が非常に大きい。例えば、印加電圧より帯
電電位の方が低い場合、転写残りトナーのうち通常の逆
極性に帯電されたトナーが積極的に磁気ブラシ３０の磁
気ブラシ層３０ｃに回収され、磁気ブラシ層３０ｃを構
成する磁性粒子との摺擦によって通常の帯電極性に帯電
されて感光体１上に吐き出される。

【００５６】この場合、混入したトナーは十分に吐き出
せるため、磁気ブラシ層３０ｃ中のトナー混入率は低く
保たれる。しかし、通常の帯電極性の転写残りトナーは
電界的には帯電時に回収しにくいため、帯電状態が悪化
した場合などトナーの下が帯電できずに前画像の履歴が
残るポジゴーストが発生してしまう場合がある。

【００５７】これに対して印加電圧より帯電電位の方が
最終的に高くなる場合、帯電領域の初期（印加電圧＞帯
電電位の間）において、転写残りトナーのうち通常の逆
極性に帯電されたトナーが磁気ブラシ３０の磁気ブラシ
層３０ｃに回収され、帯電領域の後端部（印加電圧＜帯
電電位以降）において、通常の極性に帯電されたトナー
が磁気ブラシ３０の磁気ブラシ層３０ｃに回収されるこ
とにより、転写残りトナーの回収性を高めることができ
る。

【００５８】しかし、帯電領域の後端部において、印加
電圧より帯電電位の方が高くなる場合、磁気ブラシ３０
の磁気ブラシ層３０ｃを構成する磁性粒子との摩擦帯電
によって正規の帯電極性に帯電されたトナーは磁気ブラ
シ層３０ｃ中から吐き出すことができず、トナーの混入
率は高まる。そして、ある程度のトナーが混入すると、
帯電極性側の摩擦帯電特性を持つトナーが多く混入する
ことによって摩擦帯電性が低くなり、印加電圧より帯電
電位の方が低い条件を満たして吐き出しを開始するた
め、トナーの混入率の高い状態で平衡状態となる。

【００５９】ところで、本実施の形態では、磁気ブラシ
３０の磁気ブラシ層３０ｃを構成する磁性粒子として、
上記した表１に示すような初期特性及び耐久特性を示す
ものを用いて評価した。用いた磁性粒子は、摩擦帯電特
性について樹脂の種類をＡ〜Ｄの４種類、抵抗値につい
てカーボンブラックの分散量を変えて抵抗値の違うａ〜
ｄの４種類を用い、それぞれを組み合わせて１６種類の
磁性粒子を評価した。Ａ〜Ｄの樹脂を用いた磁性粒子に
よって、感光体１に対してバイアス電圧を印加しないで
摺擦回転した場合、それぞれＡ＝３０Ｖ、Ｂ＝０Ｖ、Ｃ
＝−３０Ｖ、Ｄ＝−８０Ｖに感光体１を帯電させる特性
（帯電電位）を持っている。これらの磁性粒子を用いて
−６５０Ｖの電圧を印加して帯電を行うと、数周回転後
に飽和する電位は、それぞれＡ＝−６２０Ｖ、Ｂ＝−６
５０Ｖ、Ｃ＝−６８０Ｖ、Ｄ＝−７３０Ｖであった。ま
た、カーボンブラックの分散量により抵抗値を変えたａ
〜ｄの４種類の磁性粒子は、それぞれａ＝８×１０³ Ω
・ｃｍ、ｂ＝２×１０⁵Ω・ｃｍ、ｃ＝５×１０⁷ Ω・
ｃｍ、ｄ＝６×１０⁹ Ω・ｃｍの抵抗値を示した。

【００６０】また、表１中の“混入−吐出後”の項につ
いては、予め磁性粒子にトナーを１重量％混入し、転写
材Ｐとして白紙通紙を５０枚分行うことにより、混入ト
ナー量を平衡状態にしてから画像出力を行い、この作業
終了後の帯電電位及び抵抗値を記載した。

【００６１】表１に示す評価結果に示すように、摩擦帯
電特性が正規の帯電極性側で抵抗値が低めの樹脂Ｃの抵
抗値ｂ、及び樹脂Ｄの抵抗値ａとｂの場合に、リークや
ゴーストが発生することなく、良好な画像を得ることが
できた。これは、以下のように説明できる。

【００６２】まず、コート剤の樹脂がＡ、Ｂの場合は、
印加電圧よりも帯電電位の方が低くなるために混入トナ
ーの吐き出しが十分に行われ、上記したトナーの吐き出
しを行っても大きな抵抗変動は見られていない。このた
め、リークや帯電ゴーストの発生しない良好な帯電特性
を示す１×１０⁶ 〜１×１０⁹ Ω・ｃｍの範囲にある抵
抗値ｃのみが良好な画像が得られた。しかし、２０００
枚の耐久を行った後においては、磁性粒子へのトナー融
着等の影響によって抵抗が大きくなり、ゴーストが発生
した。

【００６３】これに対して、コート剤の樹脂がＣ、Ｄの
場合は、摩擦帯電の効果によりトナーが混入しない状態
では印加電圧よりも帯電電位の方が高くなる特性である
ため、トナー混入時は“印加電圧＞帯電電位”となって
吐き出しが行えても、すぐに“印加電圧＝帯電電位”と
なって吐き出しが行いにくくなってしまう。このため、
上記したトナーの吐き出しを行った後においても、トナ
ーは比較的多く混入したままとなり磁性粒子単体に比べ
て抵抗が高くなる。

【００６４】このため、通常はリークしてしまうことに
よって使えない抵抗値ａやｂについても使用可能とな
り、トナーの混入吐き出し作業後の抵抗値が１×１０⁶
〜１×１０⁹ Ω・ｃｍの範囲にある樹脂Ｃの抵抗値ｂ、
及び樹脂Ｄの抵抗値ａとｂのように、抵抗が若干低くト
ナーが混入した状態で適正抵抗になる帯電部材（磁性粒
子）を用いることにより、耐久によって磁性粒子上にト
ナーが融着等の汚染によって磁性粒子単体の抵抗が大き
くなってしまった場合にも、磁気ブラシ３０全体として
の抵抗の上昇は小さくなる。

【００６５】これは、磁性粒子単体では印加バイアスよ
りも高く帯電される場合、磁性粒子表面は摩擦帯電特性
について感光体１を帯電極性側に帯電する特性を持って
おり、この磁性粒子に対してトナー等が融着すると摩擦
帯電特性についてその部分は逆の特性を示しために、帯
電電位が低くなってトナーの吐き出しが促進され、結果
的にトナーの混入量が減るため、トナーの融着による抵
抗値の上昇とトナーの混入率低減による抵抗値の低減に
よって相殺され、良好な帯電性能の維持が実現できる。

【００６６】このように、本実施の形態では、ある程度
トナーが混入し印加バイアスと同程度の帯電電位になる
状態において、適正な抵抗値となるように、単体の抵抗
値が低い磁性粒子を用いることにより、耐久によって磁
性粒子上にトナーが融着等の汚染によって磁性粒子単体
の抵抗値が上昇した場合でも、磁気ブラシ３０全体とし
ての抵抗の上昇は小さくなることによって、磁気ブラシ
３０の磁気ブラシ層３０ｃへのトナー混入に起因する帯
電ムラの発生がなくなり、帯電不良を防止して良好な画
像を得ることができる。

【００６７】また、本実施の形態では、磁気ブラシ３０
に印加するバイアス電圧を直流電圧のみとしたが、磁気
ブラシ３０での転写残りトナーの回収性や帯電均一性を
より高めるためには、直流電圧に交番電圧（交流電圧）
を重畳することが望ましい。具体的には、周波数２００
〜８０００Ｈｚ、ピーク間電圧２００〜１５００Ｖの交
番電圧を重畳して印加するとよい。

【００６８】また、本実施の形態では、磁気ブラシ３０
のマグネットローラ３０ａが固定の非磁性スリーブ回転
タイプであったが、これ以外にも、例えばマグネットロ
ーラが回転するタイプや、マグネットローラのみの構成
でマグネットローラ自体が回転するタイプ（この場合、
このローラ表面を導電性処理する）でもよい。

【００６９】（第２の実施の形態）上記した第１の実施
の形態では、磁気ブラシ３０の磁気ブラシ層３０ｃを構
成する磁性粒子のコート剤の樹脂の種類によって感光体
１との摩擦帯電特性を変化させる構成であったが、本実
施の形態では、磁気ブラシ３０の磁気ブラシ層３０ｃを
構成する磁性粒子のコート剤の樹脂は固定して、感光体
１の表面層（電荷注入層）の摩擦帯電特性を変化させて
評価を行った。他の構成は、図１乃至図４に示した第１
の実施の形態と同様である。

【００７０】具体的には、表２に示すように、上記した
感光体（感光ドラム）１の表面層である電荷注入層の絶
縁性樹脂の種類を、ア〜エの４種類変えて評価した。

【００７１】

【表２】一方、帯電用の磁気ブラシ３０の磁気ブラシ層３０ｃを
構成する磁性粒子の樹脂は、表１に示した“Ｂ”の樹脂
をコート剤に用い、抵抗については表１に示した“ａ〜
ｄ”の４種類を用いた。

【００７２】上記したア〜エの４種類の感光体１は、
“Ｂ”の樹脂をコート剤に用いた磁性粒子をバイアス電
圧を印加しない状態で摺擦回転した場合、それぞれア＝
４０Ｖ、イ＝０Ｖ、ウ＝−４５Ｖ、エ＝−９０Ｖに感光
体１を帯電させる特性（帯電電位）を持っている。これ
らの感光体１を用いて−６５０Ｖの電圧を印加して帯電
を行った場合、数周回転後に飽和する電位は、それぞれ
ア＝−６１０Ｖ、イ＝−６５０Ｖ、ウ＝−６９５Ｖ、エ
＝−７４０Ｖであった。

【００７３】表２に示した評価結果において、“混入−
吐出後”の項については、第１の実施の形態と同様、予
め磁性粒子にトナーを１重量％混入し、転写材Ｐとして
白紙通紙を５０枚分行うことにより、混入トナー量を平
衡状態にしてから画像出力を行い、この作業終了後の帯
電電位及び抵抗値を記載した。

【００７４】表２に示す評価結果に示すように、第１の
実施の形態と同様、摩擦帯電特性が正規の帯電極性側で
抵抗値が低めの感光体（感光ドラム）ウの抵抗値ｂ、及
び感光体（感光ドラム）エの抵抗値ａとｂが良好であっ
た。このことから、摩擦帯電特性が感光体１を正規の帯
電極性側に帯電するならば、磁気ブラシ３０の磁気ブラ
シ層３０ｃを構成する磁性粒子表面と感光体１表面のど
ちらを変えても同様の効果が得られることが分かった。

【００７５】これは、磁性粒子単体では印加バイアスよ
りも高く帯電される場合、磁性粒子表面との摺擦によっ
て、感光体１が摩擦帯電特性について帯電極性側に帯電
する特性を持っており、この磁性粒子に対してトナー等
が融着するとその部分は樹脂との摺擦となるため、帯電
極性側に摩擦帯電する特性を失う。よって、帯電電位は
低くなってトナーの吐き出しが促進されることにより、
結果的に第１の実施の形態と同様、トナーの混入量が減
るために、トナーの融着による抵抗値の上昇とトナーの
混入率低減による抵抗値の低減によって相殺され、良好
な帯電性能の維持が実現できる。

【００７６】上記した第１、第２の実施の形態では、磁
気ブラシの磁気ブラシ層を構成する磁性粒子及び感光体
表面の摩擦帯電特性を変えることによって、印加バイア
スと帯電電位の関係を変化を変化させたが、これ以外に
も、例えば磁気ブラシの磁気ブラシ層を構成する磁性粒
子と感光体との間の接触状態（接触ニップ）を変化させ
る、摺擦状態（周速比）を変化させる、温湿度環境を変
えるなどして摩擦帯電特性を変化させることによって
も、同様の結果を得ることができる。

【００７７】このように、本発明では、現像手段が転写
残りトナーを回収する手段も兼ねる画像形成装置におい
て、帯電部材は磁性粒子を用いた接触帯電手段であり、
かつこの帯電部材によって帯電された感光体の飽和電位
が印加された電圧よりも帯電極性側に高くなるすべての
構成を含んでいる。さらに好ましくは、上記した構成に
おいて印加電圧と帯電電位がほぼ等しくなる平衡状態の
トナー混入量に相当する量をあらかじめ混入しておき、
その状態で帯電部材の磁性粒子の抵抗値が１×１０⁶ 〜
１×１０⁹ Ω・ｃｍの範囲になるように、磁性粒子単体
では若干適正値よりも低い抵抗値を示す磁性粒子を選択
することによって、耐久性の向上に大きな効果を示す。

【００７８】また、感光体についても、表面抵抗が１×
１０⁹ 〜１×１０¹⁴Ω・ｃｍの低抵抗層を持つことが電
荷注入を実現できオゾンの発生防止の面からも望ましい
が、上記した感光体以外の有機感光体等でも、耐久性向
上のためには十分な効果が得られる。

【００７９】また、現像方法としては、本実施の形態で
は２成分現像法によるものであったが、他の現像方法で
もよい。好ましくは、現像剤が感光体に対して接触状態
で現像する、１成分接触現像法や２成分接触現像法が現
像時の同時回収効果を高めるのにより効果がある。ま
た、現像剤中のトナー粒子としては、粉砕トナー等でも
よく、さらに好ましくは、重合トナーを用いた場合に
は、１成分接触現像法や２成分接触現像法はもちろん、
１成分非接触現像法や２成分非接触現像法等の他の現像
方法においても、転写残りトナーの十分な回収効果が得
られる。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、帯
電された像担持体の飽和電位が、接触帯電部材への印加
電圧よりも帯電極性側に高くなるように設定して、摩擦
帯電特性がトナー混入状態で適正抵抗値になるようにす
ることにより、耐久によって磁性粒子上にトナーが融着
等の汚染によって磁性粒子単体の抵抗値が上昇した場合
でも、接触帯電手段全体としての抵抗の上昇は小さくな
ることによって、接触帯電手段の磁性粒子へのトナー混
入に起因する帯電ムラの発生がなくなり、帯電不良を防
止して良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置
を示す概略構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る画像形成装置
の磁気ブラシを示す概略図。

【図３】本発明の実施の形態に係る画像形成装置の現像
装置を示す概略図。

【図４】トナーの摩擦帯電量の測定装置を示す概略図。

【図５】従来例に係る画像形成装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１感光体（像担持体）３露光装置（露光手段）４現像装置（現像手段）８転写装置（転写手段）３０磁気ブラシ（接触帯電手段）３０ａマグネットローラ３０ｂスリーブ３０ｃ磁気ブラシ層（磁性粒子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｇ０３Ｇ 9/10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像を担持する像担持体と、該像担持体に
接触して前記像担持体を帯電する磁性粒子を用いた接触
帯電手段と、該接触帯電手段に電圧を印加する電源と、
前記像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記
静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、前
記トナー像を転写部位において転写材へ転写する転写手
段とを備え、該転写手段により前記トナー像を前記転写
材へ転写した後の前記像担持体上の残トナーを前記現像
手段で回収するクリーニング手段を兼ねる画像形成装置
において、前記接触帯電手段によって帯電された前記像担持体の飽
和電位が、前記電源から前記接触帯電手段に印加された
電圧よりも帯電極性側に高くなるように設定して画像形
成を行う、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記接触帯電手段中の前記磁性粒子に
は、あらかじめトナー粒子が所定量混入されている、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記接触帯電手段中の前記磁性粒子及び
前記トナー粒子は、前記接触帯電手段で前記像担持体を
帯電する際の状態において体積抵抗が１×１０⁶ 〜１×
１０⁹ Ω・ｃｍの範囲にある、請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】前記像担持体は感光層とその上に表面層
とを有し、該表面層は樹脂及び導電性微粒子を有してい
る、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項５】前記接触帯電手段との摺擦による前記像
担持体の電圧非印加時の摺擦による表面電位は、耐久に
ともない帯電極性側に対して徐々に低下する、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項６】前記導電性微粒子がＳｎＯ₂ である、請求項４記載の画像形成装置。
【請求項７】前記像担持体は、抵抗が１０⁹ 〜１０¹⁴
Ω・ｃｍの材質からなる表面層を有している、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項８】前記像担持体は、非結晶のシリコンから
なる請求項１記載の画像形成装置。
【請求項９】前記現像手段による現像方法は、現像剤
が前記像担持体に対して接触状態で行われる接触現像方
式である、請求項１記載の画像形成装置。
【請求項１０】前記現像剤は、トナー粒子と磁性粒子
とを有している、請求項１記載の画像形成装置。