JP2003316125A

JP2003316125A - 帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003316125A
Application number: JP2002127165A
Authority: JP
Inventors: Harumi Ishiyama; 晴美石山; Jun Hirabayashi; 純平林; Yasunori Kono; 康則児野; Akira Inoue; 亮井上
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】帯電部材とこれを接触した感光体との間に保
持した帯電促進粒子の感光体への急激な排出を緩和し
て、帯電促進粒子の感光体を介した帯電部材への移行に
よる影響をなくして、感光体を良好に帯電するととも
に、帯電後に遮光のない画像露光を可能として、遮光の
ない良好な画像形成をできるようにすることである。【解決手段】帯電装置は、感光ドラムに接触した帯電
ローラを有し、帯電ローラと感光ドラムとが接触した帯
電ニップ部に帯電促進粒子を保持した状態下で、帯電ロ
ーラに印加した帯電バイアスにより、感光ドラムの表面
を帯電する。この帯電バイアスの印加時、帯電ローラか
らの帯電促進粒子の感光ドラムへの急激な排出を緩和す
るために、帯電バイアスの電圧波形の電位の立ち上が
り、立ち下がりに、帯電ローラの表面の帯電ニップ部通
過時間以上の長さのスロープを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利
用した複写機やプリンタ等の画像形成装置、画像形成装
置本体に対して着脱自在のプロセスカートリッジ、及
び、その帯電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば電子写真装置や静電記録
装置等の画像形成装置では、電子写真感光体、静電記録
誘電体等の像担持体を所要の極性・電位に一様に帯電
（反対極性への帯電、すなわち除電も含む）するのに、
コロナ帯電器が使用されていた。

【０００３】コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であ
り、放電ワイヤ等の放電電極とこれを囲むシールド電極
を備え、放電開口部を被帯電体である像担持体に非接触
に対向させて配置し、放電電極とシールド電極に高電圧
を印加して生じる放電電流（コロナシャワー）に像担持
体の表面を曝すことにより、像担持体の表面を帯電する
ものである。

【０００４】近年、像担持体等の被帯電体の帯電装置と
して、コロナ帯電器に比べて低オゾン、低電力等の利点
があることから、接触型の帯電装置が多く提案され、ま
た実用化されている。

【０００５】帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ロ
ーラ、ファーブラシ、磁気ブラシ、ブレード等の導電性
の帯電部材を接触させ、この帯電部材に所定の帯電バイ
アスを印加して、被帯電体の表面を所定の極性・電位に
帯電させるものである。

【０００６】接触帯電には、（１）放電帯電機構と
（２）注入帯電機構の２種類の帯電機構が混在してお
り、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現れ
る。

【０００７】（１）放電帯電機構帯電部材とこれを接触した被帯電体との微小間隙に生じ
る放電現象により、被帯電体の表面を帯電するものであ
る。放電帯電機構は、接触帯電部材と被帯電体との間に
一定の放電しきい値を有するため、帯電電位より大きな
電圧を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、オゾンなどの放
電生成物を生じることが原理的に避けられないため、放
電生成物による弊害は避けられない。

【０００８】たとえば、帯電部材として帯電ローラ（導
電性ローラ）を用いたローラ帯電方式は、帯電の安定性
という点で好ましく、広く用いられているが、このロー
ラ帯電では、その帯電機構は放電帯電機構が支配的であ
る。

【０００９】すなわち、帯電ローラは、導電性あるいは
中抵抗のゴム材もしくは発泡体を用いて作成されてお
り、これらを積層して所望の特性を持たせることも行わ
れる。帯電ローラは、被帯電体の感光体に対し一定の接
触状態を得るために弾性を持たせており、このため摩擦
抵抗が大きく、多くの場合、感光体に従動もしくは若干
の速度差をもって駆動される。従って、帯電ローラ表面
の形状のムラや歓呼体表面の付着物により、非接触状態
が避けられないので、従来は、帯電ローラによる帯電機
構は、放電帯電機構が支配的となる。

【００１０】より具体的に説明すると、感光層厚２５μ
ｍのＯＰＣ感光体に対し帯電ローラを当接して帯電する
場合、帯電ローラに約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
圧に対し傾き１で線形に感光体の表面電位が増加する。
このしきい値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈとすると、電子
写真に必要とされる感光体の表面電位Ｖｄを得るために
は、帯電ローラにはＶｄ＋Ｖｔｈという必要以上のＤＣ
電圧の印加が要求される。

【００１１】このように、ＤＣ電圧のみを帯電部材に印
加して、感光体の帯電を行う方式をＤＣ帯電方式と呼
ぶ。しかし、ＤＣ帯電方式では、環境変動等によって帯
電部材の抵抗が変動するため、また感光体の削れによっ
て膜厚が変化すると帯電開始電圧Ｖｔｈが変動するた
め、感光体を所望の電位にすることが難しかった。

【００１２】このため、さらなる帯電器の均一化を図る
ために、特開昭６３−１４９６６９号等に開示されるよ
うに、所望の表面電位Ｖｄ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成分を重畳した振動
電圧を帯電部材に印加して、像担持体を直接帯電するＡ
Ｃ＋ＤＣ帯電方式が用いられる。これは、ＡＣ電圧によ
る電位の均しを利用したもので、像担持体の電位はＡＣ
電圧のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱
に影響されることはない。

【００１３】しかしながら、このような接触帯電におい
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、前述したように、帯電に
必要な電圧は、感光体の表面電位Ｖｄ＋放電しきい値電
圧よりも大きな電圧が必要とされ、従って微量のオゾン
が発生する。また帯電の均一化のためのＡＣ＋ＤＣ帯電
の場合、さらなるオゾンの発生、ＡＣ電圧の電界による
帯電部材と感光体の振動騒音（ＡＣ帯電音）の発生、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。

【００１４】（２）注入帯電機構中抵抗の帯電部材から、これを接触した被帯電体に電荷
を注入することにより、基本的に放電現象を用いずに、
被帯電体を帯電する直接帯電するもので、直接帯電機構
とも呼ばれる。特開平６−３９２１号等で提案されてい
る。この方式は、被帯電体表面への電荷の注入により帯
電するので、接触帯電部材への印加電圧が放電しきい値
以下であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電
することができる。

【００１５】より具体的には、帯電ローラ、帯電ブラ
シ、帯電磁気ブラシ等の帯電部材に電圧を印加して感光
体に接触し、感光体表面にあるトラップ順位または電荷
注入層の導電粒子等の電荷保持部材に電荷を注入して、
直接注入帯電を行う機構である。放電現象が支配的でな
いため、帯電に必要とされる電圧は、感光体に得る表面
電位都道電位の電圧のみでよく、オゾンの発生もない。
この注入帯電機構は、放電生成物の発生をともなわない
ため、放電生成物による弊害は生じない。

【００１６】図６に、放電帯電機構と注入帯電機構の帯
電特性の一例を示す。横軸は帯電部材に印加したバイア
スを、縦軸はそのとき得られた感光体の帯電電位を示
す。

【００１７】放電帯電機構は、図６に直線Ａで示すよう
になり、おおよそ−５００Ｖの放電しきい値を過ぎてか
ら帯電が始まっている。従って、−５００Ｖに帯電する
場合は−１０００Ｖの直流電圧を印加するか、−５００
Ｖの直流電圧に加えて、放電しきい値以上の電位差を常
に持つようにピーク間電圧１２００Ｖの交流電圧を印加
して、感光体電位を帯電電位に収束させる方法が一般的
である。

【００１８】一方、注入帯電機構は、直線Ｂで示すよう
になり、放電しきい値がなく、印加バイアスとほぼ比例
した帯電電位を得ることが可能になる。

【００１９】ところで、画像形成装置の小型化やコスト
ダウンのために、特に専用の感光体クリーニング手段を
設けずに、感光体上の転写残りトナーを、帯電装置によ
り帯電同時クリーニングしたり、現像装置により現像同
時クリーニングする方法がいくつか提案されている。

【００２０】すなわち、転写方式の画像形成装置では、
転写後の感光体に残存する転写残りトナーは、クリーナ
によって感光体の表面から除去して、廃トナーとして廃
棄されているが、この廃トナーは環境保護の面からも出
ないことが望ましい。そこで、クリーナをなくし、転写
残りトナーを現像装置によって現像時に回収し、再使用
可能とした、現像同時クリーニング方式のクリナーレ
ス、トナーリサイクルプロセスの画像形成装置が出現し
ている。

【００２１】この現像同時クリーニングは、前工程の感
光体上の転写残りトナーを次工程以降の画像形成時、引
き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、この潜
像を現像する際に、かぶり取りバイアス（現像装置に印
加する直流電圧と感光体の表面電位との電位差であるか
ぶり取り電位差Ｖｂａｃｋ）によって回収するものであ
る。

【００２２】この方法によれば、転写残りトナーを現像
装置に回収して、次工程以降に再利用できるため、廃ト
ナーをなくし、メンテナンスに手を煩わせることも少な
くすることができる。またクリナーをなくせるので、ス
ペース面での利点も大きく、画像形成装置を大幅に小型
化できるようになる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、帯電ロ
ーラを用いて、簡易に感光体を直接帯電することは難し
く、帯電不良による画像のかぶり（反転現像の場合には
白地部にトナーが付着する）や帯電ムラなどによる画像
不良が生じる。

【００２４】そこで、感光体との接触性を向上して帯電
を促進させるために、感光体と帯電ローラとの当接ニッ
プ部に帯電促進粒子を保持させることが行われ、これに
よれば密な接触を得ることが可能であり、簡易な構成で
注入帯電により良好な帯電性を得ることが可能になる。

【００２５】しかしながら、帯電電圧印加時に、帯電ロ
ーラ表面に存在する帯電促進粒子やトナーが、帯電ロー
ラと感光体との間に生じる電界によって、感光体上に急
激に排出されるため、（１）感光体上に排出された帯電
促進粒子が画像露光を遮光することによる画像不良が発
生する、（２）多くの帯電促進粒子が排出されるため、
感光体上の静電潜像の現像が十分にできず、帯状の画像
不良が発生する、等の問題が生じることがあった。

【００２６】これらの現象は、特にクリーナレスの画像
形成装置の場合に顕著に生じる。またクリーナレス装置
の場合は、転写電圧の印加時やオフ時の電位差によって
も、転写ローラ上に付着しているトナーや帯電促進粒子
等が、一度感光体上に移行することがあるため、それら
粒子が感光体によって搬送されて、帯電ローラと感光体
とのニップ部に到達し、帯電性に影響を与える。

【００２７】本発明の目的は、帯電部材とこれを接触し
た感光体との間に保持した帯電促進粒子の感光体への急
激な排出を緩和して、帯電促進粒子の感光体を介した帯
電部材への移行による影響をなくして、感光体を良好に
帯電するとともに、帯電後に遮光のない画像露光を可能
とした帯電装置、並びに、遮光のない良好な画像形成を
行うことを可能とした画像形成装置及びプロセスカート
リッジを提供することである。

【００２８】本発明の他の目的は、転写帯電装置の帯電
部材上に付着した帯電促進粒子やトナー粒子の感光体へ
の急激な排出を緩和して、排出された粒子の固まりによ
る感光体の帯電不良をも防止することができ、感光体専
用のクリーニング装置を省略したクリーナレス装置とし
て使用するのに好適な画像形成装置及びプロセスカート
リッジを提供することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明にか
かる帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
にて達成される。要約すれば、本発明は、電圧を印加し
た回動する帯電部材を、回動する被帯電体と速度差を持
って接触させて、少なくとも帯電部材と被帯電部材とが
接触した帯電ニップ部に導電性粒子を保持した状態下
で、前記被帯電体の表面を帯電する帯電装置であって、
前記帯電部材に印加する電圧の波形は、電位の立ち上が
りおよび立ち下がりにスロープを有し、その各スロープ
の時間が、前記帯電部材の表面が帯電ニップ部を通過す
る時間よりも長いことを特徴とする帯電装置である。

【００３０】本発明によれば、好ましくは、前記導電性
粒子の抵抗値が１０¹²Ωｃｍ以下であり、前記導電粒子
の平均粒径がトナーの粒径よりも小さく、また前記被帯
電体の表面の抵抗が１０⁹〜１０¹⁴Ωｃｍであり、前記
被帯電体が電子写真感光体である。さらにまた、前記帯
電部材が被帯電体に対してカーウンター方向に回動し、
前記帯電部材が、芯金上に弾性発泡体をローラ形状に形
成した帯電ローラである。

【００３１】また、本発明は、電子写真感光体の周囲
に、感光体の表面を帯電する一次帯電器、帯電した感光
体に画像露光して形成された静電潜像を現像する現像剤
を収容した現像器、および潜像の現像で得られたトナー
画像を記録材に転写する転写帯電器を少なくとも備えた
画像形成装置において、前記一次帯電器は、電圧を印加
した回動する帯電部材を回動する感光体と速度差を持っ
て接触させて、少なくとも帯電部材と感光体との帯電ニ
ップ部に導電性粒子を保持した状態下で前記感光体の表
面を帯電し、前記帯電部材に印加する電圧の波形は、電
位の立ち上がりおよび立ち下がりにスロープを有し、そ
の各スロープの時間が、前記帯電部材の表面が帯電ニッ
プ部を通過する時間よりも長いことを特徴とする画像形
成装置である。

【００３２】本発明によれば、前記一次帯電器は、感光
体に接触して感光体との間で帯電促進粒子を保持する規
制ブレードを有し、前記保持された帯電促進粒子が感光
体の回動により搬送されて、前記帯電ニップ部に供給さ
れ、もしくは、前記現像器内に収容された現像剤に帯電
促進粒子が混合され、前記混合された帯電促進粒子が感
光体に付着して搬送され、前記帯電ニップに供給され
る。また、前記現像器は、前記潜像の現像と同時に、そ
の現像剤担持体と感光体との電位差により、感光体に残
留した転写残りのトナーを現像剤担持体に回収する機能
を兼ねることができる。

【００３３】また、前記転写帯電器に印加する電圧は、
立ち上げ時において転写ニップ通過時間より長いスロー
プを持ち、オフ時においても同様に転写ニップ通過時間
より長いスロープを持つ。

【００３４】更に、本発明は、像担持体に該像担持体を
帯電する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を
実行する画像形成装置本体に対して着脱自在のプロセス
カートリッジであり、少なくとも像担持体と該像担持体
を帯電する工程手段を包含しており、該帯電工程手段が
請求項１〜７のいずれかの項に記載の帯電装置であるこ
とを特徴とするプロセスカートリッジである。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に即
して詳細に説明する。

【００３６】実施例１図１は、本発明の一実施例にかかる帯電装置を示す断面
図である。

【００３７】本発明は、帯電装置２の帯電ローラ２１に
印加する帯電電圧の印加時とオフ時に、帯電電圧にスロ
ープを持たせることにより、帯電ローラ２１と感光ドラ
ム１とが当接した帯電ニップ部に保持した帯電促進粒子
２ｄの感光ドラム１への排出を緩和して、帯電促進粒子
２ｄによる画像露光の遮りを低減し、遮光等の画像不良
の発生を防止することを可能としたことが大きな特徴で
ある。

【００３８】本実施例によれば、一次帯電装置である帯
電装置２は、感光ドラム１と接触した帯電ローラ２１
と、感光ドラム１の表面に接触した帯電促進粒子供給手
段としての規制ブレード２ｃとからなっている。

【００３９】帯電ローラ２１は、芯金２ａ上に弾性体の
中抵抗層２ｂを形成してなっている。本実施例では、た
とえばウレタンなどの樹脂中にカーボンブラックなどの
導電性粒子、発泡剤等を配合した材料を用いて、芯金２
ａ上に中抵抗層２ｂをローラ状に形成し、その後、必要
に応じてローラ表面を研磨して、長さ２５０ｍｍ、直径
１２ｍｍの帯電ローラ２１を作成した。

【００４０】この帯電ローラ２１の抵抗を測定したとこ
ろ、１００ｋΩ（１０⁶Ω）であった。測定は、帯電ロ
ーラ２１の芯金２ａに総圧１ｋｇの加重がかかるよう
に、帯電ローラ２１を直径３０ｍｍのアルミニウムドラ
ムに圧着した状態で、芯金２ａとアルミニウムドラムと
の間に１００Ｖを印加して行った。

【００４１】帯電ローラ２１は、電極として機能するこ
とが重要であり、弾性を持たせて移動する感光ドラム１
との間に十分な接触状態を得ると同時に、この感光ドラ
ム１に電荷を付与するのに十分な低い抵抗を有すること
が必要がある。その一方で、感光ドラム１にピンホール
などの欠陥部位が存在した場合に、電圧のリークを防止
する必要がある。

【００４２】このようなことから、帯電ローラ２１は、
十分な帯電性と耐リーク性を持たせるために、１０⁴〜
１０⁷Ω程度の抵抗とすることが好ましい。また帯電ロ
ーラ２１の硬度は、低すぎるとローラ形状が安定しない
ために、感光ドラム１との接触性が悪くなり、高すぎる
と感光ドラム１との間に帯電ニップを確保できないだけ
でなく、感光ドラム１表面へのミクロな接触性が悪くな
るので、アスカーＣ硬度で２５゜から５０゜の範囲が好
ましい。

【００４３】帯電ローラ２１の中抵抗層２ｂに使用する
弾性体材料としては、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シ
リコーンゴム、ＩＲ等に、抵抗調整のためにカーボンブ
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
挙がられる。また導電性物質を分散させずに、イオン導
電性の材料を用いて抵抗調整することも可能であり、さ
らには金属酸化物等の導電性物質とイオン導電性の材料
とを混合して抵抗調整することも可能である。

【００４４】本実施例では、帯電促進粒子２ｄとして、
比抵抗が１．７×１０³Ωｃｍ、平均粒径４．５μｍの
導電性酸化亜鉛粒子を用いた。帯電促進粒子としては、
他の金属酸化物などの導電性無機粒子や、これと有機物
との混合物など、各種の導電性粒子が使用可能である。
帯電促進粒子２ｄを介して帯電ローラ２１と感光ドラム
１との間で電荷の授受を行うためには、帯電促進粒子の
比抵抗は１０¹²Ωｃｍ以下であることが好ましく、より
好ましくは１０¹⁰Ωｃｍ以下である。帯電促進粒子の比
抵抗の下限は１０^-1Ωｃｍ程度が好ましい。これは、帯
電導電粒子が帯電され、感光体上に現像されるために好
ましい。

【００４５】本発明では、帯電促進粒子２ｄの比抵抗の
測定を錠剤法により行った。具体的には、底面積２．２
６ｃｍ²の円筒内に約０．５ｇの帯電促進粒子の測定試
料を充填し、その粒子充填層を上下から電極で挟んで１
５ｋｇの加圧を加えた状態で、電極に１００Ｖの電圧を
印加し、そのとき流れる電流値から充填層の抵抗値を求
め、その後、これを正規化して帯電促進粒子の比抵抗を
求めた。

【００４６】帯電促進粒子２ｄの粒径は、良好な帯電の
均一性を得るためには、５０μｍ以下が好ましい。帯電
促進粒子の粒径の下限は、帯電促進粒子を安定して得る
ことができる１０ｎｍが限界である。

【００４７】本発明では、帯電促進粒子２ｄの粒径の測
定は、光学顕微鏡もしくは電子顕微鏡により帯電促進粒
子を観察して、粒子を１００個以上抽出し、その粒子の
水平方向最大弦長を持って粒子の体積粒度分布を算出
し、その５０％平均粒径を粒径として決定することによ
り行った。帯電促進粒子が凝集体を形成している場合
は、その凝集体の平均粒径を帯電促進粒子の粒径とし
た。

【００４８】より好ましくは、帯電促進粒子２ｄは、画
像露光を妨げる恐れがない無色あるいは白色に近い粒子
であることがよい。さらにカラー画像を考えた場合、画
像の記録材への転写時に、帯電促進粒子２ｄが感光ドラ
ム１から記録材に一部転写したときに、画像の劣化が目
立つので、この点からも、帯電促進粒子は無色あるいは
白色のものが好ましい。また帯電促進粒子２ａの粒径
は、画像露光時の帯電促進粒子による光散乱を防止する
観点から、画像の画素サイズ以下がよい。

【００４９】上述したように、本実施例では、帯電装置
２に、帯電促進粒子２ｄを帯電ローラ２１と感光ドラム
１との帯電ニップ部（当接ニップ部）に均一に供給する
ために、帯電促進粒子供給手段として規制ブレード２ｃ
を設けた。

【００５０】この規制ブレード２ｃは、感光ドラム１の
帯電ニップ部よりも回転方向上流側で、感光ドラム１の
表面に斜めに当接され、規制ブレード２ｃと感光ドラム
１との間に帯電促進粒子２ｄを保持した粒子溜まり２Ｄ
を形成している。粒子溜まり２Ｄに保持された帯電促進
粒子２ｄは、感光ドラム１の回転にともない規制ブレー
ド規制されながら少量づつ一定量で搬送され、帯電ロー
ラ２１と感光ドラム１との帯電ニップ部に供給される。

【００５１】より簡易な構成の帯電促進粒子供給手段と
しては、帯電促進粒子２ｄを含ませた発泡体あるいはフ
ァーブラシを感光ドラム１に当接する方法などがあり、
上記に限定されるものではない。

【００５２】本実施例の帯電装置２による帯電動作につ
いて説明する。

【００５３】本実施例では、被帯電体の感光ドラム１は
２４ｍｍの外径を有し、矢印Ａ方向に３０ｒｐｍ（周速
３７．６８ｍｍ／秒）の一定速度で回転させた。この感
光ドラム１に対し、外径１２ｍｍの帯電ローラ２１をニ
ップ（帯電ニップ）が３ｍｍ程度となるように侵入量を
規制して総荷重１４００ｇで圧接し、感光ドラム１との
ニップ部で逆方向に移動する向き（カウンター方向）の
矢印Ｂ方向に、１２０ｒｍｐの一定速度で回転させた。

【００５４】帯電ローラ２１は、表面に存在する微小突
起に帯電促進粒子２ｄを保持しながら、上記の帯電ロー
ラ２１の感光ドラム１に対する約−２００％の周速差に
よって、帯電ローラ２１があらゆる形状に変形しながら
感光ドラム１の表面に接触するので、感光ドラムの表面
を高い接触性で接触して良好に帯電することが可能にな
る。

【００５５】上記において、帯電ローラ２１の感光ドラ
ム１との周速差は、帯電ローラ２１の周速の符号を、ニ
ップ部で感光ドラム１の移動方向（矢印Ａ）と同方向を
正、逆方向を負にとって、周速差（％）＝（帯電ローラ周速−感光ドラム周速）／
感光ドラム周速×１００と定義した。

【００５６】帯電ローラ２１は、感光ドラム１に対して
カウンタ方向回転だけでなく、同方向に速い速度回転し
ても、高い接触性を得て良好に帯電することができる。
周速差の適正な範囲としては絶対値で１５０〜３００％
であり、周速差が少ないと接触性の点から帯電性が不十
分となり、周速差が大きすぎると帯電ローラ２１等の支
持部材の削れなどが懸念され、装置構成上不適である。

【００５７】帯電時、帯電ローラ２１の芯金２ａに帯電
バイアスとして所定の直流電圧を印加し、これにより、
感光ドラム１の表面が印加電圧とほぼ等しい電位に帯電
される。本実施例では、帯電バイアスとして−６００Ｖ
の直流電圧を印加した。

【００５８】本発明では、上述したように、この帯電バ
イアスの印加時と終了時に工夫を凝らしたことが大きな
特徴である。すなわち、従来は、図３に示すように、電
位の立ち上がり、立ち下がりがほぼ直角にシャープに変
移する波形の帯電バイアスを用いており、立ち上がり時
の急激な電位変化によって、帯電ニップ部において、帯
電ローラ２１上に存在する帯電促進粒子やトナー粒子が
長手方向一線で瞬時に感光ドラム１に排出され、これら
の粒子がその下流での画像露光を遮り、画像不良を発生
する。反転現像の場合の黒やハーフトーンといった画像
では、画像不良は長手方向に白っぽい横線として現れ
る。

【００５９】そこで、本発明では、図２に示すように、
帯電バイアスの波形の電位の立ち上がり、立ち下がりに
スロープを持たせ、そのスロープの時間を、帯電ローラ
２１の表面が帯電ニップ部を通過する時間以上の長さと
した。本実施例では、帯電ニップ通過時間は７０ｍｓ
（ミリ秒））であり、帯電バイアスの立ち上がり、立ち
下がりのスロープの時間を１００ｍｓとした。

【００６０】このような波形の帯電バイアスによれば、
帯電バイアスの印加時、電位の立ち上がりにスロープを
持たせているので、帯電ローラ２１と感光ドラム１の表
面の電位差が周方向上の各位置で少なくなって、各位置
で帯電ローラ２１上の帯電促進粒子やトナー粒子に働く
電界も小さくなり、このため感光ドラム１の単位面積あ
たりに対する粒子の排出量も少なくなって、画像にほと
んど影響ない程度にできる。

【００６１】帯電バイアスのオフ時にも、帯電ローラ２
１上の帯電促進粒子やトナー粒子が感光ドラム１に排出
されるが、帯電バイアスの電位の立ち下がりにも、立ち
上がりと同様なスロープを持たせたので、感光ドラム１
への単位面積あたりの粒子排出量を少なくできる。

【００６２】以上説明したように、本実施例では、帯電
装置２の帯電ローラ２１と感光ドラム１とが当接した帯
電ニップ部に帯電促進粒子２ｄを保持して、帯電バイア
スを印加した帯電ローラ２により感光ドラム１を帯電す
るに際し、帯電バイアスの電位の立ち上がり、立ち下が
りに帯電ニップ部通過時間よりも長いスロープを持たせ
たので、電荷注入により感光ドラム１を良好に直接帯電
できるとともに、帯電促進粒子２ｄの感光ドラム１への
排出を緩和でき、帯電後に遮光のない画像露光を行っ
て、遮光などの画像不良のない高品質な画像を得ること
ができる。

【００６３】実施例２図４に本実施例にかかる画像形成装置を示す。

【００６４】本画像形成装置は、図４に示されるよう
に、感光ドラム１の周囲に、帯電装置２、露光装置６、
上記の現像器３、転写帯電器４および定着器５を備えて
いる。画像形成装置はクリーナレスとされており、感光
ドラム１に対して専用のドラムクリーニング部材を設置
せず、現像器３に現像同時クリーニング方式を採用して
いる。

【００６５】なお、本例では、感光ドラム１、帯電装置
２、現像器３はプロセスカートリッジ７に内包して一体
化され、カートリッジ７ごと画像形成装置本体に着脱自
在に設置されているが、必ずしもカートリッジ形態をと
る必要はない。

【００６６】また帯電装置２は、帯電ローラ２と感光ド
ラム１とが当接した帯電ニップ部に帯電促進粒子を供給
する専用の供給手段を備えていない。その代わり、帯電
ローラ２の表面に予め帯電促進粒子２ｄが塗布されてお
り、また現像器３内のトナー３ａに帯電促進粒子２ｄが
混合さていて、現像器３から感光ドラム１を介して帯電
ニップ部に帯電促進粒子２ｄが供給されるようになって
いる。

【００６７】帯電ローラ２１の基本構成は実施例１と同
様であるが、本実施例では、帯電ローラ２１の中抵抗層
２ｂの材料として、予めカーボンブラックを分散して抵
抗調整されたウレタン樹脂を発泡した発泡弾性体（商品
名：ルビセル）を用いた。帯電ローラ２１の抵抗値は２
×１０⁵Ωであった。

【００６８】帯電促進粒子２ｄは、実施例１と同様、比
抵抗が１．７×１０³Ωｃｍ、平均粒径４．５μｍの導
電性酸化亜鉛粒子を用いた。

【００６９】さて、従来のクリーナレス画像形成装置で
は、現像により感光ドラム１上に形成されたトナー画像
は、記録材Ｐに転写されるが、感光ドラム１上にはトナ
ーの一部が転写残りトナーとして残留する。このトナー
は絶縁体であるため、感光ドラム１の帯電で帯電不良を
引き起こす原因になる。

【００７０】しかし、本実施例では、帯電ローラ２１の
表面に予め帯電促進粒子２ｄが存在し、また現像器３か
ら帯電促進粒子２ｄが感光ドラム１を介して帯電ニップ
部に供給されるので、帯電ローラ２１の表面にトナーが
付着しても帯電ローラ２１の感光ドラム１との接触性お
よび接触抵抗を維持でき、帯電不良を生じることなく、
電荷注入による感光ドラム１の直接帯電を行うことが可
能となる。また帯電促進粒子２ｄが帯電ローラ２１から
脱落しても、現像器３から供給され続けるため、上記の
良好な帯電性を安定して維持することができる。

【００７１】帯電装置２による感光ドラム１の帯電は、
実施例１と同様で、矢印方向Ａに３０ｒｐｍ（周速３
７．６８ｍｍ／秒）で回転する感光ドラム１（外径２４
ｍｍ）に対し、帯電ローラ２１（外径）を矢印Ｂ方向に
１２０ｒｍｐでカウンター回転し、その芯金２１ａに帯
電バイアスとして−５００Ｖの直流電圧を印加し、感光
ドラム１を帯電した。

【００７２】帯電バイアスは、実施例１と同様、図２に
示したような帯電バイアス波形の電位の立ち上がり、立
ち下がりにスロープがあるものを使用した。これによ
り、感光ドラム１の表面を印加電圧とほぼ等しい電位に
帯電できた。

【００７３】本実施例では、現像器３は磁性一成分現像
法を採用しているが、特に現像法を限定するものではな
い。現像器３は、内に磁性トナー３ａを収容し、感光ド
ラム１と対面した開口部に非磁性現像スリーブ３ｂを、
感光ドラム１と所定間隙をあけて回転自在に配置してい
る。現像スリーブ３ｂ内にはマグネットローラ３ｃが非
回転に配置され、現像スリーブ３ｂの略頂部の表面には
弾性ブレード３ｄが当接配置されている。

【００７４】磁性トナー３ａは、結着樹脂、磁性体粒
子、電荷制御剤を混合し、混練、粉砕、分級の各工程を
経て作成したもので、流動化剤を外添してトナーとして
使用した。本実施例では、トナー３ａの粒径は重量平均
粒径（Ｄ４）で７μｍであった。本実施例によれば、こ
のトナー３ａには、上述したように、さらに帯電促進粒
子２ｄを混合した。

【００７５】現像器３内の磁性トナー３ａは、マグネッ
トローラ３ｃの磁力によって現像スリーブ３ｂ上に担持
され、現像スリーブ３ｂの回転にともない規制ブレード
３ｄのところに搬送され、規制ブレード３ｄで規制され
て層厚および摩擦帯電電荷を付与された後、感光ドラム
１と対向した現像部位に導入される。そして図示しない
現像電源から現像スリーブ３ｂに印加した現像バイアス
により、トナーが感光ドラム１上に形成された静電潜像
に付着して現像する。

【００７６】ところで、クリーナレス画像形成装置で
は、感光ドラム１から転写ローラ４に付着したトナーや
帯電促進粒子が、転写ローラ４に印加した転写バイアス
の印加時やオフ時に感光ドラム１へ移行することがあ
り、同様に、帯電装置２による帯電に影響を与える。

【００７７】そこで、本実施例では、転写バイアスの印
加時の転写ローラ４からの感光ドラム１への帯電促進粒
子等の転移を緩和するために、転写バイアスについて
も、そのバイアス波形の立ち上がりおよび立ち下がり
に、帯電バイアスと同様なスロープを設け、転写ニップ
通過時間以上の長さで電位を立ち上げ、またオフするよ
うにした。もちろん、通常の転写工程では、転写に必要
な電圧および電流が十分に得られるように、このスロー
プは画像形成時にかからないように設定する必要があ
る。

【００７８】このようにすることにより、転写ローラ４
に付着したトナー粒子や帯電促進粒子は、一度に感光ド
ラム１に排出されず、徐々に移行し、感光ドラム１によ
り帯電ローラ２１に搬送されて、感光ドラム１から帯電
ローラ２１に移行するので、帯電ローラ２１へのトナー
粒子等の粒子量も平均化して緩和され、帯電ローラ２１
上に存在するトナーの密度も均一になるので、トナーに
よる帯電不良は生じない。

【００７９】従来は、転写ローラ４からトナー粒子等が
感光ドラム１に一度に多量に排出され、感光ドラム１を
介して帯電ローラ２１に移行するので、そのトナーが付
着した帯電ローラ２１の部分が、感光ドラム１の帯電不
良を引き起こしたり、帯電ローラ２１に付着したトナー
が再度感光ドラム１に移行して、画像露光を遮光すると
いった弊害も生じていたが、本実施例では、このような
不具合が改善された。

【００８０】この場合、転写バイアスを印加したときの
感光ドラム１の部分は、帯電バイアスを印加したときの
感光ドラム１の部分と、重ならないようにすることが好
ましい。双方のバイアス印加時の感光ドラムの部分を重
ならないようにすれば、双方のバイアス印加により排出
されたトナー粒子等は、感光ドラム１の同じ位置に存在
しないようになるので、上記の帯電不良や遮光等の防止
を一層向上することができる。

【００８１】画像形成装置全体の動作を説明すれば、感
光ドラム１を矢印Ａ方向に回転し、帯電装置２の帯電ロ
ーラ２１を感光ドラム１に当接して矢印Ｂ方向に回転す
ると同時に、帯電電源Ｓ１から帯電ローラ２１の芯金２
ａに先に述べたスロープを有する波形の帯電バイアスを
印加して、帯電ローラ２１の表面に予め塗布した帯電促
進粒子２ｄを介して感光ドラム１の表面を所望の極性・
電位に一様帯電する。ついで露光装置６から画像露光Ｌ
を施して、感光ドラム１の表面に静電潜像を形成し、こ
の静電潜像を現像器３により磁性トナー３ａを用いて現
像して、潜像をトナー画像として可視化する。得られた
トナー画像は、転写電源Ｓ３から転写ローラ４に先に述
べたスロープを有する波形の転写バイアスを印加して、
感光ドラム１に供給された転写材Ｐに転写し、その後、
転写材Ｐを定着器５に送って、トナー画像の転写材Ｐへ
の定着を行い、記録画像を得る。

【００８２】その後、感光ドラム１上に残留した転写残
りとなったトナーは、帯電ローラ２１の表面の微小な突
起に引っかかり、帯電ローラ表面近傍に攪乱されつつ混
入するが、本発明の帯電装置２ではトナーと同時に帯電
導電粒子も帯電ローラ２１に回収され保持されるため、
帯電ローラ表面には、充分な帯電導電粒子が存在し、感
光ドラム１に対して緻密な接触性と接触抵抗を保つこと
ができる。従って、帯電導電粒子を介して感光ドラム表
面への電荷の直接注入帯電が可能になる。

【００８３】そして、帯電ローラ２１表面近傍に混入し
たトナーは、感光ドラム１や帯電導電粒子そして帯電ロ
ーラ２１との摩擦により、トナーが本来持つ極性（本実
施例では負極性）に帯電し、帯電ローラ２１に印加する
帯電極性と同じなので、徐々に帯電装置２から吐き出さ
れ、現像器３にて回収され或いは現像される。このよう
な工程を繰り返すことによりトナーリサイクルを可能に
しながら、直接注入帯電を行い、且つそれを長期にわた
り維持することができる。

【００８４】以上説明したように、本実施例では、クリ
ーナレス画像形成装置において、帯電場バイアスのみな
らず、転写バイアスにも、バイアスの印加時およびオフ
時にスロープを付けたので、帯電不良や遮光のない良好
な画像を得ることができる。

【００８５】実施例３本実施例は、図４にした実施例２において、図５に示す
ような表面に電荷注入層１６を有する感光ドラム１を使
用し、また転写バイアスを弱く印加している。帯電不良
や遮光や帯電不良のない画像形成を行わせるために、帯
電バイアスおよび転写バイアスの電位の立ち上がりおよ
び立ち下がりにスロープを設ける点は、実施例２と同様
である。

【００８６】感光ドラム１は、図５に示したように、ア
ルミニウム製のドラム基体１１上に、下引き層１２、正
電荷注入防止層１３、電荷発生層１４および電荷輸送層
１５を下から順に塗工して一般的な有機感光層を設け、
さらに有機感光層の電荷輸送層１５上に電荷注入層１６
を塗工してなっており、この電荷注入層１６により感光
ドラム１の表面の感光層の抵抗を所定の範囲に調節する
ことにより、長期間にわたって感光ドラム１の均一な帯
電を感光ドラム側からも担保するようにした。

【００８７】本実施例では、電荷注入層１６は、光硬化
型のアクリル樹脂に、粒径０．０３μｍのＳｎＯ₂超微
粒子１６ａ、四フッ化エチレン樹脂（商品名：テフロ
ン）等の滑剤、重合開始剤等を混合分散し、電荷輸送層
１５上に塗工後、光硬化法により膜形成した。

【００８８】一般に電荷注入層の重要な点は、これを設
けた被帯電体の表面抵抗を下げることであり、電荷注入
による直接帯電では、被帯電体の表面抵抗を下げると、
電荷の授受をより効率よく行って、被帯電体を帯電する
ことができるようになる。

【００８９】このようなことから、感光ドラム１の感光
層表層に設ける電荷注入層１６は、体積抵抗率１０¹⁴Ω
ｃｍ以下の抵抗とすることが好ましい。一方、感光ドラ
ム１は静電潜像を一定時間保持する必要があるため、低
抵抗すぎてもよくなく、好ましくは、体積抵抗率１０⁹
Ωｃｍ以上とすることがよい。

【００９０】なお、本実施例では、感光ドラム１の表面
抵抗を下げるために、電荷注入層１６を設けたが、電荷
輸送層１５自体を同様な抵抗範囲にしてもよく、同様な
効果が得られる。さらに体積抵抗率が約１０¹³Ωｃｍで
あるアモルファスシリコンを感光層に用いても、同様な
効果がある。

【００９１】本実施例における転写バイアスの印加方法
について説明する。通常、画像形成時には、図４の感光
ドラム１上からトナーを転写材Ｐに転写するのに必要な
転写バイアスを、転写ローラ４により感光ドラム１に印
加しているが、感光ドラム１の転写材が存在しない非画
像部に対しても、トナーと逆極性に帯電している帯電促
進粒子が転写ローラ４に付着しにくいように、逆バイア
スを印加することが好ましい。

【００９２】しかし、通常の転写バイアスを転写材が存
在しない感光ドラム１に対し印加すると、感光ドラム１
にダメージを与えてしまう。本実施例では、これを防ぐ
ために転写バイアスを弱めに印加しているが、このよう
な場合にも、バイアスが瞬時に変化したときには、転写
ローラ４に付着したトナー粒子や帯電促進粒子が感光ド
ラム１に移行し、次回の画像形成時に画像不良を生じて
しまう。

【００９３】そこで、本実施例では、この転写バイアス
を弱く印加する場合においても、その波形の電位の立ち
上がりおよび立ち下がりにスロープを持たせた。具体的
には、実施例２の場合と同様、転写ニップ通過時間以上
の長さで電位を変化させた。

【００９４】このようにすれば、実施例２で述べたのと
同様、転写ローラ４に付着しているトナー粒子や帯電促
進粒子が感光ドラム１に一度に移行されず、徐々に移行
されて、感光ドラム１を介した帯電ローラ２１へのトナ
ー等の粒子の移行量も平均化により緩和され、帯電ロー
ラ４上に存在するトナーの密度も均一になって、トナー
による帯電不良を発生しなくできる。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
帯電バイアスを印加した帯電ローラを感光ドラム等の感
光体と速度差を持って接触させて、少なくとも帯電ロー
ラと感光体とが接触した帯電ニップ部に導電性粒子（帯
電促進粒子）を保持した状態下で、感光体の表面を帯電
するに際し、帯電バイアスの電圧波形の電位の立ち上が
りおよび立ち下がりに、帯電ローラの表面が帯電ニップ
部を通過する時間よりも長いスロープを持たせたので、
帯電ローラ上に存在する帯電促進粒子やトナー粒子が一
度に多量に感光体へ急激に移行するのを防止でき、これ
ら粒子の感光体を介した帯電ローラへの移行量を平均化
して緩和できる。このため、感光体を良好に帯電すると
ともに、帯電後に遮光のない画像露光を行うことがで
き、遮光のない良好な画像を得ることができる。

【００９６】また、感光体のトナー画像を記録材へ転写
する転写ローラに印加する転写バイアスの電圧波形の電
位の立ち上がりおよび立ち下がりに、転写ローラの表面
が転写ニップ部を通過する時間よりも長いスロープを持
たせた場合には、転写ローラ上に存在するトナー粒子や
帯電促進粒子が一度に多量に感光体へ急激に移行するの
を防止して、これら粒子の感光体を介した帯電ローラへ
の移行量を平均化し緩和でき、転写ローラからの粒子に
よる影響をなくして、同様に、感光体を良好に帯電し、
また帯電後に遮光のない画像露光を行って、遮光のない
良好な画像を得ることができる。

【００９７】従って、本発明によれば、感光体専用のク
リーニング装置を省略したクリーナレス装置に好適な画
像形成装置を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる帯電装置を示す断面
図である。

【図２】図１の帯電装置の帯電ローラに印加する帯電バ
イアスを示す波形図である。

【図３】帯電ローラに印加する従来の帯電バイアスを示
す波形図である。

【図４】本発明の他の一実施例にかかる画像形成装置を
示す概略構成図である。

【図５】図４の画像形成装置で使用した感光ドラムの感
光層の層構成を示す断面図である。

【図６】各種接触帯電における帯電効率を示す特性図で
ある。

【符号の説明】

１感光ドラム２帯電装置２ａ芯金２ｂ中抵抗層２ｃ規制ブレード２ｄ帯電促進粒子（導電性粒子）３現像器３ａ磁性トナー４転写ローラ２１帯電ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者児野康則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)発明者井上亮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） 2H077 AA37 AC16 AD06 AD13 AD17 AD23 AD31 AD35 EA13 FA00 FA19 GA01 GA17 2H134 GA01 GB02 HF13 KH01 2H171 FA02 JA02 JA04 JA23 JA27 JA29 QA02 QA17 QA19 QB03 QB07 QB09 QB14 QB15 QB42 QB52 UA03 UA08 2H200 FA17 FA18 FA20 GA23 GA34 GA46 GA54 GA59 GB37 HA03 HA21 HA28 HA29 HB12 HB17 HB22 HB43 HB45 HB46 HB47 HB48 JA02 JA28 JA29 MA01 MA03 MA08 MA14 MA20 MB01 MB04 MB06 MC02 MC15 NA02 NA09 PA10 PA11 PA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧を印加した回動する帯電部材を、回
動する被帯電体と速度差を持って接触させて、少なくと
も帯電部材と被帯電部材とが接触した帯電ニップ部に導
電性粒子を保持した状態下で、前記被帯電体の表面を帯
電する帯電装置であって、前記帯電部材に印加する電圧
の波形は、電位の立ち上がりおよび立ち下がりにスロー
プを有し、その各スロープの時間が、前記帯電部材の表
面が帯電ニップ部を通過する時間よりも長いことを特徴
とする帯電装置。
【請求項２】前記導電性粒子の抵抗値が１０¹²Ωｃｍ
以下である請求項１の帯電装置。
【請求項３】前記導電粒子の平均粒径がトナーの粒径
よりも小さい請求項１または２の帯電装置。
【請求項４】前記被帯電体の表面の抵抗が１０⁹〜１
０¹⁴Ωｃｍである請求項１〜３のいずれかの項に記載の
帯電装置。
【請求項５】前記被帯電体が電子写真感光体である請
求項１〜４のいずれかの項に記載の帯電装置。
【請求項６】前記帯電部材が被帯電体に対してカーウ
ンター方向に回動する請求項１〜５のいずれかの項に記
載の帯電装置。
【請求項７】前記帯電部材が、芯金上に弾性発泡体を
ローラ形状に形成した帯電ローラである請求項１〜６の
いずれかの項に記載の帯電装置。
【請求項８】電子写真感光体の周囲に、感光体の表面
を帯電する一次帯電器、帯電した感光体に画像露光して
形成された静電潜像を現像する現像剤を収容した現像
器、および潜像の現像で得られたトナー画像を記録材に
転写する転写帯電器を少なくとも備えた画像形成装置に
おいて、前記一次帯電器は、電圧を印加した回動する帯電部材を
回動する感光体と速度差を持って接触させて、少なくと
も帯電部材と感光体との帯電ニップ部に導電性粒子を保
持した状態下で前記感光体の表面を帯電し、前記帯電部
材に印加する電圧の波形は、電位の立ち上がりおよび立
ち下がりにスロープを有し、その各スロープの時間が、
前記帯電部材の表面が帯電ニップ部を通過する時間より
も長いことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】前記導電性粒子の抵抗値が１０¹²Ωｃｍ
以下である請求項８の画像形成装置。
【請求項１０】前記導電性粒子の平均粒径がトナーの
粒径よりも小さい請求項８または９の画像形成装置。
【請求項１１】前記被帯電体の表面の抵抗が１０⁹〜
１０¹⁴Ωｃｍである請求項８〜１０のいずれかの項に記
載の画像形成装置。
【請求項１２】前記帯電部材が感光体に対してカーウ
ンター方向に回動する請求項８〜１１のいずれかの項に
記載の帯電装置。
【請求項１３】前記帯電部材が、芯金上に弾性発泡体
をローラ形状に形成した帯電ローラである請求項８〜１
２のいずれかの項に記載の画像形成装置。
【請求項１４】前記一次帯電器は、感光体に接触して
感光体との間で帯電促進粒子を保持する規制ブレードを
有し、前記保持された帯電促進粒子が感光体の回動によ
り搬送されて、前記帯電ニップ部に供給される請求項８
〜１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１５】前記現像器内に収容された現像剤に帯
電促進粒子が混合され、前記混合された帯電促進粒子が
感光体に付着して搬送され、前記帯電ニップに供給され
る請求項８〜１３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１６】前記現像器は、前記潜像の現像と同時
に、その現像剤担持体と感光体との電位差により、感光
体に残留した転写残りのトナーを現像剤担持体に回収す
る機能を兼ねる請求項８〜１５のいずれかに記載の画像
形成装置。
【請求項１７】前記転写帯電器に印加する電圧は、立
ち上げ時において転写ニップ通過時間より長いスロープ
を持ち、オフ時においても同様に転写ニップ通過時間よ
り長いスロープを持つことを特徴とする請求項８〜１６
のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１８】像担持体に該像担持体を帯電する工程
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
形成装置本体に対して着脱自在のプロセスカートリッジ
であり、少なくとも像担持体と該像担持体を帯電する工
程手段を包含しており、該帯電工程手段が請求項１〜７
のいずれかの項に記載の帯電装置であることを特徴とす
るプロセスカートリッジ。