JP3624074B2

JP3624074B2 - 帯電装置

Info

Publication number: JP3624074B2
Application number: JP13048597A
Authority: JP
Inventors: 浩一橋本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-05-02
Filing date: 1997-05-02
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2017-05-02
Also published as: JPH10307450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体を帯電処理（除電処理も含む）する帯電装置に係り、特に、電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接させて該被帯電体表面に帯電を施こす接触方式の帯電装置（接触帯電装置、直接帯電装置）に関するものである。
【０００２】
また、電圧を印加した帯電部材を被帯電体としての像担持体に当接させて該像担持体表面の帯電処理をする帯電装置を含む作像プロセス機器を適用して画像形成を実行する、電子写真方式・静電記録方式等による複写機・プリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、この種の画像形成装置においては、電子写真感光体・静電記録誘電体などの像担持体としての被帯電体の帯電処理手段として、一般にコロナ帯電器が使用されていたが、近年は、低オゾン・低電力等の利点を有することから、上記接触方式の帯電装置の実用化がなされてきている。特に、帯電部材として導電性の帯電ローラを用いたローラ帯電装置が帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【０００４】
しかし、このローラ帯電装置では、帯電は帯電ローラから被帯電体への放電により行われるため、環境の変化による帯電ローラおよび被帯電体の電気抵抗の変動により、放電状態が変わり、被帯電体の表面電位も変動する。
【０００５】
そこで、最近、環境変動の少ない帯電方式として特願平０５−０６６１５０等に、導電性の接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体表面にあるトラップ準位に電荷を注入して接触帯電を行う方式が開示されている。この注入帯電方式は、環境依存性が少ないだけでなく、放電を用いないため、被帯電体の寿命を縮めるオゾンを発生しない利点があり、一般に知られている２成分現像器とほぼ同じ構成を用いることができる。
【０００６】
従来の現像器においては、スリーブが回転することにより現像剤がスリーブ端部からはみ出し、スリーブを支持しているボールベアリング１１５へと現像剤が漏れ出すのを防止するために、フェルト等を用いた接触式端部シール方式や、図７の（ａ）・（ｂ）に示すように、強磁性体の板（以下、端部磁性板と称する）１１３をスリーブ１１２のスラスト方向に対して垂直な面である磁性粒子収容部１１０の内側壁に配置し、さらに、端部磁性板１１３より外側の容器端部のスリーブ表面に平行な内壁の部分Ａに板状の磁石１１４（以下、端部板磁石と称する）を貼りつける磁気シール方式が取られている。
【０００７】
この磁気シール方式において、端部磁性板１１３は、図８に示すように、スリーブ内マグネットロール１１１からの磁束Φを集め、外側への磁束を遮蔽することで現像剤が端部からはみ出すのを防止しており、また、端部板磁石１１４はスリーブ内マグネット１１１に反発極（同極が隣接している磁極パターン）を用いた場合に、端部磁性板１１３では磁束を遮蔽できないために漏れてくる現像剤を磁力で拘束し、ボールベヤリング１１５へと現像剤が漏れ出すのを防止している。
【０００８】
この構成では、端部板磁石１１４とスリーブ表面の距離をある程度近づけておく必要があるため、端部板磁石１１４を磁性粒子収容部内の曲面にそって貼り付けなければならないが、生産上の作業効率が悪く、端部板磁石自体のコストもかかる。また、端部板磁石を用いないと、現像剤のトナー濃度を一定にするための現像剤攪拌機構を必要とする２成分現像器においては、現像剤が端部ではみ出す方向に力を受けやすいため、端部漏れを完全に防ぐことが困難となる。
【０００９】
一方、磁性粒子の攪拌を必要としないために、磁性粒子収容部内で磁性粒子がスリーブ１１２のスラスト方向に激しく運動しない注入帯電器においては、端部板磁石を取り去っても、磁性粒子収容部内の磁性粒子が端磁性板を越えて漏れ出すことはない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の帯電装置は以上のように構成されているので、注入帯電器においては、長期にわたる安定した帯電性を確保するため、磁性粒子と被帯電部材とが接触している領域を広く取られなければならず、帯電スリーブと被帯電部材との隙間に対して、スリーブ上の磁性粒子の単位面積あたりの重畳を非常に多くする必要がある。そのため、スリーブ端部の磁性粒子は、帯電スリーブと被帯電部材との隙間を通過する際に帯電スリーブと被帯電部材に押しつぶされ、磁性粒子がコートされていない外側に広がる。その結果、帯電ニップを通過し、磁性粒子収容部内に戻ってきた時に、端部磁性板よりも外側まではみ出してしまい、磁性粒子漏れの原因となる。
【００１１】
よって、従来の磁性粒子収容部から端部板磁石を除いただけの構成では、磁性粒子が端部磁性板を乗り越え、ボールベアリング、被帯電体の損傷を引き起こしてしまうという課題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は注入帯電器についての上記の課題を解決するものであり、その代表的な構成は、マグネットを内部に有し、被帯電体と接触する磁性粒子を表面に担持する磁性粒子担持体と、この磁性粒子担持体表面の磁性粒子量を規制する磁性粒子規制板と、この磁性粒子担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、磁性粒子を収容する磁性粒子収容部材と、この磁性粒子収容部材の磁性粒子担持体のスラスト方向に垂直な内壁に設けた強磁性体板と、磁性粒子担持体上に設けられ、磁性粒子担持体と磁性粒子とを絶縁する絶縁部材と、を有し、絶縁部材の領域と規制部材の端部とが重なるように絶縁部材が配置され、磁性粒子担持体の長手方向において磁性粒子担持体の中央部側から磁性粒子規制板の端部、強磁性体板、磁性粒子担持体の端部の順に配置されている帯電装置において、この磁性粒子規制板の端部とこの強磁性体板との間にマグネットの長手方向における端部が位置していることを特徴とする帯電装置、である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
実施の形態例１．
図１は本発明の帯電装置を適用する、電子写真方式画像形成装置の概略構成図を示す。この画像形成装置は矢印方向に回転する被帯電体としての感光ドラム１を備え、その周囲には帯電器２、転写用放電器３、クリーニング手段４、および感光体ドラムの図上方に配置したレーザービームスキャナー（図示せず）、現像器６等からなる画像形成プロセス機器から構成されている。このレーザービームスキャナーに内蔵された半導体レーザーは、ＣＣＤ等の光電変換素子を有する原稿読み取り装置が、原稿の白黒画像情報に対応して出力する画像信号により制御され、レーザービーム５を射出する。なお、電子計算機からの出力信号もプリントアウトすることができる。
【００２３】
上記感光体ドラム１は、負帯電のＯＰＣ感光体であり、直径φ３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に下記の第１〜第５の５層の機能層を下から順に設けたものである。
【００２４】
第１層は下引き層であり、アルミニウムドラム基体（以下、アルミ基体と称する）の欠陥などをならすため、またレーザー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厚さ約２０μｍの導電層である。
【００２５】
第２層は正電荷注入防止層であり、アルミ基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０^６ Ω・ｃｍ程度に、抵抗調整された厚さ約１μｍの中抵抗層である。
【００２６】
第３層は電荷注入層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ０．３μｍの層であり、レーザー露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【００２７】
第４層は電荷輸送層であり、ポリカーポネイ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。従って、感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することはできず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。
【００２８】
第５層は電荷注入層であり、バインダーとしての光硬化性のアクリル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０．０３μｍの酸化錫の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約３μｍの塗工層である。この電化注入層の電気抵抗値は、充分な帯電性と画像流れを起こさない条件である１×１０^１０〜１×１０^１４Ω・ｃｍである必要がある。本実施例では、表面抵抗が１×１０^１１Ω・ｃｍ感光ドラムを用いた。
【００２９】
次に動作について説明する。
【００３０】
この画像形成装置全体のシーケンスは、まず感光体ドラム１が矢示の時計方向に１５０ｍｍ／ｓｅｃ．のプロセススピード（周速度）で回転し、帯電器２によって感光体ドラム１の表面が一様に帯電される。
【００３１】
次にその帯電された感光ドラム１の表面は、画像信号により変調されたレーザービーム５により走査露光が行われ、感光体ドラム１上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像器６の現像剤によって反転現像される。本実施例では現像剤として磁性トナーを用いた、１成分非接触ジャンピング現像方式をとっている。感光体ドラム１上のトナー像は、給紙カセット７から取り出され、給紙ローラ３１、給紙ガイド３２を経由して進行した紙などの転写材８に、転写帯電器（コロナ帯電器）３により転写される。転写されずに感光体ドラム１の表面に残ったトナーはクリーニング手段４のクリーニングブレードで除去される。その後、感光体ドラム１は前露光ランプ３３による前露光により除電され、再び、静電潜像の形成に供される。
【００３２】
以上は、白黒画像形成についてであるが、非磁性トナーと磁性キャリアからなる２成分現像剤を用いて、前述の工程をイエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの４色の画像について行うことによって、フルカラー画像を得ることができる。
一方、トナーが転写された転写材８は、搬送ベルトで定着器（熱ローラ定着器）９に送られ、画像の定着が行われる。
【００３３】
図２は本発明による帯電装置の構成を示す断面図である。磁性粒子収容部１０と、この内部に固定磁石１１を有し、磁性粒子収容部１０内に回転自在に支持されている非磁性材料からなるスリーブ１２と、感光体ドラム１に接触して電荷を注入する磁性粒子１３と、この磁性粒子１３をスリーブ表面に均一の厚さにコートする規制ブレード１４から構成されている。
【００３４】
非磁性ステンレス製のスリーブ１２は、感光体ドラム１と５００μｍのギャップをおいて、同じ時計方向に２２５ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転する。非磁性ステンレス製の規制ブレード１４は、スリーブ表面とのギャップが９００μｍになるように配置されている。
【００３５】
スリーブ内に固定配置されている磁石１１は、スリーブ１２と感光体ドラム１の最近接位置から感光体ドラム回転方向上流１０°に約９００Ｇ（ガウス）の磁極（主極）を配置してある。この主極は、最近接位置との角度（図ではθ）を感光体ドラム１の回転方向上流２０°から下流１０°の範囲に入るようにすることが望ましい（上流１５°〜０°であればさらに良い）。それより下流だと主極位置に磁性粒子が引きつけられ、帯電ニップの感光体ドラム１の回転方向下流側に磁性粒子の滞留が発生しやすくなり、また上流すぎると、帯電ニップを通過した磁性粒子の搬送性が悪くなり、滞留が発生しやすくなる。
【００３６】
また、帯電ニップ部に磁極がない場合は、磁性粒子１３に働くスリーブ１２への拘束力が弱くなり、磁性粒子１３が感光体ドラム１に付着しやすくなるのは明らかである。ここで述べている帯電ニップは、帯電時に磁性粒子１３が感光体ドラム１と接触している領域を示す。
【００３７】
また、磁性粒子１３がスリーブ１２にコートされている領域の境界においては、感光体ドラム１と磁気ブラシの接触が不安定なため、磁気ブラシ先端と感光体ドラム表面との間に電位差が生じ、感光体ドラムに磁性粒子１３が付着してしまう。それを防止するため、実施の形態ではスリーブ１２の端部に厚さ３０μｍのマイラーテープを貼り、スリーブ１２と端部の磁性粒子間の絶縁を確保することで、感光ドラム１への磁性粒子付着を防止している。
【００３８】
帯電バイアスは、図２のように電圧印加手段１６により、スリーブ１２と規制ブレード１４に印加している。ＤＣは必要とされる感光体ドラム１の表面電位の値（実施の形態では、−７００ｖ）とした。ＡＣのピーク値間電圧（以後、Ｖｐｐ）は、１００ｖ以上、２０００ｖ以下、特に３００ｖ以上、１２００ｖ以下が好ましい。それ以下では、帯電均一性、電位の立上がり性向上の効果が薄く、それ以上では磁性粒子１３の滞留や感光体ドラム１への磁性粒子付着が悪化する。周波数は１００Ｈｚ以上５０００Ｈｚ以下、特に５００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ以下が好ましい。それ以下では、磁性粒子１３の感光体ドラム１への付着悪化や、帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が薄くなり、それ以上でも帯電均一性、電位の立ち上がり性向上の効果が得られにくくなる。ＡＣの波形は矩形波、三角波、ｓｉｎ波などがよい。
【００３９】
実施の形態では、磁性粒子１３として、焼結した強磁性体（フェライト）を還元処理をしたものを用いたが、他に樹脂と強磁性体粉を混練して粒子状に成形したもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電性カーボン等を混ぜたものや、表面処理を行ったものも同様に用いることができる。この磁性粒子１３は感光体ドラム表面のトラップ準位に電荷を良好に注入する役割と、感光体ドラム１上に生じたピンホールなどの欠陥に帯電電流が集中してしまうことに起因して生じる、スリーブ１２と磁性粒子１３よりなる帯電部材及び感光体ドラム１の通電破壊を防止する役割を兼ね備えていなければならない。
【００４０】
従って、帯電部材の抵抗値は１×１０^４ Ω〜１×１０^９ Ωであることが好ましく、特には１×１０^４Ω〜１×１０ ^７Ωであることが好ましい。この帯電部材の抵抗値が１×１０４Ω未満ではポンホールリークが生じやすくなる傾向があり、１×１０９Ωを超えると良好な電荷の注入がしにくくなる傾向にある。また、抵抗値を上記範囲内に制御するためには、実施の形態の磁性粒子の体積抵抗値は１×１０^４ Ω・ｃｍ〜１×１０^９Ω・ｃｍであることが好ましく、特には１×１０ ^４Ω・ｃｍ〜１×１０^７ Ω・ｃｍであることが好ましい。
磁性粒子１３の体積抵抗値は、図３に示すセルを用いて測定する。すなわち、セルＡに磁性粒子１３を充填し、この充填磁性粒子１３に接するように電極１７及び１８を配置し、この電極間に定電圧装置２２から電圧計２１に表示された電圧を印加し、そのとき流れる電流を電流計２０で測定することにより求めた。その測定条件は、温度２３℃、湿度６５％の環境で充填磁性粒子のセルとの接触面積Ｓ＝２ｃｍ^２、厚みｄ＝１ｍｍ、上部電極の荷重１０ｋｇ、印加電圧１００Ｖである。なお、図５中、１９は電極１７、１８間の磁性粒子１３とガイドリング２４との間に設けた絶縁物である。
【００４１】
上記磁性粒子１３の平均粒径及び粒度分布測定におけるピークは、５〜１００μｍの範囲にあることが、粒子表面の汚染による帯電劣化防止の観点から好ましい。また、帯電部材の抵抗値は、１×１０^６ Ω・ｃｍであり、帯電バイアスのＤＣ成分として−７００ｖを印加することで、感光ドラムの表面電位も−７００ｖとなった。
【００４２】
以上の構成において、図４に示す様なスリーブ端部を有する帯電装置によって実験を行った。
【００４３】
端部磁性板３５には鉄製で厚さ０．５ｍｍの板を用いているが、磁性ステンレスなど他の強磁性の性質をもつ材料でも同様の効果が得られる。
【００４４】
絶縁領域端２５、スリーブ内マグネット端２６、規制ブレード端２７、端部磁性板３５の内面２８、帯電スリーブ端２９のスラスト方向の配置は、帯電スリーブ端２９が最も外側でなければならないのは明らかである。また、感光体ドラム表面への端部磁性粒子付着を防止するためには、絶縁領域と磁性粒子がコートされている領域は重なっている必要があり、絶縁領域端２５よりも規制ブレード端２７は外側でなければならない。また、磁性粒子１３が感光体ドラム１に付着しやすい、磁性粒子１３がコートされている領域の端部にスリーブ内マグネットを配置することで、磁性粒子付着をより防止できることから、スリーブ内マグネット端２６は規制ブレード端２７よりも外側の方が好ましい。また、端部磁性板３５は、スリーブ内マグネット端２６や規制ブレード端２７よりも外側でなければならないことも明らかである。
【００４５】
以上より、上記の５種類の配置パターンは外側から、帯電スリーブ端２９、端部磁性板の内面２８、スリーブ内マグネット端２６、規制ブレード端２７、絶縁領域端２５の順番がより好ましい。
【００４６】
また、帯電ニップ通過前後における磁性粒子のコート領域端の位置の測定から、規制ブレード端２７と端部磁性板の内面２８のスラスト方向の距離は少なくとも０．５ｍｍ以上とることが望ましい。
【００４７】
以上の諸条件より、実施の形態１では、外側から帯電スリーブ端２９、端部磁性板の内面２８、スリーブ内マグネット端２６、規制ブレード端２７、絶縁領域端２５の順番で、スラスト方向の各距離を、
帯電スリーブ端−端部磁性板の内面：１０ｍｍ
端部磁性板の内面−スリーブ内マグネット端：１ｍｍ
スリーブ内マグネット端−規制ブレード端：２．５ｍｍ
規制ブレード端−絶縁領域端：３ｍｍ
とした。
【００４８】
さらに、単にカットブレードを短くして、端を容器内壁よりも中央側にしただけではブレードの端部から磁性粒子が漏れてくるので、それを防止するため、本実施の形態１ではカットブレードが接触している容器の内壁の部分をカットブレードを縮めた分、中央へと延ばした。その結果、３０時間の連続帯電によっても磁性粒子が端部磁性板を越えることはなかった。
＜比較例（図５）＞
帯電スリーブ端−端部磁性板の内面：１０ｍｍ
端部磁性板の内面−スリーブ内マグネット端：１ｍｍ
スリーブ内マグネット端−規制ブレード端：０ｍｍ
規制ブレード端−絶縁領域端：３ｍｍ
の構成に対して、実施の形態１と同様の実験を行ったところ、数分で磁性粒子が端部磁性板３５を乗り越え、３０分ごろから、端部磁性板の下部から磁性粒子の落下が始まった。
実施の形態２．
実施の形態２は、図６（ａ）に示すように、カットブレード端と磁性粒子収容部内壁の間に樹脂ブロック３０をねじ止めし、規制ブレード端２７、スリーブ内マグネット端２６、端部磁性板の内面２８の配置は実施の形態１と同じ配置で実験を行ったところ、同様な効果が得られた。
【００４９】
また、樹脂ブロック３０をカットブレード端に接着した系や、図６（ｂ）に示すような規制ブレード２６の端部の裏側に樹脂ブロック３０を接着した系でも同様な効果が得られることは明らかである。
実施の形態３．
実施の形態３は、図６（ｃ）に示すように、磁性粒子収容部１０の内側壁間の距離を回収側よりも規制側を狭くした系で実験を行った。各端間の距離は
帯電スリーブ端−磁性粒子回収側の内壁：１０ｍｍ
磁性粒子回収側の内壁−磁性粒子規制側の内壁：３ｍｍ
磁性粒子規制側の内壁−規制ブレード端：０ｍｍ
磁性粒子規制側の内壁−絶縁領域端：３ｍｍ
とし、磁性粒子収容部１０の内側壁に端部磁性板を貼り付けたところ、実施の形態１と同様の効果が得られた。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁性粒子担持体の端部磁性粒子漏れを防止することができ効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電装置を適用する画像形成装置の構成図である。
【図２】本発明の帯電装置の構成図である。
【図３】本発明における、磁性粒子の電気抵抗値を測定する説明する図である。
【図４】本発明における、実施の形態１の構成を示す図である。
【図５】本発明における、比較例の構成を示す図である。
【図６】本発明における、他の実施の形態の構成を示す図である。
【図７】２成分現像器の端部磁気シールの構成を示す図である。
【図８】端部磁気シーツにおける磁束を示す図である。
【符号の説明】
１感光ドラム（被帯電体）、１０磁性粒子収容部、１１磁石、１２スリーブ（磁性粒子担持体）、１３磁性粒子、１４磁性粒子規制部材、２５絶縁領域端、２６スリーブ内マグネット端、２７規制ブレート端、２８端部磁性板の内面、２９帯電スリーブ端、３５端部磁性板、３６規制ブレード、３７給電装置。

Claims

マグネットを内部に有し、被帯電体と接触する磁性粒子を表面に担持する磁性粒子担持体と、この磁性粒子担持体表面の磁性粒子量を規制する磁性粒子規制板と、この磁性粒子担持体に電圧を印加する電圧印加手段と、磁性粒子を収容する磁性粒子収容部材と、この磁性粒子収容部材の磁性粒子担持体のスラスト方向に垂直な内壁に設けた強磁性体板と、磁性粒子担持体上に設けられ、磁性粒子担持体と磁性粒子とを絶縁する絶縁部材と、を有し、絶縁部材の領域と規制部材の端部とが重なるように絶縁部材が配置され、磁性粒子担持体の長手方向において磁性粒子担持体の中央部側から磁性粒子規制板の端部、強磁性体板、磁性粒子担持体の端部の順に配置されている帯電装置において、
この磁性粒子規制板の端部とこの強磁性体板との間にマグネットの長手方向における端部が位置していることを特徴とする帯電装置。
磁性粒子規制板の端部と強磁性体との間で磁性粒子収容部材と磁性粒子担持体との空間を充填する空間充填部材を有することを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
被帯電体は、絶縁性のバインダー中に導電性微粒子を分散させた電荷注入層を有する感光体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の帯電装置。