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技術 帯電部材、帯電方法、帯電装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ

出願人 キヤノン株式会社
発明者 石山晴美児野康則平林純
出願日 1998年9月4日 (20年11ヶ月経過) 出願番号 1998-267401
公開日 2000年3月21日 (19年4ヶ月経過) 公開番号 2000-081761
状態 特許登録済
技術分野 電子写真の帯電 電子写真装置一般及び筐体、要素 ロール及びその他の回転体 電子写真における帯電・転写・分離 電子写真一般。全体構成、要素
主要キーワード ゴム剤 促進部材 粉末塗布 先端側エッジ 放電機構 電位相当 滑剤効果 ルビセル
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図面 (7)

課題

接触帯電において、帯電部材として簡易な部材を用いた場合でも、より帯電均一性に優れ且つ長期に渡り安定した直接注入帯電を実現する、即ち、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を簡易な構成で実現すること、またこれにより、オゾン生成物による障害帯電不良による障害等のない、簡易な構成、低コスト画像形成装置プロセスカートリッジを得ること。

解決手段

被帯電体1とニップ部nを形成する可撓性の帯電部材2により被帯電体表面を帯電する接触帯電において、帯電部材2は被帯電体1に対して速度差を持って移動し、少なくとも帯電部材2と被帯電体1とのニップ部nに帯電促進粒子2dを担持し、帯電部材2の表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子2dの平均粒径よりも大きいこと。

概要

背景

従来、例えば、電子写真装置静電記録装置等の画像形成装置において、電子写真感光体静電記録誘電体などの像担持体被帯電体)を所要極性電位に一様に帯電処理除電処理も含む)する帯電装置としてはコロナ帯電器コロナ放電器)がよく使用されていた。

コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であり、例えば、ワイヤ電極等の放電電極と該放電電極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対向させて非接触に配設し、放電電極とシールド電極に高圧印加することにより、生じる放電電流コロナシャワー)に像担持体面さらすことで像担持体面を所定に帯電させるものである。

接触帯電
近時は、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、前記したように被帯電体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体を帯電する接触方式の帯電装置(接触帯電装置)が実用化されてきている。

接触帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ローラ型帯電ローラ)、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材を接触させ、この帯電部材(接触帯電部材接触帯電器、以下、接触帯電部材と記す)に所定の帯電バイアスを印加して、被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。接触帯電の帯電機構(帯電のメカニズム、帯電原理)には、(1)放電帯電機構と(2)直接注入帯電機構の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。

(1)放電帯電機構
接触帯電部材と被帯電体との間の微小間隙に生じる放電現象により被帯電体表面が帯電する機構である。

放電帯電機構は接触帯電部材と被帯電体に一定の放電閾値を有するため、帯電電位より大きな電圧を接触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けれども放電生成物を生じることが原理的に避けられないため、オゾンなど活性イオンによる弊害は避けられない。

たとえば、接触帯電部材として導電ローラ(帯電ローラ)を用いた帯電方式は帯電の安定性と言う点で好ましく、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。

即ち、帯電ローラは導電あるいは中抵抗ゴム材あるいは発泡体を用いて生成される。さらにこれらを積層して所望の特性を得たものもある。帯電ローラは被帯電体との一定の接触を得るために弾性を持たせているが、そのため摩擦抵抗が大きく、多くの場合、被帯電体に従動あるいは若干の速度差を持って駆動される。従って、ローラ上の形状のムラや被帯電体の付着物により非接触状態が避けられないため、従来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となる。

より具体的に説明すると、被帯電体としての厚さ25μmのOPC感光体に対して帯電ローラを加圧当接させて帯電処理を行なわせる場合には、帯電ローラに対して約640V以上の電圧を印加すれば感光体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で線形感光体表面電位が増加する。以降、このしきい値電圧帯電開始電圧Vthと定義する。

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像担持体の帯電を行なう方式を「DC帯電方式」と称する。

しかし、DC帯電方式においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗が変動するため、また像担持体としての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。

このため更なる帯電の均一化を図るために特開昭63−149669号公報等に開示されるように、所望のVdに相当するDC電圧に2×Vth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接触帯電部材に印加して像担持体の帯電を行なう「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、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、環境等の外乱には影響されることはない。

(2)直接注入帯電機構
接触帯電部材から被帯電体へ電荷直接注入されることで、被帯電体表面を帯電する機構である。特開平6−3921号公報等で提案されている。

中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電閾値以下であっても、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。この直接注入帯電機構はイオンの発生を伴わないため放電生成による弊害は生じない。

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接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体(像担持体)表面にあるトラップ順位または電荷注入層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所望する像担持体表面のみであり、オゾンの発生も無い。

図6に上述した(1)の放電帯電機構と(2)の直接注入帯電機構の帯電特性の一例を示す。

すなわち、放電帯電機構は図6中のグラフAで表されるように凡そ−500Vの放電閾値を過ぎてから帯電が始まる。従って、−500Vに帯電する場合は−1000Vの直流電圧を印加するか、あるいは、−500Vの直流帯電電圧に加えて、放電閾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被帯電体電位を帯電電位に収束させる方法が一般的である。

一方、直接注入帯電機構は図6中のグラフBで表されるように放電閾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。

トナーリサイクルプロセス(クリーナレスシステム
転写方式の画像形成装置においては、転写後の感光体(像担持体)に残存する転写残トナークリーナクリーニング装置)によって感光体面から除去されて廃トナーとなるが、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、転写後の感光体上の転写残トナーは現像装置によって「現像時クリーニング」で感光体上から除去し現像装置に回収・再用する装置構成にしたトナーリサイクルプロセスの画像形成装置も出現している。

現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、該潜像の現像時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間の電位差であるかぶり取り電位差Vback)によって回収する方法である。この方法によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以後に再用されるため、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。またクリーナレスであること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。

接触帯電部材に対する粉末塗布
接触帯電装置について、帯電ムラを防止し安定した均一帯電を行なうために、接触帯電部材に被帯電体面との接触面に粉末を塗布する構成が特公平7−99442号公報に開示されているが、接触帯電部材が被帯電体に従動回転であり、スコロトロン等のコロナ帯電器と比べるとオゾン生成物の発生は格段に少なくなっているものの、帯電原理は前述のローラ帯電の場合と同様に依然として放電帯電機構を主としている。特に、より安定した帯電均一性を得るためにはDC電圧にAC電圧を重畳した電圧を印加するために、放電によるオゾン生成物の発生はより多くなってしまう。

また、特開平5−150539号公報には、接触帯電を用いた画像形成方法において、長時間画像形成を繰り返すうちにトナー粒子シリカ微粒子が帯電手段の表面に付着することによる帯電阻害を防止するために、現像剤中に、少なくとも顕画粒子と、顕画粒子より小さい平均粒径を有する導電性粒子を含有することが開示されている。

概要

接触帯電において、帯電部材として簡易な部材を用いた場合でも、より帯電均一性に優れ且つ長期に渡り安定した直接注入帯電を実現する、即ち、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を簡易な構成で実現すること、またこれにより、オゾン生成物による障害、帯電不良による障害等のない、簡易な構成、低コストな画像形成装置やプロセスカートリッジを得ること。

被帯電体1とニップ部nを形成する可撓性の帯電部材2により被帯電体表面を帯電する接触帯電において、帯電部材2は被帯電体1に対して速度差を持って移動し、少なくとも帯電部材2と被帯電体1とのニップ部nに帯電促進粒子2dを担持し、帯電部材2の表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子2dの平均粒径よりも大きいこと。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

電圧印加して被帯電体面を帯電する帯電部材であり、表面に帯電促進粒子担持し、帯電部材表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電部材。

請求項2

被帯電体とニップ部を形成し、少なくともそのニップ部に帯電促進粒子を担持させて被帯電体と速度差を持って移動させ、電圧を印加して被帯電体面を帯電する可撓性の帯電部材であり、その表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電部材。

請求項3

ローラ形状弾性発泡体より構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の帯電部材。

請求項4

電圧を印加した、被帯電体とニップ部を形成する可撓性の帯電部材により被帯電体表面を帯電する帯電方法であり、帯電部材は被帯電体に対して速度差を持って移動し、少なくとも帯電部材と被帯電体とのニップ部に帯電促進粒子を担持し、帯電部材の表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電方法。

請求項5

帯電促進粒子の抵抗値が1×1012(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項4に記載の帯電方法。

請求項6

被帯電体の最表面層体積抵抗が1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項4または5に記載の帯電方法。

請求項7

被帯電体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項4から6の何れかに記載の帯電方法。

請求項8

被帯電体と帯電部材はニップ部において互いに逆方向に移動することを特徴とする請求項4から7の何れかに記載の帯電方法。

請求項9

帯電部材が弾性発泡体より構成される回転体であることを特徴とする請求項4から8の何れかに記載の帯電方法。

請求項10

電圧を印加した、被帯電体とニップ部を形成する可撓性の帯電部材により被帯電体表面を帯電する帯電装置であり、帯電部材は被帯電体に対して速度差を持って移動し、少なくとも帯電部材と被帯電体とのニップ部に帯電促進粒子を担持し、帯電部材の表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電装置。

請求項11

帯電促進粒子の抵抗値が1×1012(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項10に記載の帯電装置。

請求項12

被帯電体の最表面層の体積抵抗が1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項10または11に記載の帯電装置。

請求項13

被帯電体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項10から12の何れかに記載の帯電装置。

請求項14

被帯電体と帯電部材はニップ部において互いに逆方向に移動することを特徴とする請求項10から13の何れかに記載の帯電装置。

請求項15

帯電部材が弾性発泡体より構成される回転体であることを特徴とする請求項10から14の何れかに記載の帯電装置。

請求項16

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であり、像担持体を帯電する工程手段が請求項10ないし15の何れかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。

請求項17

像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体の帯電面静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、その静電潜像をトナーによって可視化する現像手段と、そのトナー像記録媒体転写する転写手段を有し、前記現像手段がトナー像を記録媒体に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収するクリーニング手段を兼ね、像担持体は繰り返して作像に供する画像形成装置であり、前記像担持体を帯電する帯電手段が請求項10ないし15の何れかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。

請求項18

像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段が像露光手段であることを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。

請求項19

帯電部材の表面の十点平均粗さRzが静電潜像の画素サイズ以下であることを特徴とする請求項16または17に記載の画像形成装置。

請求項20

像担持体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする請求項16から19の何れかに記載の画像形成装置。

請求項21

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10ないし15の何れか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。

技術分野

0001

本発明は、接触帯電における帯電部材接触帯電方式帯電方法及び帯電装置像担持体帯電工程手段として接触帯電手段を用いた画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関する。

背景技術

0002

従来、例えば、電子写真装置静電記録装置等の画像形成装置において、電子写真感光体静電記録誘電体などの像担持体(被帯電体)を所要極性電位に一様に帯電処理除電処理も含む)する帯電装置としてはコロナ帯電器コロナ放電器)がよく使用されていた。

0003

コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であり、例えば、ワイヤ電極等の放電電極と該放電電極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対向させて非接触に配設し、放電電極とシールド電極に高圧印加することにより、生じる放電電流コロナシャワー)に像担持体面さらすことで像担持体面を所定に帯電させるものである。

0004

接触帯電
近時は、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、前記したように被帯電体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体を帯電する接触方式の帯電装置(接触帯電装置)が実用化されてきている。

0005

接触帯電装置は、像担持体等の被帯電体に、ローラ型帯電ローラ)、ファーブラシ型、磁気ブラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材を接触させ、この帯電部材(接触帯電部材接触帯電器、以下、接触帯電部材と記す)に所定の帯電バイアスを印加して、被帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。接触帯電の帯電機構(帯電のメカニズム、帯電原理)には、(1)放電帯電機構と(2)直接注入帯電機構の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。

0006

(1)放電帯電機構
接触帯電部材と被帯電体との間の微小間隙に生じる放電現象により被帯電体表面が帯電する機構である。

0007

放電帯電機構は接触帯電部材と被帯電体に一定の放電閾値を有するため、帯電電位より大きな電圧を接触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けれども放電生成物を生じることが原理的に避けられないため、オゾンなど活性イオンによる弊害は避けられない。

0008

たとえば、接触帯電部材として導電ローラ(帯電ローラ)を用いた帯電方式は帯電の安定性と言う点で好ましく、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

即ち、帯電ローラは導電あるいは中抵抗ゴム材あるいは発泡体を用いて生成される。さらにこれらを積層して所望の特性を得たものもある。帯電ローラは被帯電体との一定の接触を得るために弾性を持たせているが、そのため摩擦抵抗が大きく、多くの場合、被帯電体に従動あるいは若干の速度差を持って駆動される。従って、ローラ上の形状のムラや被帯電体の付着物により非接触状態が避けられないため、従来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となる。

0010

より具体的に説明すると、被帯電体としての厚さ25μmのOPC感光体に対して帯電ローラを加圧当接させて帯電処理を行なわせる場合には、帯電ローラに対して約640V以上の電圧を印加すれば感光体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で線形感光体表面電位が増加する。以降、このしきい値電圧帯電開始電圧Vthと定義する。

0011

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像担持体の帯電を行なう方式を「DC帯電方式」と称する。

0012

しかし、DC帯電方式においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗が変動するため、また像担持体としての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。

0013

このため更なる帯電の均一化を図るために特開昭63−149669号公報等に開示されるように、所望のVdに相当するDC電圧に2×Vth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接触帯電部材に印加して像担持体の帯電を行なう「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、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、環境等の外乱には影響されることはない。

0014

(2)直接注入帯電機構
接触帯電部材から被帯電体へ電荷直接注入されることで、被帯電体表面を帯電する機構である。特開平6−3921号公報等で提案されている。

0015

中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行うものである。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電閾値以下であっても、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。この直接注入帯電機構はイオンの発生を伴わないため放電生成による弊害は生じない。

0016

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接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体(像担持体)表面にあるトラップ順位または電荷注入層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所望する像担持体表面のみであり、オゾンの発生も無い。

0017

図6に上述した(1)の放電帯電機構と(2)の直接注入帯電機構の帯電特性の一例を示す。

0018

すなわち、放電帯電機構は図6中のグラフAで表されるように凡そ−500Vの放電閾値を過ぎてから帯電が始まる。従って、−500Vに帯電する場合は−1000Vの直流電圧を印加するか、あるいは、−500Vの直流帯電電圧に加えて、放電閾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被帯電体電位を帯電電位に収束させる方法が一般的である。

0019

一方、直接注入帯電機構は図6中のグラフBで表されるように放電閾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。

0020

トナーリサイクルプロセス(クリーナレスシステム
転写方式の画像形成装置においては、転写後の感光体(像担持体)に残存する転写残トナークリーナクリーニング装置)によって感光体面から除去されて廃トナーとなるが、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、転写後の感光体上の転写残トナーは現像装置によって「現像時クリーニング」で感光体上から除去し現像装置に回収・再用する装置構成にしたトナーリサイクルプロセスの画像形成装置も出現している。

0021

現像同時クリーニングとは、転写後に感光体上に残留したトナーを次工程以降の現像時、即ち引き続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、該潜像の現像時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間の電位差であるかぶり取り電位差Vback)によって回収する方法である。この方法によれば、転写残トナーは現像装置に回収されて次工程以後に再用されるため、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。またクリーナレスであること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。

0022

接触帯電部材に対する粉末塗布
接触帯電装置について、帯電ムラを防止し安定した均一帯電を行なうために、接触帯電部材に被帯電体面との接触面に粉末を塗布する構成が特公平7−99442号公報に開示されているが、接触帯電部材が被帯電体に従動回転であり、スコロトロン等のコロナ帯電器と比べるとオゾン生成物の発生は格段に少なくなっているものの、帯電原理は前述のローラ帯電の場合と同様に依然として放電帯電機構を主としている。特に、より安定した帯電均一性を得るためにはDC電圧にAC電圧を重畳した電圧を印加するために、放電によるオゾン生成物の発生はより多くなってしまう。

0023

また、特開平5−150539号公報には、接触帯電を用いた画像形成方法において、長時間画像形成を繰り返すうちにトナー粒子シリカ微粒子が帯電手段の表面に付着することによる帯電阻害を防止するために、現像剤中に、少なくとも顕画粒子と、顕画粒子より小さい平均粒径を有する導電性粒子を含有することが開示されている。

発明が解決しようとする課題

0024

上記の従来の技術の項に記載したように、接触帯電において、帯電ムラを防止し安定した均一帯電を行うために、接触帯電部材に被帯電体面との接触面に粉末を塗布しているが、この粉末の塗布が難しく、
a)均一に帯電部材の表面に塗布することが難しく、不均一になりやすい。
b)初期は均一であっても、耐久により離脱しやすく、不均一になってしまう。
という問題点があった。

課題を解決するための手段

0025

本発明は下記の構成を特徴とする、帯電部材、帯電方法、帯電装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジである。

0026

(1)電圧を印加して被帯電体面を帯電する帯電部材であり、表面に帯電促進粒子担持し、帯電部材表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電部材。

0027

(2)被帯電体とニップ部を形成し、少なくともそのニップ部に帯電促進粒子を担持させて被帯電体と速度差を持って移動させ、電圧を印加して被帯電体面を帯電する可撓性の帯電部材であり、その表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電部材。

0028

(3)ローラ形状弾性発泡体より構成されることを特徴とする(1)または(2)に記載の帯電部材。

0029

(4)電圧を印加した、被帯電体とニップ部を形成する可撓性の帯電部材により被帯電体表面を帯電する帯電方法であり、帯電部材は被帯電体に対して速度差を持って移動し、少なくとも帯電部材と被帯電体とのニップ部に帯電促進粒子を担持し、帯電部材の表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電方法。

0030

(5)帯電促進粒子の抵抗値が1×1012(Ω・cm)以下であることを特徴とする(4)に記載の帯電方法。

0031

(6)被帯電体の最表面層体積抵抗が1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする(4)または(5)に記載の帯電方法。

0032

(7)被帯電体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする(4)から(6)の何れかに記載の帯電方法。

0033

(8)被帯電体と帯電部材はニップ部において互いに逆方向に移動することを特徴とする(4)から(7)の何れかに記載の帯電方法。

0034

(9)帯電部材が弾性発泡体より構成される回転体であることを特徴とする(4)から(8)の何れかに記載の帯電方法。

0035

(10)電圧を印加した、被帯電体とニップ部を形成する可撓性の帯電部材により被帯電体表面を帯電する帯電装置であり、帯電部材は被帯電体に対して速度差を持って移動し、少なくとも帯電部材と被帯電体とのニップ部に帯電促進粒子を担持し、帯電部材の表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径よりも大きいことを特徴とする帯電装置。

0036

(11)帯電促進粒子の抵抗値が1×1012(Ω・cm)以下であることを特徴とする(10)に記載の帯電装置。

0037

(12)被帯電体の最表面層の体積抵抗が1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする(10)または(11)に記載の帯電装置。

0038

(13)被帯電体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする(10)から(12)の何れかに記載の帯電装置。

0039

(14)被帯電体と帯電部材はニップ部において互いに逆方向に移動することを特徴とする(10)から(13)の何れかに記載の帯電装置。

0040

(15)帯電部材が弾性発泡体より構成される回転体であることを特徴とする(10)から(14)の何れかに記載の帯電装置。

0041

(16)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であり、像担持体を帯電する工程手段が(10)ないし(15)の何れかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。

0042

(17)像担持体と、該像担持体を帯電する帯電手段と、像担持体の帯電面静電潜像を形成する画像情報書き込み手段と、その静電潜像をトナーによって可視化する現像手段と、そのトナー像記録媒体に転写する転写手段を有し、前記現像手段がトナー像を記録媒体に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収するクリーニング手段を兼ね、像担持体は繰り返して作像に供する画像形成装置であり、前記像担持体を帯電する帯電手段が(10)ないし(15)の何れかに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。

0043

(18)像担持体の帯電面に静電潜像を形成する画像情報書き込み手段が像露光手段であることを特徴とする(17)に記載の画像形成装置。

0044

(19)帯電部材の表面の十点平均粗さRzが静電潜像の画素サイズ以下であることを特徴とする(16)または(17)に記載の画像形成装置。

0045

(20)像担持体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることを特徴とする(16)から(19)の何れかに記載の画像形成装置。

0046

(21)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(10)ないし(15)の何れか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。

0047

〈作 用〉
a)帯電促進粒子は帯電補助を目的とした導電性の粒子であり、この粒子を用いたことで均一で安定な直接注入帯電を実現している。該帯電促進粒子の体積抵抗は1×1012Ω・cm以下、更に好ましくは1×1010Ω・cm以下であることが望ましい。

0048

即ち、少なくとも帯電部材(以下、接触帯電部材と記す)と被帯電体とのニップ部に上記の帯電促進粒子を担持させることで、被帯電体と接触帯電部材とのニップ部である帯電部に帯電促進粒子が存在した状態で被帯電体の接触帯電が行なわれる。

0049

b)そして、接触帯電部材はその表面の十点平均粗さRzを帯電促進粒子の平均粒径よりも大きくしたので、接触帯電部材表面の微小突起部に帯電促進部材を十分に保持させることが出来、安定した帯電ニップを保つことが可能となる。これにより、接触帯電部材表面と被帯電体(像担持体)表面の間に十分な接触性が得られ、帯電不良のない安定した帯電が可能となる。

0050

接触帯電部材はその表面の十点平均粗さRzが小さすぎると、帯電促進粒子を接触帯電部材表面に保持することが不十分となり帯電ニップでの接触帯電部材と被帯電体の接触が不十分となり、帯電不良を引き起こしてしまう。また十点平均粗さRzが大きすぎると、その粗さ事態が接触帯電部材と被帯電体の接触状態を悪くするため、帯電均一性を損ねることになる。

0051

画像形成装置にあっては、好ましくは、画像形成装置の構成画素サイズよりも小さな粗さRzが良い。

0052

接触帯電部材の表面の十点平均粗さRzが静電潜像の画素サイズ以下であることにより、ミクロな帯電ムラのない均一な直接注入帯電が可能となる。

0053

c)被帯電体と接触帯電部材とのニップ部である帯電部に帯電促進粒子が存在することで、該粒子の滑剤効果により、摩擦抵抗が大きくてそのままでは被帯電体に対して速度差を持たせて接触させることが困難であった帯電ローラであっても、それを被帯電体面に対して無理なく容易に効果的に速度差を持たせて接触させた状態にすることが可能となると共に、帯電促進粒子は接触帯電部材の凹凸を埋め被帯電体に対する接触性を向上させ、該接触帯電部材が該粒子を介して被帯電体面に密に接触してより高い頻度で被帯電体面に接触する構成となる。

0054

接触帯電部材と被帯電体との間に速度差を設けることができることで、接触帯電部材と被帯電体のニップ部において帯電促進粒子が被帯電体に接触する機会を格段に増加させ、高い接触性を得ることができ、接触帯電部材と被帯電体のニップ部に存在する帯電促進粒子が被帯電体表面を隙間なく摺擦することで被帯電体に電荷を直接注入できるようになり、接触帯電部材による被帯電体の接触帯電は帯電促進粒子の介存により直接注入帯電が支配的となる。

0055

d)速度差を設ける構成としては、接触帯電部材を回転駆動して被帯電体と速度差を設けることになる。接触帯電部材を被帯電体表面の移動方向と同じ方向に移動させて速度差をもたせることも可能であるが、直接注入帯電の帯電性は被帯電体の周速と接触帯電部材の周速の比に依存するため、逆方向と同じ周速比を得るには順方向では接触帯電部材の回転数が逆方向の時に比べて大きくなるので、接触帯電部材を逆方向に移動させる方が回転数の点で有利である。

0056

ここで記述した周速比は
周速比(%)=(帯電部材周速−被帯電体周速)/被帯電体周速×100
である(帯電部材周速はニップ部において帯電部材表面が被帯電体表面と同じ方向に移動するとき正の値である)。

0057

e)被帯電体と接触帯電部材とのニップ部である帯電部に帯電阻害因子である絶縁性物質が介在していたり、接触帯電部材がそのような絶縁性の物質で汚染されている場合でも、帯電促進粒子が被帯電体と接触帯電部材とのニップ部である帯電ニップ部に介存することにより、接触帯電部材の被帯電体への緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を長期にわたり安定に維持させることができ、均一な帯電性を与えることができる。

0058

f)被帯電体の最表面層の体積抵抗が1×1014(Ω・cm)以下であること、さらには被帯電体は電子写真感光体であり、該電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が1×109 (Ω・cm)以上1×1014(Ω・cm)以下であることにより、装置の長期使用においても、十分な帯電性を与えることが出来る。

0059

g)かくして、従来のローラ帯電等では得られなかった高い帯電効率が得られ、接触帯電部材に印加した電圧とほぼ同等の帯電電位を被帯電体に与えることができ、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシなど簡易な部材を用いた場合でも、また該接触帯電部材の汚染にかかわらず、該接触帯電部材に対する帯電に必要な印加バイアスは被帯電体に必要な帯電電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な接触帯電装置、即ち低印加電圧・オゾンレスで、帯電均一性に優れ且つ長期に渡り安定した性能の直接注入帯電装置を簡易な構成で実現することができる。

0060

h)上記の帯電装置を像担持体の帯電手段として用いることで、接触帯電方式の画像記録装置、接触帯電方式・転写方式の画像記録装置、さらには接触帯電方式・転写方式・トナーリサイクルシステムの画像記録装置について、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシ等の簡易な部材を用いて、また該接触帯電部材のトナー汚染にかかわらず、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電とトナーリサイクルシステムを問題なく実行可能にし、かつ放電によるオゾン生成物が無いので画像流れも無い良好な画質高品位な画像形成を長期に渡り維持させること、画像比率の高い画像を出力した後でも高品位な画像形成を長期に渡り維持させること等ができる。

0061

トナーリサイクルシステム(クリーナレス)の画像記録装置にあっては、接触帯電部材が像担持体に対して速度差を持って接触していることで、転写部から、接触帯電部材と像担持体のニップ部である帯電ニップ部へ至った転写残トナーのパターン撹乱されて崩され、中間調画像において、前回画像パターン部分がゴーストとなって現れることがなくなる。即ち転写残トナーによるゴーストのない均一な出力画像を得ることが出来る。

0062

接触帯電部材と像担持体のニップ部である帯電部に帯電促進粒子が介存することにより、接触帯電部材の像担持体への緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、接触帯電部材の転写残トナーによる汚染にかかわらず、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電を長期に渡り安定に維持させることができ、均一な帯電性を与えることが出来る。

0063

接触帯電部材に付着・混入した転写残トナーは接触帯電部材から徐々に像担持体上に吐き出されて像担持体面の移動とともに現像部位に至り、現像手段において現像同時クリーニング(回収)される(トナーリサイクル)。

発明を実施するための最良の形態

0064

〈実施例1〉(図1図3
図1は本発明に従う接触帯電で直接注入帯電方式の帯電装置の一例の概略図である。

0065

(1)被帯電体
1は被帯電体であり、本実施例においては、矢印Aの時計方向に所定の一定速度で回転駆動される、φ30mmのドラム型電子写真感光体(以下、感光ドラムと記す)である。

0066

なお、この感光ドラム1の周辺部には次の接触帯電部材の他にも、画像露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段等の所要の作像プロセス手段機器が配設されて、画像形成装置が構成されるが、それらは図には省略してある。

0067

(2)接触帯電部材
2は接触帯電部材であり、本実施例においては、感光ドラム1に所定の押圧力をもって接触させて配設した導電性弾性ローラ(以下、帯電ローラと記す)である。nは感光ドラム1と帯電ローラ2とのニップ部である帯電ニップ部である。帯電ローラ2はこの帯電ニップ部nにおいて感光ドラム1の回転方向Aと逆方向B(カウンター)に感光ドラムと等速で回転駆動され、感光ドラム1面に対して速度差を持って移動する。Mは該帯電ローラ2の駆動源である。また帯電ローラ2には帯電バイアス印加電源S1から所定の帯電バイアス、本実施例では−700Vの直流電圧が印加される。

0068

本実施例における可撓性の接触帯電部材としての帯電ローラ2は芯金2a上に弾性体中抵抗層2bを形成することにより作成される。中抵抗層2bは樹脂(例えばウレタン)、導電性粒子(例えばカーボンブラック)、硫化剤等により処方され、芯金2aの上にローラ状に形成した。その後、表面を研磨して直径12mm、長手長さ250mmの導電性弾性ローラである帯電ローラ2を作成した。該帯電ローラ2はこの表面研磨加工時の研磨方法により、図2の拡大横断模型図のように、表面に部材な突起が形成される。この微小な突起は接触表面粗さ計(小坂研究所製)にて測定した十点平均粗さRzが8.33μmであった。

0069

図3に帯電ローラ2の研磨要領を示す。帯電ローラ2は不図示の軸受けに軸受け保持されて200rpm程度の速度で矢印のD方向に回転駆動されている。8は帯電ローラ2の表面に接触させた回転砥石であり、矢印のC方向に2000rpm程度の速度で回転駆動され、帯電ローラ2の一端側から矢印Eのように他端側へ移動されることで帯電ローラ2の外周面の研磨がなされる。砥石8が帯電ローラ2より十分早く回転しており、研磨後の帯電ローラ21は図2の模型図のように表面に所望の粗さRzの微小な突起をもったものとなる。この表面粗さRzは、砥石8の粗さ、帯電ローラ2と砥石8のおのおのの回転数等を調整することでコントロールできる。

0070

本実施例の帯電ローラ2のローラ抵抗を測定したところ100kΩであった。ローラ抵抗は、帯電ローラ2の芯金2aに総圧1kgの加重がかかるようφ30mmのアルミドラムに帯電ローラ2を圧着した状態で、芯金2aとアルミドラムとの間に100Vを印加し、計測した。

0071

接触帯電部材である帯電ローラ2は電極として機能することが重要であり、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。しかし、一方では被帯電体にピンホールなどの低耐圧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。被帯電体として電子写真用感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには104 〜107 Ωの抵抗が望ましい。

0072

帯電ローラ2の表面は後述する帯電促進粒子2dを保持できるようミクロな凹凸があるものが望ましい。

0073

帯電ローラ2の硬度は、硬度が低すぎると形状が安定しないために被帯電体との接触性が悪くなり、高すぎると被帯電体との間に帯電ニップ部nを確保できないだけでなく、被帯電体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度から50度が好ましい範囲である。

0074

帯電ローラ2の弾性体の材質としては、EPDM、ウレタン、NBR、シリコーンゴムや、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等があげられる。また、特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能であり、さらには、金属酸化物とイオン導電性の材料を混合して抵抗調整することも可能である。

0075

帯電ローラ2は被帯電体としての感光ドラム1に対して弾性に抗して所定の押圧力で圧接させて配設し、本実施例では幅数mmの帯電ニップ部nを形成させてある。

0076

(3)帯電促進粒子とその供給塗布手段
2cは帯電促進粒子供給塗布手段としての規制ブレードであり、該規制ブレード2cをその先端側エッジ部を感光ドラム1に当接させて配設し、帯電ローラ2と該規制ブレード2cとの間に帯電促進粒子2dを保持する構成としている。この感光ドラム1に対する帯電促進粒子供給塗布部は、接触帯電部材である帯電ローラ2と被帯電体である感光ドラム1とのニップ部である帯電ニップ部nよりも感光ドラム回転方向上流側に位置させてあり、感光ドラム1の回転にともない一定量の帯電促進粒子2dが感光ドラム1面に塗布され、その帯電促進粒子2dが感光ドラム1の回転にともない帯電ニップ部nに持ち運ばれて帯電ニップ部nに均一に供給されて担持され、帯電ローラ2に塗布される。帯電促進粒子供給塗布手段は上記の規制ブレード2cに限られるものではなく、任意に構成できる。例えば、より簡易な構成としては、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帯電ローラ2に当接する方法などがある。

0077

帯電促進粒子2dとして、本実施例では、比抵抗が1.7×103 Ω・cm、平均粒径4.5μmの導電性酸化亜鉛粒子を用いた。

0078

帯電促進粒子の材料としては、他の金属酸化物などの導電性無機粒子有機物との混合物など各種導電粒子が使用可能である。

0079

ここで、粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行うため比抵抗としては1012Ω・cm以下が望ましく、より好ましくは1010Ω・cm以下が良い。

0080

粒子の抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求めた。即ち、底面積2.26cm2 の円筒内に凡そ0.5gの粉体試料を入れ上下電極に15kgの加圧を行うと同時に100Vの電圧を印加し抵抗値を計測、その後正規化して比抵抗を算出した。

0081

粒径は良好な帯電均一性を得るために50μm以下が望ましい。本発明において、粒子が凝集体を構成している場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として定義した。粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡による観察から、100個以上抽出し、水平方最大弦長をもって体積粒度分布を算出し、その50%平均粒径をもって決定した。

0082

帯電促進粒子は、一次粒子の状態で存在するばかりでなく二次粒子凝集した状態で存在することもなんら問題はない。どのような凝集状態であれ、凝集体として帯電促進粒子としての機能が実現できればその形態は重要ではない。

0083

(4)直接注入帯電(直接帯電
感光ドラム1と帯電ローラ2との帯電ニップ部nに帯電促進粒子2dが存在した状態で感光ドラム1の接触帯電が行なわれる。

0084

即ち、感光ドラム1と帯電ローラ2との帯電ニップ部nに帯電促進粒子2dが存在することで、該粒子2dの滑剤効果により、摩擦抵抗が大きくてそのままでは感光ドラム1に対して速度差を持たせて接触させることが困難であった帯電ローラであっても、それを感光ドラム1面に対して無理なく容易に効果的に速度差を持たせて接触させた状態にすることが可能となると共に、該帯電ローラ2が該粒子2dを介して感光ドラム1面に密に接触して、すなわち帯電促進粒子は接触帯電部材である帯電ローラの凹凸を埋め被帯電体である感光ドラム1に対する接触性を向上させて、より高い頻度で感光ドラム1面に接触する構成となる。

0085

帯電ローラ2と感光ドラム1との間に速度差を設けることができることで、帯電ローラ2と感光ドラム1のニップ部において帯電促進粒子2dが感光ドラム1に接触する機会を格段に増加させ、高い接触性を得ることができ、帯電ローラ2と感光ドラム1のニップ部に存在する帯電促進粒子2dが感光ドラム1表面を隙間なく摺擦することで感光ドラム1に電荷を直接注入できるようになり、帯電ローラ2による感光ドラム1の接触帯電は帯電促進粒子の介存により直接注入帯電が支配的となる。

0086

本実施例においては帯電ローラ2の芯金2aに−700Vの直流電圧を印加した。これにより感光ドラム1の表面はその印加電圧とほぼ等しい電位に直接注入帯電される。

0087

本実施例においては、前述したように、帯電ローラ2の表面の粗さRz(十点平均粗さ)を帯電促進粒子2dの平均粒径よりも大きいので、帯電ローラ2の表面が十分に帯電促進粒子を保持しながら、変形してまんべんなく感光ドラム表面を摺擦し、十分に帯電ローラ2と感光ドラム表面が接触することが出来、直接電荷の受け渡しが可能となる。即ち、帯電ローラ2はローラ表面が帯電ニップ部nにおいて感光ドラム1と互いに逆方向に移動するよう駆動している。よって、帯電ニップ部nでは帯電ローラ表面に存在する微小な突起に帯電促進粒子が保持されながら、帯電ローラ表面があらゆる形状で感光ドラム表面に接触することで感光ドラム表面への接触性が向上し、帯電ローラ2と感光ドラム1の帯電ニップ部に存在する帯電ローラ表面の突起とそこに保持される帯電促進粒子2dが感光ドラム表面を隙間なく摺擦することで直接注入帯電が行われるのである。

0088

従って、従来の放電を主にしたローラ帯電では得られなかった高い帯電性能が得られ、接触帯電部材に印加した電位とほぼ同等の電位を被帯電体に与えることができる。よって、帯電に必要なバイアスは被帯電体に必要な電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な直接注入帯電が実現できる。

0089

このような構成の帯電手段で感光体の帯電を行ったところ、帯電ローラの表面の微小な突起と帯電促進粒子が感光体に接触し帯電ローラ表面がより密に感光体に接触することが出来、良好な帯電均一性が得られた。

0090

〈実施例2〉本実施例では、帯電ローラ表面の突起の形成をより簡単な方法で行うものである。

0091

具体的には、帯電ローラ成型時の型の内面に所望な突起形状を作ることで、帯電ローラ表面に突起形状を形成するものである。

0092

弾性体の材料である、抵抗調整したゴム材を、所望の形状に成型するために、型の表面に凹凸を持つように作成した金型に入れて成型を行う。

0093

本実施例では、金型内の凹凸は、帯電ローラ表面に所望の表面粗さRzを得られるように成型した。これにより、本実施例では、Rz=13.5の表面粗さを持つ帯電ローラが得られ、実施例1の帯電装置で帯電性能を評価したところ、良好な直接注入帯電性が得られた。

0094

本製造方法で、帯電ローラを製造する場合には、研磨する行程が不要になるため、製造工程を簡略化することが可能となった。また本実施例では、型の内面の形状により、帯電ローラ表面の粗さRzを任意に設定することが可能である。

0095

〈実施例3〉(図4
本実施例では、被帯電体表面の抵抗を調節することで更に安定して均一に帯電を行う。

0096

具体的に、本実施例においては実施例1における被帯電体としての感光ドラム(感光体)として、表面に電荷注入層を具備させたものにした。図4に本実施例で用いた感光ドラム1の層構成を示す模式的な断面図を示す。該感光ドラム1は表面に電荷注入層16を設けている。即ち、アルミドラム基体(Al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、電荷輸送層15の順に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムに電荷注入層16を塗布することにより、帯電性能を向上したものである。

0097

電荷注入層16は、バインダーとしての光硬化型アクリル樹脂に、導電性粒子(導電フィラー)としてのSnO2超微粒子16a(径が約0.03μm)、4フッ化エチレン樹脂商品テフロン)などの滑剤重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光硬化法により膜形成したものである。

0098

電荷注入層16として重要な点は、表層の抵抗にある。電荷の直接注入による帯電方式においては、被帯電体側の抵抗を下げることでより効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、像担持体(感光体)として用いる場合には静電潜像を一定時間保持する必要があるため、電荷注入層16の体積抵抗値としては1×109 〜1×1014(Ω・cm)の範囲が適当である。

0099

また本構成のように電荷注入層を用いない場合でも、例えば電荷輸送層が上記抵抗範囲に有る場合は同等の効果が得られる。さらに、表層の体積抵抗が約1013 Ωcmであるアモルファスシリコン感光体等を用いても同様な効果が得られる。

0100

実施例1で述べた帯電ローラと本実施例で説明した電荷注入層を表層に持つ感光体を一般的な画像形成装置に組み込んで用いたところ、帯電ローラ表面の形状が感光体との接触性を向上させた上に、感光体表層により直接注入帯電性が良好なために、1000枚印字後も良好な帯電均一性が得られた。

0101

〈実施例4〉(図5
本実施例は、転写式電子写真プロセス利用、接触帯電方式、クリーナレス、プロセスカートリッジ着脱方式のレーザープリンタ記録装置)である。

0102

(1)感光ドラム1
図5において、1は像担持体(被帯電体)としての、φ30mmの感光ドラムであり、矢印の時計方向Aに50mm/sec周速で回転駆動される。

0103

(2)帯電ローラ2
2は感光ドラム1に対する接触帯電部材としての導電性弾性ローラであり、本実施例のものは発泡弾性体を用いた帯電ローラである。

0104

具体的には、該帯電ローラの材料として、抵抗調整のためにカーボンブラックを分散したウレタン樹脂発泡した発泡弾性体(商品名:ルビセル)を用いた。この帯電ローラ表面は、研磨により、表面粗さRzが16.52である。

0105

ルビセル以外の発泡弾性体の材料として、EPDM、ウレタン、NBR、シリコーンゴムや、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またはイオン性導電剤等を分散したゴム剤または樹脂を発泡させたものが挙げられる。

0106

また表面粗さを研磨により形成したが、実施例2に述べたように金型の内面に適当な粗さを設け、原材料を型内に挿入し、型内発泡により所望の表面粗さRzを得ることも可能である。

0107

この帯電ローラ2の表面には、初期より良好な帯電状態にしておくために、予め帯電促進粒子2dを塗布してある。

0108

帯電ローラ2は感光ドラム1に対して弾性に抗して所定の押圧力をもって所定のニップ幅を形成させて接触させてある。nは帯電ローラ2と感光ドラム1との帯電ニップ部(帯電部)である。

0109

またこの帯電ローラ2は本実施例においては矢印の時計方向Bすなわち帯電ニップ部nにおいて感光ドラム1の回転方向と逆方向(カウンター)に感光ドラム1と略同じ速度で移動するように凡そ80rpmで回転駆動され、感光ドラム1面に対して速度差を持って接触する。

0110

そしてこの帯電ローラ2に帯電バイアス印加電源S1から所定の帯電電圧が印加される。本実施例においては、帯電電圧として、帯電ローラ2のローラ芯金2aに帯電バイアス印加電源S1から−700Vの直流電圧印加した。

0111

(3)露光装置
7は露光装置(露光器)であり、本実施例ではレーザーダイオードポリゴンミラー等を含むレーザービームスキャナである。このレーザービームスキャナは目的の画像情報の時系列電気ディジタル画素信号に対応して強度変調されたレーザー光を出力し、該レーザー光で上記回転感光ドラム1の一様帯電面を走査露光Lする。7aはレーザービームスキャナ7の出力レーザー光を感光ドラム1の露光部へ偏向するミラー部材である。この走査露光Lにより回転感光ドラム1の面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

0112

(4)現像装置3
3は現像装置であり、回転感光ドラム1面の静電潜像はこの現像装置によりトナー像として現像される。本例の現像装置3は磁性一成分絶縁トナーネガトナー)3dを用いた反転現像装置である。3aは非磁性回転現像スリーブであり、固定(非回転)のマグネットロール3bを内包し、矢印の反時計方向に所定の周速度で回転駆動される。

0113

現像装置内に収容した磁性一成分絶縁トナー3dは現像スリーブ3aの外面に内部のマグネットロール3bの磁気力トナー層として磁気拘束されて保持され、現像スリーブ3aの回転に伴い搬送され、その搬送過程で規制ブレード3cで層厚規制され、かつ電荷が付与され、感光ドラム1と現像スリーブ3aとの対向部である現像部位dに搬送されて回転感光ドラム1面の静電潜像をトナー像として反転現像する。

0114

現像スリーブ3aには現像バイアス印加電源S2より所定の現像電圧が印加される。

0115

本例における現像剤としての磁性一成分絶縁トナー3dは、結着樹脂色材磁性体粒子、電荷制御材等を混合し、混練粉砕分級の各行程を経て作成し、さらに流動化剤外添して作成されたものである。トナーの重量平均粒径(D7)は7μmであった。

0116

(5)帯電促進粒子2d
帯電促進粒子2dは、前述したように帯電ローラ2の表面に予め塗布するとともに、上記現像装置3に収容させた現像剤である磁性一成分絶縁トナー3d中に所定の割合で配合添加している。

0117

本実施例において用いた帯電促進粒子は、実施例1で用いた導電性酸化亜鉛粒子であり、粒径は4.5μmで、現像剤に対する添加量は重量部で2部である。

0118

帯電促進粒子2dは特に感光ドラムの帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならないよう、無色あるいは白色に近い粒子が適切である。さらに、帯電促進粒子が感光体上から被記録体に一部転写されてしまうことを考えるとカラー記録では無色、あるいは白色のものが望ましく、非磁性であることが好ましい。。また、画像露光時に粒子による光散乱を防止するためにもその粒径は構成画素サイズ以下であることが望ましい。粒径の下限値としては、粒子として安定に得られるものとして10nmが限界と考えられる。

0119

(6)転写手段4
4は接触転写手段としての中抵抗で弾性のある回転転写ローラであり、感光ドラム1に所定に圧接させて転写ニップ部(転写部)eを形成させてある。

0120

この転写ニップ部eに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録媒体としての記録材転写材)Pが給紙され、かつ転写ローラ4に転写バイアス印加電源S3から所定の転写電圧が印加されることで、感光ドラム1側のトナー像が転写ニップ部eに給紙された記録材Pの面に順次に転写されていく。

0121

(7)定着装置
5は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部eに給紙されて感光ドラム1側のトナー像の転写を受けた記録材Pは回転感光ドラム1の面から分離されてこの定着装置5に導入され、トナー像の定着を受けて画像形成物プリントコピー)ととして装置外へ排出される。

0122

本例のプリンタは、感光ドラム1、接触帯電部材としての帯電ローラ2、現像装置3の3つのプロセス機器カートリッジ20に包含させてプリンタ本体に対して一括して着脱交換自在のカートリッジ方式の装置である。プロセスカートリッジ化するプロセス機器の組み合わせ等は上記に限られるものではなく任意である。21・21はプロセスカートリッジ20の着脱案内・保持部材である。なお、本発明において画像形成装置はカートリッジ方式の装置に限られるものではない。

0123

(8)直接注入帯電
現像により感光ドラム1上に得られたトナー画像は記録材Pに転写されるが、トナーの一部は転写残として感光ドラム上に残ることになる。そして本実施例のプリンタはクリーナレスであるので、その転写残トナーはそのまま感光ドラム1と帯電ローラ2とのニップ部nに持ち運ばれることになる。従来トナーは絶縁体であるため、帯電ニップ部nに持ち運ばれる転写残トナーは帯電不良を生じさせる原因となる。

0124

しかし、本実施例においては、帯電ローラ2の表面に予め帯電促進粒子2dが塗布されて存在することと、現像装置3の現像剤3dに混合した帯電促進粒子2dが現像および転写行程を経て感光ドラム1と帯電ローラ2とのニップ部nに持ち運ばれて帯電ローラ2に供給されることにより、帯電ローラ2にトナーが混入した場合でも帯電ローラ2の感光ドラム1への接触性と接触抵抗をニップ部nに介存する帯電促進粒子2dにより維持できるために実施例1で説明したように直接注入による帯電を、装置使用の全く初期より、長期の使用後まで安定して維持することができる。

0125

そして、帯電促進粒子2dが帯電ローラ2から脱落しても、現像装置3から感光ドラム面を介して供給され続けるため、帯電性を安定して維持することが可能となる。

0126

本実施例では、接触帯電部材としての帯電ローラ2を発泡弾性体にすることで、帯電ニップ部nの幅を大きくして帯電性能をさらに向上させるだけでなく、特にクリーニング装置を持たない画像形成装置においても転写残トナーによる弊害のない良好な出力画像を得ることが出来る。具体的には、接触帯電部材としての帯電ローラ2を発泡弾性体にすることで、帯電ローラ表面の微小突起非発泡弾性体の場合よりも若干長くなり、感光ドラム表面に付着してきた多量の付着物、ここでは転写残トナーや帯電促進粒子を取り込みかつ攪乱しやすい構成となっている。

0127

(9)クリーナレスシステム
前述したように、プリンタがクリーナレスであることで感光ドラム1と帯電ローラ2とのニップ部nに持ち運ばれた転写残トナー3dは帯電ローラ2に付着・混入し、感光ドラム表面や帯電促進粒子2dとの摩擦により本実施例においてはネガ化され(プラスマイナス)、帯電ローラ2から徐々に電気的に感光ドラム1上に吐き出される(図6の矢印G)。この場合、帯電ローラ表面の微小な突起により攪乱されつつ帯電ローラへ混入するが(トナーの一時的回収)、本実施例においてはトナーと同時に帯電促進粒子も帯電ローラに回収され保持されるため、帯電ローラ2は感光ドラム1に対し緻密な接触と接触抵抗を保つことができる。従って直接注入帯電が可能になる。そして帯電ローラ2に混入したトナーは徐々に帯電ローラ2から吐き出される。帯電ローラ2には帯電促進粒子2dが担持されていることで、帯電ローラ2とこれに付着・混入する転写残トナーの付着力が低減化されて帯電ローラ2から感光ドラム1上にへのトナーの吐き出し効率が向上する。

0128

帯電ローラ2から感光ドラム1上に吐き出されたトナーは感光ドラム1面の回転移動とともに現像部位dに至り、現像装置3において再度回収(現像同時クリーニング)あるいは現像に供される(トナーリサイクル)。

0129

現像同時クリーニングは前述したように、転写後に感光ドラム1上に残留したトナーを引き続く画像形成工程の現像時、即ち引き続き感光ドラムを帯電し、露光して潜像を形成し、その潜像の現像時において、現像装置のかぶり取りバイアス、即ち現像装置に印加する直流電圧と感光ドラムの表面電位間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。本実施例におけるプリンタのように反転現像の場合では、この現像同時クリーニングは、感光ドラムの暗部電位から現像スリーブにトナーを回収する電界と、現像スリーブから感光ドラムの明部電位へトナーを付着させる電界の作用でなされる。

0130

以上の行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、かつそれを長期に渡り維持することができる。転写残トナーと帯電促進粒子が撹乱されつつ帯電ローラ2に取り込まれるので、転写残トナーによるゴーストのない均一な出力画像を得ることが出来る。

0131

本実施例の装置で画像出力を行ったところ、3000枚印字で、クリーナレスによるゴースト画像のない安定した帯電性が得られた。

0132

また、感光ドラム1を実施例3で説明した電荷注入層16があるものに変更したところ、5000枚印字においても良好な画像印字を行うことが出来た。

0133

本実施例においては、クリーナレスシステムであるにも関わらず、帯電ニップ部nに持ち運ばれる転写残トナーが帯電ローラ表面の突起によって十分に攪乱されつつ帯電ローラに一時的に回収され、かつ突起と帯電促進粒子が感光ドラム面に密に接触して帯電を行うので、転写残トナーの帯電ニップ部nのすり抜けによるゴーストなどの画像不良や帯電不良のない良好な画像を出力する画像形成装置が提供できる。

0134

〈その他〉
1)可撓性の接触帯電部材としての帯電ローラ2は実施形態例の帯電ローラに限られるものではない。

0135

また可撓性の接触帯電部材は帯電ローラの他に、ファーブラシ、フェルト、布などの材質・形状のものも使用可能である。また、これらを積層し、より適切な弾性と導電性を得ることも可能である。

0136

2)接触帯電部材2や現像スリーブ3aに対する印加バイアスにAC電圧(交番電圧周期的に電圧値が変化する電圧)を含ませる場合におけるそのAC電圧の波形としては、正弦波矩形波三角波等適宜使用可能である。また、直流電源を周期的にオンオフすることによって形成された矩形波であっても良い。このように交番電圧の波形としては周期的にその電圧値が変化するようなバイアスが使用できる。

0137

3)静電潜像形成のための画像露光手段としては、実施形態例の様にデジタル的な潜像を形成するレーザ走査露光手段に限定されるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やLEDなどの他の発光素子でも構わないし、蛍光燈等の発光素子と液晶シャッター等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。

0138

4)像担持体は静電記録誘電体等であっても良い。この場合は、該誘電体面を所定の極性・電位に一様に一次帯電した後、除電針ヘッド電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の静電潜像を書き込み形成する。

0139

5)現像手段3は実施形態例では一成分磁性トナーによる反転現像装置を例に説明したが、現像装置構成について特に限定するものではない。正規現像装置であってもよい。

0140

6)転写手段4はローラ転写に限らず、ベルト転写コロナ放電転写など任意である。

0141

7)転写ドラム転写ベルト等の中間転写体などを用いて、単色画像ばかりでなく、多重転写等により多色フルカラー画像を形成する画像形成装置であってもよい。

0142

8)転写方式の画像形成装置に限られず、直接方式の画像形成装置であってもよいし、画像表示装置ディスプレイ装置)としての画像形成装置であってもよい。

0143

9)トナー粒度の測定方法の1例を述べる。測定装置としては、コールターカウンターTA−2型コールター社製)を用い、個数平均分布体積平均分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びCX−1パーソナルコンピュータ(キヤノン製)を接続し、電解液一級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。

0144

測定法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくは、アルキルベンゼンスルホン酸塩0.1〜5ml加え、更に測定試料を0.5〜50mg加える。

0145

試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記コールターカウンターTA−2型により、アパーチャーとして100μアパーチャーを用いて2〜40μmの粒子の粒度分布を測定して、体積平均分布を求める。これらの求めた体積平均分布より体積平均粒径を得る。

発明の効果

0146

以上述べたように本発明によれば、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシなど簡易な部材を用いた場合でも、また接触帯電部材の汚染にかかわらず、該接触帯電部材に対する帯電に必要な印加バイアスは被帯電体に必要な帯電電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定かつ安全な接触帯電装置、即ち低印加電圧・オゾンレスで、帯電均一性に優れ且つ長期に渡り安定した性能の直接注入帯電装置を簡易な構成で実現することができる。

0147

そしてこの帯電装置を像担持体の帯電手段として用いることで、接触帯電方式の画像記録装置、接触帯電方式・転写方式の画像記録装置、さらには接触帯電方式・転写方式・トナーリサイクルシステムの画像記録装置について、接触帯電部材として帯電ローラやファーブラシ等の簡易な部材を用いて、また該接触帯電部材のトナー汚染にかかわらず、低印加電圧でオゾンレスの直接注入帯電とトナーリサイクルシステムを問題なく実行可能にし、高品位な画像形成を長期に渡り維持させること、画像比率の高い画像を出力した後でも高品位な画像形成を長期に渡り維持させること等ができる。

0148

表面の十点平均粗さRzが帯電促進粒子の平均粒径以下の弾性体の接触帯電部材を被帯電体(像担持体)に対して速度差を持って当接させ、少なくとも接触帯電部材と被帯電体との間に帯電促進粒子を存在させることにより、接触帯電部材と被帯電体との接触性が向上し、直接注入帯電において十分な接触性が得られ、均一な帯電が可能となる。

0149

また、本発明により、特にクリーニング装置を持たない画像形成装置においても、転写残トナーと帯電促進粒子が攪乱されつつ接触帯電部材表面に取り込まれるので、転写残トナーによるゴーストのない均一な出力画像を得ることが出来る。

図面の簡単な説明

0150

図1実施例1の帯電装置の概略構成
図2表面を粗し処理した帯電ローラの拡大横断面模型図
図3帯電ローラの研磨加工要領図
図4実施例3で用いた感光ドラムの層構成模型図
図5実施例4の画像形成装置(クリーナレス)の概略構成図
図6帯電特性グラフ

--

0151

1感光ドラム(像担持体、被帯電体)
2帯電ローラ(接触帯電部材)
2d帯電促進粒子
3現像装置
4転写ローラ
5定着装置
レーザビームスキャナ(露光装置)
S1〜S3バイアス印加電源

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