図面 (/)

技術 帯電ローラ、帯電ローラの製造方法及び画像形成装置

出願人 キヤノン株式会社
発明者 細川尊広
出願日 2003年11月6日 (15年8ヶ月経過) 出願番号 2003-376542
公開日 2005年6月2日 (14年1ヶ月経過) 公開番号 2005-140945
状態 未査定
技術分野 電子写真における現像剤 電子写真における感光体 電子写真における帯電・転写・分離 電子写真における現像剤
主要キーワード 初期駆動トルク 使用開始直後 固定タイプ 低摩擦層 相対速 パイル状 受容部材 電位相当
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年6月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

印加電圧でオゾンレス注入帯電方式を用いたトナーリサイクル構成において、使用開始直後に発生するトナーかぶりをなくし、高品位で良好な画像を安定に出力させること。

解決手段

少なくとも芯金上に多孔性表面を有する導電性弾性発泡体の層を形成している帯電ローラにおいて、予め被帯電体と接触する前記帯電ローラの外周面に移動可能な、かさ密度ρg/cm3の導電性粒子が、塗布ローラを用いて4×10-3×ρg/cm3以上の密度で塗布されていることを特徴とする。

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。

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ローラ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。図1にそれぞれの代表的な帯電特性を示す。

(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コロナ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。

(2)注入帯電機構
接触帯電部材から被帯電体に直接に電荷注入されることで被帯電体表面が帯電する系である。直接帯電、あるいは注入帯電、あるいは電荷注入帯電とも称される。

より詳しくは、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の印加電圧であっても、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。この直接帯電系はイオンの発生を伴わないため放電生成物による弊害は生じない。

しかし、直接帯電であるため、接触帯電部材の被帯電体への接触性帯電性に大きく効いてくる。そこで接触帯電部材はより密に構成し、また被帯電体との周速差を多く持ち、より高い頻度で被帯電体に接触する構成をとる必要がある。

A)ローラ帯電
接触帯電装置は、接触帯電部材として導電ローラ(帯電ローラ)を用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。

このローラ帯電はその帯電機構は前記(1)の放電帯電系が支配的である。

帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体を用いて作成される。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(以下、感光体と記す)との一定の接触状態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、感光体に従動あるいは若干の周速差をもって駆動される。従って、直接帯電しようとしても、絶対的帯電能力の低下や接触性の不足ローラ上のムラや感光体の付着物による帯電ムラは避けられないため、従来のローラ帯電ではその帯電機構は放電帯電系が支配的である。

図1は接触帯電における帯電効率例を表したグラフである。横軸接触帯電ローラに印加したバイアス縦軸にはその時得られた感光体帯電電位を表わすものである。

従来のローラ帯電の場合の帯電特性はAで表される。即ち凡そ−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。

より具体的に説明すると、厚さ25μmのOPC感光体に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、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て傾き1で線形感光体表面電位が増加する。この閾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帯電を行う方法を「DC帯電方式」と称する。

しかし、DC帯電においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗値が変動するため、また、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成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加する「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、被帯電体の電位は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。

ところが、このような接触帯電装置においても、その本質的な帯電機構は、接触帯電部材から感光体への放電現象を用いているため、先に述べたように接触帯電部材に印加する電圧は感光体表面電位以上の値が必要とされ、微量のオゾンは発生する。

また、帯電均一化のためにAC帯電を行った場合にはさらなるオゾンの発生、AC電圧の電界による接触帯電部材と感光体の振動騒音(AC帯電音)の発生、また、放電による感光体表面の劣化等が顕著になり、新たな問題点となっていた。

B)ファーブラシ帯電
ファーブラシ帯電は、接触帯電部材として導電性繊維ブラシ部を有する部材(ファーブラシ帯電器)を用い、その導電性繊維ブラシ部を被帯電体としての感光体に接触させ、所定の帯電バイアスを印加して感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

このファーブラシ帯電もその帯電機構は前記(1)の放電帯電系が支配的である。

ファーブラシ帯電器は固定タイプロールタイプが実用化されている。中抵抗の繊維を基布折り込みパイル状に形成したものを電極接着したものが固定タイプで、ロールタイプはパイル芯金巻き付けて形成する。繊維密度としては100本/mm2 程度のものが比較的容易に得られるが、直接帯電により十分均一な帯電を行うにはそれでも接触性は不十分であり、直接帯電により十分均一な帯電を行うには感光体に対し機械構成としては困難なほどに周速差を持たせる必要があり、現実的ではない。

このファーブラシ帯電の直流電圧印加時の帯電特性は図1のBに示される特性をとる。従って、ファーブラシ帯電の場合も、固定タイプ、ロールタイプどちらも多くは、高い帯電バイアスを印加し、放電現象を用いて帯電を行っている。

C)磁気ブラシ帯電
磁気ブラシ帯電は、接触帯電部材として導電性磁性粒子マグネットロール等で磁気拘束してブラシ状に形成した磁気ブラシ部を有する部材(磁気ブラシ帯電器)を用い、その磁気ブラシ部を被帯電体としての感光体に接触させ、所定の帯電バイアスを印加して感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

この磁気ブラシ帯電の場合はその帯電機構は前記(2)の直接帯電系が支配的である。

磁気ブラシ部を構成させる導電性磁性粒子として粒径5〜50μmのものを用い、感光体と十分周速差を設けることで、均一に直接帯電を可能にする。

図1の帯電特性グラフのCにあるように、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。

しかしながら、機器構成が複雑であること、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子が脱落して感光体に付着する等他の弊害もある。

特開平6−3921号公報等には感光体表面にあるトラップ準位または電荷注入層導電性粒子等の電荷保持部材に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法が提案されている。放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する感光体表面電位分のみであり、オゾンの発生もない。さらに、AC電圧を印加しないので、帯電音の発生もなく、ローラ帯電方式と比べると、オゾンレス、低電力の優れた帯電方式である。

D)トナーリサイクルシステムクリーナレス
転写方式画像記録装置においては、転写後の感光体(像担持体)に残存する転写残り現像剤(トナー)は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現像装置によって「現像同時クリーニング」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システム(またはトナーリサイクルプロセス)の画像記録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、画像記録装置を大幅に小型化できるようになる。

トナーリサイクルシステムは上記のように転写残トナーを専用のクリーナによって感光体面から除去するのではなく、帯電手段部を経由させて現像装置に至らせて再度現像プロセスにて利用するものであるため、感光体の帯電手段として接触帯電を用いた場合においては感光体と接触帯電部材との接触部に絶縁性であるトナーが介在した状態で如何にして感光体を帯電するかが課題になっている。上記したローラ帯電やファーブラシ帯電においては、感光体上の転写残トナーを拡散し非パターン化するとともに、大きなバアイスを印加し放電による帯電を用いることが多い。磁気ブラシ帯電においては接触帯電部材として粉体を用いるため、その粉体である導電性磁性粒子の磁気ブラシ部が感光体に柔軟に接触し感光体を帯電できる利点があるが、機器構成が複雑であること、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子の脱落による弊害が大きい。

E)(スポンジ+導電性粒子)直接注入帯電
直接注入帯電は接触帯電部材から被帯電体部分に電荷が直接移動することをその帯電機構とするから、ローラ帯電により直接注入帯電を行なわせるには接触帯電部材としての帯電ローラが十分に被帯電体表面に接触する必要があり、従動回転では不十分である。

帯電ローラを十分に被帯電体表面に接触させるためには先に述べた磁気ブラシ帯電器と同様に被帯電体に対して帯電ローラを周速差を持たせて回転させる必要がある。しかしながら、弾性体より構成される接触帯電ローラは該接触帯電ローラと被帯電体との間の摩擦力が大きいために、被帯電体に速度差を持たせて回転させることができなかった。また無理に回転すると、接触帯電ローラや被帯電体の表面が削れてしまうという問題があった。

帯電ローラと被帯電体との速度差は、具体的には帯電ローラ面を移動駆動して被帯電体との間に速度差を設けることになる。好ましくは帯電ローラを回転駆動し、さらにその回転方向は被帯電体表面の移動方向とは逆方向に回転するように構成するのがよい。

帯電ローラ面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帯電ローラ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帯電ローラの回転数が逆方向の時に比べて大きくなるので、帯電ローラを逆方向に移動させる方が回転数の点で有利である。ここで記述した周速比は
周速比(%)=(帯電ローラ周速−被帯電体周速)/被帯電体周速×100
である(帯電ローラ周速はニップ部において帯電ローラ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)。

かくして、接触帯電ローラとして比較的に構成が簡単で帯電ローラ等を用いた場合でも、該接触帯電ローラ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帯電方式を実現することができる。

つまり、接触帯電装置において、接触帯電ローラとして帯電ローラ等の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注入帯電を簡易な構成で実現することができる。

またこれにより、均一な帯電性を与えることが出来、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ができる。

接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくする手段としては、少なくとも接触帯電ローラと被帯電体とのニップ部に粉体を存在させることで該粉体による潤滑効果摩擦低減効果)により効果的に接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることができる。また接触帯電ローラの表面に低摩擦層具備させることによっても効果的に接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることができる。

少なくとも接触帯電ローラと被帯電体とのニップ部に粉体を存在させることで、被帯電体と接触帯電ローラとのニップ部において摩擦を減らせ、接触帯電ローラのトルクを減らせ、接触帯電ローラは被帯電体と速度差をもって接触できると同時に、粉体を介して密に均一に被帯電体に接触して、つまり接触帯電ローラと被帯電体のニップ部に存在する粉体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のである。即ち接触帯電ローラによる被帯電体の帯電は粉体の存在により直接注入帯電が支配的となる。

従って、高い帯電効率が得られ、接触帯電ローラに印加した電圧とほぼ同等の電位を被帯電体に与えることができる。弾性体を用いた接触帯電ローラ面を被帯電体に速度差を持たせて移動させながら被帯電体に当接させる場合、接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることで接触帯電ローラの初期駆動トルクを減らして安定した接触帯電ローラ面の移動が出来るようにし、接触帯電ローラと被帯電体の帯電ニップ部で均一な直接接触状態を得て、均一な直接注入帯電を可能としたものである。

F)(スポンジ+導電性粒子)直接注入帯電における感光体表面保護層の磨耗
(スポンジ+導電性粒子)直接注入帯電では、感光体に対して相対速度を有して回転する導電性の弾性部材に電圧を印可し、弾性部材表面に付帯した導電性粒子を介して帯電を行う為、弾性部材及び導電性粒子との摩擦により感光体を構成する表面保護層に摩耗を生じやすい。表面保護層の摩耗は、感光体の寿命低下につながり縦スジ等の画質劣化を生じやすくなる。

従って、感光体を構成する表面保護層は、弾性部材及び導電性粒子との摩擦によっても摩耗を生じにくいこと、或いは摩耗を生じても十分な表面保護層の層厚が確保されることが好ましい。

具体的には、アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)やアモルファスカーボン(a−C)といった高硬度の材料で表面保護層を構成することにより、長期に渡って高品質な画像を提供することが好ましい。

本発明者らがキヤノン製複写機GP405を接触注入帯電による負帯電方式に改造した画像形成装置を用いて鋭意検討した結果、また、a−Cを用いることで、より高硬度の表面保護層を形成することができ、同じくキヤノン製複写機GP405を接触帯電による負帯電方式に改造した画像形成装置において、50万枚の印字後においても高品質な画像を安定して供給することができた。また、本発明で用いるa−Si感光体においては、長期に渡り高品質な画像を安定して供給するのに十分な表面層層厚が必要となる。本発明者らが鋭意検討した結果、500〜5000Åの層厚のa−Cで表面保護層を形成することにより、同じく、摩耗を生じても十分な表面保護層の層厚を確保でき、50万枚の印字後においても高品質な画像を安定して供給することができた。

従って、長期に渡り高品質な画像を安定して供給可能な画像形成装置及び画像形成方法を提供する本発明の目的を達する為には、a−SiCやa−Cといった高硬度の材料で表面保護層を構成することが好ましい。より好ましくは、再表面にa−Cから成る表面保護層を有する感光体を用いることが望ましい。

概要

低印加電圧でオゾンレスの注入帯電方式を用いたトナーリサイクル構成において、使用開始直後に発生するトナーかぶりをなくし、高品位で良好な画像を安定に出力させること。 少なくとも芯金上に多孔性表面を有する導電性の弾性発泡体の層を形成している帯電ローラにおいて、予め被帯電体と接触する前記帯電ローラの外周面に移動可能な、かさ密度ρg/cm3の導電性粒子が、塗布ローラを用いて4×10-3×ρg/cm3以上の密度で塗布されていることを特徴とする。

目的

具体的には、アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)やアモルファスカーボン(a−C)といった高硬度の材料で表面保護層を構成することにより、長期に渡って高品質な画像を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

芯金上に多孔性表面を有する導電性弾性発泡体の層を形成した帯電ローラであり、被帯電体と接触する帯電ローラの外周面に、移動可能な導電性粒子が4×10-3×ρ g/cm3(ただし、ρはJIS K 5101によって測定した導電性粒子のかさ密度ρ g/cm3)以上の密度で塗布されている事を特徴とする帯電ローラ。

請求項2

前記帯電ローラの弾性発泡体のセル構造連続気泡または半独立半連続気泡であることを特徴とする請求項1に記載の帯電ローラ。

請求項3

前記帯電ローラに予め必要量導電粒子を塗布する為に、帯電ローラと導電粒子を供給、塗布する塗布ローラとを接触させ、それらのローラを、周速差をもって回転させる工程を有する帯電ローラの製造方法。

請求項4

前記塗布ローラの表面が平滑であることを特徴とする請求項3に記載の帯電ローラの製造方法。

請求項5

前記塗布ローラがファーブラシローラであることを特徴とする請求項3に記載の帯電ローラの製造方法。

請求項6

回転する像担持体と、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、該トナー像記録媒体転写する転写手段とを備え、転写手段と帯電手段の間に像担持体上からトナーを除去する手段のない画像形成装置であって、導電性粒子をトナー重量に対して0.5 %以上5%以下含む一成分現像剤であって、帯電ローラを被帯電体に接触させ、像担持体に対して周速差をもって駆動させることを特徴とする画像形成装置。

請求項7

前記像担持体が、導電性基体上にシリコン原子母体とする非単結晶材料で構成された光導電層及び非単結晶質水素化炭素膜で構成された表面層からなることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。

請求項8

前記像担持体は、有機光導電系(OPC)感光体であり、前記像担持体表面に109〜1014(Ω・cm)の材料からなる電荷注入層を有し、電荷注入層は光透過性絶縁性バインダー滑材粉末と導電粒子が含有されていることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。

技術分野

0001

本発明は、接触帯電における帯電ローラ接触帯電方法及び装置、接触帯電を用いた複写機や複写機等の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

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ローラ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。

0006

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。図1にそれぞれの代表的な帯電特性を示す。

0007

(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コロナ放電現象により被帯電体表面が帯電する機構である。

0008

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。

0009

(2)注入帯電機構
接触帯電部材から被帯電体に直接に電荷注入されることで被帯電体表面が帯電する系である。直接帯電、あるいは注入帯電、あるいは電荷注入帯電とも称される。

0010

より詳しくは、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の印加電圧であっても、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。この直接帯電系はイオンの発生を伴わないため放電生成物による弊害は生じない。

0011

しかし、直接帯電であるため、接触帯電部材の被帯電体への接触性帯電性に大きく効いてくる。そこで接触帯電部材はより密に構成し、また被帯電体との周速差を多く持ち、より高い頻度で被帯電体に接触する構成をとる必要がある。

0012

A)ローラ帯電
接触帯電装置は、接触帯電部材として導電ローラ(帯電ローラ)を用いたローラ帯電方式が帯電の安定性という点で好ましく、広く用いられている。

0013

このローラ帯電はその帯電機構は前記(1)の放電帯電系が支配的である。

0014

帯電ローラは、導電あるいは中抵抗のゴム材あるいは発泡体を用いて作成される。さらにこれらを積層して所望の特性を得たものもある。

0015

帯電ローラは被帯電体(以下、感光体と記す)との一定の接触状態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、感光体に従動あるいは若干の周速差をもって駆動される。従って、直接帯電しようとしても、絶対的帯電能力の低下や接触性の不足ローラ上のムラや感光体の付着物による帯電ムラは避けられないため、従来のローラ帯電ではその帯電機構は放電帯電系が支配的である。

0016

図1は接触帯電における帯電効率例を表したグラフである。横軸接触帯電ローラに印加したバイアス縦軸にはその時得られた感光体帯電電位を表わすものである。

0017

従来のローラ帯電の場合の帯電特性はAで表される。即ち凡そ−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

より具体的に説明すると、厚さ25μmのOPC感光体に対して帯電ローラを加圧当接させた場合には、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て傾き1で線形感光体表面電位が増加する。この閾値電圧帯電開始電圧Vthと定義する。

0019

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帯電を行う方法を「DC帯電方式」と称する。

0020

しかし、DC帯電においては環境変動等によって接触帯電部材の抵抗値が変動するため、また、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。

0021

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成分を重畳した電圧を接触帯電部材に印加する「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、被帯電体の電位は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。

0022

ところが、このような接触帯電装置においても、その本質的な帯電機構は、接触帯電部材から感光体への放電現象を用いているため、先に述べたように接触帯電部材に印加する電圧は感光体表面電位以上の値が必要とされ、微量のオゾンは発生する。

0023

また、帯電均一化のためにAC帯電を行った場合にはさらなるオゾンの発生、AC電圧の電界による接触帯電部材と感光体の振動騒音(AC帯電音)の発生、また、放電による感光体表面の劣化等が顕著になり、新たな問題点となっていた。

0024

B)ファーブラシ帯電
ファーブラシ帯電は、接触帯電部材として導電性繊維ブラシ部を有する部材(ファーブラシ帯電器)を用い、その導電性繊維ブラシ部を被帯電体としての感光体に接触させ、所定の帯電バイアスを印加して感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

0025

このファーブラシ帯電もその帯電機構は前記(1)の放電帯電系が支配的である。

0026

ファーブラシ帯電器は固定タイプロールタイプが実用化されている。中抵抗の繊維を基布折り込みパイル状に形成したものを電極接着したものが固定タイプで、ロールタイプはパイル芯金巻き付けて形成する。繊維密度としては100本/mm2 程度のものが比較的容易に得られるが、直接帯電により十分均一な帯電を行うにはそれでも接触性は不十分であり、直接帯電により十分均一な帯電を行うには感光体に対し機械構成としては困難なほどに周速差を持たせる必要があり、現実的ではない。

0027

このファーブラシ帯電の直流電圧印加時の帯電特性は図1のBに示される特性をとる。従って、ファーブラシ帯電の場合も、固定タイプ、ロールタイプどちらも多くは、高い帯電バイアスを印加し、放電現象を用いて帯電を行っている。

0028

C)磁気ブラシ帯電
磁気ブラシ帯電は、接触帯電部材として導電性磁性粒子マグネットロール等で磁気拘束してブラシ状に形成した磁気ブラシ部を有する部材(磁気ブラシ帯電器)を用い、その磁気ブラシ部を被帯電体としての感光体に接触させ、所定の帯電バイアスを印加して感光体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

0029

この磁気ブラシ帯電の場合はその帯電機構は前記(2)の直接帯電系が支配的である。

0030

磁気ブラシ部を構成させる導電性磁性粒子として粒径5〜50μmのものを用い、感光体と十分周速差を設けることで、均一に直接帯電を可能にする。

0031

図1の帯電特性グラフのCにあるように、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。

0032

しかしながら、機器構成が複雑であること、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子が脱落して感光体に付着する等他の弊害もある。

0033

特開平6−3921号公報等には感光体表面にあるトラップ準位または電荷注入層導電性粒子等の電荷保持部材に電荷を注入して接触注入帯電を行なう方法が提案されている。放電現象を用いないため、帯電に必要とされる電圧は所望する感光体表面電位分のみであり、オゾンの発生もない。さらに、AC電圧を印加しないので、帯電音の発生もなく、ローラ帯電方式と比べると、オゾンレス、低電力の優れた帯電方式である。

0034

D)トナーリサイクルシステムクリーナレス
転写方式画像記録装置においては、転写後の感光体(像担持体)に残存する転写残り現像剤(トナー)は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現像装置によって「現像同時クリーニング」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システム(またはトナーリサイクルプロセス)の画像記録装置も出現している。

0035

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、画像記録装置を大幅に小型化できるようになる。

0036

トナーリサイクルシステムは上記のように転写残トナーを専用のクリーナによって感光体面から除去するのではなく、帯電手段部を経由させて現像装置に至らせて再度現像プロセスにて利用するものであるため、感光体の帯電手段として接触帯電を用いた場合においては感光体と接触帯電部材との接触部に絶縁性であるトナーが介在した状態で如何にして感光体を帯電するかが課題になっている。上記したローラ帯電やファーブラシ帯電においては、感光体上の転写残トナーを拡散し非パターン化するとともに、大きなバアイスを印加し放電による帯電を用いることが多い。磁気ブラシ帯電においては接触帯電部材として粉体を用いるため、その粉体である導電性磁性粒子の磁気ブラシ部が感光体に柔軟に接触し感光体を帯電できる利点があるが、機器構成が複雑であること、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子の脱落による弊害が大きい。

0037

E)(スポンジ+導電性粒子)直接注入帯電
直接注入帯電は接触帯電部材から被帯電体部分に電荷が直接移動することをその帯電機構とするから、ローラ帯電により直接注入帯電を行なわせるには接触帯電部材としての帯電ローラが十分に被帯電体表面に接触する必要があり、従動回転では不十分である。

0038

帯電ローラを十分に被帯電体表面に接触させるためには先に述べた磁気ブラシ帯電器と同様に被帯電体に対して帯電ローラを周速差を持たせて回転させる必要がある。しかしながら、弾性体より構成される接触帯電ローラは該接触帯電ローラと被帯電体との間の摩擦力が大きいために、被帯電体に速度差を持たせて回転させることができなかった。また無理に回転すると、接触帯電ローラや被帯電体の表面が削れてしまうという問題があった。

0039

帯電ローラと被帯電体との速度差は、具体的には帯電ローラ面を移動駆動して被帯電体との間に速度差を設けることになる。好ましくは帯電ローラを回転駆動し、さらにその回転方向は被帯電体表面の移動方向とは逆方向に回転するように構成するのがよい。

0040

帯電ローラ面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帯電ローラ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帯電ローラの回転数が逆方向の時に比べて大きくなるので、帯電ローラを逆方向に移動させる方が回転数の点で有利である。ここで記述した周速比は
周速比(%)=(帯電ローラ周速−被帯電体周速)/被帯電体周速×100
である(帯電ローラ周速はニップ部において帯電ローラ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)。

0041

かくして、接触帯電ローラとして比較的に構成が簡単で帯電ローラ等を用いた場合でも、該接触帯電ローラ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帯電方式を実現することができる。

0042

つまり、接触帯電装置において、接触帯電ローラとして帯電ローラ等の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注入帯電を簡易な構成で実現することができる。

0043

またこれにより、均一な帯電性を与えることが出来、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ができる。

0044

接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくする手段としては、少なくとも接触帯電ローラと被帯電体とのニップ部に粉体を存在させることで該粉体による潤滑効果摩擦低減効果)により効果的に接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることができる。また接触帯電ローラの表面に低摩擦層具備させることによっても効果的に接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることができる。

0045

少なくとも接触帯電ローラと被帯電体とのニップ部に粉体を存在させることで、被帯電体と接触帯電ローラとのニップ部において摩擦を減らせ、接触帯電ローラのトルクを減らせ、接触帯電ローラは被帯電体と速度差をもって接触できると同時に、粉体を介して密に均一に被帯電体に接触して、つまり接触帯電ローラと被帯電体のニップ部に存在する粉体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のである。即ち接触帯電ローラによる被帯電体の帯電は粉体の存在により直接注入帯電が支配的となる。

0046

従って、高い帯電効率が得られ、接触帯電ローラに印加した電圧とほぼ同等の電位を被帯電体に与えることができる。弾性体を用いた接触帯電ローラ面を被帯電体に速度差を持たせて移動させながら被帯電体に当接させる場合、接触帯電ローラと被帯電体との摩擦力を小さくすることで接触帯電ローラの初期駆動トルクを減らして安定した接触帯電ローラ面の移動が出来るようにし、接触帯電ローラと被帯電体の帯電ニップ部で均一な直接接触状態を得て、均一な直接注入帯電を可能としたものである。

0047

F)(スポンジ+導電性粒子)直接注入帯電における感光体表面保護層の磨耗
(スポンジ+導電性粒子)直接注入帯電では、感光体に対して相対速度を有して回転する導電性の弾性部材に電圧を印可し、弾性部材表面に付帯した導電性粒子を介して帯電を行う為、弾性部材及び導電性粒子との摩擦により感光体を構成する表面保護層に摩耗を生じやすい。表面保護層の摩耗は、感光体の寿命低下につながり縦スジ等の画質劣化を生じやすくなる。

0048

従って、感光体を構成する表面保護層は、弾性部材及び導電性粒子との摩擦によっても摩耗を生じにくいこと、或いは摩耗を生じても十分な表面保護層の層厚が確保されることが好ましい。

0049

具体的には、アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC)やアモルファスカーボン(a−C)といった高硬度の材料で表面保護層を構成することにより、長期に渡って高品質な画像を提供することが好ましい。

0050

本発明者らがキヤノン製複写機GP405を接触注入帯電による負帯電方式に改造した画像形成装置を用いて鋭意検討した結果、また、a−Cを用いることで、より高硬度の表面保護層を形成することができ、同じくキヤノン製複写機GP405を接触帯電による負帯電方式に改造した画像形成装置において、50万枚の印字後においても高品質な画像を安定して供給することができた。また、本発明で用いるa−Si感光体においては、長期に渡り高品質な画像を安定して供給するのに十分な表面層層厚が必要となる。本発明者らが鋭意検討した結果、500〜5000Åの層厚のa−Cで表面保護層を形成することにより、同じく、摩耗を生じても十分な表面保護層の層厚を確保でき、50万枚の印字後においても高品質な画像を安定して供給することができた。

0051

従って、長期に渡り高品質な画像を安定して供給可能な画像形成装置及び画像形成方法を提供する本発明の目的を達する為には、a−SiCやa−Cといった高硬度の材料で表面保護層を構成することが好ましい。より好ましくは、再表面にa−Cから成る表面保護層を有する感光体を用いることが望ましい。

発明が解決しようとする課題

0052

上記の導電性粒子を用いた直接注入帯電で、帯電ローラから導電性粒子が滑落すると、帯電ローラと被帯電体の接触部に存在する導電性粒子が被帯電体表面を隙間なく摺擦できなくなり、被帯電体に均一な直接注入帯電ができなくなる。したがって、帯電ローラに導電性粒子を供給する構成が必要となる。

0053

クリーナレス装置の場合、導電性粒子を現像剤に混合し、現像部で導電性粒子はトナーと伴に現像器から像担持体表面に供給され、転写部では主にトナーのみが転写材に転写される。導電性粒子はクリーナレスの構成により、クリーナで除去されることなく、帯電ローラと像担持体の接触部に供給される。その結果、帯電ローラから導電性粒子が滑落しても、画像形成装置が稼働されることで、均一帯電が維持される。

0054

しかしながら上記の構成の画像形成装置において、予めハケなどで導電性粒子を塗布した帯電ローラを用いた場合、装置の初期状態において、転写残トナーが帯電ローラに付着した時、転写残トナーは帯電ローラ上にある導電性粒子との摩擦が十分できず、そのため電荷の反転した転写残トナーは正規の電荷をほとんど持たないで、ドラム上に吐き出され、現像器で回収されずに、転写残トナーが転写部材に付着し、カブリが発生する。

0055

これは導電性粒子を筆やハケなどを用いて塗布した帯電ローラは、その外周面上にある導電性粒子の量が少なかったり、ムラがあったりするためである。

課題を解決するための手段

0056

このような課題を解決するために、本発明は下記の構成を特徴とする帯電ローラ、帯電ローラの製造方法及び画像形成装置である。

0057

1.芯金上に多孔性表面を有する導電性の弾性発泡体の層を形成した帯電ローラであり、被帯電体と接触する帯電ローラの外周面に、移動可能な導電性粒子が4×10-3×ρ g/cm3(ただし、ρは JIS K 5101によって測定した導電性粒子のかさ密度ρ g/cm3)以上の密度で塗布されている事を特徴とする帯電ローラ
2.前記帯電ローラの弾性発泡体のセル構造連続気泡または半独立半連続気泡であることを特徴とする1に記載の帯電ローラ
3.前記帯電ローラに予め必要量導電粒子を塗布する為に、帯電ローラと導電粒子を供給、塗布する塗布ローラとを接触させ、それらのローラを周速差をもって回転させる工程を有する帯電ローラの製造方法
4.前記塗布ローラの表面が平滑であることを特徴とする3に記載の帯電ローラの製造方法
5.前記塗布ローラがファーブラシローラであることを特徴とする3に記載の帯電ローラの製造方法
6.回転する像担持体と、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、該トナー像記録媒体に転写する転写手段とを備え、転写手段と帯電手段の間に像担持体上からトナーを除去する手段のない画像形成装置であって、導電性粒子をトナー重量に対して0.5%以上5%以下含む一成分現像剤であって、帯電ローラを被帯電体に接触させ、像担持体に対して周速差をもって駆動させることを特徴とする画像形成装置
7.前記像担持体が、導電性基体上にシリコン原子母体とする非単結晶材料で構成された光導電層及び非単結晶質水素化炭素膜で構成された表面層からなることを特徴とする6に記載の画像形成装置
8.前記像担持体は、有機光導電系(OPC)感光体であり、前記像担持体表面に109〜1014(Ω・cm)の材料からなる電荷注入層を有し、電荷注入層は光透過性で絶縁性のバインダー滑材粉末と導電粒子が含有されていることを特徴とする6に記載の画像形成装置

0058

(作用)
弾性発泡体の構造が連続気泡または半独立半連続気泡である帯電ローラに、被帯電体と接触する帯電ローラの外周面に、かさ密度ρ g/cm3の移動可能な導電性粒子が4×10-3×ρ g/cm3以上の密度で均一に塗布された帯電ローラを用いた場合、装置の使用開始直後でも、反転成分の転写残トナーが帯電ローラに付着した時、トナーと導電性粒子との摩擦が十分にでき、反転成分のトナーは正規の電荷になりドラム上に吐き出され、現像器に回収される。そのため、画像形成装置の使用開始直後においても、トナーカブリは発生しない。

0059

このような帯電ローラを製造する方法として、帯電ローラと帯電ローラに導電粒子を供給、塗布する塗布ローラとを接触させ、それらのローラを、周速差をもって回転させることにより、導電性粒子を帯電ローラに供給させる。この方法を用いることにより、帯電ローラに十分な量の導電性粒子を均一に塗布することが可能となる。

0060

また帯電ローラの弾性発泡体のセル構造が連続気泡または半独立半連続気泡である帯電ローラを用いることにより、導電性粒子を帯電ローラの内部にまで充填することができるため、帯電ローラは十分な量の導電性粒子が保持できる。

発明の効果

0061

以上説明したように、導電性の弾性発泡体の帯電ローラとa-Si感光体を用いたクリーナレスの画像形成装置において、予めその帯電ローラの外周面に、かさ密度ρ g/cm3 の導電性粒子を4×10-3×ρ g/cm3以上の密度で均一に塗布することにより、初期から長期に印字した場合においても、トナーのカブリのない、高品位で良好な画像を安定に出力できる。
〈その他〉
1)弾性電部材に印加する帯電バイアスは交番電圧成分(AC成分、周期的に電圧値が変化する電圧)を含むものであってもよい。交番電圧成分の波形としては、正弦波矩形波三角波等適宜使用可能である。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よい。

0062

2)画像形成装置の場合において、像担持体としての感光体の帯電面に対する情報書き込み手段としての像露光手段は実施例のレーザー走査手段以外にも、例えば、LEDのような固体発光素子アレイを用いたデジタル露光手段であってもよい。ハロゲンランプ蛍光灯等を原稿照明光源とするアナログ的な画像露光手段であってもよい。要するに、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであればよい。

0063

3)画像形成装置の場合において、静電潜像のトナー現像方式・手段は任意である。正規現像方式でも反転現像方式でもよい。

発明を実施するための最良の形態

0064

(実施例1)
本例は本発明に従う帯電ローラもしくは接触帯電装置を備えた画像形成装置例である。図2はその概略構成模型図である。

0065

本例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用、プロセスカートリッジ着脱方式、接触帯電方式の複写機(記録装置)である。

0066

(1)複写機の全体的概略構成(図2)
1は被帯電体(像担持体)である。本実施例はφ30mmの回転ドラム型負極性a-Si感光体(ネガ感光体、以下、感光ドラムと記す)である。この感光ドラム1は矢印の時計方向に周速度210mm/sec(=プロセススピードPS、印字速度)をもって回転駆動される。

0067

帯電ローラ2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接触帯電ローラ(接触帯電器)としての導電性弾性ローラ(以下、帯電ローラと記す)である。A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。予め帯電ローラ2の表面には図3に示す導電性粒子塗布装置を用いて、被帯電体と接触する前記帯電ローラの外周面にかさ密度0.4 g/cm3 の移動可能な導電性粒子が3 mg/cm3の密度で塗布されている。この帯電ローラ2及び導電性粒子M1、M2については後述する。

0068

帯電ローラ2は感光ドラム1とのニップ部である帯電ニップ部Aにおいて感光ドラム1の回転方向と逆方向(カウンター)で回転駆動され、感光ドラム1面に対して周速差を持って接触する。また帯電バイアス印加電源S1から所定の帯電バイアスが印加される。

0069

これにより、回転感光ドラム1の周面が直接注入帯電方式で所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。これについては後述する。

0070

3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露光装置)である。このレーザービームスキャナ3は目的の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。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。

0071

4は現像器である。現像剤tには導電性粒子M1を添加してある。回転感光ドラム1面の静電潜像はこの現像器4により現像部aにてトナー像として現像される。この現像器4及び導電性粒子M1については後述する。

0072

5は接触転写手段としての中抵抗の転写ローラであり、感光ドラム1に所定に圧接させて転写ニップ部bを形成させてある。この転写ニップ部bに不図示の給紙部から所定のタイミングで記録材としての転写材Pが給紙され、かつ転写ローラ5に転写バイアス印加電源S3から所定の転写バイアス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bに給紙された転写材Pの面に順次に転写されていく。本実施例ではローラ抵抗値は5×108 Ωのものを用い、+2000VのDC電圧を印加して転写を行った。即ち、転写ニップ部bに導入された転写材Pはこの転写ニップ部bを挟持搬送されて、その表面側に回転感光ドラム1の表面に形成担持されているトナー画像が順次に静電気力と押圧力にて転写されていく。

0073

6は主除電光で、感光ドラムのトナー像が転写材に転写された後、感光ドラム面を一様に露光して、除電する。

0074

7は熱定着方式等の定着装置である。転写ニップ部b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転写材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7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)として装置外へ排出される。

0075

本実施例の複写機はクリーナレスであり、転写材Pに対するトナー像転写後の回転感光ドラム1面に残留の転写残トナーは専用のクリーナ(クリーニング装置)で除去されることなく、感光ドラム1の回転にともない帯電ニップ部Aを経由して現像部に至り、現像器4において現像同時クリーニングにて回収される(トナーリサイクルプロセス)。

0076

(2)導電粒子塗布装置
本実施例における導電粒子塗布冶具図3に示す。塗布ローラはファーブラシローラを用いている。帯電ローラは塗布ローラと接触するように配置される。そして塗布ローラに十分な量の導電粒子を均一に保持させ、帯電ローラと塗布ローラとがカウンター方向に回転することにより、帯電ローラに十分な量の導電粒子が均一に供給、塗布される。

0077

塗布ローラとしては、ファーブラシローラに限定するものでは無く、弾性発泡体のローラ(EPDMウレタン、NBR、シリコーンゴムなど)などを用いてもよい。

0078

(3)帯電ローラ2
本実施例における接触帯電ローラとしての帯電ローラ2は芯金上に可撓性部材としてウレタンにカーボンを分散した中抵抗の弾性発泡体の層を形成している。また帯電ローラの弾性発泡体のセル構造が連続気泡である。予めこの帯電ローラには図3に示す導電性粒子塗布装置を用いて、移動可能な導電性粒子(M2)が3mg/cm3の密度で均一に塗布してある。

0079

中抵抗層はウレタン、導電性粒子(例えばカーボンブラック)、硫化剤発泡剤等により処方され、芯金の上にローラ状に形成した。その後必要に応じて表面を研磨して直径16mm、長手長さ300mmの導電性弾性ローラである帯電ローラ2を作成した。

0080

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、芯金とアルミドラムとの間に100Vを印加し、計測した。

0081

ここで、接触帯電ローラである帯電ローラ2は電極として機能することが重要である。つまり、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。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。

0082

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。

0083

帯電ローラ2の材質としては、弾性発泡体に限定するものでは無く、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等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものがあげられる。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る。

0084

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3mmの帯電ニップ部を形成させてある。

0085

また本実施例では、この帯電ローラ2を帯電ニップ部Aにおいて帯電ローラ表面と感光体表面とが互いに逆方向に等速で移動するよう凡そ100rpmで矢印の時計方向に回転駆動させた。即ち接触帯電ローラとしての帯電ローラ2の表面は被帯電体としての感光ドラム1の面に対して周速差を持たせるようにした。

0086

また帯電ローラ2の芯金2aには帯電バイアス印加電源S1から−440Vの直流電圧を帯電バイアスとして印加するようにした。

0087

(4)現像器4
本実施例の現像器4は現像剤tとして一成分磁性トナーネガトナー)を用いた反転現像器4である。

0088

4bはマグネットロール4C(50〜100mT)を内包させた、現像剤担持搬送部材として非磁性回転現像スリーブであり、この回転現像スリーブ4bに非接触対向する磁性ブレード4aで現像剤tが薄層にコートされる。

0089

現像剤tは磁性ブレード4aで回転現像スリーブ4bに対する層厚が規制され、その際に現像剤tはスリーブとの摩擦帯電により電荷が付与される。

0090

回転現像スリーブ4bにコートされた現像剤はスリーブ4bの回転により、感光ドラム1とスリーブ4bの対向部である現像部(現像領域部)に搬送される。またスリーブ4bには現像バイアス印加電源より現像バイアス電圧が印加される。現像バイアス電圧は、−230VのDC電圧と、周波数1800Hz、ピーク間電圧800Vの矩形のAC電圧を重畳したものを用いた。これにより、感光ドラム1側の静電潜像がトナー現像される。

0091

現像剤t即ち一成分磁性トナーは、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、これに流動化剤等を外添剤として添加して作成されたものである。トナーの重量平均粒径(D4)は7μmであった。

0092

本実施例においてはこの現像剤t100重量部に対して導電性粒子としての導電性粒子M1を2重量%添加してある。

0093

(5)現像剤tと導電性粒子M1の移行
現像器4の現像剤tに重量%で2%添加した導電性粒子である導電性粒子M1は、現像器4による感光ドラム1側の静電潜像のトナー現像時に現像部aにおいてトナーとともに適当量が感光ドラム1側に移行する。

0094

感光ドラム1上のトナー像は転写ニップ部bにおいて転写バイアスの影響で記録材P側に引かれて積極的に転移するが、感光ドラム1上の導電性粒子M1は導電性粒子であることで記録材P側には積極的には転移せず、感光ドラム1上に実質的に付着保持されて残留する。

0095

そして複写機はクリーナレスであることで、転写後の感光ドラム1面に残存の上記の導電性粒子M1は感光ドラム1と帯電ローラ2のニップ部である帯電ニップ部Aに感光ドラム1面の移動でそのまま持ち運ばれて帯電ローラ2に付着し、帯電ローラ2に対して供給される。

0096

即ち、帯電ローラ2から導電性粒子が脱落しても、複写機が稼働されることで、現像器4の現像剤tに含有させてある導電性粒子である導電性粒子M1が現像部aで感光ドラム1体面に移行し該感光ドラム1面の移動により転写ニップ部を経て帯電ニップ部Aに持ち運ばれて帯電ローラ2に逐次に供給される。

0097

帯電ローラ2から脱落した導電性粒子は現像器4に回収されて現像剤tに混入して循環使用される。

0098

複写機はクリーナレスであることで、転写後の感光ドラム1面に残存の転写残トナーは感光ドラム1と帯電ローラ2の接触部である帯電ニップ部Aに感光ドラム1面の移動でそのまま持ち運ばれて帯電ローラ2に付着・混入する。このように転写残トナーが帯電ローラ2に付着・混入しても、導電性粒子M1・M2が感光ドラム1と帯電ローラ2とのニップ部である帯電ニップ部Aに介存することにより、帯電ローラ2の感光ドラム1への緻密な接触性と接触抵抗を維持できるため、帯電ローラ2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。

0099

帯電ローラ2が感光ドラム1に対して周速差を持って接触していることで、転写ニップ部から帯電ニップ部Aへ至った転写残トナーは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。

0100

帯電ローラ2に付着・混入した転写残トナーは帯電ローラ2から感光ドラム1上に徐々に吐き出されて感光ドラム1面の移動とともに現像部に至り、現像手段において現像同時クリーニング(回収)される。

0101

現像同時クリーニングは前述したように、転写後に感光体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、即ち引き続き感光体を帯電し、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によって回収するものである。本実施例における複写機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、感光体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体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。

0102

(6)導電性粒子
本実施例では、予め帯電ローラに塗布した導電性粒子M2は、比抵抗が106 Ω・cm、平均粒径3μm、かさ密度0.4 g/cm3の導電性酸化亜鉛粒子を用いた。導電性粒子のかさ密度定は、JIS K5101 によって測定した。(今回、用いた導電性酸化亜鉛粒子の商品名は、23-K(C)でハクスイテック(株)製である。)
均一な帯電性を得るために、導電性粒子の粒径は10μm以下で細かい方が好ましい。

0103

また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、さらには1010Ω・cm以下が望ましい。

0104

導電性粒子は、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。

0105

本実施例において、現像剤に混合した導電性粒子M1は予め帯電ローラに塗布した導電性粒子M2と同等なものを用いた。

0106

導電性粒子は粒径が小さ過ぎると、この低抵抗粒子がトナーの表面を覆うことになりトナーが十分に摩擦帯電できなくなり、現像特性を低下させてしまう。また粒径が大きすぎると、該粒子が露光時に遮光したり、現像後はトナー中で該粒子が目立って画像ムラなどになり画像を悪化させてしまう。そこで現像剤に添加する導電性粒子の粒径は、0.1μm以上でトナー粒径以下が望ましい。

0107

上記の導電性粒子が被帯電体である感光ドラム1と接触帯電ローラである帯電ローラ2とのニップ部である帯電ニップ部Aに介存していることで、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感光ドラム1に対して周速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周速差を持たせて接触させた状態にすることが可能となる。

0108

帯電ローラ2と感光ドラム1との間に周速差を設けることにより、帯電ローラ2と感光ドラム1のニップ部において導電性粒子が感光ドラム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導電性粒子が感光ドラム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の接触帯電は導電性粒子の介存により直接注入帯電が支配的となる。

0109

(7)感光体1
本実施例で用いた像担持体は、回転ドラム型の電子写真感光体である。本実施例の複写機は反転現像を用いており、感光体は直径30mmの負極性a−Si感光体であり、矢印の方向に210mm/secの周速度をもって回転駆動される。
像担持体の模式的な断面図を図4に示す。

0110

本実施例で用いた像担持体は光導電層が機能分離されていない単一層からなる単層型光受容部材である。図4に示すa-Si系光受容部材アルミニウム等の導電性基体101と、導電性基体101の表面に順次積層された電荷注入阻止層102と光導電層103とバッファー層104及び表面層105からなる。ここで、電荷注入阻止層102は導電性基体101から光導電層103への電荷の注入を阻止するものであり、必要に応じて設けられる。又、光導電層103は少なくともシリコン原子を含む非晶質材料で構成され、光導電性を示すものである。更に表面層105は炭素原子水素原子を含むa-C:H膜からなり、電子写真装置における顕像を保持する能力をもつものである。

0111

以下では、電荷注入阻止層102の有無により効果が異なる場合を除いては、電荷注入阻止層102は有るものとして説明する。

0112

尚、表面層105の成膜ガスとしては、CH4、C2H6、C3H8、C4H10等のガス、及びガス化し得る炭化水素が有効に使用されるものとして挙げられる。又、これらの炭素供給用の原料ガスを必要に応じてH2、He、Ar、Ne等のガスにより希釈して使用してもよい。

0113

VHFによるプラズマCVD装置を用いて表1に示した条件により円筒形のAL基体上に下部阻止層、光導電層、バッファー層、表面層を順次積層し、負帯電で用いられる光受容部材を完成させた。

0114

0115

(実施例2)
本実施例は前記実施例1の複写機において、表面が平滑な塗布ローラを用いた導電粒子塗布装置により、予め帯電ローラに移動可能な導電性粒子(M2)が塗布してある。初期の帯電ローラの外周面上には導電性粒子が5 mg/cm3の密度で存在している。

0116

その他は実施例1の複写機と同じである。

0117

(実施例3)
本実施例は前記実施例1の複写機において、有機光導電系(OPC)感光体を用いた。導電性粒子と感光体表面との摩擦力を低減することと感光体表面の抵抗を調整して、更に安定して均一に帯電を行う目的として、感光体1の表面に電荷注入層を設けた。

0118

図5は、本例で使用した、表面に電荷注入層を設けた感光体1の層構成模型図である。即ち該感光体1は、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。

0119

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(商品名テフロン登録商標))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。

0120

電荷注入層16として重要な点は、表層の抵抗と表面エネルギーにある。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。

0121

また電荷注入層に滑材が含有されてあることで、被帯電体の表面エネルギーが小さくなる。そのためトナーが転写材に移動しやすく、紙粉も被帯電体に付着しにくいため、接触帯電部材はトナーや紙粉などに汚染が低減され、長期にわたり帯電ローラの帯電能が維持される。更に促進粒子と被帯電体との摩擦力が小さくなるため、被帯電体の削れが大幅に低減される。

0122

初期の帯電ローラの外周面上には導電性粒子が3 mg/cm3の密度で存在している。
その他は実施例1の複写機と同じである。

0123

(比較例1)
本比較例は前記実施例1の複写機において、予めハケを用いて帯電ローラに移動可能な導電性粒子(M2)を塗布し、初期の帯電ローラの外周面上には導電性粒子が1.5 mg/cm3の密度で存在している。

0124

その他は実施例1の複写機と同じである。

0125

(比較例2)
本比較例は前記実施例3の複写機において、予めハケを用いて帯電ローラに移動可能な導電性粒子(M2)を塗布し、初期の帯電ローラの外周面上には導電性粒子が1.5 mg/cm3の密度で存在している。

0126

その他は実施例4の複写機と同じである。
〔評価〕
ベタ白のトナーカブリの評価
上記の実施例及び比較例においてベタ白のトナーカブリの評価を行った。その結果を表にまとめて示した。

0127

評価はA4紙を用い、印字率が20%の文字パターン(A4縦方向)の印字において、途中にベタ白画像を印字し、そのベタ白画像で評価をおこなった。

0128

ベタ白画像の評価は、反射濃度計を用いて、複写機を通していないそのままの紙の反射率を任意に10点とベタ白を記録した紙の反射率を任意に10点を測定し、それぞれ、反射率が最も小さい値を求めて、その2つの反射率の差で評価した。そのままの紙とベタ白を記録する前の紙はほぼ同じ反射率である。

0129

その実施例及び比較例の評価結果を以下の表に示す。以下の表は縦軸には、そのままの紙の反射率とベタ白を印字した紙の反射率の差で、横軸は印字率が20%の文字パターンの印刷枚数である。
1.a−Si感光体を用いた実施例及び比較例の結果を以下に示す。

0130

0131

実施例1及び実施例2では印刷枚数が初期から10万枚印字までベタ白画像に反射率の差が1.2 %以下と、トナーかぶりがほとんどなかった。

0132

これは初期の帯電ローラの外周面上にかさ密度0.4 g/cm3の導電性粒子が実施例1では3 mg/cm3の密度で、実施例2 では5 mg/cm3 の密度で均一に塗布されていて、この帯電ローラに塗布されている導電粒子の密度の値は4×10-3×ρ g/cm3(ただし、ρは JIS K 5101によって測定した導電性粒子の かさ密度 ρ g/cm3)以上である。そのため、実施例においては印刷枚数の初期から帯電ローラには十分な量の導電性粒子が保持されているので、初期状態でも、反転成分の転写残トナーが帯電ローラに付着した時、トナーと導電性粒子との摩擦が十分にでき、反転成分のトナーは正規の電荷になりドラム上に吐き出され、現像器に回収される。その結果、装置の初期状態から10万枚の印字において、トナーのカブリがほとんど発生しない。

0133

また実施例2は、実施例1に比べて初期のトナーカブリがよい。その理由として、表面が平滑な塗布ローラを用いた導電粒子塗布装置のほうが、ファーブラシを用いた導電粒子塗布装置よりも、帯電ローラに十分な量の導電性粒子を充填しやすく、実施例2の帯電ローラは、実施例1の帯電ローラに比べて、より多い量の導電粒子が保持されていたからである。

0134

比較例では初期において反射率の差が2%以上のものがあり、トナーかぶりが発生した。

0135

これは帯電ローラの外周面上にかさ密度0.4 g/cm3の導電性粒子が1.6 mg/cm3の密度でしか塗布されていなく、この帯電ローラに塗布されている導電粒子の密度の値は4×10-3×ρ g/cm3(ただし、ρは JIS K 5101によって測定した導電性粒子の かさ密度 ρ g/cm3) 以下である。そのため、比較例においては、帯電ローラに十分な量の導電性粒子が保持されていないので、印刷枚数の初期では反転成分の転写残トナーが帯電ローラに付着した時、トナーと導電性粒子との摩擦が十分に出来ず、反転成分のトナーは正規の電荷を持てずにドラム上に吐き出され、現像器で回収されずに転写部材に付着し、カブリが発生する。

0136

しかし印刷枚数が増加するにつれて、徐々にトナーかぶりが減少していき、比較例のトナーかぶりは、印刷枚数6万枚以降でほぼ実施例のトナーかぶりとほぼ同じになった。これは印刷枚数が増加するにつれて、現像部から帯電ローラに供給される導電性粒子の量が増加し、実施例の帯電ローラが保持している導電性粒子の量とほぼ同じになるからである。

0137

2. 次に有機光導電系(OPC)感光体を用いた実施例及び比較例の結果を以下に示す。

0138

0139

実施例3では印刷枚数が初期から1万枚印字までベタ白画像に反射率の差が1.0%以下と、トナーかぶりがほとんどなかった。

0140

これは初期の帯電ローラの外周面上にかさ密度0.4 g/cm3の導電性粒子が3 mg/cm3の密度で均一に塗布されていて、この帯電ローラに塗布されている導電粒子の密度の値は4×10-3×ρ g/cm3(ただし、ρは JIS K 5101によって測定した導電性粒子の かさ密度 ρ g/cm3)以上である。そのため、実施例においては印刷枚数の初期から帯電ローラには十分な量の導電性粒子が保持されているので、初期状態でも、反転成分の転写残トナーが帯電ローラに付着した時、トナーと導電性粒子との摩擦が十分にでき、反転成分のトナーは正規の電荷になりドラム上に吐き出され、現像器に回収される。その結果、装置の初期状態から1万枚の印字において、トナーのカブリがほとんど発生しない。

0141

比較例2では初期において反射率の差が1%以上のものがあり、トナーかぶりが発生した。これは帯電ローラの外周面上にかさ密度0.4 g/cm3の導電性粒子が1.6 mg/cm3の密度でしか塗布されていなく、この帯電ローラに塗布されている導電粒子の密度の値は4×10-3×ρ g/cm3 (ただし、ρは JIS K 5101によって測定した導電性粒子の かさ密度 ρ g/cm3)以下である。そのため、比較例においては、帯電ローラに十分な量の導電性粒子が保持されていないので、印刷枚数の初期では反転成分の転写残トナーが帯電ローラに付着した時、トナーと導電性粒子との摩擦が十分に出来ず、反転成分のトナーは正規の電荷を持てずにドラム上に吐き出され、現像器で回収されずに転写部材に付着し、カブリが発生する。

図面の簡単な説明

0142

帯電特性グラフ
実施例の画像形成装置の概略構成図
実施例の導電粒子塗布装置の概略構成図
実施例に用いたa-Si感光体の概略断面図
実施例に用いた有機光導電系(OPC)感光体の概略断面図

符号の説明

0143

1感光体(像担持体、被帯電体)
2帯電ローラ
3レーザービームスキャナ(露光器
現像容器
4a磁性ブレード
4b現像スリーブ
4c磁石
4d攪拌棒
5転写ローラ
6 主除電光
定着ローラ
Cプロセスカートリッジ
P転写材
t現像剤(トナー)
M1,M2導電性粒子
101導電性基体
102電荷注入防止層
103光導電層
104バッファー層
105 表面層

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • キヤノン株式会社の「 熱処理装置及び粉体粒子の製造方法」が 公開されました。( 2019/05/09)

    【課題】原料の処理量を増加させても、装置内の粉体粒子の融着を軽減し、小粒径で均一な粉体粒子を製造できる熱処理装置。【解決手段】円筒状の処理室と、粉体粒子供給手段と、熱風供給手段と、冷風供給手段と、粉体... 詳細

  • 株式会社リコーの「 ベルト装置、及び、画像形成装置」が 公開されました。( 2019/05/09)

    【課題】ベルト部材にベルト寄りが生じにくく、ベルト部材と清掃部材との位置関係を精度良く維持する。【解決手段】中間転写ベルト8(ベルト部材)を張架・支持する複数のローラ部材16〜19、40のうち補正ロー... 詳細

  • キヤノン株式会社の「 画像形成装置」が 公開されました。( 2019/05/09)

    【課題】簡易な構成で、記録材の含水状態にかかわらず記録材の坪量を精度よく検知し、記録材の坪量に応じた適切な画像形成条件で画像を形成することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置100... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ