JP4366181B2

JP4366181B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、導電性磁性粒子を用いて像担持体の均一な帯電を行う帯電手段を備える画像形成装置に関するものであり、特に電子写真複写機や同プリンタに好ましく用いられる。

（１）帯電手段
画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の面を所定の極性・電位に均一に帯電処理（除電処理も含む）する帯電手段は、非接触タイプと、接触タイプとに大別される。

ａ）非接触帯電手段
コロナ帯電器（放電器）は非接触タイプの帯電手段であり、被帯電体としての像担持体（以下、感光体と記す）に非接触に対向配設し、高電圧の印加で放出されるコロナシャワーに感光体面を曝して放電成生物により所定の極性・電位に帯電させるものである。

ｂ）接触帯電手段
接触帯電手段は、感光体に、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て、これに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、コロナ帯電器に比べて、低オゾン、低電力等の有利性がある。

接触帯電部材に対する帯電バイアス印加方式として、直流バイアスのみを印加するＤＣバイアス方式と、直流バイアスを交流バイアスに重畳して印加するＡＣバイアス方式がある。

接触帯電の帯電機構（帯電のメカニズム、帯電原理）にはコロナ帯電系と、接触注入帯電系の２種類が混在しており、どちらが支配的であるかにより各々の特性が現れる。

コロナ帯電系は接触帯電部材と感光体との間の微小隙間に生じるコロナ放電などの放電現象を用い、その放電成生物で感光体を帯電する系である。このコロナ帯電系はコロナ帯電器の場合よりは格段に少ないけれども、微量のオゾンは発生する。

接触注入帯電系は、接触帯電部材から感光体に直接電荷が注入される事で感光体表面が帯電する系である。直接帯電あるいは注入帯電とも称される。特許文献１には感光体表面にあるトラップ準位または電荷注入層の導電粒子等の電荷保持部材に帯電ローラ・帯電ブラシ・帯電磁気ブラシ等の接触帯電部材で電荷を注入して接触注入帯電を行う方法が提案されている。

接触注入帯電が可能となる感光体としては例えば有機感光体の場合は感光層表面に電荷保持部材としての導電性の微粒子を分散させた電荷注入層を設ける必要があるが、アモルファスシリコン感光体を始めとした無機感光体では電荷注入層をあらためて設けなくても表面に結晶の欠陥に基づくトラップ準位が多く存在し、注入された電荷はこのトラップ準位に保持されて注入帯電が可能となる。

接触注入帯電は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、オゾンレス・低電力の帯電方式である。また被帯電体の表面電位は原理的には印加した電圧にまで帯電され、湿度などの環境の変動に対して影響を受けにくいという特徴をもっている。

またその一方で、帯電部材が感光体表面に接触した領域のみに電荷が注入するという特性から、帯電部材と感光体表面の接触確率が帯電能力を左右する。接触確率が不十分で、未帯電領域が多い場合、帯電器に印加した電圧に感光体表面電位が達する前に帯電が終了してしまうことになる。

高い接触確率を帯電領域全面に渡って均一に得るためには、磁気的に拘束された導電性磁性粒子からなる磁気ブラシを感光体に接触させて帯電を行なう方法や、導電性のスポンジ等からなる弾性ローラに導電性の微粒子を付着させて、弾性ローラ表面と感光体を微粒子を介在させて帯電する方法などが有効である。

前者は多極のマグネットローラを内包した導電性且つ回転可能なスリーブを感光体に近接して配し、磁性粒子をスリーブ上に磁気力によって保持し、ドクターブレード等により磁性粒子の保持量を規制、均一化した上で感光体に接触させ、スリーブに帯電バイアスを印加することによって帯電を行なうことが一般的である。

後者は微細な空孔をもつ導電性のスポンジローラに導電性の微粒子を付着させたものを感光体に接触させ、スポンジローラに帯電バイアスを印加することによって帯電を行なうものである。このとき微粒子は感光体との電気的な接触面積を増大させると同時に、感光体との摩擦力を減じ、スポンジローラを感光体との周速差をもって駆動し、更なる感光体との接触確率の増大を果たす役割もかねている。

ｃ）複数帯電手段
接触注入帯電における電荷注入は、感光体の導電性基板と帯電部材の接触領域を電極とするコンデンサーの充電現象に基づくものである。このため所望の電位を得るためには、ある程度の帯電時間が原理的に必要であるが、プロセススピードが速いと帯電時間が短くなり、所望の電位が得られなくなってくる場合がある。また、アモルファスシリコン感光体のような無機感光体では有機感光体よりも誘電率が高く、多くの電荷を必要とするために長い帯電時間が必要である。また、クリーニング装置で除去しきれないトナーやトナーの外添剤が導電性磁性粒子に付着して、導電性磁性粒子が高抵抗化した場合も同様である。

これらの問題を改善する為に特許文献２に複数の帯電手段を用いる画像形成装置が提案されている。この帯電方式では、複数回帯電することによって帯電部材の接触ムラや抵抗などによる帯電不良を抑制することができる。さらに、所望の電位を得るために個々の帯電器が感光体に与える電荷量が少なくて済むため、帯電部材の抵抗が汚染や環境変動で上昇しても電位変動を少なくする事ができ、結果として画像形成装置の高寿命化も容易であるという利点も持っている。

（２）像担持体
像担持体としての電子写真感光体は種々のものが知られている。その内の１つであるアモルファスシリコン感光体は、表面硬度が高く耐磨耗性に優れる上、半導体レーザー（７７０〜８００ｎｍ）などの長波長光にも高い感度を示し、しかもＯＰＣ感光体、Ｓｅ感光体などに見られるような繰り返し疲労による残留電位の上昇もなく、その電子写真特性は１００万枚使用後もほとんど変化しない利点を有している。

アモルファスシリコン感光体の帯電方法としてはコロナ帯電が広く用いられている。コロナ帯電器は前記したように感光体に非接触に対向配設し、高圧を印加したコロナ帯電器から放出されうるコロナシャワーに被帯電体面を曝して所定の極性・電位に帯電させるものである。この帯電過程において、ワイヤー自身も汚れを吸着し、定期的な清掃、交換が必要となる。またオゾンが大量に発生してしまう。耐磨耗性に優れるアモルファスシリコン感光体ではオゾンから派生するコロナ生成物が表面に付着すると簡単には除去し難く、このコロナ生成物に水分が吸着する為に、表面の電気抵抗が低下して潜像電荷が横流れし、所謂画像流れという画像品質低下を引き起こす欠点を有している。

このような画像流れを防止するために、特許文献３に記載されているようなヒーターによる加熱や、特許文献４に記載されているようなマグネットローラと磁性トナーから形成されたブラシにより感光体表面を摺擦しコロナ生成物を取り除く方法、特許文献５に記載されているような弾性ローラによる感光体表面での摺擦でコロナ生成物を取り除く方法などが用いられてきた。これらの方法は有効ではあるものの、装置の小型化や低コスト化を妨げる要因となる。また、ヒーターによる加熱は常時行なう必要がある場合がほとんどあるため、その電力量は装置全体の消費電力の５〜１５％に達し、省エネルギー、ランニングコスト等の点から非常に好ましくない。

またコロナ帯電によって発生するオゾンは除去フィルターで分解して排出することが望ましく、このことも装置の小型化、低コスト化を妨げる要因である。

アモルファスシリコンの帯電方法としてはオゾンの発生が皆無、あるいは低減された方法が強く求められている。これに対し様々な帯電方法が提案されている。中でも接触帯電方法はオゾンの発生が微小あるいは皆無でありアモルファスシリコン感光体の帯電方法としては好適である。
特開平６−３９２１号公報特開平８−４４１５３号公報実公平１−３４２０５号公報特公平２−３８９５６号公報特開昭６１−１００７８０号公報

磁気ブラシ注入帯電の問題点として、磁気ブラシ帯電部材が感光体に接しているために、クリーナーで感光体面上から除去しきれないトナーやトナーの外添剤などが磁気ブラシ帯電器の導電性磁性粒子に付着し、導電性磁性粒子が高抵抗化して帯電の能力が低下してしまうことが挙げられる。それによって感光体の電位が、磁気ブラシ帯電器に印加した電位に収束しないうちに帯電が終了してしまうと、導電性磁性粒子と感光体の電位差によって感光体に導電性磁性粒子が付着する弊害（以下、導電粒子付着と記す）が生じる。

磁気ブラシ複数帯電では、導電粒子付着は帯電電流を多く必要とする感光体回転方向上流側の磁気ブラシ帯電器で発生し、下流側の磁気ブラシ帯電器では感光体はある程度の電位まで帯電されているため、導電性磁性粒子と感光体との電位差が小さく、導電粒子付着は生じにくい。さらに上流側の磁気ブラシ帯電器で導電粒子付着が発生した場合でも下流側の磁気ブラシ帯電器に磁気力で回収されるために、現像器や転写領域に混入してしまうといった弊害は生じない。しかし上流側の磁気ブラシ帯電器で導電粒子付着が部分的に生じると、付着が生じた部分と生じない部分で帯電領域での導電性磁性粒子量に差が出来てしまうために電位ムラが生じる。下流側の磁気ブラシ帯電器でこの電位ムラを解消できないと、濃度ムラとなって画像に表れてしまうという弊害があった。

本発明は上記に鑑みて提案されたもので、像担持体としての誘電率の高い無機感光体や、プロセススピードの高速化に対しても、出力画像のガサツキ、濃度ムラ、導電粒子付着が無い均一な帯電を行うことができ、長期にわたって良好な画像を安定して得ることができる、磁気ブラシ複数帯電方式の画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明は下記の構成を特徴とする画像形成装置である。

（１）移動可能な像担持体と、
磁性粒子を保持しながら前記像担持体との対向部において前記像担持体の移動方向と逆方向に回転する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の内側に配され、磁性粒子を保持するための磁力を発生する複数の磁極を有する第１の磁性部材と、を有し、前記第１の保持部材の表面に担持した磁性粒子を前記像担持体に接触させることによって前記像担持体を帯電させる第１の帯電装置と、
前記第１の帯電装置よりも前記像担持体の移動方向下流側に前記第１の帯電装置に近接して配され、磁性粒子を保持しながら前記第１の保持部材と同じ方向に回転する第２の保持部材と、前記保持部材の内側に配され、磁性粒子を保持するための磁力を発生する複数の磁極を有する第２の磁性部材と、を有し、前記第２の保持部材の表面に担持した磁性粒子を前記像担持体に接触させることによって、前記第１の帯電装置によって帯電された前記像担持体を再帯電する第２の帯電装置と、
を有する画像形成装置であって、
前記第１の磁性部材は、第１の磁極と、前記第１の磁極と同極性の第２の磁極と、前記像担持体に対して最近接する第３の磁極とを備え、前記第３の磁極は前記第１の保持部材と前記像担持体との最近接位置よりも前記第１の保持部材の回転方向上流側に配置され、
前記第２の磁性部材は、前記第１の磁極と対向するように配置され、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の回転に伴い前記第２の保持部材から前記第１の保持部材へ磁性粒子が移動するような磁場を形成する前記第１の磁極と逆極性の第４の磁極と、前記第２の磁極と対向するように配置され、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の回転に伴い前記第１の保持部材から前記第２の保持部材へ磁性粒子が移動するような磁場を形成する前記第４の磁極と同極性の第５の磁極と、前記像担持体に対して最近接する第６の磁極とを備え、前記第６の磁極は前記第２の保持部材と前記像担持体との最近接位置よりも前記第２の保持部材の回転方向下流側に配置されることを特徴とする画像形成装置。

（２）前記第２の保持部材に保持される磁性粒子の層厚を規制するブレードを有することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。

（３）前記第１の帯電装置及び前記第２の帯電装置に帯電バイアスを印加する電源を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の画像形成装置。

磁気ブラシ注入帯電において導電粒子付着を防止するために像担持体に対向する磁極のピークを像担持体移動方向に位置させたときに生じる微小な電位ムラを、像担持体移動方向最下流側に隣接配置した磁気ブラシ帯電器により均一化し、出力画像のガサツキを防止して、画質の向上を図ることが出来る。さらに像担持体移動方向最上流側の磁気ブラシ帯電器で生じる微小な電位ムラを考慮する必要なく、磁極ピーク位置を設定できることから、導電粒子付着をより効果的に抑制することが出来る。

以上の構成により、無機感光体、プロセススピードの高速化、あるいは導電性磁性粒子の汚染に対しても、画像不良を生じない均一な帯電を、安定した状態で長期に渡って行うことが出来る。

［実施例１］

図１は本実施例の画像形成装置の概略構成を示す模式図である。

（１）画像形成装置の全体的な概略構成
本実施例の画像形成装置は、転写方式電子写真プロセス利用、磁気ブラシ複数帯電方式のレーザービームプリンタである。

１は移動可能な像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）であり、矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。本実施例の感光ドラム１はａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）感光ドラムである。

２は感光ドラム帯電手段としての磁気ブラシ複数帯電ユニットであり、回転する感光ドラム１の周面はこの磁気ブラシ複数帯電ユニット２により所定の極性・電位に均一に帯電処理される。本実施例では約−７００Ｖに帯電処理される。

７は像露光手段である。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り、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、発光波長６８０ｎｍのレーザー光Ｌを出力して、上記の磁気ブラシ複数帯電ユニット２で均一に精度良く帯電された感光ドラム１の面を走査露光（照射）する。これにより、感光ドラム１上の電位はレーザー光Ｌが照射されたところの電位が落ち、感光ドラム１の周面に対して目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。

３は感光ドラム１面に形成された静電潜像を現像部においてトナー像として現像する現像手段である。本実施例では、２成分現像剤を用いた反転現像器であり、静電潜像の露光明部すなわち感光ドラム１のレーザー光Ｌが照射されたところにマイナスのトナーが付着して、静電潜像が反転現像される。

４は転写手段としての転写ローラである。転写ローラ４は、芯金と、該芯金の外周部にローラ状に一体に形成した中抵抗の弾性層からなり、感光ドラム１に対して所定の押圧力をもって圧接させて転写ニップ部を形成させている。転写ローラ４は感光ドラム１の回転に順方向に感光ドラム１の回転周速度とほぼ同じ周速度で回転する。また転写ローラ４の芯金に対して電源Ｓ３よりトナーの帯電極性とは逆極性（本例ではプラス）の所定の転写バイアスが所定の制御タイミングで印加される。

そして、不図示の給紙機構部から記録媒体としての転写材Ｐが所定の制御タイミングにて転写ニップ部に給紙されて転写ニップ部を挟持搬送されていく。その転写材Ｐの転写ニップ部挟持搬送の間、転写ローラ４の芯金に対して電源Ｓ３よりトナーの帯電極性とは逆極性（本例ではプラス）の所定の転写バイアスが印加されることで、感光ドラム１面側のトナー像が転写材Ｐ面側に静電転写される。

転写ニップ部を出た転写材Ｐは感光ドラム１の面から分離され、定着器６に運ばれ、未定着のトナー像が永久固着画像として転写材Ｐの面に熱圧定着されて、画像形成物（プリント、コピー）として排紙される。

８は除電手段であり、本実施例では中心波長６６０ｎｍのＬＥＤを用いており、転写材分離後の感光ドラム１の面はこの除電手段８により除電光照射（全面露光）を受けることで、除電されて電気的メモリが消去される。

５は上記除電手段８の次位に配設したクリーナーであり、転写材分離後の感光ドラム１の面に残存する転写残トナーや紙粉等の付着物を除去して感光ドラム１の面を清掃する。クリーナー５で清掃された感光ドラム１は再び磁気ブラシ複数帯電ユニット２で帯電されて繰返して作像に供される。

クリーナー５において、３３は清掃部材としてのクリーニングブレードである。このクリーニングブレード３３はシリコン変性ポリウレタンゴムからなり、支持板に接着されている。クリーニングブレード３３によって感光ドラム１から掻き落とされたトナーはスクリュー３４によって図示しない廃トナー容器に運ばれ回収される。

２４は電位センサーであり、レーザー露光後の感光ドラム表面電位を測定することが出来る。電位センサー２４は制御回路部１００に接続されており、測定した感光ドラム１の表面電位に基づいて帯電や露光の各制御が制御回路部１００により行なわれる。

（２）感光ドラム１
本実施例において、像担持体としての感光ドラム１はａ−Ｓｉ感光ドラムであり、矢印の時計方向に２００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で回転駆動される。図２はこのａ−Ｓｉ感光ドラム１の層構成模型図である。φ６０であるＡｌシリンダである導電性支持体１ａと、この導電性支持体上に順次堆積された、電荷注入阻止層１ｂと、光導電層１ｃと、表面層１ｄと、からなる。ここで、電荷注入阻止層１ｂは導電性支持体１ａから光導電層１ｃへの電荷の注入を阻止するためのものである。光導電層１ｃはシリコン原子を主原料とする非晶質材料で構成され光導電性を示す。さらに、表面層１ｄはシリコン原子と炭素原子を含み表面に形成される電子潜像の保持と膜の耐久性の向上を担っている。

ａ−Ｓｉ感光ドラム等の無機体では電荷注入層をあらためて設けなくても表面に結晶の欠陥に基づくトラップ準位が多く存在し、注入された電荷はこのトラップ準位に保持されて注入帯電が可能である。

ａ−Ｓｉ感光ドラム１の特性として、光照射領域と暗領域を同時に帯電した場合、暗領域に比べ光照射領域が極端に電位の減衰（暗減衰）が大きく、光メモリ（残像現象）が発生しやすいという問題がある。

すなわち、ａ−Ｓｉ系感光ドラムは多くのタングリングボンド（未結合手）を有しており、これが局在準位となって光キャリアーの一部を捕捉してその走行性を低下させ、あるいは光生成キャリアーの再結合確率を低下させる。したがって、画像形成プロセスにおいて、露光によって生成された光キャリアーの一部は、次工程の帯電時にａ−Ｓｉ系感光ドラムに電界がかかると同時に局在準位から開放され、露光部と非露光部とでａ−Ｓｉ系感光ドラムの表面電位に差が生じて、これが最終的に光メモリに起因する画像ムラとなって現れる。

そこで、除電手段８による除電工程において均一露光を行うことによりａ−Ｓｉ系感光ドラム内部に潜在する光キャリアーを過多にし全面で均一になるようにして、光メモリを消去することが一般的である。このとき、除電光源から発する除電光の光量を増やしたり、該除電光の波長をａ−Ｓｉ系感光ドラムの分光感度ピーク（約６００〜７００ｎｍ）に近づけることにより、より効果的に光メモリを消去することが可能である。本実施例では中心波長６６０ｎｍのＬＥＤを除電手段８として用いている。

一方で除電光による光照射の結果、感光ドラム１全面で電位の減衰が発生することになるため、例えば現像器３のトナー現像位置での感光ドラム１の電位は電位センサー２４で測定される電位とは異なってしまう。現像器の電圧印加条件はこの電位の減衰を考慮して設定する必要がある。

（３）現像器３
本実施例における現像器３は、固定されたマグネットロール１４を内包した回転するスリーブ１５が設けられ、現像容器１７内の現像剤１９をブレード１８で薄層にスリーブ１５上にコーティングし現像部へ搬送している。このときスリーブ１５は図示しないモータによって駆動され矢印方向に３００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で回転している。

現像剤１９は２成分現像剤で、負帯電性の８μｍトナーと、正帯電性の５０μｍの磁性キャリアーが重量トナー濃度５％で混合されている。トナー濃度は図示しない光学式トナー濃度センサーによって制御され、トナーホッパー２０内のトナーｔが供給ローラ２３によって補給される。容器内の現像剤１９は攪拌部材２１、２２により均一に攪拌される。

スリーブ１５には電源Ｓ２から２ｋＶｐｐ、２ｋＨｚの交番電界に−５００Ｖの直流電圧Ｖｄｅを重畳した現像バイアスが印加される。薄層にコーティングされ、現像部に搬送された現像剤は前記ＡＣ＋ＤＣ電圧による電界によって感光ドラム１上の静電潜像の現像に寄与する。

（４）磁気ブラシ複数帯電ユニット２
図３は磁気ブラシ複数帯電ユニット２部分の拡大模型図である。本実施例の磁気ブラシ複数帯電ユニット２は、ユニットハウジング３７内に、第２の磁気ブラシ帯電器（磁性粒子搬送手段：第２の帯電装置）Ｃ１と、この第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１よりも感光ドラム回転方向上流側においてこの第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１に隣接配置した第１の磁気ブラシ帯電器（磁性粒子搬送手段：第１の帯電装置）Ｃ２との２つの磁気ブラシ帯電器Ｃ１・Ｃ２を具備させている。３２は導電性磁性粒子規制ブレードであり、このブレードは第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１よりも感光ドラム回転方向下流側においてユニットハウジング３７に固定して配設してあり、その先端エッジ部３２ａを第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１の後述する回転スリーブ３１（第２の保持部材）との間に所定の間隔（ギャップ）を形成させて対向させてある。３８は導電性磁性粒子溜り部であり、ユニットハウジング３７内において第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１よりも感光ドラム回転方向下流側で、かつブレード３２の上側に形成してある。３６はこの導電性磁性粒子溜り部３８内に配設した導電性磁性粒子攪拌スクリューである。Ｍは導電性磁性粒子であり、導電性磁性粒子溜り部３８内に貯留されると共に、第２と第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ１・Ｃ２の後述する回転スリーブ３１・４１の外周面に磁気ブラシとして担持されている。

第２と第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ１・Ｃ２は、それぞれ、回転可能な導電性部材としての直径２０ｍｍのスリーブ３１・４１（第２の保持部材と第１の保持部材）と、各スリーブ３１・４１内（スリーブの内側）に非回転に固定された磁界発生手段としてのマグネットローラ３０・４０（磁性粒子を保持するための磁力を発生する複数の磁極を有する第２の磁性部材と第１の磁性部材）を備え、スリーブ３１・４１の感光ドラム１との間隔はともに０．５ｍｍである。またスリーブ３１と４１の間隔も０．５ｍｍ程度に設定してある。スリーブ３１・４１はともに矢印の時計方向に２００ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転駆動される。即ち、スリーブ４１は感光ドラム１との対向部において感光ドラム１の回転方向（移動方向）と逆方向に回転する。スリーブ３１はスリーブ４１と同じ方向に回転する。またスクリュー３６も回転駆動され、導電性磁性粒子溜り部３８内の導電性磁性粒子Ｍをスリーブ３１の母線方向に攪拌している。導電性磁性粒子攪拌スクリュー３６は楕円形の羽根を取り付けたものであり、溜まり部３８内の導電性磁性粒子Ｍを偏らせることなく攪拌することが出来る。

導電性磁性粒子溜り部３８内の導電性磁性粒子Ｍはその一部が第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１の外面にマグネットローラ３０による磁気拘束力によって磁気ブラシとして保持され、スリーブ３１の回転に伴い搬送されて、スリーブ３１とブレード３２の間のギャップを通過することでスリーブ３１に保持される磁気ブラシ（磁性粒子）の層厚が所定に規制され、引き続くスリーブ３１の回転でスリーブ３１と感光ドラム１とのギャップ部に搬送されて感光ドラム１の表面に領域３５において接触し、感光ドラム１の表面を摺擦しながらスリーブ３１と感光ドラム１とのギャップ部を通過する。上記感光ドラム１の磁気ブラシ接触摺擦領域３５が第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ１による感光ドラム面帯電領域である。

スリーブ３１と感光ドラム１とのギャップ部を通過した導電性磁性粒子の磁気ブラシはこの第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１と、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１との最近接領域に搬送されて第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１側に移行する。すなわち、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１と、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１との最近接領域では、スリーブ３１内のマグネットローラ３０と、スリーブ４１内のマグネットローラ４０は異極（逆極性）の反発極Ｓ４（第４の磁極）・Ｓ３（第４の磁極と同極性の第５の磁極）、Ｎ１（第１の磁極）・Ｎ２（第１の磁極と同極性の第２の磁極）が対向するように着極されていて、それらの磁極Ｓ４・Ｓ３、Ｎ１・Ｎ２が形成する磁界（磁場）の作用によりスリーブ３１・４１の回転に伴い第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１側から第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１側に導電性磁性粒子の磁気ブラシが磁気的に移行する。

第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１側に移行した導電性磁性粒子の磁気ブラシは回転スリーブ４１の外面にマグネットローラ４０による磁気拘束力によって磁気ブラシとして保持され、スリーブ４１の回転に伴い搬送されてスリーブ４１と感光ドラム１とのギャップ部に搬送されて感光ドラム１の表面に領域４５において接触し、感光ドラム１の表面を摺擦しながらスリーブ４１と感光ドラム１とのギャップ部を通過する。上記感光ドラム１の磁気ブラシ接触摺擦領域４５が第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２による感光ドラム面帯電領域である。

スリーブ４１と感光ドラム１とのギャップ部を通過した導電性磁性粒子の磁気ブラシは引き続くスリーブ４１の回転で搬送されて再びこの第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１と、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１との最近接領域に搬送されて反発極Ｓ４・Ｓ３、Ｎ１・Ｎ２が形成する磁界の作用によりスリーブ３１・４１の回転に伴い第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１側から第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１側に再び導電性磁性粒子の磁気ブラシが磁気的に移行する。

第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１側に再移行した導電性磁性粒子の磁気ブラシは回転スリーブ３１の外面にマグネットローラ３０による磁気拘束力によって磁気ブラシとして保持され、回転スリーブ３１の回転に伴い搬送されて導電性磁性粒子溜り部３８内に戻される。

上記のようにして、導電性磁性粒子溜り部３８内の導電性磁性粒子は、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１に保持されて搬送され、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２のスリーブ４１に移行して搬送され、再び第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のスリーブ３１に移行して搬送され、導電性磁性粒子溜り部３８内に戻される様態で搬送・循環される。

第２と第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ１・Ｃ２のスリーブ３１、４１には電源Ｓ１より２００Ｖｐｐ、１ｋＨｚの交番電界、−７００Ｖの直流電圧を重畳した帯電バイアスが印加可能となっている。また電源Ｓ１は制御回路部（ＣＰＵ）１００と接続されており、電圧印加のＯＮ、ＯＦＦおよび直流電圧値を制御することが出来る。

回転する感光ドラム１の帯電は、第１及び第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ２・Ｃ１のスリーブ４１、３１が回転駆動され、かつスリーブ４１、３１に電源Ｓ１より上記の帯電バイアスが印加されることで、感光ドラム回転方向上流側の第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２により、帯電領域４５において磁気ブラシによる接触注入帯電がなされ、次いで下流側の第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１によっても、帯電領域３５において重ねて磁気ブラシによる接触注入帯電がなされることで、最終的に所定の帯電電位である−７００Ｖの均一帯電がなされる。即ち、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１は、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２の感光ドラム１の回転方向下流側（移動方向下流側）に近接して配され、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２によって帯電された感光ドラム１を再帯電する。

電位制御は電位センサー２４により測定した感光ドラム１の表面電位に基づいて行われ、環境変動、経時変化に対し露光量などとともに最適値に制御される。

帯電スリーブ３１・４１の周速度は遅すぎると感光ドラム表面と導電性磁性粒子の接触確率が不十分となり、帯電ムラ等画像不良の要因となり、速すぎると磁性粒子の飛散を引き起こしてしまう。良好な帯電が行なえる周速度は、帯電スリーブ３１・４１の外径や感光ドラムとの間隔にも依存するが、本実施例における帯電スリーブの周速度としては５０〜２５０ｍｍ／ｓｅｃが好ましい。

導電性磁性粒子としては、下記のものが好適に用いられる。

・樹脂とマグネタイト等の磁性粉体を混練して粒子に成型したもの、もしくはこれに抵抗値調節のために導電カーボン等を混ぜたもの、
・焼結したマグネタイト、フェライト、もしくはこれらを還元または酸化処理して抵抗値を調節したもの、
・上記の導電性磁性粒子を抵抗調整をしたコート材（フェノール樹脂にカーボンを分散したもの等）でコートまたはＮｉ等の金属でメッキ処理して抵抗値を適当な値にしたもの等。

これら導電性磁性粒子の抵抗値としては、高すぎると感光ドラム１に電荷が均一に注入できず、微小な帯電不良によるカブリ画像となってしまう。低すぎるとピンホールリークが生じた場合、ピンホールに流れる電流により、電源に過負荷となって電圧が降下し、感光ドラム表面をすることができず、帯電ニップ状の帯電不良となる。よって導電性磁性粒子の抵抗値としては、１×１０^４〜１×１０^７Ωが望ましい。導電性磁性粒子の磁気特性としては、感光ドラムへの磁性粒子付着を防止するために磁気拘束力を高くする方がよく、飽和磁化が５０（Ａ・ｍ^２／ｋｇ）以上が望ましい。

実際に、本実施例で用いた磁性粒子は、体積平均粒径が３０μｍ、見かけ密度２．０［ｇ／ｃｍ^３］、抵抗値１×１０^６Ω、飽和磁化５８（Ａ・ｍ^２／ｋｇ）であった。

また、導電性磁性粒子の粒径は帯電能力や帯電の均一性に影響する。つまり、粒径が大きすぎると感光ドラムとの接触割合が低下し帯電ムラの原因となる。粒径が小さいと帯電能力、均一性ともに向上する反面、一粒子に作用する磁力が低下し、感光ドラム１への付着が起きやすくなる。このため導電性磁性粒子の粒径としては５〜１００μｍのものが好適に用いられる。

上記本実施例の磁気ブラシ複数帯電ユニット２において、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１の回転導電部材（第２の保持部材）としてのスリーブ３１に内包した磁界発生手段（第２の磁性部材）としてのマグネットローラ３０の像担持体としての感光ドラム１に対向する磁極Ｎ１（第６の磁極）の磁極ピーク位置Ｎ１Ｐ、および第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２の回転導電部材（第１の保持部材）としてのスリーブ４１に内包した磁界発生手段（第１の磁性部材）としてのマグネットローラ４０の像担持体としての感光ドラム１に対向する磁極Ｓ１（第３の磁極）の磁極ピークは、それぞれのスリーブ３１、４１の回転中心Ｏ３１、Ｏ４１から感光ドラム１の回転中心Ｏ１を結ぶ線３１１、４１１に対してなす角θ１、θ２を夫々＋５°、−３０°に設定してある。ここで角θ１、θ２ともにスリーブ３１、４１の回転方向になす角を＋（スリーブと感光ドラムとの最近接位置よりもスリーブの回転方向下流側）、反対方向を−（スリーブと感光ドラムとの最近接位置よりもスリーブの回転方向上流側）とする。

ここで、角θ１、θ２と導電粒子付着および出力画像のガサツキの関係について述べる。

１）比較例の場合
まず比較例として、感光ドラム１の帯電手段が上記実施例のような磁気ブラシ複数帯電ユニット２ではなく、図４のように、磁気ブラシ帯電器Ｃ１一つである磁気ブラシ帯電ユニット２’の場合について説明する。

この磁気ブラシ帯電ユニット２’は、上記実施例のような磁気ブラシ複数帯電ユニット２から第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２を除去して第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１一つだけにし、かつマグネットローラ３０の磁極のうちＳ４（第２の磁極）を廃した構成であり、その他の構成は共通のものとなっている。

この構成の磁気ブラシ帯電ユニット２’の場合、導電粒子付着を防止する手段として、感光ドラムに対向する磁極の磁力ピーク位置を感光ドラム回転方向下流側に配置する構成が特開２００１−２９０３４３号公報に提案されている。しかし、磁極ピーク位置を感光ドラム回転方向下流側に配置すると、帯電領域の感光ドラム回転方向下流部分で磁気ブラシの穂の形成が顕著になり導電性磁性粒子の感光ドラムへの接触状態が不均一になる。

帯電終了間際に磁性粒子の感光ドラムへの接触状態が不均一であると、接触状態に応じた微小な電位ムラが生じてしまい、画像上でガサツキ（微小な濃度ムラ）として現れる弊害がある。

図４の磁気ブラシ帯電ユニット２’におけるスリーブ３１の回転中心Ｏ３１と感光ドラム１の回転中心Ｏ１を結ぶ線３１１に対して、スリーブ３１に内包した磁界発生手段としてのマグネットローラ３０の感光ドラム１に対向する磁極Ｎ１がなす角θ１’と導電粒子付着および出力画像のガサツキとの関係を表１に示す。このとき導電性磁性粒子は１０万枚像出力後の物を用いた。「導電性粒子付着」は感光ドラム上を光学顕微鏡で観察し、導電性の存在確率が１個／ｃｍ^２以上を×、それ以下を○とした。出力画像のガサツキは反射濃度０．３のＡ４全面ハーフトーン画像を出力し、目視にて帯電起因のガサツキを評価した。評価基準は、確認できない場合を○、わずかに確認できる場合を△、はっきり確認できる場合を×とした。

表１より、導電粒子付着はθ１’＝−０〜＋１５°で発生したが−３０〜−５°では発生しない。これは、磁極ピーク位置を感光ドラム回転方向下流側にすることで、帯電領域の感光体回転方向下流側での導電性磁性粒子を搬送手段側に引き寄せる磁力が強まるために、導電性磁性粒子が感光ドラムに移行しないと考えられる。

一方、出力画像のガサツキはθ１’＝＋５〜＋１５°では良好であったが、−３０°〜−５°ではガサツキが発生した。これは、帯電領域の感光ドラム回転方向下流側での導電性磁性粒子を搬送手段側に引き寄せる磁力が強まる事と同時に、磁気穂が強く形成されるようになり、接触状態が不均一になるために、磁気穂に対応した微小な電位ムラが生じると考えられる。

このように、比較例においては、ガサツキを解消し画質を向上させようとすると、磁力ピーク位置を感光ドラム対向位置に寄せざるを得ず、導電粒子付着を抑制しきれない場合があった。

２）本実施例の場合
ガサツキを発生する電位差は僅かなものであるので、本実施例のように複数の磁気ブラシ帯電器Ｃ１、Ｃ２を備える画像形成装置では、感光ドラム回転方向の下流側の帯電器Ｃ１で均一帯電を行うことによってガサツキ要因となる電位ムラは解消することができる。

本実施例における磁気ブラシ複数帯電ユニット２におけるθ１、θ２と導電粒子付着、出力画像のガサツキの関係を表２及び表３に示す。

磁気ブラシ複数帯電ユニット２における導電粒子付着は第２及び第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ１、Ｃ２夫々で発生する二通りのパターンがある。

第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１で生じる導電粒子付着は感光ドラム上で観察可能であるが、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２で生じる導電粒子付着は、付着した粒子は下流側の第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１によって磁力により回収されるために感光ドラム上では観察できない。しかし、感光ドラム１へ粒子が付着した領域では、帯電に寄与できる導電性磁性粒子が減少するために帯電電位が低下してしまう。このようにして生じた電位ムラは比較的大きい場合が多く、下流側の第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１による帯電により電位が均一化しきれないと濃度ムラとなって画像に表れてしまう。

本実施例では、反射濃度０．３のＡ４全面ハーフトーンを出力し、目視で濃度ムラを確認することで、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２における導電粒子付着を判断した。評価基準は濃度ムラを確認できない場合を○、確認できる場合を×とした。

表２はθ１を＋５°に固定し、θ２を−３０〜＋１５°まで変化させた結果である。表２より、θ２が０〜＋１５°では第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２からの導電粒子付着に起因する濃度ムラ発生したが、それ以外の設定では、ガサツキ、導電粒子付着、濃度ムラいずれも発生しなかった。これはθ２が５〜３０°では第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２の帯電領域の感光ドラム下流側の磁力が強まり、導電粒子付着が発生せず、磁力が強まることで磁気穂が形成され、感光体への接触が不均一になることによって生じる、ガサツキ要因となる電位ムラは、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１による帯電で、均一化されるためである。

表３はθ２を−３０°で固定し、θ１を−３０〜＋１５°まで変化させた結果である。表３より、第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２からの導電粒子付着による濃度ムラは発生しない。導電粒子付着に関しては第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２での帯電時には既に上流側の帯電器で帯電されており電位差が少ないために、θ１＝−３０〜＋１５°の範囲で付着は発生しない。しかし出力画像のガサツキについては、比較例と同様に発生した。これは、ガサツキが帯電終了時の導電性磁性粒子の接触状態を反映するためである。したがって、感光ドラム回転方向最下流に配置される第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１のθ１は＋５〜＋１５°であることが好ましい。

なお、本実施例ではθ１、θ２共に＋１５°以上、−３０°以下では導電性磁性粒子が帯電領域で搬送されず、正常な帯電を行うことができなかった。

以上の結果より、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１の感光ドラム１の対向極Ｎ１の磁極ピーク位置Ｎ１Ｐを感光ドラム回転方向上流側、好ましくは＋５〜＋１５°に設定し、かつ第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２の感光ドラム１の対向極Ｓ１の磁極ピーク位置Ｓ１Ｐを感光ドラム回転方向下流側、好ましくは−５〜−３０°に設定することで、誘電率の高い無機感光体や、高プロセススピードに対しても、出力画像のガサツキ、濃度ムラ、導電粒子付着が無い均一な帯電を行うことができ、長期にわたって良好な画像を安定して出力することができた。
［実施例２］

本実施例は、感光ドラム１として有機感光体を用いることを特徴としたものである。それ以外については実施例１と同様であるため詳細な説明は省略する。

本実施例で用いた像担持体としての感光ドラム１は負帯電極性のＯＰＣ感光体であり、図５の層構成模型図のように、接地された直径３０ｍｍのアルミニウム製のドラム基体１ａ上に次の第１〜第５の５層の機能層１ｅ〜１ｉを順次に設けたものである。

基体１ａに支持される第１層１ｅは下引き層であり、アルミニウムドラム基体１ａの欠陥等をならすため、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。

第２層１ｆは正電荷注入層であり、アルミニウムドラム基体１ａ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こと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１０^６Ωｃｍ程度に抵抗調整された厚さ約１μｍの中抵抗層である。

第３層１ｇ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、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。

第４層１ｈ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。したがって、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１ｇ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。

第５層１ｉは感光体表面に設けられた電荷注入層であり、光硬化性のアクリル樹脂にＳｎＯ_２超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、アンチモンをドーピングし、低抵抗化した粒径約０．０３μｍのＳｎＯ_２粒子を樹脂に対して７０ｗｔ％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にて厚さ約２μｍに塗工して電荷注入層とした。これによって感光体表面の体積抵抗値は、電荷輸送層１ｈ単体の場合１×１０^１５Ωｃｍだったのに比べ、１×１０^１２Ωｃｍまで低下した。なお電荷注入層１ｆの体積抵抗率は、１×１０^９〜１×１０^１５Ωｃｍが好ましい。この体積抵抗率は、シート状のサンプルに１００Ｖの電圧を印加したときのものでＹＨＰのHIGH RESISTANCEMETER 4329AにRESISTIVITY CELL 16008Aを接続して測定した。

本実施例においても、第２の磁気ブラシ帯電器Ｃ１の感光ドラム１の対向極Ｎ１（第６の磁極）の磁極ピーク位置Ｎ１Ｐを感光ドラム回転方向上流側、好ましくθ１＝０〜＋１５°に設定し、かつ第１の磁気ブラシ帯電器Ｃ２の感光ドラム１の対向極Ｓ１（第３の磁極）の磁極ピーク位置Ｓ１Ｐを感光ドラム回転方向下流側、好ましくはθ２＝−５〜−３０°に設定することで出力画像のガサツキ、濃度ムラ、導電粒子付着が無い均一な帯電を行うことができ、長期にわたって良好な画像を安定して得ることができた。

［その他］
１）実施例においては像担持体帯電手段としての磁気ブラシ複数帯電ユニット２は第１と第２の２つの磁気ブラシ帯電器を具備させたものであるが、３つ以上の磁気ブラシ帯電器を具備させて構成することもできる。

２）像担持体１は実施例の回転ドラム型に限られず、エンドレスベルト型、走行ウエブ型、搬送移動されるカットシート型などであってもよい。

３）画像形成装置における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。ハロゲンランプや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。

４）像担持体は静電記録誘電体等であってもよい。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させた後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的除電がなされて画像情報の静電潜像が形成される。

５）像担持体としての電子写真感光体や静電記録誘電体に形成担持させたトナー像を一旦中間転写体に転写させ、それを更に最終記録媒体としての転写材に転写させて熱や圧力等で固着像として定着させることもできる。

６）また、像担持体としての電子写真感光体や静電記録誘電体を回動ベルト型にし、これに帯電・潜像形成・現像の各行程手段により画像情報に対応したトナー像を形成担持させ、そのトナー像形成部を閲読表示部に位置させて画像表示させ、表示後はそのトナー像を転写材に転写させることなく像担持体面から除去し、像担持体は繰り返して表示画像の形成に使用する画像表示装置（ディスプレイ装置）も本発明の画像形成装置の範疇にある。

実施例１の画像形成装置の概略構成を示す模式図感光ドラムの層構成模型図帯電手段（磁気ブラシ複数帯電ユニット）部分の拡大模式図比較例の磁気ブラシ帯電ユニットの模式図実施例２における感光ドラムの層構成模型図

１・・感光ドラム（像担持体）、２・・帯電手段（磁気ブラシ複数帯電ユニット）、Ｃ１・・第１の磁気ブラシ帯電器、Ｃ２・・第２の磁気ブラシ帯電器、３０・４０・・マグネットローラ（磁界発生手段）、３１・４１・・スリーブ（回転導電部材）、Ｍ・・導電性磁性粒子、Ｎ１・Ｓ１・・感光ドラムに対向する磁極、Ｎ１Ｐ・Ｓ１Ｐ・・感光ドラムに対向する磁極Ｎ１・Ｓ１のピーク位置

Claims

移動可能な像担持体と、
磁性粒子を保持しながら前記像担持体との対向部において前記像担持体の移動方向と逆方向に回転する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の内側に配され、磁性粒子を保持するための磁力を発生する複数の磁極を有する第１の磁性部材と、を有し、前記第１の保持部材の表面に担持した磁性粒子を前記像担持体に接触させることによって前記像担持体を帯電させる第１の帯電装置と、
前記第１の帯電装置よりも前記像担持体の移動方向下流側に前記第１の帯電装置に近接して配され、磁性粒子を保持しながら前記第１の保持部材と同じ方向に回転する第２の保持部材と、前記保持部材の内側に配され、磁性粒子を保持するための磁力を発生する複数の磁極を有する第２の磁性部材と、を有し、前記第２の保持部材の表面に担持した磁性粒子を前記像担持体に接触させることによって、前記第１の帯電装置によって帯電された前記像担持体を再帯電する第２の帯電装置と、
を有する画像形成装置であって、
前記第１の磁性部材は、第１の磁極と、前記第１の磁極と同極性の第２の磁極と、前記像担持体に対して最近接する第３の磁極とを備え、前記第３の磁極は前記第１の保持部材と前記像担持体との最近接位置よりも前記第１の保持部材の回転方向上流側に配置され、
前記第２の磁性部材は、前記第１の磁極と対向するように配置され、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の回転に伴い前記第２の保持部材から前記第１の保持部材へ磁性粒子が移動するような磁場を形成する前記第１の磁極と逆極性の第４の磁極と、前記第２の磁極と対向するように配置され、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材の回転に伴い前記第１の保持部材から前記第２の保持部材へ磁性粒子が移動するような磁場を形成する前記第４の磁極と同極性の第５の磁極と、前記像担持体に対して最近接する第６の磁極とを備え、前記第６の磁極は前記第２の保持部材と前記像担持体との最近接位置よりも前記第２の保持部材の回転方向下流側に配置されることを特徴とする画像形成装置。
前記第２の保持部材に保持される磁性粒子の層厚を規制するブレードを有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記第１の帯電装置及び前記第２の帯電装置に帯電バイアスを印加する電源を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。