JP3287792B2

JP3287792B2 - 帯電装置及び画像形成装置

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Publication number: JP3287792B2
Application number: JP22947497A
Authority: JP
Inventors: 康則児野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 2002-06-04
Anticipated expiration: 2017-08-26
Also published as: US6035162A; JPH1165229A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電装置及び画像
形成装置に関する。

【０００２】より詳しくは、電圧を印加した帯電器を被
帯電体に接触させて被帯電体を帯電（除電も含む）する
接触帯電方式の帯電装置、該帯電装置を用いた画像形成
装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】例えば、電子写真方式・静電記録方式等
の複写機・プリンタなど、電子写真感光体・静電記録誘
電体等の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
においては、被帯電体としての像担持体を一様に帯電処
理する手段機器として従来一般にコロナ帯電装置が利用
されていた。

【０００４】これは、コロナ帯電器を被帯電体に非接触
に対向配設し、高圧を印加したコロナ帯電器から発生す
るコロナシャワーに被帯電体面をさらすことで被帯電体
面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

【０００５】近年は、コロナ帯電装置よりも低オゾン・
低電力等の利点を有することから、中・低速機種の画像
形成装置などには接触帯電装置が実用されるようになっ
てきている。

【０００６】これは、被帯電体に、所定の電圧を印加し
た帯電器を当接させ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。接触帯電器は導電性の部材であ
り、弾性ローラ（ローラ帯電器）、ブレード（ブレード
帯電器）、磁気ブラシ（磁気ブラシ帯電器）、ファーブ
ラシ（ファーブラシ帯電器）等の形態のものが用いられ
る。

【０００７】磁気ブラシ帯電器は、給電電極を兼ねる回
転或は非回転の担持部材に磁気拘束して担持させた導電
性磁性粒子の磁気ブラシ部を有し、該磁気ブラシ部を被
帯電体に接触させ、担持部材に給電するものである。

【０００８】ファーブラシ帯電器は、給電電極を兼ねる
回転或は非回転の担持部材に担持させた導電性繊維のブ
ラシ部を有し、該導電性繊維ブラシ部を被帯電体に接触
させ、担持部材に給電するものである。

【０００９】磁気ブラシ帯電器やファーブラシ帯電器は
帯電、接触の安定性という点から好ましく用いられる。

【００１０】接触帯電には、放電現象による帯電が支配
的である系と、被帯電体面に対する電荷の直接注入（充
電）による帯電が支配的である系（電荷注入接触帯電方
式）がある。

【００１１】電荷注入接触帯電方式については例えば特
開平６−３９２１号公報に開示されている。これは上記
のような接触帯電器に電圧を印加し、表面に電荷注入層
を設けた、被帯電体としての感光体上のフロート電極に
該感光体面に接触させた接触帯電器から電荷を注入して
帯電を行なう方法である。具体的には、特開平６−３９
２１号公報では、電荷注入層として、感光体表面にアク
リル樹脂に導電フィラー（導電性粒子）であるアンチモ
ンドープで導電化したＳｎＯ₂ を分散したものを塗工し
て用いることが可能であるとの記述がある。

【００１２】このような電荷注入接触帯電方式は、放電
現象を用いないため、所望する感光体表面電位に等しい
直流電圧を接触帯電器に印加することで感光体を該所望
の表面電位に帯電可能であり、またオゾンの発生もな
い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】接触帯電装置におい
て、接触帯電器に対する印加電圧は、直流電圧（ＤＣバ
イアス）のみとする「ＤＣ印加方式」と、ＤＣバイアス
と交流電圧（ＡＣバイアス）を重畳した振動電圧（時間
とともに電圧値が周期的に変化する電圧）を印加する
「ＡＣ印加方式」がある。

【００１４】ＤＣ印加方式の場合、接触帯電器の汚染や
変性、環境変動等に起因する抵抗上昇の影響が帯電不良
となって現れやすい。これに比べて、ＡＣ印加方式の場
合は、ＡＣバイアスを印加し高電位差を生むことで、高
抵抗化した接触帯電器であっても、帯電均一性・環境安
定性がある。

【００１５】しかしながら、ＡＣ印加方式の場合も、Ａ
Ｃバイアスを印加したことに起因する被帯電体表面の細
かな電位ムラの帯電不良があり、被帯電体としての像担
持体の帯電を接触帯電方式・ＡＣ印加方式にした電子写
真装置等の画像形成装置においては、このＡＣバイアス
を印加したことに起因する細かな電位ムラによる「かぶ
り」（ＡＣかぶり）が出力画像に発生して記録画像の品
質を低下させることがある。

【００１６】「かぶり」とは、本来非画像部（白紙部）
であるはずのところが、わずかに現像され画像部との光
学的コントラストをそこなう画像不良である。

【００１７】電荷注入による接触帯電方式においては、
接触帯電器から被帯電体に直接電荷を注入し帯電を行な
うため、印加バイアスに対してリニアに被帯電体を帯電
することができる。即ち、帯電器に印加する直流電圧と
被帯電体の電位との関係がほぼ比例関係となる。従っ
て、ＤＣバイアスのみでも帯電可能であるが、画像形成
装置にあっては繰り返し印字することにより接触帯電器
が徐々に汚染されていく等により抵抗上昇して帯電不良
による画像不良が発生する。ＡＣ印加方式にすること
で、高抵抗化した接触帯電器であっても、帯電均一性・
環境安定性を具備させることが可能となるが、その反
面、ＡＣバイアスを印加したときはＡＣバイアスに起因
する像担持体表面の細かな電位ムラを生じて画像ムラや
かぶりを生じ画像品質を低下させることがある。即ち、
電荷注入接触帯電方式においては接触帯電器に印加され
る電圧とほぼ等しい電位に被帯電体が帯電されるため、
ＡＣバイアスを重畳して迅速に安定して帯電を行おうと
すると微小な電位ムラを生じやすい。

【００１８】本発明は、電荷注入接触帯電方式・ＡＣ印
加方式の帯電装置、該帯電装置を使用した画像形成装置
について、接触帯電器にＡＣバイアスを印加したことに
起因する被帯電体表面の細かな電位ムラの帯電不良を抑
制すること、画像形成装置にあっては、接触帯電器にＡ
Ｃバイアスを印加したことに起因する像担持体表面の細
かな電位ムラによる出力画像の画像ムラやかぶりをなく
して、高品位な画像形成を長期に渡り安定に維持させる
ことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、１×１０^９〜１×１０^１４Ωｃｍの表面層を備え
る被帯電体に対して電荷を注入して帯電するために前記
被帯電体に接触可能な帯電器であって、直流電圧と交流
電圧を重畳した電圧が印加される帯電器を有する帯電装
置において、前記被帯電体及び前記帯電器の時定数をτ
（ｓｅｃ）、前記交流電圧の周波数をf（Ｈｚ）、前記
交流電圧の実効電圧をＶ_ＡＣ（Ｖ）、とするとき

【００２０】

【外３】かつ２Ｖ_ＡＣ≧２００を満たすことを特徴とする帯電装
置である。

【００２１】又、本発明は、１×１０^９〜１×１０
^１４Ωｃｍの表面層を備える像担持体と、前記像担持体
に像を形成する像形成手段と、を有し、前記像形成手段
は、前記像担持体に対して電荷を注入して帯電するため
に前記像担持体に接触可能な帯電器であって、直流電圧
と交流電圧を重畳した電圧が印加される帯電器を備える
画像形成装置において、前記像担持体及び前記帯電器の
時定数をτ（ｓｅｃ）、前記交流電圧の周波数をf（Ｈ
ｚ）、前記交流電圧の実効電圧をＶ_ＡＣ（Ｖ）、とする
とき

【００２２】

【外４】かつ２Ｖ_ＡＣ≧２００を満たすことを特徴とする画像形
成装置である。

【００２３】

【発明の実施の形態】

〈実施形態例１〉（図１〜図７）（１）画像形成装置例の概略図１は本発明に従う画像形成装置例の概略構成図であ
る。本例の画像形成装置は、転写式電子写真方式・プロ
セスカートリッジ着脱方式のレーザービームプリンタで
ある。

【００２４】１は像担持体（被帯電体）としての回転ド
ラム型の電子写真感光体であり、中心支軸を中心に矢印
の時計方向ａに所定の周速度（プロセススピード）、本
例では１００ｍｍ／ｓｅｃをもって回転駆動される。本
例の感光体は表面に電荷注入層を設けたＯＰＣ感光体
（有機感光体）である。これについては（３）項で詳述
する。

【００２５】２は該感光体１に対する接触帯電器であ
り、本例は矢示の時計方向ｂに回転駆動されるスリーブ
回転タイプの磁気ブラシ帯電器である。これについては
（４）項で詳述する。

【００２６】この磁気ブラシ帯電器２に帯電バイアス印
加電源Ｓ１から帯電バイアスとして所定の直流バイアス
と交流バイアスの重畳電圧が印加され（ＡＣ印加方
式）、回転感光体表面が所定の極性・電位に電荷注入方
式で接触帯電処理される。本例においてはほぼ−７００
Ｖに帯電処理される。

【００２７】その回転感光体１の帯電処理面に対して露
光器としてのレーザースキャナ７によりレーザービーム
走査露光Ｌがなされて目的の画像情報に対応した静電潜
像が形成される。レーザースキャナ７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変調されたレ
ーザー光Ｌを出力する。７ａはレーザースキャナ７から
の出力レーザー光Ｌを回転感光体１の画像露光部に偏向
するミラーである。

【００２８】その回転感光体面の静電潜像が現像器３に
よりトナー画像として現像される。本例の場合は反転現
像器であり、静電潜像の露光明部にトナーが付着して潜
像の現像がなされる。３ａは回転現像スリーブ、３ｂは
該現像スリーブ内に挿入配設したマグネットローラ、Ｓ
２は現像スリーブ３ａに対する現像バイアス印加電源で
ある。現像スリーブ３ａは感光体１の表面と０．３ｍｍ
隔てて対向しており、矢示の反時計方向に回転駆動され
てその周面に負に摩擦帯電されたトナーが薄層として塗
布されて感光体との対向部（現像部）へ搬送される。現
像スリーブ３ａには現像バイアス印加電源Ｓ２により、
本例の場合は、−５００ＶのＤＣ電圧と、周波数２．０
ＫＨｚ、ピーク間電圧１．６ｋＶのＡＣ電圧を重畳した
現像バイアスを印加することで、感光体１の静電潜像の
露光明部に現像スリーブ３ａ側のトナーが電界により選
択的に付着して静電潜像のトナー現像がなされる。

【００２９】回転感光体１面のトナー画像は感光体１と
転写器４との対向部である転写部Ｔにおいて、該転写部
Ｔに不図示の給紙機構部から所定のタイミングで給紙さ
れた記録材（転写材）Ｐに対して転写される。転写器４
は本例の場合は感光体に当接させた転写ローラであり、
この転写ローラ４に転写バイアス印加電源Ｓ３からトナ
ーの帯電極性とは逆極性の所定電圧の転写バイアスが印
加されて、転写部Ｔに導入された記録材Ｐの表面側に感
光体１面側のトナー画像が静電的に転写される。

【００３０】転写部Ｔを通ってトナー画像の転写を受け
た記録材Ｐは回転感光体面から分離されて定着器５に導
入され、トナー画像の定着処理を受けてプリントとして
出力される。

【００３１】また記録材分離後の回転感光体の面はクリ
ーニング器６により転写残りトナー等の付着残留物の除
去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。

【００３２】（２）プロセスカートリッジ１０１０はプリンタ本体内の所定の部位に対して着脱自在に
装着されるプロセスカートリッジである。本例のもの
は、像担持体としての感光体１と、接触帯電部材として
の磁気ブラシ帯電器２と、現像器３と、クリーニング器
６の４つのプロセス機器を所定の相互配置関係をもって
一体的にカートリッジ筐体内に組み付けてプロセスカー
トリッジ１０としてある。カートリッジは、帯電器２、
現像器３、クリーニング器６のうちの少なくとも１つ
と、感光体１と、を備えるのが良い。

【００３３】このプロセスカートリッジ１０をプリンタ
本体内の所定の部位に対して装着することで、該プロセ
スカートリッジ１０とプリンタ本体側とが機械的・電気
的に所定に結合状態になり、プリンタが画像形成動作可
能状態になる。８・８はプロセスカートリッジ１０の着
脱ガイド部材兼保持部材である。

【００３４】（３）感光体１（図２）本例で使用の感光体１は前述したように、表面に電荷注
入層を設けたＯＰＣ感光体（有機感光体）である。

【００３５】図２は該感光体１の層構成模型図である。
１１はアルミニウム製のドラム基体（Ａ１ドラム基体）
であり、その上に、下引き層１２、正電荷注入防止層１
３、電荷発生層１４、電荷輸送層１５を順次に重ねて塗
工することで一般的なＯＰＣ感光体層を形成し、更にそ
の上に電荷注入層１６を塗布して形成具備させたもので
ある。

【００３６】本例における電荷注入層１６は、光硬化型
のアクリル樹脂に、導電性粒子としてのＳｎＯ₂ 超微粒
子１６ａ（径が約０．３μｍ）、４フッ化エチレン樹脂
（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。電荷注
入層１６の体積抵抗率としては１×１０⁹ 〜１×１０¹⁴
（Ω・ｃｍ）の範囲が適当である。電荷注入層の体積抵
抗率の測定は、横河ヒューレットパッカード社のＨＩＧ
ＨＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥＭＥＴＥＲ４３２９Ａに
ＲＥＳＩＳＴＩＶＩＴＹＣＥＬＬ１６００８Ａを接
続して１００Ｖを印加してシート状のサンプルを測定し
た。

【００３７】感光体層はＣｄＳや、Ｓｉ，Ｓｅなど無機
物半導体を用いることもできる。

【００３８】（４）磁気ブラシ帯電器２（図３）図３の（ａ）は帯電回路系の構成模型図、（ｂ）はその
等価回路図である。

【００３９】本例の接触帯電部材としての磁気ブラシ帯
電器２はスリーブ回転タイプのものである。この磁気ブ
ラシ帯電器２は、固定支持させたマグネットローラ２ａ
と、このマグネットローラ２ａの外回りに同心に回転自
由に外嵌させた、表面の平均粗さＲａ１．２μｍの非磁
性の導電性帯電スリーブ２ｂと、この帯電スリーブ２ｂ
の外周面に帯電スリーブ内部のマグネットローラ２ａの
磁力により吸着保持させて形成させた導電性磁性粒子の
磁気ブラシ層２ｃからなる。

【００４０】マグネットローラ２ａは帯電スリーブ表面
上で半径方向の磁束密度のピークが６００Ｇを発生する
磁極を４極有するものを使用し、感光体１側に一つの磁
極が向くようにマグネットローラ２ａを固定支持させ
た。

【００４１】磁気ブラシ層２ｃを構成させる導電性磁性
粒子は、所定の抵抗値、形状及び磁気特性を有する必要
がある。例えば、平均粒径が３０μｍ、体積抵抗がおよ
そ５×１０⁷ （Ωｃｍ）のフェライト粒子であり、飽和
磁化が６０（Ａ・ｍ² ／ｋｇ）のものを使用した。

【００４２】導電性磁性粒子の体積抵抗率の測定は、底
面積２２８ｍｍ² の筒状の容器に導電性磁性粒子を２ｇ
充填して１５Ｋｇで加圧し、上下から１００Ｖの電圧を
印加してこの系に流れる電流から算出し正規化したもの
で定義した。この時、試料の高さは、およそ３ｍｍであ
り、電界は、３．３×１０² （Ｖ／ｃｍ）印加されてい
る。

【００４３】導電性磁性粒子としては、フェライト、マ
グネタイトなど磁性金属粒子や、またこれらの磁性粒子
を樹脂で決着したものも使用可能である。体積抵抗率は
１×１０⁷ 〜１×１０⁹ Ωｃｍのものが適当である。粒
径については５〜５０μｍが適性であった。また、複数
の磁性粒子を混合し用いることで帯電性の向上も図るこ
とが可能である。本発明において帯電ニップの構成、導
電性磁性粒子の抵抗、粒径は磁気ブラシを構成したとき
に、帯電器全体として後述するある一定の条件を満足す
るように適切な特性をもつ必要がある。

【００４４】導電性磁性粒子の平均粒径は、水平方向最
大弦長で示し、測定法は顕微鏡法により、粒子３００個
以上をランダムに選び、その径を実則して算術平均をと
ることによって算出した。

【００４５】導電性磁性粒子の磁気特性測定には理研電
子株式会社の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ−
５０を用いることができる。この際、直径（内径）６．
５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状の容器に導電性磁性粒子
を荷重約２ｇ重程度で充填し、容器内で粒子が動かない
ようにしてそのＢ−Ｈカーブから飽和磁化を測定する。

【００４６】而して、上記の磁気ブラシ帯電器２を、感
光体１と略並行にして、帯電スリーブ２ｂの表面と感光
体１の表面との離間距離が０．５ｍｍになるように長手
方向の端部をスぺーサ部材（不図示）を介して感光体の
端部表面に当接して配設することで、磁気ブラシ層２ｃ
を感光体１面に所定幅の帯電部（帯電ニップ部）ｎを形
成させて接触させてある。

【００４７】帯電スリーブ２ｂは帯電部ｎにおいて感光
体１の回転方向ａとは逆方向である矢示の時計方向ｂに
感光体１の回転周速度１００ｍｍ／ｓｅｃと同じ周速度
で回転駆動され、これに伴い磁気ブラシ層２ｃも同方向
に回転して感光体１面を摺擦する。

【００４８】また、本発明においてこの導電磁性粒子に
より、磁気ブラシを構成したときの磁気ブラシ抵抗は、
１００Ｖ印加でおよそ１×１０⁶ Ω、１０００Ｖ印加で
およそ１×１０⁵ Ωであった。抵抗の測定は、感光体の
代わりにアルミのシリンダーに磁気ブラシを同条件で当
接しアルミシリンダーと磁気ブラシ間に所定の電圧を印
加して測定した。この磁気ブラシ帯電器の幅は２３ｃｍ
であった。このようにして測定した磁気ブラシの抵抗
は、１×１０⁴ 〜１×１０⁷ Ωが好ましい。

【００４９】そして帯電時に該磁気ブラシ帯電器２の帯
電スリーブ２ｂに対して帯電バイアス印加電源Ｓ１からＤＣバイアス；−７００ＶＡＣバイアス；実効電圧５００Ｖ、周波数２０００Ｈ
ｚ、矩形波の重畳電圧が印加されることで、磁気ブラシ層２ｃの導
電性磁性粒子を通して帯電部ｎにおいて感光体１の電荷
注入層１６に電荷が注入（充電）され、感光体表面は磁
気ブラシ帯電器２に対する上記印加帯電バイアスのＤＣ
バイアスとほぼ同電位に帯電される。

【００５０】電荷注入帯電は、中抵抗の接触帯電部材で
中抵抗の表面抵抗を持つ被帯電体（感光体）表面に電荷
注入を行なうものであり、本例においては感光体表面材
質の持つトラップ電位に電荷を注入するものではなく、
電荷注入層１６の導電性粒子（ＳｎＯ₂ ）１６ａに電荷
を充電して帯電を行なう方式であり、図３の（ｂ）の等
価回路のように、電荷輸送層１５を誘電体とし、アルミ
ニウムドラム基体１１と、電荷注入層１６内の導電性粒
子１６ａを両電極板とする微小なコンデンサーに対し
て、接触帯電部材２で電荷を充電する理論に基づくもの
である。この際、導電性粒子１６ａは互いに電気的には
独立であり、一種の微小なフロート電極を形成してい
る。このため、マクロ的には感光体表面は均一電位に充
電、帯電されているように見えるが、実際には微小な無
数の充電された導電性粒子であるＳｎＯ₂ が感光体表面
を覆っているような状況となっている。このため、レー
ザー光によって画像露光Ｌを行なっても、露光暗部では
それぞれのＳｎＯ₂ 粒子１６ａは電気的に独立なため、
静電潜像を保持することが可能になる。

【００５１】（５）装置の帯電特性電荷注入による帯電方式において、被帯電体としての感
光体１の帯電特性は、接触帯電器２に直流電圧を印加し
たときの感光体電位の上昇する過程を観測することによ
り把握することができる。

【００５２】実際の帯電過程を等価回路に当てはめて考
えると、図３の（ａ）における電源Ｓ１−磁気ブラシ帯
電器２−感光体１の帯電系は、図３の（ｂ）の等価回路
のように、感光体１はコンデンサとして、磁気ブラシ帯
電器２は抵抗として表され、帯電はこのコンデンサと抵
抗の直列回路に従い充電が行なわれると考えることがで
きる。

【００５３】そこで、接触帯電器としての磁気ブラシ帯
電器２を介して被帯電体としての感光体１に印加する直
流電圧をＶ（Ｖ）、時定数をτ（ｓｅｃ）、印加後経過
時間をｔ（ｓｅｃ）とするとき、感光体１の充電電圧Ｖ
ｄ（Ｖ）は以下の式で表される。

【００５４】Ｖｄ＝Ｖ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））…（１）式または、１ｎ｜Ｖ−Ｖｄ｜＝−ｔ／τ＋１ｎＶ…（２）式（２）式から１ｎ｜Ｖ−Ｖｄ｜とｔの関係において直線
関係が得られることが予測できる。

【００５５】図４の（ａ）は、磁気ブラシ帯電器２のス
リーブ２ｂに直流電圧のみを印加し感光体１を複数回連
続して回転したときの感光体表面の電位が上昇していく
経過を示している。周回を重ねる毎に表面電位が増加し
ていくことが確認できる。

【００５６】感光体１の帯電は磁気ブラシ帯電器２に接
触している間のみ断続的に行われるため、時間に対し帯
電現象を捕らえるためには正味の帯電時間を計算する必
要がある。図４の（ｂ）は磁気ブラシ帯電器２と感光体
１との接触部である帯電ニップ部内通過時間ｔｎｉｐ
（ｓｅｃ）を感光体周回ごとに累積することによりバイ
アス印加からの帯電時間を求めた。

【００５７】帯電ニップ部通過時間ｔｎｉｐは感光体１
の周速度Ｖｐｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）と正味の帯電ニップ部
巾Ｌｎｉｐ（ｍｍ）から、ｔｎｉｐ＝Ｌｎｉｐ／Ｖｐｓ
で求められる。

【００５８】また、帯電ニップ部巾Ｌｎｉｐ巾に関し
て、磁気ブラシ帯電器２の磁気ブラシ層２ｃと感光体１
の接触は周方向について不均一であるため、正味の帯電
に寄与する帯電ニップ部巾は見かけ接触しているニップ
巾より狭い。

【００５９】ここでは帯電（充電）が生じる時間を正確
に定義する。

【００６０】正味の帯電ニップ幅を求めるために、ドラ
ムを強固に摺擦し、削れた形状からニップを決定するこ
とにする。具体的には、感光ドラムそのもの、あるい
は、同種のたとえばポリカーボネート表層のドラム形状
のものを、それ自体は回転せず固定し、帯電ブラシのみ
回転させ摺擦することで、ドラムを強制的に削る。その
後たとえばＫｏｓａｋａＬａｂ社製の表面粗さ計から、
ドラム表面の削れプロファイルを計測し実質的なニップ
を決めた。ドラムの長手方向の凹凸プロファイルを測定
するには、２次元平面上の凹凸を測定する２次元表面粗
さ計を用いることが望ましい。また、円筒状であるドラ
ムの正味の削れ量を測定するには、ドラムニップに一部
マスク部分を作り全く削れない場所と隣り合わせに摺擦
部を作り、その差として求めることにより、削れ量を正
確に計測することができた。さらにその幅を決めるとき
の配慮として、周方向位置に対し削れ量をプロットした
グラフにおいて、最大削れ量の１０％以上の削れ量が生
じている幅を持って、ニップ幅と決定した。本実施例の
構成において実際のニップ巾は１〜４ｍｍであった。

【００６１】そうして求められた帯電ニップ部通過時間
を感光体の周回毎累積することで帯電時間をもとめ、図
４の（ｂ）における縦軸は印加バイアスＶと感光体表面
電位Ｖｄの差の絶対値の自然対数、つまり（２）式の左
辺１ｎ｜Ｖ−Ｖｄ｜を計算し、プロットした。図４の
（ｂ）のグラフよりほぼ直線関係が得られているので、
帯電の過程が前述の等価回路に従い起きていることが確
認できる。

【００６２】図４の（ｂ）の関係から充電過程の時定数
τを求めることができる。こうして求められた時定数τ
は後述するかぶり除去のための構成を設定するために重
要な値である。

【００６３】前述の通り、従来電荷注入による帯電方式
においてＤＣ＋ＡＣの重畳バイアスを用いる場合はＡＣ
バイアスによる電位ムラが生じ画像中にかぶりが生じる
という問題がある。この帯電方式では接触帯電器である
磁気ブラシ帯電器２に印加したバイアスに等しい電位に
感光体１を帯電できるため、ＡＣバイアスのムラを感光
体１に与えやすい構成になっている。実際その周期が画
像記録上充分小さい場合においても、微小な帯電ムラを
生じているためかぶりとなって現れると考えられる。

【００６４】本発明では電荷注入による帯電方式が前述
の抵抗とコンデンサの時定数を有する帯電特性を持つこ
とを利用し、感光体表面に与える電位変動を一定量以下
に抑える構成をとる。

【００６５】前述の等価回路において、帯電器への印加
バイアスとして理想的な矩形波を考えて定常的に発生す
る電圧変化分ΔＶ（感光体表面の電位振れ幅）を求め
る。即ちΔＶは、ＡＣバイアスに起因する被帯電体表面
の細かな電位ムラを意味する。

【００６６】図９は帯電器への印加バイアスと、感光体
表面の帯電電位を作図したものである。これにおいてあ
る一つのパルス内Ａの領域の波形に注目し、以下の
（３′）式を導くことができる。

【００６７】

【外５】ここで、ＶＡＣ（Ｖ）は印加するＡＣバイアスの実効電
圧、ｆ（Ｈｚ）は印加ＡＣバイアスの周波数を、τ（ｓ
ｅｃ）は前述の方法で求められる帯電装置の時定数を示
す。（３′）式をΔＶについて解くと、次の（３）式を
導くことができる。

【００６８】

【外６】これらの関係は、ＡＣバイアスを矩形波として考えてい
るが、実際には三角波やｓｉｎ波の場合においても、適
応可能である。それ故、ＡＣバイアスの電圧を実効電圧
として算出している。

【００６９】図４の（ｂ）において、直線の傾きから時
定数τを決定するが、実際の充電過程は完全に線形では
ない。この場合、ここで用いるＡＣバイアスの実効値の
電圧量と等しい量の電位差（印加ＤＣバイアスと表面電
位の差）のときの接線の傾きから時定数を求める必要が
ある。

【００７０】本発明者の検討の結果、このようにして求
められる感光体表面の電位振れ巾ΔＶとかぶりの相関が
得られた。図５はこの感光体表面の電位振れ巾ΔＶとか
ぶりの関係をグラフに表わしたものである。

【００７１】かぶりは、記録前の記録紙の反射率と記録
後の非画像部の反射率の差をとり、数値化して評価し
た。かぶりとしては３〜４％を越えると急に目立つよう
になり、中間濃度部などで濃度が増加するなど画像劣化
を生じる。

【００７２】この図５のグラフから３．５％のときのΔ
Ｖを読むと５０（Ｖ）である。

【００７３】従って、 ΔＶ≦５０ …（４）式前述の式（３）とまとめると、

【００７４】

【外７】の条件がなりたつように印加ＡＣバイアスの周波数ｆや
実効電圧Ｖ_ACあるいは帯電系の時定数τを調整し、かぶ
りの低い良質の画像記録を実現する構成をとることがで
きる。

【００７５】磁気ブラシ帯電において、時定数は、感光
体の静電容量、磁気ブラシ抵抗から求めることも可能で
あるが、これらから求められる値は磁気ブラシの接触性
感光体に対する実質的接触状態や電界強度依存などが影
響し、実際の帯電電位を決定づけることが難しい。もち
ろん、磁気ブラシ抵抗や粒子特性、さらには磁気ブラシ
帯電器やドラムの外形などの形状などの因子も複雑にか
ぶりに関係するものであるが、本発明では、その中でも
関係の深い、実際的時定数、バイアス条件、プロセス速
度などのファクターをあわせることで、磁気ブラシ特有
のＡＣバイアスによるかぶりを改善するものである。

【００７６】次に、比較例とともに本発明の優位性を説
明する。

【００７７】表１は、比較例１とともに実施例１の時定
数、ＡＣ電圧の実効電圧の倍数、周波数、そして（３）
式から算出される感光体表面の電位振れ巾ΔＶ、及び実
際画像記録を行ったときのかぶりの数値をまとめたもの
である。

【００７８】

【表１】

【００７９】比較例１の条件においては周波数を１００
０Ｈｚに設定しているため、この時定数の帯電系では電
位ムラが大きく、ΔＶは６２Ｖ（図６）になり、かぶり
が４．７％に達し画像品質を損なう結果になった。

【００８０】一方、実施例１のΔＶは３１（図７）であ
り、（４）式を満足する。従って、かぶりも１．８％と
少なく良好な画像を得ることができた。

【００８１】以上、実施例１において、帯電系の時定数
τと、印加するＡＣ電圧から計算される感光体表面の電
位振れ巾ΔＶを５０Ｖ以下に構成することにより、ＡＣ
電圧による画像劣化を生じることのない優れた画像記録
が可能である。

【００８２】〈実施形態例２〉（図８）本例は、上記実施形態例１において、磁気ブラシ帯電器
２の磁気ブラシ層２ｃを構成させる導電磁性粒子を、体
積比抵抗１×１０⁸ （Ω・ｃｍ）、平均粒径４０（μ
ｍ）のものを用いて磁気ブラシ帯電器を構成し、帯電系
の時定数を０．００８秒に設定し、ＡＣバイアスに対し
かぶりを生じにくい構成をとっている。他の構成・条件
は実施形態例１と同様である。また、この導電磁性粒子
により、磁気ブラシを構成したときの磁気ブラシ抵抗
は、１００Ｖ印加でおよそ２×１０⁶Ω、１０００Ｖ印
加でおよそ４×１０⁵ Ωであった。

【００８３】先の比較例１及び本実施例２の感光体表面
の電位振れ巾ΔＶの計算結果をまとめ以下の表２に表わ
す。

【００８４】

【表２】

【００８５】比較例１において、ΔＶ＝６２Ｖ（図６）
であり、かぶりを生じているが、実施例２では帯電系の
時定数を０．００８秒と遅くすることで、ΔＶを３１Ｖ
（図８）に減少させ、かぶりを２．３％と適切な範囲に
まで減少することができた。

【００８６】帯電系の時定数を調節するためには、電源
Ｓ１−磁気ブラシ帯電器２−感光体１の帯電系の中で、
この系の抵抗あるいは静電容量を調節することにより同
様の効果が得られる。

【００８７】本実施例２では、実施例１に対して磁気ブ
ラシ層２ｃを構成する導電磁性粒子の抵抗と粒径を調整
したが、他にも、スリーブ２ｂと感光体１の間隔を調節
する、あるいは感光体容量を調節すること等により達成
される。

【００８８】導電磁性粒子の粒径も系全体の抵抗を左右
する。磁気ブラシ層２ｃを構成している導電磁性粒子と
感光体１の間には接触抵抗が存在し、小粒径の導電磁性
粒子ほど感光体１に密に接触できるため接触抵抗が小さ
い。

【００８９】本実施例２においては、粒子抵抗を高くし
た他に、粒径の大きな導電磁性粒子で磁気ブラシ層２ｃ
を構成したことにより、導電磁性粒子と感光体の接触抵
抗が増加し、帯電系全体の時定数を遅くしたものであ
る。

【００９０】またその他の手段として、電源Ｓ１と磁気
ブラシ帯電器２間に抵抗体を挿入し、電源Ｓ１−抵抗体
−磁気ブラシ帯電器２−感光体１という構成で、抵抗体
の抵抗値を調節し時定数を適切にすることも可能であ
り、同様の効果が得られる。

【００９１】しかし、時定数が大きすぎた場合、帯電ニ
ップ部ｎ通過後の帯電電位が充分得られないため、少な
くとも、帯電系の時定数が正味の帯電ニップ部通過時間
以下であるのが良い。望ましくは帯電ニップ部通過時間
の３分の１以下にするのが良い。

【００９２】〈実施形態例３〉本発明では、実施形態例
１や２に示したように、電荷注入接触帯電方式・ＡＣ印
加方式において、ＡＣバイアスに起因するかぶりを改善
することができる。また本発明では、繰り返しの印字時
にも帯電性を維持することが可能である。本実施形態例
では後者について、本発明の優位性を説明する。

【００９３】本例では、実施形態例２の構成において、
ＡＣバイアス条件を変更し、感光体表面の電位振れ巾Δ
Ｖを変化させた。

【００９４】以下の表３に、前記実施例１・２、比較例
１・２における３０００枚印字後のかぶりの測定結果と
ともに、本実施例３乃至実施例５の結果を示す。

【００９５】

【表３】

【００９６】比較例２では、磁気ブラシ帯電器２の磁気
ブラシ層２ｃを構成させる導電磁性粒子として、抵抗が
２×１０⁸ （Ω・ｃｍ）であり、粒径が５０（μｍ）の
ものを使用した。

【００９７】また、この導電磁性粒子により、磁気ブラ
シを構成したときの磁気ブラシ抵抗は、１００Ｖ印加で
およそ３×１０⁶ Ω、１０００Ｖ印加でおよそ８×１０
⁵ Ωであった。比較例２における、ΔＶは３Ｖであり、
印字初期においては、ＡＣバイアスによるかぶりを生じ
ないが、印字を繰り返す事により磁気ブラシ帯電器２の
抵抗はクリーニング器６をすり抜けたトナーの混入によ
り、帯電器が感光ドラムに接触する機会が阻害されると
ともに、徐々に帯電器の抵抗が上昇し帯電不良を生じる
ようになる。実際３０００枚の印字テストではかぶりは
２．８％であったが、帯電器へのトナーの混入により前
の画像の残像となるゴーストが発生した。

【００９８】一方、本実施例３、４、５及び実施例１、
２においてもΔＶは１００Ｖ以下であるため、初期にお
けるＡＣバイアスによるかぶりを生じることもなかっ
た。また繰り返しテストをした場合も、印加する２Ｖ_AC
が２００Ｖ以上であるため、ＡＣバイアスによる、トナ
ーの攪乱と揺動効果によりゴーストもなく良好な帯電性
を維持する事ができた。ゴーストの発生を防止するため
に２Ｖ_AC≧２００とするのが好ましい。

【００９９】〈その他〉１）本発明の帯電装置は、実施形態例の画像形成装置に
おける像担持体の帯電処理に限らず、広く被帯電体の接
触帯電処理手段として有効であることはもちろんであ
る。

【０１００】２）接触帯電器は実施形態例に示した磁気
ブラシ帯電器に限られず、ファーブラシ帯電器や導電性
ゴムや導電性スポンジを用いた帯電ローラ・帯電ブレー
ドなど他の接触帯電部材であってもよいし、回転しない
構成の帯電器であってもよい。

【０１０１】磁気ブラシ帯電器にしても、マグネットロ
ーラ２ａが回転するものや、マグネットローラ２ａの表
面を必要に応じて給電用電極として導電性処理してその
面に直接に導電性磁性粒子を磁気拘束させて磁気ブラシ
層２ｃを形成保持させ、マグネットローラを回転させる
構成のもの等にすることもできる。回転しないタイプの
磁気ブラシ帯電器とすることもできる。

【０１０２】３）被帯電体は注入帯電方式の場合には表
面層の体積抵抗率が１０⁹ 〜１０¹⁴Ω・ｃｍの層を持つ
ことが望ましい。像担持体としては、実施形態例のＯＰ
Ｃ感光体上にＳｎＯ₂ 等の導電性粒子を分散させた表層
（電荷注入層）をコーティングした感光体の他にも、α
−Ｓｉ（アモルファスシリコン、非晶質シリコン）の表
層を有する感光体など電荷注入帯電性を有するものを用
いることができる。ＣｄＳやＳｉ，Ｓｅなど無機物半導
体を用いる感光体も使用可能である。

【０１０３】４）画像形成装置における像担持体の帯電
面に対する情報書き込み手段としての画像露光手段は、
実施形態例で示した様な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。

【０１０４】また像担持体は静電記録誘電体などであっ
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。

【０１０５】静電潜像の現像方式・手段は任意であり、
実施形態例の反転現像でなく、正規現像方式であっても
勿論よい。

【０１０６】５）また、転写方法としては、実施形態例
に示したローラ転写だけでなく、ブレード転写やその他
の接触転写帯電方式、更に転写ドラムや転写ベルトや中
間転写体などを用いて、単色画像形成ばかりでなく多重
転写等により多色、フルカラー画像を形成する画像形成
装置にも適応可能な事は言うまでもない。

【０１０７】６）接触帯電器に対する印加帯電バイアス
の交流バイアス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。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交流電
圧であってもよい。従って接触帯電器に印加される交流
電圧と直流電圧との重畳電圧は、交流電源を用いること
なく直流電源だけを用いて形成しても良い。このように
交流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。

【０１０８】７）プロセスカートリッジ１０は実施形態
例のものに限らず、任意の作像プロセス機器の組み合わ
せをもって構成することができる。

【０１０９】８）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・現像の工程手段により所要の画像情報に対応
したトナー像を形成させ、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、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もある。本発明
の画像形成装置にはこのような画像表示装置も含む。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
触帯電器にＡＣバイアスを印加したことに起因する被帯
電体表面の細かな電位ムラの帯電不良を抑制することが
できるとともに、帯電器へのトナーの混入による帯電不
良も防止することができ、画像形成装置やプロセスカー
トリッジにあっては、接触帯電器にＡＣバイアスを印加
したことに起因する像担持体表面の細かな電位ムラによ
る出力画像の画像ムラやかぶりをなくして、高品位な画
像記録を長期に渡り安定に維持させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における画像記録装置の構成略
図。

【図２】感光体の層構成模型図。

【図３】（ａ）は帯電回路系の模型図、（ｂ）はその等
価回路図。

【図４】（ａ）は帯電時の感光体表面電位の経過を表わ
すグラフ、（ｂ）は帯電特性グラフ。

【図５】ΔＶとかぶりの関係を表わすグラフ。

【図６】比較例１の電位ムラ計算結果。

【図７】実施例１の電位ムラ計算結果。

【図８】実施例２の電位ムラ計算結果。

【図９】帯電器への印加バイアスと、感光体表面電位と
の関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１被帯電体としての像担持体（電子写真感光体）２接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電器２ａマグネットローラ２ｂ帯電スリーブ２ｃ磁気ブラシ層３現像器４転写器（転写ローラ）５定着器６クリーニング器７露光器（レーザービームスキャナ）１０プロセスカートリッジＳ１〜Ｓ３バイアス印加電源

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】１×１０^９〜１×１０^１４Ωｃｍの表
面層を備える被帯電体に対して電荷を注入して帯電する
ために前記被帯電体に接触可能な帯電器であって、直流
電圧と交流電圧を重畳した電圧が印加される帯電器を有
する帯電装置において、前記被帯電体及び前記帯電器の時定数をτ（ｓｅｃ）、前記交流電圧の周波数をf（Ｈｚ）、前記交流電圧の実効電圧をＶ_ＡＣ（Ｖ）、とするとき【外１】かつ２Ｖ_ＡＣ≧２００を満たすことを特徴とする帯電装
置。
【請求項２】前記帯電器は、前記被帯電体に接触可能
な磁性粒子の磁気ブラシを備えることを特徴とする請求
項１の帯電装置。
【請求項３】前記帯電器は、前記被帯電体に接触可能
な繊維ブラシを備えることを特徴とする請求項１の帯電
装置。
【請求項４】前記表面層は、絶縁体と、この絶縁体に
分散される導電粒子と、を備えることを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかの帯電装置。
【請求項５】前記導電粒子はＳｎＯ_２であることを
特徴とする請求項４の帯電装置。
【請求項６】１×１０^９〜１×１０^１４Ωｃｍの表
面層を備える像担持体と、前記像担持体に像を形成する
像形成手段と、を有し、前記像形成手段は、前記像担持
体に対して電荷を注入して帯電するために前記像担持体
に接触可能な帯電器であって、直流電圧と交流電圧を重
畳した電圧が印加される帯電器を備える画像形成装置に
おいて、前記像担持体及び前記帯電器の時定数をτ（ｓｅｃ）、前記交流電圧の周波数をf（Ｈｚ）、前記交流電圧の実効電圧をＶ_ＡＣ（Ｖ）、とするとき【外２】かつ２Ｖ_ＡＣ≧２００を満たすことを特徴とする画像形
成装置。
【請求項７】前記帯電器は、前記像担持体に接触可能
な磁性粒子の磁気ブラシを備えることを特徴とする請求
項６の画像形成装置。
【請求項８】前記帯電器は、前記像担持体に接触可能
な繊維ブラシを備えることを特徴とする請求項６の画像
形成装置。
【請求項９】前記表面層は、絶縁体と、この絶縁体に
分散される導電粒子と、を備えることを特徴とする請求
項６乃至８のいずれかの画像形成装置。
【請求項１０】前記導電粒子はＳｎＯ_２であること
を特徴とする請求項９の画像形成装置。
【請求項１１】前記像担持体は、前記表面層の内側に
電子写真感光層を備えることを特徴とする請求項６乃至
１０のいずれかの画像形成装置。