(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
担持体に磁性粒子を磁気力で拘束し磁気ブラシとして付着保持させ、該磁気ブラシを被帯電体に接触させ、該担持体に電圧を印加して被帯電体を帯電する帯電部材を備えた帯電装置において、
上記帯電部材として、導電性担持体の表面に導電性の凹凸部を有し、その凹部及び凸部の間隔は、上限値が２００μｍで、下限値が表面の凹凸部でキャリアを汲み上げて該凹凸部に沿った磁気ブラシの穂を形成できる値である範囲内であり、該凹凸部に沿って磁気ブラシが形成されることで該磁気ブラシの粗密のコントロールが可能な帯電部材を用い、
上記凹凸部に沿って穂間間隔が２００μｍ以下の磁気ブラシの穂を形成することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１の帯電装置において、
上記担持体面の凹部が、該担持体の軸方向に延在する複数個の溝であることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項１の帯電装置において、
上記担持体面の凹部が、該担持体面の軸方向及び円周方向に延在する複数個の溝であることを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１の帯電装置において、
上記担持体面の凹凸部が、サンドブラスト処理により形成されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかの帯電装置において、
上記磁性粒子の体積抵抗率が１０３Ωｃｍ以上であることを特徴とする帯電装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかの帯電装置において、
上記担持体が回転可能なスリーブであり、該スリーブ内に配設した固定マグネットロールの磁気力で磁性粒子がスリーブ外面に拘束されて磁気ブラシとして付着保持されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかの帯電装置において、
上記担持体が回転可能なマグネットロールであり、該ロールの外面に直接に磁性粒子が磁気力で拘束されて磁気ブラシとして付着保持されていることを特徴とする帯電装置。
【請求項８】
像担持体を帯電する工程を含む作像プロセスにより画像形成を実行する画像形成装置であり、像担持体の帯電装置が請求項１乃至７の何れかの帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体を帯電処理するための、接触式の帯電部材、該帯電部材を用いた帯電装置、該帯電部材ないしは帯電装置を具備した画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、電子写真や静電記録方式の画像形成装置においては、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の帯電手段としては非接触系であるコロナ帯電器が多用されていた。これは、該コロナ帯電器を像担持体に非接触に対向させて配設し、高電圧（例えば、５〜８ｋＶ）を放電ワイヤ（金属ワイヤ）に印加して、放電ワイヤの周辺に気体放電を生じさせ、その際発生する電荷イオン下に像担持体を曝すことで電荷イオンが吸着され、帯電が行われる。
【０００３】
このような従来の画像形成装置に用いられているコロナ帯電器は、被帯電体と機械的に接触することなく帯電させることができるため、帯電時に被帯電体を傷付けることがないという利点を有している。しかしながら、このコロナ帯電器は、放電ワイヤが露出しているという構造上、感電やリークの危険が伴なうこと、気体放電により被帯電体の表面が劣化し寿命が短くなること、また、気体放電に伴って発生するオゾンが人体に有害であることなどの欠点を有している。さらに、コロナ帯電器による帯電電位は温度、湿度に強く影響されるので、不安定であるという問題もある。また、通信端末機や情報処理装置のプリンタ内部に組み込まれる場合には、高電圧によるノイズ発生が大きな欠点となっている。
【０００４】
さらに、近年は、エコロジーが注目されるにつれて、低オゾン・低電力等の利点を有することから、上記コロナ帯電器のような非接触系である帯電装置に代わって、接触系の接触帯電装置が実用化されてきている。接触帯電装置としてはゴムローラ、固定ブラシ、ロール形状のファーブラシ、磁気ブラシなど、様々な部材がある。
【０００５】
例えば、接触部材としてローラを用いたローラ帯電方式は、特開昭６３−１４９６６９号公報等に開示されているように、帯電安定性が良好であるという利点を有するが、このような接触帯電においても、その本質的な帯電機構は接触帯電部材から被帯電体への放電現象を用いているため、微量のオゾンは発生する。また、環境の変化による帯電ローラ及び被帯電体の電気抵抗の変動により被帯電体の表面電位も変動が起こりやすく、さらに、放電による被帯電体表面の劣化等が顕著になり新たな問題点となっている。
【０００６】
そこで、環境変動の少ない接触帯電方式として特開平６−３９２７号公報、特願平５−６６１５０号等に、導電性の接触帯電部材に電圧を印加し、被帯電体の表面にあるトラップ準位に電荷を注入する電荷注入帯電方式が開示されている。
【０００７】
上記電荷注入帯電方式で用いられる接触帯電部材としては、磁気ブラシやファーブラシ等が用いられるが、ファーブラシは、長期使用、長期放置による毛倒れが生じた場合に帯電性が悪化してしまうという不具合がある。
また、電荷の授受を妨げないように帯電部材の抵抗はより低い方が好ましいが、接触帯電方式の場合、被帯電体上に傷やピンホール等の低圧欠陥部があり、かつ、帯電部材の抵抗が低いとリーク電流が生じ、電源電圧が降下して帯電不良となる。このため、実用上は帯電部材がある程度以上の抵抗を保持している必要がある。一方で、抵抗が高すぎると、帯電に必要な電流を流すことができず、電荷の注入性が落ちてしまうので、帯電部材を早回しする等の手段を用いて、帯電部材と被帯電体との接触機会を増やし、電荷の注入能力を確保する必要がある。
【０００８】
以上のように、注入帯電方式に用いる帯電部材としては、被帯電体と密に接触でき、かつ、被帯電体に対して周速差を持つことが可能な部材という観点から、磁気ブラシ、磁性流体などの磁気拘束系の帯電部材（磁気ブラシ帯電部材）が適している（特開昭５９−１３３５６９号、特開平４−２１８７３号、特開平４−１１６６７４号公報参照）。
【０００９】
磁気ブラシ帯電部材は、担持体に磁性粒子を磁気力で拘束して磁気ブラシとして付着させたもので、該磁気ブラシを被帯電体に接触させ、電圧を印加して被帯電体の帯電を行うものである。より具体的には、
▲１▼．磁気ブラシ担持体が回転可能なスリーブであり、該スリーブ内に配設した固定のマグネットロール（磁石）の磁気力で磁性粒子がスリーブ外面に拘束されて磁気ブラシとして付着保持されている形態のもの（スリーブ型）、
▲２▼．磁気ブラシ担持体が回転可能なマグネットロールであり、該ロールの外面に直接に磁性粒子が磁気力で拘束されて磁気ブラシとして付着保持されている形態のもの（磁性ローラ型）などである。
【００１０】
図１は、上記▲１▼のスリーブ型の磁気ブラシ帯電部材２ないしは帯電装置の構成模型図である。
【００１１】
２１は、磁気ブラシ担持体としてのアルミニウム等の非磁性の導電性スリーブ（電極スリーブ、導電スリーブ、帯電スリーブなどと称される）である。
【００１２】
２２は、スリーブ２１内に挿入配設した磁界発生手段としてのマグネットロールである。Ｎ・Ｓは該ロールの着磁部である。このマグネットロール２２は、非回転の固定部材であり、該マグネットロール２２の外回りをスリーブ２１が同心に矢示時計方向ｂに不図示の駆動機構で所定の周速度にて回転駆動される。
【００１３】
２３は、導電性の磁性粒子（以下、キャリアと記す）であり、スリーブ２１の外周面にスリーブ内部のマグネットロール２２の磁気力で拘束されて磁気ブラシ（導電磁気ブラシ）Ｂとして付着保持されている。
【００１４】
キャリア２３は、マグネットロール２２の磁気拘束力によりスリーブ２１の外面上で磁気的な穂立ちを形成し、これが集まってブラシ形状となっている。
【００１５】
Ｓ１は、スリーブ２１に対する帯電バイアス印加電源である。
【００１６】
１は、被帯電体であり、例えば、矢示の時計方向ａに所定のプロセススピードをもって回転駆動されるドラム型電子写真感光体である。
【００１７】
磁気ブラシ帯電部材２は、磁気ブラシＢを被帯電体１の面に接触させて帯電ニップ部（接触ニップ部）Ｄを形成させた状態にして配置される。
【００１８】
磁気ブラシＢは、スリーブ２１の回転に伴って同じ方向に回転搬送され、帯電ニップ部Ｄにおいて感光体１面を摺擦し、電源Ｓ１からスリーブ２１を介して磁気ブラシＢに印加された帯電バイアスにより、被帯電体としての感光体１面が接触方式で帯電処理される。帯電ニップ部Ｄにおいて、スリーブ２１の回転方向、それに伴う磁気ブラシＢの回転搬送方向は被帯電体としての感光体１の回転方向に対してカウンター方向としてある。また、帯電ニップ部Ｄにおいて、スリーブ２１及び磁気ブラシＢは静止した状態で、感光体１のみを回転させても良い。
【００１９】
スリーブ２１は、磁気ブラシＢの担持機能、搬送機能、帯電バイアス印加電極機能を担っている。
【００２０】
図２は、前記▲２▼の磁性ローラ型の磁気ブラシ帯電部材２ないしは帯電装置の構成模型図である。
【００２１】
マグネットロール２２は、駆動及び給電を兼ねた中心芯金２４を中心に矢示の時計方向ｂに不図示の駆動機構にて所定の周速度にて回転駆動される。マグネットロール２２の外周面は帯電バイアス印加電極（給電面）としての導電層２５で被覆してある。その導電層２５の外周面にキャリア２３をマグネットロール２２の磁気力で拘束して磁気ブラシＢとして付着保持させたものである。
【００２２】
磁気ブラシＢは、マグネットロール２２の回転に伴って同方向に回転搬送され、帯電ニップ部Ｄにおいて感光体１面を摺擦し、電源Ｓ１からマグネットロール２２の中心芯金２４に印加された帯電バイアスにより、被帯電体としての感光体１面が接触帯電処理される。マグネットロール２２の外周面に設けた導電層２５は磁気ブラシＢに帯電バイアスを安定して均一に給電する役目をする。
【００２３】
ところが、上述の図１や図２のような磁気ブラシ帯電部材２は、磁気ブラシＢが上記スリーブ２１又は導電層２５の表面にランダムに形成されるため、磁気ブラシＢの穂立ちの高さや穂間距離にばらつきが生じ、磁気ブラシＢに疎な部分が発生する。注入帯電にあっては、磁気ブラシＢと被帯電体１とが接触している帯電ニップ部Ｄで磁気ブラシＢに疎な部分が存在すると、被帯電体１にキャリア２３が接触しない部分ができて未帯電領域が発生したり、異常放電（火花放電）が発生するという不具合があった。
【００２４】
そして、例えば、この磁気ブラシ帯電部材２を、画像形成装置である電子写真式複写機等で用いた場合には、未帯電領域のある被帯電体としての感光体を使用すると、アナログ方式では画像部に白く抜けた部分が発生し、デジタル方式では非画像部にトナーが現像されるなど、それぞれ異常画像が発生してしまう。
また、異常放電が発生した場合には、感光体表面の放電部分だけ帯電電位が非常に高くなってしまい、放電部分の周辺が通常電位に帯電されていても、電位差が発生するため、アナログ方式ではこの放電部分にトナーが集中して付着し、その周辺部がリング状に白く抜けた画像が発生してしまう。また、デジタル方式では、画像部の電位が十分に下がらず、白く抜けた画像が発生してしまう。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、磁気ブラシの疎な部分の発生を防止し、被帯電体の帯電不良を防止するとともに、異常放電を防止することのできる磁気ブラシ帯電部材、該帯電部材を用いた帯電装置、該帯電装置を具備した装置を提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、担持体に磁性粒子を磁気力で拘束し磁気ブラシとして付着保持させ、該磁気ブラシを被帯電体に接触させ、該担持体に電圧を印加して被帯電体を帯電する帯電部材を備えた帯電装置において、上記帯電部材として、導電性担持体の表面に導電性の凹凸部を有し、その凹部及び凸部の間隔は、上限値が２００μｍで、下限値が表面の凹凸部でキャリアを汲み上げて該凹凸部に沿った磁気ブラシの穂を形成できる値である範囲内であり、該凹凸部に沿って磁気ブラシが形成されることで該磁気ブラシの粗密のコントロールが可能な帯電部材を用い、上記凹凸部に沿って穂間間隔が２００μｍ以下の磁気ブラシの穂を形成することを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の帯電装置において、上記担持体面の凹部が、該担持体の軸方向に延在する複数個の溝であることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１の帯電装置において、上記担持体の凹部が、該担持体面の軸方向及び円周方向に延在する複数個の溝であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１の帯電装置において、上記担持体面の凹凸部が、サンドブラスト処理により形成されていることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの帯電装置において、上記磁性粒子の体積抵抗率が１０３Ωｃｍ以下であることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかの帯電装置において、上記担持体が回転可能なスリーブであり、該スリーブ内に配設した固定マグネットロールの磁気力で磁性粒子がスリーブ外面に拘束されて磁気ブラシとして付着保持されていることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかの帯電装置において、上記担持体が回転可能なマグネットロールであり、該ロールの外面に直接に磁性粒子が磁気力で拘束されて磁気ブラシとして付着保持されていることを特徴とするものである。
請求項８の発明は、像担持体を帯電する工程を含む作像プロセスにより画像形成を実行する画像形成装置であり、像担持体の帯電装置が請求項１乃至７の何れかの帯電装置であることを特徴とするものである。
【００２７】
ここで、従来より、上記磁性粒子の汲み上げを良好に行うため、表面に凹凸を有する担持体が開発され、実用化されていたが、本発明は、上記磁気ブラシの疎密と該凹凸の間隔の関係に着目し、被帯電体の帯電不良及び異常放電の防止を目的としたものである。
【００２８】
請求項２の発明は、請求項１の帯電部材において、上記担持体面の凹凸が、該担持体の軸方向に延在する複数個の溝であることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項３の発明は、請求項１の帯電部材において、上記担持体の凹凸が、該担持体面の軸方向及び円周方向に延在する複数個の溝であることを特徴とするものである。
【００３０】
請求項４の発明は、請求項１の帯電部材において、上記担持体面の凹凸が、サンドブラスト処理により形成されていることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかの帯電部材において、上記磁性粒子の体積抵抗率が１０3Ωｃｍ以下であることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項６の発明は、請求項１乃至５の何れかの帯電部材において、上記担持体が回転可能なスリーブであり、該スリーブ内に配設した固定マグネットロールの磁気力で磁性粒子がスリーブ外面に拘束されて磁気ブラシとして付着保持されていることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項７の発明は、請求項１乃至６の何れかの帯電部材において、上記担持体が回転可能なマグネットロールであり、該ロールの外面に直接に磁性粒子が磁気力で拘束されて磁気ブラシとして付着保持されていることを特徴とするものである。
【００３４】
請求項８の発明は、被帯電体に帯電部材を接触させて被帯電体を帯電する帯電装置であり、帯電部材が請求項１乃至７の何れかの帯電部材であることを特徴とするものである。
【００３５】
請求項９の発明は、像担持体を帯電する工程を含む作像プロセスにより画像形成を実行する画像形成装置であり、像担持体の帯電手段が請求項８の帯電装置であることを特徴とするものである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画像形成装置である電子写真複写機（以下、複写機という）に適用した一実施形態について説明する。
まず、本実施形態に係る複写機の概略構成及び動作について説明する。図３は、複写機の主要部である現像ユニットの断面図である。感光体１の周囲に、接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電部材２、像露光系７、現像ローラ３、転写ローラ４、分離チヤージャー８、クリーニング前チヤージャー９、クリーニングローラ６、除電ランプ１０が配置されている。
感光体１は、像担持体として有機光導電層を有し、表面に電荷注入機能を有するドラム状の感光体（ＯＰＣ）であり、矢印の方向に回転駆動される。
磁気ブラシ帯電部材２は、前述図１で示した担持体が回転可能なスリーブタイプのものであり、感光体１の周面を所定の極性・電位に一様に帯電処理する。そして、該磁気ブラシ帯電部材２のスリーブ外周面は凹凸形状をなしている。これについては、後に詳述する。
また、現像ローラ３は、磁石ローラからなりトナーおよび磁性キャリアからなる二成分現像剤を該表面に担持して搬送する。また、現像ローラ３には、図示しない電源により、現像バイアスが印加されるようになっている。
【００３７】
以下、画像形成動作を説明する。なお、本実施形態においては、画像形成のー連のプロセスはネガポジプロセスで行う。
磁気ブラシ帯電部材２には、図示しない帯電バイアス印加電源から帯電バイアスが印加されていて、電荷注入帯電および放電によって感光体１の外周面がほぼ−７００Ｖに一様に帯電される。この感光体１の帯電面に対してレーザー光学系７により照射されるレーザー光で潜像形成（露光部電位は−１００Ｖ）が行われる。レーザー光は半導体レーザーから発せられて、高速で回転する六角柱の多面鏡（ポリゴンミラ−）によって感光体１表面を感光体１の回転方向に走査する。感光体１はレーザー光の走査速度に比較して極めて低速で回転するため、レーザー光は感光体１の表面全体を走査できる。
【００３８】
次いで、現像ローラ３に担持された現像剤により潜像が現像（印加電圧は−５５０Ｖ）されトナー像が形成される。一方、転写材（例えば紙）Ｐが図示していない給紙機構から給送され、図示してない上下一対のレジストローラで画像先端と同期をとって感光体１と転写ローラ４との間に給送され、トナー像が転写される。このとき転写ローラ４に印加される転写バイアスは＋９５０Ｖである。その後、転写材Ｐは感光体１より分離された後、定着装置５を経てコピーとして排出される。
【００３９】
現像ローラ３で現像されたトナーはほぼ全てマイナス極性に帯電されているが、転写ローラ４ではプラス電荷が供給されるため、転写残りトナーのー部には転写ローラ４から電荷が注入されて、プラス極性のトナーになる。これらのトナーに対してクリーニング前チヤージャー（以下ＰＣＣという）９がマイナスコロナを供給し、トナーはマイナスに再帯電する。このようにトナーにおける電荷は外部の電位差、チャージによりすりすばやくその帯電挙動を変化させうることが必要であり、トナーの外部電場に対する帯電挙動の応答速度がプロセス全体の速度向上や、画像の安定性に必要である。以上のような動作で画像が形成される。
【００４０】
１枚分の画像が形成されると、クリーニングローラ６は回転方向及び速度の少なくともー方が切り替わり、同時に負極性のバイアスが印加され、回収したトナーが感光体１に排出される。排出されたトナーは感光体１の回転に伴って現像領域に搬送される。現像ローラ３には正極性のバイアスが印加される。現像領域では、現像ローラ３の磁気ブラシが感光体１上のトナーに衝撃力を与え、現像ローラ３に印加したバイアスによりトナーを回収する。以上の動作によりトナーのリサイクルが実現される。
【００４１】
この装置においては現像装置、クリーニング装置がそれぞれニつのモードで動作することが特徴である。複雑な機構を必要としないという大きな利点があるが、画像形成とトナー回収の動作を完全に分けることにより、画像形成の間隔が長くなるという問題がある。
そこで、感光体１上に形成されたトナー像の後端に相当する領域がクリーニングローラ６を通過する前に、クリーニングローラ６が切り替わるようにする。
画像領域と転写残トナー排出領域が各ユニットを通過する。感光体１とクリーニングローラ６の接触領域では、クリーニングローラ６に印加されるバイアス電圧とローラの回転ははじめはトナーを回収する条件に設定されているが、画像領域通過途中でトナーを排出する条件に切り替わる。残りの部分の転写残トナーはＰＣＣにより負極性に帯電されるが、負極性のバイアスが印加されているクリーニングローラ６には回収されず、そのまま通過する。このときクリーニングローラ６に付着しているトナーは感光体１に転移される。
【００４２】
画像の後端が通過すると同時かその直後、クリーニングローラ６からのトナーの排出を終了させる。連続して次の画像を形成する場合は、排出トナーの後端が帯電ローラの下を通過したのち、帯電ローラが感光体１に接触し、画像形成モードが繰り返される。
【００４３】
ここで、磁気ブラシ帯電部材２及び転写ローラ４は感光体１と接触してそれぞれの機能を果たすが、感光体１の上に付着したトナーで汚れるという問題がある。この対策として、記録終了後あるいは所定枚数毎に、バイアスを印加したり感光体１に強く接触させることによって付着したトナーを感光体１に戻すプロセスを実行することが望ましい。
【００４４】
また、磁気ブラシ帯電で用いられる磁気ブラシ帯電部材２の基体には、断面形状が円形の、例えば、アルミニウム、ＳＵＳ等の金属製の中実円柱又は中空円筒を使用する。
【００４５】
次に、本実施形態で用いた接触帯電部材としての磁気ブラシ帯電部材２について詳しく説明する。磁気ブラシ帯電部材２は、前述図１のものと同様にスリーブタイプのものである。
すなわち、磁気ブラシＢを構成するキャリア２３を保持する担持体を回転可能な非磁性の導電性スリーブ２１とし、該スリーブ２１内に配設した固定マグネットロール２２の磁気力でキャリア２３を導電性スリーブ２１外面に拘束させて磁気ブラシＢとして付着保持させたものである。
【００４６】
上記磁気ブラシＢを感光体１との間の帯電ニップＤを形成させて接触させ、導電性スリーブ２１を感光体１表面に対してカウンター方向に回転させる。磁気ブラシＢは導電性スリーブ２１が回転することにより同方向に回転して磁気ブラシを構成するキャリア２３が搬送され、キャリアが次々に感光体１表面に接触する。
【００４７】
次に、キャリア（磁性粒子）２３について説明する。
磁気ブラシＢを構成するキャリア２３としては、感光体１表面へのダメージを軽減するために、球形の粒子を用いるのが望ましい。平均粒径は、１５０μｍ以下のものが好ましい。但し、大きすぎると最密状態に配置してあっても曲率半径が大きく、感光体１と接触していない面積が増え不均一な帯電の原因となったり、あまり小さすぎると、交流電圧を印加する場合には、粒子が動きやすくなって粒子間の磁力を上回り、粒子が飛散してキャリア付着の原因となってしまうので、３０μｍ以上１００μｍ以下であることがより好ましい。さらに、キャリア２３の体積抵抗率としては、低すぎると帯電バイアス印加時にキャリア２３に電荷が注入され、感光体１面へのキャリア付着を起こしたり、帯電バイアス電圧により感光体１の絶縁破壊を起こしたりするため、１０3Ωｃｍ以上のものを使用する。
【００４８】
ここで、従来の導電性スリーブ２の表面には磁気ブラシＢがランダムに形成され、磁気ブラシＢの穂立ちの高さや穂間距離にばらつきが生じ、磁気ブラシＢに疎な部分が発生していた。注入帯電にあっては、磁気ブラシＢと被帯電体１とが接触している帯電ニップ部Ｄで磁気ブラシＢに疎な部分が存在すると、感光体１にキャリア２３が接触しない部分ができ、感光体１に未帯電領域を発生させてしまう。そして、このような感光体１を用いて画像形成を行った場合、最終的な出力画像に異常画像が発生してしまう。
また、導電性スリーブ２から異常放電（火花放電）が発生し、やはり出力画像に異常画像が発生してしまうという不具合があった。
【００４９】
そこで、本発明者らは、まず上記異常放電の原因を突き止めるため、導電性スリーブ２１表面に形成される磁気ブラシＢを観察したところ、磁気ブラシＢが疎になった部分が発生すると放電が起こりやすくなることがわかった。
図４の、磁気ブラシＢのモデルを用いて、異常放電の発生原因を説明する。ここでは例として３本の穂を示してある。図の上側が導電性スリーブ２１の表面であり、下側が感光体１の表面である。３本の穂は、それぞれ円錐状に形成されており、図中Ａで示した部分が磁気ブラシＢの疎な部分である。そして、この疎な部分Ａにある短い穂Ｅの穂先では電界強度が非常に強くなるため、異常放電が発生するのである。
【００５０】
そこで、次に本発明者らは、図４のモデルを用いて、穂間距離ｘをパラメータにとり、短い穂Ｅの先端の電界強度をシミュレーションによって算出した。この結果を、図５のグラフに示す。縦軸に電界強度を、横軸に穂間距離ｘを示してある。グラフより、電界強度が５Ｅ１０6Ｖ／ｍのとき、すなわち、穂間距離ｘが２００μｍを超えると放電が開始されることがわかった。シミュレーションにおいては、スリーブ２１に１４００Ｖを印加、感光体１の裏面をアース接地し、キャリア２３の平均粒径を５０μｍ、体積抵抗率を１０5Ωｃｍとして計算した。なお、体積抵抗率が大きい程電界強度が大きくなり、放電が起こりやすくなるといえるが、体積抵抗率１０5Ωｃｍ以上では大きな変化は見られなかった。
【００５１】
上記の結果より、本実施形態においては、上記スリーブ２１上に、穂間距離ｘが２００μｍ以下の磁気ブラシＢを形成するために、スリーブ２１表面全体に凹凸を形成し、その凹凸の間隔を２００μｍ以下になるよう構成した。この構成によると、磁気ブラシＢの穂は、凹凸に沿って形成されるので、穂間距離ｘを２００μｍ以下にすることができ、異常放電の発生を防止できる。
また、この構成によれば、スリーブ２１表面全体に凹凸が形成されているので、スリーブ上にランダムに穂が形成されることはなく、磁気ブラシＢの疎密のコントロールも可能となる。したがって、上述したような、磁気ブラシＢの疎な部分の発生による、感光体１の帯電不良の問題も同時に解決することができる。
【００５２】
以下、本実施形態における導電性スリーブ２１表面の凹凸形成方法について説明する。
図６及び図７に、導電性スリーブ２１表面に形成した凹凸の例を示す。図６に示す例は、導電性スリーブ２１表面に、該スリーブ２１の軸方向に延びる複数の溝を形成したものであり、図７に示す例は、該スリーブ２１の軸方向及び円周方向に延びるそれぞれ複数の溝を形成したものである。
【００５３】
導電性スリーブ２１表面に凹凸を形成する方法としては、切削加工、引き抜き（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｉｒｏｎｉｎｇ、Ｄ−Ｉ）工法、サンドブラスト処理等がある。本実施形態の図６で示したスリーブ軸方向に延びる複数の溝は、引き抜き工法の１工程のみで形成したものであり、簡単に、かつ、安価に凹凸を形成できる面で有利である。また、図７で示したスリーブ軸方向及び円周方向に延びるそれぞれ複数の溝は、引き抜き工法と切削加工を組み合わせて形成したものである。このような溝は、凹凸の間隔を正確に制御できるので、磁気ブラシＢの形成をコントロールするという面においては、非常に有利となる。
【００５４】
また、サンドブラスト処理により表面を粗面化処理し凹凸を形成する場合には、ブラスト面粗さの支配要因として、使用する砥粒種・番手、砥粒を噴出させる際のノズル径、ノズル−ワーク間距離、エアー圧力、ワーク回転数、ブラスト時間等を考慮する。特に、微細凹凸面を形成させるためには、砥粒種・番手とエアー圧力の影響が大である。砥粒種には、不定形アルミナ・炭化珪素や球形ガラスビーズ等があげられるが、均一微細凹凸面を形成するためには、中でも球形ガラスビーズが有効である。このようなサンドブラスト処理によれば、上記引き抜き工法及び切削加工に比して、１００μｍ以下の細かい凹凸を形成することができるというメリットがある。
【００５５】
なお、上記導電性スリーブ２１表面に形成する凹凸の間隔の下限値は特に設定しないが、キャリア２３を充分に汲み上げられる程度に設定すればよい。
【００５６】
上記の方法により、図６及び図７で示した溝の間隔ａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ変化させ、下表１の８種類の導電性スリーブ２１を形成した。そして、実際に各導電性スリーブ２１を用い、図３で示した現像ユニットを搭載したリコー製複写機Ｉｍａｇｉｏ５３０改造機にて画像形成を行った。このとき、導電性スリーブ２１に−９００Ｖの直流バイアスに、ピーク間電圧１０００Ｖ、周波数５ｋＨｚの交流バイアスを重畳して帯電を行ったあと、露光を行わずに、極性がプラスのトナーで現像を行った。下表１、出力画像の評価結果を示す。
【表１】
0003959184.tif 000002
【００５７】
表１から、図６及び図７で示した溝の間隔ａ，ｂ，ｃ，ｄがそれぞれ２００μｍ以下であれば、出力画像に白抜け部分が発生することなく、良好な画像が得られることわかる。
【００５８】
すなわち、実施例１乃至３の図６で示した構成によれば、導電性スリーブ２１の軸方向に延びる溝に沿って穂が形成されるので、該スリーブ２１の円周方向の穂間距離ｘが２００μｍ以下となるので、異常放電の発生を防止することができる。また、円周方向の磁気ブラシＢの疎密がコントロールされるので、感光体１の帯電不良を防止することができる。
【００５９】
また、実施例４乃至６の図７で示した構成によれば、導電性スリーブ２１の軸方向及び円周方向の穂間距離ｘがそれぞれ２００μｍ以下となるので、異常放電の発生防止に対してより効果的となる。また、導電性スリーブ２１の軸方向及び円周方向の磁気ブラシの疎密がコントロールされるので、感光体１の帯電不良をより効果的に防止することができる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、磁気ブラシ帯電部材２として、回転可能な導電性スリーブ２１を使用したが、回転可能なマグネットロールに直接キャリアを付着させた構成の磁性ローラ型の磁気ブラシ帯電部材を用いてもよい。この場合、磁気ブラシＢを構成するキャリアを保持させる担侍体としてのマグネットロールの外周面に塗布・乾燥してコート層を形成させ、上記と同様な方法で凹凸を形成することができる。また、マグネットロール形成時に、凹凸を形成しても良い。
【００６１】
【発明の効果】
請求項１乃至５の発明によれば、磁気ブラシが担持体面の凹凸に沿って形成されるので、穂間距離ｘを２００μｍ以下にすることができる。したがって、穂先の電界強度が高くなりすぎるのを防ぐので、該磁気ブラシの異常放電の発生を防止することができる。
また、この構成によれば、担持体上にランダムに穂が形成されることはなく、磁気ブラシＢの疎密のコントロールも可能となる。したがって、磁気ブラシＢの疎な部分の発生による、被帯電体の帯電不良の問題も同時に解決することができる。
【００６２】
特に、請求項２の発明によれば、担持体軸方向の凹凸の間隔を正確に制御できるので、担持体円周方向の磁気ブラシのコントロールを確実に行うことができる。また、引き抜き工法の１工程のみで形成することができるので、簡単に、かつ、安価に凹凸を形成できるという面で有利となる。
【００６３】
特に、請求項３の発明によれば、担持体軸方向及び円周方向の凹凸の間隔を正確に制御できるので、担持体軸方向及び円周方向の磁気ブラシのコントロールを確実に行うことができるという優れた効果がある。
【００６４】
特に、請求項４の発明によれば、１００μｍ以下の細かい凹凸を形成することができるという面で有利となる。
【００６５】
請求項５の発明によれば、帯電バイアス印加時に磁性粒子に電荷が注入されて像担持体へ磁性粒子が付着したり、帯電バイアス電圧により像担持体の絶縁破壊を起こしたりするのを防ぐことができる。
【００６６】
請求項６の発明によれば、スリーブ内に配設した固定マグネットロールの磁気力で磁性粒子がスリーブ外面に拘束されて磁気ブラシとして付着保持されるので、該磁気ブラシを被帯電体に接触させ、電圧を印加して被帯電体の帯電を行うことができる。
【００６７】
請求項７の発明によれば、ロールの外面に直接に磁性粒子が磁気力で拘束されて磁気ブラシとして付着保持されるので、該磁気ブラシを被帯電体に接触させ、電圧を印加して被帯電体の帯電を行うことができる。
【００６８】
請求項８の発明によれば、被帯電体を良好に帯電させることができる。また、接触系の帯電装置であるので、非接触系の帯電装置（例えば、コロナ帯電器）と比較して、感電やリークの危険がないこと、また、気体放電による被帯電体の表面劣化や、オゾンの発生がないことなどで有利となる。さらに、帯電電位が温度、湿度に強く影響されたり、高電圧によりノイズが発生することがない、という面においても有利となる。
【００６９】
請求項９の発明によれば、出力画像として、白抜けなどの異常画像のない良好な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スリーブ型の磁気ブラシ帯電部材２ないしは帯電装置の構成模型図。
【図２】磁性ローラ型の磁気ブラシ帯電部材２ないしは帯電装置の構成模型図。
【図３】本実施形態に係る複写機の現像ユニットの概略構成図。
【図４】従来の導電性スリーブ表面に形成された磁気ブラシ（穂）の拡大図。
【図５】上記磁気ブラシの穂間距離と穂先の電界強度の関係を表すグラフ。
【図６】本実施形態に係る導電性スリーブ表面に形成された凹凸部の実施例の拡大図。
【図７】本実施形態に係る導電性スリーブ表面に形成された凹凸部の他の実施例の拡大図。
【符号の説明】
１        感光体
２        磁気ブラシ帯電部材
３        現像ローラ
４        転写ローラ
６        クリーニングローラ
７        像露光系
８        分離チヤージャー
９        クリーニング前チヤージャー
１０      除電ランプ
１１      定着装置
２１      導電性スリーブ
２２      マグネットロール
２３      磁性粒子（キャリア）
Ｂ        磁気ブラシ
【図１】
0003959184.tif 000003
【図２】
0003959184.tif 000004
【図３】
0003959184.tif 000005
【図４】
0003959184.tif 000006
【図５】
0003959184.tif 000007
【図６】
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【図７】
0003959184.tif 000009