(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に固定の磁石体を有する搬送担体上に磁性粒子を供給して磁気ブラシを形成させ、振動電界下で前記磁気ブラシを像形成体に接触させて該像形成体を帯電させる帯電装置において、
前記磁性粒子の見かけ密度をρ（ｇ／cm3）、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域を含む前記搬送担体上の磁性粒子の存在量をＭ（ｇ／cm2）、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域における前記搬送担体と前記像形成体との最小間隙をＨ（cm）としたとき、
ρ ≦ Ｍ／Ｈ ≦ 1.6ρ
であり、
前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域における前記搬送担体の移動方向は前記像形成体の移動方向と同方向であり、
前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域の前記像形成体移動方向の幅をＬ（cm）、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域の前記像形成体移動方向下流側の端部位置と該端部位置よりも前記像形成体移動方向下流側でかつ前記端部位置に最も近い前記磁石体の磁極中心に対応した搬送担体上の位置との距離をＤ（cm）としたとき、
Ｌ／２ ≦ Ｄ
である、
ことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記搬送担体の直径が前記像形成体の直径の１／10〜１／３倍であり、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域の前記像形成体移動方向の幅Ｌが0.2〜１（cm）であることを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域における前記搬送担体と前記像形成体との最小間隙Ｈが前記磁性粒子の体積平均粒径の４〜15倍であることを特徴とする請求項１または２記載の帯電装置。
【請求項４】
前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域を含む前記搬送担体上の磁性粒子の存在量Ｍが0.1〜0.5（ｇ／cm2）であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の帯電装置。
【請求項５】
前記搬送担体の移動速度が前記像形成体の移動速度の１〜１／20倍であることを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の帯電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像形成体を一様に帯電させるための帯電装置に関し、さらに詳しくは、磁気ブラシを像形成体に接触させて該像形成体を帯電させる磁気ブラシ式の帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を用いた画像形成装置において、感光体ドラム等の像形成体を帯電させるには、コロナ帯電器が広く用いられている。
【０００３】
コロナ帯電器は、細いワイヤや先端の尖った針に数ｋＶの高い電圧を印加してワイヤの周りや針の先端に強い電界を形成して放電を起こさせ、空気中の放電によって発生した正または負のイオンを像形成体の表面に与えて帯電させる非接触の帯電装置であり、非接触であるため像形成体を傷つけることがなく、像形成体を均一に帯電させることができるという利点を有している。しかしながらコロナ帯電器は、強い電界を形成して空気中に放電を起こさせるため、有害なオゾンを大量に発生させるという問題があり、このことが電子写真方式を用いた画像形成装置にコロナ帯電器を用いる場合の大きな欠点となっている。
【０００４】
一方、コロナ帯電器のように高い電圧を印加せず、比較的低い電圧を印加することで像形成体を帯電させることのできる帯電装置として、例えば、直流電圧を印加した磁気ブラシを用いて像形成体を帯電させる帯電装置が特開昭59-133569号公報に開示されている。前記帯電装置は、比較的低い電圧を印加するだけで像形成体を帯電させることができ、有害なオゾンをほとんど発生しないという利点があり、この点においてコロナ帯電器に比べ優れている。しかしながら、コロナ帯電に比べ均一な帯電が得られにくいという欠点があった。
【０００５】
そこで、例えば特開平4-116674号公報に、直流成分を有する交流バイアス電圧を磁気ブラシに印加して像形成体を帯電させる帯電装置が提案された。前記公報には、磁気ブラシに交流バイアス電圧を印加することにより、オゾンの発生がなく、極めて安定した均一な帯電を行うことができると記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の帯電装置を用いた場合でも、中間調のない２値の画像においては帯電ムラのない画像が得られるものの、中間調を有する画像においてはスジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラが画像ムラとなって現れ、必ずしも均一な帯電が得られていないという問題があった。また、磁気ブラシを形成する磁性粒子が像形成体の表面に付着するという問題もあった。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題点を解決して、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラおよび像形成体への磁性粒子付着がなく、均一な帯電が得られる帯電装置を提供することである。
【０００８】
本発明の別の目的は、中間調を有する画像においても、画像ムラのない均一な画像が得られる帯電装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため検討を重ねた結果、
ア）スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラは、磁気ブラシと像形成体とが不均一に接触しているときに発生する
イ）スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラは、像形成体が磁気ブラシから離れていく領域に対向した磁気ブラシの穂の状態が不均一であるときにも発生する
ウ）また、像形成体への磁性粒子付着は、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラが発生するときに特に起きやすい
ということを見出し、
エ）スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラおよび像形成体への磁性粒子付着は、磁気ブラシと像形成体とが接触している領域における磁気ブラシと像形成体との接触を均一にするとともに、像形成体が磁気ブラシから離れていく領域に対向した磁気ブラシの穂の状態を均一にすることによりなくすことができる
ということを突き止め、本発明に至った。
【００１０】
(１)上記の目的は、内部に固定の磁石体を有する搬送担体上に磁性粒子を供給して磁気ブラシを形成させ、振動電界下で前記磁気ブラシを像形成体に接触させて該像形成体を帯電させる帯電装置において、
前記磁性粒子の見かけ密度をρ（ｇ／cm3）、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域を含む前記搬送担体上の磁性粒子の存在量をＭ（ｇ／cm2）、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域における前記搬送担体と前記像形成体との最小間隙をＨ（cm）としたとき、
ρ ≦ Ｍ／Ｈ ≦ 1.6ρ
であり、
前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域における前記搬送担体の移動方向は前記像形成体の移動方向と同方向であり、
前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域の前記像形成体移動方向の幅をＬ（cm）、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域の前記像形成体移動方向下流側の端部位置と該端部位置よりも前記像形成体移動方向下流側でかつ前記端部位置に最も近い前記磁石体の磁極中心に対応した搬送担体上の位置との距離をＤ（cm）としたとき、
Ｌ／２ ≦ Ｄ
である、
ことを特徴とする帯電装置によって達成される。
【００１１】
又、より望ましい各態様の範囲としては、下記のごとくである。
【００１２】
(２)前記搬送担体の直径が前記像形成体の直径の１／10〜１／３倍であり、前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域の前記像形成体移動方向の幅Ｌが0.2〜１（cm）であることを特徴とする(１)記載の帯電装置。
【００１３】
(３)前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域における前記搬送担体と前記像形成体との最小間隙Ｈが前記磁性粒子の体積平均粒径の４〜15倍であることを特徴とする(１)または(２)記載の帯電装置。
【００１４】
(４)  前記磁気ブラシと前記像形成体とが接触している領域を含む前記搬送担体上の磁性粒子の存在量Ｍが0.1〜0.5（ｇ／cm2）であることを特徴とする(１)，(２)又は(３)記載の帯電装置。
【００１５】
(５)  前記搬送担体の移動速度が前記像形成体の移動速度の１〜１／20倍であることを特徴とする(１)，(２)，(３)又は(４)記載の帯電装置。
【００１６】
【作用】
本発明の帯電装置においては、磁気ブラシを形成する磁性粒子の見かけ密度をρ（ｇ／cm3）、磁気ブラシと像形成体とが接触している領域（以下この領域をニップ領域という）を含む搬送担体上の磁性粒子の存在量をＭ（ｇ／cm2）、ニップ領域における搬送担体と像形成体との最小間隙をＨ（cm）としたとき、
ρ ≦ Ｍ／Ｈ ≦ 1.6ρ
となるように、前記搬送担体上の磁性粒子の存在量Ｍおよび前記搬送担体と像形成体との最小間隙Ｈを設定する。このため、ニップ領域において磁気ブラシは圧縮され、磁気ブラシと像形成体との接触は均一となる。
【００１７】
また本発明においては、ニップ領域における搬送担体の移動方向は前記像形成体の移動方向と同方向であり、ニップ領域の前記像形成体移動方向の幅（以下この幅をニップ幅という）をＬ（cm）、前記ニップ領域の前記像形成体移動方向下流側の端部位置（以下この端部位置をニップ出口という）とニップ出口よりも下流側でかつニップ出口に最も近い磁石体の磁極中心に対応した搬送担体上の位置との距離をＤ（cm）としたとき、
Ｌ／２ ≦ Ｄ
となるように、前記固定の磁石体の磁極中心の配置を設定する。即ち、搬送担体上の磁気ブラシは像形成体と同方向に搬送されるとともに、ニップ出口下流側の磁気ブラシと像形成体とが離れていく領域では磁気ブラシの穂が立たないような磁極配置となっているため、ニップ領域において圧縮され均一な状態となった磁気ブラシの穂は、乱されることなく、ニップ出口下流側においても均一な状態を保つことができる。
【００１８】
このため、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラおよび像形成体への磁性粒子付着がなく均一な帯電が得られ、中間調を有する画像においても、画像ムラのない均一な画像が得られる。
【００１９】
尚、本発明において、磁性粒子の見かけ密度ρ、ニップ領域を含む搬送担体上の磁性粒子の存在量Ｍ、ニップ幅Ｌ、ニップ出口と磁極との距離Ｄは、下記のごとくして求めた。
【００２０】
磁性粒子の見かけ密度ρ(ｇ／cm3)：
磁性粒子を容積100cc（＝100cm3）のガラス製の円柱状容器に入れてタッピングし、そのときの重量を測定して算出した。
【００２１】
ニップ領域を含む搬送担体上の磁性粒子の存在量Ｍ(ｇ／cm2)：
画像形成（帯電）後の帯電装置を画像形成装置から脱着し、搬送担体上の磁性粒子層に図３に示した形状をした１cm×４cmのアルミニウムからなる部材１を押し当てて、４cm2の型をつけ、周りの磁性粒子をクリーニングブレード等の破片で取り除く。搬送担体上に残された４cm2の磁性粒子を磁石で回収し、重量を測定してＭを算出した。
【００２２】
ニップ幅Ｌ(cm)、ニップ出口と磁石との距離Ｄ(cm)：
画像形成(帯電)後の帯電装置を画像形成装置から脱着し、搬送担体上の磁性粒子層の穂立ち状態からニップ領域と磁極中心位置を見つけ、長さを測定した。
【００２３】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００２４】
図１は本発明の帯電装置10の一例を示す断面図である。図において、11は磁性粒子、11Aは磁気ブラシ、12は搬送担体である帯電スリーブ、13は磁石体、14は規制部材である規制板、15は撹拌部材である撹拌ローラ、16はケーシング、20はバイアス印加手段としての電源、30は導電性基体31上に感光層32を形成した像形成体である感光体ドラム、Ｈはニップ領域における前記帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最小間隙、Ｌはニップ幅、Ｄはニップ出口とニップ出口よりも下流側でかつニップ出口に最も近い磁石体の磁極中心に対応した搬送担体上の位置との距離を表す。またＤRは前記帯電スリーブ12と前記規制板14との最小間隙を表す。
【００２５】
帯電スリーブ12は例えばアルミニウム、ステンレス等の非磁性かつ導電性の金属からなる直径１cm〜３cmの円筒であり、表面粗さが１μm〜30μmとなるように加工されている。前記帯電スリーブ12の内部には、該帯電スリーブ12の表面の磁界が500〜1,200ガウスとなるようにＮ極またはＳ極に着磁された４〜12極の磁極を有する円柱状の磁石体13が固定して配設されており、前記帯電スリーブ12は前記磁石体13に対して回転可能になっている。
【００２６】
ケーシング16は例えばアクリル、ポリカーボネート等の絶縁性の樹脂からなるケーシングであり、ケーシング16内には前記固定の磁石体13を内包した帯電スリーブ12と前記撹拌ローラ15が配置され、ケーシング16の出口には規制板14が配置されている。
【００２７】
前記ケーシング16の内部には見かけ密度ρの磁性粒子11が貯蔵され、該磁性粒子11は、前記撹拌ローラ15により撹拌混合されるとともに、前記帯電スリーブ12上に付着して磁気ブラシ11Aを形成する。前記磁気ブラシ11Aは前記帯電スリーブ12の回転とともに搬送され、前記感光体ドラム30と接触してニップ領域を形成する。
【００２８】
前記帯電スリーブ12には前記電源20から交流バイアスが印加され、前記帯電スリーブ12と前記感光体ドラム30の間には振動電界が形成されている。該振動電界下で磁気ブラシ11Aと感光体ドラム30を接触させることにより、前記帯電スリーブ12から感光体ドラム30に電荷の注入および放電が行われ、前記感光体ドラム30が帯電される。
【００２９】
まず、本発明の１番目の要件について説明する。
【００３０】
本発明においては、前記磁気ブラシ11Aを形成する磁性粒子11の見かけ密度をρ（ｇ／cm3）、ニップ領域を含む帯電スリーブ12上の前記磁性粒子11の存在量をＭ（ｇ／cm2）、ニップ領域における帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最小間隙をＨ（cm）としたとき、
ρ ≦ Ｍ／Ｈ ≦ 1.6ρ
好ましくは、
1.2ρ ≦ Ｍ／Ｈ ≦ 1.4ρ
となるように、前記帯電スリーブ12上の磁性粒子11の存在量Ｍおよび前記帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最小間隙Ｈを設定する。
【００３１】
前記帯電スリーブ12上の磁性粒子11の存在量Ｍは、前記帯電スリーブ12と前記規制板14との間隙、前記帯電スリーブ12の内部に配設された固定の磁石体13の磁極中心の配置、前記帯電スリーブ12の表面粗さ等により設定され、また、前記帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最小間隙Ｈは、例えば、円筒上の帯電スリーブ12の両端に該帯電スリーブ12の半径よりも最小間隙Ｈだけ大きい半径を有するコロを装着し、該コロを前記感光体ドラム30に突き当てることにより設定される。
【００３２】
Ｍ／Ｈが上記範囲内であると、磁気ブラシ11Aの穂は帯電スリーブ12と感光体ドラム30との間隙により圧縮され、ニップ領域では最密充填に近いパッキング状態となる。常識的には単位面積当たりの磁性粒子の存在量（ｇ／cm2）をそのときの磁性粒子層の高さ（cm）で割った値（ｇ／cm3）は磁性粒子の見かけ密度ρ（ｇ／cm3）の値を越えないはずであるが、実際には帯電スリーブ12と感光体ドラム30とは平行でないため、Ｍ／Ｈの値がρの値以上になったときに最密充填に近いパッキング状態が実現される。このとき、ニップ領域における前記磁気ブラシ11Aと前記感光体ドラム30との接触は均一となり、後述する要件と併せることで、帯電ムラおよび磁性粒子付着のない均一な帯電が得られる。
【００３３】
Ｍ／Ｈが上記範囲を下回ると、ニップ領域における磁気ブラシ11Aの圧縮が不十分となり、前記感光体ドラム30との接触は磁気ブラシ11Aの穂の先端部分で行われる。このため、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラが発生し、感光体ドラム30への磁性粒子11の付着も発生する。
【００３４】
Ｍ／Ｈが上記範囲を上回ると、前記帯電スリーブ12の回転による前記磁気ブラシ11Aの搬送が不安定あるいは搬送されなくなる。このため、前記感光体ドラム30の移動方向に対して、帯電が不十分な領域と帯電が均一な領域ができてしまい、感光体ドラム30への磁性粒子11の付着も発生する。また、前記磁性粒子11により感光体ドラム30の表面が削られ、帯電特性が変化してしまうという問題も発生する。
【００３５】
つぎに、本発明の別の要件について説明する。
【００３６】
本発明においては、ニップ領域における帯電スリーブ12の移動方向を感光体ドラム30の移動方向と同方向に設定するとともに、ニップ幅をＬ（cm）、ニップ出口とニップ出口よりも下流側でかつニップ出口に最も近い磁石体の磁極中心に対応した帯電スリーブ上の位置との距離をＤ（cm）としたとき、
Ｌ／２ ≦ Ｄ
となるように、前記固定の磁石体の磁極中心の配置を設定する。
【００３７】
即ち、前記帯電スリーブ12の移動方向は感光体ドラム30の移動方向と同方向であるため、ニップ領域で圧縮され均一な状態となった磁気ブラシ11Aは、穂の状態を乱されることなく搬送され、また、ニップ出口下流側の磁気ブラシ11Aと感光体ドラム30とが離れていく領域では磁気ブラシ11Aの穂が立たないような磁極配置に設定されているため、均一な状態で搬送された前記磁気ブラシ11Aの穂はそのまま均一な状態を保つことができる。これにより、帯電ムラおよび磁性粒子付着のない均一な帯電が得られる。
【００３８】
一方、ニップ領域における前記帯電スリーブ12の移動方向を前記感光体ドラム30の移動方向と逆方向とすると、磁気ブラシ11Aと感光体ドラム30とが離れていく領域における前記磁気ブラシ11Aの穂はニップ領域で圧縮される前の不均一な状態であるため、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラおよび感光体ドラム30への磁性粒子11の付着が発生する。
【００３９】
また、ＤがＬ／２よりも小さいと、ニップ出口下流側の磁極により磁気ブラシ11Aと感光体ドラム30とが離れていく領域の磁気ブラシ11Aの穂の状態が乱されるため、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラが発生し、感光体ドラム30への磁性粒子11の付着も発生する。
【００４０】
つぎに、本発明に関わるその他の条件について説明する。
【００４１】
まず、磁性粒子11の条件について説明する。
【００４２】
本発明においては、従来２成分現像剤の磁性キャリアとして用いられていた磁性粒子と同様の、鉄、フェライト、マグネタイト等の強磁性体の磁性粒子、またはそれらの磁性粒子の表面に絶縁性あるいは導電性の被覆を施した磁性粒子、あるいは磁性体微粒子と樹脂との混合物を粉砕、分級して得られた磁性粒子等を用いることができる。
【００４３】
前記磁性粒子の体積平均粒径は50〜150μmが好ましく、70〜120μmが特に好ましい。50μmを下回ると像形成体に付着して流出しやすくなり、150μmを越えると磁気ブラシの穂が粗くなって帯電が不均一となりやすい。
【００４４】
前記磁性粒子の体積平均粒径は、湿式分散機を備えたレーザ回折式粒度分布測定装置「HELOS」（SYMPATEC社製）により測定される体積基準の平均粒径であって、湿式分散機で磁性粒子数10mgを界面活性剤とともに水50mlに分散させ、次いで超音波ホモジナイザー（出力150Ｗ）で発熱による再凝集に注意しながら１〜10分間分散する前処理を行った後に測定される値である。
【００４５】
前記磁性粒子の飽和磁化は40〜100emu／ｇが好ましく、60〜90emu／ｇが特に好ましい。40emu／ｇを下回ると像形成体に付着して流出しやすくなり、100emu／ｇを越えると磁気ブラシの穂が硬くなって掃き目状の帯電ムラとなりやすい。
【００４６】
前記磁性粒子の飽和磁化は、磁性粒子を0.25cm2×３cmの試料セルにタッピングしながら充填した後、試料をピックアップコイルにつけて磁化器にセットし、直流磁化特性自動記録装置「Type 3257」（横河北辰電機社製）を用いてＸ−Ｙレコーダーにヒステリシスカーブを描かせることにより得られる。
【００４７】
前記磁性粒子の見かけの比抵抗は106〜1010Ω・cmが好ましく、108〜109Ω・cmが特に好ましい。106Ω・cmを下回ると像形成体にピンホールや傷があった場合にバンディング故障と呼ばれる帯電ヌケが発生しやすく、1010Ω・cmを越えると像形成体に付着して流出しやすくなり、帯電不良も生じやすくなる。
【００４８】
前記磁性粒子の見かけの比抵抗は、磁性粒子を1.0cm2の断面積を有する容器に入れてタッピングした後、充填された磁性粒子上に500ｇ／cm2の荷重をかけ、荷重と底面電極との間に1000Ｖ／cmの電界を生ずる電圧を印加したときの電流値を読み取ることにより得られる。
【００４９】
前記磁性粒子の形状は針状部やエッジ部等の突起がなく、球形化されていることが好ましい。針状部やエッジ部等の突起があると、その部分に電界が集中しやすく、帯電ムラが発生しやすい。
【００５０】
なお、前記磁性粒子の見かけ密度ρは通常１〜４ｇ／cm3程度である。
【００５１】
つぎに搬送担体である帯電スリーブ12について説明する。
【００５２】
帯電スリーブ12は、例えばアルミニウム、ステンレス等の非磁性かつ導電性の金属からなる円筒である。
【００５３】
前記帯電スリーブ12の直径は感光体ドラム30の直径の1／10〜1／3が好ましく、感光体ドラム30の直径が３cm以下である場合には1／4〜1／3が特に好ましく、感光体ドラム30の直径が３cmを越える場合には1／10〜1／4が特に好ましい。前記範囲とすることで帯電に必要なニップ領域が確保され、ニップ幅Ｌは0.2〜１cmとなる。ニップ幅Ｌが必要以上に大きいと、像形成体にピンホールや傷があった場合にバンディング故障と呼ばれる帯電ヌケが発生しやすく、必要以上に小さいとサイクル斑と呼ばれる帯電ムラが発生しやすくなる。
【００５４】
前記帯電スリーブ12の表面粗さは前記磁性粒子の体積平均粒径の1／40〜1／4が好ましく、1／10〜1／5が特に好ましい。表面が必要以上に平滑であると、磁気ブラシ11Aの搬送が不安定となりやすく、表面が必要以上に粗すぎると、表面の凸部から過電流が流れやすく、どちらにしても帯電ムラが発生しやすくなる。前記帯電スリーブ12の表面粗さを前記範囲とするためには、サンドブラスト処理または溶射処理が好ましく用いられる。
【００５５】
前記帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最小間隙Ｈは、前記ニップ領域を含む帯電スリーブ12上の磁性粒子11の存在量Ｍと前記磁性粒子11の見かけ密度ρとの関係において設定されるが、前記磁性粒子の体積平均粒径の４〜15倍が好ましく、前記磁性粒子の体積平均粒径が80μm以下の場合には10〜12倍が特に好ましく、80μmを越える場合には８〜10倍が特に好ましい。前記範囲とすることで帯電に必要なニップ領域が確保されるとともに、ニップ領域における磁気ブラシ11Aの搬送も安定して行われる。
【００５６】
前記帯電スリーブ12と前記規制板14との最小間隙ＤRは、前記ニップ領域を含む帯電スリーブ12上の磁性粒子11の存在量Ｍを所定の範囲とするために設定されるが、前記帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最小間隙Ｈの0.8〜1.6倍が好ましく、１〜1.4倍が特に好ましい。上記範囲とすることでニップ領域における磁気ブラシ11Aの圧縮が十分に行われる。
【００５７】
なお、前記ニップ領域を含む帯電スリーブ12上の磁性粒子11の存在量Ｍは通常0.1〜0.5ｇ／cm2程度である。
【００５８】
前記帯電スリーブ12の移動速度（周速度）は前記感光体ドラム30の移動速度（周速度）の１〜1／20倍が好ましく、前記感光体ドラム30の移動速度が10cm／sec以下の場合には１〜1／2倍が特に好ましく、前記感光体ドラム30の移動速度が100cm／secを越える場合には1／2〜1／10倍が特に好ましい。前記帯電スリーブ12の移動速度が必要以上に速すぎると、遠心力により磁性粒子11が飛散あるいは感光体ドラム30に付着しやすくなり、必要以上に遅すぎると、前記帯電スリーブ12上に形成された磁気ブラシ11Aの穂の撹乱が不十分となり、掃き目状の帯電ムラが発生しやすくなる。
【００５９】
つづいて磁石体13について説明する。
【００６０】
磁石体13は、前記帯電スリーブ12の表面の磁界が500〜1,200ガウス、好ましくは700〜1000ガウスとなるように着磁された磁石体であれば、どのようなものでも用いることができるが、通常はＮ極またはＳ極に着磁された複数の磁極を有する円柱状の磁石体であり、非対称の５極あるいは対称または非対称の６極の磁石体が好ましく用いられる。
【００６１】
前記磁石体13の複数の磁極のうち、前記感光体ドラム30に最も近接した前記磁石体13の磁極中心は、ニップ領域内にあることが好ましく、ニップ領域における帯電スリーブ12と感光体ドラム30との最近接位置とニップ出口の間にあることが特に好ましい。前記の位置にすることで、ニップ領域で圧縮され均一な状態となった磁気ブラシ11Aはニップ出口下流側においても均された状態のまま搬送され、磁性粒子11の飛散が起きず感光体ドラム30へ付着することもない。
【００６２】
前記磁石体13の複数の磁極のうち、前記規制板14の上流側および下流側の前記磁石体13の磁極中心は、前記規制板14の上流側の磁極中心と磁石体13の中心を結ぶ直線と前記規制板14と前記磁石体13の中心を結ぶ直線とがなす角度をθ1（゜）、前記規制板14と前記磁石体13の中心を結ぶ直線と前記規制板14の下流側の磁極中心と前記磁石体13の中心を結ぶ直線とがなす角度をθ2（゜）、前記上流側の磁極中心に対応した帯電スリーブ12の表面における磁界をＢ1（ガウス）、前記下流側の磁極中心に対応した帯電スリーブ12の表面における磁界をＢ2（ガウス）としたとき、
Ｂ１／Ｂ２ ×0.8 ≦θ１／θ２ ≦ Ｂ１／Ｂ２ ×1.2
とすることが好ましく、
Ｂ１／Ｂ２ ×0.9 ≦ θ１／θ２ ≦ Ｂ１／Ｂ２ ×1.1
とすることが特に好ましい。前記関係とすることで磁気ブラシ11Aの搬送が安定して行われ、ニップ領域を含む帯電スリーブ12上の磁性粒子11の存在量Ｍもばらつかず安定する。
【００６３】
なお、前記規制板14の下流側の磁極に対応した帯電スリーブ12表面の磁界、前記磁極と前記規制板14との距離、磁性粒子の飽和磁化等にもよるが、前記規制板14を通過した磁気ブラシ11Aの穂が前記規制板14より下流側の磁極上で急激に立ち上がり、磁性粒子が飛散してしまうという問題が発生する場合がある。この場合には、前記磁極上の磁気ブラシ11Aを接触または非接触で覆うように均し板あるいは遮蔽板を設けることが好ましい。
【００６４】
つぎに交流バイアスの条件について説明する。
【００６５】
前記交流バイアスは、直流成分に交流成分を重畳した交流バイアス電圧であり、電源20から帯電スリーブ12に印加され、前記帯電スリーブ12と感光体ドラム30との間に振動電界を形成する。
【００６６】
前記交流バイアスの直流成分は、目標とする前記感光体ドラム30の帯電電位と同じ値とすることが好ましく、通常絶対値で500〜1000（Ｖ）である。前記直流成分は定電圧制御することが好ましい。
【００６７】
前記交流バイアスの交流成分は、該交流成分の電流（以下交流電流という）をＩAC、後述する帯電電位に対する交流電流の閾値を(ＩAC)thとしたとき、
(ＩAC)th ≦ ＩAC ≦ 1.5×(ＩAC)th
とすることが好ましく、
(ＩAC)th ≦ ＩAC ≦ 1.2×(ＩAC)th
とすることが特に好ましく、通常ＩACは0.1〜10（ｍＡ）である。前記範囲を下回るとスジ状の帯電ムラが発生しやすく、前記範囲を上回るとリングマーク状の帯電ムラが発生しオゾンが発生しやすくなる。前記交流成分は定電流制御することが好ましい。
【００６８】
前記帯電電位に対する交流電流の閾値(ＩAC)thは、前記交流バイアスの直流成分を一定にして交流電流ＩACを変化させ、そのときの前記感光体ドラム30の帯電電位を測定することにより得られる。即ち、前記交流電流ＩACを多くするに従い前記帯電電位の絶対値は大きくなり、前記交流電流ＩACがある閾値を越えると前記帯電電位の絶対値は飽和し、前記直流成分の絶対値とほぼ等しい値となる。このときの閾値が前記帯電電位に対する交流電流の閾値(ＩAC)thである。
【００６９】
前記交流バイアスの交流成分の周波数は、該周波数をｆ（Ｈz）、前記像形成体である感光体ドラム30の移動速度（周速度）をＶ（cm／sec）、ニップ幅をＬ（cm）としたとき、
Ｖ／Ｌ ×10 ≦ ｆ
とすることが好ましく、
Ｖ／Ｌ ×20 ≦ ｆ ≦ Ｖ／Ｌ ×50
とすることが特に好ましい。前記周波数ｆが前記範囲を下回るとサイクル斑と呼ばれる帯電ムラが発生しやすく、前記周波数ｆが必要以上に高すぎると交流成分の電流値が増大しオゾンが発生しやすくなる。
【００７０】
なお、前記交流バイアスの交流成分の波形は、正弦波に限らず、矩形波や三角波等であってもよい。
【００７１】
つぎに、本発明の帯電装置を用いた画像形成装置について説明する。
【００７２】
図２は、前記図１の帯電装置10が組み込まれたカールソンプロセスの画像形成装置の一例を表す断面図である。
【００７３】
30は10〜50cm／secで矢印方向に回転する像形成体である感光体ドラムであり、該感光体ドラム30は、A1等の導電性基体上に例えばポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアミド、カゼイン等の下引層、アゾ顔料、多環キノン顔料、ペリレン顔料、フタロシアニン顔料等の電荷発生物質(ＣＧＭ)を含有する電荷発生層(ＣＧＬ)及び芳香族アミン化合物、ヒドラゾン系化合物、ピラゾリン系化合物、トリアリールアミン系化合物等の電荷輸送物質(ＣＴＭ)を含有する電荷輸送層(ＣＴＬ)をこの順に積層して成る負帯電性の有機感光体である。
【００７４】
00は固定磁石体02と、その外周を感光体ドラム30より速い周速で順方向に回転するスリーブ01から成る現像ローラ、撹拌器03Ａ及び03Ｂを有する現像器で、例えば磁性トナーから成る一成分系現像剤、あるいは非磁性トナーと磁性キャリアから成る二成分系現像剤が収容されている。
【００７５】
10は前記図１の帯電装置であり、該帯電装置10には図示していないバイアス印加手段から500〜1000(Ｖ)の絶対値の直流成分と交流電流ＩACが0.1〜10(mA)、周波数ｆが100〜5000(Ｈｚ)の交流成分が重畳された交流バイアス電圧が印加され、感光ドラム30に均一な帯電が付与される。
【００７６】
次いで露光系72からの像露光Ｅにより前記感光体ドラム30上に静電潜像が形成され、該静電潜像は現像器00により現像されてトナー像が形成される。
【００７７】
このトナー像は、給紙カセット40から給紙ローラ41及びタイミングローラ42により給送された転写紙Ｐ上に、電圧が印加された転写ローラ13等の転写手段により転写される。トナー像を担持した転写紙Ｐは搬送手段80により定着装置90に搬送されてトナー像が定着され、転写後の感光体ドラム30はクリーニング装置50のブレード51又はファーブラシ等のクリーニング手段によりクリーニングされる。
【００７８】
【実施例】
以下、本発明の実施例をさらに具体的に説明する。
【００７９】
（実施例１）
［帯電装置の条件］
磁性粒子の見かけ密度ρ：2.80ｇ／cm3
ニップ領域を含む帯電スリーブ上の磁性粒子の存在量Ｍ：0.25ｇ／cm2
帯電スリーブと感光体ドラムとの最小間隙Ｈ：0.07cm
帯電スリーブの移動方向：ニップ領域において感光体ドラムと同方向
ニップ幅Ｌ：0.6cm
ニップ出口とニップ出口下流側の磁極との距離Ｄ：1.1cm
［その他の条件］
磁性粒子の体積平均粒径：108μm
磁性粒子の飽和磁化：63emu／ｇ
磁性粒子の見かけの比抵抗：３×108Ω・cm
磁性粒子の形状：球形
磁性粒子の材質：(CuO)0.235(ZnO)0.235(Fe2O3)0.53のＣu-Ｚn-フェライト
帯電スリーブの直径：1.8cm
帯電スリーブの表面粗さ：20μm
帯電スリーブの材質：ステンレス
帯電スリーブの移動速度（周速度）：10cm／sec
帯電スリーブと規制板との最小間隙ＤR：0.09cm
磁石体の磁極数：５極（感光体ドラムに最も近接した磁極から帯電スリーブ移動方向下流側に、Ｎ1極、Ｓ1極、Ｎ2極、Ｎ3極、Ｓ2極とする。）
0003781199.tif 000002
Ｎ1極の位置：帯電スリーブと感光体ドラムとの最近接位置から下流側に10°
規制板の位置：Ｎ3極〜規制板角度＝25゜  Ｓ2極〜規制板角度＝35゜
感光体ドラムの構成：直径８cm、長さ35cm、肉厚0.1cmの円筒状アルミニウム基体上に、ポリアミドからなる下引層0.1μm、アゾ系顔料とポリカーボネート樹脂を主成分とする電荷発生層0.                      1μm、スチリルトリフェニルアミン誘導体とポリカーボネート樹脂を主成分とする電荷輸送層25μmを順次形成した有機感光体ドラム
感光体ドラムの移動速度（周速度）：23cm／sec
交流バイアスの直流成分：−800Ｖ（定電圧制御）
交流バイアスの交流成分：2.1ｍＡ（定電流制御）、周波数2000Ｈz、sin波
［画像形成テスト］
本発明の帯電装置を Konica U-BIX3035（コニカ(株)社製）改造機に装着し、上記条件にて、20℃50％RHの常温常湿環境下、30℃80％RHの高温高湿環境下および10℃20％RHの低温低湿環境下で画像形成テストを行ったところ、何れの環境下においても画像ムラのない鮮明な画像が得られ、帯電ムラのない均一な帯電が得られていることが確認された。
【００８０】
また、帯電装置を脱着して磁気ブラシの穂を確認したところ、ニップ領域の磁気ブラシの穂は圧縮され、ニップ出口下流の穂も均された状態であった。（図１参照）
さらに前記20℃50％RHの常温常湿環境下で10,000枚の連続複写を行ったところ、画像ムラのない鮮明な画像が安定して得られ、10,000枚の連続複写後においても帯電装置内の磁性粒子の減少は全くみられず、帯電ムラおよび感光体ドラムへの磁性粒子付着がなく、均一な帯電が得られていることが確認された。
【００８１】
（実施例２）
［帯電装置の条件］
磁性粒子の見かけ密度ρ：2.78ｇ／cm3
ニップ領域を含む帯電スリーブ上の磁性粒子の存在量Ｍ：0.18ｇ／cm2
帯電スリーブと感光体ドラムとの最小間隙Ｈ：0.05cm
帯電スリーブの移動方向：ニップ領域において感光体ドラムと同方向
ニップ幅Ｌ：0.5cm
ニップ出口とニップ出口下流側の磁極との距離Ｄ：１cm
［その他の条件］
磁性粒子の体積平均粒径：63μm
磁性粒子の飽和磁化：63emu／ｇ
磁性粒子の見かけの比抵抗：5×108Ω・cm
磁性粒子の形状：球形
磁性粒子の材質：(CuO)0.235(ZnO)0.235(Fe2O3)0.53のＣu-Ｚn-フェライト
帯電スリーブと規制板との最小間隙ＤR：0.07cm
Ｎ1極の位置：帯電スリーブと感光体ドラムとの最近接位置（0゜）
規制板の位置：Ｎ3極〜規制板角度＝25゜  Ｓ2極〜規制板角度＝35゜
交流バイアスの直流成分：−800Ｖ（定電圧制御）
交流バイアスの交流成分：1.5ｍＡ（定電流制御）、周波数1500Ｈz、sin波
上記条件以外は実施例１と同じ
［画像形成テスト］
上記条件にて、実施例１と同様にして画像形成テストを行ったところ、実施例１と同様に、画像ムラのない鮮明な画像が安定して得られ、また帯電装置内の磁性粒子の減少も全くみられず、帯電ムラおよび感光体ドラムへの磁性粒子付着がなく、均一な帯電が得られていることが確認された。このときの磁気ブラシの穂の状態は、実施例１と同様に、均一な状態であった。
【００８２】
（実施例３）
［帯電装置の条件］
磁性粒子の見かけ密度ρ：2.18ｇ／cm3
ニップ領域を含む帯電スリーブ上の磁性粒子の存在量Ｍ：0.20ｇ／cm2
帯電スリーブと感光体ドラムとの最小間隙Ｈ：0.07cm
帯電スリーブの移動方向：ニップ領域において感光体ドラムと同方向
ニップ幅Ｌ：0.6cm
ニップ出口とニップ出口下流側の磁極との距離Ｄ：0.7cm
［その他の条件］
磁性粒子の体積平均粒径：78μm
磁性粒子の飽和磁化：90emu／ｇ
磁性粒子の見かけの比抵抗：２×107Ω・cm
磁性粒子の形状：球形
磁性粒子の材質：(MnO)0.25(ZnO)0.25(Fe2O3)0.5のＭn-Ｚn-フェライト
帯電スリーブの直径：1.8cm
帯電スリーブの表面粗さ：15μm
帯電スリーブの材質：ステンレス
帯電スリーブの移動速度（周速度）：６cm／sec
帯電スリーブと規制板との最小間隙ＤR：0.08cm
磁石体の磁極数：６極（感光体ドラムに最も近接した磁極から帯電スリーブ移動方向下流側に、Ｎ1極、Ｓ1極、Ｎ2極、Ｓ2極、Ｎ3極、Ｓ3極とする）
磁石体の磁極間角度：各磁極間角度はすべて60゜
帯電スリーブ表面の磁界：各磁極とも700〜750ガウスの範囲内
Ｎ1極の位置：帯電スリーブと感光体ドラムとの最近接位置から下流側に5゜
規制板の位置：Ｓ3極〜規制板角度、Ｎ1極〜規制板角度とも30゜
感光体ドラムの移動速度（周速度）：23cm／sec
交流バイアスの直流成分：−800Ｖ（定電圧制御）
交流バイアスの交流成分：3.2ｍＡ（定電流制御）、周波数3000Ｈz、sin波
［画像形成テスト］
上記条件にて、実施例１と同様にして画像形成テストを行ったところ、実施例１と同様に、画像ムラのない鮮明な画像が安定して得られ、また帯電装置内の磁性粒子の減少も全くみられず、帯電ムラおよび感光体ドラムへの磁性粒子付着がなく、均一な帯電が得られていることが確認された。このときの磁気ブラシの穂の状態は、実施例１と同様に、均一な状態であった。（図４参照）
（比較例１）
［帯電器条件およびその他の条件］
下記条件以外はすべて実施例２と同じ。
【００８３】
帯電スリーブと感光体ドラムとの最小間隙Ｈ：0.08cm
ニップ幅Ｌ：0.6cm
ニップ出口とニップ出口下流側の磁極との距離Ｄ：0.95cm
［画像形成テスト］
上記条件にて、20℃50％RHの常温常湿環境下で実施例１と同様にして画像形成テストを行ったところ、中間調部分においてスジ状の画像ムラが現れ、帯電ムラが発生していることが確認された。また、帯電装置を脱着して磁気ブラシの穂の状態を確認したところ、ニップ領域において磁気ブラシは圧縮されておらず、ニップ領域、ニップ出口下流側とも不均一な状態であった。引き続き、同一環境下で2000枚の連続複写を行ったところ、連続複写の前後で帯電装置内の磁性粒子は70ｇから67ｇに減少し、感光体ドラムへ磁性粒子が付着していることが確認された。（図５参照）
（比較例２）
［帯電器条件およびその他の条件］
下記条件以外はすべて実施例３と同じ。
【００８４】
ニップ出口とニップ出口下流側の磁極との距離Ｄ：0.25cm
N1極の位置：帯電スリーブと感光体ドラムとの最近接位置から上流側に25°
［画像形成テスト］
上記条件にて、20℃50％RHの常温常湿環境下で実施例１と同様にして画像形成テストを行ったところ、中間調部分においてリングマーク状の画像ムラが現れ、帯電ムラが発生していることが確認された。また、帯電装置を脱着して磁気ブラシの穂の状態を確認したところ、ニップ領域では磁気ブラシは圧縮されていたが、ニップ出口下流側では穂が立って乱れた状態となっていた。
【００８５】
引き続き、同一環境下で2000枚の連続複写を行ったところ、連続複写の前後で帯電装置内の磁性粒子重量は70ｇから61ｇに減少し、感光体ドラムへの磁性粒子付着および飛散が発生していることが確認された。（図６参照）
（比較例３）
［帯電器条件およびその他の条件］
下記条件以外はすべて実施例１と同じ
ニップ領域を含む帯電スリーブ上の磁性粒子の存在量Ｍ：0.24ｇ／cm2
帯電スリーブの移動方向：ニッブ領域において感光体ドラムと逆方向
ニップ幅Ｌ：0.6cm
ニップ出口*1とニップ出口下流側の磁極*2との距離Ｄ：0.8cm
*1）ニップ領域の感光体ドラム移動方向下流側の端部位置（帯電スリーブ移動方向上流側の端部位置）
*2）前記ニップ出口の感光体ドラム移動方向下流側（帯電スリーブ移動方向上流側）の磁極（→S1極）
Ｎ1極の位置：帯電スリーブと感光体ドラムとの最近接位置から感光体ドラム移動方向の上流側（帯電スリーブ移動方向の下流側）に10°
規制板の位置：規制板の位置をＳ1極とＮ2極の間に変更。
【００８６】
Ｓ1極〜規制板角度＝25°    Ｎ2極〜規制板角度＝25°
［画像形成テスト］
上記条件にて、20℃50％RHの常温常湿環境下で実施例１と同様にして画像形成テストを行ったところ、画像全体に黒ポチが現れ、かなりの量の磁性粒子が感光体ドラム上に付着していることが確認された。帯電装置を脱着して磁性粒子重量の減少を測定したところ、わずか10コピーで70ｇから65ｇに減少していた。（図７参照）
【００８７】
【発明の効果】
本発明の帯電装置によれば、ニップ領域において磁気ブラシを圧縮するとともに、磁気ブラシを像形成体の移動方向と同方向に搬送し、さらにニップ出口下流側の磁気ブラシと像形成体とが離れていく領域では磁気ブラシの穂が立たないようにしたので、ニップ領域における磁気ブラシと像形成体との接触が均一になるとともに、ニップ出口下流側における磁気ブラシの穂も均一な状態を保たれるので、スジ状あるいはリングマーク状の帯電ムラおよび像形成体への磁性粒子付着がなく、均一な帯電が得られる帯電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電装置の一例を示す断面図。
【図２】本発明が適用される画像形成装置の一例を示す断面図。
【図３】搬送担体上の磁性粒子の存在量の測定法を説明する図。
【図４】本発明の帯電装置の他の例を示す断面図。
【図５】本発明外の帯電装置の一例を示す断面図。
【図６】本発明外の帯電装置の他の例を示す断面図。
【図７】本発明外の帯電装置の他の例を示す断面図。
【符号の説明】
１  磁性粒子の存在量測定に用いる部材
２  帯電スリーブと同じ曲率をもつワン曲部
11  磁性粒子
11A 磁気ブラシ
12  帯電スリーブ（搬送担体）
13  磁石体
14  規制板（規制部材）
15  撹拌ローラ（撹拌部材）
16  ケーシング
20  電源（バイアス印加手段）
Ｈ  帯電スリーブと感光体ドラムとの最小間隙
Ｌ  ニップ幅
Ｄ  ニップ出口とニップ出口下流側の磁極との距離
ＤR  帯電スリーブと規制板との最小間隙
【図１】
0003781199.tif 000003
【図２】
0003781199.tif 000004
【図３】
0003781199.tif 000005
【図４】
0003781199.tif 000006
【図５】
0003781199.tif 000007
【図６】
0003781199.tif 000008
【図７】
0003781199.tif 000009