JP2004138801A

JP2004138801A - 帯電装置、作像ユニット及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2004138801A
Application number: JP2002303202A
Authority: JP
Inventors: Takahiko Tokumasu; 徳増　貴彦; Kenji Sugiura; 杉浦　健治
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13
Also published as: US7113726B2; US20060039719A1

Abstract

【課題】フィルミング現象の発生を防止するとともに像担持体及び帯電部材の寿命を延ばすことができ、加えて濃度ムラの無い高画質を実現する。
【解決手段】帯電ローラ２を、感光体ドラム１に対して微小ギャップを持たせて対向配置する。微小ギャップの大きさは１０〜１００μｍとする。帯電ローラ２には、直流電圧（一例として−７００Ｖ）に交流電圧（一例としてピークツーピーク電圧Ｖｐｐ＝２ｋＶ，周波数３ｋＨｚ）を重畳した帯電バイアスを印加する。感光体線速をｖ，交流電圧の周波数をｆとするとき、７≦ｆ／ｖ≦１７となるように構成する。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置における帯電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平１０−３１２０９８号公報
【特許文献２】特開昭６３−７３８０号公報
【特許文献３】特開平７−２８７４３３号公報
【特許文献４】特開平５−１５０５６４号公報
【特許文献５】特開平１１−８４８２５号公報
【０００３】
電子写真方式による複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置においては、従来、像担持体に帯電を施す帯電手段としてはコロナ放電を利用するものが主流であった。図８は、非接触方式の帯電手段を備える従来の画像形成装置の一例における、作像部付近を示す概略構成図である。この図において、感光体ドラム５１の周囲には帯電チャージャ５２，現像器５３，転写手段５４，分離手段５５，クリーニングユニット５６，除電ランプ（ＱＬ）５７等が配設されている。非接触方式の帯電手段である帯電チャージャ５２は、コロナ放電を利用するものである。
【０００４】
しかしコロナ放電を用いた帯電手段は、オゾンが多量に発生してしまうという不具合があり、またコロナ放電を行わせるために５〜１０ｋＶという高電圧を印加する高電圧電源が必要であるので画像形成装置の低コスト化を図ることが難しかった。
【０００５】
そこで、近年は、コロナ放電を利用しないで帯電部材を像担持体に接触させる接触型の帯電手段が多く提案されている。この接触型の帯電手段では、上記コロナ放電を用いた帯電手段の場合に挙げた問題点の多くが解消される一方、像流れと呼ばれる異常画像の発生や像担持体の摩耗量が増大するなどの問題も発生している。また、印加電圧に交流を用いた場合は騒音の発生も問題になっている。加えて、前記帯電手段がトナーや紙紛を像担持体（感光体）と帯電部材間で擦りつけるので汚染を助長し、それによる汚れも問題となっている。前記問題を解消する技術の一例が上記特許文献１に開示されており、補助帯電部材と帯電部材を用いて印加電圧を制御することによって、前記帯電手段のトナーや紙粉等による汚れを防止すると共に、クリーナレスシステムにおけるポジゴーストと呼ばれる異常画像の発生等を防止している。
【０００６】
電子写真プロセスは、感光体を一様に帯電させる帯電部など各部でコロナ放電を利用する場合が多いが、このコロナ放電により生成物が発生する。例えば、オゾン、窒素酸化物があげられる。オゾンは高濃度で画像形成装置内に滞留すると感光体表面を酸化し、感光体光感度の低下や帯電能の劣化を生じさせ、形成画像が悪化する（参考文献：明珍　寿史　他、“オゾンによる感光体劣化軽減のためのコロナチャージャの開発”、電子写真学会誌、第３１、１、１９９２　など）。また、感光体以外の部材の劣化が促進され、部品寿命が低下する等の不具合もある。
【０００７】
画像流れ物質の原因は窒素酸化物と考えられているが、窒素酸化物は次のような不具合を発生させる。放電により窒素酸化物が発生することが知られているが、窒素酸化物は空気中の水分と反応して硝酸が、また金属などと反応して金属硝酸塩が生成される。さらに、放電領域中では、アンモニウムイオンも同時に形成されており、このアンモニウムイオンが窒素酸化物と反応し、化合物が生成される。これらの生成物は低湿環境下では高抵抗であるが、高湿環境下では空気中の水と反応し低抵抗となる。よって、感光体表面に硝酸または硝酸塩による薄い膜が形成されると、画像が流れたような異常画像が発生する。これは硝酸、硝酸塩が吸湿することで低抵抗となり、感光体表面の静電潜像が壊れてしまうためである。
【０００８】
さらに、窒素酸化物は放電後も空気中に分解されずにその場に留まっているため、窒素酸化物から生成された化合物の感光体表面への付着は帯電を行っていないとき、すなわち、プロセスの休止期間中にも生じる。そして、この化合物は時間が経過するにつれて感光体の表面から内部に浸透していくという説もある。
【０００９】
感光体表面の付着物は、クリーニング時に感光体を少しずつ削りとることで除去するといった方法が取られている。しかしながら、コスト上昇や経時による劣化問題が起こり、本質的な解決策とはなっていない。
【００１０】
ところで、近年は帯電部材を感光体に接触（近接）させて感光体を帯電させる接触帯電装置が提案、実用化されている。例えば、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行うものが知られている。この接触帯電方式は、従来用いられているコロナ帯電方式に比べてオゾンの発生量が極めて少ない、印加電圧が低いため電源のコストが小さくなる、電気絶縁の設計が行いやすい等の利点を有している。もちろん、上記のオゾンなどによる不具合も低減する。
【００１１】
例えば、上記特許文献２に開示されているように、ローラ状の帯電部材を感光体上に接触従動させて感光体の帯電を行うものが知られている。しかし、窒素酸化物は接触もしくは近接タイプの帯電装置を用いた場合も発生するので、画像が流れたような異常画像は完全に発生しなくなるというわけではない。これまで、画像流れと呼ばれる異常画像の発生率は、近接帯電のほうが、均一帯電に必要な印加電圧が高くなるため不利だと考えられていたが、接触させた場合と同等であることが判っている。
【００１２】
また、接触タイプの帯電装置では帯電部材がゴム材であるため、長期間装置を停止させた場合、感光体に接した状態にあるローラが変形する可能性がある。また、ゴムは吸水しやすい材料であるため環境の変化に伴う電気抵抗変動が大きい。さらに、ゴムはその弾性を発揮させるためや劣化防止のため数種の可塑剤や活性剤を必要としており、導電性顔料を分散させるためには分散補助剤を用いることも少なくない。つまり、感光体の表面はポリカーボネートやアクリルといった非晶性樹脂であるため、上述の可塑剤や活性剤および分散補助剤に対し非常に弱い。また、接触帯電方式では帯電部材と感光体との間に異物を巻き込み、帯電部材が汚染されて帯電不良が発生する。あるいは、直接感光体にローラが触れているために長期保存した場合に感光体が汚染され、そのために横スジ等の画像不良を生じることがある。
【００１３】
そこで、帯電ローラを感光体に対し非接触で配置することで、上記の感光体汚染、ローラの変形などの問題を解決する方法も提案されている。非接触帯電ローラのＤＣ帯電を行った場合、帯電電位は、印加バイアスだけではなく帯電ローラと感光体とのギャップ距離にも依存することが知られている。
【００１４】
ギャップ距離の変化で帯電電位が変化し、異常画像となってしまうという課題を解決するために、上記特許文献３では以下のようにしている。帯電器の放電面に微小な凹凸を設けることで、安定放電を行うのである。これにより、ギャップの変動があった場合でも異常画像の生じない均一帯電を可能としている。
【００１５】
しかし、特許文献３に記載のものは、放電の安定性のために微小な凹凸を必要としている。この凹凸は、放電という過酷な条件にさらされているなど、経時で変化する（なくなる）可能性がある。凹凸がなくなると、所期の効果を得ることができず、均一帯電が出来なくなる。つまり、長期にわたり均一帯電を行うことが難しい可能性がある。さらに、均一帯電可能な微小な凹凸の範囲が限定されているため生産工程が難しくなり、コストが上昇する可能性もある。
【００１６】
ところで、帯電バイアスの印加方式には、ＤＣ電圧とＤＣ＋ＡＣ重畳タイプがある。感光体へのダメージに関してはＡＣ電圧の方が大きいことが知られている。感光体は、帯電部での放電によりコロナチャージャと同様に放電生成物が生成される。ＤＣ＋ＡＣ重畳タイプのローラ帯電の方が、この生成物の量が多い。これは、ＤＣ＋ＡＣ重畳タイプが逆放電を帯電ローラと感光体との間で起こしているため、ＤＣ放電より放電回数が格段に多いためだと考えられる。ＤＣ電圧を印加する方式は、ギャップ変動による帯電電位のばらつき、放電の安定性などの問題により、実用化が難しい。このため、ＤＣ＋ＡＣ重畳タイプが、非接触帯電の場合には、適した方式だと考えられる。しかし、ＤＣ＋ＡＣ重畳方式も、ＤＣ電圧方式に比べギャップ変動に対して帯電電位の安定性、放電の安定性に関して強いとはいえ、変動が大きくなりすぎると安定性がなくなり、異常画像の原因となってしまう。
【００１７】
また、最近では、帯電部材（実質的な帯電を行う部分）と像担持体表面との間に微小ギャップを設けることにより、帯電部材が像担持体表面に接触して帯電部材が汚れる不具合を抑制し、或いは像担持体表面が早期に劣化する不具合を防止することが提案されている。
【００１８】
この微小ギャップを設ける方式の場合、ギャップが大きくなりすぎるとストリーマ放電が発生するため、像担持体表面を均一に帯電することができず、像担持体上に形成されたトナー像に斑点状の異常画像が発生し、その画質が劣化する。そこで従来より、像担持体表面と帯電部材との間の微小ギャップを少なくとも１００μｍ以下の値に設定してストリーマ放電の発生を阻止し、トナー像の画質向上を図るようにしている。
【００１９】
また、上記特許文献４には、帯電ローラに対して直流電圧に重畳させて印加する交流電圧の周波数を、感光体の線速に関連して規定することが記載されている。
しかし、帯電バイアス電圧の周波数の関係が上記の値では、視覚で捉えられる濃度ムラとして見えてしまうという欠点がある。図９に示すように、帯電ローラに印加する交流電圧の振幅周期の山あるいは谷が１ｍｍ幅の間に何回あるかを示す空間周波数が少ないと（図９の場合、空間周波数は３本／ｍｍ）、これを現像した時には人間の視覚で濃度ムラが確認できることになる。また、特許文献４には、放電開始電圧（Ｖｔｈ）の２倍以下の電圧を印加することが良いとの記載がある（請求項２）が、前記電圧では感光体から帯電部材への放電（所謂、逆放電と呼ばれる放電）が起こらないという不具合がある。
【００２０】
また、上記特許文献５には、潜像形成時以外の帯電時には交流電流（交流電圧の振幅、周波数）を潜像形成時のそれよりも下げるようにすることが記載されている。すなわち、図１０に示すように、画像部で高周波数にし、画像部以外の時にはそれ以下の周波数にするものである。
【００２１】
この特許文献５においては、潜像形成時以外の帯電時における交流電流（交流電圧の振幅、周波数）を潜像形成時のそれよりも下げるようにしているが、周波数については妥当な値が記載されていない。そして、特許文献５の技術は画像流れを防ぐ方法として書かれているが、本願発明者らの実験結果では、図１１に示すように、画像流れに対してほとんど効果が無いことが判っている。すなわち、図１１のグラフにおいて、周波数を変えた場合でも画像流れ物質の量に変化が現れていない。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の帯電装置においては、画像流れの発生や感光体の汚染に伴う画像不良、濃度ムラ、あるいは長期にわたる均一帯電の確保、放電安定性、さらにはコスト上昇の抑制等、種々の問題が充分に解決されていない。
【００２３】
また従来、像担持体を帯電する場合において、帯電ローラに印加する直流に交流を重畳した電圧の交流電圧の周波数（ｆ）は均一帯電を行うためには高い方が好ましいという説が一般的であった。しかしながら、周波数を高くすると像担持体表面が劣化しトナーや紙粉等が像担持体表面に固着することによると思われるフィルミング現象が発生し、前記フィルミング部が帯電できなくなって異常画像が発生するという問題がある。加えて、帯電ローラ等の帯電部材にも同様のフィルミング現象が発生する場合も多い。一方、交流電圧の周波数が低いとハーフトーン画像や同濃度で形成されたベタ画像等で、画像ムラが発生するという問題があった。
【００２４】
なお、フィルミングとは、像担持体表面が放電やその他の要因等により劣化し、トナーや紙粉等が像担持体表面に固着することである。帯電ローラで像担持体の帯電を行う場合は、放電によって像担持体の表面の分子が切断されて劣化するという説がごく一般的である。また、像担持体の表面にトナーに内添されたワックス等が付着して、それが核となってフィルミングが発生するという説もある。加えて、クリーニングブレードやクリーニングブラシ或いは現像キャリアによって像担持体の表面が傷ついて、前記傷が核となりフィルミングが発生するという説もある。これらの説全てが実験等により確認されている訳ではない。
【００２５】
本発明は、従来の帯電装置における上述の問題を解決し、フィルミング現象の発生を防止するとともに像担持体及び帯電部材の寿命を延ばすことができ、加えて濃度ムラの無い高画質を提供することのできる帯電装置、作像ユニット及び画像形成装置を提供することを課題とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、像担持体を帯電させるための帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加し、前記帯電部材と像担持体間に放電を生じさせて像担持体を帯電させる帯電装置において、前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ），前記像担持体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とするとき、７≦ｆ／ｖ≦１７であることにより解決される。
【００２７】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、像担持体を帯電させるための帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加し、前記帯電部材と像担持体間に放電を生じさせて像担持体を帯電させる帯電装置において、前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ），前記像担持体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とするとき、９≦ｆ／ｖ≦１５であることを提案する。
【００２８】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、少なくとも画像形成領域の帯電時に前記交流電圧の周波数ｆと像担持体の移動速度ｖの関係が成立することを提案する。
【００２９】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、画像形成領域外の帯電時における前記交流電圧の周波数ｆと像担持体の移動速度ｖの関係が０．５≦ｆ／ｖ≦７であることを提案する。
【００３０】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記帯電部材と像担持体が微小ギャップを有して対向配置されることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記帯電部材が回転可能なローラ状に構成されていることを提案する。
【００３１】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電装置を備え、少なくとも該帯電装置と像担持体とが一体的に組みつけられて画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを提案する。
【００３２】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記帯電装置の帯電部材を清掃する清掃部材と、前記像担持体に接触して設けられる接触部材とを有し、該清掃部材及び接触部材が当該作像ユニットに組み付けられて画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを提案する。
【００３３】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の帯電装置又は作像ユニットを備えることを提案する。
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記像担持体がアモルファスシリコン系表面層を有する感光体として構成されることを提案する。
【００３４】
また、前記の課題を解決するため、本発明は、前記像担持体がフィラーを分散した表面層を有する感光体として構成されることを提案する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明に係る帯電装置の一例を備える画像形成装置の作像部付近を示す概略構成図である。この図において、像担持体としての感光体ドラム１の周囲には帯電ローラ２，現像手段３，転写手段４，分離手段５，クリーニングユニット６，除電ランプ（ＱＬ）７等が配設されている。帯電ローラ２にはクリーニングブラシ（ブラシローラ）８が付設されている。符号９は定着装置である。
【００３６】
本例では、クリーニングユニット６はクリーニングローラにブラシローラを付設したものであるが、図８に示すクリーニングユニット５６のように、ブレードタイプでも構わない。
【００３７】
図２は、帯電ローラ２付近の拡大図である。この図に示すように、帯電ローラ２は、感光体ドラム１に対して微小ギャップを持たせて対向配置している。微小ギャップの大きさは、１０〜１００μｍとする。帯電ローラ２には、直流電圧（一例として−７００Ｖ）に交流電圧（一例としてピークツーピーク電圧Ｖｐｐ＝２ｋＶ，周波数３ｋＨｚ）を重畳した帯電バイアスが印加される。
【００３８】
通常、帯電ローラ２の回転方向は、ギヤ等の駆動機構（図示せず）により感光体ドラム１の回転方向（図中時計回り）と逆方向の回転（図中反時計回り）となるように設けられるが、感光体ドラム１と同方向に回転させても構わない。帯電ローラ２の回転速度は、感光体ドラム１の線速と同じにするのが通常であるが、感光体線速より速くしても良い。感光体線速より遅くすると帯電が不安定になる場合が生じるので注意が必要である。
【００３９】
本例では、帯電ローラ２にクリーニングブラシ８を付設しており、帯電ローラ２に付いたトナー等の汚れを除去するようにしている。接触型帯電ローラの場合には帯電バイアスとして直流電圧だけを印加する構成もあるが、本例の非接触型（微小ギャップを有する）帯電ローラでは、直流電圧に交流電圧を重畳して印加している。
【００４０】
図３は、帯電ローラ２の構成を示す断面図である。
本発明における帯電手段は、像担持体（感光体）表面に対向配置される帯電部材を有するものである。その帯電部材は適宜な形態に構成できるものであるが、本実施例では当該帯電部材が帯電ローラとして構成されている。このような帯電部材は、図３に示すように、円柱状に形成された導電性の芯金２ａと、その芯金２ａに固定された円筒状の中抵抗層２ｂと、帯電ローラの外周面に積層された表層２ｃとを有している。
【００４１】
芯金２ａは、例えば、直径が４〜２０ｍｍ程度のステンレス鋼やアルミニウムなどの高い剛性と導電性を有する金属材料や、１×１０^３Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０^２Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を有する高剛性の導電性樹脂などによって構成される。本例では芯金２ａが帯電ローラ２の芯軸を構成している。
【００４２】
中抵抗層２ｂの体積抵抗率は１０^４〜１０^９Ω・ｃｍ程に設定され、その厚さは例えば１〜２ｍｍ程度に設定される。
表層２ｃの体積抵抗率は１０^６〜１０^１１Ω・ｃｍ程に設定され、該表層の体積抵抗率は中抵抗層２ｂの体積抵抗率よりも多少高くなっていることが好ましい。かかる表層２ｃの厚さは、例えば１０μｍ程度である。
【００４３】
図４は帯電ローラ２と感光体ドラム１のギャップを形成する構成を示す側面図である。この図に示すように、帯電ローラ２の軸方向の両端部近傍の位置で、帯電ローラ２の周面にスペーサ部材２ｄを巻装することで微小ギャップを形成している。ここでは、スペーサ部材としてテープを用いているが、コロ等によりギャップを形成しても構わない。
【００４４】
帯電ローラ２の各部を構成する材料の具体例を列挙する。
スペーサ部材２ｄを構成するテープの材料としては、アルミニウム、鉄、ニッケルなどの金属及びその酸化物、Ｆｅ―Ｎｉ合金、ステンレス鋼、Ｃｏ―Ａｌ合金、Ｎｉ鋼、ジュラルミン、モネル、インコネルなどの金属合金、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などのポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、及びその共重合体（例えばＰＦＡ、ＦＥＰ）などのフッ素樹脂、ポリイミド樹脂などを挙げることができる。特にトナーが固着し難い離型性の高い材料を用いることが好ましい。また、テープとして導電材料を用いるときは、その表面に絶縁層又は半抵抗体層をコートするなどして、テープと像担持体との間を絶縁する。
【００４５】
中抵抗層２ｂは、ベース材とこれに分散された導電剤により構成され、そのベース材としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂、ポリスチレン（ＰＳ）及びその共重合体（ＡＳ，ＡＢＳ）などのスチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのアクリル系樹脂など、加工性のよい汎用樹脂を用いることができる。
【００４６】
中抵抗層２ｂの導電剤としては、過酸化リチウムなどのアルカリ金属塩、過塩素酸ナトリウムなどの過塩素酸塩、テトラブチルアンモニウム塩などの４級アンモニウム塩、高分子型導電剤などのイオン系導電剤を用いることができ、またケッチェンブラック、アセチレンブラックなどのカーボンブラックを用いることもできる。
【００４７】
表層２ｃもベース材に導電剤を分散した材料から構成でき、そのベース材としては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂などの適宜な材料を用いることができ、特にトナーが固着し難い材料を選択することが好ましい。
【００４８】
表層２ｃの導電材としては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックなどのカーボンブラック、酸化インジウム、酸化スズなどの金属酸化物などから成る電子伝導性導電剤、またはその他の適宜な導電剤を用いることができる。ただし、帯電ローラ２の材料を上記の材料に限定するものではない。
【００４９】
さて、従来例に関連して図９で説明したように、帯電ローラに印加する交流電圧の空間周波数が少ない場合には、現像後において人間の視覚で濃度ムラが視認されてしまう。人間の視覚感度で言うと、空間周波数が少ないほど感度が高く（、ムラが大きく）、周波数が多くなるに伴って感度が低くなる（ムラが目立たなくなる）。そして、７本／ｍｍ以上では感度が非常に小さく、９本／ｍｍ以上ではほとんど感度が無くなる。従って、本発明では、空間周波数の下限を７本／ｍｍに設定した。また、上記視覚感度より、より好ましくは９本／ｍｍ以上である。
【００５０】
そして、印加する電圧の周波数の上限は、フィルミングの発生を元に決定した。本願発明者らの実験では像担持体の線速を１８５ｍｍ／ｓｅｃ、周波数を２０００Ｈｚと４５００Ｈｚで実験を行ったところ、２０００Ｈｚではフィルミングは発生せず、４５００Ｈｚではフィルミングが発生した。この時の空間周波数は、２０００Ｈｚの時は約１０．８本／ｍｍとなり、４５００Ｈｚの時は約２４．３本／ｍｍになる。
【００５１】
別の実験で、像担持体の線速を１４１ｍｍ／ｓｅｃ、周波数を２０００Ｈｚと２５００Ｈｚで実験を行ったところ、２０００Ｈｚではフィルミングが発生しなかったが、２５００Ｈｚでは発生した。この時の空間周波数は、２０００Ｈｚの時は約１４．２本／ｍｍとなり、２５００Ｈｚの時は約１７．７本／ｍｍになる。これらの結果から、空間周波数の上限値としては、最大でも１７．７／ｍｍが良いことが判り、余裕を持って空間周波数の上限値を１７本／ｍｍと決定した。フィルミングをより確実に抑制するためには、空間周波数の上限値を１５本／ｍｍとすることが好ましい。
【００５２】
なお、図２に示した帯電バイアス（周波数３ｋＨｚ）の場合、感光体ドラム１の線速を２００ｍｍ／ｓｅｃとすると空間周波数は１５本／ｍｍとなる。
【００５３】
そして、図９においては電圧の振幅であるピーク・ツー・ピーク電圧（Ｖｐｐ）は示されていないが、特許文献１の請求項２では放電開始電圧（Ｖｔｈ）の２倍よりも低い電圧を印加することが記載されている。しかし本実施例では、帯電ローラに印加する電圧の山及び谷部分で放電が常に発生するように、ピークツーピーク電圧（Ｖｐｐ）を常に放電開始電圧（Ｖｔｈ）の２倍以上とした。
【００５４】
ところで、本発明においては帯電部材に印加する交流電圧の周波数を上記のように規定したが、画像形成領域外では上記の値に縛られる必要は無い。むしろ、フィルミング防止の観点からは、空間周波数が低い方が良い。ただし、感光体の帯電電位が大きく下がるようでは、感光体にトナーが付着するなどの問題が発生する。したがって、感光体の帯電電位が下がらないようにすることが必要である。本願発明者らの実験からは、空間周波数が０．５本／ｍｍ程度であれば、帯電電位がほとんど変化ないことが判っており、これを画像形成領域外での下限値とした。図５に、空間周波数と感光体帯電電位の関係をグラフにて示す。この図から判るように、空間周波数が０．５本／ｍｍ以上で帯電電位はほぼ一定である。なお、画像形成領域外における空間周波数の上限は、ここでは、画像形成領域における空間周波数の下限値である７本／ｍｍ未満に設定するものとする。
【００５５】
図６は、本発明を適用した画像形成装置の一例における全体構成を示す断面図である。図６において、装置本体のほぼ中央部には、図１で説明したものとほぼ同様の作像ユニットが配置されている。図１の構成と異なる主な点は、転写チャージャ４及び分離チャージャ５に代えて転写搬送ベルトユニット１４を用いていることである。図１の構成と同部材あるいは同機能のものには同じ符号を付してある。なお、図６においては、帯電ローラ２に付設されたクリーニングブラシ８及び除電ランプ７は図示を省略している。
【００５６】
装置上部位置には露光手段の一例であるレーザ書込みユニット１１が、また、装置下部位置には給紙手段としてのカセット１２が配設されている。感光体ドラム１の右斜め下方の符号１０はレジストローラである。また、図において装置左側面外部には排紙トレイ１３が設けられている。
【００５７】
本例の画像形成装置において、帯電ローラ２には、図１の構成と同様、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスが印加される。その帯電バイアスにおける交流電圧の周波数については、図１〜４で説明した場合と同様であるので、説明を省略する。
【００５８】
また、本例の画像形成装置において、装置本体内に配置された像担持体を有している。この像担持体は円筒状の導電性ベースの外周面に感光層を有するドラム状の感光体により構成されているが、複数のローラに巻き掛けられて回転駆動される無端ベルト状の像担持体を用いることもできる。
【００５９】
図６に示した感光体ドラム１は、画像形成動作時に図中時計回りに回転駆動され、このとき感光体ドラム１が帯電手段２によって所定の極性に帯電される。帯電手段２によって帯電された感光体ドラム１には、レーザ書き込みユニット１１から出射する光変調されたレーザ光Ｌが照射され、これによって感光体ドラム１に静電潜像が形成される。図示した例では、レーザ光が照射された像担持体表面部分の電位の絶対値が低下して、ここが静電潜像（画像部）となり、レーザ光が照射されずに電位の絶対値が高く保たれた部分が地肌部となる。次いで、この静電潜像は、現像手段３を通るとき、所定の極性に帯電されたトナーによって、トナー像として可視像化される。ＬＥＤアレイを有する露光手段や、原稿面を照明し、その原稿画像を像担持体上に結像する露光手段（アナログ方式）などを用いることもできる。
【００６０】
一方、給紙カセット１２から、記録媒体としての例えば転写紙が送り出され、感光体ドラム１と転写搬送ベルトユニット１４が対向する転写領域に向けて、レジストローラ１０により転写紙が所定のタイミングで送り込まれる。そして、感光体ドラム１上に形成されたトナー像が転写紙上に静電的に転写される。トナー像を転写された転写紙は、転写搬送ベルトユニット１４によって定着装置９に送られ、定着装置９によって熱と圧力の作用によってトナー像が転写紙上に定着される。定着装置９を通った転写紙は排紙トレイ１３上に排出される。転写紙に転写されずに感光体表面に残された転写残トナーは、クリーニング手段６によって除去される。
【００６１】
現像手段３は、現像ケース内に乾式の現像剤を収容している。現像ローラ１５はその現像剤を担持しながら搬送する現像部材である。現像剤としては、例えばトナーとキャリアを有する２成分現像剤や、キャリアを有さない１成分系現像剤を用いることができる。また液状の現像剤を用いる現像手段を採用することもできる。現像ローラ３ａが図中反時計方向に回転駆動され、このとき現像ローラ１５の周面に現像剤が担持されて搬送され、現像ローラ１５と感光体ドラム１の間の現像領域に運ばれた現像剤のトナーが静電潜像に静電的に移行して、その静電潜像がトナー像として可視像化される。
【００６２】
転写搬送ベルトユニット１４においては、感光体ドラム１上のトナーの帯電極性と逆極性の転写電圧が印加される転写ローラを有している。なお、転写ローラに限らず、転写ブラシ、転写ブレード或いはコロナワイヤを有するコロナ放電器より成る転写手段などを用いることもできる。また、感光体ドラム１上のトナー像を直に最終記録媒体としての転写紙に転写する代りに、中間転写体を介してトナー像を最終記録媒体に転写するように構成することもできる。
【００６３】
クリーニングユニット１６は、基端部がクリーニングケース１６ａに支持されたクリーニングブレード１７と、クリーニングケース１６ａに回転自在に支持されたファーブラシ１８より成るクリーニング部材を有し、これらのクリーニング部材が感光体ドラム１の表面に当接してその表面に付着する転写残トナーを清掃する。かかるクリーニング手段以外の適宜な形態のクリーニング手段を用いることもできる。
【００６４】
本例の画像形成装置では、トナー像転写後に像担持体表面に付着する転写残トナーを除去するクリーニング手段６を有しているが、クリーニング手段を省略し、転写残トナーを例えば現像手段により除去するように構成することもできる。
【００６５】
ところで、本例の画像形成装置においては、帯電ローラ２を回転自在に支持するケーシング（図示せず）と、クリーニングユニット１６のクリーニングケース１６ａが一体のユニットケース（図示せず）として構成され、このユニットに感光体ドラム１が回転自在に組み付けられている。このようにして、帯電ローラ２と感光体ドラム１とが一体的に組み付けられて成る作像ユニットが構成され、その作像ユニットが画像形成装置本体に着脱可能に装着されている。
【００６６】
帯電ローラ２と感光体ドラム１は、微小ギャップが一定に保たれた状態でユニットケースに組み込まれていて、その微小ギャップを一定に保ったまま作像ユニットを画像形成装置本体に対して着脱できるように構成している。このため、作像ユニットを着脱する際に、微小ギャップの大きさが大きく変動してしまう不具合を防止できる。感光体ドラム１と帯電ローラ２を画像形成装置本体に別々に着脱できるように構成してもよいが、この構成によると、感光体ドラム１や帯電ローラ２の着脱時に微小ギャップが変化するおそれがあり、均一な帯電が出来なくなる可能性がある。
【００６７】
また、本例の作像ユニットは、帯電ローラ２の他に、感光体ドラム１に接触する接触部材を有している。図６に示した例では、前述のように、クリーニングケース１６ａにクリーニングブレード１７とファーブラシ１８が組み付けられていて、これらの部材が像担持体に接触する接触部材を構成している。クリーニングケース１６ａは上述の如く帯電ローラ２を支持するケーシングと一体のユニットケース（図示せず）として構成されている。したがって、作像ユニットを着脱する際に、クリーニングブレード１７とファーブラシ１８の感光体ドラム１に接触する部材も一体的に着脱される。
【００６８】
これらの接触部材（本例ではクリーニングブレード１７とファーブラシ１８）を帯電ローラ２とは別々に画像形成装置本体に着脱できるように構成してもよいが、そのようにすると、その接触部材の着脱時にこれらの部材が像担持体に接触して移動する（像担持体を押圧することもある）ので、像担持体に大きな外力が加えられ、これによって帯電ローラ２と感光体ドラム１の微小ギャップが変動してしまう恐れがある。これに対し、クリーニングブレード１７とファーブラシ１８等の接触部材も作像ユニットの要素にすれば（一体的に着脱する部材に含めれば）、作像ユニットを画像形成装置本体に対して着脱するとき、クリーニングブレード１７とファーブラシ１８より成る接触部材も共に着脱されるので、これらの部材が像担持体に対して相対的に動くことはなく、これにより上記微小ギャップが大きく変動するおそれはない。
【００６９】
図６に示した画像形成装置では、上述の如く構成された帯電ローラ２と感光体ドラム１を有しているのであるが、感光体ドラム１の表面に大きなうねりなどの凹凸があると、前述の各構成（接触部材が作像ユニットと一体的に着脱する構成）を採用しても、感光体ドラム１の回転時に微小ギャップの大きさが変動しやすくなる。そこで、感光体ドラム１をアモルファスシリコン系表面層を有する感光体として構成することが好ましい。かかる像担持体はその表面を極めて平滑に仕上げることができるので、その像担持体の回転時に帯電ローラとの微小ギャップの大きさが変動することを効果的に抑え、前述の構成による効果をより確実なものにすることができる。硬度に優れるアモルファスシリコン系表面層を有する感光体と本発明による帯電装置により、経時において極めて安定した高画質を得ることができる。
【００７０】
また像担持体としては、例えば０．１μｍ以下のアルミナ粉などのフィラーを分散した表面層を有する感光体として構成することもできる。その場合、感光体の表面硬度が高められ、耐摩耗性が向上するので、その寿命を大きく伸ばすことが可能となる。硬度に優れるフィラーを分散した表面層を有する感光体と本発明による帯電装置により、経時において極めて安定した高画質を得ることができる。
【００７１】
次に、本発明をカラー画像形成装置に適用した実施例について説明する。
図７は、像担持体としての感光体ドラム１を複数個（本例では４つ）有するカラー画像形成装置の作像部を示す構成図である。この図に示すように、本例のカラー画像形成装置は、転写搬送ベルトユニット２４の上辺に沿って４つの感光体ドラム１を並べた、いわゆるタンデム型フルカラー画像形成装置である。本例において、各感光体ドラム１を中心とする像形成ユニットの構成は同一であるので、一つを代表して説明する。
【００７２】
感光体ドラム１の周囲には、帯電手段としての帯電ローラ２、現像手段２３、クリーニングユニット２６等が配設されている。帯電ローラ２には、図１の例と同様のクリーニング部材（ブラシローラ）が付設されているが図示を省略している。クリーニングユニット２６は、ブレードタイプのクリーニング手段である。本例においては、各像形成ユニット毎に固体光書込み装置であるＬＥＤアレイヘッド２１が設けられている。
【００７３】
本例のカラー画像形成装置においても、帯電ローラ２には、図１の構成と同様、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスが印加される。その帯電バイアスにおける交流電圧の周波数については、図１〜５で説明した場合と同様であるので、説明を省略する。
【００７４】
本例のタンデム型フルカラー画像形成装置では、例えば、左から順にイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックのトナー像が、各像形成ユニットにて形成され、転写搬送ベルトユニット２４によって搬送される転写紙上に重ね転写することでフルカラー画像を得ることができる。モノクロ画像の場合は、ブラックトナーを扱う作像ユニットのみで画像を形成する。
【００７５】
以上、本発明を図示例によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、１つの像担持体の周囲に複数個（例えば４つ）の現像装置を配置したカラー画像形成装置は従来より周知であるが、かかる画像形成装置の像担持体を帯電する帯電装置にも、本発明を適用することができる。また、各実施例における像担持体の線速や帯電バイアスの周波数等も一例であり、本発明の範囲内で変更できるものである。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明の帯電装置によれば、帯電部材に印加する交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ），前記像担持体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とするとき、７≦ｆ／ｖ≦１７であるので、フィルミング現象を抑制して異常画像の発生を防止することができる。また、フィルミング現象による像担持体及び帯電部材の寿命低下を防止することができる。また、濃度ムラを抑制することができる。
【００７７】
請求項２の構成により、帯電部材に印加する交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ），前記像担持体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とするとき、９≦ｆ／ｖ≦１５とすることにより、濃度ムラをより少なくし、フィルミング現象の発生をより確実に防止することができる。
【００７８】
請求項３の構成により、少なくとも画像形成領域の帯電時に前記交流電圧の周波数ｆと像担持体の移動速度ｖの関係が成立することにより、少なくとも画像形成領域において濃度ムラとフィルミング現象の発生を防止することができる。
【００７９】
請求項４の構成により、画像形成領域外の帯電時における前記交流電圧の周波数ｆと像担持体の移動速度ｖの関係が０．５≦ｆ／ｖ≦７であるので、画像形成領域外におけるフィルミング現象の発生をより確実に防止することができる。
【００８０】
請求項５の構成により、帯電部材と像担持体が微小ギャップを有して対向配置されるので、フィルミング現象の発生がより抑制される。また、像担持体及び帯電部材の寿命低下を防止することができる。
【００８１】
請求項６の構成により、帯電部材が回転可能なローラ状に構成されているので、帯電部材の清掃が容易になり帯電部材におけるフィルミング発生を防止することができる。
【００８２】
請求項７の構成により、作像ユニットには少なくとも帯電装置と像担持体とが一体的に組みつけられて画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されているので、作像ユニットを着脱した場合でも帯電装置と像担持体の関係が変化せず、両者のギャップ等を変動させることがない。
【００８３】
請求項８の構成により、帯電部材の清掃部材及び像担持体への接触部材が作像ユニットに組み付けられて画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されているので、作像ユニットを着脱した場合でも各部材が像担持体に当接するなどして帯電装置と像担持体の関係を変化させることがなく、両者のギャップ等を変動させることがない。
【００８４】
請求項９の発明に係る画像形成装置によれば、フィルミング現象を防止して帯電部材の経時的な劣化に伴う不具合を防止することができるので、帯電装置に起因する異常画像の発生を防ぐことができる。
【００８５】
請求項１０の構成により、像担持体がアモルファスシリコン系表面層を有する感光体として構成されるので、硬度に優れる感光体とフィルミング現象を防止した帯電装置により、経時において極めて安定した画像を得ることができる。
【００８６】
請求項１１の構成により、像担持体がフィラーを分散した表面層を有する感光体として構成されるので、硬度に優れる感光体とフィルミング現象を防止した帯電装置により、経時において極めて安定した画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る帯電装置の一例を備える画像形成装置の作像部付近を示す概略構成図である。
【図２】帯電ローラ付近の拡大図である。
【図３】帯電ローラの構成を示す断面図である。
【図４】帯電ローラと感光体ドラムのギャップを形成する構成を示す側面図である。
【図５】空間周波数と感光体帯電電位の関係を示すグラフである。
【図６】本発明を適用した画像形成装置の一例における全体構成を示す断面図である。
【図７】本発明を適用したタンデム型フルカラー画像形成装置の一例における作像部を示す構成図である。
【図８】従来の画像形成装置の一例における、作像部付近を示す概略構成図である。
【図９】帯電ローラに印加する交流電圧の空間周波数を示すグラフである。
【図１０】従来の画像形成装置の一例における、帯電バイアスに関わるシーケンスチャートである。
【図１１】その従来例における画像流れ物質の量を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　　　感光体ドラム（像担持体）
２　　　　　　帯電ローラ（帯電部材）
２ｄ　　　　　スペーサ部材
３，２３　　　現像装置
６，１６　　　クリーニングユニット
８　　　　　　クリーニングブラシ
１１，２１　　書込み装置
１６ａ　　　　　クリーニングケース
１７　　　　　クリーニングブレード
１８　　　　　ファーブラシ

Claims

像担持体を帯電させるための帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加し、前記帯電部材と像担持体間に放電を生じさせて像担持体を帯電させる帯電装置において、
前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ），前記像担持体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とするとき、
７≦ｆ／ｖ≦１７
であることを特徴とする帯電装置。
像担持体を帯電させるための帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳した帯電電圧を印加し、前記帯電部材と像担持体間に放電を生じさせて像担持体を帯電させる帯電装置において、
前記交流電圧の周波数をｆ（Ｈｚ），前記像担持体の移動速度をｖ（ｍｍ／ｓｅｃ）とするとき、
９≦ｆ／ｖ≦１５
であることを特徴とする帯電装置。
少なくとも画像形成領域の帯電時に前記交流電圧の周波数ｆと像担持体の移動速度ｖの関係が成立することを特徴とする、請求項１又は２に記載の帯電装置。
画像形成領域外の帯電時における前記交流電圧の周波数ｆと像担持体の移動速度ｖの関係が
０．５≦ｆ／ｖ≦７
であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の帯電装置。
前記帯電部材と像担持体が微小ギャップを有して対向配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の帯電装置。
前記帯電部材が回転可能なローラ状に構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の帯電装置。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の帯電装置を備え、少なくとも該帯電装置と像担持体とが一体的に組みつけられて画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする作像ユニット。
前記帯電装置の帯電部材を清掃する清掃部材と、前記像担持体に接触して設けられる接触部材とを有し、該清掃部材及び接触部材が当該作像ユニットに組み付けられて画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の作像ユニット。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の帯電装置又は作像ユニットを備えることを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体がアモルファスシリコン系表面層を有する感光体として構成されることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の作像ユニット又は画像形成装置。
前記像担持体がフィラーを分散した表面層を有する感光体として構成されることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項に記載の作像ユニット又は画像形成装置。