JP3032659B2

JP3032659B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP3032659B2
Application number: JP5033334A
Authority: JP
Inventors: 克己足立; 尚志早川
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 2000-04-17
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: JPH06250495A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真感光体を帯電す
る電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、その他画
像形成装置に係り、さらに詳しくはかかる画像形成装置
に搭載される帯電手段の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる電子写真方式（カールソン・プ
ロセス）を用いて画像形成する装置に於いて、電子写真
感光体を所望の電位に帯電するものとして、コロナ放電
現象を利用したコロナ帯電装置が一般的に用いられて来
た。しかし、この方法では放電現象を起こすために必要
とされる高電圧のために各種周辺装置機器への電気的ノ
イズ、或いは、放電時に発生する多量のオゾンにより周
囲の人々に不快感を与えていた。そこで、このコロナ帯
電装置に替わるものとして、導電性の樹脂ローラ、或い
は導電性繊維と感光体との間に電圧を印加し感光体を帯
電する方法が提案されている。しかし、導電性の樹脂ロ
ーラを用いた場合、例えば、帯電されるべき感光体の微
小領域の感光層が剥離しＡlなどの導電性基体が露出し
ている場合、ローラからの流れ込む電流がその露出部分
に集中し、感光体の軸方向に延びる筋状の帯電ムラが生
じていた。

【０００３】また、導電性繊維を用いた帯電装置の場合
は、繊維を帯状に植毛するものと、繊維をローラ状に植
毛するものと２つに大別することができ、いずれの場合
も、この導電性樹脂ローラにて生じていたような筋状の
帯電ムラはなくなるものの、例えば、該帯電部材にＤＣ
（直流電圧）を印加した場合、つまり、帯電部材と感光
体との間に直流電界が生じている場合、常温常湿時に比
べて高温高湿時の感光体の帯電電位が増加してしまい、
安定した帯電特性は得られていない。また、該帯電器に
おいては、使い初めの時点から使用している間に帯電電
位が低下してしまい、経時に伴う変動が大きく実用化に
は至っていなかった。

【０００４】そこで、このＤＣのみを印加した場合の問
題点を解決する方法として、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳
する方法が提案されている。しかし、この方法において
も、一応、帯電電位の安定性の向上は認められるもの
の、たとえば交流電圧の周波数の選択に考慮しないと、
印加されたＡＣ電圧に起因するリップルが帯電電位に乗
ってしまい、場合によっては、これが画像上の欠陥とし
て現れてしまうという新たな問題が引き起こされてい
た。そこで、例えば導電性繊維、あるいはその集合体か
らなる帯電部材の一つを用い、これにＤＣ電圧とＡＣ電
圧の重畳電圧を印加して、微小な空隙および接触点を有
しながら対峙する被帯電部材（ここでは電子写真感光
体）を帯電せしめる場合について考えて見る。

【０００５】図８（ａ），（ｂ）は感光体を導電性繊維
からなる帯電部材を用いてＤＣ電圧とＡＣ電圧との重畳
電圧を印加させた場合の帯電原理を示す模式図で、
（ａ）はその全体図、（ｂ）は接触面付近の拡大図を示
すものである。図８において、１は被帯電部材である感
光体、５は帯電部材である帯電器であり、導電性繊維５
Ａが植毛されてなるものを示している。図８に示すよう
に感光体１上の任意の点Ａが電圧の印加された繊維５Ａ
の先端とある大きさの空隙を隔てて対峙した場合、その
印加された電圧が感光体１と空隙により決定される放電
開始電圧（Ｖth）より大きい時、放電が励起され感光体
１が帯電され始める。そして、帯電電位（Ｖsp）が上昇
し印加電圧（Ｖａｐ）と（Ｖsp）との差が（Ｖth）と等
しくなったとき放電は停止する。つまり、感光体の帯電
電位の暗減衰が無視できるとき、（Ｖsp）＝（Ｖap）−
（Ｖth）が成り立つ。その後、点Ａは帯電電位を維持し
たまま、放電を許す領域を抜け出し、導電性繊維５Ａと
接触する位置（位置Ｂ）に移動する。この位置Ｂでの導
電性繊維５Ａと感光体１のＡ点との電位差は、先に示し
た通り（Ｖth）である事は言うまでもなく、この電位差
によって導電性繊維５Ａから感光体１の点（Ａ）に電荷
が注入（移動）し、点（Ａ）の帯電電位を更に上昇させ
る。つまり、帯電電位は放電現象と電荷注入現象によっ
て与えられている事が分かる。

【０００６】この様に帯電部材と被帯電部材との接触帯
電法にて、帯電電位の均一化を図る目的の考えが、特公
平３−５２０５８号公報に述べられている。ただし、こ
こでは帯電部材は、ゴム類をローラ状、あるいは、パッ
ド状に形成したものに限定しており、導電性繊維を植毛
したものについては言及していない。すなわち、帯電部
材に直流電圧を印加した場合、パッシェンの教える所の
放電開始電圧より帯電が開始されると示していることか
ら、帯電部材と被帯電部材との接触点での電荷の移動は
全く無いものとされ、全て放電によって帯電が行われて
いると容易に理解できる。このため、帯電開始電圧と同
値の放電開始電圧の２倍以上という比較的大きなＡＣ電
圧値を該両者間に印加し、放電現象を利用して帯電電位
の均一化（斑点状の帯電ムラの抑制）を図ろうというも
のである。

【０００７】さらに、この様に帯電部材と被帯電部材の
接触帯電法に関し、現像ムラを除去する等の目的で交流
帯電の周波数を規定する考えが、特開平３−１００６７
４号、特開平３−１００６７５号、特開平３−１０１７
６４号、特開平３−１０１７６５号各公報に述べられて
いるが、これらはすべて特公平３−５２０５８号公報で
述べられているような帯電方法を用いた場合のものであ
る。特開平３−１００６７４号および３−１００６７５
号各公報で述べている周波数の規定は、交流電圧を印加
することにより生じる振動音の低減と、後放電領域での
放電回数を増やして帯電電位の凹凸を収束させて帯電電
位の均一性を向上させるためのものである。これらの技
術では周波数の指定範囲を特開平３−１００６７４号公
報では上限を“１０００Ｈｚ以下”、特開平３−１００
６７５号公報では“１０００Ｈｚ以下、２５００Ｈｚ以
上、望ましくは１０Ｈｚ以下、１００００Ｈｚ以上”と
しており、後述する本発明における周波数の適用範囲と
大きく異なっている。

【０００８】また特開平３−１０１７６４号公報も特公
平３−５２０５８号公報で述べている帯電方法を用いた
場合のものであり、電源等の変動影響による帯電ムラが
生じた際におこる画像上のムラを交流帯電の周波数を規
定することによって軽減するものである。これらの技術
は基本的には、放電現象による電荷のやり取りの回数を
十分多く取り、帯電電位の凹凸を収束させることによっ
て、画像ムラの解消を達成するものである。このよう
に、帯電機構が電荷の注入と放電によって成り立ってい
るのは、例に挙げた導電性繊維からなる帯電部材の場合
も、先行技術に見られる樹脂系材料からなる帯電部材に
おいても条件が揃えば充分成り立つものである。

【０００９】上記の機構からなる帯電系に、ＡＣ電圧を
印加すれば接触部における注入現象により、帯電電位に
印加するＡＣ電圧が乗ってしまう事は充分に考え得るも
のである。勿論、放電現象に起因し帯電電位に印加する
ＡＣ電圧が乗ってしまう可能性も否定できないものであ
る。いずれにせよ、印加するＡＣ電圧に起因する事は明
らかであり、その実、後述するように最終画像にはその
プロセス・スピードとＡＣ周波数から算出できる周期に
一致したムラが現れている。以上を整理すると、放電現
象と注入現象により帯電電位に形成されている、例え
ば、導電性繊維からなる帯電部材と感光体を微小空隙、
及び、接触面を有しながら帯電する場合において、しか
も、一つの帯電部材を用いかつ印加電圧として少なくと
もＡＣ電圧が用いられている場合、最終画像に現れる周
期的な画像欠陥は、印加するＡＣ電圧に起因するという
訳である。

【００１０】そこで、従来の帯電部材（第一の帯電部材
と称する。）と現像槽との間に、少なくとも一つの別の
帯電部材（第二以降の帯電部材と称する。）を設置し、
第一の帯電部材に印加されたＡＣ電圧に起因する帯電電
位のリップルを第二以降の帯電部材により解消すること
が考えられる。このように、複数の帯電部材を感光体に
接触させながら帯電させる方法は、特開昭５６−９１２
５３号、特開昭６２−１４３０７２号、特開平４−１６
８６７号公報に既に提案されている。これらの内、特開
昭５６−９１２５３号公報にて述べられている問題点
は、感光体の損傷であり、この発生原因は帯電部材によ
り急激に帯電電位が付与される事と規定している。した
がって、この発明の主旨とする解決策も、第一の帯電部
材に印加するＤＣ電圧を２００（Ｖ）と低く設定し、第
二、第三の帯電部材に行くに従ってそのＤＣ電圧を徐々
に大きくして行くというものである。また、同時に印加
するＡＣ電圧のピーク値間電圧も、そのＤＣ電圧の２０
％以下、つまり、第一の帯電部材に印加する値は、２０
０×０．２＝４０（Ｖ）以下という低い値となってい
る。しかも、最後の帯電部材になる第三の帯電部材にも
ＡＣ電圧を印加する事を提案している。

【００１１】また、特開昭６２−１４３０７２号公報に
て言及する問題点は、特開昭５６−９１２５３号公報に
て述べられている問題点と全く同じであり、発明の主旨
となる解決策としては、第一の帯電部材の電気的抵抗値
を最も大きく設定、第二、第三と徐々に小さくする事に
より、特開昭５６−９１２５３号公報同様に第一の帯電
部材から感光体に与える電位を低く抑える事により感光
体の損傷を防ごうと言うものである。特開平４−１６８
６７号公報の解決しようとする問題点は印加したＡＣ電
圧に起因する帯電電位の不均一性を補正しようとするも
のである。しかし、この問題の解決方法、即ち、発明の
主旨は、特開平４−１６８６７号公報では第一の帯電部
材及びそれ以降の部材ともＡＣ電圧を印加し、それぞれ
の部材による帯電電位の周期の位相をズラし、電位の不
均一性を補正しようとする提案である。これについて
も、最後の帯電部材になる第二の帯電部材にもＡＣ電圧
を印加する事を提案しているものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】そこで前述のような経
時的あるいは環境変化に伴なう帯電電位の不安定性を解
決するために、帯電部材と被帯電部材との間に、直流電
圧と交流電圧との重畳電圧を印加したところ、帯電電位
の安定性の向上が認められることは先に述べた通りであ
る。しかし、本発明者らが実験を進めたところ、交流電
圧の周波数がある値より低いところでは、画像上に紙の
進行方向に直交する縞模様が現れた。またこの縞模様は
交流電圧の周波数とほぼ同じ周期で現れ、交流電圧を大
きくするとさらに顕著になった。この縞模様は、交流電
圧の周波数ｆ、画像形成装置のプロセス・スピードとし
ての被帯電部材の移動速度Ｖｐ（mm／ｓ）、また画像形
成装置の現像剤の粒子径Ｒ（mm）に依存し、前記交流周
波数ｆがｆ＜Ｖｐ／２Ｒのときに生じることが本発明者らの実験の結果から明ら
かとなった。

【００１３】さらに、前述のように第一の帯電部材に加
えて第二の帯電部材を設置、第二の帯電部材による補正
効果を期待する従来の手段では、本発明者らが鋭意実験
を進めたところ、導電性樹脂からなる帯電部材と一般的
な有機感光体を用いて放電開始電圧の２倍を越えるＡＣ
電圧を印加すると、ＡＣピーク間電圧を大きくして行く
と、それに従って注入されるＡＣ電圧も大きくなり、当
然これを補正する第二の帯電部材に印加する電圧も大き
くしなければならないこと、および帯電電位は、第一の
帯電部材に印加されたＤＣ電圧に律せられることなくピ
ーク間電圧に従って大きくなっている、という問題の生
ずる事が判明している。従って本発明の目的は、画像上
のムラを除去し、かつ安定な帯電電位を維持し、さらに
オゾンの発生を低減した画像形成装置を提供するととも
に、さらに少なくとも被帯電部分に接触する部分を有
し、かつＡＣ電圧を印加し帯電する際に引きおこされる
帯電電位の不均一性を解決する手段を備えた画像形成装
置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の課題を解
決するためなされたものであって、その要旨とするとこ
ろの第１のものは、導電性繊維、あるいは、その集合体
が植毛されてなる帯電部材と被帯電部材とが接触する部
分を少なくとも有し、且つ微小の空隙にて対峙する部分
をも有しながら、該帯電部材と被帯電部材との間に交流
電圧と直流電圧の重畳電圧を印加して被帯電部材に帯電
させる画像形成装置において、前記交流電圧の周波数を
ｆ、前記画像形成装置のプロセススピードとしての被帯
電部材の移動速度をＶｐ（mm／ｓ）、また前記画像形成
装置の現像剤の粒子径をＲ（mm）としたときに、前記交
流周波数ｆがｆ＞Ｖｐ／２Ｒを満たす値に設定される画像形成装置にある。

【００１５】さらに本発明の要旨とするところの第２の
ものは、導電性繊維、あるいは、その集合体が植毛され
てなる帯電部材と被帯電部材とが接触する部分を少なく
とも有し、且つ微少の空隙にて対峙する部分をも有しな
がら、該帯電部材と被帯電部材との間に交流電圧と直流
電圧の重畳電圧を印加して被帯電部材に帯電させる画像
形成装置において、前記帯電部材を第一の帯電部材と
し、その下流側に直流電圧のみが印加されている第二以
降の帯電部材を少なくとも１個以上設け、前記第一の帯
電部材に印加される直流電圧は所望の帯電電圧に等し
く、かつ、第二以降の帯電部材に印加される直流電圧
は、第一の帯電部材に印加される直流電圧に等しい、あ
るいは、それ以上である画像形成装置にある。

【００１６】

【００１７】また、前記本発明の第１ならびに第２の要
旨とするところにおいて、帯電部材が、導電性繊維、或
いは、その集合体を帯状、或いは、ローラ状に植毛され
たものよりなるものであること、またはさらに、帯電部
材が、導電性繊維、或いは、その集合体をローラ状に植
毛されたものであって、該帯電部材は回転運動をし、か
つ、その周速度が該被帯電部材の移動速度に対して同一
でないこと、またはこれにさらに、帯電部材が、導電性
繊維、或いは、その集合体を帯状に植毛されたものであ
って、該被帯電部材の運動方向に対して平行でない方向
に振動すること、がいずれも有効である。

【００１８】

【作用】本発明においては、放電現象と電荷注入現象に
よって成り立っている本発明で採用している帯電手段で
の環境変化による電位変動は主に電荷注入現象によって
引き起こされるものである。即ち、本発明における帯電
手段は、放電現象による双方向の電荷の移動を引き起こ
そうというものではなく、接触面での帯電器と感光体間
の双方からの電荷の注入現象（移動現象）を起こすため
に前記の特公平３−５２０５８号公報のように印加する
交流電圧のピーク間電圧を放電開始電圧の２倍の値以上
とする必要が無い。このため帯電器の電源を安価にする
ことが可能となり、また任意の交流電圧を採用すること
ができる。尚、ここで“印加する交流電圧”とは“帯電
部材である導電性繊維の先端と被帯電部材との間に印加
される交流電圧”と同値である。

【００１９】ここで本発明における帯電手段と特公平３
−５２０５８号公報の技術における帯電手段では、帯電
電位の形成過程がどのように違ってくるかを図９と図１
０を用いて説明する。まず帯電部材（例えばローラやブ
ラシ）と被帯電部材（感光体）の間隙が小さくなってパ
ッシェンの法則に従って帯電部材と被帯電部材間で放電
が起こる領域（以下、前放電領域と称す。）と、帯電部
材と被帯電部材の接触領域において、被帯電部材上に図
９、図１０に示すような凹凸をもった帯電電位が形成さ
れる。ただし、特公平３−５２０５８号公報では前放電
領域にて放電現象による帯電部材と被帯電部材の間で電
荷のやり取りが行われ、接触領域では電荷のやり取りは
行われない。これに対して、本発明における帯電手段で
は接触領域において電荷注入現象による帯電部材と被帯
電部材間での電荷のやり取りが行われる。

【００２０】そして帯電部材と被帯電部材が離れて行く
領域において再びパッシェンの法則に従って帯電部材と
被帯電部材間で放電が起こる（以下、後放電領域と称
す。）。特公平３−５２０５８号公報ではこの領域にお
いて、帯電部材と被帯電部材間での放電による電荷のや
り取り量が減少し、帯電電位の凹凸が打ち消されて均一
な帯電電位を得るというものである。これに対し、本発
明の帯電手段において、この後放電は接触領域における
電荷注入による帯電電位の凹凸を充分に解消し得るだけ
の十分な後放電は起こらず、電荷注入による帯電電位の
凹凸を残してしまう。被帯電部材の帯電電位を微視的に
観測した場合、図１０に示すような電位の凹凸ができ
る。またその凹凸の間隔は交流電圧の周波数をｆ、本発
明における画像形成装置のプロセススピードをＶｐ（mm
／ｓ）とした時、Ｖｐ／ｆ（mm）であった。

【００２１】この様な帯電手段を用いた本発明におい
て、実際に画像を出力すると画像上に紙の進行方向に対
して垂直なすじ状の画像ムラが現れ、この画像ムラはプ
ロセス・スピードとしての感光体の移動速度（Ｖｐ）と
交流電圧の周波数（ｆ）によって決められる空間波長
（Ｖｐ／ｆ）に一致していることが認められた。また交
流電圧のピーク間電圧を大きくして行くとさらにすじ状
のムラは顕著に現れた。この事実は先程述べた本発明に
おける帯電手段では、交流電圧の周波数ｆとプロセスス
ピード（Ｖｐ）としたときの被帯電部材上の空間波長
（Ｖｐ／ｆ）に一致した帯電電位の凹凸が後放電によっ
て解消されないことを示すものであり、帯電電位の低い
部分が現像されてすじ状のムラになったものである。

【００２２】この問題を解決するため、本発明者らが実
験を進めたところ、交流電圧の周波数をｆ、画像形成装
置のプロセススピードとしての被帯電部材の移動速度を
Ｖｐ（mm／ｓ）、また画像形成装置の現像剤の粒子径を
Ｒ（mm）としたときに、前記交流周波数ｆがｆ＞Ｖｐ／２Ｒを満たす値に設定することにより、画像上のムラを解消
することができた。これは前述の本発明における帯電手
段の説明のところで述べたように、被帯電部材に形成さ
れた帯電電位の凹凸の間隔（Ｖｐ／ｆ）が、交流電圧の
周波数ｆが低いときには大きく、前記画像形成装置の現
像剤の粒子径によって決められる装置の解像度が十分追
従して画像上にすじ状の画像ムラを形成する。しかし、
交流電圧の周波数ｆが高くなると、帯電電位の凹凸の間
隔が小さくなり、前記画像形成装置の現像剤の粒子径Ｒ
（mm）より、帯電電位の凹凸の内、電位の低い領域の被
帯電部材上の長さ１／２×（Ｖｐ／ｆ）値の方が小さく
なると、現像剤が電位の低い部分に付着せず、画像上に
は画像ムラが現れなくなるというものである。

【００２３】また、本発明においては、第一の帯電部材
にて発生し、印加したＡＣ電圧に起因する帯電電位の不
均一性を、第二の帯電部材に印加したＤＣ電圧による注
入電圧によって補正しようとするものである。勿論、放
電を許す電圧より大きな電位差が感光体と第二の帯電部
材との間に存在するのなら、当然放電現象により第一の
帯電部材による電位の補正も可能である。上記の説明よ
り、主たる帯電系となる第一の帯電部材にはＤＣとＡＣ
の重畳電圧の印加が必要であり、被帯電部材との間には
放電を励起するための微小空隙を隔てる必要がある。ま
た、第二の帯電系では第一の帯電系による電位の不均一
性を、少なくとも注入現象によりＤＣ的に補正しようと
する訳であるから、第二の帯電系に印加するＤＣ電圧は
第一の帯電系の印加値と同等あるいはそれ以上の必要が
ある事が容易に理解できる。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。まず図１は、本発明の画像形成装置の
全体構成を示す概略説明図であって、図１（ａ）は導電
性繊維からなる帯電部材を単独使用する実施例の正面
図、図１（ｂ）は第一および第二の帯電部材を使用する
実施例の要部正面図である。なお、帯電部材の導電性繊
維は、ローラ状に植毛されている場合について説明す
る。まず、図１において１６は図示しないホストコンピ
ュータからの作像データを処理するためのコントローラ
であり、１７は像形成開始の信号をコントローラ１６よ
り受けて画像形成装置の駆動開始を制御するためのエン
ジンコントローラである。７は複写用紙など転写材のカ
セットであり、８はこれを引き出すための給紙ローラ
で、一連の搬送ローラ９，１０に続いてレジストローラ
１１まで搬送されるよう配置されている。

【００２７】１は感光体層１ａを表面に有する感光体ド
ラムであって、図示しない駆動手段により図１の時計方
向に定速回転する。さらに感光体ドラム１の周囲には、
時計まわりに導電性繊維５Ａを主体とする図１（ａ）で
は帯電装置５、図１（ｂ）では帯電装置５，５Ｂ、露光
書き込みヘッドすなわち露光器６、現像器２、転写ロー
ラで構成される転写器３、クリーナ４が夫々配置されて
いる。次に現像器２については、２ｅはアジテータロー
ラ２ａを具備するトナータンク、また２ｆは現像槽であ
って、現像剤を帯電せしめるためのマグネットローラ２
ｄを具備し、さらにトナータンク２ｅから供給ローラ２
ｂで供給される現像剤を撹拌するためのミキサーローラ
２ｃを有している。

【００２８】またクリーナ４については、感光体ドラム
１の表面の現像剤をかきおとすためのクリーニングブレ
ード４ａと、かきおとされた現像剤を廃棄するため図示
しない容器に送り込むためのトナースクリュー４ｂを主
体としてクリーニングユニットが構成されている。一
方、転写器３と感光体ドラム１との間を通過した複写用
紙の定着手段として、定着器１２がヒータ１２ｃを内蔵
したヒートローラ１２ａと圧力ローラ１２ｂとにより構
成され、さらに定着を終了した複写物に対しては搬送ロ
ーラ１３、排紙ローラ１４を介してスタックガイド１５
に送られるよう構成されている。

【００２９】次に図１に示す本発明の実施例装置の動作
について図面を参照しながら説明する。まず、図示され
ないホストコンピュータからの作像に関するデータはコ
ントローラ１６でデータ処理される。続いて像形成開始
の信号がエンジンコントローラ１７に送られる。これよ
りあらかじめ決められた工程にしたがって動作が進行す
る。転写材カセット７に収納されている転写材は、給紙
ローラ８により一枚ずつ引き出され搬送ローラ９，１０
によりレジストローラ１１の手前まで搬送される。感光
体１は図示されない回動機構により定速回転する。この
場合、図１（ａ）においては帯電ローラ５は例えば感光
体１と逆方向に定速回転し、また、図１（ｂ）において
は第一の帯電ローラ５、及び、第二の帯電ローラ５Ｂも
例えば感光体１と逆方向に定速回転する。

【００３０】ここで用いた図１（ａ）の帯電ローラ５，
図１（ｂ）の帯電ローラ５，５Ｂはいずれも図２の概略
説明図に示す様に、半径３mm程度の導電性の帯電ローラ
シャフト５ｃに、例えばレーヨンにカーボンの分散量を
調整して、その抵抗値を所望の値に調整した繊維、或い
は、その集合体を植毛した導電性繊維布５ａを回転軸に
巻き付けた物を使用する。これらの帯電ローラ５、ある
いは５，５Ｂはローラ駆動用モータ５ｂに接続され回転
する。尚、用いた感光体１は従来通りの有機材料系の感
光体（ＯＰＣ）である。一方、現像器２ではマグネット
ローラ２ｄ上のトナーが所定の濃度になるようにトナー
タンク２ｅから供給ローラ２ｂで適宜、現像槽２ｆに送
られミキサーローラ２ｃで撹拌される。このときトナー
は、感光体帯電電位と同じ極性に帯電される。ここでマ
グネットローラ２ｄに感光体１の帯電電位に近い値を印
加すると、トナーは露光書き込みヘッド６によって照射
された部分に付着し現像される。

【００３１】次に、感光体１の画像位置に対応するよう
にレジストローラ１１でタイミングをとって転写材が搬
送される。転写材は、感光体１と転写ローラ３により挟
持搬送される。このとき転写ローラ３には、トナーと反
対の極性の電圧が印加される。このため感光体１上のト
ナーは、転写材上に転移する。転写材上のトナーは、内
部にヒータ１２ｃを内包したヒートローラ１２ａと圧力
ローラ１２ｂにて挟持され、この間にトナーは転写材に
溶融定着される。転写材は、搬送ローラ１３，供給ロー
ラ１４でスタックガイド１５に送られる。一方感光体１
上の転写されなかったトナーは、クリーニングユニット
４のクリーニングブレード４ａで感光体１よりかきおと
されトナースクリュー４ｂによって図示されないトナー
廃棄用の容器に送られる。以上で一連の画像形成工程を
終了する。なお、画像形成を行わず感光体の帯電電位を
測定する際には、現像槽位置に電位測定プローブを設置
し測定を行う。

【００３２】ここで、図２（ａ）（ｂ）の概略説明図に
ついて改めて説明すると、導電性繊維５Ａをローラ状に
植毛する場合、図２に見られるように、導電性繊維５Ａ
の植毛された領域の周囲に植毛のない領域５Ｄが存在す
る細い幅の帯状の繊維布５ａを給電シャフト５Ｃに巻き
付けるため、どうしても導電性繊維の無い巻付け間隔５
Ｅが生じてしまう。もし、ここでこのローラ５と感光体
１が同速度（相対速度が０）にて回転すると、ローラ５
と感光体１は常に同じ面が向かい合って対峙するため、
前記巻付け間隔５Ｅと対峙している感光体面の点は帯電
を受けることができず、結果として帯電ムラを起こして
しまう。よって、導電性繊維５Ａをローラ状に構成する
際にはローラ５と感光体１の周速度は異なる値（相対速
度が０でない）とすることが望ましい。例えば、図３で
は両者の周速度の差をできるだけ大きく取るように、両
者の回転方向を逆方向としている。なお、図３は感光体
１と帯電ローラ５との寸法関係の一例を示す説明図であ
る。

【００３３】さらには、導電性繊維５Ａを図４に見られ
る如くフラット状に植毛する場合、ローラ状にて回転す
る場合に比べて構造は簡単であるが、繊維５Ａの同一部
分が常に感光体１と接触しているため、繊維５Ａが摩耗
したり、繊維５Ａの先端部に現像材が付着してその部分
にて帯電不良が発生してしまう。そこで図４の様に感光
体１の回転方向に対して直角となるように振動させる事
が望ましい。すなわち、図４は導電性繊維５Ａとフラッ
ト状に植毛して形成した帯電部材５を感光体１に接触せ
しめて使用する状態を示す概略説明図であって、帯電部
材５は感光体１の回転方向に対して直角方向に、矢印Ｓ
で示す如く、感光体１の表面を振動するものである。な
お、図１（ｂ）では第一と第二の帯電器ともローラ状を
用いた場合を例に挙げて説明しているが、本発明の効果
はこれに限ったものではなく、複数の帯状帯電器、及
び、ローラ状の物との組合せにおいても発揮されること
は言うまでもないことである。

【００３４】次に、この実施例における画像形成装置の
感光体１の移動速度Ｖｐを５２．４mm／ｓ、現像器２に
装填される現像剤の粒子径Ｒを１５（μｍ）とする。こ
のような構成において帯電ローラ５に印加する電圧条件
として、直流電圧VDc=-650V、交流電圧Vp-p= 900V、周波数= 100
Hz、周波数条件:f<Vp/2R 直流電圧VDc=-550V、交流電圧Vp-p=1500V、周波数= 100
Hz、周波数条件:f<Vp/2R 直流電圧VDc=-650V、交流電圧Vp-p= 900V、周波数=2000
Hz、周波数条件:f>Vp/2R 直流電圧VDc=-550V、交流電圧Vp-p=1500V、周波数=2000
Hz、周波数条件:f>Vp/2R 直流電圧のみ印加:VDc=-1050V の条件を設定し、画像評価と帯電電位の測定を行った。

【００３５】（ａ）帯電電位測定結果上記の〜の条件にて、帯電電位の測定を行った。そ
の結果、条件の直流電圧のみ印加時に比べ、帯電電位
の経時変化はほとんど解消し、〜条件共に約−５５
０Ｖの一様な帯電電位が観測された。また環境変化に対
する帯電電位の変化も直流電圧のみを印加した場合に比
べ大幅に軽減された。ここで“一様な帯電電位”という
表現をしたが、これは帯電電位測定用のプローブの空間
分解能力（３mm）が、交流電圧の周波数を１００Ｈｚと
した場合の帯電電位の凹凸の感光体上の空間波長（５
２．４／１００＝０．５２mm）に比べ大き過ぎて、出力
される値が帯電電位の凹凸を平均化した値となるため、
見かけ上は一様な電位として観測されてしまう為であ
る。

【００３６】そこでこの帯電電位測定時に、感光体ドラ
ムに流れ込む電流値を測定した。ここで観測される電流
値は図５に示すような０を中心としたＳｉｎ波形を示し
た。この電流は図６に示す如く、容量Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ₃お
よび抵抗Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃をもって構成されるブラシ５／
接触界面Ｂ／感光体１間の等価回路中における各部のＣ
成分に流れるＡＣ注入電流と考えられ、感光体１部分の
容量Ｃ₃を求めることによって、ＡＣ注入電流によって
感光体１上に形成される帯電電位の凹凸の大きさを求め
ることができる。

【００３７】本実施例では感光体とブラシの接触面積Ｓ
は２２０×５．８mm²、感光体の比誘電率ε_rは３．１
３、膜厚ｄは２０μｍである。また電流値のピーク値を
ｉo、印加電圧の周波数をｆとすると、帯電電位の変動
幅ΔＶは

【数１】で表され、実際の帯電電位は−５５０Ｖ±ΔＶ／２とな
っていると考えられる。上記のようにして〜条件で
のΔＶ／２値を算出した所、各条件でのＶsp値は以下の
ようになった。条件：Ｖsp≒−５５０±７０Ｖ条件：Ｖsp≒−５５０±３２０Ｖ条件：Ｖsp≒−５５０±６０Ｖ条件：Ｖsp≒−５５０±２５０Ｖ

【００３８】（ｂ）画像評価結果次に上記の印加電圧条件にて画像評価を行った。なお、
印字するパターンとして露光前の帯電電位の安定性を見
るという意味で、全面白となるようなパターンを用い
た。なお、本実施例で用いた画像形成装置では出力画像
が白になるための帯電電位としては−５５０Ｖ程度が良
好であり、これより高い帯電電位にすると現像剤のキャ
リア上がりを起こす。またこれより低い帯電電位、例え
ば−５００Ｖにて目視にて認識できる濃度まで現像され
ることが分かっている。このような画像形成装置を用い
て、画像評価を行った結果を以下に記す。また、比較対
照のため、交流電圧による帯電電位の凹凸が発生しない
直流電圧のみを印加した画像も評価した。直流のみ印加した場合。：画像上には、ほとんどムラ
は認められない。

【００３９】条件：図７に示すような画像上に紙の進
行方向と直角に黒いすじ（ＢＬ）状の画像ムラが現れ
た。（ａ）項で述べた帯電電位の値より考えると、最小
となる帯電電位は−（５５０−７０）＝−４８０Ｖとな
る。この領域幅は５２．４（mm／ｓ）／（１００（Ｈ
ｚ）×２）＝２６２μｍであり、この値は本実施例で用
いた現像剤（粒子径１５μｍ）にて現像することができ
る最小線幅１５μｍより大きく、十分現像され得る線幅
である。そのためこのような黒すじＢＬが現れたと考え
られる。この黒すじＢＬの間隔は、感光体上に形成され
る帯電電位の凹凸の間隔（Ｖｐ／ｆ）と一致するもので
あった。条件：この条件でもと同じような画像ムラが現れ
た。ただし、この時は先の図７で述べた黒いすじＢＬが
さらに濃く出ており、（ａ）の結果から分かるように、
この画像ムラの部分の電位が−（５５０−３２０）＝−
２３０Ｖと条件のときに比べさらに低くなったためで
あることが分かる。つまり、この条件の周波数では交流
電圧のピーク間電圧を大きくすると帯電電位の凹凸がさ
らに顕著になることを示すものである。

【００４０】条件：この条件では画像上のムラは直流
電圧のみを印加した条件と同じであった。（ａ）の結果
から考えると、最小となる帯電電位は−（５５０−６
０）＝−４９０Ｖとなり、現像が行われるレベルまで帯
電電位は落ちている。しかし、このときの印加電圧の周
波数２ｋＨｚでは帯電電位の落ちる領域幅は５２．４
（mm／ｓ）／（２０００（Ｈｚ）×２）＝１３．１μｍ
である。この値は本実施例で用いた現像剤（粒子径１５
μｍ）にて現像することができる最小線幅１５μｍより
小さく、交流電圧による帯電電位の凹凸がこの条件では
画像に影響しないことを示している。条件：条件よりさらに交流電圧のピーク間電圧を大
きくし、この条件では最小となる帯電電位は（ａ）の結
果より−（５５０−２５０）＝−３００Ｖとなり、十分
現像され得る帯電電位にまで落ちている。しかし、この
条件でも直流電圧のみを印加したときと同じような画像
が得られ、本発明の条件を満たすことによって交流電圧
による帯電電位の凹凸が画像に影響しないことが分か
る。

【００４１】次に、複数の帯電部材を使用する本発明の
実施例について説明する。用いた帯電部材は、導電性繊
維をローラ状に植毛したものを用い、第一の帯電部材に
は−５５０（Ｖ）のＤＣ電圧とピーク間電圧が１０５０
（Ｖ）であるＡＣ電圧の重畳電圧を与え、第二の帯電部
材にはＤＣ電圧のみとし、その値として第一の帯電部材
と同値の−５５０（Ｖ）としている。尚、ここでは、放
電開始電圧として、パッシェンの放電則より決定される
５７４（Ｖ）なる値を用いる。この場合の帯電電位を、
以下のように帯電プロセスの様に順を追う事により求め
て行く。第一の帯電部材での放電現象による帯電電位Ｖ１Ｖ１=-(５５０+１０５０／２)-Ｖth＝(１０７５-５７
４)=-５０１(Ｖ) 第一の帯電部材での接触部分での注入電荷を受けた後の
帯電電位Ｖ２Ｖ２=Ｖ１±ΔＶ=-５０１±ΔＶ尚、ここでＡＣ電圧に起因する帯電電位のリップルをΔ
Ｖとした。

【００４２】一方、使用する帯電部材５の構成として、
先に述べた図２に示すようにレーヨン中に導電性カーボ
ンを分散させた繊維（商品名；レック）をブラシ状に植
毛した帯電部材５を押し込み圧を１mmにて感光体１に接
触させ帯電させる場合、上記条件の様にＡＣ電圧のピー
ク間電圧を１０５０（Ｖ）印加した場合、接触部での注
入電圧（ΔＶ）の最大値は６５（Ｖ）であることが本発
明者らによって実験的に確かめられた。つまり、上記の
条件においてＶ２＝−５０１±６５（Ｖ）である。ここ
で、このＶ２なる帯電電位のまま現像し、画出しを行う
と現像バイアス値によってはＶ２の最小値では現像され
てしまい、最終画像上では、先の図７に示す如く、この
最小値に対応する黒すじＢＬが現れてしまう。実際、現
像バイアス値として−３５０（Ｖ）なる一般的な値を設
定した場合、先のＶ２の最小値＝−４３６（Ｖ）では、
これに対応した黒すじＢＬが目視にて判別できるレベル
の濃度にて現れてしまっている。

【００４３】これに対して、第二の帯電部材を設けた本
発明の場合には、第一の帯電部材にて与えられたＶ２な
る電位を維持したまま、第二の帯電部材の帯電領域に到
達する。この第二の帯電部材にはＤＣ電圧（−５５０
（Ｖ））が印加されているため、先のＶ２との最小値−
４３６（Ｖ）との間には、５５０−４３６＝１１４
（Ｖ）なる電位差が生じており、この電位差によって第
二の帯電部材と感光体との接触部においては、帯電部材
から電荷が注入されこの感光体の最小帯電電位が上昇す
る。この結果、第一の帯電部材のみの時には現れてい
た、最終画像上のＡＣ電圧に起因する黒すじＢＬが解消
される事となる。

【００４４】なお、比較のため帯電部材として、第一の
帯電器のみを用い、これに印加する電圧として、ＤＣ＝
−６２５（Ｖ）、ＡＣ（ピーク間電圧）＝９００
（Ｖ）、周波数＝８００Ｈｚとした場合、最終画像には
図７に示す様なＡＣ電圧に起因する周期的な黒すじＢＬ
が現れていた。これに対し、第一の帯電部材の後の現像
槽との間に第一の帯電部材より押し込み圧力を強くし、
感光体との接触面積を広くした第二の帯電部材を設置
し、これに第一の帯電部材に印加したのと同値のＤＣ＝
−６２５（Ｖ）を印加した場合には、図７に見られるよ
うな最終画像上の黒すじＢＬは、少なくとも目視にては
確認できないまでに低減することが確認された。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明で採用した帯電方式
を用いた場合、交流電圧の周波数をｆ、画像形成装置の
プロセススピードとしての被帯電部材の移動速度をＶｐ
（mm／ｓ）、また画像形成装置の現像剤の粒子径をＲ
（mm）としたときに、前記交流周波数ｆがｆ＞Ｖｐ／２Ｒを満たす値に設定することにより、画像上のムラを解消
することができる。また、直流／交流重畳電圧を印加す
ることで帯電電位の経時変化や環境変動が抑制され、直
接帯電法によってオゾンの発生を抑えることができる。
さらに第一帯電部材の下流側に直流電圧のみが印加され
ている第二以降の帯電部材を設けることにより、最終画
像上に現れるＡＣ電圧に起因する画像ムラを解消するこ
とが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の実施例の全体構成を示
す概略説明図である。

【図２】本発明に用いられる帯電ローラの構成を示す概
略説明図である。

【図３】実施例に用いられる感光体と帯電ローラとの寸
法関係の一例を示す説明図である。

【図４】フラット状に植毛形成した帯電部材の体用状態
を示す概略説明図である。

【図５】電流波形の一例を示すカーブである。

【図６】帯電ローラ（ブラシ）／接触界面／感光体間の
等価回路図である。

【図７】画像ムラを有する出力画像の模式図である。

【図８】導電性繊維を用いてＤＣ／ＡＣ電圧を重畳させ
た場合の帯電原理を示す模式図である。

【図９】従来における帯電電位形成過程の一例を示す模
式図である。

【図１０】本発明における帯電電位形成過程の原理を示
す模式図である。

【符号の説明】

１感光体２現像器３転写器４クリーナ５帯電装置（第一帯電部材）５Ａ導電性繊維５ａ導電性繊維布５Ｂ第二帯電部材５ｃ帯電装置軸６露光器７転写材カセット８，９，１０，１３給紙ローラ１１レジストローラ１２定着器１４排紙ローラ１５スタックガイド１６コントローラ１７エンジンコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性繊維、あるいは、その集合体が植
毛されてなる帯電部材と被帯電部材とが接触する部分を
少なくとも有し、且つ微少の空隙にて対峙する部分をも
有しながら、該帯電部材と被帯電部材との間に交流電圧
と直流電圧の重畳電圧を印加して被帯電部材に帯電させ
る画像形成装置において、前記交流電圧の周波数をｆ、前記画像形成装置のプロセ
ススピードとしての被帯電部材の移動速度をＶｐ（mm/
s）、また前記画像形成装置の現像剤の粒子径をＲ（m
m）としたときに、前記交流周波数ｆがｆ＞Ｖｐ／２Ｒを満たす値に設定されることを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】導電性繊維、あるいは、その集合体が植
毛されてなる帯電部材と被帯電部材とが接触する部分を
少なくとも有し、且つ微少の空隙にて対峙する部分をも
有しながら、該帯電部材と被帯電部材との間に交流電圧
と直流電圧の重畳電圧を印加して被帯電部材に帯電させ
る画像形成装置において、前記帯電部材を第一の帯電部材とし、その下流側に直流
電圧のみが印加されている第二以降の帯電部材を少なく
とも１個以上設け、前記第一の帯電部材に印加される直流電圧は所望の帯電
電圧に等しく、かつ、第二以降の帯電部材に印加される
直流電圧は、第一の帯電部材に印加される直流電圧に等
しい、あるいは、それ以上であることを特徴とする画像
形成装置。