JP3140204B2

JP3140204B2 - 接触帯電装置

Info

Publication number: JP3140204B2
Application number: JP04250411A
Authority: JP
Inventors: 水康史清; 方寛明緒; 野えりか浅; 崎道仁山; 井和重櫻; 須浩樹木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-08-27
Filing date: 1992-08-27
Publication date: 2001-03-05
Anticipated expiration: 2016-03-05
Also published as: JPH0675458A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は接触帯電装置に関するも
のであり、更に詳しくは電圧を帯電部材に印加して被帯
電体を帯電する接触帯電装置の改善に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】接触帯電装置として、直流電圧と交流電
圧を重畳した電圧を帯電部材に外部より印加し、この帯
電部材を被帯電体に当接させて帯電を行なう接触帯電装
置が本出願人より提案されている。

【０００３】この装置は、例えば図６のように感光ドラ
ム１０１に帯電部材１０２を接触させ、帯電開始電圧の
２倍以上のピーク間電圧Ｖｐｐを有する交流電圧Ｖａｃ
とＶｄｃとを重畳した電圧（Ｖａｃ＋Ｖｄｃ）を帯電部
材１０２に印加することにより均一に感光ドラム１０１
を帯電する事が出来る。図中１０４は交流と直流電圧の
重畳された電源である。１０５は感光ドラム１０１上に
印字情報を書き込むためのレーザー光、１０６はドラム
１０１上の静電潜像を現像するための現像スリーブ、１
０７は現像された像を転写するための転写材、１０８は
転写材に感光ドラム１０１上のトナー像を転写するため
の転写ローラ、１０９は、感光ドラム１０１上の転写残
りのトナーをクリーニングするためのクリーニングブレ
ードであり、感光ドラム１０１は図のＡの向きに回転し
ている。

【０００４】しかしながら、本発明者らの研究実験の結
果、上述の如き帯電部材１０２を使用して接触帯電を実
施した場合に、次のような問題点が発生した。つまり、
電極１０３に印加された電圧の交流成分Ｖａｃのために
帯電部材１０２が振動し、“帯電音”と呼ばれる振動音
が発生したのである。この帯電音の発生するメカニズム
を図７を用いて説明する。図中１０１は感光ドラムを示
し１０１ａは感光層、１０１ｂは、接地されたアルミで
出来た基層であり、４０ｍｍ／ｓのスピードで回転して
いる。

【０００５】−帯電音の出る理由− 帯電部材１０２には、交流電圧が印加されているため、
ある瞬間には、図７（ａ）中太い実線で示すように、感
光層１０１ａを挟んで、カーボン分散のＥＰＤＭ等のゴ
ム材で出来た帯電部１０２ｃ側にプラス、感光ドラム１
０１の基層１０１ｂ側にマイナスの電荷が誘起される。
これらの電荷は、互いに引き合うので、帯電部１０２ｃ
表面は感光ドラム１０１に引きつけられ図中、太い実線
の位置から細い実線の位置に移動する。ついで、交流電
界が逆転を始めると、帯電部１０２ｃのプラス電荷、ド
ラム基板１０１ｂのマイナス電荷はそれぞれ誘起してき
た逆極性の電荷によって打ち消され始める。そして交流
電界がちょうどプラスからマイナスに変わるときには、
帯電部１０２ｃ上のプラス電荷とドラム基板１０１ｂ上
のマイナス電荷は消滅する。

【０００６】その結果、帯電部１０２ｃの表面は図７
（ｂ）の細い実線で示す位置に戻ることになる。さらに
交流電界がマイナスのピークを向かえるときには、図７
（ｃ）に示されるように、帯電部１０２ｃ側にはマイナ
ス、ドラム基板１０１ｂ側にはプラスの電荷が誘起され
る。したがって帯電部１０２ｃは再び太い実線の位置か
ら細い実線の位置にまで移動することになる。

【０００７】以上の現象が繰り返し行なわれるため、帯
電部材１０２に交流電圧を印加すると振動を始め、その
結果、“帯電音”が発生するものと考えられる。さら
に、交流電圧の周波数をｆ，帯電部１０２ｃの振動周波
数をＦとすると、上記の説明で明らかなように、交流電
圧の１周期の間に帯電部１０２ｃは２回振動することに
なるので、両者の間には数１の関係がある。

【０００８】

【数１】２ｆ（Ｈｚ）＝Ｆ（ｃ／ｓ）…（１）

【０００９】−従来の解決の手段− 本発明者らは既に帯電部材１０２を内部が中空状の帯電
ローラにすることにより帯電音を減少させる構成を開示
している。これは図８に示す様に、従来の一体型ローラ
では、交流バイアスが芯金１０２ａに印加されると帯電
部１０２ｃの表面は、感光ドラム１０１に引き寄せられ
るため、芯金１０２ａ中心と感光ドラム１０１表面まで
の距離ｔ１は変化してｔ２になる。この結果、帯電ロー
ラ１０２は、ローラ全体で振動を始めるために、大きな
帯電音を発生する。図８（ａ）は印加された交流バイア
スのピーク値がゼロ付近では帯電ローラの変形がほとん
ど無いことを表し、図８（ｂ）は印加された交流バイア
スのピーク値が最大付近での帯電ローラ１０２の変形を
表している。

【００１０】これに対し、本発明者らは、図９に示すよ
うに帯電部をチューブ状の中空タイプにし、芯金部と分
離する構成を提案した。図において、１０２ａは芯金、
１０２ｄは帯電部、１０２ｆは導電性スポンジの空砲
部、１０２ｇは導電性スポンジを示す。その結果、図９
（ａ）に示すように、印加された交流バイアスのピーク
値がゼロ付近では帯電ローラ１０２の変形はほとんど無
い。更に、図９（ｂ）に示すように、印加された交流バ
イアスが最大ピーク値の場合でも、ドラム１０１に引き
寄せられるのは、表層の帯電部１０２ｄだけであり、ド
ラム１０１表面と芯金１０２ａ中心までの距離ｔ３とｔ
４は変化しない。それ故に帯電音は小さくなるのであ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし一般的に云っ
て、芯金１０２ａに導電性発泡スポンジを成形すること
や、図１０に示すように、芯金１０２ａに導電性のゴム
１０２ｂを成形し、帯電部１０２ｄに挿入する構成は製
造コストが高くつくと云う問題を含んでいた。図中１０
２ｃは導通層、１０２ｄは中抵抗層、１０２ｅは保護層
である。

【００１２】また、図９において芯金１０２ａ及び導電
性発泡スポンジ部１０２ｇと、帯電部１０２ｄを分離し
た形状に製造することは技術的に困難であった。従って
一般的には、図１１に示すように、導電性のスポンジ部
１０２ｇの表層に導通層１０２ｅをロールコートし、そ
の後、抵抗層１０２ｊをロールコートして帯電ローラを
製造していた。

【００１３】この場合、スポンジ部１０２ｇ内部に中空
な発泡層１０２ｆがあるため帯電ローラ全体の振動は抑
えられ、ある程度の帯電音対策にはなっていた。しかし
この構成では、導電性軸部としての芯金１０２ａと導通
層１０２ｅはつながっており、根本的な帯電音対策には
なっていなかった。従って、製造ロットに依っては帯電
音が大きなものも出来てしまった。

【００１４】図１１（ａ）は、芯金１０２ａに形成され
たスポンジ１０２ｇを示している。スポンジ層表面には
スポンジを成形するときに出来るスキン層があってもよ
い。

【００１５】図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の導電性軸
部１０２ａと導電性支持部１０２ｇをロールコートして
いる様子を示す。図の矢印の方向に回転させることによ
り導通層１０２ｅを成形している。図中１０２ｅ₁ は
溶融した導電層材料を示す。本従来例ではカーボンを多
量に分散したナイロンを使用した。

【００１６】図１１（ｃ）は、図１１（ｂ）の行程で導
通層１０２ｅが作られた事を示している。図１１（ｄ）
は、図１１（ｂ）の行程で作られた導通層１０２ｅの表
層に更に抵抗層１０２ｊをロールコートしている所を示
す。やはり図の矢印の方向に回転し、１０２ｊ₁ は抵
抗層の材料を示す。本従来例では、エピクロルヒドリン
ゴムを使用した。

【００１７】図１１（ｅ）は、上記のようにして出来上
がった帯電ローラを示す。

【００１８】又、印加交流成分のピーク間電圧Ｖｐｐを
帯電開始電圧の２倍の値より、更に小さくすれば、“帯
電音”をかなり改善することが出来る。しかしながら、
その場合、感光ドラム１０１上には、均一な帯電を得る
ことが出来ず、斑点状の帯電ムラを生じることになる。
これは、帯電部材１０２と感光ドラム１０１との接触面
には微視的には凹凸があり、理想的な接着面が得られな
いためである。ここでピーク間電圧を下げると言うこと
は、交流電圧を印加することで均一な帯電を行なう、い
わゆる“均し効果”がなくなることを示している。更
に、斑点状帯電ムラ状態の感光ドラム１０１表面に通常
の電子写真画像形成プロセスを適用しても出力画像は斑
点状ムラに対応した斑点状の黒点画像になり、高品位な
画像を得ることはできない。

【００１９】その上、“帯電音”を解決すべく、感光ド
ラム１０１の内部に、ゴムなどで出来た防振部材をいれ
る構成が提案されているが、感光ドラム１０１の変形、
重量化、製造コストの点で何れも、未だ実用化されてい
ない。

【００２０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは帯電音の発生しない
帯電装置を低コストで提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、帯電部材を被帯電体に当接させて
帯電を行う接触帯電装置において、前記帯電部材は、内
側が中空で可撓性の導電性の帯電部と、該帯電部の内側
に挿入され、軸受けに支持される導電性軸部と、この軸
部から放射状に広がり該帯電部を支持する複数の導電性
線状弾性体と、を有し、該導電性軸部に電圧を印加して
帯電を行うことを特徴とする。

【００２２】前記導電性線状弾性体は、前記帯電部材の
端部のみに設けられていることも好ましい。

【００２３】両端の前記導電性軸部をつなぐ軸を有する
ことも好ましい。

【００２４】前記導電性軸部と前記導電性線状弾性体
は、一体成型されていることも好ましい。

【００２５】

【作用】上記構成の本発明の接触帯電装置にあっては、
弾性変形可能な導電性支持部材が可撓性の帯電部の内側
に撓めて入れられることで、導電性支持部材に支持され
た帯電部は変形可能となり、帯電時の振動が吸収され、
従って帯電音の発生が抑えられる。

【００２６】しかも、帯電部を支持する部材は導電性支
持部材だけなので、芯金と導電性発泡スポンジとを必要
とする従来例に比べてコストが低くなる。

【００２７】

【実施例】（第１の実施例）図１乃至図３を用いて本発明の第１の実施例に係る接触
帯電装置を説明する。

【００２８】この装置は、例えば図３のように感光ドラ
ム１に帯電部材２を接触させ、帯電開始電圧の２倍以上
のピーク間電圧Ｖｐｐを有する交流電圧ＶａｃとＶｄｃ
とを重畳した電圧（Ｖａｃ＋Ｖｄｃ）を帯電部材２に印
加することにより均一に感光ドラム１を帯電する事が出
来る。図中４は交流と直流電圧の重畳された電源であ
る。５は被帯電体としての感光ドラム１上に印字情報を
書き込むためのレーザー光、６はドラム１上の静電潜像
を現像するための現像スリーブ、７は現像された像を転
写するための転写材、８は転写材に感光ドラム１上のト
ナー像を転写するための転写ローラ、９は、感光ドラム
１上の転写残りのトナーをクリーニングするためのクリ
ーニングブレードであり、感光ドラム１は図のＡの向き
に回転している。

【００２９】図１（ａ）は、帯電部材２を帯電部材２の
軸方向中央部から軸方向端部に向って見た時の断面図
で、帯電部材２は、内側が中空で可撓性の導電性の帯電
部２ｂと、帯電部２ｂの内側に撓めて入れられることで
帯電部２ｂの内面に当接して帯電部２ｂを支持する弾性
変形可能な導電性の導電性支持部材２ａと、を有して成
る。

【００３０】導電性支持部材２ａは、軸受け２ｉ（図
２）に保持されると共に外部電源４（図３）より交流バ
イアス（２．０Ｋｖｐｐ；６００Ｈｚ）が印加される導
電性軸部２ｃと、導電性軸部２ｃの両端部より軸方向中
央部へ向けて放射状に広がる複数の弾性変形可能な導電
性の弾性体としての線状弾性体２ｄ´より成る導電性支
持部２ｄと、より成る。導電性支持部２ｄは帯電部２ｂ
表面が凹凸にならないよう内部から柔らかくかつ均一に
支持する必要があり、弾性体２ｄ´の太さを小さくして
柔軟性を調節する。ちなみに、本実施例では導電性軸部
２ｃは６φ、線状弾性体２ｄ´の太さは０．５ｍｍ、長
さ２０ｍｍの物を用いた。

【００３１】また、導電性軸部２ｃや導電性支持部２ｄ
の体積抵抗率は１０の７乗Ωｃｍ以下、好ましくは１０
の４乗Ωｃｍ以下の導電性を持った物であり、材料とし
ては導電性粒子分散樹脂、導電性樹脂、導電性粒子分散
ゴムやエラストマ、半導電性樹脂、導電性粒子分散絶縁
樹脂等が挙げられる。

【００３２】導電性粒子分散樹脂としては、カーボン、
アルミニウム、ニッケル、酸化チタン等の導電性粒子を
ウレタン、ポリエステル、酢酸ビニル−塩化ビニル共重
合体、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂中に分散したも
のが挙げられる。

【００３３】導電性樹脂としては、４級アンモニウム塩
含有ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアニリン、ポ
リビニルピロール、ポリジアセチレン、ポリエチレンイ
ミン等が挙げられる。

【００３４】導電性粒子分散ゴムやエラストマとして
は、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、ＥＰＤＭゴ
ム、ポリウレタンゴム、エポキシゴム、ブチルゴム等の
ゴムや、スチレン−ブタジエンサーモプラスチックエラ
ストマー、ポリウレタン系サーモプラスチックエラスト
マー、ポリエステル系サーモプラスチックエラストマ
ー、エチレン−酢酸ビニル系サーモプラスチックエラス
トマー等のサーモプラスチックエラストマ等がある。

【００３５】半導電性樹脂としては、エチルセルロー
ス、ニトロセルロース、メトキシメチル化ナイロン、エ
トキシメチル化ナイロン、共重合ナイロン、ポリブニル
ピロリドン、カゼイン等の樹脂あるいはこれらの樹脂の
混合物などが挙げられる。

【００３６】導電性粒子分散絶縁樹脂としては、カーボ
ン、アルミニウム、酸化インジウム、酸化チタン等の導
電性粒子をウレタン、ポリエステル、酢酸ビニル−塩化
ビニル共重合体、ポリメタクリル酸等の絶縁樹脂に分散
したものがある。

【００３７】本実施例ではカーボンを分散した数本のエ
ピクロルヒドリンゴムを集めてその一端を熱成形し、図
１（ｂ）に示すように導電性軸部２ｃと導電性支持部２
ｄとを一体化したものである。

【００３８】２ｅは抵抗層２ｆに均一なバイアスを印加
するための導電層でありその体積抵抗率は１０の６乗Ω
ｃｍ以下、好ましくは１０の３乗Ωｃｍ以下の導電性を
持った物であり、材料としては導電性軸部２ｃや導電性
支持部２ｄと同じく導電性粒子分散樹脂、導電性樹脂、
導電性粒子分散ゴムやエラストマ、半導電性樹脂、導電
性粒子分散絶縁樹脂等が挙げられる。

【００３９】２ｆは抵抗層であり、導電層２ｅよりも抵
抗が高くなるように形成されている。その体積抵抗率は
１０の４乗Ωｃｍから１０の１２乗Ωｃｍ、好ましくは
１０の７乗Ωｃｍから１０の１０乗Ωｃｍの層であり、
材料としては導電性軸部２ｃや導電性支持部２ｄと同じ
く導電性粒子分散樹脂、導電性樹脂、導電性粒子分散ゴ
ムやエラストマ、半導電性樹脂、導電性粒子分散絶縁樹
脂等が挙げられる。

【００４０】２ｇは抵抗層からの汚染物質が感光ドラム
１に付着しドラムひび割れ、融着等が発生するのを防止
するためのトレジン等の材料からなる保護層である。

【００４１】図１（ｂ）は一体成型された導電性軸部２
ｃと導電性支持部２ｄの正面から見た図である。また図
２（ａ）は、この導電性支持部２ｄを用いた場合におけ
る帯電部材２を感光ドラム１に当接した様子を示したも
のである。

【００４２】なお本実施例においては、感光ドラム１と
帯電部２ｂとの従動を取るために、導電性軸部２ｃの端
部に金属キャップ２ｈを被せ、軸部の滑り性を向上させ
て軸受け２ｉとの間で回転できるようにしている。

【００４３】しかしながら、帯電部２ｂ内部と線状弾性
体２ｄ´との接触部における摩擦力が軽減できるように
線状弾性体２ｄ´もしくは、帯電部２ｂ内部の材料を選
択することにより、図２（ｂ）に示すように、この接触
部２ｊで回転することができるため、軸部を軸受け２ｉ
に固定したままでも、帯電部２ｂの従動が可能となる。

【００４４】また、本実施例においては、帯電部２ｂの
長手中央部は中空状態になっている。

【００４５】このため、この長手中央部付近では、感光
ドラム１に対して、帯電部２ｂの当接圧の不足が起こり
やすくなる。そこで、図２（ａ）に示すように、帯電部
２ｂの感光ドラム１との当接部との対向側に、外部から
柔軟な発泡材３等の滑り性の良い物質を当接しており、
帯電部２ｂの安定した当接を補助している。なおこの発
泡材は、帯電部２ｂに付着するトナー等の汚れを清掃す
るクリーニング部材を兼ねることができる。

【００４６】つぎに、本発明者らは、本実施例の接触帯
電装置を無響室にセットし、帯電音を測定した。測定は
ＩＳＯ７７７９の６項に従い行なった。その結果、従
来の帯電部材としての帯電ローラを用いた場合５３．７
ｄＢであったのに対し、本実施例の帯電部材２を用いた
場合は、帯電音は４３．６ｄＢにまで下げることが出来
た。

【００４７】また画像は帯電不良の無い、きれいなもの
を得ることが出来た。更に導電性軸部２ｃと導電性支持
部２ｄを一体成形にすることで帯電部材のコストも従来
の半分以下にすることが可能になった。

【００４８】以下に本発明の他の実施例について説明す
る。第１の実施例と同一の構成部分には同一の番号を付
してその説明を省略し、特に断わらない限り第１の実施
例と同一の構成部分には同一の材質が用いられているも
のとする。

【００４９】（第２の実施例）図４は、第２の実施例を示す。ここでは、導電性支持部
２ｄの中心に金属の軸（例えばφ２ｍｍ）２ｃが通って
いる。これにより、第１の実施例に比べ、導電性支持部
２ｄをより安定に支持でき、従って、感光ドラム１に対
して、帯電部２ｂをより安定に保持でき、帯電不良の発
生をなくすことができる。

【００５０】本実施例においても、従来の帯電部材とし
ての帯電ローラにより発生する帯電音より、大幅に帯電
音を減少させることができた。

【００５１】（第３の実施例）図５は、第３の実施例を示す。図５（ａ）は、一体成型
された導電性支持部２ｄ及び導電性軸部２ｃである。こ
れは、円筒形の導電性弾性体に於て、その両端部を残し
て軸方向に添って、数本、筋状に裁断することによって
作る。

【００５２】ここで、導電性の弾性体としては、第１の
実施例同様にカーボンを分散したエピクロルヒドリンゴ
ムを用いた。また、円筒形の直径は一例として５ｍｍと
し、肉厚は例えば１ｍｍとした。

【００５３】この円筒をＢ方向に押すことにより、図５
（ｂ）に示すように、軸方向中央部が最も太くなる形状
となる。図５（ｃ）は、この導電性支持部１０２ｂを用
いた場合において、帯電部２ｂが感光ドラム１に当接し
ている様子である。ここですでに述べたように、導電性
支持部２ｄは、図５（ｂ）のような形状になるため、軸
方向中央部においても、帯電部２ｂの感光ドラム１に対
しての当接力は十分のものとなり、従って、帯電部２ｂ
長手中央部に於ける当接圧不足により発生する帯電不良
の発生もなくなる。

【００５４】本実施例においても、従来の帯電部材とし
ての帯電ローラにより発生する帯電音より、大幅に帯電
音を減少させることができた。

【００５５】また、本実施例においては、導電性軸部２
ｃと導電性支持部２ｄを一体成型することができるた
め、帯電部材のコストも従来の半分以下にすることが可
能となった。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接触帯電
装置にあっては、弾性変形可能な導電性支持部材が可撓
性の帯電部の内側に撓めて入れられることで、導電性支
持部材に支持された帯電部は変形可能となり、帯電時の
振動が吸収され、従って帯電音の発生が抑えられる。

【００５７】しかも、帯電部を支持する部材は導電性支
持部材だけなので、芯金と導電性発泡スポンジとを必要
とする従来例に比べてコストが低くなる。

【００５８】また、帯電音を防止することが出来るよう
になった結果、電源の周波数を大きな値に設定すること
が可能になり、プロセススピードの高速化に対応できる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る接触帯電装置の要
部概略構成図である。

【図２】同帯電装置の概略構成図である。

【図３】同帯電装置の模式図である。

【図４】本発明の第２の実施例に係る接触帯電装置の要
部概略構成図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る接触帯電装置の要
部概略構成図である。

【図６】従来の接触帯電装置の模式図である。

【図７】同装置の問題点を説明する図である。

【図８】従来の他の接触帯電装置の問題点を説明する図
である。

【図９】従来のさらに他の接触帯電装置の問題点を説明
する図である。

【図１０】従来のその他の接触帯電装置の概略構成図で
ある。

【図１１】従来の別の接触帯電装置の問題点を説明する
図である。

【符号の説明】

１感光ドラム（被帯電体）２帯電部材２ａ導電性支持部材２ｂ帯電部２ｅ導通層２ｆ抵抗層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山崎道仁東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者櫻井和重東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者木須浩樹東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭63−208879（ＪＰ，Ａ) 特開平１−172857（ＪＰ，Ａ) 特開平２−309371（ＪＰ，Ａ) 特開平６−11952（ＪＰ，Ａ) 特開平５−248426（ＪＰ，Ａ) 特開平５−72869（ＪＰ，Ａ) 特開平３−59682（ＪＰ，Ａ) 実開平５−36452（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02 101 G03G 15/00 550 F16C 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】帯電部材を被帯電体に当接させて帯電を行
う接触帯電装置において、前記帯電部材は、内側が中空で可撓性の導電性の帯電部
と、該帯電部の内側に挿入され、軸受けに支持される導
電性軸部と、この軸部から放射状に広がり該帯電部を支
持する複数の導電性線状弾性体と、を有し、該導電性軸
部に電圧を印加して帯電を行うことを特徴とする接触帯
電装置。
【請求項２】前記導電性線状弾性体は、前記帯電部材の
端部のみに設けられていることを特徴とする請求項１に
記載の接触帯電装置。
【請求項３】両端の前記導電性軸部をつなぐ軸を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の接触帯電装置。
【請求項４】前記導電性軸部と前記導電性線状弾性体
は、一体成型されていることを特徴とする請求項１乃至
３のいずれか１項に記載の接触帯電装置。