JP3293696B2

JP3293696B2 - 帯電装置

Info

Publication number: JP3293696B2
Application number: JP23158693A
Authority: JP
Inventors: 朋子高橋; 知己加藤; 雅史門永
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH0784436A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複写機，プリンタ，ファ
クシミリ等の画像形成装置及び帯電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像形成装置は、一般に、感光体などか
らなる静電潜像担持体の上に帯電装置により均一な帯電
を施してから露光装置により露光を行って画像信号に応
じた静電潜像パターンを形成し、この静電潜像パターン
を現像装置により顕像化してその顕像を転写装置により
転写材に転写して定着装置で定着させている。このよう
な画像形成装置において、帯電装置はコロナ放電により
静電潜像担持体を帯電させるコロナ帯電方式が従来から
用いられている。このコロナ帯電方式は、非接触で静電
潜像担持体を帯電させること、構成が簡易であること等
の利点があり、広く用いられている。

【０００３】また、静電潜像担持体に帯電ローラ等の接
触帯電部材を接触させてこの接触帯電部材にバイアスを
印加することにより静電潜像担持体を帯電させる接触帯
電方式が提案されている。この接触帯電方式は、静電潜
像担持体に接触帯電部材を接触させるので、効率が良
い。また、特公昭63ー9234号公報には、相対移動する感
光体に接触する複数の接触帯電子を有し、これらの接触
帯電子に直流と交流とを重畳させたバイアスを印加し、
その直流成分の絶対値が感光体回転方向下流側に向かっ
て大きくなるようにした帯電装置が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記コロナ帯電方式で
は、コロナ放電中にオゾンを発生し、非接触で静電潜像
担持体を帯電させることから帯電の効率が悪く、高電圧
を印加しなければならない等の問題点がある。また、接
触帯電方式では、接触帯電部材と静電潜像担持体との接
触点に電界が集中することにより、静電潜像担持体の連
続的な均一の帯電が得られにくく、帯電ムラが発生しや
すいという問題点があった。

【０００５】さらに、特公昭63ー9234号公報記載の帯電
装置では、接触帯電子と感光体との空隙の電圧が高くな
ると、接触帯電子と感光体との接触部の近傍で放電が起
こってオゾンが発生し、接触帯電方式の最大の利点を活
かせない。また、新たに交流を使用することにより、電
源構成の複雑化、交流の周期に依存する騒音や帯電ムラ
の問題が発生してしまう。

【０００６】本発明は、上記欠点を改善し、接触帯電部
材と被帯電体との間の放電を防止することができてオゾ
ンや騒音の発生を防ぐことができると共に、簡易な構成
で効率良くムラのない均一な帯電を行うことができる帯
電装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、各々の静電容量が被帯電体
の回転方向上流側ほど小さくなるような静電容量に設定
された誘電体からなり被帯電体を帯電させる複数の接触
帯電部材と、この複数の接触帯電部材にこの複数の接触
帯電部材と被帯電体との電位差が放電開始電圧以下にな
る直流電圧を印加するバイアス印加手段とを備えたもの
である。

【０００８】請求項２記載の発明は、被帯電体を帯電さ
せる複数の接触帯電部材を有する帯電装置であって、前
記複数の接触帯電部材のうち被帯電体の回転方向最下流
側の接触帯電部材の被帯電体と接触する部分の表面粗さ
が他の接触帯電部材の被帯電体と接触する部分の表面粗
さに対して小さいものである。請求項３記載の発明は、
被帯電体を帯電させる複数の接触帯電部材を有する帯電
装置であって、前記複数の接触帯電部材の少なくとも被
帯電体と接触する部分を弾性体で構成し、前記複数の接
触帯電部材のうち被帯電体の回転方向最下流側の接触帯
電部材のゴム硬度を他の接触帯電部材のゴム硬度に対し
て最も小さくしたものである。

【０００９】

【作用】請求項１記載の発明では、各々の静電容量が被
帯電体の回転方向上流側ほど小さくなるような静電容量
に設定された誘電体からなる複数の接触帯電部材が被帯
電体を帯電させ、バイアス印加手段が複数の接触帯電部
材に複数の接触帯電部材と被帯電体との電位差が放電開
始電圧以下になる直流電圧を印加する。請求項２記載の
発明では、複数の接触帯電部材が被帯電体を帯電させ、
この複数の接触帯電部材は被帯電体の回転方向最下流側
の接触帯電部材の被帯電体と接触する部分の表面粗さが
他の接触帯電部材の被帯電体と接触する部分の表面粗さ
に対して小さい。

【００１０】請求項３記載の発明では、複数の接触帯電
部材が被帯電体を帯電させ、この複数の接触帯電部材
は、少なくとも被帯電体と接触する部分が弾性体で構成
され、被帯電体の回転方向最下流側の接触帯電部材のゴ
ム硬度が他の接触帯電部材のゴム硬度に対して最も小さ
くしてある。

【００１１】

【実施例】図２は本発明の実施例である帯電装置を用い
る画像形成装置の例を示す。この例は、電子写真方式の
複写装置の例であり、感光体からなる静電潜像担持体１
１、図示しない露光部、帯電装置１２、現像装置１３、
転写部１４、クリーニング部１５を有する。操作部の複
写を開始させるためのスイッチが押されると、感光体１
１と現像装置１３が駆動部により駆動されて回転を開始
し、図示しないスキャナ部が原稿の読み取りを開始して
その画像信号を画像処理部を介して露光部へ出力する。
スキャナ部からの画像信号ではなく、メモリ内の画像信
号を画像化する場合には、そのメモリから画像信号の読
み出しが開始されてその画像信号が露光部へ出力され
る。

【００１２】感光体１１は、帯電装置１２により感光体
１１の回転に伴って均一に帯電され、露光部により画像
信号に応じた露光を受けて静電潜像パターンが形成され
る。この静電潜像パターンは、感光体１１の回転に伴っ
て移動し、現像装置１３でトナーと呼ばれる着色粒子が
付着されて顕像化される。感光体１１上のトナーは転写
部１４にて図示しない給紙部から給送されてきた転写紙
に転写され、この転写紙は図示しない定着部によりトナ
ーが定着される。感光体１１は、トナー転写後にクリー
ニング部１５へ進んでクリーニング部１５により残留ト
ナーが除かれ、再び帯電装置１２へ進む。

【００１３】図１は上記帯電装置１２の構成を示し、以
下そのメカニズムを説明する。帯電装置１２は、感光体
１１の回転方向に沿って配置されて感光体１１と接触す
る複数のブレード状接触帯電部材１６〜１９を有し、こ
れらの接触帯電部材１６〜１９は電源２０から同一の直
流バイアス電圧が印加される。各接触帯電部材１６〜１
９に印加する直流バイアスは必ずしも同一の電圧である
必要はないが、これらの直流バイアスを同一にした場合
は最も電源２０の構成が簡易になる。

【００１４】接触帯電部材１６〜１９に印加する直流バ
イアス電圧の決定に関しては、接触帯電部材１６〜１９
の材質や被帯電部１１の欲しい帯電電位により直流バイ
アスが決定される。ここで、直流バイアス電圧が高過ぎ
て接触帯電部材１６〜１９と被帯電部１１との空隙の電
圧が放電開始電圧以上になると、放電が生じてしまう。
空隙の放電については、バッシェンの放電カーブが有名
であり、これは、空隙の電圧と空隙幅の関数として、放
電電圧が一義的に決まるというものである。

【００１５】図３はバッシェンの放電曲線ａおよび、帯
電部材に電圧を印加した時の空隙の電圧曲線ｂを示す。
バッシェンの放電曲線ａは、空隙幅が約８μｍで変極点
を持ち、空隙幅が約８μｍ以上の部分ではＶ＝３１２＋６．２ｚＶ：電圧、ｚ：空隙幅（μｍ）と示される一次式で近似される。空隙においては、この
バッシェンの放電曲線ａ以上の電圧では放電が起こって
安定して存在できないことを示している。

【００１６】曲線ｂは、接触帯電部材に電圧を印加した
ときの接触帯電部材と被帯電部との空隙の幅に対する、
その部分での空隙の電圧を示したものである。図示した
曲線ｂは、バッシェンの放電曲線ａと接する場合で、こ
の場合接点にあたる接触帯電部材と被帯電部との空隙幅
がｚ_０の部分で放電が発生してしまう。この時の電圧を
放電開始電圧と考え、図３ではＶ_０と示す。

【００１７】従来の帯電装置では、帯電の効率を重視
し、放電限界を超えた電圧を接触帯電部材に印加してい
たので、接触帯電方式であっても、放電が生じていた。
また、帯電装置は従来の構成のままで放電が生じない電
圧を接触帯電部材に印加した場合には十分な帯電電位が
得られなかった。この例では、以下のような構成をとる
ことで、放電の発生によるオゾンの発生を避けることが
でき、接触帯電部材１６〜１９の接触による電荷注入で
帯電が行え、さらに、十分な帯電電位が得られて均一な
帯電が可能である。

【００１８】接触帯電部材１６〜１９は、４つで構成さ
れているが、所望の帯電電位と接触帯電部材の帯電能力
によつて適当な数で構成される。接触帯電部材１６〜１
９の構成は、導電材料のベース１６ａ〜１９ａ上に弾性
層１６ｂ〜１９ｂを付着した構成である。弾性層１６ｂ
〜１９ｂの材料はポリウレタン系エラストーマーであ
り、電気的抵抗が中抵抗程度である。弾性層１６ｂ〜１
９ｂの材質としては、他にシリコーン系のゴム材料や、
ＮＢＲ、クロロプレンゴム等に金属やカーボンブラック
等を分散して半導電化処理を行い体積抵抗率を５＊１０
^５〜１＊１０^９Ωｃｍ程度にしたものである。

【００１９】弾性層１６ｂ〜１９ｂは、抵抗が上記値よ
り大きいと帯電の効率が悪くなり、抵抗が上記値より小
さいと大電流が流れて短絡する危険性がある。弾性層１
６ｂ〜１９ｂの硬度は、ＪＩＳ−Ａ硬度で３５度から６
０度程度が適当である。この例においては、弾性層１６
ｂ〜１９ｂの硬度は４０度であり、接触帯電部材１６〜
１９と感光体１１との接触部の幅は約０．５ｍｍであ
る。接触帯電部材１６〜１９は電源２０から同一の電圧
６００Ｖが印加される。

【００２０】図５は接触帯電部材１６〜１９の帯電量を
測定した結果を示す。図５において、○印は接触帯電部
材１６〜１９の各帯電量測定結果を示し、接触帯電部材
１６〜１９により５００Ｖ程度の帯電量が得られる。こ
れは画像形成に十分な帯電量である。この際、測定によ
ると、オゾンは検出されなかった。なお、この例はブレ
ード状の接触帯電部材１６〜１９を用いたが、接触帯電
部材１６〜１９としてローラーブラシ等を用いても良
い。

【００２１】図４は本発明の後述する実施例と同様に帯
電ローラを用いた帯電装置の例を示す。複数のローラ状
接触帯電部材２９〜３２は、感光体からなる静電潜像担
持体１１の回転方向に沿って配置され、所定の接触幅を
もって感光体１１に接触している。感光体１１は駆動部
により図示矢印の方向に回転駆動され、接触帯電部材２
９〜３２は感光体１１に連れ回りして図示矢印の方向に
回転する。各接触帯電部材２９〜３２は導電性材料で構
成された軸２９ａ〜３２ａの上に誘電体層２９ｂ〜３２
ｂが形成され、軸２９ａ〜３２ａには電源３３から同一
の直流バイアス電圧が印加されている。

【００２２】この誘電体層２９ｂ〜３２ｂは、弾性体で
あり、ゴム硬度がＪＩＳＡで４０度程度である。この例
では、誘電体層２９ｂ〜３２ｂは、カーボンブラックを
分散させたシリコーンゴムであり、カーボンブラックの
分散量によって互いに異なる抵抗に設定されている。誘
電体層２９ｂ〜３２ｂの体積抵抗率は、５＊１０^５以上
で１＊１０^９以下に設定され、例えば感光体回転方向上
流側から徐々に低くなるように１＊１０^８、１＊１
０^７、５＊１０^６、５＊１０^５Ωｃｍに設定される。

【００２３】図６は誘電体層２９ｂ〜３２ｂ単体で感光
体１１の帯電を行った結果を示す。誘電体層２９ｂ〜３
２ｂの抵抗値は高い方から（感光体回転方向上流側か
ら）Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とする。実際の装置内で、
感光体１１が接触帯電部材２９〜３２との各接触部を通
過する時間をｔとすると、この時の感光体１１にかかる
電圧は図６に示すＶ１〜Ｖ４である。このように感光体
１１の帯電電圧は接触帯電部材の抵抗値が小さいほど立
ち上がりが速くなり、感光体は接触帯電部材との接触時
間内で接触帯電部材との接触部にかかる電圧が大きくな
ってしまう。

【００２４】接触帯電方式で帯電する場合、感光体は接
触帯電部材との接触部付近の急激な電圧の増加により感
光体が破損する可能性がある。特に、感光体１１に最初
に接触する感光体回転方向最上流位置の接触帯電部材２
９は、感光体１１との間の電位差が最も大きくなり、こ
の時点で大電流が流れて感光体１１が破損する可能性が
ある。

【００２５】このような問題に対して図４の例では、感
光体回転方向最上流位置の接触帯電部材２９の抵抗を他
の接触帯電部材３０〜３２の抵抗より高く設定してい
る。これにより、感光体１１は急激な電圧の増加による
破損が防止される。また、さらに効率の良い帯電を行う
ために、接触帯電部材２９〜３２の抵抗を感光体回転方
向上流側から徐々に低くなるように設定している。図７
は抵抗の異なる４本の帯電ローラ２９〜３２を用いて感
光体１１を帯電した時の感光体１１の各帯電ローラ２９
〜３２による帯電後の帯電電位を示し、効率の良い十分
な帯電を行えることが判る。

【００２６】本発明の第１実施例は、感光体の回転方向
に沿って配置された複数の帯電ローラにより感光体を帯
電させる帯電装置であり、図２に示した画像形成装置な
どで用いられる。帯電ローラは金属の芯金の上に弾性体
の層を設けたものであり、芯金には電源から直流バイア
ス電圧が印加される。帯電ローラの弾性体層の静電容量
が異なる場合について検討した結果、帯電ローラの弾性
体層の静電容量が高い方が帯電電圧が高くなることが判
った。

【００２７】感光体回転方向最上流位置の帯電ローラで
感光体を帯電させる時に感光体の急激な電圧の上昇を避
ける意味で、各帯電ローラは弾性体層の静電容量が感光
体回転方向上流側ほど小さくなるように構成される。例
えば複数の帯電ローラを感光体回転方向上流側から第１
ローラ、第２ローラ、第３ローラとすると、第１ローラ
の弾性体層の材質はウレタンゴムで構成され、第２ロー
ラの弾性体層の材質は表面のナイロンをコートしたクロ
ロプレンゴムで構成され、第３ローラの弾性体層の材質
はシリコーンゴムで構成される。各帯電ローラの弾性体
層はすべて同じ厚さであり、比誘電率が感光体回転方向
上流側からそれぞれ３，６，７程度である。

【００２８】また、第１実施例において、各帯電ローラ
の弾性体層の材質を同じにして弾性体層の厚さを変化さ
せることにより静電容量を感光体回転方向上流側から徐
々に小さくなるように変化させた場合にも第１実施例と
同様な効果があった。このように、帯電ローラの静電容
量を感光体回転方向上流側から徐々に小さくすること
で、オゾンを発生させずに効率の良い帯電を行える。

【００２９】本発明の第２実施例は、感光体の回転方向
に沿って配置された複数の帯電ローラに電源より直流バ
イアス電圧を印加してこれらの帯電ローラにより感光体
を帯電させる帯電装置において、感光体回転方向最下流
位置の帯電ローラの表面粗さを小さくして帯電を均一化
するようにしたものである。

【００３０】帯電ローラと感光体との間の空隙の電圧が
放電開始電圧以下となるような条件で感光体を帯電させ
る場合には放電が起こらないので、電荷の広がりが少な
くなり、帯電ローラと感光体との接触状態による帯電む
らが非常に目立つようになる。そのため、帯電ローラの
表面粗さは、感光体上に帯電後に形成される画像に影響
を与えない程度に滑らかにする必要がある。帯電ローラ
の表面粗さは、具体的には最終的な画像にノイズが現れ
ないようにするために、十点平均粗さとして５μｍ以下
が必要である。

【００３１】一般に、ゴムローラの成形は、型で行った
後にその表面を研磨する。この表面研磨によって滑らか
にできる表面粗さは２０μｍ程度であるので、それ以上
の表面粗さが要求される場合には、さらにゴムローラに
表面層を設ける工程が必要である。しかし、工程数の増
加は、コストアツプにつながり、望ましくない。また、
感光体上流側の帯電ローラの表面粗さが滑らかであって
も、感光体下流側の帯電ローラの表面粗さが滑らかでな
ければ、感光体の帯電状態が荒れてしまう。

【００３２】そこで、本実施例では、複数の帯電ローラ
のうち感光体回転方向最下流の帯電ローラの表面粗さの
みを５μｍ程度に設定する。感光体は、感光体回転方向
最下流の帯電ローラ以外の帯電ローラにより帯電された
後に、感光体回転方向最下流の帯電ローラとの接触部を
通過する際に感光体回転方向最下流の帯電ローラにより
滑らかに帯電され、これにより感光体回転方向最下流の
帯電ローラ以外の帯電ローラの表面粗さによる帯電むら
を吸収することが可能となる。

【００３３】また、同様な理由で、感光体回転方向最下
流の帯電ローラのゴム硬度を低く設定して帯電むらを補
償することも可能である。本発明の第３実施例は、電源
から感光体回転方向に沿って配置された４本の帯電ロー
ラからなる接触帯電部材に直流バイアス電圧を印加して
この４本の帯電ローラで感光体を帯電させる帯電装置に
おいて、４本の帯電ローラのうち感光体回転方向最下流
の帯電ローラのゴム硬度を低く設定して帯電むらを補償
して帯電を均一化したものであり、図２に示した画像形
成装置などで用いられる。

【００３４】帯電ローラの材質はウレタンで構成され
る。感光体回転方向最下流の帯電ローラ以外の帯電ロー
ラは表面研磨のみで表面粗さが十点平均粗さで１５μｍ
程度であり、感光体回転方向最下流の帯電ローラはウレ
タンの表面コートを施して表面粗さを５μｍに構成して
いる。この４本の帯電ローラで感光体を帯電させたとこ
ろ、４本の帯電ローラにすべて表面コートを施して表面
粗さを５μｍに構成した場合と同様に帯電むらの少ない
帯電を行えた。

【００３５】また、シリコーンを使用した複数の帯電ロ
ーラを有する帯電装置において、感光体回転方向最下流
の帯電ローラのゴム硬度をＪＩＳＡで３５度とし、他の
帯電ローラのゴム硬度をＪＩＳＡで４５度として感光体
を帯電したところ、全ての帯電ローラのゴム硬度をＪＩ
ＳＡで３５度とした場合と同様に均一な帯電を行うこと
ができた。このように、感光体回転方向最下流の帯電ロ
ーラのゴム硬度を小さくすることで、感光体回転方向最
下流の帯電ローラ以外の帯電ローラによる帯電むらを吸
収して均一な帯電を行うことが可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、各々の静電容量が被帯電体の回転方向上流側ほど小
さくなるような静電容量に設定された誘電体からなり被
帯電体を帯電させる複数の接触帯電部材と、この複数の
接触帯電部材にこの複数の接触帯電部材と被帯電体との
電位差が放電開始電圧以下になる直流電圧を印加するバ
イアス印加手段とを備えたので、被帯電体に急激な電圧
がかかることを防止して安定した帯電を行うことが可能
となる。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、被帯電体を
帯電させる複数の接触帯電部材を有する帯電装置であっ
て、前記複数の接触帯電部材のうち被帯電体の回転方向
最下流側の接触帯電部材の被帯電体と接触する部分の表
面粗さが他の接触帯電部材の被帯電体と接触する部分の
表面粗さに対して小さいので、効率的に帯電むらを補償
して均一な帯電を行うことができる。

【００３８】請求項３記載の発明によれば、被帯電体を
帯電させる複数の接触帯電部材を有する帯電装置であっ
て、前記複数の接触帯電部材の少なくとも被帯電体と接
触する部分を弾性体で構成し、前記複数の接触帯電部材
のうち被帯電体の回転方向最下流側の接触帯電部材のゴ
ム硬度を他の接触帯電部材のゴム硬度に対して最も小さ
くしたので、効率的に帯電むらを補償して均一な帯電を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である帯電装置を用いる画像形
成装置の例を示す概略図である。

【図２】同例の概略を示す断面図である。

【図３】バッシェンの放電曲線ａおよび、帯電部材に電
圧を印加した時の空隙の電圧曲線ｂを示す図である。

【図４】帯電ローラを用いた帯電装置の例を示す概略図
である。

【図５】上記図１の画像形成装置における接触帯電部材
の帯電量を測定した結果を示す図である。

【図６】上記図４の例の各接触帯電部材単体で感光体を
帯電させた結果を示す図である。

【図７】上記図４の例で抵抗の異なる４本の接触帯電部
材を用いて感光体を帯電した時の感光体の各接触帯電部
材による帯電後の帯電電位を示す図である。

【符号の説明】

１１感光体１２帯電装置１６〜１９，２９〜３２接触帯電部材２０，３３電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−80637（ＪＰ，Ａ) 特開平５−165303（ＪＰ，Ａ) 特開平５−88508（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−104349（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−143072（ＪＰ，Ａ) (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】各々の静電容量が被帯電体の回転方向上流
側ほど小さくなるような静電容量に設定された誘電体か
らなり被帯電体を帯電させる複数の接触帯電部材と、こ
の複数の接触帯電部材にこの複数の接触帯電部材と被帯
電体との電位差が放電開始電圧以下になる直流電圧を印
加するバイアス印加手段とを備えたことを特徴とする帯
電装置。
【請求項２】被帯電体を帯電させる複数の接触帯電部材
を有する帯電装置であって、前記複数の接触帯電部材の
うち被帯電体の回転方向最下流側の接触帯電部材の被帯
電体と接触する部分の表面粗さが他の接触帯電部材の被
帯電体と接触する部分の表面粗さに対して小さいことを
特徴とする帯電装置。
【請求項３】被帯電体を帯電させる複数の接触帯電部材
を有する帯電装置であって、前記複数の接触帯電部材の
少なくとも被帯電体と接触する部分を弾性体で構成し、
前記複数の接触帯電部材のうち被帯電体の回転方向最下
流側の接触帯電部材のゴム硬度を他の接触帯電部材のゴ
ム硬度に対して最も小さくしたことを特徴とする帯電装
置。