JP3618881B2 - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被帯電体を帯電処理（除電処理も含む）する帯電装置に関する。
【０００２】
より詳しくは、被帯電体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体の帯電を行う接触方式の帯電装置（接触帯電装置、直接帯電装置）に関する。
【０００３】
また、像担持体に該像担持体を帯電する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行し、像担持体は繰り返して画像形成に供する、電子写真方式や静電記録方式等の画像形成装置に関する。
【０００４】
【従来の技術】
便宜上、画像形成装置を例にして説明する。従来、電子写真方式や静電記録方式等の画像形成装置において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体の帯電処理手段としてはコロナ帯電器が主に使用されてきた。
【０００５】
これは、ワイヤ電極と該ワイヤ電極を囲むシールド電極を備え、放電開口部を被帯電体としての像担持体に対向させて非接触に配設し、ワイヤ電極とシールド電極に電圧を印加することにより生じる放電流（コロナシャワー）に像担持体面をさらすことで像担持体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【０００６】
近年は、コロナ帯電器に比べて低オゾン・低電力等の利点があることから、接触方式の帯電装置が実用化されてきている。
【０００７】
これは、電荷供給部材としての導電性の帯電部材を被帯電体としての像担持体面に当接させて所定の電圧（帯電バイアス）を印加することで、像担持体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。
【０００８】
接触帯電は、被帯電体と帯電部材との間の微小ギャップ（間隙）部における放電現象を利用した帯電が支配的である系と、被帯電体と帯電部材との接触部における帯電部材から被帯電体への電荷注入現象を利用した帯電が支配的である系がある。
【０００９】
前述したように接触帯電は、もともと、コロナ帯電器に比べて低オゾン・低電力等の利点があるが、接触帯電のうちでも、電荷注入現象を利用した帯電が支配的である系は、放電現象を利用した帯電が支配的である系よりも更に低オゾン・低電力型帯電が可能である。
【００１０】
帯電部材は、ロール型、ブレード型、ブラシ型など種々の形態のものにすることができる。より具体的には、導電性ゴムをロール状にした導電ゴムロール（＝帯電ロール）、導電性ゴムをブレード状にした導電ゴムブレード（＝帯電ブレード）、導電性磁性粒子を回転するあるいは固定の電極部材に磁気ブラシ層として磁気拘束して保持させ、該磁気ブラシ部を被帯電体に接触させて配設する磁気ブラシ、導電性繊維のブラシ部を回転するあるいは固定の電極部材に保持させ、該繊維ブラシ部を被帯電体に接触させて配設するファーブラシなどである。
【００１１】
磁気ブラシは帯電、接触の安定性という点から好ましく用いられている。ファーブラシや帯電ロール・帯電ブレードも接触帯電部材として好ましく用いられている。
【００１２】
帯電部材に対する印加電圧を、直流電圧（ＤＣバイアス）のみとする「ＤＣ印加方式」と、交番電圧（ＡＣバイアス）とＤＣバイアスを重畳した振動電圧（時間とともに電圧値が周期的に変化する電圧）を印加する「ＡＣ印加方式」がある。ＡＣバイアスの波形としては正弦波・矩形波・三角波など適宜である。直流電源を周期的にオン・オフすることによって形成された矩形波電圧であってもよい。
【００１３】
被帯電体である像担持体として、ＯＰＣ（有機光導電体）感光体上にＳｎＯ_２ 等の導電性微粒子を分散させた表層（電荷注入層）をコーティングしたＯＣＬ感光体や、α−Ｓｉ（アモルファスシリコン、非晶質シリコン）の表層を有する感光体など電荷注入帯電性の像担持体を用いると、該像担持体の接触帯電は、像担持体と帯電部材との接触部における帯電部材から像担持体への電荷注入現象による帯電が支配的となり、帯電部材に対する印加帯電電圧のＡＣバイアス重畳の有無や、ＡＣバイアス重畳の場合の該ＡＣバイアスの大きさにかかわらず、像担持体は帯電部材に印加したＤＣバイアスと略同等の表面電位に接触帯電される。
【００１４】
帯電部材に対する印加帯電電圧をＡＣバイアスとＤＣバイアスを重畳した振動電圧にするＡＣ印加方式は、ＤＣバイアスのみのＤＣ印加方式よりも、均一な帯電、所望の被帯電体表面電位Ｖｓを得ることができる。これはＡＣバイアスを重畳することで、帯電部材を振動させ、帯電部材と被帯電体との接触面積を見かけ上増大できるためである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ａ）接触帯電装置の帯電部材は被帯電体に接触しているので、被帯電体側の汚れを拾って汚染し、その汚染のために帯電ムラ等の帯電不良を生じやすい。
【００１６】
例えば、像担持体に、帯電、静電潜像形成、トナー現像、転写、クリーニングの工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行し、像担持体は繰り返して作像に供する、転写式電子写真装置等の画像形成装置においては、像担持体を帯電する工程手段としての接触帯電装置の帯電部材が、画像形成をかさねるにつれてクリーニング装置をすこしづつすり抜けたトナーを拾って汚染していく。通常、トナー粒子の電気抵抗は比較的高いものが用いられているので、帯電部材がトナーで汚染されると、帯電部材の抵抗上昇による帯電ムラ等の帯電不良を生じやすい。
【００１７】
帯電部材が磁気ブラシであるときは、トナーが導電性磁性粒子からなる磁気ブラシ部に混入して磁気ブラシ部が汚染され、該磁気ブラシ部の抵抗上昇による帯電ムラ等の帯電不良を生じるし、磁気ブラシ部へのトナーの混入により磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子が押し出され、接触不安定による帯電ムラ、及び磁気ブラシ部から離脱した導電性磁性粒子の現像装置への混入による異常画像の発生等の問題があった。
【００１８】
特に、転写工程後の像担持体面から転写残トナーを除去するクリーニング装置を有しないクリーナレスシステムの画像形成装置にあっては、転写工程後の像担持体面の転写残トナーがそのまま接触帯電部材に持ち運ばれるから、上記の帯電部材のトナー汚染、それによる帯電不良の問題はより顕著である。
【００１９】
ｂ）この場合において、接触帯電部材に対する印加帯電電圧をＡＣバイアスとＤＣバイアスを重畳した振動電圧にするＡＣ印加方式は、接触帯電部材のＡＣバイアスによる振動効果により、接触帯電部材のある程度のトナー汚染にかかわらず、帯電均一性を保たせ、所望の被帯電体表面電位Ｖｓを得ることができる。また接触帯電部材のトナー汚染による帯電不良の発生を抑制できる。
【００２０】
即ち、接触帯電部材にトナーや紙粉等の異物が付着・混入すると見かけ上接触帯電部材の抵抗が上昇する。この状態でＤＣ印加方式で被帯電体の帯電を行なうと被帯電体に所望の表面電位Ｖｓを与えることができず表面電位Ｖｓの低下を招き、画像形成装置にあっては良好な画像を得ることができなくなってしまう。これに対してＡＣ印加方式であると、重畳印加したＡＣバイアスにより接触帯電部材が振動して、接触帯電部材がある程度トナー汚染していても、接触帯電部材の振動で接触帯電部材と被帯電体との接触面積を見かけ上増大できて帯電部材と被帯電体との十分な接触が行なわれる。
【００２１】
また、接触帯電部材に付着・混入のトナーや紙粉等の異物が重畳印加したＡＣバイアスにより吐き出されて、接触帯電部材が過度に汚染状態になることが防止される効果も確認されている。
【００２２】
ｃ）上記ｂ）の接触帯電部材のＡＣバイアスによる振動効果を十分に発揮させるためには、ＡＣバイアスの振幅Ｖｐｐ（ピーク間電圧）の大きさをある一定以上にする必要がある。
【００２３】
ところが、ＡＣバイアスの振幅の大きさがある一定以上、詳しくは放電開始電圧を越えると、被帯電体への放電が開始される。このＡＣバイアスを増加させていくと放電量も同時に増加し、被帯電体面の疲労、被帯電体への放電生成物の蓄積を助長してしまう。被帯電体への放電生成物の蓄積は被帯電体の水に対する接触角を低下させて帯電性能（電荷保持性）を低下させることになる。
【００２４】
画像形成装置にあっては、被帯電体である像担持体の面に放電生成物が蓄積した状態で画像形成を行うと、転写効率の低下、像担持体面への異物の付着（融着）、画像の劣化等を招き、像担持体の長寿命化に際し問題となっていた。
【００２５】
転写工程後の像担持体面から転写残トナーを除去するクリーニング装置を有している画像形成装置においては、像担持体面に圧接させたクリーニングブレードで像担持体面を少しずつ積極的に削らせる（研磨）ことで、放電生成物が蓄積した像担持体面を更新させて、像担持体への放電生成物の蓄積による上記問題を緩和することも可能であるけれども、クリーナレスシステムの画像形成装置のように像担持体の表面を積極的に削る部材がないものや、像担持体表面の硬度が大きくて削ることが困難なものであるものにおいては、上記の像担持体への放電生成物の蓄積による問題が顕著に生じる。
【００２６】
そこで本発明は、接触帯電方式・ＡＣ印加方式の帯電装置、該帯電装置を用いた画像形成装置について、接触帯電部材のＡＣバイアスによる振動効果を十分に確保させ、しかも被帯電体・像担持体への放電生成物の蓄積を低減できるようにして、接触帯電部材の汚染による帯電不良発生等の問題、被帯電体・像担持体への放電生成物の蓄積による帯電性能の低下等の問題を解消すること、これにより、画像形成装置にあっては像担持体の長寿命化、良好な画像の長期に渡る安定な出力等を可能にすることを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする帯電装置及び画像形成装置である。
【００２８】
（１）表面が帯電する被帯電体と、被帯電体と接触し、交番電圧に直流電圧を重畳して印加することで被帯電体表面を帯電する帯電部材と、を有する帯電装置において、
被帯電体の帯電極性と同極性側の最大振幅幅は逆極性側の最大振幅幅よりも小さくかつ被帯電体の帯電極性と同極性側の半波の面積と逆極性側の半波の面積が等しい交番電圧に直流電圧を重畳し、この直流電圧は帯電部材により帯電される被帯電体の電位と略一致させることを特徴とする帯電装置。
（２）交番電圧は、方形波をデューティー変調したものであることを特徴とする（１）に記載の帯電装置。
（３）交番電圧は、被帯電体の帯電極性と同電極側の波形と、逆電極側の波形とが異なる半波整流された正弦波を重ね合わせたものであることを特徴とする（１）に記載の帯電装置。
（４）被帯電体の表層は、電荷が注入される電荷注入層を有し、帯電部材が導電性磁性粒子の磁気ブラシ部を有し、磁気ブラシ部が被帯電体に接触して被帯電体表面を帯電することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の帯電装置。
（５）導電性粒子がＳｎＯ _２ であることを特徴とする（４）に記載の帯電装置。
（６）帯電部材が導電性繊維のブラシ部を有し、このブラシ部が被帯電体に接触して被帯電体を帯電することを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の帯電装置。
（７）帯電部材が導電性のゴムローラであることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載の帯電装置。
（８）被帯電体は像を担持する像担持体であり、記録材上に像を形成する画像形成手段を有する画像形成装置において、画像形成装置は（１）から（７）のいずれかに記載の帯電装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。
【００５１】
而して、接触帯電方式・ＡＣ印加方式の帯電装置、該帯電装置を用いた画像形成装置について、被帯電体（像担持体）の帯電極性と同極性側の最大振幅幅は逆極性側の最大振幅幅よりも小さくかつ被帯電体の帯電極性と同極性側の半波の面積と逆極性側の半波の面積が等しい交番電圧（ＡＣバイアス）に直流電圧を重畳し、この直流電圧は帯電部材により帯電される被帯電体の電位と略一致させること、より具体的にはＡＣバイアスを、
１）方形波をデューティー変調したものにする
２）被帯電体の帯電極性と同電極側の波形と、逆電極側の波形とが異なる半波整流された正弦波を重ね合わせたものにする
等、帯電部材に印加するＡＣバイアスをデューティー変調、あるいは半波整流することで、従来のＡＣ印加方式に比べ、ＡＣバイアスの全体の振幅を減ずることがないため帯電均一性を確保するための帯電部材の振動効果を十分に有しながら、かつＤＣバイアスと同極性（被帯電体の帯電極性と同極性）の最大値Ｖｓｕｍ（ＤＣバイアスとそれと同極性のＡＣの振幅成分の和）を減ずることができる。
帯電部材の振動効果はＡＣバイアスの全体振幅に依存するものである。このＶｓｕｍを減ずることにより、被帯電体との電位差、即ち放電量を抑制することができ、被帯電体への放電生成物の蓄積を低減できる。この放電量はＶｓｕｍの大きさに依存するものである。Ｖｓｕｍは被帯電体の帯電極性と同極性の印加バイアスの最大値、即ちＶｓｕｍ＝ＤＣバイアス成分＋それと同極性のＡＣバイアスの振幅成分を示す。
【００５２】
したがって、接触帯電部材の汚染による帯電不良発生等の問題、被帯電体（像担持体）への放電生成物の蓄積による帯電性能の低下等の問題を解消して、長期にわたり均一帯電性の維持と被帯電体表面の接触角の低下を抑制できる。
【００５３】
これにより、画像形成装置にあっては、像担持体の長寿命化、転写効率の低下による中間調画像のガサツキ、高湿環境下での画像流れ等の無い良好な画像の長期に渡る安定な出力等が可能になる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
〈実施形態例１〉（図１〜図３）
図１は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は転写式電子写真プロセス利用のレーザビームプリンタである。
【００５５】
（１）プリンタの概略構成
１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体であり、矢示の時計方向に所定のプロセススピード（周速度）をもって回転駆動される。
【００５６】
この回転感光体１の面に、接触帯電部材２により所定の極性・電位の一様な帯電処理がなされ、その帯電処理面に、不図示のレーザビームスキャナから出力されるレーザ光による走査露光Ｌがなされることで、目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００５７】
その静電潜像が現像装置３によって反転現像されてトナー像として可視化される。そのトナー像が感光体１と転写装置４との間の転写部ｃにおいて、該転写部ｃに不図示の給搬送装置から感光体１の回転と同期どりされて適正なタイミングをもって搬送された転写材Ｐの面に順次に転写される。
【００５８】
転写部ｃにてトナー像の転写を受けた転写材Ｐは回転感光体１面から分離され、不図示の定着装置へ搬送されてトナー像の定着処理を受け、画像形成物（プリント、コピー）として排紙される。
【００５９】
両面画像形成モードや多重画像形成モードの場合は、定着装置を出た、片面画像形成済み又は１回目画像形成済みの転写材が不図示の再搬送シートパスに導入され、反転されて又は反転されずに再び転写部ｃに給紙される。
【００６０】
また、転写材分離後の回転感光体１面はクリーニング装置（クリーナ）５において感光体面に押圧接触させてある該装置のクリーニングブレード５ａにより拭掃される。これにより残留トナー（転写残トナー）の除去がなされ、感光体１は清浄面化されて繰り返して作像に供される。
【００６１】
（２）感光体１
本例における感光体１は、アルミニウム製のドラム基体１ｂの外周面に感光体層１ａを形成した、直径３０ｍｍ、長さ３００ｍｍの負帯電極性のＯＰＣ感光体であり、１００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードをもって回転駆動される。
【００６２】
より具体的には、アルミニウム製のドラム基体１ｂの外周面に、下記の第１〜第５の５つの層を下から順に設けてなる、表面層が電荷注入層である感光体である。
【００６３】
第１層；下引き層であり、アルミニウム製ドラム基体１ｂの表面の欠陥等をならすために設けられている、厚さ２０μｍの導電層である。
【００６４】
第２層；正電荷注入防止層であり、アルミニウム製ドラム基体１ｂから注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、アミラン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１０^６ Ω・ｃｍ程度に抵抗調整された、厚さ１μｍの中抵抗層である。
【００６５】
第３層；電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層で、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。
【００６６】
第４層；電荷輸送層であり、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。したがって感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。
【００６７】
第５層；電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーにＳｎＯ_２ 超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の導電フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）した粒径０．０３μｍのＳｎＯ_２ 粒子を樹脂に対して７０重量パーセント分散した材料の塗工層である。このようにして調合した塗工液をディッピング塗工法、スプレー塗工法、ロールコート塗工法、ビームコート塗工法等の適当な塗工法にて厚さ約３μｍに塗工して電荷注入層とした。
【００６８】
（３）接触帯電部材２
本例における接触帯電部材２はスリーブ回転型の磁気ブラシである。
【００６９】
この磁気ブラシ２は、Ｓ極・Ｎ極各々２極（磁速密度は各々１０００ガウス程度）よりなる直径１６ｍｍの、非回転に固定支持させたマグネットロール２ａと、このマグネットロール２ａの外回りに同心に回転自由に外嵌させた、直径２０ｍｍの非磁性のＳＵＳスリーブ２ｂと、このスリーブ２ｂの外周面に該スリーブ内のマグネットロール２ａの磁力により吸着保持させた導電性磁性粒子の磁気ブラシ層２ｃからなる。磁気ブラシ層２ｃはスリーブ２ｂの外周面に４０グラム磁気付着させ構成した。スリーブ２ｂは磁気ブラシ層２ｃの担持部材と給電電極部材の役目をする。
【００７０】
磁気ブラシ層２ｃを構成させる導電性磁性粒子としては、平均粒径が１０〜１００μｍ、飽和磁化が２０〜２５０ｅｍｕ／ｃｍ^３ 、抵抗が１×１０^２ 〜１×１０^１０Ω・ｃｍのものが好ましく、感光体１にピンホールのような絶縁の欠陥が存在することを考慮すると、１×１０^６ Ω・ｃｍ以上のものを用いることが好ましい。帯電性能を良くするにはできるだけ抵抗の小さいものを用いる方がよいので、本例においては平均粒径２５μｍ、飽和磁化２００ｅｍｕ／ｃｍ^３ 、抵抗が５×１０^６ Ω・ｃｍの導電性磁性粒子を用いた。
【００７１】
導電性磁性粒子の抵抗値は、底面積が２２８ｍｍ^２ の金属セルに磁性粒子を２ｇ入れた後、６．６ｋｇ／ｃｍ^２ で加重し、１００Ｖの電圧を印加して測定している。
【００７２】
導電性磁性粒子の平均粒径は、水平方向最大弦長で示し、測定法は顕微鏡法により、粒子３００個以上をランダムに選び、その径を実測して算術平均をとることによって算出した。
【００７３】
導電性磁性粒子の磁気特性測定には理研電子株式会社の直流磁化Ｂ−Ｈ特性自動記録装置ＢＨＨ−５０を用いることができる。この際、直径（内径）６．５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状の容器に導電性磁性粒子を荷重約２ｇ重程度で充填し、容器内で粒子が動かないようにしてそのＢ−Ｈカーブから飽和磁化を測定する。
【００７４】
また、導電性磁性粒子の構成としては、樹脂中に磁性材料としてマグネットを分散し導電化、および抵抗調整のためにカーボンブラックを分散して形成した樹脂キャリア、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を酸化・還元処理して抵抗調整を行ったもの、あるいはフェライト等のマグネタイト単体表面を樹脂でコーティングし抵抗調整を行ったもの等が用いられる。
【００７５】
上記の磁気ブラシ２を、感光体１と略並行にして、磁気ブラシ層２ｃを感光体１面に接触させて所定幅の帯電部ａを形成させた状態にして配設する。本例では帯電部ａの幅を６ｍｍに設定した。また、スリーブ２ｂは帯電部ａにおいて感光体の回転方向とは逆である矢示の時計方向に、感光体の回転周速度と同じ１００ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動させた。これに伴い磁気ブラシ層２ｃもスリーブ２ｂと一緒に回転して回転感光体１の面を摺擦する。
【００７６】
そして、この磁気ブラシ２のスリーブ２ｂに帯電バイアス印加電源Ｅ１から所定の帯電バイアスが印加されることにより、回転感光体１面が所定の極性・電位に接触帯電処理される。
【００７７】
本例では、後記（５）項のように、ＡＣバイアスとＤＣバイアスを重畳したＡＣ印加方式であり、感光体１は負帯電処理される。また該感光体１はその表面層が電荷注入層であるので、該感光体の接触帯電は電荷注入現象による帯電が支配的となって行なわれる。
【００７８】
（３）現像装置３
本例の現像装置３はジャンピング現像方式の反転現像装置である。３ａは現像スリーブであり、マグネットロール３ｂを内包させてある。このマグネットロール３ｂは非回転であり、現像スリーブ３ａはマグネットロール３ｂの外回りを矢示の半時計方向に回転駆動される。
【００７９】
現像スリーブ３ａは感光体１に対して０．３ｍｍの距離離して対向配設してあり、両者の最接近部が現像領域部ｂである。現像装置内にはネガトナーを収容させてあり、回転する現像スリーブ３ａの外面に薄層として塗布される。現像スリーブ３には現像バイアス印加電源Ｅ２から現像バイアスとして
周波数１８００Ｈｚ、振幅Ｖｐｐ１４００ＶのＡＣ成分
−５００ＶのＤＣ成分
を重畳したバイアスが印加され、現像領域部ｂにおいて、回転現像スリーブ３の外面に薄層として塗布されたトナー層のトナーが回転感光体１面側の静電潜像の露光明部に選択的に飛翔付着（ジャンピング現像）して、静電潜像が反転現像でトナー像として可視化される。
【００８０】
（４）転写装置４
本例の転写装置４は転写ロールである。この転写ロール４は芯金４ａの外周に同心一体に導電ゴム層４ｂを形成した、抵抗５×１０^８ Ω、直径１６ｍｍの弾性ロールである。この転写ロール４を感光体１に所定の押圧力にて当接させて配設して転写部（転写ニップ部）ｃを形成させてある。
【００８１】
この転写ロール４には芯金４ａを介して転写バイアス印加電源Ｅ３からトナーの帯電極性とは逆極性の所定の転写バイアスが、転写部ｃを転写材Ｐが通過している間印加される。
【００８２】
本例は転写ロール４に＋３５００Ｖの転写バイアスを印加して、転写材Ｐの裏面を負の帯電極性のトナーとは逆極性の正に帯電することで、感光体１面のトナー像を転写材Ｐの表面側に静電転写させている。
【００８３】
（５）接触帯電部材２に対する印加帯電バイアス
本例においては接触帯電部材としての磁気ブラシ２に対してＡＣ印加方式、即ちＡＣバイアスとＤＣバイアスを重畳した帯電バイアスを印加して被帯電体としての感光体１を帯電処理する。
【００８４】
▲１▼．上述構成のプリンタにおいて、磁気ブラシ２（スリーブ２ｂ）に対する印加帯電バイアスを
の重畳電圧にして感光体１の帯電処理をして、画像形成を行った。
【００８５】
使用感光体１が表面層として電荷注入層を有することから感光体の帯電は電荷注入現象による帯電が支配的であり、感光体表面電位Ｖｓとしては上記印加帯電バイアスのＤＣ電圧成分Ｖｄｃとほぼ同じＶｓ＝−６９０Ｖを得ることができた。
【００８６】
Ａ４版転写材横送りで１０万枚画像形成を行っても、感光体表面電位Ｖｓの低下は見られず、安定した良好な感光体帯電を行うことができた。
【００８７】
▲２▼．しかし、画像形成５万枚を過ぎたあたりから、感光体１上に付着物が生じたり、転写効率の低下による中間調画像のガサツキ、および高湿環境下（８０％以上）での画像流れ等を生じてしまった。
【００８８】
これは図２のグラフＣのように、画像形成が進むにつれ、感光体表面の水に対する接触角が減少していくためである。本発明者の検討によると、感光体表面の水に対する接触角が６０°以下になると画像上不具合が生じ始め、特に５０°以下になると顕著に現われてくることがわかっている。
【００８９】
図２のグラフＣのような、感光体表面の水に対する接触角の減少は放電生成物が感光体表面に蓄積したためである。放電生成物が感光体表面に蓄積する要因としては、接触帯電部材としての磁気ブラシ２に対する印加帯電バイアスのＡＣ電圧成分Ｖａｃのピーク間電圧Ｖｐｐが大きすぎる、すなわちＤＣ電圧成分Ｖｄｃと、該ＤＣ電圧成分Ｖｄｃと同極性（感光体の帯電極性と同極性）の、ＡＣ電圧成分Ｖａｃの振幅成分の最大値の和Ｖｓｕｍ、本例では
Ｖｓｕｍ＝（−７００Ｖ）＋（−５００Ｖ）＝−１２００Ｖ
が大きすぎるために感光体面に対し過剰の放電が行われるためである。
【００９０】
▲３▼．この問題に対処するためにＡＣバイアスを小さくすると、Ａ４版転写材横送りで６万枚を過ぎたあたりで、わずかづつクリーニング装置５をすり抜けたトナーが接触帯電部材としての磁気ブラシ２の磁気ブラシ層２ｃに混入した際にトナーは通常高抵抗であるため部分的な帯電不良を生じてしまう。
【００９１】
即ちＡＣバイアスによる磁気ブラシ２の振動が小さいため、磁気ブラシ２と感光体１との十分な接触が行われなくなるためであり、帯電均一性を確保するためにはある一定以上のＡＣバイアスの振幅Ｖｐｐが必要となる。
【００９２】
▲４▼．そこで、図３における様な、正弦波を半波整流し、正負の面積が等しくなる様なＡＣバイアスを印加、プラス側７５０Ｖ、マイナス側２５０Ｖとして同様な検討を行った。このときのＶｓｕｍは
Ｖｓｕｍ＝（−７００Ｖ）＋（−２５０Ｖ）＝−９５０Ｖ
である。
【００９３】
この場合は、Ａ４転写材横送りで１０万枚画像形成を行っても、感光体表面電位Ｖｓの低下はみられず、安定した良好な帯電を行うことができ、かつ感光体上の付着物、転写効率のダウン、画像流れ等も生じることはなかった。
【００９４】
この帯電バイアスでの、感光体表面の水に対する接触角の経時変化は図２のグラフＡであり、画像形成１０万枚を過ぎても接触角を７０°以上を維持することができた。
【００９５】
図７の（ａ）は図３のＡＣバイアスを出力させる簡単なブロック回路図である。
【００９６】
〈実施形態例２〉（図４）
上述実施形態例１の図１のプリンタにおいてクリーニング装置５を外して、図４のようなクリーナレスシステムのプリンタにした。
【００９７】
このクリーナレスシステムのプリンタについて実施形態例１の▲３▼と同様な検討を行ったところ、Ａ４版転写材横送り７万枚を過ぎたあたりから、帯電不良による帯電ムラ、即ち画像上スジが生じてしまった。
【００９８】
これは、毎画像形成時に転写残トナーが接触帯電部材として磁気ブラシ２の磁気ブラシ層２ｃに混入することで、磁気ブラシ２が徐々に局所的に高抵抗化し、ひいては帯電不能になってしまうためである。
【００９９】
そこで、図５に示す様に方形波をデューティー変調したものを印加ＡＣバイアスとして用いた。
【０１００】
具体的には、周波数１ｋＨｚ、Ｖｐｐ＝１ｋＶの方形波を２５％のデューティー変調を行い、実施形態例１と同様に
Ｖｓｕｍ＝（−７００Ｖ）＋（−２５０Ｖ）＝−９５０Ｖ
としたものである。
【０１０１】
このように正弦波を方形波とし、Ｖｓｕｍを低減することで、接触帯電部材としての磁気ブラシ２の振動力を増加し、帯電能を増し、かつ放電を抑制することで、画像形成１０万枚時点まで帯電不良、かつ感光体上の付着物、転写効率のダウン、画像流れ等も生じることはなかった。
【０１０２】
この帯電バイアスでの感光体表面の水に対する接触角の経時変化は図２のグラフＢである。
【０１０３】
図７の（ｂ）は図５のＡＣバイアスを出力させる簡単なブロック回路図である。
【０１０４】
〈実施形態例３〉（図６）
前述実施形態例１の図１のプリンタにおいて、感光体１を、シリコンの非晶質を表面層として有するａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）感光体にした。本例に用いたａ−Ｓｉドラムは正帯電極性を有するものである。トナーの帯電極性、現像バイアス、転写バイアスも適正に変更した。
【０１０５】
接触帯電部材として磁気ブラシ及びファーブラシを用い、クリーニング装置５を有する系で検討を行った。
【０１０６】
接触帯電部材に対する印加帯電バイアスを
の重畳電圧にして感光体１の帯電処理をして、画像形成を行った。
【０１０７】
この感光体１の帯電は電荷注入現象による帯電が支配的であり、感光体表面電位Ｖｓとしては上記印加帯電バイアスのＤＣ電圧成分Ｖｄｃとほぼ同じＶｓ＝＋４００Ｖであった。Ｖｓｕｍは
Ｖｓｕｍ＝（＋４１０Ｖ）＋（＋１５０Ｖ）＝＋５６０Ｖ
である。
【０１０８】
各環境下で長期にわたり良好な画像を得ることができた。
【０１０９】
同様に、図６のように方形波を半波整流し、Ｖｓｕｍ＝＋５６０Ｖとし、画像形成を行って良好な画像を提供することができた。
【０１１０】
ａ−Ｓｉ感光体はＯＰＣ感光体に比べ誘電率が大きく、帯電電流が増加する。そこで、ＡＣバイアスを三角波、あるいは鋸波を半波整流したものとすることで、帯電電流を低減でき、ひいては余剰の昇温も低減することができる。
【０１１１】
図７の（ｃ）は図６のＡＣバイアスを出力させる簡単なブロック回路図である。
【０１１２】
〈その他〉
１）実施形態例１〜３において、帯電バイアスＶａｃ＋ＶｄｃのＡＣ電圧Ｖａｃ成分の周波数を１ｋＨｚとしたが、プロセススピードをＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）とすると、周波数ｆ（Ｈｚ）は
２×Ｖ≦ｆ≦２００×Ｖ
の範囲にあれば、良好な画像を得ることができる。
【０１１３】
詳しくは、周波数がプロセススピードの２倍以下の時は、ＡＣバイアスによる接触帯電部材の振動効果が低減し、帯電不良による帯電ムラが生じやすく、また２００倍以上になると同様に注入が追いつかず帯電ムラを生じてしまう。
【０１１４】
２）ＡＣ電圧Ｖａｃ成分の振幅Ｖｐｐについては、感光体の膜厚をｄ、誘電率をεとすると、
Ｖｔｈ＝（７７３６．４×ｄ／ε）^１／２ ＋３１２＋６．２×ｄ／ε
で与えられる放電開始電圧Ｖｔｈに比べ、ＤＣ電圧Ｖｄｃ成分に、これに同極性のＡＣ成分を加えた絶対値、即ちＶｓｕｍがＶｔｈの３倍を越えないことが望ましい。実施形態例で述べたようにＶｓｕｍが大きくなるにつれ、画像上の不具合がより早い段階から生じてしまうためである。
【０１１５】
３）本発明に係る接触帯電方式の帯電装置は、実施形態例の画像形成装置における像担持体の帯電処理に限らず、広く被帯電体の接触帯電処理手段として有効であることはもちろんである。
【０１１６】
４）接触帯電部材は実施形態例に示した磁気ブラシに限られず、ファーブラシや、導電性ゴムや導電性スポンジを用いた帯電ロールや帯電ブレードなど他の接触帯電部材であってもよいし、回転しない構成の帯電部材であってもよい。
【０１１７】
磁気ブラシにしても、マグネットロール２ａが回転するものや、マグネットロール２ａの表面を必要に応じて給電用電極として導電性処理してその面に直接に導電性磁性粒子を磁気拘束させて磁気ブラシ層２ｃを形成保持させ、マグネットロールを回転させる構成のもの等にすることもできる。回転しないタイプの磁気ブラシとすることもできる。
【０１１８】
５）被帯電体は電荷注入帯電性の場合には表面抵抗が１０^９ 〜１０^１４Ω・ｃｍの低抵抗層を持つことが望ましいが、放電による帯電が支配的なものであってもよい。
【０１１９】
６）画像形成装置における像坦持体の帯電面に対する情報書き込み手段としての画像露光手段は、実施形態例で示した様なデジタル的な潜像を形成するレーザ走査露光手段に限定されるものではなく、通常のアナログ的な画像露光やＬＥＤなどの他の発光素子でも構わないし、蛍光燈等の発光素子と液晶シャッタ等の組み合わせによるものなど、画像情報に対応した静電潜像を形成できるものであるなら構わない。
【０１２０】
また像担持体は静電記録誘電体などであってもよい。この場合は、該誘電体面を所定の極性・電位に一様に一次帯電した後、除電針ヘッド、電子銃等の除電手段で選択的に除電して目的の静電潜像を書き込み形成する。
【０１２１】
静電潜像の現像方式・手段は任意であり、実施形態例の反転現像でなく、正規現像方式であっても勿論よい。
【０１２２】
７）また、転写方法としては、実施形態例に示したローラ転写だけでなく、ブレード転写やその他の接触転写帯電方式、更に転写ドラムや転写ベルトや中間転写体などを用いて、単色画像形成ばかりでなく多重転写等により多色、フルカラー画像を形成する画像形成装置にも適応可能な事は言うまでもない。
【０１２３】
８）像担持体としての電子写真感光体や静電記録誘電体を回動ベルト型にし、これに帯電・潜像形成・現像の工程手段により所要の画像情報に対応したトナー像を形成させ、そのトナー像形成部を閲読表示部に位置させて画像表示させ、像担持体は繰り返して表示画像の形成に使用する画像表示装置もある。本発明の画像形成装置にはこのような画像表示装置も含む。
【０１２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、接触帯電方式・ＡＣ印加方式の帯電装置、該帯電装置を用いた画像形成装置について、帯電均一性を確保するために必要なＡＣバイアス振幅Ｖｐｐにて帯電部材のＡＣバイアスによる振動効果を十分に確保しつつ、しかも放電を抑制して被帯電体への放電生成物の蓄積を低減でき、帯電部材の汚染による帯電不良発生等の問題、被帯電体・像担持体への放電生成物の蓄積による帯電性能の低下等の問題を解消して、長期にわたり均一帯電性の維持と被帯電体表面の接触角の低下を抑制できる。画像形成装置にあっては、像担持体の長寿命化、転写効率の低下による中間調画像のガサツキ、高湿環境下での画像流れ等の無い良好な画像の長期に渡る安定な出力等が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における画像形成装置の概略構成図
【図２】感光体の水に対する接触角の経時変化グラフ
【図３】印加帯電バイアスのＡＣ電圧成分の波形図
【図４】実施形態例２におけるクリーナレスシステムの画像形成装置の概略構成図
【図５】印加帯電バイアスのＡＣ電圧成分の波形図
【図６】実施形態例３における印加帯電バイアスのＡＣ電圧成分の波形図
【図７】（ａ）・（ｂ）・（ｃ）はそれぞれ図３．図５．図６のようなＡＣバイアスを出力させる簡単なブロック回路図
【符号の説明】
１ 像担持体（回転ドラム型の電子写真感光体）
２ 接触帯電部材（磁気ブラシ）
Ｌ 画像露光光（レーザ光）
３ 現像装置
４ 転写装置（転写ロール）
５ クリーニング装置
Ｐ 転写材
Ｅ１〜Ｅ３ バイアス印加電源

Claims (8)

1. 表面が帯電する被帯電体と、被帯電体と接触し、交番電圧に直流電圧を重畳して印加することで被帯電体表面を帯電する帯電部材と、を有する帯電装置において、
   被帯電体の帯電極性と同極性側の最大振幅幅は逆極性側の最大振幅幅よりも小さくかつ被帯電体の帯電極性と同極性側の半波の面積と逆極性側の半波の面積が等しい交番電圧に直流電圧を重畳し、この直流電圧は帯電部材により帯電される被帯電体の電位と略一致させることを特徴とする帯電装置。
2. 交番電圧は、方形波をデューティー変調したものであることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 交番電圧は、被帯電体の帯電極性と同電極側の波形と、逆電極側の波形とが異なる半波整流された正弦波を重ね合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
4. 被帯電体の表層は、電荷が注入される電荷注入層を有し、帯電部材が導電性磁性粒子の磁気ブラシ部を有し、磁気ブラシ部が被帯電体に接触して被帯電体表面を帯電することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の帯電装置。
5. 導電性粒子がＳｎＯ _２ であることを特徴とする請求項４に記載の帯電装置。
6. 帯電部材が導電性繊維のブラシ部を有し、このブラシ部が被帯電体に接触して被帯電体を帯電することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の帯電装置。
7. 帯電部材が導電性のゴムローラであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の帯電装置。
8. 被帯電体は像を担持する像担持体であり、記録材上に像を形成する画像形成手段を有する画像形成装置において、画像形成装置は請求項１から請求項７のいずれかに記載の帯電装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。