JP3962473B2

JP3962473B2 - Charging device

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Publication number: JP3962473B2
Application number: JP03658398A
Authority: JP
Inventors: 由貴長森; 勉杉本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2018-02-04
Also published as: JPH11218999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の電荷受容体との間で電荷の授受を行う荷電装置に関し、具体的には、感光体等の被帯電体の表面を帯電する装置、感光体や中間転写体等の被除電体に蓄積した電荷を除電する装置などを含んだ電子写真記録装置、静電記録装置などに適用される帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば電子写真プロセスを応用した複写機やプリンタなどの画像形成装置では、上述の荷電装置、すなわち具体的には、帯電装置、除電装置が広く採用されている。
上記の画像形成装置では、感光体ドラムなどの電荷受容体表面を帯電装置により帯電させ、像露光することにより、その電荷受容体表面に静電潜像を形成し、現像剤の付着によりその静電潜像を可視化して現像像を得、その現像像を記録紙などに転写し、定着するというプロセスにより、記録紙上に画像を形成する。このような画像形成装置で用いられる帯電装置としては、従来より、コロナ放電などを利用した非接触帯電方式と、微小ギャップでの放電を利用した帯電ロールなどによる接触帯電方式とがある。
【０００３】
コロナ放電を利用した帯電装置は、シールドケース内に電荷受容体の表面と近接・隔離させてワイヤーを張架し、これに高電圧を印加してコロナ放電を発生させ、電荷受容体に所定の電荷を付与するものである。このような帯電装置は、帯電均一性には優れているものの、オゾン、ＮＯ_X などの放電生成物が大量に発生するため、その対処が必要となり、装置の大型化、高コスト化を招きやすいという欠点がある。また、空気中のごみやトナー、放電生成物、フューザーオイル等により電極ワイヤーが汚れ、帯電が不均一となって得られる画像に欠陥を生じる恐れもある。
【０００４】
そのため、最近では、電荷受容体に帯電電極を直接接触させて帯電する接触帯電方式が検討されている。この帯電装置は、電荷受容体表面に接触するように半導電性を有する導電性部材を配置し、その導電性部材に電圧を印加して接触部近傍の微小空隙で放電を発生させることにより帯電を行うものである。このような装置で用いられる導電性部材としては、ロール状やブラシ状のものが挙げられる。この方式では、コロナ放電を利用していないため、オゾン発生量が極めて低いという利点をもつ。また、電荷受容体に接触しているため、装置の小型・軽量化に適しており、現在ではロール型、ブラシ型の帯電装置を用いた画像形成装置が製品化されている。このほか、クリーニングブレードに帯電機能を兼用させるもの（特開平１−９３７６０号公報、特開平２−２８２２７９号公報参照）や、フィルム状の帯電部材からなる帯電装置（特開平４−２４９２７０号公報参照）が提案されており、各種の接触帯電装置の実用化研究が進められている。
【０００５】
しかし、上記の接触帯電装置のうち、導電性の弾性ロールを用いるものでは、ロールの支持装置などが必要となるため、構造が複雑になりやすいという欠点がある。また均一な帯電を行うためには電荷受容体との密着性を良くして、安定した微小空隙を形成する必要があり、ゴムの硬度を低くするなどの対策が必要になる。そのため、ゴム中に多量のプロセスオイルを含有させる必要があり、このオイルが電荷受容体に転移して画質に悪影響を及ぼしやすいという欠点がある。一方、このような欠点を解消するためには、ロールの外形精度を上げるといった方法もあるが、弾性体の外形精度を上げることは非常に難しく、歩留りの低下等といったコストアップにつながってしまう。
【０００６】
また、上記帯電装置のうち、導電性ブラシを用いるものでは、上記弾性ロールに比べ、接触を均一にすることは容易であるものの、ブラシの製作に手間がかかる上、ブラシの掃き目が帯電ムラとして画像に出やすいという問題がある。
【０００７】
また、ブレード状の帯電電極をクリーニングブレードと兼用する方法では、クリーニング精度と放電に必要な微小空隙の設定を両立させることが困難であり、均一かつ良好な帯電を行うことが難しい。たとえクリーニング機能を兼用させないとしても、電荷受容体に対して帯電装置が常に静止しているため、転写後に電荷受容体上に付着している残留トナーや外添剤などの汚れをため込みやすく、画質欠陥や異常放電を生じてしまうという大きな欠点がある。
【０００８】
一方、フィルム状の帯電装置（例えば特開平４−２４９２７０号公報参照）では、他の導電性部材に比べて簡単な構成で安定した接触が得やすく、部材のコストも安価であるものの、電荷受容体に押しつけられたまま帯電を行うため、摩擦帯電や帯電電極の振動により帯電電位が不安定になりやすい。また、ブレード状帯電器と同様に、接触ニップにトナーなどの異物が付着して帯電電位が不均一になるという問題点もある。このような問題点を改善するための手段として、上記の接触帯電装置に交流電圧を重畳した直流電圧を印加する方法もあるが、電荷受容体の表面エネルギーが増加してしまうため、クリーニング不良の発生や電荷受容体の磨耗が顕著になるといった問題が生じる。また、フィルム状部材に交流の周波数に応じた振動が起こり、帯電音が発生してしまうという欠点もある。さらに、上記のような交流電圧を重畳した直流電圧を印加する場合は、帯電効率が極めて低いという問題がある。例えば、エネルギー消費効率を算出すると、帯電器の消費電力エネルギーに対する、電荷受容体を帯電させる静電エネルギーの割合は、スコロトロンが０．５％、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加した帯電ロールが２．６％であり、いずれも低効率になっている。
【０００９】
このような低帯電効率や電荷受容体の劣化促進などの問題を解決するため、上記の半導電性の電極を電荷受容体に接触させて直流電圧を印加し、電荷受容体を帯電させる帯電装置も再度検討されている。しかし、このような方式では、エネルギー消費効率は２７．３％と大きくなるものの、帯電電位が放電開始電圧と帯電電極の抵抗とにより一義的に決定されてしまうため、帯電電極の抵抗ムラや、抵抗の環境変動などによって帯電電位が不均一になってしまうという欠点がある。特に、帯電電極の表面材料として使用される高分子材料は、抵抗のばらつきが０．５桁〜１桁程度あるうえ、雰囲気の温湿度によって２桁程度変動してしまうという性質をもっている。さらに、帯電電極を電荷受容体に押しつけて接触させるので、トナーや放電生成物、空気中のほこり、紙粉といった汚れが帯電電極表面に付着しやすいうえ、このような汚れが付着すると、異常放電や不安定な放電が発生し、かぶりなどの画質欠陥が起こりやすいという欠点がある。この汚れに対する不安定さは、直流電圧を印加する場合に特に顕著となり、汚れが大量に付着することによる不均一な帯電は、特に高画質を目的とする画像形成装置には不向きであるという致命的な欠陥もある。
【００１０】
そこで、上記欠点を回避するために、特開平４−２３２９７７号公報や特開平５−７２８６９号公報に開示される帯電装置が提案されている。
この帯電装置は、可撓性を有するフィルム状部材を円筒状に形成した帯電電極を用い、これを支持ローラの周面に当接させるように支持して撓ませた状態で電荷受容体に接触させるものである。この帯電電極は、支持ローラの回転駆動により周面が無端移動するようになっており、その移動方向が電荷受容体との接触部で同方向となるように設定されている。また、帯電電極を支持ローラに安定して接触させるため、帯電電極を支持ローラの周面に押しつける押圧部材を設けることもできる。
【００１１】
このような帯電装置では、帯電電極と電荷受容体との摩擦帯電が最小限になり、振動による帯電不良の発生を解消できるという利点がある。さらに、トナー等の異物も付着しにくく、不均一な帯電の発生を低減することが可能となる。また、異物が付着しても帯電電極が回転するため、同位置にとどまることがなくなり、縦筋状の画質欠陥の発生を回避することができる。
【００１２】
しかし、上記の装置においても電荷受容体に接触するという点においては前述の各種帯電装置と同様であるため、長期の使用により帯電不良が発生し、同じような画質低下を招いてしまう。特にクリーニング装置を用いないクリーナレス画像形成装置では、電荷受容体上に未転写トナーや放電生成物等が付着したまま帯電装置と摺擦されるため、帯電装置表面の異物付着が助長されるという大きな不具合が生じる。さらに、電荷受容体上に複数のカラー画像を重ね合わせ、それを一括して紙に転写するＩＯＩ（ＩｍａｇｅＯｎＩｍａｇｅ）画像形成装置においては、電荷受容体に接触すると画像が乱れてしまうため、上記の装置を含む接触型の帯電装置は使用不可能であるという致命的な欠陥がある。
【００１３】
このような接触型の帯電装置の不具合を解決するため、特開平６２−２９６１７４号公報や特開平６３−７５７６０号公報、特開平１−２９２３５８号公報に開示される帯電装置が提案されている。
この帯電装置は、半導電性の平板もしくは湾曲した板を電荷受容体に近接配置させ、その微小空隙に放電を発生されることにより電荷受容体を帯電するものである。したがって、電荷受容体に接触することによる前述の弊害を防ぐことができるため、クリーナレス画像形成装置やＩＯＩ画像形成装置においても使用することが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平６２−２９６１７４号公報や特開平６３−７５７６０号公報、特開平１−２９２３５８号公報に記載の帯電装置では、以下に示すような問題点がある。
上記帯電装置では、帯電装置と電荷受容体との距離が２０００μｍ以下と非常に近接しているため、画像形成時のわずかな偏心によるギャップ変動や、画像形成開始時もしくは終了時の電界的な衝撃によって電荷受容体上の異物が帯電装置表面に飛翔してしまう。このようにして付着物が増えると、上記の接触型帯電装置と同様に、帯電不良を起こしてしまうという欠点がある。
【００１５】
このような不具合を回避するため、特開平６−１９４９３３号公報に開示される帯電装置では、回転するロールを非接触に配置し、異物付着による帯電不良の発生を低減する構成が提案されている。しかし、直流電圧を印加した微小空隙放電では、電荷受容体と帯電装置表面が最も近接する距離が１μｍ変動すると、電位が約３Ｖ変動するため、その変動幅を数μｍ以下に抑えなければならない。したがって、このような駆動源を持つロールをそのような精度で保持することはほとんど不可能であるという致命的な欠点がある。
【００１６】
このような理由から、直流電圧ではなく直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を印加することも考えられる。しかし、前述のように被帯電体に対するダメージが大きいため、寿命が極端に短くなり、特にクリーナレス画像形成装置等では到底用いることは不可能である。
【００１７】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯電電極を安定して電荷受容体と非接触になるように保持しながら回転させることにより、均一かつ安定した帯電もしくは除電を行うことが可能であり、長期にわたり安定した画質が得られる帯電装置および除電用帯電装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明に係る帯電装置は、半導電性材料によって円筒状に形成され、表面が移動する電荷受容体と非接触で対向するとともに、周方向に回転可能に支持された帯電電極と、この帯電電極に帯電用の電圧を印加する電源とを有し、該帯電電極と前記電荷受容体との対向部付近の微小間隙内で放電を生じさせることによって前記電荷受容体の表面を帯電するとともに、該電荷受容体と前記帯電電極との間で発生する静電気力により、該電荷受容体の表面の移動にともなって該帯電電極がその周方向に回転移動するものとする。
【００１９】
このような帯電装置は、帯電電極が電荷受容体と非接触で対向するように支持されており、帯電電極に帯電用の電圧が印加されると、帯電電極は電荷受容体との間に発生する静電気力によって、電荷受容体が一定方向に移動するのにともなって周回移動する。その際、帯電電極と電荷受容体との間でほぼ均一な微小空隙が得られ、安定した帯電が行われる。また、静電気力によって帯電電極が電荷受容体と近接する静電吸引力作用領域が増加し、適切な空隙を保持した放電領域が広がるため、充分な帯電電位を得ることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明に係る帯電装置は、請求項１に記載の帯電装置において、前記帯電電極の外周面に当接され、該帯電電極の変位を規制することによって回転を安定化させる回転安定化部材を有することを特徴とする帯電装置である。
【００２１】
このような帯電装置では、帯電電極の外周面と当接する回転安定化部材によって、帯電電極が遠心力等により過度に変形するのが防止されるとともに、電荷受容体側に安定して近接した状態を保つような力が加えられる。このため、帯電電極の回転が安定化し、均一な帯電電位が得られる。また、帯電電極の設置位置に対する自由度も大きくなる。また、帯電電極の真直度、真円度などが不十分である場合でも安定して給電を行うことができ、製造において高精度が要求されず、低コスト化が可能である。
【００２２】
請求項３に記載の発明に係る帯電装置は、請求項２に記載の帯電装置において、前記回転安定化部材は、前記帯電電極の両端部と当接する部分で、前記電荷受容体側へ該帯電電極を押す力が大きくなるような形状を有することを特徴とする帯電装置である。
【００２３】
一般に、円筒状薄肉部材からなる帯電電極を用いた場合、電荷受容体の電位が軸方向において均一に除電されていると、帯電電極が電荷受容体との間の静電気力で回転するとき、帯電電極の両端部分の変形が他の部分に比べて大きくなる傾向にある。特に、帯電電極と電荷受容体との間の静電気力が大きいと、両端部分の変形によって帯電電極と電荷受容体との適切な間隙が保てなくなり、帯電ムラによって用紙の両サイドにかぶり状の画質欠陥を生じる。この傾向は、帯電電極の硬度が小さいほど顕著になってくる。しかし、本発明の帯電装置では、回転安定化部材の両端部分における帯電電極への押し付け力が中央部よりも大きくなるように設定されているので、帯電電極の両端部分に過度な変形を生じるのを防止することができる。このため、均一な帯電電位を得ることができ、かぶり状の画質欠陥の発生を防止することができる。
【００２４】
請求項４に記載に発明に係る帯電装置は、請求項２又は請求項３に記載の帯電装置において、前記回転安定化部材は、無端状の周面を有し、前記帯電電極の回転移動にともなって周方向に回転することが可能に支持されていることを特徴とする帯電装置である。
【００２５】
このような帯電装置では、回転安定化部材が周方向に回転可能に設置されているので、帯電電極の回転を阻害することがなく、より安定して回転させることができる。また、帯電電極の表面を傷つけにくいという長所も有している。
【００２６】
請求項５に記載の発明に係る帯電装置は、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の帯電装置において、前記回転安定化部材は導電性の材料からなり、この回転安定化部材を介して前記帯電電極に帯電用の電圧を印加するようになっていることを特徴とする帯電装置である。
【００２７】
このような帯電装置では、帯電電極の外周面に当接される回転安定化部材を介して帯電用電圧が印加されるので、帯電電極の剛性の部分的なムラや偏心、膜厚、真直度のムラなどによって帯電電極の位置が変動しても、帯電電極と接触する回転安定化部材の位置は変化しないため、給電部から放電領域までの距離をほぼ一定に保つことができる。このため、帯電電極の抵抗の変動を抑制することが可能となり、帯電ムラの発生を防止できる。また、帯電電極の支持部材を絶縁性とすることで、放電領域近傍での帯電電極と電荷受容体間の容量の変動が低減され、より安定した帯電電位を得ることができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明に係る帯電装置は、請求項５に記載の帯電装置において、前記回転安定化部材が前記帯電電極と当接する位置は、前記帯電電極と前記電荷受容体との対向部における放電領域の両端部からの距離がほぼ等しくなるように設定されていることを特徴とする帯電装置である。
【００２９】
電荷受容体は帯電電極と対向する放電領域を通過する間に帯電されるが、回転安定化部材の給電位置を、放電領域の両端部からの距離が等しくなるように設定することにより、放電領域の後端部を通過するときの電荷受容体の帯電電位をほぼ一定にすることが可能となる。このため、帯電電位をより一層均一にすることができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明に係る帯電装置は、請求項５に記載の帯電装置において、前記回転安定化部材は、前記帯電電極との当接位置を該帯電電極の周方向に変更可能となるように支持されていることを特徴とする帯電装置である。すなわち、回転安定化部材による給電位置を帯電電極の周方向に変更可能に設置するものである。
【００３１】
一般に、帯電電極の帯電性は、帯電装置付近の温度もしくは湿度によって影響を受けるため、印加電圧に対する電荷受容体の帯電特性も変化する。低温低湿環境では、高温高湿環境に比べて空気のイオン化が生じにくく帯電されにくいため、同一の電圧を印加した場合は電荷受容体の帯電電位が変動してしまう。このため、この環境変動が画質に悪影響を及ぼす場合が多い。そこで本発明は、低温低湿環境では帯電電極との接触部から放電領域までの距離が短くなるように回転安定化部材の位置を制御し、給電位置から放電領域までの帯電電極の表面抵抗値が小さくなるように設定する。また、高温高湿環境では帯電電極との接触部から放電領域までの距離が長くなるように回転安定化部材の位置を制御し、給電位置から放電領域までの帯電電極の抵抗値が大きくなるように設定する。これにより、低温低湿環境での帯電電位の低下や、高温高湿環境での帯電電位の上昇を抑止することが可能となり、環境変動に影響されることなく均一で安定した帯電電位を得ることができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明に係る帯電装置は、請求項５に記載の帯電装置において、前記回転安定化部材は、前記帯電電極の周方向に複数が設けられており、前記電源は、該複数の回転安定化部材の内の一つを選択して電圧を印加するものであることを特徴とする帯電装置である。
【００３３】
このような帯電装置では、例えば低温低湿環境では印加電圧を大きくし、さらに帯電電極との接触部から放電領域までの距離が短く、帯電電極の抵抗が小さくなるように配置された回転安定化部材を使用する。一方、高温高湿環境では印加電圧を小さくし、さらに帯電電極との接触部から放電領域までの距離が長く、帯電電極の抵抗が大きくなるように配置された回転安定化部材を使用する。このように、温度・湿度によって給電位置及び印加電圧を選択することができる。このため、環境の変化による帯電電位の変動を防止して、均一で安定した帯電電位を得ることができる。また、回転安定化部材が複数あるため、帯電電極の回転が安定化し、より均一な帯電電位を得ることができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明に係る帯電装置は、半導電性材料によって円筒状に形成された帯電電極と、この帯電電極に帯電用の電圧を印加する電源と、前記帯電電極と複数の位置で接触し、該帯電電極を、表面が移動する電荷受容体と非接触で対向させて周方向に回転可能に支持する電極支持手段とを有し、該帯電電極と前記電荷受容体との対向部付近の微小間隙内で放電を生じさせることによって前記電荷受容体の表面を帯電するとともに、該電荷受容体と前記帯電電極との間で発生する静電気力により、該電荷受容体の表面の移動にともなって該帯電電極がその周方向に回転移動することを特徴とする帯電装置である。
【００３５】
このような帯電装置では、電極支持手段によって帯電電極を適切な位置に規制し、より安定して回転させることができるので、帯電電極を電荷受容体側に安定して近接した状態に保持することができる。このため、より均一な帯電電極を安定して得ることができる。
【００３６】
請求項１０に記載の発明に係る帯電装置は、請求項９に記載の帯電装置において、前記電極支持手段は、前記帯電電極との接触部分に、該帯電電極の外周面の幅方向にほぼ均等に当接されるブラシを有し、前記電源から該ブラシを介して前記帯電電極に帯電用の電圧が印加されることとを特徴とする帯電装置である。
【００３７】
本発明では、帯電電極がブラシによって支持されるとともに、導電性のブラシを介して帯電電極に給電されるので、ブラシが帯電電極と柔らかく接触し、帯電電極の損傷を防止することができる。また、ブラシにより帯電電極表面に付着した異物や汚れをかき落とすこともでき、帯電電極の状態を良好に保つことができる。
【００３８】
請求項１１に記載の発明に係る帯電装置は、請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の帯電装置において、前記帯電電極が、電気抵抗値が小さい材料からなる内側層とこの内側層より高抵抗の表面層とを有することを特徴とする帯電装置である。
【００３９】
このような帯電装置では、帯電電極に電圧が印加されると、低抵抗の内側層を通って電流が流れ、帯電電極と電荷受容体との近接位置で高抵抗の表面層を介して放電が発生する。このため、帯電電極が振動して給電位置から放電領域までの距離が変化しても、安定した放電が可能となり、帯電電位の変動を防止することができる。これは、低抵抗の内側層から高抵抗の表面層を介して放電が行われることにより、コンデンサーを介挿したのと同じような状態となり、高周波数の電流変動をならす効果があるためである。
【００４０】
請求項１２に記載の発明に係る帯電装置は、請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の帯電装置において、前記帯電電極は、可撓性を有するフイルム状部材を円筒状に形成したものであることを特徴とする帯電装置である。
【００４１】
このような柔らかいフィルム状の帯電電極を用いることにより、帯電電極の真直度などの外形精度を低くすることが可能になるため、製造負荷を低減することができる。また印加電圧を変化させることにより、簡単に帯電電極と電荷受容体との距離を変えることができるため、温度・湿度などの環境変化により好適に対応できるという利点も有している。
【００４２】
請求項１３に記載の発明に係る帯電装置は、請求項１から請求項１２までのいずれかに記載の帯電装置において、前記帯電電極に印加される電圧が、前記電荷受容体の表面電位をほぼ０Ｖとするように設定されていることを特徴とする帯電装置である。
【００４３】
請求項１４に記載の発明に係る帯電装置は、請求項１から請求項１２までのいずれかに記載の帯電装置において、前記帯電電極は、電子写真法によって像担持体上に形成されたトナー像が転写される被転写体と近接対向するように配置され、該帯電電極に印加される電圧は、前記被転写体の表面電位をほぼ０Ｖとするように設定されていることを特徴とする帯電装置である。
【００４４】
上記のような帯電装置は、感光体などの電荷受容体、又は中間転写体などの被転写体の表面電荷を除去する除電装置として機能するものである。感光体などの電荷受容体を除電するものとして光除電装置があるが、光による除電を行うと光疲労が促進され、感光体の寿命が短くなるという欠点がある。本発明の帯電装置では、微小間隔での放電により除電を行うため、そのような欠点を解消できる。また、電荷受容体や被転写体に性質によって、直流電圧、又は直流と交流との重畳電圧を適宜に設定することができ、簡単な構成で効率的に除電することが可能である。
【００４５】
本願に係る発明の帯電装置における帯電電極の材料としては、半導電性を有するものであればどのようなものでもよく、たとえばポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネ−ト、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、もしくはシリコーンゴム、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムにカーボンブラックや金属粉末、金属酸化物等の導電性の粉末を混入したものを使用することができる。また、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等の有極性ゴムや、酸化チタン、アモルファスシリコン等の半導電性の無機材料を絶縁体の基体上に薄膜もしくは厚膜蒸着して形成してもよい。ただし、有極性ゴムなどは付着力が高く、また表面粗さも粗いため、低付着材料等で表面をコーティングすることによって、よりいっそう均一な帯電電位を得ることができる。また、従来の接触型では使用不可能であった、硬度は高いが精度よく作成することができる金属円筒等を好適に用いることも可能であり、絶縁破壊を防止するため、その表面に上記の各種材料を塗布、もしくは蒸着することによって好適に用いることが可能である。
【００４６】
このとき、好ましい体積抵抗率となるように導電性粒子の混入量を調整する必要があり、１０² Ω・ｃｍ以下では火花放電が発生しやすく、１０¹¹Ω・ｃｍ以上ではドット状の帯電不良を起こしやすいため、１０³ Ω・ｃｍ〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲で使用するのが望ましい。特に、１０⁴ Ω・ｃｍ〜１０⁷ Ω・ｃｍでは、帯電装置に印加する帯電電圧を比較的低く設定することが可能であるうえ、プロセススピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の高速機で使用する場合には、電位変動を小さく抑えることが可能になるため、最も好ましい。
【００４７】
帯電電極に印加する帯電電圧は、直流電圧、あるいは直流電圧に帯電開始電圧の２倍以上の交流電圧を重畳した電圧でもいずれでも良い。しかし、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧では、電荷受容体および帯電装置表面の表面エネルギーを上昇させ、さらには電荷受容体に対して悪影響を及ぼすことから、直流電圧を用いることが望ましい。
【００４８】
帯電電極は円筒状であり、その厚さとしては、１０μｍ〜１ｍｍ程度のものが好適に用いられる。最適な厚さは、上述のバインダー材料として何を選択するかや、静電吸引力による回転が停止してしまう条件（主として重さ）などによって異なるが、一般的には薄い程よいといえる。しかし、あまり薄すぎると製造負荷が大きくなったり、耐久性が低下してしまうため、厚さのおおよその目安としては、真直度や同軸度とヤング率を組み合わせて、その指標にするとよい。本発明によれば、ヤング率が５００［ｋｇ／ｃｍ² ］〜１００００［ｋｇ／ｃｍ² ］となるように成形された柔らかい電極では、真直度は２ｍｍ以下であれば好適に用いることができる。ヤング率が１００００［ｋｇ／ｃｍ² ］以上の比較的硬い電極では、要求される帯電均一性や電荷受容体の真直度によっても異なるが、真直度は１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下にするとよい。ただし、ヤング率は、同じ材料の場合、厚さを変えても一定の物理量であるが、実際の硬度という観点では、同じ材料の場合、薄いほど柔らかくなる。したがって、上記の目安を参考に、ヤング率が大きい場合には薄くすることによって柔軟性を引き出すことができ、ヤング率が小さい場合には、厚くすることによって耐久性を向上させることができる。
【００４９】
帯電電極に帯電電圧を供給する方法としては、後述するように、帯電電極内に保持されている支持部材を用いることも可能であり、またそれとは別に、帯電電極外周面に接触するように給電電極を設けてもよい。
帯電電極に帯電電圧を供給する給電電極の材料としては、導電性を有するものであればどのようなものでもよく、たとえばポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、もしくはシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムにカーボンブラックや金属粉末等の導電性の粉末を混入したものを使用することができる。また、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等の有極性ゴムや、アモルファスシリコン等の半導電性の無機材料を絶縁体の基体上に薄膜もしくは厚膜蒸着して形成してもよい。ただし、有極性ゴムなどは付着力が高いため、低付着材料等で表面をコーティングするといった工夫が必要である。さらに、上記のような高分子材料に限ったものではなく、例えばＳＵＳ、アルミニウム、黄銅等の金属、水、アルコール、液体金属等の導電性液体等も使用することができる。ただし、導電性液体を使用する場合は、液体が帯電電極等に付着・飛散したり、蒸発するのを防止するための機構が必要である。
【００５０】
給電電極の形状は、帯電電極表面もしくは裏面に接触することが可能であればどのような形状でもよく、たとえば、スポンジ、繊維、フェルト、ゴム、不織布、フォーム、ブラシ、ウエブ、ブレード、パドル、ゲル、樹脂、金属などからなるブロック体やロール等の回転体、もしくは往復運動をする刷毛状の部材などが好適に用いられる。ただし、帯電装置の形状によっては、静電吸引力による回転力を損なわないよう、接触部の圧力が小さいほうが望ましい場合があり、ブラシ、フェルト、不織布、スポンジ、ロールなどが好適に用いられる。
【００５１】
給電電極の抵抗値としては、基本的には帯電電極の抵抗値よりも小さければ十分にその機能を果たすことができる。しかし、環境変化や経時変化による抵抗値の変動を考慮すると抵抗値はできるだけ小さいほうが、より安定した給電を行うことができる。本実験では１０³ Ω・ｃｍ以下に調整すると、最も安定した結果が得られているが、特にこの範囲に限られるものではない。
【００５２】
本発明による帯電装置が組み込まれる画像形成装置としては、従来の感光体（被帯電体）のクリーニング装置が備えられている白黒、カラー複写機、プリンタなどが好適である。また、クリーニング装置が備えられていないクリーナレスの画像形成装置、もしくは、疑似的なクリーニング装置が備えられている場合においても好適に用いることが可能である。さらに、トナー像を感光体上に次々に重ね合わせ、最後に一括して紙に転写するＩＯＩプロセスの帯電装置および除電装置（感光体上のトナーの帯電／除電も含む）としても十分に使用することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、請求項１に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は側面図である。以下、第１の実施形態と称する。
この帯電装置１０は、一定方向に移動可能な電荷受容体１との対向位置に支持されており、半導電性の薄肉状部材を無端移動可能な周面を有するように円筒状に形成した帯電電極２と、この帯電電極２内に挿入され、帯電電極２を電荷受容体１と長手方向にほぼ等しい距離をおいて近接させるように支持する円筒状の電極支持部材３とを有している。さらに、上記電極支持部材３は電源４と接続されていて、該電極支持部材を介して帯電電極２に帯電用の電圧を印加するようになっている。
【００５４】
上記電荷受容体１は、例えば円筒状の導体基板１ａ上に光導電性層１ｂが積層された構成のものであり、該導体基板１ａは電気的に接地されている。そして、帯電電極２との接触部近傍の微小空隙で放電が生じることによって、電荷受容体１の表面が帯電されるようになっている。
【００５５】
上記帯電電極２は、フイルム状部材の周長が電極支持部材３の周長よりも大きく形成されており、電圧を印加していない時には、自重によって多少変形するものの、ほぼ真円に近い形状になっている。しかし、図２（ａ）に示すように、帯電電極２に電圧が印加されると、帯電電極２と電極支持部材３との間に静電気力が発生し、図２（ｂ）に示すように電荷受容体１の方にやや引っ張られるような形状になる。この静電吸引力によって帯電電極２は、常に電荷受容体１に近づこうとする力を与えられるため、電荷受容体１の回転に従動して回転するようになる。この帯電電極２の動作については後述するが、柔らかい帯電電極を用いるほどこの撓みは大きくなり、硬度が高い金属薄肉円筒などではほとんど変形しない。しかし、静電吸引力は、電荷受容体１と帯電電極２との距離に依存する物理量であるため、帯電電極２の硬度によってその距離を適切に調節することにより、どのような電極でも安定して回転することが可能になる。
【００５６】
この帯電電極２を構成する円筒状部材としては、厚さが３０〜２００μｍ程度の金属円筒状に前述の半導電性材料を塗布した半導電性の部材が用いられている。この円筒状部材は、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネイト、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデンなどのフイルム中にカーボンブラックなどの導電性粒子を混入することにより形成されており、好ましい体積抵抗率となるように導電性粒子の混入量が調整されている。このとき、体積抵抗率が１０² Ω・ｃｍ以下では火花放電が発生し易く、１０¹¹Ω・ｃｍ以上ではドット状の帯電不良を起こし易いため、１０³ 〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲で使用するのが望ましい。特に１０³ 〜１０⁷ Ω・ｃｍでは、使用する帯電電圧を比較的低く設定することが可能となり、消費電力を節約できる点でも好ましい。
【００５７】
上記電極支持部材３は、帯電電極２への給電を兼ねるため周面が導電性材料で形成されており、例えばアルミニウム、ＳＵＳなどの金属、或は体積抵抗率が帯電電極２の体積抵抗率以下になるように形成された導電性高分子材料、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、もしくはシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムにカーボンブラックや金属粉末等の導電性の粉末を混入したものを使用することができる。また、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等の有極性ゴムや、アモルファスシリコン等の半導電性の無機材料を絶縁体の基体上に薄膜もしくは厚膜蒸着して形成してもよい。この電極支持部材３は、図１（ｂ）に示すように帯電電極２の長手方向における全長より若干長く設けられており、回転しないように帯電装置内で固定支持されている。
【００５８】
上記電源４は、電荷受容体１の帯電工程で帯電電極２に直流電圧を印加できるものである。また、図中の点線で示すように、直流に交流を重畳した電圧を印加するように設定してもよい。この電源４の印加電圧については後述する。
【００５９】
このような帯電装置では、電源４から導電性の電極支持部材３を介して帯電電極２に所定の電圧が印加されると、図３に示すように帯電電極２は電極支持部材３との間に発生する静電気力によって電極支持部材３の側に引き寄せられる。この帯電電極２は電荷受容体１との間に発生する静電気力によって、電荷受容体１が一定方向に移動するのに従動して回転する。このとき、帯電電極２は電極支持部材３に支持されながら、長手方向にほぼ一定の静電吸引力を受けるため、電荷受容体１との近接点近傍でその移動方向に若干膨らんだような形状となる。帯電電極２には電源４から所定の電圧が印加されており、帯電電極２と電荷受容体１との近接部近傍の微小間隙で放電が生じ、空気のイオン化が発生する。電極支持部材３に電源４の負極性側が接続されていると、マイナスのイオン又は電子が電荷受容体１側に流れてこれを帯電し、プラスのイオンは帯電電極２側へ到達して中和される。
【００６０】
このように上記帯電装置では、帯電電極と電荷受容体との間で均一な微小空隙が得られ、安定した帯電が行われる。また、図３に示すように静電気力によって帯電電極２が電荷受容体１と近接する静電吸引力作用領域が増加し、適切な間隙を保持した放電領域が広がるため、充分な帯電電位を得ることができる。さらに、帯電電極２に半導電性部材を用いたことにより、空隙のどの部分に対しても過大な電流が流れるのを防止することができ、電荷受容体１に対して均一な帯電が可能となる。なお、図３では、静電吸引力の作用を説明するため、帯電電極２が大きく撓んでいるように示されているが、この撓み量は帯電電極２の硬度によって異なり、本実施形態の金属薄肉円筒では、ほとんど撓まないことは明らかである。
【００６１】
次に図４に示すような帯電試験装置を用いて上記帯電装置の帯電テストを実施した結果を示す。この帯電試験装置は、電荷受容体１の周囲に、電荷受容体１表面の電位を検知する表面電位センサー１１と、表面を除電する除電ランプ１３とを有し、該表面電位センサー１１に表面電位計１２が接続されている。電荷受容体１の回転方向における表面電位センサー１１の上流側には本実施形態の帯電装置１０が配置され、帯電電極２が電荷受容体１の表面に近接するように支持されている。電極支持部材３には直流電源１４が接続され、直流の帯電電圧が印加されるようになっている。この直流電源１４は電圧を任意に変えることができるものであり、これに伴って変化する電荷受容体１の表面電位を表面電位計１２で測定するようになっている。
【００６２】
上記帯電電極２には、ポリフッ化ビニリデン系塗料およびアクリル系塗料を用いて、体積抵抗率がそれぞれ１０⁵ Ω・ｃｍ、１０⁷ Ω・ｃｍとなるように形成したものを厚さ１００μｍの中空薄肉円筒状ＳＵＳにディッピング処理したものと、厚さ１ｍｍの中空薄肉円筒状ガラス上にａ−Ｓｉを蒸着して同様の体積抵抗率になるように形成したものを使用した。この帯電電極２の径は１２．５ｍｍとし、電極支持部材３として、Φ１０のアルミ柱を用いた。
【００６３】
図５は、上記帯電試験装置を用いた帯電テストにおいて、帯電電極２に直流電圧を印加した際の印加電圧と電荷受容体１の表面電位との関係を示したものである。この図において、直流電源１４から０〜−２０００Ｖの直流電圧を印加したところ、電荷受容体１の表面電位は約−１０００Ｖの印加電圧から上昇し始め、−２０００Ｖの印加電圧で約−１０００Ｖに達することが確認された。この間、帯電装置１０による異常放電の発生はなかった。また、帯電電極２の材質や寸法、又は電極支持部材３の寸法などの組み合わせについては、上記すべての場合において良好な結果を得た。
【００６４】
また、電荷受容体１が回転している時の帯電装置２の回転速度を測定したところ、図６に示すように印加電圧を上昇していくと、約−３００Ｖで帯電電極２は電荷受容体１に従動して回転し始め、約−５００Ｖまでは回転が不安定となり、静止と回転とを不規則に繰り返した。さらに印加電圧を上昇すると、−８００Ｖ付近から安定して回転し始め、その後は一定速度の良好な回転が得られた。すなわち、適切な印加電圧を設定すると、電荷受容体１との静電気力によって回転が安定化し、均一な帯電が行われることが確認された。なお、上記テストにおいて、帯電電極の回転速度は電荷受容体１０回転分の平均値により求めた。このような帯電装置では、帯電電極２を回転させるための特別な機構が必要ないため、装置の小型化が可能となるという利点がある。
【００６５】
さらに、一般的に知られるパッシェンの式で示されているように、放電開始電圧は空隙長さの関数であり、空隙長さが大きいほど放電開始電圧は高くなる。この関係を示したものを図７に示す。例えば、帯電電極２が電荷受容体１に接触している場合の放電開始電圧は約−６００Ｖであるが、空隙長さ０．１ｍｍの場合には、放電開始電圧は約−１０００Ｖである。したがって、同じ印加電圧で放電させた場合、帯電電極２が電荷受容体１から離れるほど帯電電位は低くなる。したがって、印加電圧の低電圧化という観点からは、なるべく近接配置したほうが良いといえる。本実施形態では、図５に示されるように、帯電開始電圧が−１０００Ｖであるため、図７より、帯電電極２と電荷受容体１との空隙は約０．１ｍｍであるといえる。この空隙は、特にこの距離に限定されるものではなく、実験では約２ｍｍ離間した場合においてもほぼ同等の帯電均一性が得られることが確認されている。
【００６６】
図８は、上記帯電装置１０が適用される画像形成装置を示す概略構成図である。この画像形成装置は、一様帯電後に像光を照射することによって潜像が形成される感光体（電荷受容体）２０を備え、この感光体２０の周囲に、感光体２０表面を帯電させる本実施形態の帯電装置１０のほか、露光装置２１、現像装置２２、転写ローラ２５、クリーニング装置２７、及び除電ランプ２８を有している。さらに装置内には、用紙２４を収容する用紙カセット２３、トナー像を定着する定着装置２６等を有している。
【００６７】
このような画像形成装置では、帯電装置１０により感光体２０が所定の電位に帯電された後、露光装置２１により画像情報に対応したレーザー光が照射され、感光体２０の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置２２により現像され、トナーの付着による可視像が形成される。さらに、用紙カセット２３から用紙２４がペーパーガイド２９に沿って感光体２０と転写ローラ２５との間に搬送され、転写ローラ２５によりトナー像が用紙２４上に転写される。転写されたトナー像は定着装置２６で定着され、１枚の複写画像が形成される。一方、感光体２０の回転にともない、感光体２０上に残留したトナーはクリーニング装置２７で清掃され、除電ランプ２８により感光体２０表面が除電された後、再び帯電装置１０による帯電工程に入る。なお、上記工程において帯電装置１０へ印加される電圧には、−１４００Ｖの直流電圧、又は−４００Ｖの直流成分にピーク間電圧２１００Ｖの交流成分を重畳した電圧が設定され、これにより電荷受容体１の帯電電位は約−４００Ｖとなる。このような画像形成装置を用いてプリント像を形成し、帯電装置１０の信頼性テストを行ったところ、帯電電位が均一で、図９（ａ）に示すように画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。
【００６８】
次に、電荷受容体１と帯電装置１０との位置関係が帯電特性に与える影響について調べるため、図１０に示すように電荷受容体１の周囲の４ケ所に位置を変えて帯電装置１０を設置し、それぞれについて上記と同様の帯電テスト及び複写テストを実施した。その結果、（ｂ）又は（ｄ）のように電荷受容体１の側方に配置した場合や、（ｃ）のように下方に配置した場合には、帯電電極２の回転が不安定となった。特に（ｃ）の位置では給電不良が顕著となり、図９（ｂ）に示すように横黒線が帯電電極２の周長の間隔で発生した。一方、図１０（ａ）のように上方に配置した場合には、給電が安定化し、帯電電極２の回転も安定するため、画質欠陥のない良好な画像が得られた。
【００６９】
上記帯電装置１０は、上記図８に示すような画像形成装置において適用されるが、例えば帯電装置をトナーカートリッジ等と一体化し、画像形成装置に着脱可能に支持されるようにしてもよい。これにより、使用済のカートリッジを回収し、工場で帯電電極２のみを交換すれば帯電装置の再使用が可能であり、リサイクルのために有効であるとともに、低コスト化を実現できる。
【００７０】
さらに、上記帯電装置１０は、図１１に示すように、クリーニング装置を用いないクリーナレス画像形成装置においても同様に適用することができる。この画像形成装置のプロセスは、前述の図８とほとんど同じであるが、電荷受容体３０上に残留した未転写トナーはそのまま帯電装置１０を通過し、現像装置３２で回収される。もしくは、転写装置３５によって１００％に近い転写を行うことにより、未転写トナーを極力少なくしている。このような画像形成装置では、異物付着という観点から、本実施形態に示される帯電装置のように、感光体３０に非接触に配置されるものが最も適しており、本発明を適用することにより、従来はスコロトロンで行われていた帯電装置に比べ、低コスト、オゾンレス、小型、低電圧など、非常にメリットが大きいといえる。
【００７１】
図１２は、請求項２に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図であり、図１２（ａ）は断面図、図１２（ｂ）は側面図である。
この帯電装置は、上記図１に示す帯電装置１０に加えて、電極支持部材４３の上方に所定の間隔をおいて支持される回転安定化部材４５を有している。この回転安定化部材４５は、長手方向（電荷受容体の進行方向とほぼ直角の方向）にほぼ均等な矩形断面を有するものであり、帯電電極４２の外周面と当接して該帯電電極４２を電荷受容体側へ軽く押圧するようになっている。この回転安定化部材４５を形成する材料としては柔らかいものや平滑性が高いもの、表面エネルギーが小さいものなどが望ましく、例えばポリエチレン、ポリウレタン、シリコーンなどを発砲させたスポンジが用いられる。この他、フェルト、ブラシ、フォーム、不織布等の弾性材料からなるものが好適に用いられるが特にこれに限ったものではない。たとえば、ゴム、ゲル、ブレード、パドル、樹脂、金属などからなるブロック体やロール等の回転体、往復運動する部材なども好適に用いられる。ブラシの材料としては、例えばレーヨン、アクリル、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートなどの高分子材料が挙げられる。これらの材料からなる回転安定化部材４５は、帯電電極４２を電極支持部材４３に強く押し当てないように、且つ帯電電極４２の外周面と当接するような位置に支持される。なお、この帯電装置の他の構成は上記図１に示す帯電装置と同じである。
【００７２】
このような帯電装置では、帯電電極４２に電圧が印加されると、電極支持部材４３との間に発生する静電吸引力によって帯電電極４２が電極支持部材４３とさらに近接し、電荷受容体４１との静電吸引力によって電荷受容体４１の移動方向へ引っ張られる。これとともに、帯電電極４２の外周面と当接する回転安定化部材４５によって、帯電電極４２は遠心力等によって過度に変形するのが防止されるとともに、電荷受容体４１側に安定して近接した状態を保つような力が加えられる。このとき、帯電電極４２にかかる力は、図１２（ａ）に示すように、電荷受容体４１との静電吸引力によって電荷受容体４１に沿って回転しようとする力Ｆ_E と、帯電電極４２と電極支持部材４３との間に働く摩擦力Ｆ_H と、回転安定化部材４５との間に働く摩擦力Ｆ_S とであり、それぞれの力の向きは図中に示す通りである。従って、Ｆ_S とＦ_H との和よりもＦ_E が大きければ、帯電電極４２が回転することがわかる。実際は、Ｆ_E は帯電電極４２に印加される電圧値と距離に依存し、Ｆ_H は電極支持部材４３及び帯電電極４２の表面状態に依存するため、印加電圧および電圧印加時の帯電電極４２と電荷受容体４１との距離、電極支持部材４３及び帯電電極４２の設定条件が等しければ、上記の関係を満たすように回転安定化部材４５の材質及び位置等を設定すればよいことがわかる。
【００７３】
このような帯電装置では、回転安定化部材４５が帯電電極４２と当接することにより、帯電電極４２の回転が安定化し、均一な帯電電位が得られることが確認された。また、帯電装置を電荷受容体４１の周囲のどの位置に配置しても、安定した帯電が行われることが確認された。さらに、帯電電極４２の真直度、真円度などが不十分である場合でも安定して給電を行うことができ、製造において高精度が要求されず、低コスト化を実現できる。また、直流電圧に比べると回転が不安定になり易い直流と交流との重畳電圧を印加する場合にも、安定した帯電を行うことができ、これとともに、電荷受容体４１と非接触に保たれているため、帯電音を低減できるという効果も有している。
【００７４】
図１３は、請求項２に記載の発明の他の実施形態である帯電装置で用いられる電極支持部材５３を示す斜視図である。
この帯電装置は、上記図１２に示す帯電装置で用いられる電極支持部材４３に代えて、円筒状部材を支持軸５３ａに等間隔で配置したリブ状の電極支持部材５３を有している。この電極支持部材５３は、電圧印加時に円筒状部材の周面と帯電電極とが接触するものであり、上記図１２に示す帯電装置と比較して帯電電極との接触面積が小さくなるように設定されている。この電極支持部材５３の材料としては、アルミニウムと、ＥＰＤＭ及びフッ素樹脂に導電性カーボンブラック粉末などを混入して体積抵抗率が帯電電極より小さくなるように生成したものを使用した。電極支持部材５３の材料としては、この３種に限ったものではなく、上述した各種導電性材料が使用できる。なお、この帯電装置の他の構成は、上記図１２に示す帯電装置と同じである。
【００７５】
このような帯電装置において、電極支持部材５３の形状及び材質の効果を把握するため、回転安定化部材の大きさと設置位置とを変えて評価した結果を示す。図１４に示すように、回転安定化部材の幅（帯電電極の移動方向における長さ）Ｃは、２ｍｍ，４ｍｍ，６ｍｍの３種類に設定した。また設置位置は、回転安定化部材５５の周面と電極支持部材５３との距離ａと、回転安定化部材５５の中心線と電極支持部材５３の中心線との距離ｂとを、それぞれ３段階に変えて設定した。回転安定化部材５５の材料としてはポリウレタンフォームを用いた。また比較のため、電極支持部材の形状を本実施形態のリブ状支持部材の他、図１２に示すような円筒状支持部材についても同様の実験を行った。
【００７６】
表１は、各々について帯電テスト及びプリントテストを実施した結果を示したものである。
（以下余白）
【表１】

【００７７】
この表において、アルミリブローラとアルミローラとを比較すると、アルミリブローラを用いることにより、回転安定化部材の大きさ及び設置位置につい
て、良好な結果が得られる範囲が広がることが認められた。また、滑性の高いフッ素樹脂ローラを用いても、アルミリブローラとほぼ同様の効果が認められた。一方、摩擦の大きいＥＰＤＭローラを用いた場合には、回転安定化部材の設定可能な範囲が狭くなり、設定を厳密に行わなければならないことが分かる。以上の結果から、帯電電極と電極支持部材との摩擦力を下げることにより、回転安定化部材を設けることによって良好な結果が得られる範囲が広がるとともに、安定した帯電が行われることが確認された。さらに、回転安定化部材は、支持部材の中心線よりも図１４中右側に（表では前側）に設置することにより、帯電電極の回転安定性が向上し、より均一な帯電電位を得ることがわかった。この場合、電極支持部材と回転安定化部材の間に帯電電極を挟みこむのではなく、帯電電極が回転によって上方に跳ね上がるのを押さえる程度に離間して設置するとよい。
【００７８】
図１５（ａ）は、請求項３に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図であり、図１５（ｂ）は、この帯電装置で用いられる回転安定化部材６５を示す概略斜視図である。
この帯電装置では、図１２に示す帯電装置で用いられる回転安定化部材４５に代えて、長手方向における両端部の厚さＴ１を中央部の厚さＴ２よりも大きくして、両端部が突出するように形成した回転安定化部材６５を備えている。この回転安定化部材６５は、両端部の突出した部分が帯電電極６２の両端部に当接するように支持されており、両端部分の帯電電極６２を電荷受容体６１に押し付ける効果が、中央部よりも大きくなるように設定されている。この回転安定化部材６５の材料としては、発砲材料等の図１２に示す回転安定化部材４５と同様のものを用いることができ、また厚さの異なる発砲部材や硬度の異なる材料などを組み合わせて使用してもよい。
【００７９】
本実施形態では、回転安定化部材６５の条件は、以下のように設定した。
回転安定化部材の材質：発砲ウレタン
中央部における電極支持部材６３とのギャップ：０．７５ｍｍ
両端部における電極支持部材６３とのギャップ：０．２５ｍｍ
回転安定化部材の幅Ｗ：４ｍｍ
回転安定化部材の両端部の厚さＴ１：２．５ｍｍ
回転安定化部材の中央部の厚さＴ２：２ｍｍ
なお、この帯電装置の他の構成は、図１２に示す帯電装置と同じである。
【００８０】
次に、このような帯電装置の動作について説明する。一般に、円筒状薄肉部材からなる帯電電極を用いた場合には、電荷受容体の電位が軸方向において均一に除電されていると、帯電電極が電荷受容体との間の静電気力で回転するとき、帯電電極の両端部分の変形が他の部分に比べて大きくなる傾向にある。特に、帯電電極と電荷受容体との間の静電気力が大きいと、両端部分の変形によって帯電電極と電荷受容体との適切な間隙が保てなくなり、帯電ムラによって用紙の両サイドにかぶり状の画質欠陥を生じる場合がある。この傾向は、帯電電極の硬度が小さいほど顕著になってくる。しかし、本実施形態の帯電装置では、回転安定化部材６５の両端部分における帯電電極６２を押し付ける効果が中央部よりも大きくなるように設定されているので、帯電電極６２の両端部分に過度な変形が生じるのを防止することができる。このため、均一な帯電電位を得ることができ、かぶり状の画質欠陥の発生を防止することができる。
【００８１】
このような帯電装置を用いてプリントテストを行ったところ、用紙の両サイドにかぶり状の画質欠陥は発生せず、良好な画質の画像が得られることが確認された。なお、上記回転安定化部材６５には発砲部材が用いられているが、ブラシ状の部材など、このほか図１２に示す実施形態中で説明される各種の材料および形状のものを用いることもでき、同様の効果を得ることができる。特にブラシの場合は、毛足の長さが異なる２種類のブラシ部材を組み合わせてもよい。
【００８２】
図１６は、請求項３に記載の発明の他の実施形態である帯電装置で用いられる回転安定化部材７０を示す概略斜視図である。
この回転安定化部材７０は、上記図１５に示す回転安定化部材６５と異なり、両端部の幅（帯電電極の回転方向長さ）Ｗ１を中央部の幅Ｗ２よりも長く設定し、回転安定化部材と帯電電極との接触面積を、帯電電極の中央部よりも両端部で広く取るようにしたものである。これとともに、長手方向における両端部の厚さＴ１を中央部の厚さＴ２よりも大きくして、両端部が突出するように形成されている。本実施形態では、回転安定化部材７０の厚さはＴ１を２．５ｍｍ、Ｔ２を２ｍｍに設定し、幅はＷ１を８ｍｍ、Ｗ２を４ｍｍに設定した。この回転安定化部材７０の材料は、図１５に示す回転安定化部材６５と同じものを用いることができ、長さ及び厚さの異なる発砲部材を組み合わせてもよい。なお、この回転安定化部材７０を適用する帯電装置の構成も、図１５に示す帯電装置と同じである。
【００８３】
このような帯電装置においても、帯電電極の両端部で電荷受容体に押し付ける効果を中央部よりも大きくすることができ、用紙端部のかぶり状の画質欠陥の発生を防止することができる。また、帯電電極の横ずれを防止する効果もあり、安定した帯電を行うことができる。このような回転安定化部材７０を使用した場合についてプリントテストを実施したところ、良好な画質の画像が得られることが確認された。比較のため、両端部の押圧力又は接触幅を中央部と同じに設定した回転安定化部材を使用してプリントテストを実施したところ、用紙の幅に比べて帯電電極の幅が余り大きくない場合は、用紙の両サイドに僅かながら横筋状のかぶりが発生した。
【００８４】
図１７は、請求項５に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、絶縁性の材料からなる円筒状の電極支持部材７３と、導電性の材料からなる板状の回転安定化部材７５とを有するものであり、回転安定化部材７５に電源７４が接続されている。この電極支持部材７３及び回転安定化部材７５の形状は上記図１２に示すものと同じであり、この帯電装置の他の構成も図１２に示す帯電装置と同じである。
【００８５】
このような帯電装置を用いてプリントテストを行ったところ、上記と同様、良好な画像が得られることが確認された。さらに電極支持部材７３は、カーボンなどの導電性粉末を混入する必要がないため、帯電電極７２との摩擦力を更に低下することが可能であり、帯電電極をより安定して回転させることができるという利点もある。
【００８６】
さらに、帯電電極の外部から給電すると帯電電位のムラが改善され、特に高周波のノイズ状のムラがほとんどなくなることがわかった。本実施形態によるこのような効果についてそのメカニズムを図２８を用いて説明する。
すなわち、図１に示す帯電装置の場合は、帯電電極は電荷受容体との静電吸引力によって回転するため、帯電電極の剛性の部分的な不均一さや偏心、膜厚、真直度のムラなどによって図２８（ａ）中に実線および破線で示すように、帯電電極の位置が変動し、放電領域近傍の給電部がＣからＤに変動してしまう。そのため、放電領域から見た抵抗値が変化してしまい、電位のムラが大きくなってしまうのである。また、放電領域近傍の帯電電極と導電性の電極支持部材がくっついたり離れたりするため、図２８（ｂ）中に示すたて線の範囲で双方の間隙が変動し、過渡的な容量の変動が生じてしまう。そのため、高周波のノイズがより一層大きくなってしまうのである。しかし、本実施形態では帯電電極の外側から電圧を印加しているので、給電部から放電領域までの距離をほぼ一定に保つことができ、抵抗の変動を抑制することが可能になる。また、電極支持部材を絶縁性にすることで、放電領域近傍での容量の変動を低減することが可能になる。以上の二つの理由から、より安定した帯電電位を得ることが可能なのである。
【００８７】
図１８は、請求項４又は請求項５に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図であり、図１８（ａ）は断面図、図１８（ｂ）は側面図である。
この帯電装置は、図中の矢印方向に移動可能な電荷受容体８１との対向位置に支持されており、半導電性部材を無端移動可能な周面を有するように円筒状に形成した帯電電極８２と、この帯電電極８２内に挿入され、帯電電極８２を電荷受容体８１と接触させるように支持する、円筒状の電極支持部材８３とを有している。さらに、直流電源８４と接続されている給電電極を兼用した回転安定化部材８５が設置されており、上記電極支持部材８３との間に帯電電極８２を挟みこむように配置されている。
【００８８】
帯電電極８２および電極支持部材８３は図１に示す実施形態と同様のものを用いており、静電吸引力によって帯電電極８２は電荷受容体８１に近接しながら図中の矢印方向に回転している。回転安定化部材８５は、ＥＰＤＭにカーボンを分散させることにより、体積抵抗が１０³ Ω・ｃｍ程度になるように形成された導電性ゴムロールで、中心は金属のシャフトが挿入されており、図に示される矢印の方向に力Ｆで帯電電極８２に接触しながら従動するように設置されている。この力Ｆの大きさは、帯電電極８２の回転を安定化するためには、帯電電極８２と電荷受容体８１との間に働く静電吸引力よりも小さいほうがよい。
【００８９】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、第１の実施形態と同様に良好な結果が得られた。また、図８に示される画像形成装置および図１１に示すクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。また、回転安定化部材８５を導電性のゴム材料を用いて構成しているので、帯電電極と柔らかく接触できるため、電極表面を傷つけにくいという効果も有している。さらに、回転安定化部材が自由に回転可能に設置されていることにより、支持部材８３との間に帯電電極８２を挟みこむようにしても帯電電極８２の回転を阻害することがないため、より安定して回転することが可能になるという長所もあることが分かった。
【００９０】
本実施形態では、ＥＰＤＭにカーボンを分散させてロール状に成形したものを使用しているが、もちろんこの構成に限ったものではなく、金属やブラシロールなど、これまでの実施例で使用してきた各種の材料、形状のものを用いることができる。また、この実験では帯電電極８２の表面から帯電電圧を供給しているが、図１に示す帯電装置等のように、電極支持部材８３を導電性の材料を用いて成形し、帯電電極８２の内面から給電しても、同様の効果が得られることは明らかである。
【００９１】
図１９（ａ）は、請求項６に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、図１７に示される帯電装置とほぼ同じ構成であるが、給電を兼用する回転安定化部材９５の位置が異なり、帯電電極９２と電荷受容体９１との間の放電開始位置Ａ₁ からの周方向の距離と、放電停止位置Ａ₂ からの周方向の位置とがほぼ等しい位置で、回転安定化部材９５が帯電電極９２と接触するように支持されている。なお、この帯電装置の他の構成は、図１７に示す帯電装置と同じである。
【００９２】
このような帯電装置では、電荷受容体９１は、帯電電極９２との対向位置で、放電開始位置Ａ₁ から放電停止位置Ａ₂ を通過する間に帯電されるが、放電開始位置Ａ₁ および放電停止位置Ａ₂ から回転安定化部材９５までの周方向の距離をほぼ等しくすることにより、放電停止位置Ａ₂ を通過する時の電荷受容体９１の表面電位をほぼ均一にすることができる。このため、帯電電位の変動をより確実に防止することが可能になる。
【００９３】
また、図１９（ｂ）に示す帯電装置のように、回転安定化部材９８に直流電源９６に交流電源９７を重畳させた電圧を印加し、放電開始位置Ｂ₁ からの周方向の距離と、放電停止位置Ｂ₂ からの周方向の距離とがほぼ等しい位置で、回転安定化部材９８が帯電電極９２と接触するような構成にすることも可能である。上記電源９６、９７から印加される電圧は、例えば−４００Ｖの直流成分に、交流成分としてピーク間電圧２．１ｋＶ、周波数４００Ｈｚのｓｉｎ波を重畳した電圧が設定される。これによって直流に交流を重畳した電圧を印加する場合にも、放電停止位置Ｂ２を通過する時の電荷受容体９１の帯電電位をほぼ均一にすることができ、帯電電位の変動を防止することができる。
以上のような構成にすることにより、帯電電極９２の表面抵抗値が部分的にばらついているような場合においても、常に一定の電圧を印加することが可能になるため、安定した帯電電位を得ることができる。
【００９４】
図２０は、請求項７に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、図１７に示す帯電装置で用いられる固定式の給電電極兼用回転安定化部材７５の代わりに、帯電電極１０２との接触位置が該帯電電極の周方向に移動可能となるように保持されたロール状の給電電極１０５が設置されている。
【００９５】
この回転安定化部材１０５は、帯電電極１０２の上方で支持棒１０８を介して可動部材１０７に連結されており、装置内に固定支持されたレール１０６上を該可動部材１０７がが摺動することにより、帯電電極１０２の周面上を移動するようになっている。そして、周囲の温度・湿度が図示しないセンサーなどによって検知され、これに基づき可動部材１０７の駆動が制御され、回転安定化部材１０５と帯電電極１０２との接触部が適切な位置となるように、回転安定化部材１０５の移動が制御されるようになっている。この回転安定化部材１０５の位置は以下のように制御される。
【００９６】
帯電電極１０２の帯電性は、帯電装置付近の温度もしくは湿度によって影響を受けるため、図５に示される帯電特性も変化する。低温低湿環境では、高温高湿環境に比べて空気のイオン化が発生しにくく帯電されにくいため、例えば両環境下での同一印加電圧による帯電電位は約５０Ｖの開きがある。このため、この環境変動が画質に悪影響を及ぼす場合が多い。本実施形態では、このような帯電電位の変動を抑制するため、低温低湿では図２０中に示す実線のように、帯電電極１０２との接触部から放電開始位置までの距離が短くなるように回転安定化部材１０５の位置を制御し、給電位置から放電領域までの帯電電極の表面抵抗値が小さくなるように設定する。また、高温高湿下では図２０中に示す点線のように、帯電電極１０２との接触部から放電開始位置までの距離が長くなるように回転安定化部材１０５の位置を制御し、給電位置から放電領域までの帯電電極の抵抗が大きくなるように設定する。
なお、この帯電装置の他の構成は図１７に示す帯電装置と同じである。
【００９７】
このような帯電装置では、周囲の環境に応じて給電位置を制御することが可能であり、温度・湿度の変化によって帯電電位が変動するのを防止することができる。なお、この装置では、環境に応じて給電電極を兼用している回転安定化部材が移動するため、その設定条件によっては、給電状況は良好でも回転が不安定になってしまうことも考えられる。そのような条件が発生してしまうような構成、および帯電電極の材料を選択する場合には、図２０中の回転安定化部材１０５を給電電極としてのみ作用するようにし、帯電電極１０２の回転を安定化する目的にはもう一つ別の部材を設置すると良い。
【００９８】
本実施形態では温度もしくは湿度を検知することによって回転安定化部材１０５を移動させているが、もちろんこの制御方法に限ったものではない。例えば、長期に使用するうちに帯電電極１０２の回転が不安定になったり、回転開始時に不安定な動きをする場合などがある。このようなときは、あらかじめ帯電電極の回転状態もしくは電荷受容体上の電位をモニターしておき、その状態によって回転安定化部材１０５を制御すると良い。
【００９９】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、高温高湿環境から低温低湿環境まで安定した帯電特性を示し、帯電電位の差は１０Ｖ程度まで向上した。また、図８に示す画像形成装置および図１１に示すクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。
【０１００】
図２１は、請求項８に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、図１７に示す帯電装置で用いられる回転安定化部材７５および電源７４に代えて、帯電電極１１２の周方向に配置された３本のロール状の給電電極兼用回転安定化部材１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃと、該回転安定化部材のうちの一つを選択して電位を付与する印加電圧切替え装置１１６と、３つの電源１１４を備えている。
【０１０１】
上記回転安定化部材１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃは、図２０に示す回転安定化部材１０５と同じ構成の導電性ゴムロールからなり、図に示される矢印方向の力Ｆで帯電電極１１２に接触しながら従動回転するように支持されている。この力Ｆの大きさは、帯電電極１１２の回転を安定化するためには、帯電電極１１２と電荷受容体１１１との間に働く静電吸引力よりも小さいほうがよい。
【０１０２】
上記電源１１４は、印加電圧切替え装置１１６を介して回転安定化部材１１５に接続されており、３本の回転安定化部材にそれぞれ独立して異なる帯電電圧を印加することが可能である。印加電圧切替え装置１１６は、温度・湿度などの図示しない検知信号によって常に１種の印加電圧と電極である回転安定化部材１１５を選択可能に構成されている。本実施形態では、低温低湿では印加電圧を大きくし、さらに帯電電極１１２との接触部から放電領域までの距離が短く、帯電電極の抵抗が小さくなるように配置された回転安定化部材１１５ａを使用し、高温高湿では印加電圧を小さくし、さらに帯電電極１１２との接触部から放電領域までの距離が長く、帯電電極の抵抗が大きくなるように配置された回転安定化部材１１５ｃを使用するように選択される。なお、回転安定化部材１１５ｂは、通常の環境で使用するように設定されている。
【０１０３】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、高温高湿環境から低温低湿環境まで安定した帯電特性を示し、帯電電位の差は５Ｖ以下にまで向上した。また、図８に示される画像形成装置、および図１１に示されるクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。さらに、回転安定化部材１１５が複数あるため、１本の回転安定化部材が帯電電極１１２に給電している際、他の２本はこれまでの実施形態で示された回転安定化部材と同様の役割を果たすため、帯電電極１１２が安定して回転し、より均一な帯電電位になるという効果も有している。
【０１０４】
この実施形態では、複数の給電電極と複数の印加電圧を用いているが、帯電特性の環境依存性の影響を排除するための構成としては、図２１の構成に限ったものではない。すなわち、各環境によって放電領域から給電部までの抵抗値を制御することにより、同様の効果を得ることができる。したがって、図２１の他に、例えば直流電源は１種とし、給電電極を複数有する構成や、電源も給電電極も１種で、給電電極と帯電電極との接触点を変化させる手段を有する構成なども十分な効果がある。
【０１０５】
以上の結果より、図２１の構成にすることによって、帯電電極表面に接触するものが増えるため、帯電電極の回転が阻害されやすくなるという欠点もあるが、適切な位置に設置することにより、回転も安定し、かつ環境依存性もない優れた帯電装置を提供することができることがわかった。
【０１０６】
図２２は、請求項９に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、前述の実施形態に示される帯電電極とほぼ同じ構成の帯電電極１２２と、この帯電電極１２２を内挿し、該帯電電極１２２の外側を覆うように固定支持された枠体１２７とを有している。さらに、この枠体１２７は電源１２４と接続されており、帯電電極１２２に帯電用の電圧を印加している。
【０１０７】
枠体１２７に用いられる材料としては、導電性を有する材料であればどのようなものでもよく、たとえばポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、もしくはシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムにカーボンブラックや金属粉末等の導電性の粉末を混入したものを使用することができる。また、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等の有極性ゴムや、アモルファスシリコン等の半導電性の無機材料を絶縁体の基体上に薄膜もしくは厚膜蒸着して形成してもよい。ただし、有極性ゴムなどは付着力が高いため、低付着材料等で表面をコーティングするといった工夫が必要である。
【０１０８】
枠体１２７の形状としては、帯電電極１２２が落下したり不必要に中で動き回らないような構成であればどのような形でも良い。たとえば、メッシュ状の枠体や、帯電電極１２２の両端部だけをつり下げるようにしたもの、円形に構成された枠体などが挙げられる。また、内側にスポンジなどを張り付けて、帯電電極１２２の回転を安定にするような構成にしてもよい。
【０１０９】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、非常に安定した帯電特性を示した。また、図８に示される画像形成装置、および図１１に示されるクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。帯電電極１２２の位置を規制する働きが高いので、より安定した回転が行われることが確認された。
【０１１０】
また他の構成として、図２３に示されるように、枠体１２８を帯電電極１２２の両端の非画像形成領域にのみ設置することも可能である。一般に、長期にわたって使用すると、摺擦によって帯電電極１２２の表面に細かい傷ができてしまうことがあるが、図２３のような構成にすることにより、画像領域における帯電電極１２２表面への接触物がないため、傷などが発生することなく、長期に渡って安定して使用できるという大きな利点がある。
【０１１１】
図２４は、請求項１０に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、図中の矢印方向に移動可能な電荷受容体１３１との対向位置に設置されており、薄肉円筒状部材を無端移動可能な周面を有するように円筒状に形成した帯電電極１３２と、この帯電電極１３２の外側を覆うように固定され、帯電電極１３２を電荷受容体１３１と非接触に対向させるように支持する枠体１３６とを有している。さらに、直流電源１３４と接続されているブラシ状の給電電極１３７が枠体１３６の内側に設置されており、帯電電極１３２が枠体１３６内で移動することを防止するためのブラシ状の支持部材１３３が枠体１３６の内側に設置されている。
【０１１２】
帯電電極１３２は図１に示す実施形態と同様のものを用いており、静電吸引力によって帯電電極１３２は電荷受容体１３１に近接しながら図中の矢印方向に回転している。給電電極１３７は、レーヨンにカーボンを分散させることにより、体積抵抗が１０³ Ω・ｃｍ程度になるように形成された導電性のブラシであり、帯電電極１３２の回転を妨げないよう、回転方向に若干寝かせた形状で枠体に固定されている。ブラシ状の給電電極１３７に用いられる材料はレーヨンに限ったものではなく、ポリエステル、ナイロン等のように、繊維状に形成できる材料であればどのような材質のものを用いてもよい。支持部材１３３は、レーヨン、ナイロン等を繊維状に形成し、給電電極と同様に、回転方向に若干寝かせた形状で枠体に固定されている。また、枠体１３６は、絶縁性の材料であればどのような材質で形成されていてもよく、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、アクリル、ＰＯＭ、フェノール、フッ素樹脂等の高分子材料が好適に用いられる。また、電荷受容体１３１に放電しない程度に十分離間して設置する場合には、上記の絶縁性の材料の他に、導電性の材料、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネ−ト、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＰＶｄＦ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、もしくはシリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムにカーボンブラックや金属粉末等の導電性の粉末を混入したものを使用することができる。また、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等の有極性ゴムや、アモルファスシリコン等の半導電性の無機材料を絶縁体の基体上に薄膜もしくは厚膜蒸着して形成してもよい。
【０１１３】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、第１の実施形態と同様に良好な結果が得られた。また、図８に示される画像形成装置および図１１に示されるクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。また、給電電極１３７を導電性のブラシで構成しているので、帯電電極１３２と柔らかく接触できるため、電極表面を傷つけにくいという効果も有している。さらに、支持部材１３３が帯電電極１３２上に付着した異物や汚れをかき落とす効果もあるため、帯電装置としての寿命が長くなるという特徴もある。これは、特に汚れが付着しやすいクリーナレス画像形成装置に対して有効な効果であるといえる。また、帯電電極１３２の位置を規制する働きが高く、給電電極１３７と支持部材１３３が帯電電極１３２の回転を安定化させる効果も有しているため、より安定した回転が行われ、良好な帯電均一性が得られることが確認された。
【０１１４】
また、この実施形態では枠体１３６の内部にブラシ状の部材を使用したが、特にこの形状に限ったものではなく、たとえば、スポンジ、フェルト、不織布、ブレード、平滑性の高い板状の部材等を用いても同様の効果が得られる。ただし、上述したように、帯電電極１３２表面に付着した異物を除去する効果については、特にブラシ状のものが優れている。
【０１１５】
図２５は、請求項１１に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、薄肉円筒状の帯電電極１４２と、この帯電電極１４２内に挿入され、帯電電極１４２を電荷受容体１４１に対して近接配置するように支持する円筒状の支持部材１４３とを有している。
【０１１６】
上記帯電電極１４２は、低抵抗の内側層１４２ａと高抵抗の外側層１４２ｂとを有するものであり、低抵抗の内側層１４２ａで給電電極を兼用する電極支持部材１４３と接触し、高抵抗の外側層１４２ｂが電荷受容体１４１と対向するようになっている。帯電電極を構成する低抵抗の内側層１４２ａは、前述の実施形態に示した各種の材料が使用可能であるが、高抵抗の外側層１４２ｂを形成する材料としては、もちろん同様の材料でも構わないが、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴムなどの有極性ゴム材料やイオン導電性の材料が好ましい。本実施形態では、帯電電極としてエピクロルヒドリンゴムが用いられており、内側層１４２ａの体積抵抗率が１０³ Ω・ｃｍ、外側層１４２ｂの体積抵抗率は１０¹⁰Ω・ｃｍ、厚さはされぞれ５０μｍに設定されている。また、有極性ゴムは付着力が高いため、外側層１４２ｂの表面にフッ素系の低付着材料によるコーティングが施されている。
なお、この帯電装置の他の構成は、図１に示される帯電装置と同じである。
【０１１７】
このような帯電装置では、電源１４４から給電電極を兼用する電極支持部材１４３を介して帯電電極１４２に電圧が印加されると、低抵抗の内側層１４２ａを通って電流が流れ、高抵抗の外側層１４２ｂと電荷受容体１４１との近接領域で該外側層１４２ｂを介して放電が発生し、放電電流が流れる。これにともなって、電荷受容体１４１と帯電電極１４２の間に生じる静電吸引力によって帯電電極１４２は電荷受容体１４１の方に引っ張られ、この電荷受容体１４１の周回移動に従動して回転する。
【０１１８】
このような帯電装置では、帯電電極１４２が振動して電極支持部材１４３との接触部から放電領域までの距離が変わっても、安定した放電が可能であり、帯電電位の変動を防止することができる。これは、低抵抗の内側層１４２ａから高抵抗の外側層１４２ｂを介して放電が行われることにより、コンデンサーを介挿したのと同じような状態になり、高周波の電流変動をならす効果があるためである。なお、帯電電極１４２が振動して電極支持部材１４３との接触部から放電領域までの距離が変わると発生する弊害については、図１７の実施形態に示されるとおりである。
【０１１９】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、第１の実施形態と同様に良好な結果が得られた。また、図８に示される画像形成装置および図１１に示されるクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。さらに、帯電電極１４２の内側に配置された電極支持部材１４３が給電を兼用するため、帯電電極の外側面１４２ｂを傷つけることがなく、長期に渡って安定した帯電を行うことができるという効果も有している。
【０１２０】
図２６は、請求項１２に記載される発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
この帯電装置は、図１に示す帯電装置とほぼ同じ構成であるが、帯電電極１５２に用いる材料として、高分子材料から構成される可撓性を有するフィルム状の部材を用いている。この帯電電極１５２は、比較的硬度が高いものとは異なり、静電吸引力によって図２６に示されるように、かなり大きく撓む。したがって、電極支持部材１５３はあらかじめ離しておかないと電圧が印加された時点で、帯電電極１５２が電荷受容体１５１に接触してしまうので注意が必要である。
【０１２１】
このような柔らかい帯電電極を用いることにより、帯電電極の真直度などの外形精度を低くすることが可能になるため、製造負荷が低減するという大きな利点がある。また、印加電圧を変化させることにより簡単に帯電電極１５２と電荷受容体１５１との距離を変えることができるため、環境特性などにも優れた帯電装置を提供することができる。
【０１２２】
本実施形態では、ポリカーボネート、ナイロン、ＰＶｄＦにカーボンブラックを混入して体積抵抗率を１０⁶ Ω・ｃｍに調整した、厚さ５０μｍ、直径１２．５ｍｍのフィルム状部材が用いられている。この帯電電極を構成するフィルム状部材としては、特にこれに限ったものではないが、厚さが３０〜２００μｍ程度の可撓性を有する半導電性の部材が好適に用いられている。このフィルム状部材は、たとえばポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、アクリルなどの高分子材料から形成されるフィルム中にカーボンブラックなどの導電性粒子を混入することにより形成されており、好ましい体積抵抗率（１０³ Ω・ｃｍ〜１０¹⁰Ω・ｃｍ）となるように導電性粒子の混入量を調整している。また、引張弾性率１０〜２８０ｋｇ／ｍｍ² 程度に設定されているものがよい。なお、この帯電装置のその他の構成は図１に示す帯電装置と同じである。
【０１２３】
このような帯電装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、図１に示される帯電装置と同様に良好な結果が得られた。また、図８に示される画像形成装置および図１１に示されるクリーナレス画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好な画像が得られることが確認された。
【０１２４】
図２７は、請求項１３および請求項１４に記載される発明の一実施形態である帯電装置が適用される画像形成装置を示す概略構成図である。
この画像形成装置はカラーのタンデム型画像形成装置であり、４台の画像形成ユニット１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを有している。これらの画像形成ユニットの構成は、それぞれ図８と同じ構成になっているが、各現像装置にはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーが入っている。また、この画像形成装置には被転写体として、ロール１６８に張架された中間転写ベルト１６７が備えられており、この中間転写ベルト１６７は、イエローユニット１６２ａ、マゼンタユニット１６２ｂ、シアンユニット１６２ｃ、ブラックユニット１６２ｄにまたがって延在し、循環移動するように駆動されている。各ユニットから中間転写ベルト１６７に転写する際は、転写装置１６５ａ〜１６５ｄに転写用の電圧が印加される。さらに、４台の画像形成ユニット１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄの感光体と中間転写ベルト１６７には、それぞれ本発明による帯電装置１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ、１６１ｅが設けられている。但し、本実施形態では、この帯電装置は、感光体および中間転写ベルト１６７上に残留した電荷を除去する除電装置として機能しており、感光体の帯電用としては、別に設置されている。
【０１２５】
この画像形成装置では、図中矢印方向に移動する中間転写ベルト１６７上に、各色のトナーが順次重ね合わさるように一次転写され、その中間転写ベルト１６７から、転写装置１６５ｅによって用紙１６３上に一括して二次転写されるようになっている。用紙１６３は、用紙パス１６４に沿って移動し、定着装置１６６で定着され、プリント像が完成する。一方、トナーを転写した後の画像形成ユニット１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄは、図示しないクリーニング装置によって残留トナーが除去される。そして、本発明の除電用帯電装置１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄによって、残留電荷が除電され、帯電装置への侵入電位は０Ｖに均一化される。除電用帯電装置１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄには、図示しない電源から＋９５０Ｖ〜＋１０００Ｖ程度の電圧が印加されている。また、二次転写後の中間転写体１６７は、画像形成ユニット１６１ａに侵入する前に本発明の除電用帯電装置１６１ｅによって残留電荷が除電される。除電用帯電装置１６１ｅには、図示しない交流電源から、ピーク間電圧が約２．２ｋＶ程度のＡＣ電圧が印加されている。
【０１２６】
中間転写ベルト１６７は、ポリイミド、ポリカーボネート、ＰＶｄＦ等の高分子フィルムや、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の合成ゴムにカーボンブラック等の導電性フィラーを添加して導電化したもの等が用いられる。転写装置１６５ａ〜１６５ｅは、シリコーンゴム、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等の合成ゴムにカーボンブラック等の導電性フィラーを添加して導電化したもの等であり、その直径は１０〜３０ｍｍ程度のものである。転写装置１６５ａ〜１６５ｄには、図示しない電源から＋０．５〜１．５ｋＶ程度の電圧が印加されており、画像形成ユニット１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄからトナー像が静電気力で転写されるようになっている。一方、用紙１６３へ転写する転写装置１６５ｅには、図示しない電源から＋１．５〜３．０ｋＶ程度の電圧が印加されており、中間転写ベルト１６７から多重のトナー像が、静電気力で用紙１６３に一括して転写されるようになっている。その他画像形成ユニット１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄ内の構成や材料については図８に示す装置と同じである。
【０１２７】
一般に、画像形成装置の帯電装置に直流電圧が印加されている場合、侵入電位のパターンによって帯電電位が変動しやすくなり、ゴーストという画質欠陥が発生しやすくなるという欠点がある。したがって、特にカラー画像のように高画質が要求される画像形成装置においては、帯電装置の上流側に光除電装置、もしくは放電による除電装置を設ける必要がある。感光体を除電する場合、光による除電を行うと、光疲労が促進され、感光体の寿命が短くなるという欠点がある。したがって、本実施形態に示されるような放電型の除電装置も用いられるが、交流電圧を印加すると、前述のように感光体表面の表面エネルギーが増加するため、他のプロセスに各種の悪影響を及ぼしてしまう。そこで、直流電圧を印加することによってなるべく感光体を劣化させない工夫が必要になるのである。
【０１２８】
一方、中間転写ベルトは、絶縁性もしくは高抵抗の材料によって形成されるため、何回も転写を繰り返すうちに残留電位が大きくなり、転写不良が発生しやすいという欠点がある。転写ベルトは感光体と異なり光導電性を持たないものが一般的であるため、放電デバイスによる除電が必要になってくる。しかし、転写ベルト上の残留電位は、感光体と異なり、プラスからマイナスまで大きく変動していることがほとんどであり、その大きさは時には２０００Ｖを越えることもある。したがって、転写ベルト等の除電には、どのような侵入電位に対しても常に０Ｖ近辺にすることが可能なロバスト性が求められる。そこで、直流電圧ではなく、ＡＣ放電を利用する必要が生じる。また、転写ベルトなどの被転写体は、表面エネルギーが増加してもほとんど弊害がないため、ＡＣ放電が最適なのである。
以上のことから、本発明による帯電装置を感光体および被転写体の除電用帯電装置として用いることにより、簡単な構成で効率的に除電することが可能になる。
【０１２９】
このような画像形成装置を用いて図４に示される帯電試験装置による帯電性試験を行ったところ、帯電装置への侵入電位がほぼ均一に０Ｖとなり、イレーズランプと同等の結果が得られることが確認された。また、図２７の画像形成装置を用いてプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好なカラー画像が得られることが確認された。
以上の結果から、本発明の帯電装置が感光体および中間転写ベルトの除電用帯電装置として非常に有効であることが明らかになった。
【０１３０】
上記画像形成装置は、第１の実施形態と同様に、図１１に示される、クリーニング装置を用いないクリーナレス画像形成装置に置き換えても同様に適用することができる。クリーナレス装置は、このようなタンデムタイプの画像形成装置に適用することにより、カラー画像形成装置として使用することができる。
【０１３１】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明に係る帯電装置によれば、帯電電極を電荷受容体に対して非接触に配置しているため、帯電電極の異物付着などを大幅に低減することができる。これにより、安定して電荷受容体との放電領域を保持することが可能となり、均一な帯電電位を得ることが可能である。また、帯電電極の伸直度や同軸度などの精度が多少悪くても、十分に均一な帯電電位を得ることができるため、歩留りの向上が図れるという効果もある。そのうえ、帯電電極の硬度には硬いものから柔らかいものまで広範囲にわたる材料が使用可能であるという利点もある。さらに、電荷受容体に対して非接触であるため、電荷受容体に傷を付けたりすることがなく、またクリーナレス装置やカラー画像形成装置にも、好適に用いることができる帯電装置を実現できる。また、帯電装置としてだけではなく、電荷を除去する除電用装置としても高い性能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２】上記図１に示す帯電装置であって、帯電電極に電圧を印加した時としない時との状態を表す図である。
【図３】上記図１に示す帯電装置であって、静電吸引力によって帯電電極が回転する様子を示す図である。
【図４】上記帯電装置の試験を行うための帯電試験装置を示す概略構成図である。
【図５】上記図１に示す帯電装置の試験結果を示す図であって、帯電装置に印加する直流電圧と、帯電された電荷受容体の表面電位との関係を示す図である。
【図６】上記図１に示す帯電装置の試験結果を示す図であって、帯電電極に印加する直流電圧と帯電電極の回転速度の関係を示す図である。
【図７】パッシェンの法則から導かれる空隙張に対する放電開始電圧の関係を示す図である。
【図８】上記図１の帯電装置を用いて構成される画像形成装置の概略構成図である。
【図９】上記図８に示す画像形成装置を用いて得られた画像の例を示す図である。
【図１０】上記図１に示す帯電装置の設置場所を変化させた様子を示す図である。
【図１１】上記図１の帯電装置を用いて構成されるクリーナレスタイプの画像形成装置の概略構成図である。
【図１２】請求項２に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図１３】上記図１２の帯電装置に適用される帯電電極支持部材の他の形態を示す図である。
【図１４】上記図１２の帯電装置に適用される設定条件を説明する図である。
【図１５】請求項３に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図１６】上記図１５に適用される回転安定化部材の他の形状を示す概略構成図である。
【図１７】請求項５に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図１８】請求項４又は請求項５に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図１９】請求項６に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２０】請求項７に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２１】請求項８に記載の発明の一実施形態である帯電装置を表す概略構成図である。
【図２２】請求項９に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２３】請求項９に記載の発明の他の実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２４】請求項１０に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２５】請求項１１に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２６】請求項１２に記載の発明の一実施形態である帯電装置を示す概略構成図である。
【図２７】請求項１３および請求項１４に記載の発明の一実施形態である帯電装置および除電用帯電装置とそれらが組み込まれるタンデム型の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２８】請求項２に記載の発明のメカニズムを説明する図である。
【符号の説明】
１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１２１、
１３１、１４１、１５１電荷受容体
２、４２、５２、６２、７２、８２、９２、１０２、１１２、１２２、
１３２、１４２、１５２帯電電極
３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３、
１３３、１４３、１５３電極支持部材
４、４４、７４、８４、９４、１０４、１１４、１２４
１３４、１４４、１５４直流電源
４５、５５、６５、７０、７５、８５、９５、９８、１０５、
１１５回転安定化部材
１０帯電装置
１１表面電位センサー
１２表面電位計
１３除電ランプ
１４直流電源
２０、３０感光体
２１、３１露光装置
２２、３２現像装置
２３、３３用紙カセット
２４、３４用紙
２５、３５転写装置
２６、３６定着装置
２７クリーニング装置
２８、３８除電ランプ
２９、３９用紙パス
９６直流電源
９７交流電源
１０６レール
１０７可動部材
１０８支持棒
１１６印加電圧切替え装置
１２７、１２８、１３６枠体
１３７給電電極
１６１除電用帯電装置
１６２画像形成ユニット
１６３用紙
１６４用紙パス
１６５転写装置
１６６定着装置
１６７中間転写ベルト
１６８ロール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device that transfers charges to and from a predetermined charge acceptor. Specifically, the present invention relates to a device that charges the surface of a charged object such as a photosensitive member, and a photosensitive member such as a photosensitive member or an intermediate transfer member. The present invention relates to a charging device that is applied to an electrophotographic recording apparatus, an electrostatic recording apparatus, and the like that include a device that neutralizes charges accumulated in a static eliminator.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the image forming apparatus such as a copying machine or a printer that applies an electrophotographic process, for example, the above-described charging device, that is, specifically, a charging device or a charge eliminating device has been widely adopted.
In the above-described image forming apparatus, the surface of a charge receptor such as a photosensitive drum is charged by a charging device, and image exposure is performed to form an electrostatic latent image on the surface of the charge receptor, and the static electricity is formed by the adhesion of a developer. The electrostatic latent image is visualized to obtain a developed image, and the developed image is transferred to a recording paper or the like and fixed, thereby forming an image on the recording paper. Conventionally, as a charging device used in such an image forming apparatus, there are a non-contact charging method using corona discharge and a contact charging method using a charging roll using discharge in a minute gap.
[0003]
In a charging device using corona discharge, a wire is stretched close to and separated from the surface of a charge receptor in a shield case, and a high voltage is applied to the wire to generate a corona discharge. A charge is imparted. Such a charging device is excellent in charging uniformity, but ozone, NO _X Since a large amount of discharge products such as these are generated, it is necessary to cope with them, and there is a drawback that the apparatus is likely to be increased in size and cost. In addition, there is a possibility that the electrode wire is soiled by dust in the air, toner, discharge products, fuser oil, etc., and the resulting image becomes defective due to uneven charging.
[0004]
Therefore, recently, a contact charging method in which a charge electrode is directly brought into contact with a charge receptor to be charged has been studied. In this charging device, a conductive member having semiconductivity is disposed so as to contact the surface of a charge receptor, and a voltage is applied to the conductive member to generate a discharge in a minute gap near the contact portion. Is to do. Examples of the conductive member used in such a device include a roll shape and a brush shape. This method has the advantage that the amount of ozone generation is extremely low because corona discharge is not used. In addition, since it is in contact with the charge receptor, it is suitable for reducing the size and weight of the apparatus. At present, an image forming apparatus using a roll-type or brush-type charging device has been commercialized. In addition, a cleaning blade having a charging function (see JP-A-1-93760 and JP-A-2-282279) and a charging device comprising a film-like charging member (see JP-A-4-249270) ) Has been proposed, and research into practical use of various contact charging devices is underway.
[0005]
However, among the above contact charging devices, those using a conductive elastic roll require a roll support device and the like, which has a drawback that the structure tends to be complicated. In addition, in order to perform uniform charging, it is necessary to improve the adhesion with the charge acceptor to form a stable minute gap, and measures such as reducing the hardness of the rubber are required. Therefore, it is necessary to contain a large amount of process oil in the rubber, and this oil has a drawback that it easily transfers to the charge acceptor and adversely affects the image quality. On the other hand, in order to eliminate such drawbacks, there is a method of increasing the outer shape accuracy of the roll, but it is very difficult to increase the outer shape accuracy of the elastic body, which leads to an increase in cost such as a decrease in yield.
[0006]
Further, among the above charging devices, the one using a conductive brush is easier to make the contact uniform than the elastic roll, but it takes time to manufacture the brush and the brush sweep has uneven charging. There is a problem that it tends to appear in the image.
[0007]
Further, in the method in which the blade-shaped charging electrode is also used as the cleaning blade, it is difficult to achieve both the cleaning accuracy and the setting of the minute gap necessary for discharge, and it is difficult to perform uniform and good charging. Even if the cleaning function is not combined, since the charging device is always stationary with respect to the charge receptor, it is easy to accumulate dirt such as residual toner and external additives adhering to the charge receptor after transfer, There is a major drawback that image quality defects and abnormal discharge occur.
[0008]
On the other hand, in a film-like charging device (see, for example, JP-A-4-249270), it is easy to obtain a stable contact with a simple configuration as compared with other conductive members, and the cost of the member is low. Since charging is performed while being pressed against the body, the charging potential tends to become unstable due to frictional charging or vibration of the charging electrode. In addition, as with the blade-shaped charger, there is a problem that foreign matters such as toner adhere to the contact nip and the charging potential becomes non-uniform. As a means for improving such a problem, there is a method of applying a DC voltage in which an AC voltage is superimposed on the contact charging device. However, since the surface energy of the charge acceptor is increased, cleaning failure is caused. There arises a problem that the generation and the wear of the charge receptor become remarkable. In addition, there is a drawback that vibration corresponding to the AC frequency occurs in the film-like member, and charging noise is generated. Furthermore, there is a problem that charging efficiency is extremely low when a DC voltage superimposed with the above AC voltage is applied. For example, when calculating the energy consumption efficiency, the ratio of the electrostatic energy for charging the charge acceptor to the power consumption energy of the charger is 0.5% for Scorotron, and charging with a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage. The roll is 2.6%, and both are low in efficiency.
[0009]
In order to solve such problems as low charging efficiency and acceleration of deterioration of the charge acceptor, a charging device for charging the charge acceptor by applying a DC voltage by bringing the semiconductive electrode into contact with the charge acceptor. Has also been considered again. However, in such a method, although the energy consumption efficiency is as large as 27.3%, the charging potential is uniquely determined by the discharge start voltage and the resistance of the charging electrode. There is a disadvantage that the charged potential becomes non-uniform due to the environmental variation of the resistance. In particular, the polymer material used as the surface material of the charging electrode has a property that the variation in resistance is about 0.5 to 1 digit and fluctuates by about 2 digits depending on the temperature and humidity of the atmosphere. In addition, because the charging electrode is pressed against the charge receptor and contacted, dirt such as toner, discharge products, dust in the air, and paper dust can easily adhere to the surface of the charging electrode. Or unstable discharge occurs and image defects such as fog are likely to occur. This instability against dirt becomes particularly noticeable when a DC voltage is applied, and non-uniform charging due to a large amount of dirt is particularly unsuitable for an image forming apparatus aiming at high image quality. There are also some flaws.
[0010]
In order to avoid the above-described drawbacks, charging devices disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. Hei 4-232729 and Hei 5-72869 have been proposed.
This charging device uses a charging electrode in which a flexible film-like member is formed in a cylindrical shape, and is in contact with the charge receptor while being supported and bent so as to be in contact with the peripheral surface of the support roller. It is something to be made. The charging electrode is configured such that the peripheral surface thereof moves endlessly by the rotational driving of the support roller, and the moving direction is set to be the same direction at the contact portion with the charge receptor. In addition, a pressing member that presses the charging electrode against the peripheral surface of the support roller may be provided in order to stably contact the charging electrode with the support roller.
[0011]
Such a charging device has the advantage that frictional charging between the charging electrode and the charge receptor is minimized, and the occurrence of charging failure due to vibration can be eliminated. Furthermore, it is difficult for foreign matters such as toner to adhere, and the occurrence of uneven charging can be reduced. In addition, since the charging electrode rotates even if foreign matter adheres, it does not stay at the same position, and it is possible to avoid the occurrence of vertical streak-like image quality defects.
[0012]
However, since the above device is similar to the above-described various charging devices in that it contacts the charge receptor, charging failure occurs due to long-term use, and the same image quality degradation is caused. In particular, in a cleanerless image forming apparatus that does not use a cleaning device, it is rubbed against the charging device while non-transferred toner, discharge products, and the like remain attached to the charge receptor, which promotes adhesion of foreign matter on the surface of the charging device. A major problem occurs. Furthermore, in an IOI (Image On Image) image forming apparatus that superimposes a plurality of color images on a charge receptor and collectively transfers the image to paper, the image is disturbed when it comes into contact with the charge receptor. There is a fatal defect that the contact-type charging device including the above-mentioned device cannot be used.
[0013]
In order to solve such problems of the contact type charging device, charging devices disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-296174, 63-75760, and 1-292358 have been proposed.
In this charging device, a semiconductive flat plate or a curved plate is placed close to a charge receptor, and a discharge is generated in the minute gap to charge the charge receptor. Therefore, since the above-mentioned adverse effects caused by contact with the charge receptor can be prevented, it can also be used in a cleanerless image forming apparatus and an IOI image forming apparatus.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the charging devices described in JP-A-62-296174, JP-A-63-75760, and JP-A-1-292358 have the following problems.
In the above charging device, since the distance between the charging device and the charge acceptor is very close to 2000 μm or less, gap fluctuation due to slight eccentricity at the time of image formation and electric field impact at the start or end of image formation. As a result, the foreign matter on the charge receptor flies to the surface of the charging device. When the amount of deposits increases in this manner, there is a disadvantage that charging failure occurs as in the case of the contact type charging device.
[0015]
In order to avoid such inconveniences, the charging device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-194933 proposes a configuration in which a rotating roll is arranged in a non-contact manner to reduce the occurrence of charging failure due to foreign matter adhesion. . However, in a minute gap discharge to which a DC voltage is applied, if the distance at which the charge acceptor and the charging device surface are closest to each other fluctuates by 1 μm, the potential fluctuates by about 3 V. Therefore, the fluctuation width must be suppressed to several μm or less. Therefore, there is a fatal drawback that it is almost impossible to hold a roll having such a drive source with such accuracy.
[0016]
For this reason, it is also conceivable to apply a voltage in which an AC voltage is superimposed on a DC voltage instead of a DC voltage. However, since the damage to the charged body is large as described above, the life is extremely shortened, and it cannot be used at all in a cleanerless image forming apparatus.
[0017]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to achieve uniform and stable rotation by rotating the charging electrode while stably holding it in non-contact with the charge receptor. It is an object of the present invention to provide a charging device and a charging device that can perform charging or charge removal, and can provide stable image quality over a long period of time.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a charging device according to the invention described in claim 1 is formed in a cylindrical shape by a semiconductive material, and is opposed to a charge receptor whose surface moves in a non-contact manner, and in a circumferential direction. A charging electrode rotatably supported on the charging electrode, and a power source for applying a charging voltage to the charging electrode, and generating a discharge in a minute gap in the vicinity of the facing portion between the charging electrode and the charge receptor. As a result, the surface of the charge receptor is charged, and the electrostatic force generated between the charge receptor and the charging electrode causes the charging electrode to move in the circumferential direction as the surface of the charge receptor moves. It shall rotate.
[0019]
Such a charging device is supported so that the charging electrode faces the charge acceptor in a non-contact manner, and when a charging voltage is applied to the charging electrode, the charging electrode is generated between the charge accepting member and the charging acceptor. Due to the electrostatic force, the charge acceptor moves around in a certain direction. At that time, a substantially uniform minute gap is obtained between the charging electrode and the charge acceptor, and stable charging is performed. In addition, the electrostatic attractive force acting region where the charging electrode is close to the charge receptor is increased by the electrostatic force, and the discharge region holding an appropriate gap is widened, so that a sufficient charging potential can be obtained.
[0020]
The charging device according to a second aspect of the present invention is the charging device according to the first aspect, wherein the rotation is brought into contact with the outer peripheral surface of the charging electrode and the rotation is stabilized by restricting the displacement of the charging electrode. A charging device having a stabilizing member.
[0021]
In such a charging device, the rotation stabilizing member in contact with the outer peripheral surface of the charging electrode prevents the charging electrode from being excessively deformed due to centrifugal force or the like, and also stably keeps the state close to the charge receptor side. Power to keep is added. For this reason, rotation of the charging electrode is stabilized, and a uniform charging potential is obtained. Further, the degree of freedom with respect to the installation position of the charging electrode is increased. In addition, even when the straightness, roundness, etc. of the charging electrode are insufficient, power can be stably supplied, high accuracy is not required in manufacturing, and cost can be reduced.
[0022]
The charging device according to a third aspect of the present invention is the charging device according to the second aspect, wherein the rotation stabilizing member is a portion in contact with both end portions of the charging electrode, and the charging electrode toward the charge receptor side. It is a charging device characterized by having a shape that increases the force of pressing.
[0023]
In general, when a charging electrode made of a cylindrical thin member is used, if the charge receptor potential is uniformly neutralized in the axial direction, the charging electrode is charged when it is rotated by an electrostatic force between the charge receptor and the charge receptor. There is a tendency that deformation at both end portions of the electrode is larger than other portions. In particular, if the electrostatic force between the charging electrode and the charge acceptor is large, an appropriate gap between the charging electrode and the charge acceptor cannot be maintained due to the deformation of both end parts, and fogging on both sides of the paper due to uneven charging. It produces image quality defects. This tendency becomes more prominent as the hardness of the charging electrode is smaller. However, in the charging device of the present invention, since the pressing force to the charging electrode at both end portions of the rotation stabilizing member is set to be larger than that at the central portion, excessive deformation occurs at both end portions of the charging electrode. Can be prevented. For this reason, a uniform charging potential can be obtained, and occurrence of fog-like image quality defects can be prevented.
[0024]
A charging device according to a fourth aspect of the present invention is the charging device according to the second or third aspect, wherein the rotation stabilizing member has an endless peripheral surface, and is used for rotational movement of the charging electrode. The charging device is supported so as to be able to rotate in the circumferential direction.
[0025]
In such a charging device, since the rotation stabilizing member is installed to be rotatable in the circumferential direction, the charging electrode can be rotated more stably without hindering the rotation of the charging electrode. Further, it has an advantage that the surface of the charging electrode is hardly damaged.
[0026]
The charging device according to a fifth aspect of the present invention is the charging device according to the second, third, or fourth aspect, wherein the rotation stabilizing member is made of a conductive material, and the rotation stabilizing member is A charging device is characterized in that a charging voltage is applied to the charging electrode through the charging device.
[0027]
In such a charging device, since a charging voltage is applied via a rotation stabilizing member that is in contact with the outer peripheral surface of the charging electrode, partial unevenness and eccentricity of the charging electrode, eccentricity, film thickness, and straightness Even if the position of the charging electrode fluctuates due to unevenness or the like, the position of the rotation stabilizing member in contact with the charging electrode does not change, so the distance from the power supply unit to the discharge region can be kept substantially constant. For this reason, it becomes possible to suppress the fluctuation | variation of the resistance of a charging electrode, and generation | occurrence | production of the charging nonuniformity can be prevented. Further, by making the support member of the charging electrode insulative, variation in capacity between the charging electrode and the charge acceptor in the vicinity of the discharge region is reduced, and a more stable charging potential can be obtained.
[0028]
The charging device according to claim 6 is the charging device according to claim 5, wherein a position where the rotation stabilizing member abuts on the charging electrode is a facing portion between the charging electrode and the charge acceptor. The charging device is characterized in that the distances from both ends of the discharge region are set to be substantially equal.
[0029]
The charge acceptor is charged while passing through the discharge region facing the charging electrode. By setting the power feeding position of the rotation stabilizing member so that the distances from both ends of the discharge region are equal, It becomes possible to make the charge potential of the charge acceptor substantially constant when passing through the rear end portion of the battery. For this reason, the charging potential can be made more uniform.
[0030]
The charging device according to a seventh aspect of the present invention is the charging device according to the fifth aspect, wherein the rotation stabilizing member can change a contact position with the charging electrode in a circumferential direction of the charging electrode. The charging device is characterized in that it is supported as described above. That is, the power feeding position by the rotation stabilizing member is installed to be changeable in the circumferential direction of the charging electrode.
[0031]
In general, the charging property of the charging electrode is affected by the temperature or humidity in the vicinity of the charging device, so that the charging characteristics of the charge acceptor with respect to the applied voltage also change. In a low-temperature and low-humidity environment, air is less likely to be ionized and less charged than in a high-temperature and high-humidity environment. Therefore, when the same voltage is applied, the charge potential of the charge acceptor varies. For this reason, this environmental variation often has an adverse effect on image quality. Therefore, the present invention controls the position of the rotation stabilizing member so that the distance from the contact portion with the charging electrode to the discharge region is shortened in a low temperature and low humidity environment, and the surface resistance value of the charging electrode from the feeding position to the discharge region is reduced. Set to be smaller. Also, in a high-temperature and high-humidity environment, the position of the rotation stabilizing member is controlled so that the distance from the contact portion with the charging electrode to the discharge region is increased, so that the resistance value of the charging electrode from the feeding position to the discharge region is increased. Set to. This makes it possible to suppress a decrease in charging potential in a low-temperature and low-humidity environment and an increase in charging potential in a high-temperature and high-humidity environment, and to obtain a uniform and stable charging potential without being affected by environmental fluctuations. it can.
[0032]
The charging device according to an eighth aspect of the present invention is the charging device according to the fifth aspect, wherein a plurality of the rotation stabilizing members are provided in a circumferential direction of the charging electrode, and the power source A charging device characterized in that a voltage is applied by selecting one of the rotation stabilizing members.
[0033]
In such a charging device, for example, in a low-temperature and low-humidity environment, the rotation stabilization member is arranged such that the applied voltage is increased, the distance from the contact portion with the charging electrode to the discharge region is short, and the resistance of the charging electrode is reduced. Is used. On the other hand, in a high-temperature and high-humidity environment, a rotation stabilizing member is used in which the applied voltage is reduced, the distance from the contact portion with the charging electrode to the discharge region is long, and the resistance of the charging electrode is increased. In this way, the feeding position and the applied voltage can be selected according to temperature and humidity. For this reason, fluctuations in the charging potential due to environmental changes can be prevented, and a uniform and stable charging potential can be obtained. In addition, since there are a plurality of rotation stabilizing members, the rotation of the charging electrode is stabilized and a more uniform charging potential can be obtained.
[0034]
A charging device according to an embodiment of the present invention includes: a charging electrode formed in a cylindrical shape by a semiconductive material; a power source that applies a charging voltage to the charging electrode; and the charging electrode at a plurality of positions. And an electrode support means for supporting the charging electrode so that the surface of the charging electrode moves in a non-contact manner so as to be rotatable in a circumferential direction, and a facing portion between the charging electrode and the charge receptor. The surface of the charge acceptor is charged by causing a discharge in a minute gap in the vicinity, and the surface of the charge acceptor is moved by electrostatic force generated between the charge acceptor and the charged electrode. The charging device is characterized in that the charging electrode rotates in the circumferential direction.
[0035]
In such a charging device, the charging electrode can be regulated to an appropriate position by the electrode support means and can be rotated more stably, so that the charging electrode can be stably held close to the charge receptor side. it can. For this reason, a more uniform charged electrode can be obtained stably.
[0036]
A charging device according to a tenth aspect of the present invention is the charging device according to the ninth aspect, wherein the electrode support means is substantially uniform in a width direction of an outer peripheral surface of the charging electrode at a contact portion with the charging electrode. And a charging voltage is applied to the charging electrode from the power source via the brush.
[0037]
In the present invention, since the charging electrode is supported by the brush and supplied with power to the charging electrode via the conductive brush, the brush is in soft contact with the charging electrode, and damage to the charging electrode can be prevented. In addition, foreign matters and dirt attached to the surface of the charging electrode can be scraped off by the brush, and the state of the charging electrode can be kept good.
[0038]
The charging device according to an eleventh aspect of the present invention is the charging device according to any one of the first to tenth aspects, wherein the charging electrode includes an inner layer made of a material having a small electric resistance value and the inner layer. A charging device having a surface layer having a higher resistance.
[0039]
In such a charging device, when a voltage is applied to the charging electrode, a current flows through the low-resistance inner layer, and discharge occurs through the high-resistance surface layer in the proximity of the charging electrode and the charge receptor. appear. For this reason, even if the charging electrode vibrates and the distance from the power feeding position to the discharge region changes, stable discharge is possible, and fluctuations in the charging potential can be prevented. This is because the discharge is performed from the low-resistance inner layer through the high-resistance surface layer, so that the state is the same as when a capacitor is inserted, and there is an effect of smoothing high-frequency current fluctuations. .
[0040]
A charging device according to a twelfth aspect of the present invention is the charging device according to any one of the first to eleventh aspects, wherein the charging electrode is formed of a flexible film-like member in a cylindrical shape. It is a charging device characterized by being a thing.
[0041]
By using such a charging electrode in the form of a soft film, it is possible to reduce the external accuracy such as the straightness of the charging electrode, so that the manufacturing load can be reduced. Further, since the distance between the charging electrode and the charge acceptor can be easily changed by changing the applied voltage, there is also an advantage that it can be suitably coped with environmental changes such as temperature and humidity.
[0042]
A charging device according to a thirteenth aspect of the present invention is the charging device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the voltage applied to the charging electrode substantially equals the surface potential of the charge receptor. The charging device is characterized by being set to 0V.
[0043]
A charging device according to a fourteenth aspect of the present invention is the charging device according to any one of the first to twelfth aspects, wherein the charging electrode is a toner image formed on an image carrier by electrophotography. The charging is characterized in that the voltage applied to the charging electrode is set so that the surface potential of the transferred body is approximately 0V. Device.
[0044]
The charging device as described above functions as a charge eliminating device that removes the surface charge of a charge acceptor such as a photoreceptor or a transfer target such as an intermediate transfer member. There is a photostatic device as a device for neutralizing a charge acceptor such as a photoconductor. However, there is a drawback in that the photo fatigue is promoted and the life of the photoconductor is shortened when the photostatic discharge is performed. In the charging device of the present invention, since the charge is removed by discharging at a minute interval, such a drawback can be solved. In addition, depending on the properties of the charge receptor and the transfer target, a direct current voltage or a superimposed voltage of direct current and alternating current can be set as appropriate, and it is possible to eliminate static electricity efficiently with a simple configuration.
[0045]
The material of the charging electrode in the charging device according to the present invention may be any material as long as it has semiconductivity, such as polyester, polyamide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, polyvinylidene fluoride, Resin such as polyimide, PEN, PEK, PES, PPS, PFA, PVdF, ETFE, CTFE, or synthetic rubber such as silicone rubber, EPDM, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, urethane rubber, nitrile rubber, carbon black and metal What mixed conductive powder, such as powder and a metal oxide, can be used. Alternatively, a polar rubber such as epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, or EPDM rubber, or a semiconductive inorganic material such as titanium oxide or amorphous silicon may be formed on a substrate of an insulator by thin film or thick film deposition. However, polar rubber or the like has a high adhesion and a rough surface, so that a more uniform charging potential can be obtained by coating the surface with a low adhesion material or the like. In addition, it is also possible to suitably use a metal cylinder or the like that can not be used in the conventional contact type, but has high hardness but can be accurately produced. It can be suitably used by applying or vapor-depositing various materials.
[0046]
At this time, it is necessary to adjust the mixing amount of the conductive particles so as to obtain a preferable volume resistivity. ² Spark discharge easily occurs at Ω · cm or less. ¹¹ At Ω · cm or higher, dot-like charging failure is likely to occur. ^Three Ω · cm to 10 ^Ten It is desirable to use in the range of Ω · cm. In particular, 10 ^Four Ω · cm to 10 ⁷ With Ω · cm, the charging voltage applied to the charging device can be set to a relatively low level, and the potential fluctuation can be kept small when used on a high-speed machine with a process speed of 150 mm / sec or higher. Therefore, it is most preferable.
[0047]
The charging voltage applied to the charging electrode may be a DC voltage or a voltage obtained by superimposing a DC voltage on an AC voltage that is at least twice the charging start voltage. However, since a voltage obtained by superimposing an AC voltage on a DC voltage raises the surface energy of the charge receptor and the charging device, and further adversely affects the charge receptor, it is desirable to use a DC voltage.
[0048]
The charging electrode has a cylindrical shape, and a thickness of about 10 μm to 1 mm is preferably used. The optimum thickness varies depending on what is selected as the above-mentioned binder material, and the conditions (mainly weight) in which the rotation due to the electrostatic attraction force stops, but generally it can be said that the thinner the better. However, if the thickness is too thin, the manufacturing load becomes large and the durability is lowered. Therefore, as an approximate guide for the thickness, it is preferable to use the straightness, coaxiality, and Young's modulus as an index. According to the present invention, the Young's modulus is 500 [kg / cm. ² ] -10000 [kg / cm ² In the case of a soft electrode formed so that the straightness is 2 mm or less, it can be suitably used. Young's modulus is 10,000 [kg / cm ² In the above relatively hard electrode, the straightness may be 1 mm or less, preferably 0.5 mm or less, although it depends on the required charging uniformity and the straightness of the charge acceptor. However, the Young's modulus is a constant physical quantity even if the thickness is changed in the case of the same material, but from the viewpoint of actual hardness, in the case of the same material, it becomes softer as it is thinner. Therefore, referring to the above guideline, when the Young's modulus is large, flexibility can be obtained by reducing the thickness, and when the Young's modulus is small, durability can be improved by increasing the thickness.
[0049]
As a method of supplying the charging voltage to the charging electrode, it is possible to use a support member held in the charging electrode, as will be described later. Alternatively, power is supplied so as to contact the outer peripheral surface of the charging electrode. An electrode may be provided.
The power supply electrode material for supplying the charging voltage to the charging electrode may be any material as long as it has conductivity. For example, polyester, polyamide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, polyvinylidene fluoride, polyimide, PEN , PEK, PES, PPS, PFA, PVdF, ETFE, CTFE, etc., or synthetic rubbers such as silicone rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, urethane rubber, nitrile rubber, and conductive materials such as carbon black and metal powder Can be used. Alternatively, a polar rubber such as epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, or EPDM rubber, or a semiconductive inorganic material such as amorphous silicon may be deposited on an insulating substrate by thin film or thick film deposition. However, since polar rubber and the like have high adhesion, it is necessary to devise a method of coating the surface with a low adhesion material or the like. Furthermore, the polymer material is not limited to the above, and for example, metals such as SUS, aluminum, and brass, and conductive liquids such as water, alcohol, and liquid metals can be used. However, when a conductive liquid is used, a mechanism for preventing the liquid from adhering / scattering to the charging electrode or the like or evaporating is necessary.
[0050]
The shape of the power supply electrode may be any shape as long as it can contact the surface or back surface of the charging electrode. For example, sponge, fiber, felt, rubber, non-woven fabric, foam, brush, web, blade, paddle, gel For example, a block body made of resin, metal, or the like, a rotating body such as a roll, or a brush-like member that reciprocates is preferably used. However, depending on the shape of the charging device, it may be desirable that the pressure at the contact portion is small so as not to impair the rotational force due to the electrostatic attractive force, and brushes, felts, nonwoven fabrics, sponges, rolls, etc. are preferably used.
[0051]
If the resistance value of the feeding electrode is basically smaller than the resistance value of the charging electrode, its function can be sufficiently achieved. However, in consideration of changes in the resistance value due to environmental changes and changes with time, more stable power feeding can be performed when the resistance value is as small as possible. In this experiment, 10 ^Three When adjusted to Ω · cm or less, the most stable result is obtained, but it is not particularly limited to this range.
[0052]
As an image forming apparatus in which the charging device according to the present invention is incorporated, a black and white, a color copying machine, a printer, and the like equipped with a conventional photoconductor (charged body) cleaning device are suitable. Further, the present invention can be suitably used even when a cleanerless image forming apparatus not provided with a cleaning device or a pseudo cleaning device is provided. Furthermore, the toner images are superposed one after another on the photoconductor, and finally used as a charging device and a charge eliminating device (including charging / discharging of toner on the photoconductor) in an IOI process for transferring them to paper at the end. be able to.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 1, FIG. 1 (a) is a sectional view, and FIG. 1 (b) is a side view. Hereinafter, this is referred to as a first embodiment.
The charging device 10 is supported at a position facing the charge receptor 1 movable in a certain direction, and is a charging device formed in a cylindrical shape so that a semiconductive thin-walled member has a peripheral surface that can be moved endlessly. It has an electrode 2 and a cylindrical electrode support member 3 which is inserted into the charging electrode 2 and supports the charging electrode 2 so as to be close to the charge receptor 1 with a substantially equal distance in the longitudinal direction. . Further, the electrode support member 3 is connected to a power source 4 so that a charging voltage is applied to the charging electrode 2 through the electrode support member.
[0054]
The charge acceptor 1 has a structure in which, for example, a photoconductive layer 1b is laminated on a cylindrical conductor substrate 1a, and the conductor substrate 1a is electrically grounded. The surface of the charge acceptor 1 is charged by causing a discharge in a minute gap near the contact portion with the charging electrode 2.
[0055]
The charging electrode 2 is formed so that the circumference of the film-like member is larger than the circumference of the electrode support member 3 and is slightly deformed by its own weight when no voltage is applied, but has a shape close to a perfect circle. It has become. However, as shown in FIG. 2 (a), when a voltage is applied to the charging electrode 2, an electrostatic force is generated between the charging electrode 2 and the electrode support member 3, and as shown in FIG. 2 (b). The shape is such that it is pulled slightly toward the charge receptor 1. Due to this electrostatic attraction force, the charging electrode 2 is always given a force to approach the charge receptor 1, so that it rotates following the rotation of the charge receptor 1. Although the operation of the charging electrode 2 will be described later, the more the soft charging electrode is used, the larger the bending becomes, and the metal thin cylinder having high hardness hardly deforms. However, since the electrostatic attraction force is a physical quantity that depends on the distance between the charge receptor 1 and the charging electrode 2, any electrode can be stabilized by appropriately adjusting the distance according to the hardness of the charging electrode 2. Can be rotated.
[0056]
As the cylindrical member constituting the charging electrode 2, a semiconductive member obtained by applying the above-mentioned semiconductive material to a metal cylinder having a thickness of about 30 to 200 μm is used. This cylindrical member is formed, for example, by mixing conductive particles such as carbon black in a film such as polyester, polyamide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, and polyvinylidene fluoride, and has a preferable volume resistivity. In this way, the mixing amount of the conductive particles is adjusted. At this time, the volume resistivity is 10 ² Spark discharge easily occurs at Ω · cm or less. ¹¹ At Ω · cm or more, dot-like charging failure is likely to occur. ^Three -10 ^Ten It is desirable to use in the range of Ω · cm. Especially 10 ^Three -10 ⁷ In Ω · cm, the charging voltage to be used can be set relatively low, which is preferable in terms of saving power consumption.
[0057]
The electrode support member 3 has a peripheral surface made of a conductive material so as to supply power to the charging electrode 2. For example, a metal such as aluminum or SUS, or a volume resistivity equal to or less than the volume resistivity of the charging electrode 2. Conductive polymer material formed so as to be, for example, polyester, polyamide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, polyvinylidene fluoride, polyimide, PEN, PEK, PES, PPS, PFA, PVdF, ETFE, CTFE and other resins Alternatively, synthetic rubber such as silicone rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, urethane rubber, and nitrile rubber mixed with conductive powder such as carbon black or metal powder can be used. Alternatively, a polar rubber such as epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, or EPDM rubber, or a semiconductive inorganic material such as amorphous silicon may be deposited on an insulating substrate by thin film or thick film deposition. The electrode support member 3 is provided slightly longer than the total length in the longitudinal direction of the charging electrode 2 as shown in FIG. 1B, and is fixedly supported in the charging device so as not to rotate.
[0058]
The power source 4 can apply a DC voltage to the charging electrode 2 in the charging process of the charge receptor 1. Further, as indicated by a dotted line in the figure, a voltage obtained by superimposing an alternating current on a direct current may be applied. The applied voltage of the power supply 4 will be described later.
[0059]
In such a charging device, when a predetermined voltage is applied from the power source 4 to the charging electrode 2 through the conductive electrode support member 3, the charging electrode 2 is connected to the electrode support member 3 as shown in FIG. Is attracted toward the electrode support member 3 by the electrostatic force generated in the electrode. The charging electrode 2 is rotated by the electrostatic force generated between the charging electrode 1 and the charge receptor 1 as the charge receptor 1 moves in a certain direction. At this time, the charging electrode 2 is supported by the electrode support member 3 and receives a substantially constant electrostatic attraction force in the longitudinal direction. Therefore, the charging electrode 2 is slightly swollen in the moving direction in the vicinity of the point close to the charge receptor 1. It becomes. A predetermined voltage is applied to the charging electrode 2 from the power source 4, and discharge occurs in a minute gap in the vicinity of the vicinity of the charging electrode 2 and the charge receptor 1, resulting in air ionization. If the negative polarity side of the power source 4 is connected to the electrode support member 3, negative ions or electrons flow to the charge acceptor 1 side and charge them, and the positive ions reach the charged electrode 2 side and neutralize. Is done.
[0060]
As described above, in the charging device, a uniform minute gap is obtained between the charging electrode and the charge receptor, and stable charging is performed. Further, as shown in FIG. 3, the electrostatic attractive force acting region where the charging electrode 2 is close to the charge receptor 1 is increased by the electrostatic force, and the discharge region holding an appropriate gap is widened, thereby obtaining a sufficient charging potential. be able to. Furthermore, by using a semiconductive member for the charging electrode 2, it is possible to prevent an excessive current from flowing to any part of the air gap, and the charge receptor 1 can be uniformly charged. Become. In FIG. 3, in order to explain the action of the electrostatic attraction force, the charging electrode 2 is shown to be greatly bent. However, the amount of bending differs depending on the hardness of the charging electrode 2, and the metal of this embodiment is shown in FIG. It is clear that the thin cylinder hardly bends.
[0061]
Next, a result of conducting a charging test of the charging device using a charging test device as shown in FIG. This charging test apparatus has a surface potential sensor 11 that detects the potential of the surface of the charge receptor 1 and a static elimination lamp 13 that neutralizes the surface around the charge receptor 1, and the surface potential sensor 11 has a surface potential. A total of 12 are connected. The charging device 10 of the present embodiment is disposed upstream of the surface potential sensor 11 in the rotation direction of the charge receptor 1, and the charging electrode 2 is supported so as to be close to the surface of the charge receptor 1. A DC power supply 14 is connected to the electrode support member 3 so that a DC charging voltage is applied. The DC power source 14 can arbitrarily change the voltage, and the surface potential of the charge acceptor 1 that changes in accordance with the voltage is measured by the surface potential meter 12.
[0062]
The charging electrode 2 is made of a polyvinylidene fluoride paint and an acrylic paint and has a volume resistivity of 10 respectively. ^Five Ω · cm, 10 ⁷ Similar volume resistivity by dipping a 100 μm thick hollow thin cylindrical SUS formed to be Ω · cm and a-Si deposited on a hollow thin cylindrical glass with a thickness of 1 mm. What was formed so that it might become was used. The diameter of the charging electrode 2 was 12.5 mm, and an Φ10 aluminum column was used as the electrode support member 3.
[0063]
FIG. 5 shows the relationship between the applied voltage and the surface potential of the charge receptor 1 when a DC voltage is applied to the charging electrode 2 in a charging test using the above-described charging test apparatus. In this figure, when a DC voltage of 0 to -2000V is applied from the DC power source 14, the surface potential of the charge receptor 1 starts to rise from an applied voltage of about -1000V and reaches about -1000V at an applied voltage of -2000V. It was confirmed. During this time, no abnormal discharge was generated by the charging device 10. In addition, regarding the combination of the material and dimensions of the charging electrode 2 or the dimensions of the electrode support member 3, good results were obtained in all the above cases.
[0064]
Further, when the rotation speed of the charging device 2 was measured when the charge receptor 1 was rotating, as shown in FIG. 6, when the applied voltage was increased, the charging electrode 2 was charged at about −300V. 1 started to rotate, and the rotation became unstable up to about −500 V, and stationary and rotation were repeated irregularly. When the applied voltage was further increased, it started to rotate stably from around −800 V, and thereafter, good rotation at a constant speed was obtained. That is, it was confirmed that when an appropriate applied voltage was set, rotation was stabilized by the electrostatic force with the charge receptor 1 and uniform charging was performed. In the above test, the rotation speed of the charging electrode was determined by an average value for 10 rotations of the charge receptor. Such a charging device has an advantage that the device can be miniaturized because a special mechanism for rotating the charging electrode 2 is not required.
[0065]
Further, as indicated by the generally known Paschen's equation, the discharge start voltage is a function of the gap length, and the discharge start voltage increases as the gap length increases. FIG. 7 shows this relationship. For example, when the charging electrode 2 is in contact with the charge receptor 1, the discharge start voltage is about −600 V, but when the gap length is 0.1 mm, the discharge start voltage is about −1000 V. Therefore, when discharging is performed with the same applied voltage, the charging potential decreases as the charging electrode 2 moves away from the charge receptor 1. Therefore, it can be said that it is better to arrange them as close as possible from the viewpoint of lowering the applied voltage. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, since the charging start voltage is −1000 V, it can be said from FIG. 7 that the gap between the charging electrode 2 and the charge acceptor 1 is about 0.1 mm. This gap is not particularly limited to this distance, and it has been experimentally confirmed that substantially the same charging uniformity can be obtained even when the gap is about 2 mm apart.
[0066]
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus to which the charging device 10 is applied. The image forming apparatus includes a photoconductor (charge acceptor) 20 on which a latent image is formed by irradiating image light after uniform charging, and the surface of the photoconductor 20 is charged around the photoconductor 20. In addition to the charging device 10 of the embodiment, the exposure device 21, the developing device 22, the transfer roller 25, the cleaning device 27, and the charge removal lamp 28 are included. The apparatus further includes a paper cassette 23 for storing paper 24, a fixing device 26 for fixing a toner image, and the like.
[0067]
In such an image forming apparatus, after the photosensitive member 20 is charged to a predetermined potential by the charging device 10, a laser beam corresponding to the image information is irradiated by the exposure device 21, and an electrostatic latent image is formed on the surface of the photosensitive member 20. Is formed. The electrostatic latent image is developed by the developing device 22, and a visible image is formed by the adhesion of toner. Further, the paper 24 is conveyed from the paper cassette 23 along the paper guide 29 between the photoconductor 20 and the transfer roller 25, and the toner image is transferred onto the paper 24 by the transfer roller 25. The transferred toner image is fixed by the fixing device 26 to form one copy image. On the other hand, as the photosensitive member 20 rotates, the toner remaining on the photosensitive member 20 is cleaned by the cleaning device 27, and the surface of the photosensitive member 20 is discharged by the discharging lamp 28, and then the charging process by the charging device 10 is started again. The voltage applied to the charging device 10 in the above process is set to a DC voltage of -1400 V or a voltage in which an AC component of a peak-to-peak voltage of 2100 V is superimposed on a DC component of -400 V, whereby the charge receptor 1 The charging potential is about −400V. When a print image was formed using such an image forming apparatus and the reliability test of the charging device 10 was performed, a good image with uniform charging potential and no image quality defect was obtained as shown in FIG. It was confirmed that it was obtained.
[0068]
Next, in order to investigate the influence of the positional relationship between the charge receptor 1 and the charging device 10 on the charging characteristics, the charging device 10 is installed at four positions around the charge receptor 1 as shown in FIG. Then, the same charging test and copying test as described above were performed for each of them. As a result, the rotation of the charging electrode 2 becomes unstable when it is arranged on the side of the charge receptor 1 as shown in (b) or (d) or when it is arranged below as shown in (c). It was. In particular, in the position (c), the power feeding failure was remarkable, and horizontal black lines were generated at intervals of the circumferential length of the charging electrode 2 as shown in FIG. On the other hand, when arranged upward as shown in FIG. 10A, the feeding is stabilized and the rotation of the charging electrode 2 is also stabilized, so that a good image free from image quality defects was obtained.
[0069]
Although the charging device 10 is applied to the image forming apparatus as shown in FIG. 8, for example, the charging device may be integrated with a toner cartridge or the like so as to be detachably supported by the image forming apparatus. As a result, if the used cartridge is collected and only the charging electrode 2 is replaced at the factory, the charging device can be reused, which is effective for recycling and cost reduction.
[0070]
Further, as shown in FIG. 11, the charging device 10 can be similarly applied to a cleanerless image forming apparatus that does not use a cleaning device. The process of this image forming apparatus is almost the same as that of FIG. 8 described above, but the untransferred toner remaining on the charge receptor 30 passes through the charging device 10 as it is and is collected by the developing device 32. Alternatively, non-transferred toner is reduced as much as possible by performing transfer close to 100% by the transfer device 35. In such an image forming apparatus, from the viewpoint of adhering foreign matter, the one that is disposed in a non-contact manner on the photosensitive member 30 like the charging device shown in the present embodiment is most suitable. By applying the present invention, Compared to the charging device conventionally used in the scorotron, it can be said that there are great advantages such as low cost, ozoneless, small size, and low voltage.
[0071]
12 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 2, FIG. 12 (a) is a sectional view, and FIG. 12 (b) is a side view.
In addition to the charging device 10 shown in FIG. 1, the charging device has a rotation stabilizing member 45 supported above the electrode support member 43 at a predetermined interval. The rotation stabilizing member 45 has a substantially uniform rectangular cross section in the longitudinal direction (a direction substantially perpendicular to the traveling direction of the charge receptor), and comes into contact with the outer peripheral surface of the charging electrode 42 to cause the charging electrode 42 to move. Lightly press toward the charge acceptor side. As a material for forming the rotation stabilizing member 45, a soft material, a material having high smoothness, a material having a small surface energy, or the like is desirable. For example, a sponge in which polyethylene, polyurethane, silicone or the like is foamed is used. In addition, those made of an elastic material such as felt, brush, foam, and nonwoven fabric are preferably used, but are not limited thereto. For example, a block body made of rubber, gel, blade, paddle, resin, metal or the like, a rotating body such as a roll, or a member that reciprocates is also preferably used. Examples of the material for the brush include polymer materials such as rayon, acrylic, nylon, polypropylene, and polyethylene terephthalate. The rotation stabilizing member 45 made of these materials is supported at a position so as not to press the charging electrode 42 against the electrode support member 43 and to contact the outer peripheral surface of the charging electrode 42. The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0072]
In such a charging device, when a voltage is applied to the charging electrode 42, the charging electrode 42 is further brought closer to the electrode supporting member 43 due to the electrostatic attraction generated between the charging electrode 42 and the charge receiving member 41. Is pulled in the moving direction of the charge receptor 41. At the same time, the rotation stabilizing member 45 in contact with the outer peripheral surface of the charging electrode 42 prevents the charging electrode 42 from being deformed excessively by centrifugal force or the like, and is in a state of being stably close to the charge acceptor 41 side. The power to maintain At this time, as shown in FIG. 12A, the force applied to the charging electrode 42 is a force F that tries to rotate along the charge acceptor 41 by the electrostatic attractive force with the charge acceptor 41. _E And a frictional force F acting between the charging electrode 42 and the electrode support member 43. _H And the frictional force F acting between the rotation stabilizing member 45 _S The direction of each force is as shown in the figure. Therefore, F _S And F _H F rather than sum _E Is larger, it can be seen that the charging electrode 42 rotates. In fact, F _E Depends on the voltage value and distance applied to the charging electrode 42, and F _H Depends on the surface state of the electrode support member 43 and the charging electrode 42, so that the applied voltage, the distance between the charging electrode 42 and the charge acceptor 41 when the voltage is applied, and the setting conditions of the electrode support member 43 and the charging electrode 42 are equal. It can be seen that the material and position of the rotation stabilizing member 45 may be set so as to satisfy the above relationship.
[0073]
In such a charging device, it was confirmed that the rotation stabilizing member 45 abuts on the charging electrode 42 to stabilize the rotation of the charging electrode 42 and obtain a uniform charging potential. In addition, it was confirmed that stable charging is performed regardless of the position around the charge receiver 41 where the charging device is arranged. Furthermore, even when the charging electrode 42 has insufficient straightness, roundness, etc., power can be stably supplied, and high accuracy is not required in manufacturing, and cost reduction can be realized. Further, even when a superimposed voltage of direct current and alternating current, in which rotation is likely to be unstable as compared with the direct current voltage, is applied, stable charging can be performed, and at the same time, the charge acceptor 41 is kept in non-contact. Therefore, there is an effect that the charging noise can be reduced.
[0074]
FIG. 13 is a perspective view showing an electrode support member 53 used in a charging device according to another embodiment of the invention described in claim 2.
This charging device has a rib-like electrode support member 53 in which cylindrical members are arranged on the support shaft 53a at equal intervals instead of the electrode support member 43 used in the charging device shown in FIG. The electrode support member 53 is a member in which the peripheral surface of the cylindrical member and the charging electrode are in contact with each other when a voltage is applied, and is set so that the contact area with the charging electrode is smaller than that of the charging device shown in FIG. Has been. As the material of the electrode support member 53, aluminum, EPDM, and fluororesin mixed with conductive carbon black powder or the like were used so that the volume resistivity was smaller than that of the charging electrode. The material of the electrode support member 53 is not limited to these three types, and the various conductive materials described above can be used. The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0075]
In such a charging device, in order to grasp the effect of the shape and material of the electrode support member 53, the results of evaluation by changing the size and installation position of the rotation stabilization member are shown. As shown in FIG. 14, the width (length in the moving direction of the charging electrode) C of the rotation stabilizing member was set to three types of 2 mm, 4 mm, and 6 mm. In addition, the installation position has three stages: a distance a between the circumferential surface of the rotation stabilization member 55 and the electrode support member 53; and a distance b between the center line of the rotation stabilization member 55 and the center line of the electrode support member 53. Changed to. A polyurethane foam was used as the material of the rotation stabilizing member 55. For comparison, the same experiment was performed on the cylindrical shape of the electrode support member as shown in FIG. 12 in addition to the rib-shaped support member of the present embodiment.
[0076]
Table 1 shows the results of conducting a charge test and a print test for each.
(The following margin)
[Table 1]

[0077]
In this table, when comparing the aluminum rib roller and the aluminum roller, the size and installation position of the rotation stabilizing member can be determined by using the aluminum rib roller.
It was confirmed that the range in which good results can be obtained is widened. In addition, even when a fluorine resin roller having high lubricity was used, the same effect as that of the aluminum rib roller was recognized. On the other hand, when an EPDM roller having a large friction is used, the settable range of the rotation stabilizing member becomes narrow, and it is understood that the setting must be performed strictly. From the above results, it was confirmed that by reducing the frictional force between the charging electrode and the electrode support member, the range in which good results can be obtained by providing the rotation stabilizing member is widened, and stable charging is performed. . Furthermore, the rotation stabilization member is installed on the right side in FIG. 14 (front side in the table) with respect to the center line of the support member, thereby improving the rotation stability of the charging electrode and obtaining a more uniform charging potential. all right. In this case, the charging electrode is not sandwiched between the electrode support member and the rotation stabilizing member, but may be disposed so as to prevent the charging electrode from jumping upward due to rotation.
[0078]
FIG. 15A is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 3, and FIG. 15B shows a rotation stabilizing member 65 used in the charging device. It is a schematic perspective view.
In this charging device, instead of the rotation stabilizing member 45 used in the charging device shown in FIG. 12, the thickness T1 at both ends in the longitudinal direction is made larger than the thickness T2 at the center, and both ends protrude. A rotation stabilizing member 65 formed as described above is provided. The rotation stabilizing member 65 is supported so that the protruding portions at both ends abut against both ends of the charging electrode 62, and the effect of pressing the charging electrodes 62 at both ends against the charge receptor 61 is more effective than the central portion. Is also set to be large. As the material of the rotation stabilization member 65, the same material as the rotation stabilization member 45 shown in FIG. 12, such as a foaming material, can be used, and a combination of a foaming member having a different thickness or a material having a different hardness is combined. May be used.
[0079]
In the present embodiment, the conditions for the rotation stabilizing member 65 are set as follows.
Rotation stabilization material: urethane foam
Gap with the electrode support member 63 at the center: 0.75 mm
Gap with electrode support member 63 at both ends: 0.25 mm
Rotation stabilizing member width W: 4 mm
Thickness T1 at both ends of the rotation stabilizing member: 2.5 mm
Thickness T2 at the center of the rotation stabilizing member: 2 mm
The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0080]
Next, the operation of such a charging device will be described. In general, when a charging electrode made of a thin cylindrical member is used, when the charge receptor potential is uniformly neutralized in the axial direction, the charging electrode rotates by electrostatic force between the charge receptor and the charge receptor. The deformation of both end portions of the charging electrode tends to be larger than the other portions. In particular, if the electrostatic force between the charging electrode and the charge acceptor is large, an appropriate gap between the charging electrode and the charge acceptor cannot be maintained due to the deformation of both end parts, and fogging on both sides of the paper due to uneven charging. An image quality defect may occur. This tendency becomes more prominent as the hardness of the charging electrode is smaller. However, in the charging device of the present embodiment, since the effect of pressing the charging electrode 62 at both end portions of the rotation stabilizing member 65 is set to be larger than that at the central portion, excessive deformation is caused at both end portions of the charging electrode 62. Can be prevented from occurring. For this reason, a uniform charging potential can be obtained, and occurrence of fog-like image quality defects can be prevented.
[0081]
When a print test was performed using such a charging device, it was confirmed that a fog-like image quality defect did not occur on both sides of the paper, and an image with good image quality was obtained. Although a foaming member is used for the rotation stabilizing member 65, various materials and shapes described in the embodiment shown in FIG. 12, such as a brush-like member, can also be used. The same effect can be obtained. Particularly in the case of a brush, two types of brush members having different lengths of bristle feet may be combined.
[0082]
FIG. 16 is a schematic perspective view showing a rotation stabilizing member 70 used in a charging device according to another embodiment of the invention described in claim 3.
Unlike the rotation stabilization member 65 shown in FIG. 15, the rotation stabilization member 70 is set to have a width (length in the rotation direction of the charging electrode) W1 at both ends longer than the width W2 at the center, thereby stabilizing the rotation. The contact area between the member and the charging electrode is made wider at both end portions than at the central portion of the charging electrode. At the same time, the thickness T1 at both ends in the longitudinal direction is made larger than the thickness T2 at the center, and both ends are formed to protrude. In the present embodiment, the thickness of the rotation stabilization member 70 is set to 2.5 mm for T1 and 2 mm for T2, and the width is set to 8 mm for W1 and 4 mm for W2. The material of the rotation stabilization member 70 can be the same as that of the rotation stabilization member 65 shown in FIG. 15, and a foaming member having a different length and thickness may be combined. The configuration of the charging device to which the rotation stabilizing member 70 is applied is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0083]
Also in such a charging device, the effect of pressing the charge receiver at both ends of the charging electrode can be made larger than that at the center, and the occurrence of fog-like image quality defects at the end of the sheet can be prevented. Also, there is an effect of preventing the lateral displacement of the charging electrode, and stable charging can be performed. When a print test was performed for the case where such a rotation stabilizing member 70 was used, it was confirmed that an image with good image quality was obtained. For comparison, when a print test was performed using a rotation stabilization member with the same pressing force or contact width at both ends as in the center, and the width of the charging electrode was not too large compared to the width of the paper In this case, a slight horizontal stripe-shaped fog occurred on both sides of the paper.
[0084]
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 5.
This charging device includes a cylindrical electrode support member 73 made of an insulating material and a plate-like rotation stabilization member 75 made of a conductive material. A power source 74 is connected to the rotation stabilization member 75. It is connected. The shapes of the electrode support member 73 and the rotation stabilization member 75 are the same as those shown in FIG. 12, and other configurations of the charging device are the same as those of the charging device shown in FIG.
[0085]
When a print test was performed using such a charging device, it was confirmed that a good image was obtained as described above. Furthermore, since the electrode support member 73 does not need to contain conductive powder such as carbon, the frictional force with the charging electrode 72 can be further reduced, and the charging electrode can be rotated more stably. There is also an advantage.
[0086]
Further, it has been found that when the power is supplied from the outside of the charging electrode, the unevenness of the charging potential is improved and particularly the high frequency noise-like unevenness is almost eliminated. The mechanism of this effect according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
That is, in the case of the charging device shown in FIG. 1, since the charging electrode is rotated by the electrostatic attractive force with the charge receptor, the charging electrode has partial unevenness in rigidity, eccentricity, film thickness, unevenness in straightness, etc. As a result, as shown by a solid line and a broken line in FIG. 28A, the position of the charging electrode changes, and the power feeding part in the vicinity of the discharge region changes from C to D. For this reason, the resistance value viewed from the discharge region changes, and the potential unevenness increases. In addition, since the charging electrode in the vicinity of the discharge region and the conductive electrode support member are attached to or separated from each other, the gap between the two fluctuates in the range of the vertical line shown in FIG. Will occur. As a result, high-frequency noise is further increased. However, in this embodiment, since the voltage is applied from the outside of the charging electrode, the distance from the power feeding unit to the discharge region can be kept almost constant, and the resistance variation can be suppressed. Further, by making the electrode support member insulative, it is possible to reduce the variation in capacity in the vicinity of the discharge region. For the above two reasons, a more stable charging potential can be obtained.
[0087]
18A and 18B are schematic configuration diagrams showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 4 or claim 5, wherein FIG. 18A is a sectional view, and FIG. 18B is a side view. is there.
This charging device is supported at a position facing the charge acceptor 81 that can move in the direction of the arrow in the figure, and the charging electrode that is formed in a cylindrical shape so as to have a peripheral surface that can move the semiconductive member endlessly 82, and a cylindrical electrode support member 83 that is inserted into the charging electrode 82 and supports the charging electrode 82 so as to contact the charge receptor 81. Further, a rotation stabilization member 85 that also serves as a power feeding electrode connected to the DC power source 84 is installed, and is arranged so that the charging electrode 82 is sandwiched between the electrode support member 83.
[0088]
The charging electrode 82 and the electrode support member 83 are the same as those in the embodiment shown in FIG. 1, and the charging electrode 82 is rotated in the direction of the arrow in the drawing while being close to the charge receptor 81 by the electrostatic attraction force. Yes. The rotation stabilizing member 85 has a volume resistance of 10 by dispersing carbon in EPDM. ^Three A conductive rubber roll formed to be about Ω · cm, with a metal shaft inserted in the center, installed so that it follows the charging electrode 82 with force F in the direction of the arrow shown in the figure. Has been. In order to stabilize the rotation of the charging electrode 82, the magnitude of the force F should be smaller than the electrostatic attractive force acting between the charging electrode 82 and the charge acceptor 81.
[0089]
When such a charging device was used to perform a charging test using the charging test device shown in FIG. 4, good results were obtained as in the first embodiment. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained. In addition, since the rotation stabilizing member 85 is made of a conductive rubber material, the rotation stabilizing member 85 can be softly contacted with the charging electrode, so that the electrode surface is hardly damaged. Further, since the rotation stabilizing member is installed to be freely rotatable, even if the charging electrode 82 is sandwiched between the support member 83 and the rotation of the charging electrode 82 is not hindered, the rotation stabilizing member is more stable. It turned out that there was also an advantage that it was possible to rotate.
[0090]
In the present embodiment, a roll formed by dispersing carbon in EPDM is used, but it is of course not limited to this configuration, and has been used in previous examples such as metal and brush rolls. Various materials and shapes can be used. In this experiment, a charging voltage is supplied from the surface of the charging electrode 82. As in the charging device shown in FIG. 1, the electrode support member 83 is molded using a conductive material, and the charging electrode 82 It is clear that the same effect can be obtained even if power is supplied from the inner surface.
[0091]
FIG. 19A is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 6.
This charging device has substantially the same configuration as the charging device shown in FIG. 17, but the position of the rotation stabilizing member 95 that also serves as power feeding is different, and the discharge start position A between the charging electrode 92 and the charge acceptor 91 is different. ₁ Distance in the circumferential direction from the discharge stop position A ₂ The rotation stabilizing member 95 is supported so as to come into contact with the charging electrode 92 at a position that is substantially equal to the circumferential position from. The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0092]
In such a charging device, the charge acceptor 91 is positioned opposite the charging electrode 92 at the discharge start position A. ₁ To discharge stop position A ₂ Is charged while passing through the discharge start position A ₁ And discharge stop position A ₂ By making the circumferential distance from the rotation stabilization member 95 substantially equal to the discharge stop position A ₂ The surface potential of the charge acceptor 91 when passing through can be made substantially uniform. For this reason, it becomes possible to more reliably prevent fluctuations in the charging potential.
[0093]
Further, as in the charging device shown in FIG. 19B, a voltage obtained by superimposing the AC power source 97 on the DC power source 96 is applied to the rotation stabilizing member 98, and the discharge start position B ₁ Distance in the circumferential direction from the discharge stop position B ₂ It is also possible to adopt a configuration in which the rotation stabilization member 98 is in contact with the charging electrode 92 at a position where the distance in the circumferential direction is substantially equal. As the voltage applied from the power supplies 96 and 97, for example, a voltage obtained by superimposing a sine wave having a peak-to-peak voltage of 2.1 kV and a frequency of 400 Hz as an AC component on a DC component of −400V is set. As a result, even when a voltage in which alternating current is superimposed on direct current is applied, the charge potential of the charge receptor 91 when passing through the discharge stop position B2 can be made substantially uniform, and fluctuations in the charge potential can be prevented. it can.
With the above configuration, a constant voltage can always be applied even when the surface resistance value of the charging electrode 92 varies partially, so that a stable charging potential can be obtained. be able to.
[0094]
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 7.
In this charging device, the contact position with the charging electrode 102 can be moved in the circumferential direction of the charging electrode instead of the fixed power supply electrode rotation stabilizing member 75 used in the charging device shown in FIG. A held roll-shaped power supply electrode 105 is provided.
[0095]
The rotation stabilizing member 105 is connected to a movable member 107 via a support bar 108 above the charging electrode 102, and the movable member 107 slides on a rail 106 fixedly supported in the apparatus. As a result, it moves on the peripheral surface of the charging electrode 102. The ambient temperature / humidity is detected by a sensor (not shown) or the like, and based on this, the driving of the movable member 107 is controlled, so that the contact portion between the rotation stabilization member 105 and the charging electrode 102 is at an appropriate position. The movement of the rotation stabilizing member 105 is controlled. The position of the rotation stabilizing member 105 is controlled as follows.
[0096]
Since the charging property of the charging electrode 102 is affected by the temperature or humidity near the charging device, the charging characteristics shown in FIG. 5 also change. In a low-temperature and low-humidity environment, air ionization is less likely to occur than in a high-temperature and high-humidity environment, so that it is difficult to be charged. For this reason, this environmental variation often has an adverse effect on image quality. In this embodiment, in order to suppress such fluctuations in the charging potential, rotation is performed so that the distance from the contact portion with the charging electrode 102 to the discharge start position becomes short as shown by the solid line in FIG. 20 at low temperature and low humidity. The position of the stabilizing member 105 is controlled and set so that the surface resistance value of the charging electrode from the power feeding position to the discharge region becomes small. Further, under high temperature and high humidity, the position of the rotation stabilizing member 105 is controlled so that the distance from the contact portion with the charging electrode 102 to the discharge start position becomes longer as indicated by the dotted line in FIG. It is set so that the resistance of the charging electrode up to the discharge area is increased.
The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0097]
In such a charging device, the power feeding position can be controlled according to the surrounding environment, and the charging potential can be prevented from fluctuating due to changes in temperature and humidity. In this device, since the rotation stabilizing member that also serves as the power feeding electrode moves according to the environment, depending on the setting conditions, it may be considered that the rotation becomes unstable even if the power feeding condition is good. In the case of selecting a configuration that causes such a condition and a material for the charging electrode, the rotation stabilizing member 105 in FIG. 20 acts only as a power supply electrode, and the charging electrode 102 is rotated. It is better to install another member for the purpose of stabilization.
[0098]
In this embodiment, the rotation stabilizing member 105 is moved by detecting temperature or humidity, but it is of course not limited to this control method. For example, the rotation of the charging electrode 102 may become unstable during long-term use, or may be unstable at the start of rotation. In such a case, it is preferable to monitor the rotation state of the charging electrode or the potential on the charge receptor in advance and control the rotation stabilizing member 105 according to the state.
[0099]
When a charging test was performed using such a charging device with the charging test device shown in FIG. 4, stable charging characteristics were exhibited from a high temperature and high humidity environment to a low temperature and low humidity environment, and the difference in charging potential was improved to about 10V. did. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained.
[0100]
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 8.
In this charging device, instead of the rotation stabilization member 75 and the power source 74 used in the charging device shown in FIG. 17, three roll-shaped rotation stabilization members 115a serving as feeding electrodes arranged in the circumferential direction of the charging electrode 112 are used. 115b, 115c, an applied voltage switching device 116 for selecting one of the rotation stabilizing members and applying a potential, and three power sources 114.
[0101]
The

rotation stabilizing members

115a, 115b, and 115c are made of conductive rubber rolls having the same configuration as the rotation stabilizing member 105 shown in FIG. 20, and are driven to rotate while being in contact with the charging electrode 112 with a force F in the arrow direction shown in the figure. To be supported. In order to stabilize the rotation of the charging electrode 112, the magnitude of the force F should be smaller than the electrostatic attractive force acting between the charging electrode 112 and the charge acceptor 111.
[0102]
The power source 114 is connected to the rotation stabilization member 115 via the applied voltage switching device 116, and can apply different charging voltages to the three rotation stabilization members independently. The applied voltage switching device 116 is configured such that one type of applied voltage and the rotation stabilizing member 115 that is an electrode can always be selected by a detection signal (not shown) such as temperature and humidity. In the present embodiment, the rotation stabilizing member 115a is used in which the applied voltage is increased at low temperature and low humidity, the distance from the contact portion with the charging electrode 112 to the discharge region is short, and the resistance of the charging electrode is reduced. At high temperature and high humidity, the rotation stabilization member 115c is used so that the applied voltage is reduced, the distance from the contact portion with the charging electrode 112 to the discharge region is long, and the resistance of the charging electrode is increased. Selected. The rotation stabilizing member 115b is set to be used in a normal environment.
[0103]
When a charging test was performed using such a charging device with the charging test device shown in FIG. 4, stable charging characteristics were exhibited from a high temperature and high humidity environment to a low temperature and low humidity environment, and the difference in charging potential was 5 V or less. Improved. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained. . Further, since there are a plurality of rotation stabilizing members 115, when one rotation stabilizing member supplies power to the charging electrode 112, the other two are the same as the rotation stabilizing members shown in the previous embodiments. Therefore, there is an effect that the charging electrode 112 rotates stably and becomes a more uniform charging potential.
[0104]
In this embodiment, a plurality of power supply electrodes and a plurality of applied voltages are used. However, the configuration for eliminating the influence of the environmental dependence of the charging characteristics is not limited to the configuration of FIG. That is, the same effect can be obtained by controlling the resistance value from the discharge region to the power feeding unit according to each environment. Therefore, in addition to FIG. 21, for example, there is one type of DC power supply and a plurality of power supply electrodes, and one type of power supply and power supply electrode, and a means for changing the contact point between the power supply electrode and the charging electrode. Has a sufficient effect.
[0105]
From the above results, the configuration shown in FIG. 21 increases the number of objects that come into contact with the surface of the charging electrode, so that there is a drawback that rotation of the charging electrode is likely to be hindered. It was found that an excellent charging device that is stable and does not depend on the environment can be provided.
[0106]
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 9.
This charging device includes a charging electrode 122 having substantially the same configuration as the charging electrode shown in the above-described embodiment, and a frame body 127 that is inserted and inserted into the charging electrode 122 and fixedly supported so as to cover the outside of the charging electrode 122. have. Further, the frame 127 is connected to the power supply 124 and applies a charging voltage to the charging electrode 122.
[0107]
The material used for the frame 127 may be any material having conductivity, such as polyester, polyamide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, polyvinylidene fluoride, polyimide, PEN, PEK, PES, Conductive powder such as carbon black and metal powder is mixed in resin such as PPS, PFA, PVdF, ETFE, CTFE, or synthetic rubber such as silicone rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, urethane rubber, nitrile rubber. Things can be used. Alternatively, a polar rubber such as epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, or EPDM rubber, or a semiconductive inorganic material such as amorphous silicon may be deposited on an insulating substrate by thin film or thick film deposition. However, since polar rubber and the like have high adhesion, it is necessary to devise a method of coating the surface with a low adhesion material or the like.
[0108]
The shape of the frame 127 may be any shape as long as the charging electrode 122 does not fall or move around unnecessarily. For example, a mesh-shaped frame, a structure in which only both end portions of the charging electrode 122 are suspended, a frame configured in a circular shape, and the like can be given. Further, a configuration may be adopted in which a sponge or the like is attached to the inside to stabilize the rotation of the charging electrode 122.
[0109]
When such a charging device was used to conduct a chargeability test using the charging test device shown in FIG. 4, it showed very stable charging characteristics. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained. . Since the function of regulating the position of the charging electrode 122 is high, it has been confirmed that more stable rotation is performed.
[0110]
As another configuration, as shown in FIG. 23, the frame body 128 can be installed only in the non-image forming regions at both ends of the charging electrode 122. In general, when used over a long period of time, fine scratches may be formed on the surface of the charging electrode 122 due to rubbing. However, with the configuration as shown in FIG. Therefore, there is a great advantage that it can be used stably for a long time without causing scratches.
[0111]
FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 10.
This charging device is installed at a position facing the charge acceptor 131 movable in the direction of the arrow in the figure, and a charging electrode formed into a cylindrical shape so that a thin cylindrical member has a peripheral surface capable of endless movement 132 and a frame 136 that is fixed so as to cover the outside of the charging electrode 132 and supports the charging electrode 132 so as to face the charge receiving member 131 in a non-contact manner. Further, a brush-shaped power supply electrode 137 connected to the DC power source 134 is installed inside the frame 136, and a brush-shaped support member for preventing the charging electrode 132 from moving in the frame 136. 133 is installed inside the frame 136.
[0112]
The charging electrode 132 is the same as that in the embodiment shown in FIG. 1, and the charging electrode 132 rotates in the direction of the arrow in the drawing while being close to the charge receptor 131 by the electrostatic attraction force. The power supply electrode 137 has a volume resistance of 10 by dispersing carbon in rayon. ^Three The conductive brush is formed to have a resistance of about Ω · cm, and is fixed to the frame body in a shape that is slightly laid in the rotation direction so as not to prevent the rotation of the charging electrode 132. The material used for the brush-like power supply electrode 137 is not limited to rayon, and any material can be used as long as it can be formed into a fiber shape, such as polyester and nylon. The support member 133 is made of fiber such as rayon or nylon, and is fixed to the frame body in a shape slightly laid in the rotational direction, like the power supply electrode. The frame 136 may be formed of any material as long as it is an insulating material. For example, polyester, polyamide, polyimide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, polyvinylidene fluoride, acrylic, POM, phenol Polymer materials such as fluororesin are preferably used. In addition, in the case where the charge acceptor 131 is installed at a sufficient distance so as not to discharge, in addition to the above insulating materials, conductive materials such as polyester, polyamide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane , Polyvinylidene fluoride, polyimide, PEN, PEK, PES, PPS, PFA, PVdF, ETFE, CTFE, or synthetic rubbers such as silicone rubber, ethylene propylene rubber, butyl rubber, acrylic rubber, urethane rubber, nitrile rubber, etc. What mixed electroconductive powders, such as black and a metal powder, can be used. Alternatively, a polar rubber such as epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber, or EPDM rubber, or a semiconductive inorganic material such as amorphous silicon may be deposited on an insulating substrate by thin film or thick film deposition.
[0113]
When such a charging device was used to perform a charging test using the charging test device shown in FIG. 4, good results were obtained as in the first embodiment. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained. In addition, since the power supply electrode 137 is composed of a conductive brush, it can be softly contacted with the charging electrode 132, so that the electrode surface is hardly damaged. Further, since the support member 133 has an effect of scraping off foreign matters and dirt adhering to the charging electrode 132, there is a feature that the life of the charging device is extended. This can be said to be particularly effective for a cleanerless image forming apparatus to which dirt easily adheres. In addition, since the function of regulating the position of the charging electrode 132 is high and the feeding electrode 137 and the support member 133 have an effect of stabilizing the rotation of the charging electrode 132, more stable rotation is performed and good charging is performed. It was confirmed that uniformity was obtained.
[0114]
In this embodiment, a brush-like member is used inside the frame 136. However, the shape is not limited to this shape. For example, sponge, felt, nonwoven fabric, blade, plate member having high smoothness, etc. The same effect can be obtained by using. However, as described above, a brush-like one is particularly excellent with respect to the effect of removing foreign substances adhering to the surface of the charging electrode 132.
[0115]
FIG. 25 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 11.
This charging device includes a thin cylindrical charging electrode 142 and a cylindrical support member 143 that is inserted into the charging electrode 142 and supports the charging electrode 142 so as to be disposed in proximity to the charge receptor 141. is doing.
[0116]
The charging electrode 142 includes a low-resistance inner layer 142a and a high-resistance outer layer 142b. The low-resistance inner layer 142a is in contact with an electrode support member 143 that also serves as a feeding electrode, and has a high-resistance outer side. The layer 142b faces the charge acceptor 141. Various materials shown in the above-described embodiment can be used for the low-resistance inner layer 142a constituting the charging electrode. Of course, the same material may be used as the material for forming the high-resistance outer layer 142b. However, polar rubber materials such as epichlorohydrin rubber, chloroprene rubber and EPDM rubber and ion conductive materials are preferred. In the present embodiment, epichlorohydrin rubber is used as the charging electrode, and the volume resistivity of the inner layer 142a is 10. ^Three Ω · cm, the volume resistivity of the outer layer 142b is 10 ^Ten The Ω · cm and the thickness are set to 50 μm. Since polar rubber has high adhesion, the surface of the outer layer 142b is coated with a fluorine-based low adhesion material.
The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0117]
In such a charging device, when a voltage is applied from the power source 144 to the charging electrode 142 via the electrode support member 143 that also serves as a feeding electrode, a current flows through the low-resistance inner layer 142a, and the outer side of the high resistance A discharge occurs through the outer layer 142b in the proximity region between the layer 142b and the charge receptor 141, and a discharge current flows. Along with this, the charging electrode 142 is pulled toward the charge acceptor 141 by the electrostatic attraction force generated between the charge acceptor 141 and the charge electrode 142, and rotates following the circumferential movement of the charge acceptor 141. .
[0118]
In such a charging device, even when the charging electrode 142 vibrates and the distance from the contact portion with the electrode support member 143 to the discharge region changes, stable discharge is possible, and fluctuations in the charging potential can be prevented. it can. This is because discharge is performed from the low-resistance inner layer 142a through the high-resistance outer layer 142b, so that a state similar to that in which a capacitor is inserted is obtained, and there is an effect of smoothing high-frequency current fluctuations. It is. Note that the adverse effects that occur when the charging electrode 142 vibrates and the distance from the contact portion with the electrode support member 143 to the discharge area changes are as shown in the embodiment of FIG.
[0119]
When such a charging device was used to perform a charging test using the charging test device shown in FIG. 4, good results were obtained as in the first embodiment. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained. Further, since the electrode support member 143 disposed inside the charging electrode 142 also serves as power feeding, there is an effect that the outer surface 142b of the charging electrode is not damaged and stable charging can be performed for a long period of time. is doing.
[0120]
FIG. 26 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 12.
This charging device has substantially the same configuration as the charging device shown in FIG. 1, but uses a flexible film-like member made of a polymer material as a material used for the charging electrode 152. Unlike the one having a relatively high hardness, the charging electrode 152 bends considerably considerably as shown in FIG. 26 by the electrostatic attractive force. Therefore, care must be taken because the charging electrode 152 comes into contact with the charge acceptor 151 when a voltage is applied unless the electrode supporting member 153 is separated in advance.
[0121]
By using such a soft charging electrode, it is possible to reduce the external accuracy such as the straightness of the charging electrode, which has a great advantage of reducing the manufacturing load. In addition, since the distance between the charging electrode 152 and the charge acceptor 151 can be easily changed by changing the applied voltage, a charging device having excellent environmental characteristics can be provided.
[0122]
In this embodiment, carbon black is mixed in polycarbonate, nylon, PVdF, and the volume resistivity is 10 ⁶ A film member having a thickness of 50 μm and a diameter of 12.5 mm adjusted to Ω · cm is used. The film-like member constituting the charging electrode is not particularly limited, but a flexible semiconductive member having a thickness of about 30 to 200 μm is preferably used. This film-like member is obtained by mixing conductive particles such as carbon black in a film formed of a polymer material such as polyester, polyamide, polyimide, polyethylene, polycarbonate, polyolefin, polyurethane, polyvinylidene fluoride, and acrylic. A preferred volume resistivity (10 ^Three Ω · cm to 10 ^Ten The mixing amount of the conductive particles is adjusted so as to be (Ω · cm). Also, the tensile modulus of elasticity 10 to 280 kg / mm ² What is set to a degree is good. The other configuration of the charging device is the same as that of the charging device shown in FIG.
[0123]
When such a charging device was used to conduct a chargeability test using the charging test device shown in FIG. 4, good results were obtained in the same manner as the charging device shown in FIG. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 8 and the cleanerless image forming apparatus shown in FIG. 11, it was confirmed that a good image free from image quality defects such as fog was obtained.
[0124]
FIG. 27 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus to which a charging device according to an embodiment of the invention described in claims 13 and 14 is applied.
This image forming apparatus is a color tandem type image forming apparatus, and includes four

image forming units

162a, 162b, 162c, and 162d. Each of these image forming units has the same configuration as that shown in FIG. 8, but each developing device contains toner of four colors, yellow, magenta, cyan, and black. Further, this image forming apparatus is provided with an intermediate transfer belt 167 stretched around a roll 168 as a transfer target. The intermediate transfer belt 167 includes a yellow unit 162a, a magenta unit 162b, a cyan unit 162c, and a black. It extends across the unit 162d and is driven to circulate. When transferring from each unit to the intermediate transfer belt 167, a transfer voltage is applied to the transfer devices 165a to 165d. Further, charging

devices

161a, 161b, 161c, 161d, and 161e according to the present invention are provided on the photoreceptors of the four

image forming units

162a, 162b, 162c, and 162d and the intermediate transfer belt 167, respectively. However, in the present embodiment, this charging device functions as a static eliminator that removes the charge remaining on the photosensitive member and the intermediate transfer belt 167, and is installed separately for charging the photosensitive member.
[0125]
In this image forming apparatus, the toners of the respective colors are primarily transferred onto the intermediate transfer belt 167 moving in the direction of the arrow in the drawing so as to be superimposed one on the other, and the intermediate transfer belt 167 is collectively transferred onto the paper 163 by the transfer device 165e. Secondary transfer. The paper 163 moves along the paper path 164 and is fixed by the fixing device 166, thereby completing a print image. On the other hand, in the

image forming units

162a, 162b, 162c, and 162d after the toner is transferred, residual toner is removed by a cleaning device (not shown). Then, the residual charge is removed by the

charge removing devices

161a, 161b, 161c, and 161d of the present invention, and the invasion potential to the charge device is equalized to 0V. A voltage of about +950 V to +1000 V is applied to a

charging device

161 a, 161 b, 161 c, 161 d for static elimination from a power source (not shown). In addition, the intermediate transfer member 167 after the secondary transfer is discharged from the residual charge by the charge removing device 161e of the present invention before entering the image forming unit 161a. An AC voltage having a peak-to-peak voltage of about 2.2 kV is applied to the charging device 161e from the AC power source (not shown).
[0126]
As the intermediate transfer belt 167, a polymer film made of polyimide, polycarbonate, PVdF, or the like, or a conductive rubber made of synthetic rubber such as silicone rubber or fluorine rubber added with a conductive filler such as carbon black is used. The transfer devices 165a to 165e are made by adding a conductive filler such as carbon black to a synthetic rubber such as silicone rubber, EPDM, or urethane rubber, and the diameter thereof is about 10 to 30 mm. A voltage of about +0.5 to 1.5 kV is applied to the transfer devices 165a to 165d from a power source (not shown) so that toner images are transferred from the

image forming units

162a, 162b, 162c, and 162d by electrostatic force. It has become. On the other hand, a voltage of about +1.5 to 3.0 kV is applied from a power source (not shown) to the transfer device 165e that transfers to the paper 163, and multiple toner images from the intermediate transfer belt 167 are applied to the paper 163 by electrostatic force. It is designed to be transferred all at once. Other configurations and materials in the

image forming units

162a, 162b, 162c, and 162d are the same as those in the apparatus shown in FIG.
[0127]
In general, when a DC voltage is applied to the charging device of the image forming apparatus, there is a drawback that the charging potential is likely to fluctuate depending on the pattern of the intrusion potential and an image quality defect called ghost is likely to occur. Therefore, particularly in an image forming apparatus that requires high image quality, such as a color image, it is necessary to provide a light static eliminating device or a static eliminating device by discharge upstream of the charging device. In the case of neutralizing a photoconductor, there is a drawback that light neutralization with light accelerates light fatigue and shortens the life of the photoconductor. Therefore, a discharge type static eliminator as shown in this embodiment is also used. However, when an AC voltage is applied, the surface energy of the surface of the photoreceptor increases as described above, and thus various adverse effects are exerted on other processes. End up. Therefore, it is necessary to devise a technique that prevents the photoreceptor from being deteriorated as much as possible by applying a DC voltage.
[0128]
On the other hand, since the intermediate transfer belt is formed of an insulating or high-resistance material, there is a drawback that the residual potential increases as the transfer is repeated many times, and transfer defects tend to occur. Since a transfer belt generally does not have photoconductivity unlike a photosensitive member, it is necessary to remove electricity by a discharge device. However, unlike the photoconductor, the residual potential on the transfer belt usually fluctuates greatly from plus to minus, and the magnitude sometimes exceeds 2000V. Therefore, the static elimination of the transfer belt or the like requires a robust property that can always be in the vicinity of 0 V for any invasion potential. Therefore, it is necessary to use AC discharge instead of DC voltage. Moreover, AC discharge is most suitable for a transfer medium such as a transfer belt because there is almost no adverse effect even if the surface energy increases.
From the above, by using the charging device according to the present invention as a charging device for discharging the photosensitive member and the transfer object, it is possible to efficiently remove the charge with a simple configuration.
[0129]
When a chargeability test using the charge test apparatus shown in FIG. 4 was performed using such an image forming apparatus, the penetration potential into the charge apparatus was almost uniformly 0 V, and a result equivalent to that of an erase lamp could be obtained. confirmed. Further, when a print test was performed using the image forming apparatus shown in FIG. 27, it was confirmed that a good color image free from image quality defects such as fog was obtained.
From the above results, it has been clarified that the charging device of the present invention is very effective as a charging device for neutralizing a photoreceptor and an intermediate transfer belt.
[0130]
Similarly to the first embodiment, the image forming apparatus can be similarly applied even if it is replaced with a cleanerless image forming apparatus that does not use a cleaning apparatus, as shown in FIG. The cleaner-less apparatus can be used as a color image forming apparatus by being applied to such a tandem type image forming apparatus.
[0131]
【The invention's effect】
As described above, according to the charging device according to the present invention, since the charging electrode is disposed in a non-contact manner with respect to the charge receptor, adhesion of foreign matter to the charging electrode can be greatly reduced. As a result, it is possible to stably hold the discharge region with the charge acceptor, and a uniform charged potential can be obtained. In addition, even if the accuracy of the straightness and coaxiality of the charging electrode is somewhat poor, a sufficiently uniform charging potential can be obtained, so that the yield can be improved. In addition, the charging electrode has an advantage that a wide range of materials can be used from hard to soft. Furthermore, since it is non-contact with the charge receptor, the charge receptor is not damaged, and a charging device that can be suitably used for a cleaner-less apparatus or a color image forming apparatus can be realized. . Further, high performance can be exhibited not only as a charging device but also as a static elimination device for removing charges.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a charging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the state of the charging device shown in FIG. 1 with and without voltage applied to a charging electrode.
3 is a diagram illustrating a state where the charging electrode is rotated by an electrostatic attraction force in the charging device illustrated in FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a charging test apparatus for testing the charging apparatus.
FIG. 5 is a diagram showing a test result of the charging device shown in FIG. 1 and showing a relationship between a DC voltage applied to the charging device and a surface potential of a charged charge receptor.
6 is a diagram showing a test result of the charging device shown in FIG. 1 and showing a relationship between a DC voltage applied to the charging electrode and a rotation speed of the charging electrode. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship of the discharge start voltage with respect to the gap tension derived from Paschen's law.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus configured using the charging device of FIG.
9 is a diagram showing an example of an image obtained using the image forming apparatus shown in FIG.
10 is a diagram showing a state in which the installation location of the charging device shown in FIG. 1 is changed. FIG.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a cleanerless type image forming apparatus configured using the charging device of FIG.
12 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 2. FIG.
13 is a view showing another embodiment of a charging electrode support member applied to the charging device of FIG.
14 is a diagram for explaining setting conditions applied to the charging device of FIG. 12; FIG.
15 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 3. FIG.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing another shape of the rotation stabilizing member applied to FIG. 15;
17 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 5. FIG.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 4 or claim 5;
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 6;
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 7;
FIG. 21 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention described in claim 8;
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 9;
23 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to another embodiment of the invention as set forth in claim 9. FIG.
24 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 10. FIG.
FIG. 25 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 11;
FIG. 26 is a schematic configuration diagram showing a charging device according to an embodiment of the invention as set forth in claim 12;
FIG. 27 is a schematic configuration diagram showing a charging device and a charge-removing charging device, and a tandem type image forming apparatus in which they are incorporated, according to an embodiment of the invention described in claims 13 and 14;
FIG. 28 is a view for explaining the mechanism of the invention according to claim 2;
[Explanation of symbols]
1, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101, 111, 121,
131, 141, 151 Charge acceptor
2, 42, 52, 62, 72, 82, 92, 102, 112, 122,
132, 142, 152 Charging electrode
3, 43, 53, 63, 73, 83, 93, 103, 113, 123,
133, 143, 153 Electrode support member
4, 44, 74, 84, 94, 104, 114, 124
134, 144, 154 DC power supply
45, 55, 65, 70, 75, 85, 95, 98, 105,
115 Rotation stabilization member
10 Charging device
11 Surface potential sensor
12 Surface potential meter
13 Static elimination lamp
14 DC power supply
20, 30 photoconductor
21, 31 Exposure equipment
22, 32 Development device
23, 33 Paper cassette
24, 34 paper
25, 35 Transfer device
26, 36 Fixing device
27 Cleaning device
28, 38 Static elimination lamp
29, 39 Paper path
96 DC power supply
97 AC power supply
106 rails
107 Movable member
108 Support rod
116 Applied voltage switching device
127, 128, 136 frame
137 Feed electrode
161 Charger for static elimination
162 Image forming unit
163 paper
164 Paper path
165 Transfer device
166 Fixing device
167 Intermediate transfer belt
168 rolls

Claims

A charging electrode formed in a cylindrical shape by a semiconductive material, facing the charge acceptor whose surface moves in a non-contact manner and supported rotatably in the circumferential direction;
A power source for applying a charging voltage to the charging electrode;
Static electricity is generated between the charge receptor and the charging electrode while charging the surface of the charge receptor by causing a discharge in a minute gap in the vicinity of the facing portion between the charging electrode and the charge receptor. A charging device, wherein the charging electrode rotates and moves in the circumferential direction with the movement of the surface of the charge receptor by force.

The charging device according to claim 1,
A charging device comprising a rotation stabilizing member that is in contact with an outer peripheral surface of the charging electrode and stabilizes rotation by restricting displacement of the charging electrode.

The charging device according to claim 2,
The charging device according to claim 1, wherein the rotation stabilizing member has a shape in which a force to press the charging electrode toward the charge receptor is increased at a portion in contact with both ends of the charging electrode.

The charging device according to claim 2 or 3,
The charging device according to claim 1, wherein the rotation stabilizing member has an endless peripheral surface, and is supported so as to be able to rotate in the circumferential direction as the charging electrode rotates.

In the charging device according to claim 2, claim 3, or claim 4,
The charging device, wherein the rotation stabilizing member is made of a conductive material, and a charging voltage is applied to the charging electrode through the rotation stabilizing member.

The charging device according to claim 5,
The position where the rotation stabilizing member abuts on the charging electrode is set such that the distances from both ends of the discharge region at the facing portion between the charging electrode and the charge receptor are substantially equal. Charging device.

The charging device according to claim 5,
The charging device, wherein the rotation stabilizing member is supported so that a contact position with the charging electrode can be changed in a circumferential direction of the charging electrode.

The charging device according to claim 5,
A plurality of the rotation stabilizing members are provided in the circumferential direction of the charging electrode, and the power source selects one of the plurality of rotation stabilizing members and applies a voltage. Characteristic charging device.

A charging electrode formed in a cylindrical shape by a semiconductive material;
A power source for applying a charging voltage to the charging electrode;
An electrode supporting means that contacts the charging electrode at a plurality of positions, and supports the charging electrode in a circumferential direction so as to face the charge acceptor whose surface moves in a non-contact manner;
Static electricity is generated between the charge receptor and the charging electrode while charging the surface of the charge receptor by causing a discharge in a minute gap in the vicinity of the facing portion between the charging electrode and the charge receptor. A charging device, wherein the charging electrode rotates and moves in the circumferential direction with the movement of the surface of the charge receptor by force.

The charging device according to claim 9, wherein
The electrode support means has a brush that is in contact with the charging electrode substantially uniformly in the width direction of the outer peripheral surface of the charging electrode;
A charging device, wherein a charging voltage is applied to the charging electrode from the power source through the brush.

In the charging device according to any one of claims 1 to 10,
The charging device, wherein the charging electrode has an inner layer made of a material having a small electric resistance value and a surface layer having a higher resistance than the inner layer.

The charging device according to any one of claims 1 to 11,
The charging device is characterized in that a flexible film-like member is formed in a cylindrical shape.

The charging device according to any one of claims 1 to 12,
The charging device, wherein the voltage applied to the charging electrode is set so that the surface potential of the charge acceptor is approximately 0V.

The charging device according to any one of claims 1 to 12,
The charging electrode is disposed so as to be in close proximity to a transfer target to which a toner image formed on an image carrier by electrophotography is transferred,
The charging device is characterized in that the voltage applied to the charging electrode is set so that the surface potential of the transfer object is approximately 0V.