JP4147835B2 - 接触帯電器および画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触することにより被帯電体を帯電させる接触帯電器、およびその接触帯電器を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、像担持体を帯電させる帯電器としては、コロトロンが広く利用されている。しかし、コロトロンは像担持体を均一に帯電する手段としては有効であるが、像担持体を所定の電位に帯電させるためにはコロトロンに電圧を印加する高圧電源が必要となる。また、コロナ放電によりオゾンが発生するため、ゴム部品や像担持体の劣化を促進するばかりか、環境に悪影響を引き起こす恐れがある。
【０００３】
そこでコロトロンに代わる帯電手段として、ロール、ブラシ、ブレード、フィルムやベルトなどの導電性部材を像担持体に接触させるとともに、電圧を印加して像担持体を帯電させる接触帯電器が開発されている。
【０００４】
接触帯電器は、オゾンの発生が極めて少なく、コロトロンに比べて低圧電源でよいという長所がある。接触帯電器への印加電圧としては、交流などに直流を重畳した直流重畳交流電圧印加方式が広く用いられている。
【０００５】
例えば、特開平１０−１９８１２３には、所定のニップ領域を形成し被帯電体の移動方向と同方向に移動可能な導電性帯電フイルムと、その導電性帯電フイルムに直流電圧が重畳された交流電圧を印加するバイアス電源とを備え、導電性帯電フイルムのニップ領域に面した個所に放電可能な微小凹部を設けた接触帯電器が開示されている。
【０００６】
この方式は、帯電均一性に優れる上、像担持体がトナーなどで汚れにくく、たとえトナーが付着しても帯電不良が発生しにくいという利点がある。
しかしながら、感光体のプロセススピードが速い場合には、交流成分に対応した電位むら（ＡＣリップル）が大きくなり画質むらとなるため、交流成分の周波数を高くすると、放電が両極性において何回も発生することになり感光体がダメージを受け易くなり、寿命が短くなる。したがって、この方式は中・高速の複写機には搭載できないという難点がある。
【０００７】
一方、感光体磨耗を抑制し感光体の長寿命化や電源コストの低減化を狙った直流電圧印加方式が開発されている。
【０００８】
特開平１０−１１１５８４号公報や、特開平１１−２５８８８８号公報では、可撓性を有する筒状の帯電部材を挟んで直流電圧が印加された帯電電極を感光体に押し当てることにより帯電部材と感光体との間に微小空隙を形成し、感光体の回転方向の上流側で放電を起こすことにより感光体を帯電させる技術が開示されている。
【０００９】
この方式は、直流重畳交流電圧印加方式に比べて、感光体の放電によるダメージが少なく、磨耗も少ない上、電源が低コストですむという利点がある。
【００１０】
しかしながら、トナーなどにより帯電器が汚染されやすく、それに起因する帯電不良が発生しやすい。また、使用初期から不均一な帯電による、白い横筋状の画質デイフェクトが発生しやすいという難点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、直流電圧印加方式においは、被帯電体が不均一に帯電するのを防止し、直流重畳交流電圧印加方式においては、被帯電体が損耗するのを低減することができる接触帯電器を提供し、併せてその接触帯電器を用いることにより、白い横筋状の画質デイフェクトや画質むらの発生が回避できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する第１の発明の接触帯電器は、移動する被帯電体に接触し該被帯電体を帯電させる接触帯電器において、
加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層、および該感圧異方導電層より外側に積層された、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記被帯電体に接触させる導電ロールと、
上記帯電部材を該被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層が積層された帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架することにより、帯電部材の感圧異方導電層が導電ロールの下流側ギャップで加圧されるので抵抗値が低下し、帯電部材と被帯電体との間で起こる放電を下流側ギャップのみに制限することができる。
【００１４】
上記の目的を達成する第２の発明の接触帯電器は、移動する被帯電体に接触し該被帯電体に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる接触帯電器において、
厚み方向に異方性を有する異方導電性を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記被帯電体に接触させる、加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層を有する導電ロールと、
上記帯電部材を上記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
このように、帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架することにより、導電ロールに積層された感圧異方導電層が導電ロールの下流側ギャップで加圧されるので抵抗値が低下し、帯電部材と被帯電体との間に起こる放電を下流側ギャップのみに制限することができる。
【００１６】
上記の目的を達成する第１の発明の画像形成装置は、移動する感光体を帯電および露光することにより該感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像したトナー像を最終的に記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層、および該感圧異方導電層より外側に積層された、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記被帯電体に接触させる導電ロールと、
上記帯電部材を上記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールと、
上記導電ロールに電圧を印加する電圧印加部とを備えたことを特徴とする。
このように、感圧異方導電層が積層された帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架することにより、帯電部材と感光体との間で起こる放電が下流側ギャップのみに制限された接触帯電器を備えているので、帯電部材と感光体との接触部の上流側ギャップで起こる不安定な放電に起因する横筋状の画質ディフェクトや、感光体の磨耗を抑制することができる。
【００１７】
上記の目的を達成する第２の発明の画像形成装置は、移動する感光体を帯電および露光することにより感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像したトナー像を最終的に記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
厚み方向に異方性を有する異方導電性を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記感光体に接触させる、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層を有する導電ロールと、
上記帯電部材を上記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールと、
上記導電ロールに電圧を印加する電圧印加部とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
このように、帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架し、感圧異方導電層が積層された導電ロールの下流側ギャップを加圧することにより、帯電部材と感光体との間に起こる放電が下流側ギャップのみに制限された接触帯電器を備えているので、帯電部材と感光体の接触部の上流側ギャップで起こる不安定な放電に起因する横筋状の画質ディフェクトや、感光体の磨耗を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
先ず、直流電圧印加方式および直流重畳交流電圧印加方式において、接触式帯電部材と被帯電部材との間で発生する放電のメカニズムについて説明する。
【００２０】
説明を簡明にするため、接触式帯電部材は帯電ロール、被帯電体は平面状の感光体であると仮定する。
【００２１】
図１は、帯電ロールと電源とを用いる接触帯電器を示す図である。
【００２２】
図１に示す接触帯電器は、給電シャフト１に導電性帯電部材２が被覆された帯電ロール３が矢印Ｂ方向に回転し、矢印Ａ方向に移動する感光体５に接触している。電源４から給電シャフト１に電圧が印加されると、感光体５が所定の電圧に帯電する。
【００２３】
図２は、図１に示す接触帯電器による感光体の表面電位の時間推移をシミュレーションにより求めた概念図であり、図２（ａ）は、直流電圧印加用電源を用いる場合、図２（ｂ）は、直流重畳交流電圧印加用電源を用いる場合である。
【００２４】
図２（ａ）において、感光体５の移動方向Ａの上流側放電領域５Ａおよび下流側放電領域５Ｂそれぞれの帯電ロール３表面は、給電シャフト１に印加された電圧に対応した電位を有する。上流側放電領域５Ａにおけるギャップは帯電ロール３および感光体５の移動に伴って徐々に狭くなるので、その狭くなった領域で放電が発生し、その放電によって感光体５が帯電される。いま、感光体５上のある地点Ｘが上流側放電領域５Ａに達すると放電が起こり、感光体５が徐々に帯電し、ある一定電圧に達すると放電は終了する。したがって、下流側放電領域５Ｂでは放電は起こらない。ギャップが比較的大きい領域では放電が起こる頻度が少なく、放電も不安定であるから、上流側放電領域５Ａでは不安定な放電によって帯電むらが大きくなり、白い横筋状の画質ディフェクトが発生しやすいと考えられる。
【００２５】
図２（ｂ）は、図１の電源が直流重畳交流電圧印加用電源である場合の感光体の表面電位の時間推移をシミュレーションにより求めた概念図である。
【００２６】
図２（ｂ）において、感光体５の移動方向Ａの上流側放電領域５Ａにおける帯電ロール３表面は、帯電ロール３と感光体５とのギャップが狭くなるのに伴って放電が起こり、ギャップが比較的広いところでは徐々に電圧が上昇し、ギャップが一定以下になると電圧が大きく変化する。そして、ニップ部６では一定電圧に保持されるが、ニップ部６を通過して下流側放電領域５Ｂに達すると再び電圧が大きく変化する。これは、上流側放電領域５Ａおよび下流側放電領域５Ｂにおいて、両極での放電が交互に何回も発生していることを示している。この交流方式による放電は直流方式と異なり、上流側と下流側の両方のギャップで、長い領域に渡って両極の放電が交互に繰り返されるので、感光体５にダメージを与え、感光体５の磨耗が促進されるものと考えられる。
【００２７】
したがって、上流側放電領域５Ａにおける放電を発生させずに下流側放電領域５Ｂにおける放電のみを発生させることができれば、直流電圧印加方式における画質ディフェクトの改善が可能となり、さらに直流重畳交流電圧印加方式における感光体５の磨耗を半減させることが可能になる。
【００２８】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
【００２９】
第１の実施形態は、第１の発明の接触帯電器の実施形態に相当する。
【００３０】
図３は、第１の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【００３１】
図３に示す接触帯電器は、無端ベルト状の帯電部材１０と、その無端ベルト状の帯電部材１０を張架する導電ロール１１および張架ロール１２と、導電ロール１１に電圧を印加する電源１３とを備え、矢印方向に移動する感光体５に接触し、その感光体５を帯電させる。
【００３２】
帯電部材１０は、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層が内側に、その感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層が外側に積層され、無端ベルトを形成している。
導電ロール１１は、金属製のシャフトからなり、帯電部材１０を感光体５に接触させる。
【００３３】
張架ロール１２は、張架する帯電部材１０に張力を加えるとともに、感光体５に帯電部材１０が接触する位置における感光体５の法線５Ｃより、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に帯電部材１０を傾斜させて張架する。
【００３４】
このように、感光体５に帯電部材１０が接触する接触位置の法線５Ｃよりも、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に、帯電部材１０を傾斜させて張架すると、帯電部材１０と感光体５とによって形成される下流側ギャップ１５に巻きかけられた帯電部材１０に圧力がかかることになる。このため、下流側ギャップ１５においては、帯電部材１０の弾性係数が大きく伸びにくい異方導電層と導電ロール１１とによって、帯電部材１０の感圧異方導電層に圧力が加わり体積抵抗値が低下する。一方、帯電部材１０と感光体５とによって形成される上流側ギャップ１４においては、帯電部材１０の感圧異方導電層には圧力がかからないので体積抵抗値は低下しない。
【００３５】
その結果、電源１３から印加された電圧による帯電部材１０と感光体５との間の電圧は、下流側ギャップ１５の方が、上流側ギャップ１４よりも高くなるので、放電は、下流側ギャップ１５のみで起こり、上流側ギャップ１４では起こらない。
【００３６】
ここで、電源１３は、直流電圧を印加するものであっても、直流が重畳された交流電圧を印加するものであってもよい。
【００３７】
図４は、帯電部材の構造を示す概略断面図である。
【００３８】
図４に示すように、帯電部材は、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層１０ａと、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層１０ｂとが積層され、異方導電層１０ｂは感圧異方導電層１０ａよりも外側に積層されている。
【００３９】
感圧導電弾性層１０ａは、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子１０ｃを厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたゴム材料からなり、厚み方向に圧力をかけると歪み、導電粒子１０ｃ相互間の接触面積が増加したり、隣接する粒子間の距離が縮まるので体積抵抗が低下する。また導電性粒子１０ｃが直鎖状に分散されているので、加圧、無加圧に限らず、厚みと垂直な方向には絶縁性を示す。
【００４０】
異方導電層１０ｂは、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子を厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたポリエステル、ポリアミド，ポリエチレン，ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂材料からなり、加圧されても歪むことはなく、弾性体に比べて伸び縮みはほとんどない。ただし、導電性粒子が直鎖状に分散されているので、厚み方向には導電性があるが、厚みと垂直な方向には絶縁性を示す。
【００４１】
帯電部材１０は、感圧導電弾性層１０ａが加圧されて体積抵抗が低下したときに、はじめて、放電が発生し、無加圧時には、放電が発生しないように感圧導電弾性層１０ａと異方導電層１０ｂとの抵抗値がそれぞれ調整されている。
【００４２】
このように、帯電部材１０に感圧異方導電層１０ａのみならず、異方導電層１０ｂを設けたことにより、張力を加えて帯電部材１０を張架したときに、下流側ギャップに巻きかけられた部分以外の帯電部材の感圧異方導電層１０ａが伸縮して、体積抵抗が低下するのを防止することができる。また、強度を増し、下流側ギャップの感圧異方導電層１０ａに圧力を加えて確実に抵抗値を低下させることができる。さらに、異方導電層１０ｂにも異方性をもたせたことにより、電流の横流れをなくすことができるので、横流れ電流により上流側ギャップで放電が起こるのを防止することができる。
【００４３】
ここで、本実施形態の接触帯電器は、被帯電体が感光体である場合について説明したが、被帯電体は必ずしも感光体である必要はなく、中間転写体であっても、転写ロールなどの転写部材であっても、あるいはクリーニング部材であってもよい。
【００４４】
次に第２の実施形態について説明する。
【００４５】
第２の実施形態は、第２の発明の接触帯電器の実施形態に相当する。
【００４６】
図５は、第２の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【００４７】
第２の実施形態の接触帯電器は、第１の実施形態の接触帯電器と比べて、異方導電層は積層されているが感圧異方導電層が積層されていない反面、帯電部材に電圧を印加する導電ロールに、感圧異方導電層が被覆されている点が相違する。しかし、それ以外の構成は共通するので、同一構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【００４８】
図５に示す接触帯電器は、無端ベルト状の帯電部材２０と、その無端ベルト状の帯電部材２０を張架する導電ロール２１および張架ロール１２と、導電ロール２１の給電部材２１ａに電圧を印加する電源１３とを備え、矢印Ａ方向に移動する感光体５に接触し、その感光体５を帯電させる。
【００４９】
帯電部材２０は、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層１０ｂを有し、無端ベルトを形成している。
【００５０】
導電ロール２１は、電圧が印加される金属製の給電部材２１ａと、その給電部材２１ａに被覆された、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層１０ａとにより形成され、帯電部材２０を感光体５に接触させる。
【００５１】
張架ロール１２は、張架する帯電部材２０に張力を加えるとともに、感光体５に帯電部材２０が接触する位置における感光体５の法線５Ｃより、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に帯電部材２０を傾斜させる。
【００５２】
このように、感光体５に帯電部材２０が接触する接触位置の法線５Ｃよりも、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に、帯電部材２０を傾斜させて張架すると、帯電部材２０と感光体５とによって形成される下流側ギャップ１５に巻きかけられた帯電部材１０に圧力がかかる。このため、下流側ギャップ１５においては、帯電部材２０の、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、異方導電層１０ｂによって導電ロール２１の感圧異方導電層１０ａに圧力が加わるので、感圧異方導電層１０ａの体積抵抗値が低下する。一方、帯電部材２０と感光体５とによって形成される上流側ギャップ１４においては、導電ロール２１の感圧異方導電層１０ａには圧力がかからないので体積抵抗値は低下しない。その結果、電源１３から印加された電圧による帯電部材２０の表面電位は、下流側ギャップ１５の方が、上流側ギャップ１４よりも高くなるので、放電は、下流側ギャップ１５のみで起こり、上流側ギャップ１４では起こらない。
【００５３】
ここで、電源１３は、直流電圧を印加するものであっても、直流が重畳された交流電圧を印加するものであってもよい。
【００５４】
このように、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、導電ロール２１側に感圧異方導電層１０ａが設けられているが、導電ロール２１に巻きかけられた帯電部材２０と導電ロール２１とによる作用は同じである。そして、電流の横流れをなくすことができるので、横流れ電流によって上流側ギャップで帯電部材と感光体との間で放電が起こるのを防止できる。また、張力を加えて帯電部材を張架したときに、下流側ギャップにおける導電ロールの感圧異方導電層に圧力を加えて確実に抵抗値を低下させることができる。
【００５５】
ここで、本実施形態の接触帯電器は、被帯電体が感光体である場合について説明したが、被帯電体は必ずしも感光体である必要はなく、中間転写体であっても、転写ロールなどの転写部材であっても、あるいはクリーニング部材であってもよい。
【００５６】
次に第３の実施形態について説明する。
【００５７】
第３の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の実施形態に相当する。
【００５８】
本実施形態の画像形成装置は、感光体を帯電させる接触帯電器として、図５に基いて説明した第２の実施形態の接触帯電器を用いている。
【００５９】
図６は、第３の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００６０】
図６に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転し、トナー像が形成される感光体３１と、感光体３１を均一に帯電させる接触帯電器３０と、均一に帯電した感光体３１に露光光を照射して静電潜像を形成する露光装置３３と、感光体３１上に形成された静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像器３４と、感光体３１上に形成されたトナー像を用紙トレイ３６から搬送される用紙Ｐに転写する転写ロール３５と、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を加熱および加圧して用紙Ｐ上に定着させる定着器３７と、用紙Ｐに転写した後に、感光体３１上に残留するトナーをクリーニングするクリーナ３８と、感光体３１上に残留する電荷を除電する除電ランプ３９とを備えている。
【００６１】
接触帯電器３０は、さらに、無端ベルト状の帯電部材２０と、その無端ベルト状の帯電部材２０を張架する導電ロール２１および張架ロール１２と、導電ロール２１に電圧を印加する、直流電圧が重畳された交流電圧が印加される電源１３とを備え、矢印Ａ方向に移動する感光体３１に接触し、その感光体３１を帯電させる。
【００６２】
帯電部材２０は、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有し、無端ベルトを形成している。
【００６３】
導電ロール２１は、電圧が印加される金属製の給電部材と、その給電部材に被覆された、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層とにより形成され、帯電部材２０を感光体３１に接触させる。
【００６４】
張架ロール１２は、張架する帯電部材２０に張力を加えるとともに、感光体３１に帯電部材２０が接触する位置における感光体３１の法線より、感光体３１が移動する矢印Ａ方向上流側に帯電部材２０を傾斜させている。
【００６５】
本実施形態の画像形成装置を用いて用紙Ｐ上に画像を形成するときは、先ず接触帯電器３０により感光体３１を均一に帯電させ、均一に帯電させた感光体３１に原稿から読み取った画像信号、もしくは外部から入力された画像信号に基く露光光を露光装置３３から照射して静電潜像を形成する。その静電潜像に、現像器３４のトナーを付着させて現像し、トナー像を形成する。そして、そのトナー像を転写ロールを用いて用紙Ｐに転写し、さらその用紙Ｐ上のトナー像を定着器３７で定着する。
【００６６】
ここで、本実施形態では、接触帯電器３０に直流電圧が重畳された交流電圧を印加しているが、直流電圧を印加することもできる。また、接触帯電器３０の作用は、図５を用いて説明した作用と同じであり重複する説明は省略する。
【００６７】
このように、本実施形態の画像形成装置に用いる接触帯電器は、感光体３１の回転方向の下流側ギャップのみで放電が起こり、上流側ギャップでは放電が起こらないので、白い横筋状の画質デイフェクトや画質むらの発生を防止できるとともに、交流電圧を印加しても感光体３１の磨耗が半減するので、長寿命化を図ることができる。
【００６８】
本実施形態の画像形成装置は、直接転写方式の画像形成装置に基いて説明したが、間接転写方式の画像形成装置であっても、適用することができる。また、感光体は、必ずしも１つである必要はなく複数配列されたものであっても適用される。
【００６９】
次に第４の実施形態について説明する。
【００７０】
第４の実施形態は、第１の発明の画像形成装置の実施形態に相当する。
【００７１】
本実施形態の画像形成装置は、第３の実施形態の画像形成装置に比べて、感光体を帯電させる接触帯電器として、図３に基いて説明した第１の実施形態の接触帯電器を用いている点が相違するがそれ以外は共通する。したがって、重複する図及び説明は省略する。
【００７２】
【実施例】
（実施例１）
本実施例は、第１の実施形態の接触帯電器および第４の実施形態の画像形成装置に用いる接触帯電器の実施例である。
【００７３】
感圧導電弾性層は、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子を厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたシリコンゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムなどのゴム材料で形成され、厚み方向に圧力をかけることで歪み、内添された導電粒子の相互間の接触面積が増加したり、隣接する粒子間の距離が縮まることで体積抵抗が低下する。厚みは０．０５〜３ｍｍ程度であればよい。
【００７４】
本実施例では、厚み２００μｍのシリコンゴムにフェライト粒子を分散させた。
【００７５】
加圧時の体積抵抗率は、帯電性能や耐圧性能などを考慮して約３〜９ｌｏｇΩｃｍの範囲に設定することが好ましく、また、無加圧時の体積抵抗率は、放電を起こさせないように約６ｌｏｇΩｃｍ以上となるように、導電粒子の分散量を適宜調整する。
【００７６】
本実施例では、無加圧時の体積抵抗率は約１０ｌｏｇΩｃｍ、加圧時の体積抵抗率は約５ｌｏｇΩｃｍに設定した。
【００７７】
異方導電層は、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子を厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン，ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂材料で形成され、厚みは０．０１〜３ｍｍ程度あればよい。
【００７８】
本実施例では、厚み３０μｍのポリフッ化ビニリデンにフェライト粒子を分散した。
【００７９】
体積抵抗率は、その帯電性能や耐圧性能などを考慮して約３〜９ｌｏｇΩｃｍの範囲に設定することが好ましく、導電粒子の分散量により、適宜調整する。
本実施例での体積抵抗率は約６ｌｏｇΩｃｍに設定した。
【００８０】
導電ロールは、例えばアルミニウム，銅合金，ＳＵＳ等の金属または合金、クロム，ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、合成樹脂などの導電性の材質で構成する。なお、導電ロールは、その中心軸が固定されることにより位置決めされ、帯電部材が適切なニップ幅ないしはニップ圧で被帯電体に接触する。
【００８１】
張架ロールは、導電ロールと同一材料のもの、又はその上に、さらに各種樹脂材料をコートしたもの等を使用する。また、張架ロールは回転駆動することで、積極的に帯電部材を回転させることもできる。この場合は、帯電部材がスリップせずに移動するよう、張架ロール表面を適切な摩擦係数の表面材料でコーティングする。
【００８２】
本実施例では、直径は２０ｍｍの帯電部材を、直径８ｍｍのアルミニウム製導電ロールおよび直径１０ｍｍの張架ロールで張架し、下流側ギャップ部に巻きかけられた帯電部材の感圧異方導電層に約１．４７Ｎ／ｃｍ2の圧力がかかるようにした。
【００８３】
さらに、本実施例では、第４の実施形態の画像形成装置の感光体と等速で帯電部材が回転するように張架ロールを回転駆動し、導電ロールに、電源から−１１００Ｖの直流電圧を印加し、感光体を約−５００Ｖに帯電させた。なお、感光体の回転速度（以下プロセス速度）は１２０ｍｍ／ｓであった。
【００８４】
次に、第４の実施形態の画像形成装置に本実施例の接触帯電器を用いてハーフトーン２０％の画像を形成し、初期画質と帯電むらを評価した。なお、比較例として、特開平１０−１１１５８４号広報に開示されている従来例の接触帯電器を用いた画像形成装置についても同様の評価を行った。
【００８５】
従来例の接触帯電器を用いた画像形成装置は、白い横筋状の画質欠陥が多発し、帯電むらが約５０Ｖであったが、本実施例の接触帯電器を用いた画像形成装置は、白い横筋状画質欠陥は発生せず、帯電むらも約１０Ｖと使用上問題がないレベルであった。
（実施例２）
本実施例は、第２の実施形態の接触帯電器および第３の実施形態の画像形成装置に用いる接触帯電器の実施例である。本実施例の接触帯電器の各構成要素に用いる部材は、導電ロールおよび帯電部材を除けば実施例１と同じである。
【００８６】
導電ロールは、実施例１における導電ロールと同一の部材を用いて直径８ｍｍの給電部材を形成し、帯電部材の感圧異方導電層に用いたのと同一の材料を用いて厚さ２００μｍの感圧異方導電層を形成した。
【００８７】
また、帯電部材は、実施例１における帯電部材の異方導電層に用いたのと同一の材料を用いて厚さ５０μｍの異方導電層を形成した。
【００８８】
次に、第３の実施形態の画像形成装置に本実施例の接触帯電器を用いてハーフトーン２０％の画像を形成し、初期画質と帯電むらを評価した。
【００８９】
その結果、実施例１と同様に、白い横筋状画質欠陥は発生せず、帯電むらも約１０Ｖと使用上問題がないレベルであった。
（実施例３）
本実施例は、感光体を帯電させる接触帯電器が、実施例２と同じ構成の接触帯電器であって直流重畳交流電圧を印加するものを第３の実施形態の画像形成装置に用いた場合の実施例である。
【００９０】
接触帯電器の電源に、周波数１．３ＫＨｚ、１．５ＫＶＰ−Ｐの交流に、−５５０Ｖの直流が重畳された電圧が出力される電源を用い、感光体が１０万回転するまでプリントテストを行い感光体ドラムの磨耗量の測定を行った。また、比較例として、特開平１０−１９８１２３号公報に開示された、直流重畳交流電圧印加方式の、従来例の接触帯電器についても同様のテストを行った。
【００９１】
図７は、本実施例の画像形成装置におけるプリントテスト結果を示す図である。
【００９２】
図７において、縦軸は感光体の磨耗量（μｍ）、横軸は感光体の回転数（１０００回転）を示す。
【００９３】
図からわかるように、感光体の磨耗量（μｍ）は、感光体の回転数（１０００回転）に概ね比例し、本実施例の接触帯電器を用いる場合は、従来例の接触帯電器を用いる場合に較べて磨耗量が３０％〜４０％減少し、大きく改善されているのがわかる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触帯電器によれば、帯電部材あるいは導電ロールに感圧異方導電層が設けられ、電圧が印加される導電ロールの下流側ギャップにおける帯電部材と導電ロールとの間の抵抗値が低くなるように構成されているので、印加される電圧が、直流電圧の場合でも、直流重畳交流電圧の場合でも、上流側ギャップにおける放電が制限され、帯電ムラや被帯電体の磨耗が減少する。また、この接触帯電器を用いた本発明の画像形成装置によれば、印加電圧が直流であるときは、帯電部材と感光体の接触部の上流側ギャップで起こる不安定な放電に起因する横筋状の画質ディフェクトを回避することができ、印加電圧が直流電圧を重畳した交流電圧であるときは、感光体の磨耗を低減し、その寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】帯電ロールと電源とを用いる接触帯電器を示す図である。
【図２】図１に示す接触帯電器による感光体の表面電位の時間推移をシミュレーションにより求めた概念図である。
【図３】第１の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【図４】帯電部材の構造を示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【図６】第３の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図７】本実施例の画像形成装置におけるプリントテスト結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 給電シャフト
２，１０，２０ 帯電部材
３ 帯電ロール
４，１３ 電源
５，３１ 感光体
５Ａ 上流側放電領域
５Ｂ 下流側放電領域
５Ｃ 法線
６ ニップ部
１０ａ 感圧異方導電層
１０ｂ 異方導電層
１０ｃ 導電粒子
１１，２１ 導電ロール
１２ 張架ロール
１４ 上流側ギャップ
１５ 下流側ギャップ
２１ａ 給電部材
３０ 接触帯電器
３３ 露光装置
３４ 現像器
３５ 転写ロール
３６ 用紙トレイ
３７ 定着器
３８ クリーナ
３９ 除電ランプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触することにより被帯電体を帯電させる接触帯電器、およびその接触帯電器を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、像担持体を帯電させる帯電器としては、コロトロンが広く利用されている。しかし、コロトロンは像担持体を均一に帯電する手段としては有効であるが、像担持体を所定の電位に帯電させるためにはコロトロンに電圧を印加する高圧電源が必要となる。また、コロナ放電によりオゾンが発生するため、ゴム部品や像担持体の劣化を促進するばかりか、環境に悪影響を引き起こす恐れがある。
【０００３】
そこでコロトロンに代わる帯電手段として、ロール、ブラシ、ブレード、フィルムやベルトなどの導電性部材を像担持体に接触させるとともに、電圧を印加して像担持体を帯電させる接触帯電器が開発されている。
【０００４】
接触帯電器は、オゾンの発生が極めて少なく、コロトロンに比べて低圧電源でよいという長所がある。接触帯電器への印加電圧としては、交流などに直流を重畳した直流重畳交流電圧印加方式が広く用いられている。
【０００５】
例えば、特開平１０−１９８１２３には、所定のニップ領域を形成し被帯電体の移動方向と同方向に移動可能な導電性帯電フイルムと、その導電性帯電フイルムに直流電圧が重畳された交流電圧を印加するバイアス電源とを備え、導電性帯電フイルムのニップ領域に面した個所に放電可能な微小凹部を設けた接触帯電器が開示されている。
【０００６】
この方式は、帯電均一性に優れる上、像担持体がトナーなどで汚れにくく、たとえトナーが付着しても帯電不良が発生しにくいという利点がある。
しかしながら、感光体のプロセススピードが速い場合には、交流成分に対応した電位むら（ＡＣリップル）が大きくなり画質むらとなるため、交流成分の周波数を高くすると、放電が両極性において何回も発生することになり感光体がダメージを受け易くなり、寿命が短くなる。したがって、この方式は中・高速の複写機には搭載できないという難点がある。
【０００７】
一方、感光体磨耗を抑制し感光体の長寿命化や電源コストの低減化を狙った直流電圧印加方式が開発されている。
【０００８】
特開平１０−１１１５８４号公報や、特開平１１−２５８８８８号公報では、可撓性を有する筒状の帯電部材を挟んで直流電圧が印加された帯電電極を感光体に押し当てることにより帯電部材と感光体との間に微小空隙を形成し、感光体の回転方向の上流側で放電を起こすことにより感光体を帯電させる技術が開示されている。
【０００９】
この方式は、直流重畳交流電圧印加方式に比べて、感光体の放電によるダメージが少なく、磨耗も少ない上、電源が低コストですむという利点がある。
【００１０】
しかしながら、トナーなどにより帯電器が汚染されやすく、それに起因する帯電不良が発生しやすい。また、使用初期から不均一な帯電による、白い横筋状の画質デイフェクトが発生しやすいという難点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、直流電圧印加方式においは、被帯電体が不均一に帯電するのを防止し、直流重畳交流電圧印加方式においては、被帯電体が損耗するのを低減することができる接触帯電器を提供し、併せてその接触帯電器を用いることにより、白い横筋状の画質デイフェクトや画質むらの発生が回避できる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する第１の発明の接触帯電器は、移動する被帯電体に接触し該被帯電体を帯電させる接触帯電器において、
加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層、および該感圧異方導電層より外側に積層された、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記被帯電体に接触させる導電ロールと、
上記帯電部材を該被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
このように、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層が積層された帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架することにより、帯電部材の感圧異方導電層が導電ロールの下流側ギャップで加圧されるので抵抗値が低下し、帯電部材と被帯電体との間で起こる放電を下流側ギャップのみに制限することができる。
【００１４】
上記の目的を達成する第２の発明の接触帯電器は、移動する被帯電体に接触し該被帯電体に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる接触帯電器において、
厚み方向に異方性を有する異方導電性を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記被帯電体に接触させる、加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層を有する導電ロールと、
上記帯電部材を上記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールとを備えたことを特徴とする。
【００１５】
このように、帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架することにより、導電ロールに積層された感圧異方導電層が導電ロールの下流側ギャップで加圧されるので抵抗値が低下し、帯電部材と被帯電体との間に起こる放電を下流側ギャップのみに制限することができる。
【００１６】
上記の目的を達成する第１の発明の画像形成装置は、移動する感光体を帯電および露光することにより該感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像したトナー像を最終的に記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層、および該感圧異方導電層より外側に積層された、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記被帯電体に接触させる導電ロールと、
上記帯電部材を上記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールと、
上記導電ロールに電圧を印加する電圧印加部とを備えたことを特徴とする。
このように、感圧異方導電層が積層された帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架することにより、帯電部材と感光体との間で起こる放電が下流側ギャップのみに制限された接触帯電器を備えているので、帯電部材と感光体との接触部の上流側ギャップで起こる不安定な放電に起因する横筋状の画質ディフェクトや、感光体の磨耗を抑制することができる。
【００１７】
上記の目的を達成する第２の発明の画像形成装置は、移動する感光体を帯電および露光することにより感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像したトナー像を最終的に記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
厚み方向に異方性を有する異方導電性を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
上記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を上記感光体に接触させる、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層を有する導電ロールと、
上記帯電部材を上記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールと、
上記導電ロールに電圧を印加する電圧印加部とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
このように、帯電部材を張架ロールにより傾斜させて張架し、感圧異方導電層が積層された導電ロールの下流側ギャップを加圧することにより、帯電部材と感光体との間に起こる放電が下流側ギャップのみに制限された接触帯電器を備えているので、帯電部材と感光体の接触部の上流側ギャップで起こる不安定な放電に起因する横筋状の画質ディフェクトや、感光体の磨耗を抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
先ず、直流電圧印加方式および直流重畳交流電圧印加方式において、接触式帯電部材と被帯電部材との間で発生する放電のメカニズムについて説明する。
【００２０】
説明を簡明にするため、接触式帯電部材は帯電ロール、被帯電体は平面状の感光体であると仮定する。
【００２１】
図１は、帯電ロールと電源とを用いる接触帯電器を示す図である。
【００２２】
図１に示す接触帯電器は、給電シャフト１に導電性帯電部材２が被覆された帯電ロール３が矢印Ｂ方向に回転し、矢印Ａ方向に移動する感光体５に接触している。電源４から給電シャフト１に電圧が印加されると、感光体５が所定の電圧に帯電する。
【００２３】
図２は、図１に示す接触帯電器による感光体の表面電位の時間推移をシミュレーションにより求めた概念図であり、図２（ａ）は、直流電圧印加用電源を用いる場合、図２（ｂ）は、直流重畳交流電圧印加用電源を用いる場合である。
【００２４】
図２（ａ）において、感光体５の移動方向Ａの上流側放電領域５Ａおよび下流側放電領域５Ｂそれぞれの帯電ロール３表面は、給電シャフト１に印加された電圧に対応した電位を有する。上流側放電領域５Ａにおけるギャップは帯電ロール３および感光体５の移動に伴って徐々に狭くなるので、その狭くなった領域で放電が発生し、その放電によって感光体５が帯電される。いま、感光体５上のある地点Ｘが上流側放電領域５Ａに達すると放電が起こり、感光体５が徐々に帯電し、ある一定電圧に達すると放電は終了する。したがって、下流側放電領域５Ｂでは放電は起こらない。ギャップが比較的大きい領域では放電が起こる頻度が少なく、放電も不安定であるから、上流側放電領域５Ａでは不安定な放電によって帯電むらが大きくなり、白い横筋状の画質ディフェクトが発生しやすいと考えられる。
【００２５】
図２（ｂ）は、図１の電源が直流重畳交流電圧印加用電源である場合の感光体の表面電位の時間推移をシミュレーションにより求めた概念図である。
【００２６】
図２（ｂ）において、感光体５の移動方向Ａの上流側放電領域５Ａにおける帯電ロール３表面は、帯電ロール３と感光体５とのギャップが狭くなるのに伴って放電が起こり、ギャップが比較的広いところでは徐々に電圧が上昇し、ギャップが一定以下になると電圧が大きく変化する。そして、ニップ部６では一定電圧に保持されるが、ニップ部６を通過して下流側放電領域５Ｂに達すると再び電圧が大きく変化する。これは、上流側放電領域５Ａおよび下流側放電領域５Ｂにおいて、両極での放電が交互に何回も発生していることを示している。この交流方式による放電は直流方式と異なり、上流側と下流側の両方のギャップで、長い領域に渡って両極の放電が交互に繰り返されるので、感光体５にダメージを与え、感光体５の磨耗が促進されるものと考えられる。
【００２７】
したがって、上流側放電領域５Ａにおける放電を発生させずに下流側放電領域５Ｂにおける放電のみを発生させることができれば、直流電圧印加方式における画質ディフェクトの改善が可能となり、さらに直流重畳交流電圧印加方式における感光体５の磨耗を半減させることが可能になる。
【００２８】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
【００２９】
第１の実施形態は、第１の発明の接触帯電器の実施形態に相当する。
【００３０】
図３は、第１の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【００３１】
図３に示す接触帯電器は、無端ベルト状の帯電部材１０と、その無端ベルト状の帯電部材１０を張架する導電ロール１１および張架ロール１２と、導電ロール１１に電圧を印加する電源１３とを備え、矢印方向に移動する感光体５に接触し、その感光体５を帯電させる。
【００３２】
帯電部材１０は、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層が内側に、その感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層が外側に積層され、無端ベルトを形成している。
導電ロール１１は、金属製のシャフトからなり、帯電部材１０を感光体５に接触させる。
【００３３】
張架ロール１２は、張架する帯電部材１０に張力を加えるとともに、感光体５に帯電部材１０が接触する位置における感光体５の法線５Ｃより、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に帯電部材１０を傾斜させて張架する。
【００３４】
このように、感光体５に帯電部材１０が接触する接触位置の法線５Ｃよりも、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に、帯電部材１０を傾斜させて張架すると、帯電部材１０と感光体５とによって形成される下流側ギャップ１５に巻きかけられた帯電部材１０に圧力がかかることになる。このため、下流側ギャップ１５においては、帯電部材１０の弾性係数が大きく伸びにくい異方導電層と導電ロール１１とによって、帯電部材１０の感圧異方導電層に圧力が加わり体積抵抗値が低下する。一方、帯電部材１０と感光体５とによって形成される上流側ギャップ１４においては、帯電部材１０の感圧異方導電層には圧力がかからないので体積抵抗値は低下しない。
【００３５】
その結果、電源１３から印加された電圧による帯電部材１０と感光体５との間の電圧は、下流側ギャップ１５の方が、上流側ギャップ１４よりも高くなるので、放電は、下流側ギャップ１５のみで起こり、上流側ギャップ１４では起こらない。
【００３６】
ここで、電源１３は、直流電圧を印加するものであっても、直流が重畳された交流電圧を印加するものであってもよい。
【００３７】
図４は、帯電部材の構造を示す概略断面図である。
【００３８】
図４に示すように、帯電部材は、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層１０ａと、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層１０ｂとが積層され、異方導電層１０ｂは感圧異方導電層１０ａよりも外側に積層されている。
【００３９】
感圧導電弾性層１０ａは、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子１０ｃを厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたゴム材料からなり、厚み方向に圧力をかけると歪み、導電粒子１０ｃ相互間の接触面積が増加したり、隣接する粒子間の距離が縮まるので体積抵抗が低下する。また導電性粒子１０ｃが直鎖状に分散されているので、加圧、無加圧に限らず、厚みと垂直な方向には絶縁性を示す。
【００４０】
異方導電層１０ｂは、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子を厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたポリエステル、ポリアミド，ポリエチレン，ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂材料からなり、加圧されても歪むことはなく、弾性体に比べて伸び縮みはほとんどない。ただし、導電性粒子が直鎖状に分散されているので、厚み方向には導電性があるが、厚みと垂直な方向には絶縁性を示す。
【００４１】
帯電部材１０は、感圧導電弾性層１０ａが加圧されて体積抵抗が低下したときに、はじめて、放電が発生し、無加圧時には、放電が発生しないように感圧導電弾性層１０ａと異方導電層１０ｂとの抵抗値がそれぞれ調整されている。
【００４２】
このように、帯電部材１０に感圧異方導電層１０ａのみならず、異方導電層１０ｂを設けたことにより、張力を加えて帯電部材１０を張架したときに、下流側ギャップに巻きかけられた部分以外の帯電部材の感圧異方導電層１０ａが伸縮して、体積抵抗が低下するのを防止することができる。また、強度を増し、下流側ギャップの感圧異方導電層１０ａに圧力を加えて確実に抵抗値を低下させることができる。さらに、異方導電層１０ｂにも異方性をもたせたことにより、電流の横流れをなくすことができるので、横流れ電流により上流側ギャップで放電が起こるのを防止することができる。
【００４３】
ここで、本実施形態の接触帯電器は、被帯電体が感光体である場合について説明したが、被帯電体は必ずしも感光体である必要はなく、中間転写体であっても、転写ロールなどの転写部材であっても、あるいはクリーニング部材であってもよい。
【００４４】
次に第２の実施形態について説明する。
【００４５】
第２の実施形態は、第２の発明の接触帯電器の実施形態に相当する。
【００４６】
図５は、第２の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【００４７】
第２の実施形態の接触帯電器は、第１の実施形態の接触帯電器と比べて、異方導電層は積層されているが感圧異方導電層が積層されていない反面、帯電部材に電圧を印加する導電ロールに、感圧異方導電層が被覆されている点が相違する。しかし、それ以外の構成は共通するので、同一構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。
【００４８】
図５に示す接触帯電器は、無端ベルト状の帯電部材２０と、その無端ベルト状の帯電部材２０を張架する導電ロール２１および張架ロール１２と、導電ロール２１の給電部材２１ａに電圧を印加する電源１３とを備え、矢印Ａ方向に移動する感光体５に接触し、その感光体５を帯電させる。
【００４９】
帯電部材２０は、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層１０ｂを有し、無端ベルトを形成している。
【００５０】
導電ロール２１は、電圧が印加される金属製の給電部材２１ａと、その給電部材２１ａに被覆された、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層１０ａとにより形成され、帯電部材２０を感光体５に接触させる。
【００５１】
張架ロール１２は、張架する帯電部材２０に張力を加えるとともに、感光体５に帯電部材２０が接触する位置における感光体５の法線５Ｃより、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に帯電部材２０を傾斜させる。
【００５２】
このように、感光体５に帯電部材２０が接触する接触位置の法線５Ｃよりも、感光体５が移動する矢印Ａ方向上流側に、帯電部材２０を傾斜させて張架すると、帯電部材２０と感光体５とによって形成される下流側ギャップ１５に巻きかけられた帯電部材１０に圧力がかかる。このため、下流側ギャップ１５においては、帯電部材２０の、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、異方導電層１０ｂによって導電ロール２１の感圧異方導電層１０ａに圧力が加わるので、感圧異方導電層１０ａの体積抵抗値が低下する。一方、帯電部材２０と感光体５とによって形成される上流側ギャップ１４においては、導電ロール２１の感圧異方導電層１０ａには圧力がかからないので体積抵抗値は低下しない。その結果、電源１３から印加された電圧による帯電部材２０の表面電位は、下流側ギャップ１５の方が、上流側ギャップ１４よりも高くなるので、放電は、下流側ギャップ１５のみで起こり、上流側ギャップ１４では起こらない。
【００５３】
ここで、電源１３は、直流電圧を印加するものであっても、直流が重畳された交流電圧を印加するものであってもよい。
【００５４】
このように、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、導電ロール２１側に感圧異方導電層１０ａが設けられているが、導電ロール２１に巻きかけられた帯電部材２０と導電ロール２１とによる作用は同じである。そして、電流の横流れをなくすことができるので、横流れ電流によって上流側ギャップで帯電部材と感光体との間で放電が起こるのを防止できる。また、張力を加えて帯電部材を張架したときに、下流側ギャップにおける導電ロールの感圧異方導電層に圧力を加えて確実に抵抗値を低下させることができる。
【００５５】
ここで、本実施形態の接触帯電器は、被帯電体が感光体である場合について説明したが、被帯電体は必ずしも感光体である必要はなく、中間転写体であっても、転写ロールなどの転写部材であっても、あるいはクリーニング部材であってもよい。
【００５６】
次に第３の実施形態について説明する。
【００５７】
第３の実施形態は、第２の発明の画像形成装置の実施形態に相当する。
【００５８】
本実施形態の画像形成装置は、感光体を帯電させる接触帯電器として、図５に基いて説明した第２の実施形態の接触帯電器を用いている。
【００５９】
図６は、第３の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【００６０】
図６に示す画像形成装置は、矢印Ａ方向に回転し、トナー像が形成される感光体３１と、感光体３１を均一に帯電させる接触帯電器３０と、均一に帯電した感光体３１に露光光を照射して静電潜像を形成する露光装置３３と、感光体３１上に形成された静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成する現像器３４と、感光体３１上に形成されたトナー像を用紙トレイ３６から搬送される用紙Ｐに転写する転写ロール３５と、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を加熱および加圧して用紙Ｐ上に定着させる定着器３７と、用紙Ｐに転写した後に、感光体３１上に残留するトナーをクリーニングするクリーナ３８と、感光体３１上に残留する電荷を除電する除電ランプ３９とを備えている。
【００６１】
接触帯電器３０は、さらに、無端ベルト状の帯電部材２０と、その無端ベルト状の帯電部材２０を張架する導電ロール２１および張架ロール１２と、導電ロール２１に電圧を印加する、直流電圧が重畳された交流電圧が印加される電源１３とを備え、矢印Ａ方向に移動する感光体３１に接触し、その感光体３１を帯電させる。
【００６２】
帯電部材２０は、感圧異方導電層よりも弾性係数が大きく、伸びにくい、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有し、無端ベルトを形成している。
【００６３】
導電ロール２１は、電圧が印加される金属製の給電部材と、その給電部材に被覆された、加圧されると電気抵抗が低下する感圧異方導電層とにより形成され、帯電部材２０を感光体３１に接触させる。
【００６４】
張架ロール１２は、張架する帯電部材２０に張力を加えるとともに、感光体３１に帯電部材２０が接触する位置における感光体３１の法線より、感光体３１が移動する矢印Ａ方向上流側に帯電部材２０を傾斜させている。
【００６５】
本実施形態の画像形成装置を用いて用紙Ｐ上に画像を形成するときは、先ず接触帯電器３０により感光体３１を均一に帯電させ、均一に帯電させた感光体３１に原稿から読み取った画像信号、もしくは外部から入力された画像信号に基く露光光を露光装置３３から照射して静電潜像を形成する。その静電潜像に、現像器３４のトナーを付着させて現像し、トナー像を形成する。そして、そのトナー像を転写ロールを用いて用紙Ｐに転写し、さらその用紙Ｐ上のトナー像を定着器３７で定着する。
【００６６】
ここで、本実施形態では、接触帯電器３０に直流電圧が重畳された交流電圧を印加しているが、直流電圧を印加することもできる。また、接触帯電器３０の作用は、図５を用いて説明した作用と同じであり重複する説明は省略する。
【００６７】
このように、本実施形態の画像形成装置に用いる接触帯電器は、感光体３１の回転方向の下流側ギャップのみで放電が起こり、上流側ギャップでは放電が起こらないので、白い横筋状の画質デイフェクトや画質むらの発生を防止できるとともに、交流電圧を印加しても感光体３１の磨耗が半減するので、長寿命化を図ることができる。
【００６８】
本実施形態の画像形成装置は、直接転写方式の画像形成装置に基いて説明したが、間接転写方式の画像形成装置であっても、適用することができる。また、感光体は、必ずしも１つである必要はなく複数配列されたものであっても適用される。
【００６９】
次に第４の実施形態について説明する。
【００７０】
第４の実施形態は、第１の発明の画像形成装置の実施形態に相当する。
【００７１】
本実施形態の画像形成装置は、第３の実施形態の画像形成装置に比べて、感光体を帯電させる接触帯電器として、図３に基いて説明した第１の実施形態の接触帯電器を用いている点が相違するがそれ以外は共通する。したがって、重複する図及び説明は省略する。
【００７２】
【実施例】
（実施例１）
本実施例は、第１の実施形態の接触帯電器および第４の実施形態の画像形成装置に用いる接触帯電器の実施例である。
【００７３】
感圧導電弾性層は、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子を厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたシリコンゴム、ＥＰＤＭ、フッ素ゴムなどのゴム材料で形成され、厚み方向に圧力をかけることで歪み、内添された導電粒子の相互間の接触面積が増加したり、隣接する粒子間の距離が縮まることで体積抵抗が低下する。厚みは０．０５〜３ｍｍ程度であればよい。
【００７４】
本実施例では、厚み２００μｍのシリコンゴムにフェライト粒子を分散させた。
【００７５】
加圧時の体積抵抗率は、帯電性能や耐圧性能などを考慮して約３〜９ｌｏｇΩｃｍの範囲に設定することが好ましく、また、無加圧時の体積抵抗率は、放電を起こさせないように約６ｌｏｇΩｃｍ以上となるように、導電粒子の分散量を適宜調整する。
【００７６】
本実施例では、無加圧時の体積抵抗率は約１０ｌｏｇΩｃｍ、加圧時の体積抵抗率は約５ｌｏｇΩｃｍに設定した。
【００７７】
異方導電層は、導電性カーボンブラック、フェライトなどの導電性粒子を厚み方向に適度な間隔で直鎖状に分散させたポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン，ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂材料で形成され、厚みは０．０１〜３ｍｍ程度あればよい。
【００７８】
本実施例では、厚み３０μｍのポリフッ化ビニリデンにフェライト粒子を分散した。
【００７９】
体積抵抗率は、その帯電性能や耐圧性能などを考慮して約３〜９ｌｏｇΩｃｍの範囲に設定することが好ましく、導電粒子の分散量により、適宜調整する。
本実施例での体積抵抗率は約６ｌｏｇΩｃｍに設定した。
【００８０】
導電ロールは、例えばアルミニウム，銅合金，ＳＵＳ等の金属または合金、クロム，ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、合成樹脂などの導電性の材質で構成する。なお、導電ロールは、その中心軸が固定されることにより位置決めされ、帯電部材が適切なニップ幅ないしはニップ圧で被帯電体に接触する。
【００８１】
張架ロールは、導電ロールと同一材料のもの、又はその上に、さらに各種樹脂材料をコートしたもの等を使用する。また、張架ロールは回転駆動することで、積極的に帯電部材を回転させることもできる。この場合は、帯電部材がスリップせずに移動するよう、張架ロール表面を適切な摩擦係数の表面材料でコーティングする。
【００８２】
本実施例では、直径は２０ｍｍの帯電部材を、直径８ｍｍのアルミニウム製導電ロールおよび直径１０ｍｍの張架ロールで張架し、下流側ギャップ部に巻きかけられた帯電部材の感圧異方導電層に約１．４７Ｎ／ｃｍ2の圧力がかかるようにした。
【００８３】
さらに、本実施例では、第４の実施形態の画像形成装置の感光体と等速で帯電部材が回転するように張架ロールを回転駆動し、導電ロールに、電源から−１１００Ｖの直流電圧を印加し、感光体を約−５００Ｖに帯電させた。なお、感光体の回転速度（以下プロセス速度）は１２０ｍｍ／ｓであった。
【００８４】
次に、第４の実施形態の画像形成装置に本実施例の接触帯電器を用いてハーフトーン２０％の画像を形成し、初期画質と帯電むらを評価した。なお、比較例として、特開平１０−１１１５８４号広報に開示されている従来例の接触帯電器を用いた画像形成装置についても同様の評価を行った。
【００８５】
従来例の接触帯電器を用いた画像形成装置は、白い横筋状の画質欠陥が多発し、帯電むらが約５０Ｖであったが、本実施例の接触帯電器を用いた画像形成装置は、白い横筋状画質欠陥は発生せず、帯電むらも約１０Ｖと使用上問題がないレベルであった。
（実施例２）
本実施例は、第２の実施形態の接触帯電器および第３の実施形態の画像形成装置に用いる接触帯電器の実施例である。本実施例の接触帯電器の各構成要素に用いる部材は、導電ロールおよび帯電部材を除けば実施例１と同じである。
【００８６】
導電ロールは、実施例１における導電ロールと同一の部材を用いて直径８ｍｍの給電部材を形成し、帯電部材の感圧異方導電層に用いたのと同一の材料を用いて厚さ２００μｍの感圧異方導電層を形成した。
【００８７】
また、帯電部材は、実施例１における帯電部材の異方導電層に用いたのと同一の材料を用いて厚さ５０μｍの異方導電層を形成した。
【００８８】
次に、第３の実施形態の画像形成装置に本実施例の接触帯電器を用いてハーフトーン２０％の画像を形成し、初期画質と帯電むらを評価した。
【００８９】
その結果、実施例１と同様に、白い横筋状画質欠陥は発生せず、帯電むらも約１０Ｖと使用上問題がないレベルであった。
（実施例３）
本実施例は、感光体を帯電させる接触帯電器が、実施例２と同じ構成の接触帯電器であって直流重畳交流電圧を印加するものを第３の実施形態の画像形成装置に用いた場合の実施例である。
【００９０】
接触帯電器の電源に、周波数１．３ＫＨｚ、１．５ＫＶＰ−Ｐの交流に、−５５０Ｖの直流が重畳された電圧が出力される電源を用い、感光体が１０万回転するまでプリントテストを行い感光体ドラムの磨耗量の測定を行った。また、比較例として、特開平１０−１９８１２３号公報に開示された、直流重畳交流電圧印加方式の、従来例の接触帯電器についても同様のテストを行った。
【００９１】
図７は、本実施例の画像形成装置におけるプリントテスト結果を示す図である。
【００９２】
図７において、縦軸は感光体の磨耗量（μｍ）、横軸は感光体の回転数（１０００回転）を示す。
【００９３】
図からわかるように、感光体の磨耗量（μｍ）は、感光体の回転数（１０００回転）に概ね比例し、本実施例の接触帯電器を用いる場合は、従来例の接触帯電器を用いる場合に較べて磨耗量が３０％〜４０％減少し、大きく改善されているのがわかる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の接触帯電器によれば、帯電部材あるいは導電ロールに感圧異方導電層が設けられ、電圧が印加される導電ロールの下流側ギャップにおける帯電部材と導電ロールとの間の抵抗値が低くなるように構成されているので、印加される電圧が、直流電圧の場合でも、直流重畳交流電圧の場合でも、上流側ギャップにおける放電が制限され、帯電ムラや被帯電体の磨耗が減少する。また、この接触帯電器を用いた本発明の画像形成装置によれば、印加電圧が直流であるときは、帯電部材と感光体の接触部の上流側ギャップで起こる不安定な放電に起因する横筋状の画質ディフェクトを回避することができ、印加電圧が直流電圧を重畳した交流電圧であるときは、感光体の磨耗を低減し、その寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】帯電ロールと電源とを用いる接触帯電器を示す図である。
【図２】図１に示す接触帯電器による感光体の表面電位の時間推移をシミュレーションにより求めた概念図である。
【図３】第１の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【図４】帯電部材の構造を示す概略断面図である。
【図５】第２の実施形態の接触帯電器を示す概略構成図である。
【図６】第３の実施形態の画像形成装置を示す概略構成図である。
【図７】本実施例の画像形成装置におけるプリントテスト結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 給電シャフト
２，１０，２０ 帯電部材
３ 帯電ロール
４，１３ 電源
５，３１ 感光体
５Ａ 上流側放電領域
５Ｂ 下流側放電領域
５Ｃ 法線
６ ニップ部
１０ａ 感圧異方導電層
１０ｂ 異方導電層
１０ｃ 導電粒子
１１，２１ 導電ロール
１２ 張架ロール
１４ 上流側ギャップ
１５ 下流側ギャップ
２１ａ 給電部材
３０ 接触帯電器
３３ 露光装置
３４ 現像器
３５ 転写ロール
３６ 用紙トレイ
３７ 定着器
３８ クリーナ
３９ 除電ランプ
Claims (6)
- 移動する被帯電体に接触し該被帯電体を帯電させる接触帯電器において、
加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層、および該感圧異方導電層より外側に積層された、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
前記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を前記被帯電体に接触させる導電ロールと、
前記帯電部材を前記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールとを備えたことを特徴とする接触帯電器。 - 移動する被帯電体に接触し該被帯電体に電圧を印加することにより該被帯電体を帯電させる接触帯電器において、
厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
前記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を前記被帯電体に接触させる、加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層を有する導電ロールと、
前記帯電部材を前記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールとを備えたことを特徴とする接触帯電器。 - 前記導電ロールに直流電圧を印加する電源を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の接触帯電器。
- 前記導電ロールに直流電圧が重畳された交流電圧を印加する電源を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の接触帯電器。
- 移動する感光体を帯電および露光することにより該感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像したトナー像を最終的に記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層、および該感圧異方導電層より外側に積層された、該感圧異方導電層よりも伸びが小さい、厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
前記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を前記被帯電体に接触させる導電ロールと、
前記帯電部材を前記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールと、
前記導電ロールに電圧を印加する電圧印加部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。 - 移動する感光体を帯電および露光することにより感光体上に静電潜像を形成し、該静電潜像をトナーで現像したトナー像を最終的に記録媒体上に転写および定着することにより該記録媒体上に定着されたトナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
厚み方向に異方性を有する異方導電層を有する、筒状もしくは無端ベルト状の帯電部材と、
前記帯電部材を張架するとともに、該帯電部材を前記被帯電体に接触させる、加圧により電気抵抗が低下する感圧異方導電層を有する導電ロールと、
前記帯電部材を前記被帯電体が移動する移動方向の上流側に傾斜させて張架する張架ロールと、
前記導電ロールに電圧を印加する電圧印加部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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