JPH05210283A

JPH05210283A - 接触帯電方法及び接触帯電装置

Info

Publication number: JPH05210283A
Application number: JP28686692A
Authority: JP
Inventors: Eiji Ofuku; 英治大福; Kinya Suzuki; 欽也鈴木; Yoshitomo Masuda; 善友増田; Hiroshi Harashima; 原島　　寛; Takahiro Kawagoe; 隆博川越
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1991-10-25
Filing date: 1992-10-01
Publication date: 1993-08-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】接触帯電部材を被帯電体に当接させ、これら
接触帯電部材と被帯電体との間に電圧を印加して、被帯
電体を帯電させる場合に気中放電の発生を防止し、直接
電荷を移動させる直接帯電方式により帯電を行う。【構成】接触帯電部材１の静電容量と、被帯電体２の
静電容量と、印加電圧とが下記式（１）に示す関係を満
足する条件で帯電を行う。（Ｃ_１：接触帯電部材を静電容量（Ｆμ−^−２），
Ｃ_２：被帯電体の静電容量（Ｆμ−ｍ^−２），Ｖ_Ｔ：印
加電圧（Ｖ），ε_０：真空の誘電率＝８．８５４×１０
^−１８Ｆμｍ^−１）【効果】オゾンの発生を確実に防止でき、しかも、低
電圧印加で十分な帯電電位が得られ、低消費電力化、装
置の小型化に寄与するとともに、低騒音化も達成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機等の電子写真装
置などに好適に適用される接触帯電方法及び接触帯電装
置に関し、更に詳述すると、オゾンの発生を確実に防止
できると共に、低電圧印加で十分な帯電位置が得られ、
低消費電力化、装置の小型化が図られる接触帯電方法及
び接触帯電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、複写機等の電子写真装置において、感光体表面を所
定の電位に均一帯電させる方法としては、ワイヤ電極と
シールド電極とを有するコロナ放電器を用いる方法が一
般に用いられている。

【０００３】しかしながら、、このコロナ放電による方
法には、コロナ放電によってオゾン等が発生する、
感光体上に５００〜７００Ｖの高電位を得るためには４
〜８ｋＶの高電圧を印加する必要がある、コロナ電流
の数％しか帯電に利用されず、帯電効率が悪い、ワイ
ヤ電極がほこり等によって汚れ易いなどの問題点があ
る。

【０００４】そこで、これらの問題点を解消するべく、
コロナ放電器を使用せずに帯電部材を被帯電体に接触さ
せて帯電を行う接触帯電法が提案されている。しかしな
がら、従来の接触帯電法は、帯電部材と被帯電体とを接
触させた状態で帯電を行うものではあっても、正確には
帯電部材と被帯電体との間の微小な空隙を通して気中放
電を行わせることにより被帯電体を帯電させるものであ
り、コロナ放電器を用いる場合に比べてオゾン発生量は
低く抑えられるものの、オゾンの発生を完全に抑えるこ
とはできない。また、基本的に気中放電を利用する帯電
方法では、気中放電に関するパッシェン（Ｐａｓｃｈｅ
ｎ）の法則と微小な空隙の距離とに基づく、数百ボルト
にも及ぶ帯電開始電圧を必要とするといった欠点があ
る。本発明者の検討によれば、この帯電閾値とでもいう
べき帯電開始電圧は、通常６００〜７５０Ｖにも及び、
例えば−６００Ｖの帯電電位を得るためには−１３００
〜−１５００Ｖもの高電圧を印加する必要があった。

【０００５】また、従来の接触帯電方法では帯電電位を
均一化するために直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を
印加することも行われるが、この場合気中放電による耳
ざわりな高周波音が発生するという問題点もある。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、オゾンの発生を完全に抑えることができ、しかも、
低電圧印加で、十分な帯電電位を得ることが可能で、帯
電効率などの問題点も十分に解決することができる上、
交流電圧重畳時の高周波音の発生も確実に防止すること
ができる接触帯電方法及び接触帯電装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、接触帯電
部材を被帯電体に当接させ、これら接触帯電部材と被帯
電体との間に電圧を印加して、被帯電体を帯電させる場
合に、接触帯電部材の静電容量、被帯電体の静電容量及
び印加電圧を適正化することにより、気中放電を生じる
ことなく、直接電荷移動や摩擦帯電等の直接帯電方式に
よって帯電を行うことが可能であり、これによってオゾ
ンの発生を確実に防止することができると共に、比較的
低い電圧の印加で十分な帯電電位を得ることが可能であ
ることを見い出し、本発明を完成したものである。

【０００８】即ち、人体への影響に対する懸念から、複
写機等の電子写真装置においても、オゾンの発生をでき
るだけ防止することが望ましいが、コロナ帯電方式にせ
よ、接触帯電方式にせよ、気中放電を利用する従来の帯
電方式では、気中放電の際に副生成物として必ずオゾン
が発生するため、オゾンの発生を完全に抑止することは
不可能である。そこで、本発明者はコロナ放電を使用し
ない接触帯電方式において、気中放電を生じることな
く、しかも比較的低い電圧の印加で良好な帯電を行い得
る条件につき鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た
ものである。

【０００９】例えば、図１に示したローラ状の接触帯電
部材１をドラム状の感光体（被帯電体）２に当接させ、
電源３により接触帯電部材１と感光体２との間に電圧を
印加して、感光体２を帯電させる装置の上記接触帯部材
１と感光体２との間の微視的空隙にかかる電圧について
考える場合、その電気的モデルは図２に示したような模
式図とすることができる（なお、図１中２ｂは感光体２
を構成する金属製ドラム基体、２ａは感光体層であ
る）。この場合、接触帯電部材１は距離ｄ₀（μｍ）隔
てて感光体２と対峙しているとすると、外部から電圧Ｖ
_Tが印加されたとき、空隙ｄ₀にかかる電圧Ｖ₀は下記式
（２）で表わされる。

【００１０】

【数２】

【００１１】一方、空隙ｄ₀における放電現象はパッシ
ェンの法則から導かれ、放電破壊電圧Ｖ_p（Ｖ）は次式
（３）で近似される。

【００１２】Ｖ_p＝３１２＋６．２ｄ₀ …（３）

【００１３】上記式（２）をパッシェン曲線と共に図示
すると図３のグラフとなる。即ち、図３は横軸に空隙ｄ
₀、縦軸に電圧Ｖ_p又はＶ₀をとったもので、Ａの曲線が
パッシェンの曲線で、他のＢ〜Ｅの曲線がＶ_T＝１００
０Ｖとして（ε₀／Ｃ₁＋ε₀／Ｃ₂）をパラメーターとし
たときのＶ₀の変化を示す曲線である。なお、曲線Ｂは
（ε₀／Ｃ₁＋ε₀／Ｃ₂）（以下同様）が１、Ｃは１０、
Ｄは２０、Ｅは５０の曲線である。

【００１４】この図３において、パッシェンの曲線Ａと
他の曲線が交点を有するとき放電を生じ、この場合Ｖ₀
＝Ｖ_pとおいたｄ₀に関する次の二次方程式（４）が実数
解を持つ。

【００１５】

【数３】

【００１６】一方、放電が起こらない条件は、上記二
次方程式（４）が実数解を持たないこと、即ち下記判別
式が負になること、又は上記二次方程式（４）が実数
解を持つ場合でもｄ₀が０以下になることである。この
，を数式で示すと次の通りである。二次方程式（４）が実数解を持たない場合

【００１７】

【数４】二次方程式（４）が実数解を持ち、かつｄ₀が０以下
となる場合

【００１８】

【数５】

【００１９】従って、放電の発生を防止するには、上記
式（６）又は式（９）を満足する条件で接触帯電を行え
ばよく、本発明者は接触帯電を行う場合に気中放電を生
じさせない条件として、上記式（６）と（９）とを１式
にまとめて下記式（１）を導いた。

【００２０】

【数６】

【００２１】そこで、本発明者は、上記式（１）を満足
する条件で帯電試験を行ったところ、後述する実施例に
示したように、オゾンを全く生じることなく、かつ比較
的低い印加電圧で良好な帯電電位を得ることができるこ
とを見い出し、本発明を完成したものである。

【００２２】従って、本発明は、接触帯電部材を被帯電
体に当接させ、これら接触帯電部材と被帯電体との間に
電圧を印加して、被帯電体を帯電させる接触帯電方法に
おいて、上記接触帯電部材の静電容量と、被帯電体の静
電容量と、印加電圧とが上記式（１）に示す関係を満足
する条件で帯電を行うことを特徴とする接触帯電方法、
及び被帯電体表面に当接して被帯電体を帯電させる接触
帯電部材と、この接触帯電部材と被帯電体との間に電圧
を印加する電圧印加手段とを具備してなる接触帯電装置
において、上記接触帯電部材の静電容量と、被帯電体の
静電容量と、印加電圧とが上記式（１）に示す関係を満
足するように構成したことを特徴とする接触帯電装置を
提供するものである。

【００２３】以下、本発明について更に詳しく説明す
る。本発明の接触帯電方法及び接触帯電装置は、例えば
図１に示したように接触帯電部材１を被帯電体２に当接
させて、これら接触帯電部材１と被帯電体２との間に電
源３により電圧を印加し、被帯電体２を帯電させるもの
であり、この場合に上記接触帯電部材１の静電容量と、
被帯電体２の静電容量と、印加電圧とが下記式（１）に
示す関係を満足するように構成したものである。

【００２４】

【数７】

【００２５】ここで、上記式（１）で表わされる条件を
図示すると第４図のようになる。図４は横軸に（ε₀／
Ｃ₁＋ε₀／Ｃ₂）をとり、縦軸にＶ_Tをとったもので、斜
線で示した領域が上記式（１）の条件を満足する領域で
あり、放電が起きない領域である。一方、斜線部以外の
領域は放電を生じる可能性がある領域である。即ち、本
発明の接触帯電方法及び接触帯電装置は接触帯電部材の
静電容量、被帯電体の静電容量及び印加電圧を選定して
図４の斜線領域内で帯電を行うものである。なお、図４
において放電可能領域と放電不可領域との境界線は放電
帯電を行う場合の帯電閾値（帯電開始電圧）を表わす。

【００２６】このように、本発明の接触帯電方法及び接
触帯電装置は、上記式（１）で表わされる条件で帯電を
行うものであり、この場合、接触帯電部材の静電容量Ｃ
₁、被帯電体の静電容量Ｃ₂、印加電圧Ｖ_Tは上記式
（１）を満足し得る値であればよく、特に限定されるも
のではないが、特に本発明を電子写真装置や電子写真方
式のプリンター等に適用する場合には、被帯電体上に数
百Ｖの帯電電位を得る必要があるので、印加電圧Ｖ_Tと
しては５００Ｖ以上、従って（ε₀／Ｃ₁＋ε₀／Ｃ₂）と
しては１０以上（図４参照）とするのが好ましい。

【００２７】また、接触帯電部材の静電容量Ｃ₁は、被
帯電体の静電容量Ｃ₂に応じて上記式（１）を満足する
ように設定されるものであるが、好ましくは１×１０
^-21〜１×１０^-16Ｆμｍ^-2、より好ましくは１×１０
^-20〜１×１０^-17Ｆμｍ^-2とされる。

【００２８】本発明方法及び装置に使用される接触帯電
部材の形状、構造、材質等は、特に制限されるものでは
なく、用途や要求される帯電電位等に応じて適宜選定さ
れる。具体的には、その形状としては、ローラ状、ブラ
シ状、プレート状等、種々の形状とすることができる
が、特にローラ状が好ましく採用され、また構造として
は単層構造、２層以上の積層構造とすることができる。

【００２９】本発明に好適に用いられるローラ状の接触
帯電部材の一例として、図５に示した構造の帯電部材を
挙げることができる。この接触帯電部材１は、金属等の
導電性材料からなる基体４の外周面を導電性弾性体層５
で被覆し、更にその外周面に抵抗調整材料及び／又は誘
導体材料等からなる表面層６を形成した構造となってい
る。

【００３０】ここで、上記導電性弾性体層５や表面層６
は、通常導電性材料、半導体材料、合成樹脂材料、ゴム
材料等によって形成される。導電性材料及び半導体材料
として具体的には、グラファイト粉末、導電性カーボン
粉末、アセチレンブラック等の他、ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂等
の金属化合物半導体、アニリンブラック等の染料、ポリ
アニリン，ポリアセチレン，ポリピロール，ポリチオフ
ェン，ポリアセン等の導電性高分子等が挙げられ、ま
た、合成樹脂及びゴム材料等としては、ポリウレタン
系，ポリオレフィン系，ポリスチレン系，ポリエステル
系，アクリル系，ポリアミド系等の合成樹脂、天然ゴ
ム，変性天然ゴム，スチレン−ブタジエンゴム，ポリブ
タジエン，イソプレンゴム，アクリロニトリルブタジエ
ンゴム，クロロプレンゴム，エチレン−プロピレンゴ
ム，エチレンプロピレンターポリマー，ブチルゴム，ア
クリルゴム，ハイパロン，シリコーンゴム，フッ素ゴ
ム，多硫化ゴム，ウレタンゴム，エピクロルヒドリンゴ
ム等のゴム類が挙げられる。これらの中でもポリウレタ
ン類、ポリアミド類、ポリエステル類等の合成樹脂、ス
チレン−ブタジエンゴム，ポリブタジエン，イソプレン
ゴム，エピクロルヒドリンゴム，天然ゴム等が好ましく
用いられる。これらポリマーに前記導電性材料、半導体
材料を混合分散した複合材料又はポリマー単体で帯電部
材に適用することができる。これらのポリマーはそのま
まの状態で用いても良いし、多孔質状にして用いても良
い。更にＢａＴｉＯ₃，ポリフッ化ビニリデン等の高誘
電率材料を添加して、静電容量を制御することもでき
る。なお、これらの材料で図１に示した構造以外の接触
帯電部材、即ちブラシ状やプレート状の接触帯電部材を
構成することもできる。

【００３１】なお、接触帯電部材の被帯電体に当接する
面での好ましい抵抗値は、体面積の抵抗値で１０³〜１
０¹⁴Ωｃｍ²、より好ましくは１０⁶〜１０¹⁰Ωｃｍ²で
ある。

【００３２】ここで、体面積の抵抗とは、次式で表わさ
れるものである。Ｒ・Ｓ（＝体面積の抵抗）＝ρ・ＬＲ：電気抵抗（Ω）Ｌ：長さ（ｃｍ）Ｓ：面積（ｃｍ²） ρ：体積抵抗率（Ωｃｍ）

【００３３】本発明方法及び装置は、上記接触帯電部材
を被帯電体に当接させて電圧を印加し、帯電を行えるも
のであるが、その電圧印加の方法としては直流電圧のみ
の印加を行ってもよいし、直流電圧に交流電圧を重畳し
て印加してもよい。直流電圧のみの印加の場合、直流電
圧の値は、帯電部材及び被帯電体の静電容量の値に応じ
て、上記式（１）で許容される範囲内にあれば、任意の
印加電圧Ｖ_Tを選択して適用することができる。また、
直流電圧に交流電圧を重畳して印加する場合は、印加さ
れる直流電圧が、帯電部材及び被帯電体の静電容量の値
に応じて式（１）で許容される最大の印加電圧Ｖ_Tより
も小さく、かつ、交流電圧の重畳によっても、気中放電
が起きていないことが確認されれば、いかなる振幅並び
に周波数の交流電圧を重畳してもよいが、好ましくは振
幅１００〜２５００Ｖで周波数１〜１５００Ｈｚ、より
好ましくは５００〜２０００Ｖで１０〜７００Ｈｚの交
流電圧を用いるのがよい。

【００３４】

【実施例】以下、実施例、比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるも
のではない。

【００３５】〔実施例〕ポリウレタン樹脂に１７重量％
のグラファイト粉末を添加し、厚さ３ｍｍのシート状に
成形した。このシートの体面積の抵抗は８×１０⁸Ωｃ
ｍ²であり、静電容量は１．４×１０^-19Ｆμｍ^-2であっ
た。このシートを２０×２０ｍｍのプレート状に切り出
し、これを導電性両面粘着テープを用いてアルミニウム
基板上に貼着して、プレート状の接触帯電部材を作成し
た。

【００３６】この接触帯電部材のシート面を静電容量が
１．１×１０^-18Ｆμｍ^-2の有機感光体からなる被帯電
体に当接させ、電圧を印加して帯電試験を行った。この
とき、徐々に印加電圧を上げていき、その都度被帯電体
の帯電電位を測定した。印加電圧と帯電電位との関係を
図６に示す。なお、この帯電試験において、（ε₀／Ｃ₁
＋ε₀／Ｃ₂）は７１．２であり、式（１）で許容される
最大印加電圧｜Ｖ_T｜は約１４９６Ｖである。

【００３７】また、印加電圧を−１２００Ｖとし、接触
帯電部材と被帯電体とを当接した瞬間の電流の過渡応答
を観測したところ、図７に示した応答曲線を得た。図７
において、矢印の位置が当接した瞬間を示しており、実
線が流れた電流値を、波線が電流値を積分した移動電気
量をそれぞれ示している。

【００３８】〔比較例〕ブタジエンゴムに導電性カーボ
ンを配合して体面積の抵抗を１０³Ωｃｍ²とした導電性
ゴムシートの表面をディッピング法により一液性ウレタ
ン溶液に塗料用カーボンを混合分散して調製した導電性
塗料で被覆し、該導電性ゴムシート上に体面積の抵抗が
１０⁸Ωｃｍ²の導電性保護膜を形成した。この導電性ゴ
ムシートの体面積の抵抗は２×１０⁷Ωｃｍ²であり、静
電容量は２×１０^-18Ｆμｍ^-2であった。この導電性ゴ
ムシートを２０×２０ｍｍのプレート状に切り出し、こ
れを導電性両面粘着テープを用いてアルミニウム基板上
に貼着して、プレート状の接触帯電部材を作成した。

【００３９】この接触帯電部材を用い、実施例と同様に
して帯電試験を行った。結果を図６に示す。なお、この
ときの（ε₀／Ｃ₁＋ε₀／Ｃ₂）は１２．２であり式
（１）で許容される最大印加電圧｜Ｖ_T｜は約６９５Ｖ
である。

【００４０】また、印加電圧を−１５００Ｖとし、実施
例と同様に電流の過渡応答を観測した。結果を図８に示
す。

【００４１】図６に示した結果を見ると、比較例では約
−７００Ｖの帯電閾値（帯電開始電圧）が観測され、こ
の値は上記計算で得られた許容最大印加電圧６９５Ｖと
よく一致していることが分かる。従って、この比較例で
は帯電が気中放電を通して起っており、帯電過程でオゾ
ンが生成しているものである。また、図８に示した過渡
応答においても、当接した瞬間に放電によると思われる
ピーク状の電流が観測されており、気中放電の発生を裏
づけている。

【００４２】一方、実施例では、許容最大印加電圧が１
４９６Ｖであるにもかかわらず、図６に示されたよう
に、印加電圧約−１００Ｖ程度から帯電が起こりはじめ
るのが観測され、−１２００Ｖの電圧印加で、約−７５
０Ｖの高い帯電電位が得られている。従って、この実施
例は、気中放電による帯電ではなく、直接電荷移動等の
他の帯電過程を通して帯電が起きており、帯電過程でオ
ゾンは発生していない。図７に示した過渡応答を見てみ
ると、当接した瞬間に放電によるピーク状の電流は観測
されず、移動電気量も時間の経過と共に徐々に増大して
おり、このことから気中放電ではなく、直接電荷移動等
の他の帯電過程を通して帯電が起きていることが分か
る。

【００４３】以上のことより、本発明の範囲内にある実
施例では、気中放電が起きておらず、オゾンの発生が確
実に防止できると共に、気中放電を利用した比較例より
も低い電圧印加で高い帯電電位が得られることが確認さ
れた。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の接触帯電
方法及び接触帯電装置によれば、放電帯電を除外し、直
接帯電方式により帯電が行われるので、オゾンの発生を
確実に防止でき、しかも、低電圧印加で十分な帯電電位
が得られ、低消費電力化、装置の小型化に寄与するとと
もに、低騒音化も達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接触帯電方法及び接触帯電装置を説明
する説明図である。

【図２】本発明の接触帯電方法及び接触帯電装置の電気
的モデルを示す模式図である。

【図３】本発明の接触帯電方法及び接触帯電装置を説明
するグラフである。

【図４】本発明の接触帯電方法及び接触帯電装置を説明
するグラフである。

【図５】本発明の接触帯電方法及び接触帯電装置を構成
する接触帯電部材の一例を示す断面図である。

【図６】実施例、比較例の帯電試験の結果を示すグラフ
である。

【図７】実施例の過渡応答を示すグラフである。

【図８】比較例の過渡応答を示すグラフである。

【符号の説明】

１接触帯電部材２被帯電体３電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接触帯電部材を被帯電体に当接させ、こ
れら接触帯電部材と被帯電体との間に電圧を印加して、
被帯電体を帯電させる接触帯電方法において、上記接触
帯電部材の静電容量と、被帯電体の静電容量と、印加電
圧とが下記式（１）に示す関係を満足する条件で帯電を
行うことを特徴とする接触帯電方法。【数１】
【請求項２】被帯電体表面に当接して被帯電体を帯電
させる接触帯電部材と、この接触帯電部材と被帯電体と
の間に電圧を印加する電圧印加手段とを具備してなる接
触帯電装置において、上記接触帯電部材の静電容量と、
被帯電体の静電容量と、印加電圧とが上記式（１）に示
す関係を満足するように構成したことを特徴とする接触
帯電装置。