JPH07114245A

JPH07114245A - 帯電装置

Info

Publication number: JPH07114245A
Application number: JP26268493A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Okamura; 岳彦岡村; Eiji Shimura; 英次志村; 高志 ▲浜▼; Takashi Hama; Kenjiro Yoshioka; 研二郎吉岡; Akihiko Ikegami; 昭彦池上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-10-20
Filing date: 1993-10-20
Publication date: 1995-05-02

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で均一な帯電が可能な帯電装置を
提供する。【構成】両端を支持されたフィルム状の帯電用部材２
７が弛み部において感光体２４と接触し、帯電用部材２
７は固定端距離ｄより弛み部最大幅ｔが大きい形状であ
る。さらに感光体２４との接触部付近の帯電用部材２７
の曲げモーメントＭが０．０１［kg・mm］より大きく、
帯電用部材２７と感光体２４の接触部の位置が、帯電用
部材２７の固定端の中点より感光体２４の移動方向にお
いて下流側にくるよう構成している。このため安定して
感光体２４と接触し、帯電用部材２７に電圧を印加して
感光体２４を均一に帯電することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真方式の複写機
もしくはプリンタ等に用いる帯電装置に関する。より詳
しくは、電圧印加もしくは電流供給された帯電用部材を
被帯電体に接触させて帯電処理を行う帯電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】以降、電子写真方式により画像形成を行
う画像形成装置に使用される帯電装置の例を用い、被帯
電体を感光体として説明する。

【０００３】従来の接触式帯電装置には、帯電用部材と
して導電性弾性ローラ、導電性繊維ブラシ、導電性ブレ
ード等を用いた方法が知られている。例えば、特開昭６
３−１４９６６８にはＤＣ成分とＡＣ成分を重畳した電
圧を印加した導電性弾性ローラを従動回転可能に感光体
に接触させた帯電装置が開示されている。また、特開昭
５５−２９８３７には導電性繊維を束ねたブラシを用い
た帯電装置、特開平１−９３７６１には導電性弾性ブレ
ードをその弾性によってカウンタ方向に当接させた帯電
装置が開示されている。さらにまた特開平４−２４９２
７０には片側を支持した導電性フィルムの自由端側を感
光体に接触させる帯電装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
帯電装置であるローラ帯電装置を用いた場合、特別な離
接機構を設けない限り感光体に圧接された状態で保持さ
れているため、ローラ帯電装置は圧縮永久歪による変形
をおこすため帯電不良が発生し、さらに装置の構成も複
雑であるという問題点を有していた。また従来の帯電装
置であるブラシ帯電装置では感光体の長手方向のブラシ
の接触均一性に乏しく帯電ムラが発生し易く、ブラシの
製作にも手間がかかるという問題を有していた。また従
来の帯電装置であるブレード帯電装置を用いた場合、帯
電幅全域にわたって均一な帯電をするためにブレードを
感光体に強く圧接して感光体表面を傷つけたり、感光体
を回転させるために大きなトルクを必要とするという問
題点を有していた。さらにまた、従来の帯電装置である
片持ちのフィルム帯電装置では、フィルムの自由端側が
全く矯正されないため皺が発生したまま感光体に接触し
帯電ムラとなり、さらに自由端の稜線がわずかに荒れて
いるだけでも帯電ムラになるという問題点を有してい
た。

【０００５】本発明はこのような点を鑑みてなされたも
のであって、ローラ帯電装置に比べると構成が簡単であ
り、ブラシ帯電装置に比べると均一帯電が可能であり、
ブレード帯電に比べると感光体を傷つける心配がなく、
片持ちフィルム帯電装置に比べると均一帯電が可能な帯
電装置を提供することを目的とする。すなわち電子写真
プロセス等に用いる帯電装置であって簡単な構成で安定
的に信頼性の高い帯電を行うことが可能な帯電装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の帯電装置は、電
源によって電圧印加もしくは電流供給された帯電用部材
を被帯電体に接触させつつ帯電処理を行う帯電装置にお
いて、保持部材に両端を固定された帯電用部材が弛み部
において被帯電体に接触することを特徴とする。また、
帯電用部材の２つの固定端の直線距離ｄより帯電用部材
の弛み部最大幅ｔが大きいことを特徴とする。さらに、
帯電用部材と被帯電体が接触している接触部付近におけ
る帯電用部材の曲げモーメントＭが０．０１［kg・mm］
より大きいことを特徴とする。さらにまた、帯電用部材
と被帯電体の接触部の位置が２つの固定端の中点より被
帯電体の移動方向において下流に位置することを特徴と
する。

【０００７】

【実施例】以下図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

【０００８】図１は、本発明の帯電用部材の保持形態例
を示す断面図である。同図（ａ）においてフィルム状の
帯電用部材１１は２つの固定端Ｓ、Ｔにおいて下向きに
支持され、弛み部１２がどこにも接していない自由な姿
勢をとっている。このように比較的短い固定端距離ｄ
（固定端ＳとＴの直線距離）で支持するとフィルム状の
帯電用部材１１は、曲げに対する反発力によって滴に似
た形状の弧を描く。この両端支持した帯電用部材を例え
ば平面状の被帯電体１３に、被帯電体１３の移動方向
（図中矢印）に靡く形で接触させた状態が同図（ｂ）で
ある。同図（ｂ）において、固定端ＳとＴの中点をＵと
し、帯電用部材１１の形成する曲線上で最もＵから遠い
点をＱとしたとき、線分ＵＱと垂直な方向における厚さ
のうち最大の値を弛み部最大幅ｔとする。また固定端Ｓ
から滴状の曲線を描いて固定端Ｔに至る長さをｌとす
る。先の固定端距離ｄよりも弛み部最大幅ｔが大きい、
滴型の形状を維持しながらフィルム状の帯電用部材１１
を被帯電体１３に接触させるという構成が本発明の典型
的な帯電用部材の保持形態例である。

【０００９】このようなフィルム状の帯電用部材を被帯
電体である感光体の接触させ実際に帯電を行った例につ
いて説明する。

【００１０】図２は、本発明の帯電用部材の保持形態例
を示す断面図である。導電性基体２１上に下引き層２
２、感光層２３がこの順に形成された感光体２４が、図
示しない駆動手段によって矢印方向に回転可能に構成さ
れている。一方、帯電装置２５は保持部材２６に両端を
支持された帯電用部材２７が電極２８を介して帯電電源
２９と接続される。両端支持された帯電用部材２７は、
弛み部分において感光体２４と接触し、その接触位置は
帯電用部材２７の固定端の中点より感光体２４の移動方
向において下流位置である。ここで、帯電用部材２７の
形態は、２つの固定端ＳとＴの直線距離ｄを１［mm］と
し、弛み部分を形成する部分の長さｌを１０［mm］とし
た。帯電用部材２７の位置は、外径３０［mm］の感光体
２４の中心Ｏから線分ＳＴの中点Ｕの距離が１８［m
m］、点Ｏを通る水平線と感光体２４の外周の交点（下
流側）をＰとしたとき、∠ＰＯＵを１１０゜とし、さら
に∠ＯＵＴが７０゜となる位置に配置した。但し、帯電
用部材２７にナイロン樹脂にファーネスブラックを１０
［wt%］分散させ、厚さ５０［μm］に押し出し成形した
フィルム状の帯電用部材を用いた。このような帯電用部
材２７を用いて、感光体２４を線速度３０［mm/sec］で
回転駆動しつつ、帯電電源２９により帯電用部材２７に
直流電圧Ｖaを印加して、帯電直後の感光体２４の表面
電位Ｖsを測定した。但し、表面電位測定と帯電処理の
間には図示しない除電手段によってＶsの初期化を行っ
ている。

【００１１】上記の構成における直流電圧Ｖaと得られ
た表面電位Ｖsとの関係を図３を用いて説明する。

【００１２】図３は本発明の帯電装置における実施例の
概略を示す断面図であり、横軸は帯電用部材２７に印加
した電圧Ｖaであり、縦軸は感光体２４の表面電位Ｖsを
示す。図３から、Ｖa＝−５７０［Ｖ］程度から帯電が
始まり、以降傾き約１の関係で表面電位が得られる。こ
れは図４を用いて以下のように説明できる。

【００１３】図４は本発明の帯電装置の空隙距離ｇと空
隙電圧Ｖ_gの関係を示す図である。曲線４１は空隙距離
ｇによって決まる破壊電圧Ｖbを表すパッシェンの曲線
であり、曲線４２は感光体と帯電用部材の電位差が比較
的大きい場合における空隙距離ｇと空隙にかかる分圧Ｖ
gの関係を示す曲線であり、曲線４３は放電が起こる限
界の電位差が空隙に存在する場合の空隙距離ｇと空隙に
かかる分圧Ｖgの関係を示す曲線である。

【００１４】図４に示すように、帯電用部材と感光体表
面には微少な空隙が存在し、空隙距離によって決まる破
壊電圧を超える電圧がかかった条件で放電が起こると考
えられ、電圧が印加された帯電用部材と感光体表面が徐
々に接近してくるとポイントＡからポイントＢへ向か
い、空隙の静電容量が増大するに伴って分圧は小さくな
る。しかしポイントＢでは空隙の分圧が破壊電圧に至っ
て放電が開始し、さらに帯電用部材と感光体表面が接近
すると空隙の分圧が破壊電圧と一致するまで放電によっ
て感光体表面は帯電されるので、パッシェンの曲線に沿
って推移しポイントＣに至る。ポイントＣはそれ以上空
隙距離が小さくなっても空隙にかかる分圧は破壊電圧を
超えることがなくなる点であり、ここで放電は終了す
る。さらに帯電用部材と感光体表面が接近するとポイン
トＣからポイントＤに推移し最接近点に至る。ここから
帯電用部材と感光体表面が徐々に離間すると曲線４３に
沿ってポイントＥに至って帯電処理が終了すると考えら
れる。

【００１５】ここでポイントＢとポイントＣの電位を求
めると以下の通りである。破壊電圧Ｖbは空隙距離ｇが
８［μm］より大きい領域では次式で表される。

【００１６】Ｖb＝−３１２−６．２ｇ（１）また、感光体の膜厚をｄpc、感光体の比誘電率をεpcと
すると、空隙にかかる分圧をＶgは、

【００１７】

【数１】

【００１８】であり、例えば感光層の厚さｄpc＝２０
［μm］、感光層の比誘電率εpc＝３．３としてポイン
トＣにおけるＶgおよびｇをＶb＝Ｖgとして求めると、Ｖg ＝−５６５［Ｖ］（３）ｇ＝１７．４［μm］（４）となる。このＶgの値は図３に示した閾値と一致してお
り先の説明を裏付けている。さらに、例えば感光体の表
面電位を−７００［V］に帯電する例とし、Ｖa − Ｖs＝−１２６５［V］（５）として、改めて式（１）、（２）からポイントＢの放電
が開始する空隙距離を求めると、ｇ＝１４６［μm］（６）となる。

【００１９】このように上記の設定の接触帯電は、帯電
用部材と被帯電体との間の空隙距離が略１５０［μm］
から１７［μm］の間に保持されている領域の放電によ
って、行われることになる。したがって、帯電用部材と
感光体表面との距離が放電が開始する距離（概ね１５０
［μm］）以下である帯電用部材と感光体との接触部付
近において、帯電用部材と感光体表面が徐々に近接する
領域を、全帯電領域にわたって均一に形成することで均
一な帯電がなされると考えられる。本発明の帯電装置は
かかる帯電用部材と感光体の近接領域を安定的に形成す
ることができる構成である。すなわち、両端を支持した
フィルム状の帯電用部材の弛み部分で感光体に軽く接触
することで、感光体に摩耗等のストレスを与えることな
く帯電幅方向には良く倣って均一な近接領域を形成する
ことができる。また帯電用部材と感光体の接触ニップが
大きいと作用する電界力が大きくなり感光体表面の移動
に伴って帯電用部材が引っ張られ振動してしまうので、
帯電用部材と感光体の近接部を安定的に保つためには、
ニップが３［mm］以下になるよう接触させ、望ましくは
１［mm］以下になるように配置することが望ましい。そ
のために、帯電用部材の２つの固定端の直線距離ｄより
帯電用部材の弛み部最大幅ｔが大きい形状とすること
で、帯電用部材が感光体に引きつけられる電界力に逆ら
って、帯電用部材と感光体の近接している部分の形状を
維持することができる。

【００２０】以下に本発明の帯電装置を用いた画像形成
装置によって画像を形成した具体例について説明する。
詳しくは、図５に示した画像形成装置の構成において帯
電装置のみを変更して画像形成を実施し、帯電の均一性
を画像によって評価した実験例について説明する。

【００２１】まず、画像形成装置の構成について説明す
る。

【００２２】図５は本発明の帯電装置を用いた画像形成
装置の断面概観図である。感光体２４は、ドラム状の導
電性の支持部の上に有機または無機の光導電性を有する
感光層を塗布したものであり図中の矢印の方向へ所定の
プロセススピードで回転する。帯電用部材２７は帯電電
源２９によって所定の直流電圧Ｖ_DCが印加されており、
感光体２４を所定の極性・電位に帯電処理する。その後
に、レーザーやＬＥＤ等の光源５１から出た光を結像光
学系を通して感光層に画像に応じて選択的に光照射する
ことで電位コントラストを得て感光体２４上に静電潜像
を形成する。一方、現像装置５２は、静電潜像を顕像化
する現像剤（図示せず）を搬送し現像するものである。
現像ローラ５３は、シャフトの外周に導電性の弾性層を
配設したもので、弾性層の外周に摺接する供給ローラ５
４によって現像剤の供給を受け、金属や樹脂で構成され
る薄板バネ状の弾性ブレード５５で適量に規制し薄層形
成した現像剤を搬送するものである。図中矢印の方向へ
の現像ローラ５３の回転によって、感光体２４と現像ロ
ーラ５３が圧接されている現像領域まで現像剤が搬送さ
れると、感光体２４の電位コントラスト及び現像電源
（図示せず）により形成される現像電界に応じて、帯電
した現像剤が感光体２４に付着し、静電潜像が顕像化さ
れる。さらに、転写ローラ５６もしくはコロナ転写器等
を用いて記録紙５７上に現像剤による像を転写し、定着
器（図示せず）によって熱や圧力を用いて記録紙５７に
定着し所望の画像を得るものである。一方転写されずに
感光体２４に残った現像剤は、クリーニング装置５８に
よって掻き落とされ、感光体２４は必要に応じて除電処
理（図示せず）を経て次の画像形成に備える構成となっ
ている。

【００２３】（具体例１）第１の具体例として、帯電装
置の形態と帯電の均一性の関係を調べた例について説明
する。図６および図７に示した帯電装置を図５に示した
画像形成装置に搭載し、プロセス速度３０［mm/sec］、
解像度６００［DPI］で面積諧調のグレースケール画像
を形成し、帯電ムラの状態を調べ、また帯電を行う際の
帯電用部材の様子を観察した。図６は本発明の帯電装置
における実施例の概略を示す断面図であり、（ａ）は実
験例１、（ｂ）は実験例２、（ｃ）は実験例３における
帯電用部材の概略を示している。図７は従来技術の帯電
装置における比較例の概略を示す断面図であり（ａ）は
比較例１、（ｂ）は比較例２における帯電用部材の概略
を示している。図２と同一名称同一機能の部材には同一
番号を付けてある。これらの帯電装置例における詳細な
設定条件を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】上述の帯電用部材を各々画像形成装置に搭
載した結果を以下に示す。

【００２６】実験例１および実験例２および実験例３で
は、動作停止時には帯電用部材は弧を形成した部分で感
光体に沿うことなく接触しており、感光体の移動開始前
後もしくは帯電バイアスの印加開始前後において帯電用
部材の形状に殆ど変化がなかった。一方比較例１および
比較例２では、動作停止時には感光体と帯電用部材は５
［mm］程度のニップで接触しており、帯電処理開始と共
に帯電用部材が下流側に引っ張られる形で大きく変形し
（図７中破線で表示）、クリーニングブレードをすり抜
けた現像剤や紙粉等が通過する際に帯電用部材が感光体
の移動方向上流・下流に大きく振動する現象が観察され
た。これはクリーニングブレードをすり抜けた現像剤や
紙粉等の異物が帯電用部材と感光体のニップ部に潜り込
み帯電用部材と感光体の間に過大なギャップを形成する
と、帯電用部材を感光体側へ吸引する電界の力が弱まり
帯電用部材の張力が電界の力に勝って、帯電用部材は感
光体の移動方向上流側に戻り、異物がニップを通り抜け
ると再び電界の力によって下流側に引っ張られこれらを
繰り返すためであると考えられる。得られた画像につい
ても帯電用部材の動きに対応しており、実験例１および
実験例２および実験例３においては均一なグレースケー
ル画像を形成することができたが、比較例１および比較
例２では細く縦に延びる断続的な低濃度部が発生し均一
な画像は得られなかった。

【００２７】このように、保持部材に帯電用部材の両端
を固定し形成した弛み部において感光体に軽く接触する
ことで、帯電用部材と感光体表面が徐々に近接する領域
を、全帯電領域にわたって均一に形成することができる
ので、均一帯電が可能になるのである。さらに、帯電用
部材の２つの固定端の直線距離ｄより帯電用部材の弛み
部最大幅ｔが大きくなるようにして弛み部分を形成する
と、帯電用部材と感光体を必要最小限のニップ幅で接触
させることができる。

【００２８】（具体例２）次に帯電用部材の曲げモーメ
ントと帯電の均一性の関係を調べた具体例について説明
する。

【００２９】図６（ｂ）に示した実験例２と同じ形態の
帯電装置を図５に示した画像形成装置に搭載し、プロセ
ス速度３０［mm/sec］、解像度６００［DPI］で面積諧
調のグレースケール画像を形成し、帯電ムラの状態を調
べ、また帯電処理を行う際の帯電用部材の様子を観察し
た。本実施例で用いた帯電用部材の特性を表２に示す。
但し、帯電領域の幅ｂは２２０［mm］とし、曲率半径ρ
は２［mm］とし、断面２次モーメントＩおよび曲げモー
メントＭは次式で算出した。

【００３０】Ｉ＝ｂｈ³／１２（７）Ｍ＝ＥＩ／ρ （８）

【００３１】

【表２】

【００３２】上述の帯電用部材を各々画像形成装置に搭
載した結果を以下に示す。

【００３３】実験例４および実験例５および実験例６で
は、動作時と停止時において帯電用部材の形状に大きな
差はなく、帯電用部材は弧を形成した部分で感光体の弧
に沿うことなく接触していた。一方比較例３では、帯電
処理開始と共に帯電用部材が下流側に引っ張られる形で
変形し、クリーニングブレードをすり抜けた現像剤や紙
粉等が通過する際に帯電用部材が大きく振動する現象が
観察された。画像も帯電用部材の動きに対応しており、
実験例４および実験例５および実験例６においては均一
なグレースケール画像を形成することができたが、比較
例３では細く縦に延びる断続的な低濃度部が発生し均一
な画像（すなわち帯電）は得られなかった。

【００３４】このように、帯電用部材と感光体が距離略
１５０［μm］以下に近接している接触部付近における
帯電用部材の曲げモーメントＭを０．０１［g・cm］より
大きくすることで帯電用部材は弛み部分の形状を維持
し、帯電用部材と感光体表面が徐々に近接する領域を、
全帯電領域にわたって均一に形成することができるの
で、均一帯電が可能になる。

【００３５】以上、本発明の帯電装置の実施例のいくつ
かについて説明したが、本発明は上述の実施例に示した
形態に限定されるものではない。例えば本発明の帯電用
部材２７には、ナイロン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フッ
素樹脂、オレフィン樹脂等の樹脂に、カーボンブラッ
ク、金属酸化粉、塩（例えば四級アンモニウム塩、過塩
素酸塩等）、導電性を有する樹脂（ポリビニルアニリン
等）等の導電性物質やその他分散剤等の添加剤を分散さ
せ、厚さ２０［μm］から１００［μm］程度に成形した
フィルム状の部材を用いることができ、その表面抵抗率
は１０⁷から１０¹⁰［Ω／□］が望ましい。また、ヤン
グ率Ｅと断面２次モーメントＩの積である曲げこわさＥ
Ｉが大きくなると帯電幅方向（感光体の長手方向）の接
触均一性に乏しくなり、帯電ムラが発生するので、曲げ
こわさＥＩは３．７５［kg・mm²］より小さく、望ましく
は０．３［kg・mm²］より小さいものを用いる。さらに、
帯電用部材と被帯電体の接触部の位置が固定端の中点よ
り被帯電体の移動方向において下流に位置するいわゆる
トレール方向に帯電用部材を支持する形で本発明を実施
すると、帯電用部材にかかる張力が固定端から自由端へ
の方向と一致し帯電用部材が変形しにくくなるため望ま
しい。さらにまた、実施例では帯電電源によって直流電
圧を印加した例を示したが、交流電圧を重畳する方法
や、定電流制御による方法で実施しても効果がある。さ
らにまた、本発明の帯電装置は、広く複写機、プリン
タ、ファクシミリ、ディスプレー等に応用が可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の上記の構成
によれば、帯電用部材と感光体表面が徐々に近接する領
域を、全帯電幅にわたって均一に形成することができ、
均一な帯電が可能となる。従って本発明を電子写真方式
による画像形成装置に応用した場合均一な帯電処理が可
能となり、均一な濃度の画像を形成することが可能にな
る。特に、ハーフトンの画像においてスジ状の領域のド
ットの細りや太りを低減し最終出力画像において濃度ム
ラとなることを防止することができるため、高品質な画
像を形成することができる。また感光体にソフトに接す
るため感光体が摩耗するという恐れがなく、耐久性の高
い画像形成装置が実現可能になるという効果も有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の帯電用部材の保持形態例を示す断面
図である。

【図２】本発明の帯電装置における実施例の概略を示
す断面図である。

【図３】本発明の帯電装置の実施例における帯電用部
材に印加した電圧Ｖaと感光体の表面電位Ｖsの関係を示
す図である。

【図４】本発明の帯電装置の実施例における空隙距離
ｇに対する空隙電圧Ｖgの関係を示す図である。

【図５】本発明の帯電装置を用いた画像形成装置の断
面概観図である。

【図６】本発明の帯電装置における実施例の概略を示
す断面図である。

【図７】従来技術の帯電装置における比較例の概略を
示す断面図である。

【符号の説明】

２４感光体２５帯電装置２６保持部材２７帯電用部材２８電極２９帯電電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉岡研二郎長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内 (72)発明者池上昭彦長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電源によって電圧印加もしくは電流供給
された帯電用部材を被帯電体に接触させつつ帯電処理を
行う帯電装置において、保持部材に両端を固定された前記帯電用部材が弛み部に
おいて前記被帯電体に接触することを特徴とする帯電装
置。
【請求項２】帯電用部材の２つの固定端の直線距離ｄ
より帯電用部材の弛み部最大幅ｔが大きいことを特徴と
する請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】帯電用部材と被帯電体が接触している接
触部付近における帯電用部材の曲げモーメントＭが０．
０１［kg・mm］より大きいことを特徴とする請求項１記
載の帯電装置。
【請求項４】帯電用部材と被帯電体の接触部の位置が
２つの固定端の中点より被帯電体の移動方向において下
流に位置することを特徴とする請求項１記載の帯電装
置。