JPH0758419B2 - プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、転写式電子写真複写機，レーザビームプリン
タ等のように回転するドラム型感光体・エンドレスベル
ト型感光体等の像担持体面に該像担持体面を均一帯電す
る工程を含む作像プロセスを適用して像形成を実行さ
せ、像担持体は繰り返して使用する画像形成装置に関す
る。

〔背景技術〕

第４図にドラム型感光体を用いた一般的な転写式電子複
写機の概略構成を示した。

図において、３は像担持体としてのドラム型感光体であ
り、導電層，光導電層を順次層合してなるもので軸3bを
中心に矢印方向に所定の周速度で回転駆動される。該感
光体３はその回転過程で帯電装置18によりその周面は正
又は負の所定電位の均一帯電を受け、次いで露光部3aに
て不図示の像露光装置により光像露光Ｌ（スリツト露光
・レーザビーム走査露光等）を受ける。これにより感光
体周面に露光像に対応した静電潜像が順次に形成されて
いく。

その静電潜像は次いで現像装置５でトナー現像され、そ
のトナー現像像が転写装置13により不図示の給紙部から
感光体３と転写装置13との間に感光体３の回転と周期取
りされて給送された転写材Ｓの面に順次に転写されてい
く。

像転写を受けた転写材Ｓは感光体面から分離されて像定
着装置15へ導入され像定着を受けて複写物（コピー）と
して機外へプリントアウトされる。

像転写後の感光体３面はクリーニング装置６にて転写残
りトナーの除去を受けて清浄面化されて繰り返して像形
成に使用される。

感光体３の帯電装置18としては従来周知のワイヤー電極
を備えたコロナ帯電装置が一般に広く使用されている。

このようなコロナ帯電装置は繰り返し使用される感光体
３に対しては帯電工程前に感光体３を前面露光して除電
するいわゆる前露光工程、そして画像形成終了後には感
光体を露光して残存する電位を除電する全面露光工程が
必要とされていた。

即ち、感光体３を繰り返し使用するためには、前回の作
像で感光体３面に残存している静電潜像の電位コントラ
ストを次の作像のための帯電工程前に一旦消滅させる必
要がある。これは従来のようなコロナ帯電装置18では前
回の作像時の静電潜像の電位コントラストを残存させた
ままで次の作像のために該感光体面を帯電処理すると感
光体全面に均一な帯電が行えず、前回の静電潜像による
電位のコントラストが残ってしまい、それが次の作像の
画像にゴーストとして現われるからである。

また、画像形成終了後においても、感光体３上のすべて
の面の電位を消滅させてから停止状態にする必要があ
る。これは、感光体が帯電されたまま放置されると感光
体の感度等の特性が変化しやすくなるためである。

第４図において、19は上記感光体３の除電処理のために
帯電装置18とクリーニング装置６との間位置に配設した
感光体全面露光装置（イレーサ）を示す。而して感光体
３は繰り返しの各作像サイクルにおいて帯電装置18によ
る帯電を受ける前に該露光装置19で全面露光を受けて除
電処理されることにより帯電装置18により均一帯電がな
される。また画像形成終了後は帯電装置18をオフしてか
ら感光体３を少なくとも１周面分回転させ（後回転）、
その間露光装置19により感光体面を全面露光して感光体
全周面の除電を行わせた後、感光体の回転を停止させて
待機させる。

しかしながら、感光体の上記除電処理のための全面露光
装置19等を配設すると装置は複雑となりそれだけ大きな
ものとなってしまう。

さらに、コロナ放電器で帯電を行う場合、数kVといった
高電圧をワイヤ電極に印加せねばならず、シールド電極
及び本体へのリークを防止すべくワイヤ電極とシールド
電極との間の距離を大きく維持するために放電器自体が
大型化してしまうとか、コロナ放電によるオゾンの発生
が多く、装置や人体への悪影響、感光体劣化による画像
ボケが生じ易いといった問題点がある。

そこで、最近では上記のような問題点の多いコロナ放電
器を使用しないで、被帯電体たる感光体に帯電部材を接
触させて帯電を行う帯電手段が考えられている。これに
よれば前述したようなコロナ放電器での高電圧印加とか
オゾン発生等の問題点を解決できる。

具体的に被帯電体に帯電部材を接触させる帯電手段とし
ては、感光体表面に1kV程度の直流電圧域は直流電圧と
交流電圧との重畳電圧を外部より印加した導電性繊維毛
ブラシ或は導電性弾性ローラ等の導電性部材を接触され
ることにより感光体表面を所定の電位に帯電させるもの
である。

なお、このように像担持体たる感光体面に帯電部材を接
触させる帯電手段を行うと、感光体面の各部均一な帯電
はなされず、班点状のムラを生じる。本出願人は、これ
を解決するために特開昭61−298419号において、像担持
体たる感光体に接触する帯電部材に感光体に対する帯電
開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧等
の振動電圧を印加して感光体をムラなく均一に帯電して
いる。

しかしながら、このような帯電装置を電子写真複写機等
に適用して感光体を均一に帯電することはできるが、像
形成終了後の感光体の除電という点に関しては全く開示
がなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、帯電部材を像担持体に接触させて帯電させる
帯電手段を有する画像形成装置を改良するものであり、
その目的は帯電手段を像担持体の除電手段と兼用させる
ことにより、画像形成装置の可及的小型化・簡易化・低
コスト化等を図ることを可能とする画像形成装置を提供
することにある。

そして、本発明の他の目的は、従来のワイヤー電極を有
するコロナ放電装置のように高電圧を要することなく、
比較的低電圧で効率が良く、オゾンの発生が少量で帯電
及び除電を行うことのできる手段を備えた画像形成装置
を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は帯電部材を像担持体に接触
させて帯電させる帯電手段を有する画像形成装置におい
て、像担持体をムラなく均一にかつ安定して帯電するこ
とで良好な画像が得られる画像形成装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的及び本発明の特徴とするところは、添
付図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読むことにより
一層明らかになるだろう。

〔発明の構成〕

本発明は、上記目的を達成するために画像形成装置に着
脱可能なプロセスカートリッジであって、画像を担持す
る感光体と、この感光体を帯電するために前記感光体に
接触する帯電部材と、前記感光体をクリーニングするク
リーニング部材と、を有するプロセスカートリッジにお
いて、前記帯電部材と前記感光体との間に直流電圧を印
加した場合前記感光体の帯電が開始するときの、印加直
流電圧値、の２倍以上のピーク間電圧を備える振動電圧
が、前記帯電部材と前記感光体との間には印加され、前
記感光体の移動方向について前記クリーニング部材の下
流側から前記帯電部材の上流側にわたって前記感光体を
覆うカバー部材を有することを特徴とするプロセスカー
トリッジを要旨とする。また本発明は、上記プロセスカ
ートリッジを着脱可能とする画像形成装置を要旨とする 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図は本発明の画像形成装置の一例を示すものであ
り、本実施例のものはシート材給送部Ａとレーザビーム
プリンタ部Ｂとを組合せた画像形成装置を示している。

本例のプリンタＢの構成、作像動作について説明する。
１はプリンタの外装筐であり、本例プリンタは図面上右
端面側が前面である。1Aはプリンタ前面板であり、該前
面板はプリンタ外装筐１に対して下辺側のヒンジ軸1Bを
中心に２点鎖線示のように倒し開き操作、実線示のよう
に起し閉じ操作自由である。プリンタ内に対するプロセ
スカートリツジ２の着脱操作やプリンタ内部の点検・保
守等は前面板1Aを倒し開いてプリンタ内部を大きく開放
することにより行われる。

プロセスカートリツジ２は本例のものはカートリツジハ
ウジング2aに感光ドラム３、帯電ローラ４、現像器５、
クリーナ６の４つの作像プロセス機器を内包させてなる
もので、プリンタ前面板1Aを２点鎖線示のように倒し開
いてプリンタ外装筐１内の所定の収納部に対して着脱自
在である。ここでプロセスカートリツジ２は、少なくと
も像担持体たる感光ドラム３と帯電部材たる帯電ローラ
４のうちの一方を内包していれば良い。即ち、現像器５
やクリーナ６がカートリツジ２に含まれなくても良い
し、他の作像プロセス機器を含んでいても良い。カート
リツジ２はプリンタ内に正規に装着されることによりカ
ートリツジ側とプリンタ側の両者側の機械的駆動系統・
電気回路系統が相互カツプリング部材（不図示）を介し
て結合して機械的・電気的に一体化する。第１図に示す
ように感光ドラム３の移動方向に対してクリーナ６のク
リーニングブレード6aの下流側でかつ帯電ローラ４の上
流側の感光ドラム３の領域は露光されないようにカート
リッジ２のカバー部材で覆われている。

７はプリンタ外装筐１内の奥側に配設したレーザビーム
スキヤナ部であり、半導体レーザ、スキヤナモータ7a、
ポリゴンミラー7b、レンズ系7c等から構成されており、
該スキヤナ部７からのレーザビームＬがプリンタ内に装
着されているカートリツジハウジング2aの露光窓2bから
ハウジング2a内にほぼ水平に進入し、ハウジング内に上
下に配設されているクリーナ６と現像器５との間の通路
を通って感光ドラム３の左側面の露光部3aに入射し、感
光ドラム３面が母線方向に走査露光される。

８はプリンタ前面板1Aの下辺側に外方へ突出させ且つ前
上りに傾斜させて設けたマルチフイードトレイであり、
複数枚のシート材Ｓを同時にセツトできる。

10はプリンタ前面板1Aの内側の下部に設けたシート材給
送ローラ、12は該給送ローラ10の左側面に接触させた搬
送ローラである。13はプリンタ前面板1Aの内側で上記給
送ローラ10の上方に配設した転写ローラ、15a・15bはプ
リンタ前面板1Aの内側上部に設けた定着ローラ対、14は
転写ローラ13と定着ローラ対15a・15b間に設けたシート
材ガイド板、16は定着ローラ対15a・15bのシート材出口
側に配設したシート材排出ローラ、17は排出シート材受
けトレイである。

プリンタの制御系に画像形成スタート信号が入力される
と、感光ドラム３が矢印の反時計方向に所定の周速度で
回転駆動され、その周面が帯電ローラ４で正又は負の所
定の極性に一様帯電される。帯電ローラ４は所定の電圧
を印加した導電性部材であり、感光ドラム３は該ローラ
を接触させて帯電処理される。該帯電ローラ４は感光ド
ラム３に従動回転させてもよいし、ローラとドラムの接
触部において同方向又は逆方向に回転駆動させてもよい
し、非回転のものにしてもよい。しかしながら、望まし
いのは帯電ローラ４を感光ドラム３に対して同方向でロ
ーラとドラムの接触部でドラムと同速回転させるか、ド
ラムに対して従動回転させるものである。なぜならば、
ローラとドラムの摩擦がローラとドラムの間に速度差を
もつ場合に比べて小さく両者の摩耗，削れといった問題
が少ないからである。

次いで該回路感光ドラム３の一様帯電面に露光部3aにお
いて、前記レーザビームスキヤナ部７から出力される画
像情報の時系列電気画素信号に対応した画素レーザ光Ｌ
が入射して、ドラム３面がドラム母線方向に順次に該レ
ーザ光Ｌによる主走査を受けることにより感光ドラム３
面に画像情報の静電潜像が形成されていく。

そのドラム３面の形成潜像は現像器５の現像スリーブ
（又はローラ）5aに担持されている現像剤により順次に
トナー現像されていく。5bは現像剤（トナー）ｔの収納
室である。

本実施例では一様に帯電されているドラム３面に対し、
画像に相当する部分をレーザ光Ｌにより照射してドラム
面上の帯電電荷を除去し、ドラム３面に残った帯電極性
と同じ極性をもつ現像剤で上記光照射部を現像する反転
現像を行っている。

一方、マルチフイールドトレイ８上にセツトされたシー
ト材（転写用紙）Ｓのうち最上位のシート材が矢印方向
に回転駆動された給送ローラ10からプリンタ内へ引き込
まれ、引続き給送ローラ10と搬送ローラ12のニツプ部に
挟まれて感光ドラム３と転写ローラ13との対向接触部
（転写部）へ向けて感光ドラム３の回転周速度と同じ一
定速度で給送されていく。

転写部へ給送されたシート材は感光ドラム３と転写ロー
ラ13の間を順次に通過していく過程で転写ローラ13に印
加される電圧（トナーとは逆極性の電圧）と転写ローラ
の感光ドラム３に対する圧接力とにより感光ドラム３面
側のトナー像の転写を順次に受ける。転写ローラ13への
電圧印加は給送シート材の先端辺が感光ドラム３と転写
ローラ13との接触部（転写部）に到達したとき行われ
る。本実施例では転写手段として転写ローラを示した
が、その他従来より採用されているコロナ帯電器を適用
してもよい。

転写部を通過したシート材は感光ドラム３面から分離さ
れたガイド板14に案内されて定着ローラ対15a・15bへ導
入される。定着ローラ対15a・15bのうちシート材の像転
写面に接触する側のローラ15aはハロゲンヒータを内蔵
させた加熱ローラであり、シート材の裏面側に接触する
側のローラ15bは弾性体製の加圧ローラであり、像転写
を受けたシート材は該ローラ対15a・15bを通過していく
過程で転写されているトナー像が熱と圧力でシート材面
に定着され、排出ローラ16でトレイ17上に画像形成物
（プリント）として排出される。

トナー像転写後の感光ドラム３面はクリーナ６のクリー
ニングブレード6aにより転写残りトナー分やその他の汚
染物の拭掃除去を受けて清浄面化され繰り返して像形成
に供される。

また、マルチフイールドトレイ８を使用する代わりにシ
ート材給送装置Ａのカセツト40から給紙した場合、カセ
ツト40に積まれたシート材Ｓのうち最上位のシート材が
ピツクアツプローラ26によりレジストローラ28,55に送
られ矢印方向に進み、前述したようにシート材は給送ロ
ーラ10と搬送ローラ12との間に給送されていくものであ
る。

次に、第２図は本発明の画像形成装置の概略構成を示し
たもので前述したものと共通の構成部材には同一の符号
を付して再度の説明を省略する。

感光体ドラム３は本例ではOPC（有機光導電体）感光体
であるが、それに限らずＡ−Si,Se,ZnO等他の種々の感
光体を使用できる。帯電は感光体面に帯電部材を接触さ
せて帯電させる方式で行うが、ここで電圧が印加された
帯電部材により感光体表面が帯電されるのは感光体と帯
電部材のわずかな間隙、即ち、感光体と帯電部材の接触
部の外側のうすいくさび状空間を通して放電が行われる
ためである。帯電部材を感光体に接触させるのはそのよ
うな微少な間隙を作るためである。即ち、帯電部材の感
光体への接触によって、上記微少間隙を維持するもので
ある。

帯電ローラ４は、本例の場合は芯金上に導電性ゴム層を
設けたものである。該帯電ローラ４は少なくとも表面が
導電性を有するもので、その抵抗は10²〜10⁸Ωが適当で
あり、本例では10⁵Ωの導電性レウレタンゴム製のロー
ラを使用した。ここで、抵抗はローラ表面1cm²当たりの
芯金からローラ表面までの抵抗を表わす。また、ローラ
の材料としてはEDDM,NBR,CRなどのゴム材も使用可能で
ある。該帯電ローラ４は感光体３面に対して所定の加圧
力（例えば線圧0.01〜0.2kg/cm）をもって常時圧接した
状態に保たれ、本例の場合は感光体３の回転に伴ない従
動回転させる。

21は上記の帯電ローラ４に対する電圧印加手段としての
電源部であり、直流電源22、交流電源23、電源切変えス
イツチ24等からなる。

感光体３の前回転期間及び繰り返しの各作像サイクルに
おいて電源部21のスイツチ24の接点Ａ側に切変え保持さ
れていて帯電ローラ４には振動電圧として直流電源22に
よるDC電圧V_DCと交流電源23によるAC電圧V_ACとの重畳電
圧V_DC＋V_ACが印加されている。ここで、振動電圧とは、
時間とともに電圧値が周期的に変位する電圧であって１
周期内の最大電圧値と最小電圧値の中点 を振動中心とする。本実施例では−700VのDC電圧V
_DCと、ピーク間電圧V_P-P＝1500V、周波数1000Hzの正弦
波のAC電圧V_ACとの重畳電圧を印加した。

この構成において、感光体３を繰り返し使用して画像形
成を行ったところ、帯電ローラ４の直前の感光体面にお
いては従来必要とされていた前露光がないため前回の画
像形成による静電潜像の電位コントラストが残存してい
るが、帯電ローラ４を通過した直後の感光体面において
は感光体全面にわたって各部均一に−700Vに帯電されて
いる。このため従来必要としていた前露光がなくても画
像には前回の静電潜像によるゴーストは生じない。

ここで、特願昭61−298419号に示すようにDC電圧とAC電
圧を重畳させた時、直流電圧印加時の帯電開始電圧V_TH
値と交流電圧のピーク間電圧V_PPの間の関係がV_PP≧2V_TH
であると感光体はムラなく均一に帯電できるものであ
る。

以下、これについて説明する。

まず、帯電ローラ４に直流電圧を印加する場合であるが
感光ドラムの感光体層は、アゾ顔料をCGL層（キヤリア
発生層）とし、その上にヒドラゾンと樹脂を混合したも
のをCTL層（キヤリア輸送層）として19μの厚さに積層
した負極性有機半導体層（OPC層）とし、このOPC感光ド
ラムを回転駆動させ、その表面に帯電ローラ４を接触さ
せ、該帯電ローラ４に直流電圧V_DCを印加して暗所でOPC
感光ドラムに接触させて帯電を行わせるものとし、帯電
ローラ４通過後の帯電されたOPC感光ドラムの表面電位
Ｖと、帯電ローラ４に対する印加直流電圧V_DCとの関係
を測定した。

第10図のグラフはその測定結果を示すものである。印加
直流電圧V_DCに対して帯電は閾値を有し、約560Vから帯
電が開始し、その帯電開始電圧以上の電圧印加に対して
は、得られる表面電位Ｖはグラフ上傾き１の直線的な関
係が得られた。この特性は環境特性的にも（例えば高温
高湿32.5℃,85％・低温低湿15℃,10％環境）ほぼ同等の
結果が得られた。

ここで、帯電開始電圧は以下に示すように定義する。

即ち、電位が０の像担持体に対して帯電部材へ直流電圧
のみを印加してそれを徐々に大きくしていった時、その
印加直流電圧に対する像担持体たる感光体の表面電位の
グラフを書いてみる。この時、DC電位を100Vごとに取っ
ていくが、表面電位０に対して表面電位が現われた時を
第１の点として100Vごとに10点とる。この10点より統計
学でいう最小２乗法で直線を書き、この直線上で表面電
位０のときの印加直流電圧の値を帯電開始電圧とする。
第10図のグラフの直線は上記最小２乗法により作成した
ものである。

すなわち、帯電ローラ４への直流印加電圧をVaとして、
OPC感光ドラム表面に得られる表面電位をVc、帯電開始
電圧をV_THとすると、 Vc＝Va−V_TH の関係がある。

上記の式はパツシエン（Paschen）の法則を用いて導出
できる。

第11図の模型図に示すように帯電ローラ４とOPC感光体
層との間の微視的空隙Ｚにかかる電圧Vgは以下の（１）
式で表わされる。

Va:印加電圧 Vc:感光体層表面電位 Z:空隙 Ls:感光体層厚み Ks:感光体層比誘電率 一方、空隙Ｚにおける放電現象はパツシエンの法則によ
り、Ｚ＝８μ以上ではく放電破壊電圧Vbは次の１次式
（２）で近似できる。

Vb＝312＋6.2・Ｚ ……（２） （１）・（２）式をグラフに書くと第12図のグラフのよ
うになる。横軸は空隙距離Ｚ、縦軸は空隙破壊電圧を示
し、下に凸の曲線がパツシエンの曲線、上に凸の曲線
・・が夫々（Va−Vc）をパラメータとした空隙電
圧Vgの特性を示す。

パツシエンの曲線と、曲線〜が交点を有するとき
放電が生ずるものであり、放電が開始する点においては
Vg＝VbとおいたＺの二次式で判別式が０となる。すなわ
ち、 （３）式の右辺に先の実験で用いたOPC感光体層の比誘
電率３、CTL厚み19μを代入すると、 Vc＝Va−573 が得られ、先に得られた実験式とほぼ一致する。

パツシエンの法則は空隙での放電現象に関するものであ
るが、上記帯電ローラ４を用いた帯電過程においても帯
電部のすぐ近傍で微少ながらオゾンの発生（コロナ放電
に比較して10^-2〜10^-3）が認められ、帯電ローラによる
帯電が放電現象に関係しているものと考えられる。

第13図のグラフは感光ドラムの感光体層を上記例のOPC
層に代えてアモルフアスシリコン（Ａ−Si）層とした場
合の、帯電ローラ４通過後の帯電された該Ａ−Si感光ド
ラムの表面電位と、帯電ローラ４に対する印加直流電圧
との関係を測定したものである。これも前述した第10図
と同様の方法で書かれたグラフである。

暗減衰の因子を最小にするため帯電工程前の露光無で実
験を行った。V_TH≒440Vから帯電が開始し、その後は前
述第10図のOPC感光ドラムの場合のグラフと同様な直線
的関係が得られた。

前記（３）式で得られたKs・Lsに、用いたＡ−Si感光ド
ラムのKs＝12、Ls＝20μを代入するとV_TH＝432Vが得ら
れ、実験結果とほぼ一致する。

帯電ローラ４に直流電圧を印加した場合、以上のような
特性をもって感光体表面に帯電電位が得られるが、その
静電荷パターンを公知の現像方法を用いて顕像化すると
班点状のムラが発生し、これが帯電ムラに起因して生じ
ていることが判明した。

そこで、上記帯電ムラをなくすために、直流電圧に交流
電圧を重畳した振動電圧を帯電ローラに印加することを
試みた。この結果、所定のピーク間電圧を有する交流電
圧を直流電圧に重畳することが、上記帯電ムラの防止に
対して非常に有効であることがわかった。

次に、帯電ローラに直流電圧と交流電圧とを重畳した振
動電圧を印加する場合、前に使用したOPC感光ドラム及
びＡ−Si感光ドラムについて、帯電ローラ４を直流V_DC
に、V_P-Pのピーク間電圧を有する交流V_ACを重畳した振
動電圧（V_DC＋V_AC）を印加してOPC感光ドラム及びＡ−S
i感光ドラムを接触させて帯電処理したときのピーク間
電圧に対する感光体表面電位の関係をそれぞれ測定し
た。第９図及び第14図はその夫々の測定結果グラフであ
る。V_P-Pの小さい領域では、帯電電位はV_P-Pに比例して
直線的に増加し、ある値を越えると振動電圧成分中の直
流分V_DC値にほぼ飽和し、V_P-P変化に対して一定値をと
る。

感光体表面電位のV_P-P値変化に対する上記の変曲点α
は、OPC感光ドラムの場合は第９図のグラフのように約1
100V、Ａ−Si感光ドラムの場合は第14図のグラフのよう
に約900Vであり、これ等は丁度前述した帯電ローラを直
流電圧を印加する場合で求めた直流電圧印加時の帯電開
始電圧V_TH値のほぼ２倍の値になる。

この関係は印加電圧の直流成分V_DC値を変化させても表
面電位の飽和点がV_DC値の変化によってシフトするだけ
で、V_P-Pの変化に対する変曲点αの位置は一定である。
また、印加電圧の周波数を500Hz,1000Hz,1500Hz,2000Hz
と変化させても第９図，第14図のグラフは全く変わらな
かった。

このように直流成分に交流成分を重畳した電圧を帯電ロ
ーラに印加することによって得られた感光ドラムの帯電
表面を現像すると、V_P-Pの値が小さい時、即ちV_P-P/2と
帯電電位との間に傾き１の直線的な関係にある領域にお
いては、前述の帯電ローラ４に直流のみを印加した時と
同様に班点状のムラを生じているが、変曲点α以上のピ
ーク間電圧を印加した領域では表面電位が一定であると
ともに、得られた顕画像はムラがなく均一であり、帯電
が均一・一様に行われていた。

すなわち、帯電の一様性を得るためには、感光体の諸特
性等によって決定される直流電圧印加時の帯電開始電圧
V_THの絶対値の２倍以上のピーク間電圧を有する振動電
圧を、感光体と帯電ローラとの間に印加してやると良
く、その時得られる感光体の表面電位は印加電圧の直流
成分に依存する。

帯電の一様性と振動電圧のピーク間電圧V_P-Pと帯電開始
電圧V_THとの関係、即ちV_P-P≧2|V_TH|に関して前述のよ
うに実験的には認証されたが、理論的には以下のように
考えられる。

即ち、V_P-P変化に対する表面電位の関係における変曲点
αは、感光体と帯電ローラとの間に形成される振動電界
（これは前記振動電圧の印加によるもの）下において、
感光体から帯電ローラへの電荷の逆転移開始点であると
考えられる。

第６図は帯電ローラと感光体とが近接した領域での帯電
ローラへの印加電圧の波形（実線）と感光体表面電位
（破線）を示すものである。説明上直流成分V_DCに交流
成分V_P-Pの正弦波が重畳された振動電圧波形とすると、
振動電圧印加においてV_max・V_minは と表わされる。

V_maxの電圧が印加された時、感光体は前述のVc＝Va−V
_THの式によって の表面電位に帯電される。

この後、上記表面電位に対して帯電ローラへの印加電圧
値が最小値V_minになる過程において、その電位差が帯電
開始電圧V_THを越えると、感光体上の過剰な電荷は帯電
ローラ側へ逆転移する。

つまり、帯電ローラと感光体との間の電荷の転移・逆転
移が両者ともV_THの閾値を有して行われるという事は、
電荷の転移が両者間の空隙間電圧によって決定されるこ
とから方向的に等価と考えられることになる。

したがって、電荷の逆転移が生じるためには、 すなわち、 V_P-P≧2V_TH となり、前述の実験式と一致する結果が得られる。

つまり、たとえ感光体へ局部的に過剰な電荷がのって高
電位になっても、あるいは逆に一部に電荷がのらなかっ
たとしても上述の電荷の逆転移により一様化される。

このように、帯電ローラと感光体との間の前述の振動電
圧による振動電界が形成されることにより、両者間で電
荷の転移・逆転移が生じるが、V_THという値による電荷
の転移過程が決まる。すなわち、V_TH以上の電位差があ
る定まった距離間で生じると電荷の転移が起こるとする
と、帯電性ローラと感光ドラムとが近接した領域では、
感光ドラムの表面電位は第６図の破線で示すように、矩
形波に似た形状で振動する。図からわかるように振幅が の振動である。

つまり、第６図において、帯電ローラの電位がV_DC（印
加直流電圧）からV_maxへ上がる過程では初めの帯電ロー
ラへの印加電圧と感光体表面電位の差がV_TH以上である
ので電位差がV_THとなるまで電荷の転移が起こり、感光
体表面電位は上昇する。印加電圧がV_maxとなってからは
印加電圧と感光体表面電位との差がV_THより小さくなる
ため帯電ローラと感光体との間での電荷の移動が行われ
ずに感光体表面電位が維持される。さらに、印加電圧が
減少してV_minに近づくにつれて印加電圧と感光体表面電
位との差がV_TH以上になり、V_THに近づくように感光体か
ら帯電ローラへ電荷の逆転移が生じ、印加電圧がV_minに
なり、印加電圧と感光体表面電位との差がV_THとなると
電荷の移動は行われなくなる。このような繰り返しによ
り感光体の表面電位は破線のような振幅 の矩形波に似た形状で振動すると考えられる。ここで、
V_THに関してはその定義上電荷の移転を生じる最近接距
離での電位差であり、距離に依存するものである。

つまり、帯電ローラと感光体のギヤツプが大きいと電荷
の転移を生じるために必要なV_THも大きくなるはずであ
る。第12図に示すパツシエンの曲線位置も距離の増加
に従い空隙破壊電圧の増加現象を示している。従って、
帯電ローラと感光体が、その感光体の回動下流方向へ徐
々に遠のく構成においては、第６図に示した振幅 の矩形波状で振動していた感光体表面電位はその離間行
程で上記振幅中V_THの増加に従いその振幅は０に収束す
る。そして、電荷の転移・逆転移の生じなくなった十分
離れた領域においては感光体表面電位はほぼ印加直流電
圧値V_DCの値となる。よって、帯電前の感光体に以前の
潜像の電位コントラストが残っていても、帯電ローラを
感光体に接触させて帯電処理すると前の電位に関係せず
感光体全面に均一な帯電が行われる。このことは第８図
の帯電ローラでOPC感光ドラムを帯電させた時の帯電前
電位と帯電後電位の関係グラフからも明らかである。

しかし、もし帯電開始電圧V_THと交流電圧のピーク間電
圧V_PPの間の関係がV_PP＜2|V_TH|である場合、第７図に示
すように帯電ローラへの印加電圧がV_maxを過ぎると印加
電圧の感光体表面電位との差がV_THを越えることがなく
なり電荷の移動は行われず、感光体表面電位は、印加直
流電圧V_DCより小さくなってしまう。従って、感光体表
面電位の目標値をV_DCとした場合でも実際得られる表面
電位はそれに達しないものとなる。これからもV_PP≧2|V
_TH|が好ましいといえる。

ちなみに、DC電圧のみで感光体を帯電させると、DC電圧
−1200V〜−1300Vを印加して感光体表面電位がおよそ−
700Vに帯電されたが、帯電の均一性はかなり劣るもので
あり、感光体１を繰り返し使用すると前回の静電潜像の
電位コントラストが残存して画像にはゴーストとして現
われた。

感光体３に対する帯電に関しては以上説明した通りだ
が、一方このようにして感光体３が繰り返し使用され画
像形成が行われ、それが終了すると感光体３の全面をき
れいに除電して停止・待機状態に入らせるために、帯電
ローラ４へ供給する電圧をAC電圧のみとしてDC電圧をゼ
ロにする。即ち作像終了後の感光体３の少なくとも１周
面分の後回転期間では前記電源部21のスイツチ24が接点
Ａ側から接点Ｂ側に切換えられ、その切換え状態に保持
される。ここで、本発明のような帯電部材に像担持体へ
接触させて像担持体を帯電させる方式においては帯電部
材への印加電圧が小さいので、コロナ放電装置等のよう
な高電圧を印加した時に比べてスイツチの切換えは簡単
に行える。このようなスイツチの切換えにより帯電ロー
ラ４に対する印加電圧がDC電圧とAC電圧との重畳電圧V
_DC＋V_ACからAC電圧V_ACのみになる。つまり、帯電時V_DC
を振動の中心として振動していた振動電圧を、除電時に
は０を振動の中心とする振動電圧としている。

このように帯電ローラ４に対する印加電圧をDC電圧はゼ
ロとし、AC電圧のみを給電した場合は感光体３上の表面
電位は略0Vに均一に除電される。ここで、周波数は500H
z,1000Hz,1500Hz,2000Hzのどの場合でも全く同様に除電
された。なお、前述した様に、帯電開始電圧の絶対値が
振動電圧のピーク間電圧値の２倍以上である時、感光体
の表面電位はほぼ印加直流電圧値になるので、V_PP≧2|V
_TH|とするのが望ましい。このことは第９図のV_PPと感光
体表面電位のグラフからも明らかである。また、帯電時
のAC電圧と除電時のAC電圧は変えないのがより望ましい
が、V_PP≧2|V_TH|の範囲で帯電時と除電の時のAC電圧を
切り換えても良い。しかしながら、除電時の感光体の表
面電位が目標値である0Vに達せず、多少のムラがあって
も許容できる程度であれば、V_PP＜2|V_TH|でも良い。

これを少なくとも感光体の１周面分以上に対して行い、
感光体３の全面を均一にきれいに除電する。その後、AC
電圧をオフして感光体３の回転駆動を停止させ待機状態
に入らせる。

本実施例において、感光体が繰り返して使用され画像形
成が行われ、それが終了すると感光体に残存する電位を
減衰させて停止・待機状態に入らせるために、帯電ロー
ラへ供給する電圧を振動の中心が０である振動電圧、即
ちAC電圧としているが、DC電圧のレベルを画像形成時の
−700Vから例えば除電時には−100Vへ変化させても良
い。この場合、作像終了後の感光体３の少なくとも１周
面分の後回転期間では、−100Vの第２の直流電圧DC電圧
V_DCと、ピークピーク電圧V_P-P＝1500V、周波数1000Hzの
正弦波のAC電圧V_ACとの重畳電圧を帯電ローラ20へ印加
する。これを言い換えれば画像形成時−700Vが振動中心
である振動電圧を除電時には−100Vが振動中心である振
動電圧に変えているもので、画像形成時の振動電圧より
除電時の振動電圧の方の振動の中心の絶対値を小さくし
ているものである。

これにより、感光体３上の表面電位は全面およそ−100V
に減衰することになる。これは周波数は500Hz,1,500Hz,
2000Hzとしても全く変わらなかった。これは感光体に対
して特別に露光源を設けて感光体を全面露光し実質的に
除電した電位と同等の電位となる。その後、すべての電
圧をオフして感光体３の回転駆動を停止させ待機状態に
入らせる。このため、このまま放置されても感光体の特
性に何ら変化を生じることはない。尚、ここでも第９図
のグラフからわかるようにV_PP≧2|V_TH|であることが望
ましく、帯電時のAC電圧と除電時のAC電圧は変えない方
が望ましいが、V_PP≧2|V_TH|の範囲で帯電時と除電時のA
C電圧を切り換えることも可能である。

前述実施例においては作像終了後の振動電圧の振動中心
（直流電圧）を−100Vに設定したが、この値はそれぞれ
使用される感光体がそのまま放置されても特性に変化の
生じないような電位の値を設定すればよい。更に望まし
くは、感光体が強露光により実質的に除電された電位以
下の電位に設定することである。強露光により実質的に
除電された電位とは、電荷ののった感光体に当てる光量
を徐々に増やして感光体表面電位が減衰していった時、
それ以上光を強くしても表面電位が変わらなかった時の
電位、即ち飽和した電位である。通常の種々の感光体に
おいて、振動電圧の振動中心の絶対値（直流電圧）を10
0V以下にしておけば問題ないであろう。

第３図に本発明の他の実施例を示す。

これは感光体３の後回転期間での除電を帯電ローラ４を
アース電位に切換えることにより行わせるようにした回
路例である。

感光体３の前回転期間及び繰り返しの各作像サイクルに
おいて電源部21のスイツチ24は接点Ａ側に保持されてい
て帯電ローラ４には前述第２図例の場合と同様にDC電圧
とAC電圧との重畳電圧V_DC＋V_ACが印加されて感光体３の
均一帯電処理がなされる。

作像終了後の感光体の少なくとも１周面分の後回転期間
では電源部21のスイツチ24が接点Ａ側からアース接点Ｂ
側に切換え保持される。これにより帯電ローラ４はアー
ス電位となる。帯電ローラ４をアース状態にした場合も
AC電圧のみを印加した場合と同様に感光体３上に残存し
ている表面電圧は帯電ローラ４により除電されていく。
除電効果はAC電圧を印加している場合と比べると弱い。
しかし、感光体３の後回転数を複数回転に設定すること
により感光体全周面について十分に均一に除電が行われ
る。一般に画像形成終了後には最後の転写材Ｓを定着し
て排出するまでの搬送回転のために感光体３は何回転か
することになる。この搬送回転のうちに除電を行えば、
感光体３上の残存表面電位は全周面について十分に均一
に除電される。

また、上記実施例では除電する時に帯電ローラをアース
電位にしていたが、それに限らず帯電工程で帯電された
感光体表面の極性と逆極性のDC電圧を帯電ローラに印加
することにより除電することも可能である。この時は感
光体表面電位は多少ムラのあるものとなる。

以上説明したように、今までの実施例においては除電す
るのは画像形成終了後の像担持体たる感光体ドラムの後
回転時に行っているが、画像形成前のドラムの前回転時
にも除電を行って良いのは言うまでもない。例えば、感
光体を帯電させた所に原稿の画像部分以外を露光して電
荷を消し、画像部分として電荷が残っている部分をその
帯電極性と逆極性の現像剤で現像するような正規現像の
場合、感光体の非画像領域には電荷を残したくない。そ
の電荷により不必要な部分が現像されてしまうと感光体
のクリーナ等にそれだけ負担をかけてしまうからであ
る。画像形成途中で例えば転写材がジヤムした時、感光
体には帯電電荷がのったままで停止してしまう場合があ
る。このような時、次に画像形成を行う場合、前の感光
体の電荷を消すために画像形成前の少なくとも１回転の
間、像担持体である感光体を除電する必要がある。これ
は画像形成装置の電源を入れると同時に行っても良いこ
とはもちろんである。また正規現像をする場合、感光体
の繰り返しの作像サイクルにおいて、例えば１回目の像
と２回目の像の間で感光体に電荷がのっているとその不
要な部分も現像されてしまう。従って、正規現像の場
合、像と像の間でも除電を行うことが望ましい。

また、以上の実施例では帯電・除電するために感光体に
ローラを接触させているが、その代わりに導電性ゴム製
のブレードを使用することも可能である。ブレードはロ
ーラに比べて耐久性の面でやや劣るが、製造コストの面
ではブレードの方が有利であるといえる。

さらに、振動，電圧の波形として正弦波を用いている
が、これに限らず矩形波，三角波，パルス波等の波形で
も良い。

尚、感光体３に対する作像プロセスは所謂カールソンプ
ロセスに限らず、感光体を均一帯電処理する工程を含む
他の公知の各種のプロセスを採用できる。光像露光手段
も原稿台固定−光学系移動式、原稿台移動式、LEDアレ
イ制御式、液晶シヤツタアレイ制御式など種々の手段を
作用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば従来装置における
ような専用の前除電機器・後除電機器を配設する必要性
がなくなり、この種の画像形成装置の可及的小型化・簡
易化・低コスト化等を図ることができるものである。ま
たカートリッジがクリーニング部材の下流側から帯電部
材の上流側にわたって感光体を覆うカバー部材を設ける
ことができる。

また、帯電手段として振動電圧を印加した帯電部材を像
担持体面に接触させて帯電（あるいは除電）しているの
で、像担持体を帯電（あるいは除電）させるのにコロナ
放電器を使用して時のような高電圧を必要とせず、帯電
効率も上がり、オゾンの発生も少量で済み、均一で安定
な帯電（あるいは除電）を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置を適用したレーザビーム
プリンタの説明図、第２図は本発明の一実施例を示す概
略図、第３図は本発明の他の実施例を示す概略図、第４
図は従来装置の一例を示す概略図、第５図は本発明のさ
らに他の実施例を示す概略図、第６図，第７図は夫々帯
電ローラと感光体ドラムとの近接した領域での感光体ド
ラム帯電電位の振動状態を示すグラフ、第８図は感光体
ドラムの帯電前の電位と帯電後の電位との関係を示すグ
ラフ、第９図及び第14図はそれぞれOPC感光ドラムとＡ
−Si感光ドラムについての印加電圧V_PP値と感光体表面
電位Ｖとの関係を示すグラフ、第10図及び第13図はそれ
ぞれOPC感光ドラムとＡ−Si感光ドラムについての直流
印加電圧V_DCと感光体表面電位Ｖとの関係を示すグラ
フ、第11図は感光体層−帯電ローラ間の空隙ギヤツプ模
型図、第12図はパツシエンの曲線と空隙電圧での関係グ
ラフを示すものである。 ３は像担持体（感光体）、４は帯電部材（ローラ）、21
は電圧印加手段、22は直流電源、23は交流電源、24は電
源切換スイツチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平林 弘光 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−91253（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−52870（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像形成装置に着脱可能なプロセスカート
   リッジであって、画像を担持する感光体と、この感光体
   を帯電するために前記感光体に接触する帯電部材と、前
   記感光体をクリーニングするクリーニング部材と、を有
   するプロセスカートリッジにおいて、 前記帯電部材と前記感光体との間に直流電圧を印加した
   場合前記感光体の帯電が開始するときの、印加直流電圧
   値、の２倍以上のピーク間電圧を備える振動電圧が、前
   記帯電部材と前記感光体との間には印加され、前記感光
   体の移動方向について前記クリーニング部材の下流側か
   ら前記帯電部材の上流側にわたって前記感光体を覆うカ
   バー部材を有することを特徴とするプロセスカートリッ
   ジ。
2. 【請求項２】前記帯電部材は回転体であることを特徴と
   する請求項１のプロセスカートリッジ。
3. 【請求項３】前記振動電圧は、直流電圧と交流電圧とを
   重畳する電圧形状であることを特徴とする請求項１又は
   ２のプロセスカートリッジ。
4. 【請求項４】前記帯電部材は、前記感光体と接触する領
   域から前記感光体下流側に向かって前記感光体との距離
   が増加する領域を有することを特徴とする請求項１乃至
   ３のプロセスカートリッジ。
5. 【請求項５】画像を担持する感光体と、この感光体を帯
   電するために前記感光体に接触する帯電部材と、前記感
   光体をクリーニングするクリーニング部材と、を有する
   プロセスカートリッジが着脱可能に設けられる画像形成
   装置において、 前記帯電部材と前記感光体との間に直流電圧を印加した
   場合前記感光体の帯電が開始するときの、印加直流電
   圧、の２倍以上のピーク間電圧を備える振動電圧が、前
   記帯電部材と前記感光体との間には印加され、前記プロ
   セスカートリッジは、前記感光体の移動方向について前
   記クリーニング部材の下流側から前記帯電部材の上流側
   にわたって前記感光体を覆うカバー部材を有することを
   特徴とする画像形成装置。
6. 【請求項６】前記帯電部材は回転体であることを特徴と
   する請求項５の画像形成装置。
7. 【請求項７】前記振動電圧は、直流電圧と交流電圧とを
   重畳する電圧形状であることを特徴とする請求項５又は
   ６の画像形成装置。
8. 【請求項８】前記帯電部材は、前記感光体と接触する領
   域から前記感光体下流側に向かって前記感光体との距離
   が増加する領域を有することを特徴とする請求項５乃至
   ７の画像形成装置。
9. 【請求項９】前記帯電部材は前記感光体を除電すること
   が可能であり、前記像担持体を除電するとき前記帯電部
   材に印加される第１の振動電圧は、前記像担持体を帯電
   するときに前記帯電部材に印加される第２の振動電圧よ
   りも、その振動中心の絶対値が小さいことを特徴とする
   請求項５乃至８の画像形成装置。
10. 【請求項１０】前記第１の振動電圧の振動中心は実質的
    に０であることを特徴とする請求項５乃至９の画像形成
    装置。