JPH0772712A - 帯電方法、及び同装置を有する画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被帯電部材と帯電部材が離間する領域におい
て放電電界を形成し、被帯電部材を帯電することで、被
帯電面を均一に帯電する。 【構成】 アルミニウムドラム１ａと有機感光層１ｂか
らなる被帯電体としての感光体に、電荷除去部材２ｂ
と、電荷除去部材よりも下流側にある導電性部材２ａ
と、除電ブラシ２ｄと、電荷除去部材２ｂと導電性部材
２ａに支持された誘電体ベルトとからなる帯電部材を配
置し、電源３により芯金２ｅに電圧を印加することで帯
電処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は帯電部材により、被帯電
部材を帯電処理する帯電方法、帯電装置、及びこれを用
いた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば電子写真装置（複写機・レーザー
ビームプリンタなど）・静電記録装置等の画像形成装置
において、感光体・誘電体等の被帯電部材としての像担
持体面を帯電処理する手段機器としては従来より、コロ
ナ放電装置が広く利用されている。

【０００３】コロナ放電装置は像担持体等の被帯電体面
を所定の電位に均一に帯電処理する手段としては有効で
ある。しかし、高圧電源を必要とする、帯電効率が悪
い、構造が大型・複雑なものとなる、オゾン等の好まし
くないコロナ放電生成ガスが多く発生する、放電ワイヤ
の汚れや切断が生じる、等の問題点を有している。

【０００４】このようなコロナ放電装置に対して、電圧
を印加した帯電部材を被帯電部材に接触させて被帯電体
面を帯電処理する接触式の帯電手段があり、前記帯電手
段は電源の低圧化が図れ、オゾンの発生量が非常に少な
い、構成が簡単であるために低コスト化が図れる、等の
利点があり、画像形成装置においてコロナ放電装置に代
わり像担持体等を帯電処理する手段機器として注目さ
れ、その実用化が試みられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被帯電
体面を上記のような接触帯電部材にバイアス電圧（以下
バイアスと記す）を印加して帯電処理を行なった場合。

【０００６】前記バイアスが直流電圧の場合には、被帯
電部材たる電子写真感光体（以下、感光体と記す）の表
面に帯電むらが生じ各部均一に帯電処理することができ
ない。

【０００７】本発明は上記問題点を鑑み、被帯電体面を
均一に帯電する帯電方法、帯電装置、及び同装置を有す
る電子写真装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、本発明の帯電方法、帯電装置、及び同装置を有す
る電子写真装置は以下のような構成を備える。

【０００９】被帯電体表面に対向した位置に配置された
ベルト状誘電体と、前記ベルト状誘電体を支持、伸張す
る支持手段と、前記ベルト状誘電体に電圧を印加する電
圧印加手段と、前記ベルト状誘電体の電荷を除去する電
荷除去手段とからなる帯電部材を備えることで、被帯電
部材と前記帯電部材が離間する領域において放電電界を
形成し、被帯電部材を帯電する帯電方法。

【００１０】被帯電体表面に対向した位置に配置された
ベルト状誘電体と、前記ベルト状誘電体を支持、伸張す
る支持手段と、前記ベルト状誘電体に電圧を印加する電
圧印加手段と、前記ベルト状誘電体の電荷を除去する電
荷除去手段とからなる帯電部材を備えることで、被帯電
部材と前記帯電部材が離間する領域において放電電界を
形成し、被帯電部材を帯電することを特徴とする帯電装
置。

【００１１】像担持体と、像担持体表面に対向した位置
に配置されたベルト状誘電体と、前記ベルト状誘電体を
支持、伸張する支持手段と、前記ベルト状誘電体に電圧
を印加する電圧印加手段と、前記ベルト状誘電体の電荷
を除去する電荷除去手段とからなる帯電部材を備えるこ
とで、前記像担持体と前記帯電部材が離間する領域にお
いて放電電界を形成し、像担持体を帯電する帯電手段と
を有することを特徴とする画像形成装置。

【００１２】

【作用】上記のような構成を備えることで、被帯電部材
と帯電部材が離間する領域において放電電界を形成し、
かつ放電最小ギャップ付近のギャップで放電が開始し被
帯電部材を帯電することが可能となるために、放電最大
ギャップ付近のギャップで発生するような不安定な放電
を防ぐことが可能となり、被帯電体面を均一に帯電する
ことが可能となる。この帯電むらの発生するメカニズム
を以下で説明する。

【００１３】図２は接触帯電手段により感光体を帯電す
る一例を示したものである。１は感光体であり、感光体
１は基体としてのアルミニウムドラム１ａと、有機感光
層である１ｂからなる。感光体は矢印の方向に回転する
ものとする。２は感光体１に従動回転するローラ状の帯
電部材、３は帯電部材にバイアスを印加する電源であ
る。

【００１４】通常、帯電部材と感光体との間にギャップ
が存在しても帯電部材に印加するバイアスを高くしてい
くと、感光体と帯電部材との間で空気の絶縁破壊が起こ
ることで放電が開始され感光体が帯電し始める。

【００１５】図２の帯電部材２にバイアスを印加した場
合の感光体１と帯電部材２との間のギャップにかかる電
圧Ｖｇ（Ｖ）は以下のように表すことができる

【００１６】

【数１】

【００１７】（数１）において、Ｖａ（Ｖ）は帯電部材
に印加するバイアス値、Ｖｃ（Ｖ）は感光体表面電位の
値、Ｚ（μｍ）はギャップ長、Ｌｓ（μｍ）は感光層厚
み、Ｋｓは感光体の比誘電率である。

【００１８】一方、ギャップ長Ｚ（μｍ）における放電
現象はパッシェンの法則により、ギャップ長が８μｍ以
上における放電破壊電圧Ｖｂ（Ｖ）は以下のように表す
ことができる。

【００１９】

【数２】

【００２０】（数１）と（数２）を図に示したものが図
３である。図３において縦軸はギャップ電位（Ｖ）、横
軸はギャップ長（μｍ）であり、右上がりの直線が（数
２）であり、（１）、（２）はそれぞれ

【００２１】

【数３】

【００２２】を変化させた場合の（数１）の曲線を示し
たものである。放電は図３における（数１）の曲線と
（数２）の曲線が交点を有する場合に生じるものであ
り、（数１）の曲線が（数２）の曲線を上回っている範
囲では放電が発生可能となる。放電開始から終了までを
図２のモデルとともに説明すると以下のようになる。

【００２３】図２において感光体と帯電部材との当接部
より十分上流側（ａ点）では感光体表面電位Ｖｃは０Ｖ
であり、これは図３（１）のａ点に相当する。感光体と
帯電部材が徐々に近づいていく部分で（１）の曲線はｂ
点においてパッシェンの曲線と交わる。つまり放電が開
始されるわけであり、このときのギャップが放電が発生
可能な最大ギャップということになる（以下、放電最大
ギャップと記す）。以後感光体と帯電部材の間で放電が
持続可能となるので感光体の表面は帯電され電位が徐々
に上昇していく。さらに感光体と帯電部材とが近づいて
いく部分で、やがてギャップ電位があるしきい値Ｖｔ
（Ｖ）に到達し、その時点で放電は発生しなくなる。こ
の点は図２、３におけるｃ点に相当し、このときのギャ
ップが放電が発生可能な最小ギャップということになる
（以下、放電最小ギャップと記す）。さらに感光体と帯
電部材が近づいても（ｄ点）ギャップ電位はパッシェン
の曲線を下回っているため放電は発生しない。以降、感
光体と帯電部材が離間していく領域においても感光体の
電位ＶｃはＶａ−Ｖｔ（Ｖ）に達しているため、ギャッ
プ電位は図３の（２）の曲線に沿ってｅ、ｆ点と移行し
ていく。この間放電は発生しない。

【００２４】帯電部材にＶａを印加したときの感光体の
帯電電位は、ｃ点のギャップ電位Ｖｔにより決定され
る。またｃ点のギャップ電位を求めるには（数１）と
（数２）を等置して、

【００２５】

【数４】

【００２６】（数４）の二次式において判別式が０にな
る時の値を求めれば良い。すなわち

【００２７】

【数５】

【００２８】変形すると

【００２９】

【数６】

【００３０】（数５）に上記図２例で用いた有機感光体
の比誘電率３と感光層厚み２０μｍを代入すると

【００３１】

【数７】

【００３２】このときの放電最小ギャップＺｃは（数
６）の値を（数４）に代入することで求められる。計算
すると放電最小ギャップは１８μｍとなる。

【００３３】また（数７）より、感光体表面を５５０Ｖ
に帯電させようとした場合、帯電部材に印加するバイア
スは１１３０Ｖ必要になる。

【００３４】一方、帯電部材に１１３０Ｖのバイアスを
印加した場合の放電最大ギャップは図３中のｂ点のギャ
ップ長Ｚｂを計算することで求められる。すなわち（数
４）にＶａ＝１１３０Ｖ、Ｖｃ＝０Ｖを代入して求める
と（数２）がギャップ長Ｚが８μｍ以上で成立すること
から、最大ギャップは１２２μｍとなる。

【００３５】上記の結果をまとめると、図２に示すよう
に感光体と帯電部材とが徐々に近接して行くような場合
には、実際の放電は感光体と帯電部材が当接を開始する
点よりも上流側のギャップが比較的大きい部分で開始、
そして上流側のギャップが小さい部分で終了するという
ことである。

【００３６】しかしながら、発明者らは上記のようにギ
ャップが大きい部分から放電が開始する場合、特にギャ
ップが１００μｍを越える領域において放電が開始され
た場合には、図４領域Ａに示したように感光体の帯電電
位が目標値に対して非常にばらつきの大きいものとなる
ことを確認すると共に、領域Ａにおける帯電むらにより
過剰帯電した領域が、以降の領域Ｂ、Ｃにおいても除去
されないため、この帯電むらに起因して画像不良が発生
することを確認した。

【００３７】上記帯電むらは、特にギャップが大きい部
分において、帯電部材表面の凸部及び抵抗むらにより電
界が集中する部分があり、その部分から不安定な放電が
発生し過剰な電荷が移動するために起こるものと考えら
れる。

【００３８】また、前記バイアスが直流電圧と交流電圧
との重畳電圧の場合、交流成分により帯電の均一化とい
う点では有利ではあるが、すでに実用化されているよう
な目標帯電電位と同等の直流成分と、上記のしきい値Ｖ
ｔ（Ｖ）の２倍以上のピーク間電圧値を有する交流成分
を重畳する場合においても、直流電圧のみを印加する場
合と同様、徐々に近接していく部分で放電が開始され、
さらにこの場合にはピーク電圧が高くなるため、直流電
圧のみの場合と比較して放電最大ギャップが大きくな
り、このことにより放電の不安定度がさらに増大し、感
光層１ｂに塗工むらやピンホールが存在する場合に、放
電破壊を引き起こしやすくなるという問題点がある。

【００３９】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００４０】図５は、接触式の帯電手段を像担持体の帯
電処理手段として用いた画像形成装置の一例の概略構成
を示している。

【００４１】１はアルミニウムドラム１ａ表面に有機感
光層１ｂ（感光層膜厚２０μｍ、比誘電率３）を積層し
た被帯電体としての感光体である。前記感光体１は矢示
の時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。２
は前記感光体の表面を帯電する手段としての帯電部材で
あり、３ａはこの帯電部材に対してバイアスを印加する
電源であり、この電源により帯電部材に対して電圧が印
加されることで感光体１面が所定の極性・電位に帯電処
理される。

【００４２】次いでその帯電処理された感光体１面に不
図示の露光手段による画像情報露光４がなされて感光体
１面に露光光像パターンに対応した静電潜像が順次に形
成されていく。

【００４３】感光体１面の形成潜像は次いで現像装置５
により順次にトナー画像として現像される。

【００４４】一方、転写装置７と感光体１との間に不図
示の給紙装置から転写材６が、感光体面のトナー像とタ
イミングを合わせて給送され、前記転写材６面に対して
感光体１面のトナー像が順次に転写される。

【００４５】転写装置７を通過することにより像転写を
受けた転写材６は感光体１面から順次に分離され、不図
示の定着装置へ導入されて像定着を受け、画像形成物と
して出力される。一方、像転写後の感光体１面はクリー
ニング装置８のクリーニング部材８ａにより転写残りト
ナー、転写材紙粉、その他の残留付着物の除去がなされ
て清浄面化され、繰り返して像形成に供される。

【００４６】図１は、図５における帯電部材２部分の拡
大図である。前記帯電部材２は、芯金２ｅ、２ｆ上に一
体成形されたローラ状の導電性部材２ａと、電荷除去部
材２ｂと、導電性部材２ａと電荷除去部材２ｂに支持・
伸張され、適当な押圧力で感光体１に押圧されたベルト
状誘電体２ｃと除電ブラシ２ｄからなる。

【００４７】本実施例では、導電性部材２ａ，電荷除去
部材２ｂとしてポリウレタンゴムにカーボンを分散させ
て導電性をもたせたものを用い、その体積抵抗が１０⁶
Ω・cmとなるようにした。ベルト状誘電体２ｃとして
は、一体成形した膜厚１００μｍのナイロンシートを用
いた。

【００４８】図６は、放電により実際に感光体表面が帯
電される領域の拡大図である。芯金２ｅに電源３ａによ
りバイアスが印加されると、導電性部材２ａとベルト状
誘電体の近接部である領域Ａにおいて放電が発生し、ベ
ルト状誘電体２ｃの内表面に印加バイアスと同極性の電
荷が付与される。次にベルト状誘電体２ｃと感光体表面
が離間する領域Ｂにおいて放電が発生することで、印加
バイアスと同極性の電荷が感光体表面に付与される。こ
の場合の放電は感光体表面とベルト状誘電体が離間し、
いわゆる放電最小ギャップに達したときのものであるた
め、安定したものであり、感光体を均一に帯電すること
が可能となる。また同時にベルト状誘電体２ｃの外表面
には印加バイアスとは逆極性の電荷が付与される。

【００４９】感光体表面を帯電する領域Ｂを通過した導
電性部材２ａとベルト状誘電体２ｃは領域Ｃにおいて離
間するが、このときベルト状誘電体２ｃの内表面にはす
でに印加バイアスと同極性の電荷が存在するため放電は
発生しない。

【００５０】内表面に印加バイアスと同極性の電荷を、
外表面に逆極性の電荷を有したベルト状誘電体２ｃはそ
の後、もう一つの支持体である電荷除去部材２ｂと当接
する。電源３ｂによりバイアスが印加された、電荷除去
部材２ｂと電荷除去部材２ｂと対向した位置にある除電
ブラシ２ｄとの間に、表面に電荷を保持したベルト状誘
電体２ｃが到達するとその部分から電荷が除去される。
そのため、ベルト状誘電体２ｃと感光体表面が近接する
領域Ｄにおいては放電は発生しない。

【００５１】上記のような構成で、実際に感光体１を２
５mm／ｓｅｃで駆動させ、芯金２ｅに−１１３０Ｖの直
流電圧を印加し、感光体表面を帯電処理することで帯電
処理後の帯電むらを評価した。また画像情報露光４を行
うことで実際に画像出力を行い、出力された画像形成物
も評価した。

【００５２】上記のような帯電部材を用いた結果、ギャ
ップが比較的大きい場合の不安定な放電に起因する帯電
むらは発生しなかった。また画像形成物も画像不良等の
問題が発生せず良好な物が得られた。

【００５３】なお、本実施例ではベルト状誘電体２ｃと
して絶縁体を用いたが、長寿命化等のために膜厚を厚く
した場合に、ベルト状誘電体２ｃへの電荷の供給不足が
生じ、放電が持続しなくなる恐れがある。そのような場
合には、ベルト状誘電体２ｃとして中、高抵抗の半導電
性部材を用いればよい。ベルト状誘電体２ｃとして半導
電性部材を用いた場合、導電性部材２ａと電荷除去部材
２ｂの間で電位勾配が生じるが、ベルト状誘電体２ｃの
感光体１との近接部における表面電位が、ギャップの大
きな部分での異常放電を起こさないような電位になるよ
うに半導電性部材の抵抗と、電荷除去部材２ｂの抵抗、
導電性部材２ａと電荷除去部材２ｂとの距離を選ぶ必要
がある。さらに安定した放電を実現するためにはベルト
状誘電体２ｃが近接部で放電を起こさず、離間部でのみ
放電が発生するような表面電位になるように、半導電性
部材の抵抗と、電荷除去部材２ｂの抵抗と、導電性部材
２ａと電荷除去部材２ｂとの距離を選ぶことが望まし
い。またベルト状誘電体２ｃの材質も上記ナイロンシー
トに限るわけではなく、適度な柔軟性と良好な表面性を
有していれば良く、例えばポリウレタン、ＰＥＴ、ＰＦ
Ａ等が挙げられる。またベルト状誘電体２ｃは単層のシ
ートに限るわけではなく、誘電体であれば積層シートを
用いても良い。

【００５４】また導電性部材２ａと電荷除去部材２ｂ
は、上記実施例に示した材料に限られるわけではなく、
適当な弾性を有しその体積抵抗が１０⁵〜１０¹⁰Ω・cm
の範囲にあればよく、例えばシリコーン、ＮＢＲ、Ｎ
Ｒ、ＥＰＤＭ等に導電性を持たせたものを用いても良
い。また上記実施例においては電荷除去部材２ｂの対向
電極として除電ブラシ２ｄを用いたが、ベルト状誘電体
２ｃに均一接触可能であるならばシート状、ローラ状
等、その形状、材質は問わない。

【００５５】以上、本実施例では電子写真感光体を被帯
電部材として説明したが、電子写真感光体以外の被帯電
部材に対しても本発明は有効に活用し得ることは勿論で
ある。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明は、被帯電部材と帯
電部材が離間する領域において放電電界を形成し、かつ
放電最小ギャップ付近のギャップで放電が開始し被帯電
部材を帯電することが可能となるために、放電最大ギャ
ップ付近のギャップで発生するような不安定な放電を防
ぐことが可能となり、被帯電体面を均一に帯電すること
及び感光体のピンホールや塗工むらに対してのリーク防
止ができる優れた帯電方法、帯電装置、および同装置を
有する画像形成装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の帯電部材の横断面図

【図２】放電発生域のモデル図

【図３】ギャップ長と放電破壊電圧およびギャップ電位
の関係図

【図４】異常放電に起因する帯電むらのモデル図

【図５】実施例の画像形成装置の概略構成図

【図６】実施例の帯電領域の横断面図

【符号の説明】

１ａ アルミニウムドラム １ｂ 有機感光層 ２ 帯電部材 ２ａ 導電性部材 ２ｂ 電荷除去部材 ２ｃ ベルト状誘電体 ２ｄ 除電ブラシ ２ｅ 芯金 ２ｆ 芯金 ３ 電源 ３ａ 電源 ３ｂ 電源 ４ 画像情報露光 ５ 現像装置 ６ 転写材 ７ 転写装置 ８ クリーニング装置 ８ａ クリーニング部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 誠一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 縄間 潤一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被帯電体表面に対向した位置に配置された
   ベルト状誘電体と、前記ベルト状誘電体を支持、伸張す
   る支持手段と、前記ベルト状誘電体に電圧を印加する電
   圧印加手段と、前記ベルト状誘電体の電荷を除去する電
   荷除去手段とからなる帯電部材とを備えることで、被帯
   電部材と前記帯電部材が離間する領域において放電電界
   を形成し、被帯電部材を帯電する帯電方法。
2. 【請求項２】被帯電体表面に対向した位置に配置された
   ベルト状誘電体と、前記ベルト状誘電体を支持、伸張す
   る支持手段と、前記ベルト状誘電体に電圧を印加する電
   圧印加手段と、前記ベルト状誘電体の電荷を除去する電
   荷除去手段とからなる帯電部材を備えることで、被帯電
   部材と前記帯電部材が離間する領域において放電電界を
   形成し、被帯電部材を帯電することを特徴とする帯電装
   置。
3. 【請求項３】像担持体と、像担持体表面に対向した位置
   に配置されたベルト状誘電体と、前記ベルト状誘電体を
   支持、伸張する支持手段と、前記ベルト状誘電体に電圧
   を印加する電圧印加手段と、前記ベルト状誘電体の電荷
   を除去する電荷除去手段とからなる帯電部材を備えるこ
   とで、前記像担持体と前記帯電部材が離間する領域にお
   いて放電電界を形成し、像担持体を帯電する帯電手段と
   を有することを特徴とする画像形成装置。