JPH11143181A

JPH11143181A - 帯電装置

Info

Publication number: JPH11143181A
Application number: JP9305740A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 博佐藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JP3278389B2; US6014529A

Abstract

(57)【要約】【課題】環境変動による帯電不良を防止すると共に、
帯電ローラの感光体との接触部が長期放置により変形す
ることによるすじ状帯電むらを防止する。【解決手段】感光体を帯電する帯電ローラに印加する
交流成分は、定電流制御され、定電流制御の応答時間
が、帯電ローラと感光体が静止状態で両者の間に形成さ
れるニップ幅が帯電ローラと感光体との放電領域を通過
する時間よりも長くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば複写機や
レーザープリンタなどの電子写真方式、あるいは静電記
録方式の画像形成装置などに用いられる帯電装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、電子写真装置・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
電体としての像担持体表面を帯電させる方法としては、
細いコロナ放電ワイヤに高圧を印加して発生するコロナ
を像担持体表面に作用させて帯電を行う、非接触帯電で
あるコロナ帯電が一般的であった。

【０００３】近年は、低圧プロセス、低オゾン発生量、
低コストなどの点から、ローラ型・ブレード型などの帯
電部材を被帯電体としての像担持体表面に接触させ、帯
電部材に電圧を印加することにより像担持体表面を帯電
させる接触帯電方式が主流となりつつある。特にローラ
型の帯電部材は長期にわたって安定した帯電を行うこと
が可能である。

【０００４】帯電部材に対する印加電圧は直流電圧のみ
でも良いが、振動電圧を印加することで帯電を均一に行
わせることができる。

【０００５】例えば、直流電圧を印加したときの被帯電
体の放電開始しきい値電圧（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と、直流電圧（直流オ
フセットバイアス）とを重畳した振動電圧を印加するこ
とにより、被帯電体の帯電を均す効果があり均一な帯電
を行うことが知られている。振動電圧の波形としては正
弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波でも良い。振
動電圧は直流電圧を周期的にオン／オフすることによっ
て形成された矩形波の電圧や、直流電圧の値を周期的に
変化させて交流電圧と直流電圧との重畳電圧と同じ出力
としたものも含む。

【０００６】上記のように、帯電部材に振動電圧を印加
して帯電する接触帯電方式を以下「ＡＣ帯電方式」と記
す。また振動電圧の振動成分である交流電圧成分を「Ａ
Ｃ電圧成分」又は「ＡＣ電圧」、固定成分である直流電
圧を「ＤＣ電圧成分」又は「ＤＣ電圧」と記す。

【０００７】一方、帯電部材の抵抗値は材料の環境変動
によって１桁近く変動することがある。従って帯電ロー
ラに印加するＡＣ電圧を定電圧制御すると、特に低温低
湿環境下では材料が乾燥して抵抗値が上昇し、帯電不良
が生じる可能性があり、また、高温高湿環境下では材料
が吸湿し、抵抗値が下降し、帯電ローラに余分なＡＣ電
圧を重畳することになる。余分なＡＣ電圧を印加した場
合、帯電部材と像担持体の接触部近傍の微小ギャップ間
で余分な放電が起こり、像担持体表面にダメージを与え
る。ダメージを受けた像担持体表面がクリーニング部材
等と摺擦すると、像担持体表面の摩耗が著しく促進さ
れ、その結果像担持体の寿命が大きく短縮される。

【０００８】このような問題を回避する方法として、帯
電部材に印加するＡＣ電圧を定電流制御する方法が知ら
れている。この方法によると環境特性、又は帯電部材製
造時のふれなどによってインピーダンスが上昇すると、
帯電部材に供給される帯電ＡＣ電流が定電流制御されて
いるため、発生するＡＣ電圧（ピーク間電圧）がオーム
の法則に従って上昇し、帯電不良を防止する効果があ
る。一方、高温高湿環境下などで均一帯電に必要な電圧
が小さくても良い場合には、帯電部材のインピーダンス
も下降するため、発生するＡＣ電圧（ピーク間電圧）も
小さくなり、余分なＡＣ電圧が印加された場合の前述の
問題を回避することができる。

【０００９】一方、帯電部材にＡＣ電圧を印加した場合
には、帯電部材と像担持体の接地された基体との間に電
界が発生するため、帯電部材と像担持体の間に電気的な
力が生じる。この力はＡＣ電圧に応じて変化するため、
像担持体は振動を引き起こし、帯電音と呼ばれる異音を
発生することがある。

【００１０】このような問題を回避する方法として、発
泡体を備える帯電部材を用いることが知られている。帯
電部材に発泡体を用いることで帯電部材と像担持体の間
に働く電気的な力によって生じる振動を緩和できるた
め、帯電音を軽減することができる。

【００１１】一方、帯電部材は像担持体表面との微小ギ
ャップ間での放電により像担持体表面を帯電するのであ
るから、均一な帯電を行うためにはギャップ間の距離を
均一にしなければならない。そのため帯電部材の表面は
平滑であることが望ましく、発泡体からなる帯電部材の
場合、表面にスキン層を有するもの、或いは帯電部材を
複数の層で構成して表層には平滑な層を用いるものが良
い。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発泡体
からなる帯電ローラを感光ドラム表面に押圧した状態で
長期間放置（特に帯電ローラを備えるプロセスカートリ
ッジの使用前の状態での長期間放置）すると、帯電ロー
ラの硬度が小さいこともあり、発泡体が永久変形するこ
とによって、当接していた位置に像担持体表面に沿った
変形部が形成される場合がある。このような変形をした
帯電ローラを用いて帯電を行った場合、変形部が帯電領
域を通過する際に変形に応じた帯電不良を生じる場合が
ある。図５に示すように帯電ローラと感光ドラムの接触
部近傍のギャップの形状は帯電ローラの変形部と非変形
部で異なるため、放電可能な距離にある領域、すなわち
放電面積が異なる。帯電ローラに印加したＡＣ電圧の電
流量は放電面積に比例して変化するため、定電流制御を
行った場合には放電面積の変化に応じて帯電ローラに印
加するＡＣ電圧（ピーク間電圧）の値が変化する。この
時ＡＣ電圧の値が良好な帯電電圧の範囲を超えた場合に
帯電不良となる。帯電不良としては白すじと黒すじが隣
接するように生じるすじ状の画像不良が生じる。

【００１３】そこで、本発明の目的は、帯電ローラと被
帯電体への接触による帯電ローラが永久変形した場合で
あっても良好な帯電が可能な帯電装置を提供することで
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、被帯電体を帯
電するために被帯電体に接触し、発泡部材を備える回転
可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加
される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動
成分は定電流制御され、かつ定電流制御の応答時間が、
前記帯電ローラと前記被帯電体が静止状態で両者の間に
形成されるニップ幅が前記帯電ローラと前記被帯電体と
の放電領域を通過する時間よりも長いことを特徴とする
帯電装置である。

【００１５】また、像担持体を帯電するために像担持体
に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであ
って、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有
する帯電装置において、前記振動成分は定電流制御さ
れ、かつ少なくとも前記帯電ローラが前記像担持体の画
像領域となるべき領域を帯電するとき前記振動成分は定
電流制御中の前記振動成分のピーク間電圧に基づいた所
定のピーク間電圧範囲内に制限されることを特徴とする
帯電装置である。

【００１６】更に本発明は、像担持体を帯電するために
像担持体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ロ
ーラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ロ
ーラを有する帯電装置において、前記振動成分は定電流
制御され、前記帯電ローラが前記像担持体の画像領域と
なるべき領域を帯電するとき前記帯電ローラは定電流制
御中の前記振動成分のピーク間電圧に基づいたピーク間
電圧で定電圧制御されることを特徴とする帯電装置であ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施例）以下、本発明の
実施例の詳細を添付図面に基づいて説明する。

【００１８】図２は本実施例で用いた画像形成装置の概
略構成図であり、レーザー、ポリゴンミラー、レンズ系
を含むスキャナユニット１からは画像信号に応じて変調
されたレーザー光がスキャン出力され、このレーザー光
は折り返しミラー２で反射して像担持体である感光ドラ
ム３上に照射される。そして、感光ドラム３は帯電ロー
ラからなる一次帯電器４によって均一に帯電され、その
表面上にはレーザー光の照射によって静電潜像が形成さ
れる。この静電潜像は現像装置５内のトナー２４によっ
てトナー像として現像されて顕像化される。一方、カセ
ット７１内に収納された記録材７は、給紙ローラ７２に
よって感光ドラム３での潜像の形成と同期してレジスト
ローラ７３まで供給される。そして、この記録材７は、
レジストローラ７３によって感光ドラム３上に形成され
た潜像の先端と同期して、転写ローラからなる転写帯電
器６に搬送され、転写帯電器６によって前記トナー像が
該記録材７に転写される。トナー像を転写された記録材
７は定着器８によってトナー像を永久定着された後、最
後に装置外部に排出される。なお、感光ドラム３上に残
留したトナーは弾性ブレードからなるクリーニング装置
９によって除去される。

【００１９】本実施例の特徴とするところは、発泡部材
を備える帯電部材に振動成分（交流成分）を含む帯電バ
イアスを印加して静電潜像担持体表面を帯電する帯電装
置において、帯電部材に印加する振動成分（交流成分）
を定電流制御し、かつ、定電流制御の応答時間を、帯電
ローラの変形部が放電領域を通過する時間より長く設定
することである。このようにすることで、帯電ローラが
永久変形した場合であっても、変形部が放電領域を通過
する間に振動成分のピーク間電圧値（交流電圧値）が変
化することがないので良好な帯電を行うことが可能とな
る。

【００２０】以下、図１に基づいて具体的に説明する。

【００２１】被帯電体である像担持体としての感光ドラ
ム３は周知の負帯電極性の有機感光体ドラムで外径３０
ｍｍのものを使用し、矢印Ａの方向にプロセススピード
Ｖｐ＝１００ｍｍ／ｓｅｃで回転させる。

【００２２】帯電ローラ４は直径６ｍｍの芯金４ａ上
に、カーボンを分散させたＥＰＤＭの発泡体からなる導
電性基層４ｂ、カーボンを分散させたアクリルウレタン
からなる平滑な表層４ｃを形成し、外径が１２ｍｍとな
るようにした。表層４ｃの体積抵抗率は、基層４ｂのそ
れよりも大きくするのが良く、１０⁵ 〜１０⁹ Ωｃｍが
良い。帯電ローラ４は芯金の両端部を不図示のバネ部材
によって所定の押圧力で感光ドラム３に当接しており、
感光ドラム３の回転に従動して回転する。なお、電源１
０からは固定成分としての直流電圧Ｖｄｃ＝−６００Ｖ
に振動成分としての交流電圧を重畳した振動電圧の帯電
バイアスが芯金を介して帯電ローラに印加される。帯電
バイアスのＡＣ電圧は定電流制御する。周波数１０００
Ｈｚ、定電流値１０００μＡとしたとき、常温常湿（２
３℃，６４％）下でおよそ２ｋＶｐｐのピーク間電圧が
印加された。

【００２３】帯電ローラと感光ドラムとの放電領域はパ
ッシェンの法則式（１）を満たす領域として計算でき
る。

【００２４】Ｖ（Ｖ）＞３１２＋６．２ｄ（μｍ）…（１）

【００２５】放電領域は帯電ローラに印加される交流電
圧の大きさから放電ギャップの距離を求め、この距離に
基づいて測定した。なお放電領域は、感光体を停止させ
て帯電を行ない、その部分をトナーで現像して実測する
こともできる。

【００２６】ここで放電領域とは、放電が開始する最上
流部から放電が終了する最下流部までの領域とし、実際
にローラと感光体が接触して放電が行なわれていない領
域も含む。

【００２７】本実施例における構成において放電領域は
帯電ローラの外周上の長さでＬ＝１．９ｍｍであった。

【００２８】帯電ローラの永久変形による変形部の長さ
ｎは、感光ドラムと帯電ローラを実使用状態で当接さ
せ、４０℃／９５％ＲＨ環境下に３０日放置したときの
当接跡の幅を用いる。本実施例で用いた帯電ローラの場
合ｎ＝２．０ｍｍであった。

【００２９】これらより本実施例における帯電ローラの
変形部が放電領域を通過する時間は、（Ｌ＋ｎ）／Ｖｐ＝（１．９＋２．０）／１００＝３９
ｍｓｅｃとなる。

【００３０】定電流制御の応答時間は、印加電圧Ｖｐｐ
（本例で２０００Ｖ）から放電開始のしきい値電圧Ｖｔ
ｈの２倍を差し引いたピーク間電圧Ｖｒを変化させるの
に要する時間ｔｒを適用する。

【００３１】Ｖ_THは、帯電ローラに直流電圧のみを印加
した場合に感光体の帯電が開始する最小の印加直流電圧
値であり、感光層の誘電率や厚さなどによって変化す
る。

【００３２】本実施例の構成において放電開始のしきい
値電圧の実測値は６４０Ｖであり、Ｖｒ＝２０００−６
４０×２＝７２０Ｖｐｐのピーク間電圧を変化させるの
に要する時間が応答時間ｔｒとなる。応答時間ｔｒとし
ては、電圧をオフからオンにしたとき交流電圧を０Ｖか
ら７２０Ｖｐｐまで変化する時間を測ることが好まし
い。

【００３３】実際に応答時間ｔｒを変えてプリントを行
い画像を確認したところ表１のような結果となり、定電
流制御の応答時間を帯電ローラの変形部が放電領域を通
過する時間（３９ｍｓｅｃ）より長く設定することで、
変形した帯電ローラを用いた場合にあっても良好な帯電
を得ることができた。即ち帯電ローラの変形部が放電領
域を通過するか、非変形部が放電領域を通過するかにか
かわらず帯電ローラに印加される振動成分のピーク間電
圧が一定となるのですじ状帯電ムラを生じない。一方、
定電流制御の応答時間は帯電ローラが１回転する時間よ
りも短くするのが良い。

【００３４】なお、応答時間は定電流制御を行う積分回
路の抵抗と容量で決まる時定数を変えることにより任意
に設定することが可能である。

【００３５】

【表１】

【００３６】本実施例では帯電ローラは感光ドラムに従
動する場合について説明したが、駆動させる場合にも感
光ドラムとの周速差の有り無しによらず本実施例で説明
した効果は同様である。また、帯電ローラはＥＰＤＭの
発泡体を備える２層構成のものを用いて説明したが、発
泡体を用いているものであれば、材料、構成を限定する
ものはなく同様の効果を得ることができる。

【００３７】（第２の実施例）帯電部材の抵抗値は材料
の環境変動によって変化するため、良好な帯電を得るた
めに必要な印加電圧も環境によって異なる。そこで、帯
電ローラに印加する帯電バイアスのＡＣ成分を定電流制
御することにより、環境変動に応じたＡＣ電圧（ピーク
間電圧）を自動的に印加することが可能となる。一方、
良好な帯電を行うことのできるＡＣ電圧（ピーク間電
圧）の範囲は環境によらずほぼ一定である。

【００３８】そこで、本実施例では図３（ａ）のように
帯電部材に印加する交流成分を常に定電流制御し、か
つ、少なくとも感光体の画像領域となるべき領域を帯電
する時の交流電圧のピーク間電圧の変化を、定電流制御
中のピーク間電圧に基づいて良好な帯電を行うことので
きる範囲内に制限することにより変形した帯電ローラを
用いた場合にあっても良好な帯電を行うことができた。
なお感光体の画像領域となるべき領域とは、現像位置に
到達したとき任意の画像情報に対して画像が形成可能な
領域である。

【００３９】第１の実施例と同様の構成を用いて、本実
施例で異なる部分についてのみ具体的に説明する。

【００４０】感光体の前回転中のように感光体の画像領
域となるべき領域を帯電する前に帯電ローラをＡＣ電圧
は周波数１０００Ｈｚ、定電流値１０００μＡとして定
電流制御する。この設定において帯電ローラに印加され
るＡＣ電圧は、低温低湿環境（１５℃／１０％ＲＨ）で
は２．１ｋＶｐｐ、高温高湿環境（３２．５℃／８５％
ＲＨ）では１．９ｋＶｐｐであった。

【００４１】一方、画像を形成するのに良好な帯電が可
能な電圧の範囲は、低温低湿環境では１．７５〜２．４
５ｋＶｐｐ、高温高湿環境では１．５５〜２．２５ｋＶ
ｐｐであり、どちらも前回転時の定電流制御中の電圧
２．１ｋＶｐｐ、１．９ｋＶｐｐに対して±３５０Ｖｐ
ｐの範囲であった。そこで低温低湿環境では定電流制御
中の電圧２．１ｋＶｐｐに基づいて下限を１．７５ｋＶ
ｐｐ、上限を２．４５ｋＶｐｐにリミッタで制限し、高
温高湿環境では定電流制御中の電圧１．９ｋＶｐｐに基
づいて下限を１．５５ｋＶｐｐ、上限を２．２５ｋＶｐ
ｐにリミッタで制限するように上限、下限が決定され
る。

【００４２】このように、感光体の画像領域となるべき
領域を帯電するときＡＣ電圧の値の変化を定電流制御中
の電圧を中心として±３５０Ｖｐｐになるように制限し
て、その電圧範囲内でＡＣ成分を定電流制御し、第１の
実施例で用いたのと同じ変形をした帯電ローラを用いて
プリントを行ったところ、環境によらず良好な帯電を得
ることができた。画像領域となるべき領域を帯電すると
きのピーク間電圧の上限、下限は、前回転時定電流制御
中に帯電ローラの少なくとも１回転の間帯電ローラに印
加されるピーク間電圧の平均に基づいて決定しても良
い。

【００４３】さらに他の例として、感光体の前回転中の
ように感光体の画像領域となるべき領域を帯電する前に
帯電部材に印加する振動成分を定電流制御し、かつ、帯
電ローラが感光体の画像領域となるべき領域を帯電する
とき帯電ローラは定電流制御中の振動成分のピーク間電
圧に基づいたピーク間電圧で定電圧制御されることも可
能で、例えば図３（ｂ）のように定電圧制御を行う時の
ピーク間電圧値を直前の定電流制御で実際に印加されて
いたピーク間電圧値に設定することにより、前述の実施
例と同様の効果を得ることは自明である。定電圧制御を
行う時のピーク間電圧値は、定電流制御中に帯電ローラ
の少なくとも１回転の間帯電ローラに印加されるピーク
間電圧の平均に基づいて決定しても良い。

【００４４】（第３の実施例）次に、図４に基づいて本
発明の第３の実施例を説明する。

【００４５】プロセスカートリッジの概略構成を説明す
る。プロセスカートリッジ１１は前述したような感光ド
ラム３、帯電ローラ４、現像装置５、クリーニング装置
９を一括してユニット化している。これらの構成要素は
カートリッジ内で所定の相互配置関係を持って組み付け
られており、カートリッジは画像形成装置本体内の所定
部に対して所定の要領で挿入装着され、また反対に装置
本体から抜き外しできるようになっている。

【００４６】画像形成装置を長時間使用していると、感
光ドラム、帯電装置、現像装置、クリーニング装置など
の各種要素が消耗して印字品質を低下させてしまうが、
その場合にはユーザーがプロセスカートリッジを交換す
ればよく、ユーザーのメンテナンスフリーが実現可能で
ある。

【００４７】第１〜第３の実施例において振動電圧は、
振動成分としての交流成分と、固定成分としての直流成
分と、で形成されていたが、振動電圧を形成するために
直流電源の電圧を周期的に切りかえて直流電源のみで振
動成分と固定成分を形成しても良い。このとき振動電圧
の波形は矩形波となる。振動電圧の波形としては他に正
弦波に限らず三角波、直流電源を周期的にオフ、オンし
て形成されるパルス波でも良い。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば環
境変化にかかわらず適正な振動成分のピーク間電圧を帯
電ローラに印加できるとともに帯電ローラの変形部が帯
電位置を通過する間帯電ローラに印加される振動成分の
ピーク間電圧の変化が所定範囲外となることがないの
で、帯電ローラが変形した場合であっても使用環境によ
らず良好な帯電を行うことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明する断面図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る画像形成装置本体
の概略断面図。

【図３】本発明の第２の実施例を説明するＡＣ電圧のタ
イミングチャート図。

【図４】本発明の第３の実施例に係るプロセスカートリ
ッジの概略断面図。

【図５】本発明の従来例を説明する断面図。

【符号の説明】３感光ドラム４帯電ローラ１０帯電バイアス電源１１プロセスカートリッジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電体を帯電するために被帯電体に接
触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであっ
て、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有す
る帯電装置において、前記振動成分は、定電流制御され、かつ定電流制御の応
答時間が、前記帯電ローラと前記被帯電体が静止状態で
両者の間に形成されるニップ幅が前記帯電ローラと前記
被帯電体との放電領域を通過する時間よりも長いことを
特徴とする帯電装置。
【請求項２】前記ニップ幅は、前記装置を実際に使用
する状態の、前記帯電ローラと前記被帯電体との、当接
条件にて４０℃，９５％ＲＨ環境下で３０日間放置され
た後に形成されたニップ幅であることを特徴とする請求
項１の帯電装置。
【請求項３】前記被帯電体は、像を担持する像担持体
であることを特徴とする請求項１又は２の帯電装置。
【請求項４】像担持体を帯電するために像担持体に接
触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであっ
て、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有す
る帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、かつ少なくとも前記帯
電ローラが前記像担持体の画像領域となるべき領域を帯
電するとき前記振動成分は定電流制御中の前記振動成分
のピーク間電圧に基づいた所定のピーク間電圧範囲内に
制限されることを特徴とする帯電装置。
【請求項５】像担持体を帯電するために像担持体に接
触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであっ
て、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有す
る帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、前記帯電ローラが前記
像担持体の画像領域となるべき領域を帯電するとき前記
帯電ローラは定電流制御中の前記振動成分のピーク間電
圧に基づいたピーク間電圧で定電圧制御されることを特
徴とする帯電装置。