JPH117178A - 接触帯電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コロナ放電発生箇所からオゾン非発生ガスが
逃げ出さないようにするために装置構成をさほど複雑化
することなく、コロナ放電によるオゾンやＮＯｘの発生
を防止しつつ被帯電部材を帯電させることができる接触
帯電方法を提供する。 【解決手段】 感光体ドラム１の表面に帯電ローラ２の
帯電部を順次接触させ、感光体ドラム１と帯電ローラ２
との間の微少空間中に発生する放電により感光体ドラム
１を帯電させる際、感光体ドラム１と帯電ローラ２とが
接触することにより形成される隘狭部３内に空気よりも
比重の大きいオゾン非発生ガス（炭酸ガス等）Ｇを供給
するとともに、隘狭部３からのオゾン非発生ガスＧの流
出を帯電ローラ２の両端に固定した遮蔽部材５で防ぎ、
隘狭部３にオゾン非発生ガスＧを滞留させた状態で放電
を発生させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置において感光体など被帯電部材を帯電させる
方法、特に接触帯電方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画
像形成装置には、光照射の程度によって抵抗値などが変
化する感光体の表面を均一に帯電させ、その感光体の表
面にレーザ光などを照射して出力画像に応じた静電潜像
を形成し、その静電潜像に帯電したトナー（電荷担持
体）を付着させて現像し、そのトナー像を紙等の帯電し
た転写体に転写した後、転写体を除電して感光体から剥
がした後、転写体上のトナー像を熱と圧力により定着さ
せる、いわゆる電子写真方式の一連のプロセスにより画
像を形成するものがある。上記一連のプロセス終了後、
感光体の表面に残存しているトナーは除去される。そし
て、感光体の表面は一旦除電された後次の画像形成のた
めに均一に帯電される。電子写真方式は、帯電、現像、
転写、除電の各プロセスにおいて、電荷の移動現象を利
用するものであり、電荷を発生させる方法として、コロ
ナ放電法、接触摩擦帯電法、接触電荷注入法、等が用い
られてきた。その中でも、最も一般的な方法はコロナ放
電法である。コロナ放電法は、細線や針等を用いた電極
と対向電極との間に強い電界を印加して電極間にコロナ
放電を発生させ、その放電で生じたイオンを感光体など
の被帯電部材に付着させることにより電荷供給を行う方
法である。この方法は原理が簡単であり、それを実施す
るための装置構成も非常に簡単であるが、空気中でコロ
ナ放電を行うため、空気成分の２０％を占める酸素がイ
オン化して、オゾン（Ｏ₃ ） が発生する。オゾンは太
陽から地表部への紫外線などの入射量を抑制するために
大気上空に必要な分子であるが、オフィス環境では有害
な物質であり発生を抑える必要がある。接触摩擦帯電法
及び接触電荷注入法は、現像ローラや帯電ローラなどに
適用されているが、停止時に被帯電部材である感光体の
表面に現像ローラや帯電ローラが接触するため、ローラ
のゴム層に含まれている低分子量成分が析出して感光体
に移行することにより感光体の汚染が生じ、最終的に画
像に異常が生じる等の欠点を有している。そこで、最近
では、帯電部材の表面を高抵抗にして、感光体など被帯
電部材の表面に帯電部材の帯電部を順次接触させ、被帯
電部材の表面と帯電部材の帯電部との接触前後の微小空
間中でコロナ放電を発生させることによって被帯電部材
の表面全体に均一に電荷を供給する接触帯電方法が採用
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記接
触帯電方法の場合もコロナ放電を利用する以上空気中の
酸素がイオン化してオゾンやノックス（ＮＯｘ）が必然
的に発生する。ノック成分は吸湿性があり、この成分が
感光体に付着すると像流れという異常画像が発生し、か
つ感光体や帯電ローラに付着して両者の接触時に帯電ロ
ーラからの低分子成分の感光体への移動付着で停止再開
後の白抜けを引き起こす原因となることが判っている。
そのため、オゾンを発生しない放電雰囲気ガスの開発が
望まれていた。その一つの事例として、特開昭６０−９
５４５９号公報において、空気より酸素濃度が少ないガ
スを使用する方法の提案がされている。しかし、単に酸
素濃度を減らしただけでは、オゾン発生量を減少させる
効果はあるものの、オゾン発生を完全に防止できないば
かりか、ガスの種類によってコロナ放電の電流量が異な
るため、ガスの種類によって帯電電位が変動し、画像濃
度がバラついてしまう。そのため、ガス分離フィルタを
取り付ける必要があるなど、装置構成が複雑化するとい
う不具合があった。したがって、酸素を全く含まない
か、酸素を含んでいてもコロナ放電によってＯ₃ を発生
しない放電雰囲気を作り出す必要がある。身近で容易に
利用できるガスとして、空気の主成分である窒素（Ｎ
₂ ）ガスが考えられるが、窒素は酸素と気体密度が近い
ためすぐに空気中に拡散して散逸してしまう。そのた
め、絶えず純粋の窒素雰囲気を維持するためには、特殊
な装置や窒素供給装置が必要になる。また、特開昭６０
−９５４５９号公報中にも述べられているように、窒素
のコロナ放電によってＮＯｘが生成され、吸湿性が増大
する等、感光体の帯電能力を著しく劣化させる原因とな
るため、ＮＯｘが発生するような帯電方法は避けるべき
である。その他の身近なガスとしては、水蒸気（Ｈ₂
Ｏ）、水素（Ｈ₂ ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎ
ｅ）、プロパン（Ｃ₃ Ｈ₈ ）、メタン（ＣＨ₄ ）等があ
るが、火気危険性のものは使用できないのはもちろん、
常温で気体でないものも安定した使用は不可能である。
また、オゾン非発生ガスでも、空気より軽いガスを使用
した場合、コロナ放電発生箇所からガスが逃げ出さない
ように傘状の容器を設置するか、コロナ放電発生箇所へ
ガスを絶えず供給する等の対策を講じる必要がある。本
発明は、上記事情に鑑み創案されたものであり、その目
的は、コロナ放電発生箇所からオゾン非発生ガスが逃げ
出さないようにするために装置構成をさほど複雑化する
ことなく、コロナ放電によるオゾンやＮＯｘの発生を防
止しつつ被帯電部材を帯電させることができる接触帯電
方法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、被帯電部材の表面に帯電
部材の帯電部を順次接触させ、前記被帯電部材と前記帯
電部材の帯電部との間の微少空間中に発生する放電によ
り前記被帯電部材の表面に電荷を供給する接触帯電方法
において、前記被帯電部材と前記帯電部材とが接触する
ことにより形成される窪み状の隘狭部に空気よりも比重
の大きいオゾン非発生ガスを滞留させるとともに、当該
隘狭部からのオゾン非発生ガスの流出を前記被帯電部材
又は前記帯電部材の両端部に設けた遮蔽部材で防ぎつつ
前記放電を発生させるようにした。空気より比重の大き
いガスは、より低い箇所に自然に流動していくので、上
記のように、比重の大きいオゾン非発生ガスを使用し、
これを被帯電部材と帯電部材とが接触することにより形
成される隘狭部に供給するとともに、当該隘狭部からの
オゾン非発生ガスの流出を前記被帯電部材又は前記帯電
部材の両端部に設けた遮蔽部材で防ぐことにより、当該
隘狭部にオゾン非発生ガス滞留させることができる。し
たがって、請求項１に記載の接触帯電方法によれば、装
置構成をさほど複雑化することなく、コロナ放電発生箇
所にオゾン非発生ガスを供給して、コロナ放電によるオ
ゾンやＮＯｘの発生を防止しつつ被帯電部材を帯電させ
ることができる。

【０００５】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の接触帯電方法を前提にして、前記遮蔽部材を前
記被帯電部材又は前記帯電部材の両端部に固定したこと
を特徴とする。請求項２に記載の接触帯電方法によれ
ば、前記遮蔽部材を前記被帯電部材及び帯電部材両部材
から分離した場合よりもオゾン非発生ガスが流出する隙
間を小さくすることができるので、オゾン非発生ガスの
流出量を少なくすることができる。また、請求項３に記
載の発明は、請求項１に記載の接触帯電方法を前提にし
て、前記被帯電部材と前記帯電部材はどちらも円筒状若
しくは円柱状の部材であって、水平方向に互いに平行に
延びるそれぞれの中心軸線回りに回転する部材であり、
前記遮蔽部材は前記帯電部材の両端部に同心状に固定さ
れた円盤であり、その外周縁部は、前記被帯電部材の軸
芯に接触せず、且つ前記帯電部材の頂点を含む水平面が
前記被帯電部材の端部外縁と交差する点に達しているこ
とを特徴とする。請求項３に記載の接触帯電方法によれ
ば、前記遮蔽部材の外周縁が部前記被帯電部材の軸芯に
接触することがないので、前記遮蔽部材を設けたことに
より前記帯電部材の回転が妨げられることはなく、ま
た、前記遮蔽部材の外周縁が前記帯電部材の頂点を含む
水平面が前記被帯電部材の端部外縁と交差する点に達し
ているので、前記遮蔽部材が回転しても前記隘狭部の両
端からオゾン非発生ガスが流出するのを防ぐことがで
き、オゾン非発生ガスの使用効率を高めることができ
る。

【０００６】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
に記載の接触帯電方法を前提にして、前記被帯電部材の
半径をＲ、前記帯電部材の半径をｒ、前記被帯電部材の
軸芯の半径をＲ’、前記遮蔽部材の半径をｒ”、前記前
記被帯電部材の回転中心と前記帯電部材の回転中心とを
結ぶ直線が前記被帯電部材の回転中心を通る鉛直線とな
す角度をθとしたとき、これらの値の間に、次の不等式
（１） Ｒ−Ｒ’＋ｒ ≧ ｒ” ｒ／ｓｉｎ[ θ−ｃｏｓ^-1{ （１＋ｒ／Ｒ）ｃｏｓθ＋ｒ／Ｒ}] ・・・（ １） が成立するようにしたことを特徴とする。前記被帯電部
材と前記帯電部材がどちらも円筒状若しくは円柱状の部
材であり、前記帯電部材の両端部に円盤状の遮蔽部材を
固定した場合、上記不等式を満たすように装置を設計す
ることにより、前記遮蔽部材の外周縁が部前記被帯電部
材の軸芯に接触することがないので、前記遮蔽部材を設
けたことにより前記帯電部材の回転が妨げられることは
なく、また、前記遮蔽部材の外周縁が前記帯電部材の頂
点を含む水平面が前記被帯電部材の端部外縁と交差する
点に達しているので、前記遮蔽部材が回転しても前記隘
狭部の両端からオゾン非発生ガスが流出するのを防ぐこ
とができ、オゾン非発生ガスの使用効率を高めることが
できる。なお、上記オゾン非発生ガスには炭酸ガスが適
している。前記オゾン非発生ガスとして炭酸ガスを用い
るようにしたことにより、コロナ放電によるオゾンやＮ
Ｏｘの発生を効果的に防止しつつ被帯電部材を帯電させ
ることができる。また、炭酸ガスは空気中に多く存在し
比較的容易に採取できるガスであり、廉価であるため、
その他のガスを使用した場合と比較して運転コストを低
減できる。また、コロナ放電によって二次的に炭酸ガス
が発生することはないので、地球温暖化など地球環境に
与える影響は少ない。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の接触帯電方法の実施の形態
の一例を示す画像形成装置の要部の構成を示した概略側
面図、図２は図１に示した画像形成装置の要部を矢印Ａ
方向から見た正面図であり、図中１は被帯電部材として
の感光体ドラム、２は帯電部材としての帯電ローラを示
している。この装置は、一定方向に一定速度で回転する
感光体ドラム１の表面に、帯電した帯電ローラ２を接触
させつつ回転させ、感光体ドラム１の表面と帯電ローラ
２の表面（帯電部）との間の微少空間中にコロナ放電を
発生させることにより、感光体ドラム１の表面に電荷を
供給し帯電させる。その際、感光体ドラム１と帯電ロー
ラ２との接触部の上方に形成される隘狭部３に空気より
も比重の大きいオゾン発生ガスＧ、例えば炭酸ガス（Ｃ
Ｏ₂ ）を滞留させ、オゾン非発生ガス雰囲気中でコロナ
放電を発生させる。オゾン発生ガスＧは、図示しないガ
ス供給源からガス供給管４を通して隘狭部３内に上方か
ら供給される。感光体ドラム１と帯電ローラ２は、互い
に平行且つ水平に延びるそれぞれの軸芯６、７に固定さ
れて各々回転する部材である。感光体ドラム１と帯電ロ
ーラ２の長さは同一であり、帯電ローラ２の両端には、
隘狭部３の両側からオゾン非発生ガスＧが流出するのを
防ぐために円盤状の遮蔽部材５が帯電ローラ２と同心状
に固定されている。遮蔽部材５は、その外周部が感光体
ドラム１の軸芯６に接触せず、且つ帯電ローラ２の頂点
Ｑ2 を含む水平面が感光体ドラム１の端部外縁と交差す
る点Ｃに達するように設計されている。

【０００８】すなわち、感光体ドラム１の半径をＲ、帯
電ローラ２の半径をｒ、感光体ドラム１の軸芯６の半径
をＲ’、遮蔽部材４の半径をｒ”、感光体ドラム１の回
転中心Ｏ1 と帯電ローラ２の回転中心Ｏ2 とを結ぶ直線
ｌ2 が感光体ドラム１の回転中心Ｏ1 を鉛直方向に通過
する直線ｌ1 となす角度をθとしたとき、これらの値の
間に、前記不等式（１）が成立するように各部の寸法が
設定されている。上記のように装置の各部の寸法を設定
しておけば、遮蔽部材５を設けたことによって帯電ロー
ラ２の回転が妨げられることがなく、また、隘狭部３の
両端からのオゾン非発生ガスＧの流出を常に防ぐことが
できるので、オゾン非発生ガスＧの使用効率を高めるこ
とができる。また、感光体ドラム１と帯電ローラ２は、
上記角度θが３０°〜９０°となるような位置関係で配
置されている。このような位置関係で感光体ドラム１と
帯電ローラ２を配置することにより、隘狭部３における
オゾン発生ガスＧの滞留量を十分に確保し、オゾンを発
生することなくコロナ放電を良好に発生させることがで
きる。隘狭部３の容積は、感光体ドラム１の半径Ｒ及び
帯電ローラ２の半径ｒと上記角度θとの間に θ＝ｃｏ
ｓ^-1（（Ｒ−ｒ）／（Ｒ＋ｒ）） なる式で表される関
係が成立するとき最大になる（図３参照）。これは感光
体ドラム１の頂点Ｑ1と帯電ローラ２の頂点Ｑ2 の高さ
が等しくなることを意味している。

【０００９】したがって、上記式が成立するように各部
材の寸法及び配置を設定しておけば、オゾン発生ガスＧ
を隘狭部３に満たすことにより、オゾン発生ガスＧの滞
留量を最も多く確保することができる。その際、ガス供
給管４からオゾン発生ガスＧを自然に流下させることに
より、隘狭部３内にオゾン発生ガスＧを満たすことがで
きる。また、オゾン発生ガスＧの散逸や希釈により放電
条件が変わってきたら、帯電部材である帯電ローラ２の
外周面部にオゾン発生ガスＧを供給する。その方法は簡
単であり、ガス供給管４から隘狭部３内にオゾン発生ガ
スＧを過剰供給して、若干オーバーフローさせればよ
い。以上のように本実施の形態によれば、オフィス環境
に有害なオゾンの発生を抑えつつコロナ放電を良好に発
生させて感光体ドラム１を帯電させることができる。ま
た、ＯＰＣのような有機材料からなる感光体はオゾンに
よる劣化が大きいが、オゾンの発生が抑えられることか
ら感光体の劣化を防止し耐久寿命を延ばすことができ
る。また、オゾン発生ガスＧとして炭酸ガスを用いるこ
とで、ＮＯｘの発生を防止できるので、ＮＯｘ成分が感
光体に付着することに起因する異常画像の発生などを防
止できる。なお、上記実施の形態では帯電ローラ２の両
端に隘狭部３からのオゾン発生ガスＧの流出を防ぐ遮蔽
部材を設けているが、感光体ドラム１の両端に設けても
よい。ただし、その場合、遮蔽部材が帯電ローラ２の軸
芯７に接触せず、且つ帯電ローラ２の頂点Ｑ2 に達する
ように寸法設定する必要がある。

【００１０】

【実施例】

[ 実施例１]上記の実施の形態の装置構成において、径
４０ｍｍφの感光体ドラム１と径１５ｍｍφの帯電ロー
ラ２の長さを同じにして両端を揃え、帯電ローラ２の両
端面に径２０ｍｍφの円盤状の遮蔽部材５を固定した。
隘狭部３内に炭酸ガスを静かに注入しながら、感光体ド
ラム１と帯電ローラ２との間の微少空間中にコロナ放電
を発生させて感光体ドラム１を帯電させた後、露光、現
像、転写、定着の一連の作像工程を実施して画像を形成
した。その結果、遮蔽部材５を設けなかったときと比較
すると、炭酸ガスをの流出量は大幅に減少し、良好な画
像形成を長期行えるようになった。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は以下のよ
うな優れた効果を奏する。請求項１に記載の発明では、
被帯電部材の表面に帯電部材の帯電部を順次接触させ、
前記被帯電部材と前記帯電部材の帯電部との間の微少空
間中に発生する放電により前記被帯電部材の表面に電荷
を供給する接触帯電方法において、前記被帯電部材と前
記帯電部材とが接触することにより形成される隘狭部に
空気よりも比重の大きいオゾン非発生ガスを滞留させる
とともに、当該隘狭部からのオゾン非発生ガスの流出を
前記被帯電部材又は前記帯電部材の両端部に設けた遮蔽
部材で防ぎつつ前記放電を発生させるようにしたことに
より、コロナ放電発生箇所からオゾン非発生ガスが逃げ
出さないようにするために装置構成をさほど複雑化する
ことなく、コロナ放電発生箇所にオゾン非発生ガスを供
給して、コロナ放電によるオゾンやＮＯｘの発生を防止
しつつ被帯電部材を帯電させることができる。また、請
求項２に記載の発明では、請求項１に記載の方法におい
て、前記遮蔽部材を前記被帯電部材又は前記帯電部材の
両端部に固定したことにより、前記遮蔽部材を前記被帯
電部材及び帯電部材両部材から分離した場合よりもオゾ
ン非発生ガスが流出する隙間を小さくすることができる
ので、オゾン非発生ガスの流出量を少なくすることがで
きる。また、請求項３に記載の発明では、請求項１に記
載の方法において、前記被帯電部材と前記帯電部材はど
ちらも円筒状若しくは円柱状の部材であって、水平方向
に互いに平行に延びるそれぞれの中心軸線回りに回転す
る部材であり、前記遮蔽部材は前記帯電部材の両端部に
同心状に固定された円盤であり、その外周縁部は、前記
被帯電部材の軸芯に接触せず、且つ前記帯電部材の頂点
を含む水平面が前記被帯電部材の端部外縁と交差する点
に達するようにしたことにより、前記遮蔽部材を設けた
ことによって帯電部材の回転が妨げられることがなく、
また、隘狭部の両端からのオゾン非発生ガスの流出を常
に防ぐことができるので、オゾン非発生ガスの使用効率
を高めることができる。また、請求項４に記載の発明
は、請求項３に記載の接触帯電方法を前提にして、前記
被帯電部材の半径をＲ、前記帯電部材の半径をｒ、前記
被帯電部材の軸芯の半径をＲ’、前記遮蔽部材の半径を
ｒ”、前記前記被帯電部材の回転中心と前記帯電部材の
回転中心とを結ぶ直線が前記被帯電部材の回転中心を通
る鉛直線となす角度をθとしたとき、これらの値の間
に、 Ｒ−Ｒ’＋ｒ ≧ ｒ” ｒ／ｓｉｎ[ θ−ｃｏｓ^-1{ （１＋ｒ／Ｒ）ｃｏｓθ＋ｒ／Ｒ}] ・・・（ １） なる関係が成立するようにしたことにより、前記遮蔽部
材を設けたことによって帯電部材の回転が妨げられるこ
とがなく、また、隘狭部の両端からのオゾン非発生ガス
の流出を常に防ぐことができるので、オゾン非発生ガス
の使用効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の接触帯電方法の実施の形態の一例を示
す画像形成装置の要部の構成を示した概略側面図であ
る。

【図２】図１に示した画像形成装置の要部を矢印Ａ方向
から見た正面図である。

【図３】図１中に示す隘狭部の容積が最大となる状態を
示した説明図である。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム（被帯電部材）、２ 帯電ローラ（帯
電部材）、３ 隘狭部、４ ガス供給管、５ 遮蔽部
材、Ｇ オゾン非発生ガス、Ｏ1 回転中心、Ｐ接触
点、Ｑ1 頂点、Ｑ2 頂点、Ｒ 感光体ドラム１の半
径、ｒ 帯電ローラの半径。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被帯電部材の表面に帯電部材の帯電部を
   順次接触させ、前記被帯電部材と前記帯電部材の帯電部
   との間の微少空間中に発生する放電により前記被帯電部
   材の表面に電荷を供給する接触帯電方法において、前記
   被帯電部材と前記帯電部材とが接触することにより形成
   される隘狭部に空気よりも比重の大きいオゾン非発生ガ
   スを滞留させるとともに、当該隘狭部からのオゾン非発
   生ガスの流出を前記被帯電部材又は前記帯電部材の両端
   部に設けた遮蔽部材で防ぎつつ前記放電を発生させるよ
   うにしたことを特徴とする接触帯電方法。
2. 【請求項２】 前記遮蔽部材は前記被帯電部材又は前記
   帯電部材の両端部に固定されていることを特徴とする請
   求項１に記載の接触帯電方法。
3. 【請求項３】 前記被帯電部材と前記帯電部材はどちら
   も円筒状若しくは円柱状の部材であって、水平方向に互
   いに平行に延びるそれぞれの中心軸線回りに回転する部
   材であり、前記遮蔽部材は前記帯電部材の両端部に同心
   状に固定された円盤であり、その外周縁部は、前記被帯
   電部材の軸芯に接触せず、且つ前記帯電部材の頂点を含
   む水平面が前記被帯電部材の端部外縁と交差する点に達
   していることを特徴とする請求項２に記載の接触帯電方
   法。
4. 【請求項４】 前記被帯電部材の半径をＲ、前記帯電部
   材の半径をｒ、前記被帯電部材の軸芯の半径をＲ’、前
   記遮蔽部材の半径をｒ”、前記前記被帯電部材の回転中
   心と前記帯電部材の回転中心とを結ぶ直線が前記被帯電
   部材の回転中心を鉛直方向に通過する直線となす角度を
   θとしたとき、これらの値の間に、 Ｒ−Ｒ’＋ｒ ≧ ｒ” ｒ／ｓｉｎ[ θ−ｃｏｓ^-1{ （１＋ｒ／Ｒ）ｃｏｓθ＋ｒ／Ｒ}] なる関係が成立するようにしたことを特徴とする請求項
   ３に記載の接触帯電方法。