(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体の移動する被帯電面に対して、帯電部材の移動する帯電面を最近接距離が０．１mm以上となるように非接触に対向させ、前記帯電部材に電圧を印加させることにより、前記帯電面と前記被帯電面との間で放電させて前記被帯電面を帯電させる近接帯電装置において、
前記帯電部材の抵抗率×誘電率で規定される時定数をτ、前記帯電面上の一点が前記被帯電体と前記帯電部材との間の放電領域を通過するのに要する時間をｔとしたとき、ｔ／τ＞１０２の条件を満足することを特徴とする近接帯電装置。
【請求項２】
被帯電体の移動する被帯電面に対して、帯電部材の移動する帯電面を最近接距離が０．１mm以上となるように非接触に対向させ、前記帯電部材に電圧を印加させることにより、前記帯電面と前記被帯電面との間で放電させて前記被電電面を帯電させる近接帯電装置において、
前記帯電部材を複数の層によって構成し、該帯電部材の静電容量×抵抗で規定される時定数をτ、前記帯電面上の一点が前記被帯電体と前記帯電部材との間の放電領域を通過するのに要する時間をｔとしたとき、ｔ／τ＞１０２の条件を満足することを特徴とする近接帯電装置。
【請求項３】
帯電部材がローラ状であることを特徴とする請求項１又は２記載の近接帯電装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の近接帯電装置において、前記帯電部材の帯電面に、該帯電面のクリーニング部材を摺接させたことを特徴とする近接帯電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、静電複写機やレーザプリンタ等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置の帯電装置に関し、特に被帯電体の移動可能な被帯電面に対して、帯電部材の帯電面を非接触に対向させる近接帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像形成装置の帯電装置としては、従来からスコロトロン等のコロナ帯電装置が用いられてきた。このようなコロナ帯電装置では、オゾンの発生量が多く且つ印加電圧が例えば５〜７ＫＶと大きい等の問題があり、近年ではコロナ帯電装置のほかに、バイアスを印加した帯電体を被帯電体面に接触させて被帯電体面を帯電させる接触帯電装置も画像形成装置の帯電装置として用いられるようになっている。
【０００３】
図８は、従来の帯電装置を備えた電子写真方式の画像形成装置の概略を示す構成図である。感光体ドラム１は円筒状の導体１ｂの表面に感光体１ａを塗布したものであり、図８で矢示方向に回転する。帯電部材２は感光体ドラム１の感光体１ａに接触して感光体１ａの表面を所定の電位に帯電させる。
【０００４】
次に、静電潜像形成手段６により感光体１ａを露光して所望の画像に対応する静電潜像を形成し、現像手段７で上記静電潜像をトナーによって現像し、感光体１ａ上に可視のトナー像を形成する。この感光体１ａ上のトナー像は、転写手段８により図示しない搬送手段によって搬送される用紙等の転写体９上に転写されるが、転写手段８によって転写体９上に転写されずに感光体１ａ上に残留したトナーはクリーニング手段１０によって清掃される。転写手段８によってトナー像を転写された転写体９は、図示しない定着手段へ搬送され、トナーが加熱されて転写体９上に定着される。
【０００５】
上記の行程中、感光体ドラム１は矢示方向に回転しているので、上記の手順を繰り返すことによって転写体９上に所望の画像が形成される。なお、図８において帯電部材２をコロナ帯電装置に交換しても画像形成装置における画像形成行程は全く同様である。
【０００６】
図９は、従来の接触帯電装置の一例を示す要部断面図である。帯電部材２は直径５〜２０ｍｍ，長さほぼ３００ｍｍのローラ状をなす導体２ｂ上に弾性層２ａを形成したものであり、感光体ドラム１は直径３０〜８０ｍｍ，長さほぼ３００ｍｍの円筒状の導体１ｂ上に感光体１ａを形成したものである。帯電部材２は時計方向に回転する感光体ドラム１に接触して従動回転し、反時計方向に回転する。
【０００７】
この帯電部材２の弾性層２ａは、抵抗率が１０７  〜１０  ９Ωｃｍの材料からなり、帯電部材２には電源４によって電圧を印加して感光体１ａの帯電を行う。このときの印加電圧は、直流で−１．５〜−２ＫＶである。
このような接触帯電装置は、コロナ帯電装置に比してオゾンがほとんど発生せず、印加電圧が小さいという長所がある。
【０００８】
しかし、このような接触帯電装置では、帯電部材が直接感光体と接触しているので、感光体上のトナー等が帯電部材に付着することによる帯電性能の低下や、帯電部材を構成している物質の感光体への付着、さらには感光体を長期停止したときに生じる帯電部材の永久変形等の問題点がある。
【０００９】
このような接触帯電装置の問題点を解決する方法として、帯電部材を非接触で感光体に近接させる近接帯電装置が開発されている。この近接帯電装置は、帯電部材を、感光体との距離が最近接部で０．００５〜０．３ｍｍになるように対向させて、帯電部材に電圧を印加することにより感光体に帯電を行うものである。
【００１０】
このような近接帯電装置では、帯電部材と感光体とが接触していないので、接触帯電装置の前述した問題点のうち、帯電部材を構成している物質の感光体への付着と、感光体を長期停止したときに生じる帯電部材の永久変形との問題は解決され、感光体上のトナー等が帯電部材に付着することによる帯電性能の低下の問題についても、帯電部材に付着するトナーが少なくなる近接帯電装置の方が優れていることは明らかである。
【００１１】
図１０は、従来考えられていた近接帯電装置の一例を示す要部断面図である。帯電部材２は、直径５〜２０ｍｍ，長さほぼ３００ｍｍのローラ状の導体２ｂ上に抵抗層２ａを形成したものであり、それ自体回転させてもよく、回転させなくてもよい。一方、感光体ドラム１は、直径３０〜８０ｍｍ，長さほぼ３００ｍｍの円筒状の導体１ｂ上に感光体１ａを形成したものである。帯電部材２と矢示方向に回転する感光体ドラム１との最近接部での距離Ｄが０．００５〜０．３ｍｍになるような位置に帯電部材２が配設される。帯電部材２の抵抗層２ａは、抵抗率が１０７  〜１０９  Ωｃｍの材料から構成され、この帯電部材２には、電源４により直流で−２〜−５ＫＶの電圧を印加して感光体１ａの帯電を行う。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の近接帯電装置にあっても、接触帯電装置に比べれば少量ではあるが、長期の使用によって帯電部材の表面にトナー等が付着することは不可避である。このように帯電部材の表面がトナー等で汚れた状態で感光体の帯電を行った場合には、帯電時の電位の低下や帯電の不均一が生じ、そのままで画像の形成を行うと画像濃度が不均一になり、反転現像時には白地部にトナーが付着したり、黒地部にトナーの付着が少ない箇所が現れたりする。
【００１３】
帯電部材の表面汚れの影響を防止する方法として、従来例えば帯電ローラを回転させる等の方法で帯電部材の表面を移動させながら感光体の帯電を行う方法が提案されている。これにより、帯電部材の表面積を実質的に大きくすることができ、付着するトナーが分散されて帯電部材の汚れによる影響を少なくすることができる。また、移動する帯電部材の表面にクリーニング部材であるブレードを摺接させることにより、帯電部材の表面に付着したトナーを除去する方法も提案されている（特開平６−１４９０２０号公報参照）。
【００１４】
一方、このように帯電部材の表面を移動させながら感光体の帯電を行うようにした帯電装置では、帯電部材を静止させて感光体の帯電を行うタイプの帯電装置に比べて帯電むらが発生しやすいという問題がある。ここで、帯電むらとは、感光体の帯電が均一になされない状態を意味し、感光体の表面電位が場所によって高くなったり低くなったりしている状態のことである。
【００１５】
近接帯電装置で現れる帯電むらは、ピッチ（空間周期）が０．１〜１ｍｍ程度と小さいため、空間分離能が５ｍｍ程度の一般の表面電位計では、それより小さな帯電むらは平均化されて検出不可能であり、一見感光体が均一に帯電されるように見える。しかし、この状態で実際に感光体上に画像を形成した場合には、画像上に班点状の帯電むらが現れて前述した不都合が生じる。
この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、帯電部材の表面を移動させながら帯電むらの発生を防止し得る近接帯電装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を達成するため、被帯電体の移動する被帯電面に対して、帯電部材の移動する帯電面を最近接距離が０．１mm以上となるように非接触に対向させ、上記帯電部材に電圧を印加させることにより、上記帯電面と上記被帯電面との間で放電させて上記被帯電面を帯電させる近接帯電装置において、上記帯電部材の抵抗率×誘電率で規定される時定数をτ、上記帯電面上の一点が上記被帯電体と上記帯電部材との間の放電領域を通過するのに要する時間をｔとしたとき、ｔ／τ＞１０２の条件を満足する近接帯電装置を提供するものである。
また、被帯電体の移動する被帯電面に対して、帯電部材の移動する帯電面を最近接距離が０．１mm以上となるように非接触に対向させ、上記帯電部材に電圧を印加させることにより、上記帯電面と上記被帯電面との間で放電させて上記被帯電面を帯電させる近接帯電装置において、上記帯電部材を複数の層によって構成し、この帯電部材の静電容量×抵抗で規定される時定数をτ、上記帯電面上の一点が上記被帯電体と上記帯電部材との間の放電領域を通過するのに要する時間をｔとしたとき、ｔ／τ＞１０２の条件を満足する近接帯電装置も提供する。
そして、これらの帯電部材はローラ状とするのがよく、帯電部材の帯電面に、この帯電面のクリーニング部材を摺接させるとさらによい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明するが、図８乃至図１０に対応する部分には同一の符号を付して示し、その部分の説明は省略する。
図１は、この発明の第１実施形態を示す要部断面図である。
この図１は前述した図１０とほぼ同様であるが、図１０に示した従来例との違いは次の３点である。すなわち、帯電部材２と感光体ドラム１の感光体（被帯電面）１ａとの距離Ｄは、もっとも小さいところでも０．１mm以上である点、帯電部材２の表面を形成する帯電面３が移動する点、帯電部材２の抵抗率×誘電率で規定される時定数をτ、帯電面３上の一点が帯電面３の移動によって帯電部材と感光体１との間で放電が起こる領域を通過するのに要する時間をｔとしたとき、ｔ／τ＞１０２の関係を満たす点の３点である。
【００１８】
この第１実施形態では、帯電部材２は、例えば直径１５ｍｍ，長さ３００ｍｍのローラ状をなし、導体２ｂ上に厚さ３ｍｍの帯電体２ａを形成したものであり、ＮＢＲ系のゴム材料にハロゲン化物（イオン性化合物）を添加して導電性を付与した材料によって構成され、その抵抗率が１０８  Ωｃｍに調整してある。
【００１９】
なお、帯電部材２を構成する材料としては、上記のもののほか、各種ゴム，樹脂等の高分子材料にイオン性化合物を添加することによって導電性を付与したイオン性導電化材料，イオン性化合物の代わりにカーボンを高分子材料中に分散させた電子性導電化材料、あるいは帯電むらの発生を阻止して感光体１ａを帯電するための例えば１０７〜１０９Ωｃｍの中程度の抵抗率を示す材料等どのようなものであってもよく、セラミックス等の金属酸化物等でも差支えない。
【００２０】
そして、これらの帯電部材を構成する材料は、誘電率が１／１０１０Ｆ／ｍに調整されており、この誘電率に関しても、帯電部材として使用し得る材料は上記の材料のみに限られるものではない。
この第１実施形態では、帯電部材２の時定数τは次のようになる。
【００２１】
抵抗率：１０８Ωm〜１０６Ωm
誘電率：１／１０１０Ｆ／ｍ
時定数：１０６Ωm×１／１０１０Ｆ／ｍ＝１／１０４sec
この時定数１／１０４secは、帯電部材２の材料の種類を変えた場合には異なる値となる。
【００２２】
図１に示した帯電部材２は、図示しない駆動源によって矢示Ａ方向に回転するが、その回転速度は、帯電面３上の一点の移動速度が例えば１５ｍｍ／ｓｅｃ  になるように調整してある。このとき、帯電部材２の回転方向は、図１に示すように感光体ドラム１と反対方向であっても同方向であっても差支えなく、帯電部材２の表面の移動速度も必ずしも１５ｍｍ／ｓｅｃ  でなくてもよいが、前述した条件式ｔ／τ＞１０２  を満たすことは必要である。
【００２３】
図１に示す近接帯電装置において、帯電部材２に直流電圧−２〜−５ＫＶを印加すると、帯電部材２と感光体１ａとの間で放電が起こって感光体１ａが帯電されるが、その帯電領域は両者の最近接部のみではなく、図２に示すように、帯電部材２の表面が移動する方向に幅Ｗをもつ。この幅Ｗは帯電部材２の径、感光体ドラム１の径、印加電圧の大きさ、帯電部材２と感光体１ａとの間の最近接距離Ｄによって決定される。
【００２４】
この実施形態では、帯電部材２の直径が１５mm、感光体ドラム１の直径が３０mm、印加電圧が−２ＫＶ、最近接部での距離Ｄが０．１mmであり、放電領域の幅Ｗは１．５mmである。したがって、帯電面３上の一点が帯電面の移動に伴って放電領域の幅Ｗを通過するのに要する時間ｔは、
帯電面上の一点が移動する速さ：１５mm／sec
放電領域の幅Ｗ：１．５mm
通過する所要時間ｔ：１／１０sec
となる。
したがって、上記のｔ及びτの値からｔ／τ＝１０３となり前述の条件式ｔ／τ＞１０２を充分に満たしている。
【００２５】
図３は、上記の第１実施形態において、帯電部材２の表面が移動する速さと帯電むらの発生状態との関係を調べた調査結果を示すものであり、横軸に帯電部材２の表面の移動速度、縦軸に画像上で帯電むらが発生した領域の割合を示してある。図３からも分かるように、実験の結果、帯電部材２の表面移動速度が４５ｍｍ／ｓｅｃを超えると帯電むらが発生する。これはｔ／τ＝３×１０２に相当する点である。
【００２６】
このように、帯電むら発生の有無が帯電部材２の表面の移動速度に大きく依存する理由は次のように考えることができる。
帯電部材２の表面のうち、放電が起こる領域内に依存する部分の電位は印加した電位に比べて低くなっているはずである。なぜならば、本来、帯電部材２の表面上に電荷が蓄積されていると、この電荷は帯電部材２の時定数τにしたがって帯電部材２の基体部へと逃げるはずである。
【００２７】
しかし、帯電部材２と感光体ドラム１との間での放電が順次起こるため、帯電部材２の表面に所定量の電荷が蓄積された状態で平衡になっていると考えられる。一方で、放電が起こらない領域にある帯電部材の表面での電位は、印加した電位と同じである。すなわち電荷は蓄積されていないことになる。
【００２８】
帯電部材２の表面を移動させる帯電装置では、帯電部材２と感光体ドラム１との間で放電が起こる領域内に、未放電領域にあった帯電部材２の表面が順次移動し、放電領域内で最初に起こる放電、すなわち、表面上に電荷が蓄積され、それが平衡状態になるまでの放電が原因となって帯電むらが発生するものと考えられる。換言すれば、帯電部材２の表面上の電荷の蓄積状態によって放電のモードが変化し、電荷が蓄積された状態では帯電むらのない均一な放電が起こり、電荷が蓄積されていない状態では帯電むらを伴った不均一な放電が起こると考えることができる。
【００２９】
したがって、帯電部材２の表面移動速度が大きく、つまり帯電部材２の表面上の一点が放電領域を通過するに要する時間ｔが小さくなったり、帯電部材２の時定数τが大きくて電荷の蓄積が速やかに行われなかったりした場合には、上述の電荷が蓄積されていない状態での放電の影響が支配的になって帯電むらが発生するようになる。
【００３０】
以上によって明らかなように、このような帯電むら発生条件を回避するため、この発明ではｔ／τ＞１０２の条件を満足させることにより、帯電部材２の表面を移動させて表面上に付着したトナーの影響を小さくしながら、帯電むらの発生を有効に防止し得ることが可能になる。
【００３１】
なお、この第１実施形態では帯電部材をローラ状にしたので、その支持や表面移動機構を簡単にすることができる。
【００３２】
次に、図４は、上記第１実施形態の帯電部材の帯電部材をローラからベルトに変更したこの発明の第２実施形態を示すものである。
この第２実施形態では、帯電部材１２を、導体１２ｂ上に形成したＮＢＲ系ゴム１２ａの表面を導電性材料によって被覆して帯電面１３を形成することによってエンドレスなベルト状としたものであり、帯電面１３と感光体ドラム１の感光体１ａとの最近接距離Ｄを０．１ｍｍ以上としてある。なお、その他の構成は図１と同様であり、その作用・効果も前第１実施形態に準ずるものである。
【００３３】
また、図５は、この発明の第３実施形態を示すものである。帯電部材２２のローラ状の導体２２ｃ上に抵抗率がそれぞれ異なる導電化材料からなる複数の層２２ｂ，２２ａを積層形成し、最上層２２ａの表面を導電性を付与された材料によって被覆して帯電面２３を形成して、帯電面２３と感光体１ａとの最近接距離Ｄを０．１ｍｍ以上としたものである。なお、その他の構成は図１と同様である。
【００３４】
このように帯電部材２２を複数の層で構成した場合には、帯電部材２２の時定数τを、第１実施形態の場合のように、誘電率×抵抗率で計算することができない。そこで、帯電部材２２を図６の（ａ），（ｂ）に示すように電気回路でモデル化し、例えば接地した金属板Ｐ上に載置した帯電部材２２にＡＣ電圧を印加することにより、静電容量Ｃ，抵抗Ｒを測定する。このようにして測定したＣ，Ｒの値より時定数τは、τ＝ＣＲとして求めることができる。
【００３５】
この第３実施形態における帯電部材２２は、第１実施形態と同様に導電性を付与したＮＢＲ系ゴムからなる導体２２ｃの表面に、ポリウレタン樹脂の第１，第２のコート層２２ｂ，２２ａを計３０μmの膜厚に形成し、イオン性化合物を添加して抵抗率を１０１１Ωcmに調整したものである。
【００３６】
なお、上記のコート層２２ｂ，２２ａをポリウレタン樹脂に代えてアクリル樹脂，フッ素系樹脂等としてもよく、膜厚も必ずしも３０μｍに限るものではなく、その層数も３層以上で構成しても差支えない。また、この第３実施形態では、帯電部材を複数の層から構成した以外の点、例えば帯電部材の形状、帯電部材の表面を移動させながら感光体の帯電を行う点等は上述した第１実施形態と同様である。
【００３７】
このように、帯電部材を複数の層から形成することにより、第１実施形態の効果に加えて各層に機能の役割を分担させることが可能になる。具体的には、帯電部材の時定数の制御は帯電部材そのもので行い、オゾンを始めとする放電生成物等に対して耐久性の優れた材料で帯電部材の表面をコートすることによって帯電部材そのものの劣化を少なくすることが可能になる。
【００３８】
次に、図７はこの発明の第４実施形態を示す要部断面図である。
この実施形態では、図１と同様の帯電部材２の帯電面３に弾性体ブレードからなるクリーニング部材５を摺接させたものである。このクリーニング部材５は帯電部材２に常時摺接させるようにしてもよく、帯電部材２の表面の汚れに応じて随時摺接させるようにしてもよい。なお、その他の構成は図１に示した第１実施形態と同様である。
また、帯電部材２の表面をクリーニングする方法としては、弾性体ブレードのほかに、例えばブラシローラ，スポンジローラ，フェルト等を用いてもよく、これらのクリーニング部材に電圧を印加してもよい。
【００３９】
このような構成によれば、帯電部材２の表面に付着したトナー６は、帯電部材２の表面が矢示Ａ方向へ移動することによって、クリーニング部材５で除去されるため、帯電部材２の表面はトナーの付着がない状態に維持され、帯電部材表面のトナー汚れに起因する感光体の帯電不均一を防止することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明による近接帯電装置は、帯電部材の材料特性である時定数と帯電部材表面の移動速度との関係が所定の条件を満たすことにより、トナーによる汚れの影響を少なくするために帯電部材の表面を移動させても帯電むらを発生しないようにすることが可能になる。その結果、帯電むら防止のために帯電部材の表面を固定せざるを得なかった従来の近接帯電装置に比して、帯電部材の表面上に付着したトナーの影響を大幅に少なくすることができる。
【００４１】
また、帯電部材を複数の層によって構成し、帯電部材の材料特性である時定数と帯電部材表面の移動速度との関係が所定の条件を満たすことにより、帯電むらの発生を防止し得るとともに、帯電部材各層に機能を分担させることが可能になって劣化を減少させ長期にわたる特性の変化を阻止することができる。
そして、これらの近接帯電装置において、帯電部材がローラ状であるようにすると、上記の効果に加えて、帯電部材の支持や表面を移動させる機構を簡略化することができる。
【００４２】
さらに、上記の近接帯電装置において、帯電部材の帯電面にクリーニング部材を摺接させるようにすると、帯電面に付着したトナーが帯電部材の表面の移動に伴ってクリーニング部材により除去され、帯電面は常にトナーの付着がない状態に維持される。そのため、感光体が均一に帯電されない等の問題が発生するおそれがなく、長期の使用にも帯電性能の劣化のない近接帯電装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態を示す要部断面図である。
【図２】同じくその放電領域を模式的に示す説明図である。
【図３】同じくその帯電部材表面の移動速度と帯電むら発生領域の割合との関係を示す説明図である。
【図４】この発明の第２実施形態を示す要部断面図である。
【図５】この発明の第３実施形態を示す要部断面図である。
【図６】同じくその時定数測定方法を示す説明図である。
【図７】この発明の第４実施形態を示す要部断面図である。
【図８】従来の画像形成装置の概略を示す構成図である。
【図９】従来の接触帯電装置の一例を示す要部断面図である。
【図１０】従来の近接帯電装置の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１：感光体ドラム          １ａ：感光体
２，１２，２２：帯電部材
３，１３，２３：帯電面
４：電源                  ５：クリーニング部材
６：トナー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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