JPH04218076A - 接触帯電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は接触帯電方法に関する。 更に詳しくは、外部より電圧を印加した導電性部材を被
帯電体に当接させて帯電（除電も含む）を行なう接触帯
電方法の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】便宜上、画像形成装置である電子写真装
置における感光体の帯電処理（除電処理も含む）を例に
して説明する。

【０００３】電子写真は周知のように感光体面を所定の
電位に均一帯電処理する工程を含んでいる。その帯電処
理手段としては現在実用化されている電子写真装置の殆
ど全てがワイヤ電極とシールド電極を主構成部材とする
コロナ放電器を利用している。しかし該コロナ放電器を
用いた帯電処理系においては以下のような問題点を有し
ている。

【０００４】１）高電圧印加 感光体上に５００〜７００Ｖの表面電位を得るために４
〜８ＫＶといった高電圧をワイヤに印加する必要性があ
り、電極及び本体へのリークを防止すべくワイヤから電
極の距離を大きく維持する等のために放電器自体が大型
化し、又高絶縁被覆ケーブルの使用が不可欠である。

【０００５】２）帯電効率が低い ワイヤからの放電電流の大半はシールド電極へ流れ、被
帯電体たる感光体側へ流れるコロナ電流は総放電電流の
数パーセントにすぎない。

【０００６】３）コロナ放電生成物の発生コロナ放電に
よってオゾン等の発生があり、装置構成部品の酸化、感
光体表面のオゾン劣化による画像ボケ（特にこの現象は
高湿環境下において著しい）が生じ易く、またオゾンの
人体への影響を考慮してオゾン吸収・分解フィルタ及び
フィルタへの気流発生手段であるファンが必要である。

【０００７】４）ワイヤ汚れ 放電効率をあげるために曲率の大きい放電ワイヤ（一般
的には６０μ〜１００μの直径のものが用いられる）が
使用されるが、ワイヤ表面に形成される高電界によって
装置内の微小な塵挨を集塵してワイヤ表面が汚れる。ワ
イヤ汚れは放電にムラを生じ易く、それが画像ムラとな
ってあらわれる。従ってかなり頻繁にワイヤや放電器内
を清掃処置する必要がある。

【０００８】そこで最近では上記のような問題点の多い
コロナ放電器を利用しないで、接触帯電手段を利用する
ことが検討されている。

【０００９】具体的には被帯電体たる感光体表面に１Ｋ
Ｖ程度の直流電圧を外部により印加した導電性繊維毛ブ
ラシあるいは導電性弾性ローラ等の帯電部材である導電
性部材（導電性電位維持部材）を接触させることにより
感光体表面に電荷を直接注入して感光体表面を所定の電
位に帯電させるものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし実際には被帯電
体たる感光体面を上記のような接触帯電手段により帯電
処理しても感光体面の各部均一な帯電はなされず、斑点
状の帯電ムラを生じる。これは電圧を印加した帯電部材
と、それを接触させた感光体表面とが微視的には両表面
の凹凸によって理想的な密着面が得られにくいためと考
えられる。そしてその斑点状帯電ムラ状態の感光体面に
光像露光以下の作像プロセスを適用しても出力画像は斑
点状帯電ムラに対応した斑点状の黒点画像となり、高品
位な画像は得られない。

【００１１】本発明は帯電手段について被帯電面の各部
が均一帯電されるように改善し、前述したように問題の
多いコロナ放電器を利用する代りに例えば電子写真装置
のような画像形成装置における感光体の均一帯電処理手
段として問題なく利用することができるようにすること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、被帯電体表面
に当接させた導電性部材に電圧を印加して帯電を行う接
触帯電方法において、前記導電性部材は被帯電体表面に
当接する面領域と、それに引続いて被帯電体の面移動方
向下流側に向うに従って被帯電体面から徐々に離間する
面領域を具備させ、該導電性部材に対して帯電開始電圧
の２倍以上のピーク間電圧を有する脈流電圧を印加する
ことにより該部材の前記離間面領域と被帯電体面間で振
動電界を形成させ帯電を行わせることを特徴とする接触
帯電方法、である。

【００１３】

【作用】上記のような条件で被帯電体を帯電処理すると
、実際上被帯電体面は斑点状等の帯電ムラを生じること
なく各部均一の所定電位で常に安定に一様帯電処理され
ることが後述実施例に示すように確認された。

【００１４】

【実施例】図１に於て、１は被帯電体としての電子写真
感光ドラムの一部であり、ドラム基体１ａの外周面に感
光体層１ｂ（有機半導体・アモルファスシリコン・セレ
ン等の光導電性半導体材料層）を形成してなるもので、
矢印ａ方向に所定の速度で面移動駆動される。

【００１５】２は上記の感光ドラム１面に所定圧力をも
って接触させた帯電部材としての導電性ローラであり、
感光ドラム１の回転に伴ない矢印方向に従動回転する。 この導電性ローラ２において、Ａは被帯電体たる感光ド
ラム１面に当接する面領域であり、Ｂは引続いて感光ド
ラムの面移動方向下流側に向かうに従って被帯電体から
徐々に離間する面領域である。本例の場合該離間面領域
Ｂはローラ２の曲面と感光ドラムの曲面によって構成さ
れる。３はこの導電性ローラに電圧を印加する電源であ
る。

【００１６】導電性ローラ２は具体的には例えば図２（
ａ）のように金属芯棒２ａにＥＰＤＭ・ＮＢＲ等の弾性
ゴム層２ｂを設け、更にその周面にカーボンを分散した
ウレタンゴム層２ｃ（抵抗〜１０５　Ω）を設けた２層
被覆構成のもの、図２の（ｂ）のように金属芯棒２ａに
カーボンを分散した発泡ウレタンゴム層２ｄを被覆した
もの等を用いることができる。導電性ローラ２は非回転
のローラやパッド部材であってもよい。図２の（ｃ）及
び（ｄ）は夫々パッド部材として構成した例を示してい
る。

【００１７】Ａ．一般帯電手法の場合（直流電圧印加）
上記において感光ドラム１の感光体層１ｂは、アゾ顔料
をＣＧＬ層（キャリア発生層）とし、その上にヒドラゾ
ンと樹脂を混合したものをＣＴＬ層（キャリア輸送層）
として１９μの厚さに積層した負極性有機半導体層（Ｏ
ＰＣ層）とし、このＯＰＣ感光ドラム１を回転駆動させ
、その表面に導電性ローラ２を接触させ、該導電性ロー
ラ２に直流電圧ＶＤＣを印加して暗所でＯＰＣ感光ドラ
ム１の接触帯電を行わせるものとし、導電性ローラ２通
過後の帯電されたＯＰＣ感光ドラム１の表面電位Ｖと、
導電性ローラ２に対する印加直流電圧ＶＤＣとの関係を
測定した。

【００１８】図８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ＶＤＣに対して帯電は閾値を有し、
約−５６０Ｖから帯電が開始し、その帯電開始電圧値（
５６０Ｖ）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・低温低湿環境
）ほぼ同等の結果が得られた。

【００１９】すなわち、導電性ローラ２への直流印加電
圧値をＶａとし、ＯＰＣ感光ドラム表面に得られる帯電
電位の値をＶｃ、帯電開始電圧値をＶＴＨとすると、Ｖ
ｃ＝Ｖａ−ＶＴＨ の関係がある。

【００２０】上記の式はパッシェン（Ｐａｓｃｈｅｎ）
の法則を用いて導出できる。

【００２１】図９の模型図に示すように導電性ローラ２
とＯＰＣ感光体層１ｂ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。

【００２２】

【数１】 Ｖａ：印加電圧値 Ｖｃ：感光体層表面電位の値 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ッシェンの法則によ
り、Ｚ＝８μ以上では放電破壊電圧Ｖｂは次の１次式（
２）で近似できる。

【００２３】Ｖｂ＝３１２＋６．２Ｚ　　・・・・・・
・・・（２）（１）・（２）　式をグラフに書くと図１
０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■がパッシェンの曲線
、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。パッシェンの
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になる。すなわち、

【００２４】

【数２】 （３）　式の右辺に先の実験で用いたＯＰＣ感光体層１
ｂの比誘電率３と、ＣＴＬ厚み１９μを代入すると、Ｖ
ｃ＝Ｖａ　−５７３が得られ、先に得られた実験式とほ
ぼ一致する。

【００２５】パッシェンの法則は空隙での放電現象に関
するものであるが、上記導電性ローラ２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、帯電がなんらかの形で放電現象に関係しているも
のと考えられる。

【００２６】図１１のグラフは感光ドラム１の感光体層
１ｂを上記例のＯＰＣ層に変えてアモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）層とした場合の導電性ローラ２通過後の帯
電された該ａ−Ｓｉ感光ドラム１の表面電位と、導電性
ローラ２に対する印加直流電圧との関係を測定したもの
である。

【００２７】暗減衰の因子を最小にするため帯電行程前
の露光無で実験を行なった。ＶＴＨ≒４４０Ｖから帯電
が開始し、その後は前述図８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。

【００２８】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と、Ｌｓ＝　
２０μを代入するとＶＴＨ＝４３２Ｖが得られ、実験結
果とほぼ一致する。

【００２９】導電性ローラ２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
て顕像化すると斑点状のムラすなわち帯電ムラが生じて
いることは前述した通りである。

【００３０】Ｂ．本発明の接触帯電手法の場合（脈流電
圧印加）上記Ａ項で用いたＯＰＣ感光ドラム及びａ−Ｓ
ｉ感光ドラムについて、導電性ローラ２に直流ＶＤＣに
ＶＰ−Ｐ　のピーク間電圧を有する交流ＶＡＣを重畳し
た脈流電圧（ＶＤＣ＋ＶＡＣ）を印加して感光ドラムを
接触帯電処理したときのピーク間電圧に対する感光体帯
電電位の関係を夫々測定した。図３及び図４はその夫々
の測定結果グラフである。ＶＰ−Ｐ　の小さい領域では
、帯電電位の値はＶＰ−Ｐ　に比例して直線的に増加し
、ある値を越えると脈流電圧成分中の直流分ＶＤＣ値に
ほぼ飽和し、ＶＰ−Ｐ　変化に対して一定値をとる。

【００３１】感光体帯電電位のＶＰ−Ｐ　／２値変化に
対する上記の変曲点は、ＯＰＣ感光ドラムの場合は図３
のグラフのように約１１００Ｖ、ａ−Ｓｉ感光ドラムの
場合は図４のグラフのように約９００Ｖであり、これ等
は丁度前述Ａ項で求めた直流印加時のＶＴＨのほぼ２倍
の値になる。

【００３２】この関係は印加電圧の周波数及び直流成分
ＶＤＣを変化させても帯電電位の飽和点がＶＤＣ値の変
化によってシフトするだけで、ＶＰ−Ｐ　の変化に対す
る変曲点の位置は一定であり、かつ導電性ローラ２の感
光体１に対するスピード（例えば停止・回転・逆転）に
は依存しない。

【００３３】このように脈流電圧を印加して得られた感
光体の帯電表面を現像するとＶＰ−Ｐ　の値が小さい時
即ちＶＰ−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、前述の導電性ローラ２に
直流のみを印加した時と同様に斑点状のムラを生じてい
るが、変曲点以上のピーク間電圧を印加した領域では帯
電電位が一定であるととに、得られた顕画像は均一であ
り、帯電が均一・一様に行われていた。

【００３４】即ち、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印加時の帯電開始電
圧値ＶＴＨの２倍以上のピーク間電圧を有する振動電圧
を印加する必要があり、その時得られる帯電電位は印加
電圧の直流成分に依存する。

【００３５】帯電の一様性と脈流電圧のピーク間電圧Ｖ
Ｐ−Ｐ　と帯電開始電圧値ＶＴＨとの関係、ＶＰーＰ　
≧２ＶＴＨ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。すなわち、Ｖ
ＰーＰ　変化に対する帯電電位の関係における変曲点は
感光体と帯電部材間の電界下において感光体から帯電部
材への電荷逆転移開始点と考えられる。

【００３６】図５は帯電部材への印加電圧を示すもので
ある。説明上ＶＤＣ直流成分にＶＰ−Ｐ　の正弦波が重
畳された電圧波形とすると、脈流電圧印加においてＶｍ
ａｘ　・Ｖｍｉｎ　は

【００３７】

【数３】 と表わされる。

【００３８】Ｖｍａｘ　の電圧が印加された時、感光体
は前述の（３）　式によって

【００３９】

【数４】 の表面電位に帯電される。

【００４０】この後、上記表面電位に対して帯電部材へ
の印加電圧値が電圧値中最小値すなわちＶｍｉｎ　にな
った時、その差が帯電開始電圧値ＶＴＨを越えると過剰
な感光体上の電荷は帯電部材側へ逆転移する。

【００４１】帯電部材と感光体との間の電荷の転移・逆
転移が両者ともＶＴＨ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。

【００４２】したがって、電荷の逆転移が生じるために
は、

【００４３】

【数５】 となり、前述の実験式と一致する結果が得られる。

【００４４】つまり、たとえば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上述の電荷の逆転移によ
り一様化される。

【００４５】帯電部材と感光体との間に前述の電圧によ
る振動電界が形成される事により両者間で電荷の転移・
逆転移が生じるが、ＶＴＨという値により電荷の転移過
程が決まる、すなわちＶＴＨ以上の電位差がある定まっ
た距離間で生じると電荷転移が起こるとすると、帯電部
材と感光体が近接した領域では感光体の電位は図６に示
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

【００４６】

【数６】 帯電開始電圧値とは帯電部材を被帯電体に使用位置で対
向配設し、被帯電体と帯電部材との間に直流電圧を印加
して被帯電体の帯電が開始するときの、被帯電体と帯電
部材との間の印加直流電圧値である。

【００４７】ＶＴＨに関してはその定義上電荷の転移の
生じる最近接距離での電位差であり、本来は距離に依存
するものであり、帯電部材と感光体のギャップが大きい
と電荷の転移を生じるために必要なＶＴＨも大きくなら
なければならない。図１０に示すパッシェンの曲線位置
も距離の増加にしたがって空隙破壊電圧の増加現象を示
している。

【００４８】したがって帯電部材２と感光体１が、その
感光体の回動下流方向へ徐々に遠のく構成、すなわち図
１・図２に示すように帯電部材と感光体との距離が大き
くなっていく構成においては、第６図に示した振幅

【０
０４９】

【数７】 感光体電位はその離間行程で上記振幅中ＶＴＨの増加に
したがいその振幅は０に収束する。

【００５０】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印加電圧値中Ｖ
Ｐ−Ｐ　には依存せずほぼＶＤＣ値に安定する。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に依れば、被
帯電体面を接触帯電方法により帯電ムラなく均一に帯電
処理することが可能となる。

【００５２】さらには、前述のごとく被帯電体と帯電部
材間で電荷の転移・逆転移が生じていると考えられ、帯
電前の被帯電体の電位に依存せず所望の電位を高精度で
得ることができる（図７のグラフ参照）。すなわちコロ
ナ放電器で用いるグリッドに似た効果もあり、電子写真
で言う静電潜像変動にともなう画像変動といった現象の
ない安定した帯電プロセスが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　被帯電体としての感光ドラムの一部とその
面に接触させた接触帯電用の電圧印加導電性ローラを示
す図

【図２】　　（ａ）・（ｂ）は夫々導電性ローラの構成
例の横断面図、（ｃ）・（ｄ）は夫々導電性パッド部材
の構成例の横断面図

【図３】　　ＯＰＣ感光ドラムとａ−Ｓｉ感光ドラムに
ついての印加電圧ＶＰ−Ｐ　値と感光体帯電電位Ｖとの
関係グラフ

【図４】　　ＯＰＣ感光ドラムとａ−Ｓｉ感光ドラムに
ついての印加電圧ＶＰ−Ｐ値と感光体帯電電位Ｖとの関
係グラフ

【図５】　　導電性ローラへの印加電圧波形例

【図６】
　　導電性部材と感光体の近接した領域での感光体電位
の振動状態を示すグラフ

【図７】　　ＯＰＣ感光ドラムについての帯電前電位と
帯電後電位の関係グラフ

【図８】　　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ＶＤＣと感光体帯電電位Ｖとの関
係グラフ

【図９】　　感光体層−導電性ローラ間の空隙ギャップ
模型図

【図１０】　　パッシェンの曲線と空隙電圧の関係グラ
フ

【図１１】　　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ＶＤＣと感光体帯電電位Ｖと
の関係グラフ

【符号の説明】

１　　被帯電体としての感光ドラム ２　　帯電部材 ３　　電圧印加源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被帯電体表面に当接させた導電性部材
   に電圧を印加して帯電を行う接触帯電方法において、前
   記導電性部材は被帯電体表面に当接する面領域と、それ
   に引続いて被帯電体の面移動方向下流側に向うに従って
   被帯電体面から徐々に離間する面領域を具備させ、該導
   電性部材に対して帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電
   圧を有する脈流電圧を印加することにより該部材の前記
   離間面領域と被帯電体面間で振動電界を形成させ帯電を
   行わせることを特徴とする接触帯電方法。