JPH07101324B2 - 接触帯電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、接触帯電装置に関するものであり、特に、振
動電圧を帯電部材に印加して、例えば電子写真感光体等
の被帯電体を所定電圧に帯電（除電も含）する接触帯電
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、電圧の導電性部材（帯電部材）に外部より印加
し、この帯電部材を、例えば電子写真感光体等のような
被帯電体に当接させて帯電を行う接触帯電方法が提案さ
れており、従来のコロナ帯電方法に比較して低い印加電
圧を使用し得る、又、オゾンの発生が少ない等といった
利点を有している。

従来、このような接触帯電装置は、コロナ放電器による
帯電に比べて帯電むらが生じるという問題点をもってい
たが、本出願人は特開昭63−149669において接触帯電部
材と被帯電体との間に振動電界を形成しこれを解決し
た。

この接触帯電方法によると、例えば第10図に図示するよ
うに、電子写真感光体ドラム２に帯電部材である帯電ロ
ーラ１を接触回転させ、帯電開始電圧の２倍以上のピー
ク間電圧Vppを有する交流電圧Vacと直流電圧Vdcとを重
畳した電圧（Vac＋Vdc）を電源３から接点４を介して帯
電ローラ１の芯金1aに印加することにより感光体ドラム
２を均一に帯電することができる。また帯電ローラ１は
バネ５により感光体ドラム２に圧接されている。

〔発明が解決しようとしている問題点〕

本発明者等の研究実験の結果、上述の如き帯電ローラ１
を使用して接触帯電を実施した場合に、芯金1aに印加さ
れた電圧の交流成分Vacのために導電弾性部材1bが振動
し、そして帯電ローラ１と感光体ドラム２とのニツプ部
（当接部）で帯電する振動音が発生することを見出し
た。

この帯電による振動音が発生するメカニズムを第11図、
第12図に示す帯電ローラ１と感光体ドラム２とのニツプ
部の拡大図を参照して説明する。

図中2aは感光層、2bはアルミでできた基層で接地されて
いる。さて帯電ローラには交流電圧が印加されているた
め、ある瞬間には図中破線で示すように、感光層2aをは
さんで帯電ローラ側にマイナス、感光体ドラムのアルミ
層側にプラスの電荷が誘起される。これらの電荷は互い
に引き合うので、帯電ローラ表面も感光体ドラムに引き
つけられる。次いで、電解が逆転すると図中実線で示す
ようにプラスとマイナスの電荷をそれぞれ打ち消すよう
に電荷が移動する。その結果、引き合っていた電荷が削
減し帯電ローラは帯電ローラ１をバネ５で感光体ドラム
２に押しつける力と、帯電ローラ1bの圧縮変形による弾
性力がつりあう位置にもどる。さらに帯電ローラ側にプ
ラス、感光体ドラム基板側にマイナスの電荷が誘起され
るとふたたび引きあう力が発生する。

以上の現象がくり返し発生するため帯電ローラに交流電
圧を印加すると、帯電ローラは振動するものと考えられ
る。

このように帯電ローラが振動すると第12図に示すように
その部分で空気の移動が発生する。帯電ローラ１が感光
体ドラム２と引き合う時の空気は図中破線矢印の向きに
移動し、引き合う力が消滅した時は図中実線矢印の向き
に移動する。この時、図中帯電ローラ１表面の凹凸（図
中Ａ）部分の空気は、帯電ローラが破線の位置に来た時
には非常に狭くなったＢの位置から外側へ排出される。
また、帯電ローラが実線にもどる時は同じようにＢの部
分を通り空気は図中実線矢印の向きに移動する。したが
って、狭い部分Ｂで空気が移動する為、帯電ローラに交
流電圧を印加すると振動音が発生するのである。

又、印加電圧の交流成分Vacをなくせば音の発生はなく
なるが、感光体ドラム２の表面の均一な帯電を得ること
ができず、斑点状の帯電ムラを生じることが分った。こ
れは電圧を印加した帯電部材１と、該帯電部材１に接触
する感光体ドラム２の両表面には微視的には凹凸があ
り、理想的な密着面が得られ難いためと考えられる。更
に、斑点状帯電ムラ状態の感光体ドラム表面に通常の電
子写真画像形成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
画像を得ることはできない。

上記問題を解決するべく、感光体ドラム２の内部に、つ
まり導電性基体2bと感光体層2aとの間にゴムなどの振動
防止剤層を形成し、交流成分Vacを印加する方法が提案
されているが、感光体ドラムの変形、重量、製造コスト
の点で実際的でない。

一方、上記のように帯電部材を感光体ドラムに接触させ
て帯電させると、感光体ドラムが帯電部材との摩耗によ
り削れるので帯電電荷が感光体ドラムに良好にのらない
ことがあった。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の問題点に鑑み成されたものであり、接
触帯電部材と被帯電体との間に発生する振動音を低減す
ると共に、被帯電体の摩耗による削れを防止し、被帯電
体を均一に帯電する帯電装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の構成〕

上記目的を達成するために、本発明は振動電圧を印加し
た帯電部材を被帯電体に当接させて帯電を行う接触帯電
装置において、前記帯電部材の十点平均表面粗さRzが５
μｍより大きく100μｍより小さいことを特徴とするも
のである。

〔実施例〕

次に、本発明に係る接触帯電装置を図面に即して更に詳
しく説明する。

第１図１）は本発明に係る接触帯電装置の一実施例を示
す。本実施例にて、被帯電体は電子写真感光体ドラム２
とされ、該感光体ドラム２はアルミニウム製のドラム基
体2bと、該基体2bの外周面に形成された感光体層、本実
施例では有機光導電体（OPC）2aとから成る。該感光体
ドラム２は、本実施例では外径30mmとされ、矢印方向Ａ
の所定の速度で回転される。感光体ドラム２は本発明に
係る接触帯電装置にて帯電される。

第13図に示すように接触帯電装置で感光体を一様に帯電
した後、この帯電面に原稿の反射光又は画像変調された
レーザー光により光像７が照射されて静電潜像が形成さ
れ、該潜像に現像装置８からトナーが供給されてトナー
像が形成される。感光体２の回転方向Ａにみて現像装置
の下流側には転写ローラ10が圧接しており、感光体表面
のトナー像とタイミングを合わせて搬送路９から供給さ
れる転写材（不図示）が感光体２と転写ローラ10の圧接
部に搬送され、このとき転写ローラ10には電源３から転
写バイアスが印加されトナー像が感光体から転写材に転
移する。その後粘着トナー像を有する転写材は分離され
て不図示の定着部位をとおって機外へ排出される。ま
た、転写後感光体に残留したトナーはクリーニング装置
11によりクリーニングされる。

第１図に示すように本発明に係る接触装置は、感光体ド
ラム２に所定圧力をもって接触する帯電部材、本実施例
ではローラ形状とされる帯電ローラ１を有し、感光体ド
ラム２の回転に伴ない矢印方向に従動回転する。ここ
で、帯電ローラ１は感光体ドラム２との接触部におい
て、同方向又は逆方向に駆動回転させても良い。しかし
ながら、帯電ローラ１、感光体ドラム２の摩耗による削
れを防止するために感光ドラム２に対して、帯電ローラ
１を従動回転させるかその接触部で帯電ローラ１を同方
向に同速で駆動回転させるのが望ましい。帯電ローラ１
は、金属製の芯金1aと、該芯金の外周囲に形成された導
電性弾性体層1bとを有し、外径は12mm（芯金1aの直径6m
m、導電性弾性体層1bの厚さ3mm、その表面の十点平均粗
さRz30μｍとした。ここで、帯電部材の表面の十点平均
粗さRzの測定はJIS規格の規格番号JIS−Ｂ−0601に基づ
き、小坂研究所の万能表面形状測定機SE−3Cで行った。
帯電ローラ１には電源部３より電圧が印加され、交流電
圧Vacと直流電圧Vdcとを重畳した振動電圧（Vac＋Vbc）
が芯金1aに供給される。ここで、振動電圧とは時間と共
に周期的に電圧値が変化する電圧である。更に詳しく言
えば、好ましくは、帯電部材即ち帯電ローラ１には、帯
電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧Vppを有する交流
電圧Vacと直流電圧Vdcとを重畳した電圧（Vac＋Vdc）が
印加される。また振動電圧の波形としては正弦波に限ら
れず、矩形波、三角波、パルス波でも良い。

導電性弾性体層1bはEPDM,NBR等の弾性ゴムで形成され、
その表面は研磨又は成形型にあらかじめ突起1cができる
ような凹部をつけておくことで、十分平均粗さが30μｍ
程度になるように造られている。

第１図２）はその帯電ローラ１の斜視図である。またこ
の時の帯電ローラ硬度はASKER−C60゜であった。

以上の構成にて、感光体ドラム２を周速20mm/secで回転
し、帯電ローラ１に電源部３から、−700Vの直流電圧Vd
cと、ピーク間電圧1500V、周波数1000Hzの交流電圧Vac
を印加すると、感光体ドラム２は大略−700Vに均一に帯
電された。

しかも、帯電ローラ１と感光体ドラム２との振動による
音は第１図３）に示す通り、帯電ローラ１表面の十点平
均粗さRzが５μｍより大きいときは50dBを下まわること
ができ、実用上問題なかった。またRzを30μｍ以上にす
れば振動音は30dBを下まわるのでさらに好ましい。

しかし、Rzが100μｍ以上となると、帯電ローラ１が感
光ドラム２表面を削る現象が急に目立つようになること
がわかった。

その様子を第１図４）のグラフに示す。横軸は帯電ロー
ラ１表面の十点粗さ平均Rzを示し、縦軸は、感光ドラム
２（OPC:有機感光体）の耐久後の削れ量を示す。

その結果、帯電ローラ１表面の十点粗さ平均が100μｍ
以上となると、感光体表面は、急に削れやすくなるとい
える。

この理由は次のように考えられる。つまり、帯電音を小
さくしようとして帯電ローラ１表面の十点粗さ平均Rzを
100μｍ以上とすると、帯電ローラ１表面の一つの微小
突起部にかかる圧力は、帯電ローラ１の押し圧が一定な
ら、Rzが小さいほど大きくなる。

その結果、その圧力は大きくなった凸起部で摩耗によ
り、感光体表面が削られやすくなるのである。したがっ
てRzは５μｍより大きく100μｍより小さくする。

帯電ローラ１表面を粗すと振動音が小さくなる理由を第
２図を用いて説明する。

図中1Cは帯電ローラ１表面の突起である。帯電ローラと
感光体ドラムが引き合った時（図中破線）この突起がじ
ゃまをして、帯電ローラ１と感光体ドラム２との密着性
が悪くなる。すると、図中破線矢印の向きに移動する空
気は1Cの回りを比較的楽に通過することができる。その
結果、この時に発生する振動音も小さくなるのである。
図中実線矢印の向きの空気が移動する時も同じように空
気の移動は1Cがあるおかげで楽になり、振動音もやはり
小さくなるのである。

この現象はちょうど素手で拍手するより、手袋をして拍
手する方が音が小さいのと似ている。

第３図から第９図に本発明の接触帯電装置の他の実施例
を示す。

第３図は導電層1bの表面に同方向に深さ50μｍ（十点平
均粗さ50μｍ）ピツチ10μｍ溝を付けたものである。こ
の場合帯電ローラ１が交流電圧を印加されることで振動
したとしても、感光体ドラム１と接触している部分の空
気の移動はスムーズにできる。したがって振動音は小さ
くなる。

また、第４図に示すように、導電層1bの表面に幅10μ
ｍ、長さ50μｍ、高さ30μｍ（十点平均粗さ30μｍ）の
突起を型成形にて作っても同様の音対策効果が得られ
た。

さらに第５図に示すように、導電層1eは、カーボン入り
のEPDM,NBR等をスポンジ状に発泡させたものの上にスキ
ン層を形成し、さらにその表面に十点平均粗さで50μｍ
程の突起を付着させたものでも良い。

この場合、導電層1eをスポンジ状としたことで、その硬
度はASKER−Ｃで40゜程度にまで落とすことが可能とな
り、振動音に対し、より一層の効果が認められた。

これは帯電ローラ硬度が低下することで、交流電界に依
る帯電ローラの振動を、導電層1eが吸収するためと考え
られる。

一方、低温低湿の環境下では、導電層1bの十点表面粗さ
が100μｍ程度の場合、表面の極度の凹凸によって斑点
状の帯電不良が著しく増加し、問題となった。これは一
旦感光体ドラムに帯電された電荷が、帯電ローラ表面の
尖った部分に向って先端放電し、その部分の電荷がなく
なるために発生するものと考えられる。その結果、感光
体ドラム上には直径0.1μｍ程度の電荷の無い部分が形
成されることとなり、その部分が正規現像では現像され
なくなり、反転現像では現像されてしまうのである。こ
の対策のためには、導電層1bの表面はなるべくなめらか
にする必要がある。ところが単に導電層1bの表面をなめ
らかにしただけでは、振動音が大きくなるので、導電層
1bの外側にトレジン（帝国化学（株）製）アミラン（CM
−8000、東レ（株）製）等でできた十点平均粗さ30μｍ
の高抵抗層1f厚さ100μｍを設けると良い。1fを高抵抗
層にするのは、感光体ドラム上の電荷が1f表面の突起部
に向って先端放電しない為である。こうすることにより
帯電不良をおさえるとともに振動音を軽減することが可
能となった。さらに高抵抗層1fを設けることにより感光
体ドラム上にピンホール等の欠陥が発生しても、その部
分に大電流が流れ込むことになり感光体ドラム流手方向
に電荷抜けを生じるのを防止することもできるようにな
った。

また、トレジン、アミラン等のナイロン系樹脂で高抵抗
層1fを作製した場合、低温低湿で抵抗が３ケタ程（役10
¹⁰Ωcmから10¹³Ωｍ）も大きくなり、帯電不良が発生す
るという問題も発生した。

そのために第７図に示すように、表面の十点平均粗さRz
を1.5μｍ以下になるようになめらかに処理した導電層1
bの上に、低温低湿でも抵抗が大きくなることの少ない
エピクロルヒドリンゴムから成る高抵抗層1g（厚さ80μ
ｍ）、を設けた。このときエピクロルヒドリンゴム1gの
上に薄くトレジン、アミラン等の表面層1f（厚さ20μ
ｍ）と突起1Cを設けて十点平均粗さ10μｍとした。この
ように表面層1fを設けたことにより、エピクロルヒドリ
ンゴムから軟化剤がしみ出てきて感光体ドラム表面に付
着し、その抜分の抵抗が低下し「画像流れ」と呼ばれる
画像不良が発生することを防止できた。

また、上記のように導電層1bの十点平均粗さを1.5μｍ
以下にすることで帯電不良もなくなった。さらに低温低
湿にて抵抗が大きくなるトレジン、アミラン等は20μｍ
程度の薄い膜とし、抵抗変動が少ないエピクロルヒドリ
ンゴムを80μｍの層にすることで、トータルとしての抵
抗増加をおさえることができるようにもなった。その上
帯電ローラ表面を適当に粗すことで、振動音を小さくす
ることができるようになった。

さらに第８図に示すように、導電層1bの下層に、サーモ
プラスチツクエラストマ（熱可塑性エラストマ、商品名
ラバロン三菱油化社製）1hを設けてもよい。この場合帯
電ローラ硬度はASKER−Ｃで40℃以下にすることが可能
となり、騒音対策はより効果が認められた。但し、サー
モプラスチツクエラストマ1hは絶縁性なので、導電層1h
は第８図に示すように芯金と導通のとれる構成にしなけ
ればならない。

さらに帯電部材はローラ状に限定されるものではなく第
９図に示すようなブレード状であっても良い。6aはブレ
ードに電圧を印加するための支持板、6bは導電性ブレー
ドで長さ15mm、肉厚1.5mmの矩形横断面を有したもので
ある。

6Cは導電性ブレードを型成形する際に、あらかじめ型に
凹部を設けて十点平均粗さが50μｍとなるようにした突
起部である。

本実施例のブレードも帯電ローラと同様の作用効果を発
揮することができた。

なお、帯電部材としては、前述したように被帯電体であ
る感光体に潜像を形成するとき被帯電体を一様に帯電す
る帯電部材に限られず、例えば感光体の像を転写材に転
写する転写ローラでも、被帯電体に当接して振動電圧を
印加するようなときには、適用可能である。

また、帯電部材としては、被帯電体に電荷を与えるのみ
ならず、被帯電体の電荷を除去する除電ローラ、ブレー
ドなども含むものとする。即ち、帯電部材とは被帯電体
との電荷のやり取りを行うものである。

更に、前述した実施例では、被帯電体としてOPC感光体
を使用したが、被帯電体はこれに限定されるものではな
く、Ａ−Si感光体、Se感光体等各種感光体やまた感光体
以外では誘電体ドラムを使用しても本発明は好適に採用
し得る。

また、帯電部材の表面は前に示したように適当にあれて
いるのでトナーや紙のタルク等が感光体をフイルミング
することが少なくなるという利点も得られた。

［発明の効果］ 以上のように、本発明の接触帯電装置は、帯電部材表面
の十点平均粗さを５μｍより大きく、100μｍより小さ
くしたので振動電圧を印加しても、帯電部材の振動音を
低減できると共に被帯電体の摩耗による削れを防止で
き、良好な帯電を行うことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の接触帯電装置の一実施例を示す断面
図、第２図は第１図の斜視図、第３図〜第８図は本発明
の接触帯電装置の他の実施例を示す斜視図、第９図は本
発明の接触帯電装置の他の実施例を示す断面図、第10図
〜第12図は帯電ローラが振動し、音が発生するメカニズ
ムを説明する説明図、第13図は本発明の接触帯電装置を
画像形成装置に適用したときの断面図である。 図としては、 １は帯電ローラ ２は感光体 ３は振動電圧を印加する電源を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒矢 順治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 中村 俊治 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 斉藤 雅信 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−149669（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−208876（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−90466（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−141761（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198468（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−222985（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動電圧を印加した帯電部材を被帯電体に
   当接させて帯電を行う接触帯電装置において、前記帯電
   部材表面の十点平均粗さRzが５μｍより大きく100μｍ
   より小さいことを特徴とする接触帯電装置。