JP3725779B2

JP3725779B2 - 帯電方法及びその帯電方法を実施する帯電装置と画像形成装置

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Publication number: JP3725779B2
Application number: JP2000384025A
Authority: JP
Inventors: 朋子高橋; 雅史門永; 健治杉浦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2020-12-18
Also published as: JP2002182453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被帯電体の移動可能な被帯電面に対して非接触で対向配置した帯電部材に電圧を印加して放電により上記被帯電面を帯電する帯電方法及びその帯電方法を実施する帯電装置と画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
感光体等の被帯電体の被帯電面を帯電する方法として、従来よりコロナ帯電方式と呼ばれるチャージャに高電圧を印加し、それによりコロナ放電を生じさせて被帯電面を帯電する方法が広く行われてきた。
しかしながら、この方法は５〜１０ＫＶという高電圧を帯電部材に印加するため帯電時に多量のオゾンや窒素酸化物（ＮＯｘ）等の放電生成物が生成されるので、それが環境に悪影響を与えていた。
そこで、このようなオゾンの発生量を、コロナ帯電方式に対して約１／１０程度に低減することができる接触帯電方式の帯電装置が提案されている。このような接触帯電方式の帯電装置の多くは、ローラ形状等に形成した帯電部材を像担持体等の被帯電体の表面に接触させ、放電によりその像担持体を帯電するものであり、低速及び中速の電子写真方式の画像形成装置に広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、このような接触帯電方式の帯電装置であっても、いくつかの問題点があった。
例えば、帯電部材が像担持体の表面に接触した状態で帯電を行うため、帯電部材の像担持体に接触する帯電面が汚れやすいため、その汚れにより帯電不良を起こしてしまうことがある。
また、停止状態で帯電部材が像担持体の表面に長期間圧接した状態のままになると、その帯電部材が帯電ローラであってその像担持体に接触する部分がゴムで形成されている場合には、そのゴムの中に含まれている物質（例えば可塑剤）が外部に滲み出て像担持体の表面を汚してしまうようになるということもあった。
【０００４】
そこで、従来の帯電装置には、例えば特公平６−９０５６８号公報に記載されているように、帯電部材である固定電極板と電荷受容体（感光体）との間に間隙を形成するようにした非接触の近接帯電装置がある。
この帯電装置は、固定電極の体積抵抗率が１０^６〜１０^１３Ωｃｍで、表面抵抗を１０^６Ω以上にすると共に固定電極板と電荷受容体との間の間隙幅を５００μｍ以下にすることで、固定電極板と電荷受容体との間の空隙で火花放電が起こることなく、均一な帯電ができるようにしている。
また、接触帯電方式の帯電装置の場合には、チャージャ方式に比べて帯電ムラが発生し易いという問題点もあった。
【０００５】
そこで、帯電装置には、例えば特開平７−７２７０４号公報、特開平７−７２７０５号公報、特開平７−７２７０６号公報に記載されているように、移動可能な被帯電体とその被帯電体に接触する導電性の帯電部材を有し、その被帯電体の移動方向に対して上流側の上記帯電部材と被帯電部材とに挟まれた空間内にブレードを配置したものが提案されている。
これらの帯電装置は、帯電部材に直流電圧を印加すると共に、ブレードに直流電圧を印加するか、それを接地するようにしている。そうすることにより、ブレードにより帯電部材と被帯電体とが除々に近づく領域で被帯電体への放電が規制されるので、帯電ムラがなくなって均一な帯電ができる。
【０００６】
さらに、従来の帯電装置には、例えば特開平９−２１８５６０号公報に見られるように、放電を安定化するために振動電圧を印加するようにしているものもあるが、この帯電装置の場合には、感光体表面の削れが問題となるため、その問題を解決するため帯電部材と被帯電部材とを対向させて配置し、絶縁性の放電規制部材を帯電部材の帯電面と被帯電面との間の放電領域の一部に挿入することで感光体表面の削れ量を低減するようにしている。
また、この帯電装置では、帯電部材の帯電面と被帯電面は、接触ニップあるいは最近接部を形成し、その部分を中心にして上流側と下流側とを別々の放電領域と考え、その放電領域の一部に放電規制部材を挿入している。具体的には、直流−７００Ｖ交流電圧のＶｐｐ（２ｋＶｐｐ）としたとき、帯電面と被帯電面との間の空隙（ギャップ）が２０μｍ以下の領域が放電領域となり、その一部に放電規制部材を挿入することで、被帯電体の寿命を延ばすようにしている。
【０００７】
一方、帯電により引き起こされる問題として、帯電時に発生する放電生成物が感光体等の像担持体上に付着することが原因で生じる像担持体上の画像流れがある。これは、放電生成物が像担持体上に付着することにより、像担持体上に親水性の物質層が形成され、それが像担持体上に形成さる静電潜像を像担持体の表面方向ににじませてしまう現象であり、帯電部材への印加電圧が直流の場合よりも、直流に交流を重畳した電圧を印加した場合の方が顕著に現れる傾向がある。
この画像流れ現象が起きにくいようにするためには、放電によらない方法で像担持体を帯電すればよいが、そのような帯電装置は、まだ実用化には至っていない。
また、この放電によらない帯電方式の場合には、帯電部材を被帯電体の表面に接触させる接触方式であるため、前述したように帯電部材に汚れが転移しやすい。そして、この放電によらない帯電方式の場合には、放電による帯電方式の場合に比べて帯電部材の表面と、被帯電体の表面を奇麗な状態に保たなければ十分な帯電電位は得られないので、帯電部材の表面の汚れは極めて重要な問題となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、帯電部材表面の汚れの問題を解決し、安定した画像が得られるようにするためには、帯電部材を被帯電体の表面に対して非接触にする帯電方式を使用し、帯電部材に直流に交流を重畳した電圧を印加する方法が最も良いと考えられるが、この場合においても上述した放電生成物による画像流れの問題を解決することはできないという問題点があった。
【０００９】
そして、その放電生成物の生成は、帯電部材の帯電面と被帯電面との間の空隙（ギャップ）の大きい部分のコントロールが重要であり、前述した特開平９−２１８５６０号公報における空隙長２０μｍ以下の部分についてはあまり問題とはならない。それは、放電生成物の生成量は、帯電部材近傍で発生した荷電粒子が像担持体に到達するまでに他の気体に衝突する確率に依ると考えられ、放電時の空隙の大きさ（空隙長）に依存するものであるからである。
【００１０】
なお、特開平９−２１８５６０号公報に記載の帯電装置では、帯電部材と被帯電体とが対向する領域のうち２０μｍ以下の領域に放電規制部材を差し込むようにしているが、その場合には放電規制部材の厚みは２０μｍ以下である必要があり、そのようにすれば振動電界による振動が生じてしまうので異音が発生してしまうようになる。
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、安定した画像が得られると共に、放電生成物に伴う画像流れが発生しにくい帯電方法及びその帯電方法を実施する帯電装置と画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【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、被帯電体の移動可能な被帯電面に対して非接触状態に配置されることによりその間に空隙が形成され、上記被帯電面に対して対向面の一部が空隙長Ｇ min の最近接部となるように曲率を持った帯電面を有する帯電部材に、直流に交流を重畳した電圧を印加することにより放電を行って前記被帯電面を帯電する帯電方法において、
上記最近接部に対して上記被帯電体の移動方向上流側位置の上記被帯電面と上記帯電面との間の空隙長Ｇ _１となる放電が開始される位置から、上記最近接部を通りその最近接部の被帯電体の移動方向下流側の空隙長Ｇ _２となる放電が終了する位置までの第１の放電領域に対し、実際に放電をさせる第２の放電領域を上記最近接部の空隙長Ｇ min を維持した状態でその最近接部の両側に亘って被帯電体の移動方向に狭く設定し、上記第１の放電領域内の上記空隙長の平均値よりも上記第２の放電領域内の空隙長の平均値が短くなるようにして帯電を行う帯電方法を提供するものである。
【００１２】
また、上記帯電方法を実施する帯電装置であって、被帯電体と、その被帯電体に非接触状態で対向する放電可能な帯電面を持つ帯電部材と、その帯電部材に直流に交流を重畳した電圧を印加する電源とを備え、
上記帯電部材の帯電面を第１の物質と、その第１の物質の体積抵抗率よりも小さな体積抵抗率の第２の物質とで構成し、その第２の物質で形成された領域のみを実際に放電させる上記第２の放電領域とし、上記第１の放電領域内の上記被帯電面と上記帯電面との間の上記空隙長の平均値よりも上記第２の放電領域内の上記空隙長の平均値が短くなるように構成した帯電装置も提供する。
【００１３】
あるいは、上記帯電方法を実施する帯電装置であって、被帯電体と、その被帯電体に非接触状態で対向する放電可能な帯電面を持つ帯電部材と、その帯電部材に直流に交流を重畳した電圧を印加する電源とを備え、
上記帯電面と上記被帯電面との間に絶縁性の部材を設け、その絶縁性の部材により上記第１の放電領域を狭めることによりその第１の放電領域よりも狭い実際に放電をさせる第２の放電領域を形成し、上記第１の放電領域内の上記空隙長の平均値よりも上記第２の放電領域内の上記空隙長の平均値が短くなるように構成した帯電装置も提供する。
その絶縁性の部材は、上記帯電面と上記被帯電面に共に接触させて配置すると良い。
また、上記いずれかの帯電装置において、上記帯電部材の帯電面をクリーニングするクリーニング部材を設けるとよい。
さらに、上記いずれかの帯電装置を設けて画像形成装置を構成するとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明による帯電方法を実施する帯電装置の帯電部材と被帯電体の最近接部付近を示す概略図、図２は同じくその帯電装置で実際に放電をさせる第２の放電領域を説明するための概略図である。
この実施の形態による帯電方法を実施するには、図１に示すように帯電部材１と被帯電体２とを図示のように非接触で対向させて配置し、その間に空隙３を形成する。その帯電部材１は、例えば帯電ローラや帯電ブレードであり、被帯電体２の被帯電面２ａに対して曲率を持った帯電面１ａを有している。
【００１５】
被帯電体２は、接地された電極上に誘電体層を形成したものであり、例えば電子写真方式の画像形成装置で使用する感光体である。その被帯電体２は、図１では平面状に図示してあるが、曲率を持った構成であってもよい。そして、この被帯電体２は、矢示Ａ方向に一定速度Ｖで移動する。
図１で４は電源であり、帯電部材１と被帯電体２との間に振幅Ｖｐｐ、周波数ｆの交流にＶｄｃの直流電圧を重畳したものを印加する。
なお、ここで帯電部材１は充分に抵抗値が低く、電源４により印加した電圧がそのまま空隙３にかかるものとする。
【００１６】
図１でｐ点は、被帯電体２上の点を示し、空隙３の電位差Ｖｐｐ／２＋Ｖｄｃと、空隙長Ｇ_１でのパッシェンカーブによって決まる放電電圧ＶＧ_１とが、Ｖｐｐ／２＋Ｖｄｃ＞ＶＧ_１となる点で放電が開始する。
そのｐ点は矢示Ａ方向に移動するものであり、帯電部材１と被帯電体２との間に形成される空隙３の最近接部での空隙長Ｇｍｉｎの部分を通り、空隙３が広がる図１で右方に移動する。そして、放電が終了する位置は、放電の開始位置と同様に、空隙長Ｇ_２でのパッシェンカーブによって決まる放電電圧ＶＧ_２より空隙３の電位差が小さくなった点で終了する。
帯電部材１と被帯電体２との間に、直流電圧に交流電圧が重畳されて印加されている場合、周期的に放電と逆放電が繰り返されるので、放電は図１にハッチングを施して示した範囲で生じる。そこで、そのハッチングを施した範囲を第１の放電領域と呼ぶ。
【００１７】
ここで、被帯電体２の移動速度をＶ、交流電圧の周波数をｆ、放電領域幅をＬとすると、放電の回数ｎは、ｎ＝（Ｌ／Ｖ）ｆで表される。
したがって、周波数ｆを減少させると放電の回数が減少するので、それにより放電生成物の生成量は減少する。しかしながら、交流電圧を印加した際の帯電の安定性は、交流電圧によって正方向と逆方向の放電が繰り返されることによってならされることにより実現されるものであるため、上述したような周波数の減少は帯電の安定性を損なう結果となり、交流電圧を印加する効果が十分に発揮されなくなる。
そこで、放電生成物の生成量を減少させる他の方法として、放電距離（空隙長）を規制することに着目した。すなわち、空隙３の長さが長いと、それだけ放電時に帯電部材１の近傍で発生した荷電粒子が被帯電体２に到達するまでに他の気体に衝突する確率が多くなると推測できるので、その空隙３が長い部分での放電を防止するようにすれば、放電生成物の発生量を減少させることが可能であると推測される。
【００１８】
この推測が正しいか否かを確認するための実験を行ったところ、その推測を裏付ける結果が得られた。その実験結果によれば、放電時に放電生成物の総発生量を減少させるためには、できるだけ短い空隙３の長さの部分で放電させることが好ましく、図１にハッチングを施して示した放電可能な領域である第１の放電領域に対し、図２にハッチングを施して示すように、実際に放電させる第２の放電領域を狭めることが有効である。
すなわち、図１の第１の放電領域の両側の放電空隙の長い空隙長Ｇ_１，Ｇ_２の部分をそれぞれ隠すことで、図２に示すように空隙（放電空隙長）３が短くなる部分のみとなる第２の放電領域で放電させるようにして、平均の放電空隙長を短くする。
【００１９】
そして、その状態を維持した状態のまま容器内に帯電部材１と被帯電体２をそれぞれ収納して閉じた後に帯電を行い、放電生成物である窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度が増加する傾きを調べることにより、放電生成物の発生量を判断した。
実験は、図１に示した放電領域を狭めていない第１の放電領域の放電領域幅（被帯電体２の移動方向の放電領域幅）に対してその１／２となるように第１の放電領域の両側の放電空隙の長い空隙長Ｇ_１，Ｇ_２の部分を、図２に示すようにそれぞれ隠すことで（隠す部材の図示は省略している）、放電領域幅を狭めた第２の放電領域とし、その帯電部材１と被帯電体２を容器内に収納して閉じた後に帯電を行って窒素酸化物の発生量についてそれぞれ確認した。
その実験結果は、図２に示したものは図１に示したものに比べて窒素酸化物の発生量が約１／３に減少した。
【００２０】
このように、帯電部材１と被帯電体２との間の空隙３の平均値である平均空隙長が減少するように放電領域の幅を狭めることは有効である。
すなわち、図３に示すように、帯電部材１１と被帯電体２の対向面が互いに平行状態になるようにすることにより、ハッチングで示す第１の放電領域の全域に亘って空隙３の長さが全て等しくなるようにする。そして、その放電領域における被帯電体２の移動方向の幅が１／２となるように、その放電領域の両端部を隠すことにより（隠す部材の図示は省略している）、図４にハッチングで示す第２の放電領域を設定する。
この場合、図４に示したものは、図３に示したものに対して放電領域幅は狭めているが、空隙３の平均の放電空隙長さは変化していない。
これらを容器内に収納して閉じた後に帯電を行って窒素酸化物の発生量についてそれぞれ確認したところ、図４に示したものは図３に示したものに比べて窒素酸化物の発生量が約１／２に減少した。
【００２１】
このように、図１に示した被帯電体２の矢示Ａ方向に移動可能な被帯電面２ａに対して放電可能な帯電面１ａが非接触状態に配置された帯電部材１に、直流に交流を重畳した電圧を電源４により印加することにより放電を行って被帯電面２ａを帯電する帯電方法において、被帯電面２ａと帯電面１ａとの間の空隙３の空隙長と帯電部材１に印加する印加電圧とによって決まる同図にハッチングを施して示した第１の放電領域よりも、実際に放電をさせる図２にハッチングを施して示した第２の放電領域を狭く設定すると共に、その第１の放電領域幅内の空隙長の平均値よりも第２の放電領域幅内の空隙長の平均値が短くなるように設定する帯電方法を実施すれば、前述した交流電圧の周波数を減少させるようなことをせずに、放電生成物の生成量を減少させることができる。したがって、安定した帯電ができる。
すなわち、放電距離（空隙長）が短くなることにより、その短くなった分だけ放電時に帯電部材１の近傍で発生した荷電粒子が被帯電体２に到達するまでに他の気体に衝突する確率が少なくなるので、その衝突により発生すると思われる放電生成物の発生量を減少させることができる。
【００２２】
次に、帯電部材の帯電面と被帯電面との間の空隙長の長い部分で放電を行わせないようにすると放電生成物の発生を抑えることができる点を確認するために行った実験内容と、その結果について説明する。
図５は実験に使用した装置の概略図である。
実験装置には、感光体ドラム１２を矢示Ｂ方向に移動速度２００ｍｍ／ｓｅｃで回転可能に設け、その感光体ドラム１２に近接させて帯電部材である帯電ローラ２１を、感光体ドラム１２の表面との最近接部での空隙長Ｇｍｉｎが８０μｍになるように静止状態で配置する。
その帯電ローラ２１は、図６に示すように直径８ｍｍのステンレス製の芯金２１ａに、厚さ２ｍｍのゴム層２１ｂを形成したものであり、このローラの体積抵抗率は１０^５Ωｍである。
【００２３】
この帯電ローラ２１のゴム層２１ｂの外周には、例えばテフロンテープである高抵抗材料１６を、周方向の一部にゴム層２１ｂが露出する放電部１７が形成される長さで貼り付けている。そして、放電部１７の周方向の幅Ｗは約１ｍｍとし、その１ｍｍ幅の放電部１７が軸方向に長いスリット状に形成されている。
この帯電ローラ２１には、電源４から直流に交流を重畳した電圧を印加する。その交流電圧は、ＡＣ振幅が２．５ｋｖｐｐ、周波数が３ｋＨｚ、ＤＣ電圧が−８００Ｖである。また、感光体ドラム１２は、図５に示すように接地してある。
【００２４】
実験は、上述した実験装置の感光体ドラム１２と帯電ローラ２１の部分を箱１５の中に入れ、その箱１５内に一定流量の空気を流した状態で帯電ローラ２１に電源４から直流に交流を重畳した電圧を印加して、その際に発生する放電生成物（窒素酸化物）の濃度を測定した。その際に発生する放電生成物の生成量と箱１５内に流れる空気の流量は共に一定であるので、放電生成物の濃度はある値で飽和する。したがって、その飽和値を測定する。
なお、実験では帯電ローラ２１は静止状態にするが、その際にゴム層２１ｂが露出する放電部１７が図７に示すように感光体ドラム１２の表面に対向する位置、すなわち放電部１７が感光体ドラム１２に対して最も近接する位置と、図８に示すように感光体ドラム１２の表面に対向する位置から若干周方向にずれることにより、帯電ローラ２１の放電部１７における帯電面２１ｃと感光体ドラム１２の被帯電面との間の空隙３が長くなる位置の２位置で、それぞれ実験を行った。
【００２５】
その実験結果を図９にグラフで示す。図中ａで示した線は、帯電ローラ２１を図７に示した位置にして窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定した結果を示しており、図中ｂで示した線は帯電ローラ２１を図８に示した空隙３が長くなる位置にして窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を測定した結果をそれぞれ示している。
この実験結果によれば、帯電ローラ２１を図７に示した位置にした場合の窒素酸化物の飽和濃度は約０．２７ｐｐｍであり、図８に示した位置にした場合の窒素酸化物の飽和濃度は約０．３９ｐｐｍであった。この実験結果より、空隙３が長い部分で放電を行わないようにすれば、発生する窒素酸化物（放電生成物）の濃度を効果的に抑えることができることがわかる。
【００２６】
帯電装置の第１の実施形態（請求項２に対応）
次に、この発明による帯電装置の第１の実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。
この実施の形態による帯電装置は、図１乃至図９を使用して説明した帯電方法を実施する帯電装置であり、被帯電体である感光体（便宜上直線により簡略化して図示しているがドラム状であってもよい）２２と、その感光体２２に対向するローラの外周面となる帯電面を持つ帯電部材である帯電ローラ３０と、その帯電ローラ３０に電圧を印加する電源４とを備えている。
【００２７】
そして、帯電ローラ３０の帯電面を第１の物質３１と、その第１の物質３１の体積抵抗率よりも小さな体積抵抗率の第２の物質３２とで構成し、その第２の物質３２で形成された領域のうち感光体２２に対向する第２の物質３２のみを実際に放電させる第２の放電領域とし、第１の放電領域内の感光体２２の被帯電面と帯電ローラ３０の帯電面（第１の物質３１の外周面）との間の空隙３の長さ（空隙長）の平均値Ｇａｖ_１よりも第２の放電領域内の空隙長の平均値Ｇａｖ_２が短くなるようにしている。
このように構成することで、実際に放電する第２の放電領域を選択的に設定可能にしている。つまり、体積抵抗率が低い第２の物質３２を設ける位置（ローラの周方向の位置）を決めることで、第２の放電領域の位置を決定するようにしている。
【００２８】
その帯電ローラ３０を、更に具体的に説明すると、ＡＢＳ樹脂にイオン導電性の物質を含ませた第１の物質３１で直径１４ｍｍのローラ状に形成し、そのローラ表面に深さが１ｍｍ程度で周方向の幅を２ｍｍ程度とした溝を周方向に沿って間隔を置いて複数本軸方向に形成し、その各溝を埋めるようにカーボンを多量に分散することにより第１の物質３１よりも体積抵抗率を低くしたＡＢＳ樹脂である第２の物質３２を一体に埋め込んでいる。
感光体２２に最も接近する最近接部に、図１０に示したように一つの第２の物質３２があるときには、それに隣接する両側の第２の物質３２，３２でそれぞれ放電が起こらないように、隣合う各第２の物質３２との間隔を設定する必要がある。そのため、この実施の形態では、複数の第２の物質３２を、それぞれ周方向に約３．５ｍｍの間隔をあけて形成してある。
【００２９】
そして、この帯電装置では、帯電ローラ３０の感光体２２に最も接近する最近接部における表面と感光体２２の表面との間の空隙長（ギャップ）を５０μｍに設定している。
なお、帯電ローラ３０のローラ部を形成する第１の物質３１はゴム材料で形成することも可能であるが、この実施の形態のように樹脂製のローラにすれば細かな加工が容易となる。
この帯電装置では、帯電時には体積抵抗率の低い第２の物質３２の部分が図１０に示したように感光体２２に最も接近する最近接部に位置するようにした状態で帯電を開始させる。したがって、帯電時には体積抵抗率の低い第２の物質３２の部分が、感光体２２の表面との空隙長が最も小さくなる部分に位置するようになるので、その第２の物質３２の部分でのみ放電が行われ、それよりも長い空隙長となる両側に位置するの第１の物質３１，３１の部分では共に放電が起きない。
したがって、空隙長が短い部分のみで放電が行われるため、その放電時に発生する放電生成物の発生量を抑えることができる。
【００３０】
この帯電装置を実際に画像形成装置に搭載して画像出しを行って、出力される画像の評価をした。
使用する画像形成装置は、図１１にその主要な部分のみを簡略化して示すように、感光体２２上を帯電装置の帯電ローラ３０によって所定電位に帯電し、その帯電された感光体２２上を露光装置２４により露光して、その露光した部分の電位が減衰することを利用して感光体２２上に電位パターンを形成する。
さらに、その電位パターンに、トナーといわれる荷電着色粉体を現像装置２５により静電的に付着させ、そのトナーを転写装置の転写ローラ２７により用紙上に転写し、定着装置２８によりそのトナーを溶融して給紙部２９から給紙した用紙Ｐ上に定着させて画像を得るものである。
そして、上記の帯電工程で感光体２２上に多量の放電生成物が付着すると、感光体２２上の電気抵抗が下がるため、それにより像流れという電荷パターンが流れる現象が発生する。
【００３１】
そこで、この実機を使用しての実験では、像流れについて確認するため、あえて像流れが発生しやすい条件にして５万枚の作像を行うようにした。
その際に、図１０に示した帯電ローラ３０を使用した帯電装置と、ステンレス製の軸の外周に図１０に示した第２の物質３２と同様な材質の物質を全周に亘って外径を１４ｍｍに一体に形成した帯電ローラを使用した帯電装置とを使用して実験を行った。
その実験結果は、前者の帯電ローラ３０を使用した帯電装置では像流れが発生しなかった。しかしながら、後者の第２の物質３２と同様な材質のものをステンレス製の軸の外周の全周に亘って形成した帯電ローラを使用したものでは、像流れが生じて画像がぼける状態になった。
【００３２】
この実験結果からも、空隙長が最も短くなる最近接位置付近のごく限られた範囲のみを放電領域とすれば、空隙長が短い部分のみで放電が行われるようになるため、放電生成物の発生量を抑えることができるので、それにより像流れを防止して良好な画像を得ることができることがわかる。
ところで、この帯電ローラ３０の外周面に、スポンジや不織布等からなるクリーニング部材を接触させてクリーニングを行ったところ、良好なクリーニング結果が得られた。すなわち、帯電ローラの外周部分に材質が異なる部分が存在しても、それら異なる材質の部材間に段差が生じないように構成すれば、クリーニング部材等による摺擦によりクリーニングしても、それを容易にクリーニングすることができる。
【００３３】
なお、図１０で説明した実施の形態では、第１の物質３１及び第２の物質３２は共に樹脂製とした場合の例を示したが、帯電ローラとしては金属製の芯金の外周に導電性ゴムを一体に形成し、その導電性ゴムの図１０に示した帯電ローラ３０の第２の物質３２がそれぞれ位置する部分に導電化剤の分布を偏らせるようにしてもよい。
その際に、使用可能なゴム材料としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、ＥＰＤＭ等があげられる。また、導電化剤としては、イオン導電性の物質や、カーボンブラック、金属酸化物等があげられる。そして、これら導電化剤は、抵抗の均一性の点ではイオン導電性のものがよく、湿度変化時における安定性の点ではカーボンブラック分散系が有利である。
なお、上述した帯電部材は、帯電ローラに限るものではなく、それを板状に構成してもよい。
【００３４】
帯電装置の第２の実施形態（請求項３に対応）
次に、この発明による帯電装置の第２の実施形態について図１２を参照して説明する。
この実施の形態による帯電装置は、図１乃至図９を使用して説明した帯電方法を実施する帯電装置であり、矢示Ａ方向に移動する感光体である被帯電体（便宜上直線により簡略化して図示しているがドラム状であってもよい）２と、その被帯電体２に対向する帯電面４２ａを持つ帯電部材である帯電部材４２と、その帯電部材４２に電圧を印加する電源４とを備えている。
【００３５】
そして、その帯電部材４２の帯電面４２ａと感光体２２の被帯電面（表面）との間に絶縁性の部材４６を設け、その絶縁性の部材４６により感光体２２の被帯電面（表面）と帯電部材４２の帯電面４２ａとの間の空隙３の長さ（空隙長）と帯電部材４２に電源４が印加する印加電圧とによって決まる前述した第１の放電領域よりも、実際に放電をさせる前述した第２の放電領域（図１２にハッチングで示す領域）を狭く設定するようにしている。
それにより、第１の放電領域内の空隙長の平均値よりも第２の放電領域内の空隙長の平均値の方が短くなる。
【００３６】
絶縁性の部材４６は、例えば体積抵抗率が１０^１２Ωｍの絶縁性テープであり、これを帯電部材４２の帯電面４２ａに感光体２２の移動方向である矢示Ａ方向に間隔を置いて貼着している。このようにすることで、帯電部材４２はその絶縁性の部材４６が貼着されている部分では放電が生じない。
このように、テープ状の絶縁性の部材４６を帯電部材４２の帯電面４２ａに貼着するという簡単な構成であっても、第１の放電領域よりも実際に放電をさせる第２の放電領域を狭くして、第１の放電領域内の空隙長の平均値よりも第２の放電領域内の空隙長の平均値を短くすることができる。
したがって、この帯電部材４２を使用した帯電装置も、放電生成物の発生を抑えて像流れを防止することができる。
【００３７】
帯電装置の第３の実施形態（請求項３に対応する他の実施形態）
図１３は一部を切り欠いた絶縁性のフィルム材で帯電ローラの外周面を覆うようにした帯電装置の実施形態を示す斜視図である。
この実施の形態による帯電装置は、帯電ローラ５１の帯電面５１ａと感光体２２の表面となる被帯電面との間に図示のように円筒状に形成したフィルム状の絶縁性の部材５８を設けている。
【００３８】
その絶縁性の部材５８は、例えばポリイミドの体積抵抗率が１０^１４Ωｍのフィルム材を使用する。その絶縁性の部材５８には感光体２２の矢示Ａの移動方向に一定の所定幅Ｗで、軸方向に長く延びる切り欠き５９を一箇所形成し、その切り欠き５９以外の部分で帯電ローラ５１の外周面を覆っている。
また、帯電ローラ５１は、その表面の少なくとも感光体２２に対向する帯電面５１ａの部分は、体積抵抗率が１０^５Ωｍの導電性のシリコーンゴムで形成されている。
そして、帯電ローラ５１は矢示Ｃ方向に回転するが、絶縁性の部材５８は図１３に示したように切り欠き５９が常に感光体２２の表面に対向する位置（最近接位置）に固定されているので、帯電ローラ５１が絶縁性の部材５８に対して相対的に移動する。
【００３９】
この帯電装置は、このように構成されているので、絶縁性の部材５８に形成されている切り欠き５９の部分でのみ放電が生じる。すなわち、切り欠き５９を有する絶縁性の部材５８によって、感光体２２の被帯電面と帯電ローラ５１の帯電面５１ａとの間の空隙長と、その帯電ローラ５１に印加する印加電圧とによって決まる前述した第１の放電領域を狭めることにより、その第１の放電領域よりも狭い切り欠き５９の開口領域となる実際に放電をさせる第２の放電領域を形成している。それにより、上記第１の放電領域内の空隙長の平均値よりも第２の放電領域内の空隙長の平均値が短くなるようにしている。
したがって、その空隙長の平均値が短い部分のみで放電が行われるので、放電生成物の発生量を低減することができる。そのため実験の結果も、経時において良好な画像が得られた。
なお、絶縁性の部材５８で覆う帯電部材は、ローラ形状のものに限るものではない。
【００４０】
帯電装置の第４の実施形態（請求項４に対応）
図１４は絶縁性の部材を帯電部材の帯電面と被帯電面に共に接触させるようにした帯電装置の実施の形態を示す縦断面図、図１５は同じくその帯電装置の帯電ローラを感光体の一部と共に示す正面から見た概略構成図であり、図１３と対応する部分にし同一の符号を付してある。
この実施の形態による帯電装置は、帯電ローラ５１と感光体２２（簡略化して図示している）との間に所定の厚さの例えばポリイミドフィルムからなる絶縁性の部材５８′を設けると共に、その絶縁性の部材５８′を帯電ローラ５１の帯電面５１ａと感光体２２の表面となる被帯電面とに共に接触させている。
【００４１】
その絶縁性の部材５８′の一部には、図１５に示すように感光体２２の移動方向に一定の所定幅Ｗで、図１４に示したように軸方向（図で左右方向）に長く延びる切り欠き５９′（図１３の切り欠き５９と同一形状）を一箇所に形成し、その切り欠き５９′以外の部分で帯電ローラ５１の外周面を覆っている。
したがって、この帯電装置においても、切り欠き５９′が設けられている部分の領域のみが、実際に放電をさせる第２の放電領域となるので、空隙長が短い部分での放電となるため放電生成物の発生量を低減することができる。
【００４２】
この帯電装置では、帯電ローラ５１の帯電面５１ａと絶縁性の部材５８′は共に帯電時に静止状態にあるが、感光体２２は図１５で矢示Ｂ方向に移動する。そのため、絶縁性の部材５８′は感光体２２の表面となる被帯電面と摺擦する。
したがって、帯電ローラ５１の帯電面５１ａが感光体２２に摺擦された場合には、その帯電面５１ａでの放電状態が変化してしまうため経時において帯電の安定性が損なわれてしまうが、上述したように帯電に直接関係しない体積抵抗率の高い絶縁性の部材５８′の部分を感光体２２に摺擦させるので、帯電面５１ａの摺擦を防止することができるため、経時においても安定した帯電を得ることができる。
また、この帯電装置では、帯電ローラ５１の帯電面５１ａと感光体２２の被帯電面との間の空隙３の長さ（空隙長）は、絶縁性の部材５８′により機械的に決定されるので、その空隙長のバラツキを小さくすることができる。
この帯電装置を実際に画像形成装置に組み込んで画像出しを行ったところ、経時においても安定した画像が得られた。
【００４３】
帯電装置の第５の実施形態（請求項５に対応）
図１６は帯電部材の帯電面をクリーニングするクリーニング部材を設けた帯電装置の実施形態を示す概略図であり、図１０と対応する部分には同一の符号を付してある。
この実施の形態による帯電装置は、帯電ローラ３０の外周に複数形成された第２の物質３２のうち、感光体２２に最近接部で対向するものの表面となる帯電面３０ａをクリーニングする例えば矢示Ｅ方向に回転するクリーニングブラシであるクリーニング部材６１を設けている。
すなわち、この帯電装置のように、帯電ローラ３０の帯電面３０ａを感光体２２の表面となる被帯電面に対し非接触状態に配置している場合には、感光体２２の表面に画像の転写後にトナー等が残留したとしても、その残留トナーは帯電面３０ａには付着しないので、その帯電面３０ａの汚れが原因となって生じる異常帯電を防止することができる。
【００４４】
しかしながら、このような非接触タイプの帯電装置であっても、画像形成装置の本体内に浮遊するトナーや、帯電ローラ３０に印加する電圧と逆極性の物質等が帯電面３０ａに付着する可能性がある。そこで、この帯電装置では、上述したようにクリーニング部材６１を設けて、それにより帯電ローラ３０の帯電面３０ａをクリーニング可能にしている。
そして、図１６に示した構成の帯電装置の場合には、帯電ローラ３０の外周面の常に同じ位置（回転しないため）が帯電面３０ａとして感光体２２に対向しているので、その帯電面３０ａをクリーニングするときには、帯電面３０ａが感光体２２に対して対向する位置から退避させる必要がある。
そこで、この帯電装置では、帯電ローラ３０を図１６に実線図示位置から仮想線図示位置に揺動させて退避させる帯電ローラ移動機構６０を設けている。
【００４５】
その帯電ローラ移動機構６０は、例えばソレノイド６２を作動（オン）させることにより、通常は引っ張りスプリング６６の付勢力により矢示Ｇ方向に付勢されているレバー６３が支点軸６５を中心にして矢示Ｇと反対方向に揺動することにより、帯電ローラ３０を図１６に実線で示した位置から仮想線で示した位置に移動させるものである。
そのソレノイド６２は、装置外部の操作パネル等に設けたクリーニングボタン６４が押されることによりクリーニングモードが開始されると動作し、それにより帯電ローラ３０が図１６に実線図示位置から仮想線図示位置に退避し、その退避位置で帯電ローラ３０の帯電面３０ａに回転中のクリーニング部材６１が接触する。
【００４６】
それにより、帯電面３０ａが上述した浮遊トナー等により汚れていたとしても、その汚れをクリーニング部材６１により除去することができるので帯電不良が起きないようにすることができる。
なお、この実施の形態では、帯電ローラ３０の帯電面３０ａをクリーニングするときにその帯電ローラ３０を停止状態にして行う場合の例について示したが、そのクリーニング時に帯電ローラ３０を回転させる構成にしたときには、クリーニング部材は回転しない単なる不織布やスポンジ等のパッドでよい。
【００４７】
次に、図１６に示した帯電装置を装着した画像形成装置を使用して画像を出力し、クリーニング部材６１によるクリーニング効果について確認した実験結果について説明する。
実験では、画像に汚れが発生したときに、クリーニングボタン６４を押して帯電ローラ３０のクリーニングを行った後に、再度画像を出力して画像の汚れをチェックした。その結果、汚れが消去されて良好な画像が得られた。
このように、画像に汚れが発生したときにクリーニングボタン６４を押して帯電ローラ３０をクリーニングする場合には、画像に汚れが出てからの対応となるため良好な画像の維持という点では若干の問題がある。
そこで、次に１００枚プリントする毎にソレノイド６２を作動させて帯電ローラ３０をクリーニング部材６１によりクリーニングするようにした。この場合には、汚れた画像を出力せずに良好な画像を維持することができた。そして、ユーザはクリーニングボタン６４を押す必要がないので、画像の汚れを意識する必要がないという利点がある。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、次に記載する効果を奏する。
請求項１の帯電方法及び請求項６の画像形成装置によれば、帯電面と被帯電面との最近接部に対してその被帯電体の移動方向上流側位置の被帯電面と帯電面との間の空隙長Ｇ _１となる放電が開始される位置から、上記最近接部を通りその最近接部の被帯電体の移動方向下流側の空隙長Ｇ _２となる放電が終了する位置までの第１の放電領域に対し、実際に放電をさせる第２の放電領域を上記最近接部の空隙長Ｇ min を維持した状態でその最近接部の両側に亘って被帯電体の移動方向に狭く設定し、上記第１の放電領域内の上記空隙長の平均値よりも第２の放電領域内の空隙長の平均値が短くなるようにするので、ムラのない安定した帯電ができると共に、放電時に帯電部材の近傍で発生した荷電粒子が被帯電体に到達するまでに他の気体に衝突する確率が少なくなる分だけ、放電生成物の発生量を減少させることができる。
それにより、放電生成物の影響により発生する画像流れを防止することができる。
【００４９】
請求項２の帯電装置によれば、帯電部材の帯電面を第１の物質と、その第１の物質の体積抵抗率よりも小さな体積抵抗率の第２の物質とで構成し、その第２の物質で形成された領域のみを実際に放電させる第２の放電領域とし、第１の放電領域内の被帯電面と上記帯電面との間の空隙長の平均値よりも第２の放電領域内の前記空隙長の平均値が短くなるようにしたので、上記空隙長が短くなるごく限られた第２の放電領域内のみで放電が行われるため、放電生成物の発生量を抑えることができる。それにより、像流れを防止して良好な画像を得ることができる。
【００５０】
請求項３の帯電装置によれば、帯電部材の帯電面と被帯電面との間に絶縁性の部材を設け、その絶縁性の部材により第１の放電領域を狭めることによりその第１の放電領域よりも狭い領域の実際に放電をさせる第２の放電領域を形成し、第１の放電領域内の空隙長の平均値よりも第２の放電領域内の空隙長の平均値が短くなるようにしたので、絶縁性の部材を帯電面と被帯電面との間に設けるだけという簡単な構成でありながら、放電生成物の発生量を抑えることにより像流れを防止して良好な画像を得ることができる。
【００５１】
請求項４の帯電装置によれば、帯電部材の帯電面と被帯電面との間に設ける絶縁性の部材は帯電面と被帯電面に共に接触しているので、その絶縁性の部材の厚さにより帯電面と被帯電体面との間の空隙長を正確な量に容易に規制することができると共に、上記絶縁性の部材により第２の放電領域を規制することができる。それにより、放電生成物の発生量を抑えることができるため、像流れを防止して良好な画像を得ることができる。
請求項５の帯電装置によれば、帯電部材の帯電面をクリーニングするクリーニング部材を設けるので、そのクリーニング部材により帯電部材の帯電面の汚れを取り除くことができるので、経時における帯電の安定性が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による帯電方法を実施する帯電装置の帯電部材と被帯電体の最近接部付近を示す概略図である。
【図２】同じくその帯電装置で実際に放電をさせる第２の放電領域を説明するための概略図である。
【図３】帯電部材と被帯電体の対向面が互いに平行状態にある場合の第１の放電領域を説明するための概略図である。
【図４】同じくその帯電部材と被帯電体の対向面が互いに平行状態にある場合の第２の放電領域を説明するための概略図である。
【図５】帯電部材の帯電面と被帯電面との間の空隙長と放電生成物の発生との関係を確認するために使用した実験装置を示す概略図である。
【図６】同じくその実験装置に使用される帯電ローラを感光体ドラムの一部と共に示す斜視図である。
【図７】同じくその帯電ローラを放電部が感光体ドラムの表面に対向する位置にした状態を示す概略図である。
【図８】同じくその帯電ローラを放電部が感光体ドラムの表面に対向する位置から若干周方向にずれた位置にした状態を示す概略図である。
【図９】帯電ローラを図７及び図８の位置関係にして窒素酸化物の発生量を測定した実験結果を示す線図である。
【図１０】この発明による帯電装置の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】同じくその帯電装置を搭載した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図１２】この発明による帯電装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】一部を切り欠いた絶縁性のフィルム材で帯電ローラの外周面を覆うようにした帯電装置の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図１４】絶縁性の部材を帯電部材の帯電面と被帯電面に共に接触させるようにした帯電装置の第４の実施形態を示す縦断面図である。
【図１５】同じくその帯電装置の帯電ローラを感光体の一部と共に示す正面から見た概略構成図である。
【図１６】帯電部材の帯電面をクリーニングするクリーニング部材を設けた帯電装置の第５の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１，１１，４２：帯電部材
１ａ，３０ａ，４２ａ，５１ａ：帯電面
２：被帯電体２ａ：被帯電面
３：空隙４：電源
１２：感光体ドラム（被帯電体）
２１，３０，５１：帯電ローラ（帯電部材）
２２：感光体（被帯電体）
４６，５８，５８′：絶縁性の部材
６１：クリーニング部材

Claims

被帯電体の移動可能な被帯電面に対して非接触状態に配置されることによりその間に空隙が形成され、前記被帯電面に対して対向面の一部が空隙長Ｇ min の最近接部となるように曲率を持った帯電面を有する帯電部材に、直流に交流を重畳した電圧を印加することにより放電を行って前記被帯電面を帯電する帯電方法において、
前記最近接部に対して前記被帯電体の移動方向上流側位置の前記被帯電面と前記帯電面との間の空隙長Ｇ _１となる放電が開始される位置から、前記最近接部を通り該最近接部の前記被帯電体の移動方向下流側の空隙長Ｇ _２となる放電が終了する位置までの第１の放電領域に対し、実際に放電をさせる第２の放電領域を前記最近接部の空隙長Ｇ min を維持した状態で該最近接部の両側に亘って前記被帯電体の移動方向に狭く設定し、前記第１の放電領域内の前記空隙長の平均値よりも前記第２の放電領域内の前記空隙長の平均値が短くなるようにして帯電を行うことを特徴とする帯電方法。
請求項１記載の帯電方法を実施する帯電装置であって、被帯電体と、その被帯電体に非接触状態で対向する放電可能な帯電面を持つ帯電部材と、該帯電部材に直流に交流を重畳した電圧を印加する電源とを備え、
前記帯電部材の帯電面を第１の物質と、その第１の物質の体積抵抗率よりも小さな体積抵抗率の第２の物質とで構成し、該第２の物質で形成された領域のみを実際に放電させる前記第２の放電領域とし、前記第１の放電領域内の前記被帯電面と前記帯電面との間の前記空隙長の平均値よりも前記第２の放電領域内の前記空隙長の平均値が短くなるようにしたことを特徴とする帯電装置。
請求項１記載の帯電方法を実施する帯電装置であって、被帯電体と、その被帯電体に非接触状態で対向する放電可能な帯電面を持つ帯電部材と、該帯電部材に直流に交流を重畳した電圧を印加する電源とを備え、
前記帯電面と前記被帯電面との間に絶縁性の部材を設け、その絶縁性の部材により前記第１の放電領域を狭めることにより該第１の放電領域よりも狭い実際に放電をさせる第２の放電領域を形成し、前記第１の放電領域内の前記空隙長の平均値よりも前記第２の放電領域内の前記空隙長の平均値が短くなるようにしたことを特徴とする帯電装置。
請求項３記載の帯電装置において、前記絶縁性の部材は前記帯電面と前記被帯電面に共に接触していることを特徴とする帯電装置。
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の帯電装置において、前記帯電部材の帯電面をクリーニングするクリーニング部材を設けたことを特徴とする帯電装置。
請求項２乃至５のいずれか一項に記載の帯電装置を備えた画像形成装置。