JP4886121B2

JP4886121B2 - Charging member, charging device, image forming apparatus, and cartridge

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Publication number: JP4886121B2
Application number: JP2001150679A
Authority: JP
Inventors: 浩樹木須
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2021-05-21
Also published as: JP2002341626A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、帯電部材、帯電装置、画像形成装置及びカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電写真（電子写真）プロセスが利用されている画像形成装置では、光導電性を有する感光ドラムとトナーを含む現像剤とを用い、所定の電位に帯電された感光ドラムに画像に対応する光を提供することで得られる静電潜像をトナーにより現像することで、画像が形成される。
【０００３】
一般に、被帯電体としての感光ドラムには、コロトロンあるいはスコロトロンなどのコロナ帯電装置によるコロナ帯電により、所定の電位が提供される。コロナ帯電では、帯電装置本体の構造が簡単にできること、及び、これまでの実績に基づいて安定な帯電が可能であることなどが知られている。反面、帯電装置本体に、４〜８キロボルトの高電圧を提供する必要があることから、電源装置が高価で大型になることが知られている。また、コロナ帯電では、コロナ放電の際にオゾンが発生すること、及び、コロナ放電に伴う不所望な生成物が発生されることが知られている。このため、オゾンフィルタおよび触媒装置などの周辺装置および機構を必要となることにより、帯電装置全体の大きさおよびコストが増大されることが知られている。
【０００４】
このことから、近年、コロナ帯電に変わる帯電方法として、接触帯電が注目を集めている。接触帯電は、０．５〜２キロボルトの電圧が与えられた接触帯電部材を感光ドラムに接触させることにより感光ドラムを所定の電位に帯電させるもので、接触帯電部材の形状によりローラ帯電、ブラシ帯電およびブレード帯電などに分類される。
【０００５】
ローラ帯電としては、たとえば、特公平３−５２０５８号公報に見られるように、導電性シャフトに導電性ゴムをローラ状に巻きつけたのち、さらに高抵抗な表面層を付加したローラを、感光ドラムに接触させる例がある。
【０００６】
ブラシ帯電としては、たとえば、特公昭６４−６４５９号公報に見られるように、カーボンなどの導電性材料を分散させることにより形成された導電性繊維をパイル織り状に植毛したブラシあるいは同様の繊維を刷毛状に成形して得られるブラシを、感光ドラムに接触させる例がある。
【０００７】
ブレード帯電としては、たとえば、特開平３−２１７８７３号公報あるいは特開平１−９３７６２号公報に見られるように、厚さ１〜２ｍｍで、電気抵抗値が所定値に制限されたＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン三量体を含む弾性体）あるいはウレタンゴムなどの薄板すなわち帯電ブレードに直流電界（電圧）を印加するとともに、帯電ブレードを、帯電ブレードの自由端が感光ドラムの回転方向の上流側に向かうよう感光ドラムに接触させる方法（以下、カウンタ方式とする）がある。なお、特開平３−２１７８７３号公報には、自由長が５〜１５ｍｍで厚さが１〜２ｍｍ、当接角が８〜２５°および当接圧が４〜４０ｇ／ｃｍに規定された帯電ブレードが感光ドラムに当接される例が示されている。また、特開平１−９３７６２号公報には、当接圧が５〜２０ｇ／ｃｍに規定された帯電ブレードの例が示されている。また、特開平４−２４９２７０号公報には、可撓性のフィルム状のブレードが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ローラ帯電のための帯電ローラは、ローラの構造が複雑で、ローラを被帯電体としての感光ドラムに密着させるための加圧機構およびローラに電位を印加するための給電機構が複雑かつ大掛かりになることから、近年コストが問題とされるようになってきた。
【０００９】
一方、ブラシ帯電のための帯電ブラシは、その構造上、感光ドラムに提供される電位にスジ状の帯電ムラを生じ易く、中間調画像に対して画像濃度のムラあるいはかすれもしくはスジなどを生じさせる問題がある。また、ブラシの形状、特に穂先を一定形状に維持することが困難であるばかりでなく、帯電ローラと同様に、コストを低減したいと言う要求が出てきている。
【００１０】
更に、ブレード帯電のための帯電ブレードは、現在のところ最も低コストかつコンパクトな帯電装置として、特に、低価格で画像形成速度が比較的低いローエンドの画像形成装置に広く利用されている。しかしながら、他の接触帯電と同様に、以下に示すような多くの問題点を抱えている。
【００１１】
特開平３−２１７８７３号公報に開示されている方法では、感光ドラムとの接触面が狭く、たとえば、ニップ幅が１ｍｍ以下、しかも、同様のブレードであるクリーニングブレードに比較して硬度が高い（硬い、たとえば、６５度、ＪＩＳ−Ａ）ために、クリーニングブレードと感光ドラムとの接触部をすり抜けたトナーの微粉や感光ドラムを介して搬送される転写紙からの紙粉などの汚れが接触部すなわち帯電ブレードと感光ドラムとが当接されている帯電位置にはさまることがある。このことは、結果的に、部分的な帯電不良を招く。この部分的な帯電不良は、画像に、白スジあるいは黒スジを発生させる。
【００１２】
この様子を図を用いて説明する。図１５は帯電ブレード１０による帯電を示している。２は被帯電体としての感光ドラム、１００はその回転方向をしめす矢印、Ｎは帯電ブレード１０と感光ドラム２の当接部（ニップ当接位置）、１−３００は暗部電位（Ｖｄ）を作成する帯電ブレード１０と感光ドラム２との表面電位作成放電領域を示している。
【００１３】
図１６には、図１５にトナー３−１や紙粉３−２が帯電ブレード１０に付着した状態を示す。この図からも明らかなように、トナー３−１や紙粉３−２が、図１５に於ける表面電位作成放電領域１−３００を占拠しており、その結果、接触帯電に必要なギャップ間距離が確保できなくなるか、または、それらの抵抗値が印加バイアスを分圧してしまい、パッシェンの条件を越えることが出来なくなるのである。そしてその部分では、放電できなくなってしまうのである。
【００１４】
図１７は帯電ブレード１０のニップ当接位置を上から見た図である。帯電ブレード１０のニップ当接面の上流又は下流のいずれかの表面電位作成放電領域１−３００がトナー３−１または紙粉３−２で占拠されていなければ感光ドラム２は暗部電位Ｖｄに帯電する事ができるのである。その結果、Ｖｄ帯電面４−２が感光ドラム２上に形成されるのである。４−１は感光ドラム２上の帯電不良部分である。４は感光ドラム表面電位を示す。
【００１５】
これに対して、帯電ブレード１０と感光ドラム２の間に、汚れが入らないように帯電ブレード１０の感光ドラム２に対する圧接力を強くする方法が提案されている。しかしながら、硬度の高い（硬い）帯電ブレード１０をカウンタ方式に配置することは、帯電ブレード１０のめくれを発生し易くする。この帯電ブレード１０のめくれは、同様の構造を有するクリーニングブレードに比較してより顕著であって、しかも、クリーニングブレードでは、未使用の状態であってもカイナなどの潤滑剤により回避可能であるが、帯電ブレード１０の場合には、帯電特性への影響によりカイナも利用できないことが知られている。
【００１６】
なお、帯電ブレード１０の感光ドラム２に対する圧接力を強くする方法は、帯電ブレード１０のめくれを引き起こすばかりでなく、感光ドラム２の駆動力として大きな力を必要とすることから、トルクの強い大きなモータの使用が要求され、結果的に、モータの大型化およびコストの増大を招く。
【００１７】
また、圧接力を強くすることにより、帯電ブレード１０と感光ドラム２との接触抵抗が増大され、感光ドラム２の回転ムラに伴う画像のブレが誘発されている。さらに、圧接力を強くすることにより、感光ドラム２の摩耗による感光ドラム２表面の削れすなわち画像形成能力の減少および帯電ブレード１０の部分的な磨耗に伴う部分的な帯電条件の変化に起因して、同様に、白スジあるいは黒スジが発生される。
【００１８】
また、帯電ブレード１０を、帯電ブレード１０の自由端が感光ドラム２の回転方向の下流側に向かうよう感光ドラム２に接触させる例では、帯電ブレード１０が振動し易いと言う問題点もある。
【００１９】
また、特開平４−２４９２７０号公報に示されている可撓性のシート状の帯電部材では、感光ドラムへの圧接力を小さくできるものの、トナーあるいは紙粉などの感光ドラム上の汚れが帯電シートと感光ドラムとの間に挟まりやすく、既に説明した白スジおよび黒スジが発生しやすい問題がある。その上、単にシート状の帯電部材を感光ドラムに接触させるだけでは、両者のギャップが帯電を開始するのに必要な距離より近くなりすぎる場合があり、これも帯電不良の一因になっていた。
【００２０】
本発明の目的は、被帯電体に均一かつ安定な電位を供給可能であって、しかも、簡単な構造で、直流バイアスで帯電が行え、製造コストの低い帯電部材および帯電装置を提供することを目的とする。
【００２１】
また、該帯電部材もしくは帯電装置により長期に亘ってかつ安定に濃度ムラのない画像を得ることができる画像形成装置及びカートリッジを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記の構成を特徴とする、帯電部材、帯電装置、画像形成装置及びカートリッジである。
【００２３】
（１）被帯電体に当接され電圧が印加されて前記被帯電体を帯電する柔軟なシート状の帯電部材であり、前記被帯電体に対向する帯電面に互いに間隔をあけて独立に配置された複数のスペーサであって、前記帯電部材が前記被帯電体に当接され電圧が印加された状態において個々のスペーサの周囲に前記帯電面と前記被帯電体との間にギャップを形成する、高さが表面電位作成ギャップより大きい複数のスペーサと、高さが表面電位作成ギャップより小さい複数の補助スペーサを持ち、形成されるギャップの最大値が表面電位作成ギャップ以上で、形成されるギャップの最小値が表面電位作成ギャップ以下であることを特徴とする帯電部材。
【００２４】
（２）導電部と、前記導電部に積層され前記導電部より抵抗の高い抵抗部を有し、前記抵抗部が前記被帯電体に対向する帯電面であることを特徴とする（１）に記載の帯電部材。
【００２６】
（３）前記スペーサと前記帯電面とが接触する面積が、前記スペーサと被帯電体とが接触する面積より大きいこと特徴とする（１）又は（２）に記載の帯電部材。
【００２７】
（４）前記スペーサが前記被帯電体進行方向に対し斜めに配置されていることを特徴とする（１）から（３）の何れか１つに記載の帯電部材。
（５）前記スペーサの周囲に形成される前記帯電面と前記被帯電体との間で放電が発生する領域を表面電位作成放電領域として、前記表面電位作成放電領域を前記被帯電体進行方向に対して交差する方向に投影した時に、前記表面電位作成放電領域を投影した線が前記被帯電体進行方向に対して交差する方向で一本の線になるように前記スペーサが配置されることを特徴とする（１）から（４）の何れか１つに記載の帯電部材。
【００２８】
（６）前記（１）から（５）の何れか１つに記載の帯電部材と、その帯電部材に電圧を印加する電源部を有することを特徴とする帯電装置。
【００２９】
（７）像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電装置と、帯電された像担持体に静電潜像を形成する情報書き込み手段と、前記静電潜像を現像剤像として現像する現像装置と、前記現像剤像を記録媒体に転写する転写装置を有する画像形成装置において、前記帯電装置が（６）に記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
【００３０】
（８）画像形成装置の装置本体に対し着脱可能としたカートリッジであり、像担持体と、前記像担持体を帯電するための帯電部材を有し、前記帯電部材が（１）から（５）の何れか１つに記載の帯電部材であることを特徴とするカートリッジ。
【００３１】
〈作用〉
帯電面と、該帯電面と被帯電体との間に介在して帯電面と被帯電体との間にギャップを形成する複数のスペーサを有する帯電部材は、より具体的には、帯電部材としての導電性シートの表面（帯電面）に多数の独立なスペーサを配したものである。
【００３２】
帯電部材表面の帯電面に複数のスペーサを配することで、被帯電体との間に微小ギャップを保証することが出来、その結果、安定な接触帯電を確保するものである。また、スペーサにより被帯電体と帯電部材の間にギャップが形成されるので、画像形成装置にあっては大半のトナーや紙粉はその隙間をすり抜け帯電部材に融着することを防止することも可能である。さらにはスペーサに引っかかったトナーや紙粉は表面電位作成放電領域から離れているので均一な帯電形成に悪影響を及ぼさないのである。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施例について説明する。
【００３４】
〈参考例１〉
〔Ｉ〕画像形成装置
図１は本例の画像形成装置の概略構成模型図である。この画像形成装置は、転写式電子写真プロセス、帯電シートを用いた接触帯電方式のレーザービームプリンタである。
【００３５】
２は像担持体（被帯電体）としての回転ドラム型の電子写真感光体（以下、感光ドラムと記す）である。本例での感光ドラム２は、アルミニウム製のドラム基体２Ｂの外周面を、感光層として有機光導電体（ＯＰＣ）層２Ａによって覆うことによって形成され、その表面は被帯電面になる。被帯電面は、なだらかな凸状の曲面に形成されている。感光ドラム２は、外径が３０ｍｍ（半径ｒｄが１５ｍｍ）に設定され、矢印１００方向に所定のプロセススピード（周速度）をもって回転駆動される。
【００３６】
３００は帯電装置であり、この帯電装置により回転する感光ドラム２の外周面が所定の極性電位に一様に接触帯電処理される。
【００３７】
この帯電装置３００は帯電部材として帯電シート１を用いた接触帯電装置であり、その詳細は次の〔ＩＩ〕項以降で述べる。
【００３８】
５は情報書き込み手段としての露光装置であり、本例ではレーザースキャナーである。レーザースキャナー５は、図には省略したけれども、画像情報に基づいてレーザ光を発光するレーザ発振器、このレーザ光を感光ドラム２の表面に導くポリゴンミラー、レンズ、反射ミラー等を有し、レーザ光５−１のライン走査によって感光ドラム２上に画像情報に応じた静電潜像を形成する。
【００３９】
６は現像装置であり、図では現像スリーブを代表させて表した。上記のように回転感光ドラム２の面に形成された静電潜像はこの現像装置６によってトナー画像（現像剤像）として現像される。
【００４０】
７は転写装置であり、図では転写ローラを代表させて表した。上記のように回転感光ドラム２の面に形成されたトナー画像は、感光ドラム２と転写ローラ７との当接部である転写ニップ部において、該転写ニップ部に給紙カセット１１から所定の制御タイミングにて給紙された記録媒体としての転写材Ｐに静電転写される。
【００４１】
給紙カセット１１には転写材Ｐが積載収納してあり、その転写材Ｐがピックアップローラ１２により１枚分離給送され、レジストローラ等を含むシートパス１３を通って転写ニップ部に給紙される。
【００４２】
転写ニップ部を通った転写材は感光ドラム２の表面から分離されて像定着装置１４へ導入され、トナー画像の定着処理を受け、画像形成物（プリント、コピー）として排紙口１５から装置本体外部に排出される。
【００４３】
８は感光ドラムクリーニング装置であり、図ではクリーニングブレードを代表させて表した。転写材分離後の感光ドラム２面はこのクリーニング装置８により転写残トナーや紙粉等の付着残留物が除去され、次の画像形成に供される。
【００４４】
図２は上記のプリンタにおいて、感光ドラム２、帯電シート１、現像装置６、クリーニング装置８の４つのプロセス機器を一括してプリンタ本体に着脱交換自在なプロセスカートリッジ１６としたものである。１６−１は露光用スリット窓部であり、この窓部を通してレーザースキャナー５の出力レーザ光５−１がプロセスカートリッジ１６内に入光して感光ドラム２面を走査露光する。１６−２はドラムシャッタであり、プロセスカートリッジ１６がプリンタから外されているときは２点鎖線示の閉じ状態に保持されて、感光ドラム２の転写装置７に対する対向面部分を隠蔽して保護する。またプリンタ本体内に装着されているときは実線示の開き状態に保持されて、露出した感光ドラム面部分（転写部位）に転写装置７が所定に対向位置する。
【００４５】
ここで、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段またはクリーニング手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。及び帯電手段、現像手段、クリーニング手段の少なくとも一つと電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものである。更に、少なくとも現像手段と電子写真感光体とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものをいう。
【００４６】
〔II〕帯電装置３００
帯電装置３００は、被帯電体である感光ドラム２に対して当接させて固定配置した帯電部材であるところの帯電シート１、及びこの帯電シート１に帯電電圧を印加する電源（電源部）２００を備えている。
【００４７】
図３は帯電シート１の帯電面側を見上げた斜視模型図である。この帯電シート１はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの柔軟な絶縁シート１−２（以下、ＰＥＴ層と記す）の上に、帯電面であるところの導電層１−３を積層したものであり、導電層１−３はアルミ蒸着層、導電プラスチック層、導電ゴム層等から成る。また導電層１−３の感光ドラム２当接面には多数のスペーサ１−１が被帯電体である感光ドラム２の面の進行方向に対し斜めに配置されている。
【００４８】
図４は感光ドラム２に帯電シート１が当接した状態を示す図である。矢印１００は感光ドラム２の回転方向であり、１０１は帯電シート１をプリンタや複写機またはそれらのカートリッジの筐体に固定するための導電性支持体である。絶縁シートであるＰＥＴ層１−２が支持する導電層１−３は導電性テープ１−４を介して導電性支持台１０１に導通しており、その先は電源２００に接続されている。
【００４９】
導電層１−３の感光ドラム２当接面には多数のスペーサ１−１が配置されており、スペーサ１−１の近傍では導電層１−３は確実に感光ドラム２の表面から一定距離、離間した状態に保たれている。また電源２００から直流バイアスが印加されると、帯電シート１はクーロン力で確実に感光ドラム２に対し、一定の距離を保った部分を形成しながら、図４に示すように安定して感光ドラム２へ押し付けられることになる。
【００５０】
〔III〕接触帯電の帯電メカニズム
ここで、接触帯電の帯電メカニズムを帯電ローラの場合を例にとって説明する。
【００５１】
（１）ギャップ間距離［ｚ（ｘ）］とドラム上位置［ｘ］
図１８に示すように、感光ドラム２と帯電ローラ９の接点を０（０，０）とし、感光ドラム２上、下流にｘｍｍの地点に一番近い帯電ローラ９表面との距離をｚ［ｘ］とする。ｒｄは感光ドラム２の半径である。
【００５２】
但し、帯電ローラ９の軸方向断面形状は、中心が、帯電ローラ９と感光ドラム２の接点０と感光ドラム２の中心点を結ぶ線の延長線上にある半径ｒｒ（本例ではｒｒ＝７ｍｍ）の円とする。
【００５３】
すると、ｚ（ｘ）とｘの間には次の関係が成り立ち、その結果を図１９のグラフに示す。縦軸はｚ［ｘ］、横軸はｘを示し、これらの単位は（ｍｍ）である。
【００５４】
ｚ（ｘ）＝｜ｒｄ×ｅｘｐ｛ｘｉ／ｒｄ｝−（ｒｄ＋ｒｒ）｜−ｒｒ・・・（１）
ｒｄ：感光ドラム２の半径（１５ｍｍ）
ｒｒ：帯電ローラの半径（７ｍｍ）
（２）印加電圧［ｖｑ（ｔ，ｎ）］
印加電圧［ｖｑ（ｔ，ｎ）］（Ｖ）が交流の場合帯電ローラ９に印加される交流バイアスは以下の様に表される。
【００５５】
ｖｑ（ｔ，ｎ）＝１／２×ｖｐｐｓｉｎ（２πｆｔ（ｎ−１））＋ｄｃ・・・（２）
ｖｐｐ：印加バイアスのピーク間電圧（１７００ｖ）
ｆ：印加バイアスの周波数（３５０ｈｚ）
ｔ：１／４ｆ…一周期の四分の一
ｎ：サンプリングの回数
ｄｃ：直流成分（６００ｖ）
（３）ギャップ間電圧［ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）］（Ｖ）
感光ドラム２上の点ｘに於ける、帯電ローラ９とのギャップ間電圧［ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）］は以下の様に表すことが出来る。
【００５６】
ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）＝｛ｖｑ（ｔ，ｎ）−ｖｓ（ｘ−ｖｐｓ×ｔ，ｎ−１）｝／｛Ｌ／（ｅｚ（ｘ））＋１｝・・・（３）
ｖｓ：感光ドラム２の表面電位
ｖｐｓ：プロセススピード
Ｌ：感光層の厚み
ｔ：サンプリングの間隔１／４ｆ（１周期の１／４）
ｅ：比誘電率
ｎ：サンプリングの回数
ここで、ギャップ間電圧は、代表的なものをいくつか選んで（サンプリングして）プロットしている。ここでは、ギャップ間電圧の１周期の１／４ごとにサンプリングしているがプロセススピードに対して一次帯電バイアスの周波数は十分に大きいためこのサンプリング間隔で感光ドラム２の表面電位の変化を十分に追随できる。ここでＶｐｓ＝１２πｍｍ／ｓ、Ｌ＝２０μｍ、ｅ＝３．０とした。
【００５７】
ｖｓ（ｘ−ｖｐｓ×ｔ，ｎ−１）に於いて、ｎ＝１の場合ｖｓ＝０、つまり初期に於いて感光ドラム２の表面電位はゼロとする。ギャップ間電圧を図２０のグラフに示す。
【００５８】
（４）補正パッシェンカーブ［ｖｐ（ｘ）］
感光ドラム２上の点ｘに於ける補正パッシェンカーブを図２１のグラフに示す。
縦軸は放電開始電圧ｖｐ（ｘ）、横軸はｘを表す。
【００５９】
ｖｐ（ｘ）＝３１２＋６２００ｚ（ｘ）・・・（４）
（５）放電後ギャップ間電圧［ｖｈ（ｘ，ｎ）］
図２２のグラフにギャップ間電圧［ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）］と補正パッシェンカーブ［ｖｐ（ｘ）］を重ね合わせた後、放電した結果を示す。
【００６０】
縦軸は放電後のギャップ間電圧ｖｈ（ｘ，ｎ）、横軸はｘを示す。
【００６１】
図２２において、ギャップ間電圧［ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）］の絶対値が補正パッシェンカーブ［ｖｐ（ｘ）］の絶対値よりも大きい場合には、その部分で放電が行われる。そして、ギャップ間電圧［ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）］は補正パッシェンカーブ［ｖｐ（ｘ）］の電圧にまで低下する。これを放電後ギャップ間電圧［ｖｈ（ｘ，ｎ）］と呼ぶ。
【００６２】
１）｜ｖｇ（ｘ，ｎ）｜≦ｖｐ（ｘ）
→ｖｇｐ（ｘ，ｎ）＝ｖｇ（ｘ，ｎ）…（５）
２）ｖｇ（ｘ，ｎ）＞０
ｖｇ（ｘ，ｎ）＞ｖｐ（ｘ）
→ｖｇｐ（ｘ，ｎ）＝ｖｐ（ｘ）…（６）
３）ｖｇ（ｘ，ｎ）≦０
ｖｇ（ｘ，ｎ）＜−ｖｐ（ｘ）
→ｖｇｐ（ｘ，ｎ）＝ｖｐ（ｘ）…（７）
（６）感光ドラム２上表面電位［ｖｓ（ｘ，ｎ）］
放電後ギャップ間電圧［ｖｈ（ｘ，ｎ）］が求められると、感光ドラム２上表面電位［ｖｓ（ｘ，ｎ）］は、ギャップ間電圧［ｖｇａｐ（ｘ，ｎ）］の式を利用して求めることが出来る。
【００６３】
ｖｓ（ｘ，ｎ）＝ｖｑ（ｔ，ｎ）−ｖｇｐ（ｘ，ｎ）／｛１／（Ｌ／ｅｚ（ｘ）＋１）｝…（８）
感光ドラム２上表面電位［ｖｓ（ｘ，ｎ）］を図２３に示す。縦軸はｖｓ（ｘ，ｎ）、横軸はｘを示す。
【００６４】
（７）ｔ秒後の感光ドラム２上表面電位
［ｖｓ（ｘ−ｖｐｓ×ｔ，ｎ）］（Ｖ）
感光ドラム２上に出来た表面電位はグラフ（７）の状態からｔ秒後には感光ドラム２の回転によりグラフの右側に移動する。その時の感光ドラム２上表面電位
［ｖｓ（ｘ−ｖｐｓ×ｔ，ｎ）］
を図２４に示す。縦軸は感光ドラム２上表面電位ｖｓ（ｘ−ｖｐｓ×ｔ，ｎ）、横軸はｘを示す。ｘ方向の移動距離はｖｐｓ×ｔとなる。
【００６５】
印加バイアスを１／４ｆ毎のパルスバイアスで代用したのは、プロセススピードに対し一次バイアスの周波数が十分に速いため、感光ドラム２の表面電位の変化を十分に追随できるからである。
【００６６】
（８）ｎ＝７のシミュレーション結果
図２４の（１）から（７）はｎを１から７まで変化させたときの感光ドラム２上表面電位［ｖｓ（ｘ，ｎ）］のシミュレーション結果である。図中横線は帯電ローラ９への印加電圧を示している。
【００６７】
グラフの縦軸は感光ドラム２上表面電位［ｖｓ（ｘ，ｎ）］（Ｖ）、横軸はｘ（ｍｍ）を表している。今回ｖｐｐは２０００ｖ、ｄｃは６００ｖで計算した。
【００６８】
図２４の（１）…ｎ＝１の場合、帯電ローラ９から感光ドラム２表面に印加される電圧は１０００ｖ０―ｐ＋６００ｖ＝１６００ｖになり、感光ドラム２上を帯電する。
【００６９】
図２４の（２）…ｎ＝２の場合、印加バイアスはパッシェンの条件を越えないので放電は行われない。ただプロセススピードに応じて右側に移動するだけである。
【００７０】
図２４の（３）…ｎ＝３の場合、さらにｔ秒後、印加電圧はー５００ｖになる。このとき、印加電圧とドラム表面電位の作るギャップ間電圧は、一部で放電開始電圧を越える。その結果、感光ドラム２上表面電位は変化し、更に、プロセススピードに応じて右側に移動する。
【００７１】
図２４の（４）…ｎ＝４の場合、印加バイアスはパッシェンの条件を越えないので放電は行われない。ただプロセススピードに応じて右側に移動するだけである。
【００７２】
図２４の（５）…ｎ＝５の場合、さらにｔ秒後、印加電圧は再び１６００ｖになる。このとき、印加電圧とドラム表面電位の作るギャップ間電圧は、一部で放電開始電圧を越える。その結果、感光ドラム２上表面電位は変化する。このとき感光ドラム２はプロセススピードで回転しているので、のこぎり状の電位の斑が発生する。更に、プロセススピードに応じて右側に移動する。
【００７３】
図２４の（６）…ｎ＝６の場合、さらにｔ秒後、印加バイアスはパッシェンの条件を越えないので放電は行われない。ただプロセススピードに応じて右側に移動するだけである。
【００７４】
図２４の（７）…ｎ＝７の場合、さらにｔ秒後、印加電圧は再びー４００ｖになる。このとき、印加電圧とドラム表面電位の作るギャップ間電圧は、一部で放電開始電圧を越える。その結果、感光ドラム２上表面電位は変化する。このとき感光ドラム２はプロセススピードで回転しているので、のこぎり状の電位の斑が発生する。更に、プロセススピードに応じて右側に移動する。
【００７５】
以上の繰り返しで感光ドラム２上に暗部電位が形成されるのである。
【００７６】
直流帯電の場合は印加バイアスのｖｐｐをゼロとし、ｄｃ電圧印加のみの場合と考えればよい。直流帯電の場合は、図２３のドラム表面電位のピーク電位がそのまま、暗部電位になるのである。
【００７７】
ここでピーク電位について詳細に説明する。
【００７８】
図２５の（１）の下のグラフは、直径１ｋｍの帯電（ほぼ平板と考えてよい）とローラ直径１ｍｍの感光ドラム２に１４５０ｖの直流電圧を印加したときの感光ドラム２上の表面電位をプロットとしたものである。グラフの縦軸は表面電位、横軸は帯電ローラが感光ドラム２に当接する位置を０μｍとした時の当接位置からの距離である。このグラフから、感光ドラム２の暗部電位Ｖｄとなる帯電最高値は約８７０ｖで、そのときの感光ドラム２上の位置は当接位置から約１３５μｍ離れた所である事がわかる。
【００７９】
図２５の（１）の上のグラフは、ドラム上の距離と帯電ローラと感光ドラム２のギャップ間距離を示すグラフである。
【００８０】
縦軸は、ギャップ間距離、横軸は図２５の（１）の下のグラフと同じくドラム上当接位置からの距離を示す。このグラフから、暗部電位を作成するドラム上の点（約１３５μｍ）におけるギャップ間距離は約２０μｍである事がわかる。同様にこれ以上近寄りすぎると放電できなくなるギャップ間距離は約３μｍ、これ以上離れすぎると放電できなくなるギャップ間距離は約１８０μｍである事がわかる。
【００８１】
図において、これ以上広がると放電できなくなるギャップを、放電可能ギャップ上限１−１０１、これ以上狭くなると放電できなるギャップを放電可能ギャップ下限１−１０２、直流バイアスを印加したときに最大電位になるギャップを表面電位作成ギャップ１−１００と定義する。
【００８２】
図２５の（２）は、直径１４ｍｍの帯電ローラと直径３０ｍｍの感光ドラム２に１４５０ｖの直流電圧を印加したときの感光ドラム２上の表面電位をプロットとしたものである。グラフの縦軸は表面電位、横軸は帯電ローラが感光ドラム２に当接する位置を０μｍとした時の当接位置からの距離である。このグラフから、感光ドラム２の暗部電位Ｖｄとなる帯電最高値は約８７０ｖで、そのときの感光ドラム２上の位置は当接位置から約４２０μｍ離れた所である事がわかる。
【００８３】
図２５の（２）の上のグラフは、ドラム上の距離と帯電ローラと感光ドラム２のギャップ間距離を示すグラフである。
【００８４】
縦軸は、ギャップ間距離、横軸は図２５の（２）の下のグラフと同じくドラム上当接位置からの距離を示す。このグラフから、暗部電位を作成するドラム上の点（約４２０μｍ）における表面電位作成ギャップも約２０μｍである事がわかる。同様に放電可能ギャップ下限も約３μｍ、放電可能ギャップ上限も約１８０μｍである事がわかる。
【００８５】
図２５の（３）の下のグラフは、直径４ｍｍの帯電とローラ直径１ｋｍの感光ドラム２（ほぼ平板と考えてよい）に１４５０ｖの直流電圧を印加したときの感光ドラム２上の表面電位をプロットとしたものである。グラフの縦軸は表面電位、横軸は帯電ローラが感光ドラム２に当接する位置を０μｍとした時の当接位置からの距離である。このグラフから、感光ドラム２の暗部電位Ｖｄとなる帯電最高値は約８７０ｖで、そのときの感光ドラム２上の位置は当接位置から約１３５μｍ離れた所である事がわかる。
【００８６】
図２５の（３）の上のグラフはドラム上の距離と帯電ローラと感光ドラム２のギャップ間距離を示すグラフである。
【００８７】
縦軸は、ギャップ間距離、横軸は図２５の（３）の下のグラフと同じくドラム上当接位置からの距離を示す。このグラフから、暗部電位を作成するドラム上の点（約１３５μｍ）における表面電位作成ギャップも約２０μｍである事がわかる。同様に放電可能ギャップ下限も約３μｍ、放電可能ギャップ上限も約１８０μｍである事がわかる。
【００８８】
以上の事から、接触帯電においては帯電部材帯電面を表面電位作成ギャップ１−１００に位置（約２０μｍ）に設定してやれば、一番効率よく帯電が出来る。ただしこれはギャップ精度を保証するのが大変なので、帯電部材帯電面を放電可能ギャップ上限と放電可能ギャップ下限を横切るように配置すれば、帯電は可能であり、効率よく暗部電位に帯電することが可能である。
【００８９】
〔IV〕帯電部材１の詳細説明
図３・図４において、１−１は前述したようにスペーサであり、被帯電体である感光ドラム２の面の進行方向（被帯電体進行方向）に対し斜めに多数配置されていて、導電層１−３と感光ドラム２のギャップを一定に保つためのものである。これは絶縁性のインクを用い、インクジェットプリンターを用い印刷にて作成したものである。導電層１−３はＰＥＴ等の厚さ２５μｍの絶縁体シート１−２の上に、アルミを２０００Å蒸着して作成したものである。
【００９０】
図４では、この帯電部材（帯電シート）１を感光ドラム２に当接させた様子を示す。感光ドラム２は矢印１００の方向に回転している。また帯電部材１の導電層１−３は導電性テープ１−４を介して保持部１０１で支持されている。保持部１０１はアルミで出来ており、電源２００に接続される。
【００９１】
図５では、帯電部材１が感光ドラム２に当接している部分の拡大図を示している。上記の構成において電源から直流バイアスが導電層１−３に印加されると、感光ドラム２の基板は接地されているので、クーロン力に依って、帯電部材１は感光ドラム２に引き寄せられる。その結果、導電層１−３は感光ドラム２の表面に接触するが、スペーサ１−１の高さは、表面電位作成ギャップの約２０μｍより高い５０μｍ、直径は３０μｍに設定してあるので、スペーサ１−１の周りには確実に表面電位作成ギャップ１−１００が確実に形成される。即ち、スペーサ１−１で形成されるギャップの最大値が表面電位作成ギャップ以上で、最小値が表面電位作成ギャップ以下である。仮にスペーサ１−１が無いと、導電層１−３は感光ドラム２に密着してしまい、放電可能ギャップ下限１−１０２を下回る部分が発生し、その部分が帯電不良の原因となるのである。
【００９２】
このときの帯電の様子を図６を用いて説明する。３はクリーナー８をすり抜けてきてスペーサ１−１に引っかかる塵を示している。３−１はトナー、３−２は紙粉を示している。ドラムの回転方向に対し、スペーサ１−１の上流と下流側には上記の塵３が纏わりつき、それが表面電位作成放電領域１−３００を遮ると、その部分では帯電不良が発生する。しかし、スペーサ１−１の両サイドや後方には塵３が付着しにくく、また表面電位作成放電領域１−３００がスペーサ１−１から離れたところにあるので、塵３で遮られることは無い。仮に、耐久で一つのスペーサ１−１周りの表面電位作成放電領域１−３００が塵３で遮られても、その下流又は上流のスペーサ１−１の表面電位作成放電領域１−３００が機能を果たしていれば、感光ドラム２の表面電位は正常に帯電されるのである。ちなみに放電領域は表面電位作成放電領域１−３００より広いが、ここの表面電位は暗部電位（Ｖｄ）に達しないので、均一な暗部電位（Ｖｄ）を帯電するには表面電位作成放電領域１−３００を塵３で遮らないようにする事が肝要である。
【００９３】
ちなみに、本例では帯電部材１の幅は１０ｍｍであり、感光ドラム２は帯電部材１の下を通過することで帯電されるのであるが、この帯電部材１の帯電幅の中に一箇所でも、表面電位作成放電領域１−３００が塵３で遮られていない場所があれば、そこを通る感光ドラム２上の表面は、正規の暗部電位に帯電されるのである。言い換えれば、帯電部材１はその長手方向の表面電位作成放電領域１−３００をすべて片方に寄せて、それが一本の線につながれば、帯電部材１のほかの部分（上流下流を含めて）がどんなに汚れていても、暗部電位に帯電出来るのである。
【００９４】
その様子を図７に示す。感光ドラム２は図の左から右側に向かって移動している。４は感光ドラム表面電位を示し、４−１は帯電不良部分、４−２はＶｄ帯電部分を示す。この図からも明らかなように、いくら上流又は下流に塵３があっても、一旦暗部電位に帯電されればその電位は変化しないため、図右側では一面Ｖｄ帯電部分４−２が形成されるのである。
【００９５】
このメリットは、図５からも明らかなように、メインに帯電する部分がスペーサ１−１から少し離れた場所であり、そこには塵３が滞留するきっかけが無く、安定な表面電位作成放電領域１−３００が保証されることにある。仮に、一部のスペーサ１−１の周りが塵３で完全に遮られて帯電不良を起こしたとしても、その他圧倒的多数のスペーサ１−１周りの表面電位作成放電領域１−３００は、他のブレードやブラシ帯電方式に対し広く、そのスペーサ１−１が多数存在することで安定な帯電が保証されるのである。
【００９６】
このことは、一箇所でも放電ワイヤに塵が付着すると帯電不良を起こすコロナ帯電や、表面電位作成放電領域１−３００が狭く、耐久すれば必然的に表面電位作成放電領域１−３００に塵３が付着する構成になっているブレード帯電、ブラシ帯電、ギャップ間距離が不安定なシート帯電と根本的に異なる点である。
【００９７】
上記の本例構成において耐久を行ったが、５万枚（Ａ４サイズ紙）の耐久の後も、帯電不良の無い安定した画像を出力する事が確認された。
【００９８】
ここで、ブラシ帯電との差を、図８を用いて更に詳細に説明する。図中、１７は帯電ブラシの先端部分を示している。この図からも明らかなように、ブラシ帯電の場合は、帯電面であるブラシの先端が必ず感光ドラム２と接することになる。その結果、クリーニングブレードをすり抜けてきた、トナー３−１等の塵３が帯電面の表面電位作成ギャップ１−１００に入り込んでしまい帯電不良を発生しているのである。
【００９９】
これに対し、感光ドラム２に当接するスペーサ１−１は抵抗が低ければ多少帯電をするかもしれないが、基本的には帯電面と感光ドラム２間のギャップ出しの機能のために存在し、帯電面はスペーサ１−１とは離れたところに存在するのである。その結果、耐久を重ねても、本発明の帯電部材１は帯電能力が低下する事が無いのである。
【０１００】
〈参考例２〉
図９にその他の例を示す。本例は、帯電面は導電部より抵抗の高い抵抗部からなることを特徴とする帯電部材である。即ち図中、１−５は体積低効率が１０の１０乗Ωｃｍ、厚み２０μｍの帯電面であるところの高抵抗層である。この層１−５の体積抵抗率は１０の６乗から１０の１１乗Ωｃｍであれば感光ドラム２にピンホールがあってもリークしなかった。
【０１０１】
このときスペーサ１−１は絶縁性のものに限ることは無く、１０の１０乗Ωｃｍ程度以上の抵抗があれば良い。
【０１０２】
このような構成にすれば、感光ドラム２にピンホールがあってもスペーサ１−１部分で放電する危険を防止する事が可能である。また、高抵抗層１−５の抵抗をある程度高く設定でき、ピンホール放電を防止できれば、スペーサ１−１は導電性のものであっても良い。
【０１０３】
〈実施例１〉
本実施例は、高さが表面電位作成ギャップより大きいスペーサに加え、高さが表面電位作成ギャップより小さい複数の補助スペーサを持つことを特徴とする帯電部材である。
【０１０４】
図１０は高さが表面電位作成ギャップより大きいスペーサ１−１とスペーサ１−１の間に、高さが表面電位作成ギャップより小さい補助スペーサ１−１−１を設置した場合を示す。この補助スペーサ１−１−１を設置することで、帯電面の傾きが緩やかになり、表面電位作成放電領域１−３００を広げる事が可能になるのである。その結果、より広範な領域を暗部電位に帯電する事が可能になり、耐久による塵３などによる帯電不良にも強くなった。
【０１０５】
〈実施例２〉
図１１はその他の実施例を示す。本実施例は、スペーサと帯電面との成す面積（スペーサと帯電面とが接触する面積）が、スペーサと被帯電体との成す面積（スペーサと被帯電体とが接触する面積）より大きいこと特徴とする帯電部材である。１−１−２はスペーサの感光ドラム２当接部が丸みを帯びた半球状のスペーサである。
【０１０６】
図１２はそれを感光ドラム２に当接した場合の断面図である。このような形状にすることで、トナー３−１や紙粉３−２などの塵３がスペーサ１−１−２をすり抜けやすくなり、表面電位作成放電領域１−３００を遮る事が少なくなった。その結果、耐久においても塵に起因する帯電不良に対し更に効果が認められた。
【０１０７】
〈実施例３〉
図１３と図１４はそれぞれその他の形状のスペーサ１−１―３、スペーサ１−１−４の例を示す図である。
【０１０８】
図１３のスペーサ１−１−３は三角柱の一辺で感光ドラム２に当接する構成になっている。スペーサと帯電面との成す面積が、スペーサと被帯電体との成す面積より大きい。スペーサとしては円錐形でも良いが、円錐形では、耐久によって感光ドラム２当接部が削れ易い。その結果、ギャップ間距離を一定に保つ事が難しくなるので、図のように三角柱の一辺で感光ドラム２に当接するようにする。その結果、耐久後でもスペーサ１−１−３の削れに依るギャップ間変動が少なかった。
【０１０９】
図１４において、スペーサ１−１−４は回転方向上流に向かって山形になっている。スペーサと帯電面との成す面積が、スペーサと被帯電体との成す面積より大きい。この場合、スペーサ１−１−４に滞留した塵３が、耐久によりスペーサ１−１−４に沿って次第に移動し、最後にはスペーサ１−１−４から振り落とされると言うメリットがある。
【０１１０】
〈実施例４〉
本発明においては、印加電圧は、交流であっても良い。感光ドラム２に対するクーロン力が一番強まるのは交流電界が上側ピークと下側ピークの時であり、このときに帯電部材はクーロン力で一番強く感光ドラム２に引き寄せられる。この時、導電層１−３はスペーサ１−１によって支えられ、表面電位作成ギャップ１−１００が確実に作成されるのであり、これは、直流バイアス印加の場合と同じである。また、塵３がスペーサ１−１周りに滞留しても振り落とすことが出来るというメリットもある。
【０１１１】
本発明に係る帯電部材及び帯電装置は、実施例の画像形成装置の像担持体の帯電処理に限られず、広く被帯電体の接触帯電手段として有効であることは勿論である。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明に依れば、塵３に影響されない表面電位作成放電領域１−３００を、スペーサ１−１により多数確保することで、耐久後においても安定な帯電能力を保持する帯電部材１を提供する事が出来た。以下に効果をまとめると、
１；帯電部材１に塵が付着しても安定な帯電能が得られる。
【０１１３】
２；塵がすり抜けやすい構造で、耐久性に優れる
３；ドラム（被帯電体）にピンホールがあってもリーク放電しない。
【０１１４】
４；帯電部材１の構造が簡単で製造コストが小さい。
【０１１５】
５；帯電周りの省スペースが図れ、よりコンパクトなカートリッジを設計できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１における画像形成装置の概略構成模型図
【図２】プロセスカートリッジの構成模型図
【図３】帯電シートの斜視模型図
【図４】感光ドラム面に当接配設した状態の帯電シートの模型図
【図５】帯電シートの機能説明図（その１）
【図６】帯電シートの機能説明図（その２）
【図７】帯電シートの機能説明図（その３）
【図８】帯電ブラシと帯電シートの機能説明図
【図９】参考例２における帯電シートの構成模型図
【図１０】実施例１における帯電シートの構成模型図
【図１１】実施例２における帯電シートの構成模型図（その１）
【図１２】実施例２における帯電シートの構成模型図（その２）
【図１３】実施例３における帯電シートの構成模型図（その１）
【図１４】実施例３における帯電シートの構成模型図（その２）
【図１５】従来例の説明図（その１）
【図１６】従来例の説明図（その２）
【図１７】従来例の説明図（その３）
【図１８】接触帯電のメカニズムの説明図（その１）
【図１９】接触帯電のメカニズムの説明図（その２）
【図２０】接触帯電のメカニズムの説明図（その３）
【図２１】接触帯電のメカニズムの説明図（その４）
【図２２】接触帯電のメカニズムの説明図（その５）
【図２３】接触帯電のメカニズムの説明図（その６）
【図２４】接触帯電のメカニズムの説明図（その７）
【図２５】接触帯電のメカニズムの説明図（その８）
【符号の説明】
１帯電部材
１−１スペーサ
１−２絶縁シート
１−３導電層
１−１００表面電位作成ギャップ
１−１０１放電可能ギャップ上限
１−１０２放電可能ギャップ下限
１−２００放電領域
２感光ドラム
３塵
３−１トナー
３−２紙粉
４感光ドラム表面電位
５露光手段
６現像スリーブ
７転写ローラ
８クリーニングブレード
９帯電ローラ
１０帯電ブレード
Ｎニップ当接位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging member, a charging device, an image forming apparatus, and a cartridge.
[0002]
[Prior art]
In an image forming apparatus using an electrophotographic (electrophotographic) process, a photoconductive drum and a developer containing toner are used, and light corresponding to an image is charged on a photosensitive drum charged to a predetermined potential. By developing the electrostatic latent image obtained by providing the toner with toner, an image is formed.
[0003]
In general, a predetermined potential is provided to a photosensitive drum as a member to be charged by corona charging by a corona charging device such as corotron or scorotron. In corona charging, it is known that the structure of the charging device body can be simplified, and that stable charging can be performed based on the past results. On the other hand, since it is necessary to provide the charging device main body with a high voltage of 4 to 8 kilovolts, it is known that the power supply device is expensive and large. In corona charging, it is known that ozone is generated at the time of corona discharge, and an undesired product accompanying corona discharge is generated. For this reason, it is known that the size and cost of the entire charging device are increased by requiring peripheral devices and mechanisms such as an ozone filter and a catalyst device.
[0004]
For this reason, in recent years, contact charging has attracted attention as a charging method that replaces corona charging. Contact charging is a method of charging a photosensitive drum to a predetermined potential by bringing a contact charging member applied with a voltage of 0.5 to 2 kilovolts into contact with the photosensitive drum. Depending on the shape of the contact charging member, roller charging and brush charging are performed. And blade charging.
[0005]
As roller charging, for example, as shown in Japanese Patent Publication No. 3-52058, a roller in which a conductive rubber is wound around a conductive shaft in a roller shape and a surface layer having a higher resistance is added is used as a photosensitive drum. There is an example of making contact.
[0006]
As brush charging, for example, as seen in Japanese Patent Publication No. 64-6459, a brush in which conductive fibers formed by dispersing a conductive material such as carbon are planted in a pile weave or similar fibers are used. There is an example in which a brush obtained by forming into a brush shape is brought into contact with a photosensitive drum.
[0007]
As the blade charging, for example, EPDM (ethylene-propylene) having a thickness of 1 to 2 mm and an electric resistance value limited to a predetermined value as disclosed in JP-A-3-217873 or JP-A-1-93762. A DC electric field (voltage) is applied to a thin plate such as a trimer) or urethane rubber or a charging blade, and the charging blade is exposed so that the free end of the charging blade is directed upstream in the rotation direction of the photosensitive drum. There is a method of contacting the drum (hereinafter referred to as a counter method). JP-A-3-217873 discloses a charging blade having a free length of 5 to 15 mm, a thickness of 1 to 2 mm, a contact angle of 8 to 25 °, and a contact pressure of 4 to 40 g / cm. An example in which is contacted with the photosensitive drum is shown. Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-93762 discloses an example of a charging blade in which the contact pressure is regulated to 5 to 20 g / cm. JP-A-4-249270 discloses a flexible film-like blade.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
A charging roller for charging a roller has a complicated roller structure, and a pressure mechanism for bringing the roller into close contact with a photosensitive drum as a member to be charged and a power feeding mechanism for applying a potential to the roller become complicated and large. For this reason, cost has become a problem in recent years.
[0009]
On the other hand, the charging brush for charging the brush is likely to cause streaky charging unevenness in the potential provided to the photosensitive drum due to its structure, and causes unevenness in image density or blurring or streaking in a halftone image. There's a problem. Further, not only is it difficult to maintain the shape of the brush, particularly the tip, in a fixed shape, but there has been a demand to reduce the cost as in the case of the charging roller.
[0010]
Further, the charging blade for charging the blade is currently widely used as a low-cost and compact charging device, in particular, a low-end image forming apparatus at a low price and a relatively low image forming speed. However, as with other contact charging, it has many problems as described below.
[0011]
  In the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-217873, the contact surface with the photosensitive drum is narrow, for example, the nip width is 1 mm or less, and the hardness is higher than that of a similar cleaning blade (hard) (For example, 65 degrees, JIS-A) for cleaning blade and photosensitive drumContact areaThere are cases where dirt such as toner fine powder that has passed through or paper dust from transfer paper conveyed through the photosensitive drum is caught in the contact portion, that is, the charging position where the charging blade and the photosensitive drum are in contact with each other. This results in partial charging failure. This partial charging failure causes white stripes or black stripes in the image.
[0012]
This will be described with reference to the drawings. FIG. 15 shows charging by the charging blade 10. 2 is a photosensitive drum as a member to be charged, 100 is an arrow indicating the rotation direction, N is a contact portion (nip contact position) between the charging blade 10 and the photosensitive drum 2, and 1-300 is a dark portion potential (Vd). The surface potential creating discharge region between the charging blade 10 and the photosensitive drum 2 is shown.
[0013]
FIG. 16 shows a state where toner 3-1 and paper powder 3-2 are attached to the charging blade 10 in FIG. As is apparent from this figure, the toner 3-1 and the paper powder 3-2 occupy the surface potential creating discharge region 1-300 in FIG. The distance cannot be secured, or the resistance values divide the applied bias, and the Paschen condition cannot be exceeded. And at that part, it becomes impossible to discharge.
[0014]
FIG. 17 is a view of the nip contact position of the charging blade 10 as viewed from above. If the surface potential creating discharge region 1-300 upstream or downstream of the nip contact surface of the charging blade 10 is not occupied by the toner 3-1 or the paper powder 3-2, the photosensitive drum 2 is charged to the dark portion potential Vd. You can do it. As a result, the Vd charging surface 4-2 is formed on the photosensitive drum 2. Reference numeral 4-1 denotes a poorly charged portion on the photosensitive drum 2. 4 indicates the photosensitive drum surface potential.
[0015]
  On the other hand, a method has been proposed in which the pressure contact force of the charging blade 10 against the photosensitive drum 2 is increased so that dirt does not enter between the charging blade 10 and the photosensitive drum 2. However, if the charging blade 10 having a high hardness (hard) is arranged in a counter manner, the charging blade 10 is turned over.EasyTo do. The turning of the charging blade 10 is more noticeable than a cleaning blade having a similar structure, and the cleaning blade can be avoided by a lubricant such as a liner even when it is not used. In the case of the charging blade 10, it is known that no cashier can be used due to the influence on the charging characteristics.
[0016]
  Note that the method of increasing the pressure contact force of the charging blade 10 to the photosensitive drum 2 not only causes the charging blade 10 to turn, but also requires a large force as the driving force of the photosensitive drum 2.DoFor this reason, use of a motor having a large torque is required, and as a result, the motor is increased in size and cost.
[0017]
Further, by increasing the pressure contact force, the contact resistance between the charging blade 10 and the photosensitive drum 2 is increased, and image blur due to rotation unevenness of the photosensitive drum 2 is induced. Further, by increasing the pressure contact force, the surface of the photosensitive drum 2 is scraped due to wear of the photosensitive drum 2, that is, the image forming ability is reduced, and the charging condition is partially changed due to partial wear of the charging blade 10. Similarly, white stripes or black stripes are generated.
[0018]
Further, in the example in which the charging blade 10 is brought into contact with the photosensitive drum 2 such that the free end of the charging blade 10 is directed to the downstream side in the rotation direction of the photosensitive drum 2, there is a problem that the charging blade 10 is likely to vibrate.
[0019]
In addition, the flexible sheet-shaped charging member disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-249270 can reduce the pressure contact force to the photosensitive drum, but stains on the photosensitive drum such as toner or paper dust are charged sheet. There is a problem that white stripes and black stripes that are already described are easily generated. In addition, if the sheet-like charging member is simply brought into contact with the photosensitive drum, the gap between the two may be too close to the distance necessary to start charging, which also contributes to charging failure. .
[0020]
An object of the present invention is to provide a charging member and a charging device that can supply a uniform and stable potential to an object to be charged, can be charged with a DC bias with a simple structure, and are low in manufacturing cost. Objective.
[0021]
It is another object of the present invention to provide an image forming apparatus and a cartridge capable of obtaining an image having no density unevenness over a long period of time by using the charging member or the charging device.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a charging member, a charging device, an image forming apparatus, and a cartridge characterized by the following configuration.
[0023]
  (1) A flexible sheet-like charging member that contacts the member to be charged and applies a voltage to charge the member to be charged, and is arranged independently on the charging surface facing the member to be charged with a space between each other. A plurality of spacers, wherein a gap is formed between the charging surface and the charged body around each spacer in a state where the charging member is in contact with the charged body and a voltage is applied. ,The height is larger than the surface potential creation gapMultiple spacersAnd a plurality of auxiliary spacers whose height is smaller than the surface potential creation gapA charging member, wherein the maximum value of the gap to be formed is not less than the surface potential creation gap and the minimum value of the gap to be formed is not more than the surface potential creation gap.
[0024]
  (2) a conductive part;AboveLaminated on the conductive partAboveIt has a resistance part with higher resistance than the conductive part,AboveThe charging member according to (1), wherein the resistance portion is a charging surface facing the member to be charged.
[0026]
  (3)The area where the spacer and the charging surface are in contact is larger than the area where the spacer and the object to be charged are in contact with each other (1)Or (2)The charging member according to 1.
[0027]
  (4)The spacer isAboveFrom (1) characterized in that it is arranged obliquely with respect to the charged body traveling direction(3)The charging member according to any one of the above.
  (5)An area in which discharge occurs between the charged surface formed around the spacer and the charged body is defined as a surface potential generating discharge area, and the surface potential generating discharge area intersects the traveling direction of the charged body. The spacers are arranged such that when projected in the direction in which the surface potential creation discharge region is projected, the line is a single line in a direction intersecting the charged body traveling direction. From (1)(4)The charging member according to any one of the above.
[0028]
  (6)From (1) above(5)A charging device comprising: the charging member according to claim 1; and a power supply unit that applies a voltage to the charging member.
[0029]
  (7)An image carrier, a charging device for charging the image carrier, information writing means for forming an electrostatic latent image on the charged image carrier, and a developing device for developing the electrostatic latent image as a developer image In the image forming apparatus having a transfer device for transferring the developer image to a recording medium, the charging device is(6)An image forming apparatus comprising the charging device according to claim 1.
[0030]
  (8)The cartridge is detachable from the main body of the image forming apparatus, and includes an image carrier and a charging member for charging the image carrier, and the charging member starts from (1).(5)A cartridge according to any one of the above.
[0031]
<Operation>
A charging member having a charging surface and a plurality of spacers interposed between the charging surface and the member to be charged and forming a gap between the charging surface and the member to be charged is more specifically as a charging member. A large number of independent spacers are arranged on the surface (charged surface) of the conductive sheet.
[0032]
By arranging a plurality of spacers on the charging surface of the charging member surface, a minute gap can be ensured between the charging member and the object to be charged, and as a result, stable contact charging is ensured. In addition, since a gap is formed between the member to be charged and the charging member by the spacer, in the image forming apparatus, it is possible to prevent most of the toner and paper powder from passing through the gap and being fused to the charging member. Is possible. Furthermore, since the toner and paper dust caught on the spacer are separated from the surface potential creating discharge region, the uniform charge formation is not adversely affected.
[0033]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0034]
  <Reference Example 1>
  [I] Image forming apparatus
  Figure 1This example2 is a schematic configuration model diagram of the image forming apparatus of FIG. This image forming apparatus is a transfer-type electrophotographic process, a contact charging type laser beam printer using a charging sheet.
[0035]
  Reference numeral 2 denotes a rotating drum type electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as a photosensitive drum) as an image bearing member (charged member).This exampleThe photosensitive drum 2 is formed by covering the outer peripheral surface of an aluminum drum base 2B with an organic photoconductor (OPC) layer 2A as a photosensitive layer, and the surface thereof becomes a charged surface. The surface to be charged is formed into a gentle convex curved surface. The photosensitive drum 2 is set to have an outer diameter of 30 mm (radius rd is 15 mm) and is rotationally driven in the direction of arrow 100 with a predetermined process speed (circumferential speed).
[0036]
Reference numeral 300 denotes a charging device. The outer peripheral surface of the photosensitive drum 2 rotated by the charging device is uniformly contact-charged to a predetermined polarity potential.
[0037]
  The charging device 300 is a charging member.BandThe contact charging device using the electric sheet 1 will be described in detail in the following section [II].
[0038]
  5 is an exposure apparatus as information writing means,This exampleThen it is a laser scanner. Although not shown in the drawing, the laser scanner 5 includes a laser oscillator that emits laser light based on image information, a polygon mirror that guides the laser light to the surface of the photosensitive drum 2, a lens, a reflection mirror, and the like. An electrostatic latent image corresponding to image information is formed on the photosensitive drum 2 by line scanning of 5-1.
[0039]
  Reference numeral 6 denotes a developing device, which is represented by a developing sleeve in the figure. The electrostatic latent image formed on the surface of the rotating photosensitive drum 2 as described above is converted into a toner image by the developing device 6.(Developer image)As developed.
[0040]
Reference numeral 7 denotes a transfer device, which is represented by a transfer roller in the figure. As described above, the toner image formed on the surface of the rotating photosensitive drum 2 is subjected to predetermined control from the paper feed cassette 11 to the transfer nip portion at the transfer nip portion where the photosensitive drum 2 and the transfer roller 7 are in contact with each other. It is electrostatically transferred to a transfer material P as a recording medium fed at the timing.
[0041]
A transfer material P is stacked and stored in the paper feed cassette 11, and the transfer material P is separated and fed by a pickup roller 12 and fed to a transfer nip portion through a sheet path 13 including a registration roller. The
[0042]
The transfer material that has passed through the transfer nip portion is separated from the surface of the photosensitive drum 2 and introduced into the image fixing device 14, undergoes toner image fixing processing, and forms an image formed product (print, copy) from the paper discharge port 15 through the apparatus main body. It is discharged outside.
[0043]
Reference numeral 8 denotes a photosensitive drum cleaning device, which is represented by a cleaning blade in the figure. The surface of the photosensitive drum 2 after separation of the transfer material is subjected to removal of adhering residues such as transfer residual toner and paper dust by the cleaning device 8, and is used for the next image formation.
[0044]
FIG. 2 shows a process cartridge 16 in which the four process devices of the photosensitive drum 2, the charging sheet 1, the developing device 6, and the cleaning device 8 are detachable and replaceable in the printer body. Reference numeral 16-1 denotes an exposure slit window, through which an output laser beam 5-1 from the laser scanner 5 enters the process cartridge 16 to scan and expose the surface of the photosensitive drum 2. A drum shutter 16-2 is held in a closed state indicated by a two-dot chain line when the process cartridge 16 is detached from the printer, and conceals and protects the surface of the photosensitive drum 2 facing the transfer device 7. . When mounted in the printer main body, the transfer device 7 is held in an open state indicated by a solid line, and the transfer device 7 is opposed to the exposed photosensitive drum surface portion (transfer site) in a predetermined position.
[0045]
Here, the process cartridge is a cartridge in which a charging unit, a developing unit or a cleaning unit and an electrophotographic photosensitive member are integrally formed, and this cartridge can be attached to and detached from the image forming apparatus main body. In addition, at least one of the charging unit, the developing unit, and the cleaning unit and the electrophotographic photosensitive member are integrally formed into a cartridge, and the cartridge can be attached to and detached from the image forming apparatus main body. Further, it means that at least the developing means and the electrophotographic photosensitive member are integrated into a cartridge, and this cartridge can be attached to and detached from the image forming apparatus main body.
[0046]
  [II] Charging device 300
  The charging device 300 is a charging sheet 1 that is a charging member fixedly placed in contact with a photosensitive drum 2 that is a charged body, and a power source that applies a charging voltage to the charging sheet 1.(Power supply part)200.
[0047]
FIG. 3 is a perspective model view looking up at the charging surface side of the charging sheet 1. This charging sheet 1 is obtained by laminating a conductive layer 1-3 serving as a charging surface on a flexible insulating sheet 1-2 (hereinafter referred to as a PET layer) such as PET (polyethylene terephthalate). The layer 1-3 includes an aluminum vapor deposition layer, a conductive plastic layer, a conductive rubber layer, and the like. A large number of spacers 1-1 are disposed on the contact surface of the conductive layer 1-3 on the surface of the photosensitive drum 2 so as to be inclined with respect to the traveling direction of the surface of the photosensitive drum 2 that is a member to be charged.
[0048]
FIG. 4 is a view showing a state in which the charging sheet 1 is in contact with the photosensitive drum 2. An arrow 100 indicates the rotation direction of the photosensitive drum 2, and 101 indicates a conductive support for fixing the charging sheet 1 to a housing of a printer, a copying machine, or a cartridge thereof. The conductive layer 1-3 supported by the PET layer 1-2 which is an insulating sheet is electrically connected to the conductive support base 101 via the conductive tape 1-4, and the tip thereof is connected to the power source 200.
[0049]
A large number of spacers 1-1 are arranged on the contact surface of the conductive layer 1-3 with the photosensitive drum 2, and in the vicinity of the spacer 1-1, the conductive layer 1-3 is reliably separated from the surface of the photosensitive drum 2 by a certain distance. It is kept in a separated state. Further, when a DC bias is applied from the power source 200, the charging sheet 1 is stably formed as shown in FIG. 4 while forming a portion that maintains a certain distance from the photosensitive drum 2 by the Coulomb force. Will be pushed to 2.
[0050]
[III] Contact charging mechanism
Here, the charging mechanism of contact charging will be described taking the case of a charging roller as an example.
[0051]
(1) Gap distance [z (x)] and on-drum position [x]
As shown in FIG. 18, the contact point between the photosensitive drum 2 and the charging roller 9 is set to 0 (0, 0), and the distance from the surface of the charging roller 9 closest to the point xmm downstream on the photosensitive drum 2 is z [x ]. rd is the radius of the photosensitive drum 2.
[0052]
  However, the axial cross-sectional shape of the charging roller 9 has a radius rr (the center of which is on the extension line of the line connecting the contact point 0 between the charging roller 9 and the photosensitive drum 2 and the central point of the photosensitive drum 2).This exampleRr = 7 mm).
[0053]
Then, the following relationship is established between z (x) and x, and the result is shown in the graph of FIG. The vertical axis represents z [x], the horizontal axis represents x, and these units are (mm).
[0054]
z (x) = | rd × exp {xi / rd} − (rd + rr) | −rr (1)
rd: radius of the photosensitive drum 2 (15 mm)
rr: radius of the charging roller (7 mm)
(2) Applied voltage [vq (t, n)]
When the applied voltage [vq (t, n)] (V) is AC, the AC bias applied to the charging roller 9 is expressed as follows.
[0055]
vq (t, n) = 1/2 × vpppsin (2πft (n−1)) + dc (2)
vpp: peak-to-peak voltage of applied bias (1700v)
f: Frequency of applied bias (350 hz)
t: 1 / 4f ... a quarter of one cycle
n: Number of samplings
dc: DC component (600v)
(3) Inter-gap voltage [vgap (x, n)] (V)
The gap voltage [vgap (x, n)] with the charging roller 9 at the point x on the photosensitive drum 2 can be expressed as follows.
[0056]
vgap (x, n) = {vq (t, n) −vs (x−vps × t, n−1)} / {L / (ez (x)) + 1} (3)
vs: surface potential of the photosensitive drum 2
vps: Process speed
L: thickness of photosensitive layer
t: Sampling interval 1 / 4f (1/4 of one cycle)
e: dielectric constant
n: Number of samplings
Here, several typical voltages between the gaps are selected (sampled) and plotted. Here, sampling is performed every quarter of one cycle of the voltage between the gaps. However, since the frequency of the primary charging bias is sufficiently large with respect to the process speed, the surface potential of the photosensitive drum 2 is sufficiently changed at this sampling interval. You can follow. Here, Vps = 12π mm / s, L = 20 μm, and e = 3.0.
[0057]
In vs (x−vps × t, n−1), when n = 1, vs = 0, that is, the surface potential of the photosensitive drum 2 is zero in the initial stage. The gap voltage is shown in the graph of FIG.
[0058]
(4) Corrected Paschen curve [vp (x)]
The corrected Paschen curve at the point x on the photosensitive drum 2 is shown in the graph of FIG.
The vertical axis represents the discharge start voltage vp (x), and the horizontal axis represents x.
[0059]
vp (x) = 312 + 6200z (x) (4)
(5) Inter-gap voltage after discharge [vh (x, n)]
The graph of FIG. 22 shows the result of discharging after overlapping the gap voltage [vgap (x, n)] and the corrected Paschen curve [vp (x)].
[0060]
The vertical axis indicates the gap voltage vh (x, n) after discharge, and the horizontal axis indicates x.
[0061]
In FIG. 22, when the absolute value of the gap gap voltage [vgap (x, n)] is larger than the absolute value of the corrected Paschen curve [vp (x)], discharge is performed at that portion. Then, the gap voltage [vgap (x, n)] decreases to the voltage of the corrected Paschen curve [vp (x)]. This is referred to as a post-discharge gap voltage [vh (x, n)].
[0062]
1) | vg (x, n) | ≦ vp (x)
→ vgp (x, n) = vg (x, n) (5)
2) vg (x, n)> 0
vg (x, n)> vp (x)
→ vgp (x, n) = vp (x) (6)
3) vg (x, n) ≦ 0
vg (x, n) <-vp (x)
→ vgp (x, n) = vp (x) (7)
(6) Surface potential on the photosensitive drum 2 [vs (x, n)]
When the inter-gap voltage [vh (x, n)] after discharge is obtained, the surface potential [vs (x, n)] on the photosensitive drum 2 is calculated using the equation of the inter-gap voltage [vgap (x, n)]. Can be obtained.
[0063]
vs (x, n) = vq (t, n) -vgp (x, n) / {1 / (L / ez (x) +1)} (8)
FIG. 23 shows the surface potential [vs (x, n)] on the photosensitive drum 2. The vertical axis represents vs (x, n), and the horizontal axis represents x.
[0064]
(7) Surface potential on the photosensitive drum 2 after t seconds
[Vs (x−vps × t, n)] (V)
The surface potential generated on the photosensitive drum 2 moves to the right side of the graph by the rotation of the photosensitive drum 2 after t seconds from the state of the graph (7). The surface potential on the photosensitive drum 2 at that time
[Vs (x−vps × t, n)]
Is shown in FIG. The vertical axis represents the surface potential vs. (x−vps × t, n) on the photosensitive drum 2, and the horizontal axis represents x. The moving distance in the x direction is vps × t.
[0065]
The reason why the applied bias is replaced by a pulse bias every 1 / 4f is that the change in the surface potential of the photosensitive drum 2 can be sufficiently followed because the frequency of the primary bias is sufficiently high with respect to the process speed.
[0066]
(8) Simulation result of n = 7
(1) to (7) in FIG. 24 are simulation results of the surface potential [vs (x, n)] on the photosensitive drum 2 when n is changed from 1 to 7. The horizontal line in the figure indicates the voltage applied to the charging roller 9.
[0067]
The vertical axis of the graph represents the surface potential [vs (x, n)] (V) on the photosensitive drum 2, and the horizontal axis represents x (mm). This time, vpp was calculated at 2000v and dc was calculated at 600v.
[0068]
In FIG. 24 (1)... N = 1, the voltage applied from the charging roller 9 to the surface of the photosensitive drum 2 is 1000v0−p + 600v = 1600v, and the photosensitive drum 2 is charged.
[0069]
In the case of (2)... N = 2 in FIG. 24, the applied bias does not exceed Paschen's condition, so no discharge is performed. Just move to the right depending on the process speed.
[0070]
In FIG. 24 (3)... N = 3, the applied voltage becomes −500 V after t seconds. At this time, the gap voltage created by the applied voltage and the drum surface potential partially exceeds the discharge start voltage. As a result, the surface potential on the photosensitive drum 2 changes and further moves to the right according to the process speed.
[0071]
In the case of (4)... N = 4 in FIG. Just move to the right depending on the process speed.
[0072]
In FIG. 24 (5)... N = 5, the applied voltage becomes 1600 v again after t seconds. At this time, the gap voltage created by the applied voltage and the drum surface potential partially exceeds the discharge start voltage. As a result, the surface potential on the photosensitive drum 2 changes. At this time, since the photosensitive drum 2 is rotated at the process speed, sawtooth-like potential spots are generated. Furthermore, it moves to the right according to the process speed.
[0073]
When (6)... N = 6 in FIG. 24, further t seconds later, the applied bias does not exceed Paschen's condition, so no discharge is performed. Just move to the right depending on the process speed.
[0074]
In the case of (7)... N = 7 in FIG. 24, the applied voltage again becomes −400 v after t seconds. At this time, the gap voltage created by the applied voltage and the drum surface potential partially exceeds the discharge start voltage. As a result, the surface potential on the photosensitive drum 2 changes. At this time, since the photosensitive drum 2 is rotated at the process speed, sawtooth-like potential spots are generated. Furthermore, it moves to the right according to the process speed.
[0075]
By repeating the above, a dark portion potential is formed on the photosensitive drum 2.
[0076]
In the case of direct current charging, it can be considered that the applied bias vpp is zero and only the dc voltage is applied. In the case of DC charging, the peak potential of the drum surface potential in FIG. 23 becomes the dark portion potential as it is.
[0077]
Here, the peak potential will be described in detail.
[0078]
  The graph below (1) in FIG. 25 shows the surface potential on the photosensitive drum 2 when a 1 km diameter charging (which may be considered as a substantially flat plate) and a 1450 V DC voltage applied to the photosensitive drum 2 having a roller diameter of 1 mm. It is a plot. The vertical axis of the graph is the surface potential, and the horizontal axis is the distance from the contact position when the position where the charging roller contacts the photosensitive drum 2 is 0 μm.thisFrom the graph, it can be seen that the maximum charging value that is the dark portion potential Vd of the photosensitive drum 2 is about 870 v, and the position on the photosensitive drum 2 at that time is about 135 μm away from the contact position.
[0079]
The upper graph in (1) of FIG. 25 is a graph showing the distance on the drum and the gap distance between the charging roller and the photosensitive drum 2.
[0080]
The vertical axis represents the distance between the gaps, and the horizontal axis represents the distance from the drum upper contact position, as in the lower graph of FIG. From this graph, it can be seen that the gap-to-gap distance at the point (about 135 μm) on the drum where the dark potential is created is about 20 μm. Similarly, it can be seen that the distance between the gaps that cannot be discharged when it is too close is about 3 μm, and the distance between the gaps that cannot be discharged when it is too far is about 180 μm.
[0081]
In the figure, the gap that cannot be discharged when it is further widened is the upper limit of dischargeable gap 1-101, the gap that can be discharged when it is narrower than this is lower limit of dischargeable gap 1-102, and the gap that becomes the maximum potential when a DC bias is applied. Is defined as a surface potential creation gap 1-100.
[0082]
  (2) in FIG. 25 is a plot of the surface potential on the photosensitive drum 2 when a DC voltage of 1450 V is applied to the charging roller having a diameter of 14 mm and the photosensitive drum 2 having a diameter of 30 mm. The vertical axis of the graph is the surface potential, and the horizontal axis is the distance from the contact position when the position where the charging roller contacts the photosensitive drum 2 is 0 μm.thisFrom the graph, it can be seen that the maximum charging value that is the dark portion potential Vd of the photosensitive drum 2 is about 870 v, and the position on the photosensitive drum 2 at that time is about 420 μm away from the contact position.
[0083]
The upper graph of (2) in FIG. 25 is a graph showing the distance on the drum and the gap distance between the charging roller and the photosensitive drum 2.
[0084]
The vertical axis represents the distance between the gaps, and the horizontal axis represents the distance from the drum upper contact position, as in the lower graph of FIG. From this graph, it can be seen that the surface potential creation gap at the point (about 420 μm) on the drum where the dark portion potential is created is also about 20 μm. Similarly, it can be seen that the lower limit of the dischargeable gap is about 3 μm and the upper limit of the dischargeable gap is about 180 μm.
[0085]
  The graph below (3) in FIG. 25 shows the surface potential on the photosensitive drum 2 when a DC voltage of 1450v is applied to the photosensitive drum 2 having a diameter of 4 mm and a photosensitive drum 2 having a roller diameter of 1 km (which can be considered as a substantially flat plate). It is a plot. The vertical axis of the graph is the surface potential, and the horizontal axis is the distance from the contact position when the position where the charging roller contacts the photosensitive drum 2 is 0 μm.thisFrom the graph, it can be seen that the maximum charging value that is the dark portion potential Vd of the photosensitive drum 2 is about 870 v, and the position on the photosensitive drum 2 at that time is about 135 μm away from the contact position.
[0086]
The upper graph of (3) in FIG. 25 is a graph showing the distance on the drum and the distance between the gap between the charging roller and the photosensitive drum 2.
[0087]
The vertical axis represents the distance between the gaps, and the horizontal axis represents the distance from the drum contact position, as in the lower graph of FIG. From this graph, it can be seen that the surface potential creation gap at the point (about 135 μm) on the drum where the dark portion potential is created is also about 20 μm. Similarly, it can be seen that the lower limit of the dischargeable gap is about 3 μm and the upper limit of the dischargeable gap is about 180 μm.
[0088]
From the above, in the contact charging, the charging can be most efficiently performed by setting the charging surface of the charging member to the position (about 20 μm) in the surface potential creation gap 1-100. However, since it is difficult to guarantee the gap accuracy, if the charging surface of the charging member is arranged so as to cross the upper limit of the dischargeable gap and the lower limit of the dischargeable gap, charging is possible, and charging to the dark part potential can be performed efficiently. Is possible.
[0089]
  [IV] Detailed description of charging member 1
  3 and 4, reference numeral 1-1 denotes a spacer as described above, and the traveling direction of the surface of the photosensitive drum 2 that is a member to be charged.(Direction of charged body)In order to keep the gap between the conductive layer 1-3 and the photosensitive drum 2 constant, a large number of them are arranged obliquely. This is an insulating ink produced by printing using an ink jet printer. The conductive layer 1-3 is formed by depositing 2000 mm of aluminum on an insulating sheet 1-2 such as PET having a thickness of 25 μm.
[0090]
FIG. 4 shows a state in which the charging member (charging sheet) 1 is brought into contact with the photosensitive drum 2. The photosensitive drum 2 rotates in the direction of the arrow 100. The conductive layer 1-3 of the charging member 1 is supported by the holding unit 101 via the conductive tape 1-4. The holding unit 101 is made of aluminum and is connected to the power source 200.
[0091]
  FIG. 5 shows an enlarged view of a portion where the charging member 1 is in contact with the photosensitive drum 2. In the above configuration, when a DC bias is applied from the power supply to the conductive layer 1-3, the substrate of the photosensitive drum 2 is grounded, so that the charging member 1 is attracted to the photosensitive drum 2 by Coulomb force. As a result, the conductive layer 1-3 contacts the surface of the photosensitive drum 2, but the height of the spacer 1-1 is about 20 of the surface potential creation gap.μmSince the higher 50 μm and the diameter are set to 30 μm, the surface potential creation gap 1-100 is surely formed around the spacer 1-1. That is, the maximum value of the gap formed by the spacer 1-1 is not less than the surface potential creation gap and the minimum value is not more than the surface potential creation gap. If the spacer 1-1 is not provided, the conductive layer 1-3 is in close contact with the photosensitive drum 2, and a portion below the lower limit of the dischargeable gap 1-102 occurs, which causes charging failure.
[0092]
The state of charging at this time will be described with reference to FIG. Reference numeral 3 denotes dust that has passed through the cleaner 8 and caught on the spacer 1-1. Reference numeral 3-1 denotes toner, and 3-2 denotes paper dust. When the dust 3 gathers on the upstream and downstream sides of the spacer 1-1 with respect to the drum rotation direction and blocks the surface potential creating discharge region 1-300, charging failure occurs at that portion. However, the dust 3 hardly adheres to both sides and the back of the spacer 1-1, and the surface potential generating discharge region 1-300 is located away from the spacer 1-1, so that it is not blocked by the dust 3. . Even if the surface potential generating discharge region 1-300 around one spacer 1-1 is blocked by the dust 3 due to durability, the surface potential generating discharge region 1-300 of the spacer 1-1 downstream or upstream has a function. If fulfilled, the surface potential of the photosensitive drum 2 is normally charged. Incidentally, although the discharge region is wider than the surface potential generating discharge region 1-300, since the surface potential does not reach the dark portion potential (Vd), the surface potential generating discharge region 1- is charged to charge the uniform dark portion potential (Vd). It is important not to block 300 with dust 3.
[0093]
  By the way,This exampleIn this case, the charging member 1 has a width of 10 mm, and the photosensitive drum 2 is charged by passing under the charging member 1. If there is a place where the region 1-300 is not obstructed by the dust 3, the surface on the photosensitive drum 2 passing therethrough is charged to a normal dark portion potential. In other words, the charging member 1 brings all the surface potential creation discharge regions 1-300 in the longitudinal direction to one side, and if it is connected to one line, the other part of the charging member 1 (including upstream and downstream). No matter how dirty it is, it can be charged to the dark potential.
[0094]
This is shown in FIG. The photosensitive drum 2 moves from the left to the right in the figure. 4 represents the surface potential of the photosensitive drum, 4-1 represents a poorly charged portion, and 4-2 represents a Vd charged portion. As is clear from this figure, no matter how much dust 3 is in the upstream or downstream, once charged to the dark part potential, the potential does not change, so the one-side Vd charged part 4-2 is formed on the right side of the figure. It is.
[0095]
As can be seen from FIG. 5, the advantage is that the main charged portion is a little away from the spacer 1-1, and there is no trigger for the dust 3 to stay there. 1-300 is guaranteed. Even if some of the spacers 1-1 are completely blocked by the dust 3 to cause charging failure, the overwhelming majority of the surface potential creating discharge regions 1-300 around the spacers 1-1 are Therefore, stable charging can be ensured by the presence of a large number of spacers 1-1.
[0096]
This is because corona charging, which causes charging failure when dust adheres to the discharge wire even at one place, and the surface potential generating discharge region 1-300 is narrow and inevitably becomes dust 3 in the surface potential generating discharge region 1-300. This is fundamentally different from blade charging, brush charging, and sheet charging in which the gap distance is unstable.
[0097]
  aboveThis exampleTo the configurationOhHowever, after 50,000 sheets (A4 size paper) were endured, it was confirmed that a stable image without charging failure was output.
[0098]
Here, the difference from brush charging will be described in more detail with reference to FIG. In the figure, reference numeral 17 denotes a tip portion of the charging brush. As is apparent from this figure, in the case of brush charging, the tip of the brush, which is the charging surface, is always in contact with the photosensitive drum 2. As a result, the dust 3 such as the toner 3-1 that has passed through the cleaning blade enters the surface potential creation gap 1-100 on the charged surface, resulting in poor charging.
[0099]
  Against thisAndThe spacer 1-1 in contact with the photosensitive drum 2 may be charged slightly if the resistance is low, but basically exists for the function of creating a gap between the charging surface and the photosensitive drum 2, and the charging surface is a spacer. It exists in a place away from 1-1. As a result, even if the durability is increased, the charging ability of the charging member 1 of the present invention does not decrease.
[0100]
  <Reference Example 2>
  Figure 9 shows the otherExampleIndicates.This exampleIs a charging member characterized in that the charging surface is composed of a resistance portion having a higher resistance than the conductive portion. That is, in the figure, reference numeral 1-5 denotes a high resistance layer which is a charged surface having a volume low efficiency of 10 to the 10th power Ωcm and a thickness of 20 μm. If the volume resistivity of the layer 1-5 was 10 6 to 10 11 Ωcm, no leakage occurred even if there was a pinhole in the photosensitive drum 2.
[0101]
At this time, the spacer 1-1 is not limited to an insulating one, and may have a resistance of about 10 10 Ωcm or more.
[0102]
With such a configuration, even if there is a pinhole in the photosensitive drum 2, it is possible to prevent the risk of discharging at the spacer 1-1 portion. In addition, the spacer 1-1 may be conductive as long as the resistance of the high resistance layer 1-5 can be set high to some extent and pinhole discharge can be prevented.
[0103]
  <Example 1>
  In this embodiment, in addition to a spacer whose height is larger than the surface potential creation gap, the charging member has a plurality of auxiliary spacers whose height is smaller than the surface potential creation gap.Is.
[0104]
FIG. 10 shows a case where an auxiliary spacer 1-1-1 whose height is smaller than the surface potential creation gap is installed between the spacer 1-1 and the spacer 1-1, whose height is larger than the surface potential creation gap. By installing this auxiliary spacer 1-1-1, the inclination of the charging surface becomes gentle and the surface potential creating discharge region 1-300 can be expanded. As a result, it became possible to charge a wider area to the dark part potential, and to withstand poor charging due to dust 3 due to durability.
[0105]
  <Example 2>
  FIG. 11 shows another embodiment. In this embodiment, the area formed by the spacer and the charged surface (the area where the spacer and the charged surface are in contact) is larger than the area formed by the spacer and the charged body (the area where the spacer and the charged body are in contact). The charging member is characterized. 1-1-2 is a hemispherical spacer in which the contact portion of the photosensitive drum 2 of the spacer is rounded.
[0106]
FIG. 12 is a cross-sectional view when it is in contact with the photosensitive drum 2. By adopting such a shape, the dust 3 such as the toner 3-1 and the paper powder 3-2 can easily pass through the spacer 1-1-2, and the surface potential creating discharge region 1-300 is less likely to be blocked. . As a result, even in durability, a further effect on charging failure caused by dust was recognized.
[0107]
  <Example 3>
  FIGS. 13 and 14 are diagrams showing examples of spacers 1-1-3 and 1-1-1-4 having other shapes, respectively.
[0108]
The spacer 1-1-3 in FIG. 13 is configured to contact the photosensitive drum 2 at one side of the triangular prism. The area formed by the spacer and the charging surface is larger than the area formed by the spacer and the member to be charged. As the spacer, a conical shape may be used, but in the conical shape, the contact portion of the photosensitive drum 2 is easily scraped due to durability. As a result, it is difficult to keep the distance between the gaps constant, so that the side of the triangular prism is brought into contact with the photosensitive drum 2 as shown in the figure. As a result, even after the endurance, there was little variation between the gaps due to the scraping of the spacer 1-1-3.
[0109]
In FIG. 14, the spacer 1-1-4 has a mountain shape toward the upstream in the rotation direction. The area formed by the spacer and the charging surface is larger than the area formed by the spacer and the member to be charged. In this case, there is an advantage that the dust 3 staying in the spacer 1-1-4 gradually moves along the spacer 1-1-4 due to durability, and is finally shaken off from the spacer 1-1-4.
[0110]
  <Example 4>
  In the present invention, the applied voltage may be an alternating current. The Coulomb force with respect to the photosensitive drum 2 is strongest when the AC electric field has an upper peak and a lower peak. At this time, the charging member is most strongly attracted to the photosensitive drum 2 by the Coulomb force. At this time, the conductive layer 1-3 is supported by the spacer 1-1, and the surface potential creation gap 1-100 is reliably created, which is the same as in the case of applying a DC bias. There is also an advantage that dust 3 can be shaken off even if it stays around spacer 1-1.
[0111]
The charging member and the charging device according to the present invention are not limited to the charging process of the image carrier of the image forming apparatus of the embodiment, and are naturally effective as the contact charging means for the charged body.
[0112]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing a large number of surface potential creating discharge regions 1-300 that are not affected by the dust 3 by the spacer 1-1, the charging member 1 that maintains stable charging ability even after durability is provided. I was able to do it. The effects are summarized below.
1; stable charging ability can be obtained even if dust adheres to the charging member 1.
[0113]
2; Dust is easy to slip through and has excellent durability
3: Leak discharge does not occur even if the drum (charged body) has a pinhole.
[0114]
4; The structure of the charging member 1 is simple and the manufacturing cost is low.
[0115]
5: Space saving around charging can be achieved, and a more compact cartridge can be designed.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]Reference example 1Schematic configuration model diagram of image forming apparatus
[Figure 2] Process cartridge model diagram
FIG. 3 is a perspective model view of a charging sheet.
FIG. 4 is a schematic diagram of a charged sheet in contact with the photosensitive drum surface.
FIG. 5 is a functional explanatory diagram of a charging sheet (part 1).
FIG. 6 is a functional explanatory diagram of a charging sheet (part 2).
FIG. 7 is a functional explanatory diagram of a charging sheet (part 3).
FIG. 8 is a functional explanatory diagram of a charging brush and a charging sheet.
FIG. 9Reference example 2Model diagram of the charging sheet
FIG. 10Example 1Model diagram of the charging sheet
FIG. 11Example 2Model diagram of the charging sheet in the model (Part 1)
FIG.Example 2Model diagram of the charged sheet in the model (Part 2)
FIG. 13Example 3Model diagram of the charging sheet in the model (Part 1)
FIG. 14Example 3Model diagram of the charged sheet in the model (Part 2)
FIG. 15 is an explanatory diagram of a conventional example (part 1).
FIG. 16 is an explanatory diagram of a conventional example (part 2)
FIG. 17 is an explanatory diagram of a conventional example (part 3)
FIG. 18 is a diagram for explaining the mechanism of contact charging (part 1).
FIG. 19 is a diagram for explaining the mechanism of contact charging (part 2).
FIG. 20 is an explanatory diagram of the mechanism of contact charging (part 3).
FIG. 21 is a diagram for explaining the mechanism of contact charging (part 4).
FIG. 22 is an explanatory view of the mechanism of contact charging (part 5).
FIG. 23 is a diagram for explaining the mechanism of contact charging (part 6).
FIG. 24 is a diagram for explaining the mechanism of contact charging (part 7).
FIG. 25 is an explanatory view of the mechanism of contact charging (Part 8).
[Explanation of symbols]
1 Charging member
1-1 Spacer
1-2 Insulation sheet
1-3 Conductive layer
1-100 Surface potential creation gap
1-101 Upper limit of dischargeable gap
1-102 Lower discharge gap limit
1-200 Discharge area
2 Photosensitive drum
3 dust
3-1 Toner
3-2 Paper dust
4 Photosensitive drum surface potential
5 Exposure means
6 Development sleeve
7 Transfer roller
8 Cleaning blade
9 Charging roller
10 Charging blade
N Nip contact position

Claims

A flexible sheet-like charging member that contacts the member to be charged and applies a voltage to charge the member to be charged, and is a plurality of members that are independently arranged at intervals on the charging surface facing the member to be charged. a spacer, said charging member forms a gap between the charged surface around the individual spacer and said member to be charged in the state where the voltage is in contact with the member to be charged is applied, the height Has a plurality of spacers whose height is larger than the surface potential creation gap and a plurality of auxiliary spacers whose height is smaller than the surface potential creation gap, the maximum value of the gap to be formed is greater than or equal to the surface potential creation gap, and the minimum value of the gap to be formed Is a surface potential creation gap or less.

2. The charging according to claim 1, further comprising a conductive portion and a resistance portion stacked on the conductive portion and having a higher resistance than the conductive portion, wherein the resistance portion is a charging surface facing the charged body. Element.

The charging member according to claim 1 or 2 , wherein an area where the spacer and the charging surface are in contact with each other is larger than an area where the spacer and the charged body are in contact with each other.

The charging member according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the spacer is arranged obliquely with respect to the member to be charged traveling direction.

An area in which discharge occurs between the charged surface formed around the spacer and the charged body is defined as a surface potential generating discharge area, and the surface potential generating discharge area intersects the traveling direction of the charged body. The spacers are arranged such that when projected in the direction in which the surface potential creation discharge region is projected, the line is a single line in a direction intersecting the charged body traveling direction. the charging member according to claim 1 any one of four.

A charging device for the charging member according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a power supply unit for applying a voltage to the charging member.

An image carrier, a charging device for charging the image carrier, information writing means for forming an electrostatic latent image on the charged image carrier, and a developing device for developing the electrostatic latent image as a developer image An image forming apparatus having a transfer device for transferring the developer image to a recording medium, wherein the charging device is the charging device according to claim 6 .

6. A cartridge which is detachable from an apparatus main body of an image forming apparatus, and includes an image carrier and a charging member for charging the image carrier, and the charging member is any one of claims 1 to 5. A charging member according to claim 1.