JP4886121B2 - 帯電部材、帯電装置、画像形成装置及びカートリッジ - Google Patents

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

Claims (8)

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。
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請求項１に記載の帯電部材。
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請求項１又は２に記載の帯電部材。
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請求項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請求項１から４の何れか１つに記載の帯電部材。
6. 請求項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。
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、前記帯電装置が請求項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。
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、前記帯電部材が請求項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。

Images