JP2561400B2 - 電子写真装置及びこの装置に着脱可能なプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真感光体のよう
な被帯電体に接触して被帯電体を帯電（除電も含む）す
る帯電装置及び帯電装置を有するプロセスカートリッジ
又は画像形成装置に関する。

【０００２】［背景技術］電子写真装置のような画像形
成装置においては、被帯電体である電子写真感光体表面
に帯電部材である導電性のローラあるいはブレードを接
触させて両者間に直流電圧と交流電圧とを重畳した振動
電圧を印加して振動電界を形成して感光体の帯電を行う
帯電装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとしている問題点】このような帯電
装置では、振動電界によって、帯電音と呼ばれる音が発
生するという問題がある。

【０００４】この現象は、次のようなメカニズムで発生
することが分かった。

【０００５】振動電界が加わると、電子写真感光体と帯
電部材の間に、静電気力によって引力が働き、振動電圧
の最大の部分と最小の部分ではお互いの引き合う力が大
きくなり、帯電部材の変形によって帯電部材は電子写真
感光体に引き付けられ、振動電圧の中央（振動中心）で
はお互いの引き合う力が小さくなるため、帯電部材の変
形の回復力によって、電子写真感光体と帯電部材は離れ
ようとする。そのため印加された振動電圧の２倍の周波
数で振動しあう。

【０００６】また帯電部材と電子写真感光体は、お互い
に摩擦し合って移動するが、静電気力によって引力が働
き、振動電圧の最大の部分と最小の部分ではお互いの引
き合う力が大きくなった時は、帯電部材は電子写真感光
体に引き付けられ、お互いの移動にブレーキがかかり、
振動電圧の振動中心ではお互いの引き合う力が小さくな
るため、ブレーキがなくなる。そのためにあたかも濡れ
たガラスを指でこすった時のようにスティックスリップ
による振動も発生する。この振動も印加した周波数の２
倍の周波数で発生する。

【０００７】これらの振動は電子写真感光体の長手方向
（母線方向）には同位相で帯電部材との間で振動電圧に
よって強制振動を起こしているもので、長手方向には節
も腹もなく円周方向に振動を起こしている。例えば特開
平３−４５９８１号公報のように感光体ドラムの長さ方
向の共振を防ぐために複数の振動阻害物を接着剤で接着
することが知られているが上記振動はこれとは全く別の
現象である。また、実公平２−３８２８９号公報のよう
に電子写真感光体の金属性薄肉ドラムの内部に発泡体を
充填して高い熱容量と機械的強度を持たすことが知られ
ているが、内部に発泡体を充填しても強制振動の制動効
果がないために振動は止められない。

【０００８】既述したように感光体と帯電部材との間に
振動電圧を印加したときの振動により帯電音と呼ぶ音が
発生する。帯電音は印加される振動電圧の２倍の周波数
を基本とし発生するため、例えば振動電圧が３００Ｈｚ
の交流電圧を含んでいれば６００Ｈｚの音が出る。その
他に、その整数倍の高周波成分と、まれに印加した周波
数とその整数倍の成分も観測されることもある。

【０００９】この音は帯電部材と電子写真感光体との当
接部から直接音となって発せられる空気音と呼ばれるも
ののほかに、電子写真感光体の振動が、感光体を備え画
像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジ内や、画
像形成装置の中に伝わり、そこで音に変換される固体音
と呼ばれるものがあり、全体としては後者の方が大き
い。

【００１０】帯電音は図８に示すように印加される周波
数にも依存し、２００Ｈｚ以下では、聴感上も測定上で
もさほど大きくないが、それ以上では聴感上は周波数に
比例して大きくなり、測定上ではＪＩＳＡ測定で、１０
００〜１５００Ｈｚ迄はいくつかの電子写真感光体の共
振と思われる山谷を持ちながら増加してゆき、１５００
Ｈｚ以上では徐々に低下して行く。

【００１１】接触帯電では振動電界によるサイクルマー
クが発生するため、感光体のプロセススピード（移動周
速度）が早くなればそれに応じて高い帯電周波数が必要
となる。また、レーザービームプリンタのようにデジタ
ルで画像を記録するときは、サイクルマークと、デジタ
ル画像の繰り返し周波数によるモアレが発生するため、
それを避けて更に高い周波数に設定する必要がある。そ
のため帯電音も大きくなる。

【００１２】また、帯電装置を入れる画像形成装置も小
型化の要求が強く、帯電装置又はそれを組み込んだプロ
セスカートリッジから発せられる帯電音が画像形成装置
内で吸収あるいは消音されずに出て行く。そのため画像
形成装置から発せられる帯電音も大きくなり、使用環境
の保護の点からも好ましくない。

【００１３】［発明の目的］本発明は、上記の問題点に
鑑み成されたものであり、その目的は、帯電音を防止し
た帯電装置及びプロセスカートリッジ及び画像形成装置
を提供することである。

【００１４】本発明の他の目的は像担持体のような被帯
電体の変形を抑え変形による振動を防止した帯電装置及
びプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供するこ
とである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば電子写真装置に着脱可能なプロセスカ
ートリッジであって、電子写真感光ドラムと、この感光
ドラムに接触し前記感光ドラムとの間に振動電圧が印加
され前記感光ドラムを帯電する帯電部材を有するプロセ
スカートリッジにおいて、前記感光ドラムの比重量ρ
（有効帯電領域部重量（ｇ）／断面積（ｃｍ² ）／有効
帯電領域長さ（ｃｍ））と前記振動電圧の周波数ｆ（Ｈ
ｚ）との間に ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（２００≦ｆ≦３５０Ｈｚ） ρ≧４．０×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ） ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ） なる関係があり、前記感光ドラムの質量は、その長手方
向端部よりも前記長手方向中央部の方が大きいことを特
徴とするものである。

【００１６】また、本発明によれば電子写真感光ドラム
と、この感光ドラムに像を形成する像形成手段と、前記
感光ドラムに接触し前記感光ドラムとの間に振動電圧が
印加されて前記感光ドラムを帯電する帯電部材を有する
電子写真装置において、前記感光ドラムの比重量ρ（有
効帯電領域部重量（ｇ）／断面積（ｃｍ² ）／有効帯電
領域長さ（ｃｍ））と前記振動電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）
との間に ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（２００≦ｆ≦３５０Ｈｚ） ρ≧４．０×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ） ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ） なる関係があり、前記感光ドラムの質量は、その長手方
向端部よりも前記長手方向中央部の方が大きいことを特
徴とするものである。

【００１７】

【００１８】

【実施例】図１は本発明の第１の実施例である接触帯電
装置を有するプロセスカートリッジの略断面図であり、
本実施例では接触帯電装置として導電性のローラ２（以
下帯電ローラという）を用い、電子写真感光体としては
接地に接続したＡｌ、鉄、ステンレス製等の円筒シリン
ダ１ｂ上に厚さ２０μｍの有機光導電体（以下ＯＰＣと
いう）層１ａを塗布した感光体ドラム１を用いている。

【００１９】本実施例のプロセスカートリッジはレーザ
・ビーム・プリンタ用のプロセスカートリッジとして構
成されており、感光体ドラム１に接触する帯電ローラ２
には特開昭６３−１４９６６９号公報に記載された帯電
法を用い−５００〜−７００Ｖの直流電圧とピーク間電
圧が１６００〜２０００Ｖのサイン波形の交流電圧を重
畳した振動電圧を電源Ｅにより印加することで感光体ド
ラム１と帯電ローラ２との間に振動電界が形成され、感
光体ドラム１を所定の電位に帯電させる。感光体ドラム
１は赤外に増感されたＯＰＣを用いておりレーザー光
（不図示）が照射されることにより、その部分の電位が
低下し所望の静電潜像が得られる。現像器３は１成分の
負帯電磁性トナーを用いたいわゆるジャンピング現像法
による反転現像を行い静電潜像の電位が低下した部分を
可視化する。感光ドラム１上のトナー像が転写材に転写
された後カウンタブレード方式を採用したクリーナ４に
よって転写後の残留トナーを清掃しクリーナ容器４ａ内
にトナーを回収する。以上のユニットがプロセスカート
リッジとしてまとまって構成されており、レーザビーム
プリンタ本体に対して着脱自在となっている。しかしな
がら、プロセスカートリッジは少なくとも感光ドラム１
と帯電ローラ２とを備えていれば良い。

【００２０】本構成のカートリッジにおいて従来例で述
べた帯電音を解決すべく鋭意検討した結果、感光体ドラ
ム１の比重量（定義は後述する）と、帯電ローラ２と感
光体ドラム１間に印加する振動電圧の周波数に帯電音が
強い相関があることがわかり両者の関係を規定すること
で効果的に帯電音を防止できることがわかった。

【００２１】実験１ 図２のグラフはプロセスカートリッジ単体の感光ドラム
１を回転させながら、帯電ローラ２にサイン波形を有す
る交流電圧を印加し、この時周波数をかえてプロセスカ
ートリッジから発生する帯電音の測定を行った結果を示
す。帯電音の測定は無響室において図３に示すようにプ
ロセスカートリッジのクリーナ部から５０ｃｍ離れたポ
イントにおいて普通騒音計（ＮＬ−０２リオン社製）３
１を用い帯電音の音圧の測定（Ａ特性で測定）を行っ
た。使用した帯電ローラ２は６ｍｍの直径をもつ芯金
（丸棒）上に厚さ３ｍｍの導電性のＥＰＤＭ（エチレン
プロピレンジエンの３元共重合体）を弾性層とし、その
上にカーボンを分散させたナイロン層を２０μｍ厚で設
けローラー硬度は６０度（アスカーＣ硬度計を用い１ｋ
ｇ荷重時の値）、ローラ抵抗は１０⁵〜１０⁶Ω（感光体
ドラム１と同寸法のＡｌからなる円筒シリンダー上に帯
電ローラ２の両端に各々５００ｇの荷重を加え帯電ロー
ラ２に３００Ｖの直流電圧を印加した時にＡｌシリンダ
ーに流れる電流を測定して求める。）の間にあるものを
使用した。また、帯電ローラ２に印加する交流電圧はピ
ーク間電圧が２０００Ｖのサイン波を用い、これに−６
００Ｖの直流電圧を重畳した。感光ドラム１の回転時の
ドラム周速は５０ｍｍ／ｓｅｃとした。また感光体ドラ
ム１はＯＰＣ層が２０μｍ厚に塗布されておりＡｌシリ
ンダーの直径は３０ｍｍとした。

【００２２】図２のグラフはこのときの感光ドラム１回
転時のみ（電圧は印加していない）の音圧と、さらに帯
電ローラ２に上記交流電圧と直流電圧との重畳電圧を印
加したときの音圧との差を縦軸で表示している。尚、カ
ートリッジの感光ドラム回転時のみの音圧は４５ｄＢで
あった。本発明者の検討によると上記音圧の差が４ｄＢ
以下ならば帯電音が気にならない（複数の被験者のパネ
ルテストによる）という結果を得ており、その結果にも
とづいて帯電音防止の効果を判断した。

【００２３】図２グラフの実線ａは感光体ドラムのＡｌ
シリンダーの肉厚が０．６ｍｍのもの、実線ｂはＡｌシ
リンダーの肉厚が０．８ｍｍのもの、実線ｃはＡｌシリ
ンダーの肉厚が１．０ｍｍのもの、実線ｄはＡｌシリン
ダーの肉厚が１．５ｍｍのもの、実線ｅはＡｌシリンダ
ーの肉厚が２．０ｍｍのもの、実線ｆはＡｌシリンダー
の肉厚が３．０ｍｍのもの、の帯電の振動電圧の周波数
と音圧の関係を示している。このグラフから、各Ａｌシ
リンダーの肉厚に対して帯電音が気にならない周波数は
表１のようになる。

【００２４】

【表１】

【００２５】図２のグラフ及び表１から感光体ドラム１
のＡｌシリンダーの厚みが３ｍｍ以上ならば、どの周波
数領域にわたっても帯電音は防止できること、Ａｌシリ
ンダーの厚みが３ｍｍ以下でも帯電周波数の値によって
帯電音を防止できる領域があることがわかる。

【００２６】実験２ 実験１と同様の実験をＡｌシリンダーの直径が６０ｍｍ
の感光体ドラムを有するカートリッジを用いて行った。
このとき感光体ドラムの直径以外は実験１と同様なので
説明は省略する。図４のグラフは帯電周波数をかえたと
き、Ａｌシリンダーの肉厚の異なる感光体ドラムに対し
て帯電音がどのような大きさになるかを示したグラフで
ある。実線ａは感光体ドラムのＡｌシリンダーの肉厚が
０．８ｍｍのもの、実線ｂはＡｌシリンダーの肉厚が
１．０ｍｍのもの、実線ｃはＡｌシリンダーの肉厚が
１．５ｍｍのもの、実線ｄはＡｌシリンダーの肉厚が
２．０ｍｍのもの、実線ｅはＡｌシリンダーの肉厚が
３．０ｍｍのもの、実線ｆはＡｌシリンダーの肉厚が
５．０ｍｍのものを示す。このグラフから各Ａｌシリン
ダーの肉厚に対して帯電音が気にならない周波数は表２
のようになる。

【００２７】

【表２】

【００２８】図４のグラフ及び表２の結果より、直径６
０ｍｍのＡｌシリンダーにおいても前記実験１と同様な
ことがいえる。実験１及び実験２の結果から帯電音に対
しては単に感光体ドラムのＡｌシリンダーの肉厚だけで
なく、その断面積との相関が予想される。そこで実験
１、２の結果から感光体ドラムの比重量（（感光体ドラ
ム断面積、即ちＡｌシリンダ外径の円の面積ｃｍ²）×
（感光体ドラム単位長さｃｍ）当りの重量（ｇ））と帯
電音が気にならない帯電周波数との関係を図５に示すグ
ラフにプロットする。ここで、感光ドラムの感光層はそ
れを支持するシリンダに比べて比重量は無視し得るほど
小さいので感光層の比重量は無視している。従って、感
光ドラムの比重量は、感光層を支持する部材の比重量と
している。このとき感光体ドラムのＡｌシリンダーの肉
厚と比重量の関係は表３に示す。

【００２９】

【表３】

【００３０】上記表３により比重量ρはＡｌシリンダー
の外径をＤ（ｃｍ）肉厚をｔ（ｃｍ）比重を２．７（ｇ
／ｃｍ³）としたとき ρ＝｛（Ｄ／２）²−（Ｄ／２−ｔ）²｝・２．７／（Ｄ
／２）²であらわされる。

【００３１】図５のグラフからわかるようにある帯電周
波数ｆ（Ｈｚ）のもとで帯電音が気にならなくなるため
の感光体ドラムの支持部材であるＡｌシリンダーの比重
量ρ（ｇ／ｃｍ³）の関係はほぼ直線で近似でき、下記
の関係式であらわされる。 ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（ｆ≦３５０Ｈｚ）…直線１ ρ≧４×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ）…直線２ ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ）

【００３２】このうち聴感上気になるのは２００Ｈｚ以
上の領域であるため上記式はとくに２００Ｈｚ以上の帯
電周波数で有効である。なお、帯電周波数が１５００Ｈ
ｚ以上では感光体ドラムの比重量が一定値以上でよい理
由については以下に説明をする。

【００３３】図２、図４のグラフからわかるように帯電
周波数が１５００Ｈｚ以上になると帯電音の音圧は増加
せず、場合によっては低下する傾向もあることがわか
る。このような領域においては、単に音圧レベルであら
わされる数値以上に聴感上の不快感が増すことがわかっ
ている。そこで音圧レベルだけでなく帯電音が不快に感
じるかどうかという実験を行ったところ（前記実験例と
同様の複数の被験者によるパネルテスト）１５００Ｈｚ
以上の帯電周波数では１５００Ｈｚの帯電周波数での帯
電音を抑えることのできる比重量を感光体ドラムが有し
ていれば帯電音を不快と感じないことがわかった。

【００３４】図６は上述した帯電周波数ｆと感光ドラム
の比重量ρとの条件をみたすプロセスカートリッジを適
用するレーザー・ビーム・プリンター６１の概略図であ
る。

【００３５】感光体ドラム１上に帯電ローラ２によって
一様帯電を行い、次にレーザースキャナ６２によって画
像信号に応じてラスタースキャンし像露光する。これに
より静電潜像がつくられ、その静電潜像は現像器３で露
光により電位が減衰した部分をトナーにより反転現像さ
れる。現像されたトナー画像は転写ローラ６６により転
写材に転写される。転写材はカセット６３に収められて
おり、給紙ローラ６４によって１枚ずつ給送される。ホ
ストコンピュータからプリント信号が送られると、給紙
ローラ６４により給紙が行われ、タイミングローラ６５
によって画像信号と同期をとって転写ローラ６６で転写
材上にトナー像が転写される。転写ローラ６６は導電性
の弾性体からなり感光体ドラム１と転写ローラ６６で形
成されるニップ部で転写バイアス電界によって静電的に
転写が行われる。画像が転写された転写材は定着器６７
で定着され、排紙ローラ６８で送られ排紙トレイ６９に
排出される。一方転写残りのトナーはクリーナ４でブレ
ードによりクリーニングされる。

【００３６】このようなレーザー・ビーム・プリンタ６
１で帯電ローラ２にピーク間電圧が２０００Ｖ、周波数
が各々４００Ｈｚ、８００Ｈｚの交流電圧を印加した。

【００３７】このとき直径３０ｍｍのＡｌシリンダーで
前記の関係式をみたす肉厚を有する感光体ドラム１を用
い（具体的には帯電周波数が４００ＨｚならばＡｌシリ
ンダーの肉厚を１．５ｍｍ、８００Ｈｚのときには２．
０ｍｍ）としたところレーザー・ビーム・プリンタの機
外へもれる帯電音はほとんど聞こえなかった。

【００３８】このようにカートリッジ単体で前記条件を
みたしていれば、それをレーザー・ビーム・プリンタに
適用した場合、帯電音の発生源を抑えているため帯電音
がプリンタ内で増幅されたりすることもほとんどなく帯
電音としてプリンターの機外へもれることはない。従っ
て電子写真プリンターの外装等の構成が異なっていても
本発明によるプロセスカートリッジを適用することで様
々なバリエーションのレーザー・ビーム・プリンタで帯
電音を防止することができる。

【００３９】なお以上のような画像形成装置では帯電周
波数が２００Ｈｚ以下では装置外で聞いた場合、聴感上
ほとんど気にならないことがわかり帯電周波数と感光ド
ラムシリンダの比重量との条件は帯電周波数が２００Ｈ
ｚ以上の領域で有効であることがわかった。

【００４０】次に感光体ドラムのＡｌシリンダー肉厚を
増すかわりに図７に示すように感光体ドラム１のＡｌシ
リンダー１ｂ内面に内周面と接するように一定の質量を
有する物質１ｃを挿入した第２の実施例についての帯電
音測定結果を示す。具体的にはＡＢＳ，ポリカーボネー
ト、ポリアセタール等の熱可塑性樹脂、エポキシ、フェ
ノール等の熱硬化性樹脂、シリコーンゴム、ウレタンゴ
ム、ＥＰＤＭ、ＣＲ、ＮＢＲ等の合成ゴム、水、Ｓｉオ
イル等の液体、樹脂粉末、ケイ素粉末等の粉体などがＡ
ｌシリンダー１ｂ内面によく接触するための形状を得る
ことが可能であり、これらの物質の中から適宜選ぶこと
ができるが、本実施例ではＡＢＳ樹脂をＡｌシリンダー
内面に接するようＡｌシリンダー１ｂ内径とほぼ同径の
円筒に加工し、ＡＢＳ樹脂円筒１ｃの内径を変化させる
ことでその質量を変化させて帯電周波数と帯電音との関
係を調べた。その結果を示したのが図８のグラフであ
る。このとき感光体ドラムのＡｌシリンダー１ｂの外径
は３０ｍｍとして実験１で用いたプロセスカートリッジ
と同じものを使用した。またＡｌシリンダー１ｂの肉厚
は０．６ｍｍとしこの結果Ａｌシリンダー１ｂの内径は
２８．８ｍｍとなる。図８グラフの実線ａは感光体ドラ
ム内に何も挿入しないもの、実線ｂは感光体ドラム内に
外径２８．８ｍｍ、内径２６．８ｍｍ（肉厚１ｍｍ）の
ＡＢＳ円筒１ｃを挿入したもの、実線ｃは同様に外径２
８．８ｍｍ、内径２４．８ｍｍ（肉厚２ｍｍ）のＡＢＳ
円筒を挿入したもの、実線ｄは肉厚３ｍｍのＡＢＳ円筒
（外径は以下上記と同じ）を挿入したもの、実線ｅは肉
厚４ｍｍ、実線ｆは肉厚５ｍｍ、実線ｇは肉厚７ｍｍの
ＡＢＳ円筒１ｃを挿入したものの帯電音をあらわしてい
る。このグラフから各ＡＢＳ円筒の肉厚に対して帯電音
が気にならない周波数は表４のようになる。

【００４１】

【表４】

【００４２】これを前記実施例と同様に感光体ドラムの
比重量ρと帯電音が気にならない帯電周波数との関係を
図９のグラフにプロットする。このとき感光体ドラムに
ＡＢＳ円筒を挿入したときＡＢＳ円筒の肉厚と比重量の
関係は表５に示す。

【００４３】

【表５】

【００４４】上記表で比重量ρはＡｌシリンダーの外径
が３ｃｍ、内径が２．８８ｃｍ、比重が２．７ｇ／ｃｍ
³、ＡＢＳ円筒の外径が２．８８ｃｍ、ＡＢＳ円筒の肉
厚をｔｃｍ、比重が１．０４とすると下記式で求められ
る。 ρ＝〔｛（３／２）²−（２．８８／２）²｝×２．７＋
｛（２．８８／２）²−（２．８８／２−ｔ）²｝×１．
０４〕／（３／２）²

【００４５】図９のグラフから前記実施例と同様に感光
体ドラムの比重量（感光ドラムの支持部材であるＡｌシ
リンダ及びＡＢＳ円筒の比重量）と帯電音が気にならな
くなるための帯電周波数との関係は、ほぼ図５グラフで
ひいた直線で近似できる。この結果から帯電周波数ｆ
（Ｈｚ）に対して帯電音を防止するために必要な感光体
ドラムの比重量ρ（ｇ／ｃｍ³）は前記実施例の近似式
をそのまま用いることができて ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（ｆ≦３５０Ｈｚ） ρ≧４×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ） ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ） なる関係式を満たせば良いことがわかる。また１５００
Ｈｚ以上の帯電周波数についても前記実施例と同様であ
る。

【００４６】このように帯電音を防止するためには前記
実施例で示したように感光体ドラムのＡｌシリンダーの
肉厚を大きくして比重量を大きくするだけでなく感光体
ドラムのＡｌシリンダー内に一定の質量を有するものを
詰め、感光体ドラム全体の比重量を大きくすることで同
様の効果を得ることがわかる。なお本実施例では感光体
ドラムのＡｌシリンダー内にＡＢＳ円筒を挿入したが上
記第２実施例の中で述べたような一定の質量を有し、Ａ
ｌシリンダー内面によく接することのできる形状が得ら
れるものならば比重量を押えることで帯電音を同様に防
止することができる。さらに比重量と帯電ローラに印加
する交流電圧の周波数の関係を規定することで本カート
リッジを適用するレーザー・ビーム・プリンタでどのよ
うな帯電周波数が印加されても最適な感光体ドラムの比
重量を設定することが可能となる。

【００４７】図１０は感光体ドラム１の第３の実施例を
示し、感光体ドラム１を長手方向からみた概略断面図で
ある。本実施例においてはＡｌシリンダーの肉厚が中央
部で厚くなっているもの（図１０ａ）、Ａｌシリンダー
内の中央部に詰め物をしたもの（図１０ｂ）を感光体ド
ラムとして用いることに特徴がある。

【００４８】このような構成の感光体ドラムを用いた場
合に帯電音が気にならなくなるＡｌシリンダーの肉厚、
又は詰め物の重量と帯電周波数との関係について前記第
１、第２の実施例と同様の検討を行ったところ第１、第
２の実施例での比重量と相関のある質量は感光ドラム
（Ａｌシリンダ）の外径の円の面積、即ち感光ドラムの
支持部材の断面積（ｃｍ²）×感光体ドラム上有効帯電
領域長さＬ（ｃｍ）当りの感光体ドラム有効帯電領域部
の重量（ｇ／ｃｍ³）であることがわかった。ここで有
効帯電領域部とは帯電ローラが感光体ドラムと接触して
いる部分の長さである。

【００４９】具体的な実験例は直径３０ｍｍのＡｌシリ
ンダーを有する感光体ドラムにおいてＡｌシリンダー長
手中心部分の１００ｍｍ幅の領域の肉厚を２ｍｍ，３ｍ
ｍ，４ｍｍ，５ｍｍと変化させ、他の部分は肉厚０．６
ｍｍとした。

【００５０】また内部に詰め物をする構成では第２の実
施例と同様にＡＢＳ円筒（Ａｌシリンダーの内径と同径
のもの）を同様に１００ｍｍの幅で中央部に挿入しその
ときＡＢＳ円筒１０の肉厚を４ｍｍ，６ｍｍ，８ｍｍ，
１２ｍｍとした。このときＡｌシリンダーの肉厚は０．
６ｍｍである。また帯電ローラの有効帯電領域は２２０
ｍｍである。

【００５１】Ａｌシリンダーの中央部肉厚と帯電音の気
にならない帯電周波数の関係を表６、Ａｌシリンダー内
部に挿入したＡＢＳ円筒の肉厚と帯電音の気にならない
帯電周波数の関係を表７に示す。

【００５２】

【表６】

【００５３】

【表７】

【００５４】上記結果を帯電周波数と比重量（本実施例
で定義した質量）の関係で第１、第２の実施例と同様に
グラフにプロットしたものが図１１である。また上記Ａ
ｌシリンダー中央部肉厚、ＡＢＳ円筒肉厚と比重量の関
係を表８に示す。

【００５５】

【表８】

【００５６】このとき比重量ρ（ｇ／ｃｍ³）は有効帯
電領域Ｌ（２２ｃｍ）の感光体ドラムの重量Ｗ（ｇ）を
感光体ドラムの断面積（シリンダ外径の円の面積）Ｓ
（ｃｍ²）と有効帯電領域Ｌ（ｃｍ）の積で割った値か
ら算出した（ρ＝Ｗ／Ｓ・Ｌ）。なお有効帯電領域の感
光体ドラムの重量Ｗ（ｇ）はＡｌの比重を２．７（ｇ／
ｃｍ³）、ＡＢＳの比重を１．０４（ｇ／ｃｍ³）としＡ
ｌシリンダーの中央部肉厚をｔ₁（ｃｍ）、ＡＢＳ円筒
の肉厚をｔ₂（ｃｍ）とするとＡｌシリンダー中央部肉
厚を１０ｃｍの幅でました場合 Ｗ＝｛（１．５／２）²−（１．５／２−ｔ₁）²｝×
２．７×１０＋｛（１．５／２）²−（１．５／２−
０．６）²｝×２．７×（２２−１０） （ここで１０は肉厚の厚い部分の長さである。）

【００５７】一方、ＡＢＳ円筒を１０ｃｍ幅で挿入した
場合は Ｗ＝｛（１．５／２）²−（１．５／２−ｔ₂）²｝×
１．０４×１０＋｛（１．５／２）²−（１．５／２−
０．６）²｝×２．７×（２２−１０） で表わされる。

【００５８】図１１の結果から本実施例においても前記
実施例と同様に感光体ドラムの比重量と帯電音が気にな
らなくなるための帯電周波数の関係は、ほぼ図５グラフ
の直線で近似でき帯電周波数ｆ（Ｈｚ）に対して帯電音
を防止するために必要な感光体ドラムの比重量ρ（ｇ／
ｃｍ³）は前記実施例の近似式をそのまま用いることが
でき ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（ｆ≦３５０Ｈｚ） ρ≧４×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ） ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ） なる関係式を満たせば良いことがわかる。また１５００
Ｈｚ以上の帯電周波数についても前記実施例と同様にし
た。

【００５９】このように帯電音を防止するためには例え
ばＡｌシリンダーの肉厚を長手にわたってすべて均一に
厚くするだけでなく、とくに中央部（本発明者の検討で
は中央部５０ｍｍ幅以上（有効帯電幅に対して２０％以
上））の感光体ドラムの質量を大きくするだけでも、本
実施例で述べた比重量という概念を用いれば第１、第２
の実施例と同様の効果を生みだせる。このことは例えば
ＡＢＳ円筒等を感光体ドラムに挿入する場合、長さが短
かくてすむため挿入する際の作業性、物流の観点からす
ぐれているだけでなく、Ａｌシリンダー内面への密着精
度も確保し易くなるという利点がある。

【００６０】このように帯電音に対して感光体ドラムの
比重量を大きくすることで効果が生じるのは以下の理由
による。感光体ドラムと帯電ローラとの間に振動電圧が
印加され両者間に形成される振動電界で帯電ローラ及び
感光体ドラムが各々振動電界の影響により強制振動す
る。このときの振動は帯電ローラの方が大きく、感光体
ドラムの方が小さい。しかも発生する帯電音としては帯
電ローラの振動で発生する音よりも感光体ドラムの振動
で発生する音、及び感光体ドラムの振動がプロセスカー
トリッジを形成している容器（例えばクリーナ容器、プ
ロセスカートリッジカバー等）に伝達し発生する音が主
体となることが本発明者等の検討により明らかになって
いる。またこの構成はプロセスカートリッジ内に感光体
ドラムを支持する構成だけでなく画像形成装置内に直接
感光体ドラムを支持する構成においても画像形成装置内
の側板やクリーナなどに上記振動が伝達されるため同様
のことがいえる。この現象は感光体ドラムが回転してい
る時により顕著であり、このとき感光体ドラム、プロセ
スカートリッジの容器は帯電周波数に応じた振動が観測
される。この振動は帯電のための振動電界により発生す
るものであり、部分的に山谷があるが前述したようにほ
とんど帯電周波数に対して単調増加であり、共振の影響
はほとんどない。このようにして発生する帯電音を防止
するためには帯電ローラの振動を抑えることよりも、感
光体ドラム、プロセスカートリッジの容器の振動を抑え
ることが効果的であり、両者の振動を防止するためには
本発明者の検討では感光体ドラムの振動を防止すること
で、その目的を達成できることがわかった。

【００６１】そこで感光体ドラムの振動を防止するため
には前記実施例１〜３で示した様に感光体ドラムの比重
量を増すことが重要となる。

【００６２】一般に振動は被振動体の質量に応じて小さ
くなることが知られているが本構成の様に感光体ドラム
のＡｌシリンダーの肉厚だけでなく感光体ドラム内に一
定の質量を有するもの例えばＡＢＳ円筒を挿入した場合
にも比重量という概念で同様に帯電音防止効果が得られ
る。その理由については明確になっていないが以下のよ
うに考えられる。感光体ドラム内にＡＢＳ円筒を挿入し
た系では感光体ドラム静止時には帯電音の減少効果はＡ
ｌシリンダー肉厚を増した系ほど顕著ではないにも関わ
らず、回転時には同比重量のＡｌシリンダー肉厚を増し
た系と同等の効果を有している。この様子を表９に示
す。

【００６３】

【表９】

【００６４】なお、この表での測定条件は前記実験例と
同様で、帯電周波数は８００Ｈｚであった。このように
比重量という概念は回転体の回転時の振動防止という効
果に対して有効である。この理由としては感光体ドラム
内面に挿入した物質の質量が遠心力で作用し感光体ドラ
ムのＡｌシリンダーの振動を抑制していることも考えら
れる。

【００６５】また以上のような回転時の強制振動を防止
するためには、例えば特開平３−４５９８１号公報のよ
うに共振防止のために複数の振動阻外物を部分的に感光
体ドラム内に接着するだけでは不十分で感光体ドラムの
周方向に対して均一に一定の質量が存在しなければなら
ない。

【００６６】以上の内容を整理すると振動電界によって
振動する回転体から発生する音は振動しているもののう
ち最も大きく振動しているもの（本実施例では帯電ロー
ラ）の振動を防止することよりも、他の部材（例えばカ
ートリッジの容器）への振動伝達経路を有する回転体
（感光体ドラム）の振動を防止することが最も効果があ
る。この回転体の振動防止のためには回転体の比重量を
大きくしてやればよいことがわかる。ここで回転体すな
わち感光体ドラムの比重量とは前記実施例１〜３で述べ
た内容をまとめると、感光体ドラムの断面積（ｃｍ² ）
×感光体ドラム上有効帯電領域長さ（ｃｍ）で感光体ド
ラム有効帯電領域部の重量（ｇ）を割ったものであり、
この比重量を接触帯電装置に印加する振動電界の帯電周
波数に対して本実施例中に示した関係式を満足すること
で帯電音の防止が可能となる。更に、特に感光体ドラム
の重量を長手方向端部よりも長手方向中央部の方を大き
くすることがドラム振動抑制に最も効率的である。

【００６７】ここで感光体ドラムの比重量に対するパラ
メーターとして帯電周波数のみをとらえたがそれは以下
の理由による。

【００６８】本発明者の検討によると帯電音は帯電ロー
ラの硬度、表面粗さ、印加交流電圧の波形、ピーク間電
圧などにも依存するが、良好な帯電特性を得られる領域
では上記パラメーターの帯電音に影響する寄与度は低い
ことがわかった。例えば帯電ローラーの硬度に関してい
えばカートリッジに帯電ローラー２を設けることを考慮
すると、長期間帯電ローラが停止状態で感光体ドラム１
に圧接させられることがあり、そのため帯電ローラ２に
用いる弾性層は圧縮永久歪に強いものが選ばれなければ
ならない。圧縮永久歪は弾性層の硬度が低いものほど悪
く、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ＥＰＤＭ等を弾性
層として用いた場合プロセスカートリッジ内に組込む帯
電ローラー２のローラー硬度は本発明者の検討によると
５０度（アスカーＣ、１ｋｇ荷重時）が下限とされる。
このような硬度領域ではローラー硬度の帯電音に対する
寄与度は低く、前記測定法では１ｄＢ／５度（ローラー
硬度を５度下げることにより帯電音が１ｄＢ減少する）
程度の効果にすぎない。また表面を粗くすることにより
帯電音を小さくする効果も得られるが十点平均表面粗さ
Ｒｚで２５μｍ以上ないと帯電音は減らず良好な帯電特
性を得るために必要なＲｚは本発明者の検討によると２
０μｍ以下である必要があり表面を荒らすことによる帯
電音防止効果は期待できない。

【００６９】帯電ローラと感光体ドラムとの間に印加す
る振動電圧は上記実施例のサイン波の他に三角波、矩形
波も使用可能である。さらには、振動電圧は直流電源を
ＯＮ・ＯＦＦすることにより形成されるパルス波でも良
く、電圧が時間とともに周期的に変化するような波形で
あれば使用可能である。サイン波は高調波成分を含まな
いため同じ条件ではサイン波を用いることが一番帯電音
が小さいく好ましい。

【００７０】また、振動電圧のピーク間電圧を小さくす
ると帯電音は小さくなるが班点状の帯電不良が生じ易く
なる。特開昭６３−１４９６６９号公報に開示されるよ
うに感光体ドラムに対して直流電圧を印加したときの帯
電開始電圧値の２倍以上のピーク間電圧を感光体ドラム
帯電ローラ間に印加する接触帯電法においては良好な帯
電特性が得られ、例えば２０μｍ厚のＯＰＣ感光体を用
いた場合約１２００〜２５００Ｖのピーク間電圧で良好
な帯電特性が得られる。（上限は帯電ローラ２から感光
体ドラムへの異常放電により決定される。）この領域で
は本発明者の検討によると前記測定法で１ｄＢ／４００
Ｖ（ピーク間電圧を４００Ｖ下げることで帯電音が１ｄ
Ｂ減少する。）程度の効果にすぎず帯電音防止法として
は有効ではない。

【００７１】この結果、帯電音の大きさを決定する要因
としては良好な帯電特性が得られるような領域では帯電
周波数が大きく寄与することがわかる。

【００７２】なお本実施例ではいずれもその作用を帯電
ローラについて説明したが例えば帯電ブレード等の他の
接触帯電装置に本発明を適用しても同等の効果が得られ
ることは確認されている。また本発明を適用する画像形
成装置としてはプロセスカートリッジを用いたレーザー
・ビーム・プリンタについてその効果を説明したが、他
の方式の電子写真プリンター及び複写機等に適用しても
同様の効果が得られ、また感光体ドラム、帯電ローラ、
現像器、クリーナー等が一体となっておらず各々独立に
ユニットとして交換可能な形式になっている画像形成装
置においても上記の帯電周波数と感光体ドラムの比重量
の関係を保つことで帯電音防止効果が得られる。また上
記実施例ではとくに現像器、クリーナ、接触帯電装置、
感光体ドラムが一体となっているカートリッジについて
説明したが現像器を除いた他の要素を一体としたカート
リッジについても同様のことがいえるのはいうまでもな
い。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、被帯電体の支持部
材の比重量ρと被帯電体と帯電部材との間に印加する振
動電圧の周波数ｆとの間に既述したような関係があるこ
とにより被帯電体の変形が小さくなり、変形による振動
をなくし、それによって発せられる固体音を小さくする
ことによって、プロセスカートリッジあるいは画像形成
装置から出る帯電音をなくし、静粛な動作を行うことに
より、接触帯電のオゾンレスの特徴と相俟って使用環境
の保護が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロセスカートリッジを示す概略側面
図である。

【図２】帯電周波数と帯電音の関係を示すグラフであ
る。

【図３】帯電音測定時の模式図である。

【図４】帯電周波数と帯電音の関係を示すグラフであ
る。

【図５】帯電周波数と感光ドラムの比重量の関係を示す
グラフである。

【図６】本発明の画像形成装置の一実施例を示すグラフ
である。

【図７】本発明に適用可能な感光ドラムの一例を示す断
面図である。

【図８】帯電周波数と帯電音の関係を示すグラフであ
る。

【図９】帯電周波数と感光ドラムの比重量の関係を示す
グラフである。

【図１０】本発明に適用可能な感光ドラムの一例を示す
正面図である。

【図１１】帯電周波数と感光ドラムの比重量の関係を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ 感光体ドラム ２ 帯電ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹目 裕志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 高野 学 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−100675（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−45981（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−38289（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真装置に着脱可能なプロセスカー
   トリッジであって、電子写真感光ドラムと、この感光ド
   ラムに接触し前記感光ドラムとの間に振動電圧が印加さ
   れ前記感光ドラムを帯電する帯電部材を有するプロセス
   カートリッジにおいて、 前記感光ドラムの比重量ρ（有効帯電領域部重量（ｇ）
   ／断面積（ｃｍ² ）／有効帯電領域長さ（ｃｍ））と前
   記振動電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）との間に ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（２００≦ｆ≦３５０Ｈｚ） ρ≧４．０×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ） ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ） なる関係があり、 前記感光ドラムの質量は、その長手方向端部よりも前記
   長手方向中央部の方が大きいことを特徴とするプロセス
   カートリッジ。
2. 【請求項２】 前記感光ドラムの基体内部にはおもり部
   材が固定されることを特徴とする請求項１のプロセスカ
   ートリッジ。
3. 【請求項３】 前記おもり部材は、前記感光ドラムの長
   手方向端部に設けられず前記長手方向中央部に設けられ
   ることを特徴とする請求項２のプロセスカートリッジ。
4. 【請求項４】 前記感光ドラムの基体の厚さは、その長
   手方向端部よりも前記長手方向中央部の方が大きいこと
   を特徴とする請求項１のプロセスカートリッジ。
5. 【請求項５】 電子写真感光ドラムと、この感光ドラム
   に像を形成する像形成手段と、前記感光ドラムに接触し
   前記感光ドラムとの間に振動電圧が印加されて前記感光
   ドラムを帯電する帯電部材を有する電子写真装置におい
   て、 前記感光ドラムの比重量ρ（有効帯電領域部重量（ｇ）
   ／断面積（ｃｍ² ）／有効帯電領域長さ（ｃｍ））と前
   記振動電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）との間に ρ≧１．４×１０^-3・ｆ（２００≦ｆ≦３５０Ｈｚ） ρ≧４．０×１０^-4・ｆ＋０．３５（３５０Ｈｚ＜ｆ≦１５００Ｈｚ） ρ≧０．９５（ｆ＞１５００Ｈｚ） なる関係があり、 前記感光ドラムの質量は、その長手方向端部よりも前記
   長手方向中央部の方が大きいことを特徴とする電子写真
   装置。
6. 【請求項６】 前記感光ドラムの基体内部にはおもり部
   材が固定されることを特徴とする請求項５の電子写真装
   置。
7. 【請求項７】 前記おもり部材は、前記感光ドラムの長
   手方向端部に設けられず前記長手方向中央部に設けられ
   ることを特徴とする請求項６の電子写真装置。
8. 【請求項８】 前記感光ドラムの基体の厚さは、その長
   手方向端部よりも前記長手方向中央部の方が大きいこと
   を特徴とする請求項５の電子写真装置。
9. 【請求項９】 前記振動電圧は、ＡＣ成分とＤＣ成分と
   を備えることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１
   項の電子写真装置。