JP3325636B2 - 帯電装置および画像形成装置 - Google Patents
帯電装置および画像形成装置Info
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Description
光体ドラムなどの被帯電物に帯電部材を接触させ、摩擦
帯電や、バイアス電圧により帯電を行なう電子写真プロ
セスの帯電、除電等において用いられる帯電装置および
この帯電装置を用いた画像形成装置に関する。
て、記録媒体を帯電したり、記録媒体上に形成された可
視像を記録紙に転写させる方法としてはコロナ放電を利
用したコロナ帯電器が一般的に使用されてきた。しか
し、最近になって、コロナ放電に際して発生するオゾン
の人体への影響、コロナ放電を行うためにの高電圧電源
の安全性などが問題となっており、コロナ帯電を用いな
い帯電装置が見直されてきている。例えば、特開平1−
267667号では、バイアスを印加したローラを感光
体に当接し、感光体表面を帯電する方法が開示されてい
る。
にバイアスを印加し被帯電物に接触させて帯電を行う接
触帯電法においては、バイアスリークにより感光体を破
壊してしまう恐れがあるため、所定の抵抗値を有する必
要がある。一方、あまり抵抗が高すぎると、帯電電流が
帯電部材中を流れることによる電圧降下により、帯電部
材の非帯電物への接触部の電位をある程度以上の電位に
するためには、給電部に印加するバイアスが非常に高く
なってしまい、給電部からのバイアスリークが発生した
り、帯電部材の局所的な不均一性により帯電ムラが発生
しやすい。
囲になければならない。
上に残存した転写残りトナーを清掃するクリーナを有し
ているが、このクリーナは感光体に残存するすべてのも
のを除去できるわけではなく、トナーの微粉や、トナー
中に含まれるシリカ、紙粉などはすりぬけてしまう。こ
れらの微粒子が帯電部材に付着すると帯電部材の表面の
抵抗を変化させ、帯電特性を損ない、かぶりやハーフト
ーンの濃度ムラなどを発生させる。
材、クリーニング部材として用いることができるが、こ
の場合も部材表面の、トナーや紙粉によるフィルミング
が、転写不良、クリーニング不良が発生する。
る技術が一般的に知られている。ブラシローラはソリッ
ドローラと比較して、低価格であり、また、取り付けの
メカ精度もさほど必要がないという利点がある。しか
し、ブラシローラにおいては、ハーフトーンで筋が発生
したり、製造した時の巻き目の跡が帯電ムラとして発生
するという問題がある。また、このブラシローラを帯電
部材以外の、転写部材やブラシクリーナのクリーニング
部材として用いた場合も、この巻き目跡が、転写ムラ、
クリーニング不良の原因となる。
ので、帯電不良によるかぶりや、帯電ムラによる画像ム
ラを防止し、被帯電物を均一に帯電することのできる帯
電装置を提供すること及び、帯電ムラ、転写ムラ、クリ
ーニング不良の発生しないブラシローラおよびそれを用
いた帯電装置、転写装置、クリーニング装置を提供する
ことを目的とする。
置は、被帯電物に近接または接触して回転しつつ、前記
被帯電物を帯電させる帯電部材と、この帯電部材の表面
を清掃し、なおかつ前記帯電部材の除電を行う接地した
導電性のシートまたは金属グリッドを有することを特徴
とする。
帯電装置は、ブラシ繊維長さをL1(mm)、このブラ
シ繊維を斜毛した斜毛ブラシ厚さをL2 (mm)とし
て、L2 ≦L1 −0.5、およびL2 ≧L1 ×0.5の
条件を満たすように前記ブラシ繊維を斜毛して構成し、
抵抗値Rが103〜108Ωである帯電部材と、前記帯
電部材の表面を清掃し、なおかつ前記帯電部材の除電を
行なう接地した導電性のシートまたは金属グリッドとを
有し、被帯電物にこの帯電部材を接触させ回転させて帯
電を行うことを特徴とする。さらに本発明の画像形成装
置は、被帯電物と、前記被帯電物を帯電させる帯電装置
と、前記被帯電物に潜像を形成する露光装置と、前記被
帯電物の前記潜像を現像して画像を形成する現像装置と
を備えた画像形成装置において、前記帯電装置として、
請求項1〜3のいずれか1項記載の帯電装置を用いるこ
とを特徴とする。
り、帯電部材の汚染を防止することができ、また、帯電
部材の表面を除電することにより、帯電部材の表面が多
少フィルミングなどにより変化しても、表面がチャージ
アップすることによる帯電ムラを防止することができ
る。
ナと組み合わせた場合、上記作用の他に、帯電部材に付
着している汚染物を、クリ−ニングしやすくする作用も
ある。 また、ブラシロ−ラにおいて、所定の条件で斜
毛処理を施すことにより巻き目の跡が、帯電の場合には
帯電ムラ、転写の場合は転写ムラ、クリ−ナの場合はク
リ−ニング不良が発生することを防止する。
いて、被帯電物である感光体ドラム1は、クリ−ナ2に
て転写残りトナ−がクリ−ニングされ、除電ランプ3に
て残存電荷が除電され、電圧を印加した帯電ロ−ラ10
0にて表面を−500vに一様帯電される。帯電された
感光体は、露光装置4により露光され静電潜像が形成さ
れる。静電潜像は現像装置5により現像され、感光体1
上にはトナ−像が形成される。このトナ−像は転写装置
6により用紙Pに転写され、用紙Pは図示されない定着
器によりトナ−像が定着される。一方、転写しきれずに
感光体1に残存した転写残りトナ−はクリ−ナ2により
感光体から剥離され、感光体はクリ−ニングされる。
を介して接地された、導電性のシ−ト104が当接され
ており、このシ−トによりロ−ラ表面が除電されつつ、
クリ−ニングされている。なお、導電性のシ−ト104
にて帯電ロ−ラ100より剥離されたものは、貯蔵手段
110に蓄積される。
電し、かつ感光体を破損しないためには、抵抗Rが10
3 〜108 Ωでなければならない。抵抗Rは、図2に示
すように、アルミ素管1´および帯電ロ−ラ100をマ
シンの実使用条件で回転させ、100vの電圧を帯電ロ
−ラシャフト間に印加したときの電流値Irから換算し
た。
するための印加バイアスの関係を図3に示した。抵抗が
高くなると−500vに帯電するための印加電圧が高く
なってしまい、局所的なロ−ラ表面からのスパ−クによ
り帯電ムラが発生しハ−フト−ンで画像ムラとなる。ま
た、低すぎても、感光体に点在する極小さなピンホ−ル
部分に電流が集中しやはり感光体を破損したり、画像に
黒点が発生する。よって、適性抵抗値は103 〜108
Ωとなる。
IS−A)の範囲が良好で、それ以下の硬度では、永久
歪みによるロ−ラ変形が問題となり、それ以上の硬度で
は充分な帯電ニップを確保することが困難であり、φ3
0〜50mm程度のドラムを、φ10〜20mmのロ−ラで
帯電する場合、上記硬度が適性範囲となる。図1の実施
例に示す帯電ロ−ラ100の構成を図4に示した。φ6
mmのシャフトの回りに105 Ω・cmの固有抵抗を持つ、
硬度35度のウレタンゴムからなる導電ウレタン弾性層
を配し、その表面に、固有抵抗105 Ω・cmの導電ウレ
タン塗料を40μmの厚みで塗布した構成になってお
り、ロ−ラとしての硬度は45度である。なお、表面の
表面粗さが10μm以上になると、表面状態が帯電ムラ
となり画像に現れてしまったり、導電性シ−ト104に
よるクリ−ニングが行えなくなる。
の2層構造としたが、ロ−ラの物性値が、上記条件を満
たしていれば、図4(b)のごとく単層100dであっ
たり、それ以上の層を有していてもよい。
電兼クリ−ニング手段を取り外し、レ−ザプリンタに用
いて10000枚の連続印字を行った。この時の、印字
枚数による表面電位、ロ−ラ抵抗、ハ−フト−ン濃度ム
ラ、かぶりの発生状況を図5に示した。バイアスとして
は1000vの定電圧を印加し、ロ−ラの抵抗としては
2×106 Ωのものを使用した。結果は、図5の実線で
示す通りである。ロ−ラ表面にトナ−の微粒子成分や紙
粉などがフィルミングし、10000枚印字後には、帯
電電位が−350vに低下しかぶりが発生した。このと
きのロ−ラ抵抗値は4×107 Ωに上昇していた。な
お、ハ−フト−ンの濃度ムラに関しては、2000枚付
近から発生した。2000枚付近ではロ−ラ抵抗自体
は、8×106 Ω程度にしかなっておらず、表面電位も
20v程度しか低下していない。これは、フィルミング
が局所的にしか発生しておらず、回転させつつニップ全
体で抵抗を測定する方式では抵抗変化はさほど現れない
と考えられる。ハ−フト−ンムラが発生した2000枚
以降、1000枚ごとに画出しする際、図6(a)のよ
うにロ−ラ表面を除電するために、接地した導電ウレタ
ンシ−ト101を接触させて画出しをしたところ、30
00枚までは、ハ−フト−ンムラは発生しなかった。
場合、ロ−ラからの放電による帯電は行われ、おおきな
帯電ムラは発生しないが、フィルミング部分が、感光体
との摩擦、放電によって表面に電荷を持つと、その電荷
の電界によりロ−ラからの放電電界が弱められ、帯電ム
ラが発生する。よって、フィルミングの厚みが極薄く、
局所的である場合は、ロ−ラ表面を除電することによ
り、表面電荷の蓄積が防止され、ロ−ラのライフお30
00枚程度に延ばすことができる。
に、図6(b)のようにウレタンブレ−ラ100から剥
離された微粉は貯蔵手段110に蓄えられる。このよう
な帯電装置を用いると、10000枚までかぶりは発生
しなかった。このとき、10000枚印字後の抵抗値は
1×107 Ωとなり、未対策の場合と比較して抵抗上昇
はかなり押さえられたが、やはり表面電位は−420v
に低下した。また、6000枚からハ−フト−ンにてム
ラが発生した。このように、ブレ−ドによりロ−ラ表面
をクリ−ニングすることにより、5000枚程度のライ
フは問題ないレベルとなる。また、ハ−フト−ンムラの
発生した、6000枚以降、1000枚ごとに、図5
(a)のような除電部材を当接して画出しを行ったとこ
ろ、7000枚まではハ−フト−ンムラは発生しなかっ
た。
ることにより、極薄い、局所的なフィルミングによる帯
電ムラを防止し、ロングライフ化を図ることができる。
−ニング手段として、アルミ蒸着マイラ103のエッジ
付近を帯電ロ−ラ100に当接し、導電面をロ−ラに接
触させながらクリ−ニングし、その導電面をロ−ラに接
触させながらクリ−ニングし、その導電面を所定の抵抗
を介してグランドに落とした。
−ト101と、ウレタンブレ−ド102を用いて、ロ−
ラ表面の除電をした後にクリ−ニングしても良いが、1
つの部材で、ロ−ラの表面をクリ−ニングしつつ、除電
を行うことにより、プロセスユニットを小型にできるた
め、図1に示す実施例では、図6(c)のような構成に
している。なお、帯電ロ−ラ100から剥離された微粉
を貯蔵する手段110は、プロセスユニットと一体とな
っており、プロセスユニットの交換とともに交換され
る。このような帯電器にて、10000枚の印字テスト
を行うと、抵抗は10000枚印字後に、4×106 Ω
でさほど上昇せず、表面電位の低下も30v程度で有
り、かぶりやハ−フト−ンの筋も発生しなかった。これ
は、単にロ−ラ表面のクリ−ニングを行うより、ロ−ラ
表面の除電しつつ(もしくは除電後)にロ−ラ表面のク
リ−ニングを行ったほうが、クリ−ニングの効率がよく
なり、フィルミングが発生しにくく、ロ−ラ抵抗が上昇
しないことを示している。このように、導電マイラによ
りロ−ラ表面の除電を行うことは、ロ−ラの表面を除電
し、ロ−ラ表面への電荷の蓄積を防止しているのみなら
ず、紙粉などの汚染物質を剥離しやすくする効果があ
り、そのためクリ−ニング効率が向上すると考えられ
る。たとえば、図6(e)のように除電部材をクリ−ニ
ング部材の下流に配置しランニングテストを行うと、ロ
−ラのライフによる抵抗変化は、図6(b)にてライフ
を行い、画出しの際にのみ除電手段を取り付けた場合の
結果より多少良好な結果ではあるが、ハ−フト−ンムラ
が9000枚程度で発生した。
体ドラム1との従動により行っている。よって、除電手
段や、クリ−ニング手段の帯電ロ−ラ100への当接圧
力が強すぎると、帯電ロ−ラ100は感光体1とスリッ
プし、スム−ズに回転せず帯電ムラが発生する。よっ
て、除電手段やクリ−ニング手段(あるいはその兼用手
段)を当接し、感光体をとりはずした時の帯電ロ−ラを
回転させる動トルクは、除電手段、クリ−ニング手段
(あるいはその兼用手段)を取り外し感光体1と当接状
態で感光体1を回転させたときの、帯電ロ−ラ100の
回転トルクより小さいことが必要である。
化を図るため、クリ−ニングを強く行いたい場合など
は、帯電ロ−ラをギアなどで駆動する必要がある。
表面粗さは10μm(Rz)以下でなければならない。
図7に、表面粗さの異なるロ−ラによりライフテストを
行った時の、ハ−フト−ンムラ発生枚数を示す。(除電
兼クリ−ニング手段付き)表面粗さが大きいと、クリ−
ニングが行われにくく、10μm(Rz)以上の表面粗
さでは、10k枚以内にハ−フト−ンムラが発生してし
まう。なお、ここでいうハ−フト−ンのムラはフィルミ
ングによるムラで、比較的大きなムラをさしており、先
に述べた表面粗さが大きいことによる、ムラ(画像で
は、白点、黒点となる)は無視して評価したものであ
る。
リ−ニングすることは、部材表面のフィルミング防止に
有効であり、帯電部材を除電することは、ロ−ラ表面
(の局所的なフィルミング部)の除電に有効であり、ま
た帯電部材のクリ−ナの上流に配置することにより、帯
電部材に付着した汚染物をクリ−ニングしやすくする効
果がある。また、帯電部材の除電手段とクリ−ニング手
段を兼用し、除電しつつクリ−ニングすることにより装
置の小形化が図れる。
したが、帯電ブラシの先端部分の汚染、帯電ベルトの表
面フィルミングに対しても、除電手段、クリーニング手
段を設けることにより同様の効果が得られる。
属グリッド106を当接し、除電およびクリーニングを
行った帯電器の例を例を示す。ブラシローラの外径は1
4mmであり、抵抗は3×105 Ωである。ブラシローラ
はゴムローラなどと比べ、当接の不均一による帯電ムラ
などの、メカ精度の問題は発生しにくい。しかしなが
ら、ブラシの植毛密度、ブラシ繊維の太さ、ブラシの抵
抗、回転周速、食込みの条件などにより帯電能力が不足
したり、ブラシの筋目によるハ−フト−ン筋が発生した
りする。ブラシの植毛密度が低いと、筋が発生しやすい
が、製造上の限界がありブラシ植毛密度は2万本/inch
〜20万本/inch程度が良い。ブラシ繊維の太さは細い
方が筋、帯電ムラは、発生しにくいが、あまり細いと長
期間感光体に当接したままで放置すると毛が倒れたり、
毛が折れたりするという問題が発生し、2〜10D(デ
ニル)程度が良好である。ブラシ抵抗はあまり高いと、
環境による帯電特性が不安定になりやすく、局所的に帯
電しにくい部分が発生し、画像ムラが発生するため抵抗
は108 Ω以下が良い。さらに、感光体破壊を考慮する
と、適性抵抗範囲は、帯電ローラと同様に103 〜10
8 Ω程度となる。
したブラシを、ベースに巻き付けて作成しているため、
巻き目の継ぎ目の跡(図中Pの部分:以下巻き目跡)が
ハーフト−ンに発生しやすい。また、ブラシでは、2成
分現像の掃き目のような筋画像となりやすい。本実施例
のブラシは、図10に示すように、作成した直毛ブラシ
を、回転方向になじむように、あらかじめ斜毛したもの
を使用している。この斜毛処理により、初期画像におい
て、巻き目跡や筋が著しく改善されている。
ると、上記、巻き目跡、筋などが目立つ。with回転の場
合は感光体周速の1.5倍以上、against 回転の場合は
1倍以上であれば、巻き目によるハーフトーンムラの濃
度差は0.1以下となり、良好な画像が得られる。(図
11) 食い込みについては、深くしすぎると筋が発生しやすい
が、逆にあまり浅く、0.5mm以下に設定しようとする
と、部分的に当接が不十分となり帯電ムラが発生する。
よって、0.5〜2.5mm程度が適性である。(図1
2) 実施例において、帯電バイアスを−1000vとし、感
光体表面電位−500vにて連続印字テストを行ったと
ころ、20000枚の印字を行った後も、筋、ムラなど
は発生しなかった。一方、グリットをとりはずしてライ
フテストを行うと、10000枚程度印字を行うと、ハ
ーフトーンでの筋が著しくなった。これは、ローラを汚
染したのと同様の微粒子がブラシの先端に付着し、ブラ
シの先端の放電性能を損ねたためと考えられる。
ラシのクリーニング、および除電の効果があることが確
認された。
が、図13(a)のように、クリーニング手段のクリー
ニング位置は、帯電部材の回転中心を通る垂線より、帯
電部材の回転方向下流に位置することが望ましい。これ
は、帯電部材からのひきはなされた汚染物が、自重で貯
溜手段に落下するためであり、図13(b)のような位
置にあると、一度はぎ取られた汚染物が、再度ブラシの
上に落下してしまうためである。
けた場合についてのべる。図14(a)のように、転写
装置は、転写ローラ200にクリーニングブレード20
1を当接した構成になっている。転写ローラの構造は、
図15に示すように、導電シャフト200aの回りに、
弾性体200bを有し、その外周に、平滑性の高い表面
層200cが、塗料、あるいはフィルムにより形成され
ている。ブレードクリーニングが行える条件として、表
面粗さが10μm(Rz)以下であり、硬度はJIS−
Aで30〜70度の範囲でなければならない。実施例
は、(+)極性のOPCを用いた、レーザプリンタ(反
転現象)なので、(−)極性の転写バイアスが印加され
ている。ブレード201により、転写ローラ200より
引き離されたトナーは、廃トナー容器202に収容され
る。
ードがないと、5000枚程度の印字を行うと、転写ロ
ーラにフィルミングによる転写不良が発生する。これ
は、紙と紙の間などの白地電位に付着している、僅かな
かぶりトナーが転写ローラに転移し、徐々に転写ローラ
にこびりついていき、ついにはフィルミングとなる。ク
リーニングブレードをつければ、10000枚程度まで
フィルミングは発生しないが、10000枚をこえる
と、同様にフィルミングによる転写不良が発生した。ブ
レードを導電性ゴムにて製作し、105 Ωの抵抗を介し
てグランドに落とした。このように、クリーニングブレ
ードを除電兼清掃手段とすることにより、先述の帯電ロ
ーラと同様にフィルミングが防止され、20000枚ま
で良好に転写を行うことができた。以上、転写ローラを
例にあげて説明したが、接触式の転写装置に、グリッド
状の除電兼清掃装置を設ければ、同様の効果を得ること
ができる。図14(b)には、転写ブラシ203に、グ
リッド状の除電兼清掃装置204を設けた例を示した。
に説明したとうり、ブラシの斜毛を施すことにより、巻
き目跡、筋などの初期画像を改善することができる。ブ
ラシの斜毛は、図17のように形成した直毛ブラシ10
5を、円筒管120の内部で熱をかけつつ回転させるこ
とにより行っている。図18に、直毛ブラシの径と、斜
毛ブラシの径の差と、筋や巻き目跡の関係について示し
た。実験は、6mmφのシャフトに、外径d1=16mmと
なるように直毛ブラシを形成し、斜毛を行う際の管の内
径を変化させ、10〜15.5mmの外径d2 となるよう
に斜毛したブラシによって行った。d1 とd2 の差が5
mm以上となるように斜毛するためには、ブラシの密度を
小さくせねばならず、そのことにりよる筋が目立ちやす
いことと、製造工程、および使用中において、ブラシの
折れ、切れが発生しやすいなどの理由で適切でない。
成したのであるから、ブラシの毛の長さは5mmであり、
それを11mmに斜毛するということは、半径方向のブラ
シの厚みは2.5mmとなっている。つまり、斜毛した後
のブラシの厚みは、毛の長さの半分以下することは望ま
しくない。一方、斜毛後のブラシ径が15mmより大きい
と、巻き目跡、筋名度の画質改善はなされない。つま
り、斜毛前後の径の差が1mm以上になるように斜毛しな
ければならない。
のブラシ厚みをL 2 とすると、L 2 ≦L 1 −0.5(mm)L 2 ≧L 1 ×0.5 を満たせば、折れや、切れがなく、筋、巻き目跡のない
良好なブラシロ−ラを得ることができる。
ドを当接して連続印字を行うと、ブラシがグリッドに突
っ込んで、切れが発生はやすいが、斜毛したブラシで
は、グリッドに突っ込むことによるブラシの切れは発生
しない。ブラシの斜毛は、画質の改善以外にも、ブラ
シ、除電手段、クリ−ニング手段を当接したときのロン
グライフ化に大きな効果がある。
グ手段として金属グリッドを用いたが、導電性を有する
樹脂グリッドを用いても良く、形状としてはグリッド以
外にも、図19に示すような(a)棒状、(b)板状、
(c)櫛状の物であっても良い。
装置以外にも、図20(a)のような転写装置、同
(b)のようなクリ−ニング装置に用いることができ
る。この場合も、巻き目跡による転写ムラ、クリ−ニン
グ不良が問題となるが、上記説明した条件で斜毛を行っ
たブラシを用いれば、転写ムラ、クリ−ニング不良のな
い良好な画像を得ることができる。
ても、トナ−や紙粉によるフィルミングが発生し、転写
不良やクリ−ニング不良が発生するので、図17
(a)、(b)においては、除電兼クリ−ニング手段と
して、導電樹脂性のグリッド106及びブレ−ド107
を当接している。このように、転写装置、クリ−ニング
装置においても、転写部材、クリ−ニング部材の表面を
除電する手段、クリ−ニングする手段を設けることによ
り、長時間安定した、転写、クリ−ニングを行うことが
できる。
したが、それ以外の、ベルト状帯電装置などを用いた帯
電装置、クリ−ニング装置、転写装置においても本発明
を適用することができる。
表面汚染やフィルミングによる帯電ムラ、転写ムラ、ク
リ−ニングムラのない画像をえることができる。
図。
示す線図。
線図および印字枚数と印字不良との関係を機種別に示す
図表。
各種対策を示す説明図。
枚数との関係を示す線図。
(b)、(c)は斜毛ブラシの模式的正面図。
の関係を示す線図。
係を示す図表。
ついての説明図。
りの不良発生の説明図。
示す図表。
(b)、(c)は斜毛ブラシの模式的正面図。
す図表。
視図。
クリ−ニング装置の他の例の模式図。
シ−ト 102…ウレタンブレ−ド 104…導電性の
シ−ト 105…帯電ブラシ 106…金属グリ
ッド 200…転写ロ−ラ 201…クリ−ニ
ングブレ−ド
Claims (4)
- 【請求項1】 被帯電物に近接または接触して回転しつ
つ、前記被帯電物を帯電させる帯電部材と、 この帯電部材の表面を清掃し、なおかつ前記帯電部材の
除電を行う接地した導電性のシートまたは金属グリッド
を有することを特徴とする帯電装置。 - 【請求項2】 ブラシ繊維長さをL1 (mm)、このブ
ラシ繊維を斜毛した斜毛ブラシ厚さをL2 (mm)とし
て、L2 ≦L1 −0.5、およびL2 ≧L1×0.5の
条件を満たすように前記ブラシ繊維を斜毛して構成し、
抵抗値Rが103〜108Ωである帯電部材と、前記帯電部材の表面を清掃し、なおかつ前記帯電部材の
除電を行なう接地した導電性のシートまたは金属グリッ
ドと を有し、 被帯電物にこの帯電部材を接触させ回転させて帯電を行
うことを特徴とする帯電装置。 - 【請求項3】 前記帯電部材を、前記被帯電物の周速の
1.5倍以上の同方向の周速、または前記被帯電物の周
速の1倍以上の逆方向の周速で回転させることを特徴と
する請求項2記載の帯電装置。 - 【請求項4】 被帯電物と、前記被帯電物を帯電させる
帯電装置と、前記被帯電物に潜像を形成する露光装置
と、前記被帯電物の前記潜像を現像して画像を形成する
現像装置とを備えた画像形成装置において、 前記帯電装置として、請求項1〜3のいずれか1項記載
の帯電装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
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