JPH01172857A - 接触帯電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１発明の目的 〔産業上の利用分野〕 本発明は接触帯電装置に関する。更に詳しくは、外部よ
り電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接させて帯電
（除電を含む）を行う装置の改りに関する。

〔従来の技術〕

以下１便宜上電子写真複写機等における被帯電体たる感
光体に対する接触帯電装置を例にして説明する。

従来この種の接触帯電装置においては、ＩＫＶ程度の交
流成分を含む直流電圧を外部より印加した導電性繊維毛
ブラシあるいは導電性弾性ローラ等の帯電部材（導電性
電位維持部材）を感光体表面に接触させることにより、
該感光体表面上に電荷を導いて所定の電位に帯電するよ
うに構成されていた。

第８図は従来のこの種の接触帯電装置の一例を示す概略
構成図である。

図においてｌは感光体、２は（ｉ？電郡部材してのり１
２電ローラ、３は電源を示す。

帯電ローラ２は、導電性金属芯体２ａの周囲にＥｐｏＬ
　　ＮＯＲ・発泡ウレタンゴム等のゴム層２ｄを形成し
た単層構成のものである。従来このローラ２の体積抵抗
率は１０’Ωｍ程度のものを用いていた。これはニップ
部分（本書では帯電ローラ２と感光体１との接触面積を
いい、本例では幅１■、長さ２２０■である）の抵抗で
１．８９Ｘ　１０２Ωに相当する。但し帯電ローラ２は
外径φ１２１層、ゴム層２ｄの厚さ３ＩＩ１１の場合で
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし実際には被帯電体たる感光体面を上記のような帯
電ローラで帯電処理する場合、感光体面にピンホールが
あると、その部分が正常に帯電されないという欠点があ
った。

つまり帯電ローラと感光体面上のピンホールが対峙した
時に、帯電ローラからピンホー」しに向けて火花放電が
発生し大電流が流れる。その結果、帯電ローラに印加し
ている電源出力が低下し、その部分の感光体表面上の帯
電が正常に行われなくなるものである。その場合感光体
上には軸方向全長に渡って電位が正しくのらなくなり、
画像として反転現像では黒くなり（一般に黒オビと呼ぶ
）、正規現像では白く抜ける（一般に白オビと呼ぶ）現
象があられれる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、接触
帯電装置における上記の感光体等の被帯電体表面の損傷
による帯電不良を防止するとともに、安定した帯電性能
を有する接触帯電装置を提供することを目的とする。

口、発ＩＮ＋の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、外部より電圧を印加した帯電部材を被帯電体
に出接させて帯電を行う接触帯電装置において、上記帯
電部材が被帯電体と接触する暦の体積抵抗率をρ、厚さ
を文としたときその桔ρｌが、ρｌ＞　８．４４Ｘ　１
Ｏ−２（Ωｍｌ〕を満たし、かつ前記帯電部材が被帯電
体に接触して無限回１回動した時の前記帯電部材の表面
電位が帯電開始電位以上になるような抵抗と静電容量を
、上記被帯電体と対向する層が有することを特徴とする
。

〔作　用〕

上記の構成により、帯電部材の最終表面電位が火花放電
開始電位より低く、かつ帯電開始電位以上になるような
抵抗と静電容量をそなえた層を帯電部材が有することで
、被帯電体上の欠陥部分（ピンホール）と帯電部材が対
峙しても火花放電が生ずることなく、しかも被帯電体を
均一に安定に帯電させることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に基づいて具体的に詳述する。第１図
は本発明の一実施例を示す接触帯電装置の概略構成図で
ある。

図において、ｌは被帯電体としてのドラム状電子写真感
光体の一部であり、ドラム基体１ａの外周面に感光層（
有機半導体、アモルファスシリコン、セレン等の光導電
性半導体材料層）ｌｂを形成してなるもので、矢示ａ方
向に所定の速度で面移動駆動される。なお上記の感光体
はドラム状に限らずベルト状もしくはシート状であって
もよい。

２は上記のドラム状感光体（以下感光ドラムという）１
面に所定圧力をもって接触させた帯電部材としての帯電
ローラであり、感光ドラムｌの回転に伴い矢示方向に従
動回転する。

その帯電ローラ２は１例えば金属芯線（導電性基体）２
ａの周面に１体積抵抗率が１００ｍ程度になるように処
理したＥＰＤＭ・　ＮＢＲ−発泡ウレタンゴム等の導電
性弾性ゴム層（以下、内層という）２ｂと、体積抵抗率
が１０１４Ωｍ程度のマイラ・ナイロン等の抵抗層（以
下、外層という）２ｃとを被覆した二層構成のものを用
いる。ただし二層以り設けることもある。この場合、各
暦の抵抗及び静電容量の和を帯電ローラ２の抵抗及び静
電容量とし説明を行う。

３は帯電ローラ２に電圧を印加する電源であり、直流電
圧（ＯＣ）に交流電圧（ＡＣ）が重畳されている。なお
、本実施例では、　ＡＣ成分は感光ドラム表面電位を均
一にするために重畳されているものとしてとらえ、各部
分の電位変化のモデルとしては、ＤＣを帯電ローラに印
加した場合の過度現象と等価であるとして説明を行う。

ａ）帯電不良対策 まず始めに、感光ドラム上のピンホールが帯電ローラと
対峙した時に発生する帯電不良の対策を前記第８図のよ
うな単層構成の帯電ローラを用いて検討を行った。

感光ドラム上のピンホールが帯電ローラと対峙した時に
感光ドラム上に正常に帯電できなくなるのは、前述のよ
うに帯電ローラからピンホールに向けて火花放電が行わ
れ、大電流が流れるからである。

その結果、流れる電流が電源の容量を越えてしまい、電
源出力が低下して感光ドラムへの帯電が行われなくなる
ものである。

そこで、火花放電対策としては、帯電ローラとピンホー
ルが対峙した時に、通常より多くの電流が流れたとして
も、それが電源出力低下の原因とならないような電源容
量を電源に持たせればよい。

そこで電源容量をＰ、ピンホール部分の帯電ローラの抵
抗をＲ１電源電圧をＥとすると、の関係を満たす電源容
量であればよい。

さらに、体積抵抗率の定義より、 ただし、ρ：帯電ローラの体積抵抗重 文：帯電ローラの肉厚 Ａ：ピンホールの面積 であるから。

の関係を満たす９文であれば火花放電による帯電異常は
発生しない、ここで例えばＡ＝　（ＬＸｌｏ−３）　２
（ｒｎ’）　、　　ＥはＤＣＩ＆、分−７５０Ｖ、　Ａ
Ｃ成分ＶＰＰ＝　１５００Ｖとり、ＰはＩＯＷ　、！−
すルト、＝　８．４４Ｘ　１０−２Ωば　　　、、、、
、、、（４）という条件を得る。

ここで帯電ローラの肉厚文を例えば３．０ｍｍとすると
ρの範囲は ｐ　＞２．８１Ｘ　１０’Ωｍ　　　　、、、、、、、
　（５）となる。

ｂ）交流の通りにくさ ところが前記第８図に示したような単層構成の帯電ロー
ラでは、均一帯電のために印加されている交流が通りに
くいという問題が発生した。

つまり、ニップ部での抵抗は帯電ローラの高湿環境下で
の吸水による抵抗の低下を考慮して十分に余裕をもたせ
１．１４Ｘ　１０”Ω程度のものを使うことになる。

しかしこの抵抗をもつ帯電ローラへの印加電圧を交流テ
１８００Ｖ　ｐｐ、！：した場合、電源は０．０５ＪＬ
ＡＩ。

か流れない。

その結果交流による感光ドラムの電位ならし効果が期待
できず、感光ドラム上に帯電ムラが発生した。

Ｃ）交流を通す そこで次に前記第１図に示すような二層構成の帯電ロー
ラ２を用い、該ローラ２の内層２ｂには１０’Ωｍの材
料を、また外層２Ｃにはニップ部分での抵抗（内層と外
暦の和）が前記の単暦の抵抗値（１，１４Ｘ　１０”Ω
）と等しくなる材料を選出した。すると外層２Ｃは体積
抵抗率は大きくなるが、静電界ｌＩ（も同時に具備する
ことになった。

その結果、この帯電ローラを流れる交流は０．８ｍＡに
もなり、電位ならし効果・により感光ドラム１−での帯
電ムラも解消された。

ｄ）？ｉ″ｆ電ローラの帯電能力 さらに、より大きなピンホールに対する火花放電対策、
および、より大きな交流を流すことによる帯電ムラの低
減効果を考えた場合、帯電ローラのニップ部分の抵抗及
び静電容量はより適切な値が要求される。

そこで帯電ローラの外層２０部分の材料を種々検、ｉｌ
ｌ　した、しかし材料によっては帯電ローラの表面電位
がローラの回転と共に徐々に低下し、ついには所申の電
位を感光ドラムに？＋？電できなくなるものもあった。

そこで計算により、帯電ローラ２の表面電位変化を求め
、帯電ローラ２の外層２０部分の適切な抵抗と静電容量
の範囲を求めた。

ｅ）帯電ローラの表面電位変化 まず等価回路を用いて、帯電ローラ１回転分の電圧変化
を求めた０次に回転数を無限回にした時の帯電ローラ表
面の電圧を求めた。さらに感光ドラムに帯電可能な帯電
ローラ表面電位を実験により求め、その条件を満たす帯
電ローラ外層２Ｃの抵抗と静電容量範囲を求めた。

第２図は前記第１図例における帯電ローラ２と感光ドラ
ムｌとの成す等価回路を示す。

図において、Ｃ，−Ｒ，はニップ部分の感光ドラムｌの
静電容量と抵抗、Ｃ２・Ｒ２はニップ部分の帯電ローラ
２の静電容量と抵抗、Ｒ３は帯電抵抗、Ｒ２は帯電開始
電圧、Ｅｌは印加電圧、ｖＩ　φｖ２はそれぞれ感光ド
ラムｌと帯電ローラ２の電圧、Ｓは帯電ローラの周面上
における成る特定の部分がニップ部に突入したときオン
・離れるときオフとなることを表わすスイッチである。

上記第２図の等価回路より導出した帯電ローラ２の表面
電位の変化を第３図に示す。

図中ｔｌは帯電ローラがニップ部を通過するのに要する
時間、ｔ２は帯電ローラが１回転する時間である。

ここで１＝０の時の帯電ローラ表面電位は次のようにな
る。

ただしＶ２゜は帯電ローラの初期値である。

またニップ部分での帯電ローラの電圧は、、、、、、、
（７） と表わされ、次いで二７ブを離れて再度ニップ部に突入
するまでの帯電ローラ電圧は、 のように表わされる。

帯電ローラが回転するに従い、帯電ローラの表面電圧は
上記式（６）・　（７）・　（８）を満たしながら変化
する。

また帯電ローラがニップ部を離れる時の帯電ローラ電位
は第３図中の一点鎖線で示される。

ここで帯電ローラの回転数を無限回としたときニップ部
を離れる時の帯電ローラの最終表面電圧Ｖｎ→■は次の
ように示される。

第３図中　（６）〜　（９）は上記式（６）〜　（９）
の示す部分を明示したものである。さらに二点鎖線は感
光ドラムの表面電位変化を示している。これは常に帯電
ローラの表面電位よりもＲ２（帯電開始電圧）の分だけ
低い。

第３図ではＶｎ＋■が帯電開始電圧Ｅ２より大きい場合
を示している。つまりこの場合、この帯電ローラの外層
２Ｃの抵抗と静電容量は十分に帯電能力をもっているこ
とを示している。

ｆ）Ｒ，・Ｃ２の範囲を求める。

次に帯電ローラを無限回回転した時の帯電ローラ表面電
位が帯電開始電圧Ｅ２より大きくなる帯電ローラ外層２
Ｃの抵抗Ｒ２と、静電容量Ｃ２の範囲を前記（９）式を
用いて求めた０条件として印加電圧Ｅ　、　＝　−１３
００Ｖ、感光ドラムのニップ部分での抵抗Ｒ、＝　４．
ＯＯＸ　１０”Ω、静電容量ＣＩ＝３．１０Ｘ　１０°
１０　Ｆとした。

また帯電開始電圧Ｅ２は以下の方法で実測により求めた
。即ち、帯電ローラの抵抗Ｒ２がほぼ０である帯電ロー
ラを用い、印加電圧Ｅｌ　と感光体表面電圧ｖＩの関係
をまず求めた。

第４図はその結果を示したもので、縦軸に感光体表面電
圧ｖＩ、横軸に印加電圧Ｅ１をとり、その印加電圧Ｅ！
を変化させて、それに対する感光体表面電圧ｖ１をプロ
ットしたものである。なお感光体はｏｐｃを用いた。

この図より次の関係が導出される。

Ｖ、＝Ｅ、−Ｅ２ ＝　Ｅ　ｌ−（−５８０）　　　　−１−０−０−Ｃ１
０）したがってＥ２＝−５８０Ｖが実験的に求められた
。この結果から次のことが云える。つまり、印加直流電
圧Ｅ１に対し帯電はＩ！ｌ値を有し、約−５８０Ｖ　（
（ＬＩＬこの電圧は印加する電源の極性感光体の容量に
依存する値である）から帯電が開始し、その帯電開始電
圧具−ヒの電圧印加に対しては、得られる表面電位ｖ１
はグラフ上傾きｌの直線的な関係がある。

さらにこの特性は環境特性的（例えば高温Φ高湿、低温
・低湿環境）にも、はぼ同等の結果が得られた。

以上の条件において帯電ローラを無限回回転した時の帯
電ローラ表面電位が帯電開始電圧８２以上になるＲ２　
・Ｃ２の範囲を前記（９）式から導くことができる。そ
の計算結果を第５図に示す。

第５図中Ｏ印はＥ、−Ｖ２が帯電開始電圧より大きくな
るＲ２Ｃ２゜ ｘ印はＥ、−Ｖ２が帯電開始電圧より 小さくなるＲ２Ｃ２を示す。

図から明らかなようにＲ２Ｃ２が以下の範囲を満足すれ
ば、帯電ローラ表面電位は帯電開始電位より高くなるこ
とが云える。

１）Ｃ２≧１０−２・１　（Ｆ）のとき　Ｒ２≦１０１
５　（Ω）２）　１０−２・ｌ　（Ｆ）　＞Ｃ２≧１Ｏ
−９（Ｆ）のときＲ２≦１０１２　　（Ω） ３）　Ｃ２＜　１Ｏ−９（Ｆ）のとき　　Ｒ２≦１０’
　／　Ｃ７また前記（４）式より見＝１００延の場合の
体積抵抗率ρは。

ρ＞　８．４４Ｘ　１０−２　Ｘ　（１００Ｘ　１０−
’　）”＝　８．４４Ｘ　１０２（Ωｍ〕 となる。

また外層２Ｃに上記の条件を満たす体積抵抗率ρを持た
せたときのニップ部分の抵抗Ｒ２は次のように求められ
る。

＝　３．８７Ｘ　１０２（Ω） したがって上記の結果と前記ｌ）・２）・３）の結果よ
り、Ｒ２の範囲は最終的に次のようになる。

４）Ｃ２≧１Ｏ−２１（Ｆ）のとき ３．８７Ｘ　１０２（Ω）くＲ２≦１０１５　（Ω）５
）　１０−２・１（Ｆ）＞Ｃ２≧１Ｏ−９（Ｆ）のとき
３．８７Ｘ　１０２（Ω）くＲ２≦１０１２（Ω）８）
　Ｃ２＜１Ｏ−９（Ｆ）のとき ３．８７Ｘ　１０２（Ω）くＲ２≦１０４／Ｃ？次に、
帯電ローラ２の外層２Ｃとして、前記第５図における０
印の領域にある厚さ２５終のセロ／＼ン（Ｒ２＝　１．
．１４Ｘ　１０”Ω、Ｃ２＝　３．８９Ｘ　１０°１０
　）を用いたところ、次のような結果を得た。

Ｅ　、　＝　−１３００Ｖを印加して感光ドラム１の電
位を測定したところ一３８０ｖとなり、前記（９）式よ
り得られる感光ドラム゛の表面電位−３７８ｖとよく一
致し、このモデルが正しいことが証明された。

さらに感光ドラム上にピンホールをつくってもリークは
全く発生せず帯電ムラのない安定した画像が得られた。

なお前記の実施例においては帯電部材をローラ状に形成
したが、例えば第６図に示すように、帯電ローラ２の外
層２Ｃをベルト状にしてもよい。

このように構成すると、外層２Ｃ中の残留電荷が消去す
る時間が長くとれ、帯電能力の回復が促進される。その
結果、外層２Ｃの材料の抵抗はより大きなものまで選ぶ
ことが可能となり、材料の選択の幅が広がるという利点
がある。さらにベルト状にすることで帯電幅も広がりよ
り確実な帯電が１能となる。

また第７図のように帯電ローラの内層２ｂを中空のハニ
カム状、又はスポンジ状にしてもよい。

このようにした場合、簡単に広いニップ幅を得ることが
可能となり、ベルト状にした場合と同じ効果が得られる
。

また本実施例では帯電ローラに印加する外部電源の極性
はマイナスで説明してきたが、プラスの場合も同様に説
明できる。

ハ、発明の効果 以」−説明したように本発明によれば、上記帯電部材が
被帯電体と接触する暦の体積抵抗率ρとその厚さ、Ｑと
の積がρｌ＞　８．４４Ｘ　１Ｏ−２（Ωｍｌ〕を満た
し、かつ前記帯電部材が被帯電体に接触して無限回１回
動した時の前記帯電部材の表面電位が帯電開始電位以上
になるような抵抗と静電容量を、上記被帯電体と対向す
る層が有するようにしたことにより以下のような効果が
得られる。

■帯電部材の抵抗と静電容量とを上記のような条件に設
定することにより、被帯電体にピンホールなどの欠陥が
あっても、その部分で帯電不良を生ずることなく、しか
も被帯電体を安定に帯電することができる。

■帯電部材が適切な静電容量を持つので、交流の通りが
よくなり、被帯電体をムラなく帯電することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す接触帯電装置の概略構
成図、第２図はその等価回路１、第３図は帯電部材（帯
電ローラ）の表面電位の変化を示すグラフ、第４図は印
加電圧と感光体表面電圧との関係を示すグラフ、第５図
は帯電ローラが無限回回動したときその表面電位が帯電
開始電圧以上になる場合とならない場合の抵抗と静電容
量との関係を示す説明図、第６図・第７図は本発明の他
の実施例を示す接触帯電装置の概略構成図、第８図は従
来例の同上図である。 ｌは被帯電体（感光ドラム）、２は帯電部材（帯電ロー
ラ）、３は電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部より電圧を印加した帯電部材を被帯電体に当接
   させて帯電を行う接触帯電装置において、 上記帯電部材が被帯電体と接触する暦の体積抵抗率をρ
   、厚さをｌとしたときその積ρｌが、ρｌ＞８．４４×
   １０＾−＾２〔Ωｍ＾２〕を満たし、 かつ前記帯電部材が被帯電体に接触して無限回、回動し
   た時の前記帯電部材の表面電位が帯電開始電位以上にな
   るような抵抗と静電容量を、上記被帯電体と対向する層
   が有することを特徴とする接触帯電装置。