JPH0792617B2 - 接触帯電装置 - Google Patents

接触帯電装置

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JPH0792617B2
JPH0792617B2 JP62331149A JP33114987A JPH0792617B2 JP H0792617 B2 JPH0792617 B2 JP H0792617B2 JP 62331149 A JP62331149 A JP 62331149A JP 33114987 A JP33114987 A JP 33114987A JP H0792617 B2 JPH0792617 B2 JP H0792617B2
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Description

【発明の詳細な説明】 イ.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)を行う装置の改善に関する。
〔従来の技術〕
以下、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、1KV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。
図においては1は感光体、2は帯電部材としての帯電ロ
ーラ、3は電源を示す。
帯電ローラ2は、導電性金属芯棒2aの周囲にEPDM・NBR
・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101Ωm
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1mm、長さ220mmである)の抵抗で1.89×102Ωに相当
する。但し帯電ローラ2は外径φ12mm、ゴム層2dの厚さ
3mm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ル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
像として反転現象では黒くなり(一般に黒オビと呼
ぶ)、正規現象では白く抜ける(一般に白オビと呼ぶ)
現象があらわれる。
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。
ロ.発明の構成 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、被帯電体と接触して被帯電体を帯電する帯電
部材と、前記帯電部材に電力を供給する電源と、を有
し、前記帯電部材は導電性基体と、抵抗層と、を備える
接触帯電装置において、前記抵抗層の体積抵抗率をρ、
前記抵抗層の厚さをl、前記電源の電圧をE、前記電源
の容量をPとすると ただしA=(1×10-3)2[m2] を満たすことを特徴とする。
〔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、1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)1b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1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、例えば金属芯棒(導電性基体)2a
の周面に、体積抵抗率が10Ωm程度になるように処理し
たEPOM・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。ただし二層以上
設けることもある。この場合、各層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(DC)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R、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率 l: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ρl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=(1×10-3)2〔m2〕、Eは
DC成分−750V、AC成分Vpp=1500Vとし、Pは10Wとする
と、 という条件を得る。
ここで帯電ローラの肉厚lを例えば、3.0mmとするとρ
の範囲は ρ>2.81×101Ωm ……(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
1.14×1010Ω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で
1600Vppとした場合、電源は0.05μAしか流れない。
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101Ωmの材料
を、また外層2cにはニップ部分での抵抗(内層と外層の
和)が前記の単層の抵抗値(1.14×1010Ω)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、静電容量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0.6mAにもな
り、電位ならし効果により感光ドラム上での帯電ムラも
解消された。
d)帯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2c部分の材料を種々検討した。
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、ついには所望の電位を感光ド
ラムに帯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2c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。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た、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図における帯電ローラ2と感光ドラム
1との成す等価回路を示す。
図において、C1・R1はニップ部分の感光ドラム1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、E2は帯電開始電圧、E1は印
加電圧、V1・V2はそれぞれ感光ドラム1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或る特定の部
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t1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t=0の時の帯電ローラ表面電位は次のようにな
る。
ただしV20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 と表わされ、次いでニップ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E2(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)R2・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2c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。条件として印加電圧E1=−1300V、感光ドラムの
ニップ部分での抵抗R1=4.00×1012Ω、静電容量C1=3.
10×10-10F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E1と感光体表面電圧V1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V1、横軸に印加電圧E1をとり、その印加電圧E1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。
V1=E1−E2 =E1−(−560) ……(10) したがってE2=−560V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
帯電は閾値を有し、約−560V(但し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、その帯電開始電圧以上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1の直線的な関
係がある。
さらにはこの特性は環境特性的(例えば高温・高湿、低
温・低湿環境)にも、ほ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E2以上になるR2・C2
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○印はE1−V2が帯電開始電圧より大きくなるR2
C2
×印はE1−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≦1015(Ω) 2)10-2.1(F)>C2≧10-9(F)のときR2≦10
12(Ω) 3)C2<10-9(F)のときR2≦104/C2 また前記(4)式よりl=100μの場合の体積抵抗率ρ
は、 ρ>8.44×10-2×(100×10-6)-1=8.44×102〔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。
したがって上記の結果と前記1)・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≧10-2.1(F)のとき3.87×102(Ω)<R2≦10
15(Ω) 5)10-2.1(F)>C2≧10-9(F)のとき3.87×10
2(Ω)<R2≦1012(Ω) 6)C2<10-9(F)のとき3.87×102(Ω)<R2≦104
C2 次に、帯電ローラ2の外層2cとして、前記第5図におけ
る○印の領域にある厚さ25μのセロハン(R2=1.14×10
10Ω、C2=3.89×10-10)を用いたところ、次のような
結果を得た。
E1=−1300Vを印加して感光ドラム1の電位を測定した
ところ−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可能となる。
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 以上説明したように本発明によれば、帯電部材の抵抗層
の体積低効率をρ、この抵抗層の厚さをl、帯電部材に
電力を供給する電源の電圧をE、電源の容量をPとする
ただしA=(1×10-3)2[m2] を満たす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。
【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図はその等価回路図、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。 1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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 雅信 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 荒矢 順治 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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被帯電体と接触して被帯電体を帯電する帯
    電部材と、前記帯電部材に電力を供給する電源と、を有
    し、前記帯電部材は導電性基体と、抵抗層と、を備える
    接触帯電装置において、 前記抵抗層の体積抵抗率をρ、前記抵抗層の厚さをl、
    前記電源の電圧をE、前記電源の容量をPとすると ただしA=(1×10-3)2[m2] を満たすことを特徴とする接触帯電装置。
JP62331149A 1987-09-14 1987-12-26 接触帯電装置 Expired - Lifetime JPH0792617B2 (ja)

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EP88308464A EP0308185B1 (en) 1987-09-14 1988-09-13 A charging device
DE3885830T DE3885830T2 (de) 1987-09-14 1988-09-13 Aufladevorrichtung.
US07/753,027 US5126913A (en) 1987-09-14 1991-08-29 Charging device with contactable charging means and an image forming apparatus having the charging means and a detachable process unit

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