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発明の名称 帯電装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−143181
公開日 平成11年(1999)5月28日
出願番号 特願平9−305740
出願日 平成9年(1997)11月7日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】丸島 儀一
発明者 佐藤 博
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 被帯電体を帯電するために被帯電体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動成分は、定電流制御され、かつ定電流制御の応答時間が、前記帯電ローラと前記被帯電体が静止状態で両者の間に形成されるニップ幅が前記帯電ローラと前記被帯電体との放電領域を通過する時間よりも長いことを特徴とする帯電装置。
【請求項2】 前記ニップ幅は、前記装置を実際に使用する状態の、前記帯電ローラと前記被帯電体との、当接条件にて40℃,95%RH環境下で30日間放置された後に形成されたニップ幅であることを特徴とする請求項1の帯電装置。
【請求項3】 前記被帯電体は、像を担持する像担持体であることを特徴とする請求項1又は2の帯電装置。
【請求項4】 像担持体を帯電するために像担持体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、かつ少なくとも前記帯電ローラが前記像担持体の画像領域となるべき領域を帯電するとき前記振動成分は定電流制御中の前記振動成分のピーク間電圧に基づいた所定のピーク間電圧範囲内に制限されることを特徴とする帯電装置。
【請求項5】 像担持体を帯電するために像担持体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、前記帯電ローラが前記像担持体の画像領域となるべき領域を帯電するとき前記帯電ローラは定電流制御中の前記振動成分のピーク間電圧に基づいたピーク間電圧で定電圧制御されることを特徴とする帯電装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば複写機やレーザープリンタなどの電子写真方式、あるいは静電記録方式の画像形成装置などに用いられる帯電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、電子写真装置・静電記録装置等の画像形成装置において感光体・誘電体等の被帯電体としての像担持体表面を帯電させる方法としては、細いコロナ放電ワイヤに高圧を印加して発生するコロナを像担持体表面に作用させて帯電を行う、非接触帯電であるコロナ帯電が一般的であった。
【0003】近年は、低圧プロセス、低オゾン発生量、低コストなどの点から、ローラ型・ブレード型などの帯電部材を被帯電体としての像担持体表面に接触させ、帯電部材に電圧を印加することにより像担持体表面を帯電させる接触帯電方式が主流となりつつある。特にローラ型の帯電部材は長期にわたって安定した帯電を行うことが可能である。
【0004】帯電部材に対する印加電圧は直流電圧のみでも良いが、振動電圧を印加することで帯電を均一に行わせることができる。
【0005】例えば、直流電圧を印加したときの被帯電体の放電開始しきい値電圧(帯電開始電圧)の2倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧と、直流電圧(直流オフセットバイアス)とを重畳した振動電圧を印加することにより、被帯電体の帯電を均す効果があり均一な帯電を行うことが知られている。振動電圧の波形としては正弦波に限らず、矩形波、三角波、パルス波でも良い。振動電圧は直流電圧を周期的にオン/オフすることによって形成された矩形波の電圧や、直流電圧の値を周期的に変化させて交流電圧と直流電圧との重畳電圧と同じ出力としたものも含む。
【0006】上記のように、帯電部材に振動電圧を印加して帯電する接触帯電方式を以下「AC帯電方式」と記す。また振動電圧の振動成分である交流電圧成分を「AC電圧成分」又は「AC電圧」、固定成分である直流電圧を「DC電圧成分」又は「DC電圧」と記す。
【0007】一方、帯電部材の抵抗値は材料の環境変動によって1桁近く変動することがある。従って帯電ローラに印加するAC電圧を定電圧制御すると、特に低温低湿環境下では材料が乾燥して抵抗値が上昇し、帯電不良が生じる可能性があり、また、高温高湿環境下では材料が吸湿し、抵抗値が下降し、帯電ローラに余分なAC電圧を重畳することになる。余分なAC電圧を印加した場合、帯電部材と像担持体の接触部近傍の微小ギャップ間で余分な放電が起こり、像担持体表面にダメージを与える。ダメージを受けた像担持体表面がクリーニング部材等と摺擦すると、像担持体表面の摩耗が著しく促進され、その結果像担持体の寿命が大きく短縮される。
【0008】このような問題を回避する方法として、帯電部材に印加するAC電圧を定電流制御する方法が知られている。この方法によると環境特性、又は帯電部材製造時のふれなどによってインピーダンスが上昇すると、帯電部材に供給される帯電AC電流が定電流制御されているため、発生するAC電圧(ピーク間電圧)がオームの法則に従って上昇し、帯電不良を防止する効果がある。一方、高温高湿環境下などで均一帯電に必要な電圧が小さくても良い場合には、帯電部材のインピーダンスも下降するため、発生するAC電圧(ピーク間電圧)も小さくなり、余分なAC電圧が印加された場合の前述の問題を回避することができる。
【0009】一方、帯電部材にAC電圧を印加した場合には、帯電部材と像担持体の接地された基体との間に電界が発生するため、帯電部材と像担持体の間に電気的な力が生じる。この力はAC電圧に応じて変化するため、像担持体は振動を引き起こし、帯電音と呼ばれる異音を発生することがある。
【0010】このような問題を回避する方法として、発泡体を備える帯電部材を用いることが知られている。帯電部材に発泡体を用いることで帯電部材と像担持体の間に働く電気的な力によって生じる振動を緩和できるため、帯電音を軽減することができる。
【0011】一方、帯電部材は像担持体表面との微小ギャップ間での放電により像担持体表面を帯電するのであるから、均一な帯電を行うためにはギャップ間の距離を均一にしなければならない。そのため帯電部材の表面は平滑であることが望ましく、発泡体からなる帯電部材の場合、表面にスキン層を有するもの、或いは帯電部材を複数の層で構成して表層には平滑な層を用いるものが良い。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発泡体からなる帯電ローラを感光ドラム表面に押圧した状態で長期間放置(特に帯電ローラを備えるプロセスカートリッジの使用前の状態での長期間放置)すると、帯電ローラの硬度が小さいこともあり、発泡体が永久変形することによって、当接していた位置に像担持体表面に沿った変形部が形成される場合がある。このような変形をした帯電ローラを用いて帯電を行った場合、変形部が帯電領域を通過する際に変形に応じた帯電不良を生じる場合がある。図5に示すように帯電ローラと感光ドラムの接触部近傍のギャップの形状は帯電ローラの変形部と非変形部で異なるため、放電可能な距離にある領域、すなわち放電面積が異なる。帯電ローラに印加したAC電圧の電流量は放電面積に比例して変化するため、定電流制御を行った場合には放電面積の変化に応じて帯電ローラに印加するAC電圧(ピーク間電圧)の値が変化する。この時AC電圧の値が良好な帯電電圧の範囲を超えた場合に帯電不良となる。帯電不良としては白すじと黒すじが隣接するように生じるすじ状の画像不良が生じる。
【0013】そこで、本発明の目的は、帯電ローラと被帯電体への接触による帯電ローラが永久変形した場合であっても良好な帯電が可能な帯電装置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、被帯電体を帯電するために被帯電体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、かつ定電流制御の応答時間が、前記帯電ローラと前記被帯電体が静止状態で両者の間に形成されるニップ幅が前記帯電ローラと前記被帯電体との放電領域を通過する時間よりも長いことを特徴とする帯電装置である。
【0015】また、像担持体を帯電するために像担持体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、かつ少なくとも前記帯電ローラが前記像担持体の画像領域となるべき領域を帯電するとき前記振動成分は定電流制御中の前記振動成分のピーク間電圧に基づいた所定のピーク間電圧範囲内に制限されることを特徴とする帯電装置である。
【0016】更に本発明は、像担持体を帯電するために像担持体に接触し、発泡部材を備える回転可能な帯電ローラであって、振動成分を含む電圧が印加される帯電ローラを有する帯電装置において、前記振動成分は定電流制御され、前記帯電ローラが前記像担持体の画像領域となるべき領域を帯電するとき前記帯電ローラは定電流制御中の前記振動成分のピーク間電圧に基づいたピーク間電圧で定電圧制御されることを特徴とする帯電装置である。
【0017】
【発明の実施の形態】(第1の実施例)以下、本発明の実施例の詳細を添付図面に基づいて説明する。
【0018】図2は本実施例で用いた画像形成装置の概略構成図であり、レーザー、ポリゴンミラー、レンズ系を含むスキャナユニット1からは画像信号に応じて変調されたレーザー光がスキャン出力され、このレーザー光は折り返しミラー2で反射して像担持体である感光ドラム3上に照射される。そして、感光ドラム3は帯電ローラからなる一次帯電器4によって均一に帯電され、その表面上にはレーザー光の照射によって静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置5内のトナー24によってトナー像として現像されて顕像化される。一方、カセット71内に収納された記録材7は、給紙ローラ72によって感光ドラム3での潜像の形成と同期してレジストローラ73まで供給される。そして、この記録材7は、レジストローラ73によって感光ドラム3上に形成された潜像の先端と同期して、転写ローラからなる転写帯電器6に搬送され、転写帯電器6によって前記トナー像が該記録材7に転写される。トナー像を転写された記録材7は定着器8によってトナー像を永久定着された後、最後に装置外部に排出される。なお、感光ドラム3上に残留したトナーは弾性ブレードからなるクリーニング装置9によって除去される。
【0019】本実施例の特徴とするところは、発泡部材を備える帯電部材に振動成分(交流成分)を含む帯電バイアスを印加して静電潜像担持体表面を帯電する帯電装置において、帯電部材に印加する振動成分(交流成分)を定電流制御し、かつ、定電流制御の応答時間を、帯電ローラの変形部が放電領域を通過する時間より長く設定することである。このようにすることで、帯電ローラが永久変形した場合であっても、変形部が放電領域を通過する間に振動成分のピーク間電圧値(交流電圧値)が変化することがないので良好な帯電を行うことが可能となる。
【0020】以下、図1に基づいて具体的に説明する。
【0021】被帯電体である像担持体としての感光ドラム3は周知の負帯電極性の有機感光体ドラムで外径30mmのものを使用し、矢印Aの方向にプロセススピードVp=100mm/secで回転させる。
【0022】帯電ローラ4は直径6mmの芯金4a上に、カーボンを分散させたEPDMの発泡体からなる導電性基層4b、カーボンを分散させたアクリルウレタンからなる平滑な表層4cを形成し、外径が12mmとなるようにした。表層4cの体積抵抗率は、基層4bのそれよりも大きくするのが良く、105 〜109 Ωcmが良い。帯電ローラ4は芯金の両端部を不図示のバネ部材によって所定の押圧力で感光ドラム3に当接しており、感光ドラム3の回転に従動して回転する。なお、電源10からは固定成分としての直流電圧Vdc=−600Vに振動成分としての交流電圧を重畳した振動電圧の帯電バイアスが芯金を介して帯電ローラに印加される。帯電バイアスのAC電圧は定電流制御する。周波数1000Hz、定電流値1000μAとしたとき、常温常湿(23℃,64%)下でおよそ2kVppのピーク間電圧が印加された。
【0023】帯電ローラと感光ドラムとの放電領域はパッシェンの法則式(1)を満たす領域として計算できる。
【0024】
V(V)>312+6.2d(μm)…(1)
【0025】放電領域は帯電ローラに印加される交流電圧の大きさから放電ギャップの距離を求め、この距離に基づいて測定した。なお放電領域は、感光体を停止させて帯電を行ない、その部分をトナーで現像して実測することもできる。
【0026】ここで放電領域とは、放電が開始する最上流部から放電が終了する最下流部までの領域とし、実際にローラと感光体が接触して放電が行なわれていない領域も含む。
【0027】本実施例における構成において放電領域は帯電ローラの外周上の長さでL=1.9mmであった。
【0028】帯電ローラの永久変形による変形部の長さnは、感光ドラムと帯電ローラを実使用状態で当接させ、40℃/95%RH環境下に30日放置したときの当接跡の幅を用いる。本実施例で用いた帯電ローラの場合n=2.0mmであった。
【0029】これらより本実施例における帯電ローラの変形部が放電領域を通過する時間は、(L+n)/Vp=(1.9+2.0)/100=39msecとなる。
【0030】定電流制御の応答時間は、印加電圧Vpp(本例で2000V)から放電開始のしきい値電圧Vthの2倍を差し引いたピーク間電圧Vrを変化させるのに要する時間trを適用する。
【0031】VTHは、帯電ローラに直流電圧のみを印加した場合に感光体の帯電が開始する最小の印加直流電圧値であり、感光層の誘電率や厚さなどによって変化する。
【0032】本実施例の構成において放電開始のしきい値電圧の実測値は640Vであり、Vr=2000−640×2=720Vppのピーク間電圧を変化させるのに要する時間が応答時間trとなる。応答時間trとしては、電圧をオフからオンにしたとき交流電圧を0Vから720Vppまで変化する時間を測ることが好ましい。
【0033】実際に応答時間trを変えてプリントを行い画像を確認したところ表1のような結果となり、定電流制御の応答時間を帯電ローラの変形部が放電領域を通過する時間(39msec)より長く設定することで、変形した帯電ローラを用いた場合にあっても良好な帯電を得ることができた。即ち帯電ローラの変形部が放電領域を通過するか、非変形部が放電領域を通過するかにかかわらず帯電ローラに印加される振動成分のピーク間電圧が一定となるのですじ状帯電ムラを生じない。一方、定電流制御の応答時間は帯電ローラが1回転する時間よりも短くするのが良い。
【0034】なお、応答時間は定電流制御を行う積分回路の抵抗と容量で決まる時定数を変えることにより任意に設定することが可能である。
【0035】
【表1】

【0036】本実施例では帯電ローラは感光ドラムに従動する場合について説明したが、駆動させる場合にも感光ドラムとの周速差の有り無しによらず本実施例で説明した効果は同様である。また、帯電ローラはEPDMの発泡体を備える2層構成のものを用いて説明したが、発泡体を用いているものであれば、材料、構成を限定するものはなく同様の効果を得ることができる。
【0037】(第2の実施例)帯電部材の抵抗値は材料の環境変動によって変化するため、良好な帯電を得るために必要な印加電圧も環境によって異なる。そこで、帯電ローラに印加する帯電バイアスのAC成分を定電流制御することにより、環境変動に応じたAC電圧(ピーク間電圧)を自動的に印加することが可能となる。一方、良好な帯電を行うことのできるAC電圧(ピーク間電圧)の範囲は環境によらずほぼ一定である。
【0038】そこで、本実施例では図3(a)のように帯電部材に印加する交流成分を常に定電流制御し、かつ、少なくとも感光体の画像領域となるべき領域を帯電する時の交流電圧のピーク間電圧の変化を、定電流制御中のピーク間電圧に基づいて良好な帯電を行うことのできる範囲内に制限することにより変形した帯電ローラを用いた場合にあっても良好な帯電を行うことができた。なお感光体の画像領域となるべき領域とは、現像位置に到達したとき任意の画像情報に対して画像が形成可能な領域である。
【0039】第1の実施例と同様の構成を用いて、本実施例で異なる部分についてのみ具体的に説明する。
【0040】感光体の前回転中のように感光体の画像領域となるべき領域を帯電する前に帯電ローラをAC電圧は周波数1000Hz、定電流値1000μAとして定電流制御する。この設定において帯電ローラに印加されるAC電圧は、低温低湿環境(15℃/10%RH)では2.1kVpp、高温高湿環境(32.5℃/85%RH)では1.9kVppであった。
【0041】一方、画像を形成するのに良好な帯電が可能な電圧の範囲は、低温低湿環境では1.75〜2.45kVpp、高温高湿環境では1.55〜2.25kVppであり、どちらも前回転時の定電流制御中の電圧2.1kVpp、1.9kVppに対して±350Vppの範囲であった。そこで低温低湿環境では定電流制御中の電圧2.1kVppに基づいて下限を1.75kVpp、上限を2.45kVppにリミッタで制限し、高温高湿環境では定電流制御中の電圧1.9kVppに基づいて下限を1.55kVpp、上限を2.25kVppにリミッタで制限するように上限、下限が決定される。
【0042】このように、感光体の画像領域となるべき領域を帯電するときAC電圧の値の変化を定電流制御中の電圧を中心として±350Vppになるように制限して、その電圧範囲内でAC成分を定電流制御し、第1の実施例で用いたのと同じ変形をした帯電ローラを用いてプリントを行ったところ、環境によらず良好な帯電を得ることができた。画像領域となるべき領域を帯電するときのピーク間電圧の上限、下限は、前回転時定電流制御中に帯電ローラの少なくとも1回転の間帯電ローラに印加されるピーク間電圧の平均に基づいて決定しても良い。
【0043】さらに他の例として、感光体の前回転中のように感光体の画像領域となるべき領域を帯電する前に帯電部材に印加する振動成分を定電流制御し、かつ、帯電ローラが感光体の画像領域となるべき領域を帯電するとき帯電ローラは定電流制御中の振動成分のピーク間電圧に基づいたピーク間電圧で定電圧制御されることも可能で、例えば図3(b)のように定電圧制御を行う時のピーク間電圧値を直前の定電流制御で実際に印加されていたピーク間電圧値に設定することにより、前述の実施例と同様の効果を得ることは自明である。定電圧制御を行う時のピーク間電圧値は、定電流制御中に帯電ローラの少なくとも1回転の間帯電ローラに印加されるピーク間電圧の平均に基づいて決定しても良い。
【0044】(第3の実施例)次に、図4に基づいて本発明の第3の実施例を説明する。
【0045】プロセスカートリッジの概略構成を説明する。プロセスカートリッジ11は前述したような感光ドラム3、帯電ローラ4、現像装置5、クリーニング装置9を一括してユニット化している。これらの構成要素はカートリッジ内で所定の相互配置関係を持って組み付けられており、カートリッジは画像形成装置本体内の所定部に対して所定の要領で挿入装着され、また反対に装置本体から抜き外しできるようになっている。
【0046】画像形成装置を長時間使用していると、感光ドラム、帯電装置、現像装置、クリーニング装置などの各種要素が消耗して印字品質を低下させてしまうが、その場合にはユーザーがプロセスカートリッジを交換すればよく、ユーザーのメンテナンスフリーが実現可能である。
【0047】第1〜第3の実施例において振動電圧は、振動成分としての交流成分と、固定成分としての直流成分と、で形成されていたが、振動電圧を形成するために直流電源の電圧を周期的に切りかえて直流電源のみで振動成分と固定成分を形成しても良い。このとき振動電圧の波形は矩形波となる。振動電圧の波形としては他に正弦波に限らず三角波、直流電源を周期的にオフ、オンして形成されるパルス波でも良い。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば環境変化にかかわらず適正な振動成分のピーク間電圧を帯電ローラに印加できるとともに帯電ローラの変形部が帯電位置を通過する間帯電ローラに印加される振動成分のピーク間電圧の変化が所定範囲外となることがないので、帯電ローラが変形した場合であっても使用環境によらず良好な帯電を行うことが可能となった。




 

 


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