説明

非接触ローラ帯電装置

【課題】 非接触ローラ帯電装置を、その長所である異物固着がなく、電気特性が経時的に安定であるという特性を保ちつつ、帯電ムラも問題のないレベルに保つ。
【解決手段】 帯電ローラ1を、中・高抵抗層部1a、低抵抗層部1b、芯軸1cで構成し、低抵抗層部1bの外周面に鋸歯状で鋭利な突起10を一定のピッチで多数設ける。感光体2に帯電させる場合、低抵抗層部1bの突起10の先端が感光体2表面に最接近した状態において、帯電ローラ表面をなす高抵抗層部1aの表面と感光体表面との空隙の電圧が空気の破壊電圧を超える程度になるように電源3で電圧を印加する。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はローラ帯電装置に関し、特にプリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に用いるのに適する非接触ローラ帯電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の帯電装置は接触式のものである。例えば特開平6−348110号公報に開示の帯電ローラ及び帯電装置は、芯金上に感圧導電ゴムを含有した弾性体層及び表層を積層し、加圧力を調節することにより、長期に亘って被帯電部材を所望の帯電電圧に一葉に帯電制御することができるというものである。また特開平6−348112号公報に開示の電子写真プロセスは、直流直接帯電法において、感光体暗電位を特定の範囲(比較的低電位、例えば300〜650Vの範囲)にすることにより、帯電が均一となり、スジ等画像欠陥のない良好な画像が得られるようにするというものである。さらに特開平6−348114号公報に開示の画像形成装置は、帯電ローラの電気特性変化が生じても、被帯電部材の非画像域に対応しているときに該特性変化を検知し、帯電部材が被帯電体の画像形成領域に対応したときは、上記検知特性に応じた直流電圧印加制御を行い、常に帯電不足がないようにするというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来のローラ帯電装置は、いずれも接触帯電方式で、帯電電位の均一安定化のための配慮がそれぞれになされているが、被帯電部材である感光体表面に残留する異物(クリーニングで除去できなかった残トナー成分や紙粉、タルク等の紙構成物質)が帯電ローラに固着することは避けられず、経時的に帯電ムラが発生してしまって寿命が短く、この寿命の短さから高速、高信頼性の必要とされるクラスの電子写真複写機等までの商品化は実現していなかった。これを解決するために、非接触の帯電ローラを用いた帯電装置も検討されているが、本発明者等が知るところの現状では帯電ムラが酷く、実用レベルに至っていない。
【0004】そこで本発明は、非接触帯電ローラの長所である異物固着がなく、電気特性が経時的な安定性を保ちながら、帯電ムラも実用的に問題のないレベルに保つことができるようにすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の非接触ローラ帯電装置のうち請求項1に係るものは、回動する帯電ローラを常に被帯電部材と非接触状態に保って上記帯電ローラにより上記被帯電部材を帯電させる装置であって、上記帯電ローラの表面及び表面近傍部位に電気抵抗の高低差を設けるとともに、該電気抵抗の高低差を上記帯電ローラの軸方向よりその回転方向で大きくし、且つ上記被帯電部材への放電が最高抵抗部に対応するところでは起こらず、上記低抵抗部で主に起こるように上記帯電ローラの素材、上記帯電ローラと上記被帯電部材との間隙及び上記帯電ローラへの印加電圧条件組み合わせてなることを特徴とする。
【0006】請求項2に係るものは、上記帯電ローラと上記被帯電部材の間隙を、少なくとも上記被帯電部材に現像で付着させるトナー粒の粗粉最大粒径より大きくすることを特徴とする。
【0007】請求項3に係るものは、上記被帯電部材の帯電工程の際に、被帯電対象表面に必ず上記帯電ローラの放電電荷を付与することを特徴とする。
【0008】請求項4に係るものは、上記帯電ローラに当接するクリーニング部材を設けることを特徴とする。
【0009】請求項5に係るものは、上記帯電工程の際に上記帯電ローラを回転状態に保つことを特徴とする。
【0010】請求項6に係るものは、上記帯電工程の際に上記帯電ローラを静止状態に保つことを特徴とする。
【0011】請求項7に係るものは、上記帯電工程でない非帯電工程の所定のタイミングで上記帯電ローラを回動させることを特徴とする。
【0012】請求項8に係るものは、上記帯電工程の際に上記被帯電部材と最接近する上記帯電ローラの表面及び表面近傍部位の電気抵抗を、上記帯電ローラの回転方向で最も低い部分とすることを特徴とする。
【0013】請求項9に係るものは、上記被帯電部材の周辺に設ける一連の電子写真作像工程のための手段を帯電、露光、現像、転写工程を行う手段としてクリーニング工程を行う手段を設けないことを特徴とする。
【0014】請求項10に係るものは、上記帯電ローラ表面がほぼ同一円周面を形成することを特徴とする。
【0015】請求項11に係るものは、上記帯電ローラ表面を滑剤または滑剤含有物質で被覆することを特徴とする。
【0016】請求項12に係るものは、上記帯電ローラの表面粗さをトナーの体積平均粒径以下とすることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明に係る非接触ローラ帯電装置の一実施形態を示す断面概念図である。図中1は帯電ローラ、2は被帯電部材である感光体、3は帯電ローラ用電源、4は帯電ローラ用クリーニング部、4aはそのクリーニングブレード、5は静電潜像を形成する露光、6は現像装置、7は転写部、8は除電分離部である。また9は転写紙である。帯電ローラ1は感光体2と非接触でありながら感光体2の回転軸方向に関して均一な放電を得るため、先端部が鋸歯状に鋭利であるが非常に小さな曲率(0.05mmR以下が好適である。)を持つ放電部分をその表面に露出させるかあるいは表面下近くに設けてある。
【0018】具体的には図1の帯電ローラ1は、最外周の中〜高抵抗層部(以下説明を簡単にするために単に高抵抗層部という。)1a、その内周の低抵抗層部1b、最内周の芯軸1cとからなる。高抵抗層部1aはその抵抗値ρ1(Ω・cm)は、ρ1>105とするのが好適で、層厚のもっとも薄い部分は0〜10μmとするとよい。また低抵抗層部1bは、図2に拡大して示すように、外周面に鋸歯状で鋭利な突起10を一定のピッチで多数設けたものであり、その抵抗値ρ2(Ω・cm)はρ2<ρ1とする。突起10は歯車状に軸方向に沿う。なお電源3からの電圧印加は芯軸1cに対して行うため、芯軸1cには導電性の金属を用いる。
【0019】そして感光体2に帯電させる場合は、低抵抗層部1bの最も突出した部分、即ち突起10の先端が感光体2表面に最接近した状態において、帯電ローラ表面をなす高抵抗層部1aの表面と感光体表面との空隙の電圧が空気の破壊電圧を超える程度になるように電源3により電圧印加を行う。
【0020】図3中の実線Aはパッシェンの法則による大気圧下の空気の破壊電圧曲線であり、図示のように、帯電ローラ1と感光体2の間隙が6〜48μmであれば突起10の先端部分での印加電圧は800V前後となり(図3中の破線で示す曲線B)、ムラのない安定した感光体帯電を行える。またその際、低抵抗層部1bの凹部(谷部)では図3中の1点鎖線Cのように空隙電圧が低く、放電は起きない。
【0021】帯電ローラ1と感光体2と間隙の最小レベルは、クリーニングレスシステムの場合で且つ転写残りがある場合でも、トナーと帯電ローラ1の圧接によるトナー固着を避けるため、トナー粒径の粗粉側分級カットレベル(例えば体積平均粒径が10μm前後の場合、25μmで粗粉側をカット)より広くした方がよい。
【0022】帯電ローラ1と感光体2の間隙の最大レベルは、少なくとも帯電工程の際に低抵抗層部1bの突起10のどれか一箇所が必ず放電状態である必要があり、放電を最も効率よく行うためには、帯電ローラ1を停止させる位置は、帯電ローラ1の突起10と感光体2が最接近する位置とすることがよい。図3で示した場合では、感光体2に対して正対する突起10が位置する部位での帯電ローラ1の表面と感光体2の表面の間隙を48μm以下(印加電圧が800Vレベル)にするとよい。
【0023】クリーニングレスシステムの場合等では、上記条件のように圧接状態を回避できれば強固な汚れはないが、電界の集塵作用により軽度の異物付着があるので、クリーニングを行うことによって、より帯電ムラを低減できる。
【0024】帯電工程の際に帯電ローラ1を回動させると、クリーニング等で清掃された面に帯電ムラが発生する前に常に放電位置を変更でき、また極部的な帯電ローラ劣化も防止できるようになる。また帯電工程の際に帯電ローラ1を基本的には静止状態に保ち、少なくとも1回の帯電工程の間、低抵抗層部1bの突起10と感光体2の間隙が一定になるようにすれば更に帯電ムラを防止できる。勿論、非帯電工程のときに帯電ローラ1の回転及びクリーニングを行い、次の帯電工程では別の突起10と感光体2の間隙が同等になるよう停止させると、帯電ムラもなく、帯電電位レベルも維持できる。
【0025】図1の画像形成装置では、反転現像(感光体の低電位部にトナー顕像を作像する)の場合を想定して一連の作像工程中で感光体のクリーニング工程を省いてある。但し、高電位部にトナーを付着させるポジ現像の場合のように、クリーニング工程を設けた方がよい場合もある。
【0026】図4(A)〜(D)は帯電ローラの他の構成形態を示す。(A)の帯電ローラ1Aは、低抵抗層部1bの表面にチャージワイヤーと同様のワイヤー10aで径が30〜100μm程度のものを放電部として複数設けたものである。もちろんワイヤー10aは高抵抗層部1a内に位置する。また(B)の帯電ローラ1Bは、先端が尖った棒状の放電部材10bの先端が高抵抗層部1aの表面あるいは表面近くに位置するように基端を低抵抗層部1bに埋設したものである。さらに(C)の帯電ローラ1Cは、薄い板状の剛体金属からなる放電部材10cを先端が高抵抗層部1aの表面あるいは表面近くに位置するように基端を低抵抗層部1bに放射状に埋設したものである。そして(D)の帯電ローラ1Dは、(C)の帯電ローラ1Cの放電部材10cと同様の放電部材10dを、放射状ではなく傾けて埋設したものであり、クリーニングブレード4aに摺接しても先端が欠けにくくしてあるものである。もちろんいずれの場合であっても、帯電ローラの表面形状に関しては、クリーニング手段を当接あるいは摺接する場合、その圧を一定に保ち、クリーニング能力を良好且つ安定にするため、同一円周面を形成する態様にするとよい。
【0027】図5の実施形態は、帯電ローラ1のクリーニング性能を良好に保つため、帯電ローラ1表面の摩擦係数を低減する滑材を塗布するため、滑剤塗布ブレード11を設けた例である。もちろん帯電ローラ1の全表面を放電の妨げが極度にならない程度に薄くフッ素系樹脂等の低摩擦係数物質で被覆してもよい。また、他にクリーニング性能を良好に保つ手段として、帯電ローラ1の表面粗さをトナーの体積平均粒径以下にすることも非常に有効である。
【0028】図6の実施形態は、帯電ローラ1と感光体2の微小間隙を維持する手段の一例を示すもので、帯電ローラ1の軸端にスペーサコロ12、12を感光体2に突き当てるように設け、スペーサコロ12と帯電ローラ1の径の差の半分に間隙を設定した例である。間隙は数十〜数百μmオーダーとするとよい。この間隙は、狭いほど放電効率を安定化させ易く、オゾン発生量もより少なくできるが、帯電ローラ1と感光体2が接近しすぎると感光体2から帯電ローラ1へのトナーの圧接移動が起こるので、これが生じない程度の微小間隙を容易に保てるようになる。また帯電ローラ1からの放電が感光体2と対向しないところで発生しないように、他の近接導体や低抵抗部材との間隙は数mmオーダー以上に設定するとよい。
【0029】
【発明の効果】請求項1に係る非接触ローラ帯電装置は、以上説明してきたように、帯電ローラの表面及び表面近傍部位に電気抵抗の高低差を設け、被帯電部材への放電が最高抵抗部に対応するところでは起こらず、低抵抗部で主に起こるようにしたので、非接触帯電ローラの長所である異物固着がなく、電気特性が経時的に安定であるという特性を保ちながら、帯電ムラも実用的に問題のないレベルに保つことができるようになるという効果がある。
【0030】請求項2に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電ローラと被帯電部材の間隙をトナー粒の粗粉最大粒径より大きくしたので、請求項1と共通の効果に加え、帯電ローラと被帯電部材上のトナーが圧接状態になることがなく、従って帯電ローラ表面の強固なトナー固着をよりいっそう防止できるという効果がある。
【0031】請求項3に係る非接触ローラ帯電装置は、被帯電部材の帯電工程の際に、被帯電対象表面に必ず帯電ローラの放電電荷を付与するようにしたので、請求項1と共通の効果に加え、回動方向に関して断続的に配置されている帯電ローラの放電部分により帯電ムラを少なくできるという効果がある。
【0032】請求項4に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電ローラに当接するクリーニング部材を設けるようにしたので、請求項1と共通の効果に加え、帯電ローラが汚れてもクリーニングにより清掃して良好状態に復元でき、帯電ローラの寿命を非常に長くすることができるという効果がある。
【0033】請求項5に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電工程の際に帯電ローラを回転状態に保つようにしたので、請求項1と共通の効果に加え、回動方向に関して断続的に配置されている帯電ローラの放電部分により帯電ムラを少なくできるという効果がある。
【0034】請求項6に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電工程の際に帯電ローラの放電部分を静止状態に保つので、請求項3と共通の効果に加え、その間の感光体の帯電レベルを一定に保てるようになるという効果がある。
【0035】請求項7に係る非接触ローラ帯電装置は、非帯電工程の所定のタイミングで帯電ローラを回動させるようにしたので、請求項6と共通の効果に加え、次の帯電工程では帯電ローラのクリーニング工程を経由して良好状態に復元してから未使用の放電部分を使用でき、帯電の際に常に良好状態の放電部分を使用できるようになるという効果がある。
【0036】請求項8に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電工程の際に被帯電部材と最接近する帯電ローラの表面及び表面近傍部位の電気抵抗を、帯電ローラの回転方向で最も低い部分とし、帯電ローラの放電が最も起き易い部分を帯電工程の際に感光体と最接近させて用いるようにしたので、請求項6と共通の効果に加え、帯電の安定性、均一性がよいという効果がある。
【0037】請求項9に係る非接触ローラ帯電装置は、被帯電部材の周辺に設ける一連の電子写真作像工程としてクリーニング工程を行う手段を省いたので、請求項1と共通の効果に加え、作像システム全体の低コスト化、省スペース化が容易になるという効果がある。
【0038】請求項10に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電ローラ表面がほぼ同一円周面を形成するようにしたので、請求項4と共通の効果に加え、帯電ローラとそのクリーニング部材の当接圧を一定に保てるようになり、帯電ローラのクリーニング性を安定に保てるという効果がある。
【0039】請求項11に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電ローラ表面を滑剤または滑剤含有物質で被覆するようにしたので、請求項4と共通の効果に加え、帯電ローラの表面摩擦係数を低く保つことによってそのクリーニング性を常に良好に維持できるという効果がある。
【0040】請求項12に係る非接触ローラ帯電装置は、帯電ローラの表面粗さをトナーの体積平均粒径以下とするようにしたので、請求項10と共通の効果に加え、帯電ローラの表面の凹部にトナーが埋没することが殆どないので、帯電ローラのクリーニング性が良好で且つトナー固着も防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る非接触ローラ帯電装置の一実施形態を示す断面概念図である。
【図2】図1の帯電ローラの低抵抗層部の拡大斜視部分図である。
【図3】図1の実施形態装置における帯電ローラと感光体間の空隙電圧対空隙幅曲線を示す図である。
【図4】帯電ローラの他の構成形態を示す断面図である。
【図5】帯電ローラの表面に滑剤を塗布するようにした実施形態を示す断面概念図である。
【図6】帯電ローラと感光体の微小間隙を維持する手段を備える実施形態を示す断面概念図である。
【符号の説明】
1、1A、1B、1C、1D 帯電ローラ
1a 中〜高抵抗層部
1b 低抵抗層部
1c 芯軸
2 感光体
3 帯電ローラ用電源
4 帯電ローラ用クリーニング部
4a クリーニングブレード
5 静電潜像を形成する露光
6 現像装置
7 転写部
8 除電分離部
9 転写紙
10 低抵抗層部の突起
10a ワイヤー
10b 放電部材
10c 放電部材
10d 放電部材
11 滑剤塗布ブレード
12 スペーサコロ

【特許請求の範囲】
【請求項1】 回動する帯電ローラを常に被帯電部材と非接触状態に保って上記帯電ローラにより上記被帯電部材を帯電させる装置であって、上記帯電ローラの表面及び表面近傍部位に電気抵抗の高低差を設けるとともに、該電気抵抗の高低差を上記帯電ローラの軸方向よりその回転方向で大きくし、且つ上記被帯電部材への放電が最高抵抗部に対応するところでは起こらず、上記低抵抗部で主に起こるように上記帯電ローラの素材、上記帯電ローラと上記被帯電部材との間隙及び上記帯電ローラへの印加電圧条件組み合わせてなることを特徴とする非接触ローラ帯電装置。
【請求項2】 上記帯電ローラと上記被帯電部材の間隙を、少なくとも上記被帯電部材に現像で付着させるトナー粒の粗粉最大粒径より大きくすることを特徴とする請求項1の非接触ローラ帯電装置。
【請求項3】 上記被帯電部材の帯電工程の際に、被帯電対象表面に必ず上記帯電ローラの放電電荷を付与することを特徴とする請求項1の非接触ローラ帯電装置。
【請求項4】 上記帯電ローラに当接するクリーニング部材を設けることを特徴とする請求項1の非接触ローラ帯電装置。
【請求項5】 上記帯電工程の際に上記帯電ローラを回転状態に保つことを特徴とする請求項3の非接触ローラ帯電装置。
【請求項6】 上記帯電工程の際に上記帯電ローラを静止状態に保つことを特徴とする請求項3の非接触ローラ帯電装置。
【請求項7】 上記帯電工程でない非帯電工程の所定のタイミングで上記帯電ローラを回動させることを特徴とする請求項6の非接触ローラ帯電装置。
【請求項8】 上記帯電工程の際に上記被帯電部材と最接近する上記帯電ローラの表面及び表面近傍部位の電気抵抗を、上記帯電ローラの回転方向で最も低い部分とすることを特徴とする請求項6の非接触ローラ帯電装置。
【請求項9】 上記被帯電部材の周辺に設ける一連の電子写真作像工程のための手段を帯電、露光、現像、転写工程を行う手段としてクリーニング工程を行う手段を設けないことを特徴とする請求項1の非接触ローラ帯電装置。
【請求項10】 上記帯電ローラ表面がほぼ同一円周面を形成することを特徴とする請求項4の非接触ローラ帯電装置。
【請求項11】 上記帯電ローラ表面を滑剤または滑剤含有物質で被覆することを特徴とする請求項4の非接触ローラ帯電装置。
【請求項12】 上記帯電ローラの表面粗さをトナーの体積平均粒径以下とすることを特徴とする請求項10の非接触ローラ帯電装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図5】
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【図4】
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【図6】
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