JP2001042597A

JP2001042597A - 接触帯電装置

Info

Publication number: JP2001042597A
Application number: JP11221155A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Kido; 栄一木戸; Hiroshi Ishii; 洋石井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-08-04
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2001-02-16
Also published as: US6253048B1

Abstract

(57)【要約】【課題】静電容量の周波数特性を考慮に入れることに
より導出した帯電均一性向上の条件を備える接触帯電装
置を提供する。【解決手段】任意の周波数ｆ［Ｈｚ］の交流電圧を印
加したときの弾性部材１ｂの単位面積当たりの静電容量
Ｃ_f［Ｆ／ｍ²］が、１ｋＨｚの交流電圧を印加したと
きの単位面積当たりの静電容量Ｃ_1k［Ｆ／ｍ²］、およ
び変化率ａを用いて、Ｃ_f＝Ｃ_1k・（ｆ／１０００）^-a
と表されるとき、弾性部材１ｂの微小領域の単位面積当
たりの静電容量Ｃを、帯電系に印加される電圧と等価の
矩形パルスの電圧を構成する各周波数成分ごとのＣ_fで
置き換える。そして、変化率ａが、ａ≦−０．１５４４
・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）＋０．０３０７の範囲内、さら
には、ａ≦−０．１４６・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）−０．
０６８８の範囲内となる材質で弾性部材１ｂを構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式の画
像形成装置の帯電器として使用される接触帯電装置に関
するものであり、特にその帯電安定性に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】複写機・ファクシミリ・レーザプリンタ
などの電子写真方式の画像形成装置には、画像形成の初
期プロセスとして感光体の表面を所定電位に帯電させる
ための帯電器が使用される。このような帯電器として、
一般に、ゴムローラなどの帯電ローラを感光体の表面に
接触させ、該帯電ローラを介して電圧を印加することに
より感光体を帯電させる接触帯電装置が用いられる。

【０００３】このようなローラ方式の接触帯電装置によ
る感光体の帯電プロセスの状況を図８に示す。同図に示
すように、接触帯電装置は帯電ローラ１０および直流低
電圧電源２からなり、帯電ローラ１０は中央部を円柱状
の芯金１０ａとし、その周囲が導電性ゴムなどからなる
円筒状の弾性部材（帯電部材）１０ｂで覆われた構成で
あり、ニップ部（接触部）で感光体ドラム３と接触する
ようになっている。感光体ドラム３は金属からなる円筒
状のドラム基体３ａの上に感光体３ｂが形成された構成
である。

【０００４】帯電ローラ１０の芯金１０ａと、接地され
た感光体ドラム３のドラム基体３ａとの間には直流低電
圧電源２により直流電圧Ｅが印加され、これによって弾
性部材１０ｂの内周面が負電位、また感光体３ｂの内周
面が接地電位とされる。帯電ローラ１０は矢符Ａの方向
に回転駆動される感光体ドラム３に対して矢符Ｂの方向
に芯金を中心軸として従動回転するので、ニップ部の入
口で弾性部材１０ｂの表面と接触した感光体３ｂの表面
が、ニップ部を通過中に帯電されて電位変化を伴う。

【０００５】同図では電源を直流低電圧電源２とし、ド
ラム基体３ａを接地するとともに帯電ローラ１０の芯金
１０ａが負電位となるようにして感光体３ｂの表面を負
極性に帯電させる場合を示している。この他、帯電ロー
ラの芯金側がドラム基体に対して高電位となるように直
流電圧を印加し、感光体の帯電電位を正極性とする場合
もあり、また電源を直流成分に交流成分を重畳させた交
流重畳電源として時間で変化する電圧を印加する場合も
ある。

【０００６】同図のように、弾性部材１０ｂは、内周面
（回転中心側面）と外周面とを結ぶ半径方向の無数の分
割線によって分割生成された、互いに抵抗および静電容
量が等価な微小領域の集合と見なすことができる。上記
各微小領域は、弾性部材１０ｂの内周面と外周面の所定
領域との間で測定した抵抗値に外周面側の測定面積を乗
じて得られる単位面積当たりの抵抗Ｒと、内周面と外周
面との間の静電容量を外周面の面積で除して得られる単
位面積当たりの静電容量Ｃとの並列回路で等価的に表さ
れる。また感光体３ｂは、内周面（回転中心側面）と外
周面との間が単位面積当たりの静電容量Ｃo で等価的に
表される無数の微小領域の集合と見なすことができる。

【０００７】ニップ部で弾性部材１０ｂの微小領域の表
面と感光体３ｂの微小領域の表面とが接触して、感光体
３ｂが帯電される際の等価回路を図９に示す。上述の接
触帯電装置の構成では、同図に示す電源電圧ｅ（ｔ）が
直流電圧Ｅに等しい。この場合、帯電ローラ１０と感光
体ドラム３とはニップ部で互いに滑ることなく同じ周速
で回転しているものとする。

【０００８】図８の弾性部材１０ｂの微小領域と感光体
３ｂの微小領域とがニップ部の入口に到達して互いに接
触すると図９の等価回路が形成され、直流電圧Ｅが投入
されて感光体３ｂへの帯電、すなわち静電容量Ｃo への
充電が開始される。その後、ニップ部の出口に向かって
進むにつれ、弾性部材１０ｂの抵抗Ｒと感光体３ｂの静
電容量Ｃo とで決まる時定数Ｃo ・Ｒ（Ｃは小さいので
無視）に従って静電容量Ｃo に充電電流が流れ、静電容
量Ｃo の端子間電圧ｅ_C（ｔ）が上昇する。充電電流は
弾性部材１０ｂから感光体３ｂに向かっては負電荷の注
入に相当し、ニップ部の入口で最も多く、出口に向かう
につれて減少する。従って、ニップ部（感光体３ｂ表
面）の電位分布はおよそ図８に示すようになる。ただ
し、Ｖo は感光体３ｂ表面の初期電位である。

【０００９】このような弾性部材１０ｂには、結果とし
て感光体３ｂが均一に帯電するような特性が求められる
が、与えられた感光体３ｂに対し、弾性部材１０ｂの抵
抗Ｒを小さくして時定数を充分小さくすることにより、
感光体３ｂの帯電均一性が向上することが知られてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に感光体３ｂの充電時定数を小さくすることで帯電均一
性を向上させようとする方法のみでは、時定数の設定範
囲が感光体３ｂのピンホールリークへの対応や設定可能
なニップ幅などにより制約を受けてしまい、帯電の均一
性を充分に確保することができないという問題がある。

【００１１】特公平７−９２６１７号公報には、別の方
法として、感光体および帯電ローラの抵抗と静電容量と
を用いた感光体の帯電モデルにより、均一な帯電を行う
ための帯電ローラの抵抗値を求めることが開示されてい
るが、この帯電モデルでは帯電ローラの静電容量を一定
値として扱っている。前述したように、帯電ローラ１０
の弾性部材１０ｂと感光体３ｂとは接触しながら回転し
ているため、その接触面（ニップ部）は常に更新されて
いる。このため、弾性部材１０ｂの各微小領域の表面
は、感光体３ｂの微小領域の表面と接触するたびに感光
体３ｂの微小領域へ電荷を供給しておよそ図８に示した
ような電位変動を起こす。また、回転中、ニップ部以外
では電流が流れないため、この間は弾性部材１０ｂの微
小領域の表面は芯金と等電位と見なすことができる。

【００１２】このように、帯電ローラ１０を介した感光
体３ｂの任意の微小領域への帯電動作は間欠した電圧印
加の繰り返しであり、ニップ離脱直前（時間ｔo ）の電
位が感光体の帯電電位であるので、図９の等価回路にお
いて電源電圧ｅ（ｔ）は、図１０（ａ）に示すように、
ニップ部通過時間ｔo の間に立ち上がり、帯電ローラ１
０の回転周期Ｔを周期とする矩形パルスと等価となる。
またこのとき、弾性部材１０ｂの各微小領域の端子間電
圧ｅ_R（ｔ）は図１０（ｂ）に示す波形、弾性部材１０
ｂの各微小領域から感光体３ｂの微小領域への充電電流
ｉ（ｔ）は同図（ｃ）に示す波形、感光体３ｂの微小領
域の端子間電圧ｅ_C（ｔ）は同図（ｄ）に示す波形のパ
ルスとなる。

【００１３】つまり、弾性部材１０ｂの微小領域とこれ
に接触する感光体３ｂの微小領域とを合わせた領域の両
端に印加される電圧は周波数成分（交流成分）を有する
ことになるので、弾性部材１０ｂの静電容量Ｃは周波数
ごとに変化する。上記周波数成分は、帯電ローラ１０の
ローラ径やニップ幅などの諸条件により変化する。従っ
て、この静電容量Ｃの周波数特性を考慮していない上記
公報の方法では、帯電ローラの抵抗値の最適化は図れて
おらず、やはり帯電均一性の向上は充分でない。

【００１４】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、静電容量の周波数特
性を考慮に入れることにより導出した帯電均一性向上の
条件を備える接触帯電装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の接触帯電装置
は、上記の課題を解決するために、回転駆動される感光
体の表面に接触しながら回転する帯電部材と、上記感光
体の回転中心側面と上記帯電部材の回転中心側面との間
に電圧を印加する電源とを有する接触帯電装置におい
て、上記帯電部材の回転中心側面と外周面との間に任意
の周波数ｆ［Ｈｚ］、１ｋＨｚの交流電圧が印加された
ときの上記帯電部材の静電容量を上記外周面の面積で除
して得られる静電容量をそれぞれＣ_f、Ｃ_1kとし、上記
帯電部材の材質で決まる変化率ａを用いて、Ｃ_f＝Ｃ_1k
・（ｆ／１０００）^-aと表されるとき、変化率ａの所定
範囲内の変動に対して上記感光体の帯電電位の変動が所
定範囲内に収まるように上記帯電部材の材質が選択され
ることを特徴としている。

【００１６】感光体と接触しながら回転する帯電部材
は、その回転中心と外周面とを結ぶ半径方向の無数の分
割線によって分割生成された、互いに抵抗および静電容
量が等価な微小領域を考えると、感光体の回転中心側面
と帯電部材の回転中心側面との間に電圧が印加されるの
で、各微小領域が接触部を通過するたびに感光体に帯電
電荷を供給する。これにより帯電部材の各微小領域の表
面と接触する感光体の各微小領域への帯電動作は、間欠
した電圧印加の繰り返しとなるので、帯電部材の各微小
領域とこれに接触する感光体の微小領域とを合わせた領
域の両端に印加される電圧は、接触中にのみ立ち上が
り、帯電部材の回転周期を周期とするパルス状の波形と
なる。従って、帯電部材の各微小領域に印加される電圧
は、たとえ電源が直流電源であったとしても周波数成分
を有することになり、帯電部材の各微小領域の静電容量
は周波数に応じて変化する。

【００１７】上記の発明によれば、周波数ｆの交流電圧
が印加されたときの帯電部材の静電容量を上記外周面の
面積で除して得られる単位面積当たりの静電容量Ｃ
_fが、１ｋＨｚの交流電圧が印加されたときの単位面積
当たりの静電容量Ｃ_1kと、帯電部材の材質で決まる変化
率ａとを用いて上式で表されるとき、帯電部材の各微小
領域の単位面積当たりの静電容量は上記パルスの各周波
数成分ごとの静電容量Ｃ_fによって置き換えられる。そ
して、感光体の帯電電位は、各周波数成分により静電容
量Ｃ_fを介して感光体に印加される端子間電圧を合成し
たものとして扱われる。

【００１８】この結果、感光体の帯電電位は変化率ａに
依存し、変化率ａの変動に対して帯電電位が不安定とな
るような変化率ａの範囲が存在することが確認される。
そこで、変化率ａがこの不安定領域に入るのを避けるた
め、所定範囲内の変動に対して感光体の帯電電位の変動
が所定範囲内に収まるような変化率ａを有する材質を選
択して帯電部材を構成し、帯電均一性の向上を図る。

【００１９】以上のように、静電容量の周波数特性を考
慮に入れることにより導出した安定帯電の条件を満たす
材質で帯電部材を構成することにより、感光体の帯電均
一性を充分に向上させることができる。

【００２０】さらに本発明の接触帯電装置は、上記の課
題を解決するために、上記感光体が上記帯電部材との接
触部を通過する時間をｔo 、上記感光体の帯電の時定数
をτとしたとき、２．２４≦ｔo ／τ≦６．７２とさ
れ、上記感光体の単位面積当たりの静電容量をＣo とし
たとき、ａ≦−０．１５４４・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）＋
０．０３０７となるように上記帯電部材の材質が選択さ
れることを特徴としている。

【００２１】上記の発明によれば、感光体が帯電部材と
の接触部を通過した後の帯電電位は、通過時間ｔo およ
び帯電の時定数τで決まり、飽和値の９０％〜９９．８
％という望ましい帯電電位を得るためにはｔo ／τが上
記範囲内に設定される。このとき、前述の静電容量Ｃ_1k
および感光体の単位面積当たりの静電容量Ｃo を用いた
上式の右辺の値を境に、変化率ａがそれより大きな値と
なる領域では帯電電位が不安定となり、変化率ａがそれ
以下の値となる領域では帯電電位が安定することが確認
される。従って、帯電電位が安定領域に入るような範囲
内にある変化率ａを有する材質で帯電部材を構成するこ
とにより、望ましい帯電電位で帯電均一性の向上を図る
ことができる。

【００２２】さらに本発明の接触帯電装置は、上記の課
題を解決するために、ａ≦−０．１４６・ｌｏｇ（Ｃ_1k
／Ｃo ）−０．０６８８となるように上記帯電部材の材
質が選択されることを特徴としている。

【００２３】実用上、感光体の帯電電位が飽和値の９０
％〜９９．８％となる条件で、帯電電位の変動が変化率
ａのばらつきや変動に対して２％以下に抑えられること
が望ましい。上記の発明によれば、変化率ａが静電容量
Ｃ_1kおよび静電容量Ｃo を用いた上式の右辺の値となる
ときに帯電電位の変動が２％となり、それ以下では帯電
電位の変動がより小さくなることが確認される。従っ
て、上記の範囲内となるような変化率ａを有する材質で
帯電部材を構成することにより、前記発明の変化率ａの
範囲内でさらに帯電電位の変動が抑制され、効率の良い
帯電を可能とする条件が実現する。

【００２４】また、本発明の接触帯電装置は、上記の課
題を解決するために、上記電源が直流電源であることを
特徴としている。

【００２５】上記の発明によれば、帯電部材の微小領域
とこれに接触する感光体の微小領域とを合わせた領域の
両端に印加される電圧は、直流電源により接触中にのみ
一定値をとり、帯電部材の回転周期を周期とする矩形パ
ルスと等価となる。従って、この矩形パルスを構成する
周波数成分を求めて変化率ａを考慮し、変化率ａの範囲
を前記発明により特定することになる。これにより、従
来、交流重畳電源と比較して感光体の帯電均一性に劣る
とされてきた直流電源に対しても、充分に帯電均一性を
向上させることができる。

【００２６】さらに本発明の接触帯電装置は、上記の課
題を解決するために、上記電源が交流重畳電源であるこ
とを特徴としている。

【００２７】上記の発明によれば、交流重畳電源により
帯電部材と感光体との間に直流成分に交流成分が重畳さ
れた電圧が印加されるので、帯電部材の微小領域とこれ
に接触する感光体の微小領域とを合わせた領域の両端に
印加される電圧は、直流成分による矩形パルスに、交流
成分を追加した電圧と等価となる。従って、矩形パルス
を構成する周波数成分と交流成分の周波数成分とを合わ
せて変化率ａを考慮し、変化率ａの範囲を前記発明によ
り特定することになる。これにより、直流電圧印加時の
特性がそのまま引き継がれるのみならず、従来から感光
体の帯電均一性の向上に寄与するものとされてきた交流
成分を追加したａの条件が得られるので、さらに帯電均
一性を向上させる可能性が高まる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の接触帯電装置の実施の一
形態について図１ないし図７、図９および図１０に基づ
いて説明すれば、以下の通りである。

【００２９】図１に本実施の形態の接触帯電装置の構成
と、感光体ドラム３との接触状況を示す。同図に示すよ
うに、接触帯電装置は帯電ローラ１および直流低電圧電
源（直流電源）２から構成され、帯電ローラ１は中央部
を円柱状の芯金１ａとし、その周囲が導電性ゴムなどか
らなる円筒状の弾性部材（帯電部材）１ｂで覆われた構
成であり、ニップ部（接触部）で感光体ドラム３と接触
するようになっている。後述する変化率ａが特定の範囲
内の値となるようにこの弾性部材１ｂの材質を選択する
ことが本実施の形態の特徴である。また、感光体ドラム
３は前述と同様、金属からなる円筒状のドラム基体３ａ
の上に感光体３ｂが形成された構成である。

【００３０】帯電ローラ１の芯金１ａと、ドラム基体３
ａとの間に直流低電圧電源２によって直流電圧Ｅが印加
され、これによって弾性部材１ｂの内周面が負電位、ま
た感光体３ｂの内周面が接地電位とされる。帯電ローラ
１は矢符Ａの方向に回転駆動される感光体ドラム３に対
して矢符Ｂの方向に従動回転するので、ニップ部の入口
で弾性部材１ｂの表面と接触した感光体３ｂの表面が、
ニップ部を通過中に帯電されておよそ同図に示すような
電位変化を伴う。ただし、Ｖo は感光体３ｂの初期電位
である。

【００３１】さらに前述と同様に、弾性部材１ｂにおい
て、内周面と外周面の所定領域との間で測定した抵抗値
に外周面側の測定面積を乗じて得られる単位面積当たり
の抵抗をＲ［Ωｍ²］、内周面と外周面との間で測定し
た静電容量を外周面の面積で除して得られる単位面積当
たりの静電容量をＣ［Ｆ／ｍ²］とする。このとき、弾
性部材１ｂは、抵抗Ｒと静電容量Ｃとの並列回路で等価
的に表される無数の微小領域の集合、また感光体は、内
周面と外周面との間の単位面積当たりの静電容量Ｃo
［Ｆ／ｍ²］で等価的に表される無数の微小領域の集合
と見なすことができる。

【００３２】次に、前述したように、弾性部材１ｂの各
微小領域とこれに接触する感光体３ｂの微小領域とを合
わせた領域の両端に印加される電圧が周波数成分を持つ
ことにより、静電容量Ｃが変化することを考慮した場合
の帯電特性について説明する。図３に示すように、弾性
部材１ｂに印加される交流電圧の周波数変化に対する静
電容量Ｃの変化を調べるため、直径が２７ｍｍでカーボ
ンを分散させた弾性部材１ｂの外周を導体テープ４で覆
い、これにＬＣＲメータ５を接続して芯金１ａと導体テ
ープ４との間の静電容量の周波数特性を測定した。図４
に測定結果を示す。同図に示すように、弾性部材１ｂは
印加電圧の周波数が上昇するに伴い、静電容量が減衰す
る特性を有していることが分かる。

【００３３】ここで、任意の周波数ｆ［Ｈｚ］の交流電
圧を印加したときの弾性部材１ｂの静電容量を外周面の
面積で除して得られる単位面積当たりの静電容量Ｃ
_f［Ｆ／ｍ²］は、１ｋＨｚの交流電圧を印加したとき
に同様にして得られる弾性部材１ｂの単位面積当たりの
静電容量Ｃ_1k［Ｆ／ｍ²］を用いて、Ｃ_f＝Ｃ_1k・（ｆ／１０００）^-a （１）と表すことができる。但し、ａは弾性部材１ｂの材質に
よって決まる値であり、以下では変化率ａと呼ぶ。

【００３４】また、図１０に示したように、電源電圧ｅ
（ｔ）は、ニップ部通過時間ｔo の間にＥとなり、帯電
ローラ１の回転周期Ｔを周期とする矩形パルスである。
この矩形パルスをＥ＝１としてフーリエ級数に展開する
と、次式のようになる。

【００３５】

【数１】

【００３６】ただし、ｂo は定数、ｃ_n＝（２／ｎπ）
ｓｉｎ（ｎπｔo ／Ｔ）、ω＝２π／Ｔ、θ_n＝（ｎπ
ｔo ）／Ｔである。

【００３７】式（２）のｎ次の項における周波数ｆ_n＝
ｎ／Ｔに対する静電容量Ｃ_fnは、式（１）より、Ｃ_fn＝Ｃ_1k・（ｆ_n／１０００）^-a であるから、ω_n＝２πｆ_n（＝ｎω）とするとｎ次の
周波数成分による静電容量Ｃo の端子間電圧ｅ_cn（ｔ）
は、前述の図９の等価回路を用いて、ｅ_cn（ｔ）＝｛ｃ_n・ｓｉｎ（ｎωｔ＋θ_n）｝×（１
／ｊω_nＣo ）／｛Ｒ‖（１／ｊω_nＣ_fn）＋（１／ｊ
ω_nＣo ）｝となる。ただし、Ｒ‖（１／ｊω_nＣ_fn）は弾性部材１
ｂの微小領域（抵抗Ｒと静電容量Ｃ_fnとの並列回路）の
インピーダンスである。

【００３８】上記端子間電圧ｅ_cn（ｔ）をｎについて１
０００次まで加え、静電容量Ｃo の端子間電圧ｅ
_c（ｔ）を近似すると、

【００３９】

【数２】

【００４０】となる。なお、ｂo は端子間電圧ｅ
_c（０）が帯電ローラ１による帯電直前の感光体３ｂの
残留電圧となるように決定される。上述のようにして求
めた式（３）を用い、直流低電圧電源２を時刻ｔ＝０で
投入した後の電圧Ｅ（ｔ）（最大値が直流電圧Ｅ）に対
する感光体３ｂの端子間電圧ｅ_C（ｔ）のステップ応答
をシミュレーションした結果を図２に示す。なお、電圧
Ｅ（ｔ）の最大値Ｅを１に正規化してある。

【００４１】感光体３ｂの端子間電圧ｅ_C（ｔ）は同図
のような応答を示すが、実用的なプロセス設計範囲は、
プロセス速度が２５ｍｍ／ｓｅｃ〜５００ｍｍ／ｓｅ
ｃ、ニップ幅が５ｍｍ〜５０ｍｍ、感光体３ｂの各微小
領域のニップ部通過時間ｔo が０．１ｓｅｃ〜０．２ｓ
ｅｃ程度であるので、ニップ部通過終了時点で端子間電
圧ｅ_C（ｔ）が飽和値の９０％以上にまで立ち上がるよ
うな安定な帯電のためには、静電容量Ｃo への充電の時
定数をτ［ｓｅｃ］として、ｔo ／τ≧２．３とするこ
とが望ましい。このように、本実施の形態では、静電容
量Ｃを周波数成分ごとの静電容量Ｃ_fに置き換え、各静
電容量Ｃ_fを用いて求めた端子間電圧ｅ_cn（ｔ）を合成
することにより静電容量Ｃo の端子間電圧ｅ_c（ｔ）、
すなわち充電電圧としている。

【００４２】さらに式（３）を用いて、Ｃ_1k／Ｃo をパ
ラメータとし、変化率ａとニップ部通過後の感光体３ｂ
の帯電電位との関係を調べると、図５に示すグラフが得
られた。帯電電位は最大値を１に正規化してある。な
お、このとき感光体３ｂの膜厚を２０μｍ、感光体３ｂ
の比誘電率を３、弾性部材１ｂの単位面積当たりの抵抗
Ｒを２．５７×１０⁴Ωｍ²、弾性部材１ｂの静電容量
Ｃを考慮しない帯電の時定数τをＣo ・Ｒ＝０．０３３
４７ｓｅｃとした。

【００４３】同図から明らかなように、変化率ａが比較
的小さい場合は帯電電位が安定した値を示すが、変化率
ａがある値を越えると急激に帯電電位が変化する。この
ように帯電電位が大きく変化するところ、同図で言えば
変曲点Ｐ₁〜Ｐ₆より右側の範囲では、変化率ａのばら
つきや変動により安定した帯電を行いにくく、帯電むら
が生じやすくなる。従って、安定した帯電を実現するた
めには、弾性部材１ｂの変化率ａを上記変曲点Ｐ₁〜Ｐ
₆よりも小さい値とすればよいことが分かる。例えば、
同図において変化率ａが０．１以下の範囲では、Ｃ_1k／
Ｃo ＝２．２×１０^-4、１．０×１０^-3、２．２×１０
^-3、１．０×１０^-2、２．２×１０^-2の場合は帯電電位
の変動はゼロに近く、Ｃ_1k／Ｃo ＝１．０×１０^-1の場
合においても帯電電位の変動は１％程度に収まってい
る。

【００４４】ここで、変化率ａが一般に変曲点における
値以下となる条件を調べるため、ニップ部通過時間ｔo
をパラメータとして、Ｃ_1k／Ｃo と変化率ａとの関係を
プロットして得たグラフを図６に示す。このとき、上記
ニップ部通過時間ｔo には、０．０７５ｓｅｃ〜０．２
２５ｓｅｃの範囲内において０．０２５ｓｅｃステップ
で選んだものを用いた。この範囲は、２．２４≦ｔo ／
τ≦６．７２、すなわちニップ部通過により感光体３ｂ
の帯電電位が飽和値の９０％〜９９．８％にまで立ち上
がる条件であり、感光体３ｂおよび弾性部材１ｂが異な
ったり、プロセス速度が変わった場合にも有効なもので
ある。

【００４５】図６で変化率ａが最も小さくなるｔo ＝
０．０７５ｓｅｃにおける各プロットの近似線を求める
と、ｙ＝−０．１５４４・ｌｏｇ（ｘ）＋０．０３０７となるので、変化率ａが上記範囲のニップ部通過時間ｔ
o によらず変曲点における値以下となる条件は、ａ≦−０．１５４４・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）＋０．０３０７（４）と求まる。ただし、変化率ａがｆの値によって変動する
場合には、その最大値を用いることにする。

【００４６】また、帯電ローラ１の実用にあたっては、
前述したように変化率ａのばらつきや変動を考慮するこ
とが望ましい。例えば複写機の場合、感光体３ｂの帯電
電位を５００Ｖ、コピー濃度／電位を１／２００Ｖ、中
間調に対する許容濃度変動を０．０２５とすると、許容
中間調電位変動が５Ｖ、許容帯電電位変動が１０Ｖとな
る。従って、許容帯電電位変動は２％となり、図５の正
規化電位の変動の許容値を２％とするような範囲の変化
率ａを採用するのが実用的である。このような変化率ａ
の範囲を求めるため、図６と同様にニップ部通過時間ｔ
o をパラメータとして、Ｃ_1k／Ｃo と、正規化電位の変
動が２％となる変化率ａの限界値との関係をプロットし
て得たグラフを図７に示す。

【００４７】同図に示すように、変化率ａの限界値はニ
ップ部通過時間ｔo に依存せずほぼ同一線上にのり、こ
の近似線は、ｙ＝−０．１４６・ｌｏｇ（ｘ）＋０．０６８８となる。従って、許容帯電電位変動が２％となる変化率
ａの実用的な範囲は、ａ≦−０．１４６・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）＋０．０６８８（５）と求まる。

【００４８】なお、この場合も、変化率ａの値は周波数
成分によって変動する場合にその最大値をとるものとし
ているので、式（４）および式（５）の変化率ａの範囲
は、感光体３ｂの帯電電位がより確実に安定領域さらに
は実用領域に入る条件となっている。

【００４９】以上に述べたように、本実施の形態の接触
帯電装置によれば、ニップ部通過時間ｔo と帯電の時定
数τとの比を上述した範囲内に適正に設定した上で、式
（１）で規定される変化率ａが式（４）や式（５）の範
囲内となるような材質を用いて弾性部材１ｂを構成する
ことにより、感光体３ｂの帯電均一性を向上させること
ができる。このような小さな変化率ａを有する材料とし
ては、例えばポリエステル樹脂やスチレン樹脂などがあ
り、これらの材料を弾性部材１ｂに好適に用いることが
できる。

【００５０】また、これまでの説明では、弾性部材１ｂ
が１層で構成される帯電ローラ１を前提としてきたが、
弾性部材１ｂが多層構造をとる帯電ローラにも本発明を
適用することができる。その場合には、各層ごとに、印
加される電圧の周波数成分に対応する静電容量Ｃ_fを求
めて変化率ａを最適化すればよい。

【００５１】さらに、電源が直流低電圧電源２であると
してきたが、代りに交流重畳電源としてもよい。この場
合、交流重畳電源により帯電ローラ１の芯金１ａと感光
体３ｂのドラム基体３ａとの間に直流成分に交流成分が
重畳された電圧が印加されるので、弾性部材１ｂの各微
小領域とこれに接触する感光体３ｂの微小領域とを合わ
せた領域の両端に印加される電圧は、直流成分により発
生する矩形パルスに交流成分を追加した電圧となる。従
って、矩形パルスを構成する周波数成分と交流成分の周
波数成分とを合わせて変化率ａを考慮し、ａの範囲を前
述と同様にして特定することになる。これにより、直流
電圧印加時の特性がそのまま引き継がれるのみならず、
従来から感光体の帯電均一性の向上に寄与するものとさ
れてきた交流成分を追加した変化率ａの条件が得られる
ので、さらに帯電均一性を向上させる可能性が高まる。

【００５２】

【発明の効果】本発明の接触帯電装置は、以上のよう
に、帯電部材の回転中心側面と外周面との間に任意の周
波数ｆ［Ｈｚ］、１ｋＨｚの交流電圧が印加されたとき
の上記帯電部材の静電容量を上記外周面の面積で除して
得られる静電容量をそれぞれＣ_f、Ｃ_1kとし、上記帯電
部材の材質で決まる変化率ａを用いて、Ｃ_f＝Ｃ_1k・
（ｆ／１０００）^-aと表されるとき、変化率ａの所定範
囲内の変動に対して感光体の帯電電位の変動が所定範囲
内に収まるように上記帯電部材の材質が選択される構成
である。

【００５３】それゆえ、周波数ｆの交流電圧が印加され
たときの帯電部材の単位面積当たりの静電容量Ｃ_fが、
１ｋＨｚの交流電圧が印加されたときの単位面積当たり
の静電容量Ｃ_1kと、帯電部材の材質で決まる変化率ａと
を用いて上式で表されるとき、帯電部材の各微小領域の
単位面積当たりの静電容量は、帯電部材の各微小領域と
これに接触する感光体の微小領域とを合わせた領域の両
端に印加されることになるパルスを構成する各周波数成
分ごとの静電容量Ｃ_fによって置き換えられる。また、
感光体の帯電電位は、各周波数成分により静電容量Ｃ_f
を介して感光体に印加される端子間電圧を合成したもの
として扱われる。

【００５４】この結果、感光体の帯電電位は変化率ａに
依存し、変化率ａの変動に対して帯電電位が不安定にな
る領域が存在することが確認される。従って、所定範囲
内の変動に対して感光体の帯電電位の変動が所定範囲内
に収まるような変化率ａを有する材質を選択して帯電部
材を構成することにより、感光体の帯電均一性を充分に
向上させることができるという効果を奏する。

【００５５】さらに本発明の接触帯電装置は、以上のよ
うに、上記感光体が上記帯電部材との接触部を通過する
時間をｔo 、上記感光体の帯電の時定数をτとしたと
き、２．２４≦ｔo ／τ≦６．７２とされ、上記感光体
の単位面積当たりの静電容量をＣo としたとき、ａ≦−
０．１５４４・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）＋０．０３０７と
なるように上記帯電部材の材質が選択される構成であ
る。

【００５６】それゆえ、飽和値の９０％〜９９．８％と
いう望ましい帯電電位が得られるようなｔo ／τの条件
の下で、帯電電位が安定領域に入るような範囲内にある
変化率ａを有する材質で帯電部材を構成する。これによ
り、望ましい帯電電位で帯電均一性の向上を図ることが
できるという効果を奏する。

【００５７】さらに本発明の接触帯電装置は、以上のよ
うに、ａ≦−０．１４６・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）−０．
０６８８となるように上記帯電部材の材質が選択される
構成である。

【００５８】それゆえ、飽和値の９０％〜９９．８％と
いう望ましい帯電電位が得られるようなｔo ／τの条件
の下で、帯電電位の変動が変化率ａのばらつきや変動に
対して２％以下という実用上好都合な範囲に抑えられる
ような変化率ａを有する材質で帯電部材を構成する。こ
れにより、前記発明の変化率ａの範囲内でさらに帯電電
位の変動が抑制され、効率の良い帯電を可能とする条件
が実現するという効果を奏する。

【００５９】また、本発明の接触帯電装置は、以上のよ
うに、上記電源が直流電源である構成である。

【００６０】それゆえ、帯電部材の各微小領域とこれに
接触する感光体の微小領域とを合わせた領域の両端に印
加される電圧は、接触中にのみ立ち上がり、帯電部材の
回転周期を周期とする矩形パルスと等価となり、これを
構成する周波数成分を求めて変化率ａを考慮し、変化率
ａの範囲を前記発明により特定することになる。これに
より、従来、交流重畳電源と比較して感光体の帯電均一
性に劣るとされてきた直流電源に対しても、充分に帯電
均一性を向上させることができるという効果を奏する。

【００６１】さらに本発明の接触帯電装置は、以上のよ
うに、上記電源が交流重畳電源である構成である。

【００６２】それゆえ、帯電部材の各微小領域とこれに
接触する感光体の微小領域とを合わせた領域の両端に印
加される電圧は、直流成分により発生する矩形パルス
に、交流成分を追加した電圧と等価となり、矩形パルス
を構成する周波数成分と交流成分の周波数成分とを合わ
せて変化率ａを考慮し、変化率ａの範囲を前記発明によ
り特定することになる。これにより、直流電圧印加時の
特性がそのまま引き継がれるのみならず、従来から感光
体の帯電均一性の向上に寄与するものとされてきた交流
成分を追加した変化率ａの条件が得られるので、さらに
帯電均一性を向上させる可能性が高まるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態における接触帯電装置の
構成およびそれによる帯電動作を説明する説明図であ
る。

【図２】図１の接触帯電装置において静電容量の周波数
特性を考慮しない場合の感光体の帯電電位のステップ応
答を示すグラフである。

【図３】図１の接触帯電装置の帯電ローラに用いられる
弾性部材について静電容量の周波数特性を測定する方法
を説明する説明図である。

【図４】図３の測定方法により測定された静電容量の周
波数特性を示すグラフである。

【図５】図４のグラフに基づいて算出した、変化率ａと
ニップ部通過後の感光体の帯電電位との関係を示すグラ
フである。

【図６】図５のグラフに基づいて算出した、弾性部材の
静電容量と変曲点の変化率ａとの関係を示すグラフであ
る。

【図７】図５のグラフに基づいて算出した、弾性部材の
静電容量と帯電電位の変動幅が２％となる変化率ａとの
関係を示すグラフである。

【図８】従来の接触帯電装置の構成およびそれによる帯
電動作を説明する説明図である。

【図９】図８の接触帯電装置による帯電動作時の等価回
路を示す回路図である。

【図１０】（ａ）ないし（ｄ）は、図１あるいは図８の
接触帯電装置による帯電動作時における、各部の電圧ま
たは電流の波形を示す波形図である。

【符号の説明】

１帯電ローラ１ａ芯金１ｂ弾性部材（帯電部材）２直流低電圧電源（電源）３感光体ドラム３ａドラム基体３ｂ感光体Ｃ静電容量Ｃ_1k 静電容量Ｃo 静電容量Ｅ直流電圧Ｒ抵抗ｔo ニップ通過時間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される感光体の表面に接触しなが
ら回転する帯電部材と、上記感光体の回転中心側面と上
記帯電部材の回転中心側面との間に電圧を印加する電源
とを有する接触帯電装置において、上記帯電部材の回転中心側面と外周面との間に任意の周
波数ｆ［Ｈｚ］、１ｋＨｚの交流電圧が印加されたとき
の上記帯電部材の静電容量を上記外周面の面積で除して
得られる単位面積当たりの静電容量をそれぞれＣ_f、Ｃ
_1kとし、上記帯電部材の材質で決まる変化率ａを用い
て、Ｃ_f＝Ｃ_1k・（ｆ／１０００）^-a と表されるとき、変化率ａの所定範囲内の変動に対して
上記感光体の帯電電位の変動が所定範囲内に収まるよう
に上記帯電部材の材質が選択されることを特徴とする接
触帯電装置。
【請求項２】上記感光体が上記帯電部材との接触部を通
過する時間をｔo 、上記感光体の帯電の時定数をτとし
たとき、２．２４≦ｔo ／τ≦６．７２とされ、上記感光体の単位面積当たりの静電容量をＣo としたと
き、ａ≦−０．１５４４・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）＋０．０３
０７となるように上記帯電部材の材質が選択されることを特
徴とする請求項１に記載の接触帯電装置。
【請求項３】ａ≦−０．１４６・ｌｏｇ（Ｃ_1k／Ｃo ）
−０．０６８８となるように上記帯電部材の材質が選択されることを特
徴とする請求項２に記載の接触帯電装置。
【請求項４】上記電源が直流電源であることを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれかに記載の接触帯電装置。
【請求項５】上記電源が交流重畳電源であることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の接触帯電装
置。