JP2004361967A - 帯電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オゾン発生量と帯電ムラが共に少なく、帯電補償能が高い小型帯電装置を提供する。
【解決手段】 放電電極１１と、放電電極の放電点より距離ｄを隔てて設けられた開口幅ｈのグリッド電極１５を有する帯電装置において、距離ｄと開口幅ｈとの関係が、１≦ｈ／ｄ≦１．５を満たすようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は電子写真式複写機、電子写真式プリンター、電子写真式ファックス等の静電潜像を像担持体上に形成する画像形成装置に用いられる帯電装置に関するものである。

従来、静電式画像形成装置に用いられる帯電装置の分野において、帯電効率の向上やオゾン発生量の低減を目的として、針状電極を用いる技術が知られている。ところが、針電極を用いた帯電装置は、放電箇所が針電極の先端部に限られているため、帯電位置による帯電状態の差が生じやすいという問題点があった。この問題点を解消するために、針状電極の先端部に合わせて形成された補償用電極板を設けたものが、特公昭４８−２４５４４号公報（特許文献１）により提案されている。

ところが、長時間に渡って放電を行った場合、針電極の針ごとに、形状変化や付着物の付着量に相違が生じる。このことにより、針ごとの帯電能力が変化して放電ムラが発生するが、特公昭４８−２４５４４号公報に記載の方法では、放電ムラを解消することができなかった。

かかる長時間放電後の放電ムラを解消するために、針電極と被帯電体の間に接地したグリッド電極を設けるものが、特公昭４８−１８８６３号公報（特許文献２）により提案されている。特公昭４８−１８８６３号公報の帯電装置は、グリッド電極により各針毎の帯電能力の差を均一化することにより、長時間放電後の帯電ムラの発生を抑えることができる。

特公昭４８−２４５４４号公報

特公昭４８−１８８６３号公報

ところが、帯電装置にグリッド電極を用いた場合、グリッド電極の影響により帯電能力が低くなるため、帯電補償能に余裕を持たせる必要が生じる。帯電補償能に余裕を持たせる方法としては、帯電装置の形状を大きくする、出力電流量を大きくする、グリッド電極開口部形状を大きくする、等の方法が考えられる。ところが、最近の画像形成装置は小型化の傾向にあり、帯電装置の大型化を避ける必要が有る。帯電装置の大型化を避ける場合、出力電流量を増加させるか、グリッド電極開口部形状の変更を行うか、のどちらかの方法を取るしかない。しかしながら、出力電流量の増加は、オゾン発生量の増大を伴う。このため、出力電流量の増加は、針電極の使用目的の１つであるオゾンの低減を達成困難とする。一方、グリッド電極開口部形状を大きくした場合、開口部における放電が不均一となり、帯電ムラが発生する場合があった。

本発明の目的は、オゾン発生量と、帯電ムラが、共に少なく、帯電補償能が高い小型帯電装置を提供することにある。

本発明は、この目的を達成するために、放電電極と、放電電極の放電点より距離ｄを隔てて設けられた開口幅ｈのグリッド電極を有する帯電装置において、距離ｄと開口幅ｈの関係が
１≦ｈ／ｄ≦１．５
を満たすようにした。

グリッド電極の開口幅ｈと、グリッド電極と放電電極の放電点との間の距離ｄとの関係を
１≦ｈ／ｄ≦１．５
に設定することにより、放電電極からの電荷は、最も効率良くグリッド電極を通過するため、帯電能力が高くコンパクトな帯電装置が得られる。

また、本発明に係る帯電装置を電子写真複写機のような静電潜像を用いる画像形成装置に用いれば、帯電不良や帯電ムラによる白スジなどの無い安定した画像を得ることができる。

図１は、本発明を適用した帯電装置１の一部を示した斜視図である。帯電装置１は、主に、放電電極１１と、放電電極ホルダー１２と、安定板１４から成る。放電電極１１は、導電性の金属板を圧延プレス加工、又はエッチング加工することにより得られたもので、鋸歯状の先端部１１ａを有する。放電電極１１の端部には、放電電極端子１３が設けられている。放電電極端子１３により、放電電極１１に、帯電バイアスが印加される。また、先端部１１ａの歯角θは、大きくなるにつれてオゾン発生量が増加する為、３０度以下、好ましくは１５度以下に設定するのが良い。逆に、小さすぎると、加工性の悪化や、強度の低下といった問題が生ずる為、５度以上に設定すると良い。さらに、放電電極１１の板厚は、薄くなる程オゾン発生量は少なくなるが、強度は減っていくので、０．１mm以下、好ましくは０．０５mm程度が好適である。

先端部１１ａが酸化すると、放電ムラの原因となる。この為、酸化を防止し、電極の耐久性を向上することにより、放電の安定化を図ることが必要である。耐久性の向上は、耐蝕性、耐熱性を向上させれば達成できる。従って、少なくとも、放電電極１１の先端部１１ａを形成する導電性部材に、鉄にクロムとニッケルを含有させた合金を用いると良い。なお、この合金にモリブデンを含有させると、耐蝕性と耐熱性をさらに向上させることができる。この合金の成分割合は、クロムを１６〜２０％、より好ましくは１６〜１８％、ニッケルを８〜１５％、より好ましくは１０〜１４％含有させるのが良い。これらの成分は、余り多く入れると、引っぱり強度や硬度を損ない電極の劣化を早めると共に、製造コストも増加する。又、モリブデンを含める場合は、モリブデンを余り入れすぎると、電気抵抗が増加して電源４への負担となるので、２〜３％程度含有させるのが良い。なお、放電電極１１に好適な導電部材としては、他に、鋼鈑、銅板等の導電性部材にニッケルメッキなどの耐蝕処理を施したものもや、タングステン材等が考えられる。

放電電極ホルダー１２は、放電電極１１の基部１１ｂを両側から挟み込んで保持している。又、放電電極ホルダー１２は、セラミックス、絶縁性耐熱樹脂、等の、耐熱、耐蝕、耐高電圧特性を有する絶縁性材料により形成されている。

安定板１４は、ＳＵＳ板や銅板、鋼板等の金属板を略コの字形状に折曲げて形成したもので、内部に放電電極１１と放電電極ホルダー１２が設けられている。安定板１４は、放電電極１１の放電方向以外の三方を囲んで形成されている。この為、放電電極１１により発生する電荷の内、放電方向以外の電荷が、安定板１４に、流れ込み電流として取り込まれる。このことにより、放電方向以外の方向への電荷の放出が抑えられるので、放電電極１１が形成する電界は、安定化される。

図２は、帯電装置１の断面図を示す。帯電装置１は、放電電極１１の先端部１１ａが感光体２２に対向するように設けられており、放電電極１１と感光体２２との間にはグリッド電極１５が設けられている。グリッド電極１５は、通常、感光体２２から０．８〜３mm程度の距離に設けられ、所定の電位のバイアスが印加されている。この距離が短いと、グリッド電極と被帯電体の間でリークが発生し、被帯電体にダメージを及ぼす。逆に、この距離が長いと、被帯電体への電荷の移動が困難となるので、電位制御能力や帯電量が低下するという問題が生ずる。図３は、グリッド電極１５のグリッド電極孔のパターン図を示す。グリッド電極孔のパターンは、厚さ０．０５〜２mm程度のＳＵＳ板、銅板、鋼板等にエッチング加工やプレス加工等で形成される。特に、図３のパターンは、グリッド電極の線が細線でパターンが複雑であるので、エッチングによる加工が適している。エッチング加工は、プレス加工に比べてグリッド電極線を細くできる為、図３のような複雑なパターンにも対応できる。又、グリッド電極線を細くできると、帯電効率が上がる。さらに、図３の様なパターンとすることにより、より均質な帯電が達成できる。なお、グリッド電極孔パターンは、図３のものに限らず使用条件や加工経費の制限等の諸条件に合わせて適切なパターンを選択することができる。

図４は、電流分布測定装置３０の概略説明図である。電流分布測定装置３０は、放電電極１１の放電電流分布を測定する為の測定装置である。電流分布測定装置３０は、主に、測定電極３１、ガード電極３２、電流計３３より構成される。測定電極３１は、放電電極１１の電極列と並行に延設された線材より成り、放電電極１１の放電電流を流れ込み電流として捕える。ガード電極３２は、測定電極３１の両側に接地して設けられ、放電電極１１の周囲の放電電流をグランドに落とすことにより、測定電極３１に不必要な電流が流れ込むのを防いでいる。電流計３３は、測定電極３１に接続され、測定電極３１の流れ込み電流を測定する。従って、放電電極１１の位置の放電電流値が電流計３３により測定できる。さらに、測定電極３１とガード電流３２を一体的に移動させながら、測定電極３１の電流を電流計３３によって測定することにより、放電電極１１の放電電流の分布を測定することができる。図４において、Ｄは、放電電極１１の放電点と測定電極の垂直方向の距離を示し、Ｈ／２は、放電電極１１から放電方向に引いた垂線に対する測定電極３１からの水平方向の距離である。この時の放電電流の分布を図５に示す。図５より、総電流の相当部分がＨ／Ｄ＝−１〜１の間に流れており、Ｈ／Ｄが１．５以上と−１．５以下の部分にはほとんど流れていないことがわかる。被帯電体と放電電極の間にグリッド電極を設けた場合、グリッド電極の開口部に流入する放電電流のみが帯電に寄与するので、
−１≦Ｈ／Ｄ≦１
の領域にグリッド電極の開口部が一致するようにすれば、最も帯電効率が良い。このことにより、図２に示すように、放電電極１１の先端部１１ａの放電点とグリッド電極１５の距離をｄ［mm］、グリッド１５のメッシュ開口部の幅をｈ［mm］とした場合、ｈ／ｄが１以上であれば、放電電流の多くを帯電機能として利用できる。一方、ｈ／ｄが１未満であれば、帯電電流をほとんど活用することができない。また、ｈを大きくしていった場合、ｈ／ｄが１．５より大きくなった時点からは放電電流のメッシュ開口部への流入量はほとんど変化しない。従って、ｈ／ｄが１．５より大きい場合、帯電装置のサイズが大きくなるのみで、帯電効率は向上しない。従って、第１の条件として、ｄとｈの値が
１≦ｈ／ｄ≦１．５
の関係となる様に設定すると、帯電能力が高く、コンパクトな帯電装置が得られる。

また、ｄの値を大きくすると、インピーダンスが大きくなり、同じ電流値を得るために必要な電圧が高くなるため、大型の電源が必要となる。又、ｄの値を大きくすると、ｈの値も大きくする必要があるので、帯電装置全体の大きさが大きくなってしまい、帯電装置の小型化を達成することができなくなる。このため、ｄの値は、
ｄ＜１０ｍｍ
とするのが望ましい。

一方、実施形態のように、感光体が円筒状ドラム上に形成されていたり、ベルト状の感光体が懸架ローラによって懸架されている場合、帯電装置が感光体の曲率部分に対向して設けられる場合が有る。この場合、帯電装置のグリッド電極電極が平面であれば、感光体の曲率に沿うようになっていない。帯電装置のグリッド電極が感光体の曲率に沿うようになっていないと、図６に示すように、グリッド電極１５の中央部と、端部とでは、感光体２２からの距離が異なる。このため、中央部を適切な距離に調整すると、端部では有効な帯電が行われない場合が有る。このとき、グリッド電極１５の中央部と、端部との感光体２２からの距離の差をｋ［mm］、感光体２２の曲率半径をＲ［mm］とすると、
ｋ＝Ｒ−√（Ｒ^２−（ｈ／２）^２）
∴ｈ＝２√（２ｋＲ−ｋ^２）
となる。

実験より、グリッド電極と感光体の距離が０．１mm大きくなる毎に、感光体の表面電位は、平均して約１０Ｖ低下することがわかった。ただし、この実験値は、グリッド電極中央部における値であり、電流分布の少ない端部においては距離変化の影響は受けにくい。

一方、ｋの値がｋ＞２の時、グリッド電極端部の帯電電流の多くが感光体に印加されず、グリッド電極自体に流れる。従って、帯電電流の多くを有効に利用するためには、ｋの値をｋ≦２とする必要がある。又、さらに、ｋの値をｋ≦１とすると、中央と端部との目標制御電位は近づき、特にｋ≦０．５とすると、ほとんど差がなくなる。

以上より、ｋの適値をｈとＲの設定値で表現すると、
ｋ≦２ ： ｈ≦２√（４Ｒ−４） ∴ｈ≦４√（Ｒ−１）
ｋ≦１ ： ｈ≦２√（２Ｒ−１）
ｋ≦０．５ ： ｈ≦２√（Ｒ−０．２５）
となる。

従って、第２の条件として、感光体２２の帯電装置１に対向する部分がその移動方向に曲率半径Ｒ［mm］の曲率を持つ場合、グリッド電極１５の開口幅ｈを
ｈ≦４√（Ｒ−１）
望ましくは、
ｈ≦２√（２Ｒ−１）
より望ましくは、
ｈ≦２√（Ｒ−０．２５）
に設定することにより、高い帯電効率の帯電装置を得ることができる。

針電極のような放電指向性が強い放電電極を用いる場合、グリッド電極の方向に放電電流のほとんどが流れる。このため、グリッド電極の開口率により、帯電量が大きく変化する。このため、感光体の移動方向に垂直な方向のグリッド電極開口率のバラツキが大きくなると、帯電ムラが発生することとなる。

この課題を解決するために、グリッド電極の開口率を変えたものを図１の帯電装置１に取り付けて実験を行った。開口率は、グリッド電極のパターン、線材の幅、開口部の大きさ等を変えることにより変化させた。図７は、実験に用いた帯電装置１の詳細設定値、及び、感光体２２に対する設定値を示したものである。帯電装置１は、感光体２２の頂部に対して感光体２２の回転方向上流側３５°の位置に対向して設けられている。帯電装置１の幅は、ＳＵＳ製の安定板１４により、幅約２２mmに設定されており、グリッド電極１５の幅も２２mmに設定されている。また、帯電装置１の放電電極１１には、厚さ０．０５mmのＳＵＳ３０４材を歯角１０°、ピッチ２mmの鋸歯状に圧延プレス、または、エッチング加工で形成したものを用いた。グリッド電極１５と感光体２２の距離は、０．９mm、放電電極１１との距離は、９mmに設定されている。

感光体２２の移動方向のグリッド電極１５の開口率をａ［％］として、感光体２２の移動方向に垂直な方向の全域にわたって、開口率ａ［％］の測定を行った。このとき測定された各グリッド電極１５の開口率ａ［％］の最大値をａmax［％］、最小値をａmin［％］として、様々なグリッド電極を用いて電子写真式作像方法による黒ベタ画像の作像を行った。図８は、この実験によって得られた黒ベタ画像に生じた白スジの程度の評価と、グリッド電極１５の開口率ａ［％］の最大値ａmax［％］と、最小値ａmin［％］の関係をグラフに示したものである。グラフより、この白スジの発生原因は、グリッド電極１５の開口率ａ［％］のバラツキにより生ずる帯電ムラに起因すると考えられる。従って、
（ａ_max−ａ_min）／（ａ_max＋ａ_min）＜０．２５
で白スジがほとんど無くなり、
（ａ_max−ａ_min）／（ａ_max＋ａ_min）＜０．２０
であれば、白スジは全く無くなる。さらに、ハーフトーンを用いた同様の実験においても、この範囲においては、白スジが発生しないことが確認された。

従って、第３の条件として、グリッド電極１５の開口率の長手方向のバラツキを
（ａ_max−ａ_min）／（ａ_max＋ａ_min）＜０．２５
望ましくは、
（ａ_max−ａ_min）／（ａ_max＋ａ_min）＜０．２０
の範囲のグリッド電極を用いることにより、被帯電体を均一に帯電することができ、白スジの無い良好な画像を得ることができる。

第１から第３の条件による設定値を全て満たした帯電装置を用いた場合、オゾン発生量と帯電ムラが共に少なく、かつ帯電補償能が高い小型帯電装置を提供することができる。また、本発明は、針電極のように指向性の強い帯電電極を用いた場合、特に高い効果が得られる。

図９及び図１０は、放電電極１１と、放電電極ホルダー１２の他の形態の例を示したものである。図９は、鋸歯状の放電電極１１に代わって、針状の放電電極４１を設けたものである。放電電極４１を用いた場合、放電点が、針状の先端部４１ａに絞られる為、指向性がさらに高くなる上、オゾン発生量をさらに抑えることができる。

図１０は、楔状の放電電極５１を用いた例を示す。図１０の放電電極５１は、図１の鋸歯状のものや、図９の針状のものに比べて、楔形状の先端部５１ａ全体が放電点となるので、長手方向に均一な帯電が可能となる。又、ワイヤー電極に比べて、指向性は、非常に高いものとなる。なお、楔形状の先端部４１ａの角度αが鋭角なほど、指向性が高くなると共に、オゾン発生量も低くなる。

これらの放電電極は、いずれも、ワイヤー電極を用いたコロナチャージャに比べて、放電指向性が強い。特に、グリッド電極を持つスコロトロンチャージャーの場合、安定板が無くても、グリッド電極が安定板の代わりの作用をする為、安定した帯電を行う事ができる。

又、図９、図１０の放電電極４１、５１は、放電電極ホルダー４２、５２に埋め込む様に形成されている。このように構成することにより、放電点を電極先端部に限定することができ、オゾン発生量を抑えることができる。なお、製造工程の簡略化の為に、図１の実施形態のように、放電電極ホルダーで放電電極４１、５１を挟み込んで保持しても構わない。また、帯電バイアスは、それぞれ、放電電極端子４３、５３より印加される。

図１１〜図１３は、本件に関わる帯電装置の別形態を示す断面図である。図１１の安定板１６を、放電電極１１の先端部1１ａが安定板１６に囲まれた部分より突出するように設けたものである。放電電極１１の先端部1１ａが安定板１６に囲まれた部分より突出することにより、放電点の放電方向（図の下方向）から安定板１６がはずれる為、安定板１６への電荷の流入が抑えられる。従って、放電電極１１から安定板１６への電流の流入は、極めて低く抑えられ、帯電効率は向上する。また、放電電極１１がワイヤー電極に比べて極めて高い放電指向性を有するため、グリッド電極１５の作用だけで充分な安定性を確保することができる。

図１２は、安定板１４の代わりに、放電電極取り付け板２１を用いたものである。放電電極取り付け板２１は、放電電極１１の側面に対向する部分が無い。この為、放電電極取り付け板２１への流れ込み電流の流入は、実質的に無くなる。従って、放電電極１１とグリッド電極１５の作用により、被帯電体２２の方向のみに放電が行われるので、帯電効率は非常に高くなる。

図１３は、絶縁体で形成された絶縁性安定板１７を用いたものを示し、絶縁性安定板１７には電流が流れないため、グリッド電極１５の方向に電流分布の指向性が高くなり帯電効率が向上する。また、絶縁性安定板１７に放電電極１１が囲まれているため、電流のリークが低減できる上、安全で取扱も容易になる。

図１１及び図１２の様に、安定板の端部を放電点より後方に設定して、放電電流がほぼ全てグリッド電極１５に流れるようにしたり、図１３の実施形態のように針電極１１の周辺を絶縁性安定板１７で覆うことにより、指向性を更に向上することができる。このように、指向性を更に向上した帯電装置に本発明を用いると、より高い効果を得ることができる。

一方、本発明は、ワイヤ電極を用いた帯電装置のような指向性の弱い帯電装置に適用しても、ある程度の効果を得ることができる。

図１４〜図１７は、グリッド電極１５のグリッド電極孔のパターン図の他の例を示す。図１４は、六角形のグリッド孔を蜂の巣状に組み合わせたものである。このパターンは、グリッド開口がグリッド電極全体に均一に分布している。

図１５及び図１６のものは、プレス加工に適したパターンを示したもので、パターンが単純で、グリッド電極線は太く設定されている。プレス加工はエッチングによる加工に比べ、加工に手間と費用がかからない。又、グリッド電極孔パターンは図３及び図１４〜図１６のものに限らず、使用条件や加工経費の制限といった様々な条件に合わせて、適切なパターンを選択することができる。

図１７は、２０〜５００μm程度の直径のタングステン線材やモリブデン線材、もしくは、それらの線材に金や白金等を被覆したものを張設したものである。線材を用いた場合、板材を加工したものに比べグリッド電極線を細くすることができるので、帯電効率をさらに向上させることができる。

本実施形態では、本発明を最も効果的に適用することができる被帯電体として、電子写真式作像装置に一般に用いられている感光体を用いている。しかしながら、本発明の帯電装置は、感光体の帯電以外に、転写、除電といった他の用途や、感光体以外の被帯電体に用いても構わない。感光体以外の被帯電体としては、中間転写体や搬送ベルトに用いられる誘電体や半導体、磁気式複写方式に用いられる感磁体等が考えられる。

本発明を適用した帯電装置の１実施形態を示す一部斜視図である。 本発明を適用した帯電装置の１実施形態を示す断面図である。 本発明を適用した帯電装置のグリッド電極パターンを示す図である。 電流分布測定装置の概略説明図である。 本発明を適用した帯電装置の電流分布図である。 本発明を適用した帯電装置のグリッド電極と感光体の曲率の関係を示す電断面図である。 本発明を適用した帯電装置の詳細設定を示す断面図である。 本発明を適用した帯電装置の開口率と白スジ発生の関係を示す図である。 本発明を適用した帯電装置の電極の他の例を示す一部斜視図である。 本発明を適用した帯電装置の電極の他の例を示す一部斜視図である。 本発明を適用した帯電装置の他の例を示す断面図である。 本発明を適用した帯電装置の他の例を示す断面図である。 本発明を適用した帯電装置の他の例を示す断面図である。 本発明を適用した帯電装置のグリッド電極パターンの他の例を示す図である。 本発明を適用した帯電装置のグリッド電極パターンの他の例を示す図である。 本発明を適用した帯電装置のグリッド電極パターンの他の例を示す図である。 本発明を適用した帯電装置のグリッド電極の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 帯電装置
１１ 放電電極
１２ 放電電極ホルダー
１３ 放電電極端子
１４ 安定板
１５ グリッド電極
１６ 安定板
１７ 絶縁性安定板
２１ 放電電極取り付け板
２２ 被帯電体
３１ 測定電極
３２ ガード電極
３３ 電流計

Claims (3)

1. 放電電極と、放電電極の放電点より距離ｄを隔てて設けられた開口幅ｈのグリッド電極を有し、距離ｄ［mm］と開口幅ｈ［mm］の関係が
   １≦ｈ／ｄ≦１．５
   である（ただしｈ≠０）ことを特徴とする帯電装置。
2. 放電電極が針状の電極を複数並べた電極列より成ることを特徴とする請求項１の帯電装置。
3. 距離ｄ［mm］が
   ｄ＜１０mm
   であることを特徴とする請求項１の帯電装置。
   

Images