JP4627219B2

JP4627219B2 - 吸排気システム

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Publication number: JP4627219B2
Application number: JP2005164788A
Authority: JP
Inventors: 泰浩西村; 利昭井野; 満徳山; 高志北川; 清文森本
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Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2011-02-09
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Also published as: JP2006337868A; US20060275048A1; US7616912B2

Description

本発明は、像担持体表面を非接触で帯電させる帯電器を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式、静電記録方式等を採用する画像形成装置における帯電方式としてコロナ帯電方式が従来から用いられている。

このコロナ帯電方式は、コロナ放電で発生したイオンを感光体等の静電潜像担持体表面に導いて帯電させる帯電方式である。このため、帯電を繰り返し行うことにより、コロナ放電時に発生するＯ_３、ＮＯｘや、トナー、紙粉等がコロナ帯電器近傍に浮遊し、コロナ帯電器に帯電ムラが発生し、画像不良が発生するという問題が生じる。

例えば、コロナ帯電器の一種である鋸歯帯電器の場合、放電針の先端にＯ_３、ＮＯｘ等の異物が付着し、その部分で放電阻害及び帯電ムラが発生し、画像不良が発生する。この現象は、ワイヤー帯電器でも同じである。これは、コロナ帯電器によるコロナ放電では、発生したＯ_３、ＮＯｘ、および画像形成装置内で浮遊するトナー、紙粉等の浮遊物を含む空気を集塵しながら放電してしまうためである。

そこで、特許文献１には、像担持体近傍に浮遊するＯ_３、ＮＯｘ等を排気する排気手段を設けた画像形成装置が開示されている。

また、特許文献２には、帯電手段に向けてエアーを吹き付ける吹き入れファンと、該帯電手段近傍のエアーを吸引する吸引ファンとを設けた画像形成装置が開示されている。
特開平０９−０２６７３１（１９９７年１月２８日公開）特開２０００−２０６８４１（２０００年７月２８日公開）

しかしながら、特許文献１では、像担持体近傍に浮遊するＯ_３、ＮＯｘ等を取り除くために排気手段が設けられているだけであるので、十分にＯ_３、ＮＯｘ等を取り除くことができないという問題が生じる。

また、特許文献２では、図１に示すように、吹き入れファンと吸引ファンとが近接して配置された構成となっている。このため、吸引ファンＦ２によって一次帯電器２近傍のＯ_３、ＮＯｘ等を吸引したとしても、すぐ近くに設けられた吹き入れファンＦ１によってＯ_３、ＮＯｘ等が若干含まれたエアーが一次帯電器２近傍に吹き付けられることになる。このため、一次帯電器２の使用頻度が増加すればするほど、該一次帯電器２近傍にはＯ_３、ＮＯｘ等が蓄積されることになり、一次帯電器２に帯電不良が生じることなる。

本発明は、上記の各問題に鑑みなされたものであって、その目的は、帯電手段の使用頻度が増加しても、帯電手段近傍にＯ_３、ＮＯｘ等の浮遊量を増加させないようにすることで、帯電手段の帯電不良の発生を低減させ、高品位の画像を形成し続けることのできる画像形成装置を提供することにある。

本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、表面に静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体に近接して配置され、該像担持体表面を帯電させる帯電器とを有する画像形成装置において、吸気および排気によって、上記像担持体と帯電器との間の、該帯電器の長手方向に気体の流れを生じさせる気体流生成手段が設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、気体流生成手段は、吸気および排気によって、像担持体と帯電器との間の、該帯電器の長手方向に気体の流れを生じさせるので、帯電器近傍の気体を常に排気することが可能となる。ここで、帯電器の放電方式がコロナ放電方式であれば、コロナ放電によりＯ_３、ＮＯｘ等が発生する。このような場合、上記のように帯電器近傍の長手方向に生じている気体の流れによって、Ｏ_３、ＮＯｘ等が排気されることになる。

これにより、帯電器の使用頻度が増加しても、帯電器近傍に帯電不良の原因となるＯ_３、ＮＯｘ等が蓄積されにくくなるので、帯電器における帯電不良（帯電ムラ）の発生を低減することができ、この結果、帯電ムラによる画像劣化のない高品位の画像を形成し続けることが可能となる。

上記気体流生成手段は、上記像担持体と帯電器との間に外部からの気体を導くための吸気ダクトと、該像担持体と帯電器との間から気体を外部に排気するための排気ダクトとを有する構成であってもよい。

この場合、吸気側の気体の風速が同じであれば、吸気ダクトを介する方が像担持体と帯電器との間に効率良く気体を導くことができる。また、排気側の気体の風速が同じであれば、排気ダクトを介する方が像担持体と帯電器との間に存在する気体を効率良く排気することができる。これにより、同じ吸気側の気体の風速、同じ排気側の気体の風速であっても、吸気ダクトおよび排気ダクトを設けたほうが像担持体と帯電器との間を流れる気体の風速を高めることができる。

従って、少ないエネルギーによって効率良く帯電不良を低減させることが可能となる。

さらに、効率良く像担持体と帯電器との間を流れる気体の風速を高めるには、上記吸気ダクトに吸気ファンを設けると共に、上記排気ダクトに排気ファンを設ければよい。

なお、上記気体流生成手段では、吸気ダクトおよび排気ダクトを設けず、上記気体の流れにおける吸気側に吸気ファンを設けると共に、該気体の流れの排気側に排気ファンを設ける構成としてもよい。

この場合にも、吸気ダクトおよび排気ダクトを設けた場合程ではないが、各ファンを設けない場合に比べて、像担持体と帯電器との間の気体の風速を高めることができる。

上記像担持体と帯電器との間における気体の風速を高めるには、上記像担持体と帯電器との間に気体を導く吸気側の風速は、該像担持体と帯電器との間から気体を排気する排気側の風速よりも大きく設定されていることが好ましい。

さらに、上記吸気側の風速は、上記排気側の風速の１．９倍以上４．２倍以下に設定されていることが好ましい。

この場合、吸気側の風速が排気側の風速の１．９倍よりも小さくければ、上記像担持体と帯電器との間の気体の風速を十分に高めることができないので、Ｏ_３等が蓄積され、帯電不良が生じやすくなる。

また、吸気側の風速が排気側の風速の４．２倍よりも大きければ、上記像担持体と帯電器との間の気体の風速が大きくなりすぎて、初期帯電不良が発生しやすくなる。この初期帯電不良とは、初期状態から常に帯電ムラが生じている状態をいう。

また、上記の気体流発生手段は、上記帯電器がコロナ帯電器であり、上記像担持体の下方に配置されている場合により好適に用いられる。

これは、帯電器が像担持体の下方に存在することは、コロナ放電の方向が上方になることであり、Ｏ_３等が帯電器側に蓄積されやすくなるからである。つまり、このように帯電器側にＯ_３等が蓄積されやすい場合に、上記気体流発生手段のように、蓄積されるＯ_３等を強制的に排出する手段を用いることは非常に効果的である。

上記気体流発生手段は、上記像担持体に対して、帯電器が複数個配置されている画像形成装置に対しても好適に用いることができる。

このような画像形成装置とは、像担持体表面を高速で帯電させる必要のある高速印刷装置が挙げられる。

また、上記気体流発生手段は、上記像担持体が複数配置され、各像担持体にそれぞれ帯電器が設けられた画像形成装置に対しても好適に用いることができる。

このような画像形成装置とは、カラー画像を形成するために各インク毎に像担持体が設けられたタンデム方式の画像形成装置が挙げられる。

また、上記像担持体と帯電器との間に生じる気体流の風速をｘ（ｍ／ｓ）、上記像担持体による画像形成開始から、画像が帯電不良であると判定されるまでの画像枚数をｙ（千枚）としたとき、以下の関係式（１）を満たすようにするのが好ましい。

ｙ≦１２．０ｅ^１．４ｘ・・・・・・・・（１）
また、上記像担持体と帯電器との間に生じる気体流を乱流としたとき、該気体流の風速をｘ（ｍ／ｓ）、上記像担持体による画像形成開始から、画像が帯電不良であると判定されるまでの画像枚数をｙ（千枚）としたとき、以下の関係式（２）を満たすようにするのが好ましい。

ｙ≦４７．４ｘ＋７．２・・・・・・・・（２）
上記像担持体と帯電器との間に生じる気体流の風速は、１ｍ／ｓｅｃ以上、２．５ｍ／ｓｅｃ未満に設定されているのが好ましい。１ｍ／ｓｅｃ未満では殆ど効果（帯電ムラを低減させるという効果）が現れず、また２．５ｍ／ｓｅｃ以上では初期から帯電ムラが発生する。

上記像担持体と帯電器との間に蓄積される、Ｏ_３やＮＯｘの濃度を検出するセンサと、上記センサの検出値に応じて、上記像担持体と帯電器との間を流れる気体の風速を制御する風速制御手段とを備えていてもよい。

この場合、帯電初期の状態と、時間が経過した後の状態では、Ｏ_３やＮＯｘの蓄積量、すなわち浮遊量が異なるときに、上記のようにセンサを設けることで、Ｏ_３やＮＯｘの浮遊量が少ないときには風速は小さく、Ｏ_３やＮＯｘの浮遊量が多いときには風速を大きくすることが可能となるので、帯電器近傍の雰囲気に応じてＯ_３やＮＯｘを適切に排気することが可能となる。

本発明に係る画像形成装置は、以上のように、吸気および排気によって、像担持体と帯電器との間の、該帯電器の長手方向に気体の流れを生じさせる気体流生成手段が設けられていることで、帯電器の使用頻度が増加しても、帯電器近傍に帯電不良の原因となるＯ_３、ＮＯｘ等が蓄積されにくくなるので、帯電器における帯電不良（帯電ムラ）の発生を低減することができ、この結果、帯電ムラによる画像劣化のない高品位の画像を形成し続けることができるという効果を奏する。

本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。

図２は、本実施の形態に係る画像形成装置Ａの構成を示す説明図である。ここでは、画像形成装置Ａとして、外部から入力された画像データあるいは原稿読取りにより得られた画像データに基づいて、シート（記録用紙）に多色あるいは単色の画像を形成するレーザプリンタを例に説明する。

同図に示すように、画像形成装置Ａは、露光ユニット１、現像装置２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）、帯電器５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）、クリーナユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ）、中間転写ベルトユニット８、定着ユニット１２、シート搬送路Ｓ、給紙カセット１０および排紙トレイ１５等を備えている。

画像形成装置Ａにおいて扱われるカラー画像の画像データは、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）およびイエロー（Ｙ）の各色を用いたカラー画像に応じたものである。したがって、現像装置２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、感光体ドラム３（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ）、帯電器５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ）、クリーナユニット４（４ａ，４ｂ，４ｃ，３ｄ）は、各色に応じた４種類の潜像を形成するように、それぞれ４個ずつ設けられている。なお、上記ａ〜ｄの符号は、ａがブラックに、ｂがシアンに、ｃがマゼンタに、ｄがイエローに対応し、これら符号にて区別された上記の各手段により、４つの画像ステーションが構成されている。

画像ステーションにおいて、感光体ドラム３は、画像形成装置Ａの上部に配置されている。帯電器５は、感光体ドラム３の表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。この帯電器５としては、図２に示すような、チャージャー型のもが使用される。この帯電器５の詳細については後述する。

露光ユニット１には、図２に示すようにレーザ照射部および反射ミラーを備えた、レーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）を用いる手法のほかに、発光素子をアレイ状に並べた例えばＥＬやＬＥＤ書込みヘッドを用いる手法もある。露光ユニット１は、帯電された感光体ドラム３を入力された画像データに応じて露光することにより、感光体ドラム３の表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。

各現像装置２は、各感光体ドラム３上に形成された静電潜像をＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙのトナーにより顕像化するものである。クリーナユニット４は、現像および画像転写工程後に感光体ドラム３の表面に残留しているトナーを除去し、回収するものである。

感光体ドラム３の上方には中間転写ベルトユニット８が配置されている。この中間転写ベルトユニット８は、中間転写ローラ６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）、中間転写ベルト７、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルト従動ローラ７２、中間転写ベルトテンション機構７３、および中間転写ベルトクリーニングユニット９を備えている。

中間転写ローラ６、中間転写ベルト駆動ローラ７１、中間転写ベルト従動ローラ７２、中間転写ベルトテンション機構７３等は、中間転写ベルト７を張架し、矢印Ｂ方向に回転駆動させるものである。

中間転写ローラ６は、中間転写ベルトユニット８の中間転写ベルトテンション機構７３における中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されている。この中間転写ローラ６は、感光体ドラム３のトナー像を中間転写ベルト７上に転写するための転写バイアスを与えるものである。

中間転写ベルト７は、各感光体ドラム３に接触するように設けられている。中間転写ベルト７上には、感光体ドラム３に形成された各色のトナー像が順次重ねて転写されることにより、カラーのトナー像（多色トナー像）が形成される。この中間転写ベルト７は、厚さ１００μｍ〜１５０μｍ程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。

感光体ドラム３から中間転写ベルト７へのトナー像の転写は、中間転写ベルト７の裏側に接触している中間転写ローラ６によって行われる。中間転写ローラ６には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス（トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧）が印加されている。中間転写ローラ６は、直径８〜１０ｍｍの金属（例えばステンレス）軸をベースとして形成され、表面が導電性の弾性材（例えばＥＰＤＭ，発泡ウレタン等）により覆われている。この導電性の弾性材により、中間転写ローラ６は中間転写ベルト７に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施の形態では、転写電極としてローラ形状のもの（中間転写ローラ６）を使用しているが、これ以外にブラシなども用いることが可能である。

上述のように各感光体ドラム３上の静電潜像は各色相に応じたトナーにより顕像化されてそれぞれトナー像となり、これらトナー像は中間転写ベルト７上において積層される。このように、積層されたトナー像は中間転写ベルト７の回転によって、搬送されて来た用紙と中間転写ベルト７との接触位置に移動し、この位置に配置されている転写ローラ１１によって用紙上に転写される。この場合、中間転写ベルト７と転写ローラ１１は所定ニップで互いに圧接されるとともに、転写ローラ１１にはトナー像を用紙に転写させるための電圧が印加される。この電圧は、トナーの帯電極性（−）とは逆極性（＋）の高電圧である。

上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ１１もしくは中間転写ベルト駆動ローラ７１の何れか一方は金属等の硬質材料からなり、他方は弾性ローラ等の軟質材料（弾性ゴムローラまたは発泡性樹脂ローラ等）からなる。

中間転写ベルト７と感光体ドラム３との接触により中間転写ベルト７に付着したトナー、および中間転写ベルト７から用紙へのトナー像の転写の際に転写されずに中間転写ベルト７上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット９によって除去され回収される。中間転写ベルトクリーニングユニット９には、中間転写ベルト７に接触する例えばクリーニング部材としてクリーニングブレードが備えられている。このクリーニングブレードが接触する部分の中間転写ベルト７は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ７２にて支持されている。

給紙カセット１０は、画像形成に使用するシート、例えば記録用紙を蓄積しておくためのものであり、画像形成部および露光ユニット１の下側に設けられている。一方、画像形成装置Ａの上部に設けられている排紙トレイ１５は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのものである。

また、画像形成装置Ａには、給紙カセット１０のシートおよび手差しトレイ２０のシートを転写ローラ１１や定着ユニット１２を経由させて排紙トレイ１５に送るためのシート搬送路Ｓが設けられている。このシート搬送路Ｓにおける給紙カセット１０から排紙トレイ１５までの部分には、ピックアップローラ１６、レジストローラ１４、転写ローラ１１を備えた転写部、定着ユニット１２および搬送ローラ２５等が配されている。

搬送ローラ２５は、シートの搬送を促進・補助するための小型のローラであり、シート搬送路Ｓに沿って複数設けられている。ピックアップローラ１６は、給紙カセット１０の端部に備えられ、給紙カセット１０からシートを１枚づつシート搬送路Ｓに供給する呼び込みローラである。レジストローラ１４は、シート搬送路Ｓを搬送されているシートを一旦保持し、感光体ドラム３上のトナー像の先端とシートの先端とを合わせるタイミングでシートを転写部に搬送するものである。

定着ユニット１２は、ヒートローラ３１および加圧ローラ３２等を備え、これらヒートローラ３１および加圧ローラ３２はシートを挟んで回転する。ヒートローラ３１は、所定の定着温度となるように制御部（図示せず）によって制御される。この制御部は温度検出器（図示せず）からの検出信号に基づいてヒートローラ３１を制御する。ヒートローラ３１は、加圧ローラ３３とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写されている各色トナー像を溶融・混合・圧接させ、シートに対して熱定着させる。なお、多色トナー像（各色トナー像）を定着後のシートは、複数の搬送ローラ２５によってシート搬送路Ｓの反転排紙経路に搬送され、反転された状態（多色トナー像を下側に向けた状態）にて、排紙トレイ１５上に排出される。

次に、各部での処理を含み、シート搬送路Ｓによるシート搬送動作について説明する。画像形成装置Ａには、上記のように、予めシートを収納する給紙カセット１０、および少数枚の印字を行う場合等に使用される手差しトレイ２０が配置されている。これら両者には各々前記ピックアップローラ１６（１６−１，１６−２）が配置され、これらピックアップローラ１６はシートを１枚ずつシート搬送路Ｓに供給する。

（片面印字の場合）
給紙カセット１０から搬送されるシートは、シート搬送路Ｓ中の搬送ローラ２５−１によってレジストローラ１４まで搬送され、このレジストローラ１４によりシートの先端と中間転写ベルト７上の積層されたトナー像の先端とを整合するタイミングで転写部に搬送される。転写部ではシート上にトナー像が転写され、このトナー像は定着ユニット１２にてシート上に定着される。その後、シートは、搬送ローラ２５−２を経て排紙ローラ２５−３から排紙トレイ１５上に排出される。

また、手差しトレイ２０から搬送されるシートは、複数の搬送ローラ２５（２５−６，２５−５，２５−４）によってレジストローラ１４まで搬送される。それ以降は給紙カセット１０から供給されるシートと同様の経過を経て排紙トレイ１５に排出される。

（両面印字の場合）
上記のようにして片面印字が終了し、定着ユニット１２を通過したシートは、後端が排紙ローラ２５−３にてチャックされる。次に、シートは、排紙ローラ２５−３が逆回転することによって搬送ローラ２５−７，２５−８に導かれ、レジストローラ１４を経て裏面印字が行われた後に、排紙トレイ１５に排出される。

ここで、帯電器５について、図３および図４を参照しながら以下に説明する。なお、図２に示す画像形成装置Ａに備えられた４つの帯電器（５ａ〜５ｄ）は同じ構成であるので、以下では区別をせずに帯電器５として説明する。

図３は、帯電器５およびその周辺を模式的に表した模式断面図である。帯電器５は、コロナ放電方式の帯電器であり、円筒状の感光体ドラム３の長手方向（図３において紙面垂直方向）の長さとほぼ等しい長さを有し、感光体ドラム３に沿って設置されている。

帯電器５は、電荷を発生させる電荷発生部５０、電荷発生部５０と感光体ドラム３との間に介在する網目状のグリッド電極５４、および電荷発生部５０にグリッド電極５４を固定するグリッド電極保持部材５５を有している。

電荷発生部５０は、四角柱の両底面と一側面とを省いた形状のチャージャケース５１、放電電極５３、および放電電極５３をチャージャケース５１に固定する放電電極保持部材５２を有している。

グリッド電極保持部材５５および放電電極保持部材５２は絶縁性の部材であり、電荷発生部５０とグリッド電極５４との間、および放電電極５３とチャージャケース５１との間を絶縁している。

グリッド電極５４およびチャージャケース５１には、第１ＤＣ電源５６が接続されており、グリッド電極５４およびチャージャケース５１にはアース電位に対して電位差Ｖｇ（Ｖｇ＜０）が印加されている。また、放電電極５３には、第２ＤＣ電源５７が接続されており、放電電極５３にはアース電位に対して電位差Ｖｃ（Ｖｃ＜Ｖｇ＜０）が印加されている。これにより、チャージャケース５１と放電電極５３との間に電界が発生し、この電界により大気が電離して放電電極５３の周辺に負電荷（マイナスイオン）が発生する。発生した負電荷は、グリッド電極５４に引きつけられて広がりながら感光体ドラム３側へ移動し、グリッド電極５４を通過したものが感光体ドラム３の表面に達する。

感光体ドラム３の表面は、非露光時には半導電性を有し、露光時には導電性を有する部材から成っている。上記のようにして感光体ドラム３の表面に達した負電荷により感光体ドラム３の表面が初期化帯電され、所定の初期化帯電電位ＶＯとなる。そして、初期化帯電された感光体ドラム３の表面が露光されると、その部分（明部）が導電性を有するようになり、負電荷がアースに移動する。負電荷が移動した部分は電位が正極性側に変化し、明部電位ＶＥとなる。感光体ドラム３の表面における負電荷が存在する部分と存在しない部分、つまり初期化帯電電位ＶＯの部分と明部電位ＶＥの部分とにより静電潜像が形成される。

上記の帯電器５の放電電極５３は、図４に示すように、鋸歯状に形成されたものであり、該鋸歯の先端部５３ａから放電されることになる。

一般に、コロナ放電では、イオン発生時に、Ｏ_３やＮＯｘ等が生じる。放電回数が多くなれば、Ｏ_３やＮＯｘの蓄積が多くなり、帯電器５の先端部５３ａに、これらＯ_３やＮＯｘが付着すれば放電が十分にできなくなり、帯電器５による感光体ドラム３への帯電ムラ（チャージムラ）が発生する虞がある。また、帯電器５付近には、上記のＯ_３やＮＯｘ以外に、トナーや紙粉も浮遊しており、これらトナーや紙粉が帯電器５の先端部５３ａに付着しても、該帯電器５の帯電性能を低下させる。

そこで、本実施の形態では、図１に示すように、吸気および排気によって、像担持体である感光体ドラム３と帯電器５との間の長手方向に気体（空気）の流れ（気体流）を生じさせる構成としている。すなわち、感光体ドラム３と帯電器５との間の長手方向（図中、紙面の右側から左側に向かう方向）に、吸気および排気によって空気の流れを生成するようにしている。これにより、帯電器５のコロナ放電によって発生し、感光体ドラム３と帯電器５との間に浮遊しているＯ_３やＮＯｘを空気の流れによって排出することができるので、常に、最適な帯電状態を維持することが可能となる。

上記空気の流れは、図５に示すような吸排気システム６０（気体流生成手段）によって実現することが可能となる。

図５は、帯電器５に対する吸排気システム６０の概要を示す図であり、図６は、図５に示す吸排気システム６０におけるＸＸ線矢視断面図である。なお、図６では、帯電器５内の放電電極５３等を省略し、チャージャケース５１のみを表示している。

上記吸排気システム６０は、図５に示すように、帯電器５（５ａ〜５ｄ）の長手方向に、空気の流れを発生させるために、各チャージャケース５１の両端部にダクト（６１、６２）が設けられている。帯電器５における吸気側には、外部の空気を取り込むための吸気ダクト６１が設けられ、帯電器５における排気側には、該帯電器５内の空気を排出するための排気ダクト６２が設けられている。

すなわち、上記吸排気システム６０は、上記感光体ドラム３と帯電器５との間に外部からの気体を導くための吸気ダクト６１と、該感光体ドラム３と帯電器５との間から気体を外部に排気するための排気ダクト６２とを有する構成となっている。

上記吸気ダクト６１の吸気側端部には、外部からの空気を取り込むための吸気ファン６３が設けられている。この吸気ダクト６１は、各帯電器５に対して、接続用ダクト６１ａ〜６１ｄを介して接続されている。上記吸気ファン６３としては、ミネベア株式会社製の型番：ＢＧ０７０３−Ｂ０５４のファンを使用する。

一方、上記排気ダクト６２の排気側端部には、オゾンフィルタ６４を介して、各帯電器５からの空気を排気するための排気ファン６５が設けられている。この排気ダクト６２は、各帯電器５に対して、接続用ダクト６２ａ〜６２ｄを介して接続されている。上記排気ファン６５としては、日本電産株式会社製の型番：Ｄ１０Ｆ−２４ＰＭのファンを使用する。

上記構成の吸排気システム６０では、まず、吸気ファン６３によって取り込まれた空気が、吸気ダクト６１から各接続用ダクト６１ａ〜６１ｄを介して、各帯電器５に流れ込む。次に、各帯電器５に流れ込んだ空気は、排気ファン６５によって、各接続用ダクト６２ａ〜６２ｄを介して、排気ダクト６２に向かって引き込まれ、オゾンフィルタ６４を通過して該排気ファン６５から排出される。このオゾンフィルタ６４では、帯電器５内で発生したＯ_３を吸着するようになっている。

ここで、吸排気システム６０においては、各帯電器５内を通過する空気の速度、すなわち風速を適切に設定することで、Ｏ_３やＮＯｘ等を確実に取り除くことが可能となる。この風速は、吸気ファン６３、排気ファン６５のファンの回転数によって制御することができる。これら風速の最適値に関する実験については後述する。

上記の吸気ファン６３、排気ファン６５のファンの回転数は、図７に示す制御装置１００によって制御されている。

上記制御装置１００には、吸気ファン６３を回転させる吸気ファン駆動モータ（第１モータ）１０１と、排気ファン６５を回転させる排気ファン駆動モータ（第２モータ）１０２と、上記第１モータの回転数を設定する第１モータ回転数設定部１０３と、上記第２モータの回転数を設定する第２モータ回転数設定部１０４とが接続されている。

つまり、上記第１モータ回転数設定部１０３および第２モータ回転数設定部１０４によって、吸気ファン駆動モータ１０１および排気ファン駆動モータ１０２の回転数を設定することで、吸排気システムにおける帯電器５内の風速が設定される。

なお、帯電初期の状態と、時間が経過した後の状態では、Ｏ_３やＮＯｘの蓄積量、すなわち浮遊量が異なるので、帯電器５内の風速も一定でなくてもよい。つまり、Ｏ_３やＮＯｘの浮遊量が少ないときには風速は小さく、Ｏ_３やＮＯｘの浮遊量が多いときには風速を大きくすることにより、状況に応じてＯ_３やＮＯｘを適切に排気することが可能となる。

具体的には、各帯電器５内に、Ｏ_３の濃度を検出するオゾン濃度検出センサ１０５、ＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度検出センサ１０６を設けて、これら各センサからの検出値に応じて、第１モータ回転数設定部１０３、第２モータ回転数設定部１０４における各モータの回転数を設定するようにすればよい。

このように、帯電器５内のＯ_３濃度やＮＯｘ濃度に応じて各モータの回転数を制御するようにすれば、モータの回転による騒音を低減させることができると共に、各モータで消費される電力を低減することができるという効果を奏する。

例えば、吸気ファンが風速アップに伴って騒音が大きくなるような場合であっても、一時的に風速アップをするだけですむので、常に同じ風速で吸気ファンを回転させる場合よりも全体として騒音を低くすることができる。

以下に、上記構成の画像形成装置における帯電器５近傍に設けられた吸排気システム６０における風速と帯電ムラとの関係については、後述の各実験例を参照しながら説明する。

吸排気システム内の風速を計測するための装置について、図８および図９を参照しながら以下に説明する。ここでは、帯電器５内部の風速と、吸排気システムを構成する吸気ダクト６１と排気ダクト６２内の風速を計測する。

図８に示すように、帯電器５、吸気ダクト６１および排気ダクト６２には、風速を検出するためのセンサ２０１が設けられている。このセンサ２０１による検出値は、処理部２０２に入力され、所定の処理が施された後、モニタ２０３に風速を示す情報が表示される。

上記センサ２０１は、図９に示すように、筒部２０１ａ内にプロペラ形状の回転部２０１ｂが設けられた構造となっており、紙面に垂直な方向の風速を計測するものである。つまり、センサ２０１は、筒部２０１ａを通過する空気によって回転部２０１ｂが回転するときの該回転部２０１ｂからの電気信号を、風速を検出した検出値として処理部２０２に出力するようになっている。

このセンサ２０１としては、Ashburn Mess- und Regelugstechnik GmbH製の型番がTHERM 2285-2のセンサを使用する。

以下の説明において、帯電ムラ（以下、チャージムラと称する）の程度を判断するための記号について、図１０を参照しながら説明する。

図１０では、「○」は、スジが全く発生しない状態を示し、「○△」は、薄いスジが数本発生している状態を示し、「△」は、薄いスジが全体的に発生している状態を示し、「△×」は、濃いスジが発生している状態を示し、「×」は濃いスジが全体的に発生している状態を示している。なお、これらのチャージムラは、印刷サンプルとして１６階調パターンを用紙に印刷したものを目視によって判断される。上記の「△」になったときをチャージムラが発生したものと判断して、以下において説明する。

吸排気システム内における風速差（吸気側と排気側との差）とチャージムラの△レベルに到達するまで枚数（以下、チャージムラ到達枚数と称する）との関係について、図１１〜図１３を参照しながら以下に説明する。

図１１は、吸排気システム内の吸気部（吸気ダクト６１側）の風速と、排気部（排気ダクト６２側）の風速と、帯電器５（ＭＣ）内の風速と、チャージムラ到達枚数とを計測した結果を示した表である。ここでは、ブラックトナーのみでのＡ４サイズ原稿の４枚連続マルチの繰り返しによる実写ＡＧＩＮＧ試験を行った。印刷に使用する基準原稿は、５％帯パターンを使用した。評価基準は、チャージムラが「△」レベルに到達したときの発生枚数とした。また、排気部の風速を一定（２．１２ｍ／ｓ）とし、吸気部の風速を変化させて、ＭＣ内に風速差を生じさせている。

図１１に示す結果から、ＭＣ内の風速が高い程、チャージムラ到達枚数が多くなることが分かる。つまり、ＭＣ内の風速が高い程、チャージムラが生じにくくなっていることが分かる。ＭＣ内の風速とは、感光体ドラム３と帯電器５との間に生じる気体流の風速である。

上記のＭＣ内の風速をｘ（ｍ／ｓ）、チャージムラ到達枚数（所定の基準により形成された画像が帯電不良であると判定されるまでの画像枚数）をｙ（千枚）として、図１１に示す結果をグラフにすると図１２に示すようなグラフになる。ここで、所定の基準とは、前記した図１０に示す基準であり、この場合は、△である。

図１２に示すグラフから近似式を求めると、ｙ＝１２．０ｅ^１．４ｘとなる。そして、グラフからＭＣ内の風速とチャージムラ到達枚数との好ましい関係を示す範囲は、ｙ≦１２．０ｅ^１．４ｘで示される範囲（グラフの右下の範囲）となる。

また、ＭＣ内が乱流であるとも考えられるので、その場合、上記の関係式を変更する必要がある。すなわち、図１１に示すＭＣ内の風速それぞれに、１．７５乗をした結果を、ｘ’（ｍ／ｓ）として表せばよい。このｘ’とチャージムラ到達枚数ｙとの関係は、図１３に示すようなグラフとなる。このグラフから近似式を求めると、ｙ＝４７．４ｘ’＋７．２となる。そして、グラフからｘ’とチャージムラ到達枚数との好ましい関係を示す範囲は、ｙ≦４７．４ｘ’＋７．２で示される範囲（グラフの右下の範囲）となる。

以上の結果から、帯電器５内の風速が大きくなればチャージムラが発生しにくくることが分かる。

ここで、図１１に示す結果から、吸気部の風速を排気部の風速の１．９倍以上、４．２倍以下の範囲になるように、吸気部と排気部との風速を設定するのが好ましいことが分かる。つまり、吸気部の風速が４．００ｍ／ｓで、排気部の風速が２．１２ｍ／ｓのとき、吸気部の風速は排気部の風速の約１．９倍となる。また、吸気部の風速が８．９２ｍ／ｓで、排気部の風速が２．１２ｍ／ｓのとき、吸気部の風速は排気部の風速の約４．２倍となる。また、吸気部の風速は排気部の風速の約４．２倍よりも大きくなれば、初期のチャージムラが発生する。つまり、この初期からのチャージムラは、初期状態からチャージムラが発生している状態をいい、放電部への異物付着によるものではなく、風速があまりにも大きくなりすぎることにより発生する。即ち、風速による影響を受けて、帯電器のグリッド部に振動が加わるため、感光体への帯電制御が不安定になり、感光体長手方向に電位バラツキが発生し、実使用に耐えられない濃淡ムラが現れる。

また、ＭＣ内の気体流の風速は、以下に示す理由によって、１ｍ／ｓｅｃ以上、２．５ｍ／ｓｅｃ未満になるように設定されているのが好ましい。これは、ＭＣ内の気体流の風速が１ｍ／ｓｅｃ未満では、殆ど効果（帯電ムラを低減させるという効果）が現れず、また２．５ｍ／ｓｅｃ以上では、初期から帯電ムラが発生するからである。

ここで、本願発明における吸排気システムの吸気部の風速、排気部の風速とを種々設定して実験を行った結果を示す。

図１４に示す実験Ｎｏ．１は、現状のプロセス（本願のように、吸気ダクト６１、排気ダクト６２を用いないプロセス）により排気風速だけを規定し、チャージムラ到達枚数を測定したものである。なお、プロセス速度は高（２２５ｍｍ／ｓ）と低（１６７ｍｍ／ｓ）の２種類とする以下の実験Ｎｏ．２〜実験Ｎｏ．６まで同じである。この実験Ｎｏ．１では、何れのプロセス速度においても、チャージムラ到達枚数は１０ｋであった。

また、実験Ｎｏ．２〜実験Ｎｏ．５では、図１に示す吸排気システムを用いて、排気風速を２．２１ｍ／ｓと一定にし、吸気風速を０ｍ／ｓ、４ｍ／ｓ、６ｍ／ｓ、８．９２／と徐々にアップさせてチャージムラ到達枚数を測定したものである。これら実験のうち、実用化レベルのチャージムラ到達枚数である約３０ｋを越えるものは、実験Ｎｏ．４．実験Ｎｏ．５であった。

実験Ｎｏ．５では、何れのプロセス速度においても、チャージムラ到達枚数は７９ｋ以上あること分かった。そして、実験Ｎｏ．２〜実験Ｎｏ．５のうち、最も好ましい吸気風速と排気風速との関係を持っているのは実験Ｎｏ．５であることが分かった。

また、実験Ｎｏ．６は、排気風速を実験Ｎｏ．２〜実験Ｎｏ．５までの排気風速よりも大きく、５．０５ｍ／ｓに設定し、吸気風速は０ｍ／ｓに設定してチャージムラ到達枚数を測定したものである。この実験Ｎｏ．６では、プロセス速度が遅ければチャージムラ到達枚数が２０ｋになるのに対して、プロセス速度が速ければ、チャージムラ到達枚数が１０ｋになっていることが分かった。

上記の実験Ｎｏ．２〜実験Ｎｏ．５までの実験結果から、吸気風速とチャージムラ到達枚数との関係を示すと、図１７に示す表になり、その結果をグラフにすると図１８に示すグラフとなる。ここでは、吸気風速がチャージムラ到達枚数に与える影響を示している。つまり、吸気風速が大きくなればなるほどチャージムラ到達枚数が多くなる傾向にあることが分かる。

続いて、図１５に示す実験Ｎｏ．７〜実験Ｎｏ．１２までは、実験Ｎｏ．１〜実験Ｎｏ．６までと異なり、カラー画像を形成するプロセス、すなわち帯電器５が４個ある場合のチャージムラ到達枚数の確認のための実験である。従って、各色に対応する帯電器５毎に、排気風速、吸気風速を設定している。

実験Ｎｏ．７は、現状のプロセス（本願のように、吸気ダクト６１、排気ダクト６２を用いないプロセス）により排気風速だけを規定し、チャージムラ到達枚数を測定したものである。なお、プロセス速度は、カラー現像のときは１６７ｍｍ／ｓで、モノクロ現像のときは２２５ｍｍ／ｓであり、以下の実験Ｎｏ．８〜実験Ｎｏ．１２まで同じである。この実験Ｎｏ．７では、チャージムラ到達枚数は１０ｋであった。

また、実験Ｎｏ．８〜実験Ｎｏ．１０は、図１に示す吸排気システムを用いて、排気風速のアップを図ってチャージムラ到達枚数を測定したものである。これら実験のうち、実用化レベルのチャージムラ到達枚数である約３０ｋを越えるものはなかった。

実験Ｎｏ．１１は、実験Ｎｏ．７と同様、現状のプロセス（本願のように、吸気ダクト６１、排気ダクト６２を用いないプロセス）により排気風速だけを規定し、チャージムラ到達枚数を測定したものである。

実験Ｎｏ．１２は、吸気風速、排気風速共に実験Ｎｏ．１１と同じであるが、排気効率アップのために、帯電器５のチャージャケース５１にウレタンシールで密閉した構造にして、チャージムラ到達枚数を測定したものである。

また、図１６に示す実験Ｎｏ．１３は、図１に示す吸排気システムを用いて、ブラックのみに対応する帯電器５に対して、吸気風速を自然吸気の０．８５ｍ／ｓ（吸気ダクト６１の吸気ファン６３の入口で測定した風速）、排気風速を６．５０ｍ／ｓに設定したときの、チャージムラ到達枚数を測定したものである。この実験Ｎｏ．１３では、実用レベルのチャージムラ到達枚数にはならなかった。

以上の実験Ｎｏ．６〜１３、および実験Ｎｏ．２における実験結果をまとめると図１９に示す表のようになる。

図１９に示す結果からも分かるように、排気風速をアップさせた場合、何れもチャージムラ到達枚数が実用レベル（約３０ｋ）に達していなかった。つまり、排気風速をアップさせるだけでは、帯電器５内の風速をアップすることができていないことが分かる。

以上のことから、本実施の形態に係る画像形成装置においては、上述した吸排気システム６０は、吸気および排気によって、感光体ドラム３と帯電器５との間の、該帯電器５の長手方向に気体の流れを生じさせるので、帯電器５近傍の気体を常に排気することが可能となる。ここで、帯電器５の放電方式がコロナ放電方式であれば、コロナ放電によりＯ_３、ＮＯｘ等が発生する。このような場合、上記のように帯電器５近傍の長手方向に生じている気体の流れによって、Ｏ_３、ＮＯｘ等が排気されることになる。

これにより、帯電器５の使用頻度が増加しても、帯電器５近傍に帯電不良の原因となるＯ_３、ＮＯｘ等が蓄積されにくくなるので、帯電器５における帯電不良（帯電ムラ）の発生を低減することができ、この結果、帯電ムラによる画像劣化のない高品位の画像を形成し続けることが可能となる。

上記吸排気システム６０は、上記感光体ドラム３と帯電器５との間に外部からの気体を導くための吸気ダクト６１と、該感光体ドラム３と帯電器５との間から気体を外部に排気するための排気ダクト６２を有する構成となっている。

このため、吸気側の気体の風速が同じであれば、吸気ダクト６１を介する方が感光体ドラム３と帯電器５との間に効率良く気体を導くことができる。また、排気側の気体の風速が同じであれば、排気ダクト６２を介する方が感光体ドラム３と帯電器５との間に存在する気体を効率良く排気することができる。これにより、同じ吸気側の気体の風速、同じ排気側の気体の風速であっても、吸気ダクト６１および排気ダクト６２を設けたほうが感光体ドラム３と帯電器５との間を流れる気体の風速を高めることができる。

さらに、効率良く感光体ドラム３と帯電器５との間を流れる気体の風速を高めるには、上記吸気ダクト６１に吸気ファン６３を設けると共に、上記排気ダクト６２に排気ファン５を設ければよい。

なお、吸排気システム６０では、吸気ダクト６１および排気ダクト６２を設けず、上記気体の流れにおける吸気側に吸気ファン６３を設けると共に、該気体の流れの排気側に排気ファン６５を設ける構成としてもよい。

この場合にも、吸気ダクトおよび排気ダクトを設けた場合程ではないが、各ファンを設けない場合に比べて、感光体ドラム３と帯電器５との間の気体の風速を高めることができる。

また、上記の各種実験から、感光体ドラム３と帯電器５との間における気体の風速を高めるには、上記感光体ドラム３と帯電器５との間に気体を導く吸気側の風速を、該感光体ドラム３と帯電器５との間から気体を排気する排気側の風速よりも大きく設定するようにすればよい。

以上のころから、本実施の形態の画像形成装置においては、帯電器５の使用時間が長くなっても、帯電器５近傍に浮遊するＯ_３等を適切に排出することができるので、帯電ムラの影響のない高品位の画像を形成することが可能となる。

このように、本発明は、レーザプリンタ等に好適に用いられ、特に、コロナ放電によりＯ_３やＮＯｘ等が生じ易い帯電方式を採用している電子写真方式の画像形成装置に用いられる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に適用でき、特に、コロナ放電方式を採用した帯電器を備えた画像形成装置に適用できる。

本発明の実施形態を示すものであり、画像形成装置における吸排気システムの概略を示す概略構成図である。本発明の画像形成装置の概略を示す概略構成図である。図２に示す画像形成装置に備えられている帯電器と感光体ドラムとの配置関係を示す概略構成図である。図３に示す帯電器の概略斜視図である。図１に示す吸排気システムの概略を示す要部平面図である。図５に示す吸排気システムのＸＸ矢視断面図である。図２に示す画像形成装置に備えられた制御装置のブロック図である。風速を計測するための装置の概略を示す図である。図８に示す装置のセンサの概略断面図である。チャージムラの判断基準を示す図である。上記吸排気システムにおける各部の風速によって得られたチャージムラ到達枚数の結果を示す図である。図１１に示す結果に基づいて得られたＭＣ内風速とチャージムラ到達枚数との関係を示すグラフである。図１１に示す結果に基づいて得られたＭＣ内風速とチャージムラ到達枚数との関係を示すグラフである。実験Ｎｏ．１〜実験Ｎｏ．６までの実験結果を示す図である。実験Ｎｏ．７〜実験Ｎｏ．１２までの実験結果を示す図である。実験Ｎｏ．１３の実験結果を示す図である。実験Ｎｏ．２〜実験Ｎｏ．５における吸気風速とチャージムラ到達枚数との結果を示す図である。図１７に示す結果から得られた吸気風速とチャージムラ到達枚数とのグラフである。実験Ｎｏ．２、実験Ｎｏ．６〜実験Ｎｏ．１３までの実験結果の比較結果を示す図である。

符号の説明

１露光ユニット
２現像装置
３感光体ドラム（像担持体）
４クリーナユニット
５帯電器
５０電荷発生部
５１チャージャケース
５２放電電極保持部材
５３放電電極
５３ａ先端部
５４グリッド電極
５５グリッド電極保持部材
５６第１ＤＣ電源
５７第２ＤＣ電源
６０吸排気システム（気体流生成手段）
６１吸気ダクト
６１ａ〜６１ｄ接続用ダクト
６２排気ダクト
６２ａ〜６２ｄ接続用ダクト
６３吸気ファン
６４オゾンフィルタ
６５排気ファン
１００制御装置（風速制御手段）
１０１吸気ファン駆動モータ
１０２排気ファン駆動モータ
１０３第１モータ回転数設定部
１０４第２モータ回転数設定部
１０５オゾン濃度検出センサ（センサ）
１０６ＮＯｘ濃度検出センサ（センサ）
２０１センサ
２０１ａ筒部
２０１ｂ回転部
２０２処理部
２０３モニタ

Claims

表面に静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体に近接して配置され、該像担持体表面を帯電させる帯電器との間の、該帯電器の長手方向に、吸気および排気によって空気の流れを生じさせる吸排気システムであって、
上記像担持体と帯電器との間に気体を導く吸気側の風速を、該像担持体と帯電器との間から気体を排気する排気側の風速の１．９倍以上４．２倍以下に設定していることを特徴とする吸排気システム。