JP5322589B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、コロナ帯電器を用いて像担持体に担持された転写前のトナー像に荷電粒子を照射する画像形成装置、詳しくはコロナ帯電器のシールド電極の構造に関する。

感光体に形成された静電像に帯電したトナーを付着させてトナー像を形成し、転写部で感光体に重ねて移動される転写媒体（中間転写体又は記録材）にトナー像を転写する画像形成装置が広く用いられている。そして、現像装置と転写部との間にコロナ帯電器を配置して、感光体に担持された転写前のトナー像に荷電粒子を照射することにより、トナー像のトナー帯電量を転写に最適化する画像形成装置が実用化されている。

現像装置と転写部との間にコロナ帯電器を配置した画像形成装置では、現像装置から飛散するトナーがコロナ帯電器に侵入すると種々の不具合が発生するため、トナーの侵入を阻止する対策が様々に提案されている。

特許文献１には、現像装置と転写部との間にコロナ帯電器を配置し、感光ドラムに担持されたブラックトナー像の帯電量をコロナ帯電器により増加させて転写部へ送り込む画像形成装置が示される。ここでは、現像装置から筐体内に飛散して降り積もるトナーを回収するために排気ファンを配置している。

特許文献２には、現像装置の下に配置されたコロナ帯電器に現像装置からトナーが侵入する不具合を解消するために、ワイヤ電極の３方を囲むシールド電極にトナーの帯電極性と同極性の電圧を印加している。

特開平０８−１１０７３８号公報 特開平１１−１８４２１４号公報

画像形成装置の小型化に伴って感光ドラムが小径化される一方で、コロナ帯電器は、中心のワイヤ電極と周囲３方向を囲むシールド電極との間隔で均等に所定の放電を発生させる制約から断面の小型化が困難である。

このため、現像装置と転写部との間では、感光ドラムに対向させてかなり上向きにシールド電極を開口させるようにコロナ帯電器が配置されるため、シールド電極の内側面にトナーが降り積もり易くなった。そして、導電性のシールド電極の内側面に絶縁性のトナーが堆積すると、中心のワイヤ電極との間の正常な放電が妨げられるので、コロナ帯電器の性能が低下してしまう。

これに対して、特許文献１に示される排気ファンは、コロナ帯電器の周囲には配置するスペースがそもそも無く、特許文献２に示される電圧印加は、帯電量の少ない飛散トナーには効果が薄い。

そこで、斜め上向きに開口したシールド電極の転写部側の縁を単純に切り詰めて、現像装置側の縁よりも感光ドラム側から後退させることで、現像装置から落下するトナーをシールド電極の内側面に進入しにくくすることが提案された（図５参照）。

しかし、実際にシールド電極の転写部側の縁を切り詰めて実験してみると、転写部を通過した転写媒体上にトナー像の転写不良が発生し易くなることが確認された。

本発明は、転写媒体にトナー像の転写不良を発生させることなく、コロナ帯電器のシールド電極の内側面にトナーを侵入させにくくした画像形成装置を提供することを目的としている。

本発明の画像形成装置は、感光ドラムと、前記感光ドラムにトナー像を担持させる像形成手段と、前記感光ドラムに担持されたトナー像を転写媒体に転写する転写部と、長手方向が前記感光ドラムの軸線方向に沿った方向で前記像形成手段と前記転写部との間に配置されて、転写前のトナー像を帯電するコロナ帯電器とを備えたものである。そして、前記コロナ帯電器は、ワイヤ電極と、前記ワイヤ電極を囲み前記感光ドラムに対して開口を有するシールド電極と、を有し、前記シールド電極は、前記ワイヤ電極における前記像形成手段側に設けられた像形成手段側シールド電極と前記転写部側に設けられた転写部側シールド電極と、を有し、前記転写部側シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の端部が前記像形成手段側シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の端部の鉛直方向直下に位置する又は前記鉛直方向直下よりも前記感光ドラムの反対側へ後退しているとともに、前記転写部側シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の端部から前記像形成手段側に向かって、前記ワイヤ電極を前記転写媒体から遮蔽する遮蔽部が形成され、前記感光ドラムの軸線方向に垂直な同一面上において、前記像形成手段側シールド電極における前記感光ドラム側の先端Ｐと前記感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＰの水平方向に対する傾き角度をαとし、前記線分ＯＰの長さをＬｏｐとし、前記遮蔽部の先端Ｑと前記感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＱの水平方向に対する傾き角度をβとし、前記線分ＯＱの長さをＬｏｑとし、前記感光ドラムの半径をＲとし、前記ワイヤ電極の位置Ｗと前記感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＷ上の位置Ｗから前記感光ドラムの表面までの距離をＬとし、前記遮蔽部の先端Ｑと前記ワイヤ電極の位置Ｗとを結ぶ線分ＱＷと前記線分ＯＷとのなす角度をθとし、前記ワイヤ電極の位置Ｗと前記感光ドラム表面とを結ぶ転写部側の接線と前記線分ＯＷとのなす角度をθｍａｘとするとき、Ｌｏｐ×ｃｏｓα＜Ｌｏｑ×ｃｏｓβであるとともに、０＜θ＜θｍａｘである。

本発明の画像形成装置では、像担持体とコロナ帯電器との対向間隔に上方から降り注いでくるトナー等がシールド電極内に堆積しないように、下側のシールド電極が上側のシールド電極よりも像担持体から後退している。また、下側のシールド電極は、同一部材又は別部材で形成された遮蔽部と協働して、ワイヤ電極から転写媒体に向かって開かれる立体角を遮蔽している。このため、ワイヤ電極の周囲でコロナ放電に伴って発生する荷電粒子が転写媒体を直射しにくく、転写分へ突入する転写媒体が荷電粒子で帯電されにくくなっている。

従って、転写媒体にトナー像の転写不良を発生させることなく、コロナ帯電器のシールド電極の内側面にトナーを侵入させにくくできる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明は、コロナ帯電器のシールド電極の下側の縁が上側の縁よりも感光ドラムから後退している限りにおいて、実施形態の構成の一部または全部を、その代替的な構成で置き換えた別の実施形態でも実施できる。

従って、感光ドラムから中間転写ベルトへトナー像を転写する一次転写部のみならず、中間転写ベルトから記録材へトナー像を転写する二次転写部についてもコロナ帯電器を配置して実施可能である。中間転写ベルトから記録材へトナー像を転写する画像形成装置に限らず、記録材搬送ベルトに担持させた記録材へトナー像を転写する画像形成装置、枚葉式に給送される記録材へ感光ドラムからトナー像を転写する画像形成装置でも実施できる。

本実施形態では、トナー像の形成／転写に係る主要部のみを説明するが、本発明は、必要な機器、装備、筐体構造を加えて、プリンタ、各種印刷機、複写機、ＦＡＸ、複合機等、種々の用途で実施できる。

なお、特許文献１、２に示される画像形成装置の一般的な事項については、図示を省略して重複する説明を省略する。

＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図、図２はブラック画像形成部の構成の説明図である。

図１に示すように、画像形成装置１００は、中間転写ベルト５に沿って、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫを配置したタンデム型フルカラープリンタである。

画像形成部ＰＹでは、感光ドラム１Ｙにイエロートナー像が形成されて、中間転写ベルト５に一次転写される。画像形成部ＰＭでは、感光ドラム１Ｍにマゼンタトナー像が形成されて中間転写ベルト５のイエロートナー像に重ねて一次転写される。画像形成部ＰＣ、ＰＫでは、それぞれ感光ドラム１Ｃ、１Ｋにシアントナー像、ブラックトナー像が形成されて、同様に中間転写ベルト５のトナー像に位置を重ねて順次一次転写される。

中間転写ベルト５に担持された四色のトナー像は、二次転写部Ｔ２へ搬送され、中間転写ベルト５に重ねて二次転写部Ｔ２を挟持搬送される記録材Ｓへ一括二次転写される。二次転写部Ｔ２でトナー像を二次転写された記録材Ｓは、定着装置９で加熱加圧を受けて、表面にトナー像を定着された後に外部へ排出される。

記録材カセット１６から引き出された記録材Ｓ（例えば、紙、透明フィルム）は、分離ローラ１３で１枚ずつに分離されてレジストローラ１５へ給送される。記録材Ｓは、レジストローラ１５で待機し、中間転写ベルト５のトナー像にタイミングを合わせて、二次転写部Ｔ２へ送り出される。

中間転写ベルト５は、駆動ローラ２１、テンションローラ２２、対向ローラ２３に掛け渡して支持され、駆動ローラ２１に駆動力が伝達されることにより、矢印Ｒ２方向に回転する。駆動ローラは、金属芯金上に、１×１０^３〜１×１０^５Ωに抵抗調整された導電ゴム層を有し、芯金は接地されている。

中間転写ベルト５は、厚さ８５μｍのポリイミド樹脂フィルムを基材としており、カーボンブラックを分散させて、表面抵抗率で１×１０^１２Ω／□、体積抵抗率で１×１０^９Ω・ｃｍとなるように抵抗調整してある。中間転写ベルト５の回転速度（プロセススピード）は、２００ｍｍ／ｓｅｃである。

中間転写ベルト５は、内周面に配置された一次転写ローラ６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋによって感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの表面に押圧される。これにより、感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋと中間転写ベルト５との間には、それぞれ一次転写部（一次転写ニップ部）Ｔ１が形成される。

また、中間転写ベルト５の外側における対向ローラ２３に対応する位置には、二次転写外ローラ２４が配設される。中間転写ベルト５は、対向ローラ２３によって二次転写ローラ２４に押圧されることにより、二次転写ローラ２４との間に二次転写部（二次転写ニップ部）Ｔ２を形成する。

定着装置９は、中心にヒータを配置した加熱ローラ９ａに加圧ローラ９ｂを圧接させて記録材の定着ニップを形成している。ベルトクリーニング装置１０は、中間転写ベルト５にクリーニングブレードを摺擦させて二次転写部Ｔ２を通過した中間転写ベルト５に付着した転写残トナーを除去する。

なお、画像形成装置１００は、画像形成部ＰＫのみを用いて、ブラック単色画像を形成することもできる。この場合、画像形成部ＰＫにおいてのみ、トナー像の形成工程を行い、中間転写ベルト５にブラック単色のトナー像のみを担持させ、このトナー像を記録材Ｓに二次転写した後に定着する。画像形成装置１００は、使用頻度が高く、高いプロセススピードと高解像度が求められるブラック単色画像に対応させて、感光ドラム１Ｋの口径が８４ｍｍである。これに対して、他の感光ドラム１Ｙ、１Ｍ、１Ｃは口径３０ｍｍである。

画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫは、付設された現像装置４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋで用いるトナーの色と、転写前のトナー像の帯電量を調整するコロナ帯電器２５の有無以外は、ほぼ同様に構成される。以下では、コロナ帯電器２５が配設された画像形成部ＰＫについて説明し、他の画像形成部ＰＹ、ＰＭ、ＰＣについては、説明中の符号末尾のＫを、Ｙ、Ｍ、Ｃに読み替えて説明されるものとする。

図２に示すように、画像形成部ＰＫは、感光ドラム１Ｋの周囲に、帯電ローラ３Ｋ、露光装置２Ｋ、現像装置４Ｋ、コロナ帯電器２５、一次転写ローラ６Ｋ、及びクリーニング装置７Ｋを配置している。

感光ドラム１Ｋは、帯電極性が負極性の感光層を表面に形成した金属円筒で構成され、２００ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで矢印Ｒ１方向に回転する。

感光ドラム１Ｋとしては、通常使用される有機感光体等を用いることができるが、好ましくは、抵抗値が１０^９〜１０^１４Ω・ｃｍの表面層を持つものや、アモルファスシリコン感光体などを用いる。これにより、電荷注入帯電を実現でき、オゾン発生の防止、および消費電力の低減に効果があり、帯電性についても向上させることが可能となる。

本実施形態では、負帯電性の有機感光体を採用しており、直径８４ｍｍのアルミニウム製のドラム基体上に、次の第１層〜第５層の５層を下から順に設けて感光層を形成している。

第１層は下引き層であり、アルミニウム基体の欠陥等を均すために設けられた層で、厚さ２０μｍの導電層からなる。第２層は正電荷注入防止層であり、ドラム基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たす。正電荷注入防止層は、アラミン樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって１×１０^６Ω・ｃｍ程度に抵抗調整した厚さ１μｍの中抵抗層からなる。

第３層は電荷発生層であり、ジアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約０．３μｍの層であり、露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。第４層は電荷輸送層であり、ポリカーボネート樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、Ｐ型半導体である。従って、感光層の表面に帯電された負電荷はこの層を移動することができず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光層の表面に輸送することができる。

第５層は電荷注入層であり、絶縁性樹脂のバインダーにＳｎＯ_２超微粒子を分散した材料の塗工層である。具体的には、絶縁性樹脂に光透過性の絶縁フィラーであるアンチモンをドーピングして低抵抗化（導電化）し、この樹脂に対して粒径０．０３μｍのＳｎＯ_２粒子を７０重量パーセント分散した材料の塗工層である。このように調合してと交易をディッピング法、スプレー塗工法、ロール塗工法、ビーム塗工法等の適当な塗工法で厚さ約３μｍに塗工して、電荷注入層を形成することができる。

帯電ローラ２Ｋは、感光ドラム１Ｋに圧接して従動回転する。電源Ｄ３は、直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を帯電ローラ２Ｋへ印加して、感光ドラム１Ｋの表面を一様な負極性の電位に帯電させる。

露光装置３Ｋは、画像データを展開した走査線画像データをＯＮ−ＯＦＦ変調したレーザービームを多面体ミラーで走査して、帯電した感光ドラム１Ｋの表面に画像の静電像を書き込む。

現像装置４Ｋは、現像容器４１内で二成分現像剤を攪拌して非磁性トナーを負極性に、磁性キャリアを正極性にそれぞれ帯電させる。固定マグネット４３の周囲で回転する現像スリーブ４２は、固定マグネット４３の磁力によって表面に帯電した二成分現像剤を穂立ち状態で担持させて感光ドラム１Ｋを摺擦する。電源Ｄ４は、負極性の直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧を現像スリーブ４２に印加して、感光ドラム１Ｋとの間でトナーを飛翔させて静電像に付着させることにより、静電像を反転現像する。

トナー補給容器８Ｋは、補充用のブラックトナーを収容しており、現像装置４Ｋで感光ドラム１Ｋの静電像を現像するために消費しただけの未使用トナーを現像容器４１に補給する。

コロナ帯電器２５は、現像装置（像形成手段）４Ｋと一次転写部（転写部）Ｔ１との間に配置されて、転写前のトナー像に荷電粒子を照射する。シールド電極２７は、ワイヤ電極２６を中心にして三方向を囲んで感光ドラム（像担持体）側を斜め上向きに開口しており、開口長さが１４ｍｍ、開口の深さが１５ｍｍである。コロナ帯電器２５は、ワイヤ電極２６に沿ってパッドを摺擦させて異物をクリーニングするクリーニング機構２８を付設しており、クリーニング機構２８を含めた外観寸法が３０ｍｍ×１５ｍｍ×３５０ｍｍである。

コロナ帯電器２５は、シールド電極２７の一次転写部Ｔ１側（転写部側）が現像装置４Ｋ側（像形成手段側）よりも感光ドラム（像担持体）１Ｋの反対側へ平面位置で後退している。シールド電極２７の一次転写部Ｔ１側（転写部側）には、ワイヤ電極２６を中間転写ベルト（転写媒体）５から遮蔽するように、遮蔽部が同一部材によって形成される。具体的には、シールド電極２７の先端が、現像装置４Ｋ側（像形成手段側）へ向かって折り曲げられている。

電源Ｄ５は、ワイヤ電極２６を通じた総放電電流が３００〜５００μＡに保たれるように、ワイヤ電極２６に印加する負極性の電圧を定電流制御する。総放電電流の１０％〜２０％が感光ドラム１Ｋに照射される荷電粒子となって、トナー像の帯電量を調整する。

コロナ帯電器２５と感光ドラム（像担持体）との対向間隔に対して平面位置を重ねるように、コロナ帯電器２５と中間転写ベルト（転写媒体）５との間に、受け皿（落下トナー受け部材）３０が配置される。

一次転写ローラ６Ｋは、中間転写ベルト５に圧接して、感光ドラム１Ｋと中間転写ベルト５との間にトナー像の一次転写部Ｔ１を形成する。転写電源ＤＫは、一次転写ローラ６Ｋに定電圧制御された正極性の直流電圧を印加して、負極性に帯電して感光ドラム１Ｋに担持されたトナー像を、中間転写ベルト５に一次転写させる。

一次転写ローラ６Ｋは、導電性金属からなる直径φ８ｍｍの円柱型の芯金部材の周囲に、抵抗値５×１０^６［Ω・ｃｍ］で厚さ４．０ｍｍの導電性発泡体を配置して外径φ１６ｍｍに仕上げたものである。一次転写ローラ６Ｋは、ニトリルゴムとエチレン−エピクロルヒドリン共重合体とのブレンドにより形成されたイオン導電性スポンジローラを用いた。一次転写ローラ６Ｋの抵抗値は、温度２３℃、湿度５０％の環境下で印加電圧２ｋＶにより測定したところ、１０６〜１０８Ω程度であった。

一次転写ローラ６Ｋは、中間転写ベルト５を感光体ドラム６Ｋに接触させるために、中間転写ベルト５の内側面から両端部のバネによって鉛直方向上方に総圧５ｋＰａにて加圧されている。一次転写ローラ６ｋの位置は、感光ドラム１Ｋの中心鉛直方向よりも中間転写ベルト５の回転方向の下流側へ１．５ｍｍシフトさせてある。

なお、一次転写ローラ６Ｋとしては、２０００Ｖ印加時の抵抗値が１０^２〜１０^８Ωの半導電性のものを用いることが好ましい。

クリーニング装置７Ｋは、感光ドラム１Ｋにクリーニングブレード７ｂを摺擦させて、一次転写部Ｔ１を通過した感光ドラム１Ｋの表面に付着した転写残トナーを除去して回収する。

＜コロナ帯電器＞
図３は各色トナーのトナー帯電量の説明図、図４はコロナ帯電器に進入したトナーの挙動の説明図である。図５はシールド電極の下側の縁を切り詰めたコロナ帯電器の説明図、図６は一次転写電流に対するシールド電極の切り詰め量の影響の説明図である。

図３に示すように、高湿・高温環境下におけるトナー帯電量の耐久枚数に対する挙動は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色毎に異なる。画像形成装置１００の耐久寿命期間を通じてブラックトナーは、トナー帯電量が他色よりも５〜１０μＣ／ｇ程度小さく、トナー帯電量が他色と異なると、二次転写部Ｔ２で記録材Ｓへ一括二次転写する際に、二次転写部Ｔ２における転写特性に差が生じてしまう。このため、ブラックトナーのトナー帯電量を、中間転写ベルト５へ一次転写する時点で、他色のトナーのトナー帯電量と揃えておく必要がある。

このため、ブラックの画像形成部ＰＫにのみコロナ帯電器２５を設置し、感光ドラム１Ｋに担持されたブラックトナー像に負極性の荷電粒子を照射して、ブラックトナー像のトナー帯電量を他色トナー像並みに補強している。ブラックトナーだけ他色トナーよりもトナー帯電量が低いのは、ブラックトナーがカーボンを含んで他色トナーに比較して抵抗が低いため、帯電電荷が逃げ易いからである。特に高温高湿環境において抵抗の低下が著しく、トナー帯電量が他色トナーよりも際立って低くなる。

このため、本実施形態では、温度２３℃以上、あるいは相対湿度５０％ＲＨ以上の時に、コロナ帯電器２５を作動させている。また、以下の実験では、温度３０℃相対湿度８０％ＲＨの環境下で画像形成を行ってコロナ帯電器２５の改良効果を確認した。

図４の（ａ）に示すように、コロナ帯電器２５を配置して反射濃度０．５のハーフトーン画像による連続画像形成の実験を行ったところ、５００００枚の累積枚数以降に回転方向の縦スジ状の濃度ムラ画像が発生するようになった。

コロナ帯電装置２５のシールド電極２７の一次転写部Ｔ１側を観察すると、縦スジ発生箇所に対応するように飛散トナーが集中的に蓄積していたため、飛散トナーによる汚れの蓄積が画像不良の原因と考えられる。そこで、中間転写ベルト５上で濃度ムラ発生箇所のトナーを採取してトナー帯電量を測定した。すると、濃度ムラ未発生箇所のトナー帯電量が２３μＣ／ｇ程度であったのに対して、濃度ムラ箇所では１５μＣ／ｇと低いことが確認された。なお、トナー帯電量の測定は、特開２００８−２３３３７３号公報に記載されている吸引式ファラデーケージ法にて行った。

実験結果から、シールド電極２７にトナーが蓄積した部分ではコロナ放電が他の部位と比べて発生しづらくなって、帯電効率が悪化し、感光ドラム１Ｋ上のトナー像にトナー帯電量のムラが形成されたと考えられる。トナー帯電量のムラが中間転写ベルト５に対する一次転写ムラとなって最終画像に濃度ムラを発生させていたと考えられる。

図４の（ｂ）に示すように、そこで、コロナ帯電器２５を感光ドラム１Ｋに近付けて配置し、シールド電極２７の現像装置４Ｋ側の縁を、現像装置４Ｋによる感光ドラム１Ｋの現像位置よりも感光ドラム１Ｋ側に食い込ませた。

このように配置することで、現像部から落下するトナーがコロナ帯電器２５内に侵入しにくくなり、シールド電極２７の一次転写部Ｔ１側における飛散トナーの蓄積を抑制できることが確認された。しかし、このような配置で画像形成枚数を重ねると、シールド電極２７の上面に飛散トナーやキャリアが降り積もり、飛散トナーがシールド電極２７の現像装置４Ｋ側の先端部にランダムに付着する。すると、シールド電極２７の先端に付着物が堆積した箇所で、感光ドラム１Ｋ上のトナー像との間で異常放電が発生するようになり、縦スジ状の不良画像が形成されるようになった。

図５に示すように、そこで、シールド電極２７の上縁Ｐが感光ドラム１Ｋの現像部ＧＢの直下位置になるまでコロナ帯電器２５を後退させて、シールド電極２７の上縁Ｐと感光ドラム１Ｋとの間に十分な距離を確保した。そして、コロナ帯電器２５の断面におけるシールド電極２７の下縁（転写部側）Ｑを短く切り詰めて、現像部ＧＢから落下するトナーがシールド電極２７の内側に降り積もる余地を無くした。

そして、シールド電極２７の下縁Ｑの切り詰め量を異ならせて、コロナ帯電器２５を作動させた状態での５００００枚の連続画像形成を実験し、最終画像の濃度ムラの発生を評価した。シールド電極２７の上縁Ｐに重なる平面位置を原点Ｓ２＝０として、シールド電極２７の下縁Ｑの位置Ｓ２を表１に示す７段階の条件に異ならせた。

表１中、Ｓ＝−３、−１は、切り詰め状態、Ｓ＝１、２、３、４は、上縁Ｐ（先端Ｐ）よりも感光ドラム１Ｋ側へ下縁Ｑ（先端Ｑ）が突き出して、シールド電極２７の内側にトナーが降り積もる余地がある状態である。また、画像濃度ムラのレベルの判断は、反射濃度計Ｘ−ｒｉｔｅにて測定した紙上画像濃度の最大値と最小値の濃度差Δが０．３以上の場合を×、濃度差Δが０．３〜０．１５の場合を△、同じく０．１以下の場合を○と評価した。

表１に示すように、シールド電極２７の下縁Ｑ（先端Ｑ）が上縁Ｐ（先端Ｐ）に対して、平面位置で感光ドラム１Ｋ側に重なる（Ｓ２＝０）か、又は感光ドラム１Ｋの反対側へ後退している（Ｓ＝−１、−３）の条件１〜３において好結果が得られる。条件１〜３では、シールド電極２７の内側面のトナー汚れが大幅に改善され、画像濃度ムラも発生しないことが確認された。

しかし、条件１〜３でベタ画像を出力すると、記録材Ｓ上の最終画像で斑点状に画像濃度が低下する豹柄模様の不良画像が発生した。そこで、表１の条件１、３、５、７について、一次転写部Ｔ１における電圧−電流特性を測定した。

図６に示すように、その結果、シールド電極２７の下縁Ｑが感光ドラム１Ｋから遠ざかるに従って放電開始電圧がマイナス側にシフトしていることが判明した。

図５の（ｂ）に示すように、次に、一次転写部Ｔ１の上流側の中間転写ベルト５の位置に除電針５１を設置し、コロナ帯電器２５から中間転写ベルト５方向へ流れる荷電粒子の漏れ電流量を測定した。その結果、表１に示すように、シールド電極２７の下縁Ｑが感光体ドラム１Ｋから遠ざかるに従って漏れ電流量が増加していることが判明した。

また、豹柄模様の画像不良は一次転写電流を上げることによって消滅することが確認された。

従って、豹柄模様の画像不良は、一次転写ローラ６Ｋに印加する一次転写電圧のプラス電位に引き寄せられた負極性の荷電粒子が中間転写ベルト５を負極性に帯電させて、必要な転写電流を嵩上げすることが原因と判明した。

＜実施例１＞
図７は実施例１のコロナ帯電器におけるシールド電極の説明図、図８は比較例のシールド電極の説明図である。

図７に示すように、実施例１では、シールド電極２７の上縁Ｐと下縁Ｑとで平面位置が重なり合うようにするとともに、上縁Ｐに向かって下縁Ｑの先端部を少しＬ字型に折り曲げて形成した。ワイヤ電極２６と下縁Ｑとを結ぶ直線と、感光体ドラム１Ｋの中心とワイヤ電極２６とを結ぶ直線とのなす角度をθとする。ワイヤ電極の位置Ｗと感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分上の位置Ｗから感光ドラム１Ｋまでの距離をＬとする。

このとき、角度θを変化させて、コロナ帯電器２５を作動させた状態での５００００枚の連続画像形成を実験し、最終画像の濃度ムラの発生を評価した。

実施例１では、感光ドラム１Ｋの外径Φが６０ｍｍ、ワイヤ電極２６と感光ドラム１Ｋとの距離Ｌが８ｍｍである。ワイヤ電極２６の位置Ｗとシールド電極２７の下縁Ｑとを結ぶ直線ＷＱが半径Ｒの感光ドラム１Ｋの外周に接する角θｍａｘは、下式のように求められる。
θｍａｘ＝ｓｉｎ−１（Ｒ／（Ｒ＋Ｌ））＝６１．９度

図８に示すように、角θが角θｍａｘより大きい場合、ワイヤ電極２６の周囲で発生する荷電粒子が中間転写ベルト５を照射する。

表２に示すように、これに対応して、角θが０度以上で６２度未満のとき、豹柄模様の不良画像が出ず、良好な最終画像を得ることができる。従って、感光ドラム１Ｋの半径をＲとし、ワイヤ電極２６の位置Ｗと感光ドラム１Ｋの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＷ上の位置Ｗから感光ドラム１Ｋまでの距離をＬとするとき、数式条件は以下となる。
０＜θ＜θｍａｘ＝ｓｉｎ−１（Ｒ／（Ｒ＋Ｌ））

これにより、コロナ帯電器２５から流出する荷電粒子が感光ドラム１Ｋのみに向かって流れて、感光ドラム１Ｋに担持されたトナー像を効率的に帯電する。

一方、角θが６２度以上の場合は、コロナ帯電器２５から一次転写部Ｔ１へ向かって荷電粒子が流入し易くなり見かけ上の転写電流を大きくしてしまうとともに、感光ドラム１Ｋ方向へ付与されるべき荷電粒子が損なわれる。

＜実施例２＞
図９は実施例２のコロナ帯電器におけるシールド電極の説明図である。

図９に示すように、実施例２では、コロナ帯電器２５のシールド電極２７の下縁Ｑを斜め上方へ折り曲げた。これにより、実施例１よりも、ワイヤ電極２６からシールド電極２７の内面の各部までの距離差が少なくなって、放電の偏りが減った。

また、シールド電極２７の内側の飛散トナーによる汚れ防止として、コロナ帯電器２５のシールド電極２７の下縁Ｑの平面位置を上縁Ｐの平面位置よりも感光ドラム１Ｋの反対側へシフトさせた。

このとき、シールド電極２７の上縁Ｐと感光ドラム１Ｋの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＰの水平方向に対する傾き角度をαとし、長さをＬｏｐとする。また。シールド電極２７の下縁Ｑと感光ドラム１Ｋの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＱの水平方向に対する傾き角度をβとし、長さをＬｏｑとする。そして、線分ＯＰの水平投射線よりも線分ＯＱの水平投射線が長くなるように以下の数式で規定した。
Ｌｏｐ×ｃｏｓα＜Ｌｏｑ×ｃｏｓβ

かつ、ワイヤ２６の位置Ｗと下縁Ｑとを結ぶように直線ＷＱを定義して、直線ＷＱの延長線が感光ドラム１Ｋと交点を持つように下縁Ｑを配置した。
０＜θ＜ｓｉｎ−１（Ｒ／（Ｒ＋Ｌ））

実施例２によっても、コロナ帯電器２５のトナー汚れに起因する帯電ムラと、異常放電による画像劣化とを共に抑制して、長期間に渡って良好な最終画像を得ることができた。

＜実施例３＞
図１０は実施例３のコロナ帯電器における落下トナー受け部材の説明図である。

図１０に示すように、実施例３では、実施例２のコロナ帯電器２５の下に落下トナー受け部材として受け皿３０を配置した。下式の場合には、感光ドラム１Ｋとコロナ帯電器２５との隙間を通じて、感光ドラム１Ｋの現像部ＧＢから中間転写ベルト５の上へ直接に飛散トナーが落下する。
Ｒ＜ＯＰ×ｃｏｓα

このため、感光ドラム１Ｋとコロナ帯電器２５との対向間隔に平面位置を重ねて受け皿３０を配置することにより、飛散トナーを回収している。

図２に示す現像装置４Ｋの場合、二成分現像剤の経時劣化に伴って、現像部で未帯電トナーを現像してしまった場合、トナーの感光ドラム１Ｋによる保持力が弱いため重力方向に落下し易い。また、現像装置４Ｋの周辺部材に付着して蓄積したトナーが意図しないタイミングで落下して、中間転写ベルト５の画像上に落下して不良画像が発生する場合がある。これらボタ落ちトナーは、トナー帯電量がほとんど０近傍であるため、重力方向に落下し、コロナ帯電器２５上や中間転写ベルト５上に落下してしまう。

実施例３は、上記欠点に鑑みなされたもので、コロナ帯電器２５への飛散トナー汚れのムラを防止して長期間に渡ってトナーの帯電量を維持させる。同時に、コロナ帯電器２５による一次転写部Ｔ２への荷電粒子の干渉を抑制し、良好な画像を得ることができる。

＜実施例４＞
今日、画像形成装置としては市場からの要求に伴って、カラー複写機やカラープリンタなどの、カラー画像が形成できるものが主流となりつつある。カラー画像形成装置の種類として１ドラム方式のものとタンデム方式のものとがある。１ドラム方式のものは１つの感光ドラムのまわりに複数色の現像装置を備えてあり、それらの現像装置で各色トナー像を形成して中間転写体上で重ね合わせ、中間転写体上のカラー画像を最終的に記録材に転写することによってカラー画像を得る。

１ドラム方式とタンデム方式とを比較すると、１ドラム方式は、感光ドラムが１つであるため、画像形成装置を比較的小型化できてコストも低減できるが、１つの感光ドラム上に複数回画像形成を行うため、画像形成の生産性は低い。

実施例４では、このような１ドラム方式のフルカラー画像形成装置において、感光ドラムに実施例３のようなコロナ帯電器を対向配置して、トナー像のトナー帯電量を転写に最適化する。

＜実施例５＞
感光ドラムを複数用いるタンデム方式の画像形成装置には、直接転写方式と中間転写方式とがある。直接転写方式のタンデム方式画像形成装置は、記録材搬送体に沿って複数の感光ドラムを配置しており、記録材搬送体に吸着させた記録材に順次、各感光ドラム上に形成した画像を転写して重ね合わせる。

直接転写方式は、横に並べた複数の感光ドラムの更に上流側に給紙装置を配置し、下流側に定着装置を配置しなければならず、記録材の搬送方向に大型化する。これに対して図１に示す中間転写方式は、給紙装置や定着装置を比較的自由に配置でき、給紙装置および定着装置を感光ドラム列の下方に配置して、記録材の搬送方向に小型化が可能となる。

実施例５では、記録材搬送ベルトに感光ドラムを当接配置したブラックの画像形成部に、実施例３に示すようなコロナ帯電器を配置する。

第１実施形態の画像形成装置の構成の説明図である。 ブラック画像形成部の構成の説明図である。 各色トナーのトナー帯電量の説明図である。 コロナ帯電器に進入したトナーの挙動の説明図である。 シールド電極の下側の縁を切り詰めたコロナ帯電器の説明図である。 一次転写電流に対するシールド電極の切り詰め量の影響の説明図である。 実施例１のコロナ帯電器におけるシールド電極の説明図である。 比較例のシールド電極の説明図である。 実施例２のコロナ帯電器におけるシールド電極の説明図である。 実施例３のコロナ帯電器における落下トナー受け部材の説明図である。

符号の説明

１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 像担持体（感光ドラム）
２Ｙ、２Ｍ、２Ｃ、２Ｋ 露光装置
３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋ 帯電ローラ
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋ 現像装置
５ 転写媒体（中間転写ベルト）
６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋ 一次転写ローラ
２５ コロナ帯電器
２６ ワイヤ電極
２７ シールド電極
Ｐ シールド電極の像形成手段側（上縁）
ＰＹ、ＰＭ、ＰＣ、ＰＫ 画像形成部
Ｑ シールド電極の転写部側（下縁）
Ｔ１ 転写部（一次転写部）

Claims (3)

1. 感光ドラムと、
   前記感光ドラムにトナー像を担持させる像形成手段と、
   前記感光ドラムに担持されたトナー像を転写媒体に転写する転写部と、
   長手方向が前記感光ドラムの軸線方向に沿った方向で前記像形成手段と前記転写部との間に配置されて、転写前のトナー像を帯電するコロナ帯電器と、を備えた画像形成装置において、
   前記コロナ帯電器は、ワイヤ電極と、前記ワイヤ電極を囲み前記感光ドラムに対して開口を有するシールド電極と、を有し、
   前記シールド電極は、前記ワイヤ電極における前記像形成手段側に設けられた像形成手段側シールド電極と前記転写部側に設けられた転写部側シールド電極と、を有し、
   前記転写部側シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の端部が前記像形成手段側シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の端部の鉛直方向直下に位置する又は前記鉛直方向直下よりも前記感光ドラムの反対側へ後退しているとともに、前記転写部側シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の端部から前記像形成手段側に向かって、前記ワイヤ電極を前記転写媒体から遮蔽する遮蔽部が形成され、
   前記感光ドラムの軸線方向に垂直な同一面上において、
   前記像形成手段側シールド電極における前記感光ドラム側の先端Ｐと前記感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＰの水平方向に対する傾き角度をαとし、前記線分ＯＰの長さをＬｏｐとし、
   前記遮蔽部の先端Ｑと前記感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＱの水平方向に対する傾き角度をβとし、前記線分ＯＱの長さをＬｏｑとし、
   前記感光ドラムの半径をＲとし、
   前記ワイヤ電極の位置Ｗと前記感光ドラムの中心Ｏとを結ぶ線分ＯＷ上の位置Ｗから前記感光ドラムの表面までの距離をＬとし、
   前記遮蔽部の先端Ｑと前記ワイヤ電極の位置Ｗとを結ぶ線分ＱＷと前記線分ＯＷとのなす角度をθとし、
   前記ワイヤ電極の位置Ｗと前記感光ドラム表面とを結ぶ転写部側の接線と前記線分ＯＷとのなす角度をθｍａｘとするとき、
   Ｌｏｐ×ｃｏｓα＜Ｌｏｑ×ｃｏｓβ
   であるとともに、
   ０＜θ＜θｍａｘ
   であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記遮蔽部は、転写部側の前記シールド電極の短手方向における前記感光ドラム側の先端が前記像形成手段側へ向かって折り曲げられることによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 前記コロナ帯電器と前記感光ドラムとの対向間隔の鉛直方向直下であって前記コロナ帯電器と前記転写媒体との間に落下トナーを受ける部材を配置したことを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。

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