JP2004004336A

JP2004004336A - 帯電装置及び画像形成装置

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Publication number: JP2004004336A
Application number: JP2002160126A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Tsuruya; 鶴谷　　貴明; Isao Matsuoka; 松岡　　功; Tomonori Shida; 仕田　　知経; Akihiko Takeuchi; 竹内　　昭彦; Tomoyuki Araki; 荒木　　友行; Michio Uchida; 内田　　理夫; Tamotsu Kaneko; 金子　　保
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2022-05-31
Also published as: JP4065500B2

Abstract

【課題】帯電装置において、除電針をガードしつつ安定した放電を達成すること。
【解決手段】電極の先端が被帯電体に対してほぼ垂直となるように所定の間隔で直線上に並べられた複数の除電針と、各除電針間に設けられた突起状の絶縁部材と、前記複数の除電針を有する針状電極に対して平行に配置される接地された対向金属板と、針状電極に電圧を印加する高圧印加手段とを有し、前記針状電極に高圧を印加し、前記対向金属板間に放電を発生させると同時に、前記針状電極近傍の被帯電体を帯電させる帯電装置において、前記除電針の先端と被帯電体との距離をａ、前記絶縁部材の先端と被帯電体との距離をｂ、前記除電針の先端から一番近い前記絶縁部材との距離をｃと定義した場合、ａ＞ｂ及びｃ＞０．８ｍｍという関係を満たすことを特徴とする。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電装置の構成に関し、特には電子写真画像形成装置の、転写手段と定着手段の受け渡し部分での転写材の帯電又は除電、もしくは電子写真方式に用いられる帯電装置に上記帯電装置を有する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プリンタ等のコンピュータの出力装置やファクシミリの出力部、あるいは複写機等のイメージスキャナから読み込んだ画像データを印字するといった各種画像形成手段を用いた画像形成装置が一般に急速に普及しつつある。さらに画像形成手段も、例えば、熱溶融型、熱昇華型、熱転写型、インクジェット型、電子写真型など多くの種類がそれぞれ用途に応じて開発されている。これらの中で、異なる色の画像形成部であるプロセスステーション１（１ａ〜１ｄ）を４個並べて配置し、４色でのフルカラーの電子写真方式を用いた画像形成装置（図８）が、近年高速カラーの方式（いわゆるインライン方式）として上市されている。
【０００３】
プロセスステーション１は、像担持体として感光体ドラム２（２ａ〜２ｄ）を有しており、感光体ドラム２の表面は、一次帯電器３（３ａ〜３ｄ）によって一様に帯電された後、例えばＬＥＤ、レーザなどの露光装置４（４ａ〜４ｄ）による画像情報に基づく露光を受けて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置によって各色のトナーが付着され、トナー像として現像される。
【０００４】
各プロセスステーション１は、プロセスカートリッジとして、画像形成装置本体（不図示）に対して着脱可能になっている。各プロセスカートリッジは、感光体ドラム２、一次帯電器３、現像器５、クリーニング手段６が一体にまとめられた構成になっている。
【０００５】
図８に示すように、画像形成装置の場合、転写材Ｓは、給送カセット１５から給送ローラ１６によって画像形成装置内に送り出され、レジストローラ１７に搬送され、次いで吸着バイアス電源１３より正極性の吸着バイアスが印加される吸着ローラ１２によって転写材担持体の転写搬送ベルト７と静電的に吸着されて担持搬送される。
【０００６】
画像形成装置において、前記転写搬送ベルト７は、駆動ローラ８、吸着対向ローラ９、テンションローラ１０、１１の４本のローラに巻架されている。この転写搬送ベルト７の移動方向（矢印方向）に沿って上流から順に、シアン、イエロー、マゼンタ、ブラックの各色のプロセスステーション１ａ〜１ｄが略垂直に配置されている。転写搬送ベルト７に吸着された転写材Ｓは各色のプロセスステーション１ａ〜１ｄを順次通過し感光体ドラム２ａ〜２ｄ上の各色のトナー像が静電的に順次転写される。その後これらトナー像は定着装置１８にて加熱及び加圧されることにより転写材Ｓ上に定着されて永久画像が形成される。また、自動両面プリントを行う際には、一旦定着装置１８を通過した転写材Ｓは再搬送ローラ２１によって再搬送経路２０を通過した後に裏表を反転されて再び給送部に送られて、裏面プリントが行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記構成の場合転写材Ｓは４つのプロセスステーション１ａ〜１ｄを通過する時に４回の転写工程を経る為、大量の電荷を帯びる。そのため転写搬送ベルト７からの分離部分で剥離放電現象が起こり、転写材Ｓ上に転写されたトナー像が放電パターンに沿って乱れる現象が発生する。特に転写材Ｓの抵抗が高く、帯電しやすくなる低温低湿環境や、両面プリント時に一度定着工程を通過し、乾燥した状態で２面目のプリントを行う際に顕著に発生する。剥離帯電による問題を解決するには転写材分離部に帯電及び除電を行う帯電器を設けて転写材を除電すれば良い。
【０００８】
帯電した転写材Ｓを除電する方法の一つとして、図２に示すような針状電極と接地電極との間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより、空気イオンを生成し、帯電した転写材Ｓを除電する方式がある。除電効果のみから帯電器の構成を考えると、帯電器は除電針を有する針状電極と接地電極があれば良い。しかしながら安全面も考慮した場合は状況が異なってくる。例えば、ジャム処理時等にユーザの指が針状電極に直接触れないような構成を取る必要がある。また、転写材が正しく分離されずに帯電器へ突入するような事態を想定した場合、転写材Ｓが針状電極に触れないようにしなければならない。
【０００９】
そこで、本発明は、帯電装置において、除電針をガードしつつ安定した放電を達成することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための、本発明の代表的な構成は、電極の先端が被帯電体に対してほぼ垂直となるように所定の間隔で直線上に並べられた複数の除電針と、各除電針間に設けられた突起状の絶縁部材と、前記複数の除電針を有する針状電極に対して平行に配置される接地された対向金属板と、針状電極に電圧を印加する高圧印加手段とを有し、前記針状電極に高圧を印加し、前記対向金属板間に放電を発生させると同時に、前記針状電極近傍の被帯電体を帯電させる帯電装置において、前記除電針の先端と被帯電体との距離をａ、前記絶縁部材の先端と被帯電体との距離をｂ、前記除電針の先端から一番近い前記絶縁部材との距離をｃと定義した場合、ａ＞ｂ及びｃ＞０．８ｍｍという関係を満たすことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面に沿って、本発明の第１実施形態について説明する。図１は画像形成装置の説明図である。図１に示すように、画像形成装置には、像担持体としての感光体ドラム２（２ａ〜２ｄ）と、感光体ドラム２上を一様に帯電する一次帯電器３（３ａ〜３ｄ）と、感光体ドラム２上に静電潜像を形成する露光装置４（４ａ〜４ｄ）と、前記静電潜像に現像剤を供給して現像を行なう現像器５（５ａ〜５ｄ）と、感光体ドラム２に残留した余剰の現像剤を除去するクリーニング手段６（６ａ〜６ｄ）とが一体的に内包されたプロセスステーション１（１ａ〜１ｄ）が４色分配置される。
【００１２】
各プロセスステーション１（１ａ〜１ｄ）に対向する位置に転写手段としての転写ローラ１４（１４ａ〜１４ｄ）が配置され、また、プロセスステーション１と転写ローラ１４との間には転写材Ｓを搬送する転写搬送ベルト７が、４本のローラ（駆動ローラ８、吸着対向ローラ９、テンションローラ１０、１１）に張架されて配置される。搬送経路最下流のプロセスステーション１ｄの更に下流には、転写材Ｓに転写されたトナー像を定着するための定着装置（定着手段）１８が配置される。
【００１３】
画像形成動作時には、給送カセット１５から給送された転写材Ｓに対して、４色のプロセスステーション１（１ａ〜１ｄ）において形成された画像が転写され、定着装置１８により画像の定着が行われた後、排出トレイ１９に排出される。
【００１４】
まず、針状電極と対向金属板とを用いた針状帯電器の特性について説明する。図２は針状帯電器の特性を示す説明図である。図２に示すように、一般に針状帯電器１２０は、複数の除電針１２１ａを有する針状電極１２１と、針状電極１２１と放電補助金属板１２２と、針状電極１２１及び放電補助金属板１２２に挟まれて絶縁を行う絶縁スペーサ１２３と、により構成される。尚、針状電極１２１は高圧電源１２４に接続され、放電補助金属板１２２は接地されている。
【００１５】
この様な構成において、針状電極１２１と放電補助金属板１２２との空間距離をＤ、各除電針１２１ａ間のピッチをＰ、針状電極１２１と放電補助金属板１２２との間に印加する電圧をＶとした場合のＰ、Ｄ、Ｖ等の関係を図４及び図５に示す。具体的には、電圧Ｖと空間距離Ｄとの関係を図４に示し、空間距離Ｄを固定しピッチＰをパラメータにしたときの電圧Ｖと電流の関係を図５に示す。
【００１６】
一般的に導電部材に高圧を印加する場合、他の導電部材とのリークを防止する観点から、両導電部材の空間距離Ｄ_１（ｍｍ）とその電位差Ｖ_１（ｋＶ）はＤ_１≧Ｖ_１とする事が必要となる。ここで、図２（ａ）のような構成を採る針状帯電器１２０の場合、各々の空間距離Ｄに対して放電が開始される放電開始電圧をＶｓとすると、Ｄ≧Ｖｓの条件を満たすＤは、図４よりＤ≧３となる。
【００１７】
次に、図５は空間距離ＤをＤ＝４（ｍｍ）に固定して除電針１２１ａ間のピッチＰをパラメータとして変化させたときの電圧と電流の関係を示している。この図に示すように、例えばＰ＝２においては、放電開始電圧が高く、電圧を上昇させるに従って急激に電流が変化し、安定した放電現象が得難いことがわかる。ここでＰを広げていくことで放電開始電圧は下がり、電圧と電流との関係がリニアに近くなり、放電現象が安定することがわかる。これは、隣り合った除電針１２１ａ同士の先端の電位の干渉が防止され、また除電針の１本毎に効率の良い電場の集中が行なわれる為である。
【００１８】
実使用上は、放電が安定し始めるＰ≧Ｄで使用可能であり、更にはＰ≧２Ｄを満たす領域が望ましい。また、Ｐが広すぎると被帯電体に対する帯電ムラを発生する場合があるため、これを防止する必要がある場合は５Ｄ≧Ｐに設定するとよい。以上より、Ｄ・Ｐ・Ｖの関係は、Ｄ≧３、Ｐ≧Ｄ、Ｄ≧Ｖより、Ｐ≧Ｄ≧Ｖが好ましいことがわかる。
【００１９】
更に、第２の例として、図２（ｂ）のように針状電極を放電補助金属板で挟み込む構成も有効である。このような構造をとることで、除電針１２１ａの１本当たりの放電電流量は増大し、さらに安定した放電性能を持つ事で転写材Ｓの帯電又は除電を行うことが出来る。この場合、針状電極１２１と放電補助金属板１２２との距離を各々Ｄａ、Ｄｂとし、Ｄａ≦Ｄｂなる関係とすると、針状電極と距離の近い方の放電補助金属板との距離Ｄａが上記の式を満たすことが必要になる。以上述べたのが、針状電極１２１と放電補助金属板１２２とからなる針状帯電器１２０の特性である。
【００２０】
次に本実施形態の特長である、針状電極２３の除電針２３ａの間に、突起状の絶縁部材２７を設けた場合について説明する。図３は本発明に係る針状帯電器を示した図である。図３（ａ）に示すように針状帯電器２２は、針状電極２３と、針状電極２３と所定の空間距離Ｄ（Ｄａ、Ｄｂ）を隔てて対向する対向電極板２４と、針状電極２３及び対向電極板２４に挟まれる絶縁スペーサ２５と、針状電極２３の除電針２３ａの間に配置される突起状の絶縁部材２７と、を有する。また、針状電極２３は高圧電源（高圧印加手段）２６に接続され、対向電極板２４は接地されている。
【００２１】
図３（ｂ）は、突起状の絶縁部材と対向金属板と絶縁部材との構成を示している。各除電針２３ａは等間隔に直線状に並んでおり、被帯電体に対して略垂直になるよう配置されており、各除電針２３ａの間には絶縁部材２７が設けられている。２枚の対向電極板２４は針状電極２３に対して平行に配置され、針状電極２３を挟みこんだ形となっている。被帯電体と除電針２３ａの先端との距離をａ、被帯電体と絶縁部材２７先端との距離をｂとした場合、除電針２３ａが絶縁部材２７によってガードされて直接触れる事がないよう、ａ＞ｂという関係になるように突起状の絶縁部材を設けた事が本実施例の特長の一つである。
【００２２】
一方、Ｄ＝４ｍｍ、Ｐ＝８ｍｍ、ａ−ｂ＝１．５ｍｍに設定した場合に、除電針２３ａの先端から一番近い絶縁部材２７との距離ｃを変化させた場合の放電特性を図６に示す。図６から分かるように、ｃの値が０．６ｍｍ以下となると、放電開始電圧が高く、電圧を上昇させるに従って急激に電流が変化し、安定した放電現象が得難い事がわかる。これは、絶縁部材２７が帯電するために放電が阻害されている結果である。このため、実使用上は、放電が安定し始める０．８ｍｍ以上にｃの値を設定すると使用可能になる。以上のような構成をとることで、除電針２３ａをガードしつつ、針状帯電器２２の放電現象を安定化を図ることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の説明をする。前述の実施形態と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。図１に示す画像形成装置において、本実施形態では代表的な例として暗部電位−７００Ｖ、現像電位−４００Ｖでマイナス帯電のトナーを用い、正極性のバイアスで転写を行なうような、反転現像方式によって画像形成を行う。
【００２４】
転写搬送ベルト７はＰＶｄＦ製の樹脂にイオン導電剤を添加して１ｅ９Ωｃｍの体積抵抗値に抵抗値制御したものであり、厚さ１００μｍの単層構成である。体積抵抗値はＪＩＳ法Ｋ６９１１に準拠した測定プローブを用い、ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製高抵抗計Ｒ８３４０にて１００Ｖを印加して測定した値をベルトの厚みで正規化して用いる。
【００２５】
吸着ローラ１２は、径６ｍｍの芯金上にソリッドゴムを成型したものであり、芯金に吸着用の吸着バイアス電源１３を印加できるような構成となっている。吸着ローラ１２は、ＰＤＭゴムに抵抗調整のためにカーボンブラックを分散させた直径１２ｍｍのソリッドゴムローラであり、抵抗値は幅１ｃｍの金属箔をローラ外周に巻き付け、芯金との間に５００Ｖの電圧を印加した時の抵抗値を１ｅ５Ωに調整してある。
【００２６】
転写ローラ１４は、芯金径６ｍｍ、外径１２ｍｍの単層ローラを用いた。ローラの材質はＮＢＲゴムにエピクロルヒドリンゴムを混ぜ、アミン系、フェノール系、リン系、イオウ系等の酸化防止剤を配合したものを押し出し成型して研磨を行なったものである。ローラ抵抗値は幅１ｃｍの金属箔をローラ外周に巻き付け、芯金との間に５００Ｖの電圧を印加した時の抵抗値で５ｅ６Ωである。
【００２７】
ここで針状帯電器２２を、針状電極２３間に突起状の絶縁部材２７を設けたものを転写搬送ベルト７と定着装置１８との受け渡し部分の画像面側に配置する。この時、転写材Ｐは４つのプロセスステーションを通過する時４回の転写工程を経る為、大量の電荷を受け、例えば−３０００Ｖの様な高電位を保持する。そのため転写搬送ベルトの分離部分で剥離放電現象が起こり、転写材Ｓ上に転写されたトナー像が放電パターンに沿って乱れる現象が発生する。特に転写材Ｓの抵抗が高く、帯電しやすくなる低温低湿環境や、画像形成時の一度定着工程を通過し乾燥した状態の２面目の画像形成等で顕著に発生する。
【００２８】
この剥離放電現象による画像乱れを防止する為に、図１の様に針状帯電器２２を図示の転写搬送ベルト７と定着装置の間に配置し、転写搬送ベルト７から転写材Ｓが分離するポイントで、一例として、Ｐ＝８ｍｍ、Ｄ＝４ｍｍ、Ｖ＝３．８ｋＶ、ａ−ｂ＝１．５ｍｍ、ｃ＝１．０ｍｍの条件での針状帯電器２２を用いてコロナ放電を発生させる。
【００２９】
転写材Ｓの存在しない場合、針状帯電器のコロナ放電による、例えば６０μＡなる電流のほぼ全てが放電補助金属板に対して流れ込むが、この状態から高電位（上述の例えば−３０００Ｖ）の転写材Ｓが例えば１００ｍｍ／ｓの速度で対向被帯電体として通過すると、針状電極２３付近の電場の変化によりコロナ放電電流が上述の６０μＡから例えば７０μＡに増加し、更にその一部が図１の拡大図の様に転写材Ｓにイオン風として流れることで転写材Ｓの除電が行われ、剥離放電による画像不良を防止することが出来る。転写材Ｓにイオン風として流れ込む電流量は、この場合多くとも３μＡ以下である。図７に針状電極２３に対する入力電流と対向電極板２４に流れ込む電流の関係の概略図を示す。
【００３０】
以上の様に、上記の構成の場合、転写搬送ベルト７からの剥離時に針状帯電器２２によるコロナ放電で転写材Ｓの除電を行い、剥離放電を防止することができる。一方、安全性の面でも針状電極２３は絶縁部材２７でガードされているため、転写材Ｓが正しく分離されずに針状帯電器２２へ突入するような事態が発生しても、転写材Ｓが針状電極２３に接触する事はない。また、ユーザの指が直接針状電極２３の先端に接触することも防止できる。
【００３１】
（他の実施形態）
前述した実施形態においては、インライン方式の転写材Ｓに対する除電の例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば像担持体、転写搬送ベルト、定着装置等の帯電又は除電においても有効であり、又これらを適宜に組み合わせてもよい。
【００３２】
また、前述した実施形態においては、画像形成装置としてプリンタを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、例えばファクシミリ装置や複写機においても利用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、除電針の先端と被帯電体との距離をａ、前記絶縁部材の先端と被帯電体との距離をｂ、前記除電針の先端から一番近い前記絶縁部材との距離をｃと定義した場合、ａ＞ｂ及びｃ＞０．８ｍｍという関係を満たすことを特徴とするため、針状電極先端の除電針をガードしつつ安定した放電を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像形成装置の説明図である。
【図２】針状帯電器の特性を示す説明図である。
【図３】本発明に係る針状帯電装置を示す図である。
【図４】電圧Ｖと空間距離Ｄとの関係を示す図である。
【図５】空間距離Ｄを固定しピッチＰをパラメータにしたときの電圧Ｖと電流の関係を示す図である。
【図６】除電針の先端から一番近い絶縁部材との距離ｃを変化させた場合の放電特性を示す図である。
【図７】針状電極に対する入力電流と対向電極板に流れ込む電流の関係の概略図を示す図である。
【図８】従来の画像形成装置の説明図である。
【符号の説明】
Ｄ　　　…空間距離、Ｐ　　　…ピッチ、Ｓ　　　…転写材、Ｖ　　　…電圧、
１　　　…プロセスステーション、２　　　…感光体ドラム、
３　　　…一次帯電器、４　　　…露光装置、５　　　…現像器、
６　　　…クリーニング手段、７　　　…転写搬送ベルト、
８　　　…駆動ローラ、９　　　…吸着対向ローラ、１０　　　…テンションローラ、
１１　　　…テンションローラ、１２　　　…吸着ローラ、１３　　　…吸着バイアス電源、
１４　　　…転写ローラ、１５　　　…給送カセット、１６　　　…給送ローラ、
１７　　　…レジストローラ、１８　　　…定着装置、１９　　　…排出トレイ、
２０　　　…再搬送経路、２１　　　…再搬送ローラ、２２　　　…針状帯電器、
２３　　　…針状電極、２３ａ　…除電針、２４　　　…対向電極板、
２５　　　…絶縁スペーサ、２６　　　…高圧電源、２７　　　…絶縁部材、
１２０　　…針状帯電器、１２１　　…針状電極、１２１ａ…除電針、
１２２　　…放電補助金属板、１２３　　…絶縁スペーサ、１２４　　…高圧電源

Claims

電極の先端が被帯電体に対してほぼ垂直となるように所定の間隔で直線上に並べられた複数の除電針と、各除電針間に設けられた突起状の絶縁部材と、前記複数の除電針を有する針状電極に対して平行に配置される接地された対向金属板と、針状電極に電圧を印加する高圧印加手段とを有し、前記針状電極に高圧を印加し、前記対向金属板間に放電を発生させると同時に、前記針状電極近傍の被帯電体を帯電させる帯電装置において、
前記除電針の先端と被帯電体との距離をａ、前記絶縁部材の先端と被帯電体との距離をｂ、前記除電針の先端から一番近い前記絶縁部材との距離をｃと定義した場合、ａ＞ｂ及びｃ＞０．８ｍｍという関係を満たすことを特徴とする帯電装置。
像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写材に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、を有する画像形成装置において、
転写材の帯電又は除電をするため、請求項１記載の帯電装置を該転写手段と該定着手段の間に設置することを特徴とする画像形成装置。
像担持体と、該像担持体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、転写材に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、を有する画像形成装置において、
画像形成装置内における所定の部材の帯電又は除電を行なうため、請求項１記載の帯電装置を画像形成装置内に設置することを特徴とする画像形成装置。