JP2008262111A - グリッド電極・スコロトロン帯電装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な電位制御性を得ることができるとともに、清掃部材による均一な清掃が可能であり、生産性にも優れたグリッド電極を提供する。
【解決手段】チャージワイヤに対向して配置されるグリッド電極は、平板状部材に複数の開口部２３１を有する構成を有し、複数の開口部の長手方向にのみ直線状のパターン線２３２を有し、パターン線２３２の短手方向の間隔が一定であり、パターン線２３２の短手方向の線幅をＨ、パターン線間隔をＰとしたとき、｛Ｐ／（Ｐ＋Ｈ）｝×１００で表されるグリッド電極の開口率が８０％〜８７．５％である。
【選択図】図５

Description

本発明は、グリッド電極、該グリッド電極を有するスコロトロン帯電装置、該スコロトロン帯電装置を一体に備えたプロセスカートリッジ、該スコロトロン帯電装置を有し又は該プロセスカートリッジを着脱自在な複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ、これらのうち少なくとも１つを備えた複合機等の画像形成装置に関する。

電子写真方式の複写機やレーザープリンタ等の画像形成装置では、感光体表面を均一に帯電する手段として、シールドケース内に感光体表面に所定の間隔を保って配置されるチャージワイヤと、開口パターンを有した平板状から成りチャージワイヤよりも感光体に近接して配置されるグリッド電極とを備えたスコロトロン帯電装置が知られている。
チャージワイヤに高電圧をかけることでコロナ放電を発生させ、感光体表面をグリッド電極とほぼ同電位で帯電させることができる。
感光体表面をより均一に帯電させ、感光体電位を良好に制御するための例としては特許文献１が挙げられる。

電位制御性を良好にするためには、感光体移動ライン上における開口パターンの間隔が均一であることが望ましい。開口パターンの間隔が均一であると、グリッド電極の制御性能が良好となり、画像ムラとなる輝点放電の発生を抑制できる。
特許文献１ではその図４、６に示されるように、１つの開口を細長い六角形とし、これを千鳥状に配列し全体として網目状ないしハニカム状の開口パターンとして、開口パターンの間隔の均一性を確保するとともに、グリッド電極の機械的強度を確保している。
この種のグリッド電極では、放電生成物等により電極が経時的に汚れて帯電性能が低下することを防止するために、感光体の移動方向と直交する方向（チャージワイヤの長手方向）に清掃部材を移動させて電極を清掃することが行われているが、清掃部材との接触抵抗による強度低下を確保するために、上記のような開口パターンを採っている。
また、毛状の清掃部材が開口端縁に引っ掛かって切断され、これが脱落することによって画質欠陥が生じることを防止するために、開口角部を円弧形状にするなどの工夫もなされている（特許文献１の図８参照）。

特開２００５−３３８７９７号公報 特開２０００−３３０３６１公報 特公昭６１−２４７１０号公報 特開昭６１−８８２８２号公報 実公平４−５３６５０号公報

特許文献１では、引っ掛かりによる清掃部材の脱落は発生しないものの、グリッドパターンの一部が清掃部材移動方向と交差する（引っ掛かる）形状を有しているため、該部位において清掃部材が均一に当らず清掃ムラや清掃不良が発生するという問題がある。
このため清掃を繰り返すと、清掃ムラ部や清掃不良部において感光体電位が低下し、この部分に画像ムラが発生してしまう虞がある。一般的に帯電装置はメンテナンス部品であり、一定枚数の出力後に交換されるが、グリッド電極の清掃ムラや清掃不良を防止し、帯電性能の均一性を維持して帯電装置の寿命を延ばすことは経済的、環境的に大変重要である。

また、感光体電位制御性をさらに良好にするためには感光体とグリッド電極の間隔を、グリッド電極短手方向全体において、均一にすることが望ましい。感光体が平坦なベルト形状である場合、グリッド電極の形状が特許文献１の図６、７、８に示すような形状であっても問題はない。
しかしながら、感光体の多くはドラム形状であり、グリッド電極の形状が特許文献１の図６、７、８に示すような形状の場合、ドラム形状の曲率に沿ってグリッド電極を配置することは難しい。すなわち、一般的にグリッド電極は長手両端部から別部材により引っ張ることで配置されるが、パターン形状が多数の六角形で構成される場合、ドラム曲率に沿って配置しようとすると、グリッド電極中央部では張力が均等に伝わらず、円弧形状にならない。
曲率に沿って配置できない場合はグリッド電極を平面で配置するが、最も感光体ドラムと接近している部分はグリッド電極短手方向中央部だけであり、グリッド電極短手方向両端部では中央部よりも離れる位置に配置されため、両端部では電位制御性が極端に悪化してしまう（図６参照）。

特許文献２では感光体ドラムの曲率に沿ってグリッド電極を配置しているが、グリッド電極、パターンに関する記述はなく、電位制御性や帯電ムラに対しての良好なパターン形態は示されていない。
特許文献３には、円筒状部材に導電性細線を巻き付け、円筒状部材の外面に形成された溝に樹脂を充填し、導電性細線の両端を樹脂で固定してグリッド電極を形成する方法が開示されているが、導電性細線を均等間隔で巻き付ける作業を要するため、生産性が高いとは言い難い。また、このようにして生産されたグリッド電極は感光体ドラムの曲率に沿って配置することは困難である。

本発明は、良好な電位制御性を得ることができるとともに、清掃部材による均一な清掃が可能であり、生産性にも優れたグリッド電極、該グリッド電極を有するスコロトロン帯電装置、該スコロトロン帯電装置を一体に備えたプロセスカートリッジ、該スコロトロン帯電装置を有し又は該プロセスカートリッジを着脱自在な画像形成装置の提供を、その目的とする。

特許文献１では、開口パターン（電極パターン）を網目状として機械的強度を確保することにウエートが置かれており、それ故に感光体ドラムの曲率に沿った配置が困難であるという副作用があるが、清掃部材との接触抵抗を極力少なくするようにすれば機械的強度にウエートを置いた開口パターンとする必要はない。
すなわち、複数の開口間のリブ（パターン線）を清掃部材の移動方向に沿った形状とすれば接触抵抗は極めて少なく、清掃部材の移動方向に対して交差する形状が存在しないので、引っ掛かりもなく清掃も均一になされ、感光体ドラムの曲率に沿って配置しても電極全面において張力の均等性が得られる。また、一定形状のパターン形成により、生産性にも優れる。
本発明はこのような着眼の下に創案されたものである。

具体的には、請求項１記載の発明では、チャージワイヤに対向して配置され、薄肉の平板状部材に複数の開口部を有するグリッド電極であって、前記複数の開口部の長手方向にのみ直線状のパターン線を有し、前記パターン線の短手方向の間隔が一定であることを特徴とする。
ここでは特に、グリッド電極の電位制御性を向上させることを目的とする。
請求項２記載の発明では、請求項１記載のグリッド電極において、
前記パターン線の短手方向の線幅をＨ、パターン線間隔をＰとしたとき、｛Ｐ／（Ｐ＋Ｈ）｝×１００で表されるグリッド電極の開口率が８０％〜８７．５％であることを特徴とする。
ここでは、更にグリッド電極の電位制御性を向上させることを目的とする。

請求項３記載の発明では、請求項２記載のグリッド電極において、グリッド電極の板厚ｔは、
ｔ≦Ｈ
を満たすことを特徴とする。
ここでは特に、ドラム形状の被帯電体の曲率に沿った一定間隔でグリッド電極を配置し、電位制御性を向上させることを目的とする。

請求項４記載の発明では、スコロトロン帯電装置において、シールドケースと、該シールドケース内の長手方向に張られたチャージワイヤと、請求項１〜３のいずれか１つに記載のグリッド電極とを備えることを特徴とする。
ここでは特に、被帯電体をムラ無く帯電させることことを目的とする。
請求項５記載の発明では、請求項４記載のスコロトロン帯電装置において、グリッド電極の長手方向に移動しながら該グリッド電極を清掃する清掃手段を備えたことを特徴とする。
ここでは特に、経時においても安定した帯電性能を維持させ、帯電装置の寿命を延ばすことを目的とする。

請求項６記載の発明では、画像形成装置において、請求項４又は５記載のスコロトロン帯電装置を備えたことを特徴とする。
ここでは特に、画像ムラレベルが経時においても良好である画像形成装置を提供することことを目的とする。
請求項７記載の発明では、プロセスカートリッジにおいて、少なくとも請求項４又は５記載のスコロトロン帯電装置と、感光体とを一体的に備え、画像形成装置に着脱可能であることを特徴とする。
ここでは特に、メンテナンス性を向上させサービス性を向上することを目的とする。

本発明によれば、グリッド電極開口部の長手方向にのみ直線状のパターン線を有し、パターン線間の短手方向のピッチが一定であることで、放電分布が均一となり、電位制御性が良好となる。
また、一定のパターン形成によりグリッド電極を作製できるので、生産性の向上を図ることができる。
グリッド電極の開口率を８０％〜８７．５％とすることで、電位制御性が更に良好となる。
グリッド電極の板厚ｔとパターン線幅Ｈの関係をｔ≦Ｈとし、開口部の長手方向にのみ直線状のパターン線を有することで、グリッド電極全体を同一曲面状に変形させることが可能になり、ドラム形状の被帯電体の曲率に沿った一定間隔でグリッド電極を配置することができる。これにより電位制御性が大幅に向上する。

長手方向にのみ直線状のパターン線を有するグリッドのため、清掃部材のグリッドパターンへの引っ掛り、清掃ムラ、清掃不良がなくなる。このため経時においても良好な清掃性能を維持することができ、良好な帯電性能を維持できるため、帯電装置の寿命が向上する。
経時においても帯電性能が良好なため、画像ムラレベルが経時においても良好となる。
また、ユーザによるメンテナンスが容易になりサービス性が大幅に向上する。

以下、本発明の一実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を示した図である。ここではフルカラー複写機を例に挙げて説明する。画像形成装置１００は画像形成部３００、給紙部２００、原稿読み取り部４００、原稿搬送部５００からなる。画像形成部３００は、画像形成ユニット１０、露光装置３、転写装置５、定着装置７からなる。
画像形成ユニット１０は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）の３色のトナー像を形成する３つのプロセスカートリッジ１０Ｃ、ブラック（Ｋ）のトナー像を形成するプロセスカートリッジ１０Ｋを並列して備える。
各プロセスカートリッジ１０Ｃ、１０Ｋの中央には、それぞれ感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋが備えられ、その周囲に、帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置６が備えられている。

露光装置３は、原稿読み取り部４００で読み取ったデータ、又は図示しないＰＣ等外部より送られた画像信号を変換し、ポリゴンモータでレーザー光をスキャンさせ、ミラーを通して読み取られた画像信号を基に感光体１上に静電潜像を形成する。
転写装置５は、各感光体１上に形成されたトナー像を順次重ね合わせて保持する無端ベルト状の中間転写ベルト５０を含んで構成されており、中間転写ベルト５０上に形成されたカラートナー像を記録紙に転写する構成となっている。
中間転写ベルト５０は、ベース層を、例えばフッ素樹脂や帆布などの伸びにくい材料で作り、その上に弾性層を設けてなる。弾性層は、例えばフッ素ゴムやアクリロニトリル−ブタジェン共重合ゴムなどでつくる。その弾性層の表面は、例えばフッ素系樹脂をコーティングして平滑性のよいコート層で被ってなる。そして、複数の支持ローラに掛け回して時計回りに回転搬送可能となっている。また、画像転写後に中間転写ベルト５０上に残留する残留トナーを除去する中間転写ベルトクリーニング装置５３が設けられている。

この他、転写搬送ベルトによって記録紙を搬送し、各感光体１上に形成されたトナー像を直接記録紙に転写する構成であってもよい。
中間転写ベルト５０を挟んで感光体１に対向する位置には、１次転写手段（ここではローラ）５４が備えられている。１次転写手段５４は図示しない電源が接続されていて、感光体１上のトナー像を中間転写ベルト５０に転写する際電圧が印加されて、感光体１と中間転写ベルト５０の間に電界が形成され、静電気的にトナー像の転写が行われる。
一方、中間転写ベルト５０を挟んで２次転写装置（ここではローラ）５２が備えられている。
２次転写装置５２の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置７が設けられている。定着装置７は、内部にハロゲンヒータ等を有するローラに張架されたベルトと加圧ローラとから構成されており両者によって形成されるニップ部にて記録紙上のトナーに熱と圧を加えてトナー像を定着させる。この他、一対のローラ、あるいは一対のベルトを用いるものであってもよい。
画像形成装置１００は、この他に両面反転ユニット９、排紙トレイ８等を備えている。

図２は、図１のプロセスカートリッジ１０Ｃを拡大して示した図である。
感光体１は、光導電性を有するアモルファスシリコン、アモルファスセレン等の非晶質金属、あるいは、ビスアゾ顔料、フタロシアニン顔料等の有機化合物を用いることができる。環境問題及び使用後の後処理を考慮すると、有機化合物を用いた感光体が好ましい。
帯電装置２はスコロトロン帯電装置であり、チャージワイヤ２１、シールドケース２２、グリッド電極２３、チャージワイヤ２１とグリッド電極２３にそれぞれ接続される図示しない電源を備えている。
チャージワイヤ２１とグリッド電極２３にそれぞれ高電圧を印加して、感光体１とチャージワイヤ２１の間でコロナ放電を発生させ、感光体１の表面を一様に帯電するものである。
グリッド電極２３は電位制御性を良好にするために、感光体１の曲率に沿った形状で配置されている。また、経時においても安定した帯電性能を維持するために、帯電清掃装置２４が配置されている。排気ダクト１１は画像形成装置１００の背面の図示しない排気ダクトと連結されており、排気はオゾン処理フィルターを通して装置外へ排出される。

現像装置４は、現像剤を担持して感光体１に供給する現像剤担持体４１と、トナー供給スクリュー４２等を備えている。現像剤担持体４１は、回転可能に支持された中空円筒状の現像剤担持体４１と、現像剤担持体４１の内部にこれと同軸に固設されたマグネットロールとを備えており、現像剤担持体４１の外周面に現像剤を磁気的に吸着して搬送するようになっている。
現像剤担持体４１は導電性で、非磁性部材で構成されており、現像バイアスを印加するための図示しない電源が接続されている。現像剤担持体４１と感光体１との間には、電源から電圧が印加され、現像領域に電界が形成される。
クリーニング装置６は、クリーニングブレード６１、クリーニングブラシローラ６２、廃トナー排出スクリュー６３からなり、１次転写後に感光体１上に残留する転写残トナーを除去し、再度の画像形成に備える。
これら帯電装置２、現像装置４、クリーニング装置６、感光体１は一体となってプロセスカートリッジ１０Ｃを構成しており、プロセスカートリッジ１０Ｃは画像形成装置１００に対して着脱自在となっている。

図３及び図４に基づいてスコロトロン帯電装置２を詳細に説明する。
シールドケース２２前後には絶縁性樹脂で形成されたエンドブロック２５が固定されており、チャージワイヤ２１およびグリッド電極２３はエンドブロック２５に固定されている。
グリッド電極２３はエンドブロック２５のグリッド電極引掛部２５１より引っ張られ、その薄肉の板状部材による弾性変形特性によりエンドブロック２５の曲率形成部２５２に倣うことで、曲率形状に張られている。
本実施形態では感光体１より２ｍｍの距離にグリッド電極２３を配置している。グリッド電極２３には複数の開口部２３１があり、パターン線２３２は長手方向にのみ形成されている。換言すれば、薄肉板に対するパターン形成によって形成された複数のパターン線２３２によって複数の開口部２３１が区画されている。
また、パターン線２３２の短手方向の間隔は一定となっている。
本実施形態におけるグリッド電極２３は、ＳＵＳ３０４等のステンレス製の薄肉の板状部材に、パターン形成により、開口部２３１の長手方向にのみ直線状に延びる複数のパターン線２３２を形成している。パターン線２３２のパターン形成は、例えばエッチング加工により形成できる。

グリッド帯電清掃装置２４は、送りネジ２４１、スライダー２４２、清掃部材としてのグリッドクリーナパッド２４３、駆動ギヤ２４４よりなり、送りネジ２４１を駆動ギヤ２４４より回転させることでスライダー２４２が前後方向に移動し、グリッドクリーナパッド２４３がグリッドを清掃する構成となっている。
グリッドクリーナパッド２４３が移動する際、開口部２３１およびパターン線２３２には引っ掛かる部分がないため、清掃ムラや清掃不良が発生することはない。すなわち、パターン線２３２はグリッドクリーナパッド２４３の移動方向に沿って直線状に延びているため、引っ掛かることはなく、往復移動において一定の摺動抵抗となる。

図５に基づいてグリッド電極２３の開口部２３１を詳細に説明する。
グリッド電極２３には複数の開口部２３１があり、パターン線２３２は長手方向にのみ形成さている。パターン線２３２の間隔Ｐは短手方向において一定である。これにより電位制御性が良好となる。グリッド電極２３を図４に示すように曲率形状に張るためには、パターン線２３２の線幅Ｈはグリッド電極２３の板厚ｔと同等または未満が望ましく、本実施形態では機械的強度を考えＨ：０．１ｍｍ、板厚：０．１ｍｍとした。
また、グリッド電極の開口率（グリッド電極２３の感光体１に対向している部分の開口部２３１の割合（｛Ｐ／（Ｐ＋Ｈ）｝×１００［％］）を８０％〜８７．５％に設定することで電位制御性が良好となり、帯電ムラによる画像ムラが発生しないことが分かった。
開口率を大きくしすぎると、チャージワイヤ２１の輝点放電点の影響をグリッド電極２３が抑えられずに感光体帯電ムラが発生し、開口率を小さくしすぎると感光体電位とグリッド電位の差が大きくなりすぎてしまう。
表１に本実施形態での効果を確認した実験結果を示す。

グリッド電極２３のパターン線幅Ｈおよび板厚ｔを０．１ｍｍとし、パターン線間隔Ｐを０．２ｍｍから０．９ｍｍまで０．１ｍｍづつ変化させ、
・グリッド電極電位Ｖｇと感光体電位Ｖｄの差（電位制御性）
・１００００枚通紙後の１ｄｏｔ画像による画像ムラ（帯電ムラ、電位制御性）
・１００００枚通紙後に帯電清掃装置２４を作動させた後のグリッド電極２３の清掃ムラおよび清掃不良（清掃性能）
を確認した。「Ｖｇ−Ｖｄ」が４０［Ｖ］以内であると、スコロトロン帯電装置の効率は良好となる。

［電位制御性］
開口率を上げていくとＶｇとＶｄの電位差は小さくなり、開口率８０％で電位差は３０Ｖとなる。開口率８７．５％を超えると感光体電位Ｖｄの方がグリッド電極電位Ｖｇよりも高くなってしまう。これは開口率８７．５％超ではグリッド電極の制御性が悪化していることを示す。
［帯電ムラ］
１００００枚通紙後において、グリッド電極２３、チャージワイヤ２１はトナーや不純物により汚染されるためコロナ放電が不安定となる。これによりチャージワイヤ２１上には数個の輝点放電が発生し、グリッド電極２３の制御性が良好でない場合、感光体表面が均一に帯電されず帯電ムラとなる。この帯電ムラが画像ムラとなり、特に１ｄｏｔ画像において顕著に表れる。
グリッド電極２３の制御性が低下する開口率８７．５％超では１ｄｏｔ画像ムラレベルが悪化する。
［清掃性能］
１００００枚通紙後において、清掃装置２４を作動させたところ、どの条件においてもグリッド電極２３の清掃ムラや清掃不良は発生しなかった。
これらより、グリッド電極２３の開口率を８０〜８７．５％とすることで、良好なスコロトロン帯電装置となることが分かった。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置の概要正面図である。 図１の画像形成装置に設けられたプロセスカートリッジの概要断面図である。 スコロトロン帯電装置の斜視図である。 スコロトロン帯電装置を裏返した斜視図である。 グリッド電極の開口部とパターン線の位置関係（寸法関係）を示す図で（ａ）は一部分の平面図、（ｂ）はチャージワイヤの長手方向と直交する方向での断面図である。 グリッド電極の形状と感光体ドラムとの間の間隔との関係を示す図である。

符号の説明

２ スコロトロン帯電装置
２１ チャージワイヤ
２２ シールドケース
２３ グリッド電極
２４ 清掃手段
２３１ 開口部
２３２ パターン線
１０Ｃ、１０Ｋ プロセスカートリッジ

Claims (7)

1. チャージワイヤに対向して配置され、薄肉の平板状部材に複数の開口部を有するグリッド電極であって、前記複数の開口部の長手方向にのみ直線状のパターン線を有し、前記パターン線の短手方向の間隔が一定であることを特徴とするグリッド電極。
2. 請求項１記載のグリッド電極において、
   前記パターン線の短手方向の線幅をＨ、パターン線間隔をＰとしたとき、｛Ｐ／（Ｐ＋Ｈ）｝×１００で表されるグリッド電極の開口率が８０％〜８７．５％であることを特徴とするグリッド電極。
3. 請求項２記載のグリッド電極において、
   グリッド電極の板厚ｔは、
   ｔ≦Ｈ
   を満たすことを特徴とするグリッド電極。
4. シールドケースと、該シールドケース内の長手方向に張られたチャージワイヤと、請求項１〜３のいずれか１つに記載のグリッド電極とを備えることを特徴とするスコロトロン帯電装置。
5. 請求項４記載のスコロトロン帯電装置において、
   グリッド電極の長手方向に移動しながら該グリッド電極を清掃する清掃手段を備えたことを特徴とするスコロトロン帯電装置。
6. 請求項４又は５記載のスコロトロン帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
7. 少なくとも請求項４又は５記載のスコロトロン帯電装置と、感光体とを一体的に備え、画像形成装置に着脱可能であるプロセスカートリッジ。

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