JP2020003681A - 電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転軸方向に単調な傾きではない帯電ムラを内在する感光体を用いても、画像形成工程において感光体表面に均一な帯電を実現する電子写真装置を提供することを目的とする。【解決手段】 円筒状感光体と、前記円筒状感光体の表面に電荷を付与する帯電装置とを有する電子写真装置において、前記帯電装置が、前記円筒状感光体の回転軸方向に沿って設けられた放電ワイヤと、回転軸方向に沿って設けられた複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極に電圧を印加するための複数の電圧印加装置を有し、前記電圧印加装置を調整することで、前記グリッド電極の電圧を個別に調整可能であり、前記電圧印加装置が、前記円筒状感光体の回転軸方向の帯電特性に対応して調整されていることを特徴とする電子写真装置。【選択図】 図１

Description

本発明は電子写真装置に関し、特に感光体表面に電荷を付与する帯電装置に関する。

感光体表面に均一に帯電電荷が付与されたとしても、感光体の膜厚ムラや微細な膜組成のムラ（以下この現象を「膜特性ムラ」とも呼ぶ）により誘電率や暗減衰特性にムラが生じる。結果として感光体の表面の帯電電位が、均一にならないことが知られている（以下この現象を「帯電ムラ」とも呼ぶ）。最近になって、電子写真の高精細化に伴い従来は問題にならなかった数ボルト程度の帯電ムラでも画像に影響するようになってきた。しかし、この帯電ムラは、感光体の製造過程においてこれらのムラを抑制する技術が精力的に追究されているが、画像に悪影響を与えない程度までには改善されていない。

そこで電子写真装置の帯電方法を改善することが提案されている。たとえば特許文献１にはグリッド電極の長手方向両端にそれぞれ独立した高電圧を印加することにより、グリッド電極の長手方向に電流を流して長手方向の電位傾斜を形成することで感光体の帯電ムラを抑制する技術が記載されている。

特開２００９―２６５３９７

特許文献１に記載の方法は、グリッド電極の長手方向に電位傾斜を形成するため、感光体の回転軸方向の帯電ムラが一端から他端に向かって単調に傾いている場合には有効だった。

しかしながら感光体の回転軸方向の帯電ムラの傾きが一様ではなく、山や谷がある場合には従来の技術では帯電電位を均一化することは困難だった。特にプラズマＣＶＤ法で作製されるアモルファスシリコン感光体は、製法上の課題であるがプラズマの不均一に伴う軸方向の膜厚ムラや膜特性ムラが生じやすく、感光体表面に均一な帯電を形成することが難しいという課題があった。

本発明は、上記のような従来技術に鑑みてなされたものであり、回転軸方向に単調な傾きではない帯電ムラを内在する感光体を用いても、画像形成工程において感光体表面に均一な帯電を形成することが可能な電子写真装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための手段は、円筒状感光体と、前記円筒状感光体の表面に電荷を付与する帯電装置とを有する電子写真装置において、
前記帯電装置が、前記円筒状感光体の回転軸方向に沿って設けられた放電ワイヤと、回転軸方向に沿って設けられた複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極に電圧を印加するための複数の電圧印加装置を有し、前記電圧印加装置を調整することで、前記グリッド電極の電圧を個別に調整可能であり、
前記電圧印加装置が、前記円筒状感光体の回転軸方向の帯電特性に対応して調整されていることを特徴とする。

感光体の回転軸方向で帯電電荷量を局所的に微調整することができるため帯電ムラを抑制することができる。

本発明に係る帯電装置の一例を示す模式的な側面図及び断面図 本発明に係るグリッド電極に電圧を印加する方法を説明するための模式図 本発明に係るグリッド電極に印加する電圧を個別に調整することで、感光体の帯電ムラを調整する方法を説明するための模式図 本発明の電子写真装置

図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の電子写真装置を構成する帯電装置の一例を示す模式的な側面図および断面図である。帯電装置１は放電ワイヤ２、コの字形状の導電性のシールド３、シールド３を取り囲むように設けられた絶縁性の筐体４、及び筐体４の開口部に設置されたグリッド電極５１、５２、５３を備える。帯電装置１の長手方向は円筒状感光体１０の回転軸方向Ａと平行な関係にある。

放電ワイヤ２の一端は端部支持部材６に固定されている。端部支持部材６は導入端子７と電気的に接続されている。導入端子７には不図示の高圧電源から高圧電圧が印加される。放電ワイヤ２の別の端部はバネ８を介して端部支持部材９に固定されている。

放電ワイヤ２はタングステン、ステンレス、ニッケル、またはモリブデンの細線を用いることができる。放電ワイヤ２の直径は４０μｍ〜１００μｍにすることが好ましい。シールド３はステンレス、アルミニウム、または真鍮を用いることができる。円筒状感光体１０は光導電材料が有機材料または無機材料のいずれでも用いることができる。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るグリッド電極に電圧を印加する方法を説明するための模式図であり、帯電装置が、グリッド電極を３枚有し、かつ電圧印加装置を３台有する場合である。

図２（ｂ）は図１（ｂ）中に示すＢ方向から見た帯電装置１の模式図である。図２（ａ）は図２（ｂ）中のＣ方向から見た帯電装置の側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）中のＤ方向から見た帯電装置の側面図である。

グリッド電極５１、５２、５３は筐体４に設けられた導電性のグリッド支持部材６１、６２、６３と筐体４に設けられた絶縁性のグリッド支持部材７１、７２、７３によって固定されている。導電性のグリッド支持部材６１、６２、６３はそれぞれ電圧印加装置８１、８２、８３に接続されている。隣り合うグリッド電極５１、５２およびグリッド電極５２、５３は互いに絶縁されている。また、隣り合う導電性のグリッド支持部材６１、６２および導電性のグリッド支持部材６２、６３も互いに絶縁されている。

導電性のグリッド支持部材６１、６２、６３に接続された電圧印加装置８１、８２、８３を調整することで、グリッド電極５１、５２、５３の電圧を個別に調整可能となる。電圧印加装置は必ずしもグリッド電極と同じ台数だけ用意する必要はない。例えばグリッド電極が５枚ある場合、３枚は同一電圧とし、残り２枚はそれぞれ異なる電圧に制御したい場合、電圧印加装置は３台でよい。

グリッド電極５１、５２、５３は金属板にエッチング加工によって多数の開口部が形成されてなる。グリッド電極５１、５２、５３として耐食性の高いステンレス板を用いることが好ましい。さらにコロナ放電によって発生する放電生成物に対してグリッド電極５１、５２、５３を保護するために、化学的に不活性度が高い材料で金属板表面に保護層を形成してもよい。保護層としてはテトラヘデラルアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）や金を用いることができる。導電性のグリッド支持部材６１、６２、６３もグリッド電極５１、５２、５３と同様のものが用いられる。絶縁性のグリッド支持部材７１、７２、７３としてはポリカーボネイト等の樹脂材料を用いることが好ましい。

円筒状感光体１０の回転軸方向に沿って配置するグリッド電極の数は特に制限はなく、多く配置するほうが感光体の帯電ムラを抑制する効果は高くなる。

ただし、個別に調整したいグリッド電極の数だけ電圧印加装置が必要となるため、コストが高くなる。よって、感光体のムラ抑制効果とコストの兼ね合いでグリッド電極の数を決定することが好ましい。

帯電装置１は以下のように動作する。放電ワイヤ２に高電圧を印加すると同時にグリッド電極５１、５２、５３にも所望の電圧を印加する。放電ワイヤ２のコロナ放電で発生した荷電粒子は接地電位であるシールド３及び円筒状感光体１０に向かって流れる。円筒状感光体１０に向かう電流の一部はグリッド電極５１、５２、５３に流れ込み、残余の電流が円筒状感光体１０の表面を帯電させる。円筒状感光体１０の帯電電位は放電ワイヤ２に流れる放電電流及びグリッド電極５１、５２、５３に印加されるグリッド電圧によって制御することができる。長さ４００ｍｍ程度の感光体を用いる場合、放電ワイヤ２に流れる放電電流は５００μＡから２０００μＡ、グリッド電極５１、５２、５３に印加されるグリッド電圧は４００Ｖから９００Ｖ程度に設定される。

円筒状感光体１０の帯電電位を均一にするために本発明の電子写真装置の帯電装置１は以下のように調整される。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に係るグリッド電極に印加する電圧を個別に調整することで、感光体の帯電ムラを調整する方法を説明するための模式図である。

まず円筒状感光体１０の本願発明に係る帯電特性、すなわち回転軸方向の帯電電位プロファイルを測定する。図３（ａ）に示すように、帯電特性測定時の帯電装置はグリッド電極５１、５２、５３に印加する電圧をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚとしたとき、Ｘ＝Ｙ＝Ｚとした。この帯電装置は円筒状感光体１０の表面に均一に電荷を付与するので、円筒状感光体１０が内在している帯電特性のムラを測定することができる。帯電特性測定時は円筒状感光体１０の帯電電位、回転速度、および温度当該感光体を実際に電子写真装置で使用するときの設定と同じ値となるようにすることが好ましい。感光体表面の帯電電位は非接触式の表面電位計により測定される。表面電位計は帯電装置から感光体回転方向に所定角度離れた位置に配置される。なお、円筒状感光体１０の帯電特性測定は専用の測定器を用いてもよいし、電子写真装置に測定用帯電装置と被測定感光体を組み込んで測定してもよい。図３（ｂ）は円筒状感光体１０の帯電電位プロファイルの一例である。

次に前記帯電電位プロファイルを用いて本発明の電子写真装置の帯電装置の調整を行う。まず、回転軸方向位置で感光体１０の帯電電位が高い個所についての調整方法を説明する。上記同様、グリッド電極５１、５２、５３に印加する電圧をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚとする。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように円筒状感光体１０の平均電位より帯電電位が高い個所に対向する位置に設置されたグリッド電極５１に印加する電圧Ｘをグリッド電極５３に印加する電圧Ｚより小さくする。それにより、グリッド電極５１に流れ込む電流量を大きくして、放電ワイヤ２から円筒状感光体１０に向かう電流量を小さくする。その結果、感光体１０の帯電電位を低くすることが可能となる。

一方、円筒状感光体１０の平均電位より帯電電位が低い個所に対向する位置に設置されたグリッド電極５２に印加する電圧Ｙをグリッド電極５３に印加する電圧Ｚより大きくする。それにより、円筒状感光体１０の帯電電位が低い個所に対向する位置に設置されたグリッド電極５２に流れ込む電流量を小さくして、放電ワイヤ２から感光体１０に向かう電流量を大きくする。その結果、円筒状感光体１０の帯電電位を高くすることが可能となる。

以上のことから、図３（ｂ）のような帯電電位プロファイルの場合、グリッド電極５１、５２、５３に印加する電圧の大小関係はＹ＞Ｚ＞Ｘとなる。

このように調整された帯電装置１とこれに対応する円筒状感光体１０を電子写真装置に組み込んで帯電装置１を動作させたとき、図３（ｃ）に示すように感光体の回転軸方向の帯電電位ムラを抑制することができる。

本発明の電子写真装置を図４（ａ）に示す。電子写真装置３０は４色の画像形成部３１Ｙ、３１Ｍ、３１Ｃ、及び３１Ｂｋを有している。各画像形成部で形成されたトナー像は中間転写ベルト３２上に転写される。転写されたトナー像は２次転写部３３においてカセット３４から搬送された記録材へ転写される。２次転写部３３において記録材へと転写されずに中間転写ベルト３２上に残留したトナーは不図示のベルトクリーナにより清掃される。トナー像が転写された記録材は定着装置３５に搬送される。定着装置３５によりトナーが定着された記録材は機外へと排出される。

画像形成部３１の詳細を図４（ｂ）に示す。円筒状感光体１０が帯電装置１により帯電された後、レーザスキャナ３６からの露光により円筒状感光体１０上に静電潜像が形成される。現像装置３７から供給されるトナーにより静電潜像が現像されてトナー像が形成される。円筒状感光体１０上に現像されたトナー像は１次転写ローラ３８により中間転写ベルト３２へと転写される。中間転写ベルトへと転写されずに円筒状感光体１０上に付着した転写残トナーはクリーニング装置３９により除去される。最後に静電潜像を除去するために前露光装置４０により除電光が円筒状感光体１０に照射される。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。

図１（ａ）、（ｂ）に示す帯電装置１の放電ワイヤ２として直径６０μｍのタングステン線を用いた。シールド３として断面コの字形状の幅３０ｍｍ、高さ２５ｍｍ、長手方向長さ４００ｍｍにステンレスを成形したものを用いた。筐体４はＡＢＳ樹脂で形成した。

図１（ａ）に示すように、円筒状感光体１０の回転軸方向に沿って３枚のグリッド電極５１、５２、５３を設置した。又、図２（ａ）に示すように、電圧印加手段８１、８２、８３を設置した。

グリッド電極５１、５２、５３はステンレス板にエッチング加工によって多数の開口部が形成されたものを用いた。グリッド電極の開口比率は９０％とした。

グリッド電極５１、５２、５３のそれぞれの長さは１０５ｍｍ、２２５ｍｍ、６０ｍｍとした。

円筒状感光体１０として直径８４ｍｍ長さ３８０ｍｍの円筒状のアモルファスシリコン感光体を用いた。円筒状感光体１０の帯電特性を以下のように測定した。

図３（ａ）に示す計測用帯電装置と感光体を図４に示す電子写真装置３０に組み込んだ。シールド３と円筒状感光体１０の距離は２ｍｍとした。前露光装置４０は赤色チップＬＥＤを円筒状感光体１０の回転軸方向に５０個配列したＬＥＤアレイを用いた。帯電装置１の放電電流１０００μＡ、グリッド電極５１、５２、５３に印加する電圧５００Ｖ、円筒状感光体１０の回転速度毎秒２．８回転、感光体表面温度４２℃の条件で感光体表面を帯電させた。現像装置３７の位置に配置した非接触式表面電位計を回転軸方向に１０ｍｍ〜３７０ｍｍまで４５ｍｍずつ順次移動しながら円筒状感光体１０の帯電電位を測定した。非接触式表面電位計としてＴｒｅｋ社製Ｍｏｄｅｌ３７０を用いた。各点の帯電電位は感光体回転方向の平均値を採った。その結果、図３（ｂ）のような帯電電位プロファイルを得た。平均の帯電電位は５００Ｖであり、帯電電位の最大値と最小値の差は１４Ｖであった。

前記帯電電位プロファイルに対応して、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、グリッド電極に印加することで電圧を調整する。電圧印加装置８１を調整することで、円筒状感光体１０の帯電電位プロファイルの電位が平均電位より高い個所に対向する位置に設置されたグリッド電極５１に印加する電圧を４９０Ｖとして、グリッド電極５３に印加する電圧５００Ｖより小さくする。それにより、グリッド電極５１に流れ込む電流量を大きくして、放電ワイヤ２から円筒状感光体１０に向かう電流量を小さくした。

一方、電圧印加装置８２を調節することで、円筒状感光体１０の帯電電位プロファイルの電位が平均電位より低い個所に対向する位置に設置されたグリッド電極５２に印加する電圧を５１０Ｖとして、グリッド電極５３に印加する電圧５００Ｖより大きくする。それにより、グリッド電極５２に流れ込む電流量を小さくして、放電ワイヤ２から円筒状感光体１０に向かう電流量を大きくした。

これらの調整は帯電電位のズレが１Ｖにつきグリッド印加電圧を２Ｖ変化させた。

このように調整された帯電装置１とこれに対応する円筒状感光体１０を電子写真装置３０に組み込んで前述の条件で帯電特性を測定したところ、図３（ｃ）に示すような帯電電位プロファイルを得た。平均の帯電電位は５００Ｖであり、帯電電位の最大値と最小値の差は４Ｖであった。

以上のことから円筒状感光体１０の回転軸方向に沿って設けられた複数のグリッド電極に印加する電圧を個別に調整し、円筒状感光体１０の回転軸方向で帯電電荷量の局所的な微調整を行った。その結果、円筒状感光体１０の帯電ムラが、抑制されており、本発明の効果が明らかになった。

１ 帯電装置
２ 放電ワイヤ
３ シールド
４ 筐体
５１、５２、５３ グリッド電極
６ 端部支持部材
７ 導入端子
８ バネ
９ 端部支持部材
１０ 円筒状感光体

Claims (2)

1. 円筒状感光体と、前記円筒状感光体の表面に電荷を付与する帯電装置とを有する電子写真装置において、
   前記帯電装置が、前記円筒状感光体の回転軸方向に沿って設けられた放電ワイヤと、回転軸方向に沿って設けられた複数のグリッド電極と、前記複数のグリッド電極に電圧を印加するための複数の電圧印加装置を有し、
   前記電圧印加装置を調整することで、前記グリッド電極の電圧を個別に調整可能であり、
   前記電圧印加装置が前記円筒状感光体の回転軸方向の帯電特性に対応して調整されていることを特徴とする電子写真装置。
2. 前記帯電装置が、前記グリッド電極を３枚有し、かつ前記電圧印加装置を３台有する請求項１に記載の電子写真装置。
   

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