JP3253829B2 - 帯電装置及びその設計方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、レーザプ
リンタ等の画像形成装置に用いる帯電装置に関し、更に
詳しくは、所定間隔で配された複数の放電先端から感光
体に対して放電し、該感光体表面を帯電させる帯電装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の帯電装置を備えた複写機につい
て、図４１及び図４２を参照しながら説明する。この複
写機は、図４１に示すように、感光体１０１と、感光体
１０１を帯電させるコロナ放電装置１０２と、感光体１
０１に形成された静電潜像をトナーによってトナー像と
して顕像化させる現像ユニット１０３と、感光体１０１
の外周面に顕像化されたトナー像を複写用紙に転写する
転写チャージャ１０４と、感光体１０１の外周面に顕像
化されたトナー像を複写用紙に転写した後、感光体１０
１の表面に残留するトナーを回収するクリーナユニット
１０５と、感光体１０１の外周面に顕像化されたトナー
像を複写用紙に転写した後、感光体１０１に残留する電
荷を除電する除電ランプ１０６と、複写用紙に転写され
たトナー像を定着させる定着ユニット１０７と、原稿
（図示しない）を照射するコピーランプ１０８とを備え
ている。

【０００３】感光体１０１は、アルミニウム等の導電性
材料を素材としたドラム状の基体を回転自在に軸支し、
基体表面にはＯＰＣ（Organic Photo Conductor ）等か
らなる光導電層が形成されている。

【０００４】上記構成によれば、複写機はコロナ放電装
置１０２によって放電が行われ、感光体１０１の表面が
均一に帯電される。コピーランプ１０８が原稿を照射
し、この原稿からの反射光によって帯電された感光体１
０１の表面が露光される。これにより、原稿の画像が感
光体１０１の外周面に静電潜像として形成される。

【０００５】現像ユニット１０３では、トナーの地肌カ
ブリを防止するために感光体１０１の帯電電位と同極性
の電圧を印加しながら、形成された静電潜像がトナー像
として顕像化される。このトナー像は、転写チャージャ
１０４によって転写紙ｐに転写された後、矢印Ｂ方向に
搬送され、定着ユニット１０７によって転写紙ｐ上に定
着される。

【０００６】転写紙ｐへのトナー像の転写後、感光体１
０１の外周面に残留する電荷は、除電ランプ１０６によ
って除電される。それから、感光体１０１は再びコロナ
放電装置１０２によって表面が均一に帯電される。以上
の処理を繰り返し行うことによって、原稿の複写が繰り
返し行われる。

【０００７】従来、上記複写機やプリンタ等の電子写真
プロセスにおいて、帯電器や転写器等として用いられる
コロナ放電装置１０２には、直径５０μｍ〜１００μｍ
のタングステンワイヤに５ｋＶ〜１０ｋＶの高電圧を印
加し、発生したイオンを感光体表面に移動させて帯電を
行っているものがある。このコロナ放電装置は、放電を
安定化させるために、タングステンワイヤから一定距離
を隔ててシールドケースを設けており、更に、感光体表
面の電位を均一化するために制御電極としてグリッド電
極を備えたものが知られている。

【０００８】しかし、シールドケースやグリッド電極に
対するタングステンワイヤからの必要以上の放電のため
に、オゾンの発生量が多くなり、画像の劣化を招来した
り、人体及び環境に悪影響を与えてしまう。タングステ
ンワイヤを使用した場合、構造が簡素化できる一方、タ
ングステンワイヤが断線し易いと共に印加電圧が高くな
り且つ同一放電電流でのオゾン発生量が多くなる。

【０００９】そこで、コロナ放電用のタングステンワイ
ヤに代えて、列状に複数の放電先端を有する電極（複数
の針状放電電極、又は鋸歯状に形成された放電電極）を
設け、放電先端からコロナ放電によって感光体表面の帯
電を行うものが知られている（例えば、特開昭６３−１
５２７２号公報参照）。この種のコロナ放電装置は、ワ
イヤタイプのものと比べて、同一放電電流でのオゾン発
生量が、ワイヤタイプのものと比べて約１／３〜１／４
程度に減少すると共に、比較的構造強度が高くかつ必要
印加電圧が低くなる。

【００１０】ここで、放電先端を有する電極を複数配列
した従来の鋸歯状電極を備えたコロナ放電装置を図４２
を参照しながら、以下に説明する。

【００１１】コロナ放電装置は、図４２に示すように、
複数の放電電極１１１を所定間隔で絶縁基盤１１２上に
配し、放電電極１１１に対して単一の電源１１３から高
電圧が印加される構成を有している。このような構成を
有するコロナ放電装置は、各放電電極１１１の形状のば
らつき、破損、汚染等の影響を受けやすく、この影響の
ために、各放電電極１１１からの放電電流にばらつきが
生じていた。このため、感光体１０１を均一に帯電する
ためには、放電電流を必要以上に流さなければならなか
った。その結果、オゾン等の気体生成物の発生量（ワイ
ヤタイプのものと比べると１／５程度）が多くなり、人
体や環境に対して悪影響を与える等の問題を招来してい
た。この場合、オゾンフィルタを設ければ、装置外に放
出されるオゾンをある程度は低減できる。

【００１２】一般に、各放電電極１１１からの放電電流
の総和は、安定して放電させるために−７００μＡ〜−
８００μＡという比較的大きい電流値に設定されてい
た。これは、放電の安定化、装置寿命、環境条件、帯電
装置の汚れ等の影響を補償する十分なマージンを考慮し
て放電電流Ｉ_p を設定する必要があったからである。こ
れは、次の理由にに基づく。即ち、シールドケースの設
置スペースとの関係等から、従来の放電ギャップは９
（mm）前後に設定されていた。このとき、放電開始電圧
Ｖ_thは、Ｖ_th＝（１．２＋２Ｌ_g ／７）より、約３．７
８ｋＶとなる。放電電極に印加する高電圧の上限を７ｋ
Ｖとし、空隙インピーダンスを６００ＭΩ前後とする
と、１ピン当たりの上限放電電流値は、ｉ_P ＝-(7000-3
800)/ 600 ×10⁶ ・-5.3μＡとなる。これは、ピン全体
の放電電流に換算すると、−７００μＡ〜−８００μＡ
という電流値になる。

【００１３】上記のコロナ放電装置においては、放電先
端のピッチＰ、放電先端−感光体表面間の距離Ｄを適正
に設定しなければ、感光体表面に対して均一に電荷を付
与できない。つまり、放電先端ピッチＰが小さい場合、
隣り合う放電先端同士の電界が干渉しあって放電ムラが
生じる一方、ピッチＰが大きい場合、放電先端近傍とそ
うでない部分とで放電電圧が著しく異なり放電ムラが生
じてしまう。又、距離Ｄが小さい場合、感光体に対して
局所的に放電されるので帯電電位ムラが生じる一方、距
離Ｄが大きい場合、印加電圧を大きく（放電用の高圧電
源を大きく）しなければ放電が行われず、装置が大型化
するという問題を有している。

【００１４】そこで、感光体表面と鋸歯状電極との距離
Ｄと、放電先端ピッチＰとの関係を特定し（２≦Ｄ／Ｐ
≦８）、オゾン発生量が少なく、しかも感光体表面を均
一に帯電する例（放電電流の総和は−２００μＡ〜＋１
００μＡ）が、例えば、特開平７−２８３００号公報に
開示されている。

【００１５】この他に、グリッドに流れる電流Ｉ_g と、
ケースに流れる電流Ｉ_c との間で、Ｉ_g ＝Ｉ_c を満足さ
せることによって、放電電極に印加する電圧を高くする
ことなく帯電電位ムラを低減する放電装置が知られてい
る（例えば、特開平６−１１９４６号公報参照）。

【００１６】コロナ放電は、あらゆる条件に応じて放電
状態が変化する。このように放電状態が変化すると、感
光体表面に帯電電位ムラが発生し、形成される画像の画
質が悪くなる。帯電電位ムラを低減するための簡単な方
策として、放電電流を増加させることが挙げられる。し
かしながら、放電電流の増加は、放電先端に印加される
電圧を大きくすることを意味し、高圧電源の規模が大き
くなり、装置全体が大型化してしまう。

【００１７】又、放電電流が増加すると、それに伴って
オゾンの発生量が増加するので、感光体表面に対して悪
影響を与え、画質低下を招来すると共に、画像形成装置
内を浮遊する空気中の様々なガス、その他の異物との結
合によって、窒素酸化物（Ｎｏ_x ）、或いは珪素酸化物
（ＳｉＯなど）が生成される。このようにして生成され
た窒素酸化物、或いは珪素酸化物は、放電電極表面及び
グリッド電極表面に付着して、鋸歯状放電電極の放電能
力、グリッド電極の帯電電位制御能力を著しく低下させ
る。

【００１８】加えて、放電電流が増加すると、放電先端
から他の部位への不要なリーク放電が生じる。これを回
避するためには、放電先端からシールドケースまでの距
離を必要以上に大きく設定することが必要であり、この
ためにシールドケースの大型化、つまり帯電装置自体の
大型化を招来する。

【００１９】従来、環境問題を考慮しながら短時間で高
効率に帯電装置を設計する手法がなかった。例えば、帯
電装置を設計する上で、帯電装置の形状を決定する際、
一般に、これを組み込む装置本体の制約条件の中で試行
錯誤的にシールドケースの形状が仮設定され、その後、
他のパラメータが設定されていた。他の例として、従
来、放電先端からグリッド電極までの距離Ｌ_pgと、シー
ルドケース開口幅Ｌ_c との相関関係は不明であり、グリ
ッド電圧Ｖ_g は、帯電特性を安定に保つために、帯電特
性に基づいて設定されていた。

【００２０】放電先端を有する電極を複数配列した従来
の鋸歯状電極を備えた前述のコロナ放電装置は、均一な
帯電を得るために必要以上に放電電流を流さなければな
らないという不具合を有していた。この不具合を克服す
る技術が、例えば、特開平５−２３１４号公報に開示さ
れている。これによれば、各放電電極を別個の抵抗を介
して高圧電源に接続することによって、各放電電極に流
れる電流が安定に制御される。以下に、この技術につい
て、図４３を参照しながら説明する。

【００２１】この種のコロナ放電装置は、絶縁性基板１
２２上に共通電極１２５が形成され、共通電極１２５と
一定間隔を隔てて複数の針状の放電電極１２１が、例え
ば、２mmのピッチで配設されている。共通電極１２５と
各放電電極１２１とは、それぞれ制御抵抗１２４で電気
的に接続されている。各制御抵抗１２４は、チップ抵
抗、カーボン等が含有された高分子有機材料等の抵抗素
子よりなり、１．５ＧΩ程度の抵抗値を有している。

【００２２】上記構成によれば、共通電極１２５に印加
された電圧が、制御抵抗１２４によって一定電圧だけ降
下するので、各放電電極１２１を流れる放電電流は小さ
くなり安定化する。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
技術は、以下の問題を有している。

【００２４】即ち、特開平７−２８３００号公報に記載
の上記従来の帯電装置では、感光体表面と鋸歯状電極と
の距離Ｄと、放電先端ピッチＰとの比が特定されている
に過ぎず、該特定のみによって帯電電位ムラを回避する
ことは難しい。これは、放電電極に印加する電流の種別
（直流電流か、或いは直流電流に交流電流を重畳させた
ものか）及びその電流値、放電先端とシールドケースと
の距離、特に湿度等の周囲環境等によって、帯電電位ム
ラが種々変化するからである。加えて、上記従来の帯電
装置では、放電電流の総和が−２００μＡ〜＋１００μ
Ａと小さく、条件が少しでも変化すれば、安定した放電
が望めなくなってしまう。

【００２５】又、特開平６−１１９４６号公報に記載の
上記従来の帯電装置では、Ｉ_g ＝Ｉ_c を特定するのみ
であり、このような設定によっていかなる場合にも帯電
電位ムラを確実に回避することができる帯電装置を提供
することは難しい。加えて、放電電流が増加するにした
がってＩ_g ＝Ｉ_c 以外でも、十分安定した帯電特性が得
られるにもかかわらず、Ｉ_g ＝Ｉ_c という制約の故に、
効率良くフレキシブルに帯電装置を設計することができ
ない。

【００２６】上記従来の技術は、−７００μＡ以下の放
電電流において、放電電流と他のパラメータとの相関関
係は一切不明であった。つまり、帯電電位ムラを発生し
ない放電電流の臨界値付近では、他のパラメータの影響
の度合いを予測することができず、単にパラメータを特
定するだけでは、そのマージンに対する評価は、実際に
帯電装置を実機に搭載して、確認試験を行い、その試験
結果を設計にフィードバックする必要があるので、設計
全体に要する時間は多大なものとなる。

【００２７】特開平５−２３１４号公報に記載の上記従
来の帯電装置では、低電流化が可能ではあるが、放電電
極の汚れ、付着物等のためのマージンを考慮して、実際
の帯電量の数倍〜数十倍の放電電流を流す必要があり、
オゾンが多量に発生するという問題は依然として残って
しまう。

【００２８】そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされ
たものであり、その目的は、放電が安定して行われ、感
光体表面を均一に帯電でき、しかも放電時のオゾンの発
生量が少なく且つ小型・安価な帯電装置、及び該帯電装
置を短時間で高効率に設計する帯電装置の設計方法を提
供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る帯
電装置は、上記の課題を解決するために、所定間隔で配
された複数の放電先端を有する放電電極と、感光体と対
向する面が開口され電気的に絶縁した状態で該放電電極
を支持する導電性ケースとを備え、放電先端と感光体表
面との間に設けられたグリッドを介して、該放電電極に
印加された電圧に応じて放電先端から感光体に対して放
電し、該感光体表面を帯電させる帯電装置において、以
下の特徴を有している。

【００３０】即ち、請求項１の帯電装置は、上記の導電
性ケースの開口幅（mm）をＬ_c とし、プロセススピード
（mm／sec ）をｖ_p とし、感光体の膜厚（μｍ）をｔ
_opc とすると、Ｌ_c 軸とｖ_p 軸とで形成される座標上に
おいて、(1) 直線Ｌ_c ＝３０、及び(2) 直線Ｌ_c ＝３．
０２×１０^-6（ｖ_p ／ｔ_opc ）で囲まれる領域内に位置
するようにＬ_c 、ｖ_p 、及びｔ_opc が設定されている。

【００３１】請求項１の構成によれば、放電電極に印加
された電圧、及びグリッドに印加された電圧に応じて各
放電先端から感光体に対して放電電流が流れ、感光体表
面が帯電される。

【００３２】放電電流を固定した場合、プロセススピー
ドｖ_p を大きくするにつれて導電性ケースの開口幅Ｌ_c
を大きくしないと、帯電所要時間が長くなるので、感光
体の帯電電位の速い立ち上がりが保持できない。このた
め、開口幅Ｌ_c はプロセススピードｖ_p に比例して大き
くする必要がある。感光体の膜厚も帯電特性に依存す
る。すなわち、感光体の膜厚が大きいほど、電荷を多く
保持できるので帯電の立ち上がりが速くなる。また、感
光体の膜厚が大きいほど、開口幅Ｌ_c は小さくできる。

【００３３】コスト、スペースの面から、放電電極に印
加される電圧の上限を７ｋＶとすると、これに対応して
放電可能な放電ギャップに基づいて、導電性ケースの開
口幅Ｌ_c は３０（mm）が上限値となる。これ以上開口幅
Ｌ_c を大きくすると、放電が安定して行われなくなる。
一方、直線(2) に基づいて、所望のプロセススピードｖ
_p に対して、放電が安定して行われる開口幅Ｌ_c の下限
値が特定される。

【００３４】以上のように、直線(1) (2) で囲まれる領
域内に位置するように、Ｌ_c 、ｖ_p、及び感光体の膜厚
ｔ_opc が設定されると、帯電の立ち上がりが速く、常に
放電が安定して行われ、感光体表面が均一に帯電され
る。

【００３５】請求項２の発明に係る帯電装置は、上記の
課題を解決するために、所定間隔で配された複数の放電
先端を有する放電電極と、感光体と対向する面が開口さ
れ電気的に絶縁した状態で該放電電極を支持する導電性
ケースとを備え、放電先端と感光体表面との間に設けら
れたグリッドを介して、該放電電極に印加された電圧に
応じて放電先端から感光体に対して放電し、該感光体表
面を帯電させる帯電装置において、以下の特徴を有して
いる。

【００３６】即ち、請求項２の帯電装置は、上記の導電
性ケースの開口幅（mm）をＬ_c とし、放電先端とグリッ
ドとの距離をＬ_pgとすると、０．４≦Ｌ_pg／Ｌ_c ＜０．
５を満足するようにＬ_c 及びＬ_pgが設定されている。

【００３７】請求項２の構成によれば、放電電極に印加
された電圧、及びグリッドに印加された電圧に応じて各
放電先端から感光体に対して放電電流が流れ、感光体表
面が帯電される。

【００３８】放電先端とグリッドとの距離であるＬ_pgを
大きくすると、放電開始電圧が大きくなり、装置が大型
化する。装置の小型化を図る場合、コスト及びスペース
面から放電電極への印加電圧には上限値があり、これよ
り大きい印加電圧では放電を安定して行うことができな
い。又、導電性ケースの開口幅Ｌ_c は、（Ｉ_g ／Ｉ_c）
を制御する機能があり、大きく設定しすぎると、ケース
電流Ｉ_c が減少し、放電が安定して行われなくなってし
まう。そこで、０．４≦Ｌ_pg／Ｌ_c ＜０．５を満足する
ようにＬ_c 及びＬ_pgが設定されると、安定して放電が行
われる。

【００３９】請求項３の発明に係る帯電装置の設計方法
は、上記の課題を解決するために、所定間隔で配された
複数の放電先端からグリッドを介して感光体に対して放
電し、該感光体表面を帯電させる帯電装置の設計方法に
おいて、以下の工程を有することを特徴としている。

【００４０】即ち、請求項３の帯電装置の設計方法は、
(1) ０．４≦Ｌ_pg／Ｌ_c ＜０．５を満足するように、導
電性ケースの開口幅Ｌ_c （mm）、及び放電先端とグリッ
ドとの距離Ｌ_pgを設定する工程と、(2) グリッドギャッ
プとグリッドピッチとを設定する工程と、(3) Ｉ_p 軸と
（Ｌ_g ／Ｐ）軸とで形成される座標上において、直線Ｉ
_p ＝−７００、及び曲線Ｉ_p ＝〔−８９（（Ｌ_g ／Ｐ）
−４．５）² −２９５〕で囲まれる領域内に位置するよ
うに、放電先端のピッチＰ、放電電流Ｉ_p （μＡ）、及
び放電先端と感光体表面との距離Ｌ_g をそれぞれ設定す
る工程と、(4)（Ｉ_g ／Ｉ_c ）の常用対数であるｌｏｇ
（Ｉ_g ／Ｉ_c ）軸と、放電電流であるＩ_p 軸とで形成さ
れる座標上において、直線Ｉ_p ＝−７００、直線ｌｏｇ
（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝−８．７８×１０^-3Ｉ_p −０．５４、
及び直線ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝５×１０^-3Ｉ_p ＋０．
６８で囲まれる領域内に位置するように、放電電流Ｉ_p
（μＡ）、グリッド電流Ｉ_g （μＡ）、及び放電先端か
ら導電性ケースへの漏れ電流Ｉ_c （μＡ）をそれぞれ設
定する工程と、(5) 感光体表面を上記の所定電位に帯電
させる最小放電電流値と、感光体表面の帯電電位のバラ
ツキを許容範囲内にするための最小放電電流値とが略等
しくなるようにグリッドに印加する電圧を設定する工程
と、(6) 周囲環境変化による感光体の帯電電位及び帯電
電位ムラの変化に基づいて放電電流のマージンを設定す
る工程とを備えている。

【００４１】請求項３の構成によれば、(1) 〜(6) のよ
うに各種パラメータが設定されるので、低オゾン化及び
装置の小型化、コスト低減化が可能となる。また、従来
の設計方法に比べると、はるかに設計効率が良くなると
共に、短時間で最適設計を終えることができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１ないし
図３２に基づいて以下に説明する。

【００４３】本実施形態の帯電装置を備えた複写機は、
図２に示すように、光走査による原稿（図示しない）か
らの反射光Ｌが外周面状に露光される感光体ドラム５１
を備えている。この感光体ドラム５１は、アルミニウム
等の導電性材料を素材とするドラム状の基体を回転自在
に軸支し、基体周面にＯＰＣ（Organic Photo Conducto
r:有機光導電体）等からなる光導電層が形成されたもの
であり、図中の矢印Ａの向きに回転駆動するように構成
されている。感光体ドラム５１は、均一帯電された外周
面に上記の反射光Ｌが露光されることによって、この外
周面上に原稿の画像パターンに応じた静電潜像が形成さ
れる。

【００４４】感光体ドラム５１の周囲には、感光体ドラ
ム５１の外周面を所定電位に帯電させるＭＣチャージャ
（メインチャージャ）５２と、感光体ドラム５１に形成
された静電潜像をトナーＴによってトナー像として顕像
化する現像ユニット５３と、感光体ドラム５１に残留す
るトナーＴを回収するクリーナユニット５５と、感光体
ドラム５１に残留する電荷を除去する除電ランプ５６と
がそれぞれ配設されている。

【００４５】感光体ドラム５１と転写チャージャ５４と
の間で搬送される転写紙ｐの搬送の向き（図中の矢印Ｂ
の向き）の下流側には、転写されたトナー像を転写紙ｐ
上に定着させる定着ユニット５７が設けられている。上
記のＭＣチャージャ５２と転写チャージャ５４とは、本
発明の帯電装置によって構成されている。

【００４６】ＭＣチャージャ５２は、断面が略コ字状の
ＭＣケース２ａ（導電性ケース）と、ＭＣケース２ａ内
に支持されたガラス或いはエポキシ等からなる絶縁性基
板２ｂと、絶縁性基板２ｂに固定的に設けられ高圧発生
部６３から高電圧（例えば、負の高電圧−Ｖ_CC）が印加
される複数のステンレス製（厚さ０．１mm）の放電電極
２ｃと、放電電極２ｃと感光体ドラム５１との間に配さ
れ所定高電圧が印加されるグリッド２ｄとから構成され
ている。放電電極２ｃは、例えば、１０７個の鋸歯状の
放電先端（図１０参照）を備えており、これらの放電先
端は、歯先ピッチが例えば２mmになるように設けられて
いる共に、絶縁性基板２ｂの表面から例えば２mm突出す
るように設けられている。

【００４７】ＭＣチャージャ５２は、高圧発生部６３か
ら放電電極２ｃに高電圧（例えば、−３．５ｋＶ）が印
加されると、各放電先端からコロナ放電を発生させて感
光体ドラム５１の外周面を帯電させる。高圧発生部６３
から−６２０Ｖの電圧がグリッド２ｄに印加されると、
グリッド２ｄは、放電電極２ｃの放電先端からの放電量
を制御し、感光体ドラム５１の外周面の帯電電位を所定
電位（例えば、−６００Ｖ）にする。

【００４８】転写チャージャ５４は、グリッド２ｄを除
き、ＭＣチャージャ５２と同様の構成を有し、断面コ字
状のシールドケース４ａと、シールドケース４ａ内に支
持されたエポキシ等からなる絶縁性基板４ｂと、絶縁性
基板４ｂに固定的に設けられ高圧発生部６３から高電圧
（例えば、負の高電圧−Ｖ_CC）が印加される複数の放電
電極４ｃとから構成されている。放電電極４ｃは、例え
ば、１０７個の鋸歯状の放電先端を備えており、これら
の放電先端は、歯先ピッチが例えば２mmになるように設
けられている共に、絶縁性基板４ｂの表面から例えば２
mm突出するように設けられている。

【００４９】転写チャージャ５４は、放電電極４ｃに高
電圧が印加されると、各放電先端からコロナ放電が発生
し、転写紙ｐの裏面を帯電させ、感光体ドラム５１の外
周面に形成されたトナー像を転写紙ｐ上に転写する。

【００５０】ここで、本発明に係るＭＣチャージャ５２
の設計について、図１及び図２を参照しながら、以下に
説明する。

【００５１】まず、感光体ドラム５１の物性（感光体の
膜厚）やプロセススピード（感光体ドラム５１の周速
度）に基づいて、ＭＣケース２ａの形状及びその寸法の
最適化を行う（Ｓ１）。つまり、Ｓ１においては、ＭＣ
ケース２ａの開口幅、及び放電先端−グリッド間の距離
が設定される。

【００５２】それから、グリッド条件の最適化が行われ
る（Ｓ２）。Ｓ２において、グリッドギャップ（グリッ
ド２ｄから感光体ドラム５１表面までの距離）とグリッ
ドピッチの相関関係等が設定される。

【００５３】次に、鋸歯条件の最適化が行われる（Ｓ
３）。ここで、放電先端のピッチ（鋸歯ピッチ）と、放
電ギャップ（放電先端−感光体ドラム５１の表面間の距
離）との相関関係が設定される。

【００５４】それから、放電電流の電流比率の最適化が
行われる（Ｓ４）。Ｓ４において、グリッド電流とケー
ス電流の比率の最適化が行われる。そして、グリッド電
圧の最適化、及び放電電流の最小化がそれぞれが行われ
る（Ｓ５〜Ｓ６）。

【００５５】最後に、環境条件が考慮される（Ｓ７）。
Ｓ７においては、周囲の温度や湿度の変化を考慮して、
放電電流のマージンが設定される。

【００５６】なお、説明の便宜上、図１には、Ｓ１から
Ｓ７が順に処理されるように示されているが、本発明は
これに限定されるものではなく、最初にＳ１が処理され
且つ最後にＳ７が処理されさえすれば、途中のＳ２〜Ｓ
６の順番は問わない。

【００５７】ここで、各ステップについて、以下に詳細
に説明する。

【００５８】まず、ＭＣケース２ａの形状及びその寸法
の最適化（図１中のＳ１）について、説明する。ＭＣチ
ャージャ５２を設計する初期段階において、まず感光体
ドラム５１まわりの構造上の条件を明確にする必要があ
る。このためには、ＭＣケース２ａの開口幅（mm）であ
るＬ_c （以下、単に、開口幅Ｌ_c と称す）の最低必要な
寸法を把握した上で、帯電部のスペースを確保すること
が必要である。

【００５９】プロセススピード（mm／sec ）をｖ_p と
し、感光体の膜厚（μｍ）をｔ_opc とする。今、プロセ
ススピードｖ_p が固定である場合、Ｌ_c とｖ_p との関係
は図３に示すようになり、ｔ_opc に応じて変化する。図
３において、実線による斜線で示した領域内に存在する
ように開口幅Ｌ_c を設定すると、帯電装置を効率良く設
計できる。

【００６０】放電電流を固定した場合、プロセススピー
ドｖ_p を大きくするにつれてＭＣケース２ａの開口幅Ｌ
_c を大きくしないと、帯電所要時間が長くなるので、感
光体ドラム５１の帯電電位の速い立ち上がりが保持でき
ない。このため、開口幅Ｌ_cはプロセススピードｖ_p に
比例して大きくする必要がある。感光体ドラム５１の膜
厚ｔ_opc も帯電特性に依存する。

【００６１】すなわち、感光体ドラム５１の膜厚が大き
いほど、電荷を多く保持できる（一種のコンデンサを形
成する）ので帯電の立ち上がりが速くなる。帯電の立ち
上がりが速くなると、放電電流の低電流化、及び省スペ
ース化に有効に作用する。また、感光体ドラム５１の膜
厚が大きいほど、開口幅Ｌ_c を小さく設定できる。

【００６２】図３は、−４００μＡの放電電流Ｉ_p （一
定）において、感光体ドラム５１の膜厚ｔ_opc が１７μ
ｍ（Ａで示す特性）、及び３５μｍ（Ｂで示す特性）の
場合のＬ_c −ｖ_p 特性をそれぞれ示している。上記膜厚
は、現行の量産ＯＰＣドラムの膜厚仕様が約１７μｍ〜
３５μｍの範囲にあることに基づいて設定されている。
ここで、Ｉ_p ＝−４００μＡは、後述するように、オゾ
ン発生量と放電電流Ｉ_p との関係から、これより多く流
すとオゾン発生量が問題となる放電電流の最大値であ
る。

【００６３】開口幅Ｌ_c としては、図３より、Ｉ_p ＝−
４００μＡの条件下で、最低でも直線Ａ上の値（下限
値）以上の寸法を設計の初期段階に確保しておくことが
重要となる。又、放電電流を小さく抑えるためには、開
口幅Ｌ_c を大きくすることが有効であるが、プロセスス
ピードｖ_p が大きな高速の複写機では、開口幅Ｌ_c の調
整だけでは不十分であり、上述のように開口幅Ｌ_c と感
光体ドラム５１の膜厚とを考慮して、放電電流Ｉ_p を低
く設定できるように最適化することが重要となる。

【００６４】ここで、Ｉ_p ＝−４００μＡとした根拠を
放電電流とオゾン発生量との関係から以下に説明する。

【００６５】複写機において、高圧トランスを使用する
ＭＣチャージャや転写チャージャ等のチャージャユニッ
トは、帯電プロセスの際に放電電流を流すが、この放電
電流はオゾンの発生をもたらす。このオゾンの発生量
は、各チャージャからの出力電流Ｉ_OUT に比例すること
が知られている。オゾンに対しては、近年ヨーロッパを
中心とした環境意識の高まりと共に、各国で規制の動き
が活発化している。その代表がドイツのブルーエンジェ
ル規格であり、最近では北欧を中心として更に厳しい規
制値を設ける国もある。したがって、オゾンの発生量を
できる限り低減することは各種規格をクリアする上で重
要であると共に、複写の画質トラブルの原因にもなって
いる感光体劣化の防止を行う上でも重要である。

【００６６】実際に、オゾン発生量の出力電流（放電電
流）Ｉ_OUT 依存性を実測すると、図４に示す結果を得
た。これによると、例えば、上記のブルーエンジェル規
格（オゾン発生の許容量は０．０４mg以内）をクリアす
るには、図４から明らかなように、複写機内の全放電電
流を約−７００μＡ程度以下に抑えることが必要であ
る。特にＭＣチャージャだけについて考えると、複写機
内の全放電電流のうち約６０％程度を占めるので、帯電
チャージャの放電電流の上限値は約−４００μＡとな
る。

【００６７】次に、開口幅Ｌ_c の上限値について説明す
る。鋸歯状の放電先端を備えた放電電極の放電特性にお
いて、次式(1) が成り立つ。

【００６８】 （Ｉ_p ／Ｎ）＝（Ｖ_h −Ｖ_th）／Ｒ_g ……(1) ただし、上記のＮは放電先端の総数であり、Ｖ_h は放電
電極に印加される高電圧であり、Ｖ_thは放電開始電圧で
あり、Ｒ_g は空隙インピーダンス（ＭΩ）である。

【００６９】放電開始電圧Ｖ_thは、放電ギャップ（放電
先端−感光体ドラムの表面間の距離）Ｌ_g（mm）とする
と、次式(2) を満足しながら変化する。

【００７０】 Ｖ_th＝１．２＋（２Ｌ_g ）／７ ……(2) 空隙インピーダンスＲ_g も、次式(3) を満足しながら変
化する。

【００７１】 Ｒ_g ＝１１．４( Ｌ_g )²＋１．７９（Ｌ_g ） ……(3) 放電電極２ｃに印加される高電圧Ｖ_h は、コスト、スペ
ースの面から、その上限を７ｋＶとする。また、放電先
端１個当たりの放電電流である（Ｉ_p ／Ｎ）が０．５μ
Ａ以上であるとすると、上式(1) 〜(3) より、 0.5 ×10^-6≦(I_p /N) ＝ [(7.0 ×10³-(1.2＋2L_g /7) ×10³]/[(11.4(L _g )²＋1.79 L_g ] × 10⁶ となり、Ｌ_g ≦１５．５（mm）が導出できる。このこと
から、放電ギャップＬ_gの上限値は約１５．５（mm）と
なる。

【００７２】加えて、０．４≦Ｌ_pg／Ｌ_c ＜０．５（後
述するように）、Ｌ_pg＝Ｌ_g −Ｌ_gr、及びＬ_gr≒１．０
（mm）の関係より、Ｌ_g ＝１５．５のとき、開口幅Ｌ_c
は約３０（mm）が限度となる。これ以上開口幅Ｌ_c を大
きくすると、放電が安定して行われなくなる。なお、開
口幅Ｌ_c を大きく設定すれば、帯電に要する時間が長く
なり、帯電特性は良くなるが、印加される高電圧の上限
が７ｋＶであるという制約条件下では、開口幅Ｌ_c は約
３０（mm）の上限値を有すると結論できる。

【００７３】次に、開口幅Ｌ_c とプロセススピードｖ_p
との関係について説明する。プロセススピードｖ_p が初
期設定されている場合、感光体ドラム５１が所定電位に
立ち上がるのに必要な最小帯電時間ｔ₀ はｔ₀ ＝Ｌ_c ／
ｖ_p で表される。したがって、開口幅Ｌ_c は次式(4) で
表される。

【００７４】 Ｌ_c ＝ｔ₀ ・ｖ_p ……(4) ここで、放電電流Ｉ_p ＝−４００μＡのとき、ｔ₀ は次
のようにして求めることができる。

【００７５】図６のシミュレーション回路に基づいて、
感光体ドラム５１に流れる電流Ｉ_dと放電電流Ｉ_p とを
実測した。この実測結果を示すと、図７のようになる。
ただし、感光体ドラム５１としてアルミニウム素管ドラ
ムを使用すると共に、開口幅Ｌ_c ＝１３（mm）、放電ギ
ャップＬ_g ＝９．５（mm）、グリッドギャップＬ_gr＝
１．０（mm）、グリッド電圧Ｖ_g ＝ＭＣケース電圧Ｖ_c
＝−６２０（Ｖ）という条件下で実測した。この結果、
Ｉ_p ＝−４００μＡに対応する感光体ドラム電流Ｉ_d は
約６６μＡであった。

【００７６】ここで、図６のグリッド２ｄ−感光体ドラ
ム５１間の等価回路は、感光体ドラム５１の帯電電位を
Ｖ_d （ｔ）とし、感光体ドラムの静電容量をＣとし、抵
抗をＲとすると、図８のようになり、この等価回路に基
づいて、次の近似式(5) が得られる。

【００７７】 Ｖ_d （ｔ）＝Ｖ_g 〔１−ｅ^(-t/CR) 〕 ……(5) 但し、Ｃ＝ε₀ ε₁ Ｓ／ｔ_OPC 、Ｒ＝Ｖ_g ／Ｉ_d で表さ
れ、ε₀ は真空誘電率を表し、ε₁ は感光体ドラムの比
誘電率を表し、ｔ_OPC は感光体膜厚（μｍ）を表し、Ｓ
は帯電領域の面積（mm² ）を表す。

【００７８】今、Ｖ_g ＝−６２０Ｖ、ε₀ ＝８．８５５
×１０^-12 、ε₁ ＝３．８８、ｔ_OPC ＝１７×１０^-6、
Ｓ＝１３（mm）×２１０（mm）とすると、ＣＲは、ＣＲ
＝ε₀ ε₁ ＳＶ_g ／（ｔ_OPC Ｉ_d ）≒５１．８３×１０
^-3となり、(5) 式を図で表すと、図９に示すようにな
る。

【００７９】図９より、感光体ドラム５１表面の帯電電
位が設定ドラム電位Ｖ_S ＝−６００（Ｖ）に到達するま
での時間ｔ₀ は、ｔ₀ ≒１７８（msec）である。ｔ₀ ＝
１７８を上式(4) に代入すると、Ｌ_c ＝１７８×１０^-3
・ｖ_p が得られ、図３の直線Ａが得られる。

【００８０】同様に、上式(5) において、Ｖ_g ＝−６２
０Ｖ、ε₀ ＝８．８５５×１０^-12、ε₁ ＝３．８８、
ｔ_OPC ＝３５×１０^-6、Ｓ＝１３（mm）×２１０（mm）
とすると、Ｉ_do＝６６μＡであるので、ＣＲは、ＣＲ＝
ε₀ ε₁ ＳＶ_g ／（ｔ_OPC Ｉ_do）≒２５．１７×１０^-3
となる。この場合、感光体ドラム５１表面の帯電電位が
設定ドラム電位Ｖ_S ＝−６００（Ｖ）に到達するまでの
時間ｔ₀ は、ｔ₀ ≒８６．４（msec）である。ｔ₀ ＝８
６．４×１０^-3を上式(4) に代入すると、Ｌ_c＝８６．
４×１０^-3・ｖ_p が得られ、図３の直線Ｂが得られる。

【００８１】以上より、図３において、直線Ａと直線Ｌ
_c ＝３０とで囲まれる領域内が最適な開口幅Ｌ_c 及びｖ
_p の組み合わせが得られる領域である。

【００８２】一般の膜厚ｔ_OPC の場合について、同様
に、感光体ドラム５１表面の帯電電位が設定ドラム電位
Ｖ_S ＝−６００（Ｖ）に到達するまでの時間ｔ₀ を求め
ると、ｔ₀ ＝ln(1-(600/620)) ×( ε₀ ε₁ SV_g )/(t
_OPC Ｉ_do) ≒3.02×10^-6/t_OPC となり、このｔ₀ を上式
(4) に代入すると、Ｌ_c ＝３．０２×１０^-6・ｖ_p ／ｔ
_OPC が求まる。したがって、一般に、Ｌ_c ＝３．０２×
１０^-6・ｖ_p ／ｔ_OPC と直線Ｌ_c ＝３０とで囲まれる領
域内に位置するように、Ｌ_c 、ｖ_p 、及び感光体の膜厚
ｔ_opcが設定されると、帯電の立ち上がりが速く、常に
放電が安定して行われ、感光体表面が均一に帯電され
る。

【００８３】以上のようにしてＳ１でシールドケース２
ａの開口幅Ｌ_c 、及び放電先端−グリッド間の距離Ｌ_pg
が設定された後、Ｓ２においてグリッド条件の最適化が
行われる。つまり、Ｓ２において、従来のようにして、
グリッドギャップ（グリッドから感光体ドラム５１表面
までの距離）とグリッドピッチの相関関係が設定され
る。

【００８４】ここで、放電先端のピッチ（鋸歯ピッチ）
と、放電ギャップ（放電先端−感光体ドラム５１の表面
間の距離）との相関関係について説明する。図１０は、
放電先端を備えた鋸歯帯電器の構成を示す説明図であ
り、放電ギャップＬ_g （mm）を隔てて、放電先端−感光
体ドラム５１の表面間に所定の印加電圧Ｖ_h が印加さ
れ、放電電極６２から感光体ドラム５１に対して放電電
流Ｉ_p （コロナ電流）が流れる。このときのＩ_p −Ｖ_h
特性は、図１１に示すようになり、ｋを比例定数、Ｖ₀
をコロナ放電が開始される限界電圧とすると、放電電流
Ｉ_p は、次式(7) で近似できる。

【００８５】 Ｉ_p ＝ｋＶ_h （Ｖ_h −Ｖ₀ ） ……(7) しかしながら、放電電流を実使用範囲（１ピン当たり
０．５μＡ以上）に限定すると、図１１から明らかなよ
うに、上式(7) の特性は十分線形性を備えており、直線
で近似できる。以後、この直線と、図１１の電圧軸Ｖ_h
との交点の電圧を放電開始電圧Ｖ_thと考える。つまり、
放電電極６２の放電特性は、印加電圧Ｖ_hが放電開始電
圧Ｖ_thを越えると、放電先端よりコロナ放電を開始し、
その後、印加電圧Ｖ_h の増加に比例して放電電流Ｉ_p が
増加する。

【００８６】ところで、空隙の影響を空隙インピーダン
スＲ_g の集中定数で表した１ピン当たりの等価回路を考
えると、図１２に示すようになる。この等価回路より、
放電先端（鋸歯）の個数をＮとすると、次式(8) が成り
立つ。

【００８７】 Ｉ_p ／Ｎ＝（Ｖ_h −Ｖ_th）／Ｒ_g ……(8) 上記放電電流Ｉ_p をできる限り小さく設定して、オゾン
発生量を低減することが必要であり、以下に、図１３を
参照しながら、放電電流Ｉ_p の最適化について説明す
る。

【００８８】放電先端ピッチＰが小さい場合、隣り合う
放電先端同士の電界が干渉しあって放電ムラが生じる一
方、ピッチＰが大きい場合、放電先端近傍とそうでない
部分とで放電電圧が著しく異なり放電ムラが生じる。
又、放電ギャップＬ_g が小さい場合、感光体ドラム５１
に対して局所的に放電されるので帯電電位ムラが生じる
一方、放電ギャップＬ_g が大きい場合、印加電圧Ｖ_h を
大きくしなければ放電が行われず、装置が大型化してし
まう。

【００８９】そこで、放電先端ピッチＰ（１（mm）、２
（mm）、３（mm）、及び４（mm））と、放電ギャップＬ
_g （６（mm）〜１０（mm））との各組み合わせに対し
て、ハーフトーン均一性が得られる最小の放電電流Ｉ_p
を測定すると、図１３に示すような測定結果を得た。こ
の測定結果から、放電電流Ｉ_p を最小にするためのＬ_g
／Ｐの最適値が存在することがわかる。図１３の曲線を
近似すると、次式(9）で表される。

【００９０】 Ｉ_p ＝〔−８９（（Ｌ_g ／Ｐ）−４．５）² −２９５〕 ……(9） 現行の帯電装置の多くは、放電ギャップＬ_g が１０（m
m）前後に設定されていることから考えると、放電先端
ピッチＰとしては、２（mm）付近に設定することによっ
て放電電流Ｉ_p を最小の電流に設定できる。放電電流の
上限値を−７００μＡ（放電用の高圧トランス等により
決まる）とすると、下限値が上式(9）で表されるので、
Ｉ_p ＝−７００と、上式(9）で表される曲線(9）とで囲
まれる領域内が、均一帯電を得る有効な領域である。

【００９１】上述のように、放電電流Ｉ_p が−７００
（μＡ）以下の小さい範囲に設定されるので、高圧発生
部６３が小さく構成でき、装置が小型化できる。しか
も、放電が安定して行われるので、感光体ドラム５１に
帯電電位ムラが発生することを確実に回避できる。又、
放電電流Ｉ_pが−７００（μＡ）以下の小さい範囲に設
定されるので、オゾンの発生量が低減し、種々の規格に
適合できる。この場合、（Ｌ_g ／Ｐ）を決めた後、ピッ
チＰを距離Ｌ_g の値に対応して設定することが好まし
く、これにより、設計時に、各種パラメータを短時間で
効率よく決めることができる。

【００９２】又、設計に際し、帯電装置を設置するスペ
ースが確保された場合、（Ｌ_g ／Ｐ）を決めた後、Ｌ_g
を決めることによってＰの最適値を設定できる。これに
より、設計時に、各種パラメータを短時間で効率よく決
めることができる。逆に、Ｐが固定の場合、帯電装置の
設置スペースの大きさがＰから特定できる。

【００９３】ここで、放電電流とオゾン発生量との関係
について説明する。放電電流Ｉ_p は、大きいほど、安定
して感光体ドラム５１の表面が帯電される一方、オゾン
発生量が増加してしまう。逆に、放電電流Ｉ_p が小さい
ほど、オゾン発生量は低減される一方、安定した放電が
行えなくなってしまう。

【００９４】放電電流に対するオゾン発生量の実測値、
及び各種規格との関係をまとめると次の表１のようにな
る。但し、ワイヤ方式の帯電装置における実測値、およ
びそのＵＬ規格換算値、ＢＡ規格換算値に基づいて算出
した（実測値が0.195(PPM)の時に、ＵＬ換算値は0.065
(PPM)であり、更に、ＢＡ（Blue Angel）換算値は0.082
(mg/m³)であることに基づいて算出した）。加えて、Ｂ
Ａ規格換算値については、温度２５℃、相対湿度５０％
における換算値である。

【００９５】

【表１】

【００９６】上記の表から明らかなように、オゾン発生
量を規格レベル内に抑えるためには、放電電流を−４０
０μＡ以下に設定する必要がある。したがって、Ｉ_p ＝
−４００を上限値とし、上式(9）で表される曲線(9）と
で囲まれる領域内が、均一帯電を得る有効な領域であ
る。

【００９７】放電電流Ｉ_p が−４００（μＡ）以下の範
囲で設定されることによって、高圧発生部６３がより小
さくなって装置をより小型化でき且つ帯電装置の設計時
の種々の制約が緩和されると共に、設計の自由度が増
し、環境問題に余裕を持って対処できる。しかも、感光
体表面に帯電電位ムラが発生することをよりいっそう確
実に回避できる。このとき、放電電流Ｉ_p が−４００
（μＡ）以下に設定されるので、オゾンの発生量は無視
し得る程度になり、従来必要であったオゾンフィルタが
不要となる。この場合、（Ｌ_g ／Ｐ）を決めた後、ピッ
チＰを距離Ｌ_g の値に対応して設定することが好まし
く、これにより、各種パラメータを決める上で短時間で
効率のよい設計が行える。

【００９８】ここで、放電電流の電流比率の最適化（上
述のＳ４）について説明する。グリッド電流Ｉ_gが多い
方が、ケース電流Ｉ_c が多いよりも帯電電位ムラは小さ
いという傾向がある。つまり、グリッド電流Ｉ_g を増加
させると、感光体ドラム５１に流れるドラム電流Ｉ_d が
安定する一方、ケース電流Ｉ_c を増加させると、Ｉ_gが
減少すると共にＩ_d も減少して安定しない。

【００９９】一定の放電電流Ｉ_p 下における、グリッド
電流Ｉ_g 、ケース電流Ｉ_c 、ドラム電流Ｉ_d 、及びシー
ルドケースのケース電圧Ｖ_c の関係を図１４乃至図１７
を参照しながら以下に説明する。

【０１００】図１４に示すように、グリッド電流Ｉ_g が
ドラム電流Ｉ_d よりも小さい領域（図１４中（Ａ）で示
す）では、グリッド制御が適切に行えず、この結果、帯
電の均一性が保持できなくなり、帯電電位ムラが発生し
易くなる。この領域では、グリッド電流Ｉ_g が小さいの
で、ドラム電流Ｉ_d も小さく、安定した値にならない。
ドラム電流Ｉ_d の不安定も、帯電電位ムラ発生の要因と
なる。

【０１０１】図１４中（Ｂ）で示す領域では、ケース電
流Ｉ_c がほとんど流れず、放電先端からの放電が安定し
なくなり、感光体ドラム５１の表面での帯電が不均一に
なるので、帯電電位ムラが発生し易くなる。

【０１０２】図１４中（Ｃ）で示す領域では、ケース電
流Ｉ_c は小さいが、その分グリッド電流Ｉ_g が大きくな
るので、帯電電位ムラは発生しない。このとき、ドラム
電流Ｉ_d も安定して流れるので、均一な帯電が保持され
る。

【０１０３】図１４中（Ｄ）で示す領域では、ケース電
流Ｉ_c とグリッド電流Ｉ_g とのバランスが保たれ、放電
が安定し、帯電の均一性が保持される。この領域で、画
像を形成すると、良質な画像形成が行える。

【０１０４】以上のように、グリッド電流Ｉ_g を大きく
すると、ドラム電流Ｉ_d が安定する。ケース電流Ｉ_c を
大きくすると、グリッド電流Ｉ_g が減少すると共にドラ
ム電流Ｉ_d も減少するので、ドラム電流Ｉ_d が安定しな
くなる。したがって、帯電電位ムラに対する対策として
は、グリッド電流Ｉ_g がケース電流Ｉ_c よりも大きくな
るように設定することが有効である。

【０１０５】図１５は、放電電流Ｉ_p が−３００μＡ一
定下、図１６は、放電電流Ｉ_p が−２００μＡ一定下、
及び図１７は、放電電流Ｉ_p が−１４０μＡ一定下にお
ける、グリッド電圧Ｖ_g が−６２０Ｖのときのグリッド
電流Ｉ_g 、ケース電流Ｉ_c、ドラム電流Ｉ_d 、及びシー
ルドケースのケース電圧Ｖ_c の測定結果をそれぞれ示し
ている。図１４乃至図１６中、斜線で示す領域では、帯
電電位ムラが発生しなかった。図１４乃至図１６から明
らかなように、放電電流Ｉ_p が大きいほど帯電電位ムラ
の発生しない領域が広く、放電電流Ｉ_p が小さいほど帯
電電位ムラの発生しない領域が狭くなる。

【０１０６】図１８に示す帯電装置の構成において、放
電電流Ｉ_p （全ての放電先端から感光体ドラム５１に流
れる電流の総和）を流し、その時のグリッド電流Ｉ_g 、
シールドケースに流れるケース電流Ｉ_c をそれぞれ測定
し（図１４乃至図１６参照）、各Ｉ_g ／Ｉ_c に対して複
写の均一性を実測し（ハーフトーンコピーの帯電電位ム
ラのレベルをチェックし）、全体的に判断して、帯電電
位ムラのない高品質レベルを維持できる放電電流値を実
測した。

【０１０７】この測定結果によれば、図１９に示すよう
に、直線ＡＢ上の値が各放電電流Ｉ_p において帯電電位
ムラのない高品質レベルを維持できるための放電電流値
の上限値を示す一方、直線ＡＣ上の値が各放電電流Ｉ_p
において帯電電位ムラのない高品質レベルを維持できる
ための放電電流値の下限値を示している。直線ＡＢは次
式(10)で表され、直線ＡＣは次式(11)で表される ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝−８．７８×１０^-3Ｉ_p −０．５４ …(10) ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝５×１０^-3Ｉ_p ＋０．６８ …(11) 放電電流Ｉ_p は、グリッド電流Ｉ_g 、ケース電流Ｉ_c 、
及び感光体ドラム５１に流れる電流の和で表されるが、
設定される（Ｉ_g ／Ｉ_c ）に応じて、放電の安定性、及
び感光体ドラム５１の表面の帯電電位ムラの発生の程度
が変化する。つまり、放電電流Ｉ_p が大きい場合、感光
体表面が安定して帯電される（（Ｉ_g ／Ｉ_c ）の影響を
受けにくい）一方、オゾン発生量が増加してしまう。逆
に、上記の放電電流Ｉ_p が小さい場合、オゾン発生量は
低減される一方、Ｉ_g 、Ｉ_c の絶対量とＩ_g ／Ｉ_c とが
帯電の均一性に大きく影響を与えることになる（図１９
参照）。

【０１０８】図１９において、放電電流Ｉ_p を−７００
（μＡ）以下の小さい範囲に設定すると、高圧発生部６
３（高圧トランス）が小さく構成でき、装置が小型化で
きる。しかも、放電が安定して行われる。また、放電電
流Ｉ_p が−７００（μＡ）以下の小さい範囲に設定され
るので、オゾンの発生量が低減する。さらに、Ｉ_g 、Ｉ
_c もパラメータとして考慮され、Ｉ_p ＝−７００、直線
ＡＢ、及び直線ＡＣで囲まれる領域（三角形ＡＢＣで示
される領域）内に位置するように、Ｉ_g 、Ｉ_c及びＩ_p
の値が設定されるので、通常の周囲環境下において、放
電の均一性が維持され、感光体表面に帯電電位ムラが発
生することを確実に回避できる。

【０１０９】ところで、放電電流Ｉ_p を−４００（μ
Ａ）以下に設定することが前述の理由により好ましい。
つまり、Ｉ_p ＝−４００、直線ＡＢ、及び直線ＡＣで囲
まれる領域（三角形ＡＥＦで示される領域）内に位置す
るように、Ｉ_g 、Ｉ_c 及びＩ_pの値を設定すると、高圧
発生部６３をより小さく構成できるので、装置全体とし
てより一層の小型化が可能となる。加えて、オゾンの発
生量が無視し得る程度に減少するので、従来必要であっ
たオゾンフィルタが不要となり、その分だけ設計スペー
スに余裕が生じると共に、オゾン発生量に係る種々の規
格を満足することができる。しかも、通常の周囲環境下
で、放電の均一性が維持される。この結果、感光体ドラ
ム５１表面に帯電電位ムラが発生することを確実に回避
できる。

【０１１０】上記の直線ＡＢ、直線ＡＣは、通常の周囲
環境（周囲温度が２０℃、相対湿度が５５％）下での測
定結果である。しかし、帯電装置は様々な周囲環境下で
使用され得る。このため、限界周囲環境（周囲温度が３
５℃、相対湿度が８５％）下においても正常に作動する
ことが望ましい。そこで、限界周囲環境下について以下
に説明する。

【０１１１】図１８に示す帯電装置の構成において、限
界周囲環境下について、通常の周囲環境下と同様に各Ｉ
_g ／Ｉ_c に対して複写の均一性を実測し、全体的に判断
して、帯電電位ムラのない高品質レベルを維持できる放
電電流値を実測した。

【０１１２】この測定結果によれば、図１９に示すよう
に、直線ＤＥ上の値が各放電電流Ｉ_p において帯電電位
ムラのない高品質レベルを維持できるための放電電流値
の上限値を示す一方、直線ＤＦ上の値が各放電電流Ｉ_p
において帯電電位ムラのない高品質レベルを維持できる
ための放電電流値の下限値を示している。直線ＤＥは次
式(12)で表され、直線ＤＦは次式(13)で表される ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝−８．７８×１０^-3Ｉ_p −２．３２ …(12) ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝５×１０^-3Ｉ_p ＋１．６８ …(13) 放電電流Ｉ_p を−４００（μＡ）以下に設定し且つＩ
_g 、Ｉ_c もパラメータとして考慮して直線ＤＥ、及び直
線ＤＦで囲まれる領域（三角形ＤＧＨで示される領域）
内に位置するように、Ｉ_g 、Ｉ_c 及びＩ_p の値を設定す
ると、高圧発生部６３をより小さく構成できるので、装
置全体としてより一層の小型化が可能となる。加えて、
オゾンの発生量が無視し得る程度に減少するので、従来
必要であったオゾンフィルタが不要となり、その分だけ
設計スペースに余裕が生じると共に、オゾン発生量に係
る種々の規格に適合できる。しかも、限界周囲環境下
で、放電の均一性が維持されるので、感光体ドラム５１
の表面に帯電電位ムラが発生することを確実に回避で
き、非常に信頼性の高い帯電装置を提供することができ
る。

【０１１３】図２０は、限界周囲環境下において、図１
９の縦軸を対数表示しないで（Ｉ_g／Ｉ_c ）表示したも
のである。図２０から明らかなように、放電電流Ｉ_p を
小さくしていくと、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）が１〜２の範囲で収
束する（図２１参照）。（Ｉ_g ／Ｉ_c ）が１以下におい
ては、放電電流Ｉ_p を大きく設定する必要がある。この
ことから、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）が１より大きいことが好まし
い。一方、放電の安定性を確保するためには、グリッド
電流Ｉ_g を大きくすると同時にケース電流Ｉ_cも大きく
することが有効であり、帯電電位ムラを考慮した場合、
（Ｉ_g ／Ｉ_c ）は１０以下であることが好ましい。な
お、図２１は、図２０において、円で囲んだ部分の拡大
図である。

【０１１４】以上のように、１＜（Ｉ_g ／Ｉ_c ）≦１０
の範囲でＩ_c よりもＩ_g を大きくすることによって、帯
電電位ムラの発生を回避できる。（Ｉ_g ／Ｉ_c ）を実現
するには、例えば、ＭＣケース２ａに負の電圧を印加す
ることによって、Ｉ_g をＩ_cよりも大きく設定できる。
これにより、放電の均一性が維持され、感光体ドラム５
１の表面に帯電電位ムラが発生することを確実に回避で
きる帯電装置の設計を効率良く行える。

【０１１５】ここで、前述の０．４≦（Ｌ_pg／Ｌ_c ）＜
０．５について説明する。放電先端−グリッド間の距離
であるＬ_pgを大きくすると、放電開始電圧Ｖ_thが大きく
なり、装置が大型化する。装置の小型化を図る場合、コ
スト及びスペース面から放電電極への印加電圧には上限
値があり、これより大きい印加電圧では放電を安定して
行うことができない。又、ＭＣケース２ａの開口幅Ｌ_c
は、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）を制御する機能があり、大きく設定
しすぎると、ケース電流Ｉ_c が減少し、放電が安定して
行われなくなってしまう。

【０１１６】（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／２））と、上記の（Ｉ_g
／Ｉ_c ）とは、図２２及び図２３に示すような関係にあ
る。図２２及び図２３に示すように、（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／
２））が１より小さくなると、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）が急激に
立ち上がり、グリッド電流Ｉ_g が大きくなる。逆に、
（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／２））が１より大きくなると、（Ｉ_g
／Ｉ_c ）が非常に小さくなり、ケース電流Ｉ_cが大きく
なる。なお、図２３は、図２２において、円で囲んだ部
分の拡大図である。

【０１１７】上述のように、１＜（Ｉ_g ／Ｉ_c ）≦１０
を満足することが好ましいので、この範囲に対応するよ
うに（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／２））の範囲を設定すれば（即
ち、０．４≦（Ｌ_pg／Ｌ_c ）＜０．５の範囲に設定すれ
ば）、帯電電位ムラを確実に回避できる。なお、図２２
に示すように、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝１は（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／
２））＝１に対応する一方、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝１０は
（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／２））＝０．８に対応している。この
ように、放電先端−シールドケース間の距離の１／２
と、放電先端−グリッド間の距離とがほぼ等しくなるよ
うに設定することによって、帯電電位の均一化が維持で
き、しかも、放電電流を低く抑えることが可能となる。

【０１１８】又、Ｌ_pg、Ｌ_c を決めることによって、Ｍ
Ｃケース２ａの形状を或る程度予測できるので、以降の
帯電装置の設計を効率良く短時間で行える。つまり、Ｌ
_pg及びＬ_cのうち何れか一方を決めれば、ＭＣケース２
ａの形状がほぼ決まる。このため、ＭＣケース２ａの小
型化に対しても容易に対応できる。

【０１１９】次に、グリッド電圧の最適化、及び放電電
流の最小化（Ｓ５〜Ｓ６）について説明する。ここで、
グリッド電圧Ｖ_g は、帯電時間Ｔ（シールドケースの開
口幅をプロセススピードで除した時間）を考慮して、帯
電時間Ｔ以内に感光体ドラム５１表面を所定の帯電電位
まで立ち上げ、更に、帯電電位が飽和電位Ｖ_S に達した
時の帯電電位ムラ（帯電電位のバラツキ）ΔＶが所定値
以下におさまるように設定したグリッド電圧を意味す
る。

【０１２０】グリッド電圧Ｖ_g を大きくすると、帯電の
立ち上がりが速くなり、飽和電位Ｖ_S に到達するまで
の時間も短縮されるので、帯電特性が向上する一方、帯
電電位ムラΔＶが大きくなる。逆に、グリッド電圧を小
さくすると、帯電電位ムラΔＶは小さくなる。感光体ド
ラム５１の表面の飽和電位Ｖ_S を安定させ且つ帯電のば
らつきを小さくするためには、放電電流Ｉ_p を大きくす
る必要があるが、オゾンの発生量も大きくなってしま
う。そこで、飽和電位Ｖ_S も安定化し、帯電電位ムラも
許容値以下であるようにグリッドに印加する電圧を設定
する必要がある。

【０１２１】放電電流Ｉ_p に対する、感光体ドラム５１
の飽和電位Ｖ_S 、及び帯電電位ムラΔＶをグリッド電圧
Ｖ_g をパラメータとして測定すると、図２４に示すよう
になった。図２４より明らかなように、放電電流Ｉ_p を
大きくすることによって、飽和電位Ｖ_S は安定し、帯電
電位ムラΔＶも低減された。つまり、放電電流Ｉ_p の大
きさが、感光体ドラム５１の表面の帯電電位の安定性に
大きく影響することがわかる。

【０１２２】図２４において、Ｖ_g1、Ｖ_g2、及びＶ_g3は
グリッド電圧を表し、Ｖ_g1≧Ｖ_g2≧Ｖ_g3の関係を満足す
るものとする。又、図２４において、Ｉ_P1、Ｉ_P2、
Ｉ_P3、Ｉ_P4、及びＩ_P5は放電電流を表し、Ｉ_P1≦Ｉ_P2≦
Ｉ_P3≦Ｉ_P4≦Ｉ_P5の関係を満足するものとする。

【０１２３】グリッド電圧Ｖ_g ＝Ｖ_g1の場合（グリッド
電圧が大きい場合）、飽和電位Ｖ_Sを安定させるために
は、放電電流がＩ_p ≧Ｉ_P1を満足することが必要であ
る。また、帯電電位ムラΔＶを所定値以下におさめるた
めには、放電電流がＩ_p ≧Ｉ_P4を満足することが必要で
ある。それゆえ、飽和電位Ｖ_S を安定させ且つ帯電電位
ムラΔＶを所定値以下に保持するためには、放電電流が
Ｉ_p ≧Ｉ_P4を満足することが必要である。

【０１２４】これに対して、グリッド電圧Ｖ_g ＝Ｖ_g3の
場合（グリッド電圧が小さい場合）、飽和電位Ｖ_S を安
定させるためには、放電電流がＩ_p ≧Ｉ_P5を満足するこ
とが必要である。また、帯電電位ムラΔＶが所定値以下
におさめるためには、放電電流がＩ_p ≧Ｉ_P2を満足する
ことが必要である。それゆえ、飽和電位Ｖ_S を安定させ
且つ帯電電位ムラΔＶを所定値以下に保持するために
は、放電電流がＩ_p ≧Ｉ_P5を満足することが必要であ
る。

【０１２５】以上より、感光体ドラム５１の表面を安定
させるためには、放電電流Ｉ_p を大きくすることが好ま
しいが、これに伴ってオゾン発生量も多くなってしま
う。そこで、放電電流Ｉ_pを低減するためには、例え
ば、放電電流がＩ_P1とＩ_P5との間で（例えば、Ｉ_p ≧Ｉ
_P3）、飽和電位Ｖ_S を安定させ且つ帯電電位ムラΔＶを
所定値以下に保持することが必要である。つまり、図２
４において、グリッド電圧Ｖ_g がＶ_g2に等しくなるよう
に設定すると、放電電流Ｉ_p を最小にできると共に、飽
和電位Ｖ_S を安定させることができ且つ帯電電位ムラΔ
Ｖを所定値以下に保持することができる。

【０１２６】グリッド電圧Ｖ_g の最適値を決定する際、
以上のように、感光体ドラム５１の表面の飽和電位Ｖ_S
の安定性、及び帯電電位ムラΔＶの両面を満足するのに
必要なグリッド電圧のうち、放電電流を最小にできるグ
リッド電圧が最適なグリッド電圧となる。

【０１２７】以上のように、帯電装置において、感光体
ドラム５１の表面を飽和電位Ｖ_S に帯電させる最小放電
電流をＩ_vsmin とし、感光体表面の帯電電位のバラツキ
を許容範囲内にするための最小放電電流をＩ_dvmin とす
ると、Ｉ_vsmin ≒Ｉ_dvmin となるように、グリッド電圧
Ｖ_g を設定することが好ましい。これにより、Ｉ_vsmin
≒Ｉ_dvmin となるようにグリッドに電圧が印加されるの
で、小さい放電電流にもかかわらず、飽和電位Ｖ_S も安
定化し、帯電電位ムラΔＶも所定値以下におさまる。放
電電流を小さく設定できるので、オゾンの発生量が小さ
くなると共に、感光体ドラム５１の表面は均一に帯電さ
れる。

【０１２８】ここで、環境条件（Ｓ７）について説明す
る。絶対湿度Ｄ_H に対する帯電電位ムラを生じない最小
の放電電流Ｉ_p との関係を測定すると、表２のような結
果を得た。これをプロットしたものが、図２５である。

【０１２９】

【表２】

【０１３０】なお、図２５中、２０℃、５５％（相対湿
度）が通常の周囲環境ＮＮ（NormalTemperature and No
rmal Humidity）を示し、３５℃、８５％（相対湿度）
が限界の周囲環境ＨＨ（High Temperature and High Hu
midity）を示している。

【０１３１】図２５より明らかなように、各測定点は、
Ｉ_p ＝−８．３１Ｄ_H −１２０．２で表される直線上に
位置し、この直線で示される値以上の放電電流Ｉ_p を流
すことによって、帯電電位ムラの発生は回避できた。な
お、表２において、絶対湿度９．５１（g/m³）のときが
通常の周囲環境（周囲温度が２０℃、相対湿度が５５
％）に対応し、絶対湿度３３．６４（g/m³）のときが限
界周囲環境（周囲温度が３５℃、相対湿度が８５％）に
対応する。

【０１３２】図１９の（Ｉ_g ／Ｉ_c ）は、絶対湿度の変
化に応じて変化する（図１９中の点線で示す直線ＰＱ、
直線ＰＲ参照）が、このとき上式Ｉ_p ＝−８．３１Ｄ_H
−１２０．２に応じて変化する。つまり、絶対湿度の変
化に応じて、直線ＰＱは直線ＡＢと直線ＤＥとの間で両
直線と同じ傾斜で変化する。又、絶対湿度の変化に応じ
て、直線ＰＲは直線ＡＣと直線ＤＦとの間で両直線と同
じ傾斜で変化する。直線ＰＱ、及び直線ＰＲは、(14)式
及び(15)式でそれぞれ表される。

【０１３３】 log(I_g /I_c ) ＝−8.78×10^-3 I_p −(0.07 × D_H −0.16) …(14) log(I_g /I_c ) ＝ 5×10^-3 I_p ＋(0.04 × D_H ＋0.28) …(15) 図１９において、直線ＡＢ、直線ＡＣが通常の周囲環境
下における特性を示し、直線ＤＥ、直線ＤＦが限界周囲
環境下における特性を示しているが、任意の絶対湿度に
対して、上式(14)(15)が成立するので、任意の周囲環境
（周囲温度及び相対湿度）に応じて放電の均一性が維持
できる。つまり、所望の絶対湿度Ｄ_H を上式(14)(15)に
代入し、上式(14)(15)で示される直線と、Ｉ_p ＝−４０
０（μＡ）とで囲まれる領域内に位置するように、Ｉ
_g 、Ｉ_c 及びＩ_p の値を設定することによって、通常の
周囲環境下から限界の周囲環境下にいたるまで、放電の
均一性が維持され、感光体ドラム５１の表面に帯電電位
ムラが発生することを確実に回避できる。

【０１３４】この場合、放電電流Ｉ_p が−４００（μ
Ａ）以下の小さい範囲に設定されるので、オゾンの発生
量が無視し得る程度になると共に高圧発生部６３が小さ
く構成でき、装置が小型化できる。しかも、放電が安定
して行われる。このため、従来必要であったオゾンフィ
ルタが不要となり、勿論、オゾンに係る前述の種々の規
格を満足することができる。

【０１３５】ここで、グリッド電流Ｉ_g 、ケース電流Ｉ
_c 、及びドラム電流Ｉ_d の最適化について説明する。放
電電流Ｉ_p は大きいほど、安定して放電が行われ感光体
ドラム５１表面の帯電電位ムラが小さくなる一方、オゾ
ンの発生量が多くなる。Ｉ_g、及びＩ_c は、放電電流の
ように、グリッド−放電先端間の距離Ｌ_pgとＭＣケース
２ａ−放電先端間の距離ｌ_c との比であるＬ_pg／ｌ_c に
応じて変化する一方、Ｉ_d はＬ_pg／ｌ_c に関係なく略一
定である。そこで、装置全体を大型化することなく、均
一な放電を行うためには、放電電流を小さく抑え且つＩ
_g 、Ｉ_d 及びＩ_c 間で特定の相関関係が成立することが
必要である。

【０１３６】図２６に示す帯電装置の構成において、感
光体ドラム５１−グリッド２ｄ間の距離（グリッドギャ
ップ）Ｌ_grを１mm（一定）とし、グリッド２ｄ−放電先
端間の距離をＬ_pgとし、放電先端−ＭＣケース２ａ間の
距離をｌ_c とすると、リーク放電がない場合、放電電流
Ｉ_p は次式(16)で表される。

【０１３７】 Ｉ_p ＝Ｉ_g ＋Ｉ_c ＋Ｉ_d ……(16) このとき、一定の放電電流Ｉ_p （−１４０μＡ、−１８
０μＡ）下で、ＭＣケース２ａのパラメータＬ_pg、ｌ_c
を可変してＩ_g 、Ｉ_c 、及びＩ_dの変化量を測定する
と、図２７に示す結果を得た。図２７に示すように、
（Ｌ_pg／ｌ_c ）に応じてＩ_g 、Ｉ_c が変化し、この変化
が感光体ドラム５１の帯電特性に大きな影響を与えてい
る。ただし、Ｉ_d は変化なく、ほぼ一定である。

【０１３８】図２８は、放電電流Ｉ_p ＝−１４０μＡの
ときの帯電電位ムラΔＶが（Ｌ_pg／ｌ_c ）に応じてどの
ように変化するかを示す測定結果である。図２８から明
らかなように、（Ｌ_pg／ｌ_c ）が１．１付近で帯電電位
ムラΔＶが最小になるが、帯電電位ムラΔＶが３０Ｖ以
下の場合を実用範囲と考えると、０．８≦（Ｌ_pg／ｌ
_c ）≦１．３５の範囲に設定することが好ましい。

【０１３９】図２９は、ＭＣケース２ａのパラメータＬ
_pg、ｌ_c を可変して、Ｉ_g 、Ｉ_c 、及びＩ_d の電流配分
を変化させて帯電の均一性を測定した結果を示してい
る。図２９から明らかなように、均一な帯電を得るのに
必要な最小の放電電流Ｉ_p は、（Ｌ_pg／ｌ_c ）に応じて
変化し、均一な帯電を得るのに必要な放電電流Ｉ_p の最
小値（最適値）は−１４０μＡであり、このときの（Ｌ
_pg／ｌ_c ）は、１．１付近に設定することが必要であ
り、このように設定することによって、放電電流が小さ
くなるので、オゾンの発生量も低減でき、環境問題に十
分対応できる。又、帯電電位ムラΔＶが３０Ｖ以下にな
る０．８≦（Ｌ_pg／ｌ_c ）≦１．３５の範囲で考える
と、均一な帯電を得るための放電電流としては、−１８
０μＡ程度でもよいことがわかる。

【０１４０】図２７に基づいて、ドラム電流Ｉ_d に対す
る電流比率を求めると、図３０のようになる。なお、図
３０においては、−１８０μＡ（一定）の放電電流Ｉ_p
下の測定結果も示されている。

【０１４１】図３０より、放電電流Ｉ_p が−１４０μＡ
の場合、０．８≦（Ｌ_pg／ｌ_c ）≦１．３５の範囲で
は、（Ｉ_g ／Ｉ_d ）＋（Ｉ_c ／Ｉ_d ）＝６上を（Ｉ_c
／Ｉ_d）及び（Ｉ_g ／Ｉ_d ）が（Ｌ_pg／ｌ_c ）に応じて
略リニアに変化すると共に、（Ｉ_c ／Ｉ_d ）≧１且つ
（Ｉ_g ／Ｉ_d ）≧１を満足することがわかる。

【０１４２】（Ｉ_c ／Ｉ_d ）≧１且つ（Ｉ_g ／Ｉ_d ）≧
１の範囲においては、図２８及び図２９から明らかなよ
うに、感光体ドラム５１表面を均一に帯電するための放
電電流Ｉ_p を小さく抑えることができると共に、帯電電
位ムラをより小さい範囲に抑えることができる。放電電
流Ｉ_p が小さくなるので、オゾンの発生量も低減でき、
環境問題に十分対応できる。

【０１４３】同様に、放電電流Ｉ_p が−１８０μＡの場
合、０．７≦（Ｌ_pg／ｌ_c ）≦１．４５の範囲では、
（Ｉ_c ／Ｉ_d ）≧１且つ（Ｉ_g ／Ｉ_d ）≧１が成り立
つと共に、（Ｉ_g ／Ｉ_d ）＋（Ｉ_c ／Ｉ_d ）＝８上を
（Ｉ_c ／Ｉ_d ）及び（Ｉ_g ／Ｉ_d）が（Ｌ_pg／ｌ_c ）に
応じて略リニアに変化する。

【０１４４】以上より、−１４０μＡ≦Ｉ_p ≦−１８０
μＡの範囲において、 （Ｉ_g ／Ｉ_d ）＋（Ｉ_c ／Ｉ_d ）＝６ （Ｉ_g ／Ｉ_d ）＋（Ｉ_c ／Ｉ_d ）＝８ （Ｉ_c ／Ｉ_d ）＝１、及び （Ｉ_g ／Ｉ_d ）＝１ で囲まれる領域内（図３１のＢＡＣＦＤＥで囲まれる領
域内参照）に位置するように、Ｉ_g 、Ｉ_c 及びＩ_d を
設定することによって、オゾン発生量が問題にならない
程度に放電電流Ｉ_p が小さく抑えられ、しかも均一な放
電が行われ、感光体ドラム５１表面の帯電電位ムラを確
実に低減できる。

【０１４５】特に、 （Ｉ_g ／Ｉ_d ）＋（Ｉ_c ／Ｉ_d ）＝６ １≦（Ｉ_c ／Ｉ_d ）≦５、及び １≦（Ｉ_g ／Ｉ_d ）≦５ で囲まれる領域内に位置するように、Ｉ_g 、Ｉ_c 及びＩ
_d を設定することが好ましい。これにより、帯電電位ム
ラΔＶを３０Ｖ以下にすることができる。このとき、放
電電流Ｉ_p は各Ｌ_pg／ｌ_c に対して最小（−１４０μ
Ａ）となり、これに伴うオゾンの発生量を従来よりも著
しく低減できるので、環境問題に対しても十分対応でき
る。しかも、均一な放電が行われ、感光体ドラム５１表
面の帯電電位ムラを確実に小さい範囲に抑えることがで
きる。

【０１４６】とりわけ、（Ｉ_g ／Ｉ_d ）＝（Ｉ_c ／Ｉ
_d ）＝３を満足するように、Ｉ_g 、Ｉ_c 及びＩ_d を設定
することが更に好ましい。この場合、最も放電が安定
し、帯電電位ムラΔＶを最小にすることができると共
に、均一帯電に必要な放電電流Ｉ_pを最小にできる。つ
まり、上記関係を満足することによって、帯電電位ム
ラ、放電電流、及びオゾン発生量が最小になり、装置の
小型化が可能となる。このような構成の帯電装置を複写
機に設ければ、最適な複写画質が得られる。

【０１４７】図２６において、Ｌ_grを１(mm)とし、Ｌ_pg
を８．５(mm)とし、ｌ_c を８．０(mm)とした場合の放電
電流Ｉ_p （帯電電位ムラを生じないために必要な最小放
電電流）に対するケース電流Ｉ_c の百分率（％）を測定
すると、図３２のような結果を得た。

【０１４８】放電電流Ｉ_p は、（Ｉ_c ／Ｉ_p ）の１０％
付近から緩やかに減少し、４０％〜５０％付近で最小と
なった後、緩やかに増加する。これは、次の理由によ
る。即ち、ケース電流Ｉ_c が小さいうちは放電が安定せ
ず、したがって放電電流Ｉ_p を多く流すことが必要であ
る。ケース電流Ｉ_c が大きくなると、放電は安定する
が、逆にグリッド電流Ｉ_g が減少するため、帯電の均一
性が得られなくなってしまう。それゆえ、中間付近であ
る４０％〜５０％付近で、帯電電位ムラを生じないため
に必要な最小放電電流が最小になる。

【０１４９】放電電極に印加される高電圧Ｖ_h は、（Ｉ
_c ／Ｉ_p ）に応じて図３２のように変化した。Ｖ_h は、
空隙インピーダンスＲ_g （ＭΩ）に応じて変化する。ケ
ース電流Ｉ_c が変化すれば、それに伴って空隙インピー
ダンスＲ_g も変化するので、本実施の形態では、ケース
電流Ｉ_c を可変することによって、Ｖ_h を可変してい
る。ケース電流Ｉ_c は、例えば、ＭＣケースに電圧を印
加したり、ＭＣケースに絶縁物を取り付けたりすること
によって、可変できる。例えば、Ｉ_c が小さいうちは、
Ｒ_g は大きくなるので、Ｖ_h も大きくすることが必要で
ある。Ｉ_c を徐々に増加させると、Ｒ_g は減少するの
で、Ｖ_h も小さくなる。

【０１５０】以上より、Ｖ_h は、（Ｉ_c ／Ｉ_p ）の１０
％付近からが大きく減少し、４０％〜５０％付近で最小
となった後、８０％付近まで再び増加する。Ｖ_h が再び
増加するのは、４０％〜５０％以降で放電電流Ｉ_p が増
加し、これに伴ってＶ_h も増加することに基づいてい
る。

【０１５１】図３２中には、消費電力Ｗ_h （＝Ｖ_h ×Ｉ
_p ）もプロットされているが、消費電力Ｗ_h は、Ｖ_h 、
Ｉ_p と同様に、（Ｉ_c ／Ｉ_p ）の４０％〜５０％付近で
最小になっている。

【０１５２】図３２のＩ_p 、Ｖ_h 、及びＷ_h より、０．
１≦（Ｉ_c ／Ｉ_p ）≦０．８の範囲（図中Ｔで示す範
囲）で、帯電電位ムラを生じないために必要な最小放電
電流Ｉ_p 、印加電圧Ｖ_h 、及び消費電力Ｗ_h を小さく設
定できるので、全体として、帯電装置の帯電効率を向上
できる。又、最小放電電流Ｉ_p を小さくできるので、オ
ゾン発生量も小さく、環境問題に十分対応できる。

【０１５３】特に、０．３≦（Ｉ_c ／Ｉ_p ）≦０．６の
範囲（図中Ｓで示す範囲）が好ましく、この場合、帯電
電位ムラを発生しない最小の放電電流、放電電極に印加
された電圧Ｖ_h、及び帯電装置で消費される電力Ｗ_h
は、共に、０．３≦（Ｉ_c ／Ｉ_p）≦０．６の範囲で最
小値になるように著しく減少する。したがって、０．３
≦（Ｉ_c ／Ｉ_p ）≦０．６の範囲でＩ_c 、Ｉ_p を設定す
ると、最適な帯電装置が設計できる。つまり、最小の放
電電流で帯電電位ムラを発生することなく感光体ドラム
５１表面を帯電できると共に、印加電圧Ｖ_h 、消費電力
Ｗ_h を最小にできる。放電電流が最小であるので、オゾ
ン発生量も最小となり、環境問題に十分対応できる。

【０１５４】ここで、本発明の他の実施の形態を図３３
を参照しながら説明すると、以下のとおりである。図３
３は、この帯電装置を模式的に表した説明図であり、図
１１は帯電装置の放電特性図であり、図３４は帯電装置
の等価回路図である。この帯電装置は定電流制御される
ものであり、高圧発生部６３から抵抗体７４（抵抗値：
Ｒ_c ）を介して高電圧Ｖ_h が放電先端６１−感光体ドラ
ム５１間（空隙インピーダンスＲ_g ）に印加されると、
抵抗体７４の両端に電圧降下を生じ、この電圧降下を用
いて放電（印加）電流の安定化が図られるよう構成され
ている。回路を流れる放電電流Ｉ_p は、次式(17)によっ
て求めることができる。

【０１５５】 Ｉ_p ＝（Ｖ_h −Ｖ_th）／（Ｒ_g ＋Ｒ_c ） ……(17) なお、Ｉ_p は１放電先端当たり１〜１．５μＡの合計で
あり、Ｖ_h は上限が７ｋＶであり、Ｖ_thは、放電ギャッ
プが７〜９mmの場合に３．２〜３．８ｋＶであり、Ｒ_g
は放電ギャップが７〜９mmの場合に環境を考慮して１５
０ＭΩ〜９５０ＭΩである。

【０１５６】図３５は、上記の挿入抵抗体７４の抵抗値
Ｒ_c に対する、帯電電位ムラを生じないために必要な最
小放電電流Ｉ_p の関係、高圧出力部（高圧トランス）の
出力電圧Ｖ_out（Ｒ_g ＝１５０ＭΩ時の特性）の関係、
及び高圧出力部の必要消費電力Ｗ_out（＝Ｉ_p ×Ｖ
_out ）の関係（実測値）をそれぞれ示している。図３５
から明らかなように、抵抗値Ｒ_c を大きくするほど、放
電のバラツキが吸収され、帯電電位ムラを生じないため
に必要な最小放電電流Ｉ_p を小さく設定できる。

【０１５７】Ｒ_c ≧５００（ＭΩ）においては、放電電
流Ｉ_p は飽和レベルに達するので、この範囲に抵抗値Ｒ
_c を設定することが好ましい。このとき、抵抗値Ｒ_c が
大きくなるほど、抵抗体７４に対して印加する電圧が高
圧となる。コスト及びスペースの面から、通常、７ｋＶ
程度が高圧の上限となる。このときの抵抗体の抵抗値
は、２５００ＭΩに相当する（図３５参照）。

【０１５８】一方、抵抗体の抵抗値が５００ＭΩよりも
小さくなると、空隙インピーダンスＲ_g （放電先端−感
光体表面間のインピーダンスであり、湿度等環境条件に
よって１５０ＭΩ〜９５０ＭΩの範囲で変化する）の大
きさによって、放電ムラを生じない最小の放電電流が大
きく変化し、放電が不安定となり好ましくない。

【０１５９】以上より、５００ＭΩ≦Ｒ_c ≦２５００Ｍ
Ω（図３５中、Ａで示す範囲参照）の抵抗値を有する抵
抗体７４を挿入することによって、装置を大型化するこ
となく、空隙インピーダンスによる影響を受けずに最小
の放電電流で感光体表面を均一に帯電でき、しかも低コ
ストな帯電装置を実現できる。

【０１６０】特に、６００ＭΩ≦Ｒ_c ≦８００ＭΩの抵
抗値を有する抵抗体７４を挿入することが好ましい。こ
れは、図３５より、６００ＭΩ≦Ｒ_c ≦８００ＭΩの範
囲（図３５中、Ｃで示す範囲参照）で、消費電力Ｗ_out
が最小となるからである。これにより、必要な高圧容量
を小さくできるので、より一層の帯電装置の小型化及び
省エネルギー化が可能となると共に、空隙インピーダン
スＲ_g による影響を受けずに最小の放電電流で感光体ド
ラム５１表面を均一に帯電できる。

【０１６１】ここで、上記の挿入抵抗体７４の種類につ
いて説明する。抵抗体７４としてフィルム抵抗体等の樹
脂抵抗体を使用すると、コストの面で有利である。この
場合、図３６に示すように、抵抗値Ｒ_c の両端に印加さ
れる電圧に応じて、抵抗値が変動した。図３６は、図３
７に示す回路構成において、印加電圧Ｖ_h を１．０ｋＶ
〜２．５ｋＶ（０．５ｋＶきざみ）の範囲で可変して挿
入抵抗体７４（抵抗値Ｒ_c ）への印加前及び印加後（３
０分印加後）における抵抗値Ｒ_c の変動率を測定するこ
とによって得た結果である。

【０１６２】ここで、抵抗体としてフィルム抵抗体を使
用した場合の抵抗値Ｒ_c の上限について以下に説明す
る。

【０１６３】図３６から明らかなように、フィルム抵抗
体は２ｋＶ以上の電圧が印加されると、絶縁破壊してし
まうので、２ｋＶ以下で使用することが望ましい。した
がって、前記(17)式において、Ｉ_p ×Ｒ_c ＝２０００と
なる。又、前述の式(3) から、Ｒ_g が９５０ＭΩのとき
に放電ギャップＬ_g は９．０(mm)であり、このとき、前
述の(2) 式より、Ｖ_th≒３．７８ｋＶになる。又、コス
ト及びスペースの面から、通常、７ｋＶ程度が高圧の上
限となる。以上より、放電先端１個当たりの放電電流Ｉ
_p は、(16)式に基づいて、次のように求められる。

【０１６４】 Ｉ_p ＝（Ｖ_h −Ｖ_th）／（Ｒ_g ＋Ｒ_c ） ＝(7000-3780-2000)/(950 ×10⁶)≒1.28（μＡ） ところで、フィルム抵抗体の耐圧が２ｋＶ以下であるの
で、その抵抗値Ｒ_c は、Ｒ_c ＝2000/(1.28×10^-6) ≒15
63（ＭΩ）となり、抵抗値Ｒ_c の上限としては１６００
（ＭΩ）程度が好ましい。

【０１６５】以上のように、挿入抵抗体として安価なフ
ィルム抵抗体等の樹脂抵抗体を使用し、その抵抗値を５
００ＭΩ≦Ｒ_c ≦１６００ＭΩの範囲（図３５中、Ａで
示す範囲参照）に設定するので、帯電装置を大型化する
ことなく、空隙インピーダンスによる影響を受けずに最
小の放電電流で感光体ドラム５１表面を均一に帯電で
き、しかもより一層低コストな帯電装置を実現できる。

【０１６６】ここで、本発明の更に他の実施の形態を図
３８を参照しながら説明すると、以下のとおりである。
図３８の構成によれば、放電電極２ｃからＭＣケース２
ａに流れる電流Ｉ_c （μＡ）を検出する電流検出器７０
を備えている。検出された電流Ｉ_c は、制御手段７１に
送られる。制御手段７１は、Ａ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／３）
とすると、Ａ≦ΔＩ_p≦（Ａ＋Ａ² ／Ｉ_p ）を満足する
ΔＩ_p を計算して高圧発生部６３に出力する。高圧発生
部６３は、放電電流Ｉ_p にΔＩ_p をフィードバックさせ
て、放電電極２ｃから大気中に流れる電流Ｉ_L （μＡ）
を補償するようになっている。

【０１６７】放電電流Ｉ_p は、Ｉ_p ＝Ｉ_g ＋Ｉ_c ＋Ｉ_d
＋Ｉ_L で表される。通常の周囲環境では、Ｉ_L ≒０であ
るが、周囲環境が変化して高温、多湿状態になると、電
流Ｉ_L が大きくなる。電流Ｉ_L が流れ出すと、Ｉ_g 、Ｉ
_c 、及びＩ_d がそれぞれ減少する。

【０１６８】ドラム電流Ｉ_d は若干減少し、帯電電位レ
ベルは低下（例えば、−６００Ｖから−５８０Ｖに低
下）する。Ｉ_g 、Ｉ_c の減少も、帯電電位ムラを招来す
る（例えば、ΔＶ＝±３０Ｖから±５０Ｖに増加す
る）。このように、放電の安定性、帯電の均一性が維持
できなくなり、帯電電位ムラが発生し、画像形成に悪影
響を与える。しかし、本実施の形態によれば、このＩ_L
に相当する電流をＭＣチャージャ５２にフィードバック
することによってＩ_L が補償されるので、常温、常湿時
に近い状態にすることができ、どのような周囲環境にお
いても、放電が安定化し、均一な帯電が行われる。以下
に詳細に説明する。

【０１６９】当初、Ｉ_g ：Ｉ_c ：Ｉ_d ＝３：３：１に設
定されていたとする。周囲環境が変化して、高温、多湿
状態になると、Ｉ_L が増加する。このとき、周囲環境が
変化してもＩ_g ：Ｉ_c ：Ｉ_d ＝３：３：１の関係は維持
されるとすると、ΔＩ_p ＝Ｉ_p −（Ｉ_g ＋Ｉ_c ＋Ｉ_d ）
＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／３）の電流量を放電電流Ｉ_p にフィ
ードバックすることによって、放電電流Ｉ_p は一定に保
たれ、Ｉ_L の影響を補償できる。

【０１７０】上記ΔＩ_p ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／３）を放電
電流Ｉ_p にフィードバックした場合、Ｉ_g 、Ｉ_c 、Ｉ
_d 、及びＩ_L の各電流値は、絶対湿度に応じて、図３９
に示すように変化するという測定結果を得た。図３９か
ら明らかなように、絶対湿度が高くなるにつれて、Ｉ_L
は大きくなるが、ΔＩ_p をフィードバックすることによ
って、Ｉ_p が常に一定に保たれると共に、（Ｉ_g ／Ｉ
_d ）及び（Ｉ_c ／Ｉ_d ）もほぼ一定の関係を保つ。つま
り、常温、常湿状態でＩ_g 、Ｉ_c 、Ｉ_d を最適比率（Ｉ
_g ：Ｉ_c ：Ｉ_d ＝３：３：１）に設定しておくと、上記
フィードバックを行うことによって、周囲の環境の変化
に伴って絶対値が変化しても、相互間の比率はほとんど
変化せず、３Ｉ_d ＝Ｉ_c ＝Ｉ_g が常に成り立つ。図３
９は、次の表３の測定結果に基づいている。

【０１７１】

【表３】

【０１７２】但し、表３中、(1) 〜(4) は、図３９にお
ける絶対湿度の小さい順に対応しており、(1) は温度２
０℃、相対湿度５５％、(2) は温度２５℃、相対湿度６
５％、(3) は温度３０℃、相対湿度６５％、(4) は温度
３５℃、相対湿度８５％にそれぞれ対応し、Ｉ_g 〜Ｉ_p
の単位はμＡである。又、絶対湿度(D_H ) は、相対湿度
をＲ_H とし、温度をｔとし、該温度ｔの飽和水蒸気圧を
ｅ_S とすると、次式(17)によって換算可能である。

【０１７３】Ｄ_H ＝０．７９４ｅ_S （Ｒ_H ／１００）／
（１＋０．００３６６ｔ）…(18)Ｉ_c は、上述のよう
に、電流検出器７０によって検出され、制御手段７１
は、検出されたＩ_c に基づいてΔＩ_p ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c
／３）（＝Ｉ_L ）を計算してＩ_L を補償する電流量とし
て高圧発生部６３に送る。高圧発生部６３では、Ｉ_pに
対してΔＩ_p がフィードバックされる。この結果、Ｉ_g
、Ｉ_c 、Ｉ_d はそれぞれΔＩ_g 、ΔＩ_c 、及びΔＩ_d
だけ減少する（このとき、Ｉ_g ：Ｉ_c ：Ｉ_d ＝３：３：
１がほぼ満足されると共に、ΔＩ_p ＝ΔＩ_g ＋ΔＩ_c ＋
ΔＩ_d が満足される）が、Ｉ_p は、フィードバックの前
後で一定の−１４０μＡを保持する。

【０１７４】上記のようにΔＩ_p ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／
３）＝Ａを放電電流Ｉ_pにフィードバックした場合、絶
対湿度に対する感光体ドラム５１の表面の帯電電位バラ
ツキΔＶ（ボルト）を測定した結果を図４０に示す。図
４０から明らかなように、ΔＩ_p のフィードバックがな
い場合、帯電電位バラツキΔＶは絶対湿度に応じて変化
し、限界の周囲環境下で８０Ｖ程度まで大きくなった。
これに対して、ΔＩ_p ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／３）をフィー
ドバックして補償した場合、限界の周囲環境下でも、帯
電電位バラツキΔＶを３０Ｖ以下に抑えることができ
た。このような構成を有する帯電装置を備えた複写機で
複写すると、安定した画質の画像が形成できた。

【０１７５】ところで、ΔＩ_p をフィードバックした場
合、このフィードバック電流ΔＩ_p＝Ｉ_L の一部はリー
クすることになる。このリーク電流量をΔＩ_L とする
と、ΔＩ_L ＝（ΔＩ_p ／Ｉ_p ）×Ｉ_L ＝（Ｉ_L ）² ／Ｉ
_p ＝Ａ² ／Ｉ_p で表される。したがって、Ａの代わり
に、ΔＩ_p ＝（Ａ＋Ａ² ／Ｉ_p ）の電流量をフィードバ
ックすると、図４０に示すように、更に帯電電位ムラは
ΔＩ_p ＝Ａの場合よりも小さく、常温、常湿時の状態に
より近くなった。なお、更に高次のフィードバック電流
を考慮すると更に補償精度が向上することが予想される
が、実際には、これ以上高次にすると、その分ΔＩ_p が
増加し、オゾン発生量の増加を招来するので好ましくな
い。

【０１７６】以上より、フィードバック電流ΔＩ_p とし
ては、Ａ≦ΔＩ_p ≦（Ａ＋Ａ² ／Ｉ_p ）を満足すること
が好ましい。

【０１７７】

【発明の効果】請求項１の発明の帯電装置は、以上のよ
うに、導電性ケースの開口幅（mm）をＬ_c とし、プロセ
ススピード（mm／sec ）をｖ_p とし、感光体の膜厚（μ
ｍ）をｔ_opc とすると、Ｌ_c 軸とｖ_p 軸とで形成される
座標上において、(1) 直線Ｌ_c＝３０、及び(2) 直線Ｌ_c
＝３．０２×１０^-6（ｖ_p ／ｔ_opc ）で囲まれる領域
内に位置するようにＬ_c 、ｖ_p 、及びｔ_opc が設定され
た構成である。

【０１７８】これにより、帯電の立ち上がりが速く且つ
常に放電が安定して行われると共に、感光体表面を均一
に帯電できる帯電装置を提供できる。従来、導電性ケー
スの形状は、他の帯電仕様を決める上で、電気的パラメ
ータおよび機械的パラメータへの影響度・依存性が大き
く、一義的に決定することは難しかったが、導電性ケー
スの開口幅の上限が予測できるようになったので、所望
の開口幅を短時間で効率良く設計できるという効果を併
せて奏する。

【０１７９】請求項２の発明の帯電装置は、以上のよう
に、上記の導電性ケースの開口幅（mm）をＬ_c とし、
上記の導電性ケースの開口幅（mm）をＬ_c とし、放電先
端とグリッドとの距離をＬ_pgとすると、０．４≦Ｌ_pg／
Ｌ_c ＜０．５を満足するようにＬ_c 及びＬ_pgが設定され
た構成である。

【０１８０】これにより、０．４≦Ｌ_pg／Ｌ_c ＜０．５
を満足するようにＬ_c 及びＬ_pgが設定されるので、安定
して放電が行われる。Ｌ_pg、Ｌ_c を決めることによっ
て、導電性ケースの形状を或る程度予測できるので、以
降の帯電装置の設計を効率良く短時間で行える。つま
り、Ｌ_pg及びＬ_c のうち何れか一方を決めれば、導電性
ケースの形状がほぼ決まる。このため、導電性ケースの
小型化に対しても容易に対応できるという効果を併せて
奏する。

【０１８１】請求項３の発明の帯電装置の設計方法は、
以上のように、(1) ０．４≦Ｌ_pg／Ｌ_c ＜０．５を満
足するように、導電性ケースの開口幅Ｌ_c （mm）、及び
放電先端とグリッドとの距離Ｌ_pgを設定する工程と、
(2) グリッドギャップとグリッドピッチとを設定する工
程と、(3) Ｉ_p 軸と（Ｌ_g ／Ｐ）軸とで形成される座標
上において、直線Ｉ_p ＝−７００、及び曲線Ｉ_p ＝〔−
８９（（Ｌ_g ／Ｐ）−４．５）² −２９５〕で囲まれる
領域内に位置するように、放電先端のピッチＰ、放電電
流Ｉ_p（μＡ）、及び放電先端と感光体表面との距離Ｌ_g
をそれぞれ設定する工程と、(4) （Ｉ_g ／Ｉ_c ）の常
用対数であるｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）軸と、放電電流であ
るＩ_p 軸とで形成される座標上において、直線Ｉ_p ＝−
７００、直線ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝−８．７８×１０
^-3Ｉ_p −０．５４、及び直線ｌｏｇ（Ｉ_g ／Ｉ_c ）＝５
×１０^-3Ｉ_p ＋０．６８で囲まれる領域内に位置するよ
うに、放電電流Ｉ_p （μＡ）、グリッド電流Ｉ_g （μ
Ａ）、及び放電先端から導電性ケースへの漏れ電流Ｉ_c
（μＡ）をそれぞれ設定する工程と、(5) 感光体表面を
上記の所定電位に帯電させる最小放電電流値と、感光体
表面の帯電電位のバラツキを許容範囲内にするための最
小放電電流値とが略等しくなるようにグリッドに印加す
る電圧を設定する工程と、(6) 周囲環境変化による感光
体の帯電電位及び帯電電位ムラの変化に基づいて放電電
流のマージンを設定する工程とを備えている。

【０１８２】これにより、(1) 〜(6) のように各種パラ
メータが設定されるので、低オゾン化及び装置の小型
化、コスト低減化が可能となる。また、従来の設計方法
に比べると、はるかに設計効率が良くなると共に、短時
間で最適設計を終えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＭＣチャージャの設計法を示すフロー
チャートである。

【図２】本発明の帯電装置を備えた複写機の構成例を示
す説明図である。

【図３】ＭＣケースの開口幅Ｌ_c とｖ_p との関係を示す
説明図である。

【図４】オゾン発生量の放電電流依存性の実測値を示す
説明図である。

【図５】鋸歯状の放電先端を備えた放電電極の放電特性
を説明するための等価回路図である。

【図６】プロセススピードが初期設定されている場合、
感光体ドラムが所定電位に立ち上がるのに必要な最小帯
電時間ｔ₀ を求めるためのシミュレーション回路図であ
る。

【図７】図６のシミュレーション回路に基づいて、感光
体ドラムに流れる電流と放電電流との実測値を示す説明
図である。

【図８】図６のグリッド−感光体ドラム間の等価回路図
である。

【図９】図８の一例を示す説明図である。

【図１０】放電電極の鋸歯状の放電先端の例を示す説明
図である。

【図１１】図１０の構成におけるＩ_p −Ｖ_h 特性を示す
説明図である。

【図１２】空隙の影響を空隙インピーダンスの集中定数
で表した１ピン当たりの等価回路図である。

【図１３】放電電流の最適化を示す説明図である。

【図１４】一定の放電電流下における、グリッド電流、
ケース電流、ドラム電流、及びシールドケースのケース
電圧の関係を示す説明図である。

【図１５】一定の放電電流下における、グリッド電流、
ケース電流、ドラム電流、及びシールドケースのケース
電圧の他の関係を示す説明図である。

【図１６】一定の放電電流下における、グリッド電流、
ケース電流、ドラム電流、及びシールドケースのケース
電圧の更に他の関係を示す説明図である。

【図１７】一定の放電電流下における、グリッド電流、
ケース電流、ドラム電流、及びシールドケースのケース
電圧の他の関係を示す説明図である。

【図１８】図１４乃至図１７の関係を導出するための構
成例を示す説明図である。

【図１９】図１８に示す帯電装置の構成において、放電
電流を流し、その時のグリッド電流Ｉ_g 、シールドケー
スに流れるケース電流Ｉ_c をそれぞれ測定し、各Ｉ_g ／
Ｉ_cに対して複写の均一性を実測し（ハーフトーンコピ
ーの帯電電位ムラのレベルをチェックし）、全体的に判
断して、帯電電位ムラのない高品質レベルを維持できる
放電電流値の実測値を示す説明図である。

【図２０】限界周囲環境下において、図１９の縦軸を対
数表示しないで（Ｉ_g ／Ｉ_c ）表示した説明図である。

【図２１】図２０において、円で囲んだ部分の拡大図で
ある。

【図２２】（Ｌ_pg／（Ｌ_c ／２））と、（Ｉ_g ／Ｉ_c ）
との関係を示す説明図である。

【図２３】図２２において、円で囲んだ部分の拡大図で
ある。

【図２４】放電電流Ｉ_p に対する、感光体ドラムの飽和
電位Ｖ_S 、及び帯電電位ムラΔＶをグリッド電圧Ｖ_g を
パラメータとして測定した結果を示す説明図である。

【図２５】絶対湿度Ｄ_H に対する帯電電位ムラを生じな
い最小の放電電流Ｉ_p との関係を測定した結果を示す説
明図である。

【図２６】一定の放電電流下で、ＭＣケースのパラメー
タＬ_pg、ｌ_c を可変してＩ_g 、Ｉ_c 、及びＩ_d の変化
量を測定するための説明図である。

【図２７】図２６の構成における測定結果を示す説明図
である。

【図２８】放電電流Ｉ_p ＝−１４０μＡのときの帯電電
位ムラΔＶが（Ｌ_pg／ｌ_c ）に応じてどのように変化す
るかを示す測定結果に係る説明図である。

【図２９】ＭＣケースのパラメータＬ_pg、ｌ_c を可変し
て、Ｉ_g 、Ｉ_c 、及びＩ_d の電流配分を変化させて帯電
の均一性を測定した結果を示す説明図である。

【図３０】図２７に基づいて、ドラム電流Ｉ_d に対する
電流比率を求めた場合の結果を示す説明図である。

【図３１】オゾン発生量が問題にならない程度に放電電
流Ｉ_p が小さく抑えられ、しかも均一な放電が行われ、
感光体ドラム５１表面の帯電電位ムラを確実に低減でき
るＩ_g 、Ｉ_c及びＩ_d の領域を示す説明図である。

【図３２】図２６において、Ｌ_grを１(mm)とし、Ｌ_pgを
８．５(mm)とし、ｌ_c を８．０(mm)とした場合の放電電
流（帯電電位ムラを生じないために必要な最小放電電
流）に対するケース電流の百分率（％）を測定した結果
を示す説明図である。

【図３３】本発明の他の実施の形態を示す説明図であ
る。

【図３４】図３３の帯電装置の等価回路図である。

【図３５】挿入抵抗体の抵抗値に対する、帯電電位ムラ
を生じないために必要な最小放電電流の関係、高圧出力
部（高圧トランス）の出力電圧の関係、及び高圧出力部
の必要消費電力の関係をそれぞれ示す説明図である。

【図３６】挿入抵抗体としてフィルム抵抗体を使用した
場合、該抵抗体の両端に印加される電圧に応じて、抵抗
値が変動することを示す説明図である。

【図３７】図３６の特性を得る際に使用した回路図であ
る。

【図３８】本発明の更に他の実施の形態の構成例を示す
説明図である。

【図３９】ΔＩ_p ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／３）を放電電流Ｉ
_p にフィードバックした場合、Ｉ_g 、Ｉ_c 、Ｉ_d 、及び
Ｉ_L の各電流値の絶対湿度依存性を示す説明図である。

【図４０】ΔＩ_p ＝（Ｉ_p −７Ｉ_c ／３）を放電電流Ｉ
_p にフィードバックした場合、絶対湿度に対する感光体
ドラム表面の帯電電位バラツキΔＶの測定結果を示す説
明図である。

【図４１】従来の帯電装置を備えた複写機の構成例を示
す説明図である。

【図４２】放電先端を有する電極を複数配列してなる従
来の鋸歯状電極を示す説明図である。

【図４３】図４２の鋸歯状電極を備えた従来のコロナ放
電装置において、各放電電極を別個の抵抗を介して高圧
電源に接続することによって、各放電電極に流れる電流
を安定に制御する構成例を示す説明図である。

【符号の説明】

５１ 感光体ドラム ５２ ＭＣチャージャ ２ａ ＭＣケース（導電性ケース） ２ｂ 絶縁性基板 ２ｃ 放電電極 ６３ 高圧発生部 ７０ 電流検出器 ７１ 制御手段 ７４ 抵抗体（フィルム抵抗体、樹脂抵抗体）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−11946（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−28300（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−98533（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−5746（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−92770（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−64375（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−181781（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−2314（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−28298（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−28299（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−160711（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−137191（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−137202（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−31545（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−137201（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−160712（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−171257（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定間隔で配された複数の放電先端を有す
   る放電電極と、感光体と対向する面が開口され電気的に
   絶縁した状態で該放電電極を支持する導電性ケースとを
   備え、放電先端と感光体表面との間に設けられたグリッ
   ドを介して、該放電電極に印加された電圧に応じて放電
   先端から感光体に対して放電し、該感光体表面を帯電さ
   せる帯電装置であって、 上記の導電性ケースの開口幅（mm）をＬ _c とし、プロセ
   ススピード（mm／sec）をｖ _p とし、感光体の膜厚（μ
   ｍ）をｔ _opc とすると、Ｌ _c 軸とｖ _p 軸とで形成される
   座標上において、 直線Ｌ _c ＝３０、及び 直線Ｌ _c ＝３．０２×１０ ^-6 （ｖ _p ／ｔ _opc ） で囲まれる領域内に位置するようにＬ _c 、ｖ _p 、及びｔ
   _opc が設定されている ことを特徴とする帯電装置。
2. 【請求項２】所定間隔で配された複数の放電先端を有す
   る放電電極と、感光体と対向する面が開口され電気的に
   絶縁した状態で該放電電極を支持する導電性ケースとを
   備え、放電先端と感光体表面との間に設けられたグリッ
   ドを介して、該放電電極に印加された電圧に応じて放電
   先端から感光体に対して放電し、該感光体表面を帯電さ
   せる帯電装置であって、 上記の導電性ケースの開口幅（mm）をＬ _c とし、放電先
   端とグリッドとの距離をＬ _pg とすると、０．４≦Ｌ _pg ／
   Ｌ _c ＜０．５を満足するようにＬ _c 及びＬ _pg が設定され
   ている ことを特徴とする帯電装置。
3. 【請求項３】所定間隔で配された複数の放電先端からグ
   リッドを介して感光体に対して放電し、該感光体表面を
   帯電させる帯電装置の設計方法であって、 ０．４≦Ｌ _pg ／Ｌ _c ＜０．５を満足するように、導電性
   ケースの開口幅Ｌ _c （m m）、及び放電先端とグリッドと
   の距離Ｌ _pg を設定する工程と、 グリッドギャップとグリッドピッチとを設定する工程
   と、 Ｉ _p 軸と（Ｌ _g ／Ｐ）軸とで形成される座標上におい
   て、直線Ｉ _p ＝−７００、及び曲線Ｉ _p ＝〔−８９
   （（Ｌ _g ／Ｐ）−４．５） ² −２９５〕で囲まれる領域
   内に位置するように、放電先端のピッチＰ、放電電流Ｉ
   _p （μＡ）、及び放電先端と感光体表面との距離Ｌ _g を
   それぞれ設定する工程と、 （Ｉ _g ／Ｉ _c ）の常用対数であるｌｏｇ（Ｉ _g ／Ｉ _c ）
   軸と、放電電流であるＩ _p 軸とで形成される座標上にお
   いて、直線Ｉ _p ＝−７００、直線ｌｏｇ（Ｉ _g ／Ｉ _c ）
   ＝−８．７８×１０ ^-3 Ｉ _p −０．５４、及び直線ｌｏｇ
   （Ｉ _g ／Ｉ _c ）＝５×１０ ^-3 Ｉ _p ＋０．６８で囲まれる
   領域内に位置するように、放電電流Ｉ _p （μＡ）、グリ
   ッド電流Ｉ _g （μＡ）、及び放電先端から導電性ケース
   への漏れ電流Ｉ _c （μＡ）をそれぞれ設定する工程と、 感光体表面を上記の所定電位に帯電させる最小放電電流
   値と、感光体表面の帯電電位のバラツキを許容範囲内に
   するための最小放電電流値とが略等しくなるようにグリ
   ッドに印加する電圧を設定する工程と、 周囲環境変化による感光体の帯電電位及び帯電電位ムラ
   の変化に基づいて放電電流のマージンを設定する工程と
   を備えた帯電装置の設計方法。