JP3607531B2

JP3607531B2 - 帯電装置

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Publication number: JP3607531B2
Application number: JP14969499A
Authority: JP
Inventors: 敏央山中; 善也木下; 英明門脇; 直幸原田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: US20010046394A1; JP2000338747A; US6421514B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー（現像剤）によって画像を形成する電子写真方式の画像形成装置に使用される帯電装置に関し、特にトナー像が形成される感光体を帯電するための帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、トナーと同一極性に帯電された感光体ドラムを露光して静電潜像を形成し、この潜像をトナーで現像してトナー像を形成する（一般に反転現像方式と呼称される）電子写真方式の複写機では、露光前の感光体ドラムを一様に帯電させるための帯電装置、露光装置、現像装置等が感光体ドラムの周囲に設けられている。さらに、転写装置、クリーニング装置および除電装置も設けられている。
【０００３】
この感光体ドラムの表面において各装置による画像形成処理が実行されるが、図１１に感光体ドラムＡの表面に対する各装置によって施される処理領域の関係を示す。ここで、帯電領域、露光領域（＝画像領域）、現像領域、転写領域、クリーニング領域および除電領域のそれぞれの長さを、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６とすると、
Ｌ２＜Ｌ１ｏｒＬ３ｏｒＬ４（１）
Ｌ１ｏｒＬ３ｏｒＬ４＜Ｌ５＜Ｌ６（２）
となる。（１）式のようになっているのは、帯電、露光によって形成された静電潜像を確実に現像、転写するためである。すなわち、帯電領域の端部は帯電電位が不安定であったり不均一であるので、画像領域に対して所定の帯電マージンを設けるためであり、現像領域の端部は現像が不安定であったり不均一であるので、画像領域に対して所定の現像マージンを設けるためであり、転写領域の端部は転写電位が不安定であったり不均一であるので、画像領域に対して所定の転写マージンを設けるためである。また、（２）式のようになっているのは、感光体表面のクリーニングと除電を確実に行えるように、クリーニング領域にＬ１〜Ｌ４のうちの最も幅広の領域に対してクリーニングマージンを設けるためであり、除電領域にクリーニング領域に対して所定の除電マージンを設けるためである。なお、Ｌ１、Ｌ３およびＬ４の大小関係は任意である。
【０００４】
しかしながら、このような複写機では、感光体ドラムにおける帯電されない領域である帯電領域の外側の非画像領域では、電荷を保持しないため電位が低くなって現像処理によってトナーが付着しやすい領域となっている。そのため、この領域に付着したトナーによって、転写用紙や複写機内の汚染、トナーの浪費が招来されてしまうという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するために、実開平３−１２５３５８号公報には、スコロトロン方式の帯電装置、すなわち感光体ドラムの画像領域における帯電量の増減や均一化といった帯電量調節のためのグリッドを備えた帯電装置を有する複写機において、画像領域より長いグリッドを用いるとともに、画像領域外にある帯電領域に対応したグリッドの両端部分を感光体ドラム側に湾曲させることが開示されている。これによって、グリッドを感光体ドラム側に湾曲させない場合に比して、画像領域外の画像領域の電位の絶対値が現像電位の絶対値より小さくなる箇所（反転現像方式故、帯電領域の電位と現像電位は同極性となる）にトナーが付着し、用紙上に黒筋として転写されるのを防止している。
【０００６】
なお、スコロトロン方式の帯電装置を図１２に示す。感光体ドラムに静電荷を与えるための荷電粒子を発生する放電体１が絶縁性の電極ホルダー２に取り付けられ、チャージャケース３に内装されている。放電体１の前方には、放電体１からの粒子流の通過を規制して均一化するグリッド４が設けられ、その両端がホルダー５に突設された爪６に係合されて、グリッド４は引っ張られた状態で保持されている。なお、７は電極である。ここで、このグリッド４のない帯電装置がコロトロン方式とされ、スコロトロン方式は、感光体ドラムにおける帯電電位の一様性をより向上できる点においてコロトロン方式より優れている。
【０００７】
しかしながら、上記のようにグリッドを感光体ドラム側に湾曲させてしまうと、画像領域に対向する部分のグリッドの平面性が失われてしまうため、画像領域における電位の一様性が低下してしまうという問題が発生する。また、帯電領域外の感光体ドラムの非画像領域の電位が現像電位よりもその絶対値が小さいために、帯電領域外の現像領域と重なる箇所にトナーが付着して、トナーが不要に消費され、感光体ドラムから回収される廃棄トナーも増えて、廃棄トナー容器のライフが短くなるといった問題も生じる。さらに、上述のように現像領域よりも幅広いクリーニング領域が設けられていても、クリーニングブレードを使用して感光体ドラムからトナーを掻き落とす場合、一部のトナーはクリーニングブレードのエッジに沿って感光体ドラム端部方向に移動するため、このように画像領域外に付着して用紙に転写しないトナーがクリーニングブレードの側端に設けられたシール体に余分な負担をかけることになり、シール性が早期に低下するといった問題を生じる。
【０００８】
また、上述の問題を解決するため、特開平４−１７２３７９号公報には、コロトロン方式の帯電装置を備えた複写機において、感光体ドラム表面上の静電潜像が形成される領域である画像領域および現像領域よりも帯電領域を広くすることによって、上記のようなトナー付着を防止する技術が開示されている。しかしながら、この方式では、トナー付着の防止を図ることは簡単に行えるが、グリッドを備えていないので、画像領域の電位の一様性を高めて高画質を得るには不向きであり、帯電むらが生じて画像不良の原因になるという問題がある。
【０００９】
さらに、別の問題として以下のものがある。感光体ドラムには、製造作業の簡素化のために、導電性の感光体基体上に塗布する感光層を基体の縁まで塗布せず、縁から一定の幅だけ基体が露呈したものがある。また、感光層の塗布後に基体の端部に生じる塗布液の盛り上がりを除去するために拭き取りを行って製造されるが、これにより感光層が拭き取られない部分に比して端部の電気絶縁性が低下する。このような感光体ドラムに対して単にグリッドを配置しただけでは、露呈した基体端部あるいは拭き取りを行った基体端部といった低絶縁性部位とグリッドとの距離が接近するので、この間でリーク放電し、感光層を損なうことがある。これは、基体のアースをとるために感光体ドラムのフランジに導電性樹脂等を採用した場合にも問題となる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記に鑑み、画像領域を均一に帯電しながら非画像領域へのトナー付着の防止を図れる帯電装置の提供を目的とする。さらに、スコロトロン方式の帯電装置において、グリッドから感光体側へのリーク放電を防止することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による課題解決手段は、スコロトロン方式およびコロトロン方式を組み合わせることによって、両者の長所を活かして画像領域を均一に帯電しながら非画像領域へのトナー付着の防止を図るものであり、感光体表面の画像領域をスコロトロン方式で帯電して、非画像領域をコロトロン方式で帯電するようにしている。
【００１２】
これを実現するためには、グリッドを画像領域に対向する規制部と非画像領域に対向する非規制部とから構成すればよい。なお、非規制部は、非画像領域全体に対向していなくても、少なくとも画像領域外にある現像領域に対向していればよい。そして、感光体表面の画像領域に対しては、放電体からの粒子流の通過を所定の電位により規制することによって、均一な粒子流を安定的に供給することができる。一方、非規制部によって、少なくとも画像領域外にある現像領域を現像電位以上の電位となるように放電体からの粒子流の通過を許容することにより、非画像領域を現像電位以上の電位とすることができ、この領域でのトナーの付着を防止する。
【００１３】
しかも、グリッドの非規制部を感光体から所定の距離だけ隔てて配置しておくと、所定の電位で感光体端部の低絶縁性部位に対してリーク放電しないようにできる。この場合、グリッドに開口を形成して非規制部とすると、簡単な構造にできる。また、グリッドを感光体から遠ざかる方向に引っ張って張架すると、グリッドの平面性が低下することがなくなり、安定した帯電を行える。これによって、グリッドを感光体に接近させて配置することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る画像形成装置の実施形態を図１に基づいて説明する。本画像形成装置であるデジタルカラー複写機では、複写機本体の上面に原稿台１１１および操作パネルが設けられ、複写機本体の内部に画像読み取り部１１０、画像形成部２１０および給紙機構２１１が設けられて構成される。原稿台１１１の上方には、原稿台１１１に対して開閉可能な状態で支持され、原稿台１１１上面に対して所定の位置関係をもって両面自動原稿送り装置（ＲＡＤＦ；ＲｅｖｅｒｓｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｃＤｏｃｕｍｅｎｔＦｅｅｄｅｒ）１１２が装着されており、両面自動原稿送り装置１１２を開けると原稿台１１１上に原稿を直接載置できる。
【００１５】
この両面自動原稿送り装置１１２は、まず原稿の一方の面が原稿台１１１の所定位置において画像読み取り部１１０に対向するように原稿を搬送し、この一方の面についての画像読み取りが終了した後に、他方の面が原稿台１１１の所定位置において画像読み取り部１１０に対向するよう原稿を反転して原稿台１１１に向かって搬送するようになっている。そして、両面自動原稿送り装置１１２は、１枚の原稿について両面の画像読み取りが終了した後にこの原稿を排出し、次の原稿についての両面搬送動作を実行する。この原稿搬送および表裏反転の動作は、複写機全体の動作に関連して複写機本体に内蔵された制御装置によって制御されるものである。
【００１６】
画像読み取り部１１０は、両面自動原稿送り装置１１２により原稿台１１１上に搬送されてきた原稿の画像を読み取るために、原稿台１１１の下方に配置されている。画像読み取り部１１０は、原稿台１１１の下面に沿って平行に往復移動する第１，第２走査ユニット１１３，１１４と、光学レンズ１１５と、光電変換素子であるＣＣＤラインセンサ１１６とを有している。
【００１７】
第１走査ユニット１１３は、原稿画像表面を露光する露光ランプと、原稿からの反射光像を所定の方向に向かって偏向する第１ミラーとを備え、原稿台１１１の下面に対して一定の距離を保ちながら所定の走査速度で平行に往復移動するものである。第２走査ユニット１１４は、第１走査ユニット１１３の第１ミラーにより偏向された原稿からの反射光像をさらに所定の方向に向かって偏向する第２および第３ミラーとを備え、第１走査ユニット１１３と一定の速度関係を保って平行に往復移動するものである。
【００１８】
光学レンズ１１５は、第２走査ユニット１１４の第３ミラーにより偏向された原稿からの反射光像を縮小し、縮小された光像をＣＣＤラインセンサ１１６上の所定位置に結像させるものである。
【００１９】
ＣＣＤラインセンサ１１６は、結像された光像を順次光電変換して電気信号として出力するものである。ＣＣＤラインセンサ１１６としては、白黒画像あるいはカラー画像を読み取り、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色成分に色分解したラインデータを出力することのできる３ラインのカラーＣＣＤである。このＣＣＤラインセンサ１１６により電気信号に変換された原稿画像情報は、さらに制御装置内の画像処理部に転送されて所定の画像データ処理が施される。
【００２０】
画像読み取り部１１０の下方には画像形成部２１０が配され、画像形成部２１０の下方には、用紙トレイ２５０内に積載収容されている用紙Ｐを１枚ずつ分離して画像形成部２１０に向かって供給する給紙機構２１１が設けられている。
【００２１】
画像形成部２１０は、図２に示すように、黒画像を形成するための第１の画像形成ステーションＰａ、シアン画像を形成するための第２の画像形成ステーションＰｂ、マゼンタ画像を形成するための第３の画像形成ステーションＰｃ、および黄色画像を形成するための第４の画像形成ステーションＰｄと、各画像形成ステーションＰａ、Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｄに対応したレーザービームスキャナユニット（ＬＳＵ）２２７ａ〜２２７ｄと、転写機構２１３とを備えている。第１の画像形成ステーションＰａ、第２の画像形成ステーションＰｂ、第３の画像形成ステーションＰｃ、および第４の画像形成ステーションＰｄは、転写機構２１３の上方に近接して、用紙搬送方向の上流側から順に並設されている。
【００２２】
転写機構２１３は、駆動ローラ２１４と従動ローラ２１５との間に略平行に伸びるように張架された搬送ベルト２１６および吸着用帯電器２２８、除電器２２９を有している。なお、２３０は搬送ベルト２１６上に付着したトナーや紙粉を除去するクリーニング装置である。
【００２３】
吸着用帯電器２２８は、画像形成ステーションＰａとレジストローラ２１２との間に設けられたローラであり、搬送ベルト２１６と用紙Ｐとが静電気力で引き合うようにするためのものである。すなわち、搬送ベルト２１６と帯電器２２８とで用紙Ｐを挟持しているとき、帯電器２２８から印加された高電圧により、搬送ベルト２１６と用紙Ｐとが静電気力で引き合って、用紙Ｐが搬送ベルト２１６に静電吸着されることで、搬送中における用紙Ｐのずれを防止している。
【００２４】
除電器２２９は、第４の画像ステーションＰｄより下流側で駆動ローラ２１４のほぼ真上に配置されている。この除電器２２９には、搬送ベルト２１６の表面を除電するための交流電流が印加されており、搬送ベルト２１６に静電吸着されている用紙Ｐを搬送べルト２１６から分離するためのものである。
【００２５】
そして、搬送ベルト２１６は駆動ローラ２１４および従動ローラ２１５によって図１において矢印Ｚで示す方向に摩擦駆動され、吸着用帯電器２２８により搬送ベルト２１６を帯電させて、給紙機構２１１を通じて給送される用紙Ｐを静電吸着して用紙Ｐを画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄへと順次搬送する。
【００２６】
搬送べルト２１６の下流側には、用紙Ｐ上に転写されたトナー像を定着するための定着装置２１７が配置されており、この定着装置２１７の一対の定着ローラ間におけるニップ部を通過した用紙Ｐは、複写機本体の外部に排出される。
【００２７】
各画像ステーションＰａ〜Ｐｄは、実質的に同一の構成を有しており、図１に示す矢印Ｆ方向に回転駆動される感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄをそれぞれ備えている。各感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄの周辺には、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄをそれぞれ一様に帯電する帯電装置２２３ａ〜２２３ｄと、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上に形成された静電潜像をそれぞれ現像する現像装置２２４ａ〜２２４ｄと、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上のトナー像を用紙Ｐへ転写する転写用放電器２２５ａ〜２２５ｄと、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上に残留するトナーを除去するクリーニング装置２２６ａ〜２２６ｄとが感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄの回転方向に沿って順次配置されている。
【００２８】
各感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄは、光導電性の感光層が基体表面に形成され端部が塞がれた円筒体であり、矢印Ｆ方向に回転駆動されるように設定されている。なお、ドラム状に限らず無端ベルト状にすることも可能である。
【００２９】
そして、現像装置２２４ａには黒色のトナーが、現像装置２２４ｂにはシアン色のトナーが、現像装置２２４ｃにはマゼンタ色のトナーが、現像装置２２４ｄには黄色のトナーがそれぞれ収容されており、これらのトナーによって感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上に生成された静電潜像を現像し、トナー像を生成する機能を有している。
【００３０】
帯電装置２２３ａ〜２２３ｄは、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄをそれぞれ一様に帯電するためのスコロトロン方式のコロナ放電器である。転写用放電器２２５ａ〜２２５ｄは、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上のトナー像を用紙Ｐヘ転写するためのコロナ放電器である。なお、図２に示すように、これら転写用放電器２２５ａ〜２２５ｄでは、制御装置に従属する制御部２３１によって電源Ｖ１〜Ｖ４が制御されることによりそのパワー（電位）が設定されるようになっている。さらに、クリーニング装置２２６ａ〜２２６ｄは、用紙Ｐヘの転写後に感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上に残留するトナーを除去するものである。
【００３１】
なお、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄにおける軸方向の長さは、用紙Ｐの幅よりやや長めに設定されている。したがって、静電潜像やトナー像（画像）は、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ表面全体ではなく中央の領域のみに形成される。そこで、以下では、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄにおける画像形成領域を画像領域Ｘとするとともに、画像が形成されない両端部の領域を非画像領域Ｙとする。
【００３２】
各感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄの上方には、レーザービームスキャナユニット２２７ａ〜２２７ｄがそれぞれ配置されている。レーザービームスキャナユニット２２７ａ〜２２７ｄは、画像データに応じて変調されたドット光を発する半導体レーザ素子である半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４、半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４からのレーザービームを主走査方向に偏向させるためのポリゴンミラー（偏向装置）２４０ａ〜２４０ｄと、ポリゴンミラ−２４０ａ〜２４０ｄにより偏向されたレーザビームを感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ表面に結像させるためのｆθレンズ２４１ａ〜２４１ｄやミラー２４２ａ〜２４２ｄ、２４３ａ〜２４３ｄなどから構成されている。半導体レーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４では、制御装置に従属する制御部２３２によりそのパワーや光発生のタイミングが制御される。
【００３３】
レーザービームスキャナユニット２２７ａにはカラー原稿画像の黒色成分像に対応する画素信号が、レーザービームスキャナユニット２２７ｂにはカラー原稿画像のシアン色成分像に対応する画素信号が、レーザービームスキャナユニット２２７ｃにはカラー原稿画像のマゼンタ色成分像に対応する画素信号が、そしてレーザービームスキャナユニット２２７ｄにはカラー原稿画像の黄色成分像に対応する画素信号がそれぞれ入力される。これにより色変換された原稿画像情報に対応する静電潜像が各感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上に形成される。そして、各現像装置２２４ａ〜２２４ｄによって感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上の静電潜像は、各色のトナーにより現像される。このように、画像形成部２１０にて色変換された原稿画像情報が各色のトナー像として再現される。
【００３４】
給紙機構２１１は、画像形成部２１０にて生成された各色のトナー像を用紙Ｐに転写させるために、用紙Ｐを画像形成部２１０の所定位置に搬送するものである。さらに、トナー像が転写されて定着された後、用紙Ｐを外部に排出する機能や片面に画像が形成された用紙Ｐを画像形成部２１０の画像形成にタイミングを合わせて画像形成部２１０に再供給搬送する機能も有している。
【００３５】
すなわち、給紙機構２１１は、用紙トレイ２５０から用紙Ｐを１枚ずつ取り出す取出しローラ２５１、搬送路Ｓ１，Ｓ２中で用紙Ｐを搬送する複数の搬送ローラ２５２、レジストローラ２１２、搬送方向切り換えゲート２１８、排紙ローラ２１９および排紙トレイ２２０を備えている。
【００３６】
ここで、レジストローラ２１２は、搬送路Ｓ１を搬送されてきた用紙Ｐを一時停止させるものであり、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上のトナー像を用紙Ｐに良好に転写できるように、各画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄとタイミングをとって、転写機構２１３に送り込む機能を有している。
【００３７】
すなわち、搬送路Ｓ１を搬送される用紙Ｐが所定の位置を通過したことをレジスト前検知スイッチが検出して、このとき出力される検知信号に基づいてレジストローラ２１２は、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上のトナー画像の先端が用紙Ｐにおける印刷範囲の先端に押し付けられるように、用紙Ｐを転写機構２１３に送り込むように駆動タイミングが設定されている。
【００３８】
また、切り換えゲート２１８は、複写機本体外へ定着後の用紙Ｐを排出する排出路と、画像形成部２１０に向かって用紙Ｐを再供給する副搬送路Ｓ２との間で選択的に切り換えるものである。切り換えゲート２１８により再び画像形成部２１０に向かって搬送方向が切り換えられた用紙Ｐは、スイッチバック搬送経路２２１を介して表裏反転された後、副搬送路Ｓ２を通って画像形成部２１０へと再度供給される。
【００３９】
上記構成のデジタルカラー複写機においては、制御装置によって画像形成プロセスのタイミングに合わせて用紙の搬送制御が行われている。用紙Ｐとしてカットシート状の紙が使用され，この用紙Ｐは用紙トレイ２５０から送り出されて搬送路Ｓ１内に供給されると、その用紙Ｐの先端部分がレジスト前検知スイッチにて検知され、このスイッチから出力される検知信号に基づいてレジストローラ２１２により一旦停止される。
【００４０】
そして、用紙Ｐは各画像ステーションＰａ〜Ｐｄの画像形成とタイミングをとって矢印Ｚ方向に回転している搬送ベルト２１６上に送られる。このとき搬送ベルト２１６には前述したように吸着用帯電器２２８により所定の帯電が施されているので、搬送ベルト２１６上に確実に静電吸着された状態で第１の画像形成ステーションＰａから第４の画像形成ステーションＰｄの間を位置ずれすることなく安定して搬送される。
【００４１】
各画像ステーションＰａ〜Ｐｄにおいては、各色のトナー像がそれぞれ感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄ上に形成され、搬送ベルト２１６により静電吸着されて搬送される用紙Ｐに転写されてその表面上で重ね合わされる。第４の画像ステーションＰｄによる画像の転写が完了すると、用紙Ｐはその先端部分から順次、除電器２２９により搬送べルト２１６上から剥離され、定着装置２１７へと導かれる。この定着装置２１７の一対の定着ローラ間におけるニップ部を通過した用紙Ｐは、搬送方向切り換えゲート２１８を経て、排出ローラ２１９により複写機本体の外壁に取り付けられている排紙トレイ２２０上に排出される。
【００４２】
なお、上記の構成では、レーザービームスキャナユニット２２７ａ〜２２７ｄによって、レーザービームを走査して露光することにより、感光体ドラム２２２ａ〜２２２ｄへの光書き込みを行なっている。しかし、レーザービームスキャナユニットの代わりに、発光ダイオードアレイと結像レンズアレイからなる書き込み光学系（ＬＥＤヘッド）を用いてもよい。ＬＥＤヘッドは、レーザービームスキャナユニットに比べサイズも小さく、また可動部分がなく無音である。よって、複数個の光書き込みユニットを必要とするタンデム方式のデジタルカラー複写機などの画像形成装置では、好適に用いることができる。
【００４３】
ここで、画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄにおける画像形成処理について簡単に説明する。なお、これら画像形成ステーションＰａ〜Ｐｄは同一の構造であるため、以下では画像形成ステーションＰａについてのみ説明する。図３は画像形成ステーションＰａにおける感光体ドラム２２２ａ近傍を示す説明図であり、図４に感光体ドラム２２２ａの表面電位を各処理毎に示す。
【００４４】
これらの図に示すように、トナー像形成の際、感光体ドラム２２２ａの表面は帯電装置２２３ａによって一様にトナーと同極性である−５００Ｖに帯電され、その後表面の画像領域Ｘがレーザービームスキャナユニット２２７ａによって露光される。この露光により、感光体ドラム２２２ａにおける画像領域Ｘの表面に、黒画像に応じた静電潜像が形成される。
【００４５】
露光部分からなる静電潜像の電位の大きさは、露光の方式によって異なるが、約−１００Ｖから数１０Ｖであり、例えば図４に示す場合には約−１００Ｖ程度であり、図中の斜線部で示すように現像バイアス電圧である−２００Ｖより小さい。したがって、−２００Ｖのバイアス電圧が印加されている現像装置２２４ａのトナーが、感光体ドラム２２２ａにおける画像領域Ｘの静電潜像に吸着され、トナー像が生成される。一方、画像領域Ｘにおける露光されない部分（非露光部分）では、帯電装置２２３ａによって与えられた電位が自発的に失われてゆくが、現像時には−４００Ｖ程度の電位を有している。したがって、現像装置２２４ａのトナーは、非露光部分には吸着されない。
【００４６】
また、転写用放電器２２５ａには＋１．２ｋＶの電圧が印加されており、この電力を用いたコロナ放電により搬送ベルト２１６上の用紙Ｐに対してトナーと逆極性の正電荷を与えるように設定されている。したがって、感光体ドラム２２２ａ上のトナー像が、転写用放電器２２５ａ上で電気的に引き寄せられ、用紙Ｐに転写される。
【００４７】
その後、感光体ドラム２２２ａでは、残留したトナーがクリーニング装置２２６ａによって排除された後、除電器２３３によって除電され、露光部分および非露光部分の表面電位は、ともに０に向かうようになっている。
【００４８】
次に、本実施形態の複写機の特徴的な構成である帯電装置２２３ａ〜２２３ｄの詳細な構成について図５、６に基づいて説明する。なお、これら帯電装置２２３ａ〜２２３ｄは同一の構造であるため、以下では画像形成ステーションＰａにおける帯電装置２２３ａについてのみ説明する。
【００４９】
帯電装置２２３ａは、放電体１０のコロナ放電によって感光体ドラム２２２ａに向かって荷電粒子（コロナイオン）を照射することにより電荷を供給し、グリッド１１によって感光体ドラム２２２ａの表面を一様に帯電させている。そのため、放電体１０、この放電体１０を保持するための電極ホルダー１２、グリッド１１、グリッド１１を保持するための前後ホルダー１３ａ，１３ｂ、および放電体１０の左右側部を囲むチャージャケース１４から構成されている。
【００５０】
放電体１０は、コロナ放電を起こすためのノコ歯状のステンレス鋼製の電極であり、ポリカーボネート等の絶縁性材料からなる電極ホルダー１２に取り付けられている。電極ホルダー１２は、放電体１０を保持するための台であるとともに、帯電装置２２３ａを複写機本体に固定するための機能も有している。すなわち、電極ホルダー１２の下部に着脱ガイド１５が形成されており、この着脱ガイド１５を複写機本体におけるレール状の係合部（図示せず）にはめ込むことによって、帯電装置２２３ａは複写機本体の所定位置に固定されるようになっている。
【００５１】
そして、放電体１０の後側の端部が中継電極１６を介して電極ビス１７に接続され、電極ビス１７が後ホルダー１３ｂにねじ止めされている。図７に外部電源から電極ビス１７を介して放電体１０に印加される電圧と放電体１０を流れる電流との関係を示す。このグラフに示すように、印加電圧が８００〜９００Ｖを超えると、放電体１０における電流値／電圧値が不連続的に増大することがわかる。したがって、放電体１０では、８００〜９００Ｖ以上の電圧を印加されたときに、放電が開始されることになる。
【００５２】
また、チャージャケース１４は、第１ケース１４ａおよび第２ケース１４ｂからなり、電極ホルダー１２を挟んで対向して配置されることにより、放電体１０の対向電極としての機能を有している。各ケース１４ａ、１４ｂの両端側にはねじ孔が形成されており、固定ビス１８がホルダー１３ａ、１３ｂに形成された貫通孔１９を通ってねじ孔にねじ止めされることによって、両ケース１４ａ、１４ｂが互いに結合されて固定される。
【００５３】
グリッド１１は、放電体１０と感光体ドラム２２２ａとの間に配され、印加されたグリッド電圧により放電体１０から発生する粒子流であるコロナイオン流を制御して、感光体ドラム２２２ａに到達するイオン量を調整するためのものであり、ステンレス鋼あるいはタングステンにより形成された薄板からなり、エッチング加工によりメッシュ構造とされる。
【００５４】
このグリッド１１の両端部は前後ホルダー１３ａ，１３ｂに保持される電極部２０とされ、外部電源に接続される。電極部２０には係合孔２１が形成されており、この係合孔２１に係合するＬ字形のグリッド張架電極２２が前ホルダー１３ａに設けられ、グリッド張架電極２２は固定ビス２３によって前ホルダー１３ａに固定されている。一方、後ホルダー１３ｂには、係合孔２１に係合するＬ字形のグリッドテンション電極２４が設けられ、グリッドテンション電極２４は後ホルダー１３ｂにねじ止めされた電極ビス２５に連結されている。そして、電極ビス２５は外部電源に接続され、グリッドテンション電極２４を介してグリッド１１の電極部２０に電圧が印加される。
【００５５】
このようにグリッド１１は、両側の電極部２０がそれぞれフック状の電極２２，２４に係合されることにより、感光体ドラム２２２ａから遠ざかる方向に引っ張られた状態で保持される。そして、グリッドテンション電極２４はグリッド１１の長手方向に移動可能とされ、ユーザーが電極ビス２５を締めるかあるいは緩めることによってグリッドテンション電極２４の位置を移動させると、両電極２２，２４間の距離が変化して、グリッド１１に与えるテンションを調節できるようになっている。したがって、グリッド１１の保持とテンションの調節を簡単な機構で達成でき、しかもテンションの調節を容易に行えるので、帯電の安定化を容易に図れる。
【００５６】
ここで、グリッド１１の中央は、放電体１０および感光体ドラム２２２ａに対向しており、感光体ドラム２２２ａの画像領域Ｘと対向する領域が規制部Ｓとされ、非画像領域Ｙと対向する領域が非規制部Ｔとされる。
【００５７】
規制部Ｓは、メッシュ構造とされ、放電体１０から感光体ドラム２２２ａの画像領域Ｘに照射される粒子流であるイオン流中に位置している。したがって、規制部Ｓは、通過するイオン流の密度を平均化し、感光体ドラム２２２ａの画像領域Ｘに供給されるイオン量を均一化する機能を有する、いわゆるスコロトロン域である。
【００５８】
非規制部Ｔは、規制部Ｓの両側に位置して、四方を外枠３０で囲まれた開口３１が形成されており、放電体１０から発生するイオンは開口３１を通って感光体ドラム２２２ａの非画像領域Ｙに直接照射される。したがって、感光体ドラム２２２ａの非画像領域Ｙには、放電体１０からのイオン流が遮られることなく到達するようになっており、非規制部Ｔはいわゆるコロトロン域である。なお、左右の外枠３０は２本形成されているが、開口面積の増大を図るとともにグリッド１１の強度を維持するためであり、しかも外枠３０が感光体ドラム２２２ａからできるだけ離れる側部に近い位置に形成されている。
【００５９】
このように、帯電装置２２３ａでは、感光体ドラム２２２ａの画像領域Ｘに対しては規制部Ｓによって制御されたイオン流を照射するようになっており、非画像領域Ｙに対しては放電体１０から発生したイオン流が直接到達するようになっている。したがって、非画像領域Ｙでは、画像領域Ｘよりも多くのイオンが到達するため、画像領域Ｘに比して電位変化が大きくなる。
【００６０】
ここで、本発明の帯電装置２２３ａによって帯電した場合と従来の図１２に示した帯電装置によって帯電した場合の感光体ドラム２２２ａの表面電位を比較する。図８に示した通り、従来の帯電装置を用いた場合には、図中●で示すように感光体ドラム２２２ａにおける端部付近、すなわち非画像領域Ｙの電圧がほぼ０Ｖとなる。一方、本発明の帯電装置２２３ａを使用した場合、図中◆で示すように非画像領域Ｙの電位は、画像領域Ｘの電位である−６００Ｖより大きい（絶対値が大きい）状態となっている。なお、電位の大小の比較は絶対値で行っており、電位が大きいということは絶対値が大きいことを意味するものとする。
【００６１】
したがって、従来の帯電装置を用いた場合、現像装置２２４ａの現像バイアス電圧である−２００Ｖより小さい電位となっている非画像領域Ｙには、現像装置２２４ａによる現像処理の際にトナーが付着してしまい、用紙Ｐや複写機本体内の汚染、およびトナーの浪費が招来されてしまう。一方、帯電装置２２３ａを用いた場合には、非画像領域Ｙが−２００Ｖより大きい電位となっているため、非画像領域Ｙにトナーが付着することはない。そのため、トナーによる汚染やトナーの浪費を回避することが可能となる。
【００６２】
このように、感光体ドラム２２２ａの非画像領域Ｙにおいてトナーの付着を防止するには、感光体ドラム２２２ａの表面電位が少なくとも現像バイアス電圧より大きくなればよい。すなわち、非規制部Ｔでは、開口を形成しなくてもメッシュの目を粗くすればよく、通過できるイオン流を多くして、感光体ドラム２２２ａの表面電位が現像バイアス電圧より大きくなるように目の粗さを設定しておく。これによれば、エッチング加工によってメッシュを形成する場合には、一度の工程で済ますことができる。
【００６３】
ところで、グリッド１１は、電極部２０を除いて感光体ドラム２２２ａと平行に直線状に設けられ、電極部２０に係合してグリッド１１を張架するためのフックである各電極２２，２４が感光体ドラム２２２ａに向かって突き出すように設けられている。このようにグリッド１１を張架することによって、チャージャケース側、すなわち帯電装置２２３ａの側部にフックが設けられている構成に比して、帯電装置２２３ａの幅を小さくすることが可能となる。
【００６４】
これにより、感光体ドラム２２２ａの周囲に設けられている他の部材、例えば現像装置２２４ａや除電器２３３等と帯電装置２２３ａとが形状、配置を互いに制約しあうことがない。また、感光体ドラム２２２ａが非常に小さく、その周囲の他の部材が帯電装置２２３ａに非常に接近している場合でも、帯電装置２２３ａの着脱のために他の部材を取り外す必要がない。したがって、グリッド１１を有する帯電装置２２３ａであっても、グリッド１１を設けたことによる製造コストおよび設計コストの上昇を回避できるようになっている。
【００６５】
なお、感光体ドラム２２２ａは、その製造工程を簡略化するために、非画像領域Ｙのある感光体ドラム２２２ａの軸方向端部では感光層を形成せずに感光体ドラム２２２ａのアルミニウム合金や導電性樹脂等からなる導電性の基体を露出させていることがある。また、感光体ドラム端部では、製造時に塗布液の盛り上がりが形成されるのを防止するために感光層を塗布後に拭き取っており、感光層があっても他の部分よりも電気絶縁性が低い。このような感光体ドラム２２２ａを用いる場合、従来のスコロトロン方式の帯電装置によって帯電を行うと、上記の露呈した基体部分や拭き取り部分である低絶縁性部位に向けてグリッド１１からリーク放電（落雷）が発生し、感光体ドラム２２２ａが破損されてしまうという問題がある。さらに、感光体ドラム２２２ａの端部に組付けられる樹脂製フランジは、導電性基体のアース（電気的接地）を行うために導電性とされることがあり、グリッド１１からのリーク放電が問題となる。さらに、感光体ドラム２２２ａの端部に組付けられる絶縁性樹脂製フランジがクリーニング装置２２６ａの開口の軸方向両端部をシールするシール体（サイドシール体）と摩擦して帯電するが、この摩擦帯電によるフランジの帯電極性がトナーの帯電極性と逆の極性になると、フランジの摩擦帯電した部分に現像装置２２４ａのトナーや感光体ドラム２２２ａの周囲の飛散トナーを吸着し、シール体に摺擦することになり、シール体を汚損するといった問題がある。
【００６６】
しかしながら、非規制部Ｔを有する帯電装置２２３ａでは、上記のようなリーク放電を回避することができる。すなわち、図９に示すように、規制部Ｓと感光体ドラム２２２ａとの最短の距離は、規制部Ｓの中央から感光体ドラム２２２ａの表面までの距離ｄ１（０．８〜１．０ｍｍ）である。一方、図１０に示すように、非規制部Ｔと感光体ドラム２２２ａとの最短の距離は、外枠３０から感光体ドラム２２２ａの表面までの距離ｄ２であり、距離ｄ１より長くなっている。このように非画像領域Ｙでは、帯電装置２２３ａと感光体ドラム２２２ａとの距離が長くなるために、上記のような低絶縁性部位があったとしても、グリッド１１からのリーク放電が生じることはない。したがって、感光体ドラム２２２ａや帯電装置２２３ａあるいは周囲の他の部品の破損を防止することが可能となる。また、感光体ドラム２２２ａの軸方向端部をトナーと同一極性に帯電するので、上記のように絶縁性のフランジにトナーが付着することがなく、クリーニング装置２２６ａのシール体を不要に汚損することを防止できる。さらに、感光体ドラム端部の低絶縁性部位へのリーク放電を防止できることから、この低絶縁性部位を感光体ドラム中央側に寄せることが可能となり、感光体ドラムの軸方向長さを短くでき、小型化を図れる。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加え得ることは勿論である。例えば、方式の異なる帯電装置を組み合わせて構成してもよく、感光体ドラムの画像領域に対向してスコロトロン方式の第１帯電部を設け、非画像領域に対向してコロトロン方式の第２帯電部を設ける。そして、第２帯電部による帯電では、トナー付着を防止できるように非画像領域の表面電位が現像バイアス電圧より大きくなればよいので、第１帯電部よりも低い電圧を印加すればよく、全体的な消費電力の低減を図れる。
【００６８】
また、上記実施形態では、感光体ドラムの非画像領域全域、すなわち画像領域外の現像領域から感光体ドラム端部の低絶縁性部位までの領域にグリッドに設けた開口を対向させて、画像領域外の現像領域へのトナーの付着を防止すると共に、感光体ドラム端部の低絶縁性部位に対するリーク放電を防止するよう構成したが、画像領域外の現像領域までグリッドの規制部を延長して対向させ、この現像領域を現像バイアス電位と同極性で絶対値の大きい電位に帯電することで、この現像領域へのトナーの付着を防止し、感光体ドラム端部の低絶縁性部位に対しては開口を対向させるようにしてもよい。あるいは、グリッドの規制部を画像領域が安定かつ均一に帯電できるように画像領域よりも所定長さだけ外方に延長して帯電マージンをとるようにして、それより外方にはグリッドをなくしてもよい。すなわち、非画像領域の一部および感光体ドラム端部の低絶縁性部位までグリッドが延長していなくてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、グリッドが感光体ドラムから遠ざかり始める所が、放電体の外方であったが、グリッドの規制部を画像領域が安定かつ均一に帯電できるように画像領域よりも所定長さだけ外方に延長して、帯電マージンをとるようにして、そのすぐ外方からグリッドを感光体ドラムから遠ざけ始めてもよい。この場合、画像領域外の現像領域やその他の非画像領域に対して現像バイアス電位と同極性で絶対値の大きい電位に帯電することは言うまでもない。この場合も画像領域を安定かつ均一に帯電して、画像を良好にできると共に、画像領域外の現像領域やその他の非画像領域に対して現像バイアス電位と同極性で絶対値の大きい電位に帯電して、トナーの無駄な消費を減らし、廃棄トナー容器のライフ短縮化の防止やクリーニング装置のシール体のシール性の早期低下を防止できる。これに加えて、感光体ドラム端部の低絶縁性部位へのリーク放電を防止できるので、この低絶縁性部位を内側に寄せることが可能となり、感光体ドラムの軸方向長さを短くでき、小型化を図れる。なお、上記の各形態にあっても放電体は非画像領域全域を帯電できるように設けられていることは言うまでもない。
【００７０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明によると、感光体の画像領域に対しては放電体から均一にコロナイオン等の電荷を安定的に供給することができ、帯電が安定化して良好な画像を形成できる。一方、感光体の非画像領域に対しては放電体から多量の電荷が供給され、表面電位を現像電位以上にすることによって、トナーの付着を防止することができる。したがって、スコロトロン方式とコロトロン方式を併用した帯電装置にすることによって、高品質な画像が得られる。しかも、トナーの無駄な消費を低減でき、これによって廃棄トナー容器のライフを延ばすことができる。さらに、付着トナーのクリーニングが必要なくなるので、クリーニング装置のシール体に余分な負荷がかからず、そのシール性能を長期間にわたって維持することができる。
【００７１】
また、グリッドを画像領域に対向する規制部と非画像領域に対向する非規制部とから構成したとき、非規制部を感光体から所定の距離だけ隔てて配置することにより、感光体端部にある低絶縁性部位に対するグリッドの非規制部からのリーク放電を防いで感光体の感光層の損傷を防止できる。
【００７２】
また、グリッドを感光体から遠ざかる方向に引っ張って張架することにより、グリッドの平面性が低下することはなく、画像領域の帯電電位を均一にでき、安定した帯電を行える。しかも、グリッドを感光体表面により一層近接させることが可能となるので、放電体に印加する電圧を小さくしてもよく、高圧印加用のトランス等を小型のものが使用可能となる。さらに、感光体端部の低絶縁性部位を中央側に寄せてもリーク放電が生じないようにできるので、感光体の軸方向長さが短縮可能となり、各装置の小型化を図ることができ、感光体の周囲の部材の着脱を容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の複写機の概略全体構成図
【図２】画像形成部の概略構成図
【図３】画像形成処理を説明するための図
【図４】感光体ドラムの表面電位の変化を示す図
【図５】帯電装置の一部破断斜視図
【図６】帯電装置の断面図
【図７】放電体に対する印加電圧と発生電流との関係を示す図
【図８】本発明の帯電装置と従来の帯電装置の帯電分布特性図
【図９】感光体ドラムと帯電装置の規制部の位置関係を示す図
【図１０】感光体ドラムと帯電装置の非規制部の位置関係を示す図
【図１１】従来の感光体ドラムの表面における各装置の処理領域を示す図
【図１２】従来の帯電装置の分解斜視図
【符号の説明】
１０放電体
１１グリッド
３１開口
２２２ａ感光体
Ｓ規制部
Ｔ非規制部
Ｘ画像領域
Ｙ非画像領域

Claims

表面に供給されたトナーによりトナー像を形成する感光体をトナーの極性と同一極性で帯電し、前記感光体表面のトナー像が形成される画像領域に比べて、該画像領域外の非画像領域を大電位に帯電する帯電装置であって、放電体と、該放電体と前記感光体との間に配されたグリッドとを備え、前記感光体表面の非画像領域と対向する前記グリッドの非規制部に、前記非画像領域に対して前記放電体から発生した粒子流が直接到達するように開口が形成されたことを特徴とする帯電装置。
開口は、四方を外枠で囲まれ、長手方向に沿った左右の外枠は、２本形成されたことを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
請求項１または２記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。