JP3619057B2 - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置等に利用されるコロナ放電現象を利用した帯電装置に関し、より詳細には放電ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置では、コロナ放電現象を利用した帯電装置が広く利用されている。例えば、静電潜像を形成する像担持体表面を一様に帯電するための一次帯電装置、その像担持体表面に形成されたトナー像を転写材に転写するための転写帯電装置等がその代表例である。
【０００３】
図６に従来の帯電装置の一例を示す。この種の帯電装置は、直径５０〜２００μｍ程度の放電ワイヤ１０１と、像担持体、転写材等の被帯電部材に向いた一部を開口とし放電ワイヤを囲み込むように配設した対向電極としてのシールド板１０２と、放電ワイヤ１０１を張設するための帯電器ブロック１０３ａ，１０３ｂと、放電ワイヤ１０１にコロナ放電可能な電圧を印加する不図示の高圧電源から構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のコロナ方式の帯電装置では、放電ワイヤが放電することでコロナ風が発生し帯電装置の周囲の空気に含まれているチリ等を集塵し、自ら汚染されてしまうという問題があった。特に、電子写真方式の画像形成装置では以下に説明するような大きな問題があった。
【０００５】
図５にこの種の画像形成装置の画像形成部の構成を模式的に説明する概略断面構成図を示す。像担持体１１０は、その表面が一次帯電装置１１１によって均一に帯電され、画像露光１１２が照射されて像担持体１１０の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を現像装置１１３で現像しトナー像とする。
【０００６】
現像装置１１３では所定のコート厚のトナーを担持した不図示のトナー担持体が回転しながら像担持体１１０に接することで静電潜像をトナー像に現像している。像担持体１１０表面に形成されたトナー像は、転写帯電装置１１４と像担持体１１０とで挟まれた転写部位にて転写帯電装置１１４によってトナーの反対極性の電荷を付与されたシート材である転写材１１５に静電的な吸引力で転写される。
【０００７】
転写部位で転写材１１５に完全に転写されなかった残りのトナーはクリーナー１１６で像担持体１１０表面より除去され、像担持体１１０は次の画像形成に備える。
【０００８】
転写部位でトナー像を転写した転写材１１５は、分離帯電装置１１７によって転写帯電装置１１４によって付与された転写電荷の一部を除去されることで像担持体１１０から分離される。分離帯電装置１１７には、転写帯電とは逆極性の放電や、交流電圧による放電が用いられることが多い。
【０００９】
以上説明したように画像形成装置内部には、粉体であるところのトナーがトナー担持体、像担持体のように回転、移動する部材上に多く存在しているため、多くのトナーが浮遊することが避けられない。そのため、前記した一次、転写帯電装置、分離帯電装置の放電ワイヤは周囲を浮遊しているトナーを集塵し、汚染されやすく、しかもこれらの放電ワイヤヘの汚染物は放電ワイヤの放電でその表面に焼き付き、非常に強固に付着してしまう。
【００１０】
また、一方で、画像形成装置で使用している一次、転写、分離等の帯電装置は放電ワイヤが張設された方向内で均一な放電を行うことが必要とされている。しかしながら、トナー等で汚染された放電ワイヤでは均一な放電は望めず、結果的に頻繁に放電ワイヤを清掃したり交換しなけば良好な画像が得られないという問題があった。
【００１１】
具体的には、一次帯電装置、転写帯電装置が均一な放電を行えなくなると画像濃度の不均一が発生し、また分離帯電装置が均一な放電を行えなくなると分離不良や再転写が発生してしまう。
【００１２】
以上説明したような問題を解決するための従来技術として、特許公報第２６７５８３７号のように放電ワイヤの表面に強固に付着したトナー等の汚染物を除去するに十分な研磨力を持った放電ワイヤ清掃部材を具備する方式が提案されている。
【００１３】
この強い研磨力を持った放電ワイヤ清掃部材を使いこなすために数々の種類の放電ワイヤが試みられている。例えば、放電ワイヤとして表面に金メッキを施したタングステンワイヤと、放電ワイヤ表面の汚染物を除去可能な研磨力を持った清掃部材との組み合わせでは、清掃部材が表面の金メッキをも同時に削り取ってしまう。
【００１４】
一方、均一な金メッキを施そうとすると少なくとも０．３μｍ程度以上の厚みのメッキが必要である。清掃部材によって削り取られた金メッキの切り子は金の延性も手伝って０．１〜２ｍｍ程度の大きなヒゲ状のものとなり、この切り子自体が帯電装置の均一な放電の妨げとなっていた。
【００１５】
他の従来技術として、放電ワイヤとして表面を電界研磨によって鏡面処理したタングステンワイヤ（本明細書では、鏡面処理したタングステンワイヤをホワイトタングステンワイヤと呼ぶ。）と、強い研磨力の清掃部材とを組み合わせる方式がある。
【００１６】
しかし、ホワイトタングステンワイヤは高温高湿環境下に放置されると、その表面が自然に酸化し、しかもその酸化の状態は均一性に欠く酸化であるため、この自然酸化の状態の不均一な状態がやはり均一な放電の妨げになっていた。
【００１７】
さらに他の従来技術として、特開昭４８−７４２３１号、特開平８−３０５１３５号のようにタングステンワイヤに対して、加熱等の積極的手段で酸化処理を行った放電ワイヤも提案されているが、高い温度で酸化されたタングステンワイヤには以下に説明するような、長所と短所があった。
【００１８】
高い温度（６５０℃以上）で酸化処理されたタングステンワイヤの表面の酸化被膜は非常に均一でかつ固いので、自然酸化を防止することができると同時に、表面の酸化被膜は強い研磨力を持った清掃部材でも容易に削り取られることはない。
【００１９】
しかしながら、先にも述べたような高々２００μｍ程度の直径の放電ワイヤの表面の極薄い表層だけにこのように強い酸化処理を行うことは困難であり、その結果、酸化処理をされた厚みが数μｍとなってしまい、折り曲げ等の機械的ダメージに弱い放電ワイヤとなっていた。
【００２０】
機械的に弱い放電ワイヤは、張り替え等の作業性を著しく損ねることは言うまでもない短所である。特に放電効率の良い直径１００μｍ以下の放電ワイヤでは実用的な強度と、強い酸化処理の両立は非常に困難であった。
【００２１】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するものであり、その目的とするところは、高温高湿環境下に放置されてもその表面が不均一に自然酸化することがなく、放電ワイヤ自らの削り粉が均一な放電を妨げることがなく、放電ワイヤとしての十分な機械的な特性とを有する放電ワイヤを提供することにある。
【００２２】
また、この放電ワイヤと放電ワイヤの表面に付着した汚染物を研磨除去するに十分な研磨力を持った放電ワイヤ清掃部材を組み合わせることで、使用時に発生する放電ワイヤの汚染物を除去可能とし常に均一で安定した放電を行うことができる帯電装置を提供すること、及びこの帯電装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、表面に酸化膜を有して高電圧が印加されることで放電する放電ワイヤと、放電ワイヤに電圧を印加する電圧印加手段と、放電ワイヤの表面に当接して放電ワイヤの長手方向に移動して酸化膜を研磨する清掃手段と、を有し、放電ワイヤはホワイトタングステンワイヤを空気中にて４００〜６００℃の温度で酸化することで酸化膜が形成されたものであり、初期の酸化膜の厚みが０．０１〜０．３μｍである帯電装置において、放電ワイヤは放電による酸化膜が形成され、清掃手段は放電ワイヤの酸化膜の厚みが十分薄い状態に保てるように研磨することを特徴とする。
【００２７】
画像形成装置にあっては、上記記載の帯電装置を、画像露光が行われる像担持体の表面を一定の電位とするべく帯電を行う帯電手段として備える。
【００２８】
また、上記記載の帯電装置を、画像が形成されるシート材に電位を付与するべく帯電を行う帯電手段として備えることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の実施の形態における画像形成装置の画像形成手段の構成及び画像形成のプロセスは、図５を参照して説明した従来技術と同様であるので、該記載を参照するものとしここでの説明は省略する。
【００３０】
（実施の形態１）
図４は本実施の形態の帯電装置の斜視図である。本帯電装置は、限定されるものではないが従来技術の説明でも述べたような画像形成装置の一次帯電装置として利用することが可能である。
【００３１】
この一次帯電装置は画像形成装置内に装着された状態では図４の下方が像担持体に対向し、像担持体を均一に帯電可能とするものである。
【００３２】
図４において、２は放電ワイヤであり、１５は電極部材として対向電極となるシールド板である。尚、図４は脱着可能なシールド板１５を取り外した状態を示す図である。放電ワイヤ２は放電ワイヤ張設ピン１８と放電ワイヤ張設バネ１９によって所定の張力で不図示の像担持体の表面に略並行になるように張設されている。放電ワイヤ２は、不図示の高圧電源と制御装置によって画像形成中の所定のタイミングで、高圧電圧が印加されることでコロナ放電を行う。
【００３３】
３０は放電ワイヤ２の表面に付着した汚染物を研磨除去するための放電ワイヤ清掃部材である。放電ワイヤ清掃部材３０は清掃部材支持部材４０に支持されている。清掃部材駆動モータ２２によって回転される清掃部材移動スクリュー２１と、この清掃部材支持部材４０は雄ネジと雌ネジの関係になるように構成されており、清掃部材駆動モータ２２が回転することで放電ワイヤ清掃部材３０は帯電器ブロック１０と１１の間を往復移動することができる。
【００３４】
画像形成装置で画像形成を行った回数を基に所定の間隔で、放電ワイヤ清掃部材３０が１往復の移動をするように清掃部材駆動モータ２２は制御されている。また、画像形成装置で画像を形成している最中には、放電ワイヤ清掃部材３０、清掃部材支持部材４０は帯電器ブロック１０または１１の近傍に位置することで、像担持体への均一帯電を妨げないようにも制御されている。
【００３５】
図１に本実施の形態の放電ワイヤ２である酸化被膜付きのタングステンワイヤの断面図を示す。この放電ワイヤ２は、直径６０μｍのホワイトタングステン製のワイヤを５５０℃（４００〜６００℃の範囲で良い）の酸素を含む雰囲気中で表面のみを酸化した、酸化被膜付きのタングステンワイヤである。２ａは酸化タングステンによる酸化被膜である。２ｂはホワイトタングステンの基層である。
【００３６】
形成された酸化被膜の厚みは０．０５μｍ程度であり、工程のばらつきを考慮しても０．０１〜０．３μｍの範囲内である。
【００３７】
この酸化被膜は非常に薄い被膜ではあるが、ホワイトタングステン製の基層の表面に均一に形成されているので、高温高湿環境下に長期間放置されてもその表面が不均一に酸化されることはない。
【００３８】
また、この酸化被膜は非常に薄いので、非常に細い直径６０μｍのタングステンワイヤの機械的強度を損なうことはなく、放電ワイヤ２張り替え等の作業を簡単に行うことができる。
【００３９】
図３は清掃部材支持部材４０に取り付けられた２個の放電ワイヤ清掃部材３０が放電ワイヤ２を挟持している様子を拡大して示した図である。
【００４０】
図２は放電ワイヤ清掃部材３０の断面の拡大図である。放電ワイヤ清掃部材３０は、弾力性を持ったスポンジゴム製の支持層３１と、その支持層３１上に両面接着テープで接着された、不織布状のＰＥＴ材を用いた耐磨耗層３２と、さらにその耐摩耗層３２上にアルミナ粉をエポキシ系樹脂によって固めた研磨層３３から構成されている。
【００４１】
図３に示すように、支持層３１と耐摩耗層３２の弾性力によって、研磨層３３は放電ワイヤ２を包み込むように、かつ圧力をもって接する。
【００４２】
本実施の形態では、画像形成装置のメインスイッチをオンにした直後と、２０００枚毎の画像の形成を行った後に、放電ワイヤ清掃部材３０が放電ワイヤ２を挟持した状態で帯電器ブロック１０と１１の間を往復することで、放電ワイヤ２表面の酸化被膜と画像形成に伴う放電によって放電ワイヤ２表面に付着した汚染物質を研磨除去する。
【００４３】
本実施の形態の酸化被膜は、比較的低い温度で形成したものなのでアルミナ粉のような研磨剤によって放電ワイヤ２の使用開始から比較的早い時期に容易に研磨除去される。
【００４４】
酸化タングステンによる酸化被膜は金メッキのような金属被膜と違って、研磨された後は直径０．０１〜０．１μｍ以下の粉状になるので放電ワイヤ２表面に残存しても均一な放電の妨げになることはない。
【００４５】
そして、初期に設けられていた酸化被膜の厚み方向の大部分が放電ワイヤ清掃部材３０によって除去された後は、放電ワイヤ２が放電する際に発生する熱による新たな酸化被膜の形成と、放電ワイヤ清掃部材３０による研磨が繰り返されることで、定常的に０．０５〜０．３μｍ程度の厚みの酸化被膜が存在することが本発明者らの分析によって確認できた。
【００４６】
放電によって発生する熱は、エネルギ的には非常に小さいため、放電ワイヤ２の極表層のみが酸化され非常に薄い酸化被膜が形成される。
【００４７】
こうして放電によって形成された非常に薄いタングステンの酸化被膜が、画像形成装置を高温高湿環境下で長期間に渡って使用してもまたは放置しても、放電ワイヤの表両の不均一な酸化を防止するので、常に均一な放電特性が得られる。
【００４８】
（実施の形態２）
本発明を適用した放電ワイヤを転写帯電装置に応用しても、第１の実施の形態と同様に放電ワイヤを保存する環境、または使用する環境の温度、湿度によらず、常に均一な放電特性を得ることができる。
【００４９】
また、分離帯電装置のように、交流電圧を含んだ印加バイアスによって交流的な極性で放電している帯電装置に応用しても常に均一で安定した放電特性が得られるので、転写材の分離不良、再転写の防止にも顕著な効果を発揮する。
【００５０】
特に交流的な極性で放電をする帯電装置の場合は、放電ワイヤ表面の汚れの進行が速いため本発明の効果が大きい。
【００５１】
（実施の形態３）
本発明で利用する放電ワイヤは、放電ワイヤ清掃部材の研磨力によって研磨されることを特徴としているが、高温高湿環境下に放置された場合に生じやすい不均一な自然酸化を防止する特性、放電ワイヤの張り替え作業等を容易にする機械的強度特性、帯電装置の一部として使用中における均一な放電特性等を最大に発揮させるためには、酸化被膜が非常に薄く、均一であることが重要である。
【００５２】
さらに、放電ワイヤ清掃部材による研磨によって発生する酸化被膜の削れ粉が均一な放電の妨げにならないようにするためにも酸化被膜は薄いほうが良い。
【００５３】
特に直径１００μｍ程度の放電ワイヤの場合は、酸化被膜の厚みは０．１μｍ程度が望ましい。さらに直径７０μｍ以下の放電ワイヤの場合には、酸化被膜の厚みは０．０５μｍ前後が最も望ましい。
【００５４】
このような、非常に薄い酸化被膜を均一に形成するためには、放電ワイヤを空気中で加熱する時間を１０秒以下に止めることが重要である。
【００５５】
特に直径１００μｍ程度の放電ワイヤの場合は、加熱時間を５秒以下にすることが望ましい。さらに直経７０μｍ以下の放電ワイヤの場合には、加熱時間を２秒以下にすることが最も望ましい。
【００５６】
尚、このように、短い時間で放電ワイヤを加熱するためには、電気伝導体であるタングステンの特性を生かして、放電ワイヤに通電し電流加熱することが有効である。
【００５７】
従って、放電ワイヤ清掃部材による研磨による削られた酸化被膜を再生するために、放電ワイヤに通電して電流加熱を行う通電手段を帯電装置または画像形成装置自体に備え、定期的に通電して酸化被膜を再生することも良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように説明された本発明によれば、表面に薄い酸化被膜を形成した放電ワイヤを利用することで、放電ワイヤは高温高湿環境下に放置されてもその表面が不均一に自然酸化することがなく、均一で安定した帯電を行うことが可能となる。
【００５９】
また、放電ワイヤは十分な械械的な特性を有し、折れ等に対する品質劣化に対して強く放電ワイヤの交換作業性を向上させることが可能である。
【００６０】
清掃手段と組み合わせることにより、清掃手段による定期的な清掃で、放電ワイヤ表面に付着した汚染物と酸化被膜が同時に研磨除去され、常に放電ワイヤの表面がきれいな状態に維持されて均一で安定した放電を行うことができる。清掃により発生する削り粉は、汚染物及び放電ワイヤの表面に形成された酸化被膜なのでひげ状になりずらく、均一な放電を妨げることがない。
【００６１】
画像形成装置内の各種帯電装置に本発明を応用すれば、以下のような効果が得られる。像担持体に対して帯電を行う一次帯電装置、及びシート材に転写電位を付与する転写帯電装置に本発明を応用すれば、装置の使用環境によらず常に濃度不均一を抑えた高品位な画像を得ることができる。
【００６２】
シート材に分離電位を付与する分離帯電装置に本発明を応用すれば装置の使用環境によらず常に良好なシート材の分離性能を得ることができる。
【００６３】
また、本発明によって、各帯電装置の放電ワイヤの寿命は飛躍的に向上し、放電ワイヤの交換頻度が低減できるので画像形成装置のメンテナンス作業の負荷を軽減できるのみならず、装置のダウンタイムを短縮することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本実施の形態の酸化被膜付きの放電ワイヤの図である。
【図２】図２は放電ワイヤ清掃部材の断面の拡大図である。
【図３】図３は清掃部材支持部材に取り付けられた２対の放電ワイヤ清掃部材が放電ワイヤを挟持している様子を拡大して示した図である。
【図４】図４は本実施の形態の帯電装置の斜視図である。
【図５】図５は画像形成装置の概略断面構成図である。
【図６】図６は従来の帯電装置の一例を示した図である。
【符号の説明】
２ 放電ワイヤ
２ａ 酸化被膜
２ｂ ホワイトタングステンの基層
１０、１１ 帯電器ブロック
２２ 清掃部材駆動モータ
３０ 放電ワイヤ清掃部材
３１ 支持層
３２ 耐磨耗層
３３ 研磨層
１０１ 放電ワイヤ
１１０ 像担持体
１１１ 一次帯電装置
１１２ 画像露光
１１３ 現像装置
１１４ 転写帯電装置
１１５ 転写材
１１６ クリーナー
１１７ 分離帯電装置
【発明の属する技術分野】
本発明は画像形成装置等に利用されるコロナ放電現象を利用した帯電装置に関し、より詳細には放電ワイヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真方式の複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置では、コロナ放電現象を利用した帯電装置が広く利用されている。例えば、静電潜像を形成する像担持体表面を一様に帯電するための一次帯電装置、その像担持体表面に形成されたトナー像を転写材に転写するための転写帯電装置等がその代表例である。
【０００３】
図６に従来の帯電装置の一例を示す。この種の帯電装置は、直径５０〜２００μｍ程度の放電ワイヤ１０１と、像担持体、転写材等の被帯電部材に向いた一部を開口とし放電ワイヤを囲み込むように配設した対向電極としてのシールド板１０２と、放電ワイヤ１０１を張設するための帯電器ブロック１０３ａ，１０３ｂと、放電ワイヤ１０１にコロナ放電可能な電圧を印加する不図示の高圧電源から構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のコロナ方式の帯電装置では、放電ワイヤが放電することでコロナ風が発生し帯電装置の周囲の空気に含まれているチリ等を集塵し、自ら汚染されてしまうという問題があった。特に、電子写真方式の画像形成装置では以下に説明するような大きな問題があった。
【０００５】
図５にこの種の画像形成装置の画像形成部の構成を模式的に説明する概略断面構成図を示す。像担持体１１０は、その表面が一次帯電装置１１１によって均一に帯電され、画像露光１１２が照射されて像担持体１１０の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像を現像装置１１３で現像しトナー像とする。
【０００６】
現像装置１１３では所定のコート厚のトナーを担持した不図示のトナー担持体が回転しながら像担持体１１０に接することで静電潜像をトナー像に現像している。像担持体１１０表面に形成されたトナー像は、転写帯電装置１１４と像担持体１１０とで挟まれた転写部位にて転写帯電装置１１４によってトナーの反対極性の電荷を付与されたシート材である転写材１１５に静電的な吸引力で転写される。
【０００７】
転写部位で転写材１１５に完全に転写されなかった残りのトナーはクリーナー１１６で像担持体１１０表面より除去され、像担持体１１０は次の画像形成に備える。
【０００８】
転写部位でトナー像を転写した転写材１１５は、分離帯電装置１１７によって転写帯電装置１１４によって付与された転写電荷の一部を除去されることで像担持体１１０から分離される。分離帯電装置１１７には、転写帯電とは逆極性の放電や、交流電圧による放電が用いられることが多い。
【０００９】
以上説明したように画像形成装置内部には、粉体であるところのトナーがトナー担持体、像担持体のように回転、移動する部材上に多く存在しているため、多くのトナーが浮遊することが避けられない。そのため、前記した一次、転写帯電装置、分離帯電装置の放電ワイヤは周囲を浮遊しているトナーを集塵し、汚染されやすく、しかもこれらの放電ワイヤヘの汚染物は放電ワイヤの放電でその表面に焼き付き、非常に強固に付着してしまう。
【００１０】
また、一方で、画像形成装置で使用している一次、転写、分離等の帯電装置は放電ワイヤが張設された方向内で均一な放電を行うことが必要とされている。しかしながら、トナー等で汚染された放電ワイヤでは均一な放電は望めず、結果的に頻繁に放電ワイヤを清掃したり交換しなけば良好な画像が得られないという問題があった。
【００１１】
具体的には、一次帯電装置、転写帯電装置が均一な放電を行えなくなると画像濃度の不均一が発生し、また分離帯電装置が均一な放電を行えなくなると分離不良や再転写が発生してしまう。
【００１２】
以上説明したような問題を解決するための従来技術として、特許公報第２６７５８３７号のように放電ワイヤの表面に強固に付着したトナー等の汚染物を除去するに十分な研磨力を持った放電ワイヤ清掃部材を具備する方式が提案されている。
【００１３】
この強い研磨力を持った放電ワイヤ清掃部材を使いこなすために数々の種類の放電ワイヤが試みられている。例えば、放電ワイヤとして表面に金メッキを施したタングステンワイヤと、放電ワイヤ表面の汚染物を除去可能な研磨力を持った清掃部材との組み合わせでは、清掃部材が表面の金メッキをも同時に削り取ってしまう。
【００１４】
一方、均一な金メッキを施そうとすると少なくとも０．３μｍ程度以上の厚みのメッキが必要である。清掃部材によって削り取られた金メッキの切り子は金の延性も手伝って０．１〜２ｍｍ程度の大きなヒゲ状のものとなり、この切り子自体が帯電装置の均一な放電の妨げとなっていた。
【００１５】
他の従来技術として、放電ワイヤとして表面を電界研磨によって鏡面処理したタングステンワイヤ（本明細書では、鏡面処理したタングステンワイヤをホワイトタングステンワイヤと呼ぶ。）と、強い研磨力の清掃部材とを組み合わせる方式がある。
【００１６】
しかし、ホワイトタングステンワイヤは高温高湿環境下に放置されると、その表面が自然に酸化し、しかもその酸化の状態は均一性に欠く酸化であるため、この自然酸化の状態の不均一な状態がやはり均一な放電の妨げになっていた。
【００１７】
さらに他の従来技術として、特開昭４８−７４２３１号、特開平８−３０５１３５号のようにタングステンワイヤに対して、加熱等の積極的手段で酸化処理を行った放電ワイヤも提案されているが、高い温度で酸化されたタングステンワイヤには以下に説明するような、長所と短所があった。
【００１８】
高い温度（６５０℃以上）で酸化処理されたタングステンワイヤの表面の酸化被膜は非常に均一でかつ固いので、自然酸化を防止することができると同時に、表面の酸化被膜は強い研磨力を持った清掃部材でも容易に削り取られることはない。
【００１９】
しかしながら、先にも述べたような高々２００μｍ程度の直径の放電ワイヤの表面の極薄い表層だけにこのように強い酸化処理を行うことは困難であり、その結果、酸化処理をされた厚みが数μｍとなってしまい、折り曲げ等の機械的ダメージに弱い放電ワイヤとなっていた。
【００２０】
機械的に弱い放電ワイヤは、張り替え等の作業性を著しく損ねることは言うまでもない短所である。特に放電効率の良い直径１００μｍ以下の放電ワイヤでは実用的な強度と、強い酸化処理の両立は非常に困難であった。
【００２１】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するものであり、その目的とするところは、高温高湿環境下に放置されてもその表面が不均一に自然酸化することがなく、放電ワイヤ自らの削り粉が均一な放電を妨げることがなく、放電ワイヤとしての十分な機械的な特性とを有する放電ワイヤを提供することにある。
【００２２】
また、この放電ワイヤと放電ワイヤの表面に付着した汚染物を研磨除去するに十分な研磨力を持った放電ワイヤ清掃部材を組み合わせることで、使用時に発生する放電ワイヤの汚染物を除去可能とし常に均一で安定した放電を行うことができる帯電装置を提供すること、及びこの帯電装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にあっては、表面に酸化膜を有して高電圧が印加されることで放電する放電ワイヤと、放電ワイヤに電圧を印加する電圧印加手段と、放電ワイヤの表面に当接して放電ワイヤの長手方向に移動して酸化膜を研磨する清掃手段と、を有し、放電ワイヤはホワイトタングステンワイヤを空気中にて４００〜６００℃の温度で酸化することで酸化膜が形成されたものであり、初期の酸化膜の厚みが０．０１〜０．３μｍである帯電装置において、放電ワイヤは放電による酸化膜が形成され、清掃手段は放電ワイヤの酸化膜の厚みが十分薄い状態に保てるように研磨することを特徴とする。
【００２７】
画像形成装置にあっては、上記記載の帯電装置を、画像露光が行われる像担持体の表面を一定の電位とするべく帯電を行う帯電手段として備える。
【００２８】
また、上記記載の帯電装置を、画像が形成されるシート材に電位を付与するべく帯電を行う帯電手段として備えることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の実施の形態における画像形成装置の画像形成手段の構成及び画像形成のプロセスは、図５を参照して説明した従来技術と同様であるので、該記載を参照するものとしここでの説明は省略する。
【００３０】
（実施の形態１）
図４は本実施の形態の帯電装置の斜視図である。本帯電装置は、限定されるものではないが従来技術の説明でも述べたような画像形成装置の一次帯電装置として利用することが可能である。
【００３１】
この一次帯電装置は画像形成装置内に装着された状態では図４の下方が像担持体に対向し、像担持体を均一に帯電可能とするものである。
【００３２】
図４において、２は放電ワイヤであり、１５は電極部材として対向電極となるシールド板である。尚、図４は脱着可能なシールド板１５を取り外した状態を示す図である。放電ワイヤ２は放電ワイヤ張設ピン１８と放電ワイヤ張設バネ１９によって所定の張力で不図示の像担持体の表面に略並行になるように張設されている。放電ワイヤ２は、不図示の高圧電源と制御装置によって画像形成中の所定のタイミングで、高圧電圧が印加されることでコロナ放電を行う。
【００３３】
３０は放電ワイヤ２の表面に付着した汚染物を研磨除去するための放電ワイヤ清掃部材である。放電ワイヤ清掃部材３０は清掃部材支持部材４０に支持されている。清掃部材駆動モータ２２によって回転される清掃部材移動スクリュー２１と、この清掃部材支持部材４０は雄ネジと雌ネジの関係になるように構成されており、清掃部材駆動モータ２２が回転することで放電ワイヤ清掃部材３０は帯電器ブロック１０と１１の間を往復移動することができる。
【００３４】
画像形成装置で画像形成を行った回数を基に所定の間隔で、放電ワイヤ清掃部材３０が１往復の移動をするように清掃部材駆動モータ２２は制御されている。また、画像形成装置で画像を形成している最中には、放電ワイヤ清掃部材３０、清掃部材支持部材４０は帯電器ブロック１０または１１の近傍に位置することで、像担持体への均一帯電を妨げないようにも制御されている。
【００３５】
図１に本実施の形態の放電ワイヤ２である酸化被膜付きのタングステンワイヤの断面図を示す。この放電ワイヤ２は、直径６０μｍのホワイトタングステン製のワイヤを５５０℃（４００〜６００℃の範囲で良い）の酸素を含む雰囲気中で表面のみを酸化した、酸化被膜付きのタングステンワイヤである。２ａは酸化タングステンによる酸化被膜である。２ｂはホワイトタングステンの基層である。
【００３６】
形成された酸化被膜の厚みは０．０５μｍ程度であり、工程のばらつきを考慮しても０．０１〜０．３μｍの範囲内である。
【００３７】
この酸化被膜は非常に薄い被膜ではあるが、ホワイトタングステン製の基層の表面に均一に形成されているので、高温高湿環境下に長期間放置されてもその表面が不均一に酸化されることはない。
【００３８】
また、この酸化被膜は非常に薄いので、非常に細い直径６０μｍのタングステンワイヤの機械的強度を損なうことはなく、放電ワイヤ２張り替え等の作業を簡単に行うことができる。
【００３９】
図３は清掃部材支持部材４０に取り付けられた２個の放電ワイヤ清掃部材３０が放電ワイヤ２を挟持している様子を拡大して示した図である。
【００４０】
図２は放電ワイヤ清掃部材３０の断面の拡大図である。放電ワイヤ清掃部材３０は、弾力性を持ったスポンジゴム製の支持層３１と、その支持層３１上に両面接着テープで接着された、不織布状のＰＥＴ材を用いた耐磨耗層３２と、さらにその耐摩耗層３２上にアルミナ粉をエポキシ系樹脂によって固めた研磨層３３から構成されている。
【００４１】
図３に示すように、支持層３１と耐摩耗層３２の弾性力によって、研磨層３３は放電ワイヤ２を包み込むように、かつ圧力をもって接する。
【００４２】
本実施の形態では、画像形成装置のメインスイッチをオンにした直後と、２０００枚毎の画像の形成を行った後に、放電ワイヤ清掃部材３０が放電ワイヤ２を挟持した状態で帯電器ブロック１０と１１の間を往復することで、放電ワイヤ２表面の酸化被膜と画像形成に伴う放電によって放電ワイヤ２表面に付着した汚染物質を研磨除去する。
【００４３】
本実施の形態の酸化被膜は、比較的低い温度で形成したものなのでアルミナ粉のような研磨剤によって放電ワイヤ２の使用開始から比較的早い時期に容易に研磨除去される。
【００４４】
酸化タングステンによる酸化被膜は金メッキのような金属被膜と違って、研磨された後は直径０．０１〜０．１μｍ以下の粉状になるので放電ワイヤ２表面に残存しても均一な放電の妨げになることはない。
【００４５】
そして、初期に設けられていた酸化被膜の厚み方向の大部分が放電ワイヤ清掃部材３０によって除去された後は、放電ワイヤ２が放電する際に発生する熱による新たな酸化被膜の形成と、放電ワイヤ清掃部材３０による研磨が繰り返されることで、定常的に０．０５〜０．３μｍ程度の厚みの酸化被膜が存在することが本発明者らの分析によって確認できた。
【００４６】
放電によって発生する熱は、エネルギ的には非常に小さいため、放電ワイヤ２の極表層のみが酸化され非常に薄い酸化被膜が形成される。
【００４７】
こうして放電によって形成された非常に薄いタングステンの酸化被膜が、画像形成装置を高温高湿環境下で長期間に渡って使用してもまたは放置しても、放電ワイヤの表両の不均一な酸化を防止するので、常に均一な放電特性が得られる。
【００４８】
（実施の形態２）
本発明を適用した放電ワイヤを転写帯電装置に応用しても、第１の実施の形態と同様に放電ワイヤを保存する環境、または使用する環境の温度、湿度によらず、常に均一な放電特性を得ることができる。
【００４９】
また、分離帯電装置のように、交流電圧を含んだ印加バイアスによって交流的な極性で放電している帯電装置に応用しても常に均一で安定した放電特性が得られるので、転写材の分離不良、再転写の防止にも顕著な効果を発揮する。
【００５０】
特に交流的な極性で放電をする帯電装置の場合は、放電ワイヤ表面の汚れの進行が速いため本発明の効果が大きい。
【００５１】
（実施の形態３）
本発明で利用する放電ワイヤは、放電ワイヤ清掃部材の研磨力によって研磨されることを特徴としているが、高温高湿環境下に放置された場合に生じやすい不均一な自然酸化を防止する特性、放電ワイヤの張り替え作業等を容易にする機械的強度特性、帯電装置の一部として使用中における均一な放電特性等を最大に発揮させるためには、酸化被膜が非常に薄く、均一であることが重要である。
【００５２】
さらに、放電ワイヤ清掃部材による研磨によって発生する酸化被膜の削れ粉が均一な放電の妨げにならないようにするためにも酸化被膜は薄いほうが良い。
【００５３】
特に直径１００μｍ程度の放電ワイヤの場合は、酸化被膜の厚みは０．１μｍ程度が望ましい。さらに直径７０μｍ以下の放電ワイヤの場合には、酸化被膜の厚みは０．０５μｍ前後が最も望ましい。
【００５４】
このような、非常に薄い酸化被膜を均一に形成するためには、放電ワイヤを空気中で加熱する時間を１０秒以下に止めることが重要である。
【００５５】
特に直径１００μｍ程度の放電ワイヤの場合は、加熱時間を５秒以下にすることが望ましい。さらに直経７０μｍ以下の放電ワイヤの場合には、加熱時間を２秒以下にすることが最も望ましい。
【００５６】
尚、このように、短い時間で放電ワイヤを加熱するためには、電気伝導体であるタングステンの特性を生かして、放電ワイヤに通電し電流加熱することが有効である。
【００５７】
従って、放電ワイヤ清掃部材による研磨による削られた酸化被膜を再生するために、放電ワイヤに通電して電流加熱を行う通電手段を帯電装置または画像形成装置自体に備え、定期的に通電して酸化被膜を再生することも良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように説明された本発明によれば、表面に薄い酸化被膜を形成した放電ワイヤを利用することで、放電ワイヤは高温高湿環境下に放置されてもその表面が不均一に自然酸化することがなく、均一で安定した帯電を行うことが可能となる。
【００５９】
また、放電ワイヤは十分な械械的な特性を有し、折れ等に対する品質劣化に対して強く放電ワイヤの交換作業性を向上させることが可能である。
【００６０】
清掃手段と組み合わせることにより、清掃手段による定期的な清掃で、放電ワイヤ表面に付着した汚染物と酸化被膜が同時に研磨除去され、常に放電ワイヤの表面がきれいな状態に維持されて均一で安定した放電を行うことができる。清掃により発生する削り粉は、汚染物及び放電ワイヤの表面に形成された酸化被膜なのでひげ状になりずらく、均一な放電を妨げることがない。
【００６１】
画像形成装置内の各種帯電装置に本発明を応用すれば、以下のような効果が得られる。像担持体に対して帯電を行う一次帯電装置、及びシート材に転写電位を付与する転写帯電装置に本発明を応用すれば、装置の使用環境によらず常に濃度不均一を抑えた高品位な画像を得ることができる。
【００６２】
シート材に分離電位を付与する分離帯電装置に本発明を応用すれば装置の使用環境によらず常に良好なシート材の分離性能を得ることができる。
【００６３】
また、本発明によって、各帯電装置の放電ワイヤの寿命は飛躍的に向上し、放電ワイヤの交換頻度が低減できるので画像形成装置のメンテナンス作業の負荷を軽減できるのみならず、装置のダウンタイムを短縮することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本実施の形態の酸化被膜付きの放電ワイヤの図である。
【図２】図２は放電ワイヤ清掃部材の断面の拡大図である。
【図３】図３は清掃部材支持部材に取り付けられた２対の放電ワイヤ清掃部材が放電ワイヤを挟持している様子を拡大して示した図である。
【図４】図４は本実施の形態の帯電装置の斜視図である。
【図５】図５は画像形成装置の概略断面構成図である。
【図６】図６は従来の帯電装置の一例を示した図である。
【符号の説明】
２ 放電ワイヤ
２ａ 酸化被膜
２ｂ ホワイトタングステンの基層
１０、１１ 帯電器ブロック
２２ 清掃部材駆動モータ
３０ 放電ワイヤ清掃部材
３１ 支持層
３２ 耐磨耗層
３３ 研磨層
１０１ 放電ワイヤ
１１０ 像担持体
１１１ 一次帯電装置
１１２ 画像露光
１１３ 現像装置
１１４ 転写帯電装置
１１５ 転写材
１１６ クリーナー
１１７ 分離帯電装置
Claims (3)
- 表面に酸化膜を有して高電圧が印加されることで放電する放電ワイヤと、放電ワイヤに電圧を印加する電圧印加手段と、放電ワイヤの表面に当接して放電ワイヤの長手方向に移動して酸化膜を研磨する清掃手段と、を有し、
放電ワイヤはホワイトタングステンワイヤを空気中にて４００〜６００℃の温度で酸化することで酸化膜が形成されたものであり、初期の酸化膜の厚みが０．０１〜０．３μｍである帯電装置において、
放電ワイヤは放電による酸化膜が形成され、清掃手段は放電ワイヤの酸化膜の厚みが十分薄い状態に保てるように研磨することを特徴とする帯電装置。 - 請求項１に記載の帯電装置を、画像露光が行われる像担持体の表面を一定の電位とするべく帯電を行う帯電手段として備えることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項１に記載の帯電装置を、画像が形成されるシート材に電位を付与するべく帯電を行う帯電手段として備えることを特徴とする画像形成装置。
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