JP4384513B2

JP4384513B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4384513B2
Application number: JP2004013858A
Authority: JP
Inventors: 達哉久保; 明夫辻田; 幸雄乙▲め▼
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: US20050162136A1; JP2005208272A; US7421222B2

Description

本発明は電子写真方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に係り、特に画像形成の際、コロナ放電を利用して感光体を一様に帯電するための帯電装置に関する。

乾式トナーを使用する電子写真方式は、ページコストが比較的安価であるため、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの画像形成装置に広く使用されている。

図２はこの種の画像形成装置１００の一般的な構成を示すもので、まず帯電装置１により感光体２を一様に負極性に帯電する。次に、画像情報に基づき露光装置３により光を照射し、感光体２に静電潜像を形成する。更に、現像装置４により静電潜像にトナーを供給して感光体２上にトナー画像を形成する。感光体２上に形成されたトナー画像は転写装置５により用紙などの転写材７に転写される。転写装置５により転写材７に転写されずに感光体２上に残留しているトナーは清掃装置６により清掃される。また、転写材７に転写されたトナー画像は定着装置８により転写材７に定着され、転写材７上に永久画像として画像形成される。

前記のような画像形成装置１００における帯電装置１には、構造の簡易性から主にコロナ放電を利用したコロトロンや、スコロトロンが用いられていた。コロトロンは、コロナ放電を安定するコの字型のシールドケースと、コロナ放電を発生させるコロナ電極からなる。このコロナ電極に高電圧を印加することでコロナ放電が発生し、発生したイオンで感光体を帯電させる。スコロトロンは、コロトロンにグリッドを付加した帯電器で、グリッドは感光体とコロナ電極との間に設置され、主に負極性のコロナ放電のムラによって感光体の表面電位が不均一となるのを均一にする役割を果たす。

コロナ放電を利用した従来の帯電装置の一例を図３に示す。同図において、１は帯電装置、２は感光体であり、帯電装置１は、シールドケース１２、仕切り板１４、ワイヤ電極１５及びグリッド１３より構成される。

ワイヤ電極１５は表面に数μｍの金メッキを施した直径５０〜１００μｍのタングステンワイヤで±５ｋＶ程度の高電圧を印加することでコロナ放電が発生し、発生したイオンで感光体２を帯電させる。しかしながら、ワイヤ電極１５で負極性のコロナ放電を発生させるとオゾンの発生量が多く、感光体２の電気特性の劣化を招き、また生体にも悪影響を与えるといった問題があった。更に、カラー画像形成装置で高印刷速度を得るためにはトナー毎に印写ユニットをもつタンデム方式が有効であるが、この方式を用いた場合モノクロ画像形成装置に比べてオゾンの発生量が一層増加する。従って、オゾンの排気機構の強化が必要であり、コストが高くなるばかりか、また騒音も大きくなるといった問題があった。

このような問題を解決するために特許文献１には、ワイヤ電極の代わりに鋸歯電極を用いた帯電装置が提案されている。鋸歯電極を用いた場合、ワイヤ電極を用いた帯電装置に比べてオゾンの発生量を約１／４に低減することが可能となる。

特開昭６３−１５２７２号

しかしながら、鋸歯電極を用いる場合はその歯先にコロナ放電を発生させるため、電極先端部に空気中の塵やトナー、または紙粉が付着し易い。そしてコロナ放電の均一性が低下して画像が劣化し易いという問題がある。また、コロナ放電電圧が上昇しすぎると火花放電に発展し感光体を損傷させるという問題も生じる。これらの問題は鋸歯電極を清掃することで解決できるが、鋸歯電極の歯先が鋭利であるため、複数回清掃すると清掃部材の損傷を招き清掃効果が低下する。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、鋸歯電極の歯先に付着する付着物を低減することで、清掃周期を長くすることができる帯電装置を提供し、更に長期に渡り良好な画質を得ることが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、感光体を一様に帯電するための帯電装置と、画像情報に応じて帯電された前記感光体に光を照射し、前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体にトナー画像を形成する現像装置と、前記感光体上に形成されたトナー画像を記録媒体に転写するための転写装置とを有する画像形成装置において、前記帯電装置は、前記感光体の移動方向に対し上流部に位置する第１の鋸歯電極部と、中流部に位置する第２の鋸歯電極部と、下流部に位置する第３の鋸歯電極部とを有し、前記第２の鋸歯電極部に流す単位長当たりの電流を前記第１及び第３の鋸歯電極部の単位長当たりの電流の１．３倍〜３倍の範囲としたことに１つの特徴を有する。

本発明の他の特徴は、前記第１及び第３の鋸歯電極部の単位長当たりの電流を均等となるようにしたことにある。

本発明の他の特徴は、前記第１、第２及び第３の鋸歯電極部を、複数本の鋸歯状の電極より構成したことにある。

本発明の他の特徴は、前記第１、第２及び第３の鋸歯電極部が前記感光体と対向する面と反対側の面にトナーや紙粉を除去するためのフィルタを配設したことにある。

本発明の他の特徴は以下の説明により一層明瞭に理解することができる。

本発明によれば中央部の鋸歯電極部に対して上流部及び下流部の鋸歯電極部に流す電流を小さくすることにより、上流部と下流部に位置する鋸歯電極のコロナ放電電圧が低下して電場が弱くなり、空気中の塵やトナー、または紙粉を引付ける力が低下して、鋸歯電極の歯先に付着する量を低減することができる。この結果鋸歯電極を清掃する周期を長くすることが可能となる。

また帯電装置の背面、つまり第１、第２、第３の鋸歯電極部が感光体と対向する面と反対側の面にフィルタを設けることにより、塵やトナー、または紙粉を含まない空気を帯電装置の背面側から帯電装置の開口面側に吹付けることができ、画像形成装置内の塵やトナー、及び紙粉が鋸歯電極の歯先に付着するのを低減できるだけではなく、フィルタの保守をも容易にできる。更にこのような帯電装置を用いた画像形成装置は、長期に渡り良質な画像を得ることができる。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

図４は本発明に係る帯電装置を備えたタンデム式の画像形成装置の概略構成を示す。各印写ユニットには、表面が有機材料からなる積層式の感光体２Ｋ，２Ｃ，２Ｍ，２Ｙが設けられており、これらの感光体２は、例えば回転速度９０ｃｍ／ｓで回転可能に設けられている。本発明に係る帯電装置により、感光体２は例えば−４５０Ｖ乃至−８５０Ｖ程度に一様に帯電される。露光装置３は発光ダイオード（ＬＥＤ）よりなり、画像情報に応じて例えば１２００ｄｐｉの密度の画像を形成するために、感光体２に静電潜像を形成する。静電潜像が形成された感光体２に現像装置４よりトナーが供給され、この結果感光体２上にトナー画像が形成される。

本実施例では、用紙搬送上流からイエロートナー(Ｙ)、マゼンタトナー（Ｍ）、シアントナー（Ｃ）、ブラックトナー（Ｋ）を配置したタンデム方式を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。現像後、各トナー画像は各々のユニットの転写装置５により転写材７へ転写される。転写材７上の各トナー画像は定着装置８によって転写材７上に定着される。感光体２に残留しているトナーはブラシ状の清掃装置６で清掃される。

次に上述のような画像形成装置に用いられる本発明帯電装置の一実施例を図１を参照して説明する。

図１に示すように、帯電装置１は感光体２と対向する面に開口部を有するシールドケース１２と、コロナ放電を発生させる６本の鋸歯電極１１と、鋸歯電極１１から一定の間隔をおいて取り付けられたグリッド１３とを備えている。シールドケース１２内には導電性の仕切板１４が設けられており、仕切板１４によりシールドケース１２内は３つの空間に分けられる。空間には各々２本の鋸歯電極１１が設置されている。

本実施例では、感光体２の移動方向に対して上流部１ｕに位置する２本の鋸歯電極１１Ａを第１の鋸歯電極部、中流部１ｍに位置する２本の鋸歯電極１１Ｂを第２の鋸歯電極部、下流部１ｂに位置する２本の鋸歯電極１１Ｃを第３の鋸歯電極部と呼ぶ。各電極部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの電極の数は１個でもよいが、均一な電界を形成するためには複数個設けることが望ましい。

第１、第２、及び第３の鋸歯電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃにはそれぞれ電源１６Ａ，１６Ｂ，１１Ｃが接続され、それぞれ電流Ｉｕ，Ｉｍ，Ｉｂが印加されている。

前記の仕切板１４はシールドケース１２と導通している。鋸歯電極１１は、感光体２の軸方向（紙面に垂直方向）とほぼ平行に張架される。鋸歯電極１１は、鋸歯電極１１とシールドケース１２側面との距離が８ｍｍ、鋸歯電極１１の間隔が１２ｍｍ、鋸歯電極１１の先端と感光体２との距離が９ｍｍの位置に設置される。

鋸歯電極１１の材質はステンレス(ＳＵＳ３０４)であり、鋸歯電極１１の形状は、感光体２軸方向の長さが５５０ｍｍ、厚みが０．１ｍｍ、鋸歯の高さが２０ｍｍ、鋸歯間距離は１ｍｍ、歯角は１５度である。この鋸歯電極はエッチング加工で形成される。

また、シールドケース１２の形状は、幅が８６ｍｍであり、長さは６００ｍｍである。一方、グリッド１３の形状はグリッド線幅が０．１ｍｍであり、グリッド間隔が１．３ｍｍであり、厚みが０．１ｍｍある。鋸歯電極１１と同様にエッチング加工で形成される。

鋸歯電極１１を用いた帯電装置１は感光体２から１．５ｍｍ離れた位置に設置される。シールドケース１２はアース電位に保たれており、鋸歯電極１１の電源１６は電流で制御され、グリッド１３の電源は電圧で制御されている。なお、鋸歯電極１１の清掃は、図５に示すように弾性を有する薄板状清掃部材９１を鋸歯電極１１の両側から挟み、軸方向に移動することで行われる。薄板状清掃部材９１は例えばポリウレタンである。

前記の画像形成装置を用いて、感光体２移動方向に対して中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１の単位長さ当たりの印加電流Ｉｍを変えて、空気中の塵やトナー、または紙粉が鋸歯電極１１の歯先に付着して発生する黒すじについて評価し、本発明の効果を確認した。ここで、鋸歯電極１１の単位長さ当たりの印加電流とは、鋸歯電極１１に電源より印加した電流を、鋸歯電極１１の感光体２軸方向の長さ５５０ｍｍで割った値である。評価した環境条件は常温常湿であり、グリッド１３の印加電圧は−５５０Ｖであり、また鋸歯電極１１に印加するトータルでの電流、つまり６本の鋸歯電極１１に印加した電流の総和が同じとなるようにして、感光体移動方向に対して上流部１ｕ及び下流部１ｂに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの長さ当たりの印加電流Ｉｕ、Ｉｂを変更した。トータルの印加電流は、帯電装置１を通過した後の感光体２の表面電位がグリッド１３の印加電圧より負側に５０V高くなるように設定し、また上流部１ｕと下流部１ｂとに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの長さ当たりの印加電流Ｉｕ、Ｉｂが均等となるように設定した。黒すじの発生評価は、黒すじが比較的に現れ易い細線パターン（２ＯＮ４ＯＦＦ）を印刷して行った。

以下実験例について説明する。

（実験例１）
まず比較対象として上流部１ｕ、中流部１ｍ、下流部１ｂに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに均等に１．３９μＡ／ｍｍの電流を印加した場合では、感光体２を約３．５万回転行うと黒すじの発生が認められた。この黒すじが生じている箇所の鋸歯電極１１の歯先を電子顕微鏡で観測したところ、空気中の塵やトナー、または紙粉が変色したと考えられる異物が付着していた。鋸歯電極１１の歯先に空気中の塵やトナー、または紙粉が鋸歯電極１１に付着するとコロナ放電が起きにくくなり、コロナ放電電圧が上昇するため、コロナ放電電圧を測定することにより鋸歯電極１１に付着した空気中の塵やトナー、または紙粉の量を推測できる。コロナ放電電圧を評価したところ、中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂのコロナ放電電圧の上昇量が０．４ｋＶに対して、上流部１ｕ及び下流部１ｂに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃのコロナ放電電圧の上昇量が０．７ｋＶであり、上・下流部の方が約０．３ｋＶ高くなっていた。

（実験例２）
中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに２．９３μＡ／ｍｍの電流を印加し、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃに０．６３μＡ／ｍｍの電流を印加した場合、つまり中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流または下流に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの単位長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、４．７倍の単位長さ当たりの電流Ｉｍを印加した場合には、感光体２を約２万回転行うと鋸歯電極１１の歯先に空気中の塵やトナー、または紙粉が付着し、コロナ放電電圧が上昇して火花放電に発展することが確認された。

（実験例３）
中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの単位長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、１．３倍乃至３．０倍の単位長さ当たりの電流Ｉｍを印加して、上記同様に黒すじの発生を評価した。まず中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに１．６７μＡ／ｍｍの電流を印加し、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃに１．２５μＡ／ｍｍの電流を印加した場合、つまり中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流または下流に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、１．３倍の単位長さ当たりの電流Ｉｍを印加した場合には、感光体２を約４万回転行うまでは黒すじが発生しないことが確認された。

（実験例４）
中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに２．０９μＡ／ｍｍの電流を印加し、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃに１．０５μＡ／ｍｍの電流を印加した場合、つまり中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流または下流に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、２．０倍の長さ当たりの電流Ｉｍを印加した場合、また中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１に２．５１μＡ／ｍｍの電流を印加し、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃに０．８４μＡ／ｍｍの電流を印加した場合、つまり中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流または下流に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの単位長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、３．０倍の長さ当たりの電流Ｉｍを印加した場合には、感光体２を約５．５万回転行うまでは黒すじが発生しないことが確認された。
以上の実験から、上流部１ｕ、中流部１ｍ、下流部１ｂに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの単位長さ当たりの電流を等しくした場合に比べて、ＩｍをＩｕまたはＩｂの１．３倍乃至３．０倍にした場合は、黒すじ発生周期を感光体２回転数で約０．５万から約２万回転分長くでき、鋸歯電極１１の清掃周期を長くできることが確認できた。

また、中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに２．０９μＡ／ｍｍの電流を印加し、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃに１．０５μＡ／ｍｍの電流を印加した場合、つまり中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流または下流に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの単位長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、２．０倍の単位長さ当たりの電流Ｉｍを印加した場合、感光体２を約３．５万回転行ったときのコロナ放電電圧の上昇量は、上流部１ｕ、中流部１ｍ、及び下流部１ｂに設置されている鋸歯電極１１とも変わらず０．５ｋＶであり、上流部１ｕ、下流部１ｂに設置されている鋸歯電極１１のコロナ放電電圧の上昇量を従来よりも低減できることが確認できた。

更に、上流部１ｕと下流部１ｂに設置されている鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの単位長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂを少なくすることにより、鋸歯電極１１の歯先に付着する空気中の塵やトナー、または紙粉の量を低減できると共に、上流部１ｕと下流部１ｂに設置されている鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの単位長さ当たりの電流は均等に印加した方が良いことが確認された。

本実施例において、上流部１ｕ、下流部１ｂに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃには個別の電源１６Ａ，１６Ｃを接続して実験を行ったが、他の構成でもよい。例えば上流部１ｕ、下流部１ｂに設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの電源を１つにして、中央部１ｍに設置される鋸歯電極１１の単位長さ当たりの印加電流Ｉｍが、上流部１ｕまたは下流部Ｉｂに設置される鋸歯電極１１の単位長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して１．３倍乃至３．０倍を満たすように印加する電流に分布を持たしても良い。

次に本発明に係る帯電装置の第２の実施例を図６を参照して説明する。

本帯電装置１は、その背面側にフィルタ１０４を配設すると共に、帯電装置１の開口面側に、画像形成装置１００の外部の空気を吹き付ける吹付け装置１０１を設けたものである。

帯電装置１の背面側から帯電装置１の開口面側に空気を吹き付ける吹付け装置１０１は、帯電装置１と画像形成装置１００とが繋がった管１０３と、空気を流入して帯電装置１に吹き付けるファン１０２から構成されている。空気の吹付けは、帯電装置１の背面全域から行われるように、管１０３は帯電装置１側が広く形成されている。ファン１０２の作動により、トナーや紙粉を含まない空気が、帯電装置１の背面側から帯電装置１の開口面側に吹き付けられる。帯電装置１の背面側のシールドケース１２及び仕切り板１４にはフィルタ１０４を保持するための保持部材１０５が設けられており、ファン１０２により空気が吹き付けられたとしても、フィルタ１０４を一定箇所に保持する役割をする。帯電装置１の背面全域にフィルタ１０４を設けるため、本実施例ではフィルタ１０４の大きさを幅を８６ｍｍ、長さを６００ｍｍ、厚みを５ｍｍとした。また、フィルタ１０４には平均捕集効率が６０％程度のエバーライトスコットフィルタ（ＨＲ−２０）を用いた。

このように、フィルタ１０４を設けることで空気中の塵を低減でき、空気中の塵が鋸歯電極１１の歯先に付着するのを低減できる。また上記のようにフィルタ１０４を背面に設けることにより交換も容易であり保守性においても優れている。

次に、上記画像形成装置を用いてフィルタ１０４を設けた場合と、設けない場合の効果を確認した。即ち常温常湿の環境で、グリッド１３の印加電圧を−５５０Ｖ、帯電装置１に設置される鋸歯電極１１の長さ当たりの印加電流を中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂで２．０９μＡ／ｍｍ、上流部または下流部に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃで１．０５μＡ／ｍｍという条件で実験を行った。つまり中流部１ｍに設置される鋸歯電極１１Ｂに、上流または下流に設置される鋸歯電極１１Ａ，１１Ｃの長さ当たりの印加電流ＩｕまたはＩｂに対して、２．０倍の長さ当たりの電流Ｉｍを印加して行った。

その結果、フィルタ１０４を設けた場合では、感光体２を約６．５万回転行うことで黒すじが発生し、設けていない場合と比べて、黒すじの発生周期を感光体２の回転数で約１万回転分長くできることが確認できた。本実施例においてはエバーライトスコットフィルタを用いたが、同様の効果が得られるサランロックフィルタ、ガラス繊維フィルタなどを用いても良い。

本実施例においては、空気中の塵の流入を低減する目的としてフィルタ１０４を用いたが、オゾンを廃棄する目的で活性炭素などを含んだフィルタを用い、帯電装置１の開口面側から帯電装置１の背面側に空気の流れを作ってもよい。何れの場合においても、帯電装置１を画像形成装置１００から取り外すことにより、フィルタも同時に取り外すことができるため保守性においても優れている。

本発明に係る帯電装置の一実施例を示す構成概略図である。従来の画像形成装置の説明図である。従来の帯電装置の一例を示す概略図である。本発明に係る帯電装置を用いた画像形成装置の一実施例を示す説明図である。鋸歯電極の清掃方法の説明図である。本発明に係る帯電装置の他の実施例を示す構成概略図である。

符号の説明

１：帯電装置
２：感光体
３：露光装置
４：現像装置
５：転写装置
６：清掃装置
７：転写材
８：定着装置
１ｕ：感光体移動方向に対して上流部
１ｍ：感光体移動方向に対して中流部
１ｂ：感光体移動方向に対して下流部
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ：鋸歯電極
１２：シールドケース
１３：グリッド
１４：仕切り板
１５：ワイヤ電極
９１：鋸歯電極の清掃部材
１００：画像形成装置
１０１：吹付け装置
１０４：フィルタ
１０５：保持部材

Claims

感光体を一様に帯電するための帯電装置と、画像情報に応じて帯電された前記感光体に光を照射し、前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体にトナー画像を形成する現像装置と、前記感光体上に形成されたトナー画像を記録媒体に転写するための転写装置とを有する画像形成装置において、
前記帯電装置は、前記感光体の移動方向に対し上流部に位置する第１の鋸歯電極部と、中流部に位置する第２の鋸歯電極部と、下流部に位置する第３の鋸歯電極部とを有し、前記第２の鋸歯電極部に流す単位長当たりの電流を前記第１及び第３の鋸歯電極部の単位長当たりの電流の１．３倍〜３倍の範囲としたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１において、前記第１及び第３の鋸歯電極部の単位長当たりの電流を均等としたことを特徴とする画像形成装置。
請求項１において、前記第１、第２及び第３の鋸歯電極部を、複数本の鋸歯状の電極より構成したことを特徴とする画像形成装置。
請求項１において、前記第１、第２及び第３の鋸歯電極部が前記感光体と対向する面と反対側の面にトナーや紙粉を除去するためのフィルタを配設したことを特徴とする画像形成装置。