しかしながら、高速印字の要求にしたがって感光体の周速度がさらに高速化されるなか、スコロトロン帯電器を用いた従来の帯電装置であっても、感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることが困難になってきていることがわかった。
図11に、スコロトロン帯電器を用いた従来の帯電装置を、電子写真装置である画像形成装置に搭載し、感光体の周速度を従来値よりも段階的に高めて、チャージャー線に流す電流(以下、ワイヤー電流とも記載)と感光体の表面電位(以下、ドラム表面電位とも記載)との関係を調べた結果を示す。ここでは、ワイヤー電流の上限を900μAまでとしている。これは、900μAを超えると、オゾン発生量が著しく増加するためである。
図11では、横軸がワイヤー電流であり、縦軸がドラム表面電位とチャージャー線に印加される電圧(以下、ワイヤー電圧とも記載)とである。ここでは、グリッド電極に印加する電圧(グリッド電位)は、ドラム表面電位の目標電位である650Vとした。また、グリッド電極としては、SUSよりなる厚み0.1mmの薄板に、スリット間を形成する電極線の幅を0.15mm〜0.17mmとして、スリット幅1.2mm(スリットピッチ1.35mm〜1.37mm)の複数のスリットが形成されたものを使用した。また、チャージャー線には、Φ60μのタングステンワイヤーを使用し、感光体の回転方向に並べて2本配置した。2本のチャージャー線の電極は共通とした。
図11に示すように、周速度240mm/secであれば、ドラム表面電位はグリッド電位である−650Vに到達して飽和するが、周速度が420mm/secとなると、ドラム表面電位はグリッド電位に到達する前に上がらなくなり、さらに高速の600mm/secともなれば、ドラム表面電位はグリッド電位により一層到達しなくなる。つまり、これより、ワイヤー電流とドラム表面電位との関係は、感光体の周速度に大きく影響され、周速度が速くなればなるほど、ドラム表面電位はグリッド電位に到達しなくなることがわかった。また、ワイヤー電流に対するドラム表面電位の曲線は、周速度に関わらず相似し、周速度が速くなるに従い、0V側へとシフトすることがわかった。
なお、チャージャー線に印加する電圧を非常に高くすることで、印加領域を広げることなく高速機において感光体を所定の電位に帯電させることも考えられる。しかしながら、このような対策ではオゾンの発生量が必然的に増加してしまい、エコロジーに反するものとなるため、好ましくない。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであって、その目的は、オゾンの発生量の増加及び画像形成装置の大型化を極力抑えた状態にて、高速機において感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることのできる帯電装置、電子写真装置を提供することにある。
本願出願人は、上記目的を達成するべく、種々検討を行った結果、静電潜像担持体の表面を所望する帯電電位(所定電位)の近傍値まで粗く帯電しておき、その後に、所望する帯電電位に均一に帯電させるといった、複数段回の帯電を行うことで、オゾンの発生量の増加及び画像形成装置の大型化を極力抑えた状態にて、高速機において感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることのできることを見出し、本願発明を行うに至った。
本発明に係る帯電装置は、電子写真装置に搭載され、回転駆動される静電潜像担持体の表面を所定電位に帯電させる帯電装置であって、上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位の近傍値まで帯電させる粗帯電部と、該粗帯電部にて帯電された上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位に均一に帯電させる調整帯電部とを備えることを特徴としている。なお、上記所定電位とは、帯電装置が搭載される電子写真装置によって決まられる、静電潜像担持体の帯電電位であり設定帯電電位とも言う。
これによれば、粗帯電部が、静電潜像担持体の表面を所定電位の近傍値まで粗く帯電し、その後、調整帯電部が、静電潜像担持体の表面を所定電位に均一に帯電する。粗帯電部での帯電は、表面を所定電位の近傍値まで引き寄せることを目的としているので、電位の均一化や安定化を重視する必要がなく、短い帯電時間で目的を達成することができる。そして、調整帯電部での帯電は、既に所定電位近くにまで引き寄せられている表面電位を均一にし、所定電位に安定化するものであるので、表面電位を一から帯電させると共に、均一にし、安定化するものに比べて、短い帯電時間で目的を達成することができる。
このように、静電潜像担持体の表面電位を所定電位の近傍値に引き寄せる粗帯電と、該近傍値にまで引き寄せられた表面電位を均一にし、所定電位に安定化させる調整帯電とに機能を分離することで、静電潜像担持体の周速度がさらに高速化されたとしても、オゾンの発生量の増加及び搭載される電子写真装置の大型化を極力抑えた状態にて、感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることが可能となる。
本発明に係る帯電装置においては、上記調整帯電部を、静電潜像担持体と対向する位置に、該静電潜像担持体の回転方向と直交する方向を軸方向として配置され、高電圧が印加されるワイヤーと、該ワイヤーをシールドし、上記静電潜像担持体と対向する面が開放されたシールド電極と、該シールド電極の開放された面に配置されたメッシュ部材よりなるグリッド電極とを備えたスコロトロン帯電器より構成することもできる。
上述したように、スコロトロン帯電器は、帯電電位の均一性に優れ、帯電電位を安定化できるため、表面の電荷を均一にかつ所定電位に安定化することを目的としている調整帯電部として好適に用いることができる。
本発明に係る帯電装置においては、上記調整帯電部を、帯電ローラ或いは帯電ブラシ等の接触部材を備えた接触型の帯電器より構成することもできる。
接触型帯電器は、帯電電位の制御が容易で帯電電位を安定化できるため、表面の電荷を均一にかつ所定電位に安定化することを目的としている調整帯電部として好適に用いることができる。
本発明に係る帯電装置においては、上記粗帯電部と上記調整帯電部とは、静電潜像担持体と対向する位置に、該静電潜像担持体の回転方向と直交する方向を軸方向として配置され、高電圧が印加されるワイヤーと、該ワイヤーをシールドし、上記静電潜像担持体と対向する面が開放されたシールド電極と、該シールド電極の開放された面に配置されたメッシュ部材よりなるグリッド電極とを備えた、1つのスコロトロン帯電器にて構成されており、該スコロトロン帯電器におけるグリッド電極が、目開きが粗の粗領域と目開きが密の密領域とを有し、粗領域が上記静電潜像担持体の回転方向上流側に配される構成とすることもできる。
ここで、粗領域は、メッシュ部材の目開きが密領域に比して大きい方の領域であり、密領域は、粗領域に比してメッシュの目開きが小さい方の領域である。つまり、粗領域は密領域と比較して、開口間を形成する電極線の幅を同じとした場合に、開口の面積が大きいと共に、単位面積当たりに存在する開口の数が少なく、密領域は粗領域と比較して、開口間を形成する電極線の幅を同じとした場合に、開口の面積が小さいと共に、単位面積当たりに存在する開口部の数が多くなる。但し、粗領域と密領域で必ずしも開口間を形成する電極線の幅が同じである必要はなく、粗領域とは、密領域に対して開口のサイズが大きくて目が粗い状態であり、密領域とは粗領域に対して開口のサイズが小さく目が細かい状態である。
グリッド電極をこのように粗領域と密領域とを有する構成とすることで、静電潜像担持体へと向かう放電電流の調整を各領域にて異ならせることが可能となり、静電潜像担持体の帯電制御を各領域に応じて行うことができる。
具体的には、回転方向上流側に配される粗領域では、メッシュの目開きがより大きいため、静電潜像担持体へと向かう放電電流の通過量を調整して、電位を均一にし、所定電位に安定させる作用は低いものの、放電電流の通過量が多いために、静電潜像担持体の表面に十分な電流を与えることができ、静電潜像担持体の表面を短期間にて所定電位近傍に粗く帯電させることができる。
一方、粗領域の下流側に配される密領域では、メッシュの目開きがより小さいために、放電電流の通過量は少なく、静電潜像担持体を短時間で帯電させることには向かないものの、放電電流の通過量を適切に制御して、既に粗く帯電されている状態にある静電潜像担持体の表面の電位を均一にし所定電位に安定させることができる。
つまり、これによれば、スコロトロン帯電器におけるグリッド電極を、目開きが粗の粗領域と、目開きが密の密領域とからなる構成とすることで、粗領域部分にて粗帯電部の機能を担わせ、密領域部分にて調整帯電部の機能を担わせることができる。しかも、粗帯電部と調整帯電部とを、1つのスコロトロン帯電器にて実現できるので、帯電の機能を分離した構成であっても、帯電装置の大型化を回避できる。
本発明の電子写真装置は、上記課題を解決するために、表面に静電潜像が形成され回転駆動される静電潜像担持体と、該静電潜像担持体表面を所定の電位に帯電させる帯電装置とを備える電子写真装置であって、上記帯電装置が、上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位の近傍値まで帯電させる粗帯電部と、該粗帯電部にて帯電された上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位に均一に帯電させる調整帯電部とを備えることを特徴としている。
本発明の電子写真装置においては、上記調整帯電部は、帯電ローラ或いは帯電ブラシ等の接触部材を備えた接触型の帯電器より構成させることもできる。
本発明の電子写真装置においては、上記粗帯電部と上記調整帯電部とは、静電潜像担持体と対向する位置に、該静電潜像担持体の回転方向と直交する方向を軸方向として配置され、高電圧が印加されるワイヤーと、該ワイヤーをシールドし、上記静電潜像担持体と対向する面が開放されたシールド電極と、該シールド電極の開放された面に配置されたメッシュ部材よりなるグリッド電極とを備えた、1つのスコロトロン帯電器にて構成されており、該スコロトロン帯電器におけるグリッド電極が、目開きが粗の粗領域と目開きが密の密領域とを有し、粗領域が上記静電潜像担持体の回転方向上流側に配される構成とすることができる。
既に帯電装置として説明したように、これにより、静電潜像担持体の周速度がさらに高速化されたとしても、オゾンの発生量の増加及び電子写真装置の大型化を極力抑えた状態にて、感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることが可能となる。
本発明に係る帯電装置は、以上のように、電子写真装置に搭載され、回転駆動される静電潜像担持体の表面を所定電位に帯電させる帯電装置であって、上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位の近傍値まで帯電させる粗帯電部と、該粗帯電部にて帯電された上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位に均一に帯電させる調整帯電部とを備える構成である。
また、本発明に係る電子写真装置は、以上のように、表面に静電潜像が形成され回転駆動される静電潜像担持体と、該静電潜像担持体表面を所定の電位に帯電させる帯電装置とを備える電子写真装置であって、上記帯電装置が、上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位の近傍値まで帯電させる粗帯電部と、該粗帯電部にて帯電された上記静電潜像担持体の表面を上記所定電位に均一に帯電させる調整帯電部とを備える構成である。
それゆえ、本発明の帯電装置、電子写真装置では、静電潜像担持体の周速度がさらに高速化されたとしても、オゾンの発生量の増加及び搭載される電子写真装置の大型化を極力抑えた状態にて、感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることができるといった効果を奏する。
本発明の実施形態について図1ないし図10に基づいて説明すると以下の通りである。
まず、図3に基づいて、本実施の形態である帯電装置4を搭載する画像形成装置(電子写真装置)の全体構成を簡単に説明する。
本画像形成装置は、所定のシート(記録用紙)に、画像データに応じたモノクロ画像を形成するものである。本画像形成装置は、図3に示すように、露光ユニット1、現像装置2、ドラム状の感光体3、帯電装置4、クリーナユニット5、及び定着ユニット6等よりなる画像形成部7と、給紙部8と、排紙部9とを備えている。
帯電装置4は、静電潜像担持体である感光体3の表面を所定の電位に均一に帯電させるためのものである。本画像形成装置では、感光体3は周速度600mm/sec以上で高速回転される。詳細については後述するが、該帯電装置4には、画像形成装置を大型化することなく高速回転される感光体3表面を均一に安定して帯電するための工夫が施されている。
露光ユニット1は、帯電装置4によって均一に帯電された感光体3の表面を入力された画像データに応じて露光し、該表面に画像データに応じた静電潜像を形成するものである。露光ユニット1として、ここではレーザ照射部11および反射ミラー部12を備えたレーザスキャニングユニット(LSU)13を用いる構成を例示したが、ELやLED等の発光素子をアレイ状に並べた、ELやLED書込みヘッドを用いる構成としてもよい。さらに、本画像形成装置では、高速印字処理に伴う照射タイミングの高速化を低減すべく、複数のレーザ光を利用する手法を採用している(具体的には2ビーム手法)。
現像装置2は、感光体3の表面に形成された静電潜像を黒トナーで顕像化するものである。クリーナユニット5は、画像転写後における感光体3の表面に残留したトナーを、除去・回収するものである。
転写機構10は、上述のようにして感光体3の表面で顕像化された静電像(未定着トナー)を、自身が搬送するシート上に転写するものである。転写機構10は、シートに対して静電像が有する電荷の逆極性の電界を印加する。例えば、静電像が(−)極性の電荷を有している時は、転写機構10の印加極性は(+)極性となる。
転写機構10には、駆動ローラ101と従動ローラ102及び他のローラに巻回された転写ベルト103が配置されている。該転写ベルト103は、所定の抵抗値(1×109〜1×1013Ω・cmの範囲)を有する。
また、感光体3と転写ベルト103の接触部には駆動ローラ101及び従動ローラ102とは異なった導電性で転写電界を印加することが可能な導電性ローラ105が配置されている。該導電性ローラ105には、弾性が持たされており、これにより、感光体3と転写ベルト103とは、転写ニップと称される所定の幅を有する面で接触するようになり、搬送されるシートへの転写効率の向上を図っている。
さらに、転写ベルト103の転写領域の下流側における転写ベルト103の背面側には、搬送されるシートが転写領域で印加された電界を除電して次工程への搬送をスムーズに行わせるための除電ローラ106が配置されている。
その他、転写機構10には、転写ベルト103のトナー汚れを除去するクリーニングユニット、及び転写ベルト103の除電を行う除電機構が配置されている。なお、該除電機構、及び前述の除電ローラ106としては、本画像形成装置を介して接地する。
転写機構10でシート上に転写された静電像(未定着トナー)は、定着ユニット6に搬送されることで未定着トナーが溶融されシート上に定着される。
定着ユニット6は、加熱ローラ61、加圧ローラ62を備えており、加熱ローラ61の外周部には、シート剥離爪、ローラ表面温度検出部材(サーミスター)、ローラ表面クリーニング部材が配置され、内周部には加熱ローラ表面を所定温度(定着設定温度:概ね160〜200℃)とする熱源を有している。
他方、加圧ローラ62は、ローラの両端部で前記加熱ローラ61に対し所定圧量で加圧ローラ62が圧接することが可能な加圧部材が配置され、さらに加圧ローラ62の外周には加熱ローラの外周と同様にシート剥離爪、ローラ表面のクリーニング部材が配置されている。
このような定着ユニット6は、定着ニップ部と称される加熱ローラ61と加圧ローラ62との圧接部600において、搬送されるシート上の未定着トナーを加熱ローラ61表面の温度での溶融と、圧接力でのシート上への投鋲作用で未定着トナーをシート上に定着する。
給紙部8は、画像形成に使用するシートを蓄積し、上記した画像形成部7へとシートを供給するものである。本画像形成装置では、高速印字処理を行うことを目的とするため、画像形成部の下方に、定型サイズを各々の給紙トレイに500〜1500枚収納可能な複数の給紙トレイを備えた多段給紙装置が配置されると共に、該多段給紙装置の側方には、複数の種類のシートを多量に収納可能な大容量給紙カセット83が配置されている。また、画像形成部7の側壁に、主として不定型サイズの印字等に用いる手差し給紙トレイ82が配置されている。
排紙部9は、本画像形成装置において手差しトレイ82とは反対側の側面に配置されている。図3では、排紙部9が1段の排紙トレイ91よりなる構成を例示しているが、排紙トレイ91に代えて、排紙シートの後処理装置(ステープル、パンチ処理等々)、複数段排紙トレイをオプションとして配置することも可能である。
続いて、シート搬送工程について説明する。給紙部8にある複数の給紙トレイの中から印字要求に合致するシートを収容する給紙トレイが選択され、該選択された給紙トレイよりシートが給紙される。給紙されたシートは、図3に示す搬送路15の中を、複数の搬送ローラ16‥によって、転写機構10の直前に配置されたレジストローラ35まで搬送され、ここで一旦停止される。一旦停止したシートは、シートの先端と感光体3上の静電像を合致させるタイミングにてレジストローラ35が再回転されることで、転写機構10へと搬送され、静電像が転写される。その後、シートは、定着ユニット6に送られて静電像が固着され、その後、排紙部9の排紙トレイ91に排出される。
また、本画像形成装置では、定着ユニット6から排紙トレイ91までの搬送経路を、コピーモード、プリンタモード、FAXモード等の動作モード、及び片面印字か両面印字かの印字モードによって異ならせるようになっている。
通常、コピーモードでは、ユーザが装置の近傍で操作を行うことから“フェースアップ排出”と呼ばれる印字面(画像形成面)を上に向けた排出が多く用いられている。一方、プリンタモード及びFAXモードでは、ユーザが装置の近傍に居ない状態が多いことから、排出されるシートをページ順に揃えることのできる、印字面(画像形成面)を下に向けたフェースダウン排出が多く用いられている。
本画像形成装置では、定着ユニット6から排紙トレイ91へと至る搬送路として、図4に示すように、複数の搬送路I〜VIと、複数の分岐爪A〜Eとが配置されている。位置が固定されている分岐爪Eを除き、分岐爪A〜Dにはそれぞれに対応してソレノイド等からなる図示しない爪位置切換え手段が設けられており、該手段が図示しないのCPU等からなる制御装置にてオン・オフされることによって、シートを案内する搬送路を選択するようになっている。
(1)片面印字でフェースアップ排出
定着ユニット6を通過したシートが搬送ローラ30を通過する直前に、分岐爪Aは、排紙ローラ32へと繋がる搬送路Iを開放し、搬送路IIを遮蔽する。これにより、搬送されるシートは、その先端部が分岐爪Aに案内されて搬送路Iを通過し、排紙ローラ32を経て排紙トレイ91上に排出される。
(2)片面印字でフェースダウンの排出
定着ユニット6を通過したシートが搬送ローラ30を通過する直前に、分岐爪Aは搬送路IIを開放し、搬送路Iを遮蔽する。さらに分岐爪Cは搬送路IIIを開放し、搬送路Vを遮蔽する。搬送されるシートは、その先端部が分岐爪Aに案内されることによって、搬送路IIを通過し、シート先端の腰と搬送力とで分岐爪Bを移動し、搬送路IIIを開放した後に、分岐爪Cに案内されることで搬送路IIIに導かれる。シートの後端が分岐爪Eの位置に到達すると、シートの搬送が一旦停止し、分岐爪Cは搬送路IVを開放し、搬送路Vを遮蔽する。この時に分岐爪Bは、図示してはいないが、分岐爪保持シャフトに配置される弾性部材(バネ等)によって自然に位置変位していて搬送路IIを遮蔽する形態となる。このような状態になった後に、反転搬送ローラ33が逆回転することでシートの再搬送が行われ、前記分岐爪Eの位置に滞留する後端から搬送路IVを通過した後に排紙ローラ32を経て排紙トレイ91に排出される。
(3)両面印字の印字手法での排出
第1面(表面)印字が終了し、定着ユニット6を通過したシートが搬送ローラ31を通過する直前に、分岐爪Aは搬送路IIを開放し、搬送路Iを遮蔽する。更に分岐爪Cは搬送路Vを開放し、搬送路IIIを遮蔽する。また、分岐爪Dは搬送路IVを開放する。搬送されるシートは、その先端部が分岐爪Aに案内されることによって、搬送路IIを通過し、シート先端の腰と、搬送力で分岐爪Bを移動した後に、分岐爪Cに案内されることで搬送路V、並びに搬送路IVに導かれる。シートの後端が搬送路IVに到達すると、シートの搬送が一旦停止する。(第1面のスイッチバックの完了)その後、分岐爪Dが搬送路Vを遮蔽し、分岐爪Eへの搬送路が開放されると、スイッチバックローラ34が逆回転することでシートの再搬送が行われ、前記搬送路IVの位置に滞留する後端から分岐爪Eを介して搬送路IIIを通過したシートは、前記印字処理工程(転写機構)の直前に配置されるレジストローラ35まで搬送される。その後に、第2面(裏面)印字が終了し、定着ユニット6を通過したシートは、前記(1)の片面印字でフェースアップの排出と同様の処理がなされて排紙トレイ91上に排出される。
次に、本実施の形態である帯電装置4について詳細に説明する。本願出願人は、オゾンの発生量の増加及び画像形成装置の大型化を極力抑えた状態にて、高速機において感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることを目的として、種々検討を行った結果、感光体の表面を所望する設定帯電電位(所定電位)の近傍値まで粗く帯電しておき、その後に、設定帯電電位に均一に帯電させるといった、機能を分けた帯電を行うことで、該目的を達成し得ることを見出し、本願発明を行うに至った。
図5(a)(b)に、本実施の形態である帯電装置4の構成を示す。なお、図5(b)は、図5(a)におけるA−A線矢視断面図である。
帯電装置4は、チャージャー線41と、チャージャーケース42と、グリッド電極43とを備えている。チャージャー線41は、電極44より高電圧が印加されるワイヤー部材であり、チャージャーケース42内部において、ホルダー部材46・46にて保持されている。ここでは、チャージャー線41は2本配置されており、2本のチャージャー線41・41に、電極44より同じ電圧は印加される。なお、チャージャー41は、1本或いは3本以上であってもよく、また、各チャージャー線41・41に対して異なる電圧を印加することもできる。
チャージャーケース42は、チャージャー線41の軸方向を長手方向とし、感光体と対向配置される面が開放された導電性の箱型部材である。チャージャーケース42には、電極45よりチャージャー線41とは異なる電圧が印加されるようになっている。
グリッド電極43は、上記チャージャーケース42における開放された面に配置され、チャージャー線41とは異なるバイアス電圧が印加されるようになっている。ここでは、グリッド電極43に対しても、電極45よりチャージャーケース42と同じ電圧が印加される。なお、グリッド電極43とチャージャーケース42とが絶縁されていて、それぞれに異なる電圧が印加されてもよい。
上記グリッド電極43は、複数の開口を有する導電性のメッシュ部材である。開口の形状としては、図1(a)に示すスリット50や、図2(a)に示す多角形の開口51等がある。そして、グリッド電極43は、目開きが互いに異なる粗領域52と密領域53の2つの領域を有している。
グリッド電極43の目開きは、スリットタイプであればスリット幅及びスリットピッチにて規定され、多角形の開口を有するタイプであれば、外接する円の径とピッチで規定される。図1(b)に、図1(a)に示すグリッド電極43におけるスリット幅SW及びスリットピッチSPを示す。スリット幅SWとは、1つのスリット50の幅(スリットの長手方向と直交する方向の寸法)を表すものであり、スリットピッチSPとは、スリットの長手方向と直交する方向に隣り合う2つのスリット50・50の各中心線(スリットの長手方向に伸びる中心線)の間隔を表すものである。また、図5(b)に、図5(a)示すグリッド電極43における開口に外接する外接円の径HW及び、外接円のピッチHPを示している。外接円のピッチHPは、隣り合う2つの開口51・51の各外接円の中心点の間隔を表すものである。
つまり、目開きが粗とは、目開きが密である場合と比較して、スリット50・51間、或いは開口51・51間を形成する電極線の幅を同じとした場合に、スリット50或いは開口51の面積が大きく、かつ、単位面積当たりに存在するスリット50或いは開口51の数が少ない状態である。目開きが密とは、目開きが粗である場合と比較して、スリット50・51間、或いは開口51・51間を形成する電極線の幅を同じとした場合に、スリット50或いは開口51の面積が小さく、かつ、単位面積当たりに存在するスリット50或いは開口51の多い状態である。但し、粗領域52と密領域53で必ずしもスリット50・51間、或いは開口51・51間を形成する電極の幅が同じである必要はなく、粗領域52とは、密領域53に対して開口のサイズが大きくて目が粗い状態であり、密領域53とは粗領域52に対して開口のサイズが小さく目が細かい状態である。
そして、このような粗領域52と密領域53とでは、チャージャー線41より放電される電流量が同じであっても、感光体3へと向かう放電電流の調整を各領域にて異ならせることが可能となり、感光体3の帯電制御を各領域に応じて行うことができる。
ここで、グリッド電極43における目開きの違いにて、感光体3の帯電状態がどのように異なってくるかを、図6、図7を用いて説明する。
図6に、グリッド電極43の目開きを異ならせた場合の、チャージャー線41に電圧を印加した際に感光体3表面に流れるドラム電流の強度分布を示す。ここでは、スリット幅が0.6mm、1.2mm、2.4mmの3種類のグリッド電極(シングルパターン)43’を用いている。
図6において横軸をなす感光体上の長さとは、帯電装置4の中心部(各チャージャー線間の中央部)に対応する感光体上の点を0.0mmとして、感光体3の回転方向下流側や上流側への距離を表したものであり、感光体3の回転方向下流側から上流側に向かって−30.0mm〜30.0mmとなっている。図6の縦軸はドラム電流である。
ドラム電流とは、チャージャー線41がコロナ放電することによって感光体3表面が帯電し、感光体3表面に流れる電流のことである。ドラム電流の値は、感光体表面電位の分布に応じた値となり、ドラム電流の分布と感光体表面電位の分布とが対応する。つまり、感光体表面電位が大きい部分ではドラム電流の値が大きくなり、感光体表面電位の小さい部分ではドラム電流の値が小さくなる。
また、このドラム電流の強度の分布を感光体3上の長さに対応する部分に模式的に投影したものを図7に示す。図7には、ドラム電流の強度分布54が模式的に記されている。
図7に示すように、ドラム電流、つまり、感光体表面電位は、チャージャー線に対峙する部位(正確には、チャージャー線と感光体の中心軸とを結ぶ直線上の部分)において最も大きくなるガウス分布状に分布し、各直線間は小さくなる。
そして、図6に示すように、グリッド電極43’の目開きが変わると、分布の状態は変わらないものの、ドラム電流のレベルが変化し、目開きが粗くなるほど(スリット幅が広がるほど)、ドラム電流のレベルが大きくなる。つまり、これより、グリッド電極43’の目開きを変えることで、チャージャー線41から放電される電流量は同じであっても、感光体表面を異なった状態に帯電させることができることがわかる。
目開きが粗くなると、感光体3へと向かう放電電流の通過量を調整して、電位を均一にし、所定電位に安定させる作用は低くなるが、放電電流の通過量が多いために、感光体3表面に十分な電流を与えることができ、感光体3表面を短期間にて帯電させることができる。
反対に、目開きが細かい場合は、放電電流の通過量は少なく、感光体3を短時間で帯電させることには向かないものの、放電電流の通過量を適切に制御して、感光体3の表面の電位を均一に、かつ、設定帯電電位に安定させることができる。
そして、上記帯電装置4は、図8に示すように、感光体3に対し、感光体3の回転方向(矢印X)と直交する方向を長手方向とし、グリッド電極43における粗領域52が感光体3の回転方向上流側に位置し、密領域53が回転方向下流側に位置するように配設される。
このような構成の帯電装置4においては、感光体3を帯電させるに際し、チャージャー線41・41に4KV〜6KV程度の電圧が印加されると共に、グリッド電極43に所望の感光体3の帯電電位に応じたバイアス電圧が印加される。一方、感光体3は、帯電装置4にその表面を対峙するよう回転駆動され、帯電装置4と対峙する印加領域を通過することで、表面が予め定められている設定帯電電位(所定電位)に帯電されることとなる。
上述したように、グリッド電極43には、粗領域52と密領域53とが設けられ、粗領域52が感光体3の回転方向上流側に位置し、密領域53が回転方向下流側に位置するように配設されている。そのため、感光体3の表面は、最初に通過する粗領域52と対峙する間に、設定帯電電位の近傍値まで引き寄せられる(粗帯電)。その後、感光体3の表面は、次に通過する密領域53と対峙する間に、粗帯電済みの表面電位が、グリッド電位に安定して均一に帯電させるスコロトロン帯電本来の帯電能力によって、上記設定帯電電位に均一に帯電され、安定化することとなる(調整帯電)。
このように、感光体3の表面電位を設定帯電電位の近傍値に引き寄せる粗帯電と、該近傍値にまで引き寄せられた表面電位を均一にし、設定帯電電位に安定化させる調整帯電とに帯電機能を分離し、複数段階で帯電させることで、感光体3の周速度がさらに高速化され、本実施形態のように600mm/secであったとしても、オゾンの発生量の増加及び画像形成装置の大型化を極力抑えた状態にて、感光体を所定の電位に均一に安定して帯電させることが可能となる。
なお、グリッド電極43における粗領域52及び密領域53の目開きは、搭載される画像形成装置の感光体の周速度に併せて、適宜設定すればよいものであって、一義的に定まるものではない。たとえ、同一の周速度に対応させるものであっても、グリッド電極43の材質や厚みに応じて変化するものである。
また、グリッド電極における粗領域52と密領域53との境界位置は、図6に示したように、チャージャー線41が複数本配置されていて、ドラム電流に谷がある場合は、この谷に対応するように配置することが好ましい。ドラム電流が小さい谷の部分は、感光体を帯電させる能力は弱いので、粗領域52と密領域53との境界が多少すれても、感光体への帯電状態に与える影響をすくなくでき、帯電の制御が容易になる。
また、チャージャー線が1本の場合は、密領域53を粗領域52よりも広くし、ドラム電流のピークの部分が密領域53に入るようにすることで、より安定した帯電を行うことが可能になる。これは、粗領域52の帯電能力は、目開きを粗くすることで、上げることができるが、密領域53の調整帯電の能力は、目開きを粗くしても上がるののではなく、時間が必要となるためである。
さらに、グリッド電極43における密領域53と粗領域52とは、2つの領域である必要はなく、感光体3の回転方向上流側から下流側にかけて、目開きが複数段階で粗から密に変化するものであってもよい。
また、グリッド電極を粗領域と密領域とを設けて1つのスコロトロン帯電器にて粗帯電部と調整帯電部とを実現する構成では、帯電の機能を分離した構成であっても、帯電装置の大型化を回避できるという効果もある。
なお、粗帯電部と調整帯電部とは、別々の帯電器を用いて構成してもよく、帯電方式も適宜組み合わせて設定すればよい。例えば、図10に示すように、粗帯電部をコロトロン帯電器60にて構成し、調整帯電部を接触帯電方式(図では、帯電ローラを用いている)の帯電器61を用いて行う帯電装置63としてもよい。接触型帯電方式は、帯電電位の制御が容易で帯電電位を安定化できるため、表面の電荷を均一にかつ所定電位に安定化することを目的としている調整帯電部として好適に用いることができる。もちろん、粗帯電部を接触帯電方式を用いて構成してもよい。
また、コロトロン帯電は、帯電電位の制御に適していないので、調整帯電部には不向きであるが、帯電能力が高く、短い時間で感光体3の表面電位を引き上げることができ、粗帯電部には適している。したがって、粗帯電部をコロトロン帯電とする場合、調整帯電部にはスコロトロン帯電を用い、図11に示すよう帯電装置62のように、1つのスコロトロン帯電器における感光体3の回転方向下流側にあたる部分にのみグリッド電極43’’を配置する構成としてもよい。