JP4618363B2 - 帯電装置、及び、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置に関し、特に、帯電装置における放電にともなうオゾンの発生を抑制することにより、オゾンによる周辺部材の劣化、及び、劣化物に起因する感光体の感度不良から発生する画像欠損を防止するための技術に関する。

近年、電子写真方式の画像形成装置が備えるスコロトロン方式の帯電装置において、高効率化、及び低オゾン化の要請により、従来のワイヤー式の放電電極に代えて、鋸歯状の放電電極を備えるタイプが主流になっている。
鋸歯状の放電電極は、ワイヤー式よりも放電方向が限られるので、印加する電圧、及び流す電流のわりに放電エネルギーを高くすることができ高効率であり、また、鋸歯の先端部分からのみ放電するので、オゾンの発生が比較的少ない。

しかしながら、鋸歯状の放電電極を用いた実際の放電においても、放電電極に対して周設されたシールド部材が次第に、放電により発生するオゾンの酸化作用等によって腐食され、錆等の劣化物が発生し、このような劣化物は、帯電放電ガスを蓄積し、画像形成時でない時に当該ガスを放出することにより、感光体の感度不調を引き起こし、形成された画像が白く欠損する像流れ現象と呼ばれる不具合を発生させてしまう。

そこでシールド部材の劣化を抑制する技術が特許文献１に開示されており、特許文献１には、安定板ケース材料及び制御電極材料より酸化腐食しやすい材料で形成された腐食抑制部材と、腐食抑制部材の清掃機構とを有する帯電装置が開示され、放電部材からの放電により発生するオゾン等による酸化腐食が安定板ケース及び制御電極よりも腐食抑制部材において優先的に進み、このように腐食した腐食抑制部材はその清掃機構により適宜清掃することで優先的に腐食を続けさせることができ、それだけ安定板ケース及び制御電極の腐食が抑制されると記載されている。
特開２００７−３１６１９７号公報

しかしながら、特許文献１では、金属の腐食抑制部材を設けることにより、帯電器内の電界分布が変化し、感光体への有効な放電電流が減少するので、印加する電圧を高くし、放電電流の総量を増加させる必要が生じ、従来よりも高出力の電源回路を用いなければならず、望ましくない。
また、放電電流の総量を増加させると、それによって発生するオゾンの総量が増加し、オゾン濃度が高くなるので、望ましくない。

また、腐食抑制部材や清掃機構を設けると装置構成が複雑化し、装置が大型化し、かつ高価になってしまう。
本発明は、装置構成を複雑化させることなく、装置が大型化せず、かつ、さほど高価になることもなくシールド部材の腐食を抑制し、像流れ現象を抑え、長期に亘り良好な画像形成を行うことができる画像形成装置、及び、当該画像形成装置に用いられる帯電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る帯電装置は、周回走行する像担持体の表面を帯電させる帯電装置であって、前記像担持体の表面と対向する面が開口されたシールドケースと、前記シールドケースの内部において前記像担持体の走行方向と直行する方向に架設されたコロナ電極と、前記シールドケースの開口部分に配設された制御電極とを備え、前記シールドケースの前記像担持体の走行方向において対向する一対の側面板のうち少なくとも一方の側面板の前記開口付近の部位が外方に膨出する形状であって、開口から遠ざかるにつれて膨出量が増加した後、減少する形状となっていることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、上記帯電装置を備えることを特徴とする。

課題を解決するための手段に記載した構成により、適度な開口、及び適度な制御電極のサイズでありながら、シールドケースへの好ましくない放電を抑制することができる。
例えば、従来のシールドケースに比べ、制御電極の近傍の電界強度が低くなるので、放電時にシールドケースに流れ込む電流量が少なくなる。よって、制御電極に近い部分の近傍におけるオゾン発生量が少なくなり、シールドケースの腐食速度を従来よりも低下させることができる。また、特に像担持体の近傍部分の腐食速度が低下するため、像流れの起因となるガスの影響を少なくすることができる。

従って、装置構成を複雑化させることなく、小型化の妨げとならず、かつ、さほど高価になることもなくシールドケースの腐食を抑制し、像流れ現象を抑え、長期に亘り良好な画像形成を行うことができる。
ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記膨出されている部位の、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面における形状が、円、及び、楕円のうちのいずれかの一部、又はこれらの一部の組み合わせであることを特徴とすることもできる。

ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記膨出されている部位を有する側面板の、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面における形状が、クランク状であることを特徴とすることもできる。
これにより、膨出されている部位の形状が連続的になるので、製造が比較的容易で、かつ特性が安定する。

ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において前記制御電極が配設された線上の前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、前記断面において点Ｂを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、前記断面において前記線分ＡＢの中間点Ｃを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、前記断面において前記側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ｃ１までの部分を領域α１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ｃ２までの部分を領域α２と定義すると、前記領域α１＋前記領域α２において電界強度が前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下であることを特徴とすることもできる。

これにより、実験より７５時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは一般的な大型プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該大型プリンタに適用することができる。
ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において前記制御電極が配設された線上の前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、前記断面において点Ｂを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、前記断面において前記線分ＡＢの中間点Ｃを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、前記断面において前記側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ｃ１までの部分を領域α１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ｃ２までの部分を領域α２と定義すると、前記領域α１＋前記領域α２において電界強度が前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が７０％以上を占めることを特徴とすることもできる。

これにより、実験より５０時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは汎用プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該汎用プリンタに適用することができる。
ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において前記制御電極が配設された線上の前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、前記断面において点Ｂを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、前記断面において前記線分ＡＢの中間点Ｃを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、前記断面において前記側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ｃ１までの部分を領域α１と定義し前記側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ｃ２までの部分を領域α２と定義すると、前記領域α１＋前記領域α２において電界強度が前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が５０％以上を占めることを特徴とすることもできる。

これにより、実験より２５時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは一般的な小型プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該小型プリンタに適用することができる。
上記目的を達成するために、本発明に係る帯電装置は、周回走行する像担持体の表面を帯電させる帯電装置であって、前記像担持体の表面と対向する面が開口されたシールドケースと、前記シールドケースの内部において前記像担持体の走行方向と直行する方向に架設されたコロナ電極と、前記シールドケースの開口部分に配設された制御電極とを備え、前記シールドケースの前記像担持体の走行方向において対向する一対の側面板のそれぞれの側面板の前記開口付近の部位が、外方に膨出する形状であって、開口から遠ざかるにつれて膨出量が増加した後、減少する形状となっていることを特徴とすることもできる。

これにより、適度な開口、及び適度な制御電極のサイズでありながら、シールドケースへの好ましくない放電を抑制することができる。
例えば、従来のシールドケースに比べ、制御電極に近い部分の近傍の電界強度が低くなるので、放電時にシールドケースに流れ込む電流量が少なくなる。よって、制御電極に近い部分の近傍におけるオゾン発生量が少なくなり、シールドケースの腐食速度を従来よりも低下させることができる。また、特に像担持体の近傍部分の腐食速度が低下するため、像流れの起因となるガスの影響を少なくすることができる。

従って、装置構成を複雑化させることなく、小型化の妨げとならず、かつ、さほど高価になることもなくシールドケースの腐食を抑制し、像流れ現象を抑え、長期に亘り良好な画像形成を行うことができる。
上記目的を達成するために、本発明に係る画像形成装置は、上記帯電装置を備えることを特徴とする。

ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において前記制御電極が配設された線上の前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、前記断面において放電始端Ａを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ａ１、点Ａ２とし、前記断面において点Ｂを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、前記断面において前記側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ａ１までの部分を領域β１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ａ２までの部分を領域β２と定義すると、前記領域β１＋前記領域β２において電界強度が前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が５０％以上を占めることを特徴とすることもできる。

これにより、実験より７５時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは大部分の一般的なプリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、ほとんどのプリンタに適用することができる。
ここで、帯電装置、及び画像形成装置において、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において前記制御電極が配設された線上の前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、前記断面において放電始端Ａを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ａ１、点Ａ２とし、前記断面において点Ｂを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点をそれぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、前記断面において前記側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ａ１までの部分を領域β１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ａ２までの部分を領域β２と定義すると、前記領域β１＋前記領域β２において電界強度が前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が４０％以上を占めることを特徴とすることもできる。

これにより、実験より５０時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは汎用プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該汎用プリンタに適用することができる。

［実施の形態１］
＜構成＞
図１は、実施の形態１における電子写真方式の画像形成装置の断面の概要を示す図である。
図１に示すように、本実施の形態における画像形成装置は、ＯＰＣ感光体である像担持体１と、像担持体１の表面を一様に所定の電位に帯電させる帯電装置２と、所定の電位に帯電した像担持体１にレーザ光を照射して静電潜像を形成する露光装置３と、主に電気力を利用して静電潜像にトナー４ａを付着させて鏡像化する現像装置５と、電気力や圧力を利用して鏡像化されたトナー４ａを像担持体１上からコピー用紙等の記録シート６へと移動させる転写装置７と、記録シート６上のトナー４ａを記録シート６ごと熱圧着して固定する定着装置８と、転写装置７において記録シート６へ移動できずに像担持体１上に僅かに残ってしまった残留トナー４ｂを電気的、機械的に除去することにより像担持体１上を清掃する清掃装置９と、清掃後の電位的にばらついた状態の像担持体１上を、光の照射や帯電ブラシ等により大まかに均す除電装置１０とを備える。

ここで、特に帯電装置２は、画像形成において初期に施される機能を担っており、高品質な画像を安定して提供するためには、帯電装置２によって像担持体１の表面を均質で安定した電位に帯電させることが肝要である。
図２は、本実施の形態における帯電装置２を詳細に示す図である。
図２に示すように、本実施の形態における帯電装置２は、放電電極２０、制御電極２１、シールドケース２２、空気路２３、及びファン２４を備える。

放電電極２０は、例えば鋸歯状でステンレス製のコロナ電極であり、シールドケース２２の内部において、像担持体１の走行方向Ｒと直行する方向に架設されており、像担持体１から所定の放電距離だけ離れた位置に鋸歯の放電始端が存し、電圧Ｖｃ（ここでは−５０００Ｖ）が印加されることにより、放電始端から放電して像担持体１を帯電させる。ここで放電電極２０は、鋸歯状だけでなく針状やピン状であってもよいし、タングステン等のワイヤであってもよい。

制御電極２１は、例えば網目状でステンレスにさらにニッケルを添加した金属製のグリッドメッシュ等であり、シールドケース２２の開口部分に配設され、放電電極２０と像担持体１との間に位置し、放電電極２０と像担持体１との中間の電位Ｖｇ（ここでは−５００Ｖ）が印加されることにより、放電電極２０の放電を安定させる。
シールドケース２２は、例えばステンレス製の容器であり、放電電極２０を周設し、像担持体の表面と対向する面が開口し、開口部分には制御電極２１が配設され、放電電極２０や制御電極２１に印加された放電用の電圧によって生じる電界を封じ込める。

ここで、シールドケース２２は、従来のものとは一部の形状が異なり、像担持体１の走行方向Ｒにおいて対向する一対の側面板Ｓ１、Ｓ２が、従来のものでは両方とも平板形状であるのに対し、本実施の形態では、当該一対の側面板のうち、少なくとも一方（本実施の形態では下流側のみ）の側面板の開口部分付近の像担持体１に近い部位が、外方（放電電極２０が存する側の反対側）に膨出する形状となっている。シールドケース２２の形状に関する詳細は後述する。

空気路２３は、放電により少なからず発生するオゾン（０３）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等を排気するためのダクトである。
ファン２４は、空気路２３及び帯電装置２内に気流を発生させる電動の送風機である。
図３は、図２に示した帯電装置２の主要部分を、像担持体１の回転軸ｘに対して垂直な面において切断したときの断面図に、さらに電気的な接続の概要を記載した図である。

ここで、本実施の形態では、像担持体１がローラ型の感光体であるので回転軸ｘを持つが、本発明の適用対象はローラ型の感光体に限られず、帯電が必要なものであれば、どのような形状のいかなる構成物にも適用できるので、例えば像担持体１の形状がベルト型である場合には回転軸ｘを持たないので不都合が生じる。そこで、像担持体１が回転軸ｘを持たない場合も考慮して、図３における切断面を、「放電電極２０が架設されている方向に対して略垂直な面」と定義してもよい。

図３に示すように、本実施の形態の帯電装置２は、シールドケース２２における像担持体１の回転方向上流側の側面板Ｓ２、及び下流側の側面板Ｓ１にそれぞれ、帯電イオン風防止シート２５ａ、及び帯電イオン風防止シート２５ｂが貼り付けられ、放電電極２０には高圧トランス等を含む高電圧電源２６ａが接続され、制御電極２１とシールドケース２２とは電気的に接続されて同電位であり、放電電極２０に接続されたものよりも出力電圧が低い別の高電圧電源２６ｂが接続されている。

ここで、高電圧電源２６ａ、２６ｂから、それぞれ規定の高電圧を出力させると、放電電極２０から、制御電極２１、及び像担持体１に向かって放電が起こり、この放電に伴い像担持体１の表面が帯電するため、これを像担持体１を回転させながら繰り返すことにより像担持体１の表面を一様に帯電させることができる。
図４は、図３に示した帯電装置２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。

図４においては、高電圧電源２６ａに−５０００Ｖ、高電圧電源２６ｂに−５００Ｖを印加し、また放電時の放電電極２０の放電始端Ａの極近傍の電界強度を「１」とし、シールドケース２２内の電界強度分布を、９０％超〜１００％以下の第１領域、８０％超〜９０％以下の第２領域、４０％超〜８０％以下の第３領域、１０％超〜４０％以下の第４領域、及び０％〜１０％以下の第５領域の５つの領域に区分けすることにより表している。

ここで、図４の断面において、膨出されている部位を有する側面板Ｓ１の形状は、シールドケース２２の開口部分から所定量遠ざかった位置までは、当該開口部分から遠ざかるにつれて外方への膨出量が漸増し、当該所定量遠ざかった位置からは当該位置から遠ざかるにつれて膨出量が漸減する形状であり、本実施の形態ではクランク状である。
また、図４の断面において、放電電極２０の放電始端Ａに最も近い制御電極２１が配設された線上の点Ｂと放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、点Ｂを通り線分ＡＢに対して略垂直な直線と、回転方向下流側の側面板Ｓ１の内面との交点を点Ｂ１とし、線分ＡＢの中間点Ｃから点Ｂまでの間の任意の点Ｄを通り、線分ＡＢに対して略垂直な直線と、側面板Ｓ１の内面との交点を点Ｄ１とすると、シールドケース２２は、あらゆる点Ｄと点Ｄ１とを結ぶ任意の仮想直線の長さが、点Ｂと点Ｂ１とを結ぶ仮想直線の長さよりも長い形状であり、このような特徴を備える形状であれば、必ずしもクランク状でなくても、シールドケース２２への好ましくない放電を抑制するという、後述する効果が得られるものと思われる。

また、図４の断面において、放電始端Ａを通り、線分ＡＢに対して略垂直な直線と、側面板Ｓ１の内面との交点を点Ａ１とすると、シールドケース２２は、さらに、放電電端Ａと点Ａ１とを結ぶ仮想直線の長さが、あらゆる点Ｄと点Ｄ１とを結ぶ任意の仮想直線の長さよりも短い形状であり、このような特徴をさらに備える形状であれば、シールドケース２２への好ましくない放電を抑制しつつ、シールドケースの全形をコンパクトにすることができ、小型化の妨げとならない。

＜検証＞
まず、像流れ現象の発生を有効に抑制できたか否かについて検証する。
図５は、図４の帯電装置２と同様に、従来の帯電装置１０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。
ここで、図５の帯電装置１０２は比較のために記載したものであり、図４の帯電装置２とは基本的にシールドケースの形状が異なる点のみであり、その他の構成要素は同様であるのでこれらの参照番号を同一にしている。

図６は、図４の帯電装置２、及び図５の帯電装置１０２等において、放電時間ごとに、像流れ現象（あるいは「画像ボケ」）の発生の有無を調べた実験結果を示す図である。
ここで、図４、及び図５において、さらに、点Ｂを通り線分ＡＢに対して略垂直な直線と回転方向上流側の側面板Ｓ２の内面との交点を点Ｂ２とし、中間点Ｃを通り当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ｃ１までの部分の近傍を領域α１と定義し、側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ｃ２までの部分の近傍を領域α２と定義する。

図６では、シールドケース内面近傍の領域α１と、領域α２とを合わせた「α１＋α２」の領域について、電界強度が１０％以下の領域の割合が、約４０％（図５の帯電装置１０２）、約５０％、約７０％（図４の帯電装置２）、１００％の４つの検体についての実験結果を示している。
また当実験は、上記各々の検体に対して、加速的に放電を起こさせて、順次放電時間の異なる６つの状態を作り、それぞれの状態から、Ａ４サイズのプリント用紙にテストパターンを１０００枚連続してプリントし、これを２４時間放置したものを限界見本と比較することにより良否の判定行なった。ここで、図５中「○」は全く問題がないと判断されたもの、「△」は僅かながら像流れ現象がみられたものの限界見本よりも軽微であり記載事項を認識する際に支障がない程度であると判断されたもの、「×」は像流れ現象がみられ限界見本よりも状態が悪く使用不可であると判断されたものである。

図６より、「α１＋α２」の領域において、電界強度が１０％以下の領域の割合が高いほど、また放電時間が長いほど、より像流れ現象が起こり難いことがわかる。
例えば、「α１＋α２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約４０％である従来の帯電装置１０２の場合には放電時間が０時間（初期状態）では全く問題がなかったものの、放電時間が約２５時間では僅かながら像流れ現象がみられ、放電時間が約５０時間以上では使用不可であった。これは一般的な小型プリンタにおける想定寿命さえも下回るので、プリンタ全般に適用することができない。

また例えば、「α１＋α２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約５０％である場合には放電時間が２５時間では全く問題がなかったものの、放電時間が約５０時間と約７５時間とでは僅かながら像流れ現象がみられ、放電時間が約１００時間以上では使用不可であった。これにより、実験より２５時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは一般的な小型プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該小型プリンタに適用することができる。

また例えば、「α１＋α２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約７０％である場合には放電時間が５０時間では全く問題がなかったものの、放電時間が約７５時間と約１００時間とでは僅かながら像流れ現象がみられ、放電時間が約１２０時間以上では使用不可であった。これにより、実験より５０時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは汎用プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該汎用プリンタに適用することができる。

また例えば、「α１＋α２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約１００％である場合には放電時間が７５時間では全く問題がなかったものの、放電時間が約１００時間では僅かながら像流れ現象がみられ、放電時間が約１２０時間以上では使用不可であった。これにより、実験より７５時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは一般的な大型プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該大型プリンタに適用することができる。

次に、帯電装置本来の性能について検証する。
図７は、図４の帯電装置２を用いた場合、及び図５の帯電装置１０２を用いた場合のそれぞれにおいて、像担持体１の表面近傍の電界強度の分布状況を示す図である。図７において、横軸は像担持体１の表面の測定位置［ｍｍ］であり、制御電極２１の下流側端部の鉛直位置をゼロとしたときの上流方向への距離を示しており、縦軸は像担持体１の表面の電界強度［Ｖ／ｍ］であり、帯電量の代用特性である。

図７を見て明らかなように、図４の帯電装置２を用いた場合と、図５の帯電装置１０２を用いた場合とで、像担持体１の表面近傍の電界強度の分布にほとんど差違がないことから、両者の放電電流のバランスに際立った差がなく、両者は性能的に同等であることがわかる。
また、本実施の形態では、像担持体１はＯＰＣ感光体であるが、このＯＰＣ感光体の代わりにＡＬ感光体を配置したときの、ＡＬ感光体、制御電極、及びシールドケースにおける流れ込み電流量の割合を、図４の場合と図５の場合とで比較したところ、図４の場合では、ＡＬ感光体が５１％、制御電極が３４．５％、シールドケースが１４．５％であり、図５の場合では、ＡＬ感光体が５１．５％、制御電極が３６％、シールドケースが１２．５％であった。このように、像担持体１がＡＬ感光体であっても、図４の帯電装置２を用いた場合と、図５の帯電装置１０２を用いた場合とで、流れ込み電流量の割合に際立った差がなく、両者は性能的に同等であることがわかる。

＜まとめ＞
以上のように、本実施の形態によれば、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置において、シールドケースの少なくとも一方の側面板の開口部分付近の像担持体に近い部位を外方に膨出する形状にしたことにより、シールドケースの腐食を抑制し、像流れ現象の発生を抑えることができると同時に、装置構成を複雑化させることなく、小型化の妨げとならず、かつ、さほど高価になることもないという優れた効果を得ることができる。
［実施の形態２］
＜構成＞
実施の形態１が、一方の側面板の形状をクランク形状にしているのに対し、実施の形態２は一方だけでなく両方をクランク形状にしたものである。

図８は、本実施の形態の帯電装置２０２の主要部分を、像担持体１の回転軸ｘに対して垂直な面において切断したときの断面図に、さらに電気的な接続の概要を記載した図である。
ここで、実施の形態１の帯電装置２と実施の形態２の帯電装置２０２とは基本的にシールドケースの形状が異なる点のみであり、その他の構成要素は同様であるのでこれらの参照番号を同一にしている。

図８に示すように、本実施の形態の帯電装置２０２は、シールドケース２２２における像担持体１の回転方向上流側の側面、及び下流側の側面にそれぞれ、帯電イオン風防止シート２５ａ、及び帯電イオン風防止シート２５ｂが貼り付けられ、放電電極２０には高圧トランス等を含む高電圧電源２６ａが接続され、制御電極２１とシールドケース２２２とは電気的に接続されて同電位であり、放電電極２０に接続されたものよりも出力電圧が低い別の高電圧電源２６ｂが接続されている。なお、シールドケースの形状の違いに伴って、実施の形態１の帯電装置２とは、一方の帯電イオン風防止シートの形状が異なっているが、機能的な違いはないのでこの参照番号も同一にしている。

図９は、図８に示した帯電装置２０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。
図９においては、実施の形態１と同様に、高電圧電源２６ａに−５０００Ｖ、高電圧電源２６ｂに−５００Ｖを印加し、また放電時の放電電極２０の放電始端Ａの極近傍の電界強度を「１」とし、シールドケース内の電界強度分布を、９０％超〜１００％以下の第１領域、８０％超〜９０％以下の第２領域、４０％超〜８０％以下の第３領域、１０％超〜４０％以下の第４領域、及び０％〜１０％以下の第５領域の５つの領域に区分けすることにより表している。

ここで、図９の断面において、膨出されている部位を有する側面板Ｓ１及び側面板Ｓ２の形状は、それぞれシールドケース２２２の開口部分から所定量遠ざかった位置までは、当該開口部分から遠ざかるにつれて外方への膨出量が漸増し、当該所定量遠ざかった位置からは当該位置から遠ざかるにつれて膨出量が漸減する形状であり、本実施の形態ではクランク状である。

また、図９の断面において、放電電極２０の放電始端Ａに最も近い制御電極２１が配設された線上の点Ｂと放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、点Ｂを通り線分ＡＢに対して略垂直な直線と、回転方向下流側の側面板Ｓ１の内面との交点を点Ｂ１とし、当該直線と回転方向上流側の側面板Ｓ２の内面との交点を点Ｂ２とし、線分ＡＢの中間点Ｃから点Ｂまでの間の任意の点Ｄを通り、線分ＡＢに対して略垂直な直線と、側面板Ｓ１の内面との交点を点Ｄ１とし、当該直線と側面板Ｓ２の内面との交点を点Ｄ２とすると、シールドケース２２２は、あらゆる点Ｄと点Ｄ１とを結ぶ任意の仮想直線の長さが、点Ｂと点Ｂ１とを結ぶ仮想直線の長さよりも長い形状であり、かつ、あらゆる点Ｄと点Ｄ２とを結ぶ任意の仮想直線の長さが、点Ｂと点Ｂ２とを結ぶ仮想直線の長さよりも長い形状であり、このような特徴を備える形状であれば、必ずしもクランク状でなくても、シールドケース２２２への好ましくない放電を抑制するという、後述する効果が得られるものと思われる。

また、図９の断面において、放電始端Ａを通り、線分ＡＢに対して略垂直な直線と、側面板Ｓ１の内面との交点を点Ａ１とし、当該直線と、側面板Ｓ２の内面との交点を点Ａ２とすると、シールドケース２２２は、さらに、放電電端Ａと点Ａ１とを結ぶ仮想直線の長さが、あらゆる点Ｄと点Ｄ１とを結ぶ任意の仮想直線の長さよりも短く、かつ、放電電端Ａと点Ａ２とを結ぶ仮想直線の長さが、あらゆる点Ｄと点Ｄ２とを結ぶ任意の仮想直線の長さよりも短い形状であり、このような特徴をさらに備える形状であれば、シールドケース２２２への好ましくない放電を抑制しつつ、シールドケースの全形をコンパクトにすることができ、小型化の妨げとならない。

＜検証＞
図１０は、図９の帯電装置２０２等において、放電時間ごとに、像流れ現象（あるいは「画像ボケ」）の発生の有無を調べた実験結果を示す図である。
ここで、図９において、放電電極２０の放電始端Ａに最も近い制御電極２１が配設された線上の点Ｂと放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、放電始端Ａを通り線分ＡＢに対して略垂直な直線と、側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ａ１、点Ａ２とし、点Ｂを通り線分ＡＢに対して略垂直な直線と、側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、側面板Ｓ１の内面の点Ｂ１から点Ａ１までの部分の近傍を領域β１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の点Ｂ２から点Ａ２までの部分の近傍を領域β２と定義する。

図１０では、シールドケース内面近傍の領域β１と、領域β２とを合わせた「β１＋β２」の領域について、電界強度が１０％以下の領域の割合が、約４０％、約５０％、約７０％（図９の帯電装置２０２）、１００％の４つの検体についての実験結果を示している。
また当実験は、実施の形態１と同様に、上記各々の検体に対して、加速的に放電を起こさせて、順次放電時間の異なる６つの状態を作り、それぞれの状態から、Ａ４サイズのプリント用紙にテストパターンを１０００枚連続してプリントし、これを２４時間放置したものを限界見本と比較することにより良否の判定行なった。ここで、図９中「○」は全く問題がないと判断されたもの、「△」は僅かながら像流れ現象がみられたものの限界見本よりも軽微であり記載事項を認識する際に支障がない程度であると判断されたもの、「×」は像流れ現象がみられ限界見本よりも状態が悪く使用不可であると判断されたものである。

図９より、「β１＋β２」の領域において、電界強度が１０％以下の領域の割合が高いほど、また放電時間が長いほど、より像流れ現象が起こり難いことがわかる。
例えば、「β１＋β２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約４０％である場合には放電時間が５０時間では全く問題がなかったものの、放電時間が約７５時間と約１００時間とでは僅かながら像流れ現象がみられ、放電時間が約１２０時間以上では使用不可であった。これにより、実験より５０時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは汎用プリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、当該汎用プリンタに適用することができる。

また例えば、「β１＋β２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約５０％である場合には放電時間が７５時間では全く問題がなかったものの、放電時間が約１００時間では僅かながら像流れ現象がみられ、放電時間が約１２０時間以上では使用不可であった。これにより、実験より７５時間以上の放電時間に耐え得る装置を提供することができ、これは大部分の一般的なプリンタにおける想定寿命を超える時間に相当するので、ほとんどのプリンタに適用することができる。

また例えば、「β１＋β２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約７０％である場合には放電時間が１００時間では全く問題がなかったものの、放電時間が約１２０時間では僅かながら像流れ現象がみられた。
また例えば、「β１＋β２」の領域において電界強度が１０％以下の領域の割合が約１００％である場合には放電時間が１２０時間で全く問題がなかった。

＜まとめ＞
以上のように、本実施の形態によれば、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電装置において、シールドケースの一対の側面板の開口部分付近の像担持体に近い部位を外方に膨出する形状にしたことにより、実施の形態１と較べて多少装置構成が複雑化し高価にはなるが、よりシールドケースの腐食を抑制し、像流れ現象の発生を抑えることができ、また、同様の効果を得ながらより小型化することも可能である。
［変形例１］
実施の形態１が、シールドケースの一方の側面板の開口部分付近の像担持体に近い部位をクランク形状にしているのに対し、変形例１は円弧形状にしたものである。

図１１は、実施の形態１の図４と同様に、変形例１の帯電装置３０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。
図１１から分かるように、変形例１の帯電装置３０２は、実施の形態１の帯電装置２と較べて、シールドケース３２２の形状の一部が異なるのみで、電界強度分布に大差はなく、同様の特徴と効果を備える。
［変形例２］
実施の形態２が、シールドケースの一対の側面板の開口部分付近の像担持体に近い部位をクランク形状にしているのに対し、、変形例２は円弧形状にしたものである。

図１２は、実施の形態２の図９と同様に、変形例２の帯電装置４０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。
図１２から分かるように、変形例２の帯電装置４０２は、実施の形態２の帯電装置２０２と較べて、シールドケース４２２の形状の一部が異なるのみで、電界強度分布に大差はなく、同様の特徴と効果を備える。

なお、上記実施の形態１〜２、変形例１、２では、像担持体１はローラ型の感光体であるが、本発明の適用対象はローラ型の感光体に限られず、帯電が必要なものであれば、どのような形状のいかなる構成物にも適用できる。例えば、像担持体１は中間転写体であってもよい。また例えば、像担持体１の形状はベルト型やドラム型であってもよい。

本発明は、画像形成装置の技術分野に広く適用することができる。
本発明によって、装置構成を複雑化させることなく、像流れ現象を抑え、長期に亘り良好な画像形成を行うことができるので、その産業的利用価値は極めて高い。

実施の形態１における電子写真方式の画像形成装置の断面の概要を示す図である。 本実施の形態における帯電装置２を詳細に示す図である。 図２に示した帯電装置２の主要部分を、像担持体１の回転軸ｘに対して垂直な面において切断したときの断面図に、さらに電気的な接続の概要を記載した図である。 図３に示した帯電装置２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。 従来の帯電装置１０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。 放電時間ごとに、像流れ現象の発生の有無を調べた実験結果を示す図である。 像担持体１の表面近傍の電界強度の分布状況を示す図である。 本実施の形態の帯電装置２０２の主要部分を、像担持体１の回転軸ｘに対して垂直な面において切断したときの断面図に、さらに電気的な接続の概要を記載した図である。 帯電装置２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。 放電時間ごとに、像流れ現象の発生の有無を調べた実験結果を示す図である。 変形例１の帯電装置３０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。 変形例２の帯電装置４０２の断面において、シミュレーションにより計算した電界強度分布を示す図である。

符号の説明

１ 像担持体
２ 帯電装置
３ 露光装置
５ 現像装置
７ 転写装置
８ 定着装置
９ 清掃装置
１０ 除電装置
２０ 放電電極
２１ 制御電極
２２ シールドケース
２３ 空気路
２４ ファン
２５ａ 帯電イオン風防止シート
２５ｂ 帯電イオン風防止シート
２６ａ 高電圧電源
２６ｂ 高電圧電源
２０２ 帯電装置
２２２ シールドケース
３０２ 帯電装置
３２２ シールドケース
４０２ 帯電装置
４２２ シールドケース

Claims (10)

1. 周回走行する像担持体の表面を帯電させる帯電装置であって、
   前記像担持体の表面と対向する面が開口されたシールドケースと、
   前記シールドケースの内部において、前記像担持体の走行方向と直行する方向に架設されたコロナ電極と、
   前記シールドケースの開口部分に配設された制御電極とを備え、
   前記シールドケースの、前記像担持体の走行方向において対向する一対の側面板のうち、少なくとも一方の側面板の前記開口付近の部位が、外方に膨出する形状であって、開口から遠ざかるにつれて膨出量が増加した後、減少する形状となっていること
   を特徴とする帯電装置。
2. 前記膨出されている部位の、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面における形状が、円、及び、楕円のうちのいずれかの一部、又はこれらの一部の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記膨出されている部位を有する側面板の、前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面における形状が、クランク状であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
4. 前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において、前記制御電極が配設された線上の、前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと、当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、
   前記断面において、点Ｂを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、
   前記断面において、前記線分ＡＢの中間点Ｃを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、
   前記断面において、前記側面板Ｓ１の内面の、点Ｂ１から点Ｃ１までの部分を領域α１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の、点Ｂ２から点Ｃ２までの部分を領域α２と定義すると、
   前記領域α１＋前記領域α２において、電界強度が、前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下であること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の帯電装置。
5. 前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において、前記制御電極が配設された線上の、前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと、当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、
   前記断面において、点Ｂを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、
   前記断面において、前記線分ＡＢの中間点Ｃを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、
   前記断面において、前記側面板Ｓ１の内面の、点Ｂ１から点Ｃ１までの部分を領域α１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の、点Ｂ２から点Ｃ２までの部分を領域α２と定義すると、
   前記領域α１＋前記領域α２において、電界強度が、前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が、７０％以上を占めること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の帯電装置。
6. 前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において、前記制御電極が配設された線上の、前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと、当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、
   前記断面において、点Ｂを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、
   前記断面において、前記線分ＡＢの中間点Ｃを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｃ１、点Ｃ２とし、
   前記断面において、前記側面板Ｓ１の内面の、点Ｂ１から点Ｃ１までの部分を領域α１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の、点Ｂ２から点Ｃ２までの部分を領域α２と定義すると、
   前記領域α１＋前記領域α２において、電界強度が、前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が、５０％以上を占めること
   を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の帯電装置。
7. 周回走行する像担持体の表面を帯電させる帯電装置であって、
   前記像担持体の表面と対向する面が開口されたシールドケースと、
   前記シールドケースの内部において、前記像担持体の走行方向と直行する方向に架設されたコロナ電極と、
   前記シールドケースの開口部分に配設された制御電極とを備え、
   前記シールドケースの、前記像担持体の走行方向において対向する一対の側面板の、それぞれの側面板の前記開口付近の部位が、外方に膨出する形状であって、開口から遠ざかるにつれて膨出量が増加した後、減少する形状となっていること
   を特徴とする帯電装置。
8. 前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において、前記制御電極が配設された線上の、前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと、当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、
   前記断面において、放電始端Ａを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ａ１、点Ａ２とし、
   前記断面において、点Ｂを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、
   前記断面において、前記側面板Ｓ１の内面の、点Ｂ１から点Ａ１までの部分を領域β１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の、点Ｂ２から点Ａ２までの部分を領域β２と定義すると、
   前記領域β１＋前記領域β２において、電界強度が、前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が、５０％以上を占めること
   を特徴とする請求項７に記載の帯電装置。
9. 前記コロナ電極が架設されている方向に対して略垂直な断面において、前記制御電極が配設された線上の、前記コロナ電極の放電始端Ａに最も近い点Ｂと、当該放電始端Ａとを結ぶ仮想直線を線分ＡＢと定義し、
   前記断面において、放電始端Ａを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ａ１、点Ａ２とし、
   前記断面において、点Ｂを通り、当該線分ＡＢに対して略垂直な直線と、前記２枚の側面板Ｓ１、Ｓ２の内面との交点を、それぞれ点Ｂ１、点Ｂ２とし、
   前記断面において、前記側面板Ｓ１の内面の、点Ｂ１から点Ａ１までの部分を領域β１と定義し、前記側面板Ｓ２の内面の、点Ｂ２から点Ａ２までの部分を領域β２と定義すると、
   前記領域β１＋前記領域β２において、電界強度が、前記放電始端Ａからの放電による電界強度の最大値の１／１０以下である部分の割合が、４０％以上を占めること
   を特徴とする請求項７に記載の帯電装置。
10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の帯電装置を備える画像形成装置。

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