JP4898643B2 - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

この発明は、電子写真方式の画像形成処理を行う画像形成装置の感光体の表面を均一の電位に帯電させる帯電装置、及び、この帯電装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成処理では、感光体の表面に対して、帯電工程、露光工程、現像工程及び転写工程が順次行われる。帯電工程では、帯電装置を用いて感光体の表面を均一の電位に帯電させる。帯電装置として、感光体の表面に接触しない非接触式の帯電装置がある。非接触式の帯電装置は、高圧電源が印加された電極からの放電によって感光体の表面を帯電させる。

電極として直径が数１０μｍ〜１５０μｍのチャージャ線を用いた帯電装置では、高圧電源の印加による放電時にチャージャ線からオゾンが発生し、環境を汚染する。

このため、帯電装置の中には、高圧電源の印加時に発生するオゾンの量を少なくするために電極として針電極を用いたものがある。針電極は、複数の針を有している。複数の針は、感光体の表面に向かって延出し、感光体の移動方向に直交する方向に沿って配列されている。針電極の針には、高圧電界を発生する部分に周囲の塵埃が吸着する。針への塵埃の吸着を放置すると、針電極から適正な放電を行うことができなくなる。

そこで、従来の帯電装置の中には、クリーニングパッドやクリーニングブラシ等の弾性を有するクリーニング部材を針電極の針に対して移動可能にする駆動手段を備えたコロナ放電装置がある（例えば、特許文献１参照。）。クリーニング部材を複数の針の配列方向に沿って移動させることにより、クリーニング部材を複数の針の表面に順次接触させ、針に付着した塵埃を除去する。
特開平９−１２７７６９号公報

しかし、従来の帯電装置に備えられるクリーニング部材は、例えばフェルト等を素材としている。このため、従来の帯電装置では、クリーニング部材に充分な弾性力を与えることができず、針電極の針の先端が変形しやすい。また、針との接触によって切断されたフェルトの繊維が、針の表面に付着して針電極を汚損する。さらに、クリーニング部材は、針の配列方向に平行な側面に接触するため、高圧電界の発生によって最も塵埃が付着し易い針の先端部の全面を確実に清掃することができない。また、クリーニング部材は、一定の部分が針電極の針の先端と接触しながら、複数の針の配列方向に沿って何度も移動させられる。このため、クリーニング部材の針への接触部分が損傷しやすく、クリーニング性能が短期間で低下しやすい。

この発明の目的は、針の変形や繊維の付着を生じることなく、針の先端部の全面を確実に清掃することができるとともに、針の先端部に対する清掃部材のクリーニング性能を長期にわたって高く維持できる帯電装置、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。

この発明の帯電装置は、針電極、支持体、及び清掃部材を備える。針電極は、所定の配列方向に沿って直線状に配列された複数の針を有する。支持体は、複数の針のそれぞれの先端部に対向する凹状の球面形状を呈する支持部を有し、配列方向に沿って移動自在に配置される。清掃部材は、支持部に配列方向及び配列方向とは異なる少なくとも１方向へ回転自在に配置された球形の清掃部材であって、支持体の移動時に、回転しながら移動し、複数の針のそれぞれの先端部が順に表面から内部に埋没した後に内部から露出する。支持体は、配列方向において清掃部材が複数の針に対向しない領域まで移動自在である。

この構成では、支持体が移動することで、針電極の複数の針のそれぞれの先端部が、順に清掃部材の内部に没入及び抜脱される。各針の先端部が清掃部材の内部に没入する時、及び、清掃部材の内部から抜脱される時に、各針の先端部の全面が清掃部材に接触し、清掃部材によって各針の先端部の全面が清掃される。また、清掃部材は球形であり、配列方向の他に配列方向とは異なる方向へ回転自在であるため、清掃部材が複数の針に対向しない領域に支持体が配置された際に、清掃部材は配列方向と異なる方向へ回転自在となる。このため、複数の針のそれぞれの先端部が、清掃部材の表面に対して、同じ位置に没入及び抜脱する可能性が低くなる。

上述の構成において、支持部に、清掃部材の回転に従動して回転する回転部材をさらに備えていてもよい。回転部材が清掃部材に従動して回転することで、清掃部材と支持部との摩擦力によって清掃部材の回転が阻害されることが抑制され、清掃部材が円滑に回転する。したがって、針の先端部が円滑に清掃される。また、清掃部材が配列方向と異なる方向へ容易に回転自在となるので、針の先端部に対する清掃部材のクリーニング性能をより長期にわたって高く維持できる。

また、回転部材は、支持部に少なくとも配列方向に沿って複数配置されてもよい。複数の回転部材が少なくとも配列方向に沿って配置されることで、少なくとも配列方向への清掃部材の回転が円滑になる。したがって、針の先端部が円滑に清掃される。

さらに、清掃部材は、支持部内に全方向へ回転自在に配置されていてもよい。支持部が凹状の球面形状を呈し、球形の清掃部材が支持部内に全方向へ回転自在に載置されるので、清掃部材が複数の針に対向しない領域に支持体が配置された際に、清掃部材は配列方向と異なるあらゆる方向へ回転できる。このため、清掃部材は、清掃部材が複数の針に対向しない領域において、配列方向と異なる方向へ回転しやすくなる。したがって、複数の針のそれぞれの先端部が、清掃部材の表面の同じ位置に没入及び抜脱する可能性がより低くなり、針の先端部に対する清掃部材のクリーニング性能をより長期にわたって高く維持できる。

この発明の画像形成装置は、感光体を介して電子写真方式の画像形成処理を行う画像形成装置であって、複数の針が感光体の表面に対向するように配置された上述のような帯電装置を備えている。

この発明によれば、針電極の複数の針のそれぞれの先端部を順に清掃部材の内部に没入及び抜脱させ、各針の先端部の全面を清掃部材に接触させて、針の変形や繊維の付着を生じることなく、針の先端部の全面を確実に清掃することができる。また、清掃部材が球形であり、配列方向の他に配列方向とは異なる少なくとも１方向へ回転自在であるため、針電極の複数の針のそれぞれの先端部が、清掃部材の表面の同じ位置に没入及び抜脱する可能性が低くなる。したがって、針の先端部に対する清掃部材のクリーニング性能を長期にわたって高く維持することができる。

以下に、この発明を実施するための最良の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係る帯電装置１を備えた画像形成装置１００の正面断面図である。画像形成装置１００は、用紙（ＯＨＰ等の記録媒体を含む。）に画像を形成する画像形成モードとして、コピアモード、プリンタモード、及びＦＡＸモードを有し、各モードはユーザによって選択される。また、各モードでは、両面印刷が可能である。

画像形成装置１００は、原稿読取部１０、給紙部２０、画像形成部３０、排紙部４０、及び図示しない操作パネル部を備えている。

原稿読取部１０は、装置本体の上部に配置され、プラテンガラス１１、原稿載置トレイ１２及びスキャナ光学系１３を備えている。スキャナ光学系１３は、光源１４、反射ミラー１５Ａ〜１５Ｃ、光学レンズ１６及びＣＣＤ（Charge Coupled Device)１７を有している。光源１４は、プラテンガラス１１に載置された原稿又は原稿載置トレイ１２から原稿搬送路Ｒ上を搬送される原稿に、光を照射する。反射ミラー１５Ａ〜１５Ｃは、原稿からの反射光を反射させて光学レンズ１６に導く。光学レンズ１６は、反射ミラー１５Ａ〜１５Ｃによって導かれた反射光をＣＣＤ１７に結像する。ＣＣＤ１７は、反射光に応じた電気信号を出力する。

給紙部２０は、装置本体の下部に配置され、給紙トレイ２１及びピックアップローラ２２を備えている。給紙トレイ２１は、画像形成時に用紙搬送路Ｓ１に給紙すべき用紙を収納する。ピックアップローラ２２は、回転して給紙トレイ２１に載置された用紙を用紙搬送路Ｓ１に給紙する。

画像形成部３０は、原稿読取部１０の下方に配置され、レーザスキャニングユニット（以下、ＬＳＵと言う。）３７、感光体ドラム３１及び定着装置３６を有している。感光体ドラム３１の周囲には、帯電装置１、現像装置３３、転写装置３４及びクリーナユニット３５が、感光体ドラム３１の回転方向である図１に示す矢印の方向に沿ってこの順に配置されている。

排紙部４０は、給紙トレイ２１の上方に配置され、排紙ローラ４１、排紙トレイ４２を備えている。排紙ローラ４１は、用紙搬送路Ｓ１上を搬送されてきた用紙を排紙トレイ４２に排出する。排紙ローラ４１は、可逆回転が可能であり、用紙の両面に画像形成を行う際、用紙搬送路Ｓ１上を搬送されてきた表面の画像形成が終了した用紙を挟持した状態で、上記用紙を排出する回転方向とは逆方向に回転して用紙搬送路Ｓ２に搬送する。これにより、用紙の表裏面を反転させて裏面が感光体ドラム３１に対向し、裏面にトナー画像の転写が行われる。排紙トレイ４２は、排紙ローラ４１から排出された用紙を積層して収納する。

操作パネル部に設けられたスタートキーが押下されると、画像形成装置１００は、ピックアップローラ２２を回転させて用紙搬送路Ｓ１に用紙を給紙する。給紙された用紙は、用紙搬送路Ｓ１上に設けられたレジストローラ５１へ搬送される。

レジストローラ５１は、用紙の先端部が到達した時には回転を停止している。レジストローラ５１は、用紙の先端部が、感光体ドラム３１と転写装置３４との間で、感光体ドラム３１上に形成されるトナー像の先端部に、一致するタイミングで回転を開始する。

原稿読取部１０によって読み取られた画像データは、操作パネル部から入力された条件で画像処理が施された後、ＬＳＵ３７にプリントデータとして送信される。ＬＳＵ３７は、帯電器３２によって所定の電位に帯電された感光体ドラム３１表面に、図示しないポリゴンミラー及び各種レンズを介して上記画像データに基づいたレーザ光を照射して静電潜像を形成する。その後、現像装置３３に設けられたＭＧローラ３３Ａの表面に付着しているトナーが、感光体ドラム３１表面上の電位ギャップに応じて感光体ドラム３１表面に引き寄せられて付着し、静電潜像がトナー像に顕像化される。

感光体ドラム３１の表面のトナー像は、転写装置３４によって用紙の表面に転写される。この転写工程後に感光体ドラム３１上に残留したトナーは、クリーナユニット３５によって回収される。

転写工程を終了した用紙は、定着装置３６を通過することで熱と圧力が加えられるとともにトナー画像が溶融・固着され、排紙ローラ４１によって排紙トレイ４２に排出される。

図２（Ａ）は、帯電装置１の正面断面図であり、図２（Ｂ）は、帯電装置１の要部の側面図である。帯電装置１は、針電極２、ホルダ３、支持体４、清掃部材５、操作軸６、及びケース７を備えている。帯電装置１は、例えば感光体ドラム３１の上方に配置される。

針電極２は、薄い帯状の金属材料からなり、下端部から全長にわたって一定の間隔で複数の針２Ａが下向きに延出している。複数の針２Ａは、針電極２の長さ方向に平行な配列方向Ｘに沿って配列されている。帯電装置１は、針電極２の長手方向を感光体ドラム３１の軸方向に平行にして配置される。したがって、配列方向Ｘは、感光体ドラム３１の回転軸に平行である。針電極２の長さは、感光体ドラム３１の周面の軸方向の長さよりも長い。

ホルダ３は、樹脂等の絶縁性材料によって構成されており、保持部３Ａ及び端子部３Ｂを備えている。保持部３Ａは、針電極２を保持する。保持部３Ａの長さは、針電極２における複数の針２Ａの配列範囲よりも長い。保持部３Ａは、配列方向Ｘに直交する面内で、図２（Ａ）中にハッチングで示す一定の断面形状を呈する。端子部３Ｂは、図示しない端子を収納している。端子は、図示しない高圧電源と針電極２とを接続する。

支持体４は中空状で、内部に保持部３Ａが挿通されている。支持体４は、内側面に、突起４Ａ，４Ｂを有している。支持体４は、内側の上面と突起４Ａ，４Ｂとの間に保持部３Ａを上下方向に挟み、内側の側面で保持部３Ａを左右方向に挟む。したがって、支持体４は、配列方向Ｘに直交する方向への回転を含む移動を規制されている。

支持体４の下部の内側面に、支持部４Ｄが形成されている。支持部４Ｄ内に、球形の清掃部材５が配置されている。支持部４Ｄの底部は、清掃部材５の表面と略同一の曲率半径を有する凹状の球面形状を呈しており、清掃部材５の表面と略同形状かつ略同サイズである。支持部４Ｄは、清掃部材５の一部が支持体４の内側へ露出する深さを有している。これによって、清掃部材５は、支持部４Ｄ内で、全方向へ回転自在にされている。

支持部４Ｄには、複数の回転部材６１が回転自在に取り付けられている。回転部材６１は、清掃部材５の回転に従動して回転する。支持部４Ｄに回転部材６１が取り付けられていることで、清掃部材５が円滑に回転する。回転部材６１は、例えば、配列方向Ｘに沿う方向に複数配置され、清掃部材５の配列方向Ｘへの回転が円滑にされる。

回転部材６１は、例えば、ローラ形状を呈している。回転部材６１は、支持部４Ｄの内面に、周面の一部が露出するように埋め込まれ、回転自在に支持部４Ｄに軸支されている。なお、回転部材６１は、球形物であってもよく、支持部４Ｄの内面に一部が露出するように埋め込まれていてもよい。これによって、回転部材６１は、全方向へ回転自在となる。この場合、回転部材６１と支持部４Ｄとの摺動性が高いことが望ましい。

清掃部材５は、一例として、研磨剤を含有した球形の弾性体である。研磨剤の硬度は、針電極２の素材よりも低く、トナー等の塵埃よりも高く設定されている。清掃部材５の表面から内部に針２Ａの先端部が埋没する。研磨剤の硬度が針電極２の素材よりも低いので、清掃部材５に対して没入及び抜脱される際の針２Ａの摩耗が抑制される。

清掃部材５を構成する弾性体として、針２Ａの没入及び抜脱によって容易に切断されることなく弾性変形することを条件に、公知のゴム材料や樹脂材料の中から好適な材料を、実験を経て選択することができる。研磨剤は、針２Ａの表面に損傷を与えることなく針２Ａの表面からトナー等の塵埃を除去できることを条件に、公知の材料から適宜選択して使用することができ、公知の方法で弾性体に含有させることができる。

操作軸６は、背面側の端部が支持体４の孔部４Ｃの内部に固定されている。操作軸６は、図示しない前面側の端部がホルダ３の前面から突出している。

ケース７は、ホルダ３の全長にわたって、支持体４の外側に装着される。ケース７は、針電極２をシールドする。

端子部３Ｂに収納された端子を介して針電極２に高圧電源が印加されると、針電極２の複数の針２Ａのそれぞれの先端部に印加電界が集中し、この部分に放電を発生し易くなる。これによって、複数の針２Ａのそれぞれから感光体ドラム３１の表面に放電を生じる。この放電によって、感光体ドラム３１の表面が、所定の電位に帯電する。

保持部３Ａは、配列方向Ｘに直交する断面形状は、少なくとも複数の針２Ａの配列範囲内で一定である。支持体４は、保持部３Ａの外側に装着されて配列方向Ｘに直交する方向への回転を含む移動を規制されている。したがって、支持体４は、保持部３Ａに案内されて、少なくとも複数の針２Ａの配列範囲内で、配列方向Ｘに往復移動自在にされている。

図３は、球形清掃部材５の清掃動作を示す図である。支持体４に回転自在に支持された清掃部材５の表面には、針２Ａの先端部が埋没する。支持体４が配列方向Ｘに沿って移動すると、清掃部材５も支持体４とともに移動する。このとき、清掃部材５の表面に複数の針２Ａのそれぞれが順次埋没する。清掃部材５は、複数の針２Ａから表面に作用する抵抗により、回転しつつ配列方向Ｘに沿って移動する。

清掃部材５は、針電極２と感光体ドラム３１の周面との間に配置される。清掃部材５の直径は、感光体ドラム３１の周面に接触しない範囲でできるだけ大きくされている。清掃部材５が配列方向Ｘへ移動する際に、少なくとも１つの針２Ａの先端部が常に清掃部材５の表面に埋没する。このため、清掃部材５は、配列方向Ｘへ移動する際に確実に回転し、針２Ａの先端部による清掃部材５の表面の損傷、及び、清掃部材５の表面による針２Ａの変形が、最小限に抑えられる。

支持体４における支持部４Ｄの位置は、配列方向Ｘに直交する方向において清掃部材５の中央部に針２Ａの先端部が接触するように設定され、かつ、配列方向Ｘに直交する面において、清掃部材５の表面に針２Ａの先端から０．５ｍｍ程度の長さの先端部が埋没するように設定されている。

清掃部材５が支持体４とともに配列方向Ｘに沿って移動すると、針２Ａの先端部が先端から徐々に清掃部材５の内部に没入した後、徐々に抜脱されていく。この間に、針２Ａの先端部の全面が清掃部材５を構成する弾性体に接触し、弾性体が含有する研磨剤によって研磨される。複数の針２Ａの先端部が、針電極２の素材よりも低い硬度の研磨剤を含有した弾性体によって清掃されるので、清掃ローラ５に対して没入及び抜脱される際の針２Ａの磨耗が抑制される。複数の針２Ａが順に没入及び抜脱される間に清掃部材５は回転するので、少なくとも隣接する針２Ａは、清掃部材５の表面の異なる位置に埋没する。これによって、針２Ａの先端部の全面が確実に清掃される。

図４は、帯電装置１の側面図である。帯電装置１は、上面側に操作軸６を備えている。操作軸６は、ホルダ３の略全長に匹敵する長さにされている。操作軸６の背面側の端部は、支持体４の孔部４Ｃに固定されている。ホルダ３の前端部には、装着部９が形成されている。装着部９は、端子部３Ｂと略同一の外形を呈する。装着部９の背面側には、軸受体８が固定されている。軸受体８は、支持体４と同一の部材が使用されており、上部に孔部４Ｃを備えている。装着部９の上面には軸受９Ａが形成されている。

操作軸６は、軸受体８の孔部４Ｃ及び装着部９の軸受９Ａを貫通している。操作軸６の前面側の端部には、把手６Ａが装着されている。帯電装置１が、画像形成装置１００内に装着されている状態で、端支部３Ａ、軸受体８及び装着部９は、感光体ドラム３１の表面における画像形成領域Ｗの外側の範囲に位置している。

作業者は、帯電装置１の針電極２の清掃時に、把手６Ａを摘んで操作軸６を配列方向Ｘに沿って往復移動させる。これによって、支持体４がホルダ３の保持部３Ａに案内されて配列方向Ｘに沿って往復移動し、支持体４に支持された清掃部材５が回転しつつ表面に針電極２の複数の針２Ａを順に表面に埋没させていく。

針電極２の複数の針２Ａの先端部が順に清掃部材５の内部に没入及び抜脱する時に、各針２Ａの先端部の全面が清掃部材５に接触し、針２Ａの変形や繊維の付着を生じることなく、針２Ａの先端部の全面が確実に清掃される。

また、操作軸６は、支持体４、軸受体８及び軸受９Ａの３点で支持されている。このため、操作軸６を配列方向Ｘに沿って円滑に往復動作させることができる。

図５は、支持体４が待機位置にある状態の帯電装置１の要部の側面図である。支持体４は、清掃を行っていない状態では、感光体ドラム３１の表面における画像形成領域Ｗの外側の領域内に設定された待機位置に位置している。このため、支持体４、端支部３Ａ、軸受体８及び装着部９が感光体ドラム３１の表面における画像形成の障害となることがない。

待機位置は、配列方向Ｘにおける針電極２の両端部又はいずれか一方の端部であって、清掃部材５が針２Ａに対向しない領域内に設定される。支持体４が待機位置にあるときは、清掃部材５に針２Ａが埋没することがないので、清掃部材５は、配列方向Ｘとは異なる全方向へ回転自在となる。

このため、例えば、支持体４が画像形成領域Ｗから待機位置へ移動した際、針電極２に対して配列方向Ｘに直交する方向の、清掃部材５と回転部材６１若しくは支持部４Ｄとの摩擦力の違いによって、清掃部材５は、配列方向Ｘとは異なる方向へ回転する。また、例えば、支持体４が画像形成領域Ｗから待機位置へ移動した際、振動又は画像形成装置１００に若干の傾きがある場合はその傾き等によって、清掃部材５は、配列方向Ｘとは異なる方向へ回転する。

したがって、次回の清掃作業時に、清掃部材５は、前回の清掃作業時とは異なる角度で回転し、前回の清掃作業時に針２Ａが埋没した位置とは異なる位置に針２Ａが埋没する。

帯電装置１では、支持部４Ｄに回転部材６１が取り付けられているので、清掃部材５が円滑に回転する。このため、支持体４が待機位置にあるとき、清掃部材５が配列方向Ｘとは異なる方向へ容易に回転する。

図６（Ａ）は清掃部材５の正面図であり、図６（Ｂ）は比較例の清掃部材１０５の正面図であり、図６（Ｃ）は比較例の清掃部材１０５の側面図である。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）における破線は、針２Ａが埋没及び抜脱した後の損傷痕を示している。

比較例の清掃部材１０５は、ローラ形状を呈しており、配列方向Ｘに回転自在に支持体４に支持される。比較例の清掃部材１０５は、回転軸方向への移動が規制されるので、周面の略同じ位置に繰り返し、針２Ａが埋没及び抜脱したことによる損傷痕が付く。

これに対して、本願の清掃部材５は、球形をしており、配列方向Ｘの他に配列方向Ｘとは異なる方向へも回転自在なので、針２Ａが清掃部材５の同じ位置に埋没する可能性が小さく、針２Ａは清掃部材５の表面の全ての位置に万遍無く埋没する。このため、針２Ａの先端部の全面を確実に清掃することができるとともに、針２Ａの先端部に対する清掃部材５のクリーニング性能を長期にわたって高く維持することができる。

なお、清掃部材５は、配列方向Ｘ及び配列方向Ｘとは異なる少なくとも１方向へ回転自在にされていればよい。

最後に、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態に係る帯電装置１を備えた画像形成装置１００の正面断面図である。 （Ａ）は帯電装置の正面断面図であり、（Ｂ）は帯電装置の要部の側面図である。 清掃部材の清掃動作を示す図である。 帯電装置の側面図である。 支持体が待機位置にある状態の帯電装置の要部の側面図である。 （Ａ）は清掃部材の正面図であり、（Ｂ）は比較例の清掃部材の正面図であり、（Ｃ）は比較例の清掃部材の側面図である。

符号の説明

１ 帯電装置
２ 針電極
２Ａ 針
３ ホルダ
３Ａ 保持部
４ 支持体
４Ｄ 支持部
５ 清掃部材
６ 操作軸
３１ 感光体ドラム
６１ 回転部材
１００ 画像形成装置

Claims (5)

1. 所定の配列方向に沿って直線状に配列された複数の針を有する針電極と、
   前記複数の針のそれぞれの先端部に対向する凹状の球面形状を呈する支持部を有し、前記配列方向に沿って移動自在に配置された支持体と、
   前記支持部に前記配列方向及び前記配列方向とは異なる少なくとも１方向へ回転自在に配置された球形の清掃部材であって、前記支持体の移動時に、回転しながら移動し、前記複数の針のそれぞれの先端部が順に表面から内部に埋没した後に前記内部から露出する清掃部材と、を備え、
   前記支持体は、前記配列方向において前記清掃部材が前記複数の針に対向しない領域まで移動自在である帯電装置。
2. 前記支持部に、前記清掃部材の回転に従動して回転する回転部材をさらに備える請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記回転部材は、前記支持部に少なくとも前記配列方向に沿って複数配置される請求項２に記載の帯電装置。
4. 前記清掃部材は、前記支持部内に全方向へ回転自在に配置される請求項１から３のいずれかに記載の帯電装置。
5. 感光体を介して電子写真方式の画像形成処理を行う画像形成装置であって、
   前記複数の針が前記感光体の表面に対向するように配置された請求項１から４のいずれかに記載の帯電装置を備える画像形成装置。

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