JP6039228B2 - 帯電装置 - Google Patents

Description

グリッドとシャッタを備える帯電装置に関する。

感光体を帯電させるコロナ帯電器して、グリッドを備えるスコロトロンが知られている。このグリッドは大きく２つのタイプがある。１つはワイヤを開口長手方向に張架したワイヤグリッド、もう１つは薄い平板に多数の孔をエッチング処理で形成したエッチンググリッドである。

エッチンググリッドはワイヤグリッドに比べて、開口の広い面積を覆うため（開口率が低い）、感光体を目標電位に制御しやすいという利点がある。その反面、エッチンググリッドはワイヤグリッドに比べて、放電により発生する放電生成物がグリッドに付着し易い。

グリッドに付着した放電生成物は、グリッドの酸化を促し、錆ができた箇所は他の部分と帯電性が変わるため帯電ムラを招く。そのため、グリッドをめっき液に浸けて保護層（めっき）を形成して、放電生成物に対する腐食性を高めることにより帯電ムラを抑制する構成が特許文献１に開示されている。

他方、グリッドをすり抜けた放電生成物は感光体に付着する。感光体に付着した放電生成物が吸湿すると「画像流れ」という画像不良を招く。そのため特許文献２には、コロナ帯電器の開口をシャッタで覆うことにより、放電生成物の感光体への付着を抑制する構成が開示されている。

特開２００７−２５６３９７号公報 特開２０１１−２０９６９８号公報

従来、グリッドの放電電極側の面が放電生成物により腐食し易いと考えられていた。

しかし、特許文献２のように、非画像形成時に感光体へ放電生成物が付着するのを抑制するため開口をシャッタで遮蔽する構成では、シャッタ上に放電生成物が堆積する。そのため、シャッタ上に堆積した放電生成物の影響を受け、グリッドの放電電極側の保護層がより腐食し易いことが発明者の検討により明らかになった。

そこで、グリッドと被帯電体の間に被帯電体への放電生成物の堆積を抑制するシャッタを備える構成において、グリッドの放電生成物による腐食を長期にわたって抑制することを目的とする。

そこで、本件の帯電装置は「被帯電体に対向する開口を備えるシールドと、前記シールドの内側に設けられた放電電極と、前記放電電極より前記被帯電体側に設けられた板状のグリッドと、前記被帯電体と前記グリッドの間で前記開口を開閉するシャッタと、を備える帯電装置であって、前記グリッドは基材と、前記基材の表面に設けられたコーティング層と、を備え、前記グリッドの前記シャッタ側の前記コーティング層の厚みは前記放電電極側の前記コーティング層の厚みより厚いこと」を特徴とする。

グリッドと被帯電体の間に被帯電体への放電生成物の堆積を抑制するシャッタを備える構成において、グリッドの放電生成物による腐食を長期にわたって抑制することができる。

画像形成装置の概略断面図である。 実施例に係るコロナ帯電器の外観を示す斜視図である。 実施例に係るコロナ帯電器のシャッタ開閉時の側面図である。 実施例に係るコロナ帯電器のシャッタ開閉制御を説明するための図である。 本実施例に係る板状グリッドの拡大概略図である。 本実施例に係る板状グリッド断面構造を示す概略図である。 本実施例に係るｔａ−Ｃ構造を説明するための図である。 ダイヤモンド構造と黒鉛構造を説明するための図である。 グリッドの表面膜厚を変更した際の性能評価結果である。

以下、画像形成装置の概略構成を説明した後、帯電装置について図面を用いて詳しく説明する。なお、構成部品の寸法、材質、形状、及びその相対位置等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

まず、画像形成装置の概略構成について簡単に説明した後、本実施例の帯電装置（コロナ帯電器）について詳しく説明する。

§１．｛画像形成装置の概略について｝
以下に、プリンタ１００の画像形成に関わる部位（画像形成部）について簡単に説明する。

■（装置全体の概略構成について）
図１の（ａ）は画像形成装置としてのプリンタ１００の概略構成を説明するための図である。画像形成装置としてのプリンタ１００は第１から第４のステーションＳ（Ｂｋ〜Ｙ）を備え、それぞれの感光ドラム上に異なるトナーで画像を形成する。図１の（ｂ）は画像形成部としてのステーションを拡大した詳細図である。各ステーションは、感光ドラム上に形成された静電像を現像するトナーの種類（分光特性）を除き略同一であるため、第１のステーション（Ｂｋ）を代表して説明する。

画像形成部としてのステーションＳ（Ｂｋ）は像担持体としての感光ドラム１と、感光ドラム１を帯電する帯電装置としてのコロナ帯電器２を備える。感光ドラム１はコロナ帯電器２により帯電された後、レーザースキャナ３からの露光Ｌにより感光ドラム上に静電像が形成される。感光ドラム１上（像担持体上）に形成された静電像は現像装置４に収容されるブラックトナーによりトナー像へ現像される。感光ドラム１上に現像されたトナー像は転写部材としての転写ローラ５により中間転写体としての中間転写ベルトＩＴＢへと転写される。中間転写ベルトへと転写されずに感光ドラム１上に付着した転写残トナーはクリーニングブレードを備える清掃装置６により清掃除去される。なお、被帯電体としての感光ドラム１上（感光体上）にトナー像を形成するために関与するコロナ帯電器、現像器などを画像形成部と呼ぶ。なお、コロナ帯電器２（帯電装置）については後に詳述する。

このように、各ステーションが備える感光ドラム１から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂｋ）の順に転写されたトナー像は中間転写ベルト上に重ねられる。そして、重ねられたトナー像は２次転写部ＳＴにおいてカセットＣから搬送された記録材へ転写される。２次転写部ＳＴにおいて記録材へと転写されずに中間転写ベルト上に残留したトナーは不図示のベルトクリーナにより清掃される。

記録材上に転写されたトナー像はトナーと接触してトナーを加熱溶融させて記録材へ加熱定着する定着装置Ｆにより記録材へと定着され、画像が定着された記録材は機外へと排出される。以上が装置全体の概略構成である。

§２．｛コロナ帯電器の概略構成について｝
以下にコロナ帯電器２の概略構成について説明した後、シャッタの開閉動作について簡単に説明する。

図２はコロナ帯電器２の感光体側からの概略斜視図、図３は本実施例のコロナ帯電器の側面図である。コロナ帯電器２はグリッド２０６を備える共に、コロナ帯電器の感光体側（被帯電体側）の開口を遮蔽可能なシート状のシャッタ２１０を備える。

コロナ帯電器２は、前ブロック２０１、奥ブロック２０２、シールド２０３、２０４を備える。また、前ブロック２０１と奥ブロック２０２の間に放電ワイヤ２０５は張架され、高圧電源Ｐにより帯電バイアスが印加されると、放電して被帯電体としての感光体１を帯電する。

■（放電ワイヤについて）
本実施例の放電電極としての放電ワイヤ２０５は直径が５０μｍのタングステンワイヤを用いた。なお、放電ワイヤとして、ステンレススチール、ニッケル、モリブデン、タングステンなどを用いてもよいが、金属の中で非常に安定性の高いタングステンを用いるのが好ましい。なお、シールドの内側に張架される放電ワイヤは円断面形状でもコノギリ歯のような形状であっても良い。以下に各構成について詳しく説明する。

また、放電ワイヤの直径が小さすぎると放電によるイオンの衝突で切断、断裂してしまう。逆に、放電ワイヤの直径が大きすぎると安定したコロナ放電を得るために、放電ワイヤ２０５に印加する電圧が高くなってしまう。印加電圧が高くなると、オゾンが発生しやすくなるため好ましくない。そのため、放電ワイヤの直径を４０μｍ〜１００μｍにすることが好ましい。また、放電ワイヤは清掃パッド２１６ｗにより清掃される。

■（エッチンググリッドについて）
続いて、コロナ帯電器の開口長手方向に張架された制御電極としてのエッチンググリッド（以下、グリッド）について簡単に説明する。以下、特に説明がない場合でもグリッドとは、メッシュ状にグリッドを貫通する複数の開孔が形成されたものを指す。

本実施例のコロナ帯電器２はシールド２０３、２０４により形成される開口のうち感光体と対向する側の開口に制御電極としての平板形状のグリッド２０６を備える。このグリッド２０６は放電ワイヤ２０５と感光体１の間に配置され、帯電バイアスが印加されることにより感光体へ向けて流れる電流量を制御する。

ここで、本実施例では制御電極としてのグリッド２０６は、薄い金属平板（薄板状）にエッチング処理を施したいわゆるエッチンググリッドを用いている。なお、薄板とは厚みが１ｍｍ以下の板形状のものを指す。エッチンググリッドは、図５に示すように、グリッド長手方向の両端部に梁部があり、梁部の間に斜めに小窓（開口部）が配列された形状である。以下に、表１はグリッドの各寸法について列記した表である。

図５はグリッドの外形を説明するための図である。グリッドの一部を拡大して俯瞰した図であり、グリッド２０６のメッシュの形状を以下に説明する。

グリッドの短手方向中央部はメッシュ形状になっており基線に対して（３）で設定した斜め４５±１°に、（２）で示した幅０．０７１±０．０３ｍｍで（１）で示される開口幅０．３１２±０．０３ｍｍの間隔で形成されている。

また、メッシュ部の間には（５）で示される６．９±０．１ｍｍ毎にグリッド２０６の撓みを抑制するために（４）で示される０．１±０．０３ｍｍの梁が長手方向に配設されている。上記のような貫通孔の幅を１．０ｍｍ以下を含む形状パターンをエッチング処理する事により、感光体１の帯電電位をより均一にすることができる。貫通孔部に対するメッシュ部の面積比が高いほど、帯電電位を均一にしやすい。板状のグリッドは放電ワイヤ２０５と感光ドラム１との間に配置されている。感光ドラム１とグリッド２０６の距離は近いほうが、感光ドラム１の帯電電位を均一にする効果が高い。本実施例では、感光ドラム１とグリッドの最近接距離は、１．５±０．５ｍｍとした。

この平板状のグリッド２０６は前ブロック２０１と奥ブロック２０２にそれぞれ配置された張架部２０７、２０９によって張架されている。前ブロック２０１に配置されている張架部２０７のつまみ２０８を操作することでグリッド２０６の支持が外れ、容易に着脱可能となっている（図３参照）。さらに、グリッド２０６は張架部２０９付近で平板の一部に曲げ形状が与えられており、多少の伸縮性を備える。そのため、グリッドがコロナ帯電器に張架された状態でも、外力を受けるとある程度に移動することができる。なお、本実施例においてグリッドの基材はオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、以下ＳＵＳと記載）からなる厚さ約０．０３ｍｍの薄板上の板金にエッチング加工によって多数の貫通孔が形成されたものを使用した。なお、本実施例の平板状のグリッドについては図５に示した通りのメッシュ状のものでもよいが、この形状に限定する趣旨ではない。たとえば、例えば特開２００５−３３８７９７に見られるハニカム構造形状の平板状のグリッドにであってもよい。このエッチンググリッドに対して施した耐腐食性などの向上を目的として施したコーティングについては後に詳述する。

なお、エッチンググリッドを用いて感光体を帯電する場合、グリッドの貫通孔が１ｍｍ以下とすることで、グリッドに印加した電圧に感光体電位を精度よく収束させることができる。具体的には、エッチングにより形成されたグリッドの面積に対する貫通孔の面積の比率が９５％以下であれば感光体の表面電位を良好に制御できる。

■（清掃ブラシについて）
以下に、グリッドを清掃する清掃部材としての清掃ブラシ２１６ｇについて簡単に説明する。本実施例ではグリッドの放電ワイヤ側の面を長手方向に移動して清掃する清掃ブラシを備える。このブラシはシャッタを開閉させる駆動源であるモータＭ２からの駆動力を受けてグリッド長手方向に移動する。

清掃ブラシ２１６ｇは板状グリッドに対して所定の侵入量を保ちながら、移動してグリッドを清掃する。清掃ブラシを保持するホルダーはＡＢＳ樹脂を用いた。

また、清掃ブラシ２１６ｇの毛体は、アクリル系ブラシを難燃化処理し、基布に織り込んだものを使用した。具体的には、清掃ブラシは、太さが９デシテックスのアクリル製のパイルを７００００本／インチの密度で織り込んだものを用いており、清掃時に板状グリッドに０．３〜１．０ｍｍの侵入量になるような長さとした。なお、清掃ブラシの毛体は、ナイロン（登録商標）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等を用いてもよい。同様に、清掃部材をブラシに限るものではなく、フェルト、スポンジのようなパット（弾性体）や、アルミナ、炭化珪素などの研磨剤を塗布したシートを使用しても良い。

■（帯電シャッタについて）
続いて、図３を用いて帯電シャッタ（以下、シャッタ）とシャッタを巻取り収納する構成について説明する。コロナ帯電器２は、シールドの感光体に対向する開口（幅約３６０ｍｍ）のうち少なくとも感光体上に画像が形成される部分の全域（幅約３００ｍｍ）を遮蔽するシート状のシャッタ２１０を備える。シャッタ２１０はグリッド２０６と感光体１の間の隙間を移動してシールドの開口部を開閉する。本実施例の画像形成装置はシャッタ開状態において、グリッド２０６と感光体１の最近接部の距離は約１．０ｍｍと狭い。そのため、感光体とシャッタが接触したとしても感光体を傷つけないように、シャッタ２１０には柔らかい可撓性のシート形状の不織布を用いた。また、シャッタの短手方向の幅はコロナ帯電器の短手方向の幅よりも広い。ここで、本実施例のシャッタ２１０はレーヨン繊維を含み、厚みが１００μｍのものを用いた。なお、シャッタはシート状であれば、ナイロン繊維を編んだものや、ウレタンやポリエステルを用いたフィルムを用いてもよい。

シャッタ２１０は、コロナ帯電器２の長手方向の端部においてシャッタを巻き取る巻取り機構２１１によりロール状に巻き取られて収納される。この巻取り機構２１１はシャッタ端部を固定したローラと、ローラを付勢するねじりコイルばねを備える。シャッタ２１０はコイルバネによりシャッタを巻き取る方向（開口開き方向）に付勢され、これによりシャッタの長手中央が垂れにくくなる。

さらに、シャッタ２１０にコロナ帯電器長手方向のテンション（張力）を加えることで、シャッタ２１０とコロナ帯電器２との隙間からコロナ生成物が外側に漏れにくい状態を維持することができる。

巻取り機構２１１は、巻取り機構２１１を保持する保持ケース２１４ととともに前ブロック２０１に保持されている。保持ケース２１４のシャッタ引出部近傍には、シャッタ２１０がグリッド２０６のエッジや張架部２０７とそのつまみ２０８などと当接しないようにするためガイド（案内）するガイドコロ２１５が配置されている。

また、シャッタ２１０の長手方向の他端は板ばね２１２に固定されている。板ばね２１２はシャッタを保持し閉方向に牽引すると共に、シート状のシャッタをアーチ形状に規制することでシートにコシを与えている。具体的には、シャッタの短手方向の中央部を放電ワイヤ側に向けて凸形状となるように板ばね２１２で規制している。

さらに、シャッタ２１０の先端近傍を保持する牽引部材兼規制部材としての板ばね２１２は移動部材としてのキャリッジ２１３に接続されている。板ばね２１２は厚さ０．１０ｍｍの金属材料を用い、薄いながらもシャッタを牽引するに耐える強度を得ている。

キャリッジ２１３がコロナ帯電器の上方に設けられたスクリュ２１７からの駆動を受けて、奥側（開口閉方向）に移動すると、シャッタ２１０は巻取り機構２１１から引き出される。また、キャリッジ２１３が手前側（開口開方向）に移動すると、シャッタ２１０は巻取り機構２１１により巻き取られて保持ケース２１４に収納される。シート状のシャッタをコロナ帯電器と感光体の間の狭い隙間を通すため、耐久や寸法公差等によりシャッタはグリッドへ意図せず接触してしまう場合がある。

■（シャッタの開閉制御について）
続いて、コロナ帯電器２のシャッタの開閉制御について簡単に説明する。図４の（ａ）は制御回路を模式的に示したブロック図、図４の（ｂ）は制御内容を説明するためのフローチャートである。

図４の（ａ）に示すように、制御手段としての制御回路（コントローラ）Ｃは、内部に保持されたプログラムに従い、駆動源としてのモータＭ２、高圧電源Ｐ、ドラムモータＭ１を制御する。また、ポジションセンサＰＳはフラグの有無を制御回路に通知する。

画像形成信号を受け、制御回路ＣはポジションセンサＰＳの出力に基づき、シャッタが閉じた状態である場合、モータＭ２を駆動して開口を開くようにシャッタを移動させる（Ｓ１０１）。続いて、シャッタを退避させた状態（開口開）で、ドラムモータＭ１を駆動して感光体１を回転させる（Ｓ１０２）。

また感光体を帯電するために、制御回路Ｃは高圧電源Ｓから放電電極及びグリッドに対して帯電バイアスを印加するように制御する（Ｓ１０３）。

コロナ帯電器２によって帯電された感光体１に、他の画像形成部が作用させて、シート上に画像が形成される（Ｓ１０４）。画像形成終了後、制御回路Ｃはコロナ帯電器への帯電バイアスの印加を停止させ（Ｓ１０５）、続いて感光体の回転を停止させる（Ｓ１０６）。

感光体回転停止後、制御回路ＣはモータＭ２を逆回転させてシャッタで開口を閉じる動作を実行させる（Ｓ１０７）。なお、画像形成直後にシャッタ２１０の閉動作を行っても、画像形成終了から所定の時間経過後に閉動作を実行してもよい。

なお、本実施例ではシャッタを移動させるモータＭ２で清掃ブラシを長手方向に移動させる。そのため、シャッタの開閉動作に伴いグリッドは清掃されるため、グリッドに付着する粉塵やトナー、外添材や、放電生成物などによる帯電不良、帯電不均一性の発生を抑え、長期間に渡って高品質な画像を得ることができる。

§３．｛グリッドのコートに関する詳しい説明｝
以下に、本実施例の平板形状のグリッド２０６に施した表面処理について詳しく説明する。図６はエッチンググリッドの基材および保護層について説明するための図である。以下に、グリッドの基材、保護層を形成する材料と成膜方法について説明する。

■（グリッドの基材について）
図６に示すように、エッチンググリッド２０６の図中上面を放電電極側と呼び、図中下面を感光体側と呼ぶ。本実施例のグリッドの基材はＳＵＳを用いた。基層２０６ｂとして、他のオーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼、あるいは、フェライト系ステンレス鋼等を使用しても良い。

前述の通り、コロナ放電により生成される放電生成物は酸化剤として作用する。そのため、グリッドにＳＵＳなどの比較的高い耐腐食性を備える材質を用いたとしても放電生成物により絶縁性の金属酸化物が発生してしまう。ＳＵＳの表面にはＣｒ酸化物を主成分とした不動態膜が形成される。この不動態膜が金属素地を外界から遮断することでＳＵＳは比較的高い耐食性を発揮する。なお、この不動態膜は自己補修するため、長期に渡り耐腐食性を発揮することが知られている。

しかし、コロナ帯電器のグリッド電極としてＳＵＳを用いる場合には、極めて過酷な環境（高濃度のオゾン、ＮＯｘ環境）にさらされる。とりわけ、高湿環境下ではＳＵＳの自己補修が間に合わず、発銹等の腐食損傷が生じてしまう。これは、酸化性物質（オゾン、ＮＯｘ等）により破壊された不働態膜中のＣｒ等の金属原子が不動態膜として自己補修する前に酸化性物質と反応し錆が生じると考えられている。より具体的には、空気中の水に溶けたオゾンの一部が分解してフリーラジカル（ＯＨ）が形成され、オゾンの間接酸化反応によりＳＵＳが酸化すると考えられている。

そのため、コロナ帯電器のグリッドとしてＳＵＳを用いる場合には、錆の発生を抑制するために、グリッド基材の表面に金等の防錆効果のある保護膜（めっき）を形成することが望まれていた（特開２００７−２５６３９７号公報等を参照）。

■（保護層を形成する材質について）
本実施例において、グリッドの基材２０６ｂ（ＳＵＳ）はテトラヘデラルアモルファスカーボン（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ：以下、ｔａ−Ｃと称す）でコートする。ここで、ｔａ−Ｃとは、ダイヤモンドライクカーボン（ｄｉａｍｏｎｄ‐ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ：以下、ＤＬＣ）に分類される放電生成物に対して化学的に不活性度が高い材料である。

ＤＬＣの構造は通常水素を若干含有したダイヤモンド結合（または、ｓｐ３結合）とグラファイト結合（または、ｓｐ２結合）とが混在した非晶質（アモルファス）構造をとる。
図７はｔａ−Ｃの構造を説明するための模式図である。白丸（図中○）が炭素原子を、線（図中−）が結合状態を示す。ｔａ−Ｃはミクロ的には四面体結晶構造を有し、マクロ的にみると非晶質構造を持つ化学種（アモルファス）である。

ｔａ−Ｃは、ｓｐ３結合とｓｐ２結合が混在した構造であり、組成として硬度に感度を持つｓｐ３結合（ダイヤモンド構造）と、摺動性に感度を持つｓｐ２結合（グラファイト構造）の両方を備える。そのため、結合の割合に応じて、耐摩擦性や磨耗特性などが変化する。なお、ｓｐ３混成軌道のみ炭素原子が結晶化すると、図８の（ａ）に示すようにダイヤモンド構造となる。同様に、ｓｐ２混成軌道のみの炭素原子であれば、図８の（ｂ）のようにグラファイト（黒鉛）構造となる。

このような構造を備えるｔａ−Ｃは他の材質に比べ、常温では空気、水等に対して不活性、耐腐食性、低摩耗性、自己潤滑性、高硬度、表面平滑性に優れている。また、ｔａ−Ｃは化学的吸着及び酸化反応等が起きにくい特性を有し、磨耗や傷の発生による部分的機能劣化に対しても有効な部材である。

グリッドの表面に形成された保護層（ｔａ−Ｃ層）は、帯電性能を阻害せずに高い腐食効果を得る機能が最大限に発揮できるよう体積抵抗率、膜厚、および、表面の平滑性を最適化する必要がある。そのため、体積抵抗率は中抵抗と帯電部材に適した体積抵抗率となるように材料特性を調整することが好ましい。そのため、保護層（ｔａ−Ｃ層）の体積抵抗率は１０^７〜１０^１０Ω・ｃｍ程度であればよい。本実施例は、より好ましい１０^８〜１０^９Ω・ｃｍ程度の体積抵抗率となるように保護層（ｔａ−Ｃ層）を形成した。また、本実施例ではｔａ−Ｃ層をｓｐ３結合とｓｐ２結合の割合が７：３となる成膜条件を選出した。

■（保護層の形成方法について）
本実施例において、グリッドの基材２０６ｂ（ＳＵＳ）に対して、ＦＣＶＡ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ Ｃａｔｈｏｄｉｃ Ｖａｃｕｕｍ Ａｒｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法を用いてｔａ−Ｃ層を形成した。ｔａ−ＣはＣｒよりも耐腐食性等の面で優れた特性を備えるコート材料であるが、成膜（コーティング）方法が限られている。具体的に、グリッド電極をＤＬＣでコートするためには、いわゆる蒸着（スパッタ）で成膜するのが一般的である。

蒸着による成膜はめっき液に基材を浸ける「液浸めっき」などと異なり、グリッドの両面に略同一の保護層を形成するのが難しい。これは、グリッドを低圧の保護膜形成室（チャンバー）内に保持し、保護層を形成する材料を一方向から吹きつけるためである。そのため、１度の蒸着処理でグリッドの両面に略同一厚みの皮膜を形成するのは困難である。なお、略同一の厚みとは膜厚の１０％、本例では±５μｍ程度の差を指す。

なお、保護層を形成することを、ライニング（ｌｉｎｉｎｇ）、フェイシング（ｆａｃｉｎｇ）、コーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）などと呼ぶ場合があるが、本実施例ではこれらを総括して表面処理と呼ぶ。

ＦＣＶＡ法によりＳＵＳ基材にｔａ−Ｃ層を形成する際には、黒鉛をバキュームアーク放電により炭素プラズマを発生させ、そこからイオン化した炭素を抽出して、ＳＵＳ基材上に堆積させる。なお、ＦＣＶＡ法の他に、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などで成膜してもよい。当然、保護膜を形成する材料に応じて適切な処理方法を選択すればよく、上記処理方法に限るものではない。

■（グリッドへの保護膜形成について）
ＦＣＶＡ法等の蒸着による保護層の成膜には指向性を備える。つまり、保護材を吹き付ける面とその反対側の面では保護膜の成長速度が異なる。ここで、エッチング処理した薄板形状のエッチンググリッドであれば、メッシュ部分を炭素（プラズマ）が通過して裏面へと回り込み易い。

そのため、片面から成膜してもグリッドの裏面側にも十分な厚みの保護膜を形成することができる。当然、両面から成膜するわけではないので、表面側の保護層は裏面側の保護層よりも厚くなりやすい。なお、蒸着によりグリッドの両面の保護層の厚みを同一しようとすれば、グリッドの両面から成膜すればよい。しかし、片面から成膜する場合に比べてコストが高くなる。しかし、膜厚と成膜時間は比例関係にあるため、膜厚を厚くしようとすれば成膜に要する時間が長くなる。当然、成膜時間が長くなると成膜工程のタクトタイムの低下を招き、コストアップを招くため好ましくない。

そのため、ｔａ−Ｃ層の膜厚は板状グリッドのエッチングにより形成したメッシュのエッジ部分（薄板の端面）で成膜不良が発生しない膜厚まで成長させることが望ましい。これは、エッジ部分において成膜不良が発生すると画像形成時においてエッジ部分に腐食電流が集中するためである。なお、保護層の厚みを０．０２μｍ未満で形成しようとする場合、エッジ部分近傍で成膜不良が発生する可能性がある。そのため、グリッドに形成する保護膜の厚みは０．０２μｍ以上とすることが好ましい。８０，５０
■（保護層の表面性について）
続いて、保護層（ｔａ−Ｃ層）を形成した後のグリッドの表面性について説明する。ｔａ−Ｃ層の表面の粗さが粗くなると、グリッドの表面に形成されたｔａ−Ｃ層の表面積を増やす方向になる。ｔａ−Ｃ層の表面積が大きくなると、ｔａ−Ｃ層の表面に放電生成物、あるいは、エアロゾルや飛散してきたトナーや外添材等が付着する可能性が高くなる。

ｔａ−Ｃ層の表面に吸着された放電生成物、あるいは、エアロゾルや飛散してきたトナーや外添材等の付着や腐食に伴う画像不良を招く恐れがある。そのため、ｔａ−Ｃ層の表面を平滑化することが好ましい。

また本実施例のグリッドは、グリッドを清掃する清掃部材としての清掃ブラシが接触する。清掃ブラシの接触による保護層の摩耗を抑制するためには、保護層の表面が平滑である事がより好ましい。板状のグリッドの表層材質として、様々な材質が適用可能であるが、ｔａ−Ｃ層は、上述のように対摩耗性にも優れており、清掃部材など接触摩擦が生じる構成におけるグリッドの保護層の材質として好ましい。なお、ＳＵＳ上に被膜されたｔａ−Ｃ層の平滑性は下地となるＳＵＳの表面の粗さが反映されやすい。

ｔａ−Ｃ層表面をＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に定義される算術平均高さＲａが２．０μｍ以下にすることが望ましい。また、成膜コストは高くなるがｔａ−Ｃ層表面が１．０μｍ以下であれば、外添剤の付着を抑制することができる。本実施例ではグリッドのｔａ−Ｃ層表面を０．０７μｍ〜０．０５μｍとなるように成膜した。なお、上述の平滑性をｔａ−Ｃ層が持つためには、ＳＵＳ表面をＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に定義される算術平均高さＲａが１．５μｍ以下とした。本実施例の保護層を成膜する前のＳＵＳ表面は０．５μｍ〜０．３μｍのものを用いた。

■（ｔａ−Ｃ層の成膜条件について）
以下に、エッチンググリッドへの保護層（ｔａ−Ｃ層）を形成の条件について詳しく説明する。ｔａ−Ｃ層（保護層）の成膜温度は０℃以上３５０℃以下が好ましく、４０℃以上２２０℃以下がより好ましい。また、成膜速度は１．５ｎｍ／ｓｅｃに設定し、グリッドの放電ワイヤ側の膜厚０．０５μｍ、シャッタ側の面（感光ドラム面側）の膜厚をワイヤ側の膜厚よりも厚い０．０６μｍとした。ここで、ベース材料の色と、保護層の色に差があれば光学濃度を測定することで膜厚の厚差を検知しても良い。具体的には、ＳＵＳは金属光沢を備える銀白色であり、それに対してｔａ−Ｃは膜厚に応じて、赤茶色〜青紫色（群青色）〜青みがかった銀色と色が変わる。そのため、成膜厚みを色味、濃度差で検知してもよい。当然、保護材が無色透明の場合や正確に層厚を測定したい場合は、グリッド断面を電子顕微鏡で観察すればよい。

なお、保護材としてアモルファスカーボン（ｔａ−Ｃ）を用いる場合、保護膜中のカーボンはｓｐ３構造とｓｐ２構造が一定割合で存在する。発明者の検討により、ｓｐ２構造よりｓｐ３構造を多く含む方が、対腐食性、対摩耗性に優れる事が判明した。

これはｓｐ２構造が多いとグラファイト平面層間にミクロ孔充填が発生しやすく、他化学種（本実施例ではオゾン、放電生成物、遊離基）を吸着、充填しやすい状態になる。腐食自身は両者の組成において遜色がないが他因子（もらい錆等）による腐食の影響が組成比に影響したと推察している。これに対し、ｓｐ３構造の組成を多くすることによりナノ細密構造となり、結晶構造の割合を高めることが上記の他因子による弊害を抑制したと推察される。

そこで、本実施例のｔａ−Ｃ層のｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合に関しては、ｔａ−Ｃ層のｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合がｓｐ３：ｓｐ２＝６：４以上の割合でｓｐ３構造を多く含む事が好ましいことが検討により判明した。また、より好ましくは、ｓｐ３：ｓｐ２＝７：３以上の割合でｓｐ３構造を含む事が好ましいことが発明者らの検討により判明した。本実施例では、ｓｐ３構造及びｓｐ２構造の組成割合が７：３となる成膜条件を選出し、本実施例のグリッドの表層成膜に用いた。なお、保護層中の炭素のｓｐ３構造とｓｐ２構造の割合はラマン顕微鏡（例えば、ナノフォトン社製ＲＡＭＡＮ−１１）などを用いて検出することができる。より具体的には、光源として単色光であるレーザー光をｔａ−Ｃ層に照射して、発生したラマン散乱光を分光器や干渉計で検出してスペクトル分布を得る。取得したスペクトルのピークに基づき、ｓｐ３とｓｐ２構造の割合を算定することができる。

また、組成割合を変更する成膜条件に関しては、ＦＣＶＡ法の他に、特開２００５−１５３２５に記載されているレーザーアブレーション法、表面科学Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．７，ｐｐ．４１１−４１６に記載されている高周波マグネトロンスパッタリング法を用いてもよい。これにより、基板温度、パルス電圧、アシストガス流量、雰囲気内ガス種及びアニール処理温度を設定することにより様々な組成割合の保護層を成膜することができる。

また、成膜の際は、板状のグリッドの放電ワイヤと感光ドラムの其々の面に対して成膜して成膜の厚みを調整してもよいし、片面側からの成膜時に、もう一方の面に成膜材（ｔａ−Ｃ）が回り込むような成膜方法により成膜してもよい。尚、放電ワイヤや感光体に対向する面のみでなく、放電ワイヤ、あるいは、像担持体と対向する面と直交するグリッドの側面に対してもｔａ−Ｃ層が設けられるよう成膜を行っている。これにより、放電生成物やエアロゾル等の付着と、付着に起因する弊害を抑制する事ができる。本実施例では、放電ワイヤ、あるいは、像担持体と対向する面と直交するグリッドの側面に、ｔａ−Ｃ層を０．０２μｍ以上形成するように成膜した。

本実施例では、成膜した表面上の粗さを、ＪＩＳ−Ｂ０６０１：２００１に定義される算術平均高さＲａが２．０μｍ以下になるようｔａ−Ｃ層を成膜した。ｔａ−Ｃ層を板状のグリッド表層に成膜することで耐腐食性に加えて、耐摩耗性や耐付着性を良好にすることができる。これにより、グリッドの腐食に加えて、摩耗、異物の付着に起因する画像不良の発生を長期にわたって抑制できる。なお、表層の材質はｔａ−Ｃである事がより好ましいが、それ以外の材質を用いてもよい。

■（シャッタとグリッドの膜厚の関係について）
本実施例のコロナ帯電器２は開口を遮蔽するシャッタを備える。シャッタ２１０はグリッドと感光ドラム１との間に入り込み、放電生成物が感光ドラムに付着するのを抑制する。ここで、グリッド２０６と感光ドラム１との距離は約１．５ｍｍであるため、その隙間を動くシート状のシャッタはグリッド２０６と接触する可能性がある。また、シャッタ２１０はグリッドと接触するように配置した方が、帯電器から放電生成物が外に漏れる量を低減できるため好ましい。

ここで、開口をシャッタで閉じると、シャッタのグリッド側の面に放電生成物が付着する。そのため、放電生成物が付着したシャッタがグリッドに付着すると、シャッタからグリッドへ放電生成物が付着するため、グリッド表面は放電生成物の影響を受ける。

そこで、本実施例では、前述のようにグリッドのｔａ−Ｃ表層膜厚を放電ワイヤと対向する側の面の膜厚を０．０５μｍ、感光体（シャッタ）と対向する側の面の膜厚を０．０６μｍとした。これにより、放電生成物、飛散トナー、外添材等のシャッタに付着した異物がグリッドのシャッタ側の面に与える影響（主に腐食）を、長期間にわたって抑制する事ができる。

§４．｛グリッドの耐久評価｝
上述のように構成した画像形成装置を用いて行った評価試験の結果について以下に述べる。図９は上記構成の装置を用いて画像を出力した際の試験結果を示す図表である。以下に詳しく説明する。

■（試験条件と評価基準について）
以下の試験は、キヤノン製のカラー複写機ｉｍａｇｅＰＲＥＳＳ Ｃ１にグリッド、清掃ブラシ、シャッタを備えるコロナ帯電器を装着して試験した。ここで、グリッドは放電ワイヤと対向する面の膜厚２０〜８０ｎｍ、感光ドラムと対向する面の膜厚２０〜１００ｎｍの範囲のｔａ−Ｃ層を成膜したグリッドを付け替え評価した。

試験工程（条件）は、高温高湿環境（温度３０℃、湿度９０％）下で１２時間、放電ワイヤに総電流１０００μＡ、グリッド電圧を−８００Ｖを印加する放電工程と、シャッタを閉じて１２時間放置する放置工程を累計４８０時間繰り返した。なお、放電工程において、１時間毎に清掃ブラシでグリッドを清掃する清掃動作を実施した。

このような試験環境下で、９６時間毎にグリッドを評価した。具体的には、ｔａ−Ｃ層の汚染レベルを、出力される画像、光学顕微鏡による表面観測、表面粗さなどで評価した。

■（試験結果について）
上記のコロナ放電試験を行った帯電器にて、ハーフトーン画像等を出力し、画像と板状のグリッドとの評価を行った。ｔａ−Ｃ層の膜厚は、放電ワイヤと対向する面の膜厚２０〜５０ｎｍ、感光ドラムと対向する面の膜厚２０〜１００ｎｍの範囲の表層性膜を１０μｍ刻みで作成し試験を行った。

画像の評価は、初期画像と比較し斑の発生による濃度のムラについて行い、板状のグリッドは、腐食の程度を、以下の評価基準で行った。なお、画像評価基準におけるＤはハーフトーン画像における濃度を示し、出力された画像の感光体長手方向に沿った濃度斑の最大最小の差をΔＤとして表す。図９中の記号（○、△、×）は以下の通りである。

［画像評価基準］
○濃度ムラ等無し、ΔＤ≦０．０５
△軽微にムラ有り、０．０５≦ΔＤ≦０．２
×ムラ有り、０．２≦ΔＤ
グリッド表層の汚染は、異物付着、表層の摩耗、放電生成物による腐食によって生じる。ここで、グリッドの汚染レベルは放電ワイヤ側の面と、シャッタがある感光ドラム側の面の異物の付着を以下のように評価した。

［汚染レベル評価基準］
◎：ほとんど付着物無し、軽微の付着
○：局所的な異物付着
△：全面に軽微な異物付着
×：全面に付着
図９に示すように、放電ワイヤ側は４０ｎｍ以上、かつ感光ドラム側は５０ｎｍ以上のｔａ−Ｃ成膜があると、画像評価を含む汚染レベルがともに良好となる。さらに、望ましくは、放電ワイヤ側は５０ｎｍ以上、かつ感光ドラム側は６０ｎｍ以上がより耐久性が良好であるという結果であった。

グリッドを交換する時に、放電ワイヤ側の面と感光ドラム側の面の汚染が同時にＮＧになる事が好ましい。なぜなら、グリッドのどちらかの面の汚染レベルがＯＫのまま、交換することは、グリッドの表層成膜を不必要に厚くしていることを示している。

なお、保護層の膜厚が厚すぎる場合、基層（ＳＵＳ）と保護層（ｔａ−Ｃ層）の剥離やボンディングを招き易くなる。同様に、成膜処理に要する時間が長くなると同時に、成膜材料（保護）を必要以上に消費する。そのため、グリッドへ保護層を設けるために要するコストが高くなる。具体的には、保護層としてｔａ−Ｃ層を形成する場合、膜厚が１７０ｎｍ以上になると成膜が難しくなる。そのため、成膜材料と成膜時間を抑えるためにも、成膜厚は１７０ｎｍ以下にすることが好ましい。

■（保護層の膜厚差について）
上記試験結果（図９）から、汚染レベルを△以上に保つには、ｔａ−Ｃ層の成膜厚は放電ワイヤ側の面は２０ｎｍより厚く、感光ドラム側の面は、３０ｎｍより厚い事が必要である。これは、グリッドの感光ドラム側はシャッタに付着した放電生成物による腐食も加わるため、必要となる保護層の厚みが厚くなると考えられる。つまり、グリッドの放電ワイヤ側の面は２０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下、感光ドラム側の面は３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下であれば良い。

そのため、発明者はグリッドの放電ワイヤ面と感光ドラム面の保護層の厚みの比について検討した。その結果、放電ワイヤ側の保護層の厚みを感光体側の保護層の厚みよりも少なくとも１．１倍以上とすることで、感光体側の保護層を放電ワイヤ側の保護層より早く汚染許容範囲外となることはないと判明した。

環境条件の変動（主に、放電ワイヤに流れる電流値の変動）を加味した場合、グリッドの感光体側の保護層の厚みを放電ワイヤ側の保護層の厚みの１．１倍〜１．８倍の範囲（より好ましくは、１．１倍〜１．６倍）にある事がより好ましい。上述の範囲では、放電ワイヤ側の面と感光体側の面の汚染レベルが、略同等程度に汚染していく。そのため、保護膜の厚みを上記範囲に収まるように成膜することで、成膜時間を抑えることができる。

なお、基材や保護層の材質にもよるが、保護層（表層）が摩耗し残りの膜厚が所定値以下（薄く）となると、薄くなった部分から腐食や異物の付着が始まる。そして、腐食や異物の付着により帯電ムラが生じ、結果として出力される画像に濃度ムラが生じてしまう。

そのため、グリッドの基材、グリッドをコートする材料、シャッタの材質、シャッタの動作回数等を加味して、保護層の膜厚を決定していくことが好ましい。

本実施例の構成では試験結果を加味し、グリッドの放電ワイヤ側のｔａ−Ｃ層を膜厚０．０５μｍ、感光体側のｔａ−Ｃ層の膜厚を０．０６μｍとした。これにより、シャッタにより画像流れの発生を抑制しつつも、長期間に渡り帯電ムラの発生を低コストで抑制することができた。

本実施例では、画像形成中にコロナ帯電器内で放電により発生する放電生成物による影響を低減するファン、ヒータを備える構成について説明する。実施例１と略同一の構成については同一符号を付すことで説明を省略する。

本実施例の画像形成装置は感光体を加熱する加熱手段としてのヒータ（不図示）と、コロナ帯電器２内へ空気を送る送風手段としてファン（不図示）を備える。なお、ヒータとファンは制御手段としての制御回路Ｃにより制御される。制御回路Ｃは感光体を目標温度（３８℃）に保ち、感光体表面に付着した放電生成物の吸湿を抑制する。これにより、画像流れを抑制することができる。

また、放電ワイヤ近傍で放電により生成する放電生成物をファンにより機外へと排出する。具体的には、ファンは放電ワイヤの上方からグリッドを通過して感光体へ向かうエアフローを作り出す。このように送風することで、飛散したトナーのグリッドへの付着を低減するとともに、放電生成物のグリッドの放電ワイヤ側の面への付着量を低減することができる。

画像形成終了時からシャッタを閉じるまでの期間、ファンを回転させることで、シャッタへの放電生成物の付着を低減できる。グリッド２０６やシャッタ２１０に付着するＮＯｘなどの放電生成物の量を低減することができる。そのため、本実施例では画像形成中に加え、画像形成終了後から所定時間は送付ファンを動作させ、帯電器内に残留する放電生成物の量を低減する制御を実施した。

また、画像形成終了後、コロナ帯電器の開口をシャッタ２１０で遮蔽する際にも画像形成時よりも低速でファンを回転させることで、シャッタのグリッドへの接触を軽減することができる。しかし、シャッタが感光体へ付着すると感光体が汚染する可能性があるため、本実施例ではシャッタでコロナ帯電器の開口を閉じた状態では、ファンを停止するように制御した。

このように、画像形成中にはファンにより送風しつつ、シャッタで開口を遮蔽した際にファンを停止する制御を採用する場合、実施例１と比べてグリッドの放電ワイヤ側に放電生成物が堆積し難くなる。そのため、実施例１と比べてグリッドの放電ワイヤ側の保護層厚みよりもシャッタ側の保護層厚みを厚くするのが好ましい。

上記構成において、実施例１と同様に濃度ムラと汚染について評価試験を行った。簡単に相違点について説明する。なお、グリッドの放電ワイヤ側の保護層の厚みは０．０４μｍ、感光体側の保護層の厚みは０．０５μｍのものを代表として説明する。

上記構成では、画像形成枚数が５０００００枚を過ぎたあたりから、グリッドの汚染による画像ムラと画像流れが発生した。画像形成枚数が４０００００枚を過ぎたあたりから、グリッドの汚染による画像ムラと画像流れが発生した。

このように、本実施例のようにファンとヒータを追加することにより、長期間の間、画像流れや汚染による画像不良の発生を抑制できた。また、ファンを設けることにより、放電ワイヤに流れる電流値の変動が生じたとしても、グリッドのワイヤ側の面に付着する放電生成物の影響を低減することができる。

１ 感光体（像担持体、被帯電体）
２ コロナ帯電器（スコロトロン）
２０６ グリッド（制御電極）
２１０ シャッタ（遮蔽部材）
２０６ｂ ＳＵＳ基材（グリッド基材）
２０６ｃ１ ｔａ−Ｃ層（電極側コート層）
２０６ｃ２ ｔａ−Ｃ層（被帯電体側コート層）
２１６ｇ 清掃ブラシ（グリッド清掃部材）

Claims (9)

1. 被帯電体に対向する開口を備えるシールドと、
   前記シールドの内側に設けられた放電電極と、
   前記放電電極より前記被帯電体側に設けられた板状のグリッドと、
   前記被帯電体と前記グリッドの間で前記開口を開閉するシャッタと、を備える帯電装置であって、
   前記グリッドは基材と、前記基材の表面に設けられたコーティング層と、を備え、前記グリッドの前記シャッタ側の前記コーティング層の厚みは前記放電電極側の前記コーティング層の厚みより厚いことを特徴とする帯電装置。
2. 前記グリッドを清掃する清掃部材を有し、前記清掃部材は前記グリッドの前記放電電極側の面から接触することを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記コーティング層はダイヤモンドライクカーボンであることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
4. 前記グリッドは薄板に対して開口幅が１ｍｍ以下のメッシュが形成されたエッチンググリッドであることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
5. 前記コーティング層は主にテトラヘデラルアモルファスカーボンから成り、前記コーティング層を成す炭素はｓｐ３構造の割合がｓｐ２構造の割合よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
6. 前記コーティング層は主にテトラヘデラルアモルファスカーボンから成り、前記コーティング層を成す炭素はｓｐ３構造とｓｐ２構造の割合が組成比は６／４以上であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
7. 前記コーティング層の体積抵抗率は１０^７〜１０^１０Ω・ｃｍであることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
8. 前記グリッドの前記シャッタ側の前記コーティング層の厚みは３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下であり、前記グリッドの前記放電電極側の前記コーティング層の厚みは２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
9. 前記グリッドの前記シャッタ側の前記コーティング層の厚みは前記グリッドの前記放電電極側のコーティング層の厚みの１．１〜１．８倍であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。

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