JP6039229B2 - 帯電装置 - Google Patents
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Description
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、
前記グリッドの前記放電電極側の面から接触して前記グリッドの長手方向に移動し、前記グリッドを清掃する清掃部材と、
前記清掃部材と共に前記グリッドの長手方向に移動し、前記グリッドの前記被帯電体側の面を前記放電電極側へ押圧する機構と、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被帯電体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。
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。
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。
以下にコロナ帯電器2の概略構成について説明する。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と、グリッド表面を清掃するグリッド清掃部材としての清掃ブラシ250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。
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。
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。
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250について簡単に説明する。本実施例の帯電装置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。この清掃ブラシはシャッタを開閉させる駆動源である開閉モータM2からの駆動力を受けてグリッド長手方向に移動する。
図3に示すように、本実施例の清掃パット、清掃ブラシ、とシャッタは駆動源としての開閉モータM2の駆動を受けて一体にコロナ帯電器長手方向に移動する。このような構成を採用することで、駆動源(モータ)の数を減らすことができる。なお、移動方向は開閉モータM2を正回転と逆回転を切り替えることで往復移動させている。
続いて、グリッドを清掃する際にグリッドの感光体への接触を抑制しつつも、グリッドを安定して清掃するためにグリッドを放電ワイヤ側に引き込む機構について簡単に説明する。本実施例の清掃ブラシはグリッドを放電ワイヤ側から清掃する。ここで、グリッドの清掃に伴い、グリッドは放電ワイヤ側に移動(引き込み)する構成を採用した。
続いて、コロナ帯電器2のシャッタの開閉制御とグリッド清掃に関する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)はシャッタの開閉制御を説明するためのフローチャートである。また、図5はグリッド清掃に関する制御を説明するためのフローチャートである。
画像形成信号を受け、制御回路Cはポジションセンサの出力に基づき、シャッタが閉じた状態である場合、開閉モータ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)。
続いて、帯電器の清掃ブラシによるグリッドの清掃動作シーケンスについてフローチャートを用いて説明する。清掃ブラシは非清掃時に、画像形成装置を正面から見て、手前側に位置しているのを基準の場所とする。以下、清掃ブラシが、手前から奥側に行く時を往路動作と称し、奥側から手前側へ戻ってくる動作を復路動作と述べる。
続いて、清掃時にグリッドを放電ワイヤ側に向かって引き込む機構について詳しく説明する。グリッドの短手方向の両端でグリッドを放電ワイヤ側へと引き込むテーパ部とグリッドと摺擦する摺擦部をからなる引き込み機構252を備える。これにより、グリッドは被帯電体(感光ドラム)側から放電ワイヤ側へ向かって力Fを受け(図6の(b)参照)押圧され放電ワイヤ側に変位する。
図6はグリッドを放電ワイヤ側へと引き込む機構を説明するための拡大図である。図6の(a)はグリッド206と引き込み機構が備えるテーパ部が接触していない状態を示す図である。また、図6の(b)はテーパ部がグリッドと接触し、グリッドを放電ワイヤ側へと引き込み(移動)させた状態を示す図である。
図6、図7を用いて、グリッドの引き込み機構の摺擦部と摺擦して摩耗する部位について説明する。図中のグリッドの感光体側の面のうち引き込み機構252の摺擦部と摺擦する部位をA、グリッドの感光体側の面のうち摺擦部と摺擦しない部位をB、グリッドの放電ワイヤ側の面をCとして図中に示した。摺擦部と摺擦する部位Aはグリッドの短手方向両端の端部、摺擦しない部位BはAを除く部位となる。
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8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。
図8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。
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。
図9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。
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。
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。
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。
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。
前述のように、グリッドを放電ワイヤ側へ引き込む構成では、グリッドの引き込み機構と摺擦する部分A(図6参照)に局所的な摩耗が生じる。そのため、本実施例のグリッドは基材に対して保護層を設ける処理が施されており、グリッドの被帯電体側の層厚は前記電極側の層厚よりも厚くした。具体的には、グリッドの放電ワイヤ面の成膜厚に対して、感光体ドラム面側の成膜厚を1.15倍〜2.0倍となるように成膜した。なお、放電ワイヤ側の面と感光体ドラム側の面の汚染、摩耗がほぼ同程度とするためには、1.2倍〜1.8倍に収めることがより好ましい。当然、グリッドの成膜厚を厚くすることで帯電むらを抑制することもできるが、グリッドに保護膜を成膜する期間が長くなる等のコストアップを招くため好ましくない。そのため本実施例のグリッドは、放電ワイヤ側の保護層の膜厚0.05μm、感光ドラム面側のグリッド表層の膜厚を0.07μmとした。
前述の通り、引き込み機構でグリッドを引き込みつつ繰り返し清掃することにより、引き込み機構と接触するta−C層が摩耗し、そこから腐食することが判明した。そこで、発明者らは好ましい保護層の厚みを検討すべく、グリッドのta−C層の成膜厚を変更して、ta−C層の削れ試験と、画像および腐食評価試験を行った。
試験条件として、コロナ帯電器の帯電ワイヤに総電流1000μA、グリッドに印加する電圧を−800v印加した。高温高湿環境(30℃、80%)内で前記の高電圧を印加し、累計500時間コロナ放電を行った。その際、0.25時間毎に帯電器に印加する高電圧の印加をOFFし、グリッド清掃の往復動作を実施し、再び、高電圧の印加をONするという作業を繰り返し、累計500時間のコロナ放電を行った。
図11はグリッド表層に設けた保護層(ta−C層)の摩耗度合いを示したグラフである。コロナ放電を50時間毎にグリッドのta−C膜厚の削れ量を、光学顕微鏡や表面粗さ計などを用いて測定した。グリッド表層の削れ量の測定は、図6に示すA、B、Cの内部で、複数の点を測定し、その結果のち最も薄い厚みをグリッド表層の削れ量とした。
画像の評価試験は、キヤノン社製のカラー複写機imagePRESS C1にグリッド清掃ブラシ付きのコロナ帯電器にta−C層が形成されたグリッドを装着し評価を実施した。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、画像とグリッドとの評価を行った。
○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
[腐食評価基準]
◎: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12の結果によれば、放電ワイヤ側は40nm以上、かつ感光ドラム側は60nm以上のta−C成膜があると、腐食、画像評価ともに良好であることがわかった。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70nm以上がより耐久性が良好であるという結果であった。
前述の試験では、他の構成の影響を少なくするために、シャッタを外した状態で試験を行った。シャッタでコロナ帯電器の開口を遮蔽することにより画像流れの発生を抑制することができる。しかし、シャッタはグリッドと感光体の間の狭い隙間(2mm以下)を通るように設けられている。そのため、シャッタで開口を遮蔽した際に振れによりシャッタとグリッドが接触してしまう場合がある。これにより、シャッタに放電生成物が付着することでグリッドへの腐食力が変化してしまう。そこで、上記グリッドの清掃毎に、シャッタを閉じた状態で12時間放置する試験工程を追加した。
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)
203、204 シールド(ケーシング)
205 放電ワイヤ(放電電極)
206 グリッド(制御電極)
210 シャッタ(遮蔽部材)
250 清掃ブラシ(グリッド清掃部材)
252 引き込み機構
Claims (9)
- 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、
前記グリッドの前記放電電極側の面から接触して前記グリッドの長手方向に移動し、前記グリッドを清掃する清掃部材と、
前記清掃部材と共に前記グリッドの長手方向に移動し、前記グリッドの前記被帯電体側の面を前記放電電極側へ押圧する機構と、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被帯電体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。 - 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、を備えることを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。
- 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。
- 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。
- 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。
- 前記コーティング層の体積抵抗率は107〜1010Ω・cmであることを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。
- 前記グリッドの前記被帯電体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。
- 前記機構は前記清掃部材より剛性が高いことを特徴とする請求項1に記載の帯電装置。
- 前記グリッドの前記被帯電体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前記コーティング層の厚みの1.2〜1.8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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