JP6039229B2 - 帯電装置 - Google Patents

Description

グリッドとグリッドを清掃する清掃部材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。

また、特許文献２にはグリッドに付着したトナーや放電生成物（以降、異物と呼ぶ）を清掃する清掃部材を備える構成が開示されている。具体的には、グリッドの放電電極側からグリッドを清掃する清掃ブラシを設け、グリッドの被帯電体側の両端部（エッジ部）を放電電極側へと引き込みながら清掃する構成が開示されている。

特開２００７−２５６３９７号公報 特開２００６−９１４８４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、グリッドの両端部を被帯電体側から放電電極側へ向かって引き込む構成では、比較的短い期間で帯電むらが生じることが発明者の検討により判明した。

これは、清掃部材と板状グリッドの接触侵入量を安定させるためにグリッド両端を保持して清掃部材側へ板状グリッドを引き込む構成では、局所的に接触する部分で保護層が摩耗していくためであると考えられる。そして、局所的な摩耗により基材が露出した部分を起点にして、基材に錆が生じて帯電むらが生じたと考えられる。

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。

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、前記グリッドの被帯電体側の面を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保護層と、を備え、前記グリッドの被帯電体側の保護層の厚みは放電電極側の保護層の厚みより厚いこと」を特徴とする。

グリッドの被帯電体へ接触を抑制しながら清掃する構成において、成膜コストを抑制しつつもグリッドを放電電極側へ引き込むためにグリッドと摩耗に起因する帯電むら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。 実施例に係るグリッド清掃制御を説明するためのフローチャートである。 本実施例に係る板状グリッドの引き込み機構近傍の拡大図である。 本実施例に係る感光体側からのグリッド俯瞰図である。 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の削れ量を説明するためのグラフである。 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、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。

■（放電ワイヤについて）
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。

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７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７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被帯電体（感光体）側から俯瞰した図であり、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２ｈ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７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。

■（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。

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。

■（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。

清掃ブラシ２５０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ブラシホルダ２５１はＡＢＳ樹脂を用いた（図６参照）。

また、清掃ブラシ２５０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。

■（シャッタと清掃ブラシの移動機構について）
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。

■（グリッド引き込み機構について）
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。

非清掃時はグリッドを放電ワイヤ側へ引き込む引き込み機構２５２（図５参照）はグリッドに接触しないような位置に待機している（図３の（ａ）参照）。

一方、清掃時は清掃ブラシのブラシホルダ２５１の引き込み機構２５２、グリッド両端部と接触し、グリッドを放電ワイヤ側へと引き込む（図３の（ｂ）参照）。グリッドを放電ワイヤ側に移動させた状態で、清掃ブラシはグリッドへ侵入し清掃する。

なお、ブラシホルダ２５１の材質としてはＡＢＳ樹脂、ＰＣなどのブラシの毛体より剛性の高いものを用いている。なお、ブラシホルダ２５１と同材料でできた引き込み機構２５２により、グリッドの被帯電体（感光ドラム）側からグリッドを放電ワイヤ側へ押圧され移動する。この引き込み機構２５２は清掃ブラシ２５０を保持するブラシホルダ２５１の両側に設けられている（図７、図８等参照）。

§３．｛シャッタ開閉制御およびグリッド清掃制御について｝
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。

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、駆動源としての開閉モータＭ２、高圧電源Ｐ、ドラムモータＭ１を制御する。なお、本実施例の帯電装置は図３に示すようにグリッドを清掃する清掃ブラシ２５０とシャッタは共通の駆動源（Ｍ２）からの駆動力を受け移動する。また、ポジションセンサＰ１、Ｐ２はフラグの有無を制御回路Ｃに通知する。ポジションセンサを備える構成では、制御回路Ｃはポジションセンサからの出力に基づき清掃ブラシの位置等を把握することができる。つまり、清掃ブラシが往路と復路において、帯電器の端部から端部まで動いた事をポジションセンサにより確認できる。なお、制御回路Ｃはメモリを備え、画像形成枚数をカウントするカウンタや経過時間を計測するタイマとして利用することができる。

■（シャッタ開閉制御について）
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）。

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は開閉モータ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開閉モータ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。

■（グリッド清掃制御について）
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。

図３においては、右側が、画像形成装置の手前側に相当し、左側が画像形成装置の奥側に相当する。

以下に、図５に示すフローチャートを用いて説明する。画像形成を繰り返し行うと、グリッドの表面に、放電生成物や、粉塵、飛散したトナーや外添材などが付着する。グリッドに異物が付着すると、その部分の帯電電位がずれてしまい、画像濃度ムラが生じてしまう。そこで、異物付着に起因する画像不良を抑制するために、グリッドを清掃ブラシで清掃する。なお、清掃ブラシと放電ワイヤを清掃する清掃パッドは連動しており、以下の清掃動作により、グリッド電極と放電ワイヤの清掃を同時に実施している。

制御回路Ｃはカウンタで前回の清掃を実施してからの画像形成枚数をカウントする。そのカウントを清掃カウンタＮとし、清掃カウンタＮと清掃閾値Ｚとの大小を比較判断する（Ｓ２０１）。本実施例では、Ｚ＝Ａ４サイズの画像形成１０００枚とした。つまり、制御回路Ｃは、清掃カウンタＮが１０００枚を超えるごとに清掃ブラシの往路動作を開始する（Ｓ２０２）。なお、カウンタＮは帯電器の作動時間に比例するものであればよいので、画像形成枚数以外にも、帯電器の稼働時間をカウントして判断基準としてもよい。そして、清掃ブラシが待機場所（ホームポジション）とは逆側の位置（図３の（ａ）の右端部）になるまで、開閉モータＭ２を正方向に回転させて清掃ブラシを移動させる（Ｓ２０３）。そして、制御回路Ｃは待機場所とは逆側の位置に設けたポジションセンサＰＳ２の出力に基づき開閉モータＭ２を停止する（Ｓ２０４）。なお、構成の簡易化のためにポジションセンサを用いることなく、制御回路Ｃにより所定時間（５秒）経過後に開閉モータＭ２を停止する構成を採用してもよい。

続いて、清掃ブラシの復路動作について図６の（ａ）に示すフローチャートを用いて説明する。制御回路Ｃは往復動作要求に従い、清掃ブラシの復路動作を実行する（Ｓ３０１）。なお、往路動作と復路動作は個別に実行しても、連続して往復動作としてもよい。

復路動作が要求されると、制御回路Ｃは開閉モータＭ２を逆方向に回転させて清掃ブラシを移動させる（Ｓ３０２）。続いて、清掃ブラシがホームポジション（図３の左端部）へ移動するまで開閉モータＭ２を逆方向に回転させる（Ｓ３０３）。また、ポジションセンサＰＳ１が清掃ブラシが待機場所に到達したことを検知すると、制御回路Ｃは開閉モータＭ２を停止する（Ｓ３０４）。このように、グリッドに付着する粉塵、紙粉、トナー、外添材、放電生成物を清掃することで、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。

また、グリッド清掃だけでなく、放電ワイヤの清掃部材も同時に動くことから、放電ワイヤの清掃も行われており、ワイヤ汚れによる帯電不良の発生も同時に抑えられる。なお、前述のように本実施例の構成では、駆動源が同一のため清掃動作に伴いシャッタは開口を開閉する。同様に、シャッタの開閉動作に伴い、グリッドは清掃される。

§４．｛引き込み機構と摺擦される部分について｝
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。

ここで、引き込み機構グリッドの両端とこの引き込み機構２５２は清掃ブラシ２５０を保持するブラシホルダ２５１の両側に設けられている（図７、図８等参照）。そのため、清掃ブラシがコロナ帯電器長手方向に往復することで、グリッドが局所的に摩耗してしまう。以下に、グリッドを放電ワイヤ側（放電電極側）へと引き込む動作について説明した後、摺擦により局所的に摩耗する領域について図を用いて説明する。

■（引き込み動作について）
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の（ａ）に示すように、グリッドの短手方向両端において引き込み機構２５２が図中のＸ方向に移動すると、テーパ部がグリッドの感光体側の面に乗り上げる。テーパ部により押し下げられたグリッドは局所的に変形し、引き込み機構の摺擦部により放電ワイヤ側へ変位するような力Ｆを受ける。

■（摺擦される部分について）
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。

図７はグリッドを感光体側から俯瞰した図である。図７に示すように、引き込み機構２５２の摺擦部はグリッドのメッシュ部と接触しないように設けられている。これは、グリッドのエッチングにより形成されたメッシュは線が細く、摺擦部と摺擦すると線が切れる可能性があるためである。なお、図７中の裏面（放電ワイヤ面側）がＣとなる。

§５．｛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。

■（グリッドの基材について）
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。

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。

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１０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１０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。

■（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。

■（グリッド表裏の保護層厚みについて）
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。

§６．｛グリッドの耐久評価｝
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。

評価試験を行うにあたり、グリッドのｔａ−Ｃ層の膜厚は、帯電ワイヤと対向する面の膜厚２０〜９０ｎｍ、感光ドラムと対向する面の膜厚２０〜１２０ｎｍの範囲のｔａ−Ｃ層を成膜したグリッドを準備し、試験を実施した。なお、試験は、引き込み機構と清掃ブラシ以外の構成の影響を少なくするため、シャッタを外した状態で試験を行った。

■（試験条件と評価基準について）
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。

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１１はグリッドの感光ドラム面側と放電ワイヤ面側の保護層の削れ量を測定した結果を説明するためのグラフである。また、図１２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。

■（削れ試験について）
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。

図１１は、放電ワイヤ側のｔａ−Ｃ膜厚に５０ｎｍ、感光ドラム側のｔａ−Ｃ膜厚に１００ｎｍのグリッドを準備し、上述の試験方法により、グリッド表面の感光ドラム面側と放電ワイヤ面側の削れ量を測定した結果である。

図１１の結果によれば、コロナ放電５００時間で、放電ワイヤ側のｔａ−Ｃ膜厚は、約３０ｎｍの削れ量に対して、感光ドラム側のｔａ−Ｃ膜厚は、約８５ｎｍであることが分かった。特に、感光ドラム側は、放電ワイヤから最近接部の位置（Ｂ）における表層の削れ量より、両端部のブラシホルダの引き込み機構２５２が接触する部分（Ａ）の削れ量の方が多くなった。

また、感圧センサーを用いて、清掃ブラシがグリッドに接触する接触圧と、ブラシホルダ２５１の引き込み機構２５２がグリッドに接触する圧を測定した。すると、清掃ブラシの接触圧に対して、ブラシホルダ２５１の引き込み機構２５２の接触圧は７〜３０倍程度の強さであることが分かった。図１１に示す結果からも分かるように、感光ドラム側の削れ量が放電ワイヤ側の削れ量より大きい。なお、放電ワイヤ側の面（Ｃ）と、感光ドラム側の面の接触圧と削れ量の間の相関が少ないのは、コロナ放電直後に清掃動作を実施するため、清掃部材の機械的な摺擦に加え、放電による表面性の変化も影響しているためと推測している。

■（画像試験について）
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。

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と、グリッドの腐食の程度を、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、像担待体長手における濃度斑の最大最小の差をΔＤとして表す。また、グリッドの腐食の程度とはグリッド両面のうち腐食度合いが高い面について評価をした。

［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
［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。

図１１に示した、グリッド表層の削れ量の結果と画像、腐食試験の評価が一致しないのは、グリッド表層の削れ量そのものが直接的に、画像劣化につながらない事を意味する。

しかし、グリッド表層の削れ量が一定値に到達すると、そこをきっかけとして腐食や異物の付着が始まり、腐食や帯電ムラが生じて腐食評価と画像評価のレベルが低下していくと考えられる。そのため、帯電装置としてグリッド表層の削れ量と、腐食、画像のレベルを見極め、ｔａ−Ｃ層の膜厚を決定していく必要がある。その際、清掃ブラシや引き込み機構とグリッドの接触圧も考慮するのが好ましい。

本実施例では、試験結果を鑑みて、上述のようにグリッドのｔａ−Ｃ層を、放電ワイヤ側のグリッドの保護層の膜厚０．０５μｍ、とし、感光ドラム面側のグリッドの保護層の膜厚を０．０７μｍとした。それにより、長期間にわたってグリッドによる帯電ムラの発生を抑制する事ができた。

望ましくは、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両側面の削れと腐食が同時進み、規格以下（ＮＧ）の画像が出力されることが好ましい。グリッドのどちらかの面の汚染レベルが良好のまま、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意味する。成膜厚が厚いと、基層と成膜層とが剥がれやすくなったり、ボンディングが生じたりする可能性が増える。また、成膜時の時間と材料を必要以上に要するため、グリッドのコストが高くなってしまう問題もある。

ｔａ−Ｃ層の成膜厚は、１７０ｎｍ以上になると、成膜が難しく、成膜時の成膜材料と時間を多く必要となる。そのため、成膜厚は１７０ｎｍ以下にすることが好ましい。また、放電ワイヤに印加する総電流１０００μＡとし、５００時間の耐久試験を行った。その結果、５００時間の放電後も腐食レベルを△レベル以上に保つには、ｔａ−Ｃ層の成膜厚は放電ワイヤ側の面は２０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下、感光体ドラム側の面は、３０ｎｍ以上１７０ｎｍ以下とすることが良いことが判明した。

上述の腐食レベルを△レベル以上に保つ範囲である事を前提に、グリッドの放電ワイヤ面と感光体ドラム面のそれぞれの表層厚みを、どの程度の厚み比にしたらよいか、検討した。その結果、少なくとも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倍以上にすることで、放電ワイヤ面より早く清掃ブラシの摺擦や、異物の付着などにより、削れに起因する腐食がＮＧことを抑制することができた。

製造上の寸法公差や装置の使用状況や環境、放電ワイヤに印加する電流値のばらつきや、清掃ブラシの接触圧のばらつきで多少評価試験の結果は変動する。そのため、これらを考慮すると、グリッドの放電ワイヤ面側の成膜厚に対して、感光体ドラム面側の成膜厚を１．１５倍〜２．０倍の範囲にある事がより好ましい。さらに好ましくは、１．２倍〜１．８倍の範囲にすることで、放電ワイヤ側の面と感光体ドラム側の面の汚染レベルが、ほぼ同時に進行させることができる。これにより、グリッドの成膜厚を必要以上に厚くする事がなくなる。グリッドの生産時間の短縮やコストダウンにつなげる事ができる。なお、表層の膜を形成する材質は、ｔａ−Ｃ層でなくても、同様の効果を得る事が出来る。以上のように、コロナ帯電器のグリッドの表層膜厚を放電ワイヤ側より感光ドラム面側の膜厚を厚くする事によって、帯電ムラの発生を長期間にわたって抑制することができる。

■（シャッタに付着する放電生成物の影響）
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。

本実施例のシャッタはシート状のシャッタをアーチ状に規制することでコシを与えている。そのため、シャッタは主にグリッドの感光体側の面のうち引き込み機構と接触しない部位（Ｂ）と接触する。言い換えると、グリッドを放電ワイヤ側に引き込む引き込み機構により摺擦され摩耗する箇所（Ａ）と、シャッタの振れによりグリッドと接触する可能性がある箇所（Ｂ）が異なる。つまり、グリッドの感光体側の面の保護層厚み放電ワイ側の面よりも極端に厚くする必要はなく、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という構成で長期に渡り帯電むらを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。

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。

１００ 画像形成装置
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)

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。
2. 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。
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。
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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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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