(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋸歯状電極に電圧を印加することによってコロナ放電を発生させ、移動可能な被帯電体の帯電を行うコロナ帯電装置において、
前記鋸歯状電極は、鋸歯が、その頂点部分を除いて絶縁性材料によって被覆されていて、頂点部分は被覆がなく、かつ、前記絶縁性材料によって被覆されていない部分の広がりが、鋸歯先端からの半径で０．１［ｍｍ］以上である、ことを特徴とするコロナ帯電装置。
【請求項２】
前記鋸歯状電極の頂点部分の、絶縁性材料で被覆されていない部分の大きさが、鋸歯先端からの半径で１［ｍｍ］以内である、ことを特徴とする請求項１に記載のコロナ帯電装置。
【請求項３】
前記鋸歯状電極の先端角が１０°より大である、ことを特徴とする請求項１に記載のコロナ帯電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電複写機，レーザープリンター等の電子写真プロセスを用いる画像形成装置の、電荷担持体の帯電を行うコロナ帯電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、電子写真プロセスを用いる画像形成装置の概略図である。感光体ドラム１は、導体１ａの表面に感光体１ｂを塗布したものであり、図５中の矢印方向に回転する。画像形成装置では次のような手順で、画像の形成が行なわれる。
【０００３】
１．コロナ帯電装置２で、感光体１ｂの表面を所望の電位に帯電する。
２．露光装置３で、感光体１ｂを露光して、所望の画像に対応する静電潜像を、感光体１ｂ上に形成する。
３．現像器４で、静電潜像を、トナーによって現像し、感光体１ｂ上にトナー像を形成する。
４．転写器５は、感光体１ｂ上のトナー像を、不図示の搬送手段によって搬送される、紙などの転写体６上に転写する。
５．クリーニング手段７が、転写体６に転写されず感光体１ｂ上に残ったトナーを清掃する。
６．トナー像が転写された転写体６は、不図示の定着器へと搬送される。定着器では、トナーは加熱され、転写体上に定着される。
感光体ドラム１は、図５中の矢印の方向に回転するため、上記の１から６の手順を繰り返すことによって、複数の転写体のそれぞれの上に所望の画像が形成されていく。
【０００４】
電子写真プロセスでの帯電装置としては、コロナ放電を利用して感光体の帯電を行うコロナ帯電装置２が従来から使用されている。図６は、コロナ帯電装置２の一例の概略図である。放電ワイヤ２５は、材質タングステン，線径６０［μｍ］である。放電ワイヤ２５は、図６に示すような位置（ケース２２の中央）に感光体ドラム１の軸方向ｘに張設され、高電圧（−７［ｋＶ］程度）が印加されている。前記の放電ワイヤ２５は、帯電ケース２２で覆われている。ケース２２の材質は、酸化されにくいステンレス鋼である。また、前記放電ワイヤ２５と感光体ドラム１との間には、グリッド２３がありこれに−０．６［ｋＶ］程度の電圧が印加される。グリッド２３はステンレス鋼板（板厚：０．１［ｍｍ］）をメッシュ状に穿孔したものである。
【０００５】
図６のコロナ帯電装置２では、感光体１ｂの帯電は次のように行われる。張設されたワイヤの近傍では、強電界が形成され空気の絶縁破壊が起こり、イオンが発生する。このイオンの一部は、ワイヤ２５と感光体１ｂ直下の導体１ａとの間の電界によって移動し、感光体表面が帯電される。感光体１ｂの帯電は、表面電位がグリッド２３に印加した電位にほぼ等しくなるまで続くため、感光体１ｂの表面電位は、グリッド２３に印加する電位によって制御することが可能である。
放電ワイヤ２５を使用したコロナ帯電装置２以外のコロナ帯電装置としては、鋸歯状電極を放電電極として使用しているものがある（特開平８−２０２１０号公報、特開平６−３０１２８６号公報）。図７は、この鋸歯状電極２１を用いたコロナ帯電装置２０の一例の概略図である。鋸歯状電極２１は図８のような形状であって、板厚０．１［ｍｍ］のステンレス鋼板に、３ｍｍピッチの鋸歯２０２を形成したものである。この鋸歯状電極２１は、図７のように、支持部材２４に固定され、電源８によって高電圧（−５［ｋＶ］が印加される。鋸歯状電極２１を使用したコロナ帯電装置２０（図７）でも、放電ワイヤ２５を使用したコロナ帯電装置２（図６）と同様に、材質がステンレス鋼の帯電ケース２２で覆われており、鋸歯状電極２１と感光体１ｂとの間にはグリッド２３が配置されている。鋸歯状電極２１を使用したコロナ帯電装置２０（図７）での感光体１ｂの帯電も、放電ワイヤ２５を使用した場合と同じであり、鋸歯状電極２１の鋸歯２０２の頂点付近でコロナ放電がおこる。このほかのコロナ帯電装置としては、放電電極が針状（ピン状）の電極であるものが考案されている。
【０００６】
鋸歯状電極２１を使用したコロナ帯電装置２０では、放電ワイヤ２５を使用した帯電装置２とくらべて、小型，低オゾン発生の利点をもつ。鋸歯状電極２１では、コロナ放電の指向性が高く、帯電ケース２２へ向かうイオンの流れが、グリッド２３へ向かうイオンの流れにくらべて小さい。このため、帯電装置２０の幅（帯電ケース２２の、感光体側の開口のｙ方向幅）を小さくすることができる。このことは、画像形成装置全体の小型化に対して重要である。また、コロナ放電の指向性が高いため、感光体１ｂの帯電効率が上がり、コロナ帯電装置２０に流れる電流を小さくすることができ、この結果、オゾンの発生量が少なくなる。
【０００７】
特開平５−１７３４０３号公報に開示されたコロナ帯電装置は、張設したワイヤに高電圧を印加することによって、コロナ放電を発生させ、感光体の帯電を行うものであるが、ワイヤ本体が絶縁性皮膜によって被覆され、ワイヤ本体が溝から露出するように、被覆材に溝が形成されている。これにより、コロナ放電の発生点が溝内に限定され、オゾンの発生量が低減すると説明されている。
【０００８】
特開平６−３０１２６８号公報には、絶縁性の基盤上に取り付けられた鋸歯状の放電電極から、コロナ放電を発生させる帯電装置が開示され、放電電極の歯先が絶縁性基盤の端部から突き出して設けられていることが特徴と説明され、また、これによって、オゾンの発生が少なく、取り扱いが用意で、放電電極の特性を安定化することができるとしている。
【０００９】
特開平８−２０２１２０号公報には、鋸歯電極板と、鋸歯電極からのコロナ放電を制御する制御グリッドとを設けたコロナ帯電装置が開示されており、鋸歯電極板の鋸歯電極の頂点の間隔の値をＤｐ、鋸歯電極の頂点と制御グリッドとの間隔の値Ｄｇとした時、Ｄｐの値は１ｍｍ以上、４ｍｍ以下であり、かつＤｇは２倍のＤｐ以下としたことを特徴とすると説明されている。これにより、隣接する鋸歯電極からの放電が重ならず鋸歯電極のピッチに応じた帯電むらが発生しにくく、均一帯電が得られ、かつ、制御グリッドの制御性を向上すると説明されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、鋸歯状電極を使用するコロナ帯電装置では、ワイヤを使用するものにくらべて、上述のような利点をもつ。しかし、鋸歯状電極に印加する電圧が、ワイヤの場合にくらべれば小さいものの、−５［ｋＶ］程度と依然として高電圧である。これは、放電の安定性にその理由がある。つまり、鋸歯状電極を使用するコロナ帯電装置では、鋸歯の頂点での放電条件（グリッドからの距離，頂点のの曲率半径など）が鋸歯毎にわずかに異なり、このため、低い電圧を印加した場合には、頂点ごとに放電が起こったり、起こらなかったりする。また、低い電圧を印加した場合には、鋸歯状電極の劣化も問題となる。つまり、帯電装置を長時間使用した場合、頂点部分の表面が劣化してくる。この劣化によって、放電が起こりにくくなる頂点が生じてしまうため、低い電圧を印加した場合には、頂点の中には放電が止まってしまうものもある。
【００１１】
このように、鋸歯のなかに、放電が起こらない頂点が生じた場合には、この頂点の直下では感光体の帯電がなされない。この結果、この部分が未帯電部分となり、画像不良の原因となる。このため、従来の鋸歯状電極を使用したコロナ帯電装置では、このような放電の安定性を確保するために（放電が起こらない鋸歯が生じないようにするために）、電極に印加する電圧を大きくすることで対応していた。しかし、大きな電圧に対応するためには、高電圧に対応できる電源が必要であり、これが画像形成装置全体のコストアップを引き起こす原因となっていた。  このほか、従来の鋸歯状電極を使用するコロナ帯電では、放電の安定性を確保するために、鋸歯状電極の先端角を鋭角（１０°以下）にする方法がある。このように先端角を鋭角にした場合には、電極先端の形状加工が困難であったり、強度の不足のため電極先端が外力によって変形しやすい、などの問題がある。
【００１２】
本発明は、鋸歯状電極を使用したコロナ帯電装置で問題となる放電の安定性を高くすることを第１の目的とし、鋸歯状電極の先端角を格別に小さくすることなく、放電の安定性を確保することを第２の目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）鋸歯状電極（２１）に電圧を印加することによってコロナ放電を発生させ、移動可能な被帯電体（１ｂ）の帯電を行うコロナ帯電装置（２０）において、
前記鋸歯状電極（２１）は、鋸歯（２０２）が、その頂点部分を除いて絶縁性材料によって被覆（２０３）されていて、頂点部分は被覆がなく、かつ、前記絶縁性材料によって被覆されていない部分の広がりが、鋸歯先端からの半径で０．１［ｍｍ］以上である、ことを特徴とするコロナ帯電装置。なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。
【００１４】
これによれば、鋸歯状電極（２１）と対向導体（１ａ，２３）との間の電界が、被覆がない頂点部分に集中し、頂点部分でコロナ放電を生じ易く、鋸歯状電極（２１）と対向導体（１ａ，２３）との間に印加する電圧が比較的に低くても頂点部分でコロナ放電を生じ易く、従来の、鋸歯状電極（２１）に印加する電圧（−５ＫＶ）で各鋸歯の頂点に安定してコロナ放電を生じ、放電の指向性と安定性が高い。
【００１５】
帯電装置を長時間使用した場合、頂点部分が損耗するが、鋸歯の、絶縁性材料によって被覆されていない部分の広がりが、鋸歯先端からの半径で０．１［ｍｍ］以上であるので、この露出部が絶縁性材料の位置にまで損耗する長時間の使用の間、安定してコロナ放電を生ずる。
【００１６】
（２）前記鋸歯状電極（２１）の頂点部分の、絶縁性材料で被覆されていない部分の大きさが、鋸歯先端からの半径で１［ｍｍ］以内である、ことを特徴とする。絶縁性材料で被覆されていない部分の広がりが大きいと、その分鋸歯先端の電界集中が弱まり放電の指向性と安定性が低くなるが、露出部分を鋸歯先端からの半径で１［ｍｍ］以内にしているので、鋸歯先端の電界集中が強くコロナ放電の指向性及び安定性が高い。
【００１７】
（３）前記鋸歯状電極（２１）の先端角が１０°より大である、ことを特徴とする。これにより鋸歯先端の形状加工が容易であり強度が高いため電極先端が外力によって変形しにくくなり、加工および取扱いが容易になる。先端角が大きくなると一般的には鋸歯先端への電界集中が弱まるが、鋸歯の先端部が露出し他部は絶縁性材料で被覆されてこれが電界集中を強めるので、コロナ放電の指向性及び安定性が高い。
【００１８】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１９】
【実施例】
−第１実施例−
図２に本発明の第１実施例のコロナ帯電装置２０を示し、このコロナ帯電装置２０の鋸歯状電極２１を図１に示す。図２，図１に示す第１実施例のコロナ帯電装置２０の、従来のコロナ帯電装置（例えば図７，図８）との違いは、鋸歯状電極２１の鋸歯２０２の頂点部分をのぞいて、電極２１が絶縁皮膜２０３によって被覆されている点である。
【００２０】
図１を参照すると、鋸歯状電極２１はステンレス鋼板（厚さ０．１［ｍｍ］）を、薄板状のステム２０１から鋸歯２０２が突出した形状に加工したものである。鋸歯２０２の頂点のピッチＤｐは３［ｍｍ］、鋸歯２０２の突出長は３［ｍｍ］である。鋸歯２０２の先端（頂点）は、曲率半径が２０［μｍ］になるように加工してある。鋸歯状電極２１の材質としては、コロナ放電が可能な導電性の材料であれば、どのようなものでもよいが、耐オゾン性ならびに耐放電損耗などの点から、上述のステンレス鋼板が望ましい。また、板厚についても、コロナ放電が可能であればどのような板厚のものでもよいが、製作の容易さ，コロナ放電のしやすさなどの点から、０．１［ｍｍ］程度が望ましい。また、鋸歯２０２のピッチＤｐ，鋸歯２０２の突出長Ｄｇ，先端形状なども上述の値の限りではない。
【００２１】
鋸歯状電極２１は、鋸歯２０２の頂点を除く部分が絶縁皮膜２０３によって被覆されている。図１，図２に示すコロナ帯電装置２１では、この絶縁性皮膜２０３は、フッ素系樹脂である。絶縁皮膜２０３の材料としては、このほか、シリコーン樹脂，セラミック，エポキシ樹脂など絶縁性を確保できるようなものであれば、どのようなものであってもよい。
【００２２】
上述の第１実施例では、フッ素系樹脂をスプレーによってステンレス鋼板に塗布して皮膜２０３とした。この際、鋸歯２０２の頂点部分に付着しないように、頂点部分をマスクしてスプレー塗布をおこなった。頂点部分の絶縁性材料で被覆していない部分は、先端から半径１［ｍｍ］以内の部分である。絶縁性材料を鋸歯状電極２１に塗布する方法も上述の方法以外のものであってもよい。また、塗布の膜厚も、絶縁性が確保できる程度のものであれば、適当な膜厚でよい。
【００２３】
このように作製した鋸歯状電極２１を、図２に示すように、絶縁性の支持部材（材質：ＡＢＳ）２４で支持し、帯電ケ−ス２２に対して固定した。鋸歯状電極２１には、電源８によって電圧（−３［ｋＶ］）が印加される。鋸歯状電極２１はコの字型の帯電ケース２２（材質：ステンレス鋼板）の内部にある。この帯電ケース２２は、ケース外部（感光体１ｂを除く）が帯電しないようにするためのものである。また、鋸歯状電極２１と感光体ドラム１との間の帯電ケース開口部には、グリッド２３が配置される。グリッド２３は、ステンレス鋼板（板厚：０．１［ｍｍ］）をエッチング加工して、１［ｍｍ］ピッチでメッシュを形成したものである。帯電ケース２２／グリッド２３間には、電源９によって電圧（−０．６［ｋＶ］）が印加される。
【００２４】
このほか、図１，２に示すコロナ帯電装置２０では、鋸歯状電極２１の頂点からグリッド２３までの距離（電極／グリッド間距離Ｄｅｇ）は８［ｍｍ］、帯電ケース２２の開口幅Ｗｏは１２［ｍｍ］である。この開口幅Ｗｏは従来例（例えば図６，図７）の開口幅よりも狭い。これは、図３に示すように、第１実施例（図３の（ａ））では、鋸歯２０２の頂点（先端）での電界集中が強い（電界傾度が高い）ので、これにより低電圧でコロナ放電を生じ易いばかりでなく、電界のｘ方向（帯電装置の幅方向）の広がりが狭い（指向性が高い）ので、開口幅Ｗｏを小さくしても効果的に感光体１ｂを帯電できるからである。従来例では図３の（ｂ）に示すように、鋸歯２０２の基部近くまで電気力線が形成されて鋸歯２０２の頂点（先端）での電界集中が弱い（電界傾度が低い）ので、これにより電界のｘ方向（帯電装置の幅方向ｘ）の広がりが大きい（指向性が低い）ので、印加電圧を比較的に高くしなければならないだけでなく、開口幅Ｗｏを大きくして感光体１ｂに対するコロナ放電作用域を広げる必要がある。
【００２５】
−第２実施例−
図４に、本発明の第２実施例の鋸歯状電極２１を示す。鋸歯状電極２１以外の構成，印加電圧などはすべて第１実施例の帯電装置２０（図２）と同じである。第２実施例では、図４に示すように、鋸歯状電極２１の先端角が２０°にしてある。鋸歯状電極２一の先端角は上述の値（２０°）でなくてもよく、１０°を越える値であって、コロナ放電が可能であればどのような値であってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明のコロナ帯電装置では、鋸歯状電極を使用しているため、従来技術の項で指摘したような鋸歯状電極を使用した場合に特有な利点が、そのまま受け継がれる。つまり、放電ワイヤを使用しているコロナ帯電装置にくらべて、小型，低オゾン発生などの利点がある。
【００２７】
しかし、従来の鋸歯状電極を使用したコロナ帯電装置では、放電の安定性を確保するために、高電圧を印加する必要があった。つまり、鋸歯状電極のわずかな条件の違いや電極先端の劣化によって、放電が起こらないような頂点が発生ないようにするために、高電圧を印加する必要があった。
【００２８】
本発明のコロナ帯電装置では、鋸歯状電極を鋸歯先端部分をのぞいて絶縁性材料によって被覆しているので、鋸歯状電極の各頂点の近傍には、よりいっそう電気力線が集中し強電界が形成され、鋸歯状電極のわずかな条件の違いや電極先端の劣化によって、頂点付近の電界が小さくなったとしても放電が停止するまでには至らない。したがって、従来の鋸歯状電極を使用したコロナ帯電装置にくらべて、電極に印加する電圧を小さくすることが可能になる。従来の鋸歯状電極を使用したコロナ帯電装置にくらべて、電極に印加する電圧を小さくした場合でも、放電の安定性が確保されるため、異常画像の原因となる感光体の未帯電部分が発生しない。
【００２９】
鋸歯状電極の先端部分の絶縁材料によって被覆されていない部分の大きさを、先端部からの半径で１［ｍｍ］以内とする。発明者らの実験によると、絶縁材料で被覆されていない部分の大きさがこの範囲内である場合には、放電の安定性がより確保されやすくなることがわかった。つまり、鋸歯状電極の頂点部分に電気力線の集中が大きくなり、絶縁性材料で周辺部を被覆した効果が大きくなり、より低い印加電圧であっても、放電の安定性が確保される。
【００３０】
鋸歯状電極の先端角を１０°より大とすることにより形状加工の困難さや変形しやすいなどの従来の問題が改善する。鋸歯状電極の鋸歯先端部分を除いて、絶縁性材料によって被覆しているため、先端角を大きくしても、コロナ放電の必要な強電界が電極先端に形成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２に示す鋸歯状電極２１の拡大平面図である。
【図２】本発明の第１実施例の横断面図である。
【図３】（ａ）は図１に示す鋸歯状電極２１とグリッド２３の間の電気力線を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は従来の鋸歯状電極２１によって形成される電気力線を示す平面図である。
【図４】本発明の第２実施例で用いられる鋸歯状電極２１の拡大平面図である。
【図５】従来の、放電ワイヤ使用の帯電装置２を用いる画像形成装置の横断面を示すブロック図である。
【図６】図５の、帯電装置２周りのみの拡大横断面図である。
【図７】従来の、鋸歯状電極使用の帯電装置２０を用いる画像形成装置の横断面図である。
【図８】図７に示す鋸歯状電極２１の拡大平面図である。
【符号の説明】
１：感光体ドラム                １ａ：導体
１ｂ：感光体                    ２：放電ワイヤ使用の帯電装置
３：露光装置                    ４：現像器
５：転写器                      ６：転写体
７：クリーニング手段            ２０：鋸歯状電極使用の帯電装置
２１：鋸歯状電極                ２２：帯電ケ−ス
２３：グリッド                  ２４：支持部材
２５：放電ワイヤ                ２０１：鋸歯状電極のステム
２０２：鋸歯状電極の鋸歯        ２０３：絶縁皮膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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