(57)【要約】【課題】ＭＨＣＤ方式の帯電装置による帯電電位の変動を抑制すること。【解決手段】帯電装置２００は、チタン酸化物を添加したアルミナの焼結体、又は、鉄酸化物と亜鉛酸化物のいずれかを添加したジルコニアの焼結体である第１中間層２０２と、前記第１中間層２０２の一方の面に設けられた、導電を阻止する第２中間層２０３と、前記第１中間層２０２の前記第２中間層２０３と反対側の面に設けられた第１電極２０１と、前記第２中間層２０３の前記第１中間層２０２と反対側の面に設けられた第２電極２０４と、前記第２電極２０４と前記第２中間層２０３とを貫通する孔２０５とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン酸化物を添加したアルミナの焼結体、又は、鉄酸化物と亜鉛酸化物のいずれかを添加したジルコニアの焼結体である第１中間層と、
前記第１中間層の一方の面に設けられた、導電を阻止する第２中間層と、
前記第１中間層の前記第２中間層と反対側の面に設けられた第１電極と、
前記第２中間層の前記第１中間層と反対側の面に設けられた第２電極と、
前記第２電極と前記第２中間層とを貫通する孔と
を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記第１中間層の厚さが５００μｍ以上２０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
前記第１中間層の体積抵抗率が１０6Ωｃｍ以上１０9Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置と、
前記帯電装置によって帯電させられ、光の照射によって電位が変化する感光体と、
画像データに基づいて前記感光体に光を照射する露光装置と、
前記感光体上の潜像を現像する現像装置と、
前記感光体上で現像された像を記録媒体に転写する転写装置と
を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置には、感光体ドラム、トナー、転写ベルト等の帯電のために帯電装置が備えられている。従来は、コロトロンや帯電ローラが帯電装置として多用されてきたが、これらに代わるものとして、平面状の電極を被帯電物に数百μｍ程度の距離で対向させる帯電装置が知られている。この電極に電圧を印加すると、電極と被帯電物との間でコロナ放電が発生することにより、被帯電物が帯電させられる。このような帯電装置の一例として、特許文献１では、樹脂製の基板上にアモルファスシリコン、酸化亜鉛、ジルコニア、酸化チタン等の無機材料で膜を形成した電極を用いることが提案されている。
帯電装置の別の形態として、ＭＨＣＤ（Micro Hollow Cathode Discharge）方式の帯電装置が知られている。この帯電装置は、第１電極と、第１電極よりも抵抗率の高い第１中間層と、導電を阻止する第２中間層と、第２電極とを順に積層して構成され、第２電極と第２中間層とを貫通する孔が多数設けられている。第１電極に第２電極よりも高い電圧を印加すると、第１中間層と第２電極との電位差によって放電が生じて荷電粒子が放出される。そして、第２電極と被帯電物との間に生じたドリフト電界によって荷電粒子が被帯電物の表面に移送され、その結果、被帯電物が帯電させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−３２１４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、ＭＨＣＤ方式の帯電装置による帯電電位の変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る帯電装置は、チタン酸化物を添加したアルミナの焼結体、又は、鉄酸化物と亜鉛酸化物のいずれかを添加したジルコニアの焼結体である第１中間層と、前記第１中間層の一方の面に設けられた、導電を阻止する第２中間層と、前記第１中間層の前記第２中間層と反対側の面に設けられた第１電極と、前記第２中間層の前記第１中間層と反対側の面に設けられた第２電極と、前記第２電極と前記第２中間層とを貫通する孔とを有することを特徴とする。
請求項２に係る帯電装置は、請求項１に記載の帯電装置において、前記第１中間層の厚さが５００μｍ以上２０００μｍ以下であることを特徴とする。
請求項３に係る帯電装置は、請求項１又は２に記載の帯電装置において、前記第１中間層の体積抵抗率が１０6Ωｃｍ以上１０9Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
請求項４に係る画像形成装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載の帯電装置と、前記帯電装置によって帯電させられ、光の照射によって電位が変化する感光体と、画像データに基づいて前記感光体に光を照射する露光装置と、前記感光体上の潜像を現像する現像装置と、前記感光体上で現像された像を記録媒体に転写する転写装置とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る発明によれば、ＭＨＣＤ方式の帯電装置による帯電電位の変動を抑制することができる。
請求項２に係る発明によれば、第１中間層の厚さが５００μｍ以上２０００μｍ以下でない場合と比べて、帯電電位の均一性を高めることができる。
請求項３に係る発明によれば、帯電電位を適切な値に制御することができる。
請求項４に係る発明によれば、画質を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】画像形成装置１００のハードウェア構成を示す図である。
【図２】画像形成エンジン１０の構成を示す図である。
【図３】帯電装置２００を被帯電物の側から見た図である。
【図４】図３のI−I線における断面図である。
【図５】被帯電物の帯電電位の経時変化を示す図である。
【図６】各種材料の体積抵抗率の経時変化を示す図である。
【図７】ジルコニア質焼結体を用いた場合の帯電電位の経時変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（１）実施形態
図１は、画像形成装置１００のハードウェア構成を示す図である。
制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を有する（いずれも図示省略）。記憶部５は、例えばハードディスク記憶装置であり、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム等が記憶されている。
【０００９】
指示受付部１は、表示部とキーボードを有し、指示受付部１によって受け付けられた指示は制御部４に送られ、制御部４はこの指示に従って画像形成装置１００を制御する。
通信Ｉ／Ｆ（Interface）６は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信手段（図示省略）に接続されており、画像形成装置１００と他の装置との通信を仲介する。
【００１０】
画像入力部２は、原稿を光学的に読み取ってＲ（Red）色、Ｇ（Green）色、Ｂ（Blue）色を表す画像信号に変換する。
画像処理部３は、画像入力部２から供給された画像信号をＡ／Ｄ変換し、色変換、拡大／縮小、地肌除去、２値化等の画像処理を施し、Ｒ色、Ｇ色、Ｂ色からなる画像をＹ（Yellow）色、Ｍ（Magenta）色、Ｃ（Cyan）色、Ｋ（Black）色の画像に分解し、画素毎の画像面積率を表す画像データを生成する。
【００１１】
画像出力部７の主な構成要素は、画像形成エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、転写ベルト２０、媒体供給部３０、定着装置４０である。
画像形成エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは、画像処理部３から供給された画像データに基づいて、電子写真方式により、それぞれＹ（Yellow）色、Ｍ（Magenta）色、Ｃ（Cyan）色、Ｋ（Black）色のトナー像を転写ベルト２０の表面に重ねて形成する。各画像形成エンジンの構成は共通であるから、各画像形成エンジンを区別する必要のない場合には、画像形成エンジン１０と総称する。また、その場合、画像形成エンジン１０の構成要素についても、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの表記を省略する。
【００１２】
図２は、画像形成エンジン１０の構成を示す図である。画像形成エンジン１０は、感光体ドラム１１の周囲に、帯電装置２００、露光装置１３、現像装置１４、転写装置１５等を設けて構成されている。
感光体ドラム１１は、矢印Ａの方向に回転駆動される円柱形の回転体であり、その表面は、光の照射によって電位が変化する半導体等で作製されている。
帯電装置２００は、感光体ドラム１１の表面を予め定められた電位に帯電させる。帯電装置２００の詳細については、後述する。
【００１３】
露光装置１３は、感光体ドラム１１の表面に潜像を形成する。具体的には、画像処理部３から供給された画像データで表される各画素の画像面積率に対応する露光用ビームＬＢを半導体レーザ（図示省略）によって生成し、この露光用ビームＬＢで感光体ドラム１１の表面を定められた速度で定められた方向に走査する。感光体ドラム１１の表面では、露光用ビームＬＢの照射された部分の電位が低下することによって潜像が形成される。感光体ドラム１１が回転駆動されることによって走査線単位での潜像の書き込みが繰り返される。
【００１４】
現像装置１４は、感光体ドラム１１の表面に形成された潜像を現像する。具体的には、現像装置１４には、トナーとキャリアとからなる現像剤が収容されており、現像剤は定められた電位に帯電させられる。そして、感光体ドラム１１上の潜像と現像剤との電位差によってトナーが感光体ドラム１１の表面に移送され、トナー像が形成される。
転写ベルト２０は、駆動ローラ２１とローラ２２に架け回されており、駆動ローラ２１が回転駆動されることによって、転写ベルト２０が矢印Ｂの方向に循環駆動される。転写ベルト２０を挟んで感光体ドラム１１と対向する位置には転写装置１５が設けられており、転写装置１５は、転写ベルト２０を感光体ドラム１１と逆極性に帯電させる。すると、静電引力によってトナーが転写ベルト２０に転写される。この転写動作を１次転写という。
以上が画像形成エンジン１０の構成である。画像形成エンジン１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋで形成されたトナー像は、転写ベルト２０に重ねて転写される。
【００１５】
媒体供給部３０には、紙等の記録媒体Ｐが積み重ねて収容されており、転写ベルト２０へのトナー像の転写のタイミングと同期させて、記録媒体Ｐを１枚ずつ搬送路３２に送り出す。転写ローラ２３と転写ベルト２０との接触領域に記録媒体Ｐが進入すると、転写ローラ２３が記録媒体Ｐを転写ベルト２０と逆極性に帯電させる。転写ベルト２０上のトナー像は、静電引力と加圧の作用によって、記録媒体Ｐの表面に転写される。この転写動作を２次転写という。
トナー像が転写された記録媒体Ｐは、定着装置４０に導かれる。定着装置４０は、トナー像に対して加熱および加圧を行うことによって、トナー像を記録媒体Ｐの表面に定着させる。
【００１６】
次に、帯電装置２００について説明する。図３は、帯電装置２００を被帯電物の側から見た図である。図４は、図３のI−I線における断面図である。感光体ドラム１１は、被帯電物の一例である。なお、図示の便宜上、図中の寸法比は実際のものとは異なっている。
帯電装置２００は、第１電極２０１と、第１電極２０１よりも体積抵抗率の高い第１中間層２０２と、導電を阻止する第２中間層２０３と、第２電極２０４とを積層した構造を有し、第２電極２０４と第２中間層２０３とを貫通する孔２０５が多数設けられている。
電源２０６は、給電線２０７、２０８を介してそれぞれ第１電極２０１、第２電極２０４に電圧を印加する。
【００１７】
第１中間層２０２は、アルミナ質焼結体又はジルコニア質焼結体である。アルミナ質焼結体は、アルミナにチタン酸化物を０．１重量％以上１０重量％以下の割合で添加したものを５００μｍ以上２０００μｍ以下の厚さにプレス成形した後、焼結したものである。ジルコニア質焼結体は、ジルコニアに、鉄酸化物又は亜鉛酸化物を１０重量％以上４０重量％以下の割合で添加したものを５００μｍ以上２０００μｍ以下の厚さにプレス成形した後、焼結したものである。
【００１８】
第２中間層２０３は、第１中間層２０２の一方の面に形成された厚さ１００μｍ程度の層であり、第１中間層２０２と第２電極２０４との間の電気伝導を阻止する層である。第２中間層２０３は、例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル等を塗布して形成してもよいし、紫外線硬化型のレジストインクでスクリーン印刷してもよい。
第１電極２０１は、例えば、金、銀等を第１中間層２０２の第２中間層２０３と反対側の面に真空蒸着することによって形成する。同様に、第２電極２０４は、金、銀等を第２中間層２０３の第１中間層２０２と反対側の面に真空蒸着することによって形成する。なお、第１電極２０１及び第２電極２０４の形成方法は、グラファイトの粒子を分散させたインクによるスクリーン印刷等、いかなる方法を用いてもよい。
【００１９】
上記の各層を形成したならば、エッチング、レーザ加工、ドリル加工等により、第２電極２０４と第２中間層２０３とを貫通する半径５０μｍ以上１００μｍ以下の孔２０５を多数設ける。つまり、図４において、孔２０５の側面では第２中間層２０３と第２電極２０４が露出し、孔２０５の天井では第１中間層２０２が露出する。孔２０５の中心間の距離は、図３における横方向、縦方向ともに例えば５００μｍである。
なお、上記の作製手順及び材料は一例であり、他の作製手順及び材料によって帯電装置２００を作製してもよい。例えば、電気回路用のプリント基板作製技術を利用して、第２中間層２０３をガラスエポキシ樹脂などで作製し、第２電極２０４を印刷や蒸着等の方法により第２中間層２０３上に形成した後に孔２０５を形成する。このようにして第２中間層２０３と第２電極２０４とを一体化してから、これらを第１中間層２０２に貼り付けてもよい。
【００２０】
第２電極２０４と感光体ドラム１１の表面との距離は、２００乃至２０００μｍ程度に設定する。電源２０６は、第１電極２０１に第２電極２０４よりも高い電圧を印加する。例えば、第１電極２０１に−２０００Ｖ、第２電極２０４に−８００Ｖを印加する。一方、感光体ドラム１１は、接地されている。また、第２中間層２０３は１００μｍ程度の厚さで作製されている。すると、第１中間層２０２と第２電極２０４との電位差によって放電が生じて荷電粒子が放出される。そして、第２電極２０４と感光体ドラム１１の表面との間に生じるドリフト電界によって、荷電粒子が感光体ドラム１１の表面に移送され、その結果、感光体ドラム１１の表面が帯電させられる。
【００２１】
第１中間層２０２の体積抵抗率が１０6Ωｃｍに満たない場合、放電電流が大きくなり過ぎて火花放電となり、被帯電物の帯電電位が不均一となることが実験により判っている。また、第１中間層２０２の体積抵抗率が１０9Ωｃｍを超える場合、放電電流が小さくなり過ぎ、十分な量の荷電粒子を被帯電物に移送できないことが実験によりわかっている。従って、第１中間層２０２の体積抵抗率は、１０6Ωｃｍ以上１０9Ωｃｍ以下が好適である。なお、体積抵抗率が１０7Ωｃｍ以上１０8Ωｃｍ以下であれば、さらに好適である。
【００２２】
さて、従来のＭＨＣＤ方式の帯電装置では、長時間、連続して帯電を続けると、安定した帯電電位を維持できなくなるという問題があった。従来の帯電装置と本実施形態の帯電装置とを実験により比較したところ、以下に示す結果が得られた。
図５は、帯電を連続して行った場合の被帯電物の帯電電位の経時変化を示す図である。被帯電物は、感光体ドラム１１であり、感光体ドラム１１を周速度１２０ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、感光体ドラム１１の表面で周方向に複数の測定点で帯電電位を測定し、感光体ドラム１１が１回転する度に、全測定点の帯電電位の平均値を求めた。図中の曲線は、第１中間層に有機材料を使用した場合の経時変化を示す。この有機材料は、ポリイミドにカーボンを分散させたものであり、第１中間層の厚さは１５０μｍである。この条件で帯電を開始すると、感光体ドラム１１の表面では、帯電開始から約６分間は目標の帯電電位−７００Ｖ程度が維持されたが、その後、次第に帯電電位が低下し、約３０分の連続帯電により第１中間層の短絡に至った。
【００２３】
図６は、各種材料の体積抵抗率の経時変化を示す図である。具体的には、材料の厚さ方向の２点間に１ｋＶの電圧を印加し、その厚さ方向に流れる電流を測定することにより体積抵抗率を求めた。電流測定を行う際には、測定位置の周囲にリング電極を適宜配置して、測定誤差が小さくなるように工夫した。前記有機材料では、約４０分間の通電で体積抵抗率が１桁程度上昇した。このことから、第１中間層が短絡に至った原因として、体積抵抗率の上昇によるジュール熱の増大が考えられる。また、大気中の放電によってオゾン等の活性ガスが発生するから、この活性ガスによる前記有機材料の化学的な変質も原因の１つとして考えられる。従って、第１中間層の材料には、前記有機材料を上回る耐熱性、化学的安定性が要求されることが判る。
【００２４】
半導電性を呈する金属酸化物Ｂの粉体をプレス成形したものも、図示のとおり、前記有機材料と同様に体積抵抗率が上昇し、この材料を第１中間層に用いた帯電装置では、数時間の連続帯電で目標の帯電電位が維持できなくなった。これに対して、アルミナ質焼結体Ａ、アルミナ質焼結体Ｄ及びジルコニア質焼結体Ｃは、図示のとおり、前記有機材料や金属酸化物Ｂと比べて体積抵抗率の変動が少ないことが判った。つまり、アルミナ質焼結体及びジルコニア質焼結体は、ジュール熱や活性ガスに長時間曝されても体積抵抗率の変動が少ない材料であると考えられる。また、アルミナ及びジルコニアは、焼結体の材料としては比較的安価であることから、コストの面でも有利である。
なお、アルミナ質焼結体Ａとアルミナ質焼結体Ｄとは、アルミナに対するチタン酸化物の添加割合や焼結温度、焼結雰囲気などの焼成条件をを互いに異ならせたものである。帯電電位の安定性の観点からは、第１中間層の最適な体積抵抗率は１０7Ωｃｍ以上１０8Ωｃｍ以下であることが判っているから、体積抵抗率がこの範囲内となるように、チタン酸化物の添加割合や焼成条件を調整することが望ましい。
【００２５】
図７は、ジルコニア質焼結体を第１中間層２０２に用いた帯電装置２００により、感光体ドラム１１に帯電を行った場合の帯電電位の経時変化を示す図である。図５の実験と同様の条件で、感光体ドラム１１の周方向の複数の測定点の帯電電位の平均値を求めたところ、目標電位である−７００Ｖ程度で安定した帯電電位が得られた。
表１は、第１中間層２０２の厚さが２００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ、２０００μｍの場合について、帯電電位の安定性、帯電電位の均一性、コストの評価結果を示す表である。
【表１】
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帯電電位の安定性の指標は、図５の実験と同様に連続して帯電を行った場合の帯電電位の経時変化である。厚さが２００μｍの場合、帯電開始から数分後に帯電電位が低下し始め、第１中間層２０２の短絡に至った。厚さが５００μｍ、１０００μｍ、２０００μｍの場合、第１中間層２０２が短絡するほどの帯電電位の低下は見られず、また、厚さが厚いほど帯電電位の安定性が良好であった。
【００２６】
帯電電位の均一性は、感光体ドラム１１の表面で第２電極２０４が対向する被帯電領域における帯電電位の均一性である。第１中間層２０２の厚さが厚いほど、均一性が低下する。この原因としては、次のことが考えられる。第１中間層２０２の厚さが厚いほど、互いに隣接する孔２０５と孔２０５との間の電気抵抗が大きくなる。孔２０５毎の放電の開始時期にはばらつきがあるため、先に放電を始めた孔２０５の影響により、その隣りの孔２０５にも電圧降下が生じて放電が起こりにくくなる。そのため、放電の開始時期の早い孔２０５ほど集中的に放電が生じ、その結果、帯電電位の均一性が低下するものと考えられる。
コストの指標は、主に材料費である。第１中間層２０２の厚さが厚いほど、材料費が増えるため、コストが高くなる。
以上のことから、第１中間層２０２の厚さは、５００μｍ以上２０００μｍ以下が好適である。第１中間層２０２の厚さが５００μｍ以上１０００μｍ以下の時には、帯電電位の安定性、帯電電位の均一性、コストの各指標がバランスよく好適となるので、さらに好ましい。また、第１中間層２０２の厚さを５００μｍ以上２０００μｍ以下とした場合、第１中間層２０２が基板として十分な機械的強度を有するから、最初に第１中間層２０２を作製し、この第１中間層２０２を基板として他の３つの層を形成することにより、基板専用の部材が不要となる。
【００２７】
（２）変形例
実施形態では、ジルコニア質焼結体の作製において、ジルコニアに鉄酸化物又は亜鉛酸化物を１０重量％以上４０重量％以下の割合て添加する例を示したが、鉄酸化物、亜鉛酸化物、コバルト酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物のうち少なくとも１種類をその合計が１０重量％以上４０重量％以下になるように添加してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１００…画像形成装置、１…指示受付部、２…画像入力部、３…画像処理部、４…制御部、５…記憶部、６…通信Ｉ／Ｆ、７…画像出力部、１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋ、１０…画像形成エンジン、１１…感光体ドラム、２００…帯電装置、１３…露光装置、１４…現像装置、１５…転写装置、２０…転写ベルト、３０…媒体供給部、３２…搬送路、２３…転写ローラ、２０１…第１電極、２０２…第１中間層、２０３…第２中間層、２０４…第２電極、２０５…孔、２０６…電源、２０７、２０８…給電線
【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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