(57)【要約】【課題】  安定したトナー帯電量を確保し、良好な画像形成が行える画像形成装置を提供する。【解決手段】  本発明の画像形成装置は、感光体１０と、感光体１０の表面を所定電位に帯電させる帯電ユニット３０と、帯電された感光体１０表面に光を照射して静電潜像を形成する露光ユニット４０と、感光体１０表面の静電潜像に現像剤５１を供給して現像する現像ユニット５０からなり、帯電ユニット３０は、感光体１０との対峙領域に開口部を有するシールドケース３１と、シールドケース３１の内部に配置されイオン流を発生する放電電極３２と、シールドケース３１の開口部に配置され、イオン流を感光体１０に照射させる第１グリッド３３と、シールドケース３１の側壁にイオン流の一部を現像剤坦持体５２に照射させる第２グリッドが設けられている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体と、
前記感光体の表面を所定電位に帯電させる帯電手段と、
前記帯電された感光体表面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、
前記静電潜像に現像剤を供給して現像する現像手段と、
前記現像手段に設けられ、表面に現像剤を坦持して前記感光体と対峙した領域に現像剤を搬送する現像剤坦持体とを有する画像形成装置であって、
前記帯電手段は、前記感光体と対峙した領域に開口部を有するシールドケースと、前記シールドケースの内部に配置された放電電極と、前記開口部に配置された第１グリッドと、前記シールドケースの側壁に配置された第２グリッドとからなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電手段は、前記第１グリッドと前記第２グリッドに異なる電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記第２グリッド及び前記現像剤坦持体は、同じ電源から電圧が印加されることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記第２グリッドと前記現像剤坦持体の間に所定の電位差を与える電圧制御手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記帯電手段は、前記放電電極が前記第２グリッド方向に編寄していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記帯電手段は、前記放電電極が複数の突起部を有する鋸歯状電極であり、該突起部が前記第２グリッド方向に傾斜配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記感光体は、透明基体上に感光体層が形成されたものであり、
前記露光ユニットは、前記感光体の裏面側に配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記シールドケースは、壁面部に排気口を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感光体周辺に画像形成ユニットを配置し、画像形成を行う電子写真方式の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式のカラー画像形成方式として、Image on Image方式（以下、ＩＯＩ方式と略す）が開発されている。ＩＯＩ方式とは、感光体上に複数色のトナー像を直接重ねて形成し、これを一括して用紙などの印字媒体に転写してカラー画像を形成する画像形成方式である。
【０００３】
ＩＯＩ方式を採用した画像形成装置では、感光体自身が感光体ドラムと転写ベルト機能を担うことになる。ＩＯＩ方式の感光体としては、ドラム状、ベルト状のいずれも使用可能である。
【０００４】
ＩＯＩ方式を採用した画像形成装置としては、特許文献１及び特許文献２に記載の技術が知られており、それぞれ図１８と図１９に示す。
【０００５】
図１８は、ドラム状の感光体１１０を備えた特許文献１の画像形成装置の横断面図である。該画像形成装置では、複数の帯電装置１１１、露光装置１１２及び現像装置１１３を、感光体１１０を構成する円筒体周囲または内部に配置している。
【０００６】
図１９は、ベルト状の感光体２１０を備えた特許文献２の画像形成装置の横断面図である。該画像形成装置では、ベルト状の感光体２１０に対して、帯電装置２１１、露光装置２１２、現像装置２１３が配置される領域を略直線状に構成している。
【０００７】
ＩＯＩ方式を採用したいずれの画像形成装置であっても、感光体上で色重ねを行うため、現像工程での画像のかき乱しや混色を防止する必要があり、感光体と現像ローラを非接触状態にして現像を行う非接触現像方式が用いられる。非接触現像方式には、トナーとキャリアから成る２成分現像剤を直流と交流の重畳電界により飛翔させる２成分非接触現像と、低コスト化を目的としてキャリアを含まない１成分現像剤を直流電界のみで飛翔させる１成分ＤＣ非接触現像がある。
【０００８】
図２０は、ＩＯＩ方式を採用した画像形成装置において、ベルト状の感光体２１０を用い、且つ１成分ＤＣ非接触現像で現像するときの画像形成ユニットを摸式的に示したものである。上記した特許文献２の画像形成装置と共通する構成は同じ符号で表記し、１成分ＤＣ非接触現像の特徴部である現像装置２１３について説明する。
【０００９】
画像形成ユニットは、ベルト状の感光体２１０に対して、帯電装置２１１と、露光装置２１２と、現像装置２１３が直線状に配置されている。現像装置２１３は、現像漕２１５と、撹拌器２１６と、トナー供給ローラ２１７と、現像ローラ２１８と、ドクターブレード２１９とを備えている。
【００１０】
１成分現像剤２１４は、現像漕２１５に収容され、撹拌器２１６により撹拌されながらトナー供給ローラ２１７に搬送される。トナー供給ローラ２１７は、その表面に１成分現像剤２１４からトナーＴを吸着して現像ローラ２１８上に供給する。そして、現像ローラ２１８上のトナーＴが、ドクターブレード２１９により所定の厚さに規制されることにより、現像ローラ２１８上に一定量のトナー層が形成される。
【００１１】
現像ローラ２１８上の個々のトナーＴは、ドクターブレード２１９との摩擦により帯電しており、現像ローラ２１８と感光体２１０上の静電潜像との間に直流電界を印加することにより、現像ローラ２１８上のトナーＴが感光体２１０上の静電潜像に向かって飛翔して現像が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平８−９５３３５公報
【特許文献２】特開平１０−６９１４２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
２成分非接触現像は、交流電界でトナー粒子を振動させることにより、トナーの移動性を高めてトナーを飛翔させているが、上記の１成分ＤＣ非接触現像は、直流電界を用いるため、トナーの移動性が小さく、飛翔性が低下する問題があった。
【００１４】
また、トナーの飛翔性を向上させるためには、トナーが押し固められない程度に、ドクターブレード２１９の規制をソフトな条件で行う必要がある。しかし規制をソフトにすると、ドクターブレード２１９とトナー間の摩擦が弱くなり、トナーの帯電量が小さくなって、適正な帯電量を安定的に付与させることができなかった。
【００１５】
したがって、従来の１成分ＤＣ非接触現像は、トナーの飛翔性が低下し不安定となるため、印字媒体上に印刷された画像の濃度や解像度等の画質が劣化するという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、トナーの帯電量を適正に制御することができ、トナーの飛翔性が向上することにより、高画質の画像形成が行える画像形成装置を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の画像形成装置は、感光体と、感光体の表面を所定電位に帯電させる帯電手段と、帯電された感光体表面に光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、静電潜像に現像剤を供給して現像する現像手段と、現像手段に設けられ、表面に現像剤を坦持して感光体と対峙した領域に現像剤を搬送する現像剤坦持体とを有し、帯電手段は、感光体と対峙した領域に開口部を有するシールドケースと、シールドケースの内部に配置された放電電極と、開口部に配置された第１グリッドと、シールドケースの側壁に配置された第２グリッドとからなることを特徴とする。
【００１８】
また、帯電手段は、第１グリッドと第２グリッドに異なる電圧が印加される。また、第２グリッド及び現像剤坦持体は、同じ電源から電圧が印加される。
【００１９】
また、第２グリッドと現像剤坦持体の間に所定の電位差を与える電圧制御手段を設けた。
【００２０】
また、帯電手段は、放電電極が第２グリッド方向に編寄している。また、放電電極が複数の突起部を有する鋸歯状電極であり、該突起部が第２グリッド方向に傾斜配置されている。
【００２１】
また、感光体は、透明基体上に感光体層が形成されたものであり、露光ユニットは、感光体における裏面側に配置される。
【００２２】
また、シールドケースは、壁面部に排気口を有する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の画像形成装置によれば、トナーに安定した帯電量を付与することができ、トナーの飛翔性が向上して安定した画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す横断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る画像形成ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る帯電ユニットの分解斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る帯電ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る画像形成ユニットの現像工程を説明する図である。
【図６】本発明の実施形態に係るトナーの帯電量を示すグラフである。
【図７】本発明の第二の実施形態に係る帯電ユニットの分解斜視図である。
【図８】第二の実施形態に係る帯電ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【図９】第二の実施形態に係る画像形成ユニットの現像工程を説明する図である。
【図１０】第二の実施形態に係る帯電ユニットの別構成を示す横断面図である。
【図１１】第二の実施形態に係る画像形成ユニットの別工程を説明する図である。
【図１２】本発明の第三の実施形態に係る画像形成ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【図１３】第三の実施形態に係る帯電ユニットの放電電極の一例を示す側面図である。
【図１４】第三の実施形態に係る画像形成ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【図１５】本発明の第四の実施形態に係る画像形成装置を示す図である。
【図１６】本発明の第五の実施形態に係る帯電ユニットの分解斜視図である。
【図１７】第五の実施形態に係る画像形成ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【図１８】従来のドラム状感光体を有する特許文献１の画像形成装置の横断面図である。
【図１９】従来のベルト状感光体を有する特許文献２の画像形成装置の横断面図である。
【図２０】従来の画像形成ユニットの概略構成を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下で添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２６】
例えば、以下の説明では、本発明の好適な実施形態として、画像形成装置１が環状の感光体１０と複数の画像形成ユニット２０を備えた場合を例示しているが、本発明はそれのみに限定されない。感光体が円筒形の感光体ドラムであっても良いし、画像形成ユニットが１つしかない単色の画像形成装置であっても良い。
【００２７】
図１は、本発明の一実施形態である画像形成装置１の概略構成を示す横断面図である。本発明の画像形成装置１は、主として、一つの環状の感光体１０と、この感光体１０と非接触で対向配置される複数の画像形成ユニット２０（２０ａ〜２０ｄ）から構成される。図1では、感光体１０の表面に対して、４つの画像形成ユニット２０が並列配置されており、各ユニットは、同一のものを用いることができるが、現像ユニット５０に収容されるトナーの色彩と材料が異なり、生成される画像の色が異なる。例えば、画像形成ユニット２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック用画像を形成するものである。
【００２８】
感光体１０は、その表面に静電潜像が形成される環状の静電潜像坦持体である。環状の感光体１０は、３本のローラ１１〜１３間で支持されており、不図示の駆動系によってこれらのローラを時計方向に回転して、環状の感光体１０を矢印の方向へと移動させている。
【００２９】
また、画像形成ユニット２０は、感光体１０の表面を所定電位に帯電させる帯電ユニット３０（３０ａ〜３０ｄ）と、帯電された感光体１０表面に光を照射して静電潜像を形成する露光ユニット４０（４０ａ〜４０ｄ）と、感光体１０表面の静電潜像に現像剤を供給して現像する現像ユニット５０（５０ａ〜５０ｄ）とを備えている。
【００３０】
画像形成装置１は、他に、感光体１０の表面に現像された画像を記録媒体である用紙Ｐに転写するための転写ユニット６０と、用紙Ｐ上に転写された画像を定着させる定着ユニット７０と、感光体１０上に残留したトナーを回収するクリーニングユニット８０とを備えている。
【００３１】
図２は、画像形成ユニット２０の１つを詳細に示した断面図である。帯電ユニット３０は、感光体１０を臨む対峙領域に開口部を有するシールドケース３１を備え、シールドケース３１の内部には、イオン流を発生する放電電極３２が設けられており、シールドケース３１の開口部には、イオン流を感光体１０に照射させるための第１グリッド３３が設けられている。第１グリッド３３と感光体１０との間には、所定の間隙Ｄ１（例えば、Ｄ１＝１ｍｍ）が設けられ、帯電ユニット３０は、感光体１０に対して非接触で配置されている。
【００３２】
また、本発明の帯電ユニット３０は、現像ユニット５０と対峙するシールドケース３１の側壁に、イオン流の一部を後述する現像ローラに照射させる第２グリッド３４が設けられていることを特徴としている。この第２グリッド３４については、各実施例の中で詳細に説明する。
【００３３】
露光ユニット４０は、読み取った画像情報に対応した印刷データを反映したレーザ光を出射する装置であり、レーザスキャナユニット（ＬＣＵ）とも呼ぶ。レーザスキャナユニットは、例えば、半導体レーザと、回転方向に複数の反射面を有したポリゴンミラー及び各種光学系とを備え、半導体レーザから出射されたレーザ光を偏向しながら感光体１０へ照射するものである。このようなレーザスキャナユニットは、従来から用いられているものと同じものを用いることができる。
【００３４】
現像ユニット５０は、主として、現像剤５１を担持する現像剤担持体としての現像ローラ５２と、現像剤５１を収容した現像槽５３とを備えている。現像槽５３の内部には、現像剤５１を撹拌搬送する撹拌搬送部材５４と、現像ローラ５２に一定量の現像剤５１を供給するトナー供給ローラ５５を備えている。これらの現像ローラ５２、撹拌搬送部材５４、トナー供給ローラ５５は、図示しない駆動機構により回転自在に設けられている。
【００３５】
現像ローラ５２は、感光体１０を臨み、現像ローラ５２と感光体１０との間に所定の間隙Ｄ２（例えば、Ｄ２＝１５０μｍ）が設けられ、現像ユニット５０は、帯電ユニット３０と同様に、感光体１０に対して非接触となるよう配置されている。また、現像ローラ５２と帯電ユニット３０の第２グリッド３４は、所定の間隙Ｄ３（例えば、Ｄ３＝３ｍｍ）で配置されている。
【００３６】
現像剤５１は、非磁性の一成分トナーが用いられる。現像剤５１は、トナー供給ローラ５５によって現像ローラ５２上に供給された後、ばね性を有するドクターブレード５６の先端に設けられたウレタンゴム５７で現像ローラ５２表面に押圧されることにより、現像ローラ５２の表面にトナー層が形成されるとともに、個々のトナーＴがウレタンゴム５７と摩擦され帯電する。
【００３７】
ここで、本発明の現像ユニット５０は、トナーＴと現像ローラ５２の付着力が強固となることによって飛翔性が低下しないように、トナー層を規制するドクターブレード５６の押圧をかなりソフトな条件としている。ドクターブレード５６の押圧状態は、規制部であるウレタンゴム５７と現像ローラ５２との間に、短冊状のＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）製部材の一端を挟み、ＰＥＴ製部材の他端を一定速度で引き抜く時の引抜力をテンションゲージ（アイコーエンジニアリング（株）製 ＲＸ-５）で評価した。
【００３８】
本発明では、ドクターブレード５６の押圧状態が、０．０３〜０．０５ｋｇｆ/ｃｍ程度の引抜力となるように調整されている。なお、一般的な現像ユニット（例えばシャープ製ARC-262S）は、０．１〜０．２ｋｇｆ／ｃｍ程度の引抜力であり、本発明の現像ユニット５０では、トナー層規制圧が１／２から１／７程度となっている。これにより、個々のトナーＴが押し固められて付着力が強固になり過ぎることが防止されている。
【００３９】
一方、ドクターブレード５６の押圧を下げることで、個々のトナーＴの帯電量が低下し不安定となる。このため、本発明の画像形成ユニット２０では、帯電ユニット３０に設けた第２グリッド３４を通じて、放電電極３２から放出されるイオン流の一部を現像ローラ５２上のトナー層に照射することにより、トナーＴの帯電量を増加させ安定に制御している。
【００４０】
次に、画像形成装置１の印刷モードについて説明する。画像形成装置１は、印刷モードとして複写モード、プリンタモード、ＦＡＸモードを有しており、不図示の操作部からの操作入力や、パーソナルコンピュータ等の外部ホスト装置からの印刷ジョブを受信することにより、所望の印刷モードが選択される。
【００４１】
以下に、上記各処理モードの中から複写モードについて説明する。
【００４２】
従来の複写機と同様に、ユーザが、原稿読み取り部上に原稿を載置し、給紙カセット或いは装置側面に設けられた手差しトレイに用紙を装着した後、装置の操作パネル上の条件入力キーで印刷枚数や印刷倍率等を入力し、操作パネルのスタートキーを操作すると、コピー動作が開始される。
【００４３】
スタートキーが操作されると、メイン駆動モータが始動し、各駆動ギヤが回転する。その後、給紙ローラが回転して用紙が装置内へ給紙される。
【００４４】
一方、原稿読み取り部においては、コピーランプが点灯し、コピーランプにより原稿に照射された照射光は、原稿の画像情報を含む反射光となって反射され、該反射光は、ミラーや光学レンズを通過してＣＣＤ（Charge Coupled Device）へ入力され、原稿の画像が読み取られる。
【００４５】
このようにして読み取られた画像情報は、ＣＣＤにおいて光信号から電気信号に変換される。その画像情報に対応する電気信号は、設定された所定条件に基づいて画像処理が行われて印刷データが生成され、画像形成ユニット２０へ送信される。
【００４６】
画像形成ユニット２０では、印刷データを受信すると、まず帯電工程が実行される。感光体１０は、図1に示している矢印の方向に移動しながら、まず帯電ユニット３０により、感光体１０の表面が所定の負の初期帯電電位に帯電させられる。表面が帯電した感光体１０は、さらに矢印の方向に移動する。
【００４７】
次に、露光工程が実行される。露光ユニット４０では、半導体レーザから出射されたレーザ光が初期帯電電位となった感光体１０上を走査することにより、感光体１０上の帯電電位が変化し所望の静電潜像が形成される。
【００４８】
その後、現像工程が実行される。ここでは、現像ローラ５２に、現像用電源から直流電圧が印加され、現像ローラ５２と感光体１０との間隙Ｄ２に生じる電位差により、所定の帯電量を有したトナーＴが現像ローラ５２から感光体１０へ飛翔し、感光体１０上の静電潜像が現像される。
【００４９】
４つの現像ユニット５０ａ〜５０ｄは、上記のような同一の構成を有し、それぞれ異なる色彩のトナー（例えば、シアンＣ、マゼンダＭ、イエローＹ、ブラックＫ）で現像を行う。ベルト状の感光体１０が所定の速度で移動することにより、１パスで現像された各色の画像の色重ねが、感光体１０上で行われ、カラー画像が形成される。
【００５０】
次に、転写工程が実行される。作像される対象の記録媒体である用紙Ｐは、感光体１０の移動とタイミングを合わせて、感光体１０と転写ユニット６０の転写ローラが対峙する位置へ搬送され、感光体１０上のトナーが用紙Ｐに転写される。転写後に感光体１０上の残留したトナーは、クリーニングユニット８０の内部に回収される。
【００５１】
最後に、定着工程が実行される。トナーの転写が終了した用紙Ｐは、定着ユニット７０の加熱ローラと加圧ローラとの間を通過して、熱と圧力が加えられ、用紙上の未定着トナーが用紙Ｐに溶融し固着される。その後、用紙Ｐは、排紙ローラにより排紙トレイに排出される。
【実施例１】
【００５２】
図３は、実施例１の画像形成ユニット２０における帯電ユニット３０の分解斜視図を示したものである。帯電ユニット３０のシールドケース３１は、ステンレスやメッキ処理した鉄板等の金属板を略コの字形状に折り曲げて形成したものであり、例えば寸法は、幅Ｗ：約１２ｍｍ×高さＨ：約１２ｍｍであり、用紙の幅相当の長さを有している。
【００５３】
放電電極３２は、タングステン等からなる直径５０〜１００μｍ程度のワイヤー状の電極であり、絶縁体である支持部材３５ａ、３５ｂを介してシールドケース３１に設置されており、図示しない張力付与機構により一定張力が付与されている。このように、帯電ユニット３０は、シールドケース３１内に放電用ワイヤー電極３２が配置されたスコロトロン方式の構造となっている。
【００５４】
シールドケース３１の開口部は、感光体１０と対向するように配置され、開口部には第1グリッド３３が設けられている。第1グリッド３３は、シールドケース３１とは別体のメッシュ状パターンにエッチング加工された金属板が用いられ、メッシュ部分の幅Ｇ１は、例えば、約１０ｍｍとなっている。これ以外のパターンも適用可能であり、エッチング以外の方法として、金属線をロウ付けしたものや、打ち抜き加工したものなども用いることができる。
【００５５】
また、実施例１の帯電ユニット３０は、現像ユニット５０と対峙するシールドケース３１の側壁に、イオン流の一部を後述する現像ローラに照射させる第２グリッド３４が設けられている。第２グリッド３４は、シールドケース３１としての金属板の一部がエッチング加工されたものであり、約６ｍｍの幅Ｇ２を有し、シールドケース３１側壁面のほぼ中央に配置されている。この第２グリッド３４の位置は、後述する現像ユニット５０の現像ローラ５２の中央付近に対峙するように適宜設定することが望ましい。
【００５６】
図４は、実施例１の画像形成ユニット２０の概略構成を示す断面図である。なお、露光ユニット４０については従来と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。
【００５７】
帯電ユニット３０は、放電電極３２が高圧電源ＶＨと接続されており、放電電極３２に約−４ｋＶ〜−７ｋＶの高電圧を印加することにより、放電電極３２からイオン流を発生させる。また、シールドケース３１及び第１グリッド３３がグリッド用電源Ｖｇと接続されており、第１グリッド３３に−５００Ｖ〜−１５００Ｖの直流電圧が印加される。これにより、シールドケース３１を通じて、第２グリッド３４にも同じ−５００Ｖ〜−１５００Ｖの直流電圧が印加される。また、現像ユニット５０において、現像ローラ５２が現像用電源ＤＶＢと接続されており、現像ローラ５２に−５００Ｖ〜−１５００Ｖの直流電圧が印加される。
【００５８】
図５（ａ）は、帯電、露光、現像の各工程において、第２グリッド３４を有しない従来の帯電ユニットにおける主要部の電位を示す模式図であり、図５（ｂ）は、第２グリッド３４を有する実施例１における主要部の電位を示す模式図である。ここで、Ｖｇ１は第１グリッド３３に印加される電位であり、Ｖｇ２は第２グリッド３４に印加される電位である。また、Ｖｏは感光体１０の初期帯電電位であり、ＶＬは露光後の感光体１０の静電潜像の露光電位である。また、Ｖｄは現像ローラ５２に印加される電位であり、トナーの帯電量は丸印の大きさで示す。ここでは丸印の大きいものが帯電量が大きいことを意味している。
【００５９】
図５（ａ）に示すように、従来の帯電ユニット３０は、帯電工程において、放電電極３２からイオン流を放出し、第１グリッド３３にＶｇ１（例えば、−８５０Ｖ）の電位を印可することにより、感光体１０の表面を初期帯電電位Ｖｏ（例えば、−８００Ｖ）に帯電する。
【００６０】
続いて、露光工程において、露光ユニット４０により感光体１０の表面を露光し、初期帯電電位Ｖｏを露光電位ＶＬ（例えば、−５０Ｖ）に変化させて静電潜像を形成する。
【００６１】
現像工程では、現像ユニット５０の現像ローラ５２に帯電電位Ｖｄ（例えば、−７５０Ｖ）を与え、現像ローラ５２と感光体１０の静電潜像との間に電位差Ｖｓ１（例えば、−７００Ｖ）を生じさせる。
【００６２】
また、現像ローラ５２上のトナーＴは、現像ローラ５２に印加された電位Ｖｄと、ドクターブレード５６との摩擦帯電により、トナーＴが所定の帯電量を有する。
【００６３】
このとき、トナーＴと現像ローラ５２の付着力が過剰にならないよう、ドクターブレード５６の押圧を下げると、トナーＴの摩擦帯電が小さくなり、帯電量が低下して不安定になるため、感光体１０の静電潜像に飛翔し難くなる。
【００６４】
これに対して、本発明の実施例１では、図５（ｂ）に示すように、第２グリッド３４にＶｇ２の電位が印加され、第２グリッド３４と対峙する現像ローラ５２との間に電位差Ｖｓ２（例えば、−１００Ｖ）が与えられている。これにより、現像ローラ５２上のトナーＴに、放電電極３２のイオン流の一部が照射され、トナーＴの帯電量を増加させて適正値に安定させることができる。その結果、トナーＴが感光体１０の静電潜像に飛翔しやすくなる。
【００６５】
図６は、トナーＴの帯電量（μＣ／ｇ）の印字枚数に対する変化を示すグラフであり、第２グリッド３４を有する本発明の構成と、第２グリッドのない従来の構成とを比較したものである。ここでは、本発明の構成を備えた試作実験機を使用し、市販のコピー用普通紙と非磁性の一成分トナーを用いた。
【００６６】
一成分トナーは、熱可塑性樹脂であるポリエステル樹脂等からなる結着樹脂を主体とし、トナー粒子の体積平均粒径：Ｄ５０を７．５〜９．５μｍとした。熱可塑性樹脂の中でもポリエステル樹脂やエポキシ樹脂は、低温定着性及び耐久性の面で優れている。また、ＤＣ非接触現像を行う場合、体積平均粒径は、粒子径が小さくなりすぎると、トナーの飛翔性が低下し、必要な画像濃度を得にくくなる。また粒子径が大きくなりすぎると、画質の低下や、トナー消費量の増加を招くため、上記の体積平均粒径とすることが好ましい。
【００６７】
トナー粒子は、結着樹脂と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等を含み、これらを混練、粉砕、分級する混練粉砕法や、乳化重合凝集法、懸濁重合法、溶解懸濁法等の公知の製造方法により製造される。
【００６８】
また、トナー粒子は、外添剤として、個数平均１次粒径が５〜１０ｎｍの疎水性小径シリカと、個数平均１次粒径が４０〜６０ｎｍの疎水性中径シリカと、個数平均１次粒径が３０〜５０ｎｍの疎水性アナターゼ型酸化チタンとが添加され、トナーのＢＥＴ比面積表面積及び流動性とトナーの帯電性が調整されている。
【００６９】
トナーの帯電量は、現像ローラ上のトナー層を吸引し、吸引質量ｍを通常の天秤等を用いて求め、トナー電荷量ｑを吸引式帯電量測定装置（Trek社製  Model 210HS-2A  Q/m meter）を用いて測定し、その比電荷量ｑ／ｍをトナー帯電量とした。
【００７０】
図６に示すように、トナーＴの帯電量は、印字枚数の増加に伴って減少していく傾向があるが、本発明の第２グリッド３４を有する構成は、従来の第２グリッドのない構成よりも、トナーＴの帯電量が底上げされており、飛翔し易くなっているとともに、従来の構成よりも長期に亘って繰り返し使用できることが分かる。
【００７１】
トナー帯電量の適正範囲は、感光体電位や現像ギャップに依存する現像電界条件や、トナーの粒子径と形状、トナーや現像ローラの表面性状、温湿度等の環境条件に依存する非静電的な付着力によって一概に決められないが、本願の実施例で示す通常環境であれば、適正帯電量は３〜８μＣ／ｇ程度、望ましくは４〜７μＣ／ｇ程度である。
【００７２】
従来技術では、上記適正範囲に設定するとき、層規制ブレードの機械的作用だけでしか制御することができず、帯電量を増加させようとすると、トナー層を押し固め過ぎて非静電的な付着力を高めてしまい、飛翔性能を低下させてしまう場合がある。また押し過ぎを回避しつつ、帯電量を適正化しようとするとバラつきが発生し易くなる問題が生じる。
【００７３】
しかしながら、本発明の実施例１の画像形成装置によれば、帯電ユニット３０がシールドケース３１の側壁にイオン流の一部を現像ローラ５２に照射させる第２グリッド３４を有することにより、ソフトな層形成条件、例えば、ドクターブレード５６の押圧状態が０．０３〜０．０５ｋｇｆ／ｃｍであっても、より好適な帯電量に制御することができ、安定かつ良好な画像形成ができる。また大掛かりな追加機構を必要とせず、小型、軽量かつ安価な画像形成装置を提供することができる。
【実施例２】
【００７４】
図７は、実施例２の帯電ユニット３０の分解斜視図を示したものである。実施例１の帯電ユニット３０との違いは、第２グリッド３４が設けられるシールドケース３１の側壁３１ａが、シールドケース３１本体と別個に構成されており、シールドケース３１とは別の異なる電圧を第２グリッド３４に印加できる点にある。上記構成以外は、実施例１と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。
【００７５】
尚、第２グリッド３４は、シールドケース３１とは別の電位が付与されれば良いので、シールドケース３１を一体構造のままで、第２グリッド３４を電気的に絶縁してシールドケース３１の側壁に取り付けるといった構成も可能である。
【００７６】
図８は、実施例２の画像形成ユニット２０の概略構成を示す断面図である。なお、露光ユニット４０については従来と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。実施例２では、第２グリッド３４と現像ローラ５２との間がツェナーダイオードＤ１を介して接続され、第２グリッド３４が第２グリッド用電源Ｖｇ２に接続されている。また、現像ローラ５２には、ツェナーダイオードＤ１を通じて、第２グリッド３４から電位の一部が印加されるため、現像用電源ＤＶＢが省かれている。
【００７７】
図９は上記実施例２の構成における主要部の電位を示す模式図である。実施例１と同様に、第１グリッド３３およびシールドケース３１には第１グリッド電位Ｖｇ１として−８５０Vを与え、感光体１０の初期帯電電位Ｖｏを−８００Ｖとした。また、第２グリッド３４の電位Ｖｇ２を−１１００Ｖにし、ツェナーダイオードＤ１のツェナー電圧を３００Ｖにして、現像ローラ５２の電位Ｖｄを−８００Ｖに設定した。つまりトナーＴを帯電させるための第２グリッド３４と現像ローラ５２の電位差Ｖｓ２として３００Ｖを与えており、トナーＴの帯電効率を高める設定としている。
【００７８】
上記のように実施例２の構成によれば、第２グリッド３４の電位Ｖｇ２を制御して現像ローラ５２のＶｄを変更できるので、環境条件や使用時間によって現像特性を調整することができる。また、ツェナー電圧によりトナーＴを帯電させるための電位差Ｖｓ２を一定にしながら、現像Ａや現像Ｂのように現像ローラ５２のＶｄを変更できる。さらには、第２グリッド３４と現像ローラ５２間距離Ｄ３や、帯電ユニット３０からのイオン流の取り出し効率に応じて、ツェナー電圧により、トナーＴを帯電させる最適な電位差Ｖｓ２に適宜設定することが可能である。また、第２グリッド３４と現像ローラ５２の電源を共通の構成にできるため、コストアップを行うことなく達成でできる。
【００７９】
また、実施例２の構成は、図１０に示すように、第２グリッド３４と現像ローラ５２を別々の電源Ｖｇ２、ＤＶＢに接続し、図１１に示すように、第２グリッド３４と現像ローラ５２の電位差Ｖｓ２を別々に制御することもできる。このような構成とすることで、トナーＴを帯電させる電位差Ｖｓ２と、トナーＴを飛翔させる電位差Ｖｓ１とを、それぞれ最適な条件に制御することが可能となり、より一層安定した画像形成が可能となる。
【実施例３】
【００８０】
図１２は、実施例３の画像形成ユニット２０の概略構成を示す横断面図である。実施例１の画像形成ユニット２０との違いは、帯電ユニット３０において、放電電極３２をシールドケース３１の中央よりも第２グリッド３４側に偏寄させて配置していることである。上記構成以外は、実施例１と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。
【００８１】
実施例３では、放電電極３２をシールドケース３１の中央よりも第２グリッド３４側に偏寄させて配置していることにより、第２グリッド３４側へ流れるイオン流の比率を増加させることができ、第２グリッド３４を介してトナーＴの帯電量を効果的に増加させることができる。
【００８２】
また、放電電極３２をワイヤー状から、図１３に示すような、側端部に複数の突起を有する鋸歯電極を用い、この突起側を、図１４に示すように、第２グリッド３４側に傾けて配置してもよい。鋸歯電極は突起間隔が２■５ｍｍ、突起高さは１．５■４ｍｍ、先端角度は１５■６０°程度であり、厚み０．１ｍｍ程度のステンレス板をエッチングや打ち抜き等で形成することができる。
【００８３】
放電電極３２をこのような鋸歯電極に変更することで、第２グリッド３４側へのイオン流を増やすことができ、トナーＴの帯電効率を高めることが可能である。さらに、鋸歯電極では、突起先端部で電界が集中して放電するため、低電圧で放電させることが可能であり、オゾンの発生量が低減される効果も奏する。
【実施例４】
【００８４】
図１５は、実施例４の画像形成装置１の概略断面図を示したものである。実施例１の画像形成装置１との違いは、感光体１０が、露光ビーム波長に対して透過性を持つベルト状基材（ＰＥＴやナイロンフィルム等）の上に感光層が形成されたものであり、この感光体１０のベルト内側に、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)ヘッドで構成された露光ユニット４０を配置している。上記構成以外は、実施例１と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。
【００８５】
ＬＥＤヘッドは電子写真装置に一般的に用いられるものを流用することができる。感光体１０のベルト内側にＬＥＤヘッドを配置することにより、帯電ユニット３０の第２グリッド３４と、現像ユニット５０の現像ローラ５２間の距離を近づけることができるため、トナーＴの帯電効率を向上させることができる。また、露光ユニット４０を感光体１０のベルト内側に配置することで、感光体１０のベルト内部空間を有効利用できるため装置の小型化に有効である。
【実施例５】
【００８６】
図１６は、実施例５の帯電ユニット３０の分解斜視図を示したものであり、図１７は、実施例５の帯電ユニット３０を用いた画像形成ユニットの２０の概略構成を示す断面図である。実施例１の帯電ユニット３０との違いは、シールドケース３１の背面側にシールドケース３１内の換気を行うための排気用開口部３６を設けたことである。上記構成以外は、実施例１と同じ構成であり、詳細な説明は省略する。
【００８７】
実施例５では、上記帯電ユニット３０の排気用開口部３６を、図１７に示すように、排気ダクト３７に接続して、帯電ユニット３０の放電時に発生するＯ３やＮＯＸなどを吸引し、フィルタ３８を通して排気ファン３９から排気する。この際、現像ローラ５２付近に浮遊するトナーの粉塵等も、第２グリッド３４を介して吸引除去することが可能である。
【００８８】
トナーＴと現像ローラの付着力が強固にならないソフトな層形成条件、例えば、ドクターブレード５６の押圧状態が０．０３〜０．０５ｋｇｆ/ｃｍでＤＣ非接触現像を行う場合は、トナーの付着力が比較的小さいので、現像ローラ５２からトナーの飛散が生じやすくなる場合が想定され、特に長期使用では飛散トナーによって装置内が汚染される問題が生じるおそれがある。しかしながら、実施例５の構成では、装置内に浮遊するトナーを吸引して排除できるため、安定した帯電を与えつつ、装置内を常に清浄に保つことができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０  感光体
２０  画像形成ユニット
３０  帯電ユニット
３１  シールドケース
３２  放電電極
３３  第１グリッド
３４  第２グリッド
４０  露光ユニット
５０  現像ユニット
５２  現像ローラ
５６  ドクターブレード
６０  転写ユニット
７０  定着ユニット
８０  クリーニングユニット
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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