(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に対向して配置され、電圧を印加することによりイオン又は電子を発生させて前記像担持体を帯電させる帯電装置において、
ワイヤ径が互いに異なる複数のチャージワイヤを有し、前記チャージワイヤをより線としたことを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１記載の帯電装置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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は帯電装置及び画像形成装置に関し、詳細には現像剤を使用して感光体上の潜像を現像後、記録紙上に静電転写する電子写真記録装置の帯電器及び当該帯電器を含むコピー、プリンタ、ファックス等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コピー、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置において、像担持体を用いるものでは静電潜像を形成するのに先立ち、その像担持体を色々な方法で均一に帯電させている。その主流となっている帯電方法に帯電器のコロナ放電によるものがあるが、放電時に多量のオゾンが発生し、また４〜１０ｋＶ程度の高圧電源を必要とする。そこで、これに代わる帯電方法として、近年、接触帯電装置が実用化されてきている。この接触帯電装置は、低オゾンや低電力を目的としており、導電性のローラ、導電性のブラシや導電性の弾性ブレードなどの導電性部材を像担持体表面に接触させ、この導電性部材に電圧を印加して像担持体を帯電させるものである。この接触帯電装置に関する従来例がいくつか提案されている。その従来例として、特開昭５６−１４４４５３号公報や特開平１−９３７６２号公報等に開示されているものである。この中でも特に帯電部材として導電性ローラを用いるローラ帯電方式が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラを被帯電体に加圧当接させ、これに電圧を印加することによって被帯電体の帯電を行う。
【０００３】
しかし、最近において、ローラ帯電方式などの接触帯電方式における新たな問題が生じている。具体的な例として、像担持体にＮＯｘが付着することで発生すると考えられ、像流れ現象や像担持体のＣＴＬ層が直接放電によって削れ易くなる現象等が発生してしまう。そこで、接触帯電方式による新たな問題点を解決できるコロナチャージャに関する従来例がいくつか提案されている。
【０００４】
その一つとして、特開平５−５７１３７号公報（以下従来例１と称す）には、オゾン除去フイルタに流入するオゾン風の流入方向を斜め方向に転向させる制風板を設け、画像形成装置の帯電装置や転写チャージャ等のコロナ放電に伴い発生するオゾンを効率よく除去するオゾン除去フィルタが開示されている。また、特開平５−１７３４５９号公報には、除帯電チャージャの感光体の表面との対向開口部に除帯電チャージャの動作時に開放される、誘電体からなるシャッターを設け、経時的にトナー、コロナ生成物等がクリーニング前除帯電チャージャのチャージャワイヤやケーシング内側に付着するのを防止し、安定した性能を維持できる画像形成装置が提案されている。更に、特開平８−１６０７１７号公報には、感光体帯電電流Ｉｐとグリッド電極電流Ｉｇとの関係が１．５≦Ｉｇ／Ｉｐ≦４の条件式を満たすように感光体帯電電流Ｉｐとグリッド電極電流Ｉｇとを設定し、オゾン及びＮＯｘの発生を抑え、コロナ放電装置の長期間の使用後においても、放電ムラが少なく、像ながれが生じることのない、また感光体の使用開始時の表面電位と長期使用後の表面電位との差を小さくすることが可能なコロナ放電装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例１〜３によれば、従来のコロナチャージャは多量のオゾンやＮＯｘを発生し、環境への影響を考慮して画像形成装置外部に排出される前にフィルタで除去する構造になっていた。また、画像形成装置内部においては大気中の水分と反応して像担持体である感光体に付着し、画像流れと呼ばれる不具合を起こしていた。加えて、画像流れの発生を未然に防止するため、或いは画像流れを除去するために像担持体のクリーニングを強力に行うことで、像担持体の耐久性を低下させていた。
【０００６】
本発明はこれらの問題点を解決するためのものであり、コロナチャージャにおけるオゾンやＮＯｘなどの発生ガスを低減できる帯電器及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記問題点を解決するために、本発明の帯電装置では、ワイヤ径が互いに異なる複数のチャージワイヤを有し、チャージワイヤをより線とした。
【００１１】
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記帯電装置を有することで、コロナチャージャにおけるオゾンやＮＯｘ等の発生ガスを低減し、メンテナンス性や組立性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の帯電装置では、ワイヤ径が互いに異なる複数のチャージワイヤを有し、チャージワイヤをより線とした。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係る帯電装置を有する画像形成装置の概略構成図である。なお、同図に示す本実施例の画像形成装置は電子写真式プロセス利用のプリンタもしくは複写機である。同図において、本実施例の帯電装置を有する画像形成装置によれば、被帯電体としての像担持体１の周囲に、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写装置５、そしてクリーニング装置６が時計回り方向に順に配置されている。また、転写装置５によって被転写材７に静電転写されたトナー像を定着するための定着装置８が配置されている。そして、像担持体１は直径３０ｍｍ、長さ３４０ｍｍの負極性・回転ドラム型の電子写真ＯＰＣ感光体であり、矢印の時計方向に１２５ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピード（周速度）をもって回転駆動されている。帯電装置２は像担持体１に対向配置されたコロナチャージャであり、高電圧を印加することで放電現象を発生させて像担持体１を帯電するチャージワイヤ２１と、チャージワイヤ２１と像担持体１間に配置されてより均一な帯電を行うためのグリッド２２とを含む。帯電バイアス印加電源２３はチャージワイヤ２１に所定の帯電バイアスを印加して像担持体１の周面を表面電位、例えば−９６０Ｖに一様に帯電処理している。そして、像担持体１の帯電処理面に対して露光装置３により目的画像情報のレーザビーム走査露光、原稿画像のスリット露光等の露光がなされることで、像担持体１面に該露光画像情報に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像には、現像装置４によりトナーが付着され、トナー像として順次可視像化される。この現像装置４は２成分接触現像方式の装置であり、現像剤担持部材としての回転する現像スリーブ４１を像担持体１から例えば０．６ｍｍ離間させて配設し、現像スリーブ４１に電源４２より、例えば−６００ＶのＤＣ電源による現像バイアスを印加している。また、トナーとしてはマイナストナーを用いた。この現像装置４の構成については詳述する。
【００１４】
一方、図示されていない給搬送装置から被転写材７が、像担持体１の回転と同期取りされた適正なタイミングで像担持体１と転写装置５との接触ニップ部である転写位置へ挟持搬送される。転写装置５は回転自在な転写ローラを備え、被転写材７が挟持搬送される間転写ローラに対して電源５１からトナーと逆極性の所定の転写バイアスが印加される。これにより、被転写材７の裏面側がトナーと逆極性に帯電されて像担持体１上のトナー像が順次に被転写材７の表面に静電転写される。本実施例では、転写ローラとして抵抗が例えば５×１０7Ωの直径１６ｍｍの導電性スポンジローラを用い、定電流制御によってＤＣ電圧を印加して転写を行った。トナー像の転写を受けた被転写材７は像担持体１面から分離されて定着装置８へ搬送されてトナー像の定着を受け、その後装置本体外部に排出されるか、または裏面にも像形成するものであれば図示していない再搬送手段により転写装置５へ再搬送される。一方、像担持体１上に残った転写残トナーはクリーニング装置６で像担持体１から剥ぎとられて、クリーニング装置６に溜められる。その後、再度現像装置４に戻されるようになっている。
【００１５】
次に、本実施例における帯電器の構成について説明する。図２は本実施例の帯電器に用いられるコロナチャージャのワイヤの構成例を示す図である。同図の（ａ），（ｂ）はチャージワイヤ２１の一端を１つの接続端子２５に、他端を各チャージワイヤ毎にそれぞれ接続端子２６に接続した例である。同図の（ｃ），（ｄ）はチャージワイヤ２１の両端を１つの接続端子２５，２６に接続した例であって複数のチャージワイヤ２１をより線にした図である。図２に示すように、コロナチャージャの各チャージワイヤの少なくとも片方の端部を一つの接続端子に接続することで、コロナチャージャにおけるメンテナンス性や組立性を向上できる。また、図３はワイヤ径とオゾン発生量との関係を示す特性図であり、図４はワイヤ径とＮＯｘの発生量の関係を示す特性図である。更に、図５は図２の（ｃ）に示すようなワイヤ２本（ワイヤ径＝５０μｍ）をより線にした場合のワイヤ単位長さ当り電流値‐オゾン濃度の関係を示す特性図である。また、図６は図２の（ｃ）に示すようなワイヤ２本（ワイヤ径＝５０μｍ）をより線にした場合のワイヤ単位長さ当り電流値‐ＮＯｘ濃度の関係を示す特性図である。なお、図５の縦軸は電流１ｍＡ当りに換算したオゾン濃度を示し、同じく図６の縦軸はＮＯｘ濃度を示す。また、図５，６とも横軸はワイヤ長さを１ｍ単位当りに換算した電流値を示す。図３，４の実験結果より、ワイヤ径が細くなるとオゾン、ＮＯｘの発生量が減ることがわかる。また、図５，６の実験結果より、通常のコロナチャージャで使用する電流領域（両図に示した１．５〜２．０ｍＡ／ｍ）においてはチャージワイヤが１本でも２本でもオゾン、ＮＯｘの発生量がほとんど変わらないことがわかる。即ち、単純にワイヤ径を細くするとオゾンやＮＯｘの発生量は減るが、サービスメンテ性等の点では清掃し難いとか、チャージワイヤが切れ易いとかの不具合が発生する。しかし、図２の（ｃ）のようにワイヤ径を細くしても２本にすれば、前述のような不具合がなくなることが容易に推測される。加えて、チャージワイヤの強度の点から見ると、同一断面形状ならばチャージワイヤの強度は断面積に比例することが知られている。従って、例えば直径６０μｍの円形断面を持つチャージワイヤと同等の断面積を有する円形のワイヤ２本の直径は計算上では約４２．４μｍとなり、上記約４２．４μｍのチャージワイヤを用いれば、強度は６０μｍのチャージワイヤと同等となることがわかる。また、同じく５０μｍのチャージワイヤと同等のものは約３５．５μｍとなる。しかし、例えば５０μｍのチャージワイヤは非常に切れ易く、サービスメンテ性も６０μｍに比較して格段に落ちる。したがって、２本にする場合でも３５．５μｍ以上が望ましい。
【００１６】
ただし、ワイヤ径を各々個別に異なるものを用いる場合はこの限りではない。例えば、１本を４５μｍとし、もう一方を４０μｍとするようなことも考えられる。或いは、５０μｍと３０μｍのチャージワイヤを使う等が考えられる。このようにワイヤ径が互いに異なるものを用いるメリットは、電界強度の歪みを多くして、オゾン等のガスの発生を抑えることにある。更に、チャージワイヤの本数を増やして直径１０μｍのチャージワイヤを数十本（例えば３６本）より合せることも可能である。この効果も上記と同様に電界強度の歪みを多くして、オゾン等のガスの発生を抑えることにある。
【００１７】
次に、チャージワイヤをよる回数はワイヤの線径によっても変化するが、例えば５０μｍのチャージワイヤの場合、よる回数が１００ｍｍ当り５回以上になると断線が発生した。また、熱を与えながらチャージワイヤをよる作業を行えば、上記回数が増えることがわかっており、加えて、チャージワイヤの線径が細くなれば、よれる回数が増えることは明白である。上記の事情を考慮すると、製造工程上、断線を未然に防ぐためにはチャージワイヤをよる回数は２０回以下が望ましい。また、電界強度の歪を多くするために、チャージワイヤのより線のよりピッチを不均一にし、または疎密を持たせることにより、オゾン等のガスの発生を抑えることができる。
【００１８】
図７にシミュレーション結果を示す。同図はオゾンが発生すると推測されている電界強度領域を色の濃くなった部分（黒色）で示したものであり、同図の（ａ）がワイヤ１本の場合を、同図の（ｂ）がワイヤ２本の場合を示す。また、図８はワイヤ本数を１〜３本における最大電界強度−放電領域の関係を示す図である。図８からもわかるように、電界強度が３×１０7(Ｖ／ｍ)までは１〜３本での差は無い。即ち、チャージワイヤの本数は実質オゾン発生量に関係しないことがわかり、前記実験結果との組合せでワイヤ径がオゾン発生量に大きく依存していることがわかる。ところで、上記のように複数のチャージワイヤを用いてより線にした場合は、放電点がばらついて像担持体である感光体の帯電電位が均一にならない。よって、グリッドをチャージワイヤと感光体間に挿入することで、上記帯電電位を均一にすることができる。なお、実施例に示した形状に拘る必要はなく、加えてワイヤ材料は通常タングステンを用いているが、タングステンに限る必要はなく、かつ表面に別の材料を塗布したものでも構わない。
【００１９】
ここで、図１の現像装置の構成について説明する。図１に示されるように現像装置４に設けられている現像剤担持体としての現像ローラ４１は、像担持体１に近接するようにして配置されており、両者の対向部分に現像領域が形成されるようになっている。現像ローラ４１には、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒状に形成してなる現像スリーブが図示を省略した回転駆動機構によって矢印方向すなわち反時計回り方向に回転されるようにして備えられている。なお、像担持体１のドラム径が３０ｍｍに設定されているとともに、ドラム線速度は１２５ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。また、現像スリーブのスリーブ径は１６ｍｍに設定されていると共に、スリーブ線速度は３１２．５ｍｍ／ｓｅｃに設定されている。したがって、像担持体１のドラム線速度に対する現像スリーブのスリーブ線速度比は２．５になされている。また、像担持体１と現像スリーブとの間隔である現像ギャップは０．６ｍｍに設定されている。現像ギャップは現像剤粒径の３０倍以下に設定するとよい。これより広い場合には画像濃度の出ない画像となる。スリーブ線速比は１．１以上であれば画像濃度が十分に得ることが可能である。現像スリーブ内には該現像スリーブの表面上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体が内部に固定状態で備えられている。このとき現像剤を構成するキャリアは、上記磁石ローラ体から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ上にチェーン状に穂立ちされるとともに、このチェーン状に穂立ちされたキャリアに対して帯電トナーが付着されて磁気ブラシが構成されるようになっている。この磁気ブラシは、現像スリーブの回転移送にともなって現像スリーブと同方向（反時計回り方向）に移送されることとなる。上記磁石ローラ体は、複数の磁極を備えている。具体的には、現像領域部分に現像剤を穂立ちさせる現像主磁極Ｐ１と、現像スリーブ上に現像剤を汲み上げるための磁極Ｐ５、現像スリーブ上に現像剤を汲み上げられた現像剤を現像領域まで搬送させる磁極Ｐ６、現像後の領域で現像剤を搬送させる磁極Ｐ２およびＰ３を備えている。これらの各磁極Ｐ１，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ２およびＰ３は、現像スリーブの半径方向に向けて配置されている。この磁石ローラは、６極の磁石によって構成されているが、汲み上げ性、黒ベタ画像追従性を向上させるためにＰ３極からドクタ４５間に磁極を更に増やし８極以上で構成される磁石ローラとしても良い。ここでは現像ローラ４１上で８５ｍＴ以上の磁力を有する磁石を用いた。６０ｍＴ以上の磁力を有することによってキャリア付着などの異常画像の発生が無いことも確認している。実際、現像に寄与する磁極は主磁力であるＰ１により潜像担持体に現像する。
【００２０】
また、図１において、現像剤の搬送方向（反時計回り方向）における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さすなわち現像剤の量を規制するドクタブレード４３が設置されている。このドクタブレード４３と現像スリーブとの間隔であるドクタギャップは０．６ｍｍに設定されている。さらに上記現像ローラ４１の後方領域には、現像ケーシング内の現像剤を撹拌させながら現像ローラ４１側に汲み上げる前スクリュ４４が設置されている。現像ケーシング内に長手方向前後に開口部を持つ仕切り板を境に後スクリュ４５が配置されている。上記現像ケーシングの後端部には、新規トナーを蓄えたトナーカートリッジが着脱自在に装着されている。トナーカートリッジより供給されるトナーは後スクリュ４５に供給され、後スクリュ４５の回転により図面奥側に搬送される間に現像剤と混合攪拌される。図面奥側に混合攪拌された現像剤は仕切り板の開口部より前スクリュ４４に供給される。前スクリュ４４に供給された現像剤は前スクリュ４４の回転により図面手前側に搬送される。この時現像ローラ４１に磁界によって現像剤が供給され前述現像ローラ４１上の現像剤の搬送を行う。残った現像剤は手前側に搬送され、仕切り板の開口部より後スクリュ４５に供給され循環する。現像され現像剤の濃度が低下する際にトナーを供給しなければならないが、トナー濃度センサにより現像ケーシング内のトナー濃度を検知し、トナー濃度センサの出力値が規定トナー濃度値を割ると判断した場合にはトナーカートリッジよりトナーを連続もしくは断続的に供給し現像ケーシング内の現像剤のトナー濃度を既定値に上昇させる。
【００２１】
このような画像形成装置では、まず一様に帯電された像担持体１の表面に対して露光書き込みが行なわれ画像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像に対して現像装置４の現像ローラ４１から現像領域においてトナーが選択的に供給され、これにより上記静電潜像の現像が行なわれて可視像が得られるようになっている。現像ローラ４１に対して、現像ケーシング内に蓄えられた現像剤が撹拌・帯電された上で磁極Ｐ５によって汲み上げられる。現像スリーブ上に現像剤を汲み上げられた現像剤は磁極Ｐ６によって現像領域まで搬送され、現像主極Ｐ１によって現像領域部分に現像剤が穂立ちされるようになっている。
【００２２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲内の記載であれば多種の変形や置換可能であることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の帯電装置では、ワイヤ径が互いに異なる複数のチャージワイヤを有し、チャージワイヤをより線とした。よって、帯電装置から発生するオゾンやＮＯｘ等のガスを低減できる。
【００２７】
更に、別の発明としての画像形成装置は、上記帯電装置を有することで、コロナチャージャにおけるオゾンやＮＯｘ等の発生ガスを低減し、メンテナンス性や組立性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る帯電装置を有する画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本実施例における帯電装置のチャージワイヤの構成を示す図である。
【図３】チャージワイヤのワイヤ径とオゾン発生量との関係を示す特性図である。
【図４】チャージワイヤのワイヤ径とＮＯｘ発生量との関係を示す特性図である。
【図５】チャージワイヤの単位長さ当り電流値とオゾン濃度との関係を示す特性図である。
【図６】チャージワイヤの単位長さ当り電流値とＮＯｘ濃度との関係を示す特性図である。
【図７】シミュレーション結果を示す図である。
【図８】チャージワイヤを１本〜３本用いた場合の最大電界強度と放電領域との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１；像担持体、２；帯電装置、３；露光装置、４；現像装置、５；転写装置、
６；クリーニング装置、７；被転写材、８；定着装置、
２１；チャージワイヤ、２２；グリッド、２３；帯電バイアス印加電源、
２４，２５；接続端子、４１；現像ローラ、４２，５１；電源、
４３；ドクタブレード、４４；前スクリュ、４５；後スクリュ。
【図１】
0004179734.tif 000002
【図２】
0004179734.tif 000003
【図３】
0004179734.tif 000004
【図４】
0004179734.tif 000005
【図５】
0004179734.tif 000006
【図６】
0004179734.tif 000007
【図７】
0004179734.tif 000008
【図８】
0004179734.tif 000009