帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置
【課題】 感光体を帯電させるためにコロナ放電を行った場合に、コロナ放電による感光体の劣化を低減させることである。
【解決手段】 対向する感光体１４をコロナ放電により帯電する帯電部１８を有し、帯電部１８の周囲のコロナ放電が行われる領域を気体供給部１９から供給された気体であって放電開始電圧が大気中より低くなる気体で満たし、感光体１４を帯電させるコロナ放電を行うために電圧印加部２０から帯電部１８に印加される電圧を大気中でコロナ放電を行う場合よりも低く設定する。これにより、感光体１４を帯電させるためのコロナ放電による感光体１４に対する衝撃を軽減でき、感光体１４の劣化を抑制できる。
【解決手段】 対向する感光体１４をコロナ放電により帯電する帯電部１８を有し、帯電部１８の周囲のコロナ放電が行われる領域を気体供給部１９から供給された気体であって放電開始電圧が大気中より低くなる気体で満たし、感光体１４を帯電させるコロナ放電を行うために電圧印加部２０から帯電部１８に印加される電圧を大気中でコロナ放電を行う場合よりも低く設定する。これにより、感光体１４を帯電させるためのコロナ放電による感光体１４に対する衝撃を軽減でき、感光体１４の劣化を抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置、プロセスカートリッジ及びこれらの帯電装置又はプロセスカートリッジを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式による画像形成方法を採用したものが広く普及している。電子写真方式による画像形成は、以下のようにして行われる。まず、光照射の程度によって抵抗値などが変化する感光体の外周面を均一に帯電させ、感光体の外周面にレーザ光などを照射することにより出力画像に応じた静電潜像を形成する。ついで、感光体の外周面に形成された静電潜像に対し帯電したトナーを付着させ、静電潜像を現像してトナー画像を形成する。ついで、感光体の外周面上に形成されたトナー画像を記録媒体に転写し、トナー画像が転写された記録媒体に熱と圧力とを印加することによりトナー画像を記録媒体に定着させる。
【０００３】
感光体の外周面を帯電する方法としては、コロナ帯電法、接触帯電法、非接触帯電法等が知られている。コロナ帯電法は、タングステン等のワイヤを感光体の長手方向に沿って感光体と平行に配設し、ワイヤに数ｋＶの高電圧を印加してコロナ放電を発生させ、ワイヤの周囲の空気中の元素をイオン化し、そのイオンを感光体の外周面に付着させる方法である。接触帯電法は、感光体の外周面に帯電ローラを接触させて配置し、帯電ローラに電圧を印加することにより帯電ローラと感光体との隙間部分にコロナ放電を発生させ、このコロナ放電によって感光体の外周面を帯電する方法である。非接触帯電法は、感光体の外周面との間に微小な間隔を持って帯電ローラを配置し、帯電ローラに電圧を印加することにより帯電ローラと感光体との隙間部分にコロナ放電を発生させ、このコロナ放電により感光体の外周面を帯電する方法である。
【０００４】
コロナ帯電法によれば、ワイヤでコロナ放電を発生させ、このコロナ放電により発生したイオンを感光体の外周面に付着させているので、感光体の帯電に利用される電力はワイヤに供給した電力の５〜３０％にすぎず、電力の有効利用が図れていない。これに対し、接触帯電法、非接触帯電法によれば、帯電ローラと感光体との間でコロナ放電が生じるため、電力の有効利用を図ることができる。
【０００５】
また、特許文献１、２に開示されたように、コロナ放電が行われる領域に低酸素の気体を供給することにより、コロナ放電に伴って大気中の酸素がイオン化されることにより発生するオゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減させるようにした発明が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−９５４５９号公報
【特許文献２】特開平１１−３０５５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、接触帯電法、非接触帯電法によれば、コロナ帯電法の場合と比較して、放電が帯電ローラと感光体との間で行われるので、感光体の外周面に対して放電の衝撃が作用し、この放電の衝撃によって感光体の外周面が劣化しやすい。特に、感光体の帯電の均一化を図るために、直流電圧に放電開始電圧の２倍程度のピーク間電圧の交流電圧を重畳した電圧を印加した場合には、放電回数が交流電圧の周波数に応じて大幅に増加し、放電に伴って感光体に作用する衝撃が大幅に増大し、感光体の劣化が著しくなる。
【０００８】
また、特許文献１、２に開示された発明によれば、酸素濃度が大気より低い気体を放電領域に供給しているため、オゾンや窒化酸化物の発生量を低減できると考えられる。しかし、放電のために印加する電圧については何ら考慮されておらず、放電の衝撃による感光体の劣化を低減させることはできない。さらに、放電領域に供給された気体の酸素濃度を低くした場合において、酸素濃度の低下に伴って窒素の割合が高くなった場合には、パッシェンの法則により放電開始電圧が下がるので、放電のために印加する電圧について何ら考慮されていないとすれば、感光体に対する放電の衝撃が増大し、感光体の劣化が増大する。
【０００９】
本発明の目的は、感光体を帯電させるためにコロナ放電を行った場合に、必要な帯電を行いながらコロナ放電による感光体の劣化を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明の帯電装置は、対向する感光体をコロナ放電により帯電する帯電部と、放電開始電圧が大気中より低くなる気体をコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、前記感光体をコロナ放電により必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、を具備する。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の酸素の少なくとも一部を窒素とヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の窒素の少なくとも一部をヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の帯電装置において、前記気体供給部は、大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜を備えている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項２又は４記載の帯電装置において、酸素を窒素と置換することにより得られた気体の窒素濃度は８５％以上である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の帯電装置において、前記帯電部と前記感光体とは接触させて配置され又は非接触に近接配置され、前記帯電部と前記感光体との間の隙間部分が放電領域とされている。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一記載の帯電装置において、前記電圧印加部から印加される電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧である。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一記載の帯電装置において、前記帯電部と、コロナ放電が行われる領域と、前記感光体の外周面におけるコロナ放電により帯電される領域とを囲むケースを備え、前記気体供給部から供給される気体が前記ケース内に導入される。
【００１８】
請求項９記載の発明のプロセスカートリッジは、感光体とこの感光体をコロナ放電により帯電する帯電部とを共に支持して本体ケース内に着脱可能に装着され、前記帯電部の周囲のコロナ放電が行われる領域が気体供給部から供給される気体であって放電開始電圧が大気中より低くなる気体で満たされ、前記感光体をコロナ放電により帯電するために電圧印加部から前記帯電部に印加される電圧が大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加される電圧より低い電圧とされる。
【００１９】
請求項１０記載の発明の画像形成装置は、請求項９記載のプロセスカートリッジと、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を前記プロセスカートリッジ内のコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、前記プロセスカートリッジ内の前記感光体をコロナ放電により帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、前記プロセスカートリッジ内の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、静電潜像が現像装置により現像されて形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、を具備する。
【００２０】
請求項１１記載の発明の画像形成装置は、感光体と、この感光体を一様に帯電する請求項１ないし８のいずれか一記載の帯電装置と、一様に帯電された後の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置と、現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、を有する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明の帯電装置によれば、感光体を帯電させるためのコロナ放電が行われる領域の気体が、放電開始電圧が大気中より低くなる気体であり、コロナ放電によって感光体を帯電するために電圧印加部から帯電部に印加する電圧が大気中でのコロナ放電により感光体を必要な帯電電位に帯電するために印加する電圧よりも低いため、感光体を帯電させるためのコロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制できる。また、帯電部に印加する電圧が下がるので、消費電力を軽減できる。
【００２２】
請求項２記載の発明の帯電装置によれば、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンは、放電開始電圧が酸素より低くなる気体であるので、これらの気体を大気中の酸素と置換することにより、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を得ることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明の帯電装置によれば、ヘリウム、アルゴン、ネオンは、放電開始電圧が窒素より低くなる気体であるので、これらの気体を大気中の窒素と置換することにより、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を得ることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明の帯電装置によれば、気体供給部が大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜を備えているので、窒素富化膜を用いて大気中から酸素を分離除去することにより、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を容易に得ることができる。
【００２５】
請求項５記載の発明の帯電装置によれば、酸素を窒素と置換することにより得られた気体の窒素濃度を８５％以上とすることにより、放電開始電圧を大気中での放電開始電圧より下げることができ、それに伴い、感光体を必要な帯電電位に帯電させるために帯電部に印加する電圧を下げることができる。
【００２６】
請求項６記載の発明の帯電装置によれば、帯電部と感光体とを接触させて配置した接触帯電法、又は、帯電部と感光体とを非接触に近接配置した非接触帯電法で感光体を帯電させる場合において、放電開始電圧が低くなり、感光体を必要な帯電電位に帯電させるために帯電部に印加する電圧が低くなるので、コロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制できる。
【００２７】
請求項７記載の発明の帯電装置によれば、感光体を帯電させるために電圧印加部により印加される電圧が直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧である場合には、帯電部に印加する交流電圧（交流ピーク間電圧）を下げることができ、コロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制できる。
【００２８】
請求項８記載の発明の帯電装置によれば、気体供給部から供給された気体であって帯電開始電圧が大気中より低くなる気体をコロナ放電が行われる領域内に留まらせることができ、コロナ放電が行われる領域を当該気体によって確実に乱すことができ、コロナ放電を行うために印加する電圧を下げた場合でも感光体の帯電を確実に行うことができる。
【００２９】
請求項９記載の発明のプロセスカートリッジによれば、感光体を帯電させるためのコロナ放電が行われる領域の気体が、放電開始電圧が大気中より低くなる気体であり、コロナ放電によって感光体を帯電するために電圧印加部から帯電部に印加する電圧が大気中でのコロナ放電により感光体を必要な帯電電位に帯電するために印加する電圧よりも低いため、感光体を帯電させるためのコロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制でき、プロセスカートリッジの長寿命化を図ることができる。また、帯電部に印加する電圧が下がるので、消費電力を軽減できる。さらに、感光体と帯電部との位置関係を安定させることができ、安定した帯電性能を維持できる。
【００３０】
請求項１０記載の発明の画像形成装置によれば、請求項９記載の発明と同じ効果を奏することができる。
【００３１】
請求項１１記載の発明の画像形成装置によれば、請求項１ないし８のいずれか一記載の発明と同じ効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図、図２は帯電装置を示す斜視図、図３は帯電装置を示す縦断側面図、図４は帯電装置の一部を示す分解斜視図である。
【００３３】
図１に示すように、画像形成装置である複写機１の本体ケース２内には、プリンタエンジン３、給紙部４、給紙ローラ５、露光装置６、レジストローラ７、転写装置８、定着装置９、排紙ローラ１０等が設けられている。本体ケース２の上部には、原稿の画像を読み取るスキャナ１１が設けられている。本体ケース２内には、給紙部４から給紙された記録媒体Ｐが排紙トレイ１２に向けて搬送される搬送経路１３が形成され、この搬送経路１３上に、給紙ローラ５、レジストローラ７、プリンタエンジン３、転写装置８、定着装置９、排紙ローラ１０等が配置されている。
【００３４】
プリンタエンジン３は、スキャナ１１で読み取った原稿の画像に応じたトナー画像を形成する部分であり、感光体である感光体ドラム１４、帯電装置１５、現像装置１６、クリーニング装置１７等により構成されている。プリンタエンジン３によるトナー画像の形成時には、モータ（図示せず）に連結されている感光体ドラム１４がモータにより駆動されて中心線回りに矢印ａ方向に回転し、感光体ドラム１４の外周面が帯電装置１５により一様に帯電される。一様に帯電された感光体ドラム１４が露光装置６から出射されたレーザー光により露光される。露光装置６から出射されたレーザ光は、スキャナ１１で読み取った原稿の画像に応じた画像データに基づいて出射された光であり、このレーザー光の露光により感光体ドラム１４の外周面に原稿の画像に対応した静電潜像が形成される。
【００３５】
静電潜像が形成された感光体ドラム１４に対して現像装置１６からトナーが供給され、供給されたトナーが静電潜像に付着することにより感光体ドラム１４上にトナー画像が形成される。このトナー画像は、搬送経路１３上を搬送された記録媒体Ｐ上に転写装置８の作用で転写される。トナー画像が記録媒体Ｐに転写された後の感光体ドラム１４の外周面はクリーニング装置１７によりクリーニングされ、記録媒体Ｐに転写されずに感光体ドラム１４上に残留したトナーが除去される。
【００３６】
トナー画像が転写された記録媒体Ｐは引き続き搬送経路１３上を搬送され、定着装置９において熱と圧力とを加えられてトナーが溶融され、溶融したトナーが記録媒体Ｐに溶着することによりトナー画像が記録媒体Ｐに定着される。
【００３７】
ここで、帯電装置１５について説明する。帯電装置１５は、帯電部である帯電ローラ１８、帯電ローラ１８を収納するケース２１、気体供給部１９、電圧印加部２０等により構成されている。
【００３８】
帯電ローラ１８は、感光体ドラム１４の長手方向に沿って感光体ドラム１４と平行に配設されている。帯電ローラ１８は、樹脂に導電性粉体を分散した導電性材料等で形成されたローラ部１８ａと、ステンレス鋼等で形成された軸部１８ｂと、ローラ部１８ａの長手方向の両端に形成された大径部（図示せず）とから形成されている。軸部１８ｂにはモータ（図示せず）が連結され、帯電ローラ１８はモータにより駆動されて中心線回りに矢印ｂ方向に回転する。帯電ローラ１８を感光体ドラム１４に平行に対向させて配置したとき、大径部が感光体ドラム１４の長手方向の両端外周面に当接し、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４の外周面との間に所定寸法の隙間“Ｇ”を確保する。この隙間部分が、帯電ローラ１８と感光体ドラム１４との間でコロナ放電が行われる領域とされている。即ち、本実施の形態では、帯電ローラ１８と感光体ドラム１４とを非接触に近接配置して感光体ドラム１４を帯電させる非接触帯電法を採用している。
【００３９】
電圧印加部２０は、帯電ローラ１８の軸部１８ｂの一端側に接続されている。この電圧印加部２０は、直流電圧発生部と交流電圧発生部とを有し、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を帯電ローラ１８に印加する。この電圧印加により、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４との間の隙間“Ｇ”の部分でコロナ放電が発生し、このコロナ放電により感光体ドラム１４の外周面が一様に帯電される。この場合、例えば、直流電圧発生部では−７５０Ｖの直流電圧を発生させ、交流電圧発生部では放電開始電圧の２倍程度のピーク間電圧の交流電圧を発生させている。
【００４０】
ケース２１は、帯電ローラ１８を収納する長尺形状に形成された本体ケース２１ａと本体ケース２１ａの長手方向両端に連結された側板２１ｂとにより形成され、帯電ローラ１８、帯電ローラ１８と感光体ドラム１４との間のコロナ放電が行われる領域、感光体ドラム１４の外周面におけるコロナ放電により帯電される領域を囲んで配置されている。本体ケース２１ａには、帯電ローラ１８を収納可能である空間２２が形成されている。側板２１ｂには、貫通孔２３、凹部２４、係合溝２５、係合凸部２６、位置決め凸部２７等が形成されている。本体ケース２１ａと側板２１ｂとの連結は、係合凸部２６を空間２２の端部に嵌合し、位置決め凸部２７を本体ケース２１ａに形成された位置決め凹部２８に嵌合することにより行われている。本体ケース２１ａの空間２２内に帯電ローラ１８を収納し、この本体ケース２１ａの両端に側板２１ｂを連結したとき、帯電ローラ１８の軸部１８ｂは貫通孔２３を貫通する位置に位置付けられる。貫通孔２３の内周部には、軸部１８ｂの外周面に摺接される軸シール２９が取り付けられている。
【００４１】
内部に帯電ローラ１８を収納したケース２１は、係合溝２５を本体ケース２内に設けられている突起部３０に係合させることにより本体ケース２内に取付けられ、係合溝２５と突起部３０との係合によりケース２１は感光体ドラム１４に接離する方向にスライド移動可能とされている。側板２１ｂの凹部２４には、圧縮スプリング３１の一端が嵌合されている。圧縮スプリング３１の他端は本体ケース２の固定部材（図示せず）に当接され、圧縮スプリング３１の付勢力によりケース２１は感光体ドラム１４側に向けて付勢されている。
【００４２】
本体ケース２１ａにおける感光体ドラム１４の外周面に対向する縁部には、感光体ドラム１４の長手方向に沿って延出したシール部材３２が貼付けられている。シール部材３２はウレタンゴム材料からなる薄いシート状部材であって可撓性を有し、シール部材３２の先端部は感光体ドラム１４の外周面に摺接されている。また、側板２１ｂにおける感光体ドラム１４の外周面に対向する縁部には、弧状に形成されて感光体ドラム１４の外周面に摺接するシール部材３３が貼付けられている。シール部材３３は、発泡ポリウレタンとフッ素樹脂のテープとの２層構造になっている部材であり、フッ素樹脂のテープが感光体ドラム１４の外周面に摺接されている。
【００４３】
帯電ローラ１８を収納したケース２１が本体ケース２内の所定位置に取付けられているとき、圧縮スプリング３１の付勢力によりケース２１が感光体ドラム１４の方向に付勢され、帯電ローラ１８の両端の大径部が感光体ドラム１４の外周面に当接されることによりケース２１及び帯電ローラ１８が位置決めされ、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４との隙間“Ｇ”が一定に維持される。また、帯電ローラ１８を収納したケース２１が本体ケース２内の所定位置に取付けられているとき、シール部材３２、３３が感光体ドラム１４の外周面に当接されることにより、ケース２１内における帯電ローラ１８を収納している空間の気密性が維持され、この空間内への大気の入り込みが防止される。
【００４４】
気体供給部１９は、放電開始電圧が大気中より低くなる気体をケース２１内の帯電ローラ１８が収納されている空間に供給する機構であり、放電開始電圧が大気中より低くなる気体として、本実施の形態では、大気中の酸素の一部を窒素に置換した気体（窒素富化気体）を用いている。この気体供給部１９は、大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜３４、大気を吸入して窒素富化膜３４側に送り込むポンプ３５、窒素富化膜３４で酸素を除去された気体（即ち、大気中の酸素の一部を窒素に置換することにより窒素の割合が高くなった気体）の供給量を制御する弁３６等により構成されている。気体供給部１９とケース２１との間には、気体供給部１９からケース２１内に気体（窒素富化気体）を供給するための供給パイプ３７が接続されている。窒素富化膜３４による酸素除去時間を長くし、又は、窒素富化膜３４による酸素の除去を繰り返すことにより、気体中の酸素濃度を限りなく０％に近づけることができる。気体供給部１９からケース２１内に供給された気体は、ケース２１内の圧力がある値に達すると、感光体ドラム１４に当接されているシール部材３２を感光体ドラム１４から浮き上がらせ、ケース２１外に排気される。
【００４５】
ここで、気体供給部１９で作り出した気体（窒素富化気体）のなかでコロナ放電を行うと、大気中でコロナ放電を行う場合と比較して、放電開始電圧が下がる。これは、パッシェンの法則と言われ、大気中の酸素の少なくとも一部を窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンの少なくとも一つと置換することにより放電開始電圧を下げることができる（東京電気大学出版部発行、Ｓ３９.４.１初版発行、大学講座：気体放電現象；Ｐ６８．表４．１参照）。
【００４６】
図５は、コロナ放電が行われる領域に存在する気体における窒素濃度と放電開始電圧との関係、及び、コロナ放電が行われる領域に存在する気体における窒素濃度と感光体ドラム１４の帯電電位と直流印加電圧との関係を示すグラフである。この図５のグラフによれば、窒素濃度が８５％以上の気体（窒素富化気体）の中でコロナ放電を行えば、大気中でコロナ放電を行う場合と比較して、放電開始電圧を約１５０Ｖ下げることができ、感光体ドラム１４を目的とする帯電電位に帯電させるために帯電ローラ１８に印加する電圧を約１５０Ｖ下げることができることが判明した。
【００４７】
本実施の形態では、大気中の酸素を窒素に置換した気体を用いた場合を例に挙げて説明したが、パッシェンの法則に従えば、大気中の酸素をヘリウム、アルゴン、ネオンで置換した場合も同様に放電開始電圧を下げることができ、必要な帯電電位を得るために印加する電圧を下げることができる。
【００４８】
また、パッシェンの法則に従えば、ヘリウム、アルゴン、ネオンは窒素に比べて放電開始電圧が低いので、大気中の酸素の割合を代えずに、大気中の窒素をヘリウム、アルゴン、ネオンで置換した場合にも、放電開始電圧を下げることができ、必要な帯電電位を得るために印加する電圧を下げることができる。なお、ヘリウム、アルゴン、ネオンを使用する場合には、これらの気体を貯溜したボンベを用い、酸素富化膜で除去した窒素に代えてヘリウム、アルゴン、ネオンを供給する。
【００４９】
図６は、窒素富化気体中と大気中とで直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してコロナ放電を行い、感光体ドラム１４を帯電した場合において、感光体ドラム１４の帯電電位が一定となる変曲点に達するときの交流電圧のピーク間電圧を測定した結果を示すグラフである。なお、印加した直流電圧は−７５０Ｖとした。
【００５０】
図６のグラフによれば、窒素富化気体中でコロナ放電を行った場合には、大気中でコロナ放電を行った場合に比べて、変曲点に達するときの交流電圧のピーク間電圧を約２００Ｖ下げられることが判明した。このため、電圧印加部２０から帯電ローラ１８に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により感光体ドラム１４を帯電させる場合に印加する電圧よりも低くすることができる。したがって、感光体ドラム１４を均一に帯電させるためのコロナ放電の繰り返しによる感光体ドラム１４に対する衝撃を軽減でき、感光体ドラム１４の劣化を抑制して感光体ドラム１４の耐久性を向上させることができる。さらに、印加する電圧が下がることにより、帯電のための消費電力を軽減することができる。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態を図７に基づいて説明する。なお、本実施の形態及び他の実施の形態において、先行して説明した実施の形態において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する。図７は、帯電装置を示す縦断側面図である。
【００５２】
本実施の形態の基本的構造は第１の実施の形態と同じであり、本実施の形態と第１の実施の形態とが異なる点は、第１の実施の形態の帯電装置１５では非接触帯電法を採用しているのに対し、本実施の形態の帯電装置１５Ａでは接触帯電法を採用している点である。即ち、本実施の形態では、帯電ローラ１８のローラ部１８ａが感光体ドラム１４の外周面に接触して配置されている。帯電ローラ１８と感光体ドラム１４との間のコロナ放電は、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４との接触部の前後における楔形状の隙間部分“Ｓ”で発生する。
【００５３】
本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、帯電方式を非接触帯電から接触帯電に変更したものであり、他の構成は第１の実施の形態と同じである。このため、本実施の形態では、第１の実施の形態で得られた作用、効果と同じ作用、効果が得られる。
【００５４】
本発明の第３の実施の形態を図８に基づいて説明する。図８は、帯電装置を示す縦断側面図である。
【００５５】
本実施の形態の帯電装置１５Ｂでは、コロナ帯電法を採用している。この帯電装置１５Ｂでは、感光体ドラム１４と平行に帯電部であるワイヤ３８が配設されている。ワイヤ３８には直流電圧を印加する電圧印加部（図示せず）が接続されている。ワイヤ３８と、ワイヤ３８の周囲のコロナ放電が行われる領域と、感光体ドラム１４の外周面におけるコロナ放電により発生したイオンが付着することにより帯電される領域とを囲むケース３９が設けられている。ケース３９には、気体供給部１９で作製された気体（窒素富化気体）が供給される供給パイプ３７、ケース３９内への大気の入り込みを防止するためのシール部材３２等が設けられている。
【００５６】
このような構成において、本実施の形態においても帯電開始電圧を低くすることができ、感光体ドラム１４を必要な帯電電位に帯電させるためにワイヤ３８に印加する電圧を大気中でコロナ放電する場合よりも低くすることができる。これにより、コロナ放電による感光体ドラム１４に対する衝撃を軽減でき、感光体ドラム１４の劣化を抑制でき、帯電のための消費電力を軽減できる。
【００５７】
本発明の第４の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図である。
【００５８】
画像形成装置である本実施の形態の複写機１Ａでは、帯電ローラ１８と、感光体ドラム１４と、現像装置１６と、クリーニング装置１７とをカートリッジケース４０内に収納したプロセスカートリッジ４１が用いられている。プロセスカートリッジ４１は、本体ケース２内に着脱可能に装着されている。
【００５９】
プロセスカートリッジ４１を本体ケース２内に装着することにより、本体ケース２内に設けられている気体供給部１９からの気体がケース２１内に供給可能となるように気体供給部１９とケース２１とを接続する接続機構（図示せず）が設けられている。また、プロセスカートリッジ４１を本体ケース２内に装着することにより、電圧印加部２０からの電圧が帯電ローラ１８に印加可能となるように電圧印加部２０と帯電ローラ１８とを接続する接続機構（図示せず）が設けられている。
【００６０】
このような構成において、このプロセスカートリッジ４１を用いた複写機１Ａでは、プロセスカートリッジ４１内の帯電ローラ１８の周囲に気体供給部１９で作り出した気体（窒素富化気体）が供給され、電圧印加部２０から帯電ローラ１８に印加される電圧も低くなっているため、第１の実施の形態の複写機１で説明した帯電装置１５による作用、効果と同じ作用、効果を奏することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、プロセスカートリッジ４１を構成する部材のいずれかの部材が寿命に達したり故障したりした場合には、プロセスカートリッジ４１を全体として交換する。このため、感光体ドラム１４や帯電装置１５等の各部材を個々に交換する場合に比べて、各部材の位置関係を一定に維持することができ、感光体ドラム１４の帯電性能、現像装置１６による現像性能等を良好に維持することができ、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】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図である。
【図２】帯電装置を示す斜視図である。
【図３】帯電装置を示す縦断側面図である。
【図４】帯電装置の一部を示す分解斜視図である。
【図５】コロナ放電が行われる領域の気体における窒素濃度と放電開始電圧との関係、及び、コロナ放電が行われる領域の気体における窒素濃度と感光体ドラムの帯電電位と直流印加電圧との関係を示すグラフである。
【図６】直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してコロナ放電を行った場合における、コロナ放電が行われる領域の気体における窒素濃度と、帯電電位が一定になる変曲点における交流電圧のピーク間電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態の帯電装置を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の帯電装置を示す縦断側面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態の画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００６３】
６ 露光装置
８ 転写装置
１４ 感光体
１５ 帯電装置
１５Ａ 帯電装置
１５Ｂ 帯電装置
１６ 現像装置
１８ 帯電部
１９ 気体供給部
２０ 電圧印加部
２１ ケース
３４ 気体富化膜
３８ 帯電部
３９ ケース
４１ プロセスカートリッジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置、プロセスカートリッジ及びこれらの帯電装置又はプロセスカートリッジを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置においては、電子写真方式による画像形成方法を採用したものが広く普及している。電子写真方式による画像形成は、以下のようにして行われる。まず、光照射の程度によって抵抗値などが変化する感光体の外周面を均一に帯電させ、感光体の外周面にレーザ光などを照射することにより出力画像に応じた静電潜像を形成する。ついで、感光体の外周面に形成された静電潜像に対し帯電したトナーを付着させ、静電潜像を現像してトナー画像を形成する。ついで、感光体の外周面上に形成されたトナー画像を記録媒体に転写し、トナー画像が転写された記録媒体に熱と圧力とを印加することによりトナー画像を記録媒体に定着させる。
【０００３】
感光体の外周面を帯電する方法としては、コロナ帯電法、接触帯電法、非接触帯電法等が知られている。コロナ帯電法は、タングステン等のワイヤを感光体の長手方向に沿って感光体と平行に配設し、ワイヤに数ｋＶの高電圧を印加してコロナ放電を発生させ、ワイヤの周囲の空気中の元素をイオン化し、そのイオンを感光体の外周面に付着させる方法である。接触帯電法は、感光体の外周面に帯電ローラを接触させて配置し、帯電ローラに電圧を印加することにより帯電ローラと感光体との隙間部分にコロナ放電を発生させ、このコロナ放電によって感光体の外周面を帯電する方法である。非接触帯電法は、感光体の外周面との間に微小な間隔を持って帯電ローラを配置し、帯電ローラに電圧を印加することにより帯電ローラと感光体との隙間部分にコロナ放電を発生させ、このコロナ放電により感光体の外周面を帯電する方法である。
【０００４】
コロナ帯電法によれば、ワイヤでコロナ放電を発生させ、このコロナ放電により発生したイオンを感光体の外周面に付着させているので、感光体の帯電に利用される電力はワイヤに供給した電力の５〜３０％にすぎず、電力の有効利用が図れていない。これに対し、接触帯電法、非接触帯電法によれば、帯電ローラと感光体との間でコロナ放電が生じるため、電力の有効利用を図ることができる。
【０００５】
また、特許文献１、２に開示されたように、コロナ放電が行われる領域に低酸素の気体を供給することにより、コロナ放電に伴って大気中の酸素がイオン化されることにより発生するオゾン（Ｏ３）や窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減させるようにした発明が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−９５４５９号公報
【特許文献２】特開平１１−３０５５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、接触帯電法、非接触帯電法によれば、コロナ帯電法の場合と比較して、放電が帯電ローラと感光体との間で行われるので、感光体の外周面に対して放電の衝撃が作用し、この放電の衝撃によって感光体の外周面が劣化しやすい。特に、感光体の帯電の均一化を図るために、直流電圧に放電開始電圧の２倍程度のピーク間電圧の交流電圧を重畳した電圧を印加した場合には、放電回数が交流電圧の周波数に応じて大幅に増加し、放電に伴って感光体に作用する衝撃が大幅に増大し、感光体の劣化が著しくなる。
【０００８】
また、特許文献１、２に開示された発明によれば、酸素濃度が大気より低い気体を放電領域に供給しているため、オゾンや窒化酸化物の発生量を低減できると考えられる。しかし、放電のために印加する電圧については何ら考慮されておらず、放電の衝撃による感光体の劣化を低減させることはできない。さらに、放電領域に供給された気体の酸素濃度を低くした場合において、酸素濃度の低下に伴って窒素の割合が高くなった場合には、パッシェンの法則により放電開始電圧が下がるので、放電のために印加する電圧について何ら考慮されていないとすれば、感光体に対する放電の衝撃が増大し、感光体の劣化が増大する。
【０００９】
本発明の目的は、感光体を帯電させるためにコロナ放電を行った場合に、必要な帯電を行いながらコロナ放電による感光体の劣化を低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明の帯電装置は、対向する感光体をコロナ放電により帯電する帯電部と、放電開始電圧が大気中より低くなる気体をコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、前記感光体をコロナ放電により必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、を具備する。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の酸素の少なくとも一部を窒素とヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の帯電装置において、放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の窒素の少なくとも一部をヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項２記載の帯電装置において、前記気体供給部は、大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜を備えている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項２又は４記載の帯電装置において、酸素を窒素と置換することにより得られた気体の窒素濃度は８５％以上である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一記載の帯電装置において、前記帯電部と前記感光体とは接触させて配置され又は非接触に近接配置され、前記帯電部と前記感光体との間の隙間部分が放電領域とされている。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一記載の帯電装置において、前記電圧印加部から印加される電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧である。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一記載の帯電装置において、前記帯電部と、コロナ放電が行われる領域と、前記感光体の外周面におけるコロナ放電により帯電される領域とを囲むケースを備え、前記気体供給部から供給される気体が前記ケース内に導入される。
【００１８】
請求項９記載の発明のプロセスカートリッジは、感光体とこの感光体をコロナ放電により帯電する帯電部とを共に支持して本体ケース内に着脱可能に装着され、前記帯電部の周囲のコロナ放電が行われる領域が気体供給部から供給される気体であって放電開始電圧が大気中より低くなる気体で満たされ、前記感光体をコロナ放電により帯電するために電圧印加部から前記帯電部に印加される電圧が大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加される電圧より低い電圧とされる。
【００１９】
請求項１０記載の発明の画像形成装置は、請求項９記載のプロセスカートリッジと、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を前記プロセスカートリッジ内のコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、前記プロセスカートリッジ内の前記感光体をコロナ放電により帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、前記プロセスカートリッジ内の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、静電潜像が現像装置により現像されて形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、を具備する。
【００２０】
請求項１１記載の発明の画像形成装置は、感光体と、この感光体を一様に帯電する請求項１ないし８のいずれか一記載の帯電装置と、一様に帯電された後の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、前記感光体に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置と、現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、を有する。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明の帯電装置によれば、感光体を帯電させるためのコロナ放電が行われる領域の気体が、放電開始電圧が大気中より低くなる気体であり、コロナ放電によって感光体を帯電するために電圧印加部から帯電部に印加する電圧が大気中でのコロナ放電により感光体を必要な帯電電位に帯電するために印加する電圧よりも低いため、感光体を帯電させるためのコロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制できる。また、帯電部に印加する電圧が下がるので、消費電力を軽減できる。
【００２２】
請求項２記載の発明の帯電装置によれば、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンは、放電開始電圧が酸素より低くなる気体であるので、これらの気体を大気中の酸素と置換することにより、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を得ることができる。
【００２３】
請求項３記載の発明の帯電装置によれば、ヘリウム、アルゴン、ネオンは、放電開始電圧が窒素より低くなる気体であるので、これらの気体を大気中の窒素と置換することにより、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を得ることができる。
【００２４】
請求項４記載の発明の帯電装置によれば、気体供給部が大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜を備えているので、窒素富化膜を用いて大気中から酸素を分離除去することにより、放電開始電圧が大気中より低くなる気体を容易に得ることができる。
【００２５】
請求項５記載の発明の帯電装置によれば、酸素を窒素と置換することにより得られた気体の窒素濃度を８５％以上とすることにより、放電開始電圧を大気中での放電開始電圧より下げることができ、それに伴い、感光体を必要な帯電電位に帯電させるために帯電部に印加する電圧を下げることができる。
【００２６】
請求項６記載の発明の帯電装置によれば、帯電部と感光体とを接触させて配置した接触帯電法、又は、帯電部と感光体とを非接触に近接配置した非接触帯電法で感光体を帯電させる場合において、放電開始電圧が低くなり、感光体を必要な帯電電位に帯電させるために帯電部に印加する電圧が低くなるので、コロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制できる。
【００２７】
請求項７記載の発明の帯電装置によれば、感光体を帯電させるために電圧印加部により印加される電圧が直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧である場合には、帯電部に印加する交流電圧（交流ピーク間電圧）を下げることができ、コロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制できる。
【００２８】
請求項８記載の発明の帯電装置によれば、気体供給部から供給された気体であって帯電開始電圧が大気中より低くなる気体をコロナ放電が行われる領域内に留まらせることができ、コロナ放電が行われる領域を当該気体によって確実に乱すことができ、コロナ放電を行うために印加する電圧を下げた場合でも感光体の帯電を確実に行うことができる。
【００２９】
請求項９記載の発明のプロセスカートリッジによれば、感光体を帯電させるためのコロナ放電が行われる領域の気体が、放電開始電圧が大気中より低くなる気体であり、コロナ放電によって感光体を帯電するために電圧印加部から帯電部に印加する電圧が大気中でのコロナ放電により感光体を必要な帯電電位に帯電するために印加する電圧よりも低いため、感光体を帯電させるためのコロナ放電による感光体に対する衝撃を軽減でき、感光体の劣化を抑制でき、プロセスカートリッジの長寿命化を図ることができる。また、帯電部に印加する電圧が下がるので、消費電力を軽減できる。さらに、感光体と帯電部との位置関係を安定させることができ、安定した帯電性能を維持できる。
【００３０】
請求項１０記載の発明の画像形成装置によれば、請求項９記載の発明と同じ効果を奏することができる。
【００３１】
請求項１１記載の発明の画像形成装置によれば、請求項１ないし８のいずれか一記載の発明と同じ効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。図１は画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図、図２は帯電装置を示す斜視図、図３は帯電装置を示す縦断側面図、図４は帯電装置の一部を示す分解斜視図である。
【００３３】
図１に示すように、画像形成装置である複写機１の本体ケース２内には、プリンタエンジン３、給紙部４、給紙ローラ５、露光装置６、レジストローラ７、転写装置８、定着装置９、排紙ローラ１０等が設けられている。本体ケース２の上部には、原稿の画像を読み取るスキャナ１１が設けられている。本体ケース２内には、給紙部４から給紙された記録媒体Ｐが排紙トレイ１２に向けて搬送される搬送経路１３が形成され、この搬送経路１３上に、給紙ローラ５、レジストローラ７、プリンタエンジン３、転写装置８、定着装置９、排紙ローラ１０等が配置されている。
【００３４】
プリンタエンジン３は、スキャナ１１で読み取った原稿の画像に応じたトナー画像を形成する部分であり、感光体である感光体ドラム１４、帯電装置１５、現像装置１６、クリーニング装置１７等により構成されている。プリンタエンジン３によるトナー画像の形成時には、モータ（図示せず）に連結されている感光体ドラム１４がモータにより駆動されて中心線回りに矢印ａ方向に回転し、感光体ドラム１４の外周面が帯電装置１５により一様に帯電される。一様に帯電された感光体ドラム１４が露光装置６から出射されたレーザー光により露光される。露光装置６から出射されたレーザ光は、スキャナ１１で読み取った原稿の画像に応じた画像データに基づいて出射された光であり、このレーザー光の露光により感光体ドラム１４の外周面に原稿の画像に対応した静電潜像が形成される。
【００３５】
静電潜像が形成された感光体ドラム１４に対して現像装置１６からトナーが供給され、供給されたトナーが静電潜像に付着することにより感光体ドラム１４上にトナー画像が形成される。このトナー画像は、搬送経路１３上を搬送された記録媒体Ｐ上に転写装置８の作用で転写される。トナー画像が記録媒体Ｐに転写された後の感光体ドラム１４の外周面はクリーニング装置１７によりクリーニングされ、記録媒体Ｐに転写されずに感光体ドラム１４上に残留したトナーが除去される。
【００３６】
トナー画像が転写された記録媒体Ｐは引き続き搬送経路１３上を搬送され、定着装置９において熱と圧力とを加えられてトナーが溶融され、溶融したトナーが記録媒体Ｐに溶着することによりトナー画像が記録媒体Ｐに定着される。
【００３７】
ここで、帯電装置１５について説明する。帯電装置１５は、帯電部である帯電ローラ１８、帯電ローラ１８を収納するケース２１、気体供給部１９、電圧印加部２０等により構成されている。
【００３８】
帯電ローラ１８は、感光体ドラム１４の長手方向に沿って感光体ドラム１４と平行に配設されている。帯電ローラ１８は、樹脂に導電性粉体を分散した導電性材料等で形成されたローラ部１８ａと、ステンレス鋼等で形成された軸部１８ｂと、ローラ部１８ａの長手方向の両端に形成された大径部（図示せず）とから形成されている。軸部１８ｂにはモータ（図示せず）が連結され、帯電ローラ１８はモータにより駆動されて中心線回りに矢印ｂ方向に回転する。帯電ローラ１８を感光体ドラム１４に平行に対向させて配置したとき、大径部が感光体ドラム１４の長手方向の両端外周面に当接し、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４の外周面との間に所定寸法の隙間“Ｇ”を確保する。この隙間部分が、帯電ローラ１８と感光体ドラム１４との間でコロナ放電が行われる領域とされている。即ち、本実施の形態では、帯電ローラ１８と感光体ドラム１４とを非接触に近接配置して感光体ドラム１４を帯電させる非接触帯電法を採用している。
【００３９】
電圧印加部２０は、帯電ローラ１８の軸部１８ｂの一端側に接続されている。この電圧印加部２０は、直流電圧発生部と交流電圧発生部とを有し、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を帯電ローラ１８に印加する。この電圧印加により、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４との間の隙間“Ｇ”の部分でコロナ放電が発生し、このコロナ放電により感光体ドラム１４の外周面が一様に帯電される。この場合、例えば、直流電圧発生部では−７５０Ｖの直流電圧を発生させ、交流電圧発生部では放電開始電圧の２倍程度のピーク間電圧の交流電圧を発生させている。
【００４０】
ケース２１は、帯電ローラ１８を収納する長尺形状に形成された本体ケース２１ａと本体ケース２１ａの長手方向両端に連結された側板２１ｂとにより形成され、帯電ローラ１８、帯電ローラ１８と感光体ドラム１４との間のコロナ放電が行われる領域、感光体ドラム１４の外周面におけるコロナ放電により帯電される領域を囲んで配置されている。本体ケース２１ａには、帯電ローラ１８を収納可能である空間２２が形成されている。側板２１ｂには、貫通孔２３、凹部２４、係合溝２５、係合凸部２６、位置決め凸部２７等が形成されている。本体ケース２１ａと側板２１ｂとの連結は、係合凸部２６を空間２２の端部に嵌合し、位置決め凸部２７を本体ケース２１ａに形成された位置決め凹部２８に嵌合することにより行われている。本体ケース２１ａの空間２２内に帯電ローラ１８を収納し、この本体ケース２１ａの両端に側板２１ｂを連結したとき、帯電ローラ１８の軸部１８ｂは貫通孔２３を貫通する位置に位置付けられる。貫通孔２３の内周部には、軸部１８ｂの外周面に摺接される軸シール２９が取り付けられている。
【００４１】
内部に帯電ローラ１８を収納したケース２１は、係合溝２５を本体ケース２内に設けられている突起部３０に係合させることにより本体ケース２内に取付けられ、係合溝２５と突起部３０との係合によりケース２１は感光体ドラム１４に接離する方向にスライド移動可能とされている。側板２１ｂの凹部２４には、圧縮スプリング３１の一端が嵌合されている。圧縮スプリング３１の他端は本体ケース２の固定部材（図示せず）に当接され、圧縮スプリング３１の付勢力によりケース２１は感光体ドラム１４側に向けて付勢されている。
【００４２】
本体ケース２１ａにおける感光体ドラム１４の外周面に対向する縁部には、感光体ドラム１４の長手方向に沿って延出したシール部材３２が貼付けられている。シール部材３２はウレタンゴム材料からなる薄いシート状部材であって可撓性を有し、シール部材３２の先端部は感光体ドラム１４の外周面に摺接されている。また、側板２１ｂにおける感光体ドラム１４の外周面に対向する縁部には、弧状に形成されて感光体ドラム１４の外周面に摺接するシール部材３３が貼付けられている。シール部材３３は、発泡ポリウレタンとフッ素樹脂のテープとの２層構造になっている部材であり、フッ素樹脂のテープが感光体ドラム１４の外周面に摺接されている。
【００４３】
帯電ローラ１８を収納したケース２１が本体ケース２内の所定位置に取付けられているとき、圧縮スプリング３１の付勢力によりケース２１が感光体ドラム１４の方向に付勢され、帯電ローラ１８の両端の大径部が感光体ドラム１４の外周面に当接されることによりケース２１及び帯電ローラ１８が位置決めされ、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４との隙間“Ｇ”が一定に維持される。また、帯電ローラ１８を収納したケース２１が本体ケース２内の所定位置に取付けられているとき、シール部材３２、３３が感光体ドラム１４の外周面に当接されることにより、ケース２１内における帯電ローラ１８を収納している空間の気密性が維持され、この空間内への大気の入り込みが防止される。
【００４４】
気体供給部１９は、放電開始電圧が大気中より低くなる気体をケース２１内の帯電ローラ１８が収納されている空間に供給する機構であり、放電開始電圧が大気中より低くなる気体として、本実施の形態では、大気中の酸素の一部を窒素に置換した気体（窒素富化気体）を用いている。この気体供給部１９は、大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜３４、大気を吸入して窒素富化膜３４側に送り込むポンプ３５、窒素富化膜３４で酸素を除去された気体（即ち、大気中の酸素の一部を窒素に置換することにより窒素の割合が高くなった気体）の供給量を制御する弁３６等により構成されている。気体供給部１９とケース２１との間には、気体供給部１９からケース２１内に気体（窒素富化気体）を供給するための供給パイプ３７が接続されている。窒素富化膜３４による酸素除去時間を長くし、又は、窒素富化膜３４による酸素の除去を繰り返すことにより、気体中の酸素濃度を限りなく０％に近づけることができる。気体供給部１９からケース２１内に供給された気体は、ケース２１内の圧力がある値に達すると、感光体ドラム１４に当接されているシール部材３２を感光体ドラム１４から浮き上がらせ、ケース２１外に排気される。
【００４５】
ここで、気体供給部１９で作り出した気体（窒素富化気体）のなかでコロナ放電を行うと、大気中でコロナ放電を行う場合と比較して、放電開始電圧が下がる。これは、パッシェンの法則と言われ、大気中の酸素の少なくとも一部を窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオンの少なくとも一つと置換することにより放電開始電圧を下げることができる（東京電気大学出版部発行、Ｓ３９.４.１初版発行、大学講座：気体放電現象；Ｐ６８．表４．１参照）。
【００４６】
図５は、コロナ放電が行われる領域に存在する気体における窒素濃度と放電開始電圧との関係、及び、コロナ放電が行われる領域に存在する気体における窒素濃度と感光体ドラム１４の帯電電位と直流印加電圧との関係を示すグラフである。この図５のグラフによれば、窒素濃度が８５％以上の気体（窒素富化気体）の中でコロナ放電を行えば、大気中でコロナ放電を行う場合と比較して、放電開始電圧を約１５０Ｖ下げることができ、感光体ドラム１４を目的とする帯電電位に帯電させるために帯電ローラ１８に印加する電圧を約１５０Ｖ下げることができることが判明した。
【００４７】
本実施の形態では、大気中の酸素を窒素に置換した気体を用いた場合を例に挙げて説明したが、パッシェンの法則に従えば、大気中の酸素をヘリウム、アルゴン、ネオンで置換した場合も同様に放電開始電圧を下げることができ、必要な帯電電位を得るために印加する電圧を下げることができる。
【００４８】
また、パッシェンの法則に従えば、ヘリウム、アルゴン、ネオンは窒素に比べて放電開始電圧が低いので、大気中の酸素の割合を代えずに、大気中の窒素をヘリウム、アルゴン、ネオンで置換した場合にも、放電開始電圧を下げることができ、必要な帯電電位を得るために印加する電圧を下げることができる。なお、ヘリウム、アルゴン、ネオンを使用する場合には、これらの気体を貯溜したボンベを用い、酸素富化膜で除去した窒素に代えてヘリウム、アルゴン、ネオンを供給する。
【００４９】
図６は、窒素富化気体中と大気中とで直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してコロナ放電を行い、感光体ドラム１４を帯電した場合において、感光体ドラム１４の帯電電位が一定となる変曲点に達するときの交流電圧のピーク間電圧を測定した結果を示すグラフである。なお、印加した直流電圧は−７５０Ｖとした。
【００５０】
図６のグラフによれば、窒素富化気体中でコロナ放電を行った場合には、大気中でコロナ放電を行った場合に比べて、変曲点に達するときの交流電圧のピーク間電圧を約２００Ｖ下げられることが判明した。このため、電圧印加部２０から帯電ローラ１８に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により感光体ドラム１４を帯電させる場合に印加する電圧よりも低くすることができる。したがって、感光体ドラム１４を均一に帯電させるためのコロナ放電の繰り返しによる感光体ドラム１４に対する衝撃を軽減でき、感光体ドラム１４の劣化を抑制して感光体ドラム１４の耐久性を向上させることができる。さらに、印加する電圧が下がることにより、帯電のための消費電力を軽減することができる。
【００５１】
本発明の第２の実施の形態を図７に基づいて説明する。なお、本実施の形態及び他の実施の形態において、先行して説明した実施の形態において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する。図７は、帯電装置を示す縦断側面図である。
【００５２】
本実施の形態の基本的構造は第１の実施の形態と同じであり、本実施の形態と第１の実施の形態とが異なる点は、第１の実施の形態の帯電装置１５では非接触帯電法を採用しているのに対し、本実施の形態の帯電装置１５Ａでは接触帯電法を採用している点である。即ち、本実施の形態では、帯電ローラ１８のローラ部１８ａが感光体ドラム１４の外周面に接触して配置されている。帯電ローラ１８と感光体ドラム１４との間のコロナ放電は、ローラ部１８ａと感光体ドラム１４との接触部の前後における楔形状の隙間部分“Ｓ”で発生する。
【００５３】
本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して、帯電方式を非接触帯電から接触帯電に変更したものであり、他の構成は第１の実施の形態と同じである。このため、本実施の形態では、第１の実施の形態で得られた作用、効果と同じ作用、効果が得られる。
【００５４】
本発明の第３の実施の形態を図８に基づいて説明する。図８は、帯電装置を示す縦断側面図である。
【００５５】
本実施の形態の帯電装置１５Ｂでは、コロナ帯電法を採用している。この帯電装置１５Ｂでは、感光体ドラム１４と平行に帯電部であるワイヤ３８が配設されている。ワイヤ３８には直流電圧を印加する電圧印加部（図示せず）が接続されている。ワイヤ３８と、ワイヤ３８の周囲のコロナ放電が行われる領域と、感光体ドラム１４の外周面におけるコロナ放電により発生したイオンが付着することにより帯電される領域とを囲むケース３９が設けられている。ケース３９には、気体供給部１９で作製された気体（窒素富化気体）が供給される供給パイプ３７、ケース３９内への大気の入り込みを防止するためのシール部材３２等が設けられている。
【００５６】
このような構成において、本実施の形態においても帯電開始電圧を低くすることができ、感光体ドラム１４を必要な帯電電位に帯電させるためにワイヤ３８に印加する電圧を大気中でコロナ放電する場合よりも低くすることができる。これにより、コロナ放電による感光体ドラム１４に対する衝撃を軽減でき、感光体ドラム１４の劣化を抑制でき、帯電のための消費電力を軽減できる。
【００５７】
本発明の第４の実施の形態を図９に基づいて説明する。図９は画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図である。
【００５８】
画像形成装置である本実施の形態の複写機１Ａでは、帯電ローラ１８と、感光体ドラム１４と、現像装置１６と、クリーニング装置１７とをカートリッジケース４０内に収納したプロセスカートリッジ４１が用いられている。プロセスカートリッジ４１は、本体ケース２内に着脱可能に装着されている。
【００５９】
プロセスカートリッジ４１を本体ケース２内に装着することにより、本体ケース２内に設けられている気体供給部１９からの気体がケース２１内に供給可能となるように気体供給部１９とケース２１とを接続する接続機構（図示せず）が設けられている。また、プロセスカートリッジ４１を本体ケース２内に装着することにより、電圧印加部２０からの電圧が帯電ローラ１８に印加可能となるように電圧印加部２０と帯電ローラ１８とを接続する接続機構（図示せず）が設けられている。
【００６０】
このような構成において、このプロセスカートリッジ４１を用いた複写機１Ａでは、プロセスカートリッジ４１内の帯電ローラ１８の周囲に気体供給部１９で作り出した気体（窒素富化気体）が供給され、電圧印加部２０から帯電ローラ１８に印加される電圧も低くなっているため、第１の実施の形態の複写機１で説明した帯電装置１５による作用、効果と同じ作用、効果を奏することができる。
【００６１】
また、本実施の形態では、プロセスカートリッジ４１を構成する部材のいずれかの部材が寿命に達したり故障したりした場合には、プロセスカートリッジ４１を全体として交換する。このため、感光体ドラム１４や帯電装置１５等の各部材を個々に交換する場合に比べて、各部材の位置関係を一定に維持することができ、感光体ドラム１４の帯電性能、現像装置１６による現像性能等を良好に維持することができ、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】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態の画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図である。
【図２】帯電装置を示す斜視図である。
【図３】帯電装置を示す縦断側面図である。
【図４】帯電装置の一部を示す分解斜視図である。
【図５】コロナ放電が行われる領域の気体における窒素濃度と放電開始電圧との関係、及び、コロナ放電が行われる領域の気体における窒素濃度と感光体ドラムの帯電電位と直流印加電圧との関係を示すグラフである。
【図６】直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加してコロナ放電を行った場合における、コロナ放電が行われる領域の気体における窒素濃度と、帯電電位が一定になる変曲点における交流電圧のピーク間電圧との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態の帯電装置を示す縦断側面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の帯電装置を示す縦断側面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態の画像形成装置である複写機の概略構造を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００６３】
６ 露光装置
８ 転写装置
１４ 感光体
１５ 帯電装置
１５Ａ 帯電装置
１５Ｂ 帯電装置
１６ 現像装置
１８ 帯電部
１９ 気体供給部
２０ 電圧印加部
２１ ケース
３４ 気体富化膜
３８ 帯電部
３９ ケース
４１ プロセスカートリッジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する感光体をコロナ放電により帯電する帯電部と、
放電開始電圧が大気中より低くなる気体をコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、
前記感光体をコロナ放電により必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、
を具備する帯電装置。
【請求項２】
放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の酸素の少なくとも一部を窒素とヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の窒素の少なくとも一部をヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である請求項１記載の帯電装置。
【請求項４】
前記気体供給部は、大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜を備えている請求項２記載の帯電装置。
【請求項５】
酸素を窒素と置換することにより得られた気体の窒素濃度は８５％以上である請求項２又は４記載の帯電装置。
【請求項６】
前記帯電部と前記感光体とは接触させて配置され又は非接触に近接配置され、前記帯電部と前記感光体との間の隙間部分が放電領域とされている請求項１ないし５のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項７】
前記電圧印加部から印加される電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧である請求項１ないし６のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項８】
前記帯電部と、コロナ放電が行われる領域と、前記感光体の外周面におけるコロナ放電により帯電される領域とを囲むケースを備え、前記気体供給部から供給される気体が前記ケース内に導入される請求項１ないし７のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項９】
感光体とこの感光体をコロナ放電により帯電する帯電部とを共に支持して本体ケース内に着脱可能に装着され、前記帯電部の周囲のコロナ放電が行われる領域が気体供給部から供給される気体であって放電開始電圧が大気中より低くなる気体で満たされ、前記感光体をコロナ放電により帯電するために電圧印加部から前記帯電部に印加される電圧が大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加される電圧より低い電圧とされるプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項９記載のプロセスカートリッジと、
放電開始電圧が大気中より低くなる気体を前記プロセスカートリッジ内のコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、
前記プロセスカートリッジ内の前記感光体をコロナ放電により帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、
前記プロセスカートリッジ内の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、
静電潜像が現像装置により現像されて形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
を具備する画像形成装置。
【請求項１１】
感光体と、
この感光体を一様に帯電する請求項１ないし８のいずれか一記載の帯電装置と、
一様に帯電された後の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、
前記感光体に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置と、
現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
を有する画像形成装置。
【請求項１】
対向する感光体をコロナ放電により帯電する帯電部と、
放電開始電圧が大気中より低くなる気体をコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、
前記感光体をコロナ放電により必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を必要な帯電電位に帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、
を具備する帯電装置。
【請求項２】
放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の酸素の少なくとも一部を窒素とヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
放電開始電圧が大気中より低くなる気体は、大気中の窒素の少なくとも一部をヘリウムとアルゴンとネオンとの少なくとも一つと置換した気体である請求項１記載の帯電装置。
【請求項４】
前記気体供給部は、大気中の酸素を分離除去する窒素富化膜を備えている請求項２記載の帯電装置。
【請求項５】
酸素を窒素と置換することにより得られた気体の窒素濃度は８５％以上である請求項２又は４記載の帯電装置。
【請求項６】
前記帯電部と前記感光体とは接触させて配置され又は非接触に近接配置され、前記帯電部と前記感光体との間の隙間部分が放電領域とされている請求項１ないし５のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項７】
前記電圧印加部から印加される電圧は、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧である請求項１ないし６のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項８】
前記帯電部と、コロナ放電が行われる領域と、前記感光体の外周面におけるコロナ放電により帯電される領域とを囲むケースを備え、前記気体供給部から供給される気体が前記ケース内に導入される請求項１ないし７のいずれか一記載の帯電装置。
【請求項９】
感光体とこの感光体をコロナ放電により帯電する帯電部とを共に支持して本体ケース内に着脱可能に装着され、前記帯電部の周囲のコロナ放電が行われる領域が気体供給部から供給される気体であって放電開始電圧が大気中より低くなる気体で満たされ、前記感光体をコロナ放電により帯電するために電圧印加部から前記帯電部に印加される電圧が大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加される電圧より低い電圧とされるプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
請求項９記載のプロセスカートリッジと、
放電開始電圧が大気中より低くなる気体を前記プロセスカートリッジ内のコロナ放電が行われる領域に供給する気体供給部と、
前記プロセスカートリッジ内の前記感光体をコロナ放電により帯電するために前記帯電部に印加する電圧を、大気中でのコロナ放電により前記感光体を帯電するために前記帯電部に印加する電圧より低い電圧とする電圧印加部と、
前記プロセスカートリッジ内の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、
静電潜像が現像装置により現像されて形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
を具備する画像形成装置。
【請求項１１】
感光体と、
この感光体を一様に帯電する請求項１ないし８のいずれか一記載の帯電装置と、
一様に帯電された後の前記感光体を画像データに基づいて露光することにより前記感光体に静電潜像を形成する露光装置と、
前記感光体に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置と、
現像されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
を有する画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３５９４（Ｐ２００６−３５９４Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１７９４７９（Ｐ２００４−１７９４７９）
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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