JP4262191B2 - 接触帯電手段を具備した、画像形成装置及び画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、接触帯電手段を具備した、画像形成装置及び画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジに関する。

従来より、例えば電子写真方式を採用する画像形成装置において、感光体等の被帯電体表面を帯電させるための手段として、帯電部材を被帯電体表面に直接接触させて被帯電体表面を帯電させる、いわゆる接触帯電手段が広く知られている。

ここで、電子写真方式の画像形成装置としては、例えば複写機、プリンタ（例えば、ＬＥＤプリンタ、レーザービームプリンタ等）、ファクシミリ装置、及び、ワードプロセッサ等が含まれる。

又、プロセスカートリッジとは、帯電手段、現像手段及びクリーニング手段と電子写真感光体（被帯電体）とを一体的にカートリッジ化し、このカートリッジを画像形成装置本体に対して着脱可能とするものであるか、又は少なくとも電子写真感光体と帯電手段とを一体的にカートリッジ化して画像形成装置本体に着脱可能とするものをいう。

特許文献１において、接触帯電手段の帯電ローラを、被帯電体としての感光ドラム表面に対する接触を確実なものとするために、帯電ローラの長手方向中央部から両端部に向かうにつれて連続的にその外径が小さくなっている、所謂クラウン形状とする構成が提案している。

これについて、図５と図６を用いて説明する。図５において、１０１は有機感光層を有し、所定のプロセススピードをもって回転駆動される被帯電体としての感光ドラムである。１０２は接触帯電部材としての帯電ローラである。導電性芯金１０２ａと、この導電性芯金１０２ａの外周面に被覆された弾性層１０２ｂとから成る。そしてこの導電性芯金１０２ａの両端部は各々軸受１０３により軸受保持される。更にこの軸受１０３が各々固定のバネ受け部材１０７との間に縮設した加圧バネ１０４により感光ドラム方向に所定の加圧力Ｆをもって付勢される。これにより、帯電ローラ１０２は感光ドラム１０１に加圧接触される。

帯電ローラ１０２は感光ドラム１０１の回転に伴い従動回転する。そして、高圧電源１０５より、接点１０６、加圧バネ１０４、軸受１０３、導電性芯金１０２ａ等の部材を介して、例えば直流成分に交流成分が重畳された振動電圧が帯電バイアスとして印加される。これにより、感光ドラム１０１の表面が所定の電位に帯電される。

前記軸受１０３はプラスチック材料で形成されている。このうちの少なくとも帯電ローラ１０２に給電する側の軸受は、その成型時において、プラスチック材料中にカーボンファイバ等を分散させることにより、その抵抗値が１０^３〜１０^４〔Ω・ｃｍ〕となるように導電性を持たせている。

帯電ローラ１０２は、感光ドラム表面に対する接触を確実なものとするために、図６に示すように、帯電ローラの長手方向中央部から両端部に向かうにつれて連続的にその外径が小さくなっている、所謂クラウン形状とする構成にしてある。これは、前述したように帯電ローラ１０２は、その長手方向両端部において加圧バネ１０４により付勢されて感光ドラム表面に当接しているため、少なからず帯電ローラ１０２が弓状に撓んでしまい、例えば実質円筒形状の所謂ストレート形状の帯電ローラの場合、その長手方向中央部において、感光ドラムと帯電ローラとの間に微小な間隙が生じてしまうことによる局所的な帯電不良等の不具合の発生を防止することが目的である。すなわち、帯電ローラをクラウン形状にすることにより、その長手方向中央部は感光ドラム表面から浮くことは解消される。
特開平４−２３０７７６号公報（第２図）

上記の従来技術は、当時としては望まれていた性能を十分に満たすものであった。しかし、近年、更なる性能の向上が求められるようになってきた。

本発明は、上記従来技術を更に発展させたものである。その目的とするところは、帯電部材の被帯電体表面に対する加圧力を極力低く抑えつつも、これを被帯電体表面に確実に接触させ、帯電不良や、帯電部材の永久変形等の発生を更に抑制することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、少なくとも、回転可能な被帯電体と、該被帯電体表面に接触し前記被帯電体表面を所定の電位に帯電させる、弾性部を有する回転可能な帯電部材とを有する画像形成装置において、前記帯電部材の弾性部は、その長手方向中央部から両端部に向かうにつれて連続的にその外径が大きくなっている所謂逆クラウン形状であるとともに、前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸とが、前記被帯電体と前記帯電部材の中央部において所定の角度θをもって交差する位置関係にあることを特徴とする。

また、上記目的を達成するための本発明に係るプロセスカートリッジの代表的な構成は、少なくとも、回転可能な被帯電体と、該被帯電体表面に接触し前記被帯電体表面を所定の電位に帯電させる、弾性部を有する回転可能な帯電部材とを有し、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記帯電部材の弾性部は、その長手方向中央部から両端部に向かうにつれて連続的にその外径が大きくなっている所謂逆クラウン形状であるとともに、前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸とが、前記被帯電体と前記帯電部材の中央部において所定の角度θをもって交差する位置関係にあることを特徴とする。

上記の本発明によれば、帯電部材の形状を逆クラウン形状とし、かつこれを被帯電体との間に角度をもって交差する位置関係に配置するために、加圧バネの如き積極的な付勢手段を必要とせず、被帯電体表面に対する加圧力を極力低く抑えつつも、被帯電体表面に実質的に倣うように帯電部材を接触させることができて、帯電不良や、帯電部材の永久変形等の発生を更に抑制することが可能となる。

以下に、本発明に係る実施例を示す。図１は本発明に係る接触帯電手段を具備した画像形成装置の概略構成図である。

（１）画像形成装置の全体的説明
この画像形成装置は、電子写真プロセスを用いた、接触帯電方式、プロセスカートリッジ着脱式の、レーザービームプリンタである。

１は像担持体（被帯電体）としての感光ドラムであり、ＯＰＣ等の感光材料がアルミニウム等のシリンダ状の基体の外周面に形成されており、その外径は３０〔ｍｍ〕である。画像形成装置がパーソナルコンピュータ等のホスト機器（不図示）からの印刷指令を受信すると、上記感光ドラム１は、矢印の方向に約１００〔ｍｍ／ｓｅｃ〕の周速度をもって回転駆動される。その回転駆動された感光ドラム表面は接触帯電部材としての帯電ローラ２によって、暗部電位Ｖ_Ｄとして約−６００〔ｖ〕に一様に帯電される。この帯電ローラ２には、不図示の帯電バイアス印加電源から帯電バイアスとして、例えば−６１０〔ｖ〕の直流電圧に、周波数１０００〔Ｈｚ〕、ピーク間電圧１８００〔ｖ〕の交流電圧を重畳した振動電圧が印加される。

次に、その感光ドラムの一様帯電面に対してレーザスキャナ３によって、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザビーム３ａによる走査露光が施され、明部電位Ｖ_Ｌとして約−１５０〔ｖ〕の静電潜像が形成される。

このように形成された静電潜像は、感光ドラム１に対向配置される現像装置４により、現像、可視化される。この現像装置４は、回転駆動される現像ローラ４ａを有するとともに、負極性に帯電されたトナー４ｂが内包されており、上記現像ローラ４ａに対しては、不図示の帯電バイアス印加電源から現像バイアスとして、例えば−３５０〔ｖ〕の直流電圧に、周波数２０００〔Ｈｚ〕、ピーク間電圧１８００〔ｖ〕の交流電圧を重畳した振動電圧が印加されている。現像方法としては、例えばジャンピング現像法が用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられる。

一方、所定の制御タイミングにて給紙ローラ１１が駆動されて給紙カセット１２内の転写材（記録材）Ｐが一枚分離給送されてレジストローラ１４を含むシートパス１３を搬送されて、感光ドラム１に圧接されるとともに、回転駆動される転写ローラ５と対向する転写部位６に所定のタイミングをもって給紙される。これにより、感光ドラム１上のトナー像は転写部位６において転写材Ｐの表面に静電転写される。転写ローラ５に対しては不図示の転写バイアス印加電源からトナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧（転写バイアス）が、転写部位６を転写材Ｐが挟持搬送されている間、印加される。

上記転写ローラ５は、ＳＵＳ等の芯金の外周面に、例えばエピクロルヒドリンゴムに導電材を分散した発泡ゴムを被覆し、その外径を１６〔ｍｍ〕に成型することにより得られる。

転写部位６を転写材Ｐは感光ドラム面から分離されて、シートパス１５を通って定着装置８へ搬送され、転写されているトナー像が固着画像として定着される。そして、シートパス１６を通って排紙トレイ部１７に画像形成物（プリント、コピー）として排出される。

また、転写部位６において転写材Ｐに対するトナー像の転写工程が終了した感光ドラム表面（転写材分離後の感光ドラム表面）は若干量残存する転写残留トナーがクリーニング装置７により除去されて清掃され、繰り返して作像に供される。クリーニング装置７は、板金等から成る支持部材の先端部に、ウレタンゴム等から成る弾性部材を有するクリーニングブレード７ａを具備しており、上記弾性部材の先端部を上記感光ドラム１の表面に対して、いわゆるカウンタ方向で所定の押圧力をもって当接させることにより、上記転写残留トナーを上記感光ドラム表面から除去する。

本実施例においては、前記感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング装置７が一体化されたプロセスカートリッジ１０を形成しており、このプロセスカートリッジ１０は画像形成装置本体に対して着脱可能となっている。１８はプロセスカートリッジ１０の装着支持部材である。

（２）帯電部材
図２は接触帯電部材としての帯電ローラ２の形状を示す模式図である。この帯電ローラ２は、以下のような方法にて作製した。即ち、１００〔℃〕におけるムーニー粘度２０のＥＰＤＭ：１００〔重量部〕、導電性カーボン：１０〔重量部〕とを充分混合したＥＰＤＭコンパウンド：５０〔重量部〕と、シリコーンゴム：１００〔重量部〕、ジクミルパーオキサイド：３〔重量部〕とを混合してシリコーン系ゴムを調整した後、導電性芯金２ａとしての直径６〔ｍｍ〕のＳＵＳ丸棒に対して同心に、前記シリコーン系ゴムをトランスファー成型にて１６０〔℃〕、１０〔分〕加硫して、長さ２３０〔ｍｍ〕、長手方向中央部における外径１１．９０〔ｍｍ〕、両端部における外径１２．０２〔ｍｍ〕の逆クラウン形状の導電性ゴムローラ部（弾性部）２ｂを成型した。

なお、この導電性ゴムローラの長手方向に沿う各部の抵抗を、ローラ外周に幅１０〔ｍｍ〕のアルミ箔を密着させて巻きつけ、導電性芯金とアルミ箔間に２５０〔ｖ〕の電圧を印加してテスターにて測定したところ、その抵抗値は８×１０^６〜５×１０^７〔Ω・ｃｍ〕の範囲でほぼ安定していた。

更にこの導電性ゴムローラの外周面に、メチロール化ナイロンにカーボンを３〔％〕分散させた塗料を膜厚８０〔μｍ〕になるようにコーティングして抵抗層とし、最終的に図２に示すような長手方向中央部における外径Ｒ_Ｃ：１２．０６〔ｍｍ〕、両端部における外径Ｒ_Ｓ：１２．１８〔ｍｍ〕の所謂６０〔μｍ〕の逆クラウン形状の帯電ローラ２を作製した。

次に、この帯電ローラ２を感光ドラム１の表面へ接触させる方法について説明する。本実施例においては図３の模式図に示すように、この帯電ローラ２は感光ドラム１に対して、感光ドラム１の回転軸１ａの軸線Ｄ−Ｄ’に対し、帯電ローラ２の回転軸２ａの軸線Ｃ−Ｃ’が、感光ドラム１と帯電ローラ２の中央部において所定の角度θをもって交差する位置関係にある。本実施例においては、交差角θとして０．３〔°〕の傾きをもって配置される。また、図４のように、帯電ローラ２の導電性芯金２ａの両端部は、対向する感光ドラム１の回転軸中心からの距離が予め決定された値となるように設けられた軸間距離固定部材１１により固定支持されており、従来使用されていた加圧バネ等の変位変動可能な付勢部材を有していない。

すなわち、接触帯電部材である帯電ローラ２は、その長手方向両端部において、実質的に帯電ローラ２を感光ドラム表面方向に押圧すべく変位変動可能な付勢部材を有さない固定部材１１により支持されることにより、その弾性部２ｂが感光ドラム表面に接触せしめられる。図４においては、感光ドラム１の回転軸１ａと帯電ローラ２の回転軸２ａは、各々の長手方向両端部において、これらの距離Ｌが予め決定された値となるように軸間距離固定部材１１により支持されている。

上記のように本帯電ローラ２は、その形状が逆クラウン形状であり、かつ上記のように感光ドラム１との間に角度をもって交差する位置関係にあるために、加圧バネの如き積極的な付勢手段を必要とせずとも、感光ドラム表面に実質的に倣うように接触させ得ることとなる。

そして本発明者らの検討によれば、帯電ローラ２と感光ドラム１との軸間距離Ｌ〔ｍｍ〕としては、帯電ローラ２の長手方向中央部における半径Ｒ_Ｃ／２と感光ドラム１の半径Ｒ_Ｄ／２との和から、帯電ローラ２の逆クラウン量の半値を減じた値、即ち、
L=(R_C+R_D)/2-((R_S-R_C)/2)/2=(R_C+R_D)/2-(R_S-R_C)/4
に設定することが好ましいことがわかった。

また、帯電ローラ２の逆クラウン量としては、その値が小さすぎる場合にはストレート形状に近くなることで感光ドラム表面に対する帯電ローラ２の接触が不充分な領域が生じ易くなってしまい、逆に大きすぎる場合には長手方向両端部での感光ドラム表面に対する接触圧が強くなってしまうために、その長手方向端部の外径Ｒ_Ｓが、中央部の外径Ｒ_Ｃよりも０．５〔％〕以上１０〔％〕以下、更には、１〔％〕以上５〔％〕以下の範囲で大きくすることが好ましい。

更に、感光ドラム１に対する帯電ローラ２の交差角θとしては、小さすぎる場合には感光ドラム１の表面に対する帯電ローラ２の接触が不充分な領域が生じ易くなってしまい、逆に大きすぎる場合には感光ドラム１の短手方向における、これを配置するために必要なスペースが大きくなってしまい、装置の大型化につながってしまうために、０．１〔°〕以上０．５〔°〕以下、更には０．２〔°〕以上０．４〔°〕以下とすることが好ましい。

そして上記接触帯電手段を画像形成装置本体に配置し、帯電ローラ２の導電性芯金２ａに帯電バイアスとしての前記振動電圧を印加して感光ドラム表面の帯電を行なわせて画像を出力させたところ、帯電不良等に起因する画像不良は発生せず、良好な画像が安定して出力できた。

また、本構成からなるプロセスカートリッジ１０を、４０〔℃〕、９５〔％〕なる苛酷環境下に１ヶ月静止保管した後、このプロセスカートリッジ１０を用いて画像を出力することにより不具合の有無を確認する、帯電ローラ２の永久変形に関する促進テストを行なった。

比較例として、６０〔μｍ〕の所謂クラウン形状を有する帯電ローラを、その導電性芯金の長手方向両端部において、加圧バネ（片側７００〔ｇｆ〕）により付勢し感光ドラム表面に対して圧接させたプロセスカートリッジも同時にテストを行なった。

その結果、本発明に係るプロセスカートリッジにあっては全て、如何なる画像パターンの画像を出力しても、何ら不具合は生じなかったものの、比較例としてのプロセスカートリッジにあっては、長手方向の一部分ではあるものの、帯電ローラの永久変形に起因する回転周期に対応したスジが、特にハーフトーン画像で観測された。

実施例１の、接触帯電手段を具備した画像形成装置の概略構成図である。 帯電ローラの形状を示す図である。 帯電ローラと感光ドラムの配置を示す図である。 帯電ローラと感光ドラムの位置決め方法を示す図である。 接触帯電手段の従来例を示す図である。 従来の帯電ローラの形状を示す図である。

符号の説明

１‥‥感光ドラム、２‥‥帯電ローラ、１１‥‥軸間距離固定部材

Claims (10)

1. 少なくとも、回転可能な被帯電体と、該被帯電体表面に接触し前記被帯電体表面を所定の電位に帯電させる、弾性部を有する回転可能な帯電部材とを有する画像形成装置において、
   前記帯電部材の弾性部は、その長手方向中央部から両端部に向かうにつれて連続的にその外径が大きくなっている所謂逆クラウン形状であるとともに、前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸とが、前記被帯電体と前記帯電部材の中央部において所定の角度θをもって交差する位置関係にあることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電部材の長手方向両端部の外径が、その中央部の外径よりも０．５〔％〕以上１０〔％〕以下の範囲で大きいことを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸とがなす角度θは、０．１〔°〕以上０．５〔°〕以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記帯電部材は、その長手方向両端部において、実質的に帯電部材を被帯電体表面方向に押圧すべく変位変動可能な付勢部材を有さない固定部材により支持されることにより、その弾性部が被帯電体表面に接触せしめられることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の画像形成装置。
5. 前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸は、各々の長手方向両端部において、これらの距離が予め決定された値となるように軸間距離固定部材により支持されていることを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。
6. 少なくとも、回転可能な被帯電体と、該被帯電体表面に接触し前記被帯電体表面を所定の電位に帯電させる、弾性部を有する回転可能な帯電部材とを有し、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
   前記帯電部材の弾性部は、その長手方向中央部から両端部に向かうにつれて連続的にその外径が大きくなっている所謂逆クラウン形状であるとともに、前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸とが、前記被帯電体と前記帯電部材の中央部において所定の角度θをもって交差する位置関係にあることを特徴とする、画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジ。
7. 前記帯電部材の長手方向両端部の外径が、その中央部の外径よりも０．５〔％〕以上１０〔％〕以下の範囲で大きいことを特徴とする、請求項６に記載の画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジ。
8. 前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸とがなす角度θは、０．１〔°〕以上０．５〔°〕以下であることを特徴とする、請求項６または７に記載の画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジ。
9. 前記帯電部材は、その長手方向両端部において、実質的に帯電部材を被帯電体表面方向に押圧すべく変位変動可能な付勢部材を有さない固定部材により支持されることにより、その弾性部が被帯電体表面に接触せしめられることを特徴とする、請求項６〜８の何れかに記載の画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジ。
10. 前記被帯電体の回転軸と前記帯電部材の回転軸は、各々の長手方向両端部において、これらの距離が予め決定された値となるように軸間距離固定部材により支持されていることを特徴とする、請求項６〜９の何れかに記載の画像形成装置に具備されるプロセスカートリッジ。

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