JP2003215872A

JP2003215872A - 弾性ローラ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP2003215872A
Application number: JP2002010800A
Authority: JP
Inventors: Junichi Horikawa; 順一堀川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2002-01-18
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】時間とともに変動する複数の弾性層の変形挙
動を考慮した上で、弾性層の圧縮永久歪みを小さくでき
るようにする。【解決手段】芯金１ａの外周面に第１、第２弾性層１
ｂ、１ｃを少なくとも有する多層構成の弾性ローラ１に
おいて、第１、第２弾性層１ｂ、１ｃの常温近傍におけ
る弾性率が、外側の第２弾性層１ｃより内側の第１弾性
層１ｂの方を大きくするように調整し、かつ第１、第２
弾性層１ｂ、１ｃの常温近傍以上における弾性率が、外
側の第２弾性層１ｃより内側の第１弾性層１ｂの方を小
さくするように調整したことにより、コストの上昇を抑
えて、接触部材とのニップ幅を小さくすることなく、圧
縮永久歪みを大幅に小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真プロセス
などによって画像形成を行う複写機、プリンタ、ファク
シミリ等の画像形成装置の帯電、現像、転写などの電子
写真プロセスに使用される弾性ローラ、該弾性ローラを
備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子写真プロセスによって画像形成を行
う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置で
は、帯電、現像、転写といった電子写真プロセスにおい
て、弾性ローラが電子写真感光体（以下、感光ドラムと
いう）と接触して用いられることが多い。

【０００３】それぞれの弾性ローラと感光ドラムとの接
触は、一定荷重の負荷、もしくは両者を一定距離に保つ
ことによる圧縮状態によって実現している。帯電、現
像、転写のいずれのプロセスにおいても一定の接触領域
（＝ニップ）を必要とするため、弾性ローラには適度な
弾性を保持させるための弾性層を形成することが多い。
そして、その接触領域の大きさ（ニップ幅等）を調整す
るために、従来では、弾性ローラの弾性層の弾性率を調
整するようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、弾性ローラ
と感光ドラムとが接触（圧縮）状態が静止したまま長期
にわたって続くと、弾性ローラは「圧縮永久歪み（Ｃｓ
ｅｔ）」と呼ばれる歪みが残り、弾性ローラが元の真円
状態に戻らず変形したままの状態となることがある。

【０００５】例えば帯電プロセスにおいては、感光ドラ
ムを帯電させるために弾性ローラ（帯電ローラ）と感光
ドラムとの接触領域の前後に存在する微小隙間におい
て、弾性ローラに帯電バイアスを印加することによって
放電現象を発生させている。この際、上記圧縮永久歪み
が発生した弾性ローラを帯電プロセスに用いた場合に
は、弾性ローラが１回転する間に圧縮永久歪み部で感光
ドラムと１回接触するために、その前後でニップ幅が変
曲点を持ち、放電が発生する微小隙間の位置が変動する
ことになる。

【０００６】このため、感光ドラム表面上の帯電量分布
にむらが発生し、結果として高品位な画像が得られなく
なる。

【０００７】また、弾性ローラの圧縮永久歪みは、感光
ドラムとの圧縮によって発生したものであるため、弾性
ローラの材料中に均一に分散していた可溶物が移動する
ことによって、弾性ローラが１回転する間に圧縮永久歪
み部近傍で抵抗値の変曲点を持つことある。そのことに
よっても放電量そのものに分布が発生し、更に感光ドラ
ム上の帯電量に変曲点を生じ、結果として高品位な画像
が得られなくなる。

【０００８】このため、従来では、弾性ローラの圧縮永
久歪みを発生しないようにするために、適度な弾性を保
持するための弾性層や、帯電のために適度な体積抵抗を
保持するための抵抗層などの各層の材料を変えて弾性率
を変えたり、複数の材料を混ぜて弾性率を調整するよう
にしていた。

【０００９】また、特開平１０−１８６８０２号公報で
は、最外層に設けた抵抗層を複層（２層）にし、各層の
「１００％モジュラス（Ｍ_１００）」を、以下の関係と
なるようにすることが開示されている。

【００１０】第１抵抗層（内側）のＭ_１００＞第２抵抗
層（外側）のＭ_１００これは、弾性層の近くに位置する第１抵抗層の「１００
％モジュラス」を大きな値とすることで、第１抵抗層が
荷重に対して変形しにくくし、弾性層を圧縮変形から保
護することによって大きな圧縮永久歪みを生じることが
ないという考えに基づくものである。

【００１１】なお、ここでいう「１００％モジュラス」
とは、応力−歪みの関係が非線形特性を示す場合に、そ
の応力−歪み曲線において原点から歪み１００％の時に
対する応力の点を直線に結び、その傾きを表したもので
ある。ゴム材のような非圧縮性材料の場合には、この値
を弾性率として取り扱うことで、実際の静的な変形挙動
を精度良く予測することが広く知られている。

【００１２】しかしながら、弾性ローラ（弾性層）の圧
縮永久歪みは、長時間にわたる圧縮接触の状態から発生
したものであるため、その解決策を探るには時間的な変
動を考慮した分析を行う必要があり、静的な変形挙動を
表す「１００％モジュラス」だけでは圧縮永久歪みを評
価することは困難である。

【００１３】そこで本発明は、時間とともに変動する複
数の弾性層の変形挙動を考慮した上で、弾性層の圧縮永
久歪みを小さくできるようにした弾性ローラ、プロセス
カートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、回転軸の外周面上に同心円状に複数の弾性
層を少なくとも有する多層構造の弾性ローラにおいて、
前記複数の弾性層の常温近傍における弾性率を、前記複
数の弾性層の最内層から最外層に向けて順に小さくなる
ように形成し、かつ前記複数の弾性層の常温近傍以上に
おける弾性率を、前記複数の弾性層の最内層から最外層
に向けて順に大きくなるように形成したことを特徴とし
ている。

【００１５】また、感光体と、少なくとも前記感光体に
接触して該感光体を帯電する接触帯電部材と、静電潜像
が形成された前記感光体に接触して表面に保持した現像
剤で前記静電潜像を現像する現像剤保持体を有する現像
装置と、前記感光体に接触して該感光体上に形成された
現像剤画像を転写材上に転写する接触転写部材のいずれ
か１つを備え、画像形成装置本体に対して着脱自在に装
着されるプロセスカートリッジにおいて、前記接触帯電
部材、前記現像剤保持体、前記接触転写部材の少なくと
もいずれか１つを、請求項１に記載の弾性ローラで形成
したことを特徴としている。

【００１６】また、感光体と、前記感光体に接触して該
感光体を帯電する接触帯電部材と、静電潜像が形成され
た前記感光体に接触して表面に保持した現像剤で前記静
電潜像を現像する現像剤保持体を有する現像装置と、前
記感光体に接触して該感光体上に形成された現像剤画像
を転写材上に転写する接触転写部材と、を備えた画像形
成装置において、前記接触帯電部材、前記現像剤保持
体、前記接触転写部材の少なくともいずれか１つを、請
求項１に記載の弾性ローラで形成したことを特徴として
いる。

【００１７】（作用）弾性ローラの変形挙動が時間とと
もに変化し、最終的に残歪みが発生する現象は、「弾性
率が温度＆時間によって変化するという粘弾性特性」を
用いて説明することが可能である。粘弾性特性とは、温
度が高くなる程、そして（荷重負荷の）時間が長くなる
程に弾性率が低下するというものであり、例えば一定荷
重（応力）を与えた場合には、時間の変化とともに変形
が大きくなる現象（＝クリープ歪み）で説明することが
できる。

【００１８】弾性ローラで用いる弾性層には、ゴム材や
高分子材が用いられることが多いが、そういった材料は
粘弾性特性を有しているため、上述したように感光ドラ
ムとの圧縮による接触状態が長時間経過した場合には、
弾性層の粘弾性特性によってクリープ歪みが発生し、圧
縮状態を解除した後もそのクリープ歪みが残る（＝圧縮
永久歪み）ということになる。

【００１９】よって、圧縮永久歪みを小さくするために
は、より高温側でかつ長時間側において弾性率が低下し
ないようにすることが望ましい。つまり、時間、温度と
ともに弾性率が変化するという材料の粘弾性特性を表現
する曲線（以下、マスターカーブという）において、圧
縮接触が開始される状態（＝常温付近）よりも高温側
で、かつ長時間側の変化率の値（＝負値）が小さい方が
望ましいのである。

【００２０】また、帯電、現像、転写の電子写真プロセ
スが機能する際には、感光ドラムとの間で十分なニップ
幅を確保する必要があるが、これは、「１００％モジュ
ラス」などの静的な弾性率に支配されるものである。粘
弾性特性を表現するマスターカーブにおいては、圧縮接
触時の環境温度（＝常温付近）時の値が静的な弾性率を
表しており、例えばニップ幅を大きく確保するには、こ
の値を小さくする、もしくは小さい材料に変更すればよ
い。

【００２１】よって、電子写真プロセスに用いられる弾
性ローラの弾性層を構成する材料は、その粘弾性特性を
表すマスターカーブにおいて、必要十分なニップ幅を確
保するために弾性率を各プロセスが機能する環境温度付
近（＝常温付近）において実現しつつ、かつより高い温
度（常温付近以上の）範囲においての弾性率の変化率
（＝負）の値が小さい方が望ましいのである。

【００２２】一般に、ゴム材や高分子材のマスターカー
ブにおける弾性率の変化の形態は、最も短時間（低温）
側において最も高い値を示し、時間が長く（温度が高
く）なるにしたがってわずかに低下（ガラス域）、更に
長時間（高温）側でＴｇ点に相当する領域の近傍で著し
く低下（転移域）、そして更に長時間（高温）側におい
ても低下し続けるがその低下率は小さく、緩やかなカー
ブを描く（ゴム領域）。

【００２３】このため、圧縮永久歪みを小さくするため
には、この３つの領域の中で、常温近傍からそれ以上の
温度域に相当するゴム領域における弾性率の変化をより
小さくすることが必要となる。そして、多くのゴム材料
においては、上記のゴム領域のカーブを支配するのは架
橋に関するパラメータ（架橋剤、架橋構造、架橋密度
等）である。

【００２４】このゴム領域のカーブの傾きを小さくする
には、より圧縮永久歪みが小さいとされるシリコーンゴ
ム等の高価な材料を採用する、より強固な架橋構造を実
現する、十分なプロセスを経て架橋密度を上げる等の方
法が考えられるが、いずれも材料コストを上げるもので
ある。そこで、通常１種類の材料で構成する弾性層にこ
の高価な材料を採用するのではなく、弾性層を多層に
し、圧縮永久歪みが支配的であるより外側の層にのみこ
の高価な材料を採用すれば、部品コストをより低く抑え
ることが可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。

【００２６】〈実施の形態１〉図１は、本発明の実施の
形態１に係る弾性ローラを示す断面図である。

【００２７】本実施の形態に係る弾性ローラ１は、導電
性の芯金１ａの外周面上に、弾力性と導電性を付与する
第１弾性層１ｂと、その外周に同じく弾力性と導電性を
付与しながら圧縮永久歪みの発生をより小さく抑えた材
料からなる第２弾性層１ｃと、更にその外周（最外層）
に抵抗を制御する目的の抵抗層１ｄが積層されて構成さ
れている。

【００２８】図２は、熱レオロジー的に単純だと仮定し
て求めた３種類の材料Ａ，Ｂ，Ｃのマスターカーブ（＝
Ｐｒｏｎｙ級数近似カーブと見なす）であり、各Ｐｒｏ
ｎｙ級数の各項の係数（緩和係数Ｇｔ（Ｐａ））は、そ
れぞれ図３、図４、図５に示した通りである。また、各
材料Ａ，Ｂ，Ｃに対する温度時間換算則に基づくシフト
関数の値は、それぞれ図６（ａ）、（ｃ）、（ｃ）に示
した通りである。なお、本実施の形態では、材料Ａは弾
性ローラ１の第１弾性層１ｂ、材料Ｂは第２弾性層１
ｃ、そして材料Ｃは抵抗層１ｄにそれぞれ用いられてい
る。

【００２９】図７は、図３に示した材料Ａ，Ｂのマスタ
ーカーブの常温以上（緩和時間１０ ^０ｓｅｃ〜）に相当
する領域を示している。この図から明らかなように、常
温近傍においては材料Ｂよりも材料Ａの緩和弾性率が大
きく、そこから温度が上がるに連れて（緩和時間が大き
くなるに従って）、（１０^４秒以降は）両者の大小関係
が逆転していることが分かる。即ち、本実施の形態で
は、常温近傍における弾性率は、内側の第１弾性層１ｂ
より外側の第２弾性層１ｃの方が小さく、かつ常温近傍
以上における弾性率は、内側の第１弾性層１ｂより外側
の第２弾性層１ｃの方が大きくなるような材料で形成さ
れている。

【００３０】また、弾性ローラ１の芯金１ａは、図８に
示すように、鋼鉄からなり、縦弾性率が２．０６×１０
^５（ＭＰａ）、ポアソン比が０．３である。

【００３１】これらの物性を考慮し、図９に示すよう
に、本実施の形態の弾性ローラ１の両端の芯金１ａを上
方から加圧して平坦な面２０に圧接した状態で、一定時
間経過後、圧接を解除した後に残る残歪みを予測する計
算を行った。なお、本実施の形態の弾性ローラ１は、外
径８ｍｍで長さ２４０ｍｍである。

【００３２】図１０は、この弾性ローラ１への圧接／解
除における条件を示している。即ち、第１ステップの圧
接では、９．８Ｎの荷重を温度４０℃の環境下で２週間
かけ、第２のステップの圧接解除では、０．０Ｎの荷重
（荷重０）として常温環境下で２週間放置した。

【００３３】図１１は、９．８Ｎの荷重を負荷している
間に、本実施の形態における弾性ローラ１の芯金１ａの
中心位置が時間とともに移動（変化）する履歴をプロッ
ト（図中のａ）したグラフである。また、図１１におい
て、上記した第１弾性層１ｂ、第２弾性層１ｃのいずれ
にも上記材料Ａを用いた弾性ローラの場合、つまり図１
において、第１弾性層１ｂに使用した材料Ａだけで弾性
層を構成した比較例の弾性ローラの場合において、９．
８Ｎの荷重を負荷している間に、弾性ローラ１の芯金の
中心位置が時間とともに移動（変化）する履歴もプロッ
ト（図中のｂ）した。なお、図中におけるａの場合の本
実施の形態を「モデル１」とし、図中におけるｂの場合
の比較例を「モデル０」とする。

【００３４】図１１から明らかなように、荷重を負荷し
始めてから１０^４秒（約４時間）位までの芯金中心の移
動量は「モデル１」の方が大きいが、それ以降は「モデ
ル０」の方が大きい。この大小関係が逆転する時間は、
上記した材料Ａと材料Ｂのマスターカーブ（緩和弾性
率）の大小関係が逆転する時間とほぼ一致している。

【００３５】次に、弾性ローラ全体の変形状態として、
静的な圧接状態でのニップ幅を確認した。最初に、「静
的な状態＝圧接１秒後」と便宜上想定し、１秒後のデー
タを抽出する。

【００３６】図１２は、本実施の形態の弾性ローラ１を
接触部材の平坦な面に圧接し始めて１秒後の「ローラ最
外層（抵抗層１ｄ）上の（変形後の）各節点の“芯金１
ａの中心からの距離”」をプロットしたものである。な
お、ローラ最外層上の節点列を表すのに、「芯金１ａの
中心を回転中心として、ニップ中心（接触中心）からロ
ーラ最外層に位置する各節点までの回転角」を用いて横
軸とし、芯金１ａの中心からの距離を縦軸とした。図中
のａは、上記した本実施の形態を示す「モデル１」、図
中のｂは、上記した比較例を示す「モデル０」である。

【００３７】圧接によって弾性ローラ１全体が変形し、
芯金１ａの中心（芯金中心）と平坦面とのニップ中心
（接触中心）との距離は、約１００μｍと小さい。そし
て、図１２に示すように、ニップ中心（接触中心）から
だんだん離れていくに従って芯金中心との距離は大きく
なり、ニップ中心からの角度が２０°より大きい領域で
は、「モデル１」の方が「モデル０」よりも圧接前のロ
ーラ外径（８ｍｍ）より大きくなっている。この１秒後
では、「モデル１」よりも「モデル０」の方がニップ中
心のつぶれ量が大きい。

【００３８】図１３は、図１２にプロットされた計算結
果（変位量）から、変形後の弾性ローラ１のローラ外周
部の節点から接触平坦面までの距離をプロット（縦軸）
したグラフであり、横軸はニップ中心（接触中心）から
の距離である。図中のａに示す上記した本実施の形態の
「モデル１」の場合、接触平坦面からの距離が零である
のは０．８ｍｍより内側であるため、接触領域（＝ニッ
プ幅）は０．８×２＝１．６ｍｍとなる。また、図中の
ｂに示す上記した比較例の「モデル０」の場合のニップ
幅は約１．４（＝０．７×２）ｍｍとなり、ニップ幅は
本実施の形態の「モデル１」の方が大きいことになる。

【００３９】次に、本実施の形態の弾性ローラ１を平坦
な面に２週間継続して圧接した後の変形状態を確認し
た。

【００４０】図１４は、本実施の形態の弾性ローラ１を
接触部材の平坦な面に圧接し始めて２週間後の「ローラ
最外層（抵抗層１ｄ）上の（変形後の）各節点の“芯金
１ａの中心からの距離”」をプロットしたものである。
なお、ローラ最外層上の節点列を表すのに、「芯金１ａ
の中心を回転中心として、ニップ中心（接触中心）から
ローラ最外層に位置する各節点までの回転角」を用いて
横軸とし、芯金１ａの中心からの距離を縦軸とした。図
中のａは、上記した本実施の形態を示す「モデル１」、
図中のｂは、上記した比較例を示す「モデル０」であ
る。

【００４１】圧接によってクリープ歪みが発生して、芯
金中心と平坦面との接触中心との距離が約２５０μｍと
なり、上記した１秒後の場合よりも約１５０μｍ小さく
なった。また、ニップ中心（接触中心）のつぶれ量は、
図中ａの「モデル１」よりも図中ｂの「モデル０」の方
が大きく、上記した１秒後の場合と比較して大小関係が
逆転している。

【００４２】図１５は、図１４にプロットされた計算結
果（変位量）から、変形後の弾性ローラ１のローラ外周
部の節点から接触平坦面までの距離をプロット（縦軸）
したグラフであり、横軸はニップ中心（接触中心）から
の距離である。図中のｂに示す上記した比較例の「モデ
ル０」の場合、接触領域（＝ニップ幅）が約３．３（＝
１．６５×２）ｍｍまで広がっているのに対して、図中
のａに示す上記した本実施の形態の「モデル１」の接触
領域（＝ニップ幅）は約３．０（＝１．５×２）ｍｍ
と、上記した１秒後の場合からの広がりは小さい。ま
た、接触領域（＝ニップ幅）も上記した１秒後の場合と
比較して、本実施の形態の「モデル１」と比較例の「モ
デル０」の大小関係が逆転している。

【００４３】次に、圧接解除後における本実施の形態の
弾性ローラ１の変形状態を確認した。

【００４４】図１６は、弾性ローラ１に対する圧接を解
除した後にニップ中心であった点の位置が時間とともに
変化する履歴をプロットしたグラフであり、芯金１ａの
中心点からの距離からローラ外径の８ｍｍを引いた値を
縦軸とした。よって、横軸に示した時間における値が負
であるならば、その時の絶対値が圧縮永久歪みの量とな
る。なお、図中のａは、上記した本実施の形態を示す
「モデル１」、図中のｂは、上記した比較例を示す「モ
デル０」である。

【００４５】図１６に示す結果から、時間が経過するに
従って応力が緩和され、圧接によってつぶれていた形状
が、徐々に元に戻っていく変化が分かる。また、初期状
態（圧接を解除する直前の変位）変位は、図中のａの
「モデル１」よりも図中のｂの「モデル０」の方が大き
いが、時間が経過してもこの大小関係は変わらずにその
まま推移している。

【００４６】図１７は、図１６で示したグラフの表示方
法を変更し、横軸（時間）の単位を「秒」から「日」に
変え、かつ対数をとらずにそのまま表示したものであ
る。図１７に示したグラフからも明らかなように、２週
間（１４日）後の値を最終的な評価値とした場合、図中
のｂの比較例における「モデル０」の圧縮永久歪みの量
は約４０μｍであるのに対し、図中のａの本実施の形態
における「モデル１」の圧縮永久歪みの量は３０μｍ弱
と小さくなっている。

【００４７】図１８は、本実施の形態の弾性ローラ１に
対する圧接を解除して２週間経過した後のローラ外周部
の変形量を表したグラフであり、「ローラ最外層（抵抗
層１ｄ）上の（変形後の）各節点の“芯金１ａの中心か
らの距離”」をプロットしたものである。なお、ローラ
最外層上の節点列を表すのに、「芯金１ａの中心を回転
中心として、ニップ中心（接触中心）からローラ最外層
に位置する各節点までの回転角」を用いて横軸とし、芯
金１ａの中心からの距離を縦軸とした。図中のａは、上
記した本実施の形態を示す「モデル１」、図中のｂは、
上記した比較例を示す「モデル０」である。

【００４８】図１７、１８に示す結果から、圧縮永久歪
みの量（μｍ）と圧縮永久歪みの幅（ｄｅｇ（°））を
把握することができる。即ち、比較例の「モデル０」で
は、圧縮永久歪みの量は約４０μｍ、圧縮永久歪みの幅
は約±３０°であり、本実施の形態の「モデル１」で
は、圧縮永久歪みの量は約２８μｍ、圧縮永久歪みの幅
は±３０°である。よって、本実施の形態の弾性ローラ
１である「モデル１」の圧縮永久歪みの量の方が比較例
の弾性ローラである「モデル０」の圧縮永久歪みの量よ
り小さい。

【００４９】このように本実施の形態では、第１、第２
弾性層のいずれも材料Ａで構成される比較例の弾性ロー
ラ（「モデル０」）に対し、第１弾性層１ｂを材料Ａで
構成し、常温近傍の弾性率が材料Ａより小さく、かつ常
温近傍以上における温度領域の弾性率が材料Ａより大き
い材料Ｂを第２弾性層１ｃに用いた構成の本実施の形態
の弾性ローラ１（「モデル１」）を使用することによっ
て、コストを上げることなく、ニップ幅を小さくするこ
となく圧縮永久歪みの量を大幅に小さくすることができ
る。

【００５０】〈実施の形態２〉図１９は、本発明の実施
の形態２に係る弾性ローラを示す断面図である。

【００５１】本実施の形態に係る弾性ローラ２１は、導
電性の芯金１ａの外周面上に、弾力性と導電性を付与す
る第１弾性層１ｂと、その外周に同じく弾力性と導電性
を付与しながら圧縮永久歪みの発生をより小さく抑えた
材料からなる第２弾性層１ｃと、その外周に弾力性と導
電性を付与しながら第２弾性層１ｃよりも更に圧縮永久
歪みの発生をより小さく抑えた材料からなる第３弾性層
１ｅと、更にその外周（最外層）に抵抗を制御する目的
の抵抗層１ｄと、が積層されて構成されている。

【００５２】第１、第２弾性層１ｂ、１ｃは、実施の形
態１における材料Ａ、Ｂでそれぞれ形成されている。そ
して、第３弾性層１ｅは、常温近傍における緩和弾性率
が上記の材料Ａ、Ｂよりも小さく、かつ常温近傍から温
度が上がるにつれて（緩和時間が大きくなるにしたがっ
て）、緩和弾性率が上記の材料Ａ、Ｂよりも大きい材料
で形成した。

【００５３】このように本実施の形態では、第１、第
２、第３弾性層１ｂ、１ｃ、１ｅを有する多層構成の弾
性ローラ２１においても、第１、第２、第３弾性層１
ｂ、１ｃ、１ｅの常温近傍における緩和弾性率が、最内
側の層（第１弾性層１ｂ）から最外側の層（第３弾性層
１ｅ）に向けて小さく、かつ第１、第２、第３弾性層１
ｂ、１ｃ、１ｅの常温近傍以上における緩和弾性率が、
最内側の層（第１弾性層１ｂ）から最外側の層（第３弾
性層１ｅ）に向けて大きくなるような材料で形成するこ
とにより、コストを上げることなく、ニップ幅を小さく
することなく圧縮永久歪みの量を大幅に小さくすること
ができる。

【００５４】また、上述した実施の形態１、２では、弾
性層がそれぞれ２層と３層の弾性ローラの場合であった
が、弾性層が３層以上の複数層の弾性ローラを有する弾
性ローラにおいても同様に本発明を適用することができ
る。

【００５５】〈実施の形態３〉図２０は、本発明の実施
の形態に係るプロセスカートリッジを備えた画像形成装
置（例えば電子写真方式のレーザビームプリンタ）の概
略構成図であり、本実施の形態では、上述した弾性ロー
ラを接触帯電部材としての帯電ローラに適用した例であ
る。

【００５６】本画像形成装置は、像担持体としての感光
ドラム２を備え、その周囲に弾性ローラとしての帯電ロ
ーラ１０、現像装置５、転写帯電器７、クリーニング装
置９が設置されている。

【００５７】感光ドラム２は、アルミニウム等の導電性
支持体２ａの外周面にＯＰＣ感光層２ｂを有しており、
駆動装置（不図示）により矢印方向（時計方向）に所定
の周速度で回転駆動される。

【００５８】帯電ローラ１０は、感光ドラム２に所定の
押圧力で当接しており、感光ドラム２の回転駆動にとも
ない従動回転する。帯電ローラ１０の芯金１０ａに帯電
バイアス電源３から所定の帯電バイアス（ＤＣ）を印加
することで、感光ドラム２の表面を所定の極性、電位に
接触帯電する。

【００５９】また、本実施の形態における帯電ローラ１
０は、上述した実施の形態１又は２の弾性ローラと同様
に弾性層が複数層に構成されており、本実施の形態にお
いても各弾性層の常温近傍における緩和弾性率が最内側
から外側の層に向けて小さく、かつ各弾性層の常温近傍
以上における緩和弾性率が最内側から外側の層に向けて
大きくなるような材料で形成されている。各弾性層の詳
細は上述した実施の形態１、２で説明した通りであり、
本実施の形態ではその説明は省略する。

【００６０】また、本実施の形態では、感光ドラム２、
帯電ローラ１０、現像装置５、クリーニング装置９は、
一体的にカートリッジ化されてプロセスカートリッジ１
１を構成し、画像形成装置本体（不図示）に保持部材１
２を介して着脱自在に装着されている。

【００６１】本画像形成装置による画像形成時には、感
光ドラム２は駆動装置（不図示）により矢印方向（時計
方向）に所定の周速度で回転駆動され、帯電バイアス電
源３から帯電バイアスが印加された帯電ローラ１０によ
って、負極性の所定電位に帯電される。そして、露光装
置（不図示）から入力される画像信号に対応したレーザ
光による画像露光４が感光ドラム２上に与えられ、感光
ドラム２上の電位は画像露光４された部分の電位が低下
して静電潜像が形成される。そして、現像装置５の現像
スリーブ（不図示）表面に薄層形成されたトナーによっ
て静電潜像を反転現像し、トナー像として顕像化する。

【００６２】そして、感光ドラム２上のトナー像が転写
帯電器７との間の転写ニップ部Ｎに到達すると、このタ
イミングに合わせてカセット６から用紙などの転写材Ｐ
が給紙されて転写ニップ部Ｎに搬送される。そして、ト
ナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転
写帯電器７により、転写ニップ部Ｎに搬送された転写材
Ｐに感光ドラム２と転写帯電器７間に発生する静電力に
よって、感光ドラム２上のトナー像が転写される。

【００６３】そして、トナー像が転写された転写材Ｐは
定着装置８に搬送され、定着ローラ８ａと加圧ローラ８
ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱、加圧
して熱定着した後に、外部に排紙する。

【００６４】また、トナー像転写後に感光ドラム２表面
に残留している転写残トナーを、クリーニング装置９に
よって除去し、更に、前露光装置（不図示）で感光ドラ
ム２表面を前露光１３して、感光ドラム２表面の電荷を
除去して次の画像形成に備える。

【００６５】このように本実施の形態に係るプロセスカ
ートリッジを備えた画像形成装置は、帯電ローラ１０が
上述した実施の形態１又は２の弾性ローラと同様に弾性
層が複数層に構成されており、本実施の形態においても
各弾性層の常温近傍における緩和弾性率が最内側から外
側の層に向けて小さく、かつ各弾性層の常温近傍以上に
おける緩和弾性率が最内側から外側の層に向けて大きく
なるような材料で形成することにより、コストを上げる
ことなく、ニップ幅を小さくすることなく圧縮永久歪み
の量を大幅に小さくすることができる。従って、長期に
わたって安定して良好な画像形成を行うことができる。

【００６６】また、本実施の形態のプロセスカートリッ
ジ及び画像形成装置では、本発明に係る弾性ローラを帯
電ローラに適用した例であったが、これ以外にも本発明
に係る弾性ローラを、画像形成装置の現像装置の現像ロ
ーラ、接触転写部材としてのローラ状の転写ローラ、定
着装置の一対の定着ローラと加圧ローラにも同様に適用
することができる。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る弾性ロ
ーラによれば、複数の弾性層の常温近傍における弾性率
を、複数の弾性層の最内層から最外層に向けて順に小さ
くなるように形成し、かつ複数の弾性層の常温近傍以上
における弾性率を、複数の弾性層の最内層から最外層に
向けて順に大きくなるように形成したことによって、コ
ストの上昇を抑えて、弾性ローラと接触部材との圧縮接
触状態において必要十分な接触領域を確保するととも
に、その圧縮接触状態が静止したまま長期にわたって続
いた時に発生する圧縮永久歪みを大幅に低減することが
可能となる。

【００６８】また、本発明に係るプロセスカートリッジ
及び画像形成装置によれば、接触帯電部材、現像剤保持
体、接触転写部材の少なくともいずれか１つを本発明に
係る弾性ローラで形成したことにより、コストの上昇を
抑えて、弾性ローラと感光体との圧縮接触状態において
必要十分な接触領域を確保するとともに、その圧縮接触
状態が静止したまま長期にわたって続いた時に発生する
圧縮永久歪みを大幅に低減することが可能となる。従っ
て、長期にわたって安定して良好な画像形成を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラを示す
断面図。

【図２】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラを形成
する材料のマスターカーブを示す図。

【図３】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラを形成
する材料の緩和時間と緩和係数の関係を示す図。

【図４】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラを形成
する材料の緩和時間と緩和係数の関係を示す図。

【図５】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラを形成
する材料の緩和時間に対する緩和係数の値を示す図。

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施の形
態１に係る弾性ローラを形成する材料の緩和係数温度時
間換算則に基づくシフト関数の値を示す図。

【図７】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラを形成
する材料のマスターカーブを示す図。

【図８】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラの芯金
の弾性材料、縦弾性率、ポアソン比を示す図。

【図９】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対す
る圧接解除後の残歪みの測定を説明するための図。

【図１０】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接解除後の残歪みの測定条件を示す図。

【図１１】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接時における芯金中心の移動履歴を示す図。

【図１２】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接１秒後におけるローラ外表面の変形履歴を示す
図。

【図１３】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接１秒後におけるローラ外表面の節点から接触板
までの距離履歴を示す図。

【図１４】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接２週間後におけるローラ外表面の変形履歴を示
す図。

【図１５】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接２週間後におけるローラ外表面の節点から接触
板までの距離履歴を示す図。

【図１６】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接解除後におけるニップ中心の変位回復履歴を示
す図。

【図１７】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接解除後におけるニップ中心の変位回復履歴を示
す図。

【図１８】本発明の実施の形態１に係る弾性ローラに対
する圧接解除後における芯金中心からの距離履歴を示す
図。

【図１９】本発明の実施の形態２に係る弾性ローラを示
す断面図。

【図２０】本発明の実施の形態３に係るプロセスカート
リッジを備えた画像形成装置を示す概略断面図。

【符号の説明】

１、２１弾性ローラ１ａ芯金（回転軸）１ｂ第１弾性層１ｃ第２弾性層１ｄ抵抗層１ｅ第３弾性層２感光ドラム（感光体）３帯電バイアス電源５現像装置７転写帯電器８定着装置９クリーニング装置１０帯電ローラ１１プロセスカートリッジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H071 BA43 DA06 DA08 DA09 2H077 AC04 EA15 FA13 FA16 FA22 GA02 GA03 2H200 FA01 FA02 GA23 HA03 HA28 HB12 HB22 HB43 HB47 JA02 JA23 JA27 MC01 MC18 3J103 AA02 AA15 AA51 BA41 FA03 FA12 GA02 GA57 GA58 GA60 HA03 HA41 HA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の外周面上に同心円状に複数の弾
性層を少なくとも有する多層構造の弾性ローラにおい
て、前記複数の弾性層の常温近傍における弾性率を、前記複
数の弾性層の最内層から最外層に向けて順に小さくなる
ように形成し、かつ前記複数の弾性層の常温近傍以上に
おける弾性率を、前記複数の弾性層の最内層から最外層
に向けて順に大きくなるように形成した、ことを特徴とする弾性ローラ。
【請求項２】感光体と、少なくとも前記感光体に接触
して該感光体を帯電する接触帯電部材と、静電潜像が形
成された前記感光体に接触して表面に保持した現像剤で
前記静電潜像を現像する現像剤保持体を有する現像装置
と、前記感光体に接触して該感光体上に形成された現像
剤画像を転写材上に転写する接触転写部材のいずれか１
つを備え、画像形成装置本体に対して着脱自在に装着さ
れるプロセスカートリッジにおいて、前記接触帯電部材、前記現像剤保持体、前記接触転写部
材の少なくともいずれか１つを、請求項１に記載の弾性
ローラで形成した、ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項３】感光体と、前記感光体に接触して該感光
体を帯電する接触帯電部材と、静電潜像が形成された前
記感光体に接触して表面に保持した現像剤で前記静電潜
像を現像する現像剤保持体を有する現像装置と、前記感
光体に接触して該感光体上に形成された現像剤画像を転
写材上に転写する接触転写部材と、を備えた画像形成装
置において、前記接触帯電部材、前記現像剤保持体、前記接触転写部
材の少なくともいずれか１つを、請求項１に記載の弾性
ローラで形成した、ことを特徴とする画像形成装置。