JP2004198621A - Charging device and image forming apparatus - Google Patents

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Akio Kosuge
明朗 小菅
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low-cost highly durable charging device which ensures the durability of members for forming gaps between a charging member and an image carrier and makes the accuracy of the gaps between the charging member and the image carrier adequate, and to provide an image forming apparatus having the charging device. <P>SOLUTION: Ringlike members are fitted in annular grooves 105 formed at both ends of a charging roller 14 used for charging the image carrier. In addition, gap retention members 103 for forming gaps between the charging roller 14 and the image carrier are provided. Each of the gap forming members 103 has an area of 1.0 x 10<SP>-6</SP>to 3.0 x 10<SP>-6</SP>m<SP>2</SP>in a section containing the axis O of the charging roller 14. Accordingly, soiling of the charging roller can be prevented by the gaps formed between the charging roller 14 and the image carrier. This provides the low-cost highly durable charging device in which the durability of the members for forming the gaps between the charging roller and the image carrier is ensured and, at the same time, the accuracy of the gaps between the charging roller and the image carrier is made adequate. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電ローラを備え、感光体等の像担持体を帯電するための帯電装置及びこれを有する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
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、電子写真方式等の作像プロセス機構により、シート状の記録媒体上にトナー像を転写方式または直接方式で形成担持させるようになっている。かかる作像プロセス機構は、感光体等の像担持体上に、記録媒体上に担持されるトナー像を形成するものであるが、かかるトナー像の形成工程の1つに、像担持体を帯電する帯電工程があり、作像プロセス機構は、かかる帯電工程を行うための帯電手段たる帯電装置を備えている。
【0003】
従来、帯電装置としてはスコロトロン等のチャージャ方式にて帯電を行うものが主流であったが、この方式ではオゾン等の放電生成物が大量に発生するという問題があり、近年ではローラやブラシ等の、像担持体に接触するタイプの帯電装置が広く使用されるようになった。このようなタイプの帯電装置では経時的にトナー等の汚れがローラ等に付着し、汚れの付着により帯電ムラが生じると画像形成に悪影響を与えるため、汚れ付着に起因する帯電ムラの発生が帯電装置の寿命を決定する大きな要因となっていた。
【0004】
そこで、〔特許文献1〕に示されているように、ローラを用いる帯電装置において、ローラの汚れを低減するため、ローラの端部にフィルムを取り付けて、感光体とローラの間に微少なギャップを形成し、汚れの付着を抑制する技術が提案されている。また、フィルム以外によってギャップを形成するものとして、〔特許文献2〕に示されているように、ローラの端部に段差もしくは溝を設け、ギャップを形成する部材を取り付ける技術も提案されている。一方、ローラの材質としてはゴムやスポンジ等の弾性部材を用いるのが一般的であるが、〔特許文献3〕に示されているように、樹脂を用いたローラも知られている。
【0005】
しかし、ローラがゴムの場合、切削加工で高精度に加工するのが難しく、また熱膨張が大きいため、環境によりギャップが変動しやすいという問題がある。一方、樹脂製のローラは高硬度で切削加工が容易であるが、高硬度であるが故に、ギャップを形成する部材としてフィルム状の部材を使用した場合には経時でこの部材が摩耗してしまう等の不具合があった。また像担持体として有機感光体を使用した場合にはギャップを形成する部材が当接すると感光体が損傷することもあった。
【0006】
そこで、〔特許文献2〕において、ギャップを形成する部材や感光体が劣化することがなく良好な耐久性が得られるよう、ローラの端部に段差を設け、ギャップを形成する部材を肉厚の弾性体で構成するという技術が提案されている。このようにローラの端部に凹形状の段差による溝を設け、ギャップを形成する部材を取り付ければ、この部材や、感光体のかかる部材の当接する部分が劣化することを防止することができ、また、凹形状に取り付けることでかかる部材がはずれたりすることも抑制できる。
【0007】
【特許文献1】
特開2001−194868号公報
【特許文献2】
特開2002−55508号公報
【特許文献3】
特開2001−337515号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかるギャップを形成する部材は、肉厚のものを使用すると、耐久性は向上するものの、その厚みの偏差がギャップの変動につながり、ギャップの変動が大きくなってしまうという問題があった。かかる部材をローラ本体に取り付けた後で切削加工することでかかるギャップの変動を防止することも考えられるが、手間がかかり高コストとなってしまうという不具合がある。
【0009】
本発明は、低コストで、帯電部材と像担持体との間にギャップを形成する部材の耐久性を担保するとともに、帯電部材と像担持体との間のギャップの精度を良好とした、高耐久の帯電装置及びこれを有する画像形成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、両端部に周溝を有し像担持体を帯電するための帯電ローラと、上記周溝のそれぞれに係合したリング状の部材であって、上記帯電ローラと像担持体との間にギャップを形成するためのギャップ保持部材とを有する帯電装置において、上記ギャップ保持部材はそれぞれ、上記帯電ローラの回転中心軸を含む断面における面積が、1.0×10−6〜3.0×10−6であることを特徴とする。
【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、上記ギャップ保持部材が熱収縮性を有する材料によって構成されていることを特徴とする。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の帯電装置において、上記帯電ローラの軸方向における上記ギャップ保持部材の幅と、同ギャップ保持部材の厚さとの比を、25〜100としたことを特徴とする。
【0013】
請求項4記載の発明は、請求項1ないし3の何れか1つに記載の帯電装置において、上記帯電ローラが樹脂層を有することを特徴とする。
【0014】
請求項5記載の発明は、請求項4記載の帯電装置において、上記樹脂層がイオン導電性材料を含有していることを特徴とする。
【0015】
請求項6記載の発明は、請求項4又は5記載の帯電装置において、上記樹脂層の厚さと上記ギャップ保持部材の厚さとの比を、5〜20としたことを特徴とする。
【0016】
請求項7記載の発明は、請求項1ないし6の何れか1つに記載の帯電装置において、上記ギャップ保持部材をフッ素系樹脂によって構成したことを特徴とする。
【0017】
請求項8記載の発明は、請求項7記載の帯電装置において、上記フッ素系樹脂が絶縁性を有することを特徴とする。
【0018】
請求項9記載の発明は、請求項1ないし8の何れか1つに記載の帯電装置において、上記帯電ローラにより、この帯電ローラと像担持体との間の放電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧を直流電圧に重畳した電圧を像担持体に印可するための電圧印加手段を有することを特徴とする。
【0019】
請求項10記載の発明は、請求項1ないし9の何れか1つに記載の帯電装置と、この帯電装置によって帯電される像担持体とを有する画像形成装置にある。
【0020】
請求項11記載の発明は、請求項10記載の画像形成装置において、上記ギャップ保持部材によって形成する、上記帯電ローラの、上記軸方向において上記周溝で挟まれた、像担持体の画像領域に対応する領域と、上記像担持体とのギャップを、100μm以下としたことを特徴とする。
【0021】
請求項12記載の発明は、請求項10又は11記載の画像形成装置において、上記軸方向において少なくとも上記両ギャップ保持部材に当接する長さを備え、上記帯電ローラと上記両ギャップ保持部材とを清掃するクリーニング部材を有することを特徴とする。
【0022】
請求項13記載の発明は、請求項10ないし12の何れか1つに記載の画像形成装置において、少なくとも上記帯電装置と上記像担持体とが、画像形成装置本体に対して一体で着脱可能であることを特徴とする。
【0023】
【実施例】
図1に本発明を適用した画像形成装置の概略を示す。画像形成装置は複写機、ファクシミリ、プリンタ等周知のものであれば何れでもよいが、本実施例における画像形成装置はプリンタである。本実施例の画像形成装置はフルカラーの画像を形成するものであるが、単色の画像を形成するものであっても良い。
【0024】
画像形成装置100は、一般にコピー等に用いられる普通紙と、OHPシートや、カード、ハガキといった90K紙、坪量約100g/m相当以上の厚紙や、封筒等の、普通紙よりも熱容量が大きないわゆる特殊シートとの何れをもシート状の記録媒体としてトナー像を定着するものとして用いることが可能である。記録媒体の大きさは、A4サイズやA3サイズ等の一般的な規格をなす大きさの他、カットされること等により形成される規格外の大きさであっても良い。
【0025】
画像形成装置100の装置本体1内には、4個の像担持体ユニットである感光体ユニット2A,2B,2C及び2Dを、装置本体1に対してそれぞれ着脱可能に装着している。装置本体1の略中央に、転写ベルト3を、紙吸着ローラ58を含む複数のローラ間に矢示A方向に回動可能に装着した転写ユニットを配置している。転写ベルト3の内側には4つの転写ブラシ57が4個の感光体5に対応してそれぞれ設けられている。
【0026】
転写ベルト3の上側の面に、感光体ユニット2A,2B,2C,2Dにそれぞれ設けられている像担持体としての感光体5が接触するように配置している。感光体ユニット2A〜2D内には、各感光体5に対応して、帯電装置30が設けられている。感光体ユニット2A〜2Dに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A〜10Dを配置している。
【0027】
現像装置10A〜10Dは、構成がすべて同一のものであり、使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置である。現像装置10Aはマゼンタ色のトナーを使用し、現像装置10Bはシアン色のトナーを使用し、現像装置10Cはイエロー色のトナーを使用し、現像装置10Dはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。各色の現像装置10A〜10D内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
【0028】
現像装置10A〜10Dはそれぞれ、感光体5に対向した、詳細な図示を省略する現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。
【0029】
トナーは結着樹脂、着色剤、電荷制御剤を主成分とし、必要に応じて、他の添加剤が加えられて構成されている。結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹等を用いることができる。トナーに使用される着色材(例えばイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック)としては、トナー用として公知のものが使用できる。着色材の量は結着樹脂100重量部に対して0.1から15重量部が適当である。
【0030】
電荷制御剤の具体例としては、ニグロシン染料、含クロム錯体、第4級アンモニウム塩などが用いられ、これらはトナー粒子の極性により使い分けされる。荷電制御剤量は、結着樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部である。トナー粒子には流動性付与剤を添加しておくのが有利である。
【0031】
流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子などが用いられる。これら流動性付与剤の粒径は0.01〜3μmの範囲のものが使用される。これら流動性付与剤の添加量は、トナー粒子100重量部に対して0.1〜7.0重量部の範囲が好ましい。
【0032】
二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知の方法、またはそれらを組み合わせた方法により製造することができる。例えば、混練粉砕法では、結着樹脂とカーボンブラックなどの着色材及び必要とされる添加剤を乾式混合し、エクストルーダー又は二本ロール、三本ロール等にて加熱溶融混練し、冷却固化後、ジェットミルなどの粉砕機にて粉砕し、気流分級機により分級してトナーが得られる。また、懸濁重合法や非水分散重合法により、モノマーと着色材、添加剤から直接トナーを製造することも可能である。
【0033】
キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトを用いることができる。この芯物質の粒径は20〜60μm程度が適当である。キャリア被覆層形成に使用される材料としては、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルケトンがある。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
【0034】
感光体ユニット2A〜2Dの上方には書込みユニット6を、転写ベルト3の下方には両面ユニット7をそれぞれ配置している。両面ユニット7の下方には、廃トナー収納部18が位置している。画像形成装置100は、装置本体1の左方に、画像形成後の、記録媒体としての転写紙Pを反転させて排出したり、両面ユニット7へ搬送したりする反転ユニット8を装着している。
【0035】
書込みユニット6は、詳細な図示を省略するが、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータとを有する1組のポリゴンスキャナと、各光源の航路に配置されたfθレンズ、長尺WTL等のレンズやミラー等を有している。レーザダイオードから射出されたレーザー光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体5上に照射される。
【0036】
両面ユニット7は、対をなす搬送ガイド板45a,45bと、対をなす複数、本実施例では4組の搬送ローラ46とを有し、転写紙Pの両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニット8の反転搬送路54に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Pを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
【0037】
反転ユニット8は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラと、対をなす複数の搬送ガイド板とからなり、上述したように両面画像形成する際の転写紙Pを表裏反転させて両面ユニット7へ搬出したり、画像形成後の転写紙Pをそのままの向きで画像形成装置100外に排出したり、表裏を反転させて画像形成装置100外に排出したりする働きをする。給紙カセット11、12が設けられている給紙部には、転写紙Pを1枚ずつ分離して給紙する分離給紙部55,56が、それぞれ設けられている。
【0038】
転写ベルト3と反転ユニット8との間には、画像が転写された転写紙Pの画像を定着する定着装置9が設けられている。定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路20を分岐させて形成し、反転排紙路20に搬送した転写紙Pを排紙ローラ対25により排紙トレイ26上に排出可能にしている。
【0039】
装置本体1の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙Pを収納可能な給紙カセット11、12を配設している。装置本体1の右側面には、手差しトレイ13を矢示B方向に開閉可能に設け、手差しトレイ13を開放することにより、手差しトレイ13から手差し給紙ができるようにしている。
【0040】
感光体ユニット2A〜2Dは、同一の構成をしたユニットであり、感光体ユニット2Aはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Bはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Cはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Dはブラック色に対応する画像を形成する。
【0041】
画像形成装置100のフルカラー画像形成時の動作を説明する。画像形成装置100がフルカラーの画像データを受け取ると、各感光体5が図1における時計回り方向にそれぞれ回転して、各感光体5の表面が帯電装置30により一様に帯電される。そして、書込みユニット6により、感光体ユニット2Aの感光体5には、マゼンタの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Bの感光体5にはシアンの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Cの感光体5にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに感光体ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、各感光体5がそれぞれ回転することにより現像装置10A,10B,10C及び10Dの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーにより現像されて、4色のトナー像となる。
【0042】
一方、給紙カセット11、12から転写紙Pが分離給紙部55、56により選択的に給紙され、転写ベルト3の直前に設けられているレジストローラ対59により、各感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙Pは、転写ベルト3の入口付近に配設している紙吸着ローラ58によりプラスの極性に帯電され、これにより転写ベルト3の表面に静電的に吸着される。転写紙Pは、転写ベルト3に吸着された状態で搬送されながら、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が順次転写されていき、4色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。
【0043】
トナー像が転写された転写紙Pは、定着装置9で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通って、装置本体1上部の排紙トレイ26に反転排紙されたり、定着装置9から直進して反転ユニット8内を通ってストレート排紙されたり、あるいは、両面画像形成モードが選択されているときには、反転ユニット8内の反転搬送路に送り込まれた後にスイッチバックされて両面ユニット7に搬送され、そこから再給紙されて感光体ユニット2A〜2Dが設けられている作像部で、裏面に画像が形成された後に排出される。以後、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
【0044】
画像形成装置100の白黒画像形成時の動作を説明する。画像形成装置100が白黒の画像データを受け取ると、転写ベルト3を支持している従動ローラが下方に移動し、転写ベルト3がマゼンタ、シアン、イエローの感光体5から離間する。感光体ユニット2Dの感光体5が図1における時計回り方向に回転し、感光体ユニット2Dの感光体5の表面が帯電装置30により一様に帯電される。
【0045】
感光体ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像装置10Dの位置に達すると、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。この際、ブラック以外の3色の画像形成部は停止しており、不要な消耗を防止する。
【0046】
一方、給紙カセット11、12から転写紙Pが分離給紙部55、56により選択的に給紙され、転写ベルト3の直前に設けられているレジストローラ対59により、感光体ユニット2Dの感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙Pは、転写ベルト3の入口付近に配設している紙吸着ローラ58により帯電され、これにより転写ベルト3の表面に静電的に吸着される。
【0047】
転写紙Pは、転写ベルト3に吸着した状態で搬送されるので、転写ベルト3がマゼンタ、シアン、イエローの感光体5から離間していてもブラックの感光体5まで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。転写紙Pを安定して静電吸着搬送するために転写ベルト3は少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。
【0048】
転写紙Pは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置9で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以後、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。転写ベルト3の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
【0049】
図2に示すように、感光体ユニット2A〜2Dは、帯電装置30と、静電潜像が形成される感光体5と、感光体5の表面をクリーニングするブラシローラ15とクリーニングブレード47を有している。帯電装置30は帯電ローラ14とこの帯電ローラ14に係合したギャップ保持部材103とを有している。帯電ローラ14とギャップ保持部材103とにはローラ表面をクリーニングするためのクリーニングローラ49が当接している。
【0050】
ブラシローラ15は、クリーニングブレード47により掻き落としたトナーを、トナー搬送オーガ48側に移動させ、回収した廃トナーは、トナー搬送オーガ48を回転させることにより図1に示した廃トナー収納部18に搬送されるように構成されている。この実施の形態では、感光体5の径はφ30mmであり、各感光体5はそれぞれ矢示C方向に125mm/secで回転する。ブラシローラ15は感光体5の回転に同期して時計方向に回転する。
【0051】
感光体ユニット2A〜2Dには、これを装置本体1に対して着脱する際の基準として、位置決め主基準部51を設けると共に、手前側位置決め従基準部52と奥側位置決め従基準部53とをブラケット50にそれぞれ一体に設け、その感光体ユニット2A〜2Dを装置本体1に装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット2A〜2Dを所定の装着位置に確実に位置決めできるようにしている。
【0052】
感光体5と帯電装置30とを一つのユニット内に配置しているので、ユニット内で感光体5と帯電装置30との位置関係が決まる構成にし、ユニット全体を交換することで、帯電装置30と感光体5とが装置本体1に対して一体で着脱可能となっているため、ギャップの調整を行う必要はなくユーザでも交換が容易である。ここでは感光体5と帯電装置30とクリーニング系すなわちブラシローラ15、クリーニングブレード47およびクリーニングローラ49とが一体となったユニットで説明したが、クリーニング系は別のユニット構成にしてもいいし、さらには現像装置10を感光体5や帯電装置30と一体のユニットとすることもできる。
【0053】
感光体5は導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とが、積層形成されている。
導電性支持体は、体積抵抗10Ωcm以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの、等が用いられる。
【0054】
下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤を用いて塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。この下引き層は、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、0〜5μmが適当である。
【0055】
電荷発生層は、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層の膜厚は、通常は0.01〜5μmである。
【0056】
電荷輸送層は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン−5,5−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。
【0057】
電荷輸送材料と共に電荷輸送層に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層の厚さは、5〜30μmの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。感光体5には、表層として感光層の保護及び耐久性の向上を目的に保護層を形成しても良い。
【0058】
図3に帯電装置30を構成する帯電ローラ14とギャップ保持部材103との断面図を示す。図3には帯電ローラ14の一方の端部とこの端部に係合しているギャップ保持部材103を示しているが、帯電ローラ14の他方の端部も同様の構成であって、この端部にも同様にギャップ保持部材103が係合している。
【0059】
帯電ローラ14は、感光体5を帯電するための構成であって、導電性支持体である芯金101と、帯電部材としての樹脂層102とを有しており、樹脂層102の両端部には段差104が形成され、これによりギャップ保持部材103が嵌め込まれる周溝105を有している。ギャップ保持部材103は帯電ローラ14と感光体5との間にギャップを形成するための部材であり、リング状の部材である。
【0060】
芯金101はステンレス等の金属が用いられる。芯金101が細すぎると切削時や感光体5に加圧されたときのたわみの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい。また、芯金101が太すぎる場合には帯電ローラ14が大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金の直径としては6〜10mm程度が望ましい。
【0061】
帯電ローラ14の樹脂層102は10〜10Ωcmの体積抵抗を持つ材料が好ましい。抵抗が低すぎると感光体にピンホール等の欠陥があった場合に帯電バイアスのリークが発生しやすく、抵抗が高すぎると放電が十分に発生せず均一な帯電電位を得ることができない。基材となる樹脂に導電性材料を配合すること、すなわち樹脂層102に導電性材料を含有させることで所望の体積抵抗を得ることができる。
【0062】
基材樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン,ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体)、ポリカーボネート、等の樹脂を用いることができる。これらの基材樹脂は、成形性が良いので容易に成形加工することができる。
【0063】
導電性材料としては四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物のようなイオン導電性材料が好ましい。四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンの例としては、四級アンモニウム塩基を有するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソプレン、エチレンーエチルアクリレート共重合、エチレンーメチルアクリレート共重合、エチレンー酢酸サンビニル共重合、エチレンープロピレン共重合、エチレンーヘキセン共重合等のポリオレフィンである。本実施の形態においては、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンについて例示したが、本発明の目的に反しない限り、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィン以外の高分子化合物であってもかまわない。
【0064】
前記のイオン導電性材料は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより、前記の基材樹脂に均一に配合・含有される。配合された材料を芯金101に射出成形、あるいは押出成形にすることにより、容易にローラ形状に成型することができる。イオン導電性材料と基材樹脂の配合量は基材樹脂100重量部に対して30〜80重量部が望ましい。
【0065】
帯電ローラ14の樹脂層102の厚さとしては1〜3mmが望ましい。樹脂層102が薄すぎると成型が困難である上に強度の面でも問題がある。樹脂層102が厚すぎると帯電ローラ14が大型化するうえに樹脂層102の実際の抵抗が大きくなるため帯電効率が低下する。樹脂層102にはコーティング等により、トナー等が付着しにくい保護層を数十μmの厚さで形成することもできる。
【0066】
樹脂層102を切削して外径を整える際に樹脂層102の端部にギャップ保持部材103を取り付けるための段差104を形成しておく。ギャップ保持部材103としてはPFA(テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)やFEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体)等のフッ素系樹脂材料の熱収縮チューブを用いることができる。これらの樹脂は離型性に優れるので、トナー固着が発生しにくい。
【0067】
さらに、絶縁性のフッ素系樹脂を使用することで、ギャップ保持部材103の位置で放電が発生することがないので、トナーが静電的に付着することも防止できる。段差104の形状は図3、図4に示すいずれの形状でも良い。図3、図4に示す帯電ローラ14の何れも、感光体5の画像領域すなわち潜像、トナー像が形成される領域に対応する領域14aを有しており、この領域において感光体5との最大ギャップが100μm以下となるようにされている。
【0068】
図3に示す帯電ローラ14は、その軸方向Dにおいて周溝105で挟まれた、感光体5の画像領域に対応する上述の領域である第1の領域14aと、軸方向Dにおいて周溝105より端部側に位置し感光体5の非画像領域に対応した第2の領域14bとを有している。図4に示す帯電ローラ14は、第1の領域14aのみを有している。なお、周溝105も感光体5の非画像領域に対応しているから、周溝105が形成されている部分も第2の領域14bに含まれると考えることができるが、本実施例では説明の都合上、軸方向Dにおいて周溝105より端部側に位置し感光体5の非画像領域に対応した領域を第2の領域14bとして説明する。
【0069】
図3に示す帯電ローラ14は、第2の領域を有しており、凹形状の周溝105に熱収縮性のギャップ保持部材103を取り付けることで、ギャップ保持部材103の寄り止めとなるので、接着剤等を用いなくてもギャップ保持部材103たるチューブが外れるようなことがないという利点を有する。図4に示す帯電ローラ14は、第2の領域を有しておらず、周溝105をその端部に有するため、周溝105の形成が容易であるという利点を有する。なお、図3及び図4は、各図において一点鎖線で示す、帯電ローラ14の回転中心軸Oを含む断面を示している。
【0070】
段差104によって形成する周溝105の深さが浅いと寄り止めとしての機能が不十分となり、段差104によって形成する周溝105の深さがあまり深くなると前述のように樹脂層102の厚さには帯電性能からくる制限があるため、強度面で問題が出てくる。また、キャップの狙いは帯電性能から決定されるので、ギャップ保持部材103に厚い熱収縮チューブを使用するためには段差104を大きくする必要がある。樹脂層102の厚さとギャップ保持部材103たる熱収縮チューブの厚さとの比に5〜20の関係が成立する範囲では、寄り止めとして機能と樹脂層102の強度を両立させることができる。そこで本実施例はこの関係を満たしている。
【0071】
ギャップ保持部材103を感光体5の画像領域外すなわち潜像、トナー像が形成される領域の外側の領域に付き当てることで、帯電ローラ14の樹脂層102と感光体5との相手にギャップを形成する。帯電ローラ14は芯金101の端部に取り付けられた図示しないギヤが感光体5の図示しないフランジに形成された図示しないギヤとかみ合っており、図示しない感光体駆動モータにより感光体5が回転すると帯電ローラ14も感光体5とほぼ等速で回転する。
【0072】
樹脂層102と感光体5とが接触することがないので、帯電ローラ14として硬い樹脂材料を使用し、感光体5に有機感光体を使用した場合でも、感光体5に傷が付いたりすることはない。また、ギャップが広がりすぎると異常放電が発生し均一に帯電できなくなるため、最大ギャップは100μm以下に抑える必要がある。そのため、感光体5、帯電ローラ14とも高精度で構成することが必要であり、真直度を20μm以下にする必要がある。
【0073】
ギャップ保持部材103により帯電ローラ14と感光体5にギャップを設けているので、帯電ローラ14にかかる負荷はギャップ保持部材103たる熱収縮チューブに集中するため、熱収縮チューブには高い耐久性が要求される。熱収縮チューブの耐久性はその幅と厚さの両方に影響されるので、断面積が大きいほど耐久性に優れる。
【0074】
また、一般的な熱収縮チューブでは厚さの±10%程度の肉厚偏差があるため、厚さが厚くなるとギャップ変動が大きくなってしまう。したがって、あまり厚いチューブを使用することはできない。さらに、熱収縮チューブの幅を大きくするとそれだけ帯電ローラ14の長さも長くなってしまうため、画像形成装置100の大型化につながる。
【0075】
これらのことと各種の実験結果を考え合わせると、熱収縮チューブの耐久性とギャップ精度の点からギャップ保持部材103の、帯電ローラ14の回転中心軸Oを含む断面における断面積は1.0×10−6〜3.0×10−6の範囲が適当である。なお、ギャップ保持部材103は、加熱され熱収縮することで周溝105に取り付けられ帯電ローラ14と一体化されるが、この断面積は、帯電ローラ14と一体化された後の断面積である。画像形成装置100の小型化とギャップ精度という点からはギャップ保持部材103の幅と、ギャップ保持部材103の厚さとの比は25〜100の範囲にあることが適当である。本実施例においてはこれらの条件をすべて満たしている。
【0076】
このようにして帯電ローラ14と感光体5との間にギャップを形成した場合、感光体5と帯電ローラ14との回転に伴い、ギャップは一定範囲の中で常に変動することとなる。このような状況下で感光体5を均一に帯電するには、帯電ローラ14に印加する帯電バイアスに、DC電圧に加え帯電ローラ14と感光体5との間の放電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を有するAC電圧を重畳することが有効である。印加するAC電圧の周波数が低いとストライプ状の帯電ムラが目立つため、感光体5の線速[mm/s]の7倍以上の周波数[Hz]に設定することが望ましい。本実施例においては、図示しない電圧印加手段により、樹脂層102にこれらの条件を満たす電圧印加を行なっている。
【0077】
帯電ローラ14をクリーニングする部材として、帯電ローラ14の上方にクリーニングブラシ49が配置されている。このクリーニングブラシ49は直径4mmの芯金に毛足2mmの導電性繊維を静電植毛してある。クリーニングブラシ49は自重のみで帯電ローラ14に回動自由に当接しており、帯電ローラ14の回転に伴い連れまわり方向に回転しながら、帯電ローラ14表面を清掃する。スプリング等の加圧手段を使用せずに自重のみで当接しているので、芯金101の径が細くてもたわみは問題とならない。
【0078】
ここで、クリーニングブラシ49の軸方向Dにおける長さをギャップ保持部材103に被覆された部分を含む帯電ローラ14の長さすなわち樹脂層102により覆われた部分の長さより長くし、この樹脂層102により覆われた部分の全体に当接することで、ギャップ保持部材103の表面も同時にクリーニングすることができる。第1の領域14aとギャップ保持部材103の被覆部とでは帯電ローラ14外径に差はあるが、わずかに数十μm程度、最大でも100μm以下であり、クリーニングブラシ49の毛足に比べ十分小さいので、第1の領域14aのクリーニング性が低下するようなことはない。
【0079】
クリーニングブラシ49の長さは、帯電ローラ14と帯電ローラ14の両端部に配設された両ギャップ保持部材103とを同時に清掃できるよう、少なくとも両ギャップ保持部材103に当接する長さすなわち一方のギャップ保持部材103の帯電ローラ14の端部側の端から他方のギャップ保持部材103の帯電ローラ14の端部側の端までの長さを備え、両ギャップ保持部材103に当接するように配設されていることを要し、好ましくは、帯電ローラ14の樹脂層102を構成する部分に覆われた部分の長さ以上の長さを有し、樹脂層102を構成する部分に覆われた部分の全体に当接していることが望ましい。
【0080】
(実施例)
以下のようにして、帯電ローラ14を作製した。ステンレスからなる直径8mmの芯金101に、樹脂層102として、ABS樹脂100重量部にイオン導電剤60重量部を配合して得た樹脂組成物(体積抵抗率10Ωcm)を射出成形により成形した後、表面を切削加工し直径12mmとした。ここで、樹脂層102の両端に段差104を形成することで幅8mmの周溝105を形成し、周溝105に厚さ150μmのPFAチューブを幅8mmに切ってギャップ保持部材103として取り付けた。チューブの収縮は120℃の雰囲気中で20分間加熱して行なった。
【0081】
この帯電ローラ14をリコー製カラープリンタ イプシオカラー8000の感光体ユニットにセットしたところ、感光体5と帯電ローラ14との間の画像領域での平均ギャップはおよそ45μmであり、ギャップの最大、最小値はそれぞれ65μm、25μmであった。ギャップの測定はMitutoyo製レーザースキャンマイクロメータ LSM−600を使用して行なった。測定方法の詳細はJapan Hardcopy 2001論文集に記載されたものである。イプシオカラー8000を用いて、感光体5の線速125mm/sで通紙試験を行った。帯電バイアスはDC成分を−700V、AC成分をピーク間電圧2.2kV、周波数900Hzの正弦波とした。
【0082】
上記の条件で5万枚の通紙試験を行ったところ、試験を通して画像は良好であり、ギャップ保持部材103たる熱収縮チューブの状態は5万枚通紙後も良好で、ギャップも初期と同等の状態を維持していた。また、帯電部の樹脂層102の汚れもほとんどなかった。
【0083】
(比較例1)
ギャップ保持部材たる熱収縮チューブを取り付ける樹脂層102の溝の深さを25μmとし、PFAチューブの厚さを75μmとした以外は実施例と同様の帯電ローラを作製した。この帯電ローラをイプシオカラー8000の感光体ユニットにセットし、感光体5とこの帯電ローラのギャップを測定したところ、平均ギャップはおよそ45μmであり、ギャップの最大、最小値はそれぞれ55μm、35μmであった。
【0084】
実施例と同等の条件で5万枚の通紙試験を行ったところ、初期画像は良好であったが、3万枚を過ぎた辺りから画像の一部に細かい点状の汚れが発生するようになった。感光体ユニットを確認したところ、ギャップ保持部材たる熱収縮チューブが伸びてしまい、溝からはみ出して段差104に乗り上げたり、チューブと樹脂層102の間にトナーが詰まったりして、ギャップが広くなりすぎてかかる汚れが発生していた。
【0085】
(比較例2)
ギャップ保持部材たる熱収縮チューブを取り付ける樹脂層102の溝の深さを400μmとし、PFAチューブの厚さを450μmとした以外は実施例と同様の帯電ローラを作製した。この帯電ローラをイプシオカラー8000の感光体ユニットにセットし、感光体5と帯電ローラのギャップを測定したところ、平均ギャップはおよそ45μmであり、またギャップの最大値は95μmであり、一部では画像領域内で感光体5と帯電ローラが接触していた。
【0086】
実施例と同等の条件で5万枚の通紙試験を行ったところ、初期画像は良好であったが、4万枚を過ぎた辺りからハーフトーン画像の一部に帯電ローラ周期の濃度ムラが発生するようになった。感光体ユニットを確認したところ、ギャップ保持部材たる熱収縮チューブの状態は良好であったが、帯電ローラの一部がトナーで非常に汚れており、この汚れは帯電ローラが感光体5に接触していた付近で発生していた。
【0087】
帯電装置30をこのように構成することで、この帯電装置30を有する画像形成装置100で上述のように画像形成する際には、フルカラー画像形成時であっても単色画像形成時であっても感光体5の表面は、帯電装置30により、一様に帯電され、これは経時的にも維持され、常に高品質の画像形成が行われる。
【0088】
【発明の効果】
本発明は、両端部に周溝を有し像担持体を帯電するための帯電ローラと、上記周溝のそれぞれに係合したリング状の部材であって、上記帯電ローラと像担持体との間にギャップを形成するためのギャップ保持部材とを有する帯電装置において、上記ギャップ保持部材はそれぞれ、上記帯電ローラの回転中心軸を含む断面における面積が、1.0×10−6〜3.0×10−6であるので、帯電ローラと像担持体との間に形成したギャップにより帯電ローラの汚れを防止でき、また、低コストで、帯電ローラと像担持体との間にギャップを形成する部材の耐久性を担保すること、及び帯電ローラと像担持体との間のギャップの精度を良好とすることを両立した、高耐久の帯電装置を提供することができる。
【0089】
ギャップ保持部材が熱収縮性を有する材料によって構成されていることとすれば、接着剤を使用することなくギャップ保持部材を帯電ローラに取り付け、外れてしまうことを防止することができる帯電装置を提供することができる。
【0090】
帯電ローラの軸方向におけるギャップ保持部材の幅と、同ギャップ保持部材の厚さとの比を、25〜100としたこととすれば、帯電ローラの大型化を抑制することで装置全体の大型化を抑制することができるとともに、ギャップの精度を良好とすることができ良好な帯電を行うことができる帯電装置を提供することができる。
【0091】
帯電ローラが樹脂層を有することとすれば、加工が容易で精度を出しやすく、良好な帯電を行うことができる安価な帯電装置を提供することができる。
【0092】
樹脂層がイオン導電性材料を含有していることとすれば、加工が容易で精度を出しやすく、良好な帯電を行うことができるとともに、異常放電を抑制して良好な帯電を行うことができる帯電装置を提供することができる。
【0093】
樹脂層の厚さとギャップ保持部材の厚さとの比を、5〜20としたこととすれば、帯電ローラの大型化を抑制することで装置全体の大型化を抑制することができるとともに、帯電ローラの強度の低下を防止することができ、またギャップの精度を良好とすることができ良好な帯電を行うことができる帯電装置を提供することができる。
【0094】
ギャップ保持部材をフッ素系樹脂によって構成したこととすれば、離型性に優れトナー等の汚れが付着しにくく、長期にわたって良好な帯電を行うことができる帯電装置を提供することができる。
【0095】
フッ素系樹脂が絶縁性を有することとすれば、ギャップ保持部材が像担持体に当接した位置での漏電を防止し、この当接位置において放電によって生成される放電生成物が像担持体に付着する量を抑制して、像担持体の摩擦係数の増加によって生じる、像担持体に当接した他の部材の巻き込みを防止できる安全性の高い帯電装置を提供することができる。
【0096】
帯電ローラにより、この帯電ローラと像担持体との間の放電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧を直流電圧に重畳した電圧を像担持体に印可するための電圧印加手段を有することとすれば、ギャップが変動した場合においても帯電電位の均一性や環境変動に対する安定性が高く、良好な帯電を行うことができる帯電装置を提供することができる。
【0097】
本発明は、請求項1ないし8の何れか1つに記載の帯電装置と、この帯電装置によって帯電される像担持体とを有する画像形成装置にあるので、上述の各効果を奏する帯電装置を有するから、低コストで、長期間にわたって良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【0098】
ギャップ保持部材によって形成する、帯電ローラの、軸方向において周溝で挟まれた、像担持体の画像領域に対応する第1の領域と、上記像担持体とのギャップを、100μm以下としたこととすれば、異常放電が発生しにくく、像担持体が均一に帯電され、良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【0099】
帯電ローラの軸方向において少なくとも両ギャップ保持部材に当接する長さを備え、上記帯電ローラと上記両ギャップ保持部材とを清掃するクリーニング部材を有することとすれば、ギャップ保持部材にトナー等の汚れが付着してギャップが不安定になることを防止するとともに、帯電ローラの表面にトナー等の汚れが付着して帯電電位が乱れることを防止し、良好な帯電を行うことで良好な画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
【0100】
少なくとも帯電装置と像担持体とが、画像形成装置本体に対して一体で着脱可能であることとすれば、高精度のギャップを必要とする場合でも調整が不要であり、ユーザーでも容易に交換ができるから、良好な帯電を行うことができ良好な画像形成を行うことができるとともにメンテナンスが容易でユーザーに使い勝手の良い画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した帯電装置及びこれを有する画像形成装置の概略を示す側面図である。
【図2】図1に示した像担持体、帯電装置及び像担持体周りの構成を示す側面図である。
【図3】図1、図2に示した帯電装置の一端の正断面図である。
【図4】帯電装置の別の構成例の正断面図である。
【符号の説明】
5 像担持体
14 帯電ローラ
14a 像担持体の画像領域に対応する領域
49 クリーニング部材
100 画像形成装置
102 樹脂層
103 ギャップ形保持部材
105 周溝
105a 第1の溝部
105b 第2の溝部
D 帯電ローラの軸方向
O 帯電ローラの回転中心軸
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a charging device provided with a charging roller for charging an image carrier such as a photoconductor, and an image forming apparatus such as a copying machine, a facsimile, or a printer having the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, or a facsimile, a toner image is formed and carried on a sheet-shaped recording medium by a transfer method or a direct method by an image forming process mechanism such as an electrophotographic method. Such an image forming process mechanism forms a toner image carried on a recording medium on an image carrier such as a photoreceptor. In one of the toner image forming processes, the image carrier is charged. The image forming process mechanism includes a charging device as a charging unit for performing the charging process.
[0003]
Conventionally, as a charging device, a charging device such as a scorotron which performs charging is mainly used, but this method has a problem that a large amount of discharge products such as ozone is generated. A charging device of a type that comes into contact with an image carrier has been widely used. In a charging device of this type, contamination such as toner adheres to a roller or the like with time, and if uneven charging occurs due to the adhesion of the stain, adversely affects image formation. This was a major factor in determining the life of the device.
[0004]
Therefore, as shown in [Patent Document 1], in a charging device using a roller, a film is attached to an end of the roller to reduce dirt on the roller, and a small gap is formed between the photoconductor and the roller. There has been proposed a technique for forming an image and suppressing adhesion of dirt. Further, as a technique for forming a gap by means other than a film, a technique has been proposed in which a step or a groove is provided at an end of a roller and a member for forming a gap is attached, as shown in [Patent Document 2]. On the other hand, as a material of the roller, an elastic member such as rubber or sponge is generally used, but a roller using a resin is also known as shown in [Patent Document 3].
[0005]
However, when the roller is made of rubber, it is difficult to perform machining with high precision by cutting, and there is a problem that the gap tends to fluctuate due to the environment due to large thermal expansion. On the other hand, a resin-made roller is high in hardness and easy to cut, but because of high hardness, when a film-shaped member is used as a member for forming a gap, this member is worn over time. There was a problem such as. When an organic photoreceptor is used as an image carrier, the photoreceptor may be damaged when a member forming a gap comes into contact.
[0006]
Therefore, in [Patent Document 2], a step is provided at the end of the roller so that the member forming the gap and the photoreceptor do not deteriorate and good durability is obtained, and the member forming the gap is made thicker. A technique of using an elastic body has been proposed. By providing a groove by a concave step at the end of the roller and attaching a member that forms a gap in this way, it is possible to prevent deterioration of this member and a contacting portion of the member of the photoconductor, Further, by attaching the member in a concave shape, it is possible to prevent the member from coming off.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2001-194868 A [Patent Document 2]
JP 2002-55508 A [Patent Document 3]
JP 2001-337515 A
[Problems to be solved by the invention]
However, when a thick member is used to form such a gap, although the durability is improved, there is a problem that a deviation in the thickness leads to a change in the gap and a change in the gap increases. It is conceivable to prevent such a change in the gap by cutting after attaching such a member to the roller body, but there is a problem that it takes time and costs.
[0009]
The present invention has a low cost, ensures the durability of a member forming a gap between a charging member and an image carrier, and improves the accuracy of the gap between the charging member and the image carrier. An object of the present invention is to provide a durable charging device and an image forming apparatus having the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes a charging roller having peripheral grooves at both ends for charging the image carrier, and a ring-shaped member engaged with each of the peripheral grooves. In a charging device having a gap holding member for forming a gap between the charging roller and the image carrier, the gap holding members each have an area in a cross section including a rotation center axis of the charging roller, 1.0 × 10 −6 to 3.0 × 10 −6 m 2 .
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the charging device according to the first aspect, the gap holding member is made of a heat-shrinkable material.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the charging device according to the first or second aspect, a ratio of a width of the gap holding member in an axial direction of the charging roller to a thickness of the gap holding member is 25 to 100. It is characterized by the following.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the charging device according to any one of the first to third aspects, the charging roller has a resin layer.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the charging device according to the fourth aspect, the resin layer contains an ion conductive material.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, in the charging device according to the fourth or fifth aspect, a ratio of a thickness of the resin layer to a thickness of the gap holding member is 5 to 20.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, in the charging device according to any one of the first to sixth aspects, the gap holding member is made of a fluorine-based resin.
[0017]
According to an eighth aspect of the present invention, in the charging device according to the seventh aspect, the fluorine-based resin has an insulating property.
[0018]
According to a ninth aspect of the present invention, in the charging device according to any one of the first to eighth aspects, the peak of the discharge starting voltage between the charging roller and the image carrier is twice or more by the charging roller. It is characterized by having a voltage applying means for applying a voltage obtained by superimposing an AC voltage having an intermediate voltage on a DC voltage to the image carrier.
[0019]
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an image forming apparatus including the charging device according to any one of the first to ninth aspects, and an image carrier charged by the charging device.
[0020]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the image forming apparatus of the tenth aspect, the charging roller is formed by the gap holding member in an image area of the image carrier, which is sandwiched between the circumferential grooves in the axial direction. The gap between the corresponding area and the image carrier is set to 100 μm or less.
[0021]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to the tenth or eleventh aspect, the image forming apparatus has a length in contact with at least the two gap holding members in the axial direction, and cleans the charging roller and the two gap holding members. A cleaning member that performs cleaning.
[0022]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the image forming apparatus according to any one of the tenth to twelfth aspects, at least the charging device and the image carrier are integrally detachable from the image forming device main body. There is a feature.
[0023]
【Example】
FIG. 1 schematically shows an image forming apparatus to which the present invention is applied. The image forming apparatus may be any known one such as a copying machine, a facsimile, and a printer, but the image forming apparatus in this embodiment is a printer. Although the image forming apparatus of this embodiment forms a full-color image, it may form a single-color image.
[0024]
The image forming apparatus 100 has a higher heat capacity than plain paper generally used for copying and the like, 90K paper such as OHP sheets, cards, and postcards, thick paper having a basis weight of about 100 g / m 2 or more, and envelopes. Any of the large so-called special sheets can be used as a sheet-shaped recording medium for fixing a toner image. The size of the recording medium may be a size conforming to a general standard such as A4 size or A3 size, or may be a size out of the standard formed by cutting or the like.
[0025]
In the apparatus main body 1 of the image forming apparatus 100, four photoconductor units 2A, 2B, 2C and 2D as image carrier units are detachably mounted on the apparatus main body 1, respectively. At a substantially center of the apparatus main body 1, a transfer unit in which the transfer belt 3 is rotatably mounted in a direction indicated by an arrow A between a plurality of rollers including a paper suction roller 58 is disposed. Inside the transfer belt 3, four transfer brushes 57 are provided corresponding to the four photoconductors 5, respectively.
[0026]
The photoreceptor 5 as an image carrier provided in each of the photoreceptor units 2A, 2B, 2C, and 2D is disposed on the upper surface of the transfer belt 3 so as to be in contact with the photoreceptor unit. A charging device 30 is provided in each of the photoconductor units 5 in each of the photoconductor units 2A to 2D. Developing devices 10A to 10D that use different colors of toner are arranged corresponding to the photoconductor units 2A to 2D.
[0027]
The developing devices 10A to 10D have the same configuration, and are two-component developing type developing devices that differ only in the color of the toner used. The developing device 10A uses magenta toner, the developing device 10B uses cyan toner, the developing device 10C uses yellow toner, and the developing device 10D uses black toner. In each of the developing devices 10A to 10D, a developer including a toner and a carrier is stored.
[0028]
Each of the developing devices 10A to 10D includes a developing roller (not shown) facing the photoconductor 5, a screw for conveying and stirring the developer, a toner density sensor, and the like. The developing roller comprises an outer rotatable sleeve and a magnet fixed inside. The toner is supplied from the toner supply device in accordance with the output of the toner density sensor.
[0029]
The toner has a binder resin, a colorant, and a charge control agent as main components, and is further configured to include other additives as necessary. Specific examples of the binder resin include polystyrene, styrene-acrylate copolymer, polyester resin, and the like. As a coloring material (for example, yellow, magenta, cyan, and black) used for the toner, those known for toner can be used. The amount of the coloring material is suitably from 0.1 to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder resin.
[0030]
Specific examples of the charge control agent include a nigrosine dye, a chromium-containing complex, a quaternary ammonium salt, and the like, which are used depending on the polarity of the toner particles. The amount of the charge control agent is 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder resin. It is advantageous to add a fluidity-imparting agent to the toner particles.
[0031]
Examples of the fluidity-imparting agent include fine particles of metal oxides such as silica, titania, and alumina, and those obtained by subjecting these fine particles to surface treatment with a silane coupling agent, a titanate coupling agent, and the like, polystyrene, polymethyl methacrylate, and polyvinylidene fluoride. And the like. These fluidity imparting agents have a particle size in the range of 0.01 to 3 μm. The addition amount of these fluidity-imparting agents is preferably in the range of 0.1 to 7.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the toner particles.
[0032]
As a method for producing a toner for a two-component developer, it can be produced by various known methods or a method combining them. For example, in the kneading and pulverizing method, a binder resin and a coloring material such as carbon black and necessary additives are dry-mixed, heated and kneaded with an extruder or a two-roll, three-roll, or the like, and then cooled and solidified. The toner is obtained by pulverizing with a pulverizer such as a jet mill and classifying with an airflow classifier. Further, a toner can be directly produced from a monomer, a colorant, and an additive by a suspension polymerization method or a non-aqueous dispersion polymerization method.
[0033]
As the carrier, a core material itself or a core material provided with a coating layer is generally used. Ferrite and magnetite can be used as the core material of the resin-coated carrier. The particle size of the core material is suitably about 20 to 60 μm. Materials used for forming the carrier coating layer include vinylidene fluoride, tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, vinyl ether substituted with a fluorine atom, and vinyl ketone substituted with a fluorine atom. As a method of forming the coating layer, a resin may be applied to the surface of the carrier core material particles by a spraying method, a dipping method, or the like, as in the related art.
[0034]
A writing unit 6 is arranged above the photoreceptor units 2A to 2D, and a duplex unit 7 is arranged below the transfer belt 3. A waste toner storage unit 18 is located below the duplex unit 7. The image forming apparatus 100 has, on the left side of the apparatus main body 1, a reversing unit 8 for reversing and discharging a transfer sheet P as a recording medium after forming an image, or conveying the transfer sheet P to the duplex unit 7. .
[0035]
Although not shown in detail, the writing unit 6 includes four laser diode (LD) type light sources prepared for each color, a set of polygon scanners having six polygon mirrors and a polygon motor, and It has an fθ lens, a lens such as a long WTL, a mirror, and the like, which are arranged in the channel of the light source. The laser beam emitted from the laser diode is deflected and scanned by the polygon scanner and is irradiated on the photoconductor 5.
[0036]
The duplex unit 7 has a pair of transport guide plates 45a and 45b and a pair of transport rollers 46 in this embodiment, and a pair of transport rollers 46, and a duplex image forming mode for forming an image on both sides of the transfer paper P. Occasionally, the transfer paper P, on which an image is formed on one side and conveyed to the reversing conveyance path 54 of the reversing unit 8 and conveyed by switchback conveyance, is received and conveyed toward the paper feeding unit.
[0037]
The reversing unit 8 includes a plurality of paired transport rollers and a plurality of paired transport guide plates. The reversing unit 8 reverses the transfer paper P for forming a double-sided image as described above and carries out the reverse side to the double-sided unit 7. And discharges the transfer paper P after image formation to the outside of the image forming apparatus 100 in the same direction, or discharges the transfer paper P to the outside of the image forming apparatus 100 with the front and back reversed. Separating sheet feeding sections 55 and 56 for separating and feeding the transfer sheets P one by one are provided in the sheet feeding sections provided with the sheet feeding cassettes 11 and 12, respectively.
[0038]
Between the transfer belt 3 and the reversing unit 8, a fixing device 9 for fixing the image of the transfer paper P on which the image has been transferred is provided. On the downstream side of the fixing device 9 in the transfer paper transport direction, a reversing discharge path 20 is formed by branching, and the transfer paper P transported to the reversal discharge path 20 is discharged onto a discharge tray 26 by a pair of discharge rollers 25. Making it possible.
[0039]
At the lower portion of the apparatus main body 1, paper feed cassettes 11 and 12 capable of storing transfer papers P having different sizes in two upper and lower stages are provided. A manual tray 13 is provided on the right side of the apparatus main body 1 so as to be openable and closable in a direction indicated by an arrow B. By opening the manual tray 13, manual paper can be fed from the manual tray 13.
[0040]
The photoconductor units 2A to 2D are units having the same configuration, the photoconductor unit 2A forms an image corresponding to magenta, the photoconductor unit 2B forms an image corresponding to cyan, and the photoconductor unit 2B. 2C forms an image corresponding to the yellow color, and the photoconductor unit 2D forms an image corresponding to the black color.
[0041]
The operation of the image forming apparatus 100 when forming a full-color image will be described. When the image forming apparatus 100 receives full-color image data, each photoconductor 5 rotates clockwise in FIG. 1, and the surface of each photoconductor 5 is uniformly charged by the charging device 30. The writing unit 6 applies a laser beam corresponding to a magenta image to the photoconductor 5 of the photoconductor unit 2A, and a laser beam corresponding to a cyan image to the photoconductor 5 of the photoconductor unit 2B. The photoconductor 5 of the unit 2C is irradiated with laser light corresponding to a yellow image, and the photoconductor 5 of the photoconductor unit 2D is irradiated with laser light corresponding to a black image. An image is each formed. Each of the latent images reaches the positions of the developing devices 10A, 10B, 10C, and 10D by rotating the respective photoconductors 5, and is developed there by magenta, cyan, yellow, and black toners, and the four color toners are developed. It becomes an image.
[0042]
On the other hand, the transfer paper P is selectively fed from the paper feed cassettes 11 and 12 by the separation paper feed units 55 and 56, and is transferred onto the respective photoconductors 5 by a pair of registration rollers 59 provided immediately before the transfer belt 3. The sheet is conveyed at a timing coincident with the formed toner image. The transfer paper P is charged to a positive polarity by a paper suction roller 58 disposed near the entrance of the transfer belt 3, and is thereby electrostatically attracted to the surface of the transfer belt 3. While the transfer paper P is being conveyed while being attracted to the transfer belt 3, magenta, cyan, yellow, and black toner images are sequentially transferred, and a full-color toner image of four colors is formed. .
[0043]
The transfer paper P to which the toner image has been transferred is fused and fixed by the application of heat and pressure in the fixing device 9, and then passes through a paper discharge system according to the designated mode, and passes through the upper portion of the apparatus main body 1. When the double-sided image formation mode is selected, the sheet is inverted and discharged to the sheet discharge tray 26, the sheet is straight discharged from the fixing device 9 and straightly discharged through the inside of the reversing unit 8, or the inside of the reversing unit 8 is selected. After being fed into the reverse conveyance path, it is switched back and conveyed to the double-sided unit 7, where it is re-fed and the image forming unit provided with the photoreceptor units 2A to 2D. Is discharged. Thereafter, when an instruction to form two or more images is given, the above-described image forming process is repeated.
[0044]
The operation of the image forming apparatus 100 when forming a black and white image will be described. When the image forming apparatus 100 receives the black and white image data, the driven roller supporting the transfer belt 3 moves downward, and the transfer belt 3 separates from the magenta, cyan, and yellow photoconductors 5. The photoconductor 5 of the photoconductor unit 2D rotates clockwise in FIG. 1, and the surface of the photoconductor 5 of the photoconductor unit 2D is uniformly charged by the charging device 30.
[0045]
The photoconductor 5 of the photoconductor unit 2D is irradiated with a laser beam corresponding to a black image to form a latent image. When the latent image reaches the position of the developing device 10D, it is developed with black toner to become a toner image. At this time, the image forming units for the three colors other than black are stopped to prevent unnecessary consumption.
[0046]
On the other hand, the transfer paper P is selectively fed from the paper feed cassettes 11 and 12 by the separation paper feed units 55 and 56, and is exposed to the photosensitive drum 2 </ b> D by the registration roller pair 59 provided immediately before the transfer belt 3. The sheet is conveyed at a timing coincident with the toner image formed on the body 5. The transfer paper P is charged by a paper suction roller 58 disposed near the entrance of the transfer belt 3, and is thereby electrostatically attracted to the surface of the transfer belt 3.
[0047]
Since the transfer paper P is conveyed while being attracted to the transfer belt 3, even if the transfer belt 3 is separated from the magenta, cyan, and yellow photoconductors 5, it is conveyed to the black photoconductor 5, and the black toner image is formed. Is transcribed. In order to stably transfer the transfer paper P by electrostatic attraction, the transfer belt 3 needs to have at least the surface layer made of a material having high resistance.
[0048]
The transfer paper P is fixed by the fixing device 9 as in the case of the full-color image, and is processed through a paper discharge system according to the designated mode. Thereafter, when an instruction to form two or more images is given, the above-described image forming process is repeated. As a material of the transfer belt 3, a resin material such as polyvinylidene fluoride, polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate or the like can be molded into a seamless belt and used. These materials can be used as they are, or the resistance can be adjusted with a conductive material such as carbon black. In addition, a surface layer may be formed by using a method such as spraying or dipping using these resins as a base layer to form a laminated structure.
[0049]
As shown in FIG. 2, each of the photoconductor units 2A to 2D includes a charging device 30, a photoconductor 5 on which an electrostatic latent image is formed, a brush roller 15 for cleaning the surface of the photoconductor 5, and a cleaning blade 47. are doing. The charging device 30 has a charging roller 14 and a gap holding member 103 engaged with the charging roller 14. A cleaning roller 49 for cleaning the roller surface is in contact with the charging roller 14 and the gap holding member 103.
[0050]
The brush roller 15 moves the toner scraped off by the cleaning blade 47 to the toner transport auger 48 side, and the collected waste toner is rotated by rotating the toner transport auger 48 to the waste toner storage section 18 shown in FIG. It is configured to be transported. In this embodiment, the diameter of the photoconductor 5 is φ30 mm, and each of the photoconductors 5 rotates in the direction of arrow C at 125 mm / sec. The brush roller 15 rotates clockwise in synchronization with the rotation of the photoconductor 5.
[0051]
The photoreceptor units 2A to 2D are provided with a positioning main reference portion 51 as a reference when the photoreceptor units 2A to 2D are attached to and detached from the apparatus main body 1, and a front side positioning sub reference portion 52 and a rear side positioning sub reference portion 53 are provided. When the photoreceptor units 2A to 2D are mounted on the apparatus main body 1, the photoreceptor units 2A to 2D can be reliably positioned at predetermined mounting positions by their reference portions. I have.
[0052]
Since the photoreceptor 5 and the charging device 30 are arranged in one unit, the configuration is such that the positional relationship between the photoreceptor 5 and the charging device 30 is determined in the unit, and the entire unit is replaced. Since the photoconductor 5 and the photoconductor 5 can be integrally attached to and detached from the apparatus main body 1, there is no need to adjust the gap, and the user can easily exchange the photoconductor. Here, the unit in which the photoconductor 5, the charging device 30, and the cleaning system, that is, the brush roller 15, the cleaning blade 47, and the cleaning roller 49 are integrated has been described. However, the cleaning system may have another unit configuration. The developing device 10 may be a unit integrated with the photoconductor 5 and the charging device 30.
[0053]
The photoreceptor 5 is formed by laminating an undercoat layer, a charge generation layer mainly composed of a charge generation material, and a charge transport layer mainly composed of a charge transport material on a conductive support.
As the conductive support, a support having a volume resistance of 10 4 Ωcm or less, for example, a metal tube such as aluminum or stainless steel, or a metal such as nickel processed into an endless belt is used.
[0054]
The undercoat layer generally contains a resin as a main component. However, considering that the photosensitive layer is coated thereon with a solvent, these resins are resins having high solubility resistance to general organic solvents. Is desirable. Examples of such a resin include a water-soluble resin such as a polyvinyl alcohol resin, an alcohol-soluble resin such as a copolymerized nylon, a polyurethane resin, an alkyd-melamine resin, and an epoxy resin, and a curable resin that forms a three-dimensional network structure. No. Further, fine powder of a metal oxide such as titanium oxide, silica, or alumina may be added to the undercoat layer in order to prevent moiré and reduce residual potential. This undercoat layer can be formed using an appropriate solvent and a coating method. The thickness of the undercoat layer is suitably from 0 to 5 μm.
[0055]
The charge generation layer is a layer containing a charge generation material as a main component, and typical examples are a monoazo pigment, a disazo pigment, a trisazo pigment, and a phthalocyanine pigment. The charge generation material can be formed by dispersing the charge generation material together with a binder resin such as polycarbonate using a solvent such as tetrahydrofuran or cyclohexanone, and applying a dispersion. The coating is performed by a dip coating method or a spray coating. The thickness of the charge generation layer is usually 0.01 to 5 μm.
[0056]
The charge transporting layer can be formed by dissolving or dispersing the charge transporting material and the binder resin in an appropriate solvent of tetrahydrofuran, toluene, and dichloroethane, and applying and drying this. Among the charge transport materials, low-molecular charge transport materials include an electron transport material and a hole transport material. Examples of the electron transporting material include chloranil, bromoanil, tetracyanoethylene, tetracyanoquinodimethane, 2,4,7-trinitro-9-fluorenone, 2,4,5,7-tetranitro-9-fluorenone, Electron accepting substances such as 3,7-trinitrodibenzothiophene-5,5-dioxide are exemplified. Examples of the hole transport material include oxazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, triphenylamine derivatives, phenylhydrazones, α-phenylstilbene derivatives, thiazole derivatives, triazole derivatives, phenazine derivatives, acridine derivatives, thiophene derivatives, and the like. Electron donating substances.
[0057]
As the binder resin used for the charge transport layer together with the charge transport material, polystyrene resin, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene copolymer, polyester resin, polyarylate resin, polycarbonate resin, acrylic resin, epoxy resin, melamine Thermoplastic or thermosetting resins such as resin and phenolic resin are exemplified. The thickness of the charge transport layer may be appropriately selected in the range of 5 to 30 μm according to desired characteristics of the photoreceptor. A protective layer may be formed on the photoconductor 5 as a surface layer for the purpose of protecting the photosensitive layer and improving durability.
[0058]
FIG. 3 is a cross-sectional view of the charging roller 14 and the gap holding member 103 constituting the charging device 30. FIG. 3 shows one end of the charging roller 14 and the gap holding member 103 engaged with this end. The other end of the charging roller 14 has the same configuration. The gap holding member 103 is also engaged with the portion.
[0059]
The charging roller 14 is configured to charge the photoreceptor 5 and includes a cored bar 101 serving as a conductive support and a resin layer 102 serving as a charging member. Has a peripheral groove 105 in which a step 104 is formed and the gap holding member 103 is fitted therein. The gap holding member 103 is a member for forming a gap between the charging roller 14 and the photoconductor 5, and is a ring-shaped member.
[0060]
The metal core 101 is made of metal such as stainless steel. If the cored bar 101 is too thin, the influence of deflection when cutting or pressing the photoreceptor 5 cannot be ignored, and it is difficult to obtain the necessary gap accuracy. If the core metal 101 is too thick, there is a problem that the charging roller 14 becomes large or the mass becomes heavy. Therefore, the diameter of the core metal is preferably about 6 to 10 mm.
[0061]
The resin layer 102 of the charging roller 14 is preferably made of a material having a volume resistance of 10 6 to 10 9 Ωcm. If the resistance is too low, leakage of the charging bias tends to occur when there is a defect such as a pinhole in the photoreceptor, and if the resistance is too high, sufficient discharge does not occur and a uniform charging potential cannot be obtained. A desired volume resistance can be obtained by adding a conductive material to the resin serving as the base material, that is, by including the conductive material in the resin layer 102.
[0062]
As the base resin, resins such as polyethylene, polypropylene, polymethyl methacrylate, polystyrene, ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), and polycarbonate can be used. Since these base resins have good moldability, they can be easily formed.
[0063]
As the conductive material, an ion conductive material such as a polymer compound having a quaternary ammonium base is preferable. Examples of the polyolefin having a quaternary ammonium group include polyethylene, polypropylene, polybutene, polyisoprene, ethylene-ethyl acrylate copolymer, ethylene-methyl acrylate copolymer, ethylene-san vinyl acetate copolymer, ethylene-propylene Polyolefin such as copolymerization and ethylene-hexene copolymerization. In the present embodiment, a polyolefin having a quaternary ammonium base has been described as an example, but a high molecular compound other than a polyolefin having a quaternary ammonium group may be used as long as the object of the present invention is not contravened.
[0064]
The ionic conductive material is uniformly compounded and contained in the base resin by using means such as a biaxial kneader or a kneader. By subjecting the compounded material to injection molding or extrusion molding on the cored bar 101, it can be easily molded into a roller shape. The compounding amount of the ion conductive material and the base resin is preferably 30 to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the base resin.
[0065]
The thickness of the resin layer 102 of the charging roller 14 is desirably 1 to 3 mm. If the resin layer 102 is too thin, molding is difficult, and there is a problem in strength. If the resin layer 102 is too thick, the charging roller 14 becomes large, and the actual resistance of the resin layer 102 increases, so that the charging efficiency decreases. A protective layer to which toner or the like is unlikely to adhere can be formed on the resin layer 102 to a thickness of several tens of μm by coating or the like.
[0066]
When cutting the resin layer 102 to adjust the outer diameter, a step 104 for attaching the gap holding member 103 is formed at an end of the resin layer 102. As the gap holding member 103, a heat-shrinkable tube made of a fluororesin material such as PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer) or FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer) can be used. Since these resins are excellent in releasability, toner sticking hardly occurs.
[0067]
Further, by using an insulating fluororesin, no discharge is generated at the position of the gap holding member 103, so that it is possible to prevent the toner from electrostatically adhering. The shape of the step 104 may be any of the shapes shown in FIGS. Each of the charging rollers 14 shown in FIGS. 3 and 4 has an image area of the photoconductor 5, that is, an area 14a corresponding to an area where a latent image and a toner image are formed. The maximum gap is set to 100 μm or less.
[0068]
The charging roller 14 shown in FIG. 3 includes a first region 14 a, which is an area corresponding to the image area of the photoconductor 5, sandwiched between the circumferential grooves 105 in the axial direction D, and a circumferential groove 105 in the axial direction D. And a second region 14b located closer to the end and corresponding to the non-image region of the photoconductor 5. The charging roller 14 shown in FIG. 4 has only the first area 14a. Since the peripheral groove 105 also corresponds to the non-image area of the photoconductor 5, the portion where the peripheral groove 105 is formed can be considered to be included in the second area 14b. For convenience of explanation, a region located on the end side of the circumferential groove 105 in the axial direction D and corresponding to the non-image region of the photoconductor 5 will be described as a second region 14b.
[0069]
The charging roller 14 shown in FIG. 3 has the second region, and the gap holding member 103 is prevented from shifting by attaching the heat-shrinkable gap holding member 103 to the concave peripheral groove 105. There is an advantage that the tube as the gap holding member 103 does not come off without using an adhesive or the like. Since the charging roller 14 shown in FIG. 4 does not have the second region and has the peripheral groove 105 at an end thereof, there is an advantage that the peripheral groove 105 can be easily formed. 3 and 4 show cross-sections including the rotation center axis O of the charging roller 14 indicated by a chain line in each drawing.
[0070]
If the depth of the peripheral groove 105 formed by the step 104 is small, the function as a stopper is insufficient, and if the depth of the peripheral groove 105 formed by the step 104 is too large, the thickness of the resin layer 102 is reduced as described above. However, there is a problem in terms of strength due to the limitation of charging performance. In addition, since the aim of the cap is determined by the charging performance, the step 104 needs to be increased in order to use a thick heat-shrinkable tube for the gap holding member 103. As long as the ratio between the thickness of the resin layer 102 and the thickness of the heat-shrinkable tube serving as the gap holding member 103 satisfies the relationship of 5 to 20, the function as a stopper and the strength of the resin layer 102 can be compatible. Therefore, the present embodiment satisfies this relationship.
[0071]
The gap holding member 103 is applied to the outside of the image area of the photoconductor 5, that is, the area outside the area where the latent image and the toner image are formed, so that the gap between the resin layer 102 of the charging roller 14 and the photoconductor 5 is formed. Form. The charging roller 14 is configured such that a gear (not shown) attached to an end of the cored bar 101 meshes with a gear (not shown) formed on a flange (not shown) of the photoconductor 5, and the photoconductor 5 is rotated by a photoconductor driving motor (not shown). The charging roller 14 also rotates at substantially the same speed as the photoconductor 5.
[0072]
Since the resin layer 102 does not come into contact with the photoconductor 5, even if a hard resin material is used for the charging roller 14 and an organic photoconductor is used for the photoconductor 5, the photoconductor 5 may be damaged. There is no. Further, if the gap is too wide, abnormal discharge occurs and charging cannot be performed uniformly. Therefore, the maximum gap needs to be suppressed to 100 μm or less. For this reason, both the photoconductor 5 and the charging roller 14 need to be configured with high precision, and the straightness needs to be 20 μm or less.
[0073]
Since a gap is provided between the charging roller 14 and the photoconductor 5 by the gap holding member 103, the load applied to the charging roller 14 is concentrated on the heat-shrinkable tube serving as the gap holding member 103. Is done. Since the durability of the heat-shrinkable tube is affected by both the width and the thickness, the larger the cross-sectional area, the better the durability.
[0074]
Further, in a general heat-shrinkable tube, there is a thickness deviation of about ± 10% of the thickness, so that the thicker the thickness, the larger the gap fluctuation. Therefore, thicker tubes cannot be used. Furthermore, if the width of the heat-shrinkable tube is increased, the length of the charging roller 14 is correspondingly increased, which leads to an increase in the size of the image forming apparatus 100.
[0075]
Considering these facts and various experimental results, the cross-sectional area of the gap holding member 103 in the cross section including the rotation center axis O of the charging roller 14 is 1.0 × in view of the durability and the gap accuracy of the heat-shrinkable tube. A range of 10 −6 to 3.0 × 10 −6 m 2 is appropriate. Note that the gap holding member 103 is attached to the circumferential groove 105 by being heated and thermally contracted, and is integrated with the charging roller 14. This cross-sectional area is the cross-sectional area after being integrated with the charging roller 14. . It is appropriate that the ratio of the width of the gap holding member 103 to the thickness of the gap holding member 103 is in the range of 25 to 100 from the viewpoint of miniaturization of the image forming apparatus 100 and gap accuracy. In this embodiment, all of these conditions are satisfied.
[0076]
When a gap is formed between the charging roller 14 and the photoconductor 5 in this manner, the gap always fluctuates within a certain range as the photoconductor 5 and the charging roller 14 rotate. In order to uniformly charge the photoconductor 5 in such a situation, the charging bias applied to the charging roller 14 should be equal to or more than twice the discharge starting voltage between the charging roller 14 and the photoconductor 5 in addition to the DC voltage. It is effective to superimpose an AC voltage having a peak-to-peak voltage. When the frequency of the applied AC voltage is low, stripe-shaped uneven charging is conspicuous. Therefore, it is desirable to set the frequency [Hz] to 7 times or more the linear velocity [mm / s] of the photoconductor 5. In this embodiment, a voltage that satisfies these conditions is applied to the resin layer 102 by a voltage applying unit (not shown).
[0077]
As a member for cleaning the charging roller 14, a cleaning brush 49 is disposed above the charging roller 14. The cleaning brush 49 is made by electrostatically implanting conductive fibers having a hair length of 2 mm on a core bar having a diameter of 4 mm. The cleaning brush 49 is rotatably abutted on the charging roller 14 by its own weight only, and cleans the surface of the charging roller 14 while rotating in the surrounding direction as the charging roller 14 rotates. Since the contact is made only by its own weight without using a pressurizing means such as a spring, even if the diameter of the cored bar 101 is small, deflection does not matter.
[0078]
Here, the length of the cleaning brush 49 in the axial direction D is made longer than the length of the charging roller 14 including the portion covered by the gap holding member 103, that is, the length of the portion covered by the resin layer 102. By contacting the entire portion covered by the, the surface of the gap holding member 103 can be simultaneously cleaned. Although there is a difference in the outer diameter of the charging roller 14 between the first region 14 a and the covering portion of the gap holding member 103, the charging roller 14 has a diameter of about several tens μm, at most 100 μm or less, which is sufficiently smaller than the bristle of the cleaning brush 49. Therefore, the cleaning performance of the first region 14a does not deteriorate.
[0079]
The length of the cleaning brush 49 is at least the length in contact with both the gap holding members 103, that is, one of the gaps, so that the charging roller 14 and both the gap holding members 103 disposed at both ends of the charging roller 14 can be simultaneously cleaned. The gap holding member 103 has a length from an end of the holding member 103 on the end side of the charging roller 14 to an end of the other gap holding member 103 on the end side of the charging roller 14, and is disposed so as to abut the gap holding members 103. And preferably has a length equal to or greater than the length of the portion of the charging roller 14 covered by the resin layer 102, and preferably the length of the portion covered by the resin layer 102. It is desirable that it is in contact with the whole.
[0080]
(Example)
The charging roller 14 was manufactured as follows. A resin composition (volume resistivity: 10 6 Ωcm) obtained by blending 60 parts by weight of an ionic conductive agent with 100 parts by weight of an ABS resin as a resin layer 102 on a core metal 101 made of stainless steel and having a diameter of 8 mm is formed by injection molding. After that, the surface was cut to a diameter of 12 mm. Here, a peripheral groove 105 having a width of 8 mm was formed by forming steps 104 at both ends of the resin layer 102, and a 150 μm-thick PFA tube was cut into the peripheral groove 105 to have a width of 8 mm, and was attached as the gap holding member 103. The tube was shrunk by heating in an atmosphere at 120 ° C. for 20 minutes.
[0081]
When this charging roller 14 was set in the photoconductor unit of a color printer made by Ricoh Ipsiocolor 8000, the average gap in the image area between the photoconductor 5 and the charging roller 14 was about 45 μm. Was 65 μm and 25 μm, respectively. The measurement of the gap was performed using a laser scan micrometer LSM-600 manufactured by Mitutoyo. Details of the measurement method are described in the Japan Hardcopy 2001 Transactions. A paper passing test was performed at a linear speed of 125 mm / s of the photoreceptor 5 using the Epsio Color 8000. The charging bias was a DC component of -700 V, the AC component was a sine wave having a peak-to-peak voltage of 2.2 kV and a frequency of 900 Hz.
[0082]
When a 50,000-sheet passing test was performed under the above conditions, the image was good throughout the test, and the state of the heat-shrinkable tube as the gap holding member 103 was good even after 50,000 sheets were passed, and the gap was the same as the initial state. State was maintained. Also, the resin layer 102 of the charged portion was hardly stained.
[0083]
(Comparative Example 1)
A charging roller similar to that of the example was manufactured except that the depth of the groove of the resin layer 102 to which the heat shrink tube as the gap holding member was attached was 25 μm, and the thickness of the PFA tube was 75 μm. The charging roller was set on the photosensitive member unit of the Epsior Color 8000, and the gap between the photosensitive member 5 and the charging roller was measured. The average gap was about 45 μm, and the maximum and minimum values of the gap were 55 μm and 35 μm, respectively. Was.
[0084]
When a 50,000-sheet passing test was performed under the same conditions as in the example, the initial image was good, but fine dot-like stains appeared on a part of the image from around 30,000 sheets. Became. When the photoreceptor unit was checked, the heat-shrinkable tube as the gap holding member was elongated, and it protruded from the groove and climbed on the step 104, and the toner was clogged between the tube and the resin layer 102, so that the gap became too wide. Dirty dust had occurred.
[0085]
(Comparative Example 2)
A charging roller similar to that of the example was prepared except that the depth of the groove of the resin layer 102 to which the heat shrink tube as the gap holding member was attached was 400 μm, and the thickness of the PFA tube was 450 μm. When this charging roller was set on the photosensitive member unit of the Epsior Color 8000, and the gap between the photosensitive member 5 and the charging roller was measured, the average gap was about 45 μm, and the maximum value of the gap was 95 μm. The photoconductor 5 and the charging roller were in contact in the area.
[0086]
When a paper-passing test of 50,000 sheets was performed under the same conditions as in the example, the initial image was good, but the density unevenness of the charging roller cycle was found in a part of the halftone image from around 40,000 sheets. Began to occur. When the photoreceptor unit was checked, the condition of the heat-shrinkable tube as the gap holding member was good, but a part of the charging roller was very dirty with toner. It occurred near where it was.
[0087]
By configuring the charging device 30 as described above, when the image forming apparatus 100 having the charging device 30 forms an image as described above, whether the image is formed in a full-color image or a monochrome image. The surface of the photoconductor 5 is uniformly charged by the charging device 30 and is maintained over time, so that high-quality image formation is always performed.
[0088]
【The invention's effect】
The present invention is a charging roller having peripheral grooves at both ends for charging the image carrier, and a ring-shaped member engaged with each of the peripheral grooves, wherein the charging roller and the image carrier are In a charging apparatus having a gap holding member for forming a gap between the charging rollers, each of the gap holding members has an area in a cross section including a rotation center axis of the charging roller of 1.0 × 10 −6 to 3.0. × 10 −6 m 2 , the gap formed between the charging roller and the image carrier can prevent contamination of the charging roller, and the gap between the charging roller and the image carrier can be reduced at low cost. It is possible to provide a highly durable charging device that ensures both the durability of the member to be formed and the accuracy of the gap between the charging roller and the image carrier.
[0089]
Provided that the gap holding member is made of a heat-shrinkable material, the charging device can attach the gap holding member to the charging roller without using an adhesive and can prevent the gap holding member from coming off. can do.
[0090]
Assuming that the ratio of the width of the gap holding member in the axial direction of the charging roller to the thickness of the gap holding member is set to 25 to 100, the size of the entire charging device can be reduced by suppressing the size of the charging roller. It is possible to provide a charging device that can suppress the gap, improve the accuracy of the gap, and perform good charging.
[0091]
If the charging roller has a resin layer, it is possible to provide an inexpensive charging device that can be easily processed and has high accuracy, and can perform good charging.
[0092]
If the resin layer contains an ion conductive material, processing is easy, accuracy is easily obtained, good charging can be performed, and abnormal charging can be suppressed and good charging can be performed. A charging device can be provided.
[0093]
If the ratio of the thickness of the resin layer to the thickness of the gap holding member is set to 5 to 20, it is possible to suppress the enlargement of the charging roller and to suppress the enlargement of the entire apparatus, And a charging device capable of improving the gap accuracy and performing good charging.
[0094]
If the gap holding member is made of a fluorine-based resin, it is possible to provide a charging device which is excellent in releasability, hardly adheres dirt such as toner, and can perform good charging for a long period of time.
[0095]
If the fluororesin has an insulating property, it prevents electric leakage at a position where the gap holding member is in contact with the image carrier, and a discharge product generated by discharge at this contact position is applied to the image carrier. It is possible to provide a highly safe charging device capable of suppressing the amount of adhesion and preventing the entanglement of other members in contact with the image carrier caused by the increase in the friction coefficient of the image carrier.
[0096]
The charging roller is provided with voltage applying means for applying a voltage obtained by superimposing an AC voltage having a peak-to-peak voltage of at least twice the discharge start voltage between the charging roller and the image carrier on the DC voltage to the image carrier. If it is included, it is possible to provide a charging device that has high uniformity of charging potential and stability against environmental fluctuation even when the gap fluctuates, and can perform favorable charging.
[0097]
The present invention resides in an image forming apparatus having the charging device according to any one of claims 1 to 8 and an image carrier charged by the charging device. Accordingly, it is possible to provide an image forming apparatus that can perform favorable image formation over a long period at low cost.
[0098]
The gap between the first area corresponding to the image area of the image carrier, which is formed by the gap holding member and which is sandwiched between the circumferential grooves in the axial direction, and the image carrier is 100 μm or less. This makes it possible to provide an image forming apparatus in which abnormal discharge hardly occurs, the image carrier is uniformly charged, and good image formation can be performed.
[0099]
If the charging roller has a length in contact with at least both gap holding members in the axial direction and has a cleaning member for cleaning the charging roller and the two gap holding members, dirt such as toner may be present on the gap holding member. Prevents the gap from becoming unstable due to adhesion, prevents contamination of toner and the like on the surface of the charging roller from disturbing the charging potential, and performs good charging to perform good image formation. An image forming apparatus capable of performing the above can be provided.
[0100]
If at least the charging device and the image carrier can be integrally attached to and detached from the image forming apparatus main body, no adjustment is required even when a high-precision gap is required, and the user can easily replace the image forming device. Therefore, it is possible to provide an image forming apparatus which can perform good charging, perform good image formation, can be easily maintained, and is easy for the user to use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing a charging device to which the present invention is applied and an image forming apparatus having the same.
FIG. 2 is a side view showing the configuration around the image carrier, the charging device, and the image carrier shown in FIG.
FIG. 3 is a front sectional view of one end of the charging device shown in FIGS. 1 and 2;
FIG. 4 is a front sectional view of another configuration example of the charging device.
[Explanation of symbols]
5 Image Carrier 14 Charging Roller 14a Area 49 Corresponding to Image Area of Image Carrier Cleaning Member 100 Image Forming Apparatus 102 Resin Layer 103 Gap Type Holding Member 105 Circumferential Groove 105a First Groove 105b Second Groove D Charge roller Axial direction O Rotation center axis of charging roller

Claims (13)

両端部に周溝を有し像担持体を帯電するための帯電ローラと、上記周溝のそれぞれに係合したリング状の部材であって、上記帯電ローラと像担持体との間にギャップを形成するためのギャップ保持部材とを有する帯電装置において、
上記ギャップ保持部材はそれぞれ、上記帯電ローラの回転中心軸を含む断面における面積が、1.0×10−6〜3.0×10−6であることを特徴とする帯電装置。
A charging roller having a peripheral groove at both ends for charging the image carrier; and a ring-shaped member engaged with each of the peripheral grooves, wherein a gap is provided between the charging roller and the image carrier. In a charging device having a gap holding member for forming,
The charging device, wherein each of the gap holding members has an area of 1.0 × 10 −6 to 3.0 × 10 −6 m 2 in a cross section including a rotation center axis of the charging roller.
請求項1記載の帯電装置において、上記ギャップ保持部材が熱収縮性を有する材料によって構成されていることを特徴とする帯電装置。2. The charging device according to claim 1, wherein said gap holding member is made of a material having heat shrinkability. 請求項1又は2記載の帯電装置において、上記帯電ローラの軸方向における上記ギャップ保持部材の幅と、同ギャップ保持部材の厚さとの比を、25〜100としたことを特徴とする帯電装置。3. The charging device according to claim 1, wherein a ratio of a width of the gap holding member in an axial direction of the charging roller to a thickness of the gap holding member is 25 to 100. 請求項1ないし3の何れか1つに記載の帯電装置において、上記帯電ローラが樹脂層を有することを特徴とする帯電装置。The charging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the charging roller has a resin layer. 請求項4記載の帯電装置において、上記樹脂層がイオン導電性材料を含有していることを特徴とする帯電装置。The charging device according to claim 4, wherein the resin layer contains an ion conductive material. 請求項4又は5記載の帯電装置において、上記樹脂層の厚さと上記ギャップ保持部材の厚さとの比を、5〜20としたことを特徴とする帯電装置。6. The charging device according to claim 4, wherein a ratio of a thickness of the resin layer to a thickness of the gap holding member is 5 to 20. 請求項1ないし6の何れか1つに記載の帯電装置において、上記ギャップ保持部材をフッ素系樹脂によって構成したことを特徴とする帯電装置。The charging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the gap holding member is made of a fluorine resin. 請求項7記載の帯電装置において、上記フッ素系樹脂が絶縁性を有することを特徴とする帯電装置。8. The charging device according to claim 7, wherein the fluororesin has an insulating property. 請求項1ないし8の何れか1つに記載の帯電装置において、上記帯電ローラにより、この帯電ローラと像担持体との間の放電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧を有する交流電圧を直流電圧に重畳した電圧を像担持体に印可するための電圧印加手段を有することを特徴とする帯電装置。9. The charging device according to claim 1, wherein the charging roller applies an AC voltage having a peak-to-peak voltage that is at least twice as high as a discharge starting voltage between the charging roller and the image carrier. A charging device comprising: a voltage application unit for applying a voltage superimposed on a voltage to an image carrier. 請求項1ないし9の何れか1つに記載の帯電装置と、この帯電装置によって帯電される像担持体とを有する画像形成装置。An image forming apparatus comprising: the charging device according to claim 1; and an image carrier charged by the charging device. 請求項10記載の画像形成装置において、上記ギャップ保持部材によって形成する、上記帯電ローラの、上記軸方向において上記周溝で挟まれた、像担持体の画像領域に対応する領域と、上記像担持体とのギャップを、100μm以下としたことを特徴とする画像形成装置。11. The image forming apparatus according to claim 10, wherein the charging roller is formed by the gap holding member, the area corresponding to the image area of the image carrier, sandwiched between the circumferential grooves in the axial direction, and the image carrier. An image forming apparatus, wherein a gap with a body is set to 100 μm or less. 請求項10又は11記載の画像形成装置において、上記軸方向において少なくとも上記両ギャップ保持部材に当接する長さを備え、上記帯電ローラと上記両ギャップ保持部材とを清掃するクリーニング部材を有することを特徴とする画像形成装置。The image forming apparatus according to claim 10, further comprising a cleaning member that has a length that abuts at least the gap holding members in the axial direction, and that cleans the charging roller and the gap holding members. Image forming apparatus. 請求項10ないし12の何れか1つに記載の画像形成装置において、少なくとも上記帯電装置と上記像担持体とが、画像形成装置本体に対して一体で着脱可能であることを特徴とする画像形成装置。13. The image forming apparatus according to claim 10, wherein at least the charging device and the image bearing member are integrally detachable from an image forming apparatus main body. apparatus.
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