JP2005301216A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Abstract

【課題】 帯電クリーニングローラを帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で帯電ローラ表面に当接して帯電ローラ表面をクリーニングする場合において、帯電ローラで長期に渡り安定した帯電をおこない、良好な画像を得る。
【解決手段】 帯電ローラ１７の回転軸１７ａを回転可能に支持する軸受１４にクリーナローラ１８の回転軸１８ａを回転可能に支持する軸受１５を保持するクリーナローラ軸受保持部材を一体的に形成し、クリーナローラ軸受保持部材がスプリング１６を介して、帯電ローラとクリーナローラとが接離する方向に移動可能にクリーナローラの軸受を保持するよう構成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置およびこれに採用されるプロセスカートリッジに関するものである。

従来、この種の画像形成装置に採用される帯電装置として、感光体等の像担持体の表面に帯電ローラを接触させて帯電を行う接触方式の帯電ローラが知られている。接触方式の帯電ローラでは、長期間の使用によって転写残トナーや転写紙から発生する紙粉等の異物が、感光体クリーニング手段を通り抜け表面に付着してしまう。また、画像形成装置の機内に浮遊している紙粉、トナー、ほこり等も、徐々に帯電ローラ表面に付着していく。こららの帯電ローラ表面に付着した異物が帯電ローラの抵抗値を変化させてしまうので、経時で、帯電ムラ、帯電不足等の帯電不良に起因した異常画像が発生してしまうことがあった。

また、感光体の表面に帯電ローラを数〜数十ミクロンの微小ギャップを維持して近接させた状態で帯電を行う近接方式の帯電ローラも知られている。この近接方式の帯電ローラでも、長期間の使用によって表面に異物が付着することで抵抗値が変化してしまうことがある。これは、近接方式の帯電ローラには帯電ムラを低減するためにＡＣ電圧を印加することが多いが、このＡＣ電圧の影響で、画像形成装置の機内に浮遊している紙粉、トナー、ほこり等が帯電ローラに特に付着しやすくなる。このため、近接方式の帯電ローラにおいても、接触方式の帯電ローラと同様に、帯電ムラ、帯電不足等の帯電不良に起因した異常画像が発生してしまうことがあった。

このような帯電ローラの表面に付着した異物を除去するために、帯電ローラの表面を摺擦して表面のトナー、紙粉等が除去する帯電クリーニング部材を設けるものが知られている。例えば、特許文献１では、帯電ローラの表面と連れ回りをしながら表面を摺擦することで帯電ローラ表面のトナー、紙粉等が除去する帯電クリーニングローラが開示されている。このような帯電クリーニングローラは、クリーニングパッド等の固定式の帯電クリーニング部材に較べ、クリーニングの耐久性があるというメリットがある。

また、特許文献１で開示されているのは、帯電ローラが感光体の鉛直方向の上方に配置されるレイアウト配置であり、帯電クリーニングローラは自重で帯電ローラに当接して帯電ローラに連れ回りする構成となっている。以下、これを上方配置とよぶ。

特開平１４−１６９３２７号公報

ところが、装置全体のレイアウト配置の制約から、帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側の位置で帯電クリーニングローラが帯電ローラ表面に当接する場合は、帯電クリーニングローラの自重を用いて当接させることはできない。そこで、帯電クリーニングローラの軸を一定の加圧力で加圧して帯電ローラと当接させる方法が用いられている。図１に、感光体より鉛直方向上方に転写部を配置し、下方に帯電ローラを配置し、帯電ローラの鉛直方向下方に帯電クリーニングローラを配置したレイアウトの一例をしめす。以下、これを下方配置という。このようなレイアウトでは、帯電ローラおよび帯電クリーニングローラに関して以下の問題点が発生した。

帯電クリーニングローラの軸を一定の加圧力で加圧して帯電ローラに当接させているので、自重を用いた上方配置に較べて帯電ローラおよび帯電クリーニングローラにどうしても余分なストレスがかかってしまう。このような状態で、長期に渡って使用していると、帯電ローラまたは帯電クリーニングローラ表面が汚染されて連れ回りをしたりしなかったりと動作が不安定になり、クリーニング性が落ちてしまうことがあった。例えば、帯電によるハザードから感光体表面を保護するために感光体表面に滑剤を塗布することが行われているが、経時で滑剤が帯電ローラ表面に付着すると当接部の摩擦係数が大幅に低くなり、連れ回りが不安定になる。そこで、摩擦力を維持するために当接の加圧力を高く設定すると、軸受の摺動負荷が大きくなったりして、帯電クリーニングローラの回転が阻止されてしまうことがある。また、この滑剤やトナーの添加剤等は帯電ローラに特に付着しやすいため、加圧力が高くするとこれらを帯電ローラに擦りつけてフィルミングさせてしまい、表面抵抗ムラとなってしまう。これらのため、帯電ムラ、帯電不足等の帯電不良に起因した異常画像が発生してしやすくなってしまう。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものである。その目的とするところは、帯電クリーニングローラを帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で帯電ローラ表面に当接して帯電ローラ表面をクリーニングする場合において、長期に渡り安定した帯電をおこない、良好な画像を得ることのできる画像形成装置およびこれに採用されるプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電ローラと、該帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で該帯電ローラ表面に当接する位置に配設され該帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニングローラとを備えた画像形成装置において、上記帯電ローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸の軸受を保持する帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを備え、該帯電ローラ回転軸の軸受と該帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを一体的に形成し、該帯電クリーニングローラ軸受保持部材は、弾性部材を介して、該帯電ローラと該帯電クリーニングローラとが接離する方向に移動可能に該帯電クリーニングローラの軸受を保持するよう構成したことを特徴とするものである。
請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記帯電ローラに対する上記帯電クリーニングローラの当接力が１５〜５０ｍＮ／ｃｍであることを特徴とするものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラ回転軸と軸受との軸受接触面積が３〜２０ｍｍ^２であることを特徴とするものである。
請求項４の発明は、請求項１、２または３の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラの表面部はメラミン樹脂フォームからなることを特徴とするものである。
請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラの表面部の圧縮率が２０〜５０％であることを特徴とするものである。
請求項６の発明は、請求項１、２または３の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラの表面部は分割系複合繊維を分割した微細繊維を植毛したものからなることを特徴とするものである。
請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記帯電ローラの回転軸に含油焼結のカラーを設け、該回転軸と軸受とがカラーを介して回転可能となるよう構成したことを特徴とするものである。
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記帯電ローラの回転軸の軸受を保持する軸受保持部に該軸受を覆うカバーを設けたことを特徴とするものである。
請求項９の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記帯電ローラの回転軸を保持する軸受保持部にマグネットを設けたことを特徴とするものである。
請求項１０の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、上記帯電ローラと上記像担持体とが微少ギャップを維持するよう、微少キャップ維持部材を設けたことを特徴とするものである。
請求項１１の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラ回転軸の軸受が丸型形状であることを特徴とするものである。
請求項１２の発明は、請求項１１の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラが上記帯電ローラに連れ回り、かつ、該帯電クリーニングローラを永久変形させないような当接力をもって該帯電クリーニングローラを該帯電ローラに当接させるよう構成したことを特徴とするものである。
請求項１３の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電ローラと、該帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で該帯電ローラ表面に当接する位置に配設され該帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニングローラとを一体的に形成して、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、上記帯電ローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸の軸受を保持する帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを備え、該帯電ローラ回転軸の軸受と該帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを一体的に形成し、該帯電クリーニングローラ軸受保持部材は、弾性部材を介して、該帯電ローラと該帯電クリーニングローラとが接離する方向に移動可能に該帯電クリーニングローラの軸受を保持するよう構成したことを特徴とするものである。

これらの画像形成装置およびプロセスカートリッジにおいては、帯電クリーニングローラを帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で帯電ローラ表面に当接するよう以下の構成を用いる。帯電ローラ回転軸の軸受と帯電クリーニングローラ軸受を保持する帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを一体的に形成する。この帯電クリーニングローラ軸受保持部材は、弾性部材を介して、帯電ローラと帯電クリーニングローラとが接離する方向に移動可能に帯電クリーニングローラの軸受を保持する。すなわち、帯電クリーニングローラは帯電ローラと接離する方向に移動可能な状態で帯電ローラに当接するよう保持されており、当接部に過剰な圧が係らないように保持することができる。このようにすることで、帯電クリーニングローラの軸を一定の加圧力で加圧して帯電ローラに当接させたものに較べ、経時的に当接部にかかるストレスが低減され、長期に渡って安定した帯電クリーニングローラの連れ回りが可能になる。よって、帯電クリーニングローラによる帯電ローラのクリーニング性が安定して維持される。また、上記当接部の過剰なストレスによる帯電ローラの傷やフィルミングが抑制でき、安定した帯電が長期に渡って行える。

請求項１乃至１３の発明によれば、帯電クリーニングローラを帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で帯電ローラ表面に当接して帯電ローラ表面をクリーニングする場合において、長期に渡り安定した帯電をおこない、良好な画像を得ることのできるという優れた効果がある。

以下、本発明を、画像形成装置であるカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）に適用した実施形態について説明する。図１は、本実施形態のプリンタの概略構成図である。このプリンタは、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つの画像形成手段を横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段である画像形成手段１０１Ｙ、１０１Ｃ、１０１Ｍ、１０１Ｋが、図中左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々の画像形成手段１０１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋのまわりに、帯電装置、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ、感光体クリーニング装置等を備えている。プリンタの上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋに各色トナーが補給される。

また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての光書込ユニット９を設ける。この光書込ユニット９は、光源、ポリゴンミラー、ｆ−θレンズ、反射ミラー等を備え、画像データに基づいて各感光体１の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。

また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１を設けている。この中間転写ベルト１は、支持ローラ１ａ、１ｂに掛け回され、この支持ローラのうち駆動ローラ１ａの回転軸には駆動源としての図示しない駆動モータが連結されている。この駆動モータを駆動させると、中間転写ベルト１が図中反時計回りに回転移動するとともに、従動可能な支持ローラ１ｂが回転する。中間転写ベルト１０の内側には、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１上に転写するための一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを設ける。

また、上記１次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋより中間転写ベルト１の駆動方向下流に２次転写装置としての２次転写ローラ５を設ける。この２次転写ローラ５と中間転写ベルト１を挟んで反対の側には、支持ローラ１ｂが配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、給紙カセット８、給紙コロ７、レジストローラ６等を備えている。さらに、２次転写ローラ５によりトナー像を転写された記録媒体Ｓの進行方向に関して２次転写ローラ５の下流部には、記録媒体Ｓ上の画像を定着する定着装置４、排紙ローラ３を備えている。

つぎに、上記プリンタの動作を説明する。個々の画像形成手段でその感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋを回転し、感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの回転とともに、帯電装置１７Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面を一様に帯電する。次いで画像データを光書込ユニット９からのレーザによる書込み光を照射して感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｂ上に静電潜像を形成する。その後、現像装置１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋによりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ上にそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで駆動ローラ１ａを回転駆動して他の従動ローラ１ｂ、２次転写ローラ５を従動回転し、中間転写ベルト１を回転搬送して、その可視像を一次転写装置１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋで中間転写ベルト１上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１上に合成カラー画像を形成する。画像転写後の感光体２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋの表面は感光体クリーニング装置で残留トナーを除去して清掃して再度の画像形成に備える。

また、上記画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット８からは記録媒体Ｓ先端がが給紙コロ７により繰り出され、レジストローラ６まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ５と中間転写ベルト１の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１と２次転写対向ローラ５とは記録媒体Ｓを挟んでいわゆる２次転写ニップを形成し、２次転写ローラ５にて中間転写ベルト１０上のトナー像を記録媒体Ｓ上に２次転写する。

画像転写後の記録媒体Ｓは定着装置４へと送り込まれ、定着装置で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１は、中間転写体クリーニング装置１２で、画像転写後に中間転写ベルト１上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。

なお、上記各色のトナー像形成部１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが、一体的に形成され、本体に着脱可能なプロセスカートリッジとなっている。これらのプロセスカートリッジは、プリンタ本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ本体の手前側に引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ本体の奥側に押し込むことによって、トナー像形成部１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを所定の位置に装填することができる。

ここで、各トナー像形成部１０１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのプロセスカートリッジは、それぞれ同じ構成、動作をおこなうものとなっている。そこで、以下各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを省略し、このトナー像形成部のプロセスカートリッジの説明を詳細におこなう。図２に、トナー像形成部１０１のプロセスカートリッジの概略構成を拡大して示す。図２において、図中時計方向に回転する感光体２１のまわりに、帯電装置としての帯電ローラ１７、現像装置１０、感光体クリーニング装置としてのファーブラシ３６、クリーニングブレード３３等が順に配置されている。このように、本実施形態のプリンタでは、帯電ローラ１７は感光体２１の鉛直下方に配置されている。また、帯電ローラ１７の下方には帯電ローラ１７の表面に当接して連れ回り、表面をクリーニングする帯電クリーニングローラとしてのクリーナローラ１８を備えている。また、感光体クリーニング装置はファーブラシ３６、クリーニングブレード３３、感光体２１より掻き取られた廃トナーをプロセスカートリッジ外に排出する廃トナー搬送コイル３４を備えている。

図３（ａ）は、本発明の特徴部である感光体２１、帯電ローラ１７、クリーナローラ１８の正面図である。また、図３（ｂ）は、クリーナローラ１８の軸受部を拡大した断面図である。感光体２１は、φ３０でアルミ素管上に有機感光層を塗工したものからなる。感光体２１のアルミ素管の片端部にはフランジギア２１ａが設けられており、図示しない感光体駆動ギアと噛み合い、上記所定の方向に回転する。感光体２１と帯電ローラ１７と帯電ローラ１７の両端部に設けられたギャップコロ１７ｂを介して１０〜７０μｍの微小ギャップを維持して当接している。

帯電ローラ１７は、回転軸１７ａ上にＡＢＳ／ポリエーテルエステルアミド等の導電材からなる樹脂層１７ｂを形成したものである。樹脂層の電気抵抗は１０^４〜１０^６［Ω・ｃｍ］とした。さらに、樹脂層にセラミックス／カーボン等からなる表層を設けても良い。この帯電ローラ１７の回転軸１７ａには図示しない電源より例えばＤＣ―５００Ｖ〜―７００ＶにＡＣ１．８〜２．５ＫＶｐ−ｐを重畳したものを印加して、感光体２１を均一に帯電している。

クリーナローラ１８は、回転軸１８ａ上にメラミン樹脂フォームを２０〜５０％に圧縮成型したものからなる。このように圧縮成型するのは、素材の状態だと気泡が大きくクリーニング性にムラが出てしまうので、これを解消しクリーニング性を均一にするためである。これ以外にも、分割系微細繊維を静電植毛したものをクリーナローラ１８として用いても良い。なお、微細繊維の平均径は０．０５〜２０μｍ、毛足長さは０．５〜２ｍｍのものを用いた。また、クリーナローラとしては、全長は２２７ｍｍ、外径φ８のものを用いた。

ファーブラシ３６は導電性アクリル樹脂（例えば、東レ製：商品名ＳＡ−７）を用いる。ここでは、繊維太さ６．２５デニール、密度３万本のものを用いた。回転方向は図中反時計方向で、外径はφ１２、感光体に対して１ｍｍの食い込み量を持ち、食込外径にて対感光体線速比１：１に設定した。

クリーニングブレード３３は、ポリウレタンゴム、ゴム硬度６５〜７５°のものを用い、突き出し量７〜９ｍｍ、初期当接角度は１５〜２０°とし当接圧は０．１８〜０．３Ｎ／ｃｍとした。

また、感光体２１表面を保護するために感光体２１表面に滑剤を塗布する。特に、本実施形態のように帯電装置により感光体２１にＡＣを重畳した電圧を与えたものでは、感光体２１がＡＣのハザードでフィルミングしやすくなるので、滑剤の塗布は必要になる。滑剤としては、ステアリン酸亜鉛を用いた。ファーブラシ３６に、ステアリン酸亜鉛固形バー１５を圧縮スプリング３５aを介して、片側２００〜８００ｍＮで２カ所加圧した。これにより、ファーブラシ３６を介して、徐々にステアリン酸亜鉛を感光体２１表面に塗布した。

次に、本実施形態の特徴部である帯電ローラ１７、クリーナローラ１８の加圧機構について説明する。図４は、感光体２１、帯電ローラ１７、クリーナローラ１８の概略構成をしめす斜視図である。帯電ローラ１７の軸受１４は帯電ローラ回転軸１７ａを回転可能に支持している。また、帯電ローラ１７の軸受１４は図示しないフレームのガイドによってガイドされ、スプリング１３によって加圧され上下方向に自在に摺動する構成となっている。これにより、帯電ローラ１７を感光体２１に圧接させている。この加圧力は片側５〜６Ｎである。なお、帯電ローラ１７の両端には帯電ローラ１７の外径より３０〜６０μｍ外径の大きいギャップコロ１７ｂが同軸上に付いていて、これにより感光体２１と帯電ローラ１７とは１０〜７０μｍの微小ギャップを維持た状態となっている。

また、図５は、感光体２１、帯電ローラ１７、クリーナローラ１８の軸受部を拡大した斜視図である。また、図６は、帯電ローラ回転軸１７ａの軸受１４、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５、スプリング１６の構成の説明図である。軸受１４により回転可能に支持されている帯電ローラ回転軸１７ａは、ギア２３により感光体２１のフランジ２１ａから駆動力を受けて感光体２１と等速に回転する。また、クリーナローラ回転軸１８ａは軸受１５により回転可能に支持されている。さらに、帯電ローラ回転軸１７ａの軸受１４は鉛直方向下方に延び、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５を支持するクリーナローラ軸受保持部としての機能を有している。言い換えれば、帯電ローラ回転軸１７ａの軸受１４とクリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５を支持するクリーナローラ軸受保持部材とは一体的に形成されている。図６に示すように、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５は、軸受１４に対し２カ所のリブ１５ａを突出させた入れ子になって保持されており、軸受１５と軸受１４との間には弾性部材としてのスプリング１６が介在している。そこで、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５は帯電ローラ回転軸１７ａの軸受１４に対して上下方向に摺動可能となっている。また、軸受１４のクリーナローラ軸受保持部はスプリング１６によりクリーナローラ回転軸１８ａを回転可能に支持した軸受１５を片側０．６Ｎで加圧し、帯電ローラ１７に対するクリーナローラ１８の加圧力を１５〜５０ｍＮ／ｃｍとなるようにした（クリーナローラ１８自体の荷重を除く）。加圧力が、５０ｍＮ／ｃｍより大きいと、クリーナローラ１８の圧縮成型したメラミン樹脂フォームがその箇所で変形して、そのままの形で停止したまま帯電ローラ１７に連れ回りしない場合がある。また、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５の摺動負荷が大きくなり連れ回りし難くなる。また、１５ｍＮ／ｃｍ未満では、クリーナローラ１８表面の凹凸の影響が当たりムラとなってクリーニング性が低下する。また、当接圧が低すぎても当接が不安定で連れ回りし難くなり、結果的に帯電ローラ１７の表層のトナー微粉類をフィルミングさせてしまう。

感光体２１上には、感光体クリーニング装置としてのファーブラシ３６やクリーニングブレード３３を通過してきたトナー、添加剤、滑剤等が付着している。これらの粉体の大部分は帯電ローラ１７との微小ギャップを通過するが、通過しきれない分と帯電ローラ１７に印加しているＡＣバイアスの影響で一部は帯電ローラ１７表層に付着する。クリーナローラ１８は帯電ローラ１７との摩擦力により連れ回りしながら帯電ローラ１７の表層に付着したトナー等の粉体をクリーニングするものである。ここで、帯電ローラ１７表面に対してクリーナローラ１８表面の線速差を意図的に設けて摺擦するとクリーニング性能は逆に悪化する傾向がある。また、完全に等速に駆動しても掻き取り能力は低い。これらは、クリーナローラ１８を帯電ローラ１７と連れ回りさせると、帯電ローラ１７の表層に付着した粉体を摺擦せずにクリーナローラ１８の発泡セルの中に吸収でき、経時的にもクリーニング性能が良好なためである。

また、軸受１５の軸受面は幅０．８〜１．５ｍｍのリブで回転軸１８ａのφ４の半円周面を受けている。この接触幅が大きいと回転軸１８ａの摺動抵抗は大きくなり、帯電ローラ１７とクリーナローラ１８の摩擦係数μが低下したり、軸受１４、軸受１５にキャリア、トナー等の異物が混入した時にロックしたりし易くなっていた。そこで、本発明者らの検討の結果、回転軸１８ａと軸受１５との軸受接触面積は片側で３〜２０ｍｍ^２が良好であることが分かった。これ以上大きいと連れ回り抵抗が大きく小さい場合、摩耗に不利である。

次に、クリーナローラ１８の表面部の材質について説明する。上述のように、滑剤が感光体２１表面に塗布されると、経時で帯電ローラ１７さらにはクリーナローラ１８に移行し、帯電ローラ１７とクリーナローラ１８との摩擦係数を低下させてしまう場合がある。図８に、ステアリン酸亜鉛固形バー３５とファーブラシ３６との当接圧をＰとして、当接圧Ｐと、１０万枚通紙した後の帯電ローラ１７とクリーナローラ１８との摩擦係数μとの関係をしめす。図７で示されるように、当接圧Ｐを上げていくと、感光体２１に塗布されるステアリン酸亜鉛の量が増加して帯電ローラ１７にも移行しやすくなるため、帯電ローラ１７とクリーナローラ１８との摩擦係数μは通常次第に低下してしまう。従来、クリーナローラとしては、静電植毛ブラシ（例えば毛足２ｍｍ、０．８〜２デニール）、絶縁ナイロン、導電性ナイロンまたは導電性トリアセテート植毛ブラシなどが用いられていた。このような材質のものでは、図７にしめすように滑剤の加圧量Ｐを上げていくと帯電ローラ１７とクリーナローラ１８との摩擦係数μの低下が著しく連れ回りしなくなる。この結果、ステアリン酸亜鉛とクリーニングブレード３３を通過した微小トナー、トナー添加剤類が帯電ローラ１７表面にフィルミングしていき、異常画像が発生した。しかし、本実施形態で用いたメラミンフォームおよび分割性複合繊維を分割した微細繊維の静電植毛においては当接圧Ｐを上げても摩擦係数μの低下が少なく、経時的にも安定して連れ回りすることが分かった。

また、図２にしめすように、本実施形態のプリンタでは、帯電ローラ１７、クリーナローラ１８は感光体２１、現像装置１０等の下方に配置されている。このため、現像装置１０から飛散した現像剤が帯電ローラ１７の軸受１４またはクリーナローラ１８の軸受１５に入り込むこともあった。近年の高画質化のための現像剤の小粒径化の傾向のなかでは、飛散が多くなっており、軸受に現像剤が入り込むことも多くなる。このため、帯電ローラ１７の軸受１４がロックして感光体２１の帯電が均一におこなわれずに異常画像が発生することもあった。また、クリーナローラ１８の軸受１５がロックして帯電ムラ、帯電不足等の異常画像が発生することもあった。特に３５μｍのキャリア等が帯電ローラ１７の軸受１４に入った場合、摺動抵抗が上がる。これにより、帯電ローラ１７の駆動トルクが上昇し、ギア２３の圧力角の影響で感光体２１から帯電ローラ１７が離間する力が増大し、感光体２１と帯電ローラ１７との間のギャップが維持できずに大きくり、帯電が正常に行われないこともあった。そこで、図７にしめすように、帯電ローラ回転軸１７ａの軸受１４をＵ字型タイプとし、回転軸１７ａを含油焼結のカラー２０を介して駆動するよう構成する。これにより、回転軸１７ａと軸受１４の間に現像剤が入ってトルクが増大することを防止でき、経時に渡って安定した画像を形成できる。

また、図６では、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受としてU字型の軸受１５を用いている。図１２にクリーナローラ１８をU字型の軸受１５に装着した時の斜視図をしめす。さらに、クリーナローラ回転軸１８ａと軸受との軸受接触面積を大きくし、かつ、クリーナローラ回転軸１８ａと軸受との間への異物の侵入を防止するため、図１５にしめすようにクリーナローラ回転軸１８ａの軸受を丸型の軸受４０にするとよい。以下、図１３〜図１６を用いて説明する。図１３は帯電ローラ１７とクリーナローラ１８の軸受部を拡大した斜視図である。また、図１４はクリーナローラ１８を軸受４０に装着した時の斜視図である。図１５は、軸受４０を帯電ローラ１７の軸受１４に装着した時の概略構成図である。図１６は、軸受４０とスプリング１６の概略構成図である。上述の図５、図６と同様に、軸受１４により帯電ローラ１７が回転可能に支持され、軸受４０よりクリーナローラ１８が回転可能に支持されている。また、クリーナローラ回転軸１８ａの丸型の軸受４０は、軸受１４に対し２カ所のリブ４０ａを突出させた入れ子になって保持されており、軸受４０と軸受１４との間には弾性部材としてのスプリング１６が介在している。そこで、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受４０は帯電ローラ回転軸１７ａの軸受１４に対して上下方向に摺動可能となる。また、軸受１４のクリーナローラ軸受保持部はスプリング１６によりクリーナローラ回転軸１８ａを回転可能に支持した軸受４０を加圧し、クリーナローラ１８を帯電ローラに１７当接させている。そして、帯電ローラ１７が図示しないギアによって感光体２１から駆動を受けると、クリーナローラ１８は帯電ローラ１７との摩擦力により連れ回りしながら帯電ローラ１７の表層に付着したトナー等の粉体をクリーニングする。

具体的には、図１３〜図１６の丸型の軸受４０を用いたものでは、軸受１４にはφ１１．２の帯電ローラ１７が回転可能に支持され、軸受４０にはφ８．５のクリーナローラ１８が回転可能に支持されている。そして、スプリング１６で軸受４０を片側６００ｍＮで加圧し、帯電ローラ１７へのメラミン樹脂フォームからなるクリーナローラ１８の当接力（線圧）を３６．８ｍＮ/ｃｍとした。このとき、圧縮率３０％のメラミン樹脂のクリーナローラ１８の重量は芯金込みで３５７ｍＮであり、クリーナローラ１８の帯電ローラ１７への当接幅を２２．９ｃｍとした。

ここで、クリーナローラ１８は、メラミン樹脂フォーム自体を永久変形させない圧以下で当接することが必要である。この当接力は、上述のように５０ｍＮ／ｃｍ以下とする。当接力が５０ｍＮ／ｃｍより大きいと、図１８に示すように、クリーナローラ１８の圧縮成型したメラミン樹脂フォームが当接箇所で変形してそのままの形で停止し、連れ回りできなくなる場合がある。回転が阻止されると、クリーナローラ１８は摺擦時の研磨能力が高いので、帯電ローラ１７表面を部分的に必要以上に研磨して表層を削り取って傷つけてしまう。これは、高温高湿条件下で特に顕れ易い。そこで、高温高湿（４３°Ｃ８０％）で10日間放置後のクリーナローラ１８のメラミン樹脂フォームの変形による連れ回りについて実験にて検討した。スプリング１６により片側７００ｍＮで加圧すると当接圧は４５．５ｍＮ/ｃｍ、片側８００ｍＮで加圧すると当接圧は５４．３ｍＮ/ｃｍとなる。スプリング１６で片側６００ｍＮ、または、７００ｍＮで加圧したものでは、高温高湿（４３°Ｃ８０％）で10日間放置後でもクリーナローラ１８は連れ回りが可能であった。しかし、スプリング１６により片側８００ｍＮで加圧したものは、連れ回りの動作が不安定であった。これより、メラミン樹脂フォームの変形による連れ回り不良が起きない当接圧は５０ｍＮ／ｃｍであることが確認できた。

また、クリーナローラ１８の軸部外径はφ4とし,軸と軸受のスラスト方向の受け幅は片側３ｍｍ(スラストガタを含めると２〜４mm)、軸に対する軸受の接触面積（下円筒面）は片側で１８．９ｍｍ^２とし、軸受４０の面圧は２２．３ｍＮ／とした。

また、クリーナローラ１８自体が帯電ローラ１７に良好に連れ回りするには、クリーナローラ１８の軸受４０の摩擦トルクより、帯電ローラ１７とクリーナローラ１８の摩擦トルクが大きくなるような当接力で当接することが必要である。図１７に、Ｕ字型の軸受１５と丸型の軸受４０とで、軸受の加圧力を変化させ、連れ回りのし易さとしてクリーナローラ１８の回転数で評価した結果を示す。クリーナローラ１８の回転数は高速度カメラでローラ表層を撮影して計測した。また、図１７中で、帯電ローラ１７に対しクリーナローラ１８の表面線速が理論上等速になる回転数を図中で計算値としており、クリーナローラ１８の当接力をあげていくと、帯電ローラ１７線速に対してクリーナローラ１８の線速が等速に近づくこを示している。図１７より、スプリング１６の加圧力６００ｍＮ、線圧３６．７ｍＮ／ｃｍの時の丸型の軸受４０を用いた時のクリーナローラ回転数は３００ｒｐｍである。これより、Ｕ字型の軸受１５に比べて、丸型の軸受４０は低い加圧力でも安定して帯電ローラ１６に連れ回ることがわかる。また、加圧スプリング１６の上限は、クリーナローラ１７の変形による不具合から８００ｍＮであった。この変形による加圧力上限はメラミン樹脂フォームの肉厚および圧縮率によって変化する。圧縮率が高く肉厚が薄い方が変形しにくいため、加圧力上限は高くなる。さらに加圧方式によっても異なる。帯電ローラ１７に対し上方からクリーナローラ１８が自重で加圧できるレイアウトだと、軸受には荷重が掛からない状態で連れ回り可能であるため、加圧力の上下限の制約は本発明とは異なる条件になる。

また、本実施形態ではメラミン樹脂フォーム肉厚１．５ｍｍ、圧縮率は３０％としている。この圧縮率は、高すぎても材料費が嵩みコスト高になり、圧縮率が低すぎても気泡が大きく機能が低下する。評価した結果、コストと機能の最もバランスがとれている３０％のものを用いた。メラミン樹脂フォームの圧縮後の焼成温度は２００℃〜３００℃とした。これによって圧縮後のメラミン樹脂フォームの膨潤を押さえることができる。

また、ギャップコロ１７ｂにも現像装置１０からこぼれ落ちた現像剤が付着して、帯電ローラ１７との間のギャップが維持できずに大きくなることがある。特に、ギャップコロ１７ｂにキャリアが僅かでも付着すると感光体２１とキャップコロ１７ｂとの間で顕著に感光体２１を摩耗させてしまう。そこで、図９に示すように、軸受１４を覆うように、軸受を保持する本体フレームのガイド２４にカバー２５を設けた。カバー２５はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シートを貼付したものであり、現像装置１０から飛散してくるキャリア等の現像剤が軸受１４、回転軸１７a、ギャップコロ１７ｂ等に付着するのを防止できる。

また、図１０に示すように、軸受１４を覆うように、軸受を保持する本体フレームのガイド２４にマグネット２６を貼付した。現像装置１０から飛翔してきたキャリアはマグネット２６に捕捉される。よって、キャリアがギャップコロ１７ｂに付着して感光体２１を摩耗させてしまうことをさらに確実に防止できる。なお、このマグネット２５はクリーニングブレード３３の端部を回り込んだキャリアがギャップコロ１７ｂに付着することも防止することができる。

また、感光体２１と帯電ローラ１７との間に微少ギャップ維持して帯電をおこなう近接方式の場合、帯電ムラを防止するため、帯電ローラ１７の長手方向に関して微少ギャップの偏差を小さくする必要がある。この微少ギャップを維持するように、上述のように帯電ローラ１７の両端部にギャップコロ１７ｂを設けている。しかしながら、下方配置では、帯電ローラ１７の自重により、長手方向中央部でのギャップが維持できない傾向があった。本実施形態では、ギャップコロ１７ｂにより、端部で感光体２１と帯電ローラ１７とのギャップを維持しながら、長手方向全域に渡り、下方よりクリーナローラ１８を適当な圧で当接させる。これにより、長手方向中央部においても、微少ギャップを所定の範囲内に維持することが可能となった。図１１に、クリーナローラ１８を帯電ローラ１７の下方より加圧当接した場合としない場合の感光体２１と帯電ローラ１７とのギャップを、長手方向の端部と中央部とで測定した結果を示す。ギャップの測定は光学レーザ測定器にておこなった。図１１に示すように、クリーナローラ１８で帯電ローラ１７を加圧しない場合は、端部でギャップの設定しても、中央部で大きく変化してしまう。一方、クリーナローラ１８で帯電ローラ１７を加圧した場合は、中央部でも端部でギャップの設定とほぼ変わらないギャップを維持することができた。

以上、本実施形態で述べたように、クリーナローラ１８の軸受１５がスプリング１６を介して帯電ローラ１７とクリーナローラ１８とが接離する方向に移動可能に保持された状態で、クリーナローラ１８が帯電ローラ１７に当接する。これにより、当接部にかかるストレスが低減され、帯電ローラのクリーニングが維持され、安定した帯電が長期に渡って行える。
また、帯電ローラ１７に対するクリーナローラ１８の当接力が１５〜５０ｍＮ／ｃｍであることで長期に渡って安定した連れ回りが行える。当接力が５０ｍＮ／ｃｍより大きいと、クリーナローラが当接箇所で変形したり、クリーナローラ回転軸１８ａの軸受１５の摺動負荷が大きくなったりして連れ回りし難くなる。また、１５ｍＮ／ｃｍ未満では、クリーナローラ１８表面の凹凸の影響が当たりムラとなってクリーニング性が低下する。
また、クリーナローラ回転軸１８ａと軸受１５との軸受接触面積が３〜２０ｍｍ^２とすることで長期に渡って安定した連れ回りが行える。軸受接触面積が２０ｍｍ^２より大きいと回転軸１８ａの摺動抵抗は大きくなり、帯電ローラ１７とクリーナローラ１８の摩擦係数μが低下したり、軸受１４、軸受１５にキャリア、トナー等の異物が混入した時にロックしたりし易い。
また、クリーナローラ１８の表面部をメラミン樹脂フォームとすることで、感光体２１に塗布する滑材によるの摩擦係数μの低下を少なくすることができ、長期に渡って安定して連れ回りがおこなえる。
また、メラミン樹脂フォームの圧縮率が２０〜５０％とすることで、クリーニング性を均一にすることができる。
また、クリーナローラ１８の表面部を分割系複合繊維を分割した微細繊維を植毛とすることで、感光体２１に塗布する滑材によるの摩擦係数μの低下を少なくすることができ、長期に渡って安定して連れ回りがおこなえる。
また、帯電ローラの回転軸１７ａに含油焼結のカラー２０を設け、回転軸と軸受１４とがカラーを介して回転可能となるようにする。これにより、回転軸１７ａと軸受１４の間に現像剤が入ってトルクが増大することを防止でき、経時に渡って安定した画像を形成できる。
また、帯電ローラの回転軸１７ａの軸受１４を保持する軸受保持部２４に軸受１４を覆うカバー２５を設ける。これにより、現像装置１０から飛散してくるキャリア等の現像剤が軸受１４、回転軸１７a、ギャップコロ１７ｂ等に付着するのを防止できる。
また、帯電ローラの回転軸１７ａの軸受１４を保持する軸受保持部２４にマグネット２７を設けることで、現像装置１０から飛散してくるキャリアが軸受１４、回転軸１７a、ギャップコロ１７ｂ等に付着するのを防止できる。
また、ギャップコロ１７ｂを設けて帯電ローラ１７と感光体２１とが微少ギャップを維持して帯電をおこなう。この時、下方よりクリーナローラ１８で帯電ローラ１７を加圧することで、長手方向中央部でも端部でギャップの設定とほぼ変わらないギャップを維持して、均一な帯電をおこなうことができた。
また、クリーナローラ回転軸１８ａをの丸型の軸受４０とする。これにより、クリーナローラ回転軸１８ａと軸受４０との軸受接触面積を大きくし、かつ、クリーナローラ回転軸１８ａと軸受との間への異物の侵入を防止できる。よって、さらに長期に渡って安定して連れ回りがおこなえる。
また、クリーニンナローラ１８が帯電ローラ１７に連れ回り、かつ、クリーナローラ１８を永久変形させないような当接力をもって当接する。これにより、安定して連れ回りがおこなえる。
また、感光体２１と、帯電ローラ１７と、クリーナローラ１８とを一体的に形成したプロセスカートリッジを用いることで、メンテナンスが容易に行える。

本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成図。 上記プリンタのトナー像形成部を構成するプロセスカートリッジの概略構成図。 （ａ）感光体、帯電ローラ、クリーナローラの正面図。 （ｂ）クリーナローラの軸受部を拡大した断面図。 感光体、帯電ローラ、クリーナローラの概略構成をしめす斜視図。 感光体、帯電ローラ、クリーナローラの軸受部を拡大した斜視図。 帯電ローラ回転軸の軸受、クリーナローラ回転軸の軸受、スプリングの構成を説明する図。 帯電ローラ回転軸をカラーを介して駆動するものの斜視図。 ステアリン酸亜鉛固形バーとファーブラシとの当接圧をＰと帯電ローラとクリーナローラとの摩擦係数μとの関係をしめす図。 軸受をを保持する本体フレームにカバーを設けたものの概略構成図。 軸受を保持する本体フレームにマグネットを設けたものの概略構成図。 感光体と帯電ローラとのギャップの長手方向の偏差をしめす図。 クリーナローラをＵ字型の軸受１５に装着した時の斜視図。 帯電ローラとクリーナローラの軸受部を拡大した斜視図。 クリーナローラを丸型の軸受に装着した時の斜視図。 丸型の軸受を帯電ローラの軸受に装着した時の概略構成図。 丸型の軸受とスプリングの概略構成図。 軸受の加圧力とクリーナローラの回転数の変化の様子をしめすグラフ。 クリーナローラがそ変形して連れ回りできなくなる様子をしめす図。

符号の説明

１ 中間転写ベルト
１ａ、１ｂ 支持ローラ
２Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ トナーボトル
３ 排紙ローラ
４ 定着装置
５ ２次転写ローラ
６ レジストローラ
７ 給紙コロ
８ 給紙カセット
９ 光書込ユニット
１０Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 現像装置
１１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 一次転写装置
１２ 中間転写体クリーニング装置
１３ スプリング
１４ 帯電ローラの軸受
１５ クリーナローラの軸受
１５ａ リブ
１６ スプリング
１７ 帯電ローラ
１７ａ 帯電ローラ回転軸
１７ｂ ギャップコロ
１８ クリーナローラ
１８ａ クリーナローラ回転軸
２０ カラー
２１Ｙ，Ｃ，Ｍ，Ｋ 感光体
２４ フレームのガイド
２５ カバー
２６ マグネット
３３ クリーニングブレード
３４ 廃トナー搬送コイル
３５ ステアリン酸亜鉛固形バー
３５ａ 圧縮スプリング
３６ ファーブラシ
４０ 丸型の軸受
４０ａ リブ
１０１ トナー像形成部

Claims (13)

1. 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電ローラと、該帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で該帯電ローラ表面に当接する位置に配設され該帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニングローラとを備えた画像形成装置において、
   上記帯電ローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸の軸受を保持する帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを備え、該帯電ローラ回転軸の軸受と該帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを一体的に形成し、該帯電クリーニングローラ軸受保持部材は、弾性部材を介して、該帯電ローラと該帯電クリーニングローラとが接離する方向に移動可能に該帯電クリーニングローラの軸受を保持するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、上記帯電ローラに対する上記帯電クリーニングローラの当接力が１５〜５０ｍＮ／ｃｍであることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラ回転軸と軸受との軸受接触面積が３〜２０ｍｍ^２であることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１、２または３の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラの表面部はメラミン樹脂フォームからなることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラの表面部の圧縮率が２０〜５０％であることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１、２または３の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラの表面部は分割系複合繊維を分割した微細繊維を植毛したものからなることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記帯電ローラの回転軸に含油焼結のカラーを設け、該回転軸と軸受とがカラーを介して回転可能となるよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記帯電ローラの回転軸の軸受を保持する軸受保持部に該軸受を覆うカバーを設けたことを特徴とする画像形形成装置。
9. 請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記帯電ローラの回転軸を保持する軸受保持部にマグネットを設けたことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９の画像形成装置において、上記帯電ローラと上記像担持体とが微少ギャップを維持するよう、微少キャップ維持部材を設けたことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラ回転軸の軸受が丸型形状であることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１１の画像形成装置において、上記帯電クリーニングローラが上記帯電ローラに連れ回り、かつ、該帯電クリーニングローラを永久変形させないような当接力をもって該帯電クリーニングローラを該帯電ローラに当接させるよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
13. 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電ローラと、該帯電ローラの回転中心を含む仮想水平面よりも下側で該帯電ローラ表面に当接する位置に配設され該帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニングローラとを一体的に形成して、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
    上記帯電ローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸を回転可能に支持する軸受と、該帯電クリーニングローラ回転軸の軸受を保持する帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを備え、該帯電ローラ回転軸の軸受と該帯電クリーニングローラ軸受保持部材とを一体的に形成し、該帯電クリーニングローラ軸受保持部材は、弾性部材を介して、該帯電ローラと該帯電クリーニングローラとが接離する方向に移動可能に該帯電クリーニングローラの軸受を保持するよう構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。

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