JP2006039288A - 非接触式帯電ローラ、その形成方法、非接触式帯電ローラを備えた帯電装置、及び該帯電装置を備えた画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触式帯電ローラにおいて、感光体の表面形状を帯電ローラの帯電電位付与面に反映させ、さらにまた軸方向の機械精度を高精度にして帯電ギャップを維持確保することにより、帯電ムラを抑制し、かつ、重畳するＡＣ電圧を低電圧で付与することができる非接触式帯電ローラを提供する。
【解決手段】 画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材上に、合成ゴムまたは合成樹脂と導電性物質を含有するベース層、及び該ベース層上にフッ素系樹脂と導電性物質を含有する表面被覆層を有するローラであって、軸方向中央部を減径して鼓状に形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、像担持体表面を非接触で帯電する非接触式帯電ローラ、その形成方法、該非接触式帯電ローラを備えた帯電装置、及び該帯電装置を備えた画像形成装置に関する。

複写機やレーザープリンタなどの電子写真方式の画像形成装置に使用される帯電装置は、オゾンや窒素酸化物の生成を抑制するため低電圧での帯電、及び画像形成装置の小型化、電源の低コスト化等から帯電ローラの外径を小径とし、帯電電位付与面を感光体と接触させた接触式帯電ローラが多く使われている。

この接触式帯電ローラの帯電電位付与面は、記録紙の紙紛や感光体表面に残留するトナー等が付着し汚れ易く帯電ムラを起すため、長期使用における耐久性の面で問題が生じ易い。このため、汚れが付着し難く、メンテナンス頻度の比較的少ない非接触式帯電ローラが用いられるようになってきた。

しかし、小径の非接触式帯電ローラは、中心部の金属軸も比較的細く形成されるため、剛性が低下する欠点があり、感光体表面と帯電ローラの帯電電位付与面との帯電ギャップのバラツキを大きくする。また、帯電ローラの帯電電位付与面を形成する部材は、設置環境の温湿度の変動に対し、膨潤して帯電ギャップを狭小とし、感光体への帯電電位を変動させて帯電ムラを起こし易い。このため、帯電ローラに印加するＤＣ電圧に帯電ムラを防止するために重畳するＡＣ電圧をさらに高くする傾向にある。

さらに非接触式帯電ローラでは、接触式帯電ローラと同程度の低電圧帯電とするために帯電ギャップを50μｍ程度に近接させて感光体を帯電させる。そのためローラを構成する部材の寸法精度を維持し難かったリ、画像形成装置の設置環境条件で設定する帯電ギャップを狭小にしてしまうなどその確保が難しく、ローラを構成する部材の機械的寸法精度の向上や、感光体である被帯電体の感光面の外径形状をも考慮して、非接触式帯電ローラの表面形状を形成しなければ、設定ギャップを反映した一定の帯電ギャップを維持することが出来ないものとなる。

関連する文献としては、温湿度の環境条件に影響されずに帯電ローラの弾性ローラ部と感光体ドラムの表面との間のギャップが常に略一定になるようにするため、帯電ローラの両端部をそれぞれ付勢する加圧スプリングの付勢力を低温低湿下では高めるようにし、高温高湿下では弱めるようにする方法がある（例えば特許文献１参照）が、帯電ローラの軸精度に振れ（軸制度のバラツキ）があったり、中央部が増径しているような場合に、ギャップを形成するテープ材に加圧する付勢力を高温高湿、低温低湿の環境状態により調整するだけでは安定したギャップを形成することは容易ではない。

また、オゾンを発生させることなく被帯電体を確実に帯電させることができ、帯電ムラに起因して生じる濃度ムラができないようにするため、感光体ドラムに対して帯電ローラを所定のギャップを形成するように設け、帯電ローラと感光体ドラムとの間には交流成分を有する電圧を印加し、その交流成分を帯電ローラと感光体ドラムとの最大ギャップにおける帯電開始電圧値の２倍以上のピーク間電圧値を有するようにする案がある（例えば特許文献２参照）が、この案は高温高湿時のギャップ変化の抑制や、交流成分の印加電圧の抑制を図るものではない。
特開２００２−１３９８９３号公報 特開２００２−２２９３０７号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、非接触式帯電ローラにおいて、感光体の表面形状を帯電ローラの帯電電位付与面に反映させ、さらにまた軸方向の機械精度を高精度にして帯電ギャップを維持確保することにより、帯電ムラを抑制し、かつ、重畳するＡＣ電圧を低電圧で付与することができる非接触式帯電ローラを提供すること、また、その形成方法、該帯電ローラを備えた帯電装置及び該帯電装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記本発明の目的は次の手段により達成される。すなわち、本発明によれば、第一に、画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材上に、合成ゴムまたは合成樹脂と導電性物質を含有するベース層、及び該ベース層上にフッ素系樹脂と導電性物質を含有する表面被覆層を有するローラであって、軸方向中央部が減径されて鼓状に形成されていることを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第二に、画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材上に、合成ゴムと導電性物質を含有する厚み1〜2ｍｍのベース層、及び該ベース層上にフッ素樹脂と導電性物質を含有する厚み3〜10μｍの表面被覆層を有し、また軸方向中央部を10〜20μｍ減径して鼓状に形成すると共に表面の外径振れ量を0〜10μｍの範囲とすることを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第三に、画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材上に、合成樹脂と導電性物質を含有する厚み1〜2ｍｍのベース層、及び該ベース層上にフッ素樹脂と導電性物質を含有する厚さ3〜10μｍの表面被覆層を有し、また軸方向中央部を5〜10μｍ減径して鼓状に形成すると共に表面の外径振れ量を0〜10μｍの範囲とすることを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第四に、第一ないし第三のいずれかに記載の非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材が（ＪＩＳ Ｇ 4309（1998）ステンレス鋼棒記載の）ＳＵＳ440Ａ、ＳＵＳ440Ｂ、ＳＵＳ440Ｃ、及びＳＵＳ440Ｆから選択される少なくとも１種であり、外径が10〜12ｍｍであることを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第五に、第四に記載の非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材が、該軸部材の外径面に焼入れ深度0.8〜2.5ｍｍの高周波焼入れを行い、硬度がＨＲＣ54〜60の範囲に形成されていることを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第六に、第五に記載の非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材が、該軸部材の外径面の高周波焼入れ後にセンターレス研削加工を施し、表面の外径振れ量が0〜5μｍの範囲に形成されていることを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第七に、第二または第三に記載の軸方向中央部を減径させる鼓状の形成は、厚み1〜2ｍｍに形成されたベース層の表面の外径振れ量が0〜5μｍとした表面を研削加工して形成することを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法が提供される。

第八に、第二または第三に記載の軸方向中央部を減径させる鼓状の形成は、研削加工法により、研削装置に被研削物を取り付け、研削砥石と対向する位置に複数の押圧ローラを配置し、減径量となる荷重を押圧して形成することを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法が提供される。

第九に、第二または第三に記載の軸方向中央部を減径させる鼓状の形成は、研削加工法により、研削装置の芯押し軸にエアーバルーンチャックを用い、被研削物を把持力30〜50Ｎ、芯押し圧力0〜50Ｎで取り付け、研削砥石と対向する位置に複数の押圧ローラを配置し、減径量となる荷重を押圧して形成することを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法が提供される。

第十に、第八または第九に記載の減径量となる荷重の押圧は、ベース層中央部の表面の外径振れ量が0〜5μｍの範囲の仕上り寸法面であることを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法が提供される。

第十一に、第八ないし第十のいずれかに記載の押圧ローラは、外径振れ精度が0〜3μｍの範囲であることを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法が提供される。

第十二に、第七ないし第十一のいずれかに記載の非接触式帯電ローラの形成方法により形成されたことを特徴とする非接触式帯電ローラが提供される。

第十三に、画像形成装置の感光体両端部と当接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラを有する帯電装置において、前記帯電ローラが第一ないし第六のいずれかに記載の非接触式帯電ローラまたは第十二記載の非接触式帯電ローラであることを特徴とする帯電装置が提供される。

第十四に、感光体表面を帯電する帯電装置を有する画像形成装置において、前記帯電装置が、第十三に記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置が提供される。

請求項１の非接触式帯電ローラによれば、金属製軸部材上に、ベース層および表面被覆層を有するローラの軸方向中央部が減径されて鼓状に形成されていることから、感光体の軸方向中央部が切削加工により太鼓状に形成されていても帯電ギャップが狭小化されにくい。そのため帯電ムラが抑制され、また、帯電ローラに印加するＤＣ電圧に帯電ムラを防止するために重畳するＡＣ電圧を上げる必要がない。このような結果、感光体表面の損傷が軽減されると共に帯電電位付与電圧の低下によりオゾンや窒素酸化物の発生量も低下して、画像流れや、画像形成装置を設置する室内環境を汚染する不具合も低減することができる。

請求項２及び請求項３の非接触式帯電ローラによれば、金属製軸部材上に、規定の厚さのベース層及び表面被覆層からなる帯電電位付与面を設け、かつ軸方向中央部を一定の範囲に減径させて鼓状に形成すると共に外径振れ量も規定したことから、帯電ギャップを狭小化せず、より帯電ムラを抑制することができ、また、帯電ムラを補正するために重畳するＡＣバイアス電圧をより低下させることができる。

請求項４の非接触式帯電ローラによれば、金属製軸部材がマルテンサイト系SUSで形成されていることから、熱処理をして軸部材の機械的強度を強化することができる。

請求項５の非接触式帯電ローラによれば、上記マルテンサイト系SUSによる金属製軸部材の表面を深度0.8〜2.5ｍｍで高周波焼入れをして硬度HRC54〜60とすることから、軸の機械的強度が強化され、軸方向加工精度を向上することができ、帯電ギャップを確保し易くなる。

請求項６の非接触式帯電ローラによれば、上記高周波焼入れをした後、センターレス研削加工を施すことから、素材の持っている歪による曲がりをより除去することができ、軸方向加工精度を向上させて帯電ギャップをより確保し易くする。

請求項７の非接触式帯電ローラの形成方法によれば、厚み1〜2ｍｍに形成されたベース層の中央部表面を研削加工により減径して鼓状に形成することから、ベース層の膜厚低下となるが、上層に最表面層が形成されるため、膜厚低下分の電気抵抗変化は緩和され、重畳するＡＣバイアス電圧を上昇させずに帯電ギャップを確保する形状に形成することができる。

請求項８の非接触式帯電ローラの形成方法によれば、研削加工法により、研削砥石と対向する位置に複数の押圧ローラを配置し、減径量となる荷重を押圧して鼓状に形成することから、両端支持された軸の中央部が撓んで研削加工され、鼓状に減径された帯電電位付与面を形成することができる。

請求項９の非接触式帯電ローラの形成方法によれば、研削加工法により、研削装置の芯押し軸にエアーバルーンチャックを用い、被研削物を把持力30〜50Ｎ、芯押し圧力0〜50Ｎで取り付け、研削砥石と対向する位置に複数の押圧ローラを配置し、減径量となる荷重を押圧して形成することから、エアーバルーンチャックの使用により微細な研削屑の侵入を除去することができ、帯電ローラの研削加工を高精度で安定して行うことができる。

請求項１０の非接触式帯電ローラの形成方法によれば、上記減径量となる荷重の押圧は、ベース層中央部の外径振れ量が0〜5μｍとした仕上り寸法面であることから、加工負荷が低減し、外径振れ量を高精度とした帯電電位付与面を形成することができる。

請求項１１の非接触式帯電ローラの形成方法によれば、上記押圧ローラが、外径振れ精度0〜3μｍの範囲であることから、回転時の押圧ローラの外径振れ精度が平均化されてより安定化するため、押圧されて加工される帯電電位付与面の軸振れ精度を0〜10μｍの範囲に向上させることが可能となる。

請求項１２の非接触式帯電ローラによれば、上記形成方法により形成された非接触帯電ローラであることから、帯電電位付与面の外径振れ精度が高精度の鼓状を有する非接触式帯電ローラを得ることができる。

請求項１３の帯電装置によれば、上記本発明の非接触式帯電ローラを有することから、 帯電電位変動幅が少なく、かつ帯電電位付与電圧を低電圧化することができ、感光体表面の放電劣化を低減する帯電装置を得ることができる。さらにまたオゾン及び窒素酸化物の発生量を低減し、画像形成装置を設置する室内環境の汚染を低減することができる。

請求項１４の画像形成装置によれば、上記帯電装置を備えた画像形成装置であることから、感光体の放電劣化が少なくなり感光体の長寿命化が図れる画像形成装置を得ることができる。また、帯電装置からのオゾン発生量が少なくなるためオゾンフィルターの長寿命化や小型化を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図４は、機能分離型有機系感光体を使用し、カールソンプロセスを用いる白黒及びカラー画像形成装置の構成図で、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各色毎のトナー画像形成ユニット1が順次配置されている。

トナー画像形成ユニット1は、外径φ25〜30ｍｍの小径円筒状の機能分離型有機系感光体2を中心とし、その外周に帯電ユニット3、光書き込みユニット4、現像ユニット5、クリーニングユニット6が配置され、各色トナー毎に構成されて、転写ユニット7の転写ベルト8上に配置されている。

機能分離型有機系感光体2の表面は、帯電ローラ9により600〜800Ｖの正又は負の帯電が与えられ、レーザー光10により潜像を形成し、現像部材11によりトナーを静電付着させて可視画像とし、記録紙12上に転写部材13でトナー像を静電転写し、定着ユニット14に画像形成された記録紙12を搬送し、160〜200℃でトナー像を加熱加圧して定着する。

近年、複写機やレーザープリンタなどの画像形成装置の感光体への帯電方法は、帯電装置を小型で省スペース化するため、また、感光体への帯電電位付与時のオゾン発生量を低減させるために低電圧帯電を可能とする近接式ローラ帯電方法が採用されている。

この近接式ローラ帯電では、帯電電位付与面の外径がφ10〜13ｍｍの小径の帯電ローラが用いられ、帯電電位付与面を形成する材質は、カーボンブラック等の導電剤を分散混入させた1〜2ｍｍの厚さを有する導電性ゴムとし、画像形成時の帯電ムラを防止するためにその抵抗値を10⁸〜⁹Ωcmに制御し、その弾性を利用してギャップを作らずに感光体と接触させる接触式帯電ローラか、またはその接触式帯電ローラを感光体の両端部にギャップ保持部材を用いて当接させ、帯電電位付与面に30〜100μｍのギャップを持たせて近接させ、非接触とする非接触式帯電ローラを用い低電圧で帯電させている。

帯電ギャップを狭小にする原因
図５(a)に示すように、この接触式帯電ローラや非接触式帯電ローラでは、帯電電圧を印加するための導電部材として金属製の軸部材を用い、軸受け部15と、電圧印加用軸受け部16と、外径8〜12ｍｍの弾性部材被覆部17が一体で構成され、弾性部材被覆部17のその周面上には、導電性を付与したゴム製の弾性部材18を1〜1.5ｍｍの厚みで被覆し、加硫成形したあと、その外径を研削法により研削し、所望の精度に仕上加工を行なって形成する。接触式帯電ローラでは、研削されて所望の精度に仕上った弾性部材18の表面が接触し、感光体表面に帯電電位を付与する。

また、図５(b)に示すように、非接触式帯電ローラは、感光体両端と当接させてギャップを形成させるために、ギャップ形成部材19及び20を被覆して、所望の帯電ギャップを形成する。ギャップ形成部材19、20の厚みは、弾性部材18の表面に被覆するため、そのゴムの圧縮率、当接荷重や当接面積及び画像形成装置の使用環境での温度および湿度から、維持する帯電ギャップを確保するように厚みを設定する。

通常、オゾン発生量抑制のために低電圧帯電で使用される帯電ギャップ30〜40μｍを確保するために用いられるギャップ形成部材19、20の厚みは60μｍ程度であり、熱収縮性のＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン樹脂：テフロン（登録商標））チユーブ等が被覆され形成される。

図５(c)に示すように、この非接触式帯電ローラを用いて、画像形成装置の感光体両端部と当接し、感光体の帯電面21の範囲に帯電ギャップ22、23、24を形成すると、帯電ギャップが形成される軸方向中央部23では、その隙間が狭小となり易い傾向にあり、その狭小となる量1μｍ当たり5〜10Ｖで帯電電位が変化して画像形成時のムラを引き起こす不具合を生じる。

図５(d)に示すように、帯電ギャップ23が狭小となる原因の一つは、感光体26側では、その軸方向中央部の外径が切削加工により5〜10μ増径となる太鼓状ｃに形成されること、及び、非接触式帯電ローラ27側では、その軸方向中央部の外径が10〜20μ増径となる太鼓状ｆに形成されるためである。

これは、画像形成装置を小型化するためにローラ形状の各部材が小径化し、軸方向の機械強度が低下し、軸方向の中央部が切削や研削での外径加工時の負荷により逃げるためであり、本来設定される帯電ギャップは、ギャップ形成部材19及び20によりａとなるが、感光体、帯電ローラの精度によって中央部ではｂの帯電ギャップとなって、設定する帯電ギャップａに対し10〜15μｍ程度、当初より中央部が狭くなり易い傾向がある。

また、帯電ローラの中央部では加工方法により15〜20μｍの軸振れｅが発生し易く、感光体とのギャップが最も狭小となる帯電ギャップｄを形成する。

帯電ギャップａを60μｍで設定すると最小狭小時は35μｍ程度となり、尚且つ、高温高湿時にゴム製の弾性部材18の熱膨張や膨潤が10〜20μｍ程度あって、軸振れの最小狭小部分ｄでは帯電ギャップが15〜25μｍともなってしまい、残留するトナー28と接触して帯電ローラの帯電電位付与表面29の中央部にトナーが付着し汚染される状態になる。

帯電ローラの帯電電位付与表面がトナーで汚れて耐久性を低下させるのを防ぐために、接触式帯電方法をやめて帯電ギャップを形成する非接触式の帯電方法とすると、接触式帯電ローラの軸精度とその精度に伴なう形状のままで使用すると、その精度と形状が帯電ギャップ形成に大きく影響してしまう。

また、帯電電位付与面の弾性部材18の材質が合成ゴム又は合成樹脂を主成分とすることで、特に合成ゴムを使用した場合は、温湿度に対して体積膨張量が大きく、10℃15％〜30℃60％での画像形成装置設置環境下の高温高湿側では、その帯電ギャップ22、23、24の全域を10〜20μｍ変動させてより狭小とするようになる。

帯電ギャップ22、23、24を一定の幅で確保するためには、帯電ローラの帯電電位付与面の軸方向直線性精度、及び感光体の軸方向直線性の精度も要求されることになるが、感光体側では、感光層を形成する基体表面の粗さ精度は、その感光体の下引き層の厚みが3〜5μｍと薄い場合に、基体表面の粗さに0.5〜1μｍの段差が有るとレベリングすることが出来ず、0.1μｍの電荷発生層を下引き層上に形成する時に塗膜の濃淡が形成され、画像形成時にその部分の感度に差が出て、スジ画像となり不具合を生じ易い。このため、下引き層の厚みや電荷発生層感光剤の感光性を見直すことが必要になり、感光体側の軸方向直線性精度と形状は、簡単には調整することができない現状にある。

接触式での帯電ローラでは、ゴム製の弾性部材18が感光体外径表面に接触するため、感光体の外径の精度が軸方向中央部25で5〜10μｍ程度増径していても密着する。このため、感光体への帯電電位変動は弾性部材18に含有される導電剤のムラなどによる電位変動となり、その変動量は少なく、帯電ムラを補正するために帯電ローラに重畳するＡＣバイアス電圧（Ｖｐ-ｐ）は500〜1000Ｖ程度で有る。また、この接触式帯電ローラを用いて、両端にギャップ形成部材を取付けて非接触帯電ローラとすると、その軸方向の帯電ギャップ精度は、中央部を20〜40μｍ狭小として感光体への帯電電位を100〜400Ｖ変動させる状況となる。

非接触での帯電ローラとすると、軸の直線性などにおいての形状や精度の補正をせず、電気的に帯電ムラを補正しようとすると、帯電ムラを補正するために重畳するＡＣバイアス電圧（Ｖｐ-ｐ）は2000〜2500Ｖ程度となり、帯電電位付与表面は高電圧で放電することとなり、感光体表面は発生するイオンや電子の衝撃で損傷する度合いが大きくなり、樹脂の分解などでその寿命を低下させる。また、高電圧で放電するためにオゾンや窒素酸化物の発生量も増大し、画像形成装置を設置する室内環境を汚染したり樹脂表面を化学的に汚染したり樹脂の分解を加速したりする。

本発明の非接触式帯電ローラの構成
そこで、非接触式帯電ローラの帯電電位付与面が金属製軸部材上に形成され、ウレタン、エピクロルヒドリン等の合成ゴムを主成分とし、カーボンブラック等の導電性物質及びアンモニウム塩等のイオン性導電物質を含有し、厚み1〜2ｍｍに形成される帯電電位付与面にあっては、軸方向中央部の外径を10〜20μｍ減径させて鼓状に形成し、その外径振れ量を0〜10μｍの範囲として帯電電位付与面を形成すれば、帯電ムラを抑制でき、また、帯電ムラを補正するために重畳するＡＣバイアス電圧（Ｖｐ-ｐ）が1500〜1800Ｖの範囲にとなり、感光体表面の損傷が低下し、帯電電位付与電圧の低下に伴ないオゾンや窒素酸化物の発生量も低下して、画像形成装置を設置する室内環境を汚染する不具合も低減されるようなる。

また、非接触帯電ローラの帯電電位付与面が金属製軸部材上に形成され、ABS、AS、ACS樹脂等の合成樹脂を主成分として、エーテルアミド等のイオン性導電物質を含有し、厚み1〜2ｍｍに形成される帯電電位付与面にあっては、軸方向中央部を5〜10μｍ減径させて鼓状に形成し、その外径振れ量を0〜10μｍの範囲として帯電電位付与面を形成すれば、帯電ムラを抑制でき、また、帯電ムラを補正するために重畳するＡＣバイアス電圧Ｖｐ-ｐが1500〜1700Ｖの範囲となり、感光体表面の損傷が低下し、帯電付与電圧の低下に伴ないオゾンや窒素酸化物の発生量も低下して、画像形成装置を設置する室内環境を汚染する不具合も低減される。

金属製軸部材の撓み量
図２［ａ］は、通常用いられている非接触式帯電ローラの金属製軸部材の撓み量を測定したグラフである。この図に示すように、外径8〜12ｍｍφのＳＵＳ製軸部材の長さ340ｍｍ中央部を1〜5Ｎで押圧すると、5〜120μｍの撓みが発生する。この撓みの量はφ8ｍｍ軸部材30及びφ9ｍｍ軸部材31がφ10〜12ｍｍ軸部材32に比べて大きく、画像形成装置で使用される軸部材として長さ340ｍｍで使用すると、強度上、機械加工し難く、中央部が20〜40μｍの範囲で逃げる方向となり、帯電電位付与面が増径することが想定され、帯電ギャップが狭小となる要因となる。

実際にφ8ｍｍ、長さ340ｍｍのＳＵＳ製軸部材で帯電ローラを形成したものは、帯電電位付与表面中央部の増径が10μｍ、振れが15〜20μｍ発生し、画像ムラを形成し易く、また、帯電ギャップを維持できず、狭小となった部分にトナーが付着したり、強い放電が行なわれて表面が損傷するなどの不具合が生じた。

また、帯電ムラ防止のために重畳するＡＣバイアス電圧（Ｖｐ−ｐ）2000〜2200Ｖに上昇しなければ成らず、有機感光体の表面が損傷され易くなる傾向にあるため、φ10〜12ｍｍの軸部材を用いた方が帯電ローラの機械的精度を確保し易く、生産性もよくなる。

図２［ｂ］は、金属製軸部材の材質がマルテンサイト系ＳＵＳ製軸部材（ＪＩＳハンドブック1999 鉄鋼Ｉに記載）であって、ＪＩＳ Ｇ 4309（1998）ステンレス鋼棒記載のＳＵＳ440（ＳＵＳ440Ａ、ＳＵＳ440Ｂ、ＳＵＳ440Ｃ、ＳＵＳ440Ｆ）の材料を用い、外径がφ8〜12ｍｍのものに、外径面を焼入れ深度0.8〜2.5ｍｍの高周波焼入れをし、その硬度がＨＲＣ54〜60である金属製軸部材の撓み量を測定したものである。

φ8のＳＵＳ440焼入材33は、φ8のＳＵＳ材34に比べ、10〜30μｍ撓み量が低下しているが、やはり帯電ローラの金属製軸部材としては撓み量が大きく不都合であることが分る。

φ10のＳＵＳ440焼入材35は、同じくφ10のＳＵＳ材36に比べ、5〜10μｍ撓み量が低下し、同様に、φ12のＳＵＳ440焼入材37は、同じくφ10のＳＵＳ材38に比べ、3〜7μｍ撓み量が低下し、軸強度が増加したことが分る。

この外径面を焼入れ深度0.8〜2.5ｍｍの高周波焼入れをし、その硬度がＨＲＣ54〜60とし軸強度の増加した金属製軸部材を用いて帯電ローラを形成するようにすれば、強度が増加した分、機械加工時の精度が悪化せず、設定する帯電ギャップを確保し易い方向となる。

非接触式帯電ローラの帯電電位付与面の研削加工
図３［ａ］は、通常の非接触式帯電ローラの帯電電位付与面研削加工方法を示したもので、研削装置の主軸コレットチャック39により非接触式帯電ローラの電圧印加用軸受け部16の外径を回転駆動伝達部としてクランプし、軸受け部15のセンター穴に芯押し軸センター40を200〜300Ｎの押圧力で押付けて軸方向を固定して回転駆動を与える。次に外径φ250〜300ｍｍ、幅30〜50ｍｍの研削砥石41を、2500〜3000ｒｐｍで回転させ、帯電電位付与面42の外径を荒引き研削、仕上研削の各工程で行なって所望の精度を出すようにしている。

研削加工では砥石円周の接線方向に働く接線分力43より、砥石半径方向に働く垂直分力44が切削加工の場合と異なり大きい値を示すため、図3に示す軸部材の撓みのように、軸の中央部へ荷重を与えるのと同様に、中央部で垂直分力44による撓みが発生し易いものとなり、その量は帯電電位付与面42の中央部外径が両端部と比べ10〜20μｍ増径して仕上られる状態となり、また、接線分力43も研削砥石41の幅を広くすると抵抗が増して撓みを増加させて増径して仕上げられる状態となる。

また、荒引き研削で振れを除去しきれない状態で仕上研削を行なってしまうと、振れを含んでの10〜20μｍの増径となり、感光体との帯電ギャップを形成する中央部ではギャップを狭小とするようになり、環境条件が付加されると高温高湿で膨張膨潤のため更に狭小となって、ついには帯電電位付与面42が感光体表面に接触してしまうことにもなる。

図３［ｂ］は、振れや形状の機械精度を上げるための方法で、研削加工方法での帯電電位付与面のベース層45の外径を、10〜20μｍ減径し鼓状に形成するための研削方法で、非接触帯電ローラの帯電電位付与面のベース層45を荒引き研削後、押圧ローラ46の接触する範囲の外径面に仕上がり寸法面47を形成し、その外径の振れ精度を0〜5μｍの範囲とする。この際の研削砥石の幅は5〜10ｍｍの範囲に成形して用いるほうが接線分力43、垂直分力44を小さくでき、振れ精度を向上することができる。

非接触帯電ローラの中心線48の両側40〜50度の位置ｇ及びｈに配置した上押圧ローラ49と下押圧ローラ50が、非接触帯電ローラの仕上がり寸法面47に、上押圧ローラ49と下押圧ローラ50の両側の押圧ローラが接するように精密自動ステージ上のＹ軸45で調整し、中央部が鼓上に減径する1〜5Ｎの所望の押圧力で押圧し研削加工を行なう。

所望の減径量とした中央部の外径の仕上がり寸法面47が僅かに研削されるまで両側の帯電電位付与面のベース層45を研削し仕上げる。繰返し研削加工を行なう場合、精密自動ステージのＸ軸46を用いて自動的に押圧位置に繰り出し、仕上がり寸法面47を押圧して研削を行なう。押圧ローラ49、50の外径面の振れは1〜2μｍの精度のものを使用し、軸方向に複数配置して個々の押圧ローラの振れ精度を平均化し、研削精度を高精度に保つようにする。

図３［ａ］及び［ｂ］の研削加工方法では、芯押し軸センター40を200〜300Ｎの高押圧力で押付けるため、砥石の垂直分力44の押圧力により撓みが形成されると、芯押し軸センター40の押圧力により撓みを助長し、精度の低下を起こし易くなる。

そこで、図３［ｃ］に示すように、芯押し軸センター40を用いず、軸受け部15の外径をチャックし、0〜50Ｎの軽押圧力とし、押圧ローラ49、50により同様に1〜5Ｎで所要減径量となる寸法量を押圧して研削加工を行なう。これにより砥石の垂直分力44の押圧力による撓みが形成されても、それを助長する芯押し軸の押圧負荷は軽減され、研削精度を向上することができるようになる。

軸受け部15の外径をチャックする装置には、エアーバルーンチャック48（藤井精密工業製）やコレットチャックを用いる。特にエアーバルーンチャック48の使用は無摺動式チャックであるため微細な研削屑の侵入によるチャックのクランプ精度を悪くする要素を除去できるものであり、帯電ローラの研削加工を高精度に安定することができる。

研削加工して所望の寸法精度と形状となった帯電ローラは、帯電電位付与面に吸湿防止や汚れ防止などの目的からフッ素系樹脂等を塗布して表面被覆層を形成し、次いで帯電ギャップ形成部材を両端部に被覆して完成する。

図１は、図３の加工方法で中央部を5〜20μm減径して鼓状とし、帯電電位付与面を形成する1〜2ｍｍの厚みのベース層57の表面に、1〜10μｍの表面被覆層58が形成された非接触式帯電ローラ56を、外径φ30ｍｍの機能分離型有機系感光体52の円周上に、60μｍの帯電ギャップ形成部材（図示せず）を介し、加圧バネで4〜5Ｎの加圧力で配置すると、機能分離型有機系感光体52の表面53と、非接触式帯電ローラ56の表面被覆層58の表面との帯電ギャップ幅ｉは40〜55μｍの範囲となり、5〜20μｍ減径して鼓状とした非接触式帯電ローラ56の帯電電位付与面中央部54では、機能分離型有機系感光体52の中央部が増径して太鼓状なる量ｊの5μｍほどは、帯電電位付与面中央部54の減径量5〜20μｍによって狭小量とならず、また、非接触式帯電ローラ56の帯電電位付与面中央部54の外径振れ量ｋを0〜10μｍの範囲に形成すれば、帯電ギャップの寸法変動量は0〜15μｍの範囲で確保することができるようになり、感光体表面に残留する粒径30μｍのトナー55があっても非接触式帯電ローラ56の帯電電位付与面中央部54に接触することが無くトナー付着を起し難くなる。

帯電電位付与面を形成する1〜2ｍｍ厚のベース層57の材質が、合成ゴム又は合成樹脂を主成分とすることから、温湿度に対して膨張量や膨潤量が大きく、形成される帯電ギャップを画像形成装置の設置環境下で変動させて狭小とするが、機能分離型有機系感光体の中央部外径形状及び寸法を考慮し、そのベース層57の材質に合わせて5〜20μｍ中央部を減径し、鼓状に形成して使用すれば、設定する帯電ギャップを大幅に狭小とすることなく確保でき、振れ精度を0〜10μｍの範囲に向上させれば帯電ギャップの寸法変動を0〜15μｍの範囲で確保することができる。

また、表１の実施例に示すように、画像ムラ限度内とするための帯電ムラ防止のために重畳するＡＣバイアス電圧（Ｖｐ-ｐ）が-1500〜-1800Ｖの範囲となり、従来品-2000〜-2200Ｖより-200〜-500Ｖ低下させることができ、発生するオゾン量は、従来品の0.08〜0.09ｐｐｍ（1分値）に対し0.01〜0.03ｐｐｍ低下させることができ、放電による機能分離型有機系感光体の表面の劣化をも抑制することができる。

上記本発明の非接触式帯電ローラを組み込んだ帯電装置は、感光体に所望の帯電電位を付与し、帯電ムラ防止のために重畳するＡＣバイアス電圧（Ｖｐ-ｐ）を低電圧として帯電電位付与が可能となる帯電装置となり、白黒及びカラー画像を形成する画像形成装置の帯電装置とすれば、各色彩毎の帯電装置でのオゾン発生量を低減できるため、オゾンフィルターの寿命を延ばす有効な帯電装置となり、オゾンの飛散によるオフィス環境の汚染を抑制することが可能となる。また、機能分離型有機系感光体塗膜表面への帯電付与時の放電による有機系感光体塗膜表面の分解の少ない帯電装置となる。

鼓状の非接触式帯電ローラにおける帯電ギャップの説明図である。 [a]は非接触式帯電ローラの金属製軸部材の撓み量を測定したグラフ、 [b]は高周波焼入れをした金属製軸部材の撓み量を測定したグラフである。 [a]、[b]、[c]はいずれも非接触式帯電ローラの帯電電位付与面の研削加工方法の説明図である。 画像形成装置の一例を示す構成図で、図４右図は、図４左図の１の部分の拡大図である。 (a)は接触式帯電ローラの正面図、(b)は非接触式帯電ローラの正面図、(c)は非接触式帯電ローラと感光体とそのギャップの正面図、(d)は帯電ギャップが狭小となる原因を説明するための図である。

符号の説明

１ トナー画像形成ユニット
１５ 軸受け部
１６ 電圧印加用軸受け部
１７ 弾性部材被覆部
１８ 弾性部材18
１９、２０ ギャップ形成部材
２２、２３、２４ 帯電ギャップ
２７ 非接触式帯電ローラ
２６ 感光体
２８ トナー
４２ 帯電電位付与面
４５ ベース層
４６ 押圧ローラ
４７ 仕上がり寸法面
４８ エアーバルーンチャック
４９、５０ 押圧ローラ
５１ 軸部材
５２ 感光体
５３ 感光体表面
５５ トナー
５６ 非接触式帯電ローラ
５７ ベース層
５８ 表面被覆層

Claims (14)

1. 画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、
   金属製軸部材上に、合成ゴムまたは合成樹脂と導電性物質とを含有するベース層と該ベース層上にフッ素系樹脂と導電性物質とを含有する表面被覆層を有するローラであって、軸方向中央部が減径されて鼓状に形成されていることを特徴とする非接触式帯電ローラ。
2. 画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、
   金属製軸部材上に、合成ゴムと導電性物質を含有する厚み1〜2ｍｍのベース層、及び該ベース層上にフッ素系樹脂と導電性物質を含有する厚さが3〜10μｍの範囲の表面被覆層を有し、前記非接触式帯電ローラの軸方向中央部近傍を10〜20μｍ減径して鼓状に形成すると共に表面の外径振れ量が0〜10μｍの範囲であることを特徴とする非接触式帯電ローラ。
3. 画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体表面に帯電電位を付与する非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材上に、合成樹脂と導電性物質を含有する厚み1〜2ｍｍのベース層と、該ベース層上にフッ素系樹脂と導電性物質を含有する厚さ3〜10μｍの表面被覆層とを有し、前記非接触式帯電ローラの軸方向中央部近傍を5〜10μｍ減径して鼓状に形成すると共に表面の外径振れ量を0〜10μｍの範囲とすることを特徴とする非接触式帯電ローラ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材がＳＵＳ440Ａ、ＳＵＳ440Ｂ、ＳＵＳ440Ｃ、及びＳＵＳ440Ｆから選択される少なくとも１種であり、かつ、前記金属製軸部材の外径が10〜12ｍｍであることを特徴とする非接触式帯電ローラ。
5. 請求項４に記載の非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材が、該軸部材の外径面に焼入れ深度0.8〜2.5ｍｍの高周波焼入れを行い、硬度がＨＲＣ54〜60の範囲に形成されていること特徴とする非接触式帯電ローラ。
6. 請求項５に記載の非接触式帯電ローラにおいて、金属製軸部材が、該軸部材の外径面の高周波焼入れ後にセンターレス研削加工を施し、表面の外径振れ量が0〜5μｍの範囲に形成されていることを特徴とする非接触式帯電ローラ。
7. 請求項２または３に記載の軸方向中央部を減径する鼓状の形成は、厚み1〜2ｍｍに形成されたベース層の表面の外径振れ量が0〜5μｍとした表面を研削加工して形成することを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法。
8. 請求項２または３に記載の軸方向中央部を減径する鼓状の形成は、研削加工法により、研削装置に被研削物を取り付け、研削砥石と対向する位置に複数の押圧ローラを配置し、減径量となる荷重を押圧して形成することを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法。
9. 請求項２または３に記載の軸方向中央部を減径する鼓状の形成は、研削加工により研削装置の芯押し軸にエアーバルーンチャックを用い、被研削物を把持力30〜50Ｎの範囲、芯押し圧力0〜50Ｎの範囲で取り付け、研削砥石と対向する位置に複数の押圧ローラを配置し、減径量となる荷重を押圧して形成することを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法。
10. 請求項８または９に記載の減径量となる荷重の押圧を、ベース層中央部の表面の外径振れ量が0〜5μｍの範囲の仕上り寸法面であることを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法。
11. 請求項８ないし１０のいずれかに記載の押圧ローラは、外径振れ精度が0〜3μｍの範囲であることを特徴とする非接触式帯電ローラの形成方法
12. 請求項７ないし１１のいずれかに記載の非接触式帯電ローラの形成方法で形成されたことを特徴とする非接触式帯電ローラ。
13. 画像形成装置の感光体両端部と接し、感光体の帯電面となる範囲に帯電ギャップを形成して感光体に帯電電位を付与するための非接触式帯電ローラを有する帯電装置において、前記帯電ローラが請求項１ないし６のいずれかに記載の非接触式帯電ローラまたは請求項１２に記載の非接触式帯電ローラであることを特徴とする帯電装置。
14. 感光体表面を帯電する帯電装置を有する画像形成装置において、前記帯電装置が、請求項１３に記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。

Images