JP2006227519A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して帯電を行うことができ、画像形成装置のコストを低くすることができるようにする。
【解決手段】像担持体と、シャフト、及び該シャフトに被覆された弾性層を備えた帯電ローラ１１と、像担持体上の帯電領域の間隙Ｇを管理するギャップ管理部材２０と、該ギャップ管理部材２０と対応する位置において、前記帯電ローラ１１を像担持体に押し付けて加圧する加圧部材とを有する。この場合、ギャップ管理部材２０に対応する位置において、加圧部材が帯電ローラ１１を像担持体に押し付けて加圧するので、帯電ローラ１１に発生する撓みを小さくすることができる。したがって、帯電ローラ１１と像担持体との間に均一な間隙Ｇを形成することができ、安定して帯電を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式のプリンタ、複写機、ファクシミリ装置等の画像形成装置においては、感光体ドラムの表面を、帯電ローラによって帯電させ、露光装置によって露光して静電潜像を形成し、該静電潜像を現像装置によって現像してトナー像を形成し、転写ローラによってトナー像を用紙上に転写するようになっている。

また、転写後、感光体ドラム上に残留したトナーは、クリーニング装置によって除去され、回収される。

ところで、前記帯電ローラは、金属製のシャフトに導電性ゴムから成る弾性層を被覆し、更に該弾性層に樹脂コート層、表面改質層等を被覆して形成され、帯電ローラを感光体ドラムに接触させ、前記帯電ローラに電圧を印加して感光体ドラムを帯電させるようにした接触式の帯電装置が提供されている。

ところが、該接触式の帯電装置においては、帯電ローラの弾性層の成分が感光体ドラムと化学反応を起こして感光体ドラムに汚染を発生させたり、帯電ローラに交流電圧を印加すると、振動音を発生させたり、感光体ドラムの表面のトナーが帯電ローラに付着して帯電性能を劣化させたりしてしまう。

そこで、帯電ローラと感光体ドラムとの間に一定の間隙（げき）を形成するようにした非接触式の帯電装置が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

図２は従来の非接触式の帯電装置の概略図である。

図において、１１は帯電ローラ、１２は感光体ドラムであり、前記帯電ローラ１１は、両端において、前記シャフトが加圧部材２１によって加圧され、感光体ドラム１２に押し付けられる。そして、前記帯電ローラ１１の両端部には、弾性層の表面にギャップ管理部材２０が配設され、帯電ローラ１１と感光体ドラム１２との間に間隙Ｇが形成される。

また、帯電ローラ１１は、一端にギヤ２２が配設され、該ギヤ２２を介して感光体ドラム１２の回転を受け、回転しながら感光体ドラム１２の表面を帯電させる。
特開２００２−２５１０５５号公報

しかしながら、前記従来の非接触式の帯電装置において、前記帯電ローラ１１は、両端いおいてシャフトが加圧部材２１によって加圧され、感光体ドラム１２に押し付けられるので、加圧力によって帯電ローラ１１が撓み、前記間隙Ｇは、帯電ローラ１１の中央部で大きく、両端に近づくほど小さくなってしまう。しかも、前記シャフトの径が小さいほど撓み量が大きくなってしまう。

その結果、帯電ローラ１１と感光体ドラム１２との間に均一な間隙Ｇを形成することが困難になり、安定して帯電を行うことができなくなってしまう。

そこで、均一な間隙Ｇを形成するために、帯電ローラ１１を高精度なクラウン形状にすることが考えられるが、その場合、帯電ローラ１１を加工するための作業が煩わしくなり、画像形成装置のコストが高くなってしまう。

また、帯電ローラ１１の撓み量を小さくするために、前記シャフトの径を大きくすると、帯電ローラ１１の外径が大きくなり、画像形成装置が大型化してしまう。

本発明は、前記従来の非接触式の帯電装置の問題点を解決して、安定して帯電を行うことができ、コストを低くすることができる画像形成装置を提供することを目的とする。

そのために、本発明の画像形成装置においては、像担持体と、シャフト、及び該シャフトに被覆された弾性層を備えた帯電ローラと、前記像担持体上の帯電領域の間隙を管理するギャップ管理部材と、該ギャップ管理部材と対応する位置において、前記帯電ローラを像担持体に押し付けて加圧する加圧部材とを有する。

本発明によれば、画像形成装置においては、像担持体と、シャフト、及び該シャフトに被覆された弾性層を備えた帯電ローラと、前記像担持体上の帯電領域の間隙を管理するギャップ管理部材と、該ギャップ管理部材と対応する位置において、前記帯電ローラを像担持体に押し付けて加圧する加圧部材とを有する。

この場合、ギャップ管理部材に対応する位置において、加圧部材が帯電ローラを像担持体に押し付けて加圧するので、帯電ローラに発生する撓みを小さくすることができる。したがって、帯電ローラと像担持体との間に均一な間隙を形成することができ、安定して帯電を行うことができる。

また、帯電ローラを高精度なクラウン形状にする必要がないので、帯電ローラを加工するための作業を簡素化することができ、画像形成装置のコストを低くすることができる。そして、帯電ローラの外径を小さくすることができるので、画像形成装置を小型化することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図３は本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概略図である。

図において、１１は回転自在に配設された回転体としての帯電ローラ、１２は回転自在に配設された像担持体としての感光体ドラム、１３は帯電ローラ１１と接続された専用電源であり、前記帯電ローラ１１は、専用電源１３によって所定の電圧が印加され、前記感光体ドラム１２の表面を一様に、かつ、均一に帯電させる。帯電ローラ１１、専用電源１３等によって非接触式の帯電装置が構成される。

また、１４はＬＥＤ等から成る露光装置であり、該露光装置１４は、帯電させられた感光体ドラム１２の表面を露光して、感光体ドラム１２の表面に静電潜像を形成する。そして、１５は現像装置であり、該現像装置１５は、現像剤としてのトナーを前記静電潜像に付着させて現像し、現像剤像としてのトナー像を形成する。そのために、現像装置１５は、感光体ドラム１２と接触させて回転自在に配設された現像ローラ１５ａ、該現像ローラ１５ａと接触させて回転自在に配設された現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ１５ｂ、現像ローラ１５ａと接触させて配設された現像ブレード１５ｃ等を備える。

また、１６は転写装置としての転写ローラであり、該転写ローラ１６は、トナー像を媒体としての用紙Ｐに転写する。そして、転写後、感光体ドラム１２上に残留したトナーは、クリーニング装置１７によって除去され、回収される。そのために、前記クリーニング装置１７は、ウレタンゴムから成るクリーニングブレード１７ａ、及びトナーを回収し搬送するためのスパイラル部材１７ｂを備える。トナーが除去された後の感光体ドラム１２の表面を除電するために、ＬＥＤランプから成る除電光部材１８が配設される。

次に、前記帯電装置について説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における帯電装置の概略図である。

帯電ローラ１１は、導電性のシャフト５１にゴム製の弾性層５２を被覆することによって形成され、両端部に、弾性層５２を包囲して環状部材としてのギャップ管理部材２０が配設され、ギャップ管理部材２０は、感光体ドラム１２上の帯電領域において、帯電ローラ１１と感光体ドラム１２との間に一定の間隙Ｇを形成する。前記ギャップ管理部材２０の上方には、加圧部材３１及び付勢部材としてのスプリング３２が配設され、前記加圧部材３１はスプリング３２による加圧力（１５０〜５００〔ｇｆ〕の範囲のうちの所定の値）を受けて、帯電ローラ１１を感光体ドラム１２に押し付ける。前記加圧部材３１は、成形部材（コマ部材）によって形成される。加圧部材３１としては、ギャップ管理部材２０と摺動させられることから、摩擦係数が小さく、ギャップ管理部材２０を摩耗させたり、劣化させたりしない材料、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）が使用される。なお、該ポリアセタールに代えてステンレス、アルミ材等の鋼材を使用することができる。

また、感光体ドラム１２の一端にギヤｇ１が、帯電ローラ１１の一端にギヤｇ２が配設され、ギヤｇ１、ｇ２が噛合させられ、帯電ローラ１１は、ギヤｇ１、ｇ２を介して感光体ドラム１２の回転を受け、回転しながら感光体ドラム１２の表面を帯電させる。

前記帯電ローラ１１において、弾性層５２は、加圧時の変形によって帯電ローラ１１が感光体ドラム１２に接触しないように、少なくともゴム硬度がＪＩＳＡ ５０〔°〕以上、好ましくは、ＪＩＳＡ ８０〔°〕以上の高硬度領域にあるゴム材料、本実施の形態においては、エピクロルヒドリンゴムが使用される。該エピクロルヒドリンゴムに代えて、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、ＮＢＲゴム、ＳＢＲゴム、ＥＰＤＭゴム等の導電性ゴム、及びそれらのブレンドゴム、変形ゴム等を使用することができる。

また、前記弾性層５２は、感光体ドラム１２を帯電させるために導電性を有する必要があり、抵抗率が１０³ 〜１０⁹ 〔Ωｃｍ〕、好ましくは、１０⁶ 〜１０⁸ 〔Ωｃｍ〕にされる。そして、帯電ローラ１１は、加圧部材３１がギャップ管理部材２０を感光体ドラム１２に押し付ける際に加圧されるので、圧縮による変形が少なくなるように、圧縮永久歪みが摩耗試験（ＪＩＳＫ ６２０５）相当で少なくとも２５〔％〕以下に、好ましくは、５〔％〕以下にされる。圧縮永久歪みが５〔％〕以下であるときは、帯電ローラ１１を感光体ドラム１２から離間させるための特別な機構は不要になり、構造が簡素化された安価な画像形成装置を提供することができる。

また、前記ギャップ管理部材２０は、絶縁性を有し、厚さが約１００〔μｍ〕のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の樹脂から成るフィルムによって形成され、接着剤が片面に塗られ、前記弾性層５１の表面に接着される。なお、前記フィルムを構成する樹脂としては、ポリエチレンテレフタレートのほかに、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル（ＰＥＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアセタール、ＡＢＳ樹脂、アミノ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等を使用することができる。なお、前記ギャップ管理部材２０は、感光体ドラム１２の感光層上に配設されるので、該感光層を傷つけたり、摩耗させたりしない樹脂を使用するのが好ましい。

本実施の形態においては、感光体ドラム１２及び帯電ローラ１１が帯電領域において非接触にされ、間隙Ｇが形成されるが、該間隙Ｇは２０〜１００〔μｍ〕の範囲の極めて小さい値に設定されるので、印刷動作を繰り返すと、感光体ドラム１２上に残留したトナー、異物等が帯電ローラ１１の表面に付着してしまう。

また、予期しない感光体ドラム１２との接触によって感光体ドラム１２に汚染が発生することがある。そこで、前記弾性層５２の表面に導電性を有する樹脂のコート層、表面処理層、表面改質層等を形成するのが好ましい。本実施の形態においては、ＭＤＩ等のイソシアネートを溶剤で希釈した溶液を前記弾性層５２の表面に塗布し、加熱し硬化させたて表面処理層を形成するようにしている。また、表面改質層としては、弾性層５２の表面に、ウレタン樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラニン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等を導電化して被覆することによって形成された樹脂コート層を使用したり、紫外線、電子線等を照射して改質した処理層等を使用したりすることができる。

次に、前記構成の帯電装置の動作について説明する。

図４は本発明の第１の実施の形態における帯電装置の要部を示す第１の図、図５は本発明の第１の実施の形態における帯電装置の要部を示す第２の図である。

帯電ローラ１１は、感光体ドラム１２（図１）の回転を受け、感光体ドラム１２と同じ周速度で回転させられ、専用電源１３（図３）によってＤＣ電圧及びＡＣ電圧が同時に印加され、感光体ドラム１２を一定の電位に帯電させる。

このとき、加圧部材３１とギャップ管理部材２０とは摺動させられるので、ギャップ管理部材２０が摩耗して間隙Ｇが変化しないようにする必要がある。そこで、ギャップ管理部材２０及び加圧部材３１として、摩擦係数が小さい材料が使用されるとともに、スプリング３２の加圧力は、帯電ローラ１１が安定して感光体ドラム１２上に位置させられるだけの可能な限り小さい値にされる。

また、加圧部材３１の幅Ｗ１はギャップ管理部材２０の幅Ｗ２より小さくされる。そして、帯電ローラ１１の軸方向において、加圧部材３１はギャップ管理部材２０の中央部に位置させられ、ギャップ管理部材２０の両端部が、少なくとも１〔ｍｍ〕以上の範囲で加圧部材３１と摺動しないようにするのが好ましい。その結果、ギャップ管理部材２０の外周面の中央部に、加圧部材３１と摺動する領域Ａが形成されるとともに、該領域Ａの両側に、加圧部材３１と摺動しない領域Ｂが形成される。前記領域Ａにおいては、加圧部材３１との摺動に伴って、ギャップ管理部材２０が摩耗し、ギャップ管理部材２０の厚さが小さくなるが、領域Ｂにおいては、加圧部材３１と摺動しないので、ギャップ管理部材２０は摩耗せず、ギャップ管理部材２０の厚さは小さくならない。したがって、間隙Ｇを安定させて形成することができる。なお、ギャップ管理部材２０の幅Ｗ２と加圧部材３１の幅Ｗ１との差が大きいほど間隙Ｇを安定させて形成することができる。

本実施の形態においては、Ａ３判の用紙Ｐに対して印刷を行うことができるように、弾性層５２の軸方向寸法（ゴム長）を約３４０〔ｍｍ〕に、シャフト５１の軸方向寸法（シャフト長）を約４１２〔ｍｍ〕に、弾性層５２の外径を１０〔ｍｍ〕に、シャフト５１の外径を６〔ｍｍ〕にした。そして、ギャップ管理部材２０上に、各加圧部材３１を介して２５０〔ｇｆ〕の加圧力を加え、帯電ローラ１１を感光体ドラム１２に押し付けた。なお、感光体ドラム１２の外径は３０〔ｍｍ〕とした。

その結果、帯電領域の全域にわたってほぼ一定の間隙Ｇが形成されていることが光漏れ測定によって確認することができた。なお、光漏れ測定は、帯電ローラ１１及び感光体ドラム１２の背面から１０００〔ルクス〕以上の照度で光を照射し、帯電ローラ１１と感光体ドラム１２との間の隙間Ｇから漏れる光を測定したものである。

次に、前記構成の帯電ローラ１１を第１の実施例として使用して、周速度を１８０〔ｍｍ／ｓｅｃ〕とし、Ａ４判の用紙Ｐに対して、印刷濃度が５〔％〕の一定の条件で連続評価試験を行い、第１の実施例、比較例１及び２、並びに従来品の性能を比較した。比較結果を表１に示す。

比較例１は、第１の実施例と同じ構成で加圧部材３１の幅Ｗ１がギャップ管理部材２０の幅Ｗ２以上のものである。また、比較例２は、第１の実施例と同じ構成で加圧部材３１の幅Ｗ１がギャップ管理部材２０の幅Ｗ２以上であり、加圧力が第１の実施例及び比較例１より小さいものである。また、従来品は図２に示されるものである。

表１において、間隙形成均一性（初期）は、前記間隙Ｇの幅を測定したときの光の漏れの均一性によって、また、画像の品質によって評価したものである。なお、間隙形成安定性（ギャップ管理部材２０の耐久性）とは、感光体ドラム１２を３００００回回転させたときの光の漏れの均一性によって、また、画像の品質によって評価したものである。

前記間隙形成均一性及び間隙形成安定性の判断は、最終的には画像の品質の評価によって行い、○は特に問題がないことを、△はハーフトーンレベルで画像むらがわずかに発生したことを、×は明らかに帯電ローラ１１の周期で画像むらが発生したことを表す。

表１から、従来品においては、帯電ローラ１１の中央部の間隙Ｇが大きく、初期から帯電領域の全体にわたって均一な間隙Ｇを形成するのが困難であったが、加圧方法の異なる第１の実施例及び比較例１及び２においては、安定した間隙Ｇを形成することができる。

また、比較例１は、第１の実施例と比較し、加圧部材３１の幅Ｗ１がギャップ管理部材２０の幅Ｗ２以上であるので、連続動作を繰り返すと、ギャップ管理部材２０が傷ついたり、摩耗したりするので、安定した間隙Ｇを形成することができない。

また、比較例２は、加圧力が小さいので、ギャップ管理部材２０の摩耗は少ないが、帯電ローラ１１の回転に伴って振動等が発生すると、間隙Ｇが変化し、帯電むらが発生してしまう。

このように、本実施の形態においては、ギャップ管理部材２０に対応する位置において、加圧部材３１が帯電ローラ１１を感光体ドラム１２に押し付けるので、帯電ローラ１１に発生する撓みを小さくすることができる。したがって、帯電ローラ１１と感光体ドラム１２との間に均一な間隙Ｇを形成することができ、安定して帯電を行うことができる。

また、帯電ローラ１１を高精度なクラウン形状にする必要がないので、帯電ローラ１１を加工するための作業を簡素化することができ、画像形成装置のコストを低くすることができる。そして、帯電ローラ１１の外径を小さくすることができるので、画像形成装置を小型化することができる。

また、ギャップ管理部材２０及び加圧部材３１に摩擦係数の小さい材料が使用され、加圧部材３１の幅Ｗ１がギャップ管理部材２０の幅Ｗ２より小さくされるので、仮に、ギャップ管理部材２０に傷、摩耗等が生じても、安定した間隙Ｇを形成することができ、安定して帯電を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図６は本発明の第２の実施の形態における帯電装置の断面図である。

本実施の形態においては、ギャップ管理部材２０及び加圧部材３１のうちのいずれか一方において摩擦係数が極めて小さいポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が使用され、含有される。

第１の実施の形態と同じ条件で連続評価試験を行い、第２の実施例−１、第２の実施例−２及び比較例の性能を比較した。比較結果を表２に示す。

なお、第２の実施例−１においては、加圧部材３１にポリアセタールの中にポリテトラフルオロエチレンを含有したものを使用し、第２の実施例−２においては、ギャップ管理部材２０にポリテトラフルオロエチレンを使用した。

また、比較例は、加圧部材３１にポリアセタールを使用し、ギャップ管理部材２０にポリエチレンテレフタレートを使用した。

表２から、第２の実施例−１において、加圧部材３１はポリテトラフルオロエチレンを含有するので、加圧部材３１の摩擦係数を小さくすることができ、比較例と比較して、ギャップ管理部材２０の摩耗量を小さくすることができる。なお、第２の実施例−１において、ポリテトラフルオロエチレンの含有量が、多いほど加圧部材３１の摩擦係数を小さくすることができるが、通常の帯電装置（例えば、帯電ローラ１１の回転数が３０〔ｒｐｍ〕以上、加圧力１５０〔ｇｆ〕以上）においては、５〔％〕以上、より好ましくは１０〔％〕以上のポリテトラフルオロエチレンを添加することによって、十分に耐摩耗性を高くし、耐久性を向上させることができる。

また、第２の実施例−２においては、ギャップ管理部材２０はポリテトラフルオロエチレンによって形成されるので、ギャップ管理部材２０の摩擦係数を小さくすることができ、比較例と比較して、ギャップ管理部材２０の摩耗量を小さくすることができる。

このように、本実施の形態においては、ギャップ管理部材２０及び加圧部材３１のうち少なくとも一方にポリテトラフルオロエチレンが使用され、摩擦係数が小さくされるので、ギャップ管理部材２０の摩耗量を小さくすることができる。したがって、長期間にわたり、間隙Ｇを安定して形成することができ、安定して帯電を行うことができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図７は本発明の第３の実施の形態における帯電装置の概略図、図８は本発明の第３の実施の形態における帯電装置の断面図である。

この場合、加圧部材３１において、環状部材としてのギャップ管理部材２０と摺動する面にフィルムから成る保護部材３５が配設される。該保護部材３５は、ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、メラニン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェニル樹脂、フッ素樹脂等の樹脂塗料、ο−クレゾールフタレインコンプレクソン（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂から成るフィルムの表面にシリコーン樹脂等を被覆することによって形成され、シリコーン樹脂等によって摩擦係数が小さくされる。

前記保護部材３５の一方の面には、接着剤又は接着テープが配設され、保護部材３５は加圧部材３１のギャップ管理部材２０と摺動する面に接着され固定される。

本実施の形態においては、摩耗試験（ＪＩＳＫ ７２０４）によってギャップ管理部材２０及び保護部材３５を摩耗させたときに、前記保護部材３５の摩耗量がギャップ管理部材２０の摩耗量以上になるように保護部材３５が形成される。

ところで、前記保護部材３５及び加圧部材３１の各摩耗には、前記摩耗試験のようなアブレシブ摩耗だけでなく、凝着摩耗、疲労摩耗、化学摩耗等があり、摩耗量は、荷重、温度、速度等で大きく変化する。そして、特に、本実施の形態における帯電装置においては、現像剤としてのトナー、紙粉等の異物が前記ギャップ管理部材２０と保護部材３５との間、又はギャップ管理部材２０と像担持体としての感光体ドラム１２との間に進入したときに、ギャップ管理部材２０の摩耗が加速度的に大きくなり、ギャップ管理部材２０が剥がされ、帯電ローラ１１の回転が不安定になることが知られている。このときの摩耗は、前記アブレシブ摩耗に近いと考えられ、実際に、表３に示されるように、摩耗特性が異なる材料を組み合わせて評価した結果、そのことを確認することができた。また、アブレシブ摩耗に関しては、材料の引張強度ｓ（Ｍｐａ）と伸びε〔％〕との積の逆数によって、保護部材３５及び加圧部材３１の材料を選択し、摩耗量を少なくすることができる。

すなわち、本実施の形態においては、式（１）の関係を満たすように選択される。

１／ｓ１・ε１≦１／ｓ２・ε２〔ｃｍ² ／ｋｇｆ〕 ……（１）
なお、ｓ１はギャップ管理部材２０の材料の引張強度、ε１はギャップ管理部材２０の材料の伸び、ｓ１は保護部材３５の材料の引張強度、ε２は保護部材３５の材料の伸びである。

また、保護部材３５は、ギャップ管理部材２０との間の摩擦を小さくし、回転体としての帯電ローラ１１を安定させて回転させることができるように、前記材料から選択されるが、ギャップ管理部材２０と同じ又はそれ以下の摩擦係数を有しているものが好ましい。

次に、第１、第２の実施の形態と同様の条件において、感光体ドラム１２の回転速度を４０〔ｒｐｍ〕に変更して連続評価試験を行い、第３の実施例−１〜第３の実施例−３及び比較例１及び２の性能を比較した。比較結果を表３に示す。

ただし、本実施の形態においては、性能を顕著にするために、保護部材３５の幅、加圧部材３１の幅Ｗ１及びギャップ管理部材２０の幅Ｗ２をいずれも等しくし、各スプリング３２による加圧力を、いずれも４５０〔ｇｆ〕にして通常より大きくした。

表３の摩耗特性において、前記摩耗試験において前記保護部材３５の摩耗量がギャップ管理部材２０の摩耗量より大きい場合、及び
１／ｓ１・ε１＜１／ｓ２・ε２〔ｃｍ² ／ｋｇｆ〕
である場合、「保護部材＜ギャップ管理部材」と表し、前記摩耗試験において前記保護部材３５の摩耗量とギャップ管理部材２０の摩耗量とが等しい場合、及び
１／ｓ１・ε１＝１／ｓ２・ε２〔ｃｍ² ／ｋｇｆ〕
である場合、「保護部材＝ギャップ管理部材」と表し、前記摩耗試験において前記保護部材３５の摩耗量がギャップ管理部材２０の摩耗量より小さい場合、及び
１／ｓ１・ε１＞１／ｓ２・ε２〔ｃｍ² ／ｋｇｆ〕
である場合、「保護部材＞ギャップ管理部材」と表している。

第３の実施例−１においては、保護部材３５にポリプロピレンを使用し、ギャップ管理部材２０に、ポリプロピレンより摩耗しにくく、式（１）を満たすポリエチレンテレフタレートを使用した。また、第３の実施例−２においては、保護部材３５にウレタン樹脂を、ギャップ管理部材２０にポリエチレンテレフタレートを使用し、第３の実施例−３においては、保護部材３５及びギャップ管理部材２０にポリエチレンテレフタレートを使用した。そして、比較例１においては、保護部材３５は配設されず、ギャップ管理部材２０にポリエステルを使用し、比較例２においては、保護部材３５にポリエチレンテレフタレートを使用し、ギャップ管理部材２０にポリエステルを使用した。

比較例１及び２においては、いずれも、ギャップ管理部材２０が保護部材３５より摩耗しやすく、第３の実施例−１〜第３の実施例−３より早く帯電が不安定になってしまう。

また、ギャップ管理部材２０及び保護部材３５に同じ材料が使用される第３の実施例−３においては、第３の実施例−１及び第３の実施例−２とほぼ同じ結果が得られ、画像の品位はほとんど問題にならないが、第３の実施例−１及び第３の実施例−２と比べて、ギャップ管理部材２０の摩耗量は多くなることが目視で確認できた。なお、保護部材３５とギャップ管理部材２０とは摺動させられるので、できる限り摩擦係数が小さい材料を使用するのが好ましく、単に式（１）を満たせばよいわけではない。

このように、本実施の形態においては、加圧部材３１とギャップ管理部材２０との間にギャップ管理部材２０の摩耗を抑制するための保護部材３５が配設され、かつ、保護部材３５の摩擦係数が、ギャップ管理部材２０の摩擦係数と等しいか、又はギャップ管理部材２０の摩擦係数より小さくされるので、ギャップ管理部材２０の摩耗を抑制することができ、長期間にわたり、帯電ローラ１１を安定させて回転させることができ、安定して帯電を行うことができる。

ところで、前述されたように、トナー、紙粉等の異物が前記ギャップ管理部材２０と加圧部材３１との間、又はギャップ管理部材２０と感光体ドラム１２との間に進入したときに、ギャップ管理部材２０の摩耗が加速度的に大きくなることが知られている。

そして、画像形成装置を連続的に動作させていると、大量の異物が前記ギャップ管理部材２０と加圧部材３１との間、又はギャップ管理部材２０と感光体ドラム１２との間に進入し、ギャップ管理部材２０が剥がれ、帯電ローラ１１の回転が不安定になり、安定して帯電を行うことができなくなり、画像品位が低下してしまう。

そこで、ギャップ管理部材２０の表面を清掃することができるようにした本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１〜第３の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図９は本発明の第４の実施の形態における帯電装置の概略図、図１０は本発明の第４の実施の形態における帯電装置の断面図である。

この場合、加圧部材３１における環状部材としてのギャップ管理部材２０と摺動する面の一部又は全部、本実施の形態においては、全部に清掃部材３８が形成され、該清掃部材３８によってギャップ管理部材２０に付着した異物を除去するようにしている。そのために、前記清掃部材３８としてフェルトが使用される。該フェルトに代えて、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン等の化学繊維のシート部材のほかに、レーヨン、綿等の繊維のシート部材を使用したり、それらの混合繊維のシート部材等を使用したりすることができる。さらに、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム等の発泡スポンジ等を使用することができる。この場合、該発泡スポンジの表面を被覆したり、改質したりして摩擦係数を小さくするのが好ましい。すなわち、清掃部材３８の摩擦係数が大きいと、清掃部材３８自体でギャップ管理部材２０に傷を付けてしまう。したがって、清掃部材３８は、できるだけ摩擦係数が小さく、かつ、異物を効率よく除去し、しかも、清掃部材３８自身の劣化の少ない材料で形成することが好ましく、特に、フェルト、化学繊維のシート部材を使用した場合、良好な結果を得ることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態と同様の連続評価試験を行い、第４の実施例−１〜第４の実施例−３及び比較例の性能を比較した。比較結果を表４に示す。

ただし、本実施の形態においては、性能を顕著にするために、清掃部材３８の幅、加圧部材３１の幅及びギャップ管理部材２０の幅をいずれも等しくた。

表４において、第４の実施例−１においては清掃部材３８にフェルトを使用し、第４の実施例−２においては清掃部材３８に、セル径が８０〜１００〔個／インチ〕以下であり、硬度が５０〔°〕（アスカーＦ）である絶縁性を有するウレタンゴムの発泡スポンジ、すなわち、発泡ウレタンスポンジを使用し、第４の実施例−３においては清掃部材３８にポリエステルのシート部材を使用した。また、比較例においては清掃部材３８は配設されず、ギャップ管理部材２０にポリエステルを使用した。

表４から分かるように、清掃部材３８を使用した場合には、異物によるギャップ管理部材２０の摩耗が少ないので、清掃部材３８を使用しない比較例より耐久性が高い。

そして、第４の実施例−１及び第４の実施例−３においては、異物を十分に除去することができ、ギャップ管理部材２０の摩耗量が小さいだけでなく、清掃部材３８自身の劣化が少ない。また、第４の実施例−２においては、異物を十分に除去することができ、ギャップ管理部材２０の摩耗量が小さく、清掃部材３８自身の劣化が比較的少ない。

このように、本実施の形態においては、加圧部材３１の表面に清掃部材３８が配設されるので、ギャップ管理部材２０に付着する異物を除去することができ、ギャップ管理部材２０が摩耗したり、剥がれたり、劣化したりするのを防止することができる。したがって、長期間にわたり、回転体としての帯電ローラ１１を安定して回転させることができ、安定して帯電を行うことができる。

ところで、本実施の形態においては、清掃部材３８自身に異物が溜まると、清掃部材３８に加圧力が加わるのに伴って、ギャップ管理部材２０に傷を付けてしまうことがある。特に、帯電ローラ１１を高速化したり、帯電ローラ１１の外径が小さくされたりすると、帯電ローラ１１の回転速度が高くなり、ギャップ管理部材２０に傷を一層付けてしまうことがある。

そこで、ギャップ管理部材２０に傷を付けることがないようにした本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、第１〜第４の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１１は本発明の第５の実施の形態における帯電装置の概略図、図１２は本発明の第５の実施の形態における帯電装置の断面図である。

この場合、環状部材としてのギャップ管理部材２０上に加圧部材３１が配設され、回転体としての帯電ローラ１１の回転方向における前記加圧部材３１より上流側及び下流側（前後）の少なくとも一方、本発明においては、両方に、加圧部材３１の側面に沿って、かつ、先端をギャップ管理部材２０と当接させて清掃部材４０が配設される。

そのために、前記清掃部材４０として、ウレタンゴム、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム等の絶縁性を有する発泡スポンジ、又は該発泡スポンジにおけるギャップ管理部材２０と摺動する面にフェルトを配設したもの、絶縁性を有する繊維ブラシ等が使用される。前記フェルトに代えて、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン等の化学繊維のシート部材ほかに、レーヨン、綿等の繊維のシート部材を使用したり、それらの混合繊維のシート部材等を使用したりすることができる。なお、発泡スポンジにフェルト等を被覆しない場合、前記面を改質したりして摩擦係数を小さくするのが好ましい。

また、前記清掃部材４０は、加圧部材３１の側面に接着剤、両面テープ等の接着部材によって接着され、固定される。なお、清掃部材４０の位置決めをしたり、耐久性を向上させたりするために、加圧部材３１は図１２に示されるような形状を有する。

本実施の形態においては、清掃部材４０が帯電ローラ１１の回転方向における前記加圧部材３１の前後に配設されるので、付勢部材としてのスプリング３２による加圧力が加圧部材３１を介してギャップ管理部材２０に加わっても、清掃部材４０がギャップ管理部材２０を押圧する加圧力は小さい。したがって、ギャップ管理部材２０に傷を付けてしまうことがない。

次に、本発明の第３の実施の形態と同様の連続評価試験を行い、第５の実施例−１〜第５の実施例−５及び比較例１及び２の性能を比較した。比較結果を表５に示す。

表５において、第５の実施例−１においては、セル数が約８０〜１００〔個／インチ〕、硬度がＪＩＳＡ ５０〔°〕の絶縁性を有する発泡ウレタンスポンジのギャップ管理部材２０と摺動する面にフェルトを貼付した清掃部材４０を使用し、第５の実施例−２においては、発泡ウレタンスポンジのギャップ管理部材２０と摺動する面にポリエステルのシート部材を貼付した清掃部材４０を使用し、第５の実施例−３においては、ブラシ状のナイロンから成る清掃部材４０を使用し、第５の実施例−４においては、発泡ウレタンスポンジから成る清掃部材４０を使用し、第５の実施例−５においては、発泡ウレタンスポンジのギャップ管理部材２０と摺動する面にフェルトを貼付した清掃部材４０を帯電ローラ１１の回転方向における一方側、本実施の形態においては、上流側だけに配設したものである。なお、前記ブラシ状のナイロンによって繊維ブラシ部材が構成される。

さらに、比較例１においては、前記第４の実施例−１と同じであり、加圧部材３１とギャップ管理部材２０との間にフェルトから成る清掃部材３８を用い、比較例２においては清掃部材４０が配設されない。

表５から分かるように、第５の実施例−１、第５の実施例−２、第５の実施例−３、第５の実施例−４及び第５の実施例−５のいずれも、清掃部材４０がギャップ管理部材２０と摺動する際の加圧力を小さくすることができ、そのとき発生する摩擦力を小さくすることができるので、長期間にわたり、帯電ローラ１１を安定させて回転させることができ、安定して帯電を行うことができる。

また、第５の実施例−３においては、像担持体としての感光体ドラム１２を６００００〔回〕回転させたときに、ギャップ管理部材２０の端部にわずかに欠けが発生しているのを確認することができたものの、間隙Ｇの形成には大きな影響がないことが分かった。

そして、第５の実施例−５においては、清掃部材４０が帯電ローラ１１の回転方向における上流側だけに配設されるようになっているが、第５の実施例−５でも十分効果を得ることができる。さらに、比較例２においては、清掃部材が配設されないので、ギャップ管理部材２０に異物が付着した場合、間隙Ｇが不安定になったり、加圧部材３１とギャップ管理部材２０との摩耗によってギャップ管理部材２０に傷が付くことがあり、帯電ローラ１１を安定させて回転させることができず、安定して帯電を行うことができない。

このように、本実施の形態においては、帯電ローラ１１の回転方向における前記加圧部材３１より上流側及び下流側の少なくとも一方に清掃部材４０が配設されるので、適正な加圧力で清掃部材４０をギャップ管理部材２０に押し付けることができる。したがって、ギャップ管理部材２０の劣化が小さく、帯電ローラ１１が高速で回転しても、長期間にわたり安定して帯電を行うことができる。

次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。なお、第１〜第５の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１３は本発明の第６の実施の形態における帯電装置の概略図、図１４は本発明の第５の実施の形態における帯電装置の要部を示す拡大図である。

本実施の形態においては、環状部材としてのギャップ管理部材２０と弾性層５２の表面との境界部に先端を当接させて清掃部材としてのシール部材４３が配設される。

そのために、前記シール部材４３としてウレタンゴム、シリコーンゴム、ＥＰＤＭゴム等の絶縁性を有する発泡スポンジ、又は該発泡スポンジにおけるギャップ管理部材２０と摺動する面にフェルトを配設したもの、絶縁性を有する繊維ブラシ等が使用される。前記フェルトに代えて、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリプロピレン等の化学繊維のシート部材ほかに、レーヨン、綿等の繊維のシート部材を使用したり、それらの混合繊維のシート部材等を使用したりすることができる。なお、発泡スポンジにフェルト等を被覆しない場合、前記面を改質したりして摩擦係数を小さくするのが好ましい。

また、前記シール部材４３は、加圧部材３１と当接する側面に接着剤、両面テープ等の接着部材によって接着され、固定される。

この場合、シール部材４３は、異物を除去するのではなく、加圧部材３１とギャップ管理部材２０との間に異物が進入するのを防止する機能を有する。したがって、シール部材４３とギャップ管理部材２０との間の摩耗によってギャップ管理部材２０に傷が付くのを防止することができるだけでなく、シール部材４３に使用される材料、加圧力の設定等についての制約がその分少なくなる。

次に、本発明の第３の実施の形態と同様の連続評価試験を行い、第６の実施例−１〜第６の実施例−３及び比較例１及び２の性能を比較した。比較結果を表６に示す。

表６において、第６の実施例−１においては、発泡ウレタンスポンジのギャップ管理部材２０と摺動する面にフェルトを貼付したシール部材４３を使用し、第６の実施例−２においては、発泡ウレタンスポンジのギャップ管理部材２０と摺動する面にポリエステルのシート部材を貼付したシール部材４３を使用し、第６の実施例−３においては、発泡ウレタンスポンジから成るシール部材４３を使用した。また、比較例１は前記第５の実施例−１であり、比較例２は前記第４の実施例−１ある。

表６から分かるように、第６の実施例−１及び第６の実施例−２においては、シール部材４３によって異物の進入を防止することができるので、像担持体としての感光体ドラム１２を１２００００〔回〕回転させても、ギャップ管理部材２０の破損が発生しない。

また、第６の実施例−３においては、感光体ドラム１２を１２００００〔回〕回転させたときに、ギャップ管理部材２０の端部にわずかに欠けが発生しているのを確認することができたものの、間隙Ｇの形成には大きな影響がないことが分かった。

一方、比較例１及び２においては、ＩＤカートリッジの寿命まで十分に安定した間隙Ｇを形成することができるが、感光体ドラム１２を１２００００〔回〕回転させると、ギャップ管理部材２０が剥がれたり、ギャップ管理部材２０に傷が付いたり、ギャップ管理部材２０に欠けが発生したりして、破損し、安定して感光体ドラム１２を帯電させることができず、画像の品位が発生してしまうことが分かった。

このように、本実施の形態においては、シール部材４３によって、加圧部材３１とギャップ管理部材２０との間に異物が進入するのを防止することができるので、ギャップ管理部材２０の劣化が小さく、回転体としての帯電ローラ１１が高速で回転しても、長期間にわたり安定して帯電を行うことができる。

次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。なお、第１〜第６の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略し、同じ構造を有することによる発明の効果については同実施の形態の効果を援用する。

図１５は本発明の第７の実施の形態における帯電装置の概略図、図１６は本発明の第７の実施の形態における帯電装置の要部を示す拡大図である。

本実施の形態においては、接触式の帯電装置が配設される。そして、導電性を有するシャフト５１に弾性層５２が配設された帯電ローラ１１において、弾性層５２の表面の両端部に環状部材としての受圧部材４５が弾性層５２を包囲して配設され、該受圧部材４５上に加圧部材３１が配設される。該加圧部材３１は帯電ローラ１１を像担持体としての感光体ドラム１２に押し付け、帯電ローラ１１は、帯電領域において感光体ドラム１２に接触させられるようになっている。

この場合、受圧部材４５の厚さとほぼ同じ深さ（段差）を有する凹部を前記弾性層５２の表面に形成し、さらに、前記凹部の幅と受圧部材４５の幅とを等しくする。したがって、前記受圧部材４５を凹部に配設したときに受圧部材４５の外径と弾性層５２の外径とがほぼ等しくなる。その結果、受圧部材４５によって、感光体ドラム１２上の帯電領域に形成される間隙Ｇが管理されて零になる。

なお、前記凹部は、弾性層５２の表面を研磨することによって容易に形成することができ、また、金型による成形の段階で形成することもできる。

そして、付勢部材としてのスプリング３２の加圧力によって帯電ローラ１１を感光体ドラム１２に押し付けたとき、受圧部材４５の硬度が弾性層５２の硬度より高いので、帯電ローラ１１が感光体ドラム１２を押し付ける加圧力を、受圧部材４５を配設しないときより小さくすることができる。

また、加圧部材３１を受圧部材４５上に配設したときに、受圧部材４５の耐久性を前記各実施の形態のギャップ管理部材２０と同様に高くすることができる。さらに、本実施の形態における受圧部材４５について、前記各実施の形態におけるギャップ管理部材２０と同様の材料を使用することができる。

ところで、この種の接触式の帯電装置においては、連続動作を繰り返すと、帯電ローラ１１の表面又は受圧部材４５の表面にトナー、紙粉等の異物が付着するが、付着したトナーが摩擦力、熱等によって潰れると、トナーフィルミング現象が発生し、帯電領域において帯電不良が発生してしまう。

ところが、本実施の形態においては、受圧部材４５によって帯電ローラ１１の加圧力が低くされるので、トナーフィルミング現象が発生するのを防止することができ、帯電領域において帯電不良が発生するのを防止することができる。

また、受圧部材４５に異物が付着しないように、前記各実施の形態において説明したように、加圧部材３１及び受圧部材４５の幅を規定したり、材料中にポリテトラフルオロエチレンを含有させたり、清掃部材４０を配設したり、シール部材４３を配設したりすることができる。

本実施の形態について、各実施の形態と同様の連続評価試験を行ったところ、トナーフィルミング現象が発生することがなく、安定させて感光体ドラム１２を帯電させることができた。また、帯電ローラ１１と感光体ドラム１２との間に間隙Ｇが形成されないので、間隙の均一性、安定性等に関する不具合が発生することはない。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における帯電装置の概略図である。 従来の非接触式の帯電装置の概略図である。 本発明の第１の実施の形態における画像形成装置の概略図である。 本発明の第１の実施の形態における帯電装置の要部を示す第１の図である。 本発明の第１の実施の形態における帯電装置の要部を示す第２の図である。 本発明の第２の実施の形態における帯電装置の断面図である。 本発明の第３の実施の形態における帯電装置の概略図である。 本発明の第３の実施の形態における帯電装置の断面図である。 本発明の第４の実施の形態における帯電装置の概略図である。 本発明の第４の実施の形態における帯電装置の断面図である。 本発明の第５の実施の形態における帯電装置の概略図である。 本発明の第５の実施の形態における帯電装置の断面図である。 本発明の第６の実施の形態における帯電装置の概略図である。 本発明の第５の実施の形態における帯電装置の要部を示す拡大図である。 本発明の第７の実施の形態における帯電装置の概略図である。 本発明の第７の実施の形態における帯電装置の要部を示す拡大図である。

符号の説明

１１ 帯電ローラ
１２ 感光体ドラム
２０ ギャップ管理部材
３１ 加圧部材
３５ 保護部材
３８、４０ 清掃部材
４３ シール部材
４５ 受圧部材
５１ シャフト
５２ 弾性層

Claims (15)

1. （ａ）像担持体と、
   （ｂ）シャフト、及び該シャフトに被覆された弾性層を備えた帯電ローラと、
   （ｃ）前記像担持体上の帯電領域の間隙を管理するギャップ管理部材と、
   （ｂ）該ギャップ管理部材と対応する位置において、前記帯電ローラを像担持体に押し付けて加圧する加圧部材とを有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記ギャップ管理部材は、帯電ローラの両端部において、帯電ローラを包囲して配設される環状部材である請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記加圧部材の幅は前記ギャップ管理部材の幅より小さい請求項１又は２に記載の画像形成装置。
4. 前記ギャップ管理部材及び加圧部材の少なくとも一方は、ポリテトラフルオロエチレンを含有する請求項２又は３に記載の画像形成装置。
5. 前記加圧部材における前記ギャップ管理部材と摺動する面に保護部材が配設される請求項２〜４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. （ａ）前記保護部材はフィルム材から成り、
   （ｂ）前記ギャップ管理部材の材料の引張強度をｓ１とし、ギャップ管理部材の材料の伸びをε１とし、前記保護部材の材料の引張強度をｓ２とし、保護部材の材料の伸びをε２としたとき、
   １／ｓ１・ε１≦１／ｓ２・ε２〔ｃｍ² ／ｋｇｆ〕
   にされる請求項５に記載の画像形成装置。
7. 前記加圧部材における前記ギャップ管理部材と摺動する面の一部又は全部に、ギャップ管理部材を清掃する清掃部材が配設される請求項２に記載の画像形成装置。
8. 前記清掃部材は、絶縁性を有するフェルト又は化学繊維のシート部材である請求項７に記載の画像形成装置。
9. 前記清掃部材は、帯電ローラの回転方向における加圧部材より上流側及び下流側の少なくとも一方に配設される請求項７に記載の画像形成装置。
10. 前記清掃部材は、絶縁性を有する発泡スポンジ、又は該発泡スポンジにおけるギャップ管理部材と摺動する面にフェルト又は化学繊維のシート部材を配設することによって形成される請求項９に記載の画像形成装置。
11. 前記清掃部材は絶縁性を有する繊維ブラシ部材である請求項７に記載の画像形成装置。
12. 前記環状部材と弾性層との境界部をシールするシール部材を有する請求項２に記載の画像形成装置。
13. 前記シール部材は、絶縁性を有する発泡スポンジ、又は該発泡スポンジにおけるギャップ管理部材と摺動する面にフェルト又は化学繊維のシート部材を配設することによって形成される請求項１２に記載の画像形成装置。
14. 前記シール部材は絶縁性を有する繊維ブラシ部材である請求項１２に記載の画像形成装置。
15. 前記環状部材は受圧部材である請求項２に記載の画像形成装置。

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