JP2006227519A - 画像形成装置 - Google Patents

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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。
Figure 2006227519
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。
Figure 2006227519
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。
Figure 2006227519
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。
Figure 2006227519
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。
Figure 2006227519
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。
Figure 2006227519
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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