JP2017078817A - 清掃部材、帯電装置、画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】芯材を樹脂材料によって形成する構成において、軸部と同じ径の円柱形状の芯材を用いる場合と比して、芯材が撓むのを抑制することができる清掃部材、帯電装置、及び画像形成装置を得る。
【解決手段】清掃部材は、装置奥行方向に延びる芯材６４と、発泡体７０とを備えている。芯材６４は、樹脂材料で一体的に形成され、装置奥行方向に延びる円柱状の軸部６６と、軸部６６の外周面６６Ａから螺旋状に突出している突出部６８とを有している。発泡体７０は、弾性変形可能なウレタン樹脂の発泡材により帯状に形成され、軸部６６の外周面６６Ａに螺旋状に巻き付けられて固定されている。発泡体７０は、装置奥行方向において、突出部６８と、突出部６８とに挟まれるように配置され、帯電ロールの弾性部材の表面に圧縮されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、清掃部材、帯電装置、及び画像形成装置に関する。

特許文献１には、帯電ロールの軸線方向に延在して帯電ロールの表面に当接する螺旋状の弾性部材で構成してなるクリーニング装置が記載されている。このクリーニング装置は、円柱状の支持体と、支持体に螺旋状に巻き付けられたクリーニング部材（発泡体）とを備えている。

特開平０８−１３７２０８号公報

支持体（芯材）が金属材料（例えば、ステンレス）によって形成されている場合に、クリーニング装置（清掃部材）の質量は、大きくなってしまう。そこで、支持体を樹脂材料によって形成することが考えられる。

しかし、樹脂材料によって形成された円柱形状の支持体は、帯電部材を清掃する際に、撓んでしまい清掃性能が低下することがある。

本発明の課題は、芯材を樹脂材料によって形成する構成において、軸部と同じ径の円柱形状の芯材を用いる場合と比して、芯材が撓むのを抑制することである。

本発明の請求項１に係る清掃部材は、樹脂材料によって形成されており、円柱状の軸部と、前記軸部の外周面から螺旋状に突出している突出部とを有する芯材と、前記軸部の外周面に螺旋状に巻き付けられており、前記突出部に対して前記軸部の径方向に出っ張っている発泡体と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に係る清掃部材は、請求項１に記載の清掃部材において、前記芯材の軸方向において前記芯材の端側から中央側にかけて、前記突出部の幅が広くなる部分が有ることを特徴とする。

本発明の請求項３に係る清掃部材は、請求項１に記載の清掃部材において、前記芯材の軸方向において前記芯材の端側から中央側にかけて、前記突出部の高さが高くなる部分が有ることを特徴とする。

本発明の請求項４に係る帯電装置は、回転して像保持体の表面を帯電する帯電部材と、前記発泡体が圧縮された状態で前記帯電部材の表面に接し、前記帯電部材の回転に伴って従動回転する請求項１〜３の何れか１項に記載された清掃部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項５に係る帯電装置は、請求項４に記載の帯電装置において、前記突出部の最大高さをｄとし、前記軸部の外周面に巻き付けられて自由状態の前記発泡体の高さをｔとし、前記発泡体の圧縮量をｉとすると式（１）の関係が満たされている請求項４に記載の帯電装置。
ｄ＜ｔ-ｉ・・・・・・（１）

本発明の請求項６に係る画像形成装置は、像保持体と、回転して像保持体の表面を帯電する帯電部材を備えた請求項４又は５に記載の帯電装置と、前記帯電部材によって帯電した前記像保持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナー画像として可視化する現像装置と、前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１の清掃部材によれば、芯材を樹脂材料によって形成する構成において、軸部と同じ径の円柱形状の芯材を用いる場合と比して、芯材が撓むのを抑制することができる。

本発明の請求項２の清掃部材によれば、突出部の幅が一端側から他端側まで同様の場合と比して、芯材が撓むのを抑制することができる。

本発明の請求項３の清掃部材によれば、突出部の高さが一端側から他端側まで同様の場合と比して、芯材が撓むのを抑制することができる。

本発明の請求項４の帯電装置によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載された清掃部材を備えていない場合と比して、帯電部材に付着している付着物を帯電部材から効果的に除去させることができる。

本発明の請求項５の帯電装置によれば、式（１）の関係を満たしていない場合と比して、突出部が帯電部材と接触するのを抑制することができる。

本発明の請求項６の画像形成装置によれば、請求項４又は５に記載の帯電装置を備えていない場合と比して、出力画像の品質低下を抑制することができる。

（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る清掃部材を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る帯電装置等を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る実施例、及び比較例に係る質量を表で示した図面である。 本発明の第１実施形態に係る実施例、及び比較例に係る撓みをグラフで示した図面である。 本発明の第１実施形態に係る帯電装置を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る帯電装置等を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る清掃部材の解析方法を説明した説明図である。 本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示した概略構成図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の第２実施形態に係る帯電装置等を示した正面図である。 （Ａ）（Ｂ）本発明の第３実施形態に係る帯電装置等を示した正面図である。 本発明の第４実施形態に係る清掃部材を示した斜視図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る清掃部材、帯電装置、画像形成装置の一例を図１〜図８に従って説明する。なお、図中に示す矢印Ｈは装置上下方向（鉛直方向）を示し、矢印Ｗは装置幅方向（水平方向）を示し、矢印Ｄは装置奥行方向（水平方向）を示す。

（全体構成）
図８に示されるように、本実施形態に係る画像形成装置１０には、上下方向（矢印Ｈ方向）の下方側から上方側へ向けて、記録媒体としてのシート部材Ｐが収容される収容部１４と、収容部１４に収容されたシート部材Ｐを搬送する搬送部１６と、収容部１４から搬送部１６によって搬送されるシート部材Ｐに画像形成を行う画像形成部２０とが、この順で備えられている。

〔収容部〕
収容部１４には、画像形成装置１０の装置本体１０Ａから装置奥行方向の手前側に引き出し可能な収容部材２６が備えられており、この収容部材２６にシート部材Ｐが積載されている。さらに、収容部１４には、収容部材２６に積載されたシート部材Ｐを、搬送部１６を構成する搬送経路２８に送り出す送出ロール３０が備えられている。

〔搬送部〕
搬送部１６には、搬送経路２８に沿ってシート部材Ｐを搬送する複数の搬送ロール３２が備えられている。

〔画像形成部〕
画像形成部２０には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの画像形成ユニット１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが備えられている。なお、以後の説明では、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを区別して説明する必要が無い場合は、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋを省略して記載することがある。

各色の画像形成ユニット１８は、装置本体１０Ａに対して夫々着脱可能とされている。そして、各色の画像形成ユニット１８には、像保持体３６と、像保持体３６の表面３６Ａを帯電させる帯電装置３８と、帯電した像保持体３６の表面３６Ａを露光して静電潜像を形成する露光装置４２とが備えられている。さらに、各色の画像形成ユニット１８には、像保持体３６の表面３６Ａに形成された静電潜像を現像してトナー画像として可視化する現像装置４０が備えられている。なお、帯電装置３８については、詳細を後述する。

また、画像形成部２０には、図中矢印Ａ方向に周回する無端状の転写ベルト２２と、各色の画像形成ユニット１８によって形成されたトナー画像を転写ベルト２２に転写する一次転写ロール４４とが備えられている。さらに、画像形成部２０には、転写ベルト２２に転写されたトナー画像をシート部材Ｐに転写する転写装置の一例としての二次転写ロール４６と、トナー画像が転写されたシート部材Ｐを加熱・加圧してトナー画像をシート部材Ｐに定着する定着装置４８とが備えられている。

（画像形成装置の作用）
画像形成装置１０では、次のようにして画像が形成される。

先ず、帯電装置３８は、各色の像保持体３６の表面３６Ａを予定の電位で一様にマイナス帯電する。続いて、外部から入力されたデータに基づいて露光装置４２は、帯電した各色の像保持体３６の表面３６Ａに露光光を照射して静電潜像を形成する。

これにより、データに対応した静電潜像が各色の像保持体３６の表面３６Ａに形成される。さらに、各色の現像装置４０は、この静電潜像を現像し、トナー画像として可視化する。また、各色の像保持体３６の表面３６Ａに形成されたトナー画像は、一次転写ロール４４によって転写ベルト２２の表面に転写される。

そこで、収容部材２６から送出ロール３０によって搬送経路２８へ送り出されたシート部材Ｐは、転写ベルト２２と二次転写ロール４６とが接触する転写位置Ｔへ送り出される。転写位置Ｔでは、シート部材Ｐが転写ベルト２２と二次転写ロール４６との間で搬送されることで、転写ベルト２２の表面のトナー画像は、シート部材Ｐに転写される。

シート部材Ｐに転写されたトナー画像は、定着装置４８によってシート部材Ｐに定着する。そして、トナー画像が定着したシート部材Ｐは、搬送ロール３２によって搬送されて装置本体１０Ａの外部へ排出される。

（要部構成）
次に、帯電装置３８について説明する。

帯電装置３８は、図２に示されるように、像保持体３６と接し、像保持体３６の回転に伴って従動回転する帯電部材の一例としての帯電ロール５０と、帯電ロール５０と接し、帯電ロール５０の回転に伴って従動回転する清掃部材６０とを備えている。

〔帯電ロール〕
帯電ロール５０は、装置奥行方向に延び、円筒状の弾性部材５２と、弾性部材５２を貫通する円柱状の軸部材５４とを備えている。弾性部材５２は、イオン導電性の弾性体層に、電子導電性物質を分散させた表面層を積層させた部材であり、軸部材５４は、金属材料によって形成されている。

そして、軸部材５４の両端側の部分が、一対の支持部材８０に回転可能に夫々支持され、軸部材５４には、図示せぬ電源から電圧が印加されるようになっている。

〔清掃部材〕
清掃部材６０は、帯電ロール５０に対して下方側に配置され、装置奥行方向に延びる芯材６４と、発泡体７０とを備えている。

［芯材］
芯材６４は、樹脂材料で一体的に形成され、図１（Ａ）に示されるように、装置奥行方向に延びる円柱状の軸部６６と、軸部６６の外周面６６Ａから螺旋状に突出している突出部６８とを有している。そして、本第１実施形態では、軸部６６の直径（図１（Ａ）のＬ１）は５〔ｍｍ〕とされ、軸部６６の軸方向の長さ（図２のＬ２）は３２０〔ｍｍ〕とされている。また、螺旋状の突出部６８の外周面６６Ａからの高さ（図１（Ａ）のｄ）は、１〔ｍｍ〕とされている。

［発泡体］
発泡体７０は、弾性変形可能なウレタン樹脂の発泡材により帯状に形成され、両面テープ（図示省略）を用いて、図１（Ｂ）に示されるように、軸部６６の外周面６６Ａに螺旋状に巻き付けられて固定されている。そして、発泡体７０は、装置奥行方向において、突出部６８と、突出部６８とに挟まれるように配置され、図２に示されるように、帯電ロール５０の弾性部材５２の表面５２Ａに圧縮されている。また、本第１実施形態では、軸部６６の外周面６６Ａに巻き付けられた自由状態（圧縮されていない状態）での発泡体７０の最大高さ（図１（Ｂ）のｔ）は、軸部６６の外周面６６Ａから２〔ｍｍ〕とされ、発泡体７０は、突出部６８に対して軸部６６の径方向に出っ張っている。さらに、弾性部材５２の表面５２Ａに接して発泡体７０が圧縮される圧縮量は０．５〔ｍｍ〕とされている。

つまり、突出部６８の高さをｄ（図５参照）とし、軸部６６の外周面６６Ａに巻き付けられた状態の発泡体７０の高さをｔとし、発泡体７０の圧縮量をｉとすると下記式（１）の関係が満たされている。
ｄ＜ｔ-ｉ・・・・・・（１）

［その他］
図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、発泡体７０の両端部（図１では一方の端部を示す）には、芯材６４の軸部６６との間で発泡体７０の端部を挟んで、発泡体７０の端部が軸部６６から剥離するのを防ぐ筒状の保持材７８が夫々設けられている。そして、この保持材７８が、図２に示されるように、一対の支持部材８０に回転可能に夫々支持されている。

（作用）
次に、帯電装置３８の作用について説明する。

図６に示されるように、像保持体３６が図中矢印Ｒ１方向（反時計方向）に回転すると、帯電ロール５０が従動して図中矢印Ｒ２方向（時計方向）に回転する。さらに、帯電ロール５０が図中矢印Ｒ２方向に回転すると、発泡体７０と帯電ロール５０との間に生じる摩擦力によって、清掃部材６０が従動して図中矢印Ｒ３方向（反時計方向）に回転する。そして、発泡体７０と帯電ロール５０との間に生じる摩擦力によって、帯電ロール５０に付着している付着物が帯電ロール５０から除去される。このようにして、清掃部材６０は、帯電ロール５０を清掃する。

ここで、比較例に係る清掃部材の芯材と、実施例に係る清掃部材の芯材とについて解析用のモデルを作成して夫々評価を行った。

１．評価仕様
・比較例の芯材：アクリロニトリル ブタジエン スチレン（ＡＢＳ）の物性値を用いた直径５〔ｍｍ〕、長さ３２０〔ｍｍ〕の軸部のみ、突出部は形成されていない。
・実施例１の芯材：比較例の芯材を軸部とし、この軸部に螺旋状の突出部を形成した。突起部の高さｄ（図５参照）は、１〔ｍｍ〕とし、装置奥行方向における突起部の幅Ｗ１（図５参照）は、１０〔ｍｍ〕とし、突出部のピッチＰ１（図５参照）は、３０〔ｍｍ〕とした。
・実施例２の芯材：比較例の芯材を軸部とし、この軸部に螺旋状の突出部を形成した。突起部の高さｄ（図５参照）は、突起部の幅Ｗ１は、２０〔ｍｍ〕とし、突出部のピッチＰ１（図５参照）は、３０〔ｍｍ〕とした。
２．評価項目
（１）有限要素法により撓み解析を行った。具体的には、図７に示されるように、芯材の両端部を支持し、芯材の中央部を荷重Ｆで押し、芯材の中央部での撓み量を計算した。
（２）各仕様について、質量を計算した。参考として、ステンレス製の直径５〔ｍｍ〕、長さ３２０〔ｍｍ〕の芯材（丸棒）についても質量を計算した。

３．結果
（１）撓みについての解析結果を、図３のグラフに示す。図４のグラフには、比較例の芯材の撓み量を１００とした場合の、実施例１及び実施例２の撓み量が示されている。図４のグラフに示されるように、突出部が形成されている実施例１、実施例２については、突出部が形成されていない比較例と比して、撓み量が少ないことが分かる。
（２）各仕様の質量を、図３の表に示す。図４の表には、ステンレス製の芯材の質量を１００とした場合の、比較例、実施例１及び実施例２の質量が記載されている。比較例、実施例１及び実施例２は、参考として記載したステンレス製の芯材と比して、軽くなっているのが分かる。

（まとめ）
以上の解析結果からも分かるように、芯材６４を樹脂材料によって形成することで、芯材をステンレス（金属の一例）によって形成する場合と比して、軽量化される。

また、突出部６８を有する芯材６４を用いることで、芯材を樹脂材料によって形成する構成において、軸部６６と同じ径の円柱形状の芯材を用いる場合と比して、芯材６４が撓むのが抑制される。

また、軸部６６の軸径を大きくする必要がないため、軸部６６の軸線と、弾性部材５２の表面５２Ａとの距離が保たれる。

また、帯電装置３８としては、芯材６４の撓みが抑制されることで、芯材を樹脂材料によって形成する構成において、円柱形状の芯材を用いる場合と比して、帯電ロール５０に付着している付着物が帯電ロール５０から効果的に除去される。

また、帯電装置３８としては、突出部６８の高さをｄ（図５参照）とし、軸部６６の外周面６６Ａに巻き付けられた状態の発泡体７０の高さをｔとし、発泡体７０の圧縮量をｉとして前述した式（１）の関係が満たされている。これにより、回転する帯電ロール５０に対して、清掃部材６０が従動して回転する場合に、突出部６８が、帯電ロール５０と接触するのが抑制される。

また、帯電装置３８としては、突出部６８が帯電ロール５０と接触するのが抑制されることで、突出部６８が帯電ロール５０と接触する場合と比して、帯電ロール５０が損傷してしまうのが抑制される。

また、画像形成装置１０としては、帯電ロール５０に付着している付着物が帯電ロール５０から効果的に除去されることで、出力画像の品質低下が抑制される。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る清掃部材、帯電装置、画像形成装置の一例について図９を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

第２実施形態に係る清掃部材１１０の芯材１１４は、図９（Ａ）（Ｂ）に示されるように、装置奥行方向に延びる円柱状の軸部６６と、軸部６６の外周面６６Ａから螺旋状に突出している突出部１１８とを有している。

さらに、芯材１１４の端側から中央側にかけて、突出部１１８の幅（図９（Ｂ）のＷ２）が広くなる部分が有る。具体的には、芯材１１４の端側から中央側にかけて、突出部１１８の幅は、徐々に広がっている。これにより、突出部１１８によって形成される螺旋は、装置奥行方向において間隔が変化する螺旋となる。

なお、発泡体７０が取り付けられる幅は、第１実施形態と同じで、一端から他端まで同様幅とされている。

このため、芯材１１４の撓み量は、第１実施形態の芯材６４と比して、少なくされている。

また、芯材１１４の中央側の部分は、芯材１１４の端側の部分に比して、撓みにくくなっている。

例えば、帯電ロール５０の中央側の部分の外径が、帯電ロール５０の端側の部分の外径より大きい場合（クラウンロール）には芯材の中央側の部分に負荷される力が大きくなるため、帯電ロール５０の外径が同様の場合と比して、芯材が大きく撓もうとする。しかし、前述したように、芯材１１４の端側から中央側にかけて、突出部１１８の幅（図中Ｗ２）は、徐々に広がっている。このため、突出部の幅が同様の場合と比して、芯材１１４が撓むのが抑制される。

他の作用については、第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る清掃部材、帯電装置、画像形成装置の一例について図１０を用いて説明する。なお、第２実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第２実施形態と異なる部分を主に説明する。

第３実施形態に係る清掃部材１６０の芯材１６４は、図１０（Ａ）（Ｂ）に示されるように、装置奥行方向に延びる円柱状の軸部６６と、軸部６６の外周面６６Ａから螺旋状に突出している突出部１６８とを有している。

さらに、芯材１６４の端側から中央側にかけて、突出部１６８の高さ（図１０（Ｂ）のＨ１）が高くなる部分が有る。具体的には、芯材１６４の端側から中央側にかけて、突出部１６８の高さは、徐々に高くなっている。

このため、芯材１６４の中央側の部分は、芯材１６４の端側の部分に比して、撓みにくくなっている。なお、作用については、第２実施形態と同様である。

また、第１実施形態で記載した突出部の高さｄについては、第３実施形態においては、突出部１６８の高さが最も高い部位における突出部の高さである。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る清掃部材、帯電装置、画像形成装置の一例について図１１を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

第４実施形態に係る清掃部材１８０の芯材１８４は、図１１に示されるように、装置奥行方向に延びる円柱状の軸部１８６と、軸部１８６の外周面１８６Ａから螺旋状に突出している突出部６８とを有している。

そして、軸部１８６の両端部（図１１では片側だけを示す）には、装置奥行方向に延びるスリット１９０が形成され、発泡体７０の端部がこのスリット１９０に嵌め込まれている。

このため、保持材７８（図１参照）を用いることなく、発泡体７０の端部が軸部１８６に固定される。そして、軸部１８６の端側が、直接支持部材８０と接し、清掃部材１８０が回転可能に支持されている。他の作用については、第１実施形態と同様である。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記第２実施形態では、芯材１１４の端側から中央側にかけて、突出部１１８の幅は、徐々に広がったが、徐々に広がらなくてもよく、芯材１１４の端側から中央側にかけて、突出部１１８の幅が広くなる部分が部分的に有ればよい。

また、上記第３実施形態では、芯材１６４の端側から中央側にかけて、突出部１６８の高さは、徐々に高くなったが、徐々に高くならなくてもよく、芯材１６４の端側から中央側にかけて、突出部１６８の高さが高くなる部分が部分的に有ればよい。

１０ 画像形成装置
３６ 像保持体
３６Ａ 表面
３８ 帯電装置
４０ 現像装置
４２ 露光装置
４６ 二次転写ロール（転写装置の一例）
５０ 帯電ロール（帯電部材の一例）
５２Ａ 表面
６０ 清掃部材
６４ 芯材
６６ 軸部
６６Ａ 外周面
６８ 突出部
７０ 発泡体
１１０ 清掃部材
１１４ 芯材
１１８ 突出部
１６０ 清掃部材
１６４ 芯材
１６８ 突出部
１８０ 清掃部材
１８４ 芯材
１８６ 軸部
１８６Ａ 外周面

Claims (6)

1. 樹脂材料によって形成されており、円柱状の軸部と、前記軸部の外周面から螺旋状に突出している突出部とを有する芯材と、
   前記軸部の外周面に螺旋状に巻き付けられており、前記突出部に対して前記軸部の径方向に出っ張っている発泡体と、
   を備える清掃部材。
2. 前記芯材の軸方向において前記芯材の端側から中央側にかけて、前記突出部の幅が広くなる部分が有る請求項１に記載の清掃部材。
3. 前記芯材の軸方向において前記芯材の端側から中央側にかけて、前記突出部の高さが高くなる部分が有る請求項１に記載の清掃部材。
4. 回転して像保持体の表面を帯電する帯電部材と、
   前記発泡体が圧縮された状態で前記帯電部材の表面に接し、前記帯電部材の回転に伴って従動回転する請求項１〜３の何れか１項に記載された清掃部材と、
   を備える帯電装置。
5. 前記突出部の最大高さをｄとし、前記軸部の外周面に巻き付けられて自由状態の前記発泡体の高さをｔとし、前記発泡体の圧縮量をｉとすると式（１）の関係が満たされている請求項４に記載の帯電装置。
   ｄ＜ｔ-ｉ・・・・・・（１）
6. 像保持体と、
   回転して像保持体の表面を帯電する帯電部材を備えた請求項４又は５に記載の帯電装置と、
   前記帯電部材によって帯電した前記像保持体の表面を露光して静電潜像を形成する露光装置と、
   前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナー画像として可視化する現像装置と、
   前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体に転写する転写装置と、
   を備える画像形成装置。

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