JP2017146472A - カートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、安価な構成でローラの曲げ剛性を維持したまま、ローラの感光体に対する回転追従性を向上すること。
【解決手段】感光体と、前記感光体に作用し、芯金軸と前記芯金軸を被覆する被覆層とを有するローラと、前記ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、前記ローラの長手方向に関して前記ローラの位置を規制する規制部と、を備えるカートリッジにおいて、前記芯金軸の両端のローラの回転軸線を中心として回転軸線の方向に延びる円筒形状の穴の内周面に設けられ、前記ローラ支持部に回転可能に支持される被支持部を備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電子写真感光体（感光体）と感光体に作用するローラを備えた画像形成装置、又は画像形成装置の装置本体に着脱可能なカートリッジに関する。

ここで、画像形成装置とは、電子写真画像形成方式を用いて記録媒体に画像を形成するものである。そして、電子写真画像形成装置の例としては、例えば電子写真複写機、電子写真プリンタ（例えばレーザービームプリンタ、ＬＥＤプリンタ等）、フアクシミリ装置及びワードプロセッサ等が含まれる。

またプロセスカートリッジとは、感光体及び感光体に作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化し、画像形成装置の装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジである。装置本体とはプロセスカートリッジを除いた画像形成装置部分である。

記録媒体とは、画像形成装置によって画像が形成されるものであり、例えば、紙、ＯＨＴシート、布などが含まれる。また、電子黒板などの画像表示装置の画像表示部材なども含まれる。

従来、電子写真画像形成装置（以下、画像形成装置と記す）においては、感光体及び感光体に作用するプロセス手段を一体的にカートリッジ化し、画像形成装置の装置本体に着脱可能とするプロセスカートリッジ方式が採用されている。このプロセスカートリッジ方式によれば、画像形成装置のメンテナンスをサービスマンによらずに使用者自身で行うことができるので、格段に操作性を向上させることができる。そこで、このプロセスカートリッジ方式は、画像形成装置において広く用いられている。プロセスカートリッジは、像担持体である感光体ドラム（電子写真感光体ドラム）を有すると共にその感光体ドラムに電荷を付与する電圧印加装置と、感光体ドラムに作用するその他のプロセス手段を有する。そのほかのプロセス手段は一般的に、感光体ドラムに現像剤（以下、「トナー」と称す）を供給する現像手段、転写されずに感光体ドラム表面に残ったトナーを清掃するクリーニング手段である。

電圧印加装置における帯電手段として、導電ローラを用いたローラ帯電方式が近年広く用いられている。ローラ帯電方式では、導電性の弾性ローラである帯電ローラを感光体ドラムに付勢して当接させ、これに電圧を印加することによって感光体ドラム表面への帯電を行う。帯電ローラは芯金軸に、両端以外の長手全域を弾性層で被覆した形体が一般的であり、支持構成としては特許文献１のように芯金軸両端を支持部材によって回転可能に支持する方法が一般的に採用される。そして支持部材が感光体ドラムの径方向に移動可能にプロセスカートリッジの枠体に支持され、かつ圧縮コイルバネで感光体ドラムに向かって所定の押圧力で付勢されることで、帯電ローラが感光体ドラムの回転に従動して回転する構成になっている。

特開２０１３−１０９２０９号公報

しかしながら、近年の画像形成装置の高速化・小型化に伴い、感光体ドラムと帯電ローラの間でスリップが発生しやすくなる。スリップが起こると、帯電ローラがスリップした部分とスリップしなかった部分とで、感光体ドラムの帯電電位に差が生じ、それによって電子写真画像に横スジ状のムラが発生する場合がある。

その対策として、帯電ローラの芯金軸の径を細くすることで支持部材と芯金軸との摺擦トルクを下げることにより、感光体ドラムへの追従性を高めることができる。しかし、芯金軸径を細くするにつれ、帯電ローラの曲げ剛性が低下し、その結果、帯電ローラが感光体ドラムに長手全域が均一に当接しにくくなるという課題が生じる。

そこで、本発明の目的は、帯電ローラの曲げ剛性を維持しつつ感光体ドラムに対する回転追従性を向上する構成を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の代表的な構成は、感光体と、前記感光体に作用し、芯金軸と前記芯金軸を被覆する被覆層とを有するローラと、前記ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、前記ローラの長手方向に関して前記ローラの位置を規制する規制部と、を備えるカートリッジにおいて、前記芯金軸の両端のローラの回転軸線を中心として回転軸線の方向に延びる円筒形状の穴の内周面に設けられ、前記ローラ支持部に回転可能に支持される被支持部を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、安価な構成でローラの曲げ剛性を確保したまま、ローラの感光体への回転追従性を向上することができる。

実施例１に係る電子写真画像形成装置を説明する図である。 実施例１に係るプロセスカートリッジの横断面図である。 （ａ）は実施例１に係るクリーニングユニットの正面図、（ｂ）は実施例１に係る帯電ローラ支持部の断面図である。 実施例１に係るクリーニングユニットの側面図である。 （ａ）は実施例１〜３に係る帯電ローラに作用する力を模式的に示した図、（ｂ）は従来構成に係る帯電ローラに作用する力を模式的に示した図である。 （ａ）は実施例２に係る帯電ローラ支持部の断面図、（ｂ）は実施例２に係るクリーニングユニットの側面図である。 （ａ）は実施例３に係る帯電ローラ支持部の断面図、（ｂ）は実施例３に係るクリーニングユニットの側面図である。 （ａ）は実施例４に係るクリーニングユニットの正面図、（ｂ）は実施例４に係る帯電ローラ支持部の断面図である。 実施例４に係るクリーニングユニットの側面図である。 実施例４、５に係る帯電ローラに作用する力を模式的に示した図である。 実施例５に係る帯電ローラ支持部の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

〔実施例１〕
（画像形成装置の構成）
図１は、本実施例に係る電圧印加装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。画像形成装置は、像担持体（被帯電体）としての感光体ドラム１を備えている。感光体ドラム１の周囲には帯電ローラ２、露光装置１０３、現像ローラ５、転写ローラ１０４、クリーニングブレード６が配設されている。像担持体としての感光体ドラム１と、像担持体に作用するプロセス手段としての帯電ローラ２、現像ローラ５及びクリーニングブレード６は、プロセスカートリッジ７として一体化されており、画像形成装置の装置本体１００に着脱自在に装着されている。また、装置本体１００内には、定着装置１０６、転写材（紙やシートなどの記録媒体）Ｐの給送手段としての給送ローラ１０５及び装置の電気的制御を行うための不図示の電装基板が設けられている。

帯電手段としての帯電ローラ２は、感光体ドラム１表面に所定の押圧力で当接して回転駆動され、帯電バイアス電源（不図示）から帯電ローラ２に対して所定の帯電バイアスを印加して、感光体ドラム１を所定の極性、電位に帯電処理する。現像手段としての現像ローラ５は、トナー収容部３１ｃに収容されているトナーを、感光体ドラム１への当接位置である現像位置まで担持する。そして、感光体ドラム１上に形成された静電潜像にトナーを付着させてトナー像として現像（可視化）する。現像ローラ５には現像バイアス電源（不図示）から所定の現像バイアスが印加される。転写手段としての転写ローラ１０４は、感光体ドラム１表面に所定の押圧力で当接して回転駆動され、転写バイアス電源（不図示）から転写ローラ１０４に対して所定の帯電バイアスを印加する。そして転写ローラ１０４と感光体ドラム１間の転写ニップに搬送される被転写体としての転写材Ｐに感光体ドラム１表面のトナー像を転写する。トナー像を転写された転写材Ｐは定着装置１０６に搬送され、そこで所定の圧と熱を加えられることによりトナー像が定着される。その後、転写材Ｐは排出ローラ１０７にて装置本体１００より外に排出される。そしてクリーニング手段としてのクリーニングブレード６は、転写後の感光体ドラム１表面に残った転写残トナーを除去して廃トナー収容部２１ｃに回収する。以下同様にして上記のプロセスを繰り返す。

（プロセスカートリッジの構成）
次にプロセスカートリッジ７の構成について図２をもとに説明する。図２はプロセスカートリッジの断面図である。

プロセスカートリッジ７は、大別して、クリーニングユニット９と現像ユニット４からなる。クリーニングユニット９は、感光体ドラム１、クリーニングブレード６および帯電ローラ２が、クリーニング枠体２１に保持されてユニット化されたものである。また、クリーニング枠体２１には廃トナー収容部２１ｃが形成されている。一方、現像ユニット４は、現像ローラ５と現像ブレード１２が現像枠体３１に保持されてユニット化されたものである。また、現像枠体３１にはトナー収容部３１ｃが形成されている。現像ユニット４は、長手両端に設けられた不図示の支持部にてクリーニングユニット９に揺動可能に支持されている。そして、現像ユニット４は不図示の加圧バネにより、現像ローラ５が感光体ドラム１に当接する方向に不図示の支持部を中心に回動付勢されている。

プロセスカートリッジ７の長手一端には、装置本体１００に設けられた不図示の駆動付与部に係合する駆動入力部が設けられており、感光体ドラム１および現像ローラ５に回転駆動力を伝達する。

（クリーニングユニットの構成）
次にクリーニングユニット９の構成について図３、図４をもとに説明する。図３（ａ）はクリーニングユニット９の正面図、図３（ｂ）は帯電ローラ２の支持部の断面図あり、図４はクリーニングユニット９の側面図である。

クリーニング枠体２１は、図３（ａ）に示すように、感光体ドラム１の長手両端部を回転可能に支持している。感光体ドラム１の長手一端には駆動入力部１ａが設けられており、装置本体１００に設けられた不図示の駆動付与部と係合して感光体ドラム１および現像ローラ５に駆動力が伝達される。駆動入力部１ａは装置本体１００からの駆動力を受ける駆動力受け部である。そして、駆動入力部１ａと反対側の側面に、画像形成装置の装置本体１００の不図示の給電部と接触する給電部材４３が設けられている。

帯電ローラ２は中空の芯金軸２ｂに、両端を除く長手全域を被覆する被覆層としての導電性の弾性層２ａと、芯金軸２ｂの両端に取り付けられた樹脂から成る端部部材（以降「キャップ２ｃ」と呼ぶ）を有している。芯金軸２ｂはステンレス鋼板をプレス加工により円筒形状に成形したものである。芯金軸２ｂの両端のキャップ２ｃ，２ｃのうち、給電部材４３が設けられている側のキャップ２ｃ（図３（ａ）左側）は導電性を有する樹脂から成る。

（帯電ローラの支持構成）
以降、帯電ローラ２の支持構成について図３（ｂ）をもとに説明する。なお、帯電ローラの支持構成は、図３（ａ）に示すように、帯電ローラ２の軸線方向（長手方向）の両側において、軸方向中央を中心に左右対称に構成されている。そのため、同等の機能を有する部材、部位には同一の符号を付している。また図３（ｂ）では、帯電ローラの支持構成として、駆動入力側（駆動入力部１ａが設けられている側）を例示しており、図示していない給電側（給電部材４３が設けられている側）も同様に構成されている。なお、帯電ローラの軸線方向（回転軸方向）と長手方向は平行である。

キャップ２ｃは、図３（ｂ）に示すように中空の円筒形状で、外周が芯金軸２ｂの内周と嵌合して固定されている。一方、クリーニング枠体２１の側面には、帯電ローラ２を支持するローラ支持部材４２が揺動可能に支持されている。帯電ローラ２の両端を支持するローラ支持部材４２，４２のうち、給電部材４３が設けられている側のローラ支持部材４２（図３（ａ）左側）は導電性を有する樹脂から成る。ローラ支持部材４２は、揺動中心の穴４２ｃ、ローラ支持部４２ｂ、および揺動中心の穴４２ｃからローラ支持部４２ｂまでの間をつなぐ腕部４２ａから構成されている。クリーニング枠体２１の側面に設けられたボス２１ｆにローラ支持部材４２の穴４２ｃが回転可能に係合している。ローラ支持部４２ｂは長手中央に向かって突出したボス形状を有する。また、ローラ支持部材４２はローラ支持部４２ｂ付近を加圧バネ４４で感光体ドラム１に向かう方向に付勢されている。加圧バネ４４は圧縮コイルバネから成る。クリーニング枠体２１の側面に、加圧バネ４４の座面２１ｇが形成され、加圧バネ４４を支持している。キャップ２ｃには穴２ｇが設けられており、ローラ支持部４２ｂがキャップ２ｃの穴２ｇの内周面である被支持部２ｅに係合している。穴２ｇは、回転軸線の方向に関して帯電ローラ２の両端部に配置されて、帯電ローラ２の回転軸線を中心として回転軸線の方向に延びる円筒形状の穴である。被支持部２ｅの内径はローラ支持部４２ｂの外径よりもわずかに大きく設定している。

以上のように、帯電ローラ２を感光体ドラム１の方向へ付勢する付勢手段４１を、弾性部である加圧バネ４４と、ローラ支持部材４２（揺動可能な腕部４２ａと、ローラ支持部４２ｂ）により構成する。このように構成することで、帯電ローラ２は加圧バネ４４によって被支持部２ｅが感光体ドラム１の軸中心に向かって付勢され、なおかつ回転可能に支持される。

加圧バネ４４の付勢力は帯電ローラ２が感光体ドラム１に当接した状態で５００ｇｆの付勢力を発生するように設定している。本実施例では弾性部の一例として圧縮コイルばねを例示しているが、圧縮コイルばねに限定するものではなく、所望の付勢力を発生させることができればいかなる構成でも構わない。

また、駆動入力部１ａ側の付勢手段４１、ボス２１ｆおよび座面２１ｇは、反対側（給電部材４３側）の付勢手段４１、ボス２１ｆおよび座面２１ｇに対し、感光体ドラム１の軸中心を回転中心として、感光体ドラム１の回転方向上流側に所定の角度（ここでは１．２°）回転させた位置に配置している。すなわち感光体ドラム１の回転軸に対して帯電ローラ２の回転軸は、駆動入力部１ａ側の軸端が給電部材４３側の軸端より感光体ドラム１の回転方向上流側に位置するように傾けられている。そうすることで、感光体ドラム１が回転を始めると、帯電ローラ２は駆動入力部１ａ側（図３（ａ）右側）に斜行し、ローラ支持部材４２の内側面４２ｄに帯電ローラ２の側端面２ｆが当接して長手方向に位置決めされる。すなわち、ローラ支持部材の内側面４２ｄが規制面（規制部）、帯電ローラ２の側端面２ｆが被規制面としてそれぞれ作用する。

また、給電部材４３の一端を給電部材４３側（図３（ａ）左側）の加圧バネ４４と座面２１ｇとの間に設けている。加圧バネ４４は鉄系の鋼材から成り、導電性を有している。また、芯金軸２ｂは前述したようにステンレス鋼板から成り、同じく導電性を有している。すなわち、以上のように構成することで、画像形成装置の装置本体１００の不図示の給電部から、給電部材４３、加圧バネ４４、ローラ支持部材４２、キャップ２ｃを経由して帯電ローラ２に所望の電圧が印加される。

（帯電ローラの回転動作）
次に帯電ローラの回転動作について図５をもとに本実施例の構成と比較例の構成（従来構成）とを対比して説明する。図５（ａ）は本実施例での帯電ローラ２にかかる力を模式的に示した図であり、図５（ｂ）は比較例での帯電ローラ２にかかる力を模式的に示した図である。図中の実線矢印は帯電ローラ２にかかる力を示し、点線矢印は帯電ローラ２以外の部品に係る力を示している。なお、帯電ローラ２には重力が作用しているが、本実施例と比較例で等しく作用し、かつ作用効果は重力方向によらないため省略している。

比較例では図５（ｂ）に示すとおり、帯電ローラ１０２は中実の芯金軸１０２ｂの両端を樹脂から成るローラ支持部材１４２によって外周支持されている。さらにローラ支持部材１４２はクリーニング枠体の支持部１２１ｂによって感光体ドラム１の径方向に移動可能に支持され、かつ加圧バネ１４１で感光体ドラム１の方向に付勢されている。以降の説明で、帯電ローラ２が感光体ドラム１に向かう方向を矢印ｕで表し、矢印ｕに対し垂直で感光体ドラム１の回転方向下流側に向かう方向を矢印ｖで表す。

帯電ローラ２は感光体ドラム１に対しスリップすることなく従動回転することが要求される。帯電ローラ２の矢印ｕ方向に作用する力は、加圧バネ４４、１４１が感光体ドラム１の方向に付勢する付勢力Ｆと、感光体ドラム１が付勢力Ｆに抗して帯電ローラ２を支持する抗力Ｆ'がある。両者はつりあっているので、以下の式１となる。

Ｆ＝Ｆ' …（式１）

また、矢印ｖ方向に作用する力は、感光体ドラム１が帯電ローラ２の弾性層２ａ表面において感光体ドラム１の回転方向に引っ張られる摩擦力Ｔ１と、帯電ローラ２の被支持部２ｅ、１０２ｅにおいて回転を妨げる摩擦力Ｔ２がそれぞれの構成で存在する。比較例の場合、被支持部１０２ｅは芯金軸１０２ｂの外周であり、本実施例での被支持部２ｅはキャップ２ｃの内周である。摩擦力は垂直抗力に比例するので、それぞれ以下の式２、式３となる。

Ｔ１＝μ１・Ｆ …（式２）
Ｔ２＝μ２・Ｆ …（式３）

ここで、μ１は感光体ドラム１の表面と帯電ローラ２の弾性層２ａ表面との摩擦係数である。またμ２は、比較例ではローラ支持部材１４２と被支持部である芯金軸１０２ｂの外周との摩擦係数であり、本実施例ではローラ支持部４２ｂと被支持部２ｅとの摩擦係数である。しかし、材料を適宜選択すれば両者の摩擦係数を等しくすることは可能であるので、ここでは両構成で等しいものと仮定する。帯電ローラ２を感光体ドラム１に追従回転させるためには、帯電ローラ２の軸中心のモーメントの釣り合いで、感光体ドラム１に追従する方向（図中反時計回り）のモーメントが被支持部の摩擦負荷モーメント（図中時計回り）により大きいことが必要である。すなわち、以下の式４となる。

Ｒ・Ｔ１＞ｒ・Ｔ２ …（式４）

ここで、Ｒは帯電ローラの弾性層２ａ、１０２ａの半径、ｒは被支持部２ｅ、１０２ｅの半径である。上記式４に上記式１〜式３を代入して整理すると、以下の式５となる。

μ１・Ｒ＞μ２・ｒ …（式５）

このことから、感光体ドラム１に対する回転追従性を向上するには、帯電ローラの弾性層２ａの半径Ｒを大きくするか、被支持部の半径ｒを小さくすることが有効であることが分かる。帯電ローラの弾性層２ａの半径Ｒ、すなわち最外径を大きくすることは、プロセスカートリッジの大型化や帯電ローラのコストアップにつながるために望ましくない。追従性を向上するには被支持部の半径ｒを小さくすることが望ましい。帯電ローラ２の曲げ剛性を確保するために、芯金軸２ｂの外径はある程度の太さを確保する必要があるが、本実施例の構成にすることによって、被支持部２ｅの半径ｒを小さく設定できる。そのため、感光体ドラム１に対する回転追従性を比較例と比べて向上させることができる。

（帯電ローラの並進動作）
本実施例の構成にすることで、感光体ドラム１に対して、矢印ｕ方向の並進追従性を向上させることもできる。以下に説明する。比較例では図５（ｂ）に示すように、帯電ローラ１０２には、矢印ｖ方向に摩擦力Ｔ１と摩擦力Ｔ２と、矢印ｖの反対方向にローラ支持部材１４２が芯金軸１０２ｂを支持する力Ｔ４が作用し、つりあっている。すなわち、以下の式６となる。

Ｔ４＝Ｔ１+Ｔ２ …（式６）

したがって、クリーニング枠体の支持部１２１ｂは、ローラ支持部材１４２をＴ４の力で支持している。そうすると、ローラ支持部材１４２には、矢印ｕ方向または逆方向に垂直抗力Ｔ４に比例した摩擦力Ｗ１が発生する。摩擦係数をμ３で表すと、摩擦力Ｗ１は、以下の式７（式６を代入）となる。

Ｗ１＝±μ３・Ｔ４
＝±μ３（Ｔ１+Ｔ２） …（式７）

一方、本実施例では、図５（ａ）に示すように、帯電ローラ２には、矢印ｖ方向に摩擦力Ｔ１、矢印ｖの反対方向に摩擦力Ｔ２と、ローラ支持部材４２が帯電ローラ２を支持する力Ｔ３が作用し、つりあっている。すなわち、以下の式８となる。

Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２ …（式８）

ボス２１ｆにはＴ３と同じ大きさで反対方向の力Ｔ３'がかかる。ボス２１ｆと穴４２ｃとの間の摩擦係数をμ４で表すと、帯電ローラ２が矢印ｕ方向に揺動する時、ボス２１ｆのローラ支持部材４２の支持部ｓにおいて、矢印ｕ方向に以下の摩擦力Ｗ２が発生する。すなわち、以下の式９（式８を代入）となる。

Ｗ２＝±μ４・Ｔ３'
＝±μ４（Ｔ１−Ｔ２） …（式９）

帯電ローラ２での付勢力Ｆに抗する矢印ｕ方向の摩擦力Ｗ３は、ローラ支持部材４２のレバー比より、穴４２ｃの中心からローラ支持部４２ｂの中心までの距離をＬ１と、穴４２ｃの中心から支持部ｓまでの距離をＬ２とすると、以下の式１０（式９を代入）となる。

Ｗ３＝±Ｌ２/Ｌ１・Ｗ２
＝±Ｌ２/Ｌ１・μ４（Ｔ１−Ｔ２） …（式１０）

距離Ｌ２に比べて距離Ｌ１は十分大きいため、レバレッジ効果により摩擦力Ｗ３は摩擦力Ｗ２に比べて著しく小さくなる。帯電ローラ２の矢印ｕ方向の摩擦力を比較する。摩擦係数μ３とμ４は材料を適宜選択すれば両者の摩擦係数を等しくすることは可能であるので、ここではμ３＝μ４と仮定する。すると、比較例の摩擦力Ｗ１に対し、本実施例の摩擦力Ｗ３は著しく小さくなることが式７と式１０を比較して明らかである。換言すると、比較例では、摩擦力Ｗ１が矢印ｖ方向の摩擦力Ｔ１とＴ２の和に比例するのに対し、本実施例では、摩擦力Ｗ３は矢印ｖ方向の摩擦力Ｔ１とＴ２の差に比例し、なおかつレバレッジ効果により、著しく抑えられるのである。矢印ｕ方向の摩擦力が低いということはすなわち、感光体ドラム１に対する矢印ｕ方向の並進追従性が向上することに他ならない。近年の画像形成装置の高速化に伴い、感光体ドラム１の微小な半径の変化にも帯電ローラ２が確実に並進追従することが望まれているが、本実施例のとおり構成することによって高速化に対応することがより容易になる。

帯電ローラ２が感光体ドラム１を常にムラなく一様に帯電するためには、スリップせず常に従動回転する、すなわち回転追従性が優れていると同時に、感光体ドラム１から離間することなくニップを常に一定に保つ、すなわち並進追従性が優れている必要がある。一方でも損なうと、常にムラなく一様に帯電することができないので、これらの両方を同時に一定レベル以上にすることに大きな意味がある。

以上説明したように、本実施例によれば、帯電ローラ２の所望の曲げ剛性を維持したまま帯電ローラ２の感光体ドラム１への回転追従性、及び並進追従性を同時に向上することができる。その結果、高品位な電子写真画像を安定的に提供することができる。また、同時に給電部材４３側のキャップ２ｃとローラ支持部４２ｂとの摺擦速度が下がることにより、摺擦部の電気抵抗の変化を抑えることができる。そのことも高品位な電子写真画像の安定的な提供に資する。

〔実施例２〕
実施例２に係る構成について、図６をもとに説明する。図６（ａ）は帯電ローラ支持部の断面図であり、図６（ｂ）はクリーニングユニット９の側面図である。

実施例１では付勢手段４１を、加圧バネ４４とローラ支持部材４２で構成しているが、本実施例では付勢手段４１を弾性を有する一部品で構成している。付勢手段４１を、弾性を有するバネ線材で形成しており、一端４１ｄをクリーニング枠体２１の側面に設けた固定穴２１ｈに固定させている。付勢手段４１の一端４１ｄは固定穴２１ｈに対し回転方向、抜け方向（軸方向）ともに固定されている。ローラ支持部である付勢手段４１の反対側の一端４１ｂは、腕部４１ａより長手中央に向かって９０度屈曲している。一端４１ｂは帯電ローラ２の穴２ｇの内周面である被支持部２ｅに係合している。被支持部２ｅの内径は付勢手段４１の線径よりもわずかに大きく設定している。そして帯電ローラ２が感光体ドラム１に当接している状態で、腕部４１ａがたわんで所望の付勢力（ここでは５００ｇｆ）を発生させるように付勢手段４１を配置する。

このように付勢手段４１を、弾性部であって揺動可能な腕部４１ａと、ローラ支持部である一端４１ｂを有する一部品で構成することで、実施例１で得られる効果を発揮しつつ、さらに実施例１の構成と比べて部品を削減することができる。

〔実施例３〕
実施例３に係る構成について、図７をもとに説明する。図７（ａ）は帯電ローラ支持部の断面図であり、図７（ｂ）はクリーニングユニット９の側面図である。

実施例２では付勢手段４１を、弾性を有する一部材としてバネ線材で構成しているが、本実施例では、付勢手段を特にねじりコイルばねで構成している。

付勢手段４１は、巻線部４１ｅがクリーニング枠体２１の側面に設けられたバネ係合ボス２１ａに係合して係止されている。ローラ支持部である付勢手段４１の一端４１ｂは、腕部４１ａより巻線軸と平行な方向に９０度屈曲しており、長手中央に向かって伸びている。バネ係合ボス２１ａは、腕部４１ａが帯電ローラ２を感光体ドラム１の軸中心に向かって付勢する位置に設けられている。ローラ支持部である付勢手段４１の一端４１ｂは、帯電ローラ２の穴２ｇの内周面である被支持部２ｅに係合している。被支持部２ｅの内径は付勢手段４１の線径よりもわずかに大きく設定している。そして帯電ローラ２が感光体ドラム１に当接している状態で、巻線部４１ｅが弾性変形して所望の付勢力（ここでは５００ｇｆ）を発生させるように付勢手段４１を配置する。また、付勢手段４１の一端４１ｂと反対側の一端４１ｃはクリーニング枠体２１に設けられた係止部２１ｅに係止されている。

このように付勢手段４１をねじりコイルばねで構成することによって、実施例１で得られる効果を発揮しつつ、さらに実施例２の構成と比べて巻線部を設けたことでバネ定数を下げることができる。そのため、使用時に発生するバネ力の製造ばらつきを大幅に抑制することができる。そして付勢力をさらに安定させることができる。

〔実施例４〕
実施例４に係る構成について、図８、図９をもとに説明する。図８（ａ）はクリーニングユニット９の正面図、図８（ｂ）は帯電ローラ支持部の断面図である。図９はクリーニングユニット９の側面図である。

実施例３では付勢手段４１としてねじりコイルばねを用いているが、特に線径が細い場合、サイズを小さくできる半面、帯電ローラ２の支持部である一端４１ｂのたわみが大きくなり、帯電ローラ２の感光体ドラム１の周方向の位置が不安定になる懸念がある。本実施例では、上記懸念に鑑みて一端４１ｂのたわみを軽減可能な構成を示す。特に記載が無い箇所に関しては実施例３の構成に準ずる。

図８（ｂ）に示すように、ローラ支持部である付勢手段４１の一端４１ｂは、腕部４１ａより巻線軸と平行な方向（軸方向）に９０度屈曲しており、クリーニング枠体２１に設けられた長穴２１ｂを貫通して長手中央に向かって伸びている。そして腕部４１ａの先端付近が前述の帯電ローラ２の穴２ｇの内周面である被支持部２ｅに係合している。長穴２１ｂは図９に示すように、長穴の短手は付勢手段４１の線径よりもわずかに大きく、長穴の長手は腕部４１ａの回転軌跡に沿って長く伸びている。

このように構成することで、長穴２１ｂが腕部４１ａと一端４１ｂとの曲げ根元を支持することで、帯電ローラ２の感光体ドラム１の円周方向の変動を規制し、帯電ローラ２の位置を安定化することができる。

（帯電ローラの並進動作）
本実施例の構成においては、帯電ローラ２の感光体ドラム１に対する並進追従性のメカニズムが、実施例１〜３の構成と異なるため以下に説明する。なお、帯電ローラ２の感光体ドラム１に対する回転追従性のメカニズムは実施例１〜４の構成と同じであるため、説明を省略する。以下、図５（ｂ）および図１０をもとに比較例（従来構成）と本実施例の構成とを対比して説明する。図５（ｂ）は比較例での帯電ローラ２にかかる力を模式的に示した図であり、図１０は本実施例での帯電ローラ２にかかる力を模式的に示した図である。図中の実線矢印は帯電ローラ２にかかる力を示し、点線矢印は帯電ローラ２以外の部品に係る力を示している。なお、帯電ローラ２には重力が作用しているが、比較例と本実施例で等しく作用し、かつ作用効果は重力方向によらないため省略している。

本実施例では、図１０に示すように、帯電ローラ２には、矢印ｖ方向に摩擦力Ｔ１、矢印ｖの反対方向に摩擦力Ｔ２と、付勢手段４１が帯電ローラ２を支持する力Ｔ３が作用し、つりあっている。すなわち、以下の式１１となる。

Ｔ３＝Ｔ１−Ｔ２ …（式１１）

ローラ支持部である付勢手段４１の一端４１ｂが矢印ｖ方向の力を受けてたわむと、長穴２１ｂに当接する。そして長穴２１ｂは一端４１ｂを力Ｔ３で支持する。そうすると、一端４１ｂと長穴２１ｂとの間には、矢印ｕ方向または逆方向に、垂直抗力Ｔ３に比例した摩擦力Ｗ４が発生する。摩擦係数をμ５で表すと、摩擦力Ｗ４は、以下の式１２（式１１を代入）となる。

Ｗ４＝±μ５・Ｔ３
＝±μ５（Ｔ１−Ｔ２） …（式１２）

帯電ローラ２の矢印ｕ方向の摩擦力を比較する。比較例の摩擦力Ｗ１は式７に示されるように力Ｔ１とＴ２の和に比例するのに対し、本実施例での摩擦力Ｗ４は、式１２に示されるように力Ｔ１とＴ２の差に比例する。摩擦係数μ３とμ５は材料を適宜選択すれば両者の摩擦係数を等しくすることは可能であるので、ここではμ３＝μ５と仮定する。すると、比較例の摩擦力Ｗ１に対し、本実施例の摩擦力Ｗ４は小さくなることが明らかである。矢印ｕ方向の摩擦力が低いということは、すなわち感光体ドラム１に対する矢印ｕ方向の並進追従性が向上することに他ならない。

以上のように、ローラ支持部である一端４１ｂを支持する長穴２１ｂをクリーニング枠体２１に設けることによって、実施例１で得られる効果を発揮しつつ、さらに帯電ローラ２の位置の安定性が向上する。これにより、感光体ドラムの帯電ムラを抑制することができ、より高品位な画像の形成が実現できる。

〔実施例５〕
実施例５に係る構成について、図１１をもとに説明する。図１１は帯電ローラ支持部の断面図である。

本実施例では、図１１に示すように、帯電ローラ２の軸端にキャップ２ｃを設けずに、直接付勢手段４１を帯電ローラ２に当接させる構成としている。

本実施例では、帯電ローラ２の芯金軸２ｂは中実の金属軸で、両端に軸方向の端部から中央側に向けて凹状の凹部２ｍを設けている。凹部２ｍの奥側に内径を入口側よりも一段細くした穴２ｇを設け、この穴２ｇの内周面に被支持部２ｅを設けている。被支持部２ｅの内径は、ねじりコイルばねから成る付勢手段４１の線径よりもわずかに大きく設定している。被支持部２ｅの内周面は付勢手段４１が摺擦して削れないように、表面粗さを細かく仕上げている。付勢手段４１のクリーニング枠体２１への取り付けは、実施例４と同様、バネ係合ボス２１ａに巻線部４１ｅを係合し、ローラ支持部である一端４１ｂを長穴２１ｂに貫通させている。

以上のように、帯電ローラ２の芯金軸２ｂで被支持部２ｅを形成することによって、実施例１で得られる効果を発揮しつつ、さらにキャップ２ｃに相当する部材がないぶん製造コストを下げられる。

〔他の実施例〕
なお、前述した実施例では、本発明の電圧印加装置をプロセスカートリッジに組み込んだ例を示したが、これに限るわけではない。例えば、本発明の電圧印加装置を、カートリッジ方式を採用しない画像形成装置に組み込んでもよい。また、帯電ローラと付勢部材が設けられた枠体のみの最小単位でプロセスカートリッジまたは画像形成性装置の装置本体に着脱可能に構成されていてもよい。

また前述した実施例では、被帯電体を帯電するローラとして帯電ローラ２を例示したが、これに限定されるものではなく、たとえば転写ローラ１０４や現像ローラ５に適用しても同様の効果を発揮する。

また前述した実施例では、感光体ドラム１からトナー像が転写される被転写体としての転写材Ｐは、紙やシートなどの記録媒体である場合の例を説明した。しかし、被転写体は感光体ドラム１からトナー像が転写される中間転写ベルトなどの無端状のベルトであってもよい。

また前述した実施例では、プロセスカートリッジを１つ使用しているが、この使用個数は限定されるものではなく、必要に応じて適宜設定すれば良い。

また前述した実施例では、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジとして、感光体ドラムと、該感光体ドラムに作用するプロセス手段としての帯電手段，現像手段，クリーニング手段を一体に有するプロセスカートリッジを例示した。しかし、これに限定されるものではなく、感光体ドラムの他に、帯電手段、現像手段、クリーニング手段のうち、いずれか１つを一体に有するプロセスカートリッジであっても良い。

また前述した実施例では、画像形成装置としてプリンタを例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば複写機、ファクシミリ装置等の他の画像形成装置や、或いはこれらの機能を組み合わせた複合機等の他の画像形成装置であってもよい。これらの画像形成装置における電圧印加装置に本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。

１ …感光体ドラム
１ａ …駆動入力部
２ …帯電ローラ
２ａ …弾性層
２ｂ …芯金軸
２ｃ …キャップ
２ｅ …被支持部
２ｇ …穴
２ｍ …凹部
７ …プロセスカートリッジ
９ …クリーニングユニット
２１ …クリーニング枠体
２１ａ …バネ係合ボス
２１ｂ …長穴
２１ｆ …ボス
２１ｇ …座面
２１ｈ …固定穴
４１ …付勢手段
４１ａ …腕部
４１ｂ …一端（ローラ支持部）
４１ｅ …巻線部
４２ …ローラ支持部材
４２ａ …腕部
４２ｂ …ローラ支持部
４２ｃ …穴
４３ …給電部材
４４ …加圧バネ
１００ …装置本体

Claims (26)

1. 感光体と、前記感光体に作用し、芯金軸と前記芯金軸を被覆する被覆層とを有するローラと、前記ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、前記ローラの長手方向に関して前記ローラの位置を規制する規制部と、を備えるカートリッジにおいて、
   前記芯金軸の両端のローラの回転軸線を中心として回転軸線の方向に延びる円筒形状の穴の内周面に設けられ、前記ローラ支持部に回転可能に支持される被支持部を備えていることを特徴とするカートリッジ。
2. 前記芯金軸は、中空の軸であり、
   前記芯金軸の両端に嵌合して固定される端部部材を有し、前記端部部材に前記被支持部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
3. 前記芯金軸は、中実の軸であり、
   前記芯金軸の両端に軸方向の端部から中央側に向けて凹状の凹部を設け、
   前記被支持部は、前記凹部の軸方向の中央側に端部よりも内径を細くした穴に設け、前記穴の内周面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のカートリッジ。
4. 前記ローラを前記感光体に向けて付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のカートリッジ。
5. 前記付勢手段は、弾性を有する一部材で構成されていることをと特徴とする請求項４に記載のカートリッジ。
6. 前記付勢手段は、ねじりコイルばねであることを特徴とする請求項４に記載のカートリッジ。
7. 前記ローラ支持部は、前記ローラの軸方向に設けられており、
   前記ローラ支持部を前記軸方向に貫通させ、前記ローラの前記感光体の周方向の変動を規制する穴を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のカートリッジ。
8. 給電部から給電を受ける給電部材を有し、
   前記給電部材は、前記付勢手段に接触しており、前記付勢手段を通して前記ローラに電圧が印加されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載のカートリッジ。
9. 前記給電部材は、前記長手方向に関して、前記感光体に駆動力を入力される側とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のカートリッジ。
10. 前記ローラは、前記感光体の軸を中心として、前記感光体に前記駆動力を入力される側が、前記給電部材が設けられている側に対し、前記感光体の回転方向上流側に位置するよう、前記感光体の軸に対して前記ローラの回転軸が傾けられていることを特徴とする請求項９に記載のカートリッジ。
11. 前記ローラは前記感光体を帯電する帯電ローラであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のカートリッジ。
12. 前記ローラは前記感光体にトナーを付着させる現像ローラであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のカートリッジ。
13. 前記ローラは前記感光体に形成されたトナー像を被転写体に転写させる転写ローラであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のカートリッジ。
14. 感光体と、前記感光体に作用し、中空の芯金軸と前記芯金軸を被覆する被覆層とを有するローラと、前記ローラを回転可能に支持するローラ支持部と、前記ローラの長手方向に関して前記ローラの位置を規制する規制部と、を備え、記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
    前記芯金軸の両端のローラの回転軸線を中心として回転軸線の方向に延びる円筒形状の穴の内周面に設けられ、前記ローラ支持部に回転可能に支持される被支持部を備えていることを特徴とする画像形成装置。
15. 前記芯金軸は、中空の軸であり、
    前記芯金軸の両端に嵌合して固定される端部部材を有し、前記端部部材に前記被支持部を設けたことを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
16. 前記芯金軸は、中実の軸であり、
    前記芯金軸の両端に軸方向の端部から中央側に向けて凹状の凹部を設け、
    前記被支持部は、前記凹部の軸方向の中央側に端部よりも内径を細くした穴に設け、前記穴の内周面に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の画像形成装置。
17. 前記ローラを前記感光体に向けて付勢する付勢手段を有することを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
18. 前記付勢手段は、弾性を有する一部材で構成されていることをと特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
19. 前記付勢手段は、ねじりコイルばねであることを特徴とする請求項１７に記載の画像形成装置。
20. 前記ローラ支持部は、前記ローラの軸方向に設けられており、
    前記ローラ支持部を前記軸方向に貫通させ、前記ローラの前記感光体の周方向の変動を規制する穴を有することを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の画像形成装置。
21. 給電部から給電を受ける給電部材を有し、
    前記給電部材は、前記付勢手段に接触しており、前記付勢手段を通して前記ローラに電圧が印加されることを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の画像形成装置。
22. 前記給電部材は、前記長手方向に関して、前記感光体に駆動力を入力される側とは反対側に設けられていることを特徴とする請求項２１に記載の画像形成装置。
23. 前記ローラは、前記感光体の軸を中心として、前記感光体に前記駆動力を入力される側が、前記給電部材が設けられている側に対し、前記感光体の回転方向上流側に位置するよう、前記感光体の軸に対して前記ローラの回転軸が傾けられていることを特徴とする請求項２２に記載の画像形成装置。
24. 前記ローラは前記感光体を帯電する帯電ローラであることを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
25. 前記ローラは前記感光体にトナーを付着させる現像ローラであることを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
26. 前記ローラは前記感光体に形成されたトナー像を被転写体に転写させる転写ローラであることを特徴とする請求項１４乃至２３のいずれか一項に記載の画像形成装置。

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