JP3080126B2 - 帯電部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

帯電部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置

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JP3080126B2
JP3080126B2 JP05208811A JP20881193A JP3080126B2 JP 3080126 B2 JP3080126 B2 JP 3080126B2 JP 05208811 A JP05208811 A JP 05208811A JP 20881193 A JP20881193 A JP 20881193A JP 3080126 B2 JP3080126 B2 JP 3080126B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、振動電圧(時間ととも
に電圧値が周期的に変化する電圧)が印加されるととも
に、像担持体に当接または近接されて該像担持体を帯電
する帯電部材、該帯電部材を備えたプロセスカートリッ
ジ、画像形成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像形成装置等の帯電装置において、接
触方式のものが知られている。この接触方式の帯電装置
は、電圧を印加した導電性の帯電部材を被帯電体として
の像担持体に当接させ、帯電部材から感光ドラムに直接
的に電荷を転移させることによって像担持体表面を所定
の電位に帯電するものである。このような接触帯電装置
は、従来から広く利用されている非接触方式のコロナ放
電装置に比べて、印加電圧の低減が可能で電源の簡略化
がれること、帯電過程で発生するオゾン量がごく微量で
あること、このためオゾン除去フィルター等をなくして
排気系の構成の簡便化がれること、メンテナンスフリー
であること、等の長所を有している。このため、接触帯
電方式の帯電装置は、電子写真装置(複写機、レーザビ
ームプリンタ)、静電記録装置等の画像形成装置におい
て、感光体、誘電体等の像担持体をはじめ、その他感光
ドラム(以下単に「感光ドラム」という。)を帯電処理
する手段としてコロナ放電装置に代わるものとして注目
され、また実用化されている。
【0003】上述の接触帯電装置においては、感光ドラ
ム表面をむらなく均一に帯電処理するために、交流電圧
に直流電圧を重畳した振動電圧を導電性の接触帯電部材
に印加し、この帯電部材を感光ドラムに当接させて帯電
を行う帯電方式が知られている(例えば、特開始63−
149669号公報)。
【0004】しかし、上述の帯電方式においては、振動
電圧に起因する、帯電音と呼ばれる振動音が発生し、大
きな問題となっている。
【0005】この帯電音を軽減させる対策として、これ
まで硬めのソリッドであった帯電部材の弾性体を、非常
に柔軟な発泡部材によって構成することにより、帯電部
材と感光ドラムとの振動を抑えることができ、帯電音も
気にならないレベルまで軽減することが可能である。
【0006】ところで、弾性体に発泡部材を用いた場
合、以下に述べるような問題が発生することが考えられ
る。
【0007】まず第1に、弾性体自身が柔軟であるため
に、帯電部材を像担持体に押圧させたままの状態で長時
間放置した場合には、当接位置において、弾性体の塑性
変形による、いわゆるへたりが生じてしまう。帯電部材
にへたりが生じた状態で画像形成を続行すると、変形部
では、放電開始条件が他の正常な部分に比して異なるこ
とに基づいて帯電不良が発生したり、像担持体の移動速
度がむらとなって画像上にぶれが発生するといった問題
がある。
【0008】第2は、弾性体である発泡部材表面の発泡
セルによる細かい凹凸が成型後の帯電部材表面に現れる
点である。これは、発泡部材上に積層する層を、液状で
塗布するためである。これによって、帯電むらが凹凸に
対応して多数発生するといった問題点がある。
【0009】そして、第3は、発泡部材を規定寸法に収
めるために、研磨工程が必要であり、それによるコスト
アップが生じるといった問題点である。
【0010】これらの問題点を解決する方策として、発
泡部材の外周面を、抵抗層であり、かつ発泡部材よりも
硬度が高いチューブ部材(以下単に「チューブ」とい
う。)で被覆する方法が考えられている。これによる
と、はじめから表面が滑らかに形成されたチューブによ
って発泡部材表面を覆うため、発泡部材表面の凹凸が弾
性体表面にまで現れることはなく、また、チューブ被覆
は所定の張力をもって行われるので、発泡部材の未研磨
面は、研磨することなくこのチューブの張力によって、
規定寸法に成型されることになる。
【0011】図7に、その一実施例を示す。同図中、1
は感光ドラム(像担持体)であり、例えば、矢印R1方
向に所定の周速度(プロセススピード)にて回転駆動さ
れるドラム型の電子写真感光体、静電記録誘電体等であ
る。
【0012】2は接触帯電部材としての導電性の帯電ロ
ーラであり、芯金(支持部材)2aとその外周に形成し
た弾性体2Bとからなる。この帯電ローラ2は芯金2a
の両端部をそれぞれ感光ドラム1に向けて付勢する加圧
ばね3によって、感光ドラム1表面に対して所定の押圧
力をもって圧接されており、感光ドラム1の矢印R1方
向の回転に伴って矢印R2方向に従動回転する。
【0013】4は帯電ローラ2に対する電圧印加用の電
源であり、帯電ローラ2は、この電源4により、芯金2
aに接触させた接点板ばね(不図示)を介して所定の帯
電電圧が印加され、回転駆動されている感光ドラム1表
面を均一に帯電する。このときの所定の帯電電圧とは、
感光ドラム1の帯電開始電圧の2倍以上のピーク間電圧
Vppを有する振動電圧Vacと直流電圧Vdcとを重
畳した重畳電圧(Vac+Vdc)である。
【0014】図8は、帯電ローラ2の構成を詳細に示す
縦断面図である。帯電ローラ2は、芯金2aとその周囲
を囲繞する弾性体2Bとによって構成されている。この
弾性体2Bは、内側から順に積層した、カーボンなどの
導電性粉体を分散させたポリウレタン等の発泡部材2
b、抵抗層としてのチューブ2c、さらにその外周の導
電層2d、中抵抗層2e、保護層2fによって構成され
ている。この帯電ローラ2において、発泡部材2bをチ
ューブ2cで被覆する方法としては、図9に示すよう
に、先に原料としての例えば導電ゴムを発泡させた発泡
部材2bを作製し、それに芯金2aを挿入される方法
や、図10に示すように、チューブ2cの内側に芯金2
aを立て、発泡部材2bの原料を芯金2aに差し込み、
固定させた状態で発泡させて作製する方法等がある。し
かし、表面性、精度、コストの面を考慮すると、後者の
方が優れている。
【0015】上述の帯電ローラ2を備えた画像形成装置
の動作を図7を参照して簡単に説明すると、次の通りで
ある。
【0016】感光ドラム1を矢印R1方向に回転駆動
し、帯電ローラ2を矢印R2方向に従動回転させる。電
源4により、芯金2a、弾性体2Bを介して感光ドラム
1表面を均一に帯電する。表面が均一に帯電された感光
ドラム1は、その後、表面に露光手段5の露光を受けて
静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置6に
よってトナー(現像剤)が付着されてトナー像となり、
このトナー像は、不図示の搬送装置によって搬送された
転写材7に、転写装置8によって転写される。トナー像
が転写された転写材7は、その後、定着装置(不図示)
によってトナー像が固着され、最終的なコピーとして装
置本体外部に排出される。
【0017】一方、トナー像転写後の感光ドラム1は、
表面に残った残留トナーがクリーニング装置9によって
除去され、次の画像形成プロセスに供される。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の技術によると、帯電ローラ2のへたりを防止する
ためには、帯電ローラ2が像担持体1に圧接されている
ときの押圧力に対して、チューブ2cが十分な強度を有
し、発泡部材の塑性変形を極力抑制する必要がある。
【0019】したがって、チューブは、強度としての引
張応力が比較的低い材料で形成されたものでは、帯電ロ
ーラ2の表面性の改善、発泡部材の研磨工程の省略の2
点については達成できるものの、帯電ローラ2のへたり
については、ほとんど改善することができなかった。
【0020】そこで、本発明は、チューブ部材の、10
0%伸び時の引張応力を、100kg重/cm2 以上と
することによって、へたりを抑えて帯電不良や画像上の
ぶれ等を防止するようにした帯電部材、プロセスカート
リッジ及び画像形成装置を提供することを目的とするも
のである。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みてなされたものであって、支持部材によって保持され
た弾性体を像担持体に接触させ、前記支持部材に帯電電
圧を印加して前記弾性体を介して像担持体を帯電する帯
電部材において、前記弾性体が、前記支持部材によって
支持された発泡部材と、該発泡部材を囲繞するとともに
前記像担持体に直接または他層を介して接触する抵抗層
としてのチューブ部材とを備え、該チューブ部材は、厚
さ0.2mm、幅10mmの試料について、50mmの
引張部分を、引張速度50mm/minで引っ張った時
の100%伸び時の引張応力が、100kg重/cm
以上である、ことを特徴とする。
【0022】また、プロセスカートリッジは、少なくと
も、前記像担持体と、上述の帯電部材と、これら像担持
体及び帯電部材を一体的に収容するカートリッジ容器と
を備え、画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に装
着することを特徴とする。
【0023】さらに、画像形成装置は、前記像担持体
と、上述の帯電部材と、前記像担持体を露光して静電潜
像を形成する露光手段と、該静電潜像にトナーを付着さ
せてトナー像を形成する現像装置と、該トナー像を転写
材に転写する転写装置とを備えることを特徴とする。
【0024】画像形成装置は、また、少なくとも、前記
像担持体と請求項1記載の帯電部材とこれら像担持体及
び帯電部材を一体的に収容するカートリッジ容器とを有
するプロセスカートリッジと、前記プロセスカートリッ
ジを着脱自在に装着するための装着手段と、を備える、
ことを特徴とする。
【0025】
【作用】以上構成に基づき、発泡部材を被覆しているチ
ューブ引張応力を大きくすることによって、チューブを
介して発泡部材に伝達される外力が低減されるので、発
泡部材の塑性変形を主とする帯電部材のへたりを少なく
することが可能である。
【0026】
【実施例】以下、図面に沿って、本発明の実施例につい
て説明する。 〈実施例1〉図1は、本発明に係る帯電部材としての帯
電ローラ2の縦断面を示す模式図、また図2は一端側
の、芯金2aに沿った方向の断面を示す模式図である。
【0027】これらの図中、1は被帯電体(像担持体)
としての帯電極性がマイナスまたはプラスの回転式の感
光ドラムである。2は接触帯電部材としての帯電ローラ
であり、この帯電ローラ2は、支持部材としてのステン
レス等の金属でできた芯金2aとその周囲を囲繞する弾
性体2Bとによって構成されている。弾性体2Bは、上
述の芯金2aの外周に同心一体にローラ状に形成された
発泡部材(発泡層)2bと、この発泡部材2bの外周面
を囲繞するようにして被覆するチューブ2cと、チュー
ブ2cを覆う導電層2dと、導電層2dを覆う中抵抗層
と2eと、そしてさらに中抵抗層2eを覆う保護層2f
とによって構成されている。帯電ローラ2の外径は、1
2mmである。
【0028】発泡部材2bは、例えば、ポリスチレン、
ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリア
ミド系等の発泡部材や、EPDMやウレタンを発泡させ
た柔軟な部材に、カーボン、酸化錫などの導電性粉体を
分散させて体積抵抗率を低くした部材である。
【0029】チューブ2cは、ウレタン、ステンレスゴ
ム、ハイパロン等の熱可塑性エラストマーを用いてお
り、帯電ローラ2の全体の抵抗が適当な値になるよう
に、チューブ2cの抵抗値を決めればよい。
【0030】上述の発泡部材2bは、本実施例では発泡
させたポリウレタンにカーボンを分散させている。2
b′はこの発泡部材2bの気泡部(空気、窒素、アルゴ
ンガスなどの封入気泡)である。また、2gは発泡部材
2bとチューブ2cとの界面に形成される気泡(=ボイ
ド)である。
【0031】本実施例における帯電ローラ2の具体的な
仕様は下記の通りである。
【0032】芯金2a ;直径6mm、長さ256m
mのステンレス丸棒 発泡部材2b;カーボン分散の発泡エピクロルヒドリン
ゴム 比重量0.4g/cm3 体積抵抗値103 Ω・cm 層厚2.6mm、長さ230mm チューブ2c;ポリウレタン熱可塑性エラストマー 体積抵抗値107 Ω・cm 層厚250μm 導電層2d ;EPDMやウレタンに多量のカーボン、
酸化錫等の導電性粉体を分散させたもの 体積抵抗値105 Ω・cm 層厚10μm 中抵抗層2e;エピクロルヒドリンゴム 体積抵抗値109 Ω・cm 層厚180μm 保護層2f ;N−メトキシメチル化ナイロン 体積抵抗値109 Ω・cm 層厚5μm 帯電ローラ2の重量70g、硬度45°(アスカーC) 感光ドラム1に対する押圧力 総圧1000g 上述帯電ローラ2において、芯金2aからチューブ2c
へ電荷が一様に供給できずに、チューブ2c表面上での
帯電量が不均一になるのを防止するため、チューブ2c
の外周面に体積抵抗値の低い導電層2dを設けてある。
また、中抵抗層2eの外周面に設けた保護層2fは、感
光ドラム1の表層に対し相性の良い材料を使用すること
で、感光ドラム1、帯電ローラ2の表層の汚染を防ぐこ
とができる。
【0033】以下に、チューブ2cの引張応力と帯電ロ
ーラ2のへたり量との関係を調べた結果を示す。図3
は、チューブ2cの引張応力M100 と帯電ローラ2のへ
たり量(D1−D2)との関係を示す。また、図4は、
帯電ローラ2のへたり量の説明図である。
【0034】へたり量の測定は、測定対象となる帯電ロ
ーラ2を感光ドラム1に1000gの総圧で押圧したま
まの状態で、温度40℃、湿度95%の環境に1か月間
放置後の状態を調べる方法による。
【0035】また、引張応力の測定方法は、厚さ0.2
mm、幅10mmの試料について、引張部分を50mm
として、引張試験機によって測定を行った。なお、この
ときの引張速度は、50mm/minと、一定にした。
そして、試料の伸びが100%相当になった時点での荷
重を読取りこれをF100 とした。この値を断面積で割っ
たものを引張応力M100 である。
【0036】M100 〔kg重/cm2 〕=F100 〔kg
重〕/試料断面積〔cm2 〕 本実験結果によると、チューブ2cの引張応力M100
高くする程、帯電ローラ2のへたり量が少なくなるのが
わかる。これは、引張応力の強いチューブ2cが存在す
ることによって、帯電ローラ2が感光ドラム1に押圧さ
れたときの力がチューブ2c内で広い面積に分散され、
当接部分での帯電ローラ2の急激な変形が緩和されるた
めである。そして、へたり量が少なくなれば、これに応
じて、帯電不良や画像ぶれを抑えることができるのであ
る。
【0037】本実施例では、画像不良を起こさないへた
り量を0.2mm以下とし、この条件を満たすチューブ
2cの引張応力M100 を、100kg重/cm2 以上と
した。
【0038】以上説明したように、チューブ2cとし
て、その引張応力M100 が100kg重/cm2 以上の
ものを用いることにより、へたりが少なく、かつ表面性
に優れた帯電ローラ2を構成することができ、したがっ
て、帯電不良の発生を防止して、良好な画像を得ること
ができる。 〈実施例2〉図5に、実施例2の帯電ローラ10の縦断
面図を示す。本実施例の特徴は、実施例1の弾性体2B
に比べて、弾性体10Bの構成を単純化した点にある。
【0039】同図において、帯電ローラ10は、加圧ば
ね3により、感光ドラム1に押圧されており、高圧の電
源4から直流に交流を重畳した重畳電圧が、不図示の摺
動接点を介して、帯電ローラ10に印加される。帯電ロ
ーラ10の構成については、、支持部材としてのステン
レス等の金属でできた芯金10aとその周囲を囲繞する
弾性体10Bとによって構成されている。弾性体10B
は、上述の芯金10aの外周に同心一体にローラ状に形
成された発泡部材(発泡層)10bと、この発泡部材1
0bの外周面を囲繞するようにして被覆するチューブ1
0cと、さらにチューブ10cを覆う保護層10fとに
よって構成されている。
【0040】発泡部材10bと保護層10fについて
は、実施例1で述べたものと同様である。チューブ10
cについては、ウレタン、スチレンゴム、ハイパロン等
の熱可塑性エラストマーにカーボンを分散する際に、実
施例1で述べたものよりも小径化したカーボンを使用す
る等して、チューブ10c内でのカーボン分散の均一性
を高め、抵抗むらを改善したものを使用する。
【0041】本実施例においても、チューブ10cの引
張応力とへたり量との関係は、実施例1の図3で示した
ものとほぼ同様な関係を示す。これは、帯電ローラ2の
へたり量は、弾性体10Bの主要構成部材である発泡部
材10bに起因するものであり、チューブ10cより外
側に存在する層には、ほとんど依存しないためである。
【0042】したがって、本実施例においては、引張応
力M100 が100kg重/cm2 以上のチューブ10c
を用いたことにより、へたり量が少なく、かつ表面性も
良好なため、帯電不良もなく、かつ構成の簡単な帯電ロ
ーラ2を構成することができる。 〈実施例3〉図6を参照して、実施例3を説明する。
【0043】本実施例は、実施例1または実施例2で説
明した接触式の帯電部材もしくは帯電装置を像担持体の
帯電手段として用いている画像形成装置のプロセスカー
トリッジである。
【0044】本実施例のプロセスカートリッジは、像担
持体としてのドラム状の電子写真感光体(感光ドラム)
1、接触帯電部材としての帯電ローラ2、現像装置6、
クリーニング装置9の4つのプロセス機器をカートリッ
ジ容器Cに一体的に組み込んで構成されている。また、
プロセスカートリッジの装着先となる画像形成装置の装
置本体には、プロセスカートリッジを着脱自在に装着す
るための装着手段が設けられている(不図示)。
【0045】帯電ローラ2は実施例1または実施例2に
て説明したものを使用することができる。
【0046】現像装置6において、60は現像スリー
ブ、61はトナー(現像剤)Tの収容容器、62は収容
容器61内のトナー攪拌棒であり、トナーTを攪拌する
とともに現像スリーブ60に向けて送り出す。63は現
像スリーブ60上にトナーTを均一な厚さにコートする
ための現像ブレードである。
【0047】クリーニング装置9においては、90はク
リーニングブレード、91はクリーニングブレード90
にて回収されたトナーTを溜めるトナー溜めである。
【0048】11はプロセスカートリッジのドラムシャ
ッターであり、実線示の閉じ状態から点線にて示すよう
に開き状態に開閉自在である。ドラムシャッター11
は、プロセスカートリッジを画像形成装置の装置本体
(不図示)から取り出した状態においては実線示の閉じ
状態にあり、感光ドラム1の外部露出部分面を隠蔽して
感光ドラム1表面を保護している。
【0049】プロセスカートリッジを装置本体に接着す
るときは、ドラムシャッター11を点線のような開き状
態にする、あるいはプロセスカートリッジの装着過程で
ドラムシャッター11が自動的に開き動作し、プロセス
カートリッジが正規に装着されると、感光ドラム1の外
部露出部分面が画像形成装置本体側の転写ローラ(転写
装置、図7参照)8に圧接した状態になる。
【0050】またプロセスカートリッジと装置本体とが
機械的、電気的にカップリングして、装置本体側の駆動
機構でプロセスカートリッジ側の感光ドラム1、現像ス
リーブ60、攪拌棒62等の駆動が可能となり、また装
置本体側の電気回路によりプロセスカートリッジ側の帯
電ローラ2への帯電バイアスの印加、現像スリーブ60
への現像バイアスの印加等が可能となり、画像形成動作
を実行できる状態になる。
【0051】12はプロセスカートリッジのクリーニン
グ装置9と現像装置6との間に設けた露出用窓であり、
装置本体側のレーザスキャナー(不図示)からの出力レ
ーザ光(露光手段)5が、この露出用窓12を通過して
プロセスカートリッジ内に入光して、感光ドラム1表面
が走査露光される。
【0052】帯電ローラ2は前述したように、その引張
応力M100 が100kg重/cm2以上のものを用いる
ことによって、帯電不良のない高品位な画質が得られる
プロセスカートリッジを構成することが可能である。
【0053】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
帯電部材のチューブ部材として、引張応力が100kg
重/cm2 以上のものを使用することにより、チューブ
を介して発泡部材に伝達されようとする外力を分散させ
て低減することができるので、へたりが少なく、かつ表
面性がよくなり、したがって、帯電不良を防止し、常に
安定した均一な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の帯電部材の縦断面を示す模式図。
【図2】同じく帯電部材の端部近傍の、芯金方向の断面
を示す模式図。
【図3】チューブの引張応力と帯電ローラのへたり量と
の関係を示す図。
【図4】へたり量の説明図。
【図5】実施例2の帯電部材の縦断面を示す模式図。
【図6】実施例3のプロセスカートリッジの構成を示す
縦断面。
【図7】従来の画像形成装置の感光ドラム近傍を示す模
式図。
【図8】従来の帯電ローラの構成を示す縦断面図。
【図9】帯電ローラの作製方法を示す図。
【図10】帯電ローラの他の作製方法を示す図。
【符号の説明】
1 像担持体(被帯電体、感光ドラム) 2、10 帯電部材(帯電ローラ) 2B、10B 弾性体 2a、10a 支持部材(芯金) 2b、10b 発泡部材(弾性体) 2b′ 気泡部 2c、10c チューブ部材(チューブ) 2d 導電層 2e 中抵抗層 2f、10f 保護層 2g ボイド 3 加圧ばね 4 電源 5 露光手段(出力レーザ光) 6 現像装置 7 転写材 8 転写装置 9 クリーニング装置 C カートリッジ容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾島 磨佐基 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 佐藤 博 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 居波 聡 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 佐野 哲也 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−52177(JP,A) 特開 平3−43238(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G03G 15/02 G03G 15/16 G03G 21/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持部材によって保持された弾性体を像
    担持体に接触させ、前記支持部材に帯電電圧を印加して
    前記弾性体を介して像担持体を帯電する帯電部材におい
    て、 前記弾性体が、前記支持部材によって支持された発泡部
    材と、 該発泡部材を囲繞するとともに前記像担持体に直接また
    は他層を介して接触する抵抗層としてのチューブ部材と
    を備え、 該チューブ部材は、厚さ0.2mm、幅10mmの試料
    について、50mmの引張部分を、引張速度50mm/
    minで引っ張った時の100%伸び時の引張応力が、
    100kg重/cm以上である、 ことを特徴とする帯電部材。
  2. 【請求項2】 少なくとも、前記像担持体と、 請求項1記載の帯電部材と、 これら像担持体及び帯電部材を一体的に収容するカート
    リッジ容器とを備え、 画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に装着する、 ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  3. 【請求項3】 前記像担持体と、 請求項1記載の帯電部材と、 前記像担持体を露光して静電潜像を形成する露光手段
    と、 該静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現
    像装置と、 該トナー像を転写材に転写する転写装置とを備える、 ことを特徴とする画像形成装置。
  4. 【請求項4】 少なくとも、前記像担持体と請求項1記
    載の帯電部材とこれら像担持体及び帯電部材を一体的に
    収容するカートリッジ容器とを有するプロセスカートリ
    ッジと、 前記プロセスカートリッジを着脱自在に装着するための
    装着手段と、を備える、 ことを特徴とする画像形成装置。
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