JP3246850B2

JP3246850B2 - 帯電部材、及びそれを用いたプロセスカートリッジ及び画像形成装置

Info

Publication number: JP3246850B2
Application number: JP10390195A
Authority: JP
Inventors: 淳一加藤; 聡居波; 淳鈴木; 温敏安藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: JPH08297393A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やプリンター
等、電子写真方式を利用した画像形成装置の帯電装置に
関する。

【０００２】更に、支持部材上に導電性ゴム等よりなる
一層以上の層を設け、表面を感光ドラムに接触させて電
圧を印加することによって感光ドラムを帯電させる接触
帯電装置における帯電部材、及びそれを有するプロセス
カートリッジ及び画像形成装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】図４は従来の画像形成装置の一例を表し
た図である。同図において、１７は画像形成装置本体で
ある。１は潜像担持体たる円筒状の感光ドラムであり、
その軸を中心に一方向に回転する。該感光ドラム１は帯
電装置（帯電部材）２にその表面を一様に帯電された
後、露光装置１５により潜像を形成される。また、現像
装置６はトナー７の貯蔵・保管を行うホッパー８と、現
像剤担持体たる現像スリーブ３とを備えており、感光ド
ラム１上に形成した潜像トナー７を供給して可視化す
る。なお、現像スリーブ３の近傍には現像剤規制部材た
る現像ブレード４が配置されている。そして、感光ドラ
ム１と現像スリーブ３の間には直流バイアスに交流バイ
アスを重畳したバイアス供給電源（不図示）が接続され
ており、適正な現像バイアスを与えるようになってい
る。

【０００４】このように、トナー７により可視化された
感光ドラム１の像は転写装置９により転写材１２に転写
される。まず、カセット１３の転写材１２は給紙ローラ
１４で給紙され、レジストローラ（不図示）により感光
ドラム１上の像と同期が取られて転写装置９に送られ
る。そして、転写材１２に転写されたトナー７による可
視像は、転写材１２と共に定着装置１６に搬送され、熱
もしくは圧力により定着され、記録画像になる。一方、
転写後に転写されず感光ドラム１上に残った現像剤はク
リーニングブレード１０を有するクリーニング装置１１
により除かれ、廃トナー容器１８に蓄積される。その
後、感光ドラム１表面は再び帯電装置２により帯電され
上述の工程を繰り返す。

【０００５】図４を用いて従来の画像形成装置の帯電装
置について詳述する。

【０００６】接触帯電装置は、電圧を印加した帯電部材
２を感光ドラム１に当接させて、感光ドラム１に電荷を
直接的に転移させて感光ドラム表面を所定の電位に帯電
するので、帯電装置として従来より広く利用されている
コロナ放電装置に比べて、感光ドラム面に所望の電位を
得るのに必要とされる印加電圧の低電圧化が図れるこ
と、帯電過程で発生するオゾン量が極微量であること、
構成が簡単である等の利点を有しているため、感光体、
誘電体等の像担持体、その他の感光ドラムを帯電処理す
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、実用化されている。

【０００７】この接触帯電方法または装置に関して、均
一な帯電処理のため、交流電圧に直流電圧を重畳した振
動電圧を接触帯電部材に印加し、この接触帯電部材を感
光ドラム１に当接させて帯電を行う方式がある。

【０００８】ここで接触帯電装置の帯電部材たる帯電ロ
ーラ２について詳述する。図５に示すように、帯電ロー
ラは芯金２１上に導電性ゴム等よりなる弾性層（弾性
体）２２を設け、その上に抵抗層たる表層２３を設けた
構成になっている。

【０００９】また、帯電ローラ２は、バネ２６により押
圧された軸受け２４により、所定の圧で感光ドラム１に
押しつけられ、固定されている。このとき片側または両
側の軸受けを、導電性の物質を用いた導電性軸受けとし
て、電源２７より導通を取る場合もある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例で
は、図６に示すように、帯電ローラ端部では、表層塗工
時に表層塗料が溜り易いため、帯電ローラの他の部分に
くらべて盛り上りや凹み等の変形部分４１が生じ易い。
このような帯電ローラの形状により、図７のように感光
ドラム１に帯電ローラ２を押圧したときに空隙４２が生
じる。この空隙４２で帯電時の放電が他の領域に比べて
大きくなる現象が発生する。これらの現象が起こった領
域の感光ドラム表面は他の領域よりも特に劣化し易くな
り、この部分をクリーニングブレード等が他の部分と同
様に擦過しても、その削れ量はより大きなものとなる。

【００１１】また一般に、感光ドラムの端部では感光層
膜厚が中央部よりも不均一であり、端部の感光層が立ち
上がる部分は膜厚が薄いということも端部削れを押し進
める一つの要因となる。更に、帯電ローラの端部は感光
ドラムの感光層が立ち上がる部分に当接する場合が少な
くない。近年においては、個人用小型プリンター等に使
用される画像形成装置の小型化が進むにつれ、感光ドラ
ムや帯電ローラの長手寸法も画像形成幅（画像領域）ギ
リギリまで短く設計せざるを得ないからである。これら
の要因が重なり、感光ドラム端部での摩耗は著しく進行
する。また、このまま摩耗が進むとその摩耗スピードが
速い感光ドラム端部で耐圧低下が発生し、その部分に電
流が集中し、感光ドラム長手全域均一に帯電できず、カ
ブリが発生する。

【００１２】帯電ローラ端部側面にまで表層たる抵抗層
が及ぶ場合、図９に示すように、帯電ローラ端部におい
ては、表層が側面を覆うことによって、中央部ではｄ₁
の厚みの表層の影響を考慮すればいいのに対して、帯電
ローラ端部において、表層材料が端部側面を覆っている
場合、ｄ₂ の厚みの表層の影響を受けることになる。従
って、表層の硬度が基材の硬度に比較して相対的に高い
場合、帯電ローラ端部は他の部分に比べて硬度が高くな
る。

【００１３】帯電ローラ端部の硬度が高くなった場合、
端部でのドラムへの当接が均一でなくなり、前に述べた
ような空隙が生じ、ドラム削れを生じさせる。更に、帯
電ローラ端部の硬度が高くなった場合、図８のように端
部に押圧して帯電ローラを固定した場合、帯電ローラ端
部の硬度の高い部分を支点にして、中央部に向かって、
帯電ローラの浮きが生じる。このように帯電ローラ中央
部が浮いてしまった場合、浮いた部分では放電領域の面
積が広がり、感光ドラム削れがそれ以外の部分に比べて
顕著になる。従って、浮いた部分ではそれ以外の部分よ
りも画像欠陥が生じ易くなってしまう。

【００１４】また、帯電ローラ中央部に浮きを生じる
と、中央の浮いた部分において転写残トナーの内、更に
クリーニングブレードをもすり抜けてきたトナーや、感
光ドラム表層が放電によるアタックにより削れた際に生
じる削れ粉が付着する可能性が高くなる。このような粉
体が付着し、中央部に堆積することによって、帯電ロー
ラ中央部の抵抗がそれ以外の部分よりも高くなり、その
結果、長手中央部での帯電不良を起こし易くなってしま
う。

【００１５】本発明の目的は、端部の硬度を小さく抑
え、ドラム削れ及び帯電不良を防止した帯電部材、及び
それを有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置を
提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち、第１の本発明
は、支持部材と該支持部材により保持された弾性体を有
し、該弾性体を像保持体に接触させ、該支持部材に電圧
を印加することによって該像担持体を帯電する帯電部材
において、該弾性体を覆う抵抗層としての表層を有し、
かつ、該弾性体端部が該支持部材に対して９０度未満の
角度θを持った傾斜を描き、該角度θが帯電部材表面の
国際ゴム硬度（ＩＲＨＤ）Ｗとの間に、Ｗをｃｏｓθで
割った値が９０未満であるという関係を満たすことを特
徴とする帯電部材である。該構成により、帯電部材の端
部の硬度を小さく抑え、ドラム削れ及び帯電不良を防止
している。

【００１７】第２の本発明は、支持部材と該支持部材に
より保持された弾性体を有し、該弾性体を像保持体に接
触させ、該支持部材に電圧を印加することによって該像
担持体を帯電する帯電部材において、該弾性体端部が該
支持部材に対して９０度未満の角度θを持った傾斜を描
き、該支持体表面上の傾斜の付き始めの点と傾斜線の延
長線と支持部材が交差する点との間に、支持部材に対し
て略垂直な面を有し、該略垂直な面を除いた該弾性体の
表面に抵抗層としての表層を有し、該略垂直な面には抵
抗層としての表層を有しないことを特徴とする帯電部材
である。該構成により、帯電部材の端部の硬度を小さく
抑え、ドラム削れ及び帯電不良を防止している。

【００１８】第３の本発明は、少なくとも像担持体と、
請求項１または２記載の帯電部材と、該像担持体及び帯
電部材を一体にして収容するカートリッジ容器とを有
し、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である。該構
成により、ドラム削れを防止し、長寿命で、しかも帯電
不良を防止している。

【００１９】また、第４の本発明は、像担持体と、請求
項１または２記載の帯電部材と、像担持体を露光して静
電潜像を形成する露光手段とを有することを特徴とする
画像形成装置である。ドラム削れを防止し、長寿命で、
しかも帯電不良を防止している。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）図１に本発明の第一実施例の帯電ローラ２
の端部の断面図を示す。

【００２１】この帯電ローラ２は、支持部材としてのス
テンレス等の材質の芯金２１と、この芯金２１の外周に
同心一体にローラ状に形成した弾性層（弾性体）２２
と、この弾性層２２の外周面を覆う抵抗層たる表層２３
を設けたものである。

【００２２】本実施例の特徴とするところは、弾性層２
２の端部が芯金２１に対して９０度未満の角度θを形成
するように傾斜を設けてあり、この角度θが帯電ローラ
２の表面の国際ゴム硬度（ＩＲＨＤ）Ｗとの間に、Ｗを
ｃｏｓθで割った値が９０未満であるという関係を満た
すことにある。これにより、帯電ローラ２端部の硬度を
小さく抑えることが可能となる。

【００２３】弾性層２２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
ド系等の発泡体や、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエ
ンの３元共重合体）を発泡させた柔軟な部材に、カーボ
ン、酸化錫等の導電性粉体を分散させて体積抵抗率を調
整した層である。

【００２４】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。

【００２５】抵抗層としての表層２３としては、フッ化
ビニリデン系ゴム、四フッ化エチレン−プロピレンゴ
ム、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム等のゴム
や、フッ化樹脂等にカーボン、酸化錫等を分散したもの
を用いる。本実施例では、ウレタンゴムにカーボンを分
散したものを用いた。

【００２６】本実施例における帯電ローラの仕様は以下
のとおり。

【００２７】芯金２１：直径６ｍｍ、長さ２６０ｍｍの
ステンレス丸棒。

【００２８】弾性層２２：発泡ウレタンにカーボンを分
散した。

【００２９】体積抵抗値１０⁵ Ω・ｃｍ層厚２．８ｍｍ、長さ２３０ｍｍ端部に角度θ＝２５°の傾斜を形成した。

【００３０】抵抗層２３：ウレタンゴムにカーボンを分
散した。

【００３１】体積抵抗値１０⁸ Ω・ｃｍ層厚ｄ₁ ＝１００μｍこの構成で、帯電ローラ２の表面の高分子計器製マイク
ロゴム硬度計ＭＤ−１型により測定した国際ゴム硬度
（ＩＲＨＤ）Ｗは、７２度であった。これから、Ｗ／ｃ
ｏｓθ＝７２／ｃｏｓ２５°＝７９．４であり、９０未
満であった。

【００３２】この帯電ローラを図５の従来の帯電ローラ
と同様に芯金２１の両端部を軸受け２４を保持させ、か
つ加圧バネ２６で感光ドラム１の方向へ押圧付勢させて
感光ドラム１表面に所定の押圧力、本実施例では総圧
９．８Ｎで圧接させてあり、感光ドラム１の回転に伴い
従動回転する。この帯電ローラ２にはバイアス電源２７
から、芯金２１に接触させた摺動電極２５を介して、交流電圧：２．０ｋＶｐｐ、３５０Ｈｚ直流電圧：目標帯電位に相当する直流電圧との重畳振動電圧（Ｖａｃ＋Ｖｄｃ）（帯電バイアスと
呼ぶ）が印加される。これにより感光ドラム１の表面が
ＡＣ印加方式で目標帯電電位に均一に接触帯電処理され
る。

【００３３】この帯電ローラによれば、端部の硬度が高
くなることがないので、端部での感光ドラムへの当接が
均一になり、端部でのドラム削れの発生はなかった。更
に、長手に渡って均一に当接するので長手中央部での帯
電不良の発生もなかった。

【００３４】この効果のあらわれるのは次の理由によ
る。

【００３５】帯電ローラ端部が芯金２１に対して９０度
の角度を形成するとき、表層２３の影響は図９に示した
ようにｄ₂ の分だけ受けることになるが、帯電ローラ端
部が芯金に対してθの角度を形成する本実施例の場合に
は、帯電ローラ端部の硬度上昇は、図１に示したように
ｄ₃ ＝ｄ₁ ／ｃｏｓθの分しか影響を受けないことにな
る。これにより、帯電ローラ端部の硬度上昇が小さく抑
えられるため、前に述べたような効果を奏する。

【００３６】帯電ローラ２の表面の硬度は、同一の材質
であれば表層２３の膜厚にほぼ比例するので、帯電ロー
ラ２の端部の硬度は上の関係式から、ほぼＷ／ｃｏｓθ
程度となる。本件発明者らが、表層２３の膜厚と弾性層
２２の端部の角度θを変え実験したところによれば、Ｗ
／ｃｏｓθが９０未満という関係を満たせば、帯電ロー
ラ２の端部の硬度上昇については問題なく、前に述べた
効果が奏されるということが見出された。

【００３７】（実施例２）図２に本発明の第２の実施例
の帯電ローラ２の端部の断面図を示す。

【００３８】この帯電ローラ２は、支持部材としてのス
テンレス等の材質の芯金２１と、この芯金２１の外周に
同心一体にローラ状に形成した発泡体の弾性層（弾性
体）２２と、この弾性層２２の外周面を覆う抵抗層とし
ての表層２３を設けたものである。

【００３９】本実施例の特徴とするところは、弾性層２
２の端部において、芯金２１に対して９０度未満の角度
θを形成するように傾斜を設けてあり、この傾斜の付き
始めの点Ａと、傾斜線の延長線ｐが芯金２１と交差する
点Ｂとの間に、芯金２１に略垂直な面を形成したもので
あり、この略垂直な面を除いた弾性層２２の外周面を覆
うように抵抗層としての表層２３を設けたものである。

【００４０】これにより、帯電ローラ２の端部に発泡体
からなる弾性層２２を露出させたことにより、帯電ロー
ラ２端部に力を受けた時に表層２３がつっ張ってしまっ
て変形しなくなることがなくなり、弾性層２２の弾性が
生かされることになる。また、この露出面を除いた弾性
層２２の外周面を覆うように抵抗層としての表層２３を
設けているので、帯電ローラ２端部からの帯電バイアス
のリークは生じない。

【００４１】本発明における帯電ローラの仕様は以下の
とおり。

【００４２】芯金２１：直径８ｍｍ、長さ３３０ｍｍの
ステンレス丸棒弾性層２２：ＥＰＤＭ発泡体にカーボンを分散した。

【００４３】体積抵抗値１０⁶ Ω・ｃｍ層厚３．４ｍｍ、長さ３１０ｍｍ端部に角度θ＝３０°の傾斜を形成した。

【００４４】抵抗層２３：エピクロルヒドリンゴムにカ
ーボンを分散した。

【００４５】体積抵抗値１０⁷ Ω・ｃｍ層厚２００μｍ芯金２１の上に、弾性層２２を形成し、弾性層２２の端
部を研摩により、角度θ＝３０°の傾斜を形成し、その
上に抵抗層２３を全体に塗布した後、傾斜部の途中で芯
金２１長手方向に垂直な面で切除して、図２に示すよう
な形状の帯電ローラ２を作製した。

【００４６】この構成で、図５の従来の帯電ローラと同
様に芯金２１の両端部を軸受け部材２４で保持させ、か
つ加圧バネ２６で感光ドラム１の方向へ押圧付勢させて
感光ドラム１表面に所定の押圧力、本実施例では総圧
９．８Ｎで圧接させてあり、感光ドラム１の回転に伴い
従動回転する。この帯電ローラ２にはバイアス電源２７
から、芯金２１に接触させた摺動電極２５を介して、−
１３００Ｖの直流電圧が印加される。

【００４７】これにより、感光ドラム１の表面が均一に
接触帯電処理される。

【００４８】この帯電ローラによれば、端部の硬度が高
くなることがないので、端部での感光ドラムへの当接が
均一になり、端部でのドラムの削れの発生はなかった。
更に、長手に渡って均一に当接するので長手中央部での
帯電不良の発生もなかった。

【００４９】（実施例３）図３に本発明のプロセスカー
トリッジの断面図を示す。

【００５０】トナー７の貯蔵・保管を行うホッパー６
と、現像材担持体としての現像スリーブ３とを備えてお
り、現像ブレード４により規制されたトナー７により、
感光ドラム１上に形成した潜像を可視化する現像装置
を、現像プロセスユニット１０２とし、感光ドラム１、
帯電ローラ２、及びクリーニング装置１１を一体化して
画像形成プロセス・クリーニングユニット１０１とした
ものである。更に上記２つのユニットをプロセスカート
リッジとしてもよい。これらプロセスユニットからなる
カートリッジを装置本体に着脱自在な構成として設置す
る。

【００５１】ここで、このプロセスカートリッジに用い
られる帯電ローラ２としては、実施例及び実施例２の帯
電ローラが用いられる。

【００５２】このプロセスカートリッジを、画像形成装
置に取り付けると、画像形成装置より感光ドラム１、現
像スリーブ３の駆動が与えられ、帯電ローラ２、現像ス
リーブ３へバイアスが印加されると共に像形成のための
露光を与えることにより、画像形成が行れる。この像を
転写ローラ９により、転写材１２に転写する。転写材１
２は、定着装置１６に搬送され、熱または圧力により定
着され、記録画像となる。本実施例によれば、帯電ロー
ラ２として端部の硬度が高くならないローラを用いたの
で、端部での感光ドラムへの当接が均一になり、端部で
のドラム削れの発生はなかった。これにより、プロセス
カートリッジの長寿命化が図られる。更に、長手に渡っ
て均一に当接するので長手中央部での帯電不良の発生も
なかった。

【００５３】

【発明の効果】第１の本発明によれば、支持部材と該支
持部材により保持された弾性体を有し、該弾性体を像保
持体に接触させ、該支持部材に電圧を印加することによ
って該像担持体を帯電する帯電部材において、該弾性体
を覆う抵抗層としての表層を有し、かつ、該弾性体端部
が該支持部材に対して９０度未満の角度θを持った傾斜
を描き、該角度θが帯電部材表面の国際ゴム硬度（ＩＲ
ＨＤ）Ｗとの間に、Ｗをｃｏｓθで割った値が９０未満
であるという関係を満たすことを特徴とする帯電部材と
することにより、帯電部材の端部の硬度を小さく抑え、
ドラム削れ及び帯電不良を防止する効果がある。

【００５４】第２の本発明によれば、支持部材と該支持
部材により保持された弾性体を有し、該弾性体を像保持
体に接触させ、該支持部材に電圧を印加することによっ
て該像担持体を帯電する帯電部材において、該弾性体端
部が該支持部材に対して９０度未満の角度θを持った傾
斜を描き、該支持体表面上の傾斜の付き始めの点と傾斜
線の延長線と支持部材が交差する点との間に、支持部材
に対して略垂直な面を有し、該略垂直な面を除いた該弾
性体の表面に抵抗層としての表層を有し、該略垂直な面
には抵抗層としての表層を有しないことを特徴とする帯
電部材とすることにより、帯電部材の端部の硬度を小さ
く抑え、ドラム削れ及び帯電不良を防止する効果があ
る。

【００５５】第３の本発明によれば、少なくとも像担持
体と、請求項１または２記載の帯電部材と、該像担持体
及び帯電部材を一体にして収容するカートリッジ容器と
を有し、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とするこ
とにより、ドラム削れを防止し、長寿命で、しかも帯電
不良を防止したプロセスカートリッジを提供できるとい
う効果がある。

【００５６】また、第４の本発明によれば、像担持体
と、請求項１または２記載の帯電部材と、像担持体を露
光して静電潜像を形成する露光手段とを有することを特
徴とする画像形成装置とすることにより、ドラム削れを
防止し、長寿命で、しかも帯電不良を防止した画像形成
装置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の帯電ローラの断面図であ
る。

【図２】本発明の第２実施例の帯電ローラの断面図であ
る。

【図３】本発明の第３実施例のプロセスカートリッジの
断面図である。

【図４】従来の画像形成装置の断面図である。

【図５】従来の接触帯電装置の構成を表わす図である。

【図６】従来の帯電ローラの端部形状を表わす図であ
る。

【図７】従来の帯電ローラを用いたときの感光ドラム削
れを説明する図である。

【図８】従来の帯電ローラを用いたときの帯電ローラの
浮きを説明する図である。

【図９】従来の帯電ローラの断面図である。

【符号の説明】

１感光ドラム（像保持体）２帯電ローラ、帯電装置（帯電部材）２１芯金（支持部材）２２弾性層（弾性体）２３表層

フロントページの続き (72)発明者安藤温敏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)参考文献特開平８−160714（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−208877（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】支持部材と該支持部材により保持された
弾性体を有し、該弾性体を像保持体に接触させ、該支持
部材に電圧を印加することによって該像担持体を帯電す
る帯電部材において、該弾性体を覆う抵抗層としての表
層を有し、かつ、該弾性体端部が該支持部材に対して９
０度未満の角度θを持った傾斜を描き、該角度θが帯電
部材表面の国際ゴム硬度（ＩＲＨＤ）Ｗとの間に、Ｗを
ｃｏｓθで割った値が９０未満であるという関係を満た
すことを特徴とする帯電部材。
【請求項２】支持部材と該支持部材により保持された
弾性体を有し、該弾性体を像保持体に接触させ、該支持
部材に電圧を印加することによって該像担持体を帯電す
る帯電部材において、該弾性体端部が該支持部材に対し
て９０度未満の角度θを持った傾斜を描き、該支持体表
面上の傾斜の付き始めの点と傾斜線の延長線と支持部材
が交差する点との間に、支持部材に対して略垂直な面を
有し、該略垂直な面を除いた該弾性体の表面に抵抗層と
しての表層を有し、該略垂直な面には抵抗層としての表
層を有しないことを特徴とする帯電部材。
【請求項３】少なくとも像担持体と、請求項１または
２記載の帯電部材と、該像担持体及び帯電部材を一体に
して収容するカートリッジ容器とを有し、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。
【請求項４】像担持体と、請求項１または２記載の帯
電部材と、像担持体を露光して静電潜像を形成する露光
手段とを有することを特徴とする画像形成装置。