JP3656683B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真技術を用いて画像を形成するプリンター、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子写真技術を用いた画像形成装置は、外周面に感光層を有する感光体と、この感光体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像に現像剤であるトナーを付与して可視像（トナー像）とする現像手段と、この現像手段により現像されたトナー像を用紙等の転写媒体に転写させる転写手段とを有している。
【０００３】
感光体としては、外周面に感光層が形成された硬質の感光体ドラムと、表面に感光層が形成された可撓性を有する感光体ベルトとが一般に知られている。
【０００４】
また、帯電手段、現像手段、および転写手段としては、それぞれ、前記感光体の表面に接触させるローラ状のものが知られており、そのローラとしては、硬質のものと軟質ゴムからなるものとが知られている。
【０００５】
感光体として硬質の感光体ドラムを用い、またこれに接触させるローラとしても硬質のものを用いる場合には、感光体ドラムおよび硬質ローラを高精度に製造するには自ずと限界があり、必ず誤差が生ずるから、両者を均一に接触させることは困難である。両者が均一に接触しないと、局部的に隙間が生じて帯電むら、現像むら、転写むらが生じたり、必要以上に強く圧接されて感光ドラムや硬質ローラに傷がついたりするという問題が生ずる。
【０００６】
したがって、感光体とこれに接触させるローラとを両者とも硬質のもので構成するということは通常行なわれておらず、感光体として硬質の感光体ドラムを用いる場合には、ローラを軟質ゴムで構成する、ローラとして硬質のものを用いる場合には、感光体として可撓性を有する感光体ベルトを用いる、ということが行なわれている。
【０００７】
しかしながら、感光体に接触させるローラを軟質ゴムで構成した場合には、次のような問題があった。
【０００８】
感光体に接触させる帯電ローラ等をゴムローラで構成する場合には、これに導電性を付与するために、カーボン等の導電性粒子を分散させるということが行なわれるが、カーボン分散度のムラやバラツキでゴム硬度が変化し、ローラ表面における硬度がばらつくために、感光体に対する良好な密着状態が得られなくなるという問題があった。
【０００９】
逆に、感光体に対する良好な密着状態を得るべく、カーボンの分散量を小さくすると、導電性にバラツキが生じ、帯電むらの原因になるという問題があった。
【００１０】
また、柔軟性を高めるために、配合剤として可塑剤を加えたものを用いると、長期間の使用や使用環境によって、可塑剤が表面に滲み出してくる場合があり、この可塑剤が感光体に付着して感光体中の光導電材料が変性したり、ローラに感光体が張り付いて感光体表面が剥がれてしまうという問題があった。
【００１１】
このような問題は、ローラとして硬質のものを用い、感光体として可撓性を有する感光体ベルトを用いることにより解決することができる。
【００１２】
しかしながら、感光体として感光体ベルトを用いた場合には、これを支持するために少なくとも２本の支持ローラが必要なために、構造が複雑になるばかりでなく装置が大型化してしまうという問題があった。
【００１３】
以上のような問題を全て解決しようとしたものとして、従来、特公平４−６９３８３号（特開昭５９−１９２２６０号）公報記載の感光体ドラムが知られている。
【００１４】
この特公平４−６９３８３号公報記載の感光体ドラムを、図８〜図１０に示す。
【００１５】
この感光体ドラム１は、回転軸２と、この回転軸２に支持され、かつフリー状態で円筒状をなす弾性変形可能な弾性材料層３と、この弾性材料層３のまわりに装着された外側層４とを有している。外側層４は、弾性変形可能な感光体支持層５と、この支持層５の表面に支持された感光層６とを有している。弾性材料層３は、回転軸２と外側層４との間に、実質的に隙間を形成することなく充填されている。
【００１６】
このような感光ドラム１は、弾性変形可能な外側層４と、弾性材料層３とを有しているため、その表面に外力が加えられると、この表面は弾性変形することが可能である。
【００１７】
図８において、７は帯電チャージャ、１０は現像ローラ、１３は転写チャージャである。
【００１８】
画像形成時には、感光体ドラム１が図８における時計方向に回転駆動され、帯電チャージャ７によってドラム１の感光層６が所定の極性に帯電される。この帯電部分に光８が照射されることによりドラム１上に静電潜像が形成される。この潜像は、図中矢印方向に回転する現像ローラ１０に担持されるトナーにより現像されて可視像化され、転写チャージャ１３によって転写紙１２に転写される。
【００１９】
なお、図８において、１４は分離チャージャ、１５はクリーニングブレード、１６は除電チャージャである。
【００２０】
以上のような構成によれば、感光ドラム１の表面が弾性変形可能であるため、現像ローラ１０を感光体ドラム１に押し付け、感光ドラム１の表面をその半径方向に弾性変形させることができる。このため、感光ドラム１および現像ローラ１０の周面がその中心軸線に対し多少偏心し、あるいはこれらの外径に多少製造上のバラツキがあったり、また、現像ローラ１０の少なくとも表面が剛体からできていても、ドラム表面や現像ローラに傷を付けるといった不都合を伴うことなく、現像ローラ１０上のトナーを感光体ドラム１に従来よりも確実かつ安定した状態で接触させることができ、現像ローラ１０上のトナーと、ドラム１の表面とに大きな間隙ができることによる可視像の画質低下を抑制することができる。
【００２１】
すなわち、この感光ドラム１によれば、硬質の現像ローラを用いても、感光ドラムや現像ローラに傷がつくということがなく、また、装置の大型化も防止することができる。
【００２２】
なお、この感光ドラムと同様な感光ドラムは、特開昭５８−９０６５５号公報にも開示されている。
【００２３】
一方、特開昭５８−８６５５０号公報には、軽量化および誘導渦電流の発生防止を図る目的で、図１１に示すように、電鋳法によって作成した厚さ０．０１〜２ｍｍの非磁性金属からなる無端ベルトをドラム基体３１とし、このドラム基体３１の上に像担持層（光導電性物質層）３２を形成し、ドラム基体３１の両端を円板状の端板３３で支持したドラム状像担持体部材が開示されている。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公平４−６９３８３号公報記載の感光体ドラム１（図８〜図１０参照）は、回転軸２と外側層４との間に、弾性材料層３を、実質的に隙間を形成することなく充填した構成であるため、次のような問題を有している。
【００２５】
すなわち、このような感光体ドラム１を製造する方法としては、
（１）先ず、感光層支持層５上に感光層６を形成した外側層４を作製し、次いで、軸２と外側層４とを所定間隔になるように配置し、軸２と外側層４との空間に、加熱された弾性材料を流し込んで弾性材料層３を形成することにより製造する方法
（２）先ず、軸２と感光体支持層５とを所定間隔になるように配置して軸２と感光体支持層５との空間に、加熱された弾性材料を流し込んで弾性材料層３を形成し、次いで、感光層支持層５上に感光層６を形成することにより製造する方法
（３）外側層４の内径よりも多少大きな外径を有する筒状弾性部材を作製し、この筒状弾性部材を、径方向に圧縮した状態で外側層４内に挿入することによって弾性材料層３を形成することにより製造する方法
が考えられる。
【００２６】
しかし、上記（１）の方法では、外側層４の表面に感光層６が形成された状態で、外側層４の内部に、加熱した弾性材料を流し込むという作業が行なわれることとなるから、熱等によって感光体特性が劣化するという問題がある。また、感光層６の表面に傷が付いたり、異物（弾性材料等の異物）が付着するおそれがある。
【００２７】
上記（２）の方法では、弾性材料層３が形成された後に感光層６が形成されることとなるから、感光層塗工時の洗浄液や塗工液によって弾性材料層３の膨潤、溶解、あるいは硬化が生じ、その結果、弾性材料層としての機能が低下するおそれがある。
【００２８】
したがって、上記（１）（２）の方法では所望の感光体ドラム１を得ることが極めて困難である。
【００２９】
また、上記（３）の方法では、筒状弾性部材が圧縮状態から解放されて外側層４に向け膨張する過程で、不均一に膨張するおそれがある。このため、軸２と外側層４との同軸度が損なわれ、感光体ドラム１が回転した際の振れが非常に大きくなるおそれがある。画像形成装置においては、感光体の周囲に、感光体と当接する帯電手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段等の当接部材が配置されるため、感光体の振れが大きくなると、感光体と当接部材との接触状態が不安定になり、画像ムラが発生するという問題が生じる。
【００３０】
一方、特開昭５８−８６５５０号公報に開示されたドラム状像担持体部材（図１１参照）は、そのドラム基体３１の厚さが０．０１〜２ｍｍと薄手のものであるため、その中央部分をオペレータが誤って押圧してしまうと破損してしまうという問題がある。この種の像担持体は通常、交換部品であるため、その取扱いによって破損するおそれがあると、交換作業が極めて行ない難くなってしまう。
【００３１】
本発明の目的は以上のような問題を解決し、硬質ローラとの確実で安定した接触状態を得ることが可能であるとともに、取扱い性に優れ、しかも小型化可能な画像形成装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の画像形成装置は、外周面に感光層が形成された可撓性を有する薄肉円筒状の像担持体と、この像担持体の両端部を支持する一対の支持部材と、前記像担持体の内径よりも小さな外径を有し、前記像担持体の内方に配置された剛性の円筒部材と、前記像担持体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像を現像する現像手段と、この現像手段により現像された像を転写媒体に転写させる転写手段とを備え、
前記円筒部材は、その外周面と前記像担持体の内周面との間に、前記像担持体の許容変形量よりも小さな間隔を隔てて配置されているとともに、前記帯電手段は、前記像担持体と接触して像担持体の内周面が前記円筒部材の外周面と当接するまで像担持体を内方に撓ませ、かつモータで直接または歯車等を介して駆動されて像担持体の周速と同一の周速度で像担持体の外周面に当接して回転する、逆クラウン形状の硬質の高抵抗樹脂ローラまたは表面に高抵抗層をもつ金属ローラで構成されており、
さらに、前記帯電手段は、前記逆クラウン形状における当該クラウン量よりも大きな量で前記像担持体に対して押圧されているとともに、前記像担持体の両端が弾性突起を介して前記円筒部材上に支持されていることを特徴とする。
【００３３】
【作用効果】
本発明の画像形成装置によれば次のような作用効果が得られる。
【００３４】
（ａ）外周面に感光層が形成された像担持体と、この像担持体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像を現像する現像手段と、この現像手段により現像された像を転写媒体に転写させる転写手段とを備えているので、上記像担持体上に像を形成し、あるいは担持させて画像を形成することができる。
【００３５】
（ｂ）像担持体は、可撓性を有する薄肉円筒状であり、その両端部が一対の支持部材によって支持された構成となっているので、像担持体は、支持部材によって支持されていない中央部分が内方に変形可能である。
【００３６】
したがって、この像担持体の中央部分は、いわば疑似軟質材として利用することが可能であるため、これに当接される帯電手段等が硬質ローラであっても、確実で安定した接触状態を得ることができ、確実に像担持体上に像を形成し、あるいは像を担持させることができる。
【００３７】
この発明の画像形成装置では、帯電手段、現像手段、転写手段のうちの少なくとも一つの手段は、像担持体と接触して像担持体の内周面が前記円筒部材の外周面と当接するまで像担持体を内方に撓ませる硬質ローラで構成されているので、少なくとも硬質ローラで構成されている手段については、像担持体と硬質ローラとを確実かつ安定した状態で接触させることができる。
【００３８】
硬質ローラが、像担持体と接触して像担持体の内周面が前記円筒部材の外周面と当接するまで像担持体を内方に撓ませると、像担持体は、硬質ローラと円筒部材との間に挟まれた状態となる。このような状態においては、像担持体が硬質ローラに対して適度な圧接力で確実かつ安定した状態で接触することとなる。
【００３９】
しかも、硬質ローラは、像担持体の周速と同一の周速度で回転するので、硬質ローラと像担持体との接触部においては両者間に相対速度差が生じない。したがって、接触部における摩擦が発生せず、これによる振動挙動も生じないため、安定した接触回転が得られることとなる。
【００４０】
（ｃ）像担持体は、その内方に円筒部材が配置され、像担持体の両端部が一対の支持部材で支持される構成であり、前述した特公平４−６９３８３号公報記載の感光体ドラム１（図８〜図１０参照）のように弾性材料層を充填する必要がないから、簡単に製造することが可能である。
【００４１】
（ｄ）像担持体の内方には、剛性の円筒部材が、その外周面と像担持体の内周面との間に像担持体の許容変形量より小さな間隔を隔てて配置されているから、例えば像担持体の交換作業時等にオペレータが誤って像担持体の中央部を強く押圧したとしても、像担持体は破損にいたる前に円筒部材によって支持されることとなるため破損しない。したがって、この画像形成装置は、前述した特開昭５８−８６５５０号公報に開示されたドラム状像担持体部材（図１１参照）に比べて取扱い性に優れている。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４３】
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施の形態の要部を示す模式図、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００４４】
これらの図において、１００は感光体ユニットであり、図示しない適宜の駆動手段によって図１の矢印方向（時計方向）に回転駆動されるようになっている。
【００４５】
感光体ユニット１００は、像担持体１１０と、この像担持体１１０の両端部１１１，１１１を支持する一対の支持部材１２０，１２０と、像担持体１１０の内径よりも小さな外径を有し、像担持体１１０の内方に配置された円筒部材１４０とを備えている。
【００４６】
像担持体１１０は、可撓性を有する薄肉円筒状に形成されており、可撓性を有する基材の表面（外周面）に感光層を形成することにより構成されている。例えば、基材としては、電鋳法にて作製したニッケルシームレス管を用いることができる。感光層は、いわゆるＯＰＣ（有機感光体）をディッピング法で形成することができる。このような像担持体１１０の可撓性すなわち柔軟さは、基材の厚みと径とを調整することにより決定することが可能であるから、使用される画像形成装置に応じて適宜設定することが可能である。例えば、基材厚み２０〜２００μｍ、基材直径１０〜３００ｍｍの範囲で、後述する許容変形量δ２が２０〜５００μｍ程度となるように適宜設定する。なお、ＯＰＣは主として樹脂からなるので、可撓性の面では優れるが、基材との密着性を確保し、レーザー光の干渉対策を施すために、基材とＯＰＣとの間に下引き層を形成することが望ましい。下引き層としては、酸化亜鉛、酸化チタン等のレーザー光を吸収可能な粒子をナイロン樹脂等の樹脂に分散させた層が好適である。
【００４７】
支持部材１２０は、固着部材１２１と、スペーサ１３０とを備えている。これら固着部材１２１，スペーサ１３０は円筒部材１４０の外周面に円環状に配置され、円筒部材１４０と像担持体１１０との間に介装されている。
【００４８】
この実施の形態において、固着部材１２１は導電性接着剤、例えば、エポキシ系、シアノ系、アクリル系の樹脂接着剤に導電性粒子を分散させた導電性接着剤で構成されている。なお、導電性粒子としては、金属（銀、アルミ等）、カーボン等を用いることができる。
【００４９】
図３は主としてスペーサ１３０の一例を示す模式図で、図（ａ１）は像担持体１１０が装着される前の状態を示す正断面図、図（ａ２）は図（ａ１）の部分左側面図、図（ａ３）は作用説明図、図（ｂ１）は像担持体１１０が装着された後の状態を示す正断面図、図（ｂ２）は図（ｂ１）の部分左側面図、図（ｃ）は像担持体１１０が装着された後の状態を示す左側面である。
【００５０】
これらの図に示すように、この実施の形態におけるスペーサ１３０は、円筒部材１４０の外周面１４５に固着される薄リング状の基部１３１と、この基部１３１の外周面に突設された弾性突起１３２とを備えている。基部１３１は、例えば金属または合成樹脂で構成され、弾性突起１３２は、例えばシリコンゴムで構成されている。弾性突起１３２は、図（ｃ）に示すように、基部１３１の円周方向に等間隔で多数（図では１２個）設けられている。図（ａ２）に示すように、基部１３１の外径Ｒｆは像担持体１１０の内径Ｒａよりも小さく設定されており、像担持体１１０が装着される前の弾性突起１３２の先端を結んだ円の半径（像担持体１１０の中心から弾性突起１３２の先端までの距離）Ｒｅは像担持体１１０の内径Ｒａよりも大きく設定されている。なお、基部１３１の厚さは１００μｍ程度、弾性突起１３２の高さは、図（ｂ１）（ｂ２）に示すように像担持体１１０が装着された状態で同じく１００μｍ程度である。弾性突起１３２は、例えば、シリコン系ゴム塗料を基部１３１の表面に印刷することにより形成することが可能である。
【００５１】
像担持体１１０は、これを円筒部材１４０にかぶせた後（円筒部材１４０を像担持体１１０に挿入した後）、その両端部１１１と円筒部材１４０の外周面との間に接着剤１２１を注入することによって円筒部材１４０上に固着される。
【００５２】
この際、スペーサ１３０は、次のように作用する。
【００５３】
像担持体１１０を図（ａ１）に矢印Ｘ１で示すように円筒部材１４０にかぶせる（円筒部材１４０を像担持体１１０に挿入する）過程で、スペーサ１３０の先端は像担持体１１０の内面と接触して矢印Ｘ１方向に押され、図（ａ３）に示すように一時的に矢印Ｘ１方向に変形する。
【００５４】
その後、円筒部材１４０が像担持体１１０に完全に挿入され、矢印Ｘ１方向に作用する外力がなくなると、スペーサ１３０は、それ自身の弾性力（復原力）によって像担持体１１０を図（ｂ１）に示すように矢印Ｘ２方向に多少押し戻しつつ同図に示すように押しつぶされた状態となり、それ自身の弾性によって内方から像担持体１１０を支持することとなる。
【００５５】
ここで、弾性突起１３２は、図（ｃ）に示すように、基部１３１の円周方向に等間隔で多数設けられているので、弾性突起１３２の弾性力（復原力）ｆｃが像担持体１１０に対してほぼ均一に作用することとなり、結果として、図（ｂ２）に示すように、像担持体１１０は、円筒部材１４０との間隔Ｓがほぼ均一となる状態（すなわち略真円状態）で円筒部材１４０上に装着されることとなる。このような状態で像担持体１１０の両端部１１１と円筒部材１４０の外周面との間に接着剤１２１（図２参照）が注入されて像担持体１１０が円筒部材１４０上に固着される。
【００５６】
円筒部材１４０の外周面１４５と像担持体１１０の内周面１１３との間の間隔Ｓは、像担持体１１０の許容変形量、すなわち像担持体１１０を内方に変形させたときに破壊にいたる変形量δ２（図２参照）よりも小さく設定されている。
【００５７】
図２に示すように、円筒部材１４０は、その両端部１４１，１４１が、それぞれ円板状の側板１４２，１４３に固定されている。円筒部材１４０および側板１４２，１４３は、極めて変形しにくい金属あるいは合成樹脂等の高剛性材で構成されている。合成樹脂で構成する場合には、これにアルミニウム、ニッケル、銅等の金属を蒸着し、あるいはメッキ等で導電層を形成するか、または、樹脂中に、カーボン等の導電材を入れて導電性を付与する。
【００５８】
円筒部材１４０と側板１４２，１４３との固定は適宜の手段、例えば接着、圧入、圧着等によって行なうことができる。側板１４２，１４３には、軸１４２ａ，１４３ａが一体的に設けられており、これら軸１４２ａ，１４３ａが装置のフレームＦに回転可能に支持されている。１４６，１４６はベアリングである。一方の軸１４３ａには歯車１４４が固定されており、この歯車１４４とベアリング１４６との間には、ガタつき防止のための圧縮バネ１４７が設けられている。
【００５９】
以上のようにして、感光体ユニット１００はフレームＦに回転可能に支持されており、図示しない適宜の駆動手段によって図１矢印方向（時計方向）に回転駆動されるようになっている。
【００６０】
図１に示すように、感光体ユニット１００の回りには、その回転方向に沿って、帯電手段２１０、露光手段２２０、現像手段２３０、転写手段２４０、クリーニング手段２５０、および除電手段２６０が配置されている。
【００６１】
帯電手段２１０は、像担持体１１０の外周面に当接して回転する、硬質の高抵抗樹脂ローラ、または、表面に高抵抗層をもつ金属ローラで構成されており、感光体ユニット１００の像担持体１１０の外周面を一様に帯電させるようになっている。
【００６２】
露光手段２２０は、レーザー光Ｌで像担持体１１０の外周面を走査することにより、像担持体１１０上に静電潜像を形成するようになっている。
【００６３】
現像手段２３０は、像担持体１１０の外周面に当接して回転し、像担持体１１０の外周面にトナーを付着させてトナー像を形成する硬質の現像ローラ２３１と、この現像ローラ２３１に供給されるトナーが収容されたトナー貯留室２３２とを備えている。現像ローラ２３１は、表面を粗面化した金属ローラ、または、硬質の樹脂ローラで構成されている。
【００６４】
転写手段２４０は、硬質の高抵抗樹脂ローラ、または、表面に高抵抗層をもつ金属ローラで構成されており、像担持体１１０上のトナー像を転写媒体（用紙等の記録媒体あるいは中間転写ベルト）Ｔに転写させるようになっている。
【００６５】
クリーニング手段２５０は、像担持体１１０の外周面に当接し、転写手段２４０によりトナー像が転写された後に像担持体１１０の外周面に残存している残留トナーを掻き落として除去するクリーニング部材としてのクリーニングブレード２５１と、このブレード２５１によって掻き落とされたトナーを回収するトナー回収室２５２とを有している。
【００６６】
除電手段２６０は除電ランプで構成されており、像担持体１１０の表面に一様に光を照射することにより、その表面の除電を行なうようになっている。
【００６７】
以上のような各手段のうち、帯電ローラ２１０、および転写ローラ２４０は、いずれも、像担持体１１０と接触して像担持体１１０の内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５と当接するまで像担持体１１０を内方に撓ませ、かつ像担持体１１０の周速と同一の周速度で回転するようになっている。このように帯電位置および転写位置においては、像担持体１１０の内周面１１３と円筒部材１４０の外周面１４５とが接触するから、両者間の摩擦係数は、できるだけ小さくしておくことが望ましい。帯電ローラ２１０は、図１に示すようにモータ２１２で（直接または歯車等を介して）駆動されて像担持体１１０の周速と同一の周速度で回転し、転写ローラ２４０は、像担持体１１０との接触により（転写媒体Ｔがある場合には転写媒体Ｔを介した接触により）、像担持体１１０に従動して像担持体１１０の周速と同一の周速度で回転するようになっている。なお、帯電ローラ２１０は、その軸２１１が図示しない一対の軸受部材で回転可能に支持され、かつ図示しない公知の付勢手段（例えばバネ）で円筒部材１４０に向けて付勢されている。転写ローラ２４０の支持構造および付勢構造も同様である。
【００６８】
現像ローラ２３１は、像担持体１１０の内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５に当接しないように像担持体１１０を内方に撓ませて像担持体１１０に接触している。ローラ当接部位における像担持体１１０の内側に撓んだ内周面１１３と円筒部材１４０の外周面１４５との間隙をＳ１で示してある。現像ローラ２３１の軸２３３は、一対の軸受部材２３４，２３４で回転可能に支持されており、この軸受部材２３４が、像担持体１１０の両側において円筒部材１４０の外周面１４５に回転可能に当接していることによって、現像ローラ２３１と円筒部材１４０との間隔が規制されている。なお、現像ローラ２３１は、その軸２３３が図示しない付勢手段により円筒部材１４０に向けて付勢されている。また、現像ローラ２３１は、軸２３３が図示しない駆動手段で駆動されることにより、回転駆動されるようになっている。現像ローラ２３１の回転速度は、その周速が像担持体１１０の周速と同一となるようにしても良いし、異なるように（通常は増速）しても良い。
【００６９】
クリーニング手段２５０のクリーニングブレード２５１は、像担持体１１０の内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５に当接するまで像担持体１１０を押圧してその外周面のトナーを除去するようになっている。このクリーニング位置においては、像担持体１１０の内周面１１３と円筒部材１４０の外周面１４５とが接触するから、両者間の摩擦係数は、できるだけ小さくしておくことが望ましい。
【００７０】
以上のような画像形成装置による画像形成動作は次の通りである。
【００７１】
図示しない駆動手段によって感光体ユニット１００が回転駆動され、これによって像担持体１１０も回転駆動される。
【００７２】
その過程において、像担持体１１０は、先ず除電手段２６０によって除電された後、帯電手段２１０によって一様に帯電させられる。
【００７３】
次いで、露光手段２２０によりレーザー光Ｌが照射されることで像担持体１１０上に静電潜像が形成され、この静電潜像は現像手段２３０で現像されてトナー像となる。
【００７４】
このトナー像は、転写ローラ２４０と像担持体１１０との間に供給される転写媒体Ｔに転写ローラ２４０によって転写される。
【００７５】
この際、完全に転写されることなく像担持体１１０の表面に残留したトナーは、クリーニング手段２５０のクリーニングブレード２５１によって掻き落とされる。
【００７６】
その後、像担持体１１０は、再び除電手段２６０によって除電され、次の画像形成がなされる。
【００７７】
以上のような画像形成装置によれば、次のような作用効果が得られる。
【００７８】
（ａ）像担持体１１０は、可撓性を有する薄肉円筒状であり、その両端部１１１が一対の支持部材１２０，１２０によって支持された構成となっているので、像担持体１１０は、支持部材１２０によって支持されていない中央部分１１４が内方に変形可能である。
【００７９】
したがって、この像担持体１１０の中央部分１１４は、いわば疑似軟質材として利用することが可能であるため、これに当接される帯電手段等が硬質ローラであっても、確実で安定した接触状態を得ることができ、確実に像担持体１１０上に像を形成し、あるいは像を担持させることができる。
【００８０】
この点について、図４〜図７を参照して詳しく説明する。
【００８１】
図４は、像担持体１１０に対して硬質ローラ２００を軽く当接させた状態を示している。なお、説明を分かりやすくするために、完全に円柱形とはなっていない硬質ローラの例として、逆クラウン形状のローラ２００を用いている。
【００８２】
像担持体１１０は、その両端部１１１が前述した一対の支持部材１２０，１２０によって支持されているが、図の煩雑を避けるために図示していない。
【００８３】
図４に示すように、硬質ローラ２００を軽く当接させただけでは、その両端２０１，２０１のみが像担持体１１０に接触するだけであり、中央部２０２は接触しない。したがって、このような状態では、良好な帯電状態、現像状態、転写状態等は得られない。
【００８４】
図５は、硬質ローラ２００を、図４に示した状態からさらに像担持体１１０に向けて、硬質ローラのクラウン量δ３（図４参照）よりも大きな量δ４だけ押圧した場合の像担持体１１０の変形状態を有限要素法にて解析し、像担持体の変形量を倍率５０倍にして示したワイヤーフレームの斜視図である。像担持体１１０は軸対称変形するので、図の煩雑を避けるために半分だけ示してある。
【００８５】
図６は、図５における矢印Ｘ方向からみた図である。図７は図６におけるａ断面、ｂ断面、ｃ断面、およびｄ断面における像担持体１１０の外周面を図５における矢印Ｚ方向から見て重ね合わせて示した図で、図中実線ａはａ断面、破線ｂはｂ断面、一点鎖線ｃはｃ断面、二点鎖線ｄはｄ断面における像担持体１１０の外周面をそれぞれ示している。
【００８６】
図５〜図７から明らかなように、クラウン量δ３の硬質ローラ２００を像担持体１１０に向けて、クラウン量δ３よりも大きな量δ４で押圧すると、その押圧部（いわゆるニップ部）Ｎにおいて、像担持体１１０は硬質ローラ２００の形状に忠実に沿って変形し、ニップ部Ｎ全域に亙って硬質ローラ２００に確実に接触することとなる。
【００８７】
これは、像担持体１１０が可撓性を有する薄肉円筒状であることによる作用である。薄肉円筒状である像担持体１１０は、軸方向に直交する平面方向に非常に大きな可撓性を有しており、逆クラウン形状の硬質ローラ表面に追従するようにして軸方向に連続的に変形形状を変えて行く。薄肉円筒の軸方向にも金属の弾性範囲内で極微小な変形は発生するが、軸方向の剛性は直交する断面方向の剛性に比べて非常に高く、可撓性にはあまり大きく貢献しない。したがって、像担持体の変形は、軸に直交する断面方向の可撓性によるところが非常に大きい。これは薄肉円筒特有の変形モードであり、この変形を利用して像担持体を変形させることにより、硬質なローラの凹凸に追従させ、安定した接触を確保することができる。
【００８８】
図６および図７を参照し、像担持体の変形状態について、より詳しく説明すると、図６におけるａ部（像担持体の両端部分（支持部材１２０で支持されている部分））では、図７に実線ａで示すように、像担持体１１０は基本的に真円状態に保持されている。
【００８９】
ｂ部（ローラ２００の端部直近）では、図７に破線ｂで示すように、最大変形量であるδ４だけ内方に変形しているが、円周方向におけるｂ点（ニップ部）近くのｂ１点では大きく外側に膨らむように変形している。
【００９０】
ｄ部はローラ２００の中央部であり、像担持体はδ４−δ３だけ変形しているが、円周方向におけるｄ点近くのｄ１点では外側に膨らむように変形している。逆に、このｄ１点から多少離れたｄ２点では内側にやや凹むように変形している。
【００９１】
ｂ部からｄ部に至る部分ではｂ部における変形状態からｄ部における変形状態へと連続的に変化して行く。その一例としてｃ部での変形状態を一点鎖線ｃで示す。ｃ１点はｄ１点よりもｂ１点寄りで膨らんでおり、ｃ２点の凹み量はｄ２点の凹み量よりも小さい。
【００９２】
以上からも明らかなように、薄肉円筒状である像担持体１１０は、軸方向に直交する平面方向に非常に大きな可撓性を有していて、逆クラウン形状の硬質ローラの表面に追従するようにして軸方向に連続的に変形形状を変えて行く。
【００９３】
なお、以上の説明では、説明を分かりやすくするために、完全には円柱形とはなっていない硬質ローラの例として、逆クラウン形状のローラ２００を用いて説明したが、多少の凹凸のあるローラは逆クラウン形状のローラを複数本連続させたものと同等であり、また多少のテーパがついたローラは逆クラウン形状（またはクラウン形状）のローラの一部と同等であるから、像担持体１１０は、完全には円柱形とはなっていない硬質ローラ（製造誤差程度の凹凸やテーパを有するローラ）に対しても良好に確実かつ安定した状態で接触することとなる。
【００９４】
この実施の形態の画像形成装置では、帯電手段２１０、転写手段２４０が、像担持体１１０と接触して像担持体１１０の内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５と当接するまで像担持体１１０を内方に撓ませる硬質ローラで構成されているので、帯電位置および転写位置においては、像担持体１１０とこれら硬質ローラ２１０，２４０とを確実かつ安定した状態で接触させることができ、確実に像担持体１１０を帯電させ、あるいは像を転写させることができる。
【００９５】
硬質ローラが、像担持体１１０と接触してその内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５と当接するまで像担持体１１０を内方に撓ませると、像担持体１１０は、硬質ローラと円筒部材１４０との間に挟まれた状態となる。このような状態においては、像担持体１１０が硬質ローラに対して適度な圧接力で良好に確実かつ安定した状態で接触することとなる。
【００９６】
（ｂ）硬質ローラである帯電ローラ２１０，転写ローラ２４０は、像担持体１１０の周速と同一の周速度で回転するので、帯電ローラ２１０，転写ローラ２４０と像担持体１１０との接触部すなわち帯電位置および転写位置においては像担持体１１０と各ローラ２１０または２４０との間に相対速度差が生じない。したがって、接触部における摩擦が発生せず、これによる振動挙動も生じないため、安定した接触回転が得られることとなり、安定した帯電動作および転写動作が得られることとなる。
【００９７】
また、上記振動挙動による像担持体の破損も生じ難くなり、信頼性が向上する。
【００９８】
なお、現像ローラ２３１の回転速度を、その周速が像担持体１１０の周速と異なるようにした場合、像担持体１１０は現像ローラ２３１との接触部において、現像ローラ２３１から摩擦力を受けることとなるが、両者の当接は、像担持体１１０の内周面１１３と円筒部材１４０の外周面１４５との間に間隔Ｓ１が形成される程度の当接であるから、像担持体１１０と現像ローラ２３１との当接力は小さい。このため、両者間の摩擦力も小さく、したがって、その変動による振動挙動も小さくなり、現像ローラ２３１と像担持体１１０とは、比較的安定した状態で接触し、回転することとなる。
【００９９】
（ｃ）像担持体１１０は、その内方に円筒部材１４０が配置され、像担持体１１０の両端部１１１，１１１が一対の支持部材１２０で支持される構成であり、前述した特公平４−６９３８３号公報記載の感光体ドラム１（図８〜図１０参照）のように弾性材料層を充填する必要がないから、簡単に製造することが可能である。
【０１００】
（ｄ）像担持体１１０の内方には、剛性の円筒部材１４０が、その外周面１４５と像担持体１１０の内周面１１３との間に像担持体の許容変形量δ２より小さな間隔Ｓを隔てて配置されているから、例えば像担持体１１０の交換作業時等にオペレータが誤って像担持体１１０の中央部１１４を強く押圧したとしても、像担持体１１０は破損にいたる前に円筒部材１４０によって支持されることとなるため破損しない。したがって、この画像形成装置は、前述した特開昭５８−８６５５０号公報に開示されたドラム状像担持体部材（図１１参照）に比べて取扱い性に優れている。
【０１０１】
（ｅ）帯電手段２１０、現像手段２３１、転写手段２４０が、硬質のローラで構成されているので、装置の低価格化を図ることが可能である。図８に示した従来技術のように、帯電手段を帯電チャージャ７で構成し、転写手段を転写チャージャ１３で構成するのに比べ、これらを金属製のローラで構成することによって低価格化が可能である。
【０１０２】
また、像担持体１１０は円筒状であるから、従来のようにベルトを２本のローラで支持する構成に比べて小型化が可能である。
【０１０３】
（ｆ）クリーニングブレード２５１は、像担持体１１０と接触し、像担持体１１０の内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５に当接するまで像担持体１１０を押圧してその外周面の残留トナーを除去するから、比較的大きな当接力によって、より確実に像担持体１１０を綺麗にすることができる。
【０１０４】
（ｇ）帯電手段２１０、現像手段２３１、転写手段２４０が、軟質ゴムローラではなく、硬質の金属または合成樹脂製のローラで構成されているので、次のような作用効果が得られる。
【０１０５】
すなわち、
▲１▼弾性ゴム層がないので、ゴムに添加する可塑剤がローラの表面に滲み出し、これによって感光体が変性したり、剥がれたりするという不具合が生じない。
【０１０６】
▲２▼硬質ローラとして金属ローラを用いた場合には、湿度の影響を受けないため、帯電、現像、および転写の耐環境特性が安定する。
【０１０７】
▲３▼ローラ硬度のバラツキが少なく、像担持体１１０との安定した接触状態を維持することができる。
【０１０８】
▲４▼硬質ローラとして金属ローラを用いた場合には、導電性のバラツキがほとんどなくなるため、均質で安定した帯電特性、現像特性、および転写特性が得られる。
【０１０９】
▲５▼硬質の金属または合成樹脂製のローラは、研磨等の加工によって凹凸の少ない表面が得られるので、像担持体１１０との密着した接触状態を得ることができる。
【０１１０】
【実施例】
以下、具体的な実施例について説明する。
【０１１１】
＜像担持体１１０＞
像担持体１１０の基材は、厚さ５０μｍ、内径８５．３６ｍｍ、長さ４００ｍｍのニッケル電鋳管とした。
【０１１２】
感光層は、上記基材に下引き層を形成し、厚さ２０μｍのＯＰＣ（有機感光層）をディッピングにて形成した。
【０１１３】
なお、基材としては、ニッケル電鋳管の他、ステンレス、鉄鋼、アルミ、真鍮、銅等の合金からなる薄肉金属パイプを用いることもできる。
【０１１４】
また、基材としては薄肉樹脂パイプの表面に、感光層からの電荷を移動させるための導電層を形成したものを用いることもできる。薄肉樹脂パイプは、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ナイロン（ＮＹ）、等を押出成形、共押出成形、ブロー成形等で形成することができ、導電層は、金属薄層を蒸着、スパッタリング、メッキ等により形成することができる。なお、薄肉樹脂パイプに導電性物質を分散させることにより基材に導電性を持たせても良い。
【０１１５】
＜円筒部材１４０＞
パイプ状の円筒部材として、直径８４．９１ｍｍ、長さ４４０ｍｍ、厚さ２ｍｍの鋼鉄製中空円筒を用いた。
【０１１６】
円板状の側板１４２，１４３は、鋼鉄製の切削部品で構成した。
【０１１７】
円筒部材１４０は、これらを圧入、圧着、接着等で一体に形成した後、防錆のためにニッケルメッキを施した。
【０１１８】
なお、円筒部材１４０は、その全体を切削加工により成形することもできる。
【０１１９】
また、円筒部材１４０を合成樹脂で構成する場合には、これにアルミニウム、ニッケル、銅等の金属を蒸着し、あるいはメッキ等で導電層を形成するか、または、樹脂中に、カーボン等の導電材を入れて導電性を付与する。
【０１２０】
＜支持部材１２０＞
スペーサ１３０は、その基部１３１として金属テープを用い、この金属テープの外周面に、弾性印刷にて弾性突起１３２を形成した。
【０１２１】
固着部材１２１として、導電性接着剤を用いた。
【０１２２】
円筒部材１４０の外周面１４５と像担持体１１０の内周面１１３との間の間隔Ｓは０．２２５ｍｍとした。
【０１２３】
＜硬質ローラ＞
硬質ローラは具体的には次のようにして構成することができる。
【０１２４】
すなわち、硬質のローラ状基体の表面に抵抗層を設けることによって構成する。
【０１２５】
ローラ状基体としては、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、銅等の金属を、切削、研磨等で、振れ精度、表面精度を良好に加工する。表面はバフ加工、ポリッシュ加工、スーパーフィニッシュ加工、ダイヤモンド研削、センタレス研磨等で鏡面仕上げを施す。
【０１２６】
または、合成樹脂例えば、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ナイロン（ＮＹ）、等をローラ状に成形し、これにアルミニウム、ニッケル、銅等の金属を蒸着、メッキ等で導電層を形成するか、または、樹脂中に、カーボン等の導電材を入れ、導電性樹脂として導電性を付与すれば良い。
【０１２７】
抵抗層は、体積抵抗１０⁸〜１０¹⁴Ωｃｍの抵抗性樹脂を厚さ２μｍ〜１ｍｍ位に形成し中高抵抗の表面層を形成する。抵抗性樹脂としては、ナイロン、ポリウレタン、ポリエチレン等の薄膜樹脂に、カーボン、アルミニウム、ニッケル等の導電性粒子を分散したものを採用することができる。また、ポリビニールアニリン等の導電性樹脂やイオン導電性樹脂を用いても良い。
【０１２８】
以上のような硬質ローラは、ローラ状基体が硬質なため、鏡面仕上げが可能であり、これに形成された薄膜の樹脂の表面も極めて平滑である。
【０１２９】
また、表面が薄膜の樹脂であるため、硬度のバラツキや導電性のバラツキも少ない。
【０１３０】
＜像担持体の変形状態を有限要素法にて解析するために用いた各部材等＞
図５および図７に示した像担持体の変形状態を有限要素法にて解析するために用いた各部材等の諸元は次の通りである。
【０１３１】

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、本発明は上記の実施の形態または実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。
【０１３２】
例えば、
（１）上記実施の形態においては、現像ローラ２３１は、像担持体１１０を円筒部材１４０に当接させないように構成したが、帯電ローラ２１０同様、像担持体１１０の内周面１１３が円筒部材１４０の外周面１４５と当接するまで像担持体１１０を内方に撓ませる構成とすることができる。この場合、現像ローラ２３１の回転速度は、その周速が像担持体１１０の周速と同じになるようにすることが望ましい。
【０１３４】
【発明の効果】
本発明によれば、硬質ローラとの確実で安定した接触状態を得ることが可能であるとともに、取扱い性に優れ、しかも安価かつ小型化可能である。
【０１３５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像形成装置の一実施の形態の要部を示す模式図。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】主としてスペーサ１３０の一例を示す模式図で、図（ａ１）は像担持体１１０が装着される前の状態を示す正断面図、図（ａ２）は図（ａ１）の部分左側面図、図（ａ３）は作用説明図、図（ｂ１）は像担持体１１０が装着された後の状態を示す正断面図、図（ｂ２）は図（ｂ１）の部分左側面図、図（ｃ）は像担持体１１０が装着された後の状態を示す左側面。
【図４】作用説明図。
【図５】作用説明図。
【図６】作用説明図。
【図７】作用説明図。
【図８】従来技術の説明図。
【図９】従来技術の説明図。
【図１０】従来技術の説明図。
【図１１】従来技術の説明図。
【符号の説明】
１００ 感光体ユニット
１１０ 像担持体
１１１ 両端部
１１３ 内周面
１２０ 支持部材
１４０ 円筒部材
１４５ 外周面
２１０ 帯電手段
２２０ 露光手段
２３０ 現像手段
２３４ 間隔規制部材
２４０ 転写手段

Claims (1)

1. 外周面に感光層が形成された可撓性を有する薄肉円筒状の像担持体と、この像担持体の両端部を支持する一対の支持部材と、前記像担持体の内径よりも小さな外径を有し、前記像担持体の内方に配置された剛性の円筒部材と、前記像担持体の外周面を一様に帯電させる帯電手段と、この帯電手段により一様に帯電させられた外周面を選択的に露光して静電潜像を形成する露光手段と、この露光手段により形成された静電潜像を現像する現像手段と、この現像手段により現像された像を転写媒体に転写させる転写手段とを備え、
   前記円筒部材は、その外周面と前記像担持体の内周面との間に、前記像担持体の許容変形量よりも小さな間隔を隔てて配置されているとともに、前記帯電手段は、前記像担持体と接触して像担持体の内周面が前記円筒部材の外周面と当接するまで像担持体を内方に撓ませ、かつモータで直接または歯車等を介して駆動されて像担持体の周速と同一の周速度で像担持体の外周面に当接して回転する、逆クラウン形状の硬質の高抵抗樹脂ローラまたは表面に高抵抗層をもつ金属ローラで構成されており、
   さらに、前記帯電手段は、前記逆クラウン形状における当該クラウン量よりも大きな量で前記像担持体に対して押圧されているとともに、前記像担持体の両端が弾性突起を介して前記円筒部材上に支持されていることを特徴とする画像形成装置。

Images