JP3749501B2 - 帯電部材、帯電装置、これらを用いる作像ユニット及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に配設される帯電部材、帯電装置、像担持体とこの帯電装置を有する作像ユニットと、この帯電装置を有する画像形成装置に関するものである。さらに詳細には、像担持体表面に対向して配設され、かつ像担持体に対して微少な間隙を有する帯電部材、これを配設する帯電装置、さらにこれらを備える作像ユニット、画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置は、像担持体に帯電を施し、その帯電を露光より選択的に消去あるいは減少させ、像担持体上に静電潜像を形成するものが知られている。そして、像担持体に帯電する帯電装置としては、コロナ放電を利用したものが主流であった。しかし、このコロナ放電を用いた帯電装置は、オゾンが多量に発生してしまうという不具合があり、またコロナ放電を行わせるために５〜１０ｋＶという高電圧を印加する高電圧電源が必要となり、画像形成装置の低コスト化が難しくなる。
従って、近年、コロナ放電を利用しない帯電部材を像担持体に対向して設ける帯電装置が提案されている。この帯電装置は、像担持体と直接接触させる接触型と微少な間隙を設ける非接触型とがある。接触型の帯電装置では、コロナ放電を用いる場合の不具合の多くが解消される一方、「像流れ」と呼ばれる異常画像の発生及び像担持体の摩耗量が増大する等の不具合が発生している。また、印加電圧に交流を用いた場合は騒音が発生するという不具合がある。さらに、接触型帯電装置では、トナーや紙粉を像担持体と帯電部材で擦りつけるので汚染を助長するという不具合がある。
【０００３】
そのために、非接触型で像担持体を帯電させる帯電装置が多く提案されている。この非接触型の帯電装置では、接触型の帯電装置と比較して、帯電部材が像担持体に機械的に当接しないために、互いに摩耗することが無く、さらに、トナー又は紙粉等による汚れることが少ないために、経時劣化を防止することができる。
【０００４】
また、従来、所定の間隙にするために、帯電部材の両端にスペーサ部材を接着剤で貼着させているが、この接着剤が圧力を受けてスペーサ部材から染み出してくることがある。この染み出した接着剤にトナー等が付着して異常生成物を形成すると、異常放電が発生して像担持体、帯電部材の劣化を招くことになる。また、異常放電により像担持体が正常に帯電しないために画像斑等の異常画像が形成されることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、圧力が加えられても像担持体と帯電部材とが形成する間隙の変動が少なく、帯電部材からの放電生成物と異常生成物を少なくすることができる帯電部材を提供することである。
さらに、この帯電部材を配設することで、像担持体と帯電部材とが形成する間隙の変動を少なくして像担持体の帯電を均一にすることができる帯電装置を提供することである。
また、この帯電装置を用いることで帯電装置を交換するための期間を長くした高寿命の作像ユニットを提供することである。
また、この帯電装置を用いることで、放電生成物を形成することが少なくなるために、異常画像の少ない高品位の画像を得ることができる画像形成装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、帯電装置に配設される帯電部材であって、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材において、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する帯電部材とする。
請求項２に記載の発明は、前記帯電部材は、円柱形状で、回転可能に配設される請求項１に記載の帯電部材とする。
請求項３に記載の発明は、前記本体部は、導電剤を含む樹脂から構成される請求項１又は２に記載の帯電部材とする。
請求項４に記載の発明は、前記スペーサ部材は、切れ目を有しない請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項５に記載の発明は、前記スペーサ部材は、熱又は光により収縮する請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項６に記載の発明は、前記スペーサ部材は、弾性により収縮する請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項７に記載の発明は、前記スペーサ部材は、弾性を有するゴム製である請求項６に記載の帯電部材とする。
請求項８に記載の発明は、前記スペーサ部材は、弾性を有する金属製である請求項６に記載の帯電部材とする。
請求項９に記載の発明は、前記スペーサ部材は、前記本体部より硬度が低い請求項１ないし７のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項１０に記載の発明は、前記スペーサ部材は、接着剤なしで前記本体部に固定される請求項１ないし９のいずれかに記載の帯電部材とする。
【０００７】
請求項１１に記載の発明は、像担持体に対向し、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する帯電装置において、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有しその段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する帯電装置とする。
請求項１２に記載の発明は、前記帯電部材と前記像担持体の間で形成される間隙は、接触しない距離であって、８０μｍ以下である請求項１１に記載の帯電装置とする。
請求項１３に記載の発明は、前記帯電部材は、スペーサ部材で像担持体に接触し、前記スペーサ部材は、４〜２５Ｎの荷重で像担持体に対して押圧され、かつ、スペーサ部材の像担持体表面の移動する円周方向における接触幅を０．５ｍｍ以下にする請求項１１又は１２に記載の帯電装置とする。
請求項１４に記載の発明は、前記帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である請求項１１ないし１３のいずれかに記載の帯電装置とする。
請求項１５に記載の発明は、少なくとも帯電装置を配設する作像ユニットであって、画像形成装置本体に着脱可能な作像ユニットであって、
前記作像ユニットの帯電装置は、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する作像ユニットにおいて、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する作像ユニットとする。
請求項１６に記載の発明は、前記作像ユニットの帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である請求項１５に記載の作像ユニットとする。
請求項１７に記載の発明は、前記作像ユニットは、現像装置及び／又はクリーニング装置を配設する請求項１５又は１６に記載の作像ユニットとする。
請求項１８に記載の発明は、帯電装置と像担持体の一部に当接して位置決めする当接部材を備える請求項１５ないし１７のいずれかに記載の作像ユニットとする。
【０００８】
請求項１９に記載の発明は、少なくとも像担持体、帯電装置、現像装置を配設する画像形成装置であって、前記画像形成装置の帯電装置は、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する画像形成装置において、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する画像形成装置とする。
請求項２０に記載の発明は、前記画像形成装置の帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である請求項１９に記載の画像形成装置とする。
請求項２１に記載の発明は、前記画像形成装置において、前記像担持体は、アモルファスシリコンを光導電体として用いる請求項１９又は２０に記載の画像形成装置とする。
請求項２２に記載の発明は、前記画像形成装置において、前記像担持体は、有機光導電体を用い、フィラーを分散させる表面層を有する請求項１９又は２０に記載の画像形成装置とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の帯電部材、本発明の帯電装置を用いる画像形成装置である本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。図２は、図１の画像形成装置の画像形成部の構成を示す概略図である。この画像形成装置１は、表面に感光体層を有するドラム状であってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する分の個数分の像担持体６１と、各像担持体６１をほぼ一様に帯電する帯電装置１００と、帯電された像担持体６１にレーザ光で露光して静電潜像を形成する露光装置７０と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の現像剤を収容し、像担持体６１上の静電潜像に対応するトナー像を形成する現像装置６３と、像担持体６１上のトナー像を転写する１次転写装置６２と、像担持体６１上のトナー像が転写されるベルト状の中間転写体５０と、中間転写体５０のトナー像を転写する２次転写装置５１と、中間転写体５０のトナー像が転写される記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置８０と、さらに、像担持体６１上に転写後残留するトナーを除去するクリーニング装置６４とを備える。記録媒体は、記録媒体を収納する給紙装置２１、２２のひとつから、１枚ずつ搬送経路を搬送ローラでレジストローラ２３まで搬送され、ここで、像担持体６１上のトナー像と同期を計って転写位置に搬送される。
【００１０】
ここで、帯電装置１００について詳細に説明する。
図３は、本発明の帯電装置の構成を示す概略図である。図４は、本発明の帯電部材と像担持体との位置関係を示す概略図である。
帯電装置１００は、像担持体６１に対向し、微少な間隙Ｇを設けて配設される帯電部材１０１と、帯電部材を清掃する不図示のクリーニング部材１０２と、帯電部材１０１に電圧を印加する不図示の電源と、帯電部材１０１を像担持体に６１に加圧して接触させる加圧スプリング１０５とを少なくとも備える。
帯電部材１０１は、図３及び図４に示すように、像担持体６１に微少な間隙Ｇを持たせて対向して配設される。帯電部材１０１と像担持体６１の間隙Ｇは、一定の厚さを有するスペーサ部材１０３を帯電部材１０１の非画像形成領域に貼着させて調整する。また、スペーサ部材１０３は、像担持体６１と移動する円周方向に対して接触幅Ｗをもって接触している。
図５は、本発明の帯電部材の構造を示す概略図である。図５に示すように、帯電部材１０１の本体部の両端に、段差１０１ｅが設けられ、この段差１０１ｅにスペーサ部材１０３を巻き付ける。例えば、この段差１０１ｅとしては、図５（Ａ）に示すように、帯電部材１０１本体部１０１ｂの端部に段差１０１ｅがある。図５（Ｂ）に示すように、帯電部材１０１本体部１０１ｂの端部内側に段差１０１ｅがあり、スペーサ部材１０３を両側から挟むような状態になっている。さらに、図５（Ｃ）に示すように、帯電部材１０１本体部１０１ｂの端部に段差１０１ｅがあり、この段差１０１ｅに別の部材１０１ｆを設けられている。これにより、帯電部材１０１の端部に段差１０１ｅがあっても、スペーサ部材１０３を両側から挟むことで、スペーサ部材１０３の変動を抑えることができる。
【００１１】
また、図６は、本発明の帯電部材にスペーサ部材を巻き付けた状態を示す概略構成図である。図６（Ａ）は、帯電部材の端部に段差にスペーサ部材を巻き付けた状態を示し、図６（Ｂ）は、帯電部材の端部内側に段差にスペーサ部材を巻き付けた状態を示し、図６（Ｃ）は、帯電部材の端部に段差にスペーサ部材を巻き付け、その側面を別の部材で挟んだ状態を示している。
スペーサ部材１０３は、像担持体６１と接触して加圧されているため、像担持体６１の回転に伴って、移動することがある。このために、段差１０１ｅにスペーサ部材１０３を接着剤で貼着して固定する。従来は、凸状又は帯電部材１０１表面に直接スペーサ部材を接着剤で貼着していたことで、接着剤が染み出して、これに像担持体６１の表面のトナー、紙粉等の異物が付着して、異常生成物になり、これが次第に大きくなりこの異常生成物の箇所で異常放電が発生して、像担持体６１上に斑点状の静電潜像を形成して、異常画像が形成されることがあった。しかし、段差１０１ｅにしたことで、図６（Ａ）に示すように、この間隙Ｇを調整するためのスペーサ部材１０３の底部は段差１０１ｅにあり、ここから接着剤が染み出しても、像担持体６１との距離が離れているために、異常放電を抑えることができる。
また、図６（Ｂ）に示すように、段差１０１ｅは、帯電部材１０１端部より内側に設けても良いし、図６（Ｃ）に示すように、段差１０１ｅが帯電部材１０３の端部にある場合でも、その側面を別の部材１０１ｆで抑えて、挟んでも良い。スペーサ部材１０３の接着剤が少ない場合に帯電部材１０１の回転によりスペーサ部材１０３は左右に移動したり、剥がれることがある。しかし、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、段差１０１ｅにすることで、像担持体６１に接触していることによる圧力を受けても、スペーサ部材１０３の変位を防止し、帯電部材１０１の間隙Ｇを適正な範囲に維持することができ、異常放電を抑え、異常画像が形成されるのを防止することができる。
【００１２】
また、帯電部材１０１の形状は、特に限定されず、半円柱状で固定されて配設されていても良い。また、図３に示すように、帯電部材１０１の形状が円柱状で、両端をギア又は軸受１０４で回転可能に支持されていても良い。このように、帯電部材１０１は、像担持体６１への最近接部から、像担持体６１移動方向の上下流に漸次離間する局面で形成されていると、像担持体６１をより均一に帯電させることができる。像担持体６１に対向する帯電部材１０１が、先鋭な部分があると、その部分の電位が高くなるために優先的に放電が開始され、像担持体６１の均一な帯電が困難になる。従って、円柱状の形状で、曲面を有することで均一な像担持体６１の帯電が可能になる。また、帯電部材１０１の放電している表面は強いストレスを受ける。放電が常に同じ面で発生するので、その劣化が促進され、さらに、削り落ちることがある。そのために、帯電部材１０１の全面を放電する面として使用できるのであれば、回転させることで、早期の劣化を防止することで、長期にわたって使用することができる。また、スペーサ部材１０３を巻き付ける段差１０１ｅは、旋盤等による切削加工で設けることができる。また、外側の凸部を別部材にしても良い。
【００１３】
図７は、本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の半径方向の断面図である。帯電部材１０１は、中心に金属製芯金による軸部１０１ａ、その外側に中抵抗層１０１ｃと最外層に表面層１０１ｄとを有する本体部１０１ｂからなる構造をしている。軸部１０１ａは、例えば、直径が８〜２０ｍｍのステンレス、アルミニウムの高い剛性と導電性を有している金属製又は１×１０３Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０２Ω・ｃｍ以下で高い剛性を有する導電性の樹脂等で構成される。中抵抗層１０１ｃは、１×１０５Ω・ｃｍ〜１×１０９Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１〜２ｍｍ程度の厚さにすることが好ましい。表面層１０１ｄは、１×１０６Ω・ｃｍ〜１×１０１０Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１０μｍ程度の厚さが好ましい。表面層１０１ｄの体積抵抗率は、中抵抗層１０１ｃの電気抵抗率より高くすることが好ましい。ここで、本体部１０１ｂは、中抵抗層１０１ｃと表面層１０１ｄとの２層構造で示したが、特にこの構造に限定されるものではなく、単層でも３層であっても良い。
【００１４】
中抵抗層１０１ｃには、従来は、ヒドリンゴム等のゴムを用いていたが、ここでは、ゴムより膨張係数の低い樹脂を用いて、導電剤を混入して電気抵抗を調整する。通常、樹脂の線膨張係数はゴムの約１／２以下であり、樹脂の体積膨張係数は等方性の場合ゴムの約１／６以下になる。従来のように、ゴムを用いると、熱や湿度により、ゴムの寸法精度が大きく変化し、間隙Ｇが小さくなり像担持体６１と接触することがある。ゴムには、その弾性を発揮させるためや劣化防止のために数種類の可塑剤、活性剤が添加されており、さらに、導電剤を分散させるために分散補助剤を添加していることがある。像担持体６１の表面は、ポリカーボネイト、アクリル等の非晶性樹脂が多く用いられており、可塑剤、活性剤等により非常に弱い。また、帯電部材１０１と像担持体６１とが接触していると、その接触部分にトナー等の異物を巻き込み、帯電部材１０１が汚染されて帯電不良となる。さらに、像担持体６１も汚染されて、横筋等の異常画像が形成される。
【００１５】
ここで、中抵抗層１０１ｃの樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、ポリスチレン及びその共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂等を用いることができる。樹脂には、導電剤のほかに強度を向上、寸法の精度を向上させるためにカーボンファイバー、グラスファイバー、炭化物、硼化物等のセラミックスを混入することにより膨張係数を小さくすることができる。導電剤としては、過酸化リチウム等のアルカリ金属塩、過塩素酸ナトリウム等の過塩素酸塩、テトラブチルアンモニウム塩等の４級アンモニウム塩、高分子導電剤等のイオン系導電剤、カーボンブラック、銀粉、銅粉等の金属粉、ＩＴＯ等のセラミックス粉を用いることができる。
表面層１０１ｄは、表面張力が小さいフッ素系樹脂に導電剤を混入して電気抵抗を調整する。フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。導電剤としては、中抵抗層１０１ｃと同様に、カーボンブラック、銀粉、銅粉等の金属粉、ＩＴＯ等のセラミックス粉を用いることができる。
【００１６】
帯電部材１０１と像担持体６１との間隙Ｇは、スペーサ部材１０３により１００μｍ以下、特に、２０〜５０μｍの範囲にする。これにより、帯電装置１００の作動時における異常画像の形成を抑えることができる。間隙Ｇが、１００μｍ以上では、像担持体６１に到達するまでの距離も長くなることで、パッシェンの法則の放電開始電圧が大きくなり、さらに、像担持体６１までの放電空間が大きくなることで、像担持体６１を所定の帯電をさせるためには放電による放電生成物が多量に必要となり、これが画像形成後も放電空間に多量に残留し、像担持体６１に付着して、像担持体６１の経時劣化を促進する原因になる。
また、この間隙Ｇが小さいと、像担持体６１までの到達距離も短く、放電エネルギーも小さくても像担持体６１を帯電させることができる。しかし、帯電部材１０１と像担持体６１により形成される空間が狭くなり、空気の流が悪くなってしまう。そのために、放電空間で形成された放電生成物はこの空間内に滞留するために、間隙Ｇが大きい場合と同様に、画像形成後も放電空間に多量に残留し、像担持体６１に付着して、像担持体６１の経時劣化を促進する原因になる。従って、放電エネルギーを小さくして放電生成物の生成を少なくし、かつ、空気が滞留しない程度の空間を形成することが好ましい。そのために、間隙Ｇは、１００μ以下であって、２０〜５０μｍの範囲にすることが好ましい。これにより、ストリーマ放電の発生を防止し、放電生成物の生成を少なくして像担持体６１に堆積する量を少なくして、斑点状の画像斑・像流れを防止することができる。
【００１７】
ここで、上述したように、像担持体６１上に現像後に残留するトナーは、像担持体６１に対向して設けられるクリーニング装置６４によりクリーニングされるが、完全に除去するのは困難であり、極わずかのトナーがクリーニング装置を通過し、帯電装置１００へと搬送されてくる。このときに、トナーの粒径が間隙Ｇより大きいと、トナーは回転する像担持体６１や帯電部材１０１により摺擦されて熱を帯び、帯電部材１０１に融着することがある。このトナーが融着した部分は、像担持体６１に近くなるために優先的に放電が生ずる異常放電を起こす。従って、間隙Ｇは、画像形成装置１に用いられるトナーの最大粒径よりも大きいことが好ましい。
【００１８】
また、帯電部材１０１は、図３に示すように、帯電装置１００の図示しないハウジングの側板に設けられる軸受１０４に嵌合され、軸受１０４には従動しない摩擦係数の低い樹脂による軸受１０４に設ける圧縮バネ１０５により像担持体６１表面方向に押圧されている。これにより、機械的振動、芯金の偏位があっても一定の間隙Ｇを形成することができる。押圧する荷重は、４〜２５Ｎにする。好ましくは、６〜１５Ｎにする。帯電部材１０１は、軸受１０４で固定されていても、回転するときの振動、帯電部材１０１の偏心、その表面の凹凸により間隙Ｇの大きさが変動し、間隙Ｇが適正な範囲からはずれる場合があり、このために、経時的には像担持体６１の劣化を促進することになる。ここで、荷重とは、スペーサ部材１０３を通して像担持体６１に加わるすべての荷重を意味する。これは、帯電部材１０１の両端に設けられる圧縮バネ１０５の力、帯電部材１０１とクリーニング部材１０２の自重等により調整できる。荷重が小さいと、帯電部材１０１の回転時による変動、駆動するギア等の衝撃力による跳ね上がりを抑えることができない。荷重が大きいと、帯電部材１０１と嵌合する軸受１０４との摩擦が大きくなり、経時的な摩耗量を大きくして変動を促進することになる。従って、荷重を４〜２５Ｎ、好ましくは、６〜１５Ｎの範囲にすることにより、間隙Ｇを適正な範囲にして、放電生成物の生成を少なくして像担持体６１に堆積する量を少なくして像担持体６１の寿命を延ばし、かつ、斑点状の異常画像・画像流を防止することができる。
【００１９】
また、スペーサ部材１０３の像担持体６１表面の移動方向における接触幅Ｗを０．５ｍｍ以下にする。接触幅Ｗは、図３に示すように、帯電部材１０１の各層の材料・厚さと荷重の大きさにより制御することができる。接触幅Ｗを０．５ｍｍ以下にすることで、回転する像担持体６１表面のうねり、偏心等により像担持体６１側から帯電部材１０１に加えられる外力又は圧縮バネ１０５による帯電部材１０１への押圧する荷重が変化しても、間隙Ｇが大きく変動するのを阻止することができる。
また、スペーサ部材１０３は、円周方向に切れ目があると、荷重より押圧されているために、この部分から接着剤が染み出したり、切れ目から剥がれたりすることが多い。このために、切れ目をなくすことで、像担持体６１との接触による圧力を受けても、接着剤が染み出したり、剥がれるのを防止する。また、接着剤を用いないスペーサ部材１０３を用いることが好ましい。これにより、染み出した接着剤にトナー等が付着するのを防止することができる。
さらに、 スペーサ部材１０３は、この帯電部材１０１の本体部１０１ｂの、中抵抗層１０１ｃと表面層１０１ｄよりも硬度が低いことが好ましい。スペーサ部材１０３には、像担持体６１と接触しているために圧力がかかっている。このために、スペーサ部材１０３が帯電部材１０１の段差１０１ｅ中で回転することがある。そのときに、スペーサ部材１０３の方を帯電部材１０１よりも硬度が高いと帯電部材１０１を摩耗する。そのために、スペーサ部材１０３の硬度を低くして、スペーサ部材１０３を摩耗させて、間隙Ｇが変動した場合にはスペーサ部材１０３のみを交換する。これにより、帯電部材１０３の寿命を延ばすことができる。
【００２０】
図８は、スペーサ部材の外観を示す斜視図である。図８（Ａ）は、熱収縮性樹脂製のスペーサ部材の外観で、図８（Ｂ）は、弾性を有する金属製のスペーサ部材の外観である。
また、スペーサ部材１０３には、熱収縮性の樹脂を用いることができる。図８（Ａ）に示すように、円周方向に切れ目のないチューブ状のスペーサ部材１０３を帯電部材１０１の段差１０１ｅに配置し、熱処理して収縮させて巻き付ける。ここで、スペーサ部材１０３を収縮させるのに熱を用いたが、特に限定されず、紫外線等の光によって収縮するものであっても良い。スペーサ部材１０３は、ポリエチレン、ポリオレフィン等のオレフィン樹脂、ポエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂を用いることができる。さらに、これらの収縮性の樹脂を用いることが好ましい。収縮は、特別な処理をすることで収縮するものであってもよく、例えば、熱又は光を作用させることが挙げられる。
また、このスペーサ部材１０３は、接着剤を用いないことが好ましい。帯電部材１０１端部の内側に段差１０１ｅを設け、両側を壁にしてスペーサ部材１０３を抑えることで、接着剤を用いなくて、多少スペーサ部材１０３のみが回転したり又は滑っても、間隙Ｇが変動することはない。また、これにより、接着剤が用いる必要が無く、接着剤の染み出しによる放電生成物の形成を防止することができる。
【００２１】
また、スペーサ部材１０３には、弾性を有する金属又はゴムを用いることができる。図８（Ｂ）に示すように、円周方向に切れ目がある金属製のスペーサ部材１０３を帯電部材１０１の段差１０１ｅに配置し、金属の弾性による圧縮力を利用して巻き付ける。ここで、スペーサ部材１０３を収縮させるのに金属の弾性を用いたが、特に限定されず、ゴムの弾性による圧縮力によって収縮するものであっても良い。
スペーサ部材１０３は、金属としては、アルミニウム、鉄、銅、チタン又はこれらを主体とする合金を用いることができる。さらに、これらの表面を酸化物で被覆して、電気的に絶縁性にすることが好ましい。金属製のスペース部材１０３は、像担持体６１の樹脂による感光層と比較して硬いため、さらに、表面に樹脂で被覆することが好ましい。これにより、像担持体６１の感光層より硬度を低くして、像担持体６１の摩耗を減らすことができる。
また、ゴムとしては、天然ゴム、ポリウレタンゴム、クロロプレンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムを用いることができる。ＪＩＳ−Ａ：ゴム硬度が７０Ｈｓ以上が好ましく、さらに、シリカ、アルミナ、グラスファイバー等を添加して硬化させたものが好ましい。これにより、間隙Ｇの変動を防ぐことができる。
【００２２】
図９は、本発明の帯電部材であって、段差とスペーサ部材の一つの例である。図９（Ａ）は、段差にスペーサ部材を配置し、図９（Ｂ）は、スペーサ部材を段差に押し込んだ状況を示している。図９に示すように、帯電部材１０１の端部内側に２つの小さい段差１０１ｅを設け、ここに収縮性樹脂製のスペーサ部材１０３を巻き付けるときに、圧力をかけて段差１０１ｅに樹脂製スペーサ部材１０３を押し込むことで、樹脂製のスペーサ部材１０３は帯電部材１０１の段差１０１ｅに固定できる。これにより、軸方向における接触幅Ａで帯電部材１０１と像担持体６１が接触して、間隙Ｇを一定に保つことができる。
また、帯電部材１０１の回転方向は、端部にギアを配設して、像担持体６１と逆方向に回転させる。帯電部材１０１の回転させる線速度は、像担持体６１の線速度以上の線速度で回転させることが好ましく、同じ線速度が特に好ましい。帯電部材１０１の線速度を像担持体６１より遅くする場合は、印加する電圧によっては帯電が不安定になり、像担持体６１を均一に帯電させることが困難になる。
【００２３】
また、帯電装置１００は、帯電部材１０１の汚染を除去するためのクリーニング部材１０２を備える。図１０は、本発明の帯電装置に備えられるクリーニング部材の構成を示す概略図である。クリーニング部材１０２は、図１０に示すように、帯電装置１００の図示しないハウジングの側板に設けられる軸受に嵌合され、回転可能に軸支される。このクリーニング部材１０２は、帯電部材１０１に当接して、外周面をクリーニングする。帯電部材１０１の表面にトナー、紙粉、部材の破損物等の異物が付着すると、電界が異物部分に集中するために優先的に放電が生ずる異常放電を起こす。逆に、電気的絶縁性の異物が広い範囲に付着すると、その部分では放電が生じないために、像担持体６１に帯電斑が生ずる。このために、帯電装置１００には帯電部材１０１の表面をクリーニングするクリーニング部材１０２を設けることが好ましい。
【００２４】
また、帯電装置１００は、帯電部材１０１に電圧を印加する電源を備える。電圧としては、直流電圧だけでも良いが、直流電圧と交流電圧を重畳した電圧が好ましい。帯電部材１０１の層構成が不均一な部分がある場合には、直流電圧のみを印加すると像担持体６１の表面電位が不均一になることがある。重畳した電圧では、帯電部材１０１表面が等電位となり、放電が安定して像担持体６１を均一に帯電させることができる。
重畳する電圧における交流電圧は、ピ−ク間電圧を像担持体６１の帯電開始電圧の２倍以上にすることが好ましい。帯電開始電圧とは、帯電部材１０１に直流のみを印加した場合に像担持体６１が帯電され始めるときの電圧の絶対値である。これにより、像担持体６１から帯電部材１０１への逆放電が生じ、そのならし効果で像担持体６１をより安定した状態で均一に帯電させることができる。
【００２５】
スペーサ部材１０３の接触幅Ｗを０．５ｍｍ以下にすることで、間隙Ｇの変動を抑えることができる。これは、帯電部材１０１の本体部１０１ｂに硬質の樹脂に、強度を向上させるためのセラミックス等によって更に硬質にする。これにより、この硬質樹脂の帯電部材１０１は、像担持体６１の回転中に、帯電部材１０１と像担持体６１の偏心、回転の振動又は圧縮バネのばらつきによる押圧力の差異によっても接触幅Ｗがほとんど同じにすることができる。さらに、帯電部材１０１と像担持体６１の間の間隙Ｇは、所定の大きさに制御することができる。
また、像担持体６１の駆動装置のギア、チェーンなどの駆動部材が経時的に摩耗等により偏心が大きくなったり、衝撃力が加わっても間隙Ｇの変動を抑えることができる。これにより、帯電部材１０１の全面を一様に帯電に用いられることから、一部を過度に使用される場合に生ずる劣化が生ずることなく、帯電部材１０１の寿命も延ばすことができる。
【００２６】
図１１は、本発明の作像ユニットの構成を示す概略図である。画像形成装置１本体に着脱可能であって、少なくとも像担持体６１と上述の帯電装置１００を配設する作像ユニットを用いることができる。この作像ユニットでは、像担持体６１と帯電装置１００とは、上述したように、一定の間隙Ｇを持って対向するように組み込まれている。このために、画像形成装置１から着脱しても間隙Ｇを一定に保持することができる。従って、画像形成時には、像担持体６１を均一に帯電することができ、放電生成物が少なく、かつ、異常画像のない画像を形成することができる。また、経時的な変化により帯電部材１０１と像担持体６１の当接が生じないために、帯電部材１０１の経時的な劣化が少なく、作像ユニット全体の寿命を延ばすことができる。
また、この作像ユニットは、帯電装置１００を配置し、像担持体６１を配置しないものであっても良い。像担持体６１、現像装置６３、帯電装置１００はそれぞれ寿命が異なり、メンテナンス性を考慮して最適の組み合わせをとることができる。このほかに、作像ユニットは、少なくとも像担持体６１のクリーニング装置６４、現像装置６３、のいずれかを配設するものであっても良い。
また、作像ユニットは、像担持体６１、帯電装置１００を作像ユニット内に組み付けるときの、位置出しのための当接部材を有する。像担持体６１、帯電装置１００は、それぞれ別に組み付けられるために、当接部材を作像ユニット本体に設け、像担持体６１と帯電部材１０１とを所定の間隙Ｇにする。また、像担持体６１、帯電装置１００は、寿命が異なることがあり、回収して補修し再度又は新たな像担持体６１等を組み付ける場合であっても、当接部材を設けることで、所定の間隙Ｇにすることができる。
【００２７】
また、少なくとも像担持体６１と上述の帯電装置１００を有する画像形成装置１である。画像形成装置１では、像担持体６１と帯電装置１００とは、上述したように、一定の間隙Ｇを持って対向するように組み込まれている。これにより、像担持体６１と帯電装置１００との間の間隙Ｇを、像担持体６１等との駆動・回転時で偏心により中心がぶれたり、回転による振動、衝撃力が生じて、帯電部材１０１の像担持体６１への圧力が変化しても、一定に維持することができる。
さらに、像担持体６１が備える光導電体をアモルファスシリコン系にすることが好ましい。アモルファスシリコン系像担持体６１は、真空中の気相成長法で製造されるために表面が極めて平滑になる。従って、像担持体６１を回転させても帯電部材１０１との間で形成される間隙Ｇの変動が少なく、帯電部材１０１表面の全体で放電し、像担持体６１は均一に帯電される。さらに、間隙Ｇが一定に維持されることから放電生成物の発生を少なく抑えることができる。
また、光導電性の有機物質を用いる像担持体６１は、樹脂中に有機物質を分散させている。層構成により有機物質が表面層に含まれないことが多いが、いずれの層構成であっても、樹脂を主体としている。そのために、上述の帯電部材１０１を用いることで間隙Ｇを一定に維持できるが、さらに、像担持体６１の表面層にフィラーを分散させて硬質の表面にすることが好ましい。耐摩耗性が向上し、経時的劣化を抑え、寿命を延ばすことができる。フィラーとしては、グラスファイバー、アルミナ、シリカ等の酸化物を用いることができる。
【００２８】
この画像形成装置１は、上述の帯電装置１００のほかに下記の装置を搭載する。図１に示すように、画像形成装置１における露光装置７０は、帯電装置１００により帯電された像担持体６１に光を照射して、光導電性を有する像担持体６１上に静電潜像を形成する。光Ｌは、蛍光灯、ハロゲンランプ等のランプ、ＬＥＤ、ＬＤ等の半導体素子によるレーザ光線等であっても良い。ここでは、図示しない画像処理部からの信号により像担持体６１の回転速度に同期して照射される場合は、ＬＤの素子を用いる。
【００２９】
現像装置６３は、現像剤担持体を有し、現像装置６３内に貯蔵されたトナーを供給ローラで攪拌部に搬送されて、キャリアを含む現像剤と混合・攪拌され、像担持体６１に対向する現像領域に搬送される。このときに、正又は負極性に帯電されたトナーは、像担持体６１の静電潜像に転移して現像される。現像剤は、磁性又は非磁性の一成分現像剤又はこれらを併せて使用するものであっても良いし、湿式の現像液を用いるものであっても良い。
【００３０】
１次転写装置６２は、像担持体６１上の現像されたトナー像を中間転写体５０の裏側からトナーの極性と反対の極性の電場を形成して、中間転写体５０に転写する。１次転写装置６２は、コロトロン、スコロトロンのコロナ転写器、転写ローラ、転写ブラシのいずれの転写装置であっても良い。その後、給紙装置２２から搬送されてくる記録媒体と同期させて、再度２次転写装置５１による転写で記録媒体上にトナー像を転写する。ここで、最初の転写が中間転写体５０ではなく、記録媒体に直接転写する方式であっても良い。
【００３１】
定着装置８０は、記録媒体上のトナー像を、加熱及び／又は加圧して記録媒体上にトナー像を固定して定着させる。ここでは、１対の加圧・定着ローラの間を通過させ、このときに熱・圧力をかけて、トナーの結着樹脂を溶融しながら定着させる。定着装置８０は、ローラ状ではなく、ベルト状であっても良いし、ハロゲンランプ等で熱照射により定着させるものであっても良い。
像担持体６１のクリーニング装置６４は、転写されずに像担持体６１上に残留したトナーをクリーニングして除去し、次の画像形成を可能にする。クリーニング装置６４は、ウレタン等のゴムによるブレード、ポリエステル等の繊維によるファーブラシ等のいずれの方式であっても良い。
【００３２】
以下、本発明の画像形成装置１の動作について説明する。
読み取り部３０は、原稿搬送部３６の原稿台上に原稿をセットするか、又、原稿搬送部３６を開いてコンタクトガラス３１上に原稿をセットし、原稿搬送部３６を閉じて原稿を押さえる。そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿搬送部３６に原稿をセットしたときは原稿をコンタクトガラス３１上へと搬送して後、他方コンタクトガラス３１上に原稿をセットしたときは直ちに、第１読み取り走行体及び第２読み取り走行体３２、３３を走行する。そして、第１読み取り走行体３２で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２読み取り走行体３３に向け、第２読み取り走行体３３のミラーで反射して結像レンズ３４を通して読取りセンサであるＣＣＤ３５に入れ、画像情報を読み取る。読み取った画像情報をこの制御部に送る。制御部は、読み取り部３０から受け取った画像情報に基づき、画像形成部６０の露光装置７０内に配設された図示しないＬＤ又はＬＥＤ等を制御して像担持体６１に向けて、書き込みのレーザ光Ｌを照射させる。この照射により、像担持体６１の表面には静電潜像が形成される。
【００３３】
給紙部２０は、多段に備える給紙カセット２１から給紙ローラにより記録媒体を繰り出し、繰り出した記録媒体を分離ローラで分離して給紙路に送り出し、画像形成部６０の給紙路に記録媒体を搬送ローラで搬送する。この給紙部２０以外に、手差し給紙も可能となっており、手差しのための手差しトレイ、手差しトレイ上の記録媒体を手差し給紙路に向けて一枚ずつ分離する分離ローラも装置側面に備えている。レジストローラ２３は、それぞれ給紙カセット２１に載置されている記録媒体を１枚だけ排出させ、中間転写体５０と２次転写装置５１との間に位置する２次転写部に送る。画像形成部６０では、読み取り部３０から画像情報を受け取ると、上述のようなレーザ書き込みや、現像プロセスを実施させて像担持体６１上に潜像を形成させる。
【００３４】
現像装置６３内の現像剤は、図示しない磁極により汲み上げて保持され、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成する。さらに、現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧により像担持体６１に転移して、その像担持体６１上の静電潜像を可視化して、トナー像を形成する。現像バイアス電圧は、交流電圧と直流電圧を重畳させている。次に、トナー像に応じたサイズの記録媒体を給紙させるべく、給紙部２０の給紙ローラのうちの１つを作動させる。また、これに伴なって、駆動モータで支持ローラの１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写体５０を回転搬送する。同時に、個々の画像形成ユニットでその像担持体６１を回転して像担持体６１上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体５０の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体５０上に合成トナー像を形成する。
【００３５】
一方、給紙部２０の給紙ローラの１つを選択回転し、給紙カセット２１の１つから記録媒体を繰り出し、分離ローラで１枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラで画像形成装置１の画像形成部６０内の給紙路に導き、この記録媒体をレジストローラ２３に突き当てて止める。そして、中間転写体５０上の合成トナー像にタイミングを合わせてレジストローラ２３を回転し、中間転写体５０と２次転写装置５１との当接部である２次転写部に記録媒体を送り込み、この２次転写部に形成されている２次転写バイアスや当接圧力などの影響によってトナー像を２次転写して記録媒体上にトナー像を記録する。ここで、２次転写バイアスは、直流であることが好ましい。
画像転写後の記録媒体は、２次転写装置の搬送ベルトで定着装置８０へと送り込み、定着装置８０で加圧ローラによる加圧力と熱の付与によりトナー像を定着させた後、排出ローラ４１で排紙トレイ４０上に排出する。
【００３６】
【実施例】
（実施例１と比較例１）
帯電部材の材質による円周方向の接触幅Ｗに対する影響を評価した。
実施例１では、帯電部材の中抵抗層に硬質の樹脂を用い、比較例１では、帯電部材の中抵抗層に軟質のゴムを用いる。スペーサ部材は、同一の樹脂によるテープを用いる。
スペーサ部材を巻き付けた帯電部材を、天秤ばかりの積載台面に接触させる。この帯電部材の上に透明なガラス板を載せ、このガラス板に圧力をかける。このときに、ガラス板と帯電部材の接触部分の接触幅Ｗを測定し、かつ天秤ばかりの加圧力を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
表１からも明らかなように、硬質の樹脂を中抵抗層に用いた実施例１の帯電部材は、帯電部材にかける圧力を変えても、接触幅Ｗが変化しなかったが、軟質のゴムを用いた比較例１の帯電部材は、圧力により接触幅Ｗが大きく変化した。
【００３７】
（実施例２）
また、このときの画像形成装置１の像担持体６１、帯電装置１００のプロセス条件を、下記の条件にして、６万プリント、１５万プリントのプリント試験を行なって、接着剤の染み出し、異常画像の発生を評価した。
像担持体
像担持体は、４層構造でＡｌ基体の上に下引層、キャリア発生層、キャリア移動層、表面層からなっている。キャリア発生材料は、フタロシアニン顔料を用いた。表面層となる保護層には、ポリカーボネート樹脂を用い、フィラーとして平均粒径０．０５〜０．８μｍのシリカを用いた。像担持体の帯電条件等は、画像部電位：−１５０Ｖ、非画像部電位：−７００Ｖ、像担持体の線速：２４５ｍｍ／ｓ とした。
帯電装置
帯電部材１０１は、円筒状で直径は１２ｍｍのものを用い、段差を端部内側に接触幅Ａ：８ｍｍに設け、軸部は直径：１０ｍｍ、材質：快削鋼（ＪＩＳ ＳＵＭ２２）、中抵抗層は厚さ：２ｍｍ、材質：ＡＢＳ樹脂、導電剤：エーテルアミド、表面層は厚さ：１０μｍ、材質：フッ素樹脂、導電剤：ＩＴＯで、電圧条件は交流電圧：２ｋＨｚ、Ｖｐ−ｐ：２ｋＶ、直流電圧：−４５０Ｖで、スペーサ部材は熱収縮性フッ素樹脂、加圧した圧力：１０Ｎ、クリーニング部材：ポリエステル繊維で、接触幅Ｗは０．３ｍｍ、間隙Ｇは４０μｍにした。
【００３８】
（比較例２）
帯電部材１０１の表面層に、発泡性ウレタンゴムにカーボンブラックを混入し、厚さ：５ｍｍ、接触幅Ａ：５ｍｍにしたスペーサ部材１０３を接着剤で帯電部材１０１に貼着した以外は、すべて実施例２と同じ条件にした。
【００３９】
その結果、表２に示す。
【表２】
６万プリントした後では、実施例２の帯電ローラは、何ら問題が生じていない。比較例１の帯電部材１０１は、接着剤が染み出していたが、画像流れ、画像斑等の異常画像は現れていない。
１５万プリントした後では、実施例２では、スペーサ部材１０３はよれたり、移動したりすることはなかった。また、画像流れ、画像斑等の異常画像は現れていない。比較例２では、接着剤が染み出していたし、放電生成物が原因の画像流れが画像上に現れていた。また、接着剤にトナー等が付着した異常生成物が原因の画像斑が現れていた。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の帯電装置は、帯電装置と像担持体の間に形成される間隙を、画像形成動作時であっても、一定に維持することができ、帯電部材の全面で一様な放電をさせることで、異常放電と放電生成物の発生を少なく抑え、
異常画像が形成されるのを防止して、高品位の画像を得ることができる。また、本発明の作像ユニットでは、像担持体と帯電部材の経時的な接触を抑えることで、経時的な劣化を抑え、異常画像の形成を防止し、作像ユニットの寿命を延ばすことができる。また、本発明の画像形成装置では、帯電部材の経時的な劣化を抑え、異常画像が形成されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電部材、本発明の帯電装置を用いる画像形成装置である本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明を説明するための画像形成部の拡大図である。
【図３】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の帯電部材と像担持体との位置関係を示す概略図である。
【図５】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の構造を示す概略図である。
【図６】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材にスペーサ部材を配設した状態を示す概略構成図である。
【図７】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の半径方向の断面図である。
【図８】スペーサ部材の外観を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の帯電部材であって、段差とスペーサ部材の一つの例である。
【図１０】本発明の帯電装置に備えられるクリーニング部材の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の作像ユニットの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
１０ 画像形成部
２０ 給紙部
２１ 給紙カセット
２２ 給紙装置
２３ レジストローラ
３０ 読み取り部
３１ コンタクトガラス
３２、３３ 読み取り走行体
３４ レンズ
３５ ＣＣＤ
３６ 自動原稿搬送装置
４０ 排紙収納部
４１ 排紙ローラ
５０ 中間転写体
５１ ２次転写装置
５２ 中間転写ベルトクリーニング装置
６０ 画像形成部
６１ 像担持体
６２ １次転写装置
６３ 現像装置
６３ａ 現像剤担持体
６４ クリーニング装置
６４ａ クリーニングブラシ
６４ｂ クリーニングブレード
７０ 露光装置
８０ 定着装置
１００ 帯電装置
１０１ 帯電部材
１０１ａ 軸部
１０１ｂ 本体部
１０１ｃ 中抵抗層
１０１ｄ 表面層
１０１ｅ 段差
１０１ｆ 別の部材
１０２ クリーニング部材
１０３ スペーサ部材
１０４ 軸受
１０５ 加圧スプリング
Ｇ 間隙
Ｌ レーザ光
Ｗ 接触幅（円周方向）
Ａ 接触幅（軸方向）
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式の複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置に配設される帯電部材、帯電装置、像担持体とこの帯電装置を有する作像ユニットと、この帯電装置を有する画像形成装置に関するものである。さらに詳細には、像担持体表面に対向して配設され、かつ像担持体に対して微少な間隙を有する帯電部材、これを配設する帯電装置、さらにこれらを備える作像ユニット、画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置は、像担持体に帯電を施し、その帯電を露光より選択的に消去あるいは減少させ、像担持体上に静電潜像を形成するものが知られている。そして、像担持体に帯電する帯電装置としては、コロナ放電を利用したものが主流であった。しかし、このコロナ放電を用いた帯電装置は、オゾンが多量に発生してしまうという不具合があり、またコロナ放電を行わせるために５〜１０ｋＶという高電圧を印加する高電圧電源が必要となり、画像形成装置の低コスト化が難しくなる。
従って、近年、コロナ放電を利用しない帯電部材を像担持体に対向して設ける帯電装置が提案されている。この帯電装置は、像担持体と直接接触させる接触型と微少な間隙を設ける非接触型とがある。接触型の帯電装置では、コロナ放電を用いる場合の不具合の多くが解消される一方、「像流れ」と呼ばれる異常画像の発生及び像担持体の摩耗量が増大する等の不具合が発生している。また、印加電圧に交流を用いた場合は騒音が発生するという不具合がある。さらに、接触型帯電装置では、トナーや紙粉を像担持体と帯電部材で擦りつけるので汚染を助長するという不具合がある。
【０００３】
そのために、非接触型で像担持体を帯電させる帯電装置が多く提案されている。この非接触型の帯電装置では、接触型の帯電装置と比較して、帯電部材が像担持体に機械的に当接しないために、互いに摩耗することが無く、さらに、トナー又は紙粉等による汚れることが少ないために、経時劣化を防止することができる。
【０００４】
また、従来、所定の間隙にするために、帯電部材の両端にスペーサ部材を接着剤で貼着させているが、この接着剤が圧力を受けてスペーサ部材から染み出してくることがある。この染み出した接着剤にトナー等が付着して異常生成物を形成すると、異常放電が発生して像担持体、帯電部材の劣化を招くことになる。また、異常放電により像担持体が正常に帯電しないために画像斑等の異常画像が形成されることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、圧力が加えられても像担持体と帯電部材とが形成する間隙の変動が少なく、帯電部材からの放電生成物と異常生成物を少なくすることができる帯電部材を提供することである。
さらに、この帯電部材を配設することで、像担持体と帯電部材とが形成する間隙の変動を少なくして像担持体の帯電を均一にすることができる帯電装置を提供することである。
また、この帯電装置を用いることで帯電装置を交換するための期間を長くした高寿命の作像ユニットを提供することである。
また、この帯電装置を用いることで、放電生成物を形成することが少なくなるために、異常画像の少ない高品位の画像を得ることができる画像形成装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、帯電装置に配設される帯電部材であって、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材において、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する帯電部材とする。
請求項２に記載の発明は、前記帯電部材は、円柱形状で、回転可能に配設される請求項１に記載の帯電部材とする。
請求項３に記載の発明は、前記本体部は、導電剤を含む樹脂から構成される請求項１又は２に記載の帯電部材とする。
請求項４に記載の発明は、前記スペーサ部材は、切れ目を有しない請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項５に記載の発明は、前記スペーサ部材は、熱又は光により収縮する請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項６に記載の発明は、前記スペーサ部材は、弾性により収縮する請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項７に記載の発明は、前記スペーサ部材は、弾性を有するゴム製である請求項６に記載の帯電部材とする。
請求項８に記載の発明は、前記スペーサ部材は、弾性を有する金属製である請求項６に記載の帯電部材とする。
請求項９に記載の発明は、前記スペーサ部材は、前記本体部より硬度が低い請求項１ないし７のいずれかに記載の帯電部材とする。
請求項１０に記載の発明は、前記スペーサ部材は、接着剤なしで前記本体部に固定される請求項１ないし９のいずれかに記載の帯電部材とする。
【０００７】
請求項１１に記載の発明は、像担持体に対向し、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する帯電装置において、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有しその段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する帯電装置とする。
請求項１２に記載の発明は、前記帯電部材と前記像担持体の間で形成される間隙は、接触しない距離であって、８０μｍ以下である請求項１１に記載の帯電装置とする。
請求項１３に記載の発明は、前記帯電部材は、スペーサ部材で像担持体に接触し、前記スペーサ部材は、４〜２５Ｎの荷重で像担持体に対して押圧され、かつ、スペーサ部材の像担持体表面の移動する円周方向における接触幅を０．５ｍｍ以下にする請求項１１又は１２に記載の帯電装置とする。
請求項１４に記載の発明は、前記帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である請求項１１ないし１３のいずれかに記載の帯電装置とする。
請求項１５に記載の発明は、少なくとも帯電装置を配設する作像ユニットであって、画像形成装置本体に着脱可能な作像ユニットであって、
前記作像ユニットの帯電装置は、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する作像ユニットにおいて、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する作像ユニットとする。
請求項１６に記載の発明は、前記作像ユニットの帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である請求項１５に記載の作像ユニットとする。
請求項１７に記載の発明は、前記作像ユニットは、現像装置及び／又はクリーニング装置を配設する請求項１５又は１６に記載の作像ユニットとする。
請求項１８に記載の発明は、帯電装置と像担持体の一部に当接して位置決めする当接部材を備える請求項１５ないし１７のいずれかに記載の作像ユニットとする。
【０００８】
請求項１９に記載の発明は、少なくとも像担持体、帯電装置、現像装置を配設する画像形成装置であって、前記画像形成装置の帯電装置は、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する画像形成装置において、前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する画像形成装置とする。
請求項２０に記載の発明は、前記画像形成装置の帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である請求項１９に記載の画像形成装置とする。
請求項２１に記載の発明は、前記画像形成装置において、前記像担持体は、アモルファスシリコンを光導電体として用いる請求項１９又は２０に記載の画像形成装置とする。
請求項２２に記載の発明は、前記画像形成装置において、前記像担持体は、有機光導電体を用い、フィラーを分散させる表面層を有する請求項１９又は２０に記載の画像形成装置とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の帯電部材、本発明の帯電装置を用いる画像形成装置である本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。図２は、図１の画像形成装置の画像形成部の構成を示す概略図である。この画像形成装置１は、表面に感光体層を有するドラム状であってイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色に対応する分の個数分の像担持体６１と、各像担持体６１をほぼ一様に帯電する帯電装置１００と、帯電された像担持体６１にレーザ光で露光して静電潜像を形成する露光装置７０と、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色の現像剤を収容し、像担持体６１上の静電潜像に対応するトナー像を形成する現像装置６３と、像担持体６１上のトナー像を転写する１次転写装置６２と、像担持体６１上のトナー像が転写されるベルト状の中間転写体５０と、中間転写体５０のトナー像を転写する２次転写装置５１と、中間転写体５０のトナー像が転写される記録媒体上のトナー像を定着させる定着装置８０と、さらに、像担持体６１上に転写後残留するトナーを除去するクリーニング装置６４とを備える。記録媒体は、記録媒体を収納する給紙装置２１、２２のひとつから、１枚ずつ搬送経路を搬送ローラでレジストローラ２３まで搬送され、ここで、像担持体６１上のトナー像と同期を計って転写位置に搬送される。
【００１０】
ここで、帯電装置１００について詳細に説明する。
図３は、本発明の帯電装置の構成を示す概略図である。図４は、本発明の帯電部材と像担持体との位置関係を示す概略図である。
帯電装置１００は、像担持体６１に対向し、微少な間隙Ｇを設けて配設される帯電部材１０１と、帯電部材を清掃する不図示のクリーニング部材１０２と、帯電部材１０１に電圧を印加する不図示の電源と、帯電部材１０１を像担持体に６１に加圧して接触させる加圧スプリング１０５とを少なくとも備える。
帯電部材１０１は、図３及び図４に示すように、像担持体６１に微少な間隙Ｇを持たせて対向して配設される。帯電部材１０１と像担持体６１の間隙Ｇは、一定の厚さを有するスペーサ部材１０３を帯電部材１０１の非画像形成領域に貼着させて調整する。また、スペーサ部材１０３は、像担持体６１と移動する円周方向に対して接触幅Ｗをもって接触している。
図５は、本発明の帯電部材の構造を示す概略図である。図５に示すように、帯電部材１０１の本体部の両端に、段差１０１ｅが設けられ、この段差１０１ｅにスペーサ部材１０３を巻き付ける。例えば、この段差１０１ｅとしては、図５（Ａ）に示すように、帯電部材１０１本体部１０１ｂの端部に段差１０１ｅがある。図５（Ｂ）に示すように、帯電部材１０１本体部１０１ｂの端部内側に段差１０１ｅがあり、スペーサ部材１０３を両側から挟むような状態になっている。さらに、図５（Ｃ）に示すように、帯電部材１０１本体部１０１ｂの端部に段差１０１ｅがあり、この段差１０１ｅに別の部材１０１ｆを設けられている。これにより、帯電部材１０１の端部に段差１０１ｅがあっても、スペーサ部材１０３を両側から挟むことで、スペーサ部材１０３の変動を抑えることができる。
【００１１】
また、図６は、本発明の帯電部材にスペーサ部材を巻き付けた状態を示す概略構成図である。図６（Ａ）は、帯電部材の端部に段差にスペーサ部材を巻き付けた状態を示し、図６（Ｂ）は、帯電部材の端部内側に段差にスペーサ部材を巻き付けた状態を示し、図６（Ｃ）は、帯電部材の端部に段差にスペーサ部材を巻き付け、その側面を別の部材で挟んだ状態を示している。
スペーサ部材１０３は、像担持体６１と接触して加圧されているため、像担持体６１の回転に伴って、移動することがある。このために、段差１０１ｅにスペーサ部材１０３を接着剤で貼着して固定する。従来は、凸状又は帯電部材１０１表面に直接スペーサ部材を接着剤で貼着していたことで、接着剤が染み出して、これに像担持体６１の表面のトナー、紙粉等の異物が付着して、異常生成物になり、これが次第に大きくなりこの異常生成物の箇所で異常放電が発生して、像担持体６１上に斑点状の静電潜像を形成して、異常画像が形成されることがあった。しかし、段差１０１ｅにしたことで、図６（Ａ）に示すように、この間隙Ｇを調整するためのスペーサ部材１０３の底部は段差１０１ｅにあり、ここから接着剤が染み出しても、像担持体６１との距離が離れているために、異常放電を抑えることができる。
また、図６（Ｂ）に示すように、段差１０１ｅは、帯電部材１０１端部より内側に設けても良いし、図６（Ｃ）に示すように、段差１０１ｅが帯電部材１０３の端部にある場合でも、その側面を別の部材１０１ｆで抑えて、挟んでも良い。スペーサ部材１０３の接着剤が少ない場合に帯電部材１０１の回転によりスペーサ部材１０３は左右に移動したり、剥がれることがある。しかし、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）に示すように、段差１０１ｅにすることで、像担持体６１に接触していることによる圧力を受けても、スペーサ部材１０３の変位を防止し、帯電部材１０１の間隙Ｇを適正な範囲に維持することができ、異常放電を抑え、異常画像が形成されるのを防止することができる。
【００１２】
また、帯電部材１０１の形状は、特に限定されず、半円柱状で固定されて配設されていても良い。また、図３に示すように、帯電部材１０１の形状が円柱状で、両端をギア又は軸受１０４で回転可能に支持されていても良い。このように、帯電部材１０１は、像担持体６１への最近接部から、像担持体６１移動方向の上下流に漸次離間する局面で形成されていると、像担持体６１をより均一に帯電させることができる。像担持体６１に対向する帯電部材１０１が、先鋭な部分があると、その部分の電位が高くなるために優先的に放電が開始され、像担持体６１の均一な帯電が困難になる。従って、円柱状の形状で、曲面を有することで均一な像担持体６１の帯電が可能になる。また、帯電部材１０１の放電している表面は強いストレスを受ける。放電が常に同じ面で発生するので、その劣化が促進され、さらに、削り落ちることがある。そのために、帯電部材１０１の全面を放電する面として使用できるのであれば、回転させることで、早期の劣化を防止することで、長期にわたって使用することができる。また、スペーサ部材１０３を巻き付ける段差１０１ｅは、旋盤等による切削加工で設けることができる。また、外側の凸部を別部材にしても良い。
【００１３】
図７は、本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の半径方向の断面図である。帯電部材１０１は、中心に金属製芯金による軸部１０１ａ、その外側に中抵抗層１０１ｃと最外層に表面層１０１ｄとを有する本体部１０１ｂからなる構造をしている。軸部１０１ａは、例えば、直径が８〜２０ｍｍのステンレス、アルミニウムの高い剛性と導電性を有している金属製又は１×１０３Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０２Ω・ｃｍ以下で高い剛性を有する導電性の樹脂等で構成される。中抵抗層１０１ｃは、１×１０５Ω・ｃｍ〜１×１０９Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１〜２ｍｍ程度の厚さにすることが好ましい。表面層１０１ｄは、１×１０６Ω・ｃｍ〜１×１０１０Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１０μｍ程度の厚さが好ましい。表面層１０１ｄの体積抵抗率は、中抵抗層１０１ｃの電気抵抗率より高くすることが好ましい。ここで、本体部１０１ｂは、中抵抗層１０１ｃと表面層１０１ｄとの２層構造で示したが、特にこの構造に限定されるものではなく、単層でも３層であっても良い。
【００１４】
中抵抗層１０１ｃには、従来は、ヒドリンゴム等のゴムを用いていたが、ここでは、ゴムより膨張係数の低い樹脂を用いて、導電剤を混入して電気抵抗を調整する。通常、樹脂の線膨張係数はゴムの約１／２以下であり、樹脂の体積膨張係数は等方性の場合ゴムの約１／６以下になる。従来のように、ゴムを用いると、熱や湿度により、ゴムの寸法精度が大きく変化し、間隙Ｇが小さくなり像担持体６１と接触することがある。ゴムには、その弾性を発揮させるためや劣化防止のために数種類の可塑剤、活性剤が添加されており、さらに、導電剤を分散させるために分散補助剤を添加していることがある。像担持体６１の表面は、ポリカーボネイト、アクリル等の非晶性樹脂が多く用いられており、可塑剤、活性剤等により非常に弱い。また、帯電部材１０１と像担持体６１とが接触していると、その接触部分にトナー等の異物を巻き込み、帯電部材１０１が汚染されて帯電不良となる。さらに、像担持体６１も汚染されて、横筋等の異常画像が形成される。
【００１５】
ここで、中抵抗層１０１ｃの樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、ポリスチレン及びその共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂等を用いることができる。樹脂には、導電剤のほかに強度を向上、寸法の精度を向上させるためにカーボンファイバー、グラスファイバー、炭化物、硼化物等のセラミックスを混入することにより膨張係数を小さくすることができる。導電剤としては、過酸化リチウム等のアルカリ金属塩、過塩素酸ナトリウム等の過塩素酸塩、テトラブチルアンモニウム塩等の４級アンモニウム塩、高分子導電剤等のイオン系導電剤、カーボンブラック、銀粉、銅粉等の金属粉、ＩＴＯ等のセラミックス粉を用いることができる。
表面層１０１ｄは、表面張力が小さいフッ素系樹脂に導電剤を混入して電気抵抗を調整する。フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。導電剤としては、中抵抗層１０１ｃと同様に、カーボンブラック、銀粉、銅粉等の金属粉、ＩＴＯ等のセラミックス粉を用いることができる。
【００１６】
帯電部材１０１と像担持体６１との間隙Ｇは、スペーサ部材１０３により１００μｍ以下、特に、２０〜５０μｍの範囲にする。これにより、帯電装置１００の作動時における異常画像の形成を抑えることができる。間隙Ｇが、１００μｍ以上では、像担持体６１に到達するまでの距離も長くなることで、パッシェンの法則の放電開始電圧が大きくなり、さらに、像担持体６１までの放電空間が大きくなることで、像担持体６１を所定の帯電をさせるためには放電による放電生成物が多量に必要となり、これが画像形成後も放電空間に多量に残留し、像担持体６１に付着して、像担持体６１の経時劣化を促進する原因になる。
また、この間隙Ｇが小さいと、像担持体６１までの到達距離も短く、放電エネルギーも小さくても像担持体６１を帯電させることができる。しかし、帯電部材１０１と像担持体６１により形成される空間が狭くなり、空気の流が悪くなってしまう。そのために、放電空間で形成された放電生成物はこの空間内に滞留するために、間隙Ｇが大きい場合と同様に、画像形成後も放電空間に多量に残留し、像担持体６１に付着して、像担持体６１の経時劣化を促進する原因になる。従って、放電エネルギーを小さくして放電生成物の生成を少なくし、かつ、空気が滞留しない程度の空間を形成することが好ましい。そのために、間隙Ｇは、１００μ以下であって、２０〜５０μｍの範囲にすることが好ましい。これにより、ストリーマ放電の発生を防止し、放電生成物の生成を少なくして像担持体６１に堆積する量を少なくして、斑点状の画像斑・像流れを防止することができる。
【００１７】
ここで、上述したように、像担持体６１上に現像後に残留するトナーは、像担持体６１に対向して設けられるクリーニング装置６４によりクリーニングされるが、完全に除去するのは困難であり、極わずかのトナーがクリーニング装置を通過し、帯電装置１００へと搬送されてくる。このときに、トナーの粒径が間隙Ｇより大きいと、トナーは回転する像担持体６１や帯電部材１０１により摺擦されて熱を帯び、帯電部材１０１に融着することがある。このトナーが融着した部分は、像担持体６１に近くなるために優先的に放電が生ずる異常放電を起こす。従って、間隙Ｇは、画像形成装置１に用いられるトナーの最大粒径よりも大きいことが好ましい。
【００１８】
また、帯電部材１０１は、図３に示すように、帯電装置１００の図示しないハウジングの側板に設けられる軸受１０４に嵌合され、軸受１０４には従動しない摩擦係数の低い樹脂による軸受１０４に設ける圧縮バネ１０５により像担持体６１表面方向に押圧されている。これにより、機械的振動、芯金の偏位があっても一定の間隙Ｇを形成することができる。押圧する荷重は、４〜２５Ｎにする。好ましくは、６〜１５Ｎにする。帯電部材１０１は、軸受１０４で固定されていても、回転するときの振動、帯電部材１０１の偏心、その表面の凹凸により間隙Ｇの大きさが変動し、間隙Ｇが適正な範囲からはずれる場合があり、このために、経時的には像担持体６１の劣化を促進することになる。ここで、荷重とは、スペーサ部材１０３を通して像担持体６１に加わるすべての荷重を意味する。これは、帯電部材１０１の両端に設けられる圧縮バネ１０５の力、帯電部材１０１とクリーニング部材１０２の自重等により調整できる。荷重が小さいと、帯電部材１０１の回転時による変動、駆動するギア等の衝撃力による跳ね上がりを抑えることができない。荷重が大きいと、帯電部材１０１と嵌合する軸受１０４との摩擦が大きくなり、経時的な摩耗量を大きくして変動を促進することになる。従って、荷重を４〜２５Ｎ、好ましくは、６〜１５Ｎの範囲にすることにより、間隙Ｇを適正な範囲にして、放電生成物の生成を少なくして像担持体６１に堆積する量を少なくして像担持体６１の寿命を延ばし、かつ、斑点状の異常画像・画像流を防止することができる。
【００１９】
また、スペーサ部材１０３の像担持体６１表面の移動方向における接触幅Ｗを０．５ｍｍ以下にする。接触幅Ｗは、図３に示すように、帯電部材１０１の各層の材料・厚さと荷重の大きさにより制御することができる。接触幅Ｗを０．５ｍｍ以下にすることで、回転する像担持体６１表面のうねり、偏心等により像担持体６１側から帯電部材１０１に加えられる外力又は圧縮バネ１０５による帯電部材１０１への押圧する荷重が変化しても、間隙Ｇが大きく変動するのを阻止することができる。
また、スペーサ部材１０３は、円周方向に切れ目があると、荷重より押圧されているために、この部分から接着剤が染み出したり、切れ目から剥がれたりすることが多い。このために、切れ目をなくすことで、像担持体６１との接触による圧力を受けても、接着剤が染み出したり、剥がれるのを防止する。また、接着剤を用いないスペーサ部材１０３を用いることが好ましい。これにより、染み出した接着剤にトナー等が付着するのを防止することができる。
さらに、 スペーサ部材１０３は、この帯電部材１０１の本体部１０１ｂの、中抵抗層１０１ｃと表面層１０１ｄよりも硬度が低いことが好ましい。スペーサ部材１０３には、像担持体６１と接触しているために圧力がかかっている。このために、スペーサ部材１０３が帯電部材１０１の段差１０１ｅ中で回転することがある。そのときに、スペーサ部材１０３の方を帯電部材１０１よりも硬度が高いと帯電部材１０１を摩耗する。そのために、スペーサ部材１０３の硬度を低くして、スペーサ部材１０３を摩耗させて、間隙Ｇが変動した場合にはスペーサ部材１０３のみを交換する。これにより、帯電部材１０３の寿命を延ばすことができる。
【００２０】
図８は、スペーサ部材の外観を示す斜視図である。図８（Ａ）は、熱収縮性樹脂製のスペーサ部材の外観で、図８（Ｂ）は、弾性を有する金属製のスペーサ部材の外観である。
また、スペーサ部材１０３には、熱収縮性の樹脂を用いることができる。図８（Ａ）に示すように、円周方向に切れ目のないチューブ状のスペーサ部材１０３を帯電部材１０１の段差１０１ｅに配置し、熱処理して収縮させて巻き付ける。ここで、スペーサ部材１０３を収縮させるのに熱を用いたが、特に限定されず、紫外線等の光によって収縮するものであっても良い。スペーサ部材１０３は、ポリエチレン、ポリオレフィン等のオレフィン樹脂、ポエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂を用いることができる。さらに、これらの収縮性の樹脂を用いることが好ましい。収縮は、特別な処理をすることで収縮するものであってもよく、例えば、熱又は光を作用させることが挙げられる。
また、このスペーサ部材１０３は、接着剤を用いないことが好ましい。帯電部材１０１端部の内側に段差１０１ｅを設け、両側を壁にしてスペーサ部材１０３を抑えることで、接着剤を用いなくて、多少スペーサ部材１０３のみが回転したり又は滑っても、間隙Ｇが変動することはない。また、これにより、接着剤が用いる必要が無く、接着剤の染み出しによる放電生成物の形成を防止することができる。
【００２１】
また、スペーサ部材１０３には、弾性を有する金属又はゴムを用いることができる。図８（Ｂ）に示すように、円周方向に切れ目がある金属製のスペーサ部材１０３を帯電部材１０１の段差１０１ｅに配置し、金属の弾性による圧縮力を利用して巻き付ける。ここで、スペーサ部材１０３を収縮させるのに金属の弾性を用いたが、特に限定されず、ゴムの弾性による圧縮力によって収縮するものであっても良い。
スペーサ部材１０３は、金属としては、アルミニウム、鉄、銅、チタン又はこれらを主体とする合金を用いることができる。さらに、これらの表面を酸化物で被覆して、電気的に絶縁性にすることが好ましい。金属製のスペース部材１０３は、像担持体６１の樹脂による感光層と比較して硬いため、さらに、表面に樹脂で被覆することが好ましい。これにより、像担持体６１の感光層より硬度を低くして、像担持体６１の摩耗を減らすことができる。
また、ゴムとしては、天然ゴム、ポリウレタンゴム、クロロプレンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムを用いることができる。ＪＩＳ−Ａ：ゴム硬度が７０Ｈｓ以上が好ましく、さらに、シリカ、アルミナ、グラスファイバー等を添加して硬化させたものが好ましい。これにより、間隙Ｇの変動を防ぐことができる。
【００２２】
図９は、本発明の帯電部材であって、段差とスペーサ部材の一つの例である。図９（Ａ）は、段差にスペーサ部材を配置し、図９（Ｂ）は、スペーサ部材を段差に押し込んだ状況を示している。図９に示すように、帯電部材１０１の端部内側に２つの小さい段差１０１ｅを設け、ここに収縮性樹脂製のスペーサ部材１０３を巻き付けるときに、圧力をかけて段差１０１ｅに樹脂製スペーサ部材１０３を押し込むことで、樹脂製のスペーサ部材１０３は帯電部材１０１の段差１０１ｅに固定できる。これにより、軸方向における接触幅Ａで帯電部材１０１と像担持体６１が接触して、間隙Ｇを一定に保つことができる。
また、帯電部材１０１の回転方向は、端部にギアを配設して、像担持体６１と逆方向に回転させる。帯電部材１０１の回転させる線速度は、像担持体６１の線速度以上の線速度で回転させることが好ましく、同じ線速度が特に好ましい。帯電部材１０１の線速度を像担持体６１より遅くする場合は、印加する電圧によっては帯電が不安定になり、像担持体６１を均一に帯電させることが困難になる。
【００２３】
また、帯電装置１００は、帯電部材１０１の汚染を除去するためのクリーニング部材１０２を備える。図１０は、本発明の帯電装置に備えられるクリーニング部材の構成を示す概略図である。クリーニング部材１０２は、図１０に示すように、帯電装置１００の図示しないハウジングの側板に設けられる軸受に嵌合され、回転可能に軸支される。このクリーニング部材１０２は、帯電部材１０１に当接して、外周面をクリーニングする。帯電部材１０１の表面にトナー、紙粉、部材の破損物等の異物が付着すると、電界が異物部分に集中するために優先的に放電が生ずる異常放電を起こす。逆に、電気的絶縁性の異物が広い範囲に付着すると、その部分では放電が生じないために、像担持体６１に帯電斑が生ずる。このために、帯電装置１００には帯電部材１０１の表面をクリーニングするクリーニング部材１０２を設けることが好ましい。
【００２４】
また、帯電装置１００は、帯電部材１０１に電圧を印加する電源を備える。電圧としては、直流電圧だけでも良いが、直流電圧と交流電圧を重畳した電圧が好ましい。帯電部材１０１の層構成が不均一な部分がある場合には、直流電圧のみを印加すると像担持体６１の表面電位が不均一になることがある。重畳した電圧では、帯電部材１０１表面が等電位となり、放電が安定して像担持体６１を均一に帯電させることができる。
重畳する電圧における交流電圧は、ピ−ク間電圧を像担持体６１の帯電開始電圧の２倍以上にすることが好ましい。帯電開始電圧とは、帯電部材１０１に直流のみを印加した場合に像担持体６１が帯電され始めるときの電圧の絶対値である。これにより、像担持体６１から帯電部材１０１への逆放電が生じ、そのならし効果で像担持体６１をより安定した状態で均一に帯電させることができる。
【００２５】
スペーサ部材１０３の接触幅Ｗを０．５ｍｍ以下にすることで、間隙Ｇの変動を抑えることができる。これは、帯電部材１０１の本体部１０１ｂに硬質の樹脂に、強度を向上させるためのセラミックス等によって更に硬質にする。これにより、この硬質樹脂の帯電部材１０１は、像担持体６１の回転中に、帯電部材１０１と像担持体６１の偏心、回転の振動又は圧縮バネのばらつきによる押圧力の差異によっても接触幅Ｗがほとんど同じにすることができる。さらに、帯電部材１０１と像担持体６１の間の間隙Ｇは、所定の大きさに制御することができる。
また、像担持体６１の駆動装置のギア、チェーンなどの駆動部材が経時的に摩耗等により偏心が大きくなったり、衝撃力が加わっても間隙Ｇの変動を抑えることができる。これにより、帯電部材１０１の全面を一様に帯電に用いられることから、一部を過度に使用される場合に生ずる劣化が生ずることなく、帯電部材１０１の寿命も延ばすことができる。
【００２６】
図１１は、本発明の作像ユニットの構成を示す概略図である。画像形成装置１本体に着脱可能であって、少なくとも像担持体６１と上述の帯電装置１００を配設する作像ユニットを用いることができる。この作像ユニットでは、像担持体６１と帯電装置１００とは、上述したように、一定の間隙Ｇを持って対向するように組み込まれている。このために、画像形成装置１から着脱しても間隙Ｇを一定に保持することができる。従って、画像形成時には、像担持体６１を均一に帯電することができ、放電生成物が少なく、かつ、異常画像のない画像を形成することができる。また、経時的な変化により帯電部材１０１と像担持体６１の当接が生じないために、帯電部材１０１の経時的な劣化が少なく、作像ユニット全体の寿命を延ばすことができる。
また、この作像ユニットは、帯電装置１００を配置し、像担持体６１を配置しないものであっても良い。像担持体６１、現像装置６３、帯電装置１００はそれぞれ寿命が異なり、メンテナンス性を考慮して最適の組み合わせをとることができる。このほかに、作像ユニットは、少なくとも像担持体６１のクリーニング装置６４、現像装置６３、のいずれかを配設するものであっても良い。
また、作像ユニットは、像担持体６１、帯電装置１００を作像ユニット内に組み付けるときの、位置出しのための当接部材を有する。像担持体６１、帯電装置１００は、それぞれ別に組み付けられるために、当接部材を作像ユニット本体に設け、像担持体６１と帯電部材１０１とを所定の間隙Ｇにする。また、像担持体６１、帯電装置１００は、寿命が異なることがあり、回収して補修し再度又は新たな像担持体６１等を組み付ける場合であっても、当接部材を設けることで、所定の間隙Ｇにすることができる。
【００２７】
また、少なくとも像担持体６１と上述の帯電装置１００を有する画像形成装置１である。画像形成装置１では、像担持体６１と帯電装置１００とは、上述したように、一定の間隙Ｇを持って対向するように組み込まれている。これにより、像担持体６１と帯電装置１００との間の間隙Ｇを、像担持体６１等との駆動・回転時で偏心により中心がぶれたり、回転による振動、衝撃力が生じて、帯電部材１０１の像担持体６１への圧力が変化しても、一定に維持することができる。
さらに、像担持体６１が備える光導電体をアモルファスシリコン系にすることが好ましい。アモルファスシリコン系像担持体６１は、真空中の気相成長法で製造されるために表面が極めて平滑になる。従って、像担持体６１を回転させても帯電部材１０１との間で形成される間隙Ｇの変動が少なく、帯電部材１０１表面の全体で放電し、像担持体６１は均一に帯電される。さらに、間隙Ｇが一定に維持されることから放電生成物の発生を少なく抑えることができる。
また、光導電性の有機物質を用いる像担持体６１は、樹脂中に有機物質を分散させている。層構成により有機物質が表面層に含まれないことが多いが、いずれの層構成であっても、樹脂を主体としている。そのために、上述の帯電部材１０１を用いることで間隙Ｇを一定に維持できるが、さらに、像担持体６１の表面層にフィラーを分散させて硬質の表面にすることが好ましい。耐摩耗性が向上し、経時的劣化を抑え、寿命を延ばすことができる。フィラーとしては、グラスファイバー、アルミナ、シリカ等の酸化物を用いることができる。
【００２８】
この画像形成装置１は、上述の帯電装置１００のほかに下記の装置を搭載する。図１に示すように、画像形成装置１における露光装置７０は、帯電装置１００により帯電された像担持体６１に光を照射して、光導電性を有する像担持体６１上に静電潜像を形成する。光Ｌは、蛍光灯、ハロゲンランプ等のランプ、ＬＥＤ、ＬＤ等の半導体素子によるレーザ光線等であっても良い。ここでは、図示しない画像処理部からの信号により像担持体６１の回転速度に同期して照射される場合は、ＬＤの素子を用いる。
【００２９】
現像装置６３は、現像剤担持体を有し、現像装置６３内に貯蔵されたトナーを供給ローラで攪拌部に搬送されて、キャリアを含む現像剤と混合・攪拌され、像担持体６１に対向する現像領域に搬送される。このときに、正又は負極性に帯電されたトナーは、像担持体６１の静電潜像に転移して現像される。現像剤は、磁性又は非磁性の一成分現像剤又はこれらを併せて使用するものであっても良いし、湿式の現像液を用いるものであっても良い。
【００３０】
１次転写装置６２は、像担持体６１上の現像されたトナー像を中間転写体５０の裏側からトナーの極性と反対の極性の電場を形成して、中間転写体５０に転写する。１次転写装置６２は、コロトロン、スコロトロンのコロナ転写器、転写ローラ、転写ブラシのいずれの転写装置であっても良い。その後、給紙装置２２から搬送されてくる記録媒体と同期させて、再度２次転写装置５１による転写で記録媒体上にトナー像を転写する。ここで、最初の転写が中間転写体５０ではなく、記録媒体に直接転写する方式であっても良い。
【００３１】
定着装置８０は、記録媒体上のトナー像を、加熱及び／又は加圧して記録媒体上にトナー像を固定して定着させる。ここでは、１対の加圧・定着ローラの間を通過させ、このときに熱・圧力をかけて、トナーの結着樹脂を溶融しながら定着させる。定着装置８０は、ローラ状ではなく、ベルト状であっても良いし、ハロゲンランプ等で熱照射により定着させるものであっても良い。
像担持体６１のクリーニング装置６４は、転写されずに像担持体６１上に残留したトナーをクリーニングして除去し、次の画像形成を可能にする。クリーニング装置６４は、ウレタン等のゴムによるブレード、ポリエステル等の繊維によるファーブラシ等のいずれの方式であっても良い。
【００３２】
以下、本発明の画像形成装置１の動作について説明する。
読み取り部３０は、原稿搬送部３６の原稿台上に原稿をセットするか、又、原稿搬送部３６を開いてコンタクトガラス３１上に原稿をセットし、原稿搬送部３６を閉じて原稿を押さえる。そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿搬送部３６に原稿をセットしたときは原稿をコンタクトガラス３１上へと搬送して後、他方コンタクトガラス３１上に原稿をセットしたときは直ちに、第１読み取り走行体及び第２読み取り走行体３２、３３を走行する。そして、第１読み取り走行体３２で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第２読み取り走行体３３に向け、第２読み取り走行体３３のミラーで反射して結像レンズ３４を通して読取りセンサであるＣＣＤ３５に入れ、画像情報を読み取る。読み取った画像情報をこの制御部に送る。制御部は、読み取り部３０から受け取った画像情報に基づき、画像形成部６０の露光装置７０内に配設された図示しないＬＤ又はＬＥＤ等を制御して像担持体６１に向けて、書き込みのレーザ光Ｌを照射させる。この照射により、像担持体６１の表面には静電潜像が形成される。
【００３３】
給紙部２０は、多段に備える給紙カセット２１から給紙ローラにより記録媒体を繰り出し、繰り出した記録媒体を分離ローラで分離して給紙路に送り出し、画像形成部６０の給紙路に記録媒体を搬送ローラで搬送する。この給紙部２０以外に、手差し給紙も可能となっており、手差しのための手差しトレイ、手差しトレイ上の記録媒体を手差し給紙路に向けて一枚ずつ分離する分離ローラも装置側面に備えている。レジストローラ２３は、それぞれ給紙カセット２１に載置されている記録媒体を１枚だけ排出させ、中間転写体５０と２次転写装置５１との間に位置する２次転写部に送る。画像形成部６０では、読み取り部３０から画像情報を受け取ると、上述のようなレーザ書き込みや、現像プロセスを実施させて像担持体６１上に潜像を形成させる。
【００３４】
現像装置６３内の現像剤は、図示しない磁極により汲み上げて保持され、現像剤担持体上に磁気ブラシを形成する。さらに、現像剤担持体に印加する現像バイアス電圧により像担持体６１に転移して、その像担持体６１上の静電潜像を可視化して、トナー像を形成する。現像バイアス電圧は、交流電圧と直流電圧を重畳させている。次に、トナー像に応じたサイズの記録媒体を給紙させるべく、給紙部２０の給紙ローラのうちの１つを作動させる。また、これに伴なって、駆動モータで支持ローラの１つを回転駆動して他の２つの支持ローラを従動回転し、中間転写体５０を回転搬送する。同時に、個々の画像形成ユニットでその像担持体６１を回転して像担持体６１上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。そして、中間転写体５０の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写体５０上に合成トナー像を形成する。
【００３５】
一方、給紙部２０の給紙ローラの１つを選択回転し、給紙カセット２１の１つから記録媒体を繰り出し、分離ローラで１枚ずつ分離して給紙路に入れ、搬送ローラで画像形成装置１の画像形成部６０内の給紙路に導き、この記録媒体をレジストローラ２３に突き当てて止める。そして、中間転写体５０上の合成トナー像にタイミングを合わせてレジストローラ２３を回転し、中間転写体５０と２次転写装置５１との当接部である２次転写部に記録媒体を送り込み、この２次転写部に形成されている２次転写バイアスや当接圧力などの影響によってトナー像を２次転写して記録媒体上にトナー像を記録する。ここで、２次転写バイアスは、直流であることが好ましい。
画像転写後の記録媒体は、２次転写装置の搬送ベルトで定着装置８０へと送り込み、定着装置８０で加圧ローラによる加圧力と熱の付与によりトナー像を定着させた後、排出ローラ４１で排紙トレイ４０上に排出する。
【００３６】
【実施例】
（実施例１と比較例１）
帯電部材の材質による円周方向の接触幅Ｗに対する影響を評価した。
実施例１では、帯電部材の中抵抗層に硬質の樹脂を用い、比較例１では、帯電部材の中抵抗層に軟質のゴムを用いる。スペーサ部材は、同一の樹脂によるテープを用いる。
スペーサ部材を巻き付けた帯電部材を、天秤ばかりの積載台面に接触させる。この帯電部材の上に透明なガラス板を載せ、このガラス板に圧力をかける。このときに、ガラス板と帯電部材の接触部分の接触幅Ｗを測定し、かつ天秤ばかりの加圧力を測定した。その結果を表１に示す。
【表１】
【００３７】
（実施例２）
また、このときの画像形成装置１の像担持体６１、帯電装置１００のプロセス条件を、下記の条件にして、６万プリント、１５万プリントのプリント試験を行なって、接着剤の染み出し、異常画像の発生を評価した。
像担持体
像担持体は、４層構造でＡｌ基体の上に下引層、キャリア発生層、キャリア移動層、表面層からなっている。キャリア発生材料は、フタロシアニン顔料を用いた。表面層となる保護層には、ポリカーボネート樹脂を用い、フィラーとして平均粒径０．０５〜０．８μｍのシリカを用いた。像担持体の帯電条件等は、画像部電位：−１５０Ｖ、非画像部電位：−７００Ｖ、像担持体の線速：２４５ｍｍ／ｓ とした。
帯電装置
帯電部材１０１は、円筒状で直径は１２ｍｍのものを用い、段差を端部内側に接触幅Ａ：８ｍｍに設け、軸部は直径：１０ｍｍ、材質：快削鋼（ＪＩＳ ＳＵＭ２２）、中抵抗層は厚さ：２ｍｍ、材質：ＡＢＳ樹脂、導電剤：エーテルアミド、表面層は厚さ：１０μｍ、材質：フッ素樹脂、導電剤：ＩＴＯで、電圧条件は交流電圧：２ｋＨｚ、Ｖｐ−ｐ：２ｋＶ、直流電圧：−４５０Ｖで、スペーサ部材は熱収縮性フッ素樹脂、加圧した圧力：１０Ｎ、クリーニング部材：ポリエステル繊維で、接触幅Ｗは０．３ｍｍ、間隙Ｇは４０μｍにした。
【００３８】
（比較例２）
帯電部材１０１の表面層に、発泡性ウレタンゴムにカーボンブラックを混入し、厚さ：５ｍｍ、接触幅Ａ：５ｍｍにしたスペーサ部材１０３を接着剤で帯電部材１０１に貼着した以外は、すべて実施例２と同じ条件にした。
【００３９】
その結果、表２に示す。
【表２】
１５万プリントした後では、実施例２では、スペーサ部材１０３はよれたり、移動したりすることはなかった。また、画像流れ、画像斑等の異常画像は現れていない。比較例２では、接着剤が染み出していたし、放電生成物が原因の画像流れが画像上に現れていた。また、接着剤にトナー等が付着した異常生成物が原因の画像斑が現れていた。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の帯電装置は、帯電装置と像担持体の間に形成される間隙を、画像形成動作時であっても、一定に維持することができ、帯電部材の全面で一様な放電をさせることで、異常放電と放電生成物の発生を少なく抑え、
異常画像が形成されるのを防止して、高品位の画像を得ることができる。また、本発明の作像ユニットでは、像担持体と帯電部材の経時的な接触を抑えることで、経時的な劣化を抑え、異常画像の形成を防止し、作像ユニットの寿命を延ばすことができる。また、本発明の画像形成装置では、帯電部材の経時的な劣化を抑え、異常画像が形成されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯電部材、本発明の帯電装置を用いる画像形成装置である本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明を説明するための画像形成部の拡大図である。
【図３】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の構成を示す概略図である。
【図４】本発明の帯電部材と像担持体との位置関係を示す概略図である。
【図５】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の構造を示す概略図である。
【図６】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材にスペーサ部材を配設した状態を示す概略構成図である。
【図７】本発明の帯電装置に備えられる帯電部材の半径方向の断面図である。
【図８】スペーサ部材の外観を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の帯電部材であって、段差とスペーサ部材の一つの例である。
【図１０】本発明の帯電装置に備えられるクリーニング部材の構成を示す概略図である。
【図１１】本発明の作像ユニットの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 画像形成装置
１０ 画像形成部
２０ 給紙部
２１ 給紙カセット
２２ 給紙装置
２３ レジストローラ
３０ 読み取り部
３１ コンタクトガラス
３２、３３ 読み取り走行体
３４ レンズ
３５ ＣＣＤ
３６ 自動原稿搬送装置
４０ 排紙収納部
４１ 排紙ローラ
５０ 中間転写体
５１ ２次転写装置
５２ 中間転写ベルトクリーニング装置
６０ 画像形成部
６１ 像担持体
６２ １次転写装置
６３ 現像装置
６３ａ 現像剤担持体
６４ クリーニング装置
６４ａ クリーニングブラシ
６４ｂ クリーニングブレード
７０ 露光装置
８０ 定着装置
１００ 帯電装置
１０１ 帯電部材
１０１ａ 軸部
１０１ｂ 本体部
１０１ｃ 中抵抗層
１０１ｄ 表面層
１０１ｅ 段差
１０１ｆ 別の部材
１０２ クリーニング部材
１０３ スペーサ部材
１０４ 軸受
１０５ 加圧スプリング
Ｇ 間隙
Ｌ レーザ光
Ｗ 接触幅（円周方向）
Ａ 接触幅（軸方向）
Claims (22)
- 帯電装置に配設される帯電部材であって、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材において、
前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、
像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する
ことを特徴とする帯電部材。 - 前記帯電部材は、円柱形状で、回転可能に配設される
ことを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。 - 前記本体部は、導電剤を含む樹脂から構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、切れ目を有しない
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、熱又は光により収縮する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、弾性により収縮する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、弾性を有するゴム製である
ことを特徴とする請求項６に記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、弾性を有する金属製である
ことを特徴とする請求項６に記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、前記本体部より硬度が低い
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の帯電部材。 - 前記スペーサ部材は、接着剤なしで前記本体部に固定される
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の帯電部材。 - 像担持体に対向し、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する帯電装置において、
前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、
像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する
ことを特徴とする帯電装置。 - 前記帯電部材と前記像担持体の間で形成される間隙は、接触しない距離であって、８０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１１に記載の帯電装置。 - 前記帯電部材は、スペーサ部材で像担持体に接触し、
前記スペーサ部材は、４〜２５Ｎの荷重で像担持体に対して押圧され、
かつ、スペーサ部材の像担持体表面の移動する円周方向における接触幅を０．５ｍｍ以下にする
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の帯電装置。 - 前記帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である
ことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載の帯電装置。 - 少なくとも帯電装置を配設する作像ユニットであって、画像形成装置本体に着脱可能な作像ユニットであって、
前記作像ユニットの帯電装置は、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する作像ユニットにおいて、
前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、
像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する
ことを特徴とする作像ユニット。 - 前記作像ユニットの帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である
ことを特徴とする請求項１５に記載の作像ユニット。 - 前記作像ユニットは、現像装置及び／又は像担持体を配設する
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の作像ユニット。 - 前記作像ユニットは、帯電装置と像担持体の一部に当接して位置決めする当接部材を備える
ことを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれかに記載の作像ユニット。 - 少なくとも像担持体、帯電装置、現像装置を配設する画像形成装置であって、
前記画像形成装置の帯電装置は、像担持体に対向して配置されて、像担持体表面を帯電させる帯電部材を配設する画像形成装置において、
前記帯電部材は、軸部と軸部を被覆する本体部とから構成され、
像担持体の画像形成領域外に対応する本体部の端部に又は端部より内側に段差を有し、その段差に収縮性を有するスペーサ部材を設けて、像担持体と帯電部材との間で間隙を形成する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記画像形成装置の帯電部材は、請求項２ないし１０のいずれかに記載の帯電部材である
ことを特徴とする請求項１９に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成装置において、
前記像担持体は、アモルファスシリコンを光導電体として用いる
ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の画像形成装置。 - 前記画像形成装置において、
前記像担持体は、有機光導電体を用い、フィラーを分散させる表面層を有する
ことを特徴とする請求項１９又は２０に記載の画像形成装置。
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