JP4279612B2 - 帯電装置・プロセスカートリッジ・画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感光体や紙等の被帯電体を帯電する帯電装置、該帯電装置を有するプロセスカートリッジ、該帯電装置を有する複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、感光体や紙等の被帯電体を帯電する帯電装置は、環境に優しいという理由からオゾンや窒素酸化物（NOｘ）等の発生量の少ない、すなわち放電生成物の少ない接触式による帯電方式が主流になっている。
しかしながら、接触式の帯電方式では、上記の利点はあるものの、像担持体（感光体）の表面に残ったトナーや紙粉等の異物が当接部分を通して帯電体（帯電部材）の表面に付着してしまうため、帯電体の初期機能を維持するのが難しく、また逆に、帯電体弾性層に含まれている不純物が像担持体に付着して汚染することがあった。
【０００３】
このような不具合を改善するために、特開昭５８−７６８５１号公報、特開平２−１４８０５９号公報、特開平４−３６０１６７号公報、特開２００１―１９４８６８号公報、特開２００２−５５５０８号公報等では、帯電体と像担持体との間に微小な間隙を設けて非接触（あるいは近接）状態での帯電を行う帯電方式が提案されている。
この微小間隙の大きさは、特開平４−３６０１６７号公報によれば、「３００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下がより好ましく、８０μｍ以下がより好ましい」とされている。しかしながら、多くの提案がなされているにも拘わらず、実用化の実績は少ない。
これは、微小な間隙を保持する手段において、コストと品質を満足させることが困難であるからと考えられる。
【０００４】
例えば、特開平４−３６０１６７号公報、特開平２−１４８０５９号公報、特開２００１−１９４８６８号公報では、フィルム状のテープを帯電体弾性層に貼着してテープの厚みにより間隙を保持する例が記載されている。しかしながらこの方法では、外的要因に対して脆弱であるという欠点がある。
例えば、不注意によってテープの端部を引っ掛けて剥がしてしまうことがあったり、油分、水分、ごみ、トナー等がテープの端部から貼着面に進入し、長期に亘って安定して間隙を保持できなかったり、剥がれ易くなったりする。
この不具合を解決するため、特開２００２−５５５０８号公報等では、熱収縮チューブを間隙保持部材として使用することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−７６８５１号公報
【特許文献１】
特開平２−１４８０５９号公報
【特許文献１】
特開平４−３６０１６７号公報
【特許文献１】
特開２００１―１９４８６８号公報
【特許文献１】
特開２００２−５５５０８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−５５５０８号公報等で提案されている方式では、間隙保持部材は帯電体の外側に固定されているため、長期間使用すると隙間からトナー等の微粉末が侵入し、安定して間隙を保持できないことがあった。
近年では、市場における高画質化の要求から、トナーを小粒径化する傾向にあり、平均粒径が５μｍ以下になると隙間からの侵入が著しくなり、間隙の安定保持がさらにできなくなっていた。
【０００７】
本発明は、トナーの粒径が小さくても非接触方式における間隙を長期に亘って安定に保持できるとともにこれを安価に実現できる帯電装置、該帯電装置を一体に有するプロセスカートリッジ、該帯電装置を有する画像形成装置の提供を、その目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、被帯電体の表面との間に微小な間隙を保持する帯電部材を有し、上記間隙における放電によって上記被帯電体の表面を帯電する帯電装置において、上記帯電部材が、表面に凹部を有する基体と、上記凹部に配置された間隙保持部材と、上記基体及び間隙保持部材の表面を覆う表層部材を有しており、該表層部材は伸縮性のチューブで形成され、上記表層部材の上記間隙保持部材に対応する部分に上記間隙保持部材を覆うとともに上記基体の外側の一部も覆う大径部を有していることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の帯電装置において、上記表層部材が中抵抗材料で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の帯電装置において、上記間隙保持部材が、伸縮性のチューブで形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明では、請求項１乃至３のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、上記基体が中空状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の発明では、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、上記帯電部材の帯電方式が、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した帯電方式であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の発明では、請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、上記帯電部材の帯電方式が、ＤＣ帯電方式であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の発明では、請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、上記被帯電体が像担持体であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の発明では、請求項７記載の帯電装置において、上記凹部が、上記像担持体の感光層の領域に位置することを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の発明では、請求項７又は８記載の帯電装置において、上記凹部が、上記像担持体の顕像領域よりも外側に位置することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の発明では、請求項７乃至９のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、上記凹部が、上記像担持体のクリーニング領域よりも内側に位置することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の発明では、請求項７乃至１０のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、上記凹部が、上記像担持体の現像領域よりも内側に位置することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２記載の発明では、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置を一体に有するプロセスカートリッジにおいて、上記帯電装置が、請求項７乃至１１のうちの何れか１つに記載の帯電装置であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１３記載の発明では、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置を有し、上記像担持体に形成された静電潜像を現像剤により可視像化する画像形成装置において、上記帯電装置が、請求項７乃至１１のうちの何れか１つに記載の帯電装置であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１４記載の発明では、請求項１３記載の画像形成装置において、平均粒径が５μｍ以下のトナーを現像剤として用いることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて本実施形態における画像形成装置としての複写機１の構成の概要を説明する。胴内排紙型の複写機１の略中央には画像形成部２が配置され、この画像形成部２のすぐ下方に給紙部３が配置されている。必要に応じ別の給紙装置を下部に増設することができる。
画像形成部２の上方には、排紙収納部４を隔てて原稿を読み取る読み取り部５が配設されている。画像形成部２と読み取り部５の間の空間部が排紙収納部４として形成され、画像形成された記録媒体（以下、用紙という）が排紙収納される。
画像形成部２では、像担持体としてのドラム状の感光体６の周囲に、感光体６の表面に帯電処理を行う帯電装置７、画像情報に基づいて感光体６の表面にレーザ光を照射する露光装置８、感光体６の表面に露光されて形成された静電潜像を可視化する現像装置９、感光体６上で現像されたトナー像を用紙に転写する転写装置１０、転写後感光体６の表面に残留したトナー等を除去回収するクリーニング装置１１等がそれぞれ配置されている。
【００２４】
感光体６、帯電装置７、現像装置９、クリーニング装置１１等は装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジ１２として１つのユニットに組み込まれている。これによりメンテナンスの容易化が図られている。トナー像を得た用紙上のトナーを定着処理する定着装置１３が用紙の搬送経路での下流に配置されている。定着装置１３を通過した用紙は排紙ローラ対１４を経て排紙収納部４に排紙収納される。
給紙部３においては、給紙カセット１５に用紙１６が収容されており、給紙ローラ１７の回転により、最上のものから順に１枚ずつ送り出され、レジストローラ対１８へと搬送される。用紙はレジストローラ対１８で一旦止められ、斜めずれを修正された後、感光体６の表面のトナー像と用紙の先端部との位置関係が所定の位置になるタイミングで回転を制御されるレジストローラ対１８により転写部位へ搬送される。
【００２５】
読み取り部５では、コンタクトガラス１９上に載置される原稿（不図示）の読み取り走査を行うために、原稿照明用光源２０とミラー２１、２２、２３よりなる読み取り走行体２４が往復移動する。この読み取り走行体２４により走査された画像情報は、レンズ２５の後方に設置されているＣＣＤ（電荷結合素子）２６に画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理される。
画像処理された信号に基づいて、露光装置８のレーザダイオード２７の発光により感光体６の表面に静電潜像が形成される。レーザダイオード２７からの光信号は、ポリゴンミラー２８や図示しないレンズを介して感光体６に至る。
【００２６】
図２に示すように、プロセスカートリッジ１２内には、上述したように、感光体６、帯電装置７、現像装置９、クリーニング装置１１が一体に収容されている。
帯電装置７は、円筒状の帯電部材３０と、該帯電部材３０の両端部を回転自在に支持する軸受３１、３１と、帯電部材３０を感光体６に所定の圧力で押圧する付勢手段としてのスプリング３２と、帯電部材３０に電圧を印加する図示しない電源等を有している。
現像装置９には、現像剤として平均粒径が５μｍ以下のトナーが収容されている。
帯電部材３０は、感光体６の回転に伴い後述する接触部の摩擦力でいわゆる連れ回りするようになっている。帯電部材３０の感光体６への押圧力（圧接力）は、連れ回り可能な範囲でなるべく小さく設定されるのが好ましい。
スプリング３２の押圧力が強い場合、円筒状の帯電部材３０の両端部が支点となり、帯電部材３０の中央部が感光体６から離れる方向に撓むため、帯電不良を生じ易くなるからである。
【００２７】
図３及び図４に示すように、帯電部材３０は、円筒状（中空状）の基体としての芯金３３と、間隙保持部材３４と、表層部材としての中抵抗層部材３５を有している。これらの配置関係により、図３に示すように、画像形成部３０Ａ、支持部３０Ｂ、ジャーナル部３０Ｃが構成されている。
芯金３３に電圧を印加することにより感光体６の表面は所定の電位に帯電される。本実施形態では、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳する帯電方式を採っている。ＤＣ帯電方式としてもよい。
芯金３３は、両端部近傍にそれぞれ凹部としての環状溝３３ａを有しており、各環状溝３３ａには伸縮性を有するシュリンクチューブで形成された間隙保持部材３４が接着剤を使わずに嵌め込まれている。嵌め込まれた間隙保持部材３４は、環状溝３３ａの両垂直面３３ａ―１によりスラスト方向の位置ずれを阻止されている。なお、各図面では分かり易くするために、環状溝３３ａの深さ、間隙保持部材３４の厚み、中抵抗層部材３５の厚み等を誇張表示している。
【００２８】
中抵抗層部材３５は、間隙保持部材３４と同様に伸縮性を有するシュリンクチューブで形成され、間隙保持部材３４に対応する部分には該間隙保持部材３４を完全に覆うとともに芯金３３の外側の一部も覆う大径部３５ａを有する形状に形成されている。
芯金３３の材料としては、ステンレス等剛性のある金属が望ましいが、良導体であれば樹脂でもよい。間隙保持部材３４及び中抵抗層部材３５の材質としては、熱収縮チューブやゴムチューブ等の伸縮性を備え、厚みの均一なものが望ましい。
【００２９】
感光体６の表面に対する放電間隙（図５におけるｇ）は実質的に間隙保持部材３４によって確保される。間隙保持部材３４は芯金３３の環状溝３３ａにスラスト方向のずれを阻止される内径をもって嵌め込まれ、且つ、その外部を中抵抗層部材３５に覆われているので、実質的な放電間隙形成部材である間隙保持部材３４の径方向の寸法を狂わせるトナーの侵入は、３段階に阻止されることになる。
すなわち、芯金３３の端部表面を伝って水平方向に移動するトナーは、該端部外周面とこれに対応した中抵抗層部材３５の内周面との密着性によってその侵入を阻止され（１段階）、仮にこれを通過しても今度は芯金３３の径方向（垂直方向）への移動が必要となり（２段階）、径方向への移動が生じてもさらに間隙保持部材３４の内周面と環状溝３３ａの外周面間の水平移動又は間隙保持部材３４の外周面と中抵抗層部材３５の内周面間の水平移動（３段階）が生じない限り放電間隙の狂いには至らない。
【００３０】
経時で帯電部材３０の表面が汚れたり、磨耗した場合には、中抵抗層部材３５を切って剥がし、トナー汚染されていない間隙保持部材３４はそのまま利用して新しい中抵抗層部材３５を被覆することにより初期帯電機能を復元できる。すなわち、容易に帯電部材３０のリサイクル化が可能となる。
間隙保持部材３４が磨耗したりトナー汚染されている場合には、中抵抗層部材３５を切って剥がすとともに間隙保持部材３４も切って剥がし、両部材を新しいものに替えて初期帯電機能を復元するようにする。
図５に基づいて感光体６に対する帯電部材３０の位置関係を説明する。
感光体６は、アルミニウムで形成されたドラム状の基体３６と、該基体３６の表面に形成された感光層３７を有している。帯電部材３０の支持部３０Ｂは感光層３７上に当接するのが好ましい。また、顕像領域Ｅ１の外側に当接するのが好ましく、現像領域Ｅ２より内側に当接するのがより好ましく、クリーニング領域Ｅ３より内側に当接するのがさらに好ましい。
【００３１】
上記構成に係る帯電部材３０を用いて通紙耐久試験を行った。試験条件は下記の通りである。なお、下記において帯電部材は帯電ローラと記載し、帯電ローラ１、帯電ローラ２は従来品に相当する。
（固定条件）
実験機：リコー製ＩＰＳｉＯ ４１０ＮＸ
環境：室温
通紙モード：１ｔｏ１００（１枚から１００枚まで連続）
通紙枚数（通算）：３０，０００枚
印加電圧：ＤＣ −６００Ｖ、ＡＣ １０００Ｖｐ−ｐ（１ｋＨｚ）
トナー：重合トナー（平均粒径５μｍ）
（帯電ローラ１）
芯金：ＳＵＳ（φ８＝外径８ｍｍ）
間隙保持部材：ＰＦＡ（絶縁性） 厚みｔ＝０．０５ｍｍ 中抵抗層部材の外側に設置
中抵抗層部材：ＰＦＡ 厚みt＝０．５ｍｍ
（帯電ローラ２）
芯金：ＳＵＳ（φ８＝外径８ｍｍ）
間隙保持部材：ＰＦＡ（絶縁性） 厚みt＝０．０５ｍｍ 中抵抗層部材の内側に設置
中抵抗層部材：ＰＦＡ 厚みt＝０．５ｍｍ
（本発明の帯電ローラ）
芯金：ＳＵＳ（φ８＝外径８ｍｍ） 環状溝（φ７．９＝外径７．９ｍｍ）
間隙保持部材：ＰＦＡ(絶縁性) 厚みt＝０．１ｍｍ
中抵抗層部材：ＰＦＡ 厚みt＝０．５ｍｍ
それぞれの帯電ローラは10本ずつ用意した。
結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、間隙保持部材が表層部材で覆われているため、間隙保持部材引っ掛けて剥がすことがなく、また、間隙保持部材が接着剤を用いずに位置ずれを阻止されているため、微小間隙（放電間隙）を長期に亘って安定して保持できる。
【００３５】
本発明によれば、安定した帯電機能を得ることができる。
【００３６】
本発明によれば、帯電部材の製造の容易化、製造コストの低減を図ることができる。また、間隙保持部材を切ったり押し広げることにより容易に取り外すことができ、リサイクル性に富んだ帯電部材を提供できる。
【００３７】
本発明によれば、中抵抗層の厚みを均一に且つ容易に形成でき、均一な帯電機能を確保できるとともに間隙保持部を高精度に形成できる。
【００３８】
本発明によれば、像担持体の感光層の厚さに拘わらず、放電間隙を一定に保持でき、高画質化を実現できる。
【００３９】
本発明によれば、顕像領域を均一に帯電でき、高画質化を実現できる。
【００４０】
本発明によれば、クリーニングによる像担持体の磨耗度に拘わらず、放電間隙を一定に保持でき、高画質化を実現できる。
【００４１】
本発明によれば、現像による像担持体の磨耗度に拘わらず、放電間隙を一定に保持でき、高画質化を実現できる。
【００４２】
本発明によれば、帯電部材の軽量化、低コスト化を実現できる。
【００４３】
本発明によれば、像担持体表面を均一に帯電でき、高画質化を実現できる。
【００４４】
本発明によれば、オゾン発生量を低減でき、作業環境の安全性を向上できる。
【００４７】
本発明によれば、小粒径化トナーを用いた場合でも上記効果を有する画像形成装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における画像形成装置としての複写機の概要正面図である。
【図２】プロセスカートリッジの拡大概要正面図である。
【図３】帯電部材の概要断面図である。
【図４】帯電部材の分解斜視図である。
【図５】感光体に対する帯電部材の位置関係を示す要部断面図である。
【符号の説明】
６ 被帯電体、像担持体としての感光体
１２ プロセスカートリッジ
３０ 帯電部材
３３ 基体としての芯金
３３ａ 凹部としての環状溝
３４ 間隙保持部材
３５ 表層部材としての中抵抗層部材
３７ 感光層
ｇ 微小な間隙
Ｅ１ 顕像領域
Ｅ２ 現像領域
Ｅ３ クリーニング領域

Claims (14)

1. 被帯電体の表面との間に微小な間隙を保持する帯電部材を有し、上記間隙における放電によって上記被帯電体の表面を帯電する帯電装置において、
   上記帯電部材が、表面に凹部を有する基体と、上記凹部に配置された間隙保持部材と、上記基体及び間隙保持部材の表面を覆う表層部材を有しており、
   該表層部材は伸縮性のチューブで形成され、上記表層部材の上記間隙保持部材に対応する部分に上記間隙保持部材を覆うとともに上記基体の外側の一部も覆う大径部を有していることを特徴とする帯電装置。
2. 請求項１記載の帯電装置において、
   上記表層部材が中抵抗材料で形成されていることを特徴とする帯電装置。
3. 請求項１又は２記載の帯電装置において、
   上記間隙保持部材が、伸縮性のチューブで形成されていることを特徴とする帯電装置。
4. 請求項１乃至３のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、
   上記基体が中空状に形成されていることを特徴とする帯電装置。
5. 請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、
   上記帯電部材の帯電方式が、ＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した帯電方式であることを特徴とする帯電装置。
6. 請求項１乃至４のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、
   上記帯電部材の帯電方式が、ＤＣ帯電方式であることを特徴とする帯電装置。
7. 請求項１乃至６のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、
   上記被帯電体が像担持体であることを特徴とする帯電装置。
8. 請求項７記載の帯電装置において、
   上記凹部が、上記像担持体の感光層の領域に位置することを特徴とする帯電装置。
9. 請求項７又は８記載の帯電装置において、
   上記凹部が、上記像担持体の顕像領域よりも外側に位置することを特徴とする帯電装置。
10. 請求項７乃至９のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、
    上記凹部が、上記像担持体のクリーニング領域よりも内側に位置することを特徴とする帯電装置。
11. 請求項７乃至１０のうちの何れか１つに記載の帯電装置において、
    上記凹部が、上記像担持体の現像領域よりも内側に位置することを特徴とする帯電装置。
12. 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置を一体に有するプロセスカートリッジにおいて、
    上記帯電装置が、請求項７乃至１１のうちの何れか１つに記載の帯電装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
13. 像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置を有し、上記像担持体に形成された静電潜像を現像剤により可視像化する画像形成装置において、
    上記帯電装置が、請求項７乃至１１のうちの何れか１つに記載の帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
14. 請求項１３記載の画像形成装置において、
    平均粒径が５μｍ以下のトナーを現像剤として用いることを特徴とする画像形成装置。

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