JP5292327B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は電子写真法を用いた画像形成装置に関するものであり、特に感光体の帯電を行う帯電器に関するものである。

従来、電子写真プロセスを用いた画像形成装置には、像担持体（感光体）表面を帯電させるために帯電器（帯電手段）が用いられている。帯電器としては、感光体と非接触に配置し、コロナ放電により感光体の表面を帯電させるコロトロン（若しくはスコロトロン）帯電器と、感光体に接触して感光体を帯電する帯電ローラと、が知られている。しかし、近年、人体に有害なオゾンの排出量を減らすため、オゾン排出量がより少ない帯電ローラが採用されることが多くなっている。

このような帯電ローラを用いる接触帯電方式では、図７に示すように、帯電ローラ３として、金属製のシャフト３ａの外周に柔軟なゴム層や、さらにゴム層の外周に表層を形成したものを用い、かかるゴム層や表層を感光体ドラム２の表面に所定の押圧力（圧接力）で当接させて、帯電ローラ３を感光体ドラム２の回転に従動させている。そして、シャフト３ａに帯電バイアスを印加することにより、ゴム層及び表層の抵抗に応じて感光体ドラム２に所定の電位差を形成して、感光体ドラム２表面を一様に帯電している。

また、帯電ローラ３のシャフト３ａを付勢する圧縮バネ（付勢手段）３１が、帯電ローラ３のシャフト３ａと感光体ドラム２の回転軸２ａとを含む平面Ｓに沿って配置されており、帯電ローラ３は、平面Ｓに沿って図７の上方から下方に向かって感光体ドラム２に圧接されている。

しかし、帯電ローラ３が長期間にわたって感光体ドラム２に圧接されると、帯電ローラ３表面が局所的に変形する場合があり、かかる変形が不可逆的に生じると、変形した部分で帯電不良が発生し、画像不具合が発生するおそれがある。

そこで、特許文献１には、帯電部材を付勢手段の付勢力によって被帯電体（像担持体）に接触した第１状態と、非接触の第２状態に可逆的に転換可能とし、帯電部材の電気接点を装置本体側の電気接点と電気的に、第１状態では接触させ、第２状態では非接触とし、帯電部材と被帯電体との接点、及び帯電部材の電気接点と装置本体側の電気接点との接点を含む閉回路において電気的な導通検出器を設けることにより、帯電部材の変形による画像不良の発生を防止する方法が開示されている。

特開２０００−２５０２９０号公報

しかし、特許文献１の方法は、帯電ローラに対する帯電バイアスの印加を制御することによって帯電不良を防止しており、帯電ローラが感光体ドラムに接触した第１の状態にあるときには、上記した図７に示すように、平面Ｓに沿って感光体ドラムに押圧されている。すなわち、感光体ドラムに対する帯電ローラの圧接力を考慮したものではない。

ここで、帯電ローラは、帯電ローラと感光体ドラムとの摩擦力により従動し、かかる摩擦力は、帯電ローラと感光体ドラムとの間の接触部（ニップ部）における感光体ドラムの回転中心方向への圧接力（図７のＷに相当）と、感光体ドラム表面と帯電ローラ表面との転がり摩擦係数と、によって求めることができる。しかし、かかる圧接力が軸方向で不均一となっている場合がある。

例えば、帯電ローラのシャフトが撓むことにより帯電ローラの軸方向中央部から両端部にかけて感光体ドラムとの圧接力が漸次大きくなると、両端部では軸方向において最大の圧接力がかかる。また、帯電ローラの両端部は、通常、ゴム層の必要面長分に切除されているため、両端部がゴムの特性上わずかに盛り上がっており、両端部の圧接力がそれ以外の部分に比べて大きくなる。

このように、両端部の圧接力が大きくなると、帯電ローラ表面と感光体ドラムとの接触部において摩擦力が軸方向に異なり、帯電ローラの回転速度が軸方向で不均一となる。その結果、帯電ローラ表面にシワが発生したり、或いは、帯電ローラのゴム層や表層が破損する等、帯電ローラ表面が破壊する場合もある。

また、感光体ドラムの駆動回転開始時に、帯電ローラと感光体ドラムとの間には最大の摩擦力が発生する。このため、帯電ローラと感光体ドラムとの圧接状態が軸方向に不均一な場合、帯電ローラの軸方向において、感光体ドラムと従動して回転が開始される部分と、感光体ドラムとは従動せず回転が開始されない部分と、が同時に発生する。その結果、感光体ドラムの駆動回転開始時には、一瞬、軸方向において帯電ローラに対する感光体ドラムの速度比が無限大になる瞬間があり、この瞬間に帯電ローラ表面の破壊が最も起こり易くなる。

特に、帯電ローラが感光体ドラムに圧接された状態で長時間放置された場合には、帯電ローラ表面と感光体ドラム表面との密着性が高くなるため、駆動回転開始時の見かけ上の転がり摩擦係数が大きくなり、帯電ローラ表面の破壊に至り易い。また、感光体としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた場合には、表面平滑性が高いため、両者の密着性はさらに高くなる。

そこで、駆動回転が停止している間、帯電ローラと感光体ドラムとを離間させておくことも考えられる。しかし、離間のための機構を設けることは、装置の大型化、構成の複雑化を招き、コストアップに繋がるおそれもある。

本発明は、上記問題点に鑑み、駆動回転開始時に帯電手段と像担持体との間で過剰な摩擦力が発生することを抑制し、帯電手段表面の破壊を防止可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、駆動回転しながら静電潜像が形成される像担持体と、該像担持体と接触して従動回転しながら帯電する帯電手段と、該帯電手段を付勢して前記像担持体に圧接させる付勢手段と、を備えた画像形成装置において、前記像担持体が前記駆動回転を開始するとき少なくとも、前記付勢手段が前記帯電手段を付勢する第１の方向は、前記帯電手段の回転中心と前記像担持体の回転中心とを含む面とは平行な第２の方向に対し、前記帯電手段及び前記像担持体の接触部における回転移動方向とは反対側に傾いていることを特徴としている。

また本発明は、画像形成時における前記像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、前記像担持体が、前記駆動回転の開始から停止まで前記正駆動回転方向に駆動回転し、前記第１の方向は、前記第２の方向に対し、前記回転移動方向とは反対側に傾いていることを特徴としている。

また本発明は、画像形成時における前記像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、前記像担持体が、前記駆動回転の開始時に前記正駆動回転方向とは逆の逆駆動回転方向に駆動回転した後、前記正駆動回転方向に駆動回転し、前記第１の方向は、前記第２の方向に対し、前記像担持体が前記逆駆動回転方向に駆動回転するときには前記回転移動方向とは反対側に傾いており、前記像担持体が前記正駆動回転方向に駆動回転するときには前記回転移動方向とは同じ側に傾いていることを特徴としている。

また本発明は、前記第１の方向の前記第２の方向に対する前記反対側への傾き角度は、５°以上４５°以下であることを特徴としている。

また本発明は、前記傾き角度は、１０°以上３０°以下であることを特徴としている。

また本発明は、前記帯電手段に、前記像担持体を帯電するための帯電バイアスが前記駆動回転の開始から所定時間経過後に印加されることを特徴としている。

また本発明は、前記像担持体は、アモルファスシリコン感光体ドラムであり、前記帯電手段は、エピクロルヒドリンゴム製帯電ローラであることを特徴としている。

本発明の第１の構成によれば、像担持体が駆動回転を開始するとき少なくとも、付勢手段が帯電手段を付勢する第１の方向が、帯電手段の回転中心と像担持体の回転中心とを含む面とは平行な第２の方向に対し、帯電手段及び像担持体の接触部における回転移動方向とは反対側に傾いていることによって、駆動回転の開始時に、帯電手段と像担持体との間で発生する摩擦力を軽減することができるため、帯電手段と像担持体との間で過剰な摩擦力が発生することを抑制し、帯電手段表面の破壊を防止することができる。

また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、画像形成時における像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、像担持体が、駆動回転の開始から停止まで正駆動回転方向に駆動回転することとし、第１の方向が、第２の方向に対し、回転移動方向とは反対側に傾いていることによって、駆動回転の開始から停止に至るまで帯電手段と像担持体との間で発生する摩擦力を軽減することができるため、帯電手段表面の破壊をより防止することができる。

また、本発明の第３の構成によれば、上記第１の構成の画像形成装置において、像担持体が、画像形成時における像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、駆動回転の開始時に正駆動回転方向とは逆の逆駆動回転方向に駆動回転した後、正駆動回転方向に駆動回転することとし、第１の方向が、第２の方向に対し、像担持体が逆駆動回転方向に駆動回転するときには回転移動方向とは反対側に傾いており、像担持体が正駆動回転方向に駆動回転するときには回転移動方向とは同じ側に傾いていることによって、装置本体の配置レイアウトが制限されるような場合であっても、帯電手段と像担持体との間で過剰な摩擦力が発生することを抑制できるため、より効果的に帯電手段表面の破壊を防止することができる。

また、本発明の第４の構成によれば、上記第１〜第３のいずれかの構成の画像形成装置において、第１の方向の第２の方向に対する反対側への傾き角度を、５°以上４５°以下とすることによって、帯電手段の表面の破壊を防止するのみならず、帯電手段の像担持体に対するスリップをも防止することができる。

また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の画像形成装置において、傾き角度を、１０°以上３０°以下とすることによって、帯電手段の表面の破壊を一層防止することができる。

また、本発明の第６の構成によれば、上記第１〜第５のいずれかの構成の画像形成装置において、帯電手段に、像担持体を帯電するための帯電バイアスを駆動回転の開始から所定時間経過後に印加することによって、帯電手段と像担持体との間で発生する摩擦力を軽減した状態で帯電バイアスを印加できるため、帯電手段表面が受ける負担を軽減することができる。これにより、より効果的に帯電手段表面の破壊を防止できる。

また、本発明の第７の構成によれば、上記第１〜第６のいずれかの構成の画像形成装置において、像担持体をアモルファスシリコン感光体ドラムとし、帯電手段を、エピクロルヒドリンゴム製帯電ローラとすることによって、表面平滑性が高く、帯電手段との密着性が高い像担持体、及び像担持体との密着性が高い帯電手段を用いた場合であっても、帯電手段と像担持体との間で過剰な摩擦力が発生することを抑制することができるため、より効果的となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の概略断面図 本実施形態の画像形成装置に用いられる帯電ローラ及び感光体ドラム周辺の概略拡大断面図 図２の帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図 感光体ドラムに対する圧接角度が負の場合に、帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図 本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ローラ及び感光体ドラムにおいて、帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図 本発明の第３実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ローラ及び感光体ドラムにおいて、帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図 従来の画像形成装置に用いられる帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接状態を示す図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る画像形成装置の概略断面図である。画像形成装置１内には画像形成部Ｐが、搬送ベルト８の上方に配設されている。この画像形成部Ｐは、帯電、露光、現像及び転写の各工程により所定の画像を形成する。

この画像形成部Ｐには、可視像（トナー像）を担持する感光体ドラム（像担持体）２が配設されており、感光体ドラム２上に形成されたトナー像が、画像形成部Ｐに隣接して移動する搬送ベルト８によって担持・搬送されるシート（記録媒体）６上に転写され、さらに、定着ユニット７においてシート６上に定着された後、装置本体より排出される構成となっている。駆動モータ２１により感光体ドラム２を図１において時計回りに駆動回転させながら、感光体ドラム２に対する画像形成プロセスが実行される。

次に、画像形成部Ｐについて詳細に説明する。回転自在に配設された感光体ドラム２の周囲及び上方には、感光体ドラム２を帯電させる帯電ローラ（帯電手段）３と、感光体ドラム２に画像情報を露光する露光ユニット４と、感光体ドラム２上にトナー像を形成する現像ユニット（現像手段）５と、感光体ドラム２上に残留した現像剤（トナー）を回収するクリーニングユニット９と、静電潜像を除去する除電器１０と、が設けられている。

先ず、帯電ローラ３によって感光体ドラム２の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット４によって光照射し、感光体ドラム２上に画像信号に応じた静電潜像を形成する。現像ユニット５は、感光体ドラム２と対向して配置された現像ローラ５ａを有し、現像ユニット５には、トナーがトナーコンテナ１１によって所定量充填されている。このトナーは、現像ローラ５ａにより感光体ドラム２上に供給され、静電的に付着する。これにより、露光ユニット４からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。なお、帯電ローラ３の詳細については後述する。

トナー像が転写されるシート６は、シート６を収納する複数の給紙カセット１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、その上方に設けられるスタックバイパス（手差しトレイ）１２ｄに収容されており、給紙ローラ１３、レジストローラ１４を介して搬送ベルト８上へ供給され、感光体ドラム２の位置へと搬送される。搬送ベルト８には誘電体樹脂製のシートが用いられ、その両端部を互いに重ね合わせて接合しエンドレス形状にしたベルトや、継ぎ目を有しない（シームレス）ベルトが用いられる。

搬送ベルト８は、シート搬送方向下流側の駆動ローラ１５と、上流側の従動ローラ１６とに掛け渡されており、搬送ベルト８が反時計回りに回転を開始すると、シート６がレジストローラ１４から搬送ベルト８上へ搬送される。このとき画像書き出し信号がＯＮとなり、シート６の所定位置にトナー像が転写されるように感光体ドラム２上に画像形成を行う。そして、感光体ドラム２の下部において、所定の転写電圧が印加された転写ローラ１７で電界付与することにより、感光体ドラム２上のトナー像がシート６上に転写される。このシート６は、搬送ベルト８上に静電吸着力で保持されている。

トナー像が転写されたシート６は、搬送ベルト８から離脱し、定着ユニット７へと搬送される。また、トナー像が転写された後の感光体ドラム２は、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、その表面に残留したトナーがクリーニングユニット９により回収される。搬送ベルト８から定着ユニット７に搬送されたシート６は、定着ローラ７ａにより加熱及び加圧されてトナー像がシート６の表面に定着され、所定の画像が形成される。画像が形成されたシート６は、その後排出ローラ１８によって排出トレイ１９に排出される。

図２は、本実施形態の画像形成装置に用いられる帯電ローラ及び感光体ドラム周辺の概略拡大断面図であり、図３は、図２の帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図である。なお、図２では、搬送ベルト８、現像ユニット５を省略して示した。また、図１と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。

感光体ドラム２としては、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体ドラムを用いることができる。また、図２及び図３に示すように、感光体ドラム２は、回転軸（駆動回転中心）２ａに設けられた不図示の駆動ギアを介して駆動モータ２１（図１参照）と連結されることにより、正逆駆動回転可能となっている。画像形成時の感光体ドラム２の駆動回転方向を正駆動回転方向とし、ここでは、画像形成時に図中時計回り（正駆動回転方向）に駆動回転するようになっている。また、感光体ドラム２は、画像形成時に、駆動回転開始から停止するまで正駆動回転方向に駆動回転するようになっている。すなわち、駆動回転開始時の感光体ドラム２の駆動回転方向は、正駆動回転方向となる。

感光体ドラム２の上方には、感光体ドラム２表面と回転自在に当接し、該ドラム表面を帯電する帯電ローラ３が配置されている。帯電ローラ３は、例えば、金属製のシャフト（従動回転中心）３ａの周面に表層に抵抗値１０⁵〜１０⁶Ω、表面粗さＲ_Z＝１０μｍのエピクロルヒドリンゴム等から成るゴム層（弾性層）を形成した導電性ゴムローラ等のソリッドタイプを好適に用いることができるが、特にこれに限定されるものではない。その他、例えば、発泡ゴムローラにチューブを被せたスポンジタイプ等を用いることもできる。

帯電ローラ３のシャフト３ａは、装置本体に回転可能に支持されており、感光体ドラム２の回転軸２ａと帯電ローラ３のシャフト３ａとを含む平面（面）Ｓは、鉛直方向（図２及び図３の上下方向）に配置されている。シャフト３ａは、後述するように、圧縮バネ（付勢手段）３１によって感光体ドラム２に向かって付勢されている。また、シャフト３ａは、バイアス印加装置２５と電気的に接続され、バイアス印加装置２５からシャフト３ａに、交流電圧が重畳された直流電圧から成る帯電バイアスが印加されるようになっている。

具体的には、正帯電トナーを用いる場合には、シャフト３ａに正極性のバイアスを印加することによって、ゴム層の抵抗に応じて流れる電流により、感光体ドラム２表面を帯電することができる。なお、シャフト３ａに直流電圧を印加することもできる。

クリーニングユニット９には、感光体ドラム２表面の残留トナーを除去するためのクリーニングブレード２２と、感光体ドラム２表面の残留トナーを除去するとともに感光体ドラム２表面を摺擦して研磨するクリーニングローラ２３と、トナー排出手段としての搬送スクリュー２４と、が設けられている。クリーニングブレード２２は、感光体ドラム２の表面に、該ドラムの正駆動回転方向（図２の時計回り）に対しカウンターとなるよう当接している。

また、クリーニングユニット９と帯電ローラ３との間には、静電潜像を除去する除電器１０が設けられている。感光体ドラム２上に形成された静電潜像が除電器１０によって除去された後、帯電ローラ３によって感光体ドラム２表面が新たに帯電され、露光ユニット４（図１参照）によって感光体ドラム２表面に新たに静電潜像が形成される。

感光体ドラム２表面の転写残トナーや外添剤は、クリーニングブレード２２により除去され、クリーニングローラ２３及び搬送スクリュー２４によってトナー排出口（図示せず）からクリーニングユニット９の外部に排出される。なお、図示しないが、クリーニングユニット９には、クリーニングローラ２３表面のトナーを所定の層厚とするためのスクレーパや、クリーニングユニット９内の廃トナーを外部に漏らさないためのウレタンシール等も設けられている。

圧縮バネ３１は、スプリング等から成り、一端は装置本体の不図示の支持部に、他端は帯電ローラ３のシャフト３ａに固定されている。また、圧縮バネ３１は、平面Ｓ（図３の上下方向）に対し、感光体ドラム２の正駆動回転方向（図３の時計回り）下流側に角度θだけ傾いた方向に沿って配置されている。

これにより、圧縮バネ３１は、シャフト３ａを、感光体ドラム２の正駆動回転方向下流側（図３の右上側）から感光体ドラム２側に付勢し、かかる圧縮バネ３１の付勢力により、帯電ローラ３は、平面Ｓに対し正駆動回転方向下流側から感光体ドラム２に圧接される。

すなわち、圧縮バネ３１が帯電ローラ３を付勢する付勢方向（図３のＷ方向、第１の方向）は、平面Ｓ（第２の方向）に対し、帯電ローラ３と感光体ドラム２との接触部（ニップ部）Ａにおける回転移動方向（図３のＦ方向、接触部Ａにおける感光体ドラム２の駆動回転方向であって、帯電ローラ３の従動回転方向）とは反対側に傾いている。これにより、接触部Ａにおいて、感光体ドラム２には、平面Ｓに対し感光体ドラム２の正駆動回転方向上流側（上記反対側）に圧接角度（傾き角度）θだけ傾いた方向（図の左下側）に圧接力Ｗが作用する。

かかる圧接力Ｗの、平面Ｓとは垂直方向（接触部Ａにおける接線方向、図３の左右方向）における第１分力をＷｍ、平面Ｓ方向（接触部Ａにおける法線方向、図３の上下方向）における第２分力をＷｎとすると、Ｗｍ＝Ｗ×ｓｉｎθ、Ｗｎ＝Ｗ×ｃｏｓθと表される。なお、感光体ドラム２に対する帯電が略一定になるように、Ｗｎ＝Ｗ×ｃｏｓθが所定値に設定されるようになっている。

このとき、接触部Ａにおいて帯電ローラ３が感光体ドラム２から反作用として受ける応力のうち、接線方向の第１応力Ｗｍからの反作用力は、駆動回転開始時に帯電ローラ３を、正駆動回転方向に駆動回転する感光体ドラム２と従動回転する方向（従動回転方向、図３の反時計回り）に回転させる力のモーメントとなる。なお、かかる力のモーメントが働くのは、帯電ローラ３が、感光体ドラム２表面上を滑ることなく静止、または該表面上を滑ることなく回転している状態、すなわち、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に摩擦力が連続して作用している場合である。

かかる力のモーメントをＭとすると、帯電ローラ３の半径がｒのとき、Ｍ＝r×Ｗｍ＝ｒ×（Ｗ×ｓｉｎθ）で表される。ここで、帯電ローラ３を従動回転方向に回転させるのに必要な力をＦとすると、転がり摩擦係数がμのとき、Ｆ＝（μ×Ｗｎ／ｒ）−Ｍで表される。この式と、上記Ｗｎ及びＭの式と、から、Ｆ＝｛μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒ｝−｛ｒ×（Ｗ×ｓｉｎθ）｝と表される。

ここで、前述した従来例についての図７に示すように、圧縮バネ３１が平面Ｓに沿って配置され、平面Ｓに沿って帯電ローラ３が感光体ドラム２に圧接された場合、帯電ローラ３の圧接角度θは０（θ＝０）となる。この場合、ｓｉｎθ＝０となるため、上記Ｍの式は、Ｍ＝ｒ×（Ｗ×ｓｉｎθ）＝０となる。従って、接触部Ａにおいて、帯電ローラ３には、帯電ローラ３を従動回転方向（図７の反時計回り）に回転させる力のモーメントは作用しない。なお、このときＷｎはＷと等しくなる（Ｗｎ＝Ｗ）。

従って、帯電ローラ３を図７の反時計回りに回転させるために必要な力Ｆを示す上記式は、Ｆ＝（μ×Ｗｎ／ｒ）−Ｍ＝｛μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒ｝−｛ｒ×（Ｗ×ｓｉｎθ）｝＝μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒと表される。また、Ｗ×ｃｏｓθ＝Ｗである。よって、圧接角度θ＝０の場合、Ｆは、転がり摩擦係数μと圧接力Ｗのみによって決定され、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間の摩擦力を軽減することは困難である。

一方、上記した図３に示すように、接触部Ａにおいて圧接角度θが平面Ｓに対し感光体ドラム２の正駆動回転方向上流側（図３の左下側）に傾いた場合を正（θ＞０）、後述する図４に示すように、下流側（図４の右下側）に傾いた場合を負（θ＜０）とする。

図３に示すように、θ＞０の場合には、ｓｉｎθ＞０となるため、上記Ｍの式は、Ｍ＝ｒ×Ｗ×sinθ＞０となる。よって、帯電ローラ３を図３の反時計回りに回転させるために必要な力Ｆを示す上記式は、Ｆ＝｛μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒ｝−｛ｒ×（Ｗ×ｓｉｎθ）｝＜μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒとなる。

従って、接触部Ａにおいて、帯電ローラ３を従動回転方向（図３の反時計回り）に回転させる力のモーメントが働くため、帯電ローラ３を回転させるための力Ｆは、θ＝０の場合よりも減少する。よって、圧接力Ｗによって帯電ローラ３に図３の反時計回りの回転力を与えることができ、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に発生する摩擦力を軽減することができる。

図４は、感光体ドラムに対する圧接角度が負の場合に、帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図である。一方、図４に示すように、圧接角度θが負（θ＜０）の場合には、ｓｉｎθ＜０となるため、上記Ｍの式は、Ｍ＝ｒ×Ｗｓｉｎθ＜０となる。よって、帯電ローラ３を図４の反時計回りに回転させるために必要な力Ｆを示す上記式は、Ｆ＝｛μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒ｝−（ｒ×Ｗ×ｓｉｎθ）＞μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒとなる。

従って、感光体ドラム２が正駆動回転方向（図４の時計回り方向）に駆動回転する場合には、接触部Ａにおいて、帯電ローラ３を従動回転方向（図４の反時計回り）とは反対方向（図４の時計回り）に回転させる力のモーメントが働くため、帯電ローラ３を従動回転方向に回転させるための力Ｆはθ＝０の場合よりも増大する。よって、帯電ローラ３は図４の反時計回りには回転し難くなり、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に発生する摩擦力を軽減することは困難となる。

そこで、本実施形態では、図３に示すように、圧接角度θがθ＞０となるように圧縮バネ３１によって帯電ローラ３を感光体ドラム２に圧接させて、感光体ドラム２を正駆動回転方向に駆動回転させることとした。これにより、感光体ドラム２の駆動回転開始時において、圧接力Ｗにより帯電ローラ３に従動回転方向（図３の反時計回り）の回転力を与えることができる。

また、ここでは駆動回転開始から停止まで感光体ドラム２を正駆動回転方向（同じ方向）に駆動回転させたため、駆動回転開始時のみならず、駆動回転開始から停止に至るまで、圧接力Ｗにより接触部Ａにおいて帯電ローラ３に従動回転方向の回転力を与えることができる。

また、ここでは駆動回転開始から所定時間Ｔ経過後にバイアス印加装置２５から帯電ローラ３に帯電バイアスを印加して、感光体ドラム２の帯電を行うこととした。これにより、駆動回転開始直後の、感光体ドラム２との間での摩擦力が大きいときに帯電ローラ３に帯電バイアスが印加されることを回避できる。

本実施形態により、感光体ドラム２が駆動回転を開始するとき少なくとも、圧縮バネ３１が帯電ローラ３を付勢する付勢方向が、平面Ｓに対し、帯電ローラ３及び感光体ドラム２の接触部Ａにおける回転移動方向とは反対側に傾いている構成とすることによって、少なくとも駆動回転の開始時、感光体ドラム２に対する圧接力Ｗにより帯電ローラ３に従動回転方向の回転力を与えることができるため、駆動回転の開始時に、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間で発生する摩擦力を軽減することができる。

これにより、駆動回転開始時に感光体ドラム２との間で帯電ローラ３に過剰な摩擦力が発生することを抑制できるため、帯電ローラ３表面の破壊を防止することができる。従って、帯電ローラ３表面の耐破壊マージンを大きくすることができる。また、特に、摩擦力が大きくなる駆動回転開始時において過剰な摩擦力の発生を抑制できるため、効果的である。加えて、特に高温高湿度環境下では、駆動回転開始時において帯電ローラ３と感光体ドラム２との密着性が高くなり、これらの間の摩擦力が大きくなり易いため、効果的である。

また、本実施形態では、感光体ドラム２が、駆動回転の開始から停止まで正駆動回転方向に駆動回転することとし、圧縮バネ３１の付勢方向が、平面Ｓに対し、帯電ローラ３及び感光体ドラム２の接触部Ａにおける回転移動方向とは反対側に傾いている構成としたため、駆動回転の開始から停止に至るまで帯電ローラ３と感光体ドラム２との間で発生する摩擦力を軽減することができる。これにより、帯電ローラ３表面が連続回転中の摩擦によって受ける負担をより軽減することができ、帯電ローラ３表面の破壊をより防止することができる。

また、本実施形態では、駆動回転開始から所定時間Ｔ１経過後に帯電ローラ３に帯電バイアスを印加することとしたため、感光体ドラム２と帯電ローラ３との間で発生する摩擦力を軽減させた状態で帯電バイアスを印加することができる。これにより、帯電ローラ３表面が摩擦及び帯電によって受ける負担を軽減することができるため、より効果的に帯電ローラ３表面の破壊を防止できる。

なお、大きな摩擦力を受けた状態での帯電ローラ３に対する帯電バイアスの印加を回避する、という点を考慮すると、かかる所定時間Ｔは、０超であれば、特に限定されるものではない。一方、所定時間Ｔ１を長くすれば、待機時間が長くなり、画像形成の効率を低下させるおそれがある。従って、例えばかかる観点を考慮して、所定時間Ｔを適宜設定することができ、所定時間Ｔを例えば３０ｍｓｅｃとすることができる。

また、本実施形態では、感光体ドラム２の感光体としてａ−Ｓｉ感光体ドラム、帯電ロローラ３としてエピクロルヒドリンゴム製帯電ローラを用いたため、感光体ドラム２の表面平滑性が高く、帯電ローラ３との密着性が高くなる。また、帯電ローラ３も感光体ドラム２との密着性が高くなる。このため、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に大きな摩擦力が生じ易い。しかし、このような感光体ドラム２及び帯電ローラ３を用いた場合であっても、駆動回転開始時に、帯電ローラ３を感光体ドラム２に従動回転させ易くなるため、特に効果的である。ただし、感光体ドラム２としては、有機感光体（ＯＰＣ）を用いることもできる。

なお、圧接角度θは、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間の摩擦力の軽減状況や、装置構成等に応じて適宜設定することができる。ただし、圧接角度θが大きくなれば帯電ローラ３の表面の破壊を抑制できる一方、帯電ローラ３が感光体ドラム２に対してスリップするおそれがある。

従って、例えばかかる観点を考慮すれば、圧接角度θを５°以上４５°以下とすることが好ましく、これにより、帯電ローラ３の表面の破壊の抑制のみならず、スリップをも防止することができる。また、圧接角度θを１０°以上３０°以下とすることがより好ましく、これにより、帯電ローラ３の表面の破壊を一層抑制することができる。また、感光体ドラム２に対する帯電ローラ３の配置は、本実施形態に特に限定されるものではなく、装置構成等に応じて適宜設定することができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ローラ及び感光体ドラムにおいて、帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図である。図３と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態では、第１実施形態と同様に、感光体ドラム２を駆動回転開始から停止まで正駆動回転方向（図５の時計回り）に駆動回転させることとした。一方、帯電ローラ３を、第１実施形態とは異なり、帯電ローラ３のシャフト３ａと感光体ドラム２の回転軸２ａを通る平面Ｓが、鉛直方向（図５の上下方向）に対し、感光体ドラム２の正駆動回転方向上流側に角度θだけ傾斜するように配置し、圧縮バネ３１を、鉛直方向に沿って配置した。その他の構成は、第１実施形態と全く同様であるため説明を省略する。

本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、圧縮バネ３１は、平面Ｓに対し感光体ドラム２の正駆動回転方向下流側に角度θだけ傾いた方向に沿って配置されており、帯電ローラ３は、平面Ｓに対し感光体ドラム２の正駆動回転方向下流側から感光体ドラム２に圧接されている。すなわち、圧縮バネ３１の付勢方向（図５のＷ方向）は、平面Ｓに対し、感光体ドラム２及び帯電ローラ３の接触部Ａにおける回転移動方向（図５のＦ方向）とは反対側に傾いている。これにより、接触部Ａにおいて、帯電ローラ３の感光体ドラム２に対する圧接力Ｗは、平面Ｓに対し正駆動回転方向上流側に圧接角度θだけ傾斜しており、θ＞０となっている。

従って、本実施形態においても第１実施形態と同様、帯電ローラ３を従動回転方向（図５の反時計回り）に回転させるために要する力Ｆの上記式、Ｆ＝μ×Ｗｎ／ｒ−Ｍ＝｛μ×（Ｗ×ｃｏｓθ）／ｒ｝−（ｒ×Ｗ×ｓｉｎθ）において、圧接角度θが正（θ＞０）であるため、θ＝０（図７参照）の場合よりもＦが小さくなる。これにより、回転駆動開始時から停止に至るまで、圧接力Ｗによって帯電ローラ３に従動回転方向の回転力を与えることができる。

加えて、本実施形態では、圧接力Ｗの作用する鉛直方向に沿って、帯電ローラ３の自重が加わるため、圧縮バネ３１の付勢力を軽減することができる。これにより、圧縮バネ３１の負担が軽減され、帯電ローラ３の圧接力Ｗを長期間にわたって安定させることができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ローラ及び感光体において、帯電ローラの感光体ドラムに対する圧接力が帯電ローラの回転に及ぼす影響を示す図である。図３及び図４と共通する部分には共通する符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態では、画像形成時、感光体ドラム２が図６の時計回り（破線矢印参照）に駆動回転することとした（正駆動回転方向）。また、上記した図４と同様に、帯電ローラ３を、平面Ｓに対し感光体ドラム２の正駆動回転方向上流側から感光体ドラム２に圧接した。

かかる配置構成の場合、上記した様に、駆動回転開始時に感光体ドラム２が正駆動回転方向に駆動回転すると、接触部Ａにおける帯電ローラ３の感光体ドラム２に対する圧接力Ｗの平面Ｓ対する圧接角度θが負（θ＜０）となり、帯電ローラ３を従動回転方向（この場合には図６の反時計回り、破線矢印参照）に回転させる力のモーメントＭは、Ｍ＜０となる。従って、接触部Ａにおいて、駆動回転開始時に、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間に発生する摩擦力を軽減することは困難である。

そこで、本実施形態では、駆動回転開始時に、感光体ドラム２を正駆動回転方向とは逆の逆駆動回転方向（図６の反時計回り、実線矢印参照）に駆動回転させ、その後、感光体ドラム２を正駆動回転方向に駆動回転させることとした。

具体的には、駆動回転開始時に、感光体ドラム２を所定回転量Ｒだけ逆駆動回転方向に駆動回転させた後、正駆動回転方向に駆動回転させることとした。かかる感光体ドラム２の駆動回転方向の切り替えは、不図示の制御部によって行うこととした。その他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

本実施形態により、駆動回転開始時には、帯電ローラ３は、平面Ｓに対し逆駆動回転方向下流側から感光体ドラム２に圧接される。すなわち、圧縮バネ３１の付勢方向（図６のＷ方向）が、平面Ｓに対し、帯電ローラ３及び感光体ドラム２の接触部Ａにおける回転移動方向（図６のＦ方向）とは反対側に傾いているため、接触部Ａにおいて感光体ドラム２に対する圧接力Ｗの平面Ｓ対する圧接角度θが正（θ＞０）となり、帯電ローラ３に働く力のモーメントＭは、上記第１実施形態と同様にＭ＞０となる。

従って、帯電ローラ３は、圧接力Ｗにより、従動回転方向（この場合には図６の時計回り、図の実線矢印参照）の回転力が与えられる。よって、最も大きな摩擦力が発生する駆動回転開始時において、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間の摩擦力を軽減できるため、帯電ローラ３表面の破壊を防止できる。そして、駆動回転開始後、感光体ドラム２が所定回転量Ｒだけ逆駆動回転方向に駆動回転すると、感光体ドラム２の駆動回転方向が逆駆動回転方向から正駆動回転方向に切り替わる。

なお、感光体ドラム２が正駆動回転方向に駆動回転するときには、上記の通り、帯電ローラ３には圧接力Ｗによる感光体ドラム２に従動回転する方向（図６の反時計回り）の回転力は作用しない。しかし、このとき既に、静止状態にある帯電ローラ３と感光体ドラム２との付着が剥がれた（解放された）後であるため、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間には、静止状態から駆動回転を開始するときのような大きな摩擦力は発生しない。

所定回転量Ｒは、大きな摩擦力を受けた状態での帯電ローラ３に対する帯電バイアスの印加を回避する、という点を考慮すると、０超であれば、特に限定されない。但し、所定回転量Ｒが小さすぎると、帯電ローラ３の感光体ドラム２に対する付着を十分に解放することができないおそれがあり、大きすぎると、待機時間が長くなり、画像形成の効率を低下させるおそれがある。従って、例えばかかる観点を考慮して、所定回転量Ｒを適宜設定することができる。

また、所定回転量Ｒは、例えば帯電ローラ３に対して上記した所定時間Ｔで帯電バイアスが印加される場合には、所定時間Ｔまでに感光体ドラム２の駆動回転を逆駆動回転方向から正駆動回転方向に切り替えることができる。これにより、帯電ローラ３と感光体ドラム２との間での大きな摩擦力の発生を確実に回避した状態で、帯電ローラ３に帯電バイアスを印加できるため、効果的である。また、所定回転量Ｒは、回転角度で表す他、例えば感光体ドラム２の逆駆動回転方向の駆動回転の開始から、正駆動回転方向の駆動回転に切り替えるまでの時間等として表すこともできる。

本実施形態により、感光体ドラム２が、駆動回転の開始時に逆駆動回転方向に駆動回転した後、正駆動回転方向に駆動回転することとし、圧縮バネ３１の付勢方向が、平面Ｓに対し、感光体ドラム２が逆駆動回転方向に駆動回転するときには帯電ローラ３及び感光体ドラム２の接触部Ａにおける回転移動方向とは反対側に傾いており、感光体ドラム２が正駆動回転方向に駆動回転するときには、上記回転移動方向とは同じ側に傾いている構成としたため、配置スペース等の装置本体のレイアウトが制限されるような場合であっても、感光体ドラム２と帯電ローラ３との間で過剰な摩擦力が発生することを抑制できるため、より効果的に帯電ローラ３表面の破壊を防止することができる。

その他、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、感光体ドラム２の回転軸２ａよりも上方に帯電ローラ３を配置したが、その他、回転軸２ａの下方に帯電ローラ３を配置し、圧縮バネ３１により帯電ローラ３を下方から感光体ドラム２に圧接することもできる。

また、圧縮バネ３１のバネ荷重（付勢力）や、感光体ドラム２の線速度、帯電バイアス、帯電ローラ３及び感光体ドラム２の外径等は、特に限定されるものではなく、装置構成等に応じて適宜設定することができる。また、上記実施形態では、付勢手段として圧縮バネ３１を用いたが、かかる付勢手段は、帯電ローラ３を感光体ドラム２に圧接可能であれば特に限定されるものではなく、その他、引張りバネ等を用いることもできる。

また、上記実施形態では、帯電ローラ３を清掃するクリーニングローラやクリーニングブラシ等のクリーニング部材を設けていないが、かかるクリーニング部材を必要に応じて適宜設けることもできる。また、本発明は、デジタル複合機やタンデム式のカラー複写機、アナログ方式のモノクロ複写機等の複写機、或いはファクシミリやレーザプリンタ等、種々の画像形成装置に適用可能である。

上記した本発明の第２実施形態に係る画像形成装置１を用い、図５に示すように、感光体ドラム２を、駆動回転開始から停止まで正駆動回転方向（図５の時計回り）に駆動回転させることとし、帯電ローラ３を、平面Ｓが鉛直方向に対して感光体ドラム２の正駆動回転方向上流側に角度θ傾斜するように配置し、圧縮バネ３１を鉛直方向（図５の上下方向）に沿って配置して、帯電ローラ３を感光体ドラム２の正駆動回転方向下流側から感光体ドラム２に対して圧接した。かかる画像形成装置１を、高温高湿環境下に放置した後、耐久試験を行って、帯電ローラ３表面の破壊の程度を調べた。

感光体ドラム２として、厚さ２０μｍ、外径３０ｍｍのａ−Ｓｉ感光体を用い、感光体ドラム２の線速度を２５０ｍｍとした。また、帯電ローラ３として、ローラ外径１２ｍｍ、帯電ローラ３の重量を２００ｇ（片側荷重として１００ｇｆ）、バネ荷重を片側４００ｇｆとし、帯電ローラ３の圧接力Ｗとして片側５００ｇｆの荷重を加えた。また、表１に示すように、平面Ｓに対する圧接角度θを３°、５°、１０°、３０°、４５°、５０°とした。

そして、画像形成装置１を、３２°８０％ＲＨの高温高湿環境下に１日間放置した。かかる放置後、感光体ドラム２を正駆動回転方向に駆動回転させ、駆動回転開始から３０ｍｓｅｃ経過後に、帯電ローラ３に対して帯電バイアスとして１３００Ｖｐｐの交流電圧を重畳した４００Ｖの直流電圧を印加することにより感光体ドラム２を表面電位が２３０Ｖとなるように帯電して、画像形成を行った。また、各現像後帯電前に、感光体ドラム２表面を除電器１０により除電した。

かかる条件で、各圧接角度θについて、１００本の帯電ローラ３についてそれぞれ８万枚の印字（画像形成）を行った後の、帯電ローラ３表面の破壊状態を調べた。なお、破壊状態の測定は、帯電ローラ３表面を目視によって観察し、表面の破壊が観察された帯電ローラ３の本数を計数した後、圧接角度θが３°、５°、１０°については、破壊が観察された本数の１００本中に占める割合、３０°、４５°、５０°については１０００本中に占める割合を破壊比率（％）として算出することにより、行った。

また、併せて帯電ローラ３の感光体ドラム２に対するスリップのし難さも観察した。スリップし難さの評価は、スリップが認められなかった場合を○、ややスリップが認められた場合を△、スリップが顕著に認められた場合を×とすることにより、行った。結果を表１に示す。

その結果、表１に示すように、帯電ローラ３表面の破壊比率は、圧接角度θが３°のとき２０％、５°のとき３％、１０°のとき１％、３０°のとき０．２％、４５°のとき０．１％、であり、５０°のときは０であった（破損が観察されなかった）。また、スリップのし難さについては、圧接角度θが、３°、５°、１０°、３０°のときには、スリップが認められず、４５°のときには、ややスリップが認められたのに対し、５０°のときには、顕著にスリップが認められた。

比較例

図７に従来例として示したように、帯電ローラ３を、平面Ｓが鉛直方向に沿うように配置し、帯電ローラ３を、平面Ｓに沿って感光体ドラム２に対して圧接したこと以外は、実施例と同様の条件で、８万枚の印字（画像形成）を行い、印字後の、帯電ローラ３表面の破壊状態を調べた。結果を表１に示す。その結果、表１に示すように、スリップは認められなかったものの、帯電ローラ３の破壊比率は、４０％であった。

上記の結果、本発明に係る実施例では、比較例に比べて顕著に帯電ローラ３表面の破壊が抑制されていた。また、帯電ローラ３表面の耐破壊マージンが拡大されることがわかった。さらに、圧接角度θが大きくなる程、帯電ローラ３表面の破壊が抑制される一方、スリップし易くなることがわかった。従って、帯電ローラ３の表面の破壊の抑制効果とスリップのし難さとを考慮すれば、圧接角度θが、５°以上４５°以下が好ましく、１０°以上３０％以下がより好ましいことがわかった。

本発明は、像担持体が駆動回転を開始するとき少なくとも、付勢手段が帯電手段を付勢する第１の方向が、帯電手段の回転中心と像担持体の回転中心とを含む面とは平行な第２の方向に対し、帯電手段及び像担持体の接触部における回転移動方向とは反対側に傾いているものである。

これにより、帯電手段と像担持体との間で過剰な摩擦力が発生することを抑制し、帯電手段表面の破壊を防止することができるため、帯電手段の長寿命化を図ることができる。また、画像形成時における像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、像担持体が、駆動回転の開始から停止まで正駆動回転方向に駆動回転することとし、第１の方向が、第２の方向に対し、回転移動方向とは反対側に傾いていることによって、帯電手段表面の破壊をより防止することができる。

また、画像形成時における像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、像担持体が、駆動回転の開始時に正駆動回転方向とは逆の逆駆動回転方向に駆動回転した後、正駆動回転方向に駆動回転することとし、第１の方向が、第２の方向に対し、像担持体が逆駆動回転方向に駆動回転するときには回転移動方向とは反対側に傾いており、像担持体が正駆動回転方向に駆動回転するときには回転移動方向とは同じ側に傾いていることによって、より効果的に帯電手段表面の破壊を防止することができる。

また、第１の方向の第２の方向に対する反対側への傾き角度を、５°以上４５°以下とすることによって、帯電手段の表面の破壊を防止するのみならず、帯電手段の像担持体に対するスリップをも防止することができ、傾き角度を、１０°以上３０°以下とすることによって、帯電手段の表面の破壊を一層防止することができる。

また、帯電手段に、像担持体を帯電するための帯電バイアスを駆動回転の開始から所定時間経過後に印加することによって、より効果的に帯電手段表面の破壊を防止できる。また、像担持体をアモルファスシリコン感光体ドラムとし、帯電手段を、エピクロルヒドリンゴム製帯電ローラとすることによって、より効果的となる。

１ 画像形成装置
２ 感光体ドラム（像担持体）
２ａ 回転軸（回転中心）
３ 帯電ローラ（帯電手段）
３ａ シャフト（回転中心）
２１ 駆動モータ
２５ バイアス印加装置
３１ 圧縮バネ（付勢手段）
Ａ 接触部
Ｓ 平面（像担持体の駆動回転中心と帯電手段の従動回転中心とを含む平面）
Ｗ 圧接力

Claims (5)

1. 駆動回転しながら静電潜像が形成される像担持体と、
   該像担持体と接触して従動回転しながら帯電する帯電手段と、
   該帯電手段を付勢して前記像担持体に圧接させる付勢手段と、を備えた画像形成装置において、
   前記像担持体が前記駆動回転を開始するとき少なくとも、前記付勢手段が前記帯電手段を付勢する第１の方向は、前記帯電手段の回転中心と前記像担持体の回転中心とを含む面とは平行な第２の方向に対し、前記帯電手段及び前記像担持体の接触部における回転移動方向とは反対側に傾いており、
   画像形成時における前記像担持体の駆動回転方向を正駆動回転方向とするとき、
   前記像担持体が、前記駆動回転の開始時に前記正駆動回転方向とは逆の逆駆動回転方向に駆動回転した後、前記正駆動回転方向に駆動回転し、
   前記第１の方向は、前記第２の方向に対し、前記像担持体が前記逆駆動回転方向に駆動回転するときには前記回転移動方向とは反対側に傾いており、前記像担持体が前記正駆動回転方向に駆動回転するときには前記回転移動方向とは同じ側に傾いていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記第１の方向の前記第２の方向に対する前記反対側への傾き角度は、５°以上４５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記傾き角度は、１０°以上３０°以下であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記帯電手段に、前記像担持体を帯電するための帯電バイアスが前記駆動回転の開始から所定時間経過後に印加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体は、アモルファスシリコン感光体ドラムであり、
   前記帯電手段は、エピクロルヒドリンゴム製帯電ローラであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置。

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