JP5950875B2 - 帯電ローラー、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、像担持体に接触された状態で使用される帯電ローラー、及びこの帯電ローラーを備える画像形成装置に関する。

従来、複写機やプリンター、ファクシミリなどの電子写真印刷方式の画像形成装置が知られている。この画像形成装置は、ドラム型の感光体（像担持体）と、その外周面に沿うように配置された帯電装置、露光装置、現像装置、転写装置などを備えている。前記画像形成装置による一般的な画像形成プロセスは以下の通りである。まず、帯電装置によって感光体の表面が所定電位（以下「帯電バイアス」ともいう。）に帯電され、その後、露光装置からレーザービームが感光体の表面に照射される。これにより、その照射された部分だけ電位が異なる静電潜像が感光体の表面に形成される。そして、前記静電潜像の電位よりも高電位に帯電したトナーが現像装置によって前記静電潜像に付着され、その後、所定の転写位置に搬送されたシート材の裏面から転写装置によって前記帯電バイアスとは逆の極性の電荷が与えられて、シート材の表面にトナー像が転写される。

前記帯電装置として、感光体の表面に接触して電圧を通電する帯電ローラーを備えたものが知られている。帯電ローラーは、導電性のゴム材料が円筒形状に形成されたローラー体と、その中心に電気を通すことが可能な支軸とにより構成されている。感光体をムラなく均一に帯電させるために、帯電ローラーの表面には高い平坦度（平面度）が求められる。しかしながら、帯電ローラーの表面を高い平坦度にすることは、加工による製造では困難である。特に、ローラー体の軸方向の両端は、カッター刃などでカットされて所定サイズに揃えられる。そのため、ローラー体のゴム材料の弾性の影響を受けて、ローラー体の両端が盛り上がった状態になる場合がある。この状態の帯電ローラーが感光体に接触すると、帯電ローラーの両端部と感光体との接触部分他の部分よりも強く押圧され、その結果、感光体を均一に帯電することができなくなる。このような問題に対して、特許文献１には、感光体に接触したときに帯電ローラーの両端部が感光体を押圧する押圧力を低下させる機構が開示されている。

実開平０６−２８８６０号公報

しかしながら、前掲の特許文献１に記載の機構は、支軸の軸回りに沿うように帯電ローラーのローラー体の両側面に形成された環状の溝である。そのため、感光体を帯電させるための電圧が支軸に印加されてローラー体を通って感光体に通電される際に、ローラー体の側面において、支軸から感光体の端部に至るまでの電圧の通電経路が溝によって遮断される。この場合、溝を迂回するようにして電圧が感光体に印加されると、通電経路長が長くなるため通電効率が低下して、感光体の両端部の電位が不十分になるおそれがある。また、前記溝を迂回せずに溝を避けるようにして電圧が感光体に印加されると、感光体の端部から溝の深さ分だけ中央側へ入り込んだ領域が過剰に帯電されるだけでなく、感光体の端部の電位が不十分になる。このような問題は、前記帯電ローラーだけでなく、感光体などの像担持体に接触して使用される所謂転写ローラーや現像ローラーと称される導電性ローラーに生じうる問題である。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、像担持体に対する接触時の押圧力を均一にするとともに、像担持体との間で均一なバイアスを生じさせることが可能な帯電ローラー及びこれを備えた画像形成装置を提供することにある。

本発明の一の局面に係る帯電ローラーは、ローラー体と、支軸と、を備えている。前記ローラー体は、像担持体の外周面に接触されるものであり、導電性を有している。前記支軸は、前記ローラー体の中心に設けられており、導電性を有している。前記帯電ローラーは、前記支軸から前記ローラー体に所定の直流電圧が印加された状態で前記ローラー体の表面が前記像担持体の外周面に接触されることによって前記像担持体の外周面を前記直流電圧に応じた電位に帯電させる。前記帯電ローラーは、複数条の溝部を備える。前記複数条の溝部は、前記ローラー体の軸方向の両端の側壁に形成され、前記支軸から径方向の外向きへ放射状に延びている。前記複数条の溝部それぞれは、前記支軸から径方向の外向きへ直線状に延出した後に、延出方向の先端部が前記像担持体との接触時に前記像担持体から受ける押圧力の方向へ湾曲している。

本発明の他の局面に係る画像形成装置は、導電性を有するローラー体、及び前記ローラー体の中心に設けられた支軸を有する帯電ローラーと、前記支軸に所定の直流電圧を供給し、前記支軸を通じて前記ローラー体に前記直流電圧を印加する帯電圧供給部と、外周面に単一の感光層が設けられ、前記帯電圧供給部によって前記ローラー体に前記直流電圧が印加された状態で前記ローラー体の表面が前記外周面に接触されることによって前記感光層が前記直流電圧に応じた電位に帯電される感光体ドラムと、を備えている。前記帯電ローラーは、前記ローラー体の軸方向の両端の側壁だけに形成され、前記支軸から径方向の外向きへ放射状に延びる複数条の溝部を備えている。前記複数条の溝部それぞれは、前記支軸から径方向の外向きへ直線状に延出した後に、延出方向の先端部が前記感光体ドラムとの接触時に前記感光体ドラムから受ける押圧力の方向へ湾曲している。

本発明によれば、像担持体に対する接触時の押圧力を均一にするとともに、像担持体との間で均一なバイアスを生じさせることが可能になる。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示す画像形成装置の感光体ドラムの周辺の構成を示す図である。 図３は、図２に示す帯電装置が備える帯電ローラーの構成を示す図である。 図４は、図２に示す帯電装置が備える帯電ローラーの他の例を示す図である。

以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

［画像形成装置１の構成］
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る画像形成装置１（本発明の画像形成装置の一例）の構成について説明する。

図１に示される画像形成装置１は、プリンター、複写機、ファクシミリなどの各機能を備えた複合機である。この画像形成装置１は、入力された画像データに基づいてトナーなどの現像材を用いて印刷用紙（シート材）に画像を印刷する。画像形成装置１は、原稿の画像を読み取る画像読取部１０を上部に備え、電子写真方式の画像形成部２２を下部に備える。なお、本実施形態では、本発明の画像形成装置の一例として複合機を例示して説明するが、これに限られず、例えばプリンター、ファクシミリ装置、複写機なども本発明の画像形成装置に該当する。

［画像読取部１０］
画像読取部１０は、原稿載置面を構成するコンタクトガラス１１と、コンタクトガラス１１に対して開閉する原稿カバー２０とを備える。画像形成装置１が複写機として機能する場合は、コンタクトガラス１１に原稿がセットされて原稿カバー２０が閉じられた後に、不図示の操作パネルからコピー開始指示が入力されると、画像読取部１０による読取動作が開始されて、原稿の画像データが読み取られる。画像読取部１０の内部には、ＬＥＤ光源１２１及びミラー１２２を備えた読取ユニット１２、ミラー１３，１４、光学レンズ１５、及びＣＣＤ１６などの光学系機器が設けられている。モーターなどによって読取ユニット１２が副走査方向４５へ移動され、その移動中にＬＥＤ光源１２１からコンタクトガラス１１へ向けて照射される光が副走査方向４５へ走査され、この反射光がＣＣＤ１６に入力される。これにより、コンタクトガラス１１上の原稿の画像が読み取られる。

なお、原稿カバー２０には、ＡＤＦ２１が設けられている。ＡＤＦ２１は、原稿セット部２１Ａにセットされた複数の原稿を複数の搬送ローラー（不図示）によって順次搬送して、コンタクトガラス１１上に定められた読取位置を副走査方向４５の右向きへ通過するように原稿を移動させる。ＡＤＦ２１による原稿の移動時は、前記読取位置の下方に読取ユニット１２が配置され、この位置で読取ユニット１２によって移動中の原稿の画像が読み取られる。

［画像形成部２２］
画像形成部２２は、画像読取部１０で読み取られた画像データ、又は外部の情報処理装置から入力された画像データに基づいて画像形成処理（印刷処理）を実行する電子写真方式の画像形成手段である。画像形成部２２は、図１及び図２に示されるように、給紙カセット２５、感光体ドラム３１（本発明の像担持体の一例）、帯電装置３２、現像装置３３、転写装置３４、クリーニングブレード３５、除電装置４０、定着装置３６、露光装置３９、用紙排出部２７などを備えている。

また、画像形成部２２は、図２に示されるように、転写装置３４に転写用の電圧を供給する転写用電圧供給部５７、帯電装置３２に帯電用の直流電圧を供給する帯電圧供給部４２などを備えている。

図１に示されるように、給紙カセット２５は、画像形成部の下方に設けられている。本実施形態では３つの給紙カセット２５が上下方向に配置されている。各給紙カセット２５には、複数のシート状の印刷用紙（シート材）が積層された状態で収容される。給紙カセット２５に収容された印刷用紙は、給送ローラーなどの給送手段１７によって一枚ずつ取り出された後に、画像形成部２２の内部の搬送路１８を通って転写装置３４へ向けて搬送される。

図２に示されるように、感光体ドラム３１は、ドラム形状に形成された回転体であり、画像形成部２２の内部のフレームなどに回転可能に支持されている。感光体ドラム３１は、後述の帯電装置３２によってバイアス電圧が与えられて、その外周面が所定電位に帯電される。感光体ドラム３１は、図示しないモーターなどの駆動源から回転駆動力が伝達されて、図２における時計回転方向（矢印方向）へ回転される。感光体ドラム３１は、表面に単一の感光層が設けられた構造を有する。具体的には、感光体ドラム３１は、光が照射されることによって導電性が高まる有機化合物からなる有機光伝導体などの感光層が蒸着された単一層構造を有する。もちろん、感光体ドラム３１は、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層を有する３層構造のものであってもよい。

感光体ドラム３１の外周面に沿うように、帯電装置３２、現像装置３３、転写装置３４、クリーニングブレード３５、除電装置４０が配置されている。

帯電装置３２は、感光体ドラム３１の上方において、感光体ドラム３１の外周面に対向するように設けられている。帯電装置３２は、感光体ドラム３１の外周面に接触して回転する帯電ローラー３２Ａ（本発明の帯電ローラーの一例）を有している。帯電圧供給部４２から所定の直流電圧が帯電装置３２の帯電ローラー３２Ａに供給される。帯電圧供給部４２から帯電ローラー３２Ａを経て感光体ドラム３１に直流電圧が印加されることにより、感光体ドラム３１の感光層が、印加された直流電圧に応じた表面電位となるように一様に帯電される。これにより、帯電ローラー３２Ａと感光体ドラム３１との間にバイアス（電位差）が生じる。

現像装置３３は、帯電装置３２よりも感光体ドラム３１の回転方向の下流側に設けられている。現像装置３３は、感光体ドラム３１の表面電位よりも低い電位に帯電された現像ローラー３３Ａを有している。つまり、感光体ドラム３１と現像ローラー３３Ａとの間にはバイアス（電位差）が生じている。この現像ローラー３３Ａは、導電性を有するゴム素材で構成されている。現像ローラー３３Ａによって、トナーコンテナから運ばれたトナーが感光体ドラム３１へ供給される。なお、使用されるトナーは、トナーのみの１成分現像剤であっても、キャリアとトナーとが混在する２成分現像剤であってもよい。

露光装置３９は、帯電装置３２と現像装置３３との間から感光体ドラム３１へ向けてレーザービームを照射して、感光体ドラム３１の外周面を露光する。これにより、レーザービームに含まれる画像情報に応じた静電潜像が感光体ドラム３１の外周面に形成される。感光体ドラム３１の外周面にレーザービームが照射されると、その照射された露光部分の電位が放電し、その露光部分によって静電潜像が形成される。現像装置３３によって感光体ドラム３１にトナーが供給されると、そのトナーは、静電潜像とトナーとの電位差による静電気力によって静電潜像に付着する。

転写装置３４は、現像装置３３よりも感光体ドラム３１の回転方向の下流側に設けられている。転写装置３４は、感光体ドラム３１の下方において、感光体ドラム３１の外周面に対向するように設けられている。転写装置３４は、感光体ドラム３１の外周面に接触して回転する転写ローラー３４Ａを有している。転写用電圧供給部５７から所定値の電流の電圧が転写ローラー３４Ａに供給される。これにより、転写ローラー３４Ａが所定の電位に帯電される。つまり、感光体ドラム３１と転写ローラー３４Ａとの間にバイアス（電位差）が生じる。この転写ローラー３４Ａは、導電性を有するゴム素材で構成されている。感光体ドラム３１と転写ローラー３４Ａとのニップ部に印刷用紙が挟持された状態になると、感光体ドラム３１のトナーが印刷用紙の表面に付着する。

図１に示されるように、定着装置３６は、転写装置３４よりも印刷用紙の搬送方向の下流側に設けられている。定着装置３６は、印刷用紙に転写されたトナーをその印刷用紙に定着させるものであり、加熱ローラー３８と、この加熱ローラー３８に対向配置された加圧ローラー３７とを備えている。印刷用紙に転写されたトナーは、定着装置３６を通過する際に加熱されて溶融して印刷用紙に定着する。定着装置３６を通過した印刷用紙は、用紙排出部２７へ排出される。

図２に示されるように、クリーニングブレード３５は、転写装置３４よりも感光体ドラム３１の回転方向の下流側に設けられている。クリーニングブレード３５は、用紙に転写されずに感光体ドラム３１の外周面上に残存したトナーを除去するものであり、シリコンゴムなどによって形成されている。クリーニングブレード３５が感光体ドラム３１の外周面上に接触した状態で感光体ドラム３１が回転されることで、残存するトナーがトナー受け３５Ａに削り落とされる。

除電装置４０は、クリーニングブレード３５よりも感光体ドラム３１の回転方向の下流側に設けられている。除電装置４０は、感光体ドラム３１の感光層に残った電荷を除去するものである。除電装置４０としては、感光体ドラム３１の外周面に均一の光を照射させて除電するもの、交流放電により除電するもの、或いは導電性の除電ブラシにより除電するものなど、種々の装置を用いることができる。

続いて、図３を参照して、帯電装置３２が備える帯電ローラー３２Ａの構成について詳細に説明する。ここで、図３は、帯電ローラー３２Ａの構成を示す図である。また、図３の左図は帯電ローラー３２Ａの一方の側面を示す図であり、図３の右図は帯電ローラー３２Ａの部分断面図である。なお、図３では、他方の側面の構成が省略されている。

帯電ローラー３２Ａは、本発明の帯電ローラーの一例である。この帯電ローラー３２Ａは、ローラー体５１（本発明のローラー体の一例）と、回転軸５２（本発明の支軸の一例）と、細溝５３（本発明の溝部の一例）とを備えている。

ローラー体５１は、円柱形状に形成されている。ローラー体５１は、画像形成時に感光体ドラム３１の外周面に接触される部分であり、導電性を有するゴム素材で構成されている。より詳細には、ローラー体５１は、ウレタンゴムやシリコンゴム、ＮＢＲなどのゴム素材に導電材が添加されたものである。このローラー体５１の中心に回転軸５２が設けられている。本実施形態では、回転軸５２の軸回りに沿うようにローラー体５１が取り付けられている。

回転軸５２は、帯電ローラー３２Ａを収容する図示しない筐体に回転可能に支持されている。回転軸５２は、ＳＵＳやリン青銅などの導電性を有する金属などで構成されている。帯電圧供給部４２からの直流電圧は、回転軸５２に供給されて、回転軸５２からローラー体５１へ供給される。回転軸５２を介して帯電ローラー３２Ａに電圧が印加された状態で、感光体ドラム３１が図３の矢印方向へ回転される。このとき、帯電ローラー３２Ａは、感光体ドラム３１から径方向（回転軸５２に垂直な方向）の接触圧（ニップ力）Ｆ１と、接触点における接線方向への摩擦力Ｆ２とを受ける。これらの二つの力Ｆ１，Ｆ２による合成力である押圧力Ｆ３が帯電ローラー３２Ａに付加されることにより、帯電ローラー３２Ａが感光体ドラム３１の回転によって感光体ドラム３１の外周面に接触した状態で連れ回る。これにより、感光体ドラム３１の外周面が印加電圧に応じた電位となるように帯電される。

図３に示されるように、帯電ローラー３２Ａの回転軸５２の軸方向の側壁５４には、４条の直線状の細溝５３が形成されている。それぞれの細溝５３は、側壁５４の中心にある回転軸５２から径方向の外向き、つまり、ローラー体５１の外周面の方向へ延びている。４条の細溝５３は、回転軸５２から前記径方向の外向きへ放射状に延出されている。それぞれの細溝５３は、回転軸５２の周方向に均等な間隔で配置されている。本実施形態では、４条の細溝５３が形成されているため、それぞれの細溝５３は、回転軸５２の回りに角度４５度の間隔で設けられている。なお、帯電ローラー３２Ａの反対側の側壁にも側壁５４に形成された４条の細溝５３と同じ細溝が形成されている。

このような細溝５３が側壁５４に形成されているため、感光体ドラム３１との接触時に感光体ドラム３１から回転方向の前記押圧力Ｆ３を受けると、細溝５３が押しつぶされる。これにより、ローラー体５１の回転軸５２の軸方向の両端部が径方向へ盛り上がっていても、細溝５３が押しつぶされた分だけ盛り上がり部分が吸収される。これにより、感光体ドラム３１への押圧力が均一になり、感光体ドラム３１を均一な電位に帯電させることができる。つまり、感光体ドラム３１と帯電ローラー３２Ａとの間で均一なバイアスを生じさせることができる。また、細溝５３が前記径方向に延出されているため、回転軸５２から細溝５３に沿ってローラー体５１の表面まで電圧の通電経路が形成される。これにより、細溝５３によって通電経路が遮断されることなく電圧が側壁５４を通ってローラー体５１の表面に通電されるため、ローラー体５１の表面から感光体ドラム３１へ向けてムラのない電圧が印加される。

また、細溝５３は、ローラー体５１の表面まで到達しておらず、ローラー体５１の表面の手前の位置、つまり、ローラー体５１の表面から回転軸５２側へ所定距離ΔＬを隔てた位置まで形成されている。このため、細溝５３の延出方向の端部とローラー体５１の表面との間にΔＬの肉厚が存在する。これにより、ローラー体５１と感光体ドラム３１との接触によって細溝５３が繰り返し撓まされても、細溝５３の延出端における亀裂などの不具合が防止できる。

ここで、細溝５３の溝深さ及び溝幅は、帯電ローラー３２Ａと感光体ドラム３１との接触圧や、感光体ドラム３１の回転速度などによって決定される要素である。例えば、本実施形態では、溝深さは１．０ｍｍから５．０ｍｍの範囲内の寸法に形成することができ、溝幅は０．５ｍｍから２．０ｍｍの範囲内の寸法に形成することができる。また、前記距離ΔＬは、感光体ドラム３１から受ける前記押圧力Ｆ３の大きさなどによって決定される要素である。例えば、本実施形態では、前記距離ΔＬは、１．０ｍｍから５．０ｍｍの範囲内の寸法に設定することができる。

なお、上述の実施形態では、細溝５３は、回転軸５２から径方向へ直線状に延びる形状のものを例示したが、本発明はこれに限られない。例えば、本発明の溝部は、図４（Ａ）に示されるように、感光体ドラム３１との接触時に感光体ドラム３１から受ける前記押圧力Ｆ３（図３参照）の押圧方向へ湾曲した細溝５３Ａとして構成されていてもよい。この細溝５３Ａは、回転軸５２から径方向へ直線状に延びた後に、延出方向の先端部だけが前記押圧方向へ湾曲している。また、図４（Ｂ）に示されるように、本発明の溝部は、回転軸５２から前記押圧方向へ弓状に湾曲するように形成された細溝５３Ｂとして構成されていてもよい。このような細溝５３Ａ，５３Ｂであれば、感光体ドラム３１との接触時に感光体ドラム３１から前記押圧力Ｆ３を受けた場合に、細溝５３Ａ，５３Ｂが押しつぶされやすくなり、ローラー体５１の両端部の盛り上がり部分が吸収されやすくなる。

また、図４（Ｃ）に示されるように、本発明の溝部は、感光体ドラム３１との接触時に感光体ドラム３１から受ける前記押圧力Ｆ３の押圧方向へ傾斜した細溝５３Ｃとして構成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、４条の細溝５３を例示したが、４条未満、或いは５条以上の細溝５３，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが形成された構成であってもかまわない。

また、上述の実施形態では、本発明の導電性ローラーの一例として帯電ローラー３２Ａを例示したが、これに限られず、本発明は、転写装置３４の転写ローラー３４Ａや、現像装置３３の現像ローラー３３Ａにも適用可能である。

また、上述の実施形態では、帯電ローラー３２Ａを有する画像形成装置１として本発明の画像形成装置を例示して説明したが、本発明は、帯電ローラー３２Ａを含む帯電装置３２の単独の装置、或いは、帯電ローラー３２Ａなどの単独の導電性ローラーとして実現することも可能である。

なお上述の実施形態では、本発明の一実施形態として、定着装置３６を備えた画像形成装置１を例示したが、もちろん、本発明は定着装置３６のみの単体製品にも適用可能である。

本開示の範囲は、請求項の記載に先行する詳細な説明ではなく、添付の請求項の記載により定義されるので、本明細書に記載の実施形態は、例示に過ぎず、かつ非限定的であると理解されたい。従って、特許請求の範囲から逸脱しない変更の全て、または均等物が、請求の範囲に含まれる。

１：画像形成装置
１０：画像読取部
２２：画像形成部
３１：感光体ドラム
３２：帯電装置
３２Ａ：帯電ローラー
３３：現像装置
３３Ａ：現像ローラー
３４：転写装置
３４Ａ：転写ローラー
３９：露光装置
５１：ローラー体
５２：回転軸
５３，５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃ：細溝
５４：側壁

Claims (4)

1. 像担持体の外周面に接触される導電性を有するローラー体と、
   前記ローラー体の中心に設けられた導電性を有する支軸と、を備え、前記支軸から前記ローラー体に所定の直流電圧が印加された状態で前記ローラー体の表面が前記像担持体の外周面に接触されることによって前記像担持体の外周面を前記直流電圧に応じた電位に帯電させる帯電ローラーであって、
   前記ローラー体の軸方向の両端の側壁だけに形成され、前記支軸から径方向の外向きへ放射状に延びる複数条の溝部を備え、
   前記複数条の溝部それぞれは、前記支軸から径方向の外向きへ直線状に延出した後に、延出方向の先端部が前記像担持体との接触時に前記像担持体から受ける押圧力の方向へ湾曲している帯電ローラー。
2. 前記溝部は、前記ローラー体の表面から前記支軸側へ所定距離を隔てた位置まで形成されている請求項１に記載の帯電ローラー。
3. 導電性を有するローラー体、及び前記ローラー体の中心に設けられた支軸を有する帯電ローラーと、
   前記支軸に所定の直流電圧を供給し、前記支軸を通じて前記ローラー体に前記直流電圧を印加する帯電圧供給部と、
   外周面に単一の感光層が設けられ、前記帯電圧供給部によって前記ローラー体に前記直流電圧が印加された状態で前記ローラー体の表面が前記外周面に接触されることによって前記感光層が前記直流電圧に応じた電位に帯電される感光体ドラムと、を備え、
   前記帯電ローラーは、前記ローラー体の軸方向の両端の側壁だけに形成され、前記支軸から径方向の外向きへ放射状に延びる複数条の溝部を備え、
   前記複数条の溝部それぞれは、前記支軸から径方向の外向きへ直線状に延出した後に、延出方向の先端部が前記感光体ドラムとの接触時に前記感光体ドラムから受ける押圧力の方向へ湾曲している画像形成装置。
4. 前記溝部は、前記ローラー体の表面から前記支軸側へ所定距離を隔てた位置まで形成されている請求項３に記載の画像形成装置。

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