JPH0469383B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は画像形成装置の感光体ドラムに関す
る。

従来技術 従来の感光体ドラムは剛体から成る支持体と、
これに支持された感光層とを有している。かかる
感光体ドラムは画像形成装置の本体に回転可能に
支持され、画像形成動作時には感光体ドラムの感
光層に静電潜像が形成され、この潜像は現像装置
の現像剤によつて可視像化される。ところが感光
体ドラムが従来の如く剛体から構成されている
と、例えば次の如き欠点を免れることができな
い。

即ち、現像装置として、例えば現像ローラから
成る現像剤担持体上に一成分系現像剤（以下、ト
ナーと記す）を担持しつつこれを搬送し、その搬
送中にトナーの粒子を、たとえば現像ローラとの
接触によつて所定極性に帯電し、かく帯電したト
ナー粒子を感光体ドラム上の静電潜像に付着させ
るように構成した場合、トナーを均一に帯電させ
る目的で、現像ローラ上のトナーの厚さを極く薄
くし、理想的には現像ローラ上にトナー粒子１個
分の厚さのトナー層を形成することが望ましい。
現像ローラ上のトナーの厚みが厚いと、これをそ
の厚さ方向に亘つて均一に帯電できなくなり、可
視像の画質を低下させる恐れがあるからである。

一方、現像ローラ上に薄いトナー層を形成し、
そのトナー粒子を感光体ドラムの静電潜像に移行
させ、高品質な可視像を得るには、現像ローラ上
のトナーを感光体ドラム表面に接触させるか、或
いは現像ローラ上のトナーとドラム表面とを微小
な間隔をあけて対置させる必要がある。ところ
が、感光体ドラムが剛体から成ると、現像ローラ
上の極く薄いトナー層と、ドラム表面とを接触さ
せ、或いは微小な間隔をあけて対置させることは
容易ではない。感光体ドラムと現像ローラを圧接
させ、或いはこれらを極く近くに対置させると、
特に現像ローラの表面も剛体から成るときは、感
光体ドラム又は現像ローラの周面にわずかなゆが
みがあつたり、これらの外径が、製造上のばらつ
きでわずかに不正確に製作されていただけでも、
ドラムと現像ローラ間に大きな隙間ができたり、
或いは逆に両者が過大な力で圧接し、感光体ドラ
ムの表面に傷が付けられる恐れがあるからであ
る。現像ローラ又は感光体ドラムの表面のゆが
み、又はその外径のばらつきを完全に無くす程、
これらを高精度に製作することは困難である。こ
の不都合を除去するには感光体ドラムに代えて感
光体ベルトを用い、このベルトに現像ローラを圧
接させ、ベルトをたわませることによつて、現像
ローラと感光体ベルトとを接触させることも考え
られる。ところが感光体ベルトを用いると、これ
を支持する少なくとも２つのローラを必要とし、
このため構成が複雑化し、コストが上昇するだけ
でなく、複写機が大型化する欠点も免れない。

目 的 本発明は上記認識に基きなされたものであり、
その目的とするところは、現像ローラ又は感光体
ドラムの表面のゆがみ、或いは外径のばらつきが
完全に無くなる程、これらを高精度に製作しなく
とも、既述の如く欠点を招くことのない感光体ド
ラムを提供することである。

実施例 本発明は、感光体ドラムの全体を剛体で構成す
るとする従来の考えを棄て、感光体ドラムの表面
を弾性変形させ得るように構成する点を提案する
ものであり、以下にその実施例を図面に従つて説
明する。

第１図は本発明に係る感光体ドラムを用いた電
子複写機の一例を示す概略図であり、１は本発明
に従つて構成された感光体ドラムを示す。このド
ラム１は、複写機本体に回転自在に支持された剛
体から成る回転軸２と、この軸に支持され、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、この材料層３のまわりにずれ動くこと
なく装着されたスリーブ状の外側層４とを有して
いる。ドラム１の表面は、これに外力が加えられ
たとき後述する如く弾性変形するが、外力が作用
しないときは、第２図及び第３図に示す如く、弾
性材料層３及び外側層４は、回転軸２と同心状の
円筒状をなしている。また本例では弾性材料層３
が、回転軸２に一体的に固着されている。外側層
４は第４図に示す如く感光体支持層５と、この支
持層５の表面に、例えばコーテイングにより形成
されて支持された感光層６とから成り、感光層６
は従来の感光体ドラムにおける感光層と同じく、
例えばOPC、酸化亜鉛、セレン、アモルフアス
材等の無機又は有機物質から成る光導電材によつ
て構成されている。感光体支持層５は、弾性変形
可能な材料、例えば金属の薄板から成り、本例で
はこの支持層５は従来の感光体ドラムにおけると
同様に導電体（普通、体積固有抵抗率が10⁹Ω−
cm 以下）から構成されている。また弾性材料層
３は、例えばゴム等の非発泡体、又は適宜な材料
から成る発泡体（スポンジも含む）等の弾性材料
から構成され、かかる弾性材料層３は、回転軸２
と外側層４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。このように感光体ドラム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、既述のように、その表面に外力
が加えられると、該表面は弾性変形することが可
能である。

複写動作時には、図示していない駆動装置によ
つて感光体ドラム１は第１図における時計方向に
回転駆動される。その際、通常の電子複写機と同
様に、帯電チヤージヤ７によつてドラム１の感光
層６が所定の極性に帯電され、この帯電部分に図
示していない原稿からの光８が照射され、原稿の
画像に対応した静電潜像が形成される。

一方、現像装置９における、現像電極としての
現像ローラ１０の周面には、図示していないタン
クから供給されたトナー（一成分系現像剤）の薄
い層１１が形成され、このトナー層１１は現像ロ
ーラ１０の表面に担持されつつ、該ローラ１０の
回転に伴つて、例えば矢印Ａ方向に搬送される。
かく搬送されるトナーは、公知の如く現像ローラ
が表面との接触等により所定の極性（普通は、感
光層６の帯電極性と逆極性）に帯電される。この
とき、現像ローラ１０上のトナー層１１の厚みは
極く薄く、粒径５乃至10μ程度の微細なトナー粒
子１個分ないしは２個分程度の厚さとなつている
ため、その厚さ方向全体に亘つて均一に帯電され
る。かく帯電されたトナーは、感光体ドラム１と
現像ローラ１０との対向領域に至り、現像ローラ
側のトナーがドラム１上の静電潜像に静電的に移
行し、該潜像が可視像化される。この場合、現像
ローラ１０は感光体ドラム１に対して押し付けら
れており、よつて該ローラ１０にトナーを介して
当接した感光体ドラム表面の部分Ｂ、及びその近
傍の部分は、ドラム１の半径方向に凹入した状態
で弾性変形している。このため、現像ローラ１０
上のトナーは、その厚みが極く薄いが、感光体ド
ラム表面に確実に接触する。

現像ローラ１０に担持されたトナーを搬送する
ための構成としては、例えばローラ１０に磁石
（図示せず）を内設してもよいし、ローラ１０の
表面とトナーとの摩擦力を利用してトナーを搬送
してもよいことは周知の通りであり、前者の場合
には、トナーを磁性体により構成する必要がある
が、後者の場合には非磁性トナーを用いることも
できる。また、現像ローラに磁石を内設する場合
は、現像ローラを回転させる代りに磁石を回転さ
せ、或いは現像ローラと磁石を共に回転させても
よいことも周知の通りであつて、その回転方向も
適宜選択できる。

上述の如く感光体ドラム１上に形成された可視
像は、該ドラム１の表面に供給された転写紙１２
に転写チヤージヤ１３によつて転写され、次いで
この転写紙１２は、例えば図示する如く分離チヤ
ージヤ１４によつてドラム１の表面から分離され
る。分離チヤージヤ１４に代え、或いはこのチヤ
ージヤ１４と共に、図示していない分離爪を用い
て、転写紙を分離してもよいことは当然である。

可視像転写後の感光体ドラム表面に残存するト
ナーは、例えば図示する如くドラム１の表面に圧
接されたクリーニングブレード１５によつて除去
される。ブレードの代りに磁気ブラシ、フアーブ
ラシ等を用いてもよい。２０は除電チヤージヤで
ある。

感光体ドラム１には、現像ローラ１０とブレー
ド１５が圧接し、そのドラム部分は変形するが、
この変形が弾性変形限度内に留まるよう、ドラム
１に対する、ローラ１０とブレード１５の圧接状
態が設定される。通常、現像ローラ１０によつて
ドラム１がその半径方向に変形する量（へこみ
量）ΔZは、例えば0.1乃至0.5mm程度であり、ブレ
ード１５によつても、例えば0.5mm以下の変形量
ΔZ′に留めることができる。

上述した構成によれば、感光体ドラム１の表面
が弾性的に凹入変形可能に構成され、現像ローラ
１０を感光体ドラム１に押し付け、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
るため、ドラム１及び現像ローラ１０の周面がそ
の中心軸線に対し多少偏心し、或いはこれらの外
径に多少製造上のばらつきがあつたり、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如き
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に従来よりも確実且つ安定し
た状態で接触させることができ、ローラ１０上の
トナーと、ドラム１の表面とに大きな隙間ができ
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。また現像ローラ１０をドラム１の表面に
トナーを介して当接させるのではなく、これらを
微小な間隙をあけて対置させるように構成すると
きも、両者の間隙が過大となることを防止でき
る。ドラム１とローラ１０を互いに近接して配置
したとき、たとえ両者の一部がトナーを介して互
いに当接したとしても、ドラム１が弾性変形する
だけで、ドラム１ないしはローラ１０に傷が付け
られる恐れはないからである。

ところで、上述の如く感光体ドラム１が弾性変
形するように構成した場合、第１図に示したよう
にこのドラム１に外圧が作用した部分、或いはこ
の部分とその近傍の部分のみが変形し、他の部分
は全く、或いはほとんど変形しないように構成す
ることが望ましい。第５図に示すように感光体ド
ラム１の全体が変形し、例えば原稿からの光８に
より露光される感光体ドラム部分Ｃ（第５図参照）
が変形すると、この部分Ｃに像を正しく結ばせる
ことができず、これによつて形成される可視像が
不鮮明なものとなる恐れがあるからである。また
可視像を転写紙１２に転写し、この転写紙をドラ
ム１の表面から分離するドラム部分Ｄ（第５図）
が不均一に変形すると、転写ないしは分離チヤー
ジヤ１４におけるコロナ放電用のワイヤ１３ａ，
１４ａからドラム１の表面までの距離が一定しな
くなり、可視像の転写を確実に行えず、転写紙上
の可視像に乱れを生ぜしめ、或いは転写紙１２の
分離ミスを起こす恐れもある。このように感光体
ドラム１は、これに外圧が作用した部分と、その
近傍の部分だけ変形するように構成し、他のドラ
ム部分がドラムに作用した外圧の影響を受けない
ようにするか、或いは受けたとしても、そのドラ
ム半径方向の変形量がせいぜい0.1乃至0.5mm以下
に留めることが望ましい。かかる要求を満たすた
め、例えば以下の如く構成すると有利である。

第６図及び第７図はその原理を示す説明図であ
り、第６図はスリーブ状の外側層４のみを、第７
図は回転軸２に取付けられた弾性材料層３をそれ
ぞれ示している。今、第６図に示す如く、単独の
外側層４に対し、その直径方向に加圧部材１６に
よつてF_Aなる外力を加え、この外力を加えた部
分を半径方向にΔZで示す量だけたわませたとす
る。このとき、外側層４が、例えば金属等から構
成されていると、外力F_Aを加えられた外側層４
は全体的に変形し、第６図に一点鎖線で示す如
く、その横断面形状がほぼ楕円形となるのが普通
である。

他方、第７図に示す回転軸２の両端を固定支持
し、弾性材料層３に、加圧部材１６によつて、そ
の直径方向に外力F_Bを加え、その部分を第６図
の場合と同じΔZだけ半径方向に圧縮変形させた
とする。この場合は、弾性材料層３はゴム等から
成る非発泡体ないしは発泡体の弾性材から構成さ
れているため、外圧F_Bを加えられた部分とその
近傍の部分のみが変形し、他の部分は実質的に変
形しないのが普通である。この場合、外側層４と
弾性材料層３を同じ量ΔZだけ変形させるのに必
要な力F_A及びF_Bが、F_A≦F_B、好ましくはF_A＜F_B
なる関係を満たすように、換言すれば外側層４の
方を弾性材料層３よりも弾性変形しやすくすれ
ば、弾性材料層３に外側層４を装着して構成され
た感光体ドラム１（第１図）に圧力が加えられた
とき、その外側層４は、第１図に示したように弾
性材料層３にならうように変形し、ドラム１の周
面が第５図に示す如く全体的に変形することはな
い。よつて、外力の加えられたドラム表面部分と
その近傍のみが弾性変形し、他のドラム部分は全
く、或いはほとんど変形することはなく、先に説
明した要求を満足させることができる。逆に、同
じ変形量ΔZを得るのに、F_A＞F_Bであつたとする
と、ドラム１は第５図に示すように変形する恐れ
がある。

上述の如きF_A≦F_Bなる関係を満足させ得る外
側層４、より正確にはその感光体支持層５の材料
としては、例えば、ニツケル、ステンレス鋼、ア
ルミニウム等を挙げることができる。この場合、
ニツケルとステンレス鋼は耐力、縦弾性係数が比
較的大きいので、これらの材料から感光体支持層
５を製作したときは、その厚みを100μ以下に設
定することが望ましい。厚みを100μより大に設
定すると、感光体ドラム１に及ぼされる外圧が大
きくないと、外側層４を変形させ難くなり、既述
の如きF_A≦F_Bを満足させるような弾性材料層３
の材料の選択余地が狭まり、結果として感光体ド
ラムが第５図に示すように望ましくない状態に変
形しやすくなる。また外側層４の感光体支持層５
を、アルミニウムで構成した場合には、アルミニ
ウムの耐力、縦弾性係数は、ニツケル又はステン
レス鋼に比べて小さいので、その厚みはやや厚く
した方が望ましく、実験によると200μ以下に設
定することが有利であつた。このように感光体支
持層５の厚みはかなり薄くすることが望ましい。
ただ、感光体支持層５をいかなる材料で構成する
ときも、外側層４は、これに作用した外力が取り
除かれたとき、これが完全に元のスリーブ状の形
に復元することが望ましいので、感光体支持層５
の厚みをあまり薄くし、これが塑性変形してしま
うようなことがないように、その厚みを設定すべ
きは当然である。

また、外側層４の感光体支持層５として先に例
示した如き材料を用い、その厚みを上記の如く選
定すれば、既述のF_A≦F_Bなる条件を満たす弾性
材料層３の材質としては、通常の非発泡体のゴ
ム、或いは適宜な発泡体等から広く採用すること
が可能である。その場合、弾性材料層５に外圧が
加えられたとき、第７図に示した如く、その部分
ないしはその部分とその近傍の部分にて外圧が吸
収され、他の弾性材料層部分には力が伝達されに
くいだけでなく、所定の弾性変形量が得られる硬
度と、外圧が取り除かれたとき、弾性材料層３が
元の円筒状に復元できる性質を兼ね備え、その
上、弾性材料層３に長時間外圧が作用しても、こ
れが永久変形しない材料を選択することが望まし
いことは当然である。実験によると、弾性材料層
３の材料として、米国 Rogers Corporation
製のマイクロセルラバーなる商品名のポリウレタ
ン発泡体を用いたとき好ましい結果が得られた。
硬度は、ゴム硬度計JIS Ｃタイプで20度であつ
た。このマイクロセルラバーを加圧してその厚み
の50％まで圧縮させた状態で、これを158〓の温
度下に22時間放置し、しかる後、加圧を解除した
とき、10％の永久圧縮歪が残るが、これは、通常
の発泡体の永久圧縮歪が約30％であることと比較
するとかなり小さく、このラバーが弾性材料層３
に適した、優れた材料であることを示している。

また厚み50μのニツケルから成るスリーブ状の
感光体支持層５を用いた外側層４と、上記マイク
ロセルラバーから成る円筒状の弾性材料層３を嵌
め合せ、その際、嵌合前の弾性材料層３の外径
を、外側層４の内径よりも１mm大きく設定し、嵌
合後の弾性材料層３をその全周に亘つて、半径方
向に0.5mm圧縮させて感光体ドラム１を試作し、
これを第１図に示した如く複写機に装着して実験
したところ第１図に示したような好ましいドラム
の変形状態を得ることができた。

また別の実験では、マイクロセルラバーの硬度
（Ｃタイプ）が５度のものを弾性材料層３として
用い、ニツケルの感光体支持層５の厚みを25μと
薄くし、これを、より変形しやすくすることによ
り、第１図に示したようなドラムの変形パターン
が得られた。このように感光体支持層５の厚みを
薄くすれば、弾性材料層３の硬度を下げることが
できるが、この硬度をあまり下げすぎると感光体
支持層５の厚みもこれに伴つて極く薄くしなけれ
ばならず、これが塑性変形する恐れを生じ、逆に
弾性材料層３の硬度を高くしすぎると、感光体ド
ラム１が変形しにくくなるので、実用的には、弾
性材料層３の硬度（Ｃタイプ）を５乃至50度程に
設定することが有利であつた。

以上、本発明の基本的な実施例を説明したが、
本発明は上記構成を各種改変して構成できること
は当然である。例えば、上記具体例では、感光体
支持層５を金属等から構成し、この単独の変形状
態が第６図のようになる場合について説明した
が、金属以外の適宜な材料、例えば導電性ゴム等
によつて支持層５を構成してもよい。また感光体
ドラムを、回転軸に支持された弾性材料層、及び
外側層のみにより構成したが、ドラム表面の変形
が得られさえすれば、これらの層以外の適宜な層
又は部材を必要に応じて付加してもよい。また、
外側層を感光層とその感光体支持層だけで構成す
るのではなく、例えば第８図に示す如く、感光層
６と感光体支持層５との間に、例えば10⁹Ω−cm
以下の体積固有抵抗率を有する導電性材料の中
間層１７を設け、支持層５が中間層１７を介して
感光層６を支持するようにし、感光層６の感度低
下を抑制するようにしてもよい。中間層１７とし
ては、感光体支持層５に蒸着したアルミニウム、
或いは他の適宜な無機、有機材料を用いることが
できる。

また、よく知られているように、感光体ドラム
に静電潜像を形成するには、感光体支持層５或い
は中間層１７をアースする必要があるが、この目
的のため、感光体ドラム１の変形を阻害しないよ
うに、感光体支持層５又は中間層１７を、図示し
ていない導体を介してアースすることができる。
その場合、回転軸２を導電体により構成し、この
回転軸２と感光体支持層５又は中間層１７とを、
細線又は箔から成る導体で接続してこれらをアー
スすることもでき、その際、これらの導体を変形
可能な状態で弾性材料層３に埋設しておくことも
できる。また、弾性材料層を導体、例えば導電性
のゴムで構成したときは、上述した細線又は箔等
を用いずに、中間層又は感光体支持層をアースす
ることができる。更に、上述したところからも判
る通り、導電性材料から成る中間層１７を設け、
これをアースするようにすれば、感光体支持層自
体としては、例えば絶縁性ゴム等の絶縁性材料か
ら構成することも可能である。

また、外側層を弾性材料層に接着剤等により固
着してもよいが、外側層４を着脱可能に弾性材料
層に装着すれば、外側層を簡単に交換できる利点
も得られる。この場合、感光体ドラムの使用時
に、例えば現像ローラ、クリーニングブレード、
分離爪等によつて、ドラムに及ぼされる外力の、
ドラム接線方向の力の総和ΣFと、弾性材料層と
外側層とに作用する摩擦力とが、＞ΣFなる
関係を満たすようにし、外側層が弾性材料層に対
してずれ動かないようにすべきである。この条件
を満たすため、弾性材料層と外側層との摩擦係数
を高める外、先の実験例でも示したように、弾性
材料層と外側層を嵌合する前の弾性材料層の外径
を、外側層の内径よりも大きくなるようにするこ
とも有利である。また弾性材料層を回転軸に固着
するように構成するときは、接着剤等によつてこ
の固着を行つてもよいが、弾性材料層を成形する
際に回転軸と一体に弾性材料層を成形することも
できる。

効 果 本発明によれば、感光体ドラムの表面が弾性変
形できるため、現像剤担持体と感光体ドラムの対
向領域における、現像剤担持体上の薄層の現像剤
を、従来よりも簡単且つ確実に感光体ドラムに接
触させ、或いはこの現像剤と感光体ドラムとを、
簡単に微小間隙をあけて位置せしめることが可能
となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る感光体ドラムを用いた電
子複写機の一例を示す部分断面説明図、第２図は
感光体ドラムに外力が作用しないときの感光体ド
ラムの横断面図、第３図は第２図の−線断面
図、第４図は第２図の−線拡大断面図、第５
図は感光体ドラムの好ましくない変形状態を示す
第１図と同様な説明図、第６図は外側層のみに外
力が作用したときの変形状態の一例を示す説明断
面図、第７図は外側層を取り除いた状態で、弾性
材料層に外力が作用したときの変形状態の一例を
示す説明断面図、第８図は他の実施例における第
４図と同様な断面図であり、第１図、第５図、第
６図及び第７図における感光体ドラム、外側層又
は弾性材料層の変形状態を誇張して示してある。 １……感光体ドラム、２……回転軸、３……弾
性材料層、４……外側層、５……感光体支持層、
６……感光層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転軸と、該軸に支持され、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と、該
   弾性材料層のまわりに装着された外側層とを有
   し、該外側層は、弾性変形可能な感光体支持層
   と、該支持層の表面に支持された感光層とを有
   し、前記弾性材料層は、前記回転軸と外側層の間
   に、実質的に隙間を形成することなく充填されて
   いることを特徴とする画像形成装置の感光体ドラ
   ム。 ２ 感光体支持層がステンレス鋼から成る特許請
   求の範囲第１項に記載の感光体ドラム。 ３ 感光体支持層がニツケルから成る特許請求の
   範囲第１項に記載の感光体ドラム。 ４ 感光体支持層の厚みが100μ以下である特許
   請求の範囲第２項又は第３項に記載の感光体ドラ
   ム。 ５ 感光体支持層がアルミニウムから成る特許請
   求の範囲第１項に記載の感光体ドラム。 ６ 感光体支持層の厚みが200μ以下である特許
   請求の範囲第５項に記載の感光体ドラム。 ７ 弾性材料層が非発泡体のゴムから成る特許請
   求の範囲第１項乃至第６項のうちいずれか１つに
   記載の感光体ドラム。 ８ 弾性材料層が発泡体から成る特許請求の範囲
   第１項乃至第６項のうちいずれか１つに記載の感
   光体ドラム。 ９ 弾性材料層がポリウレタン発泡体から成る特
   許請求の範囲第８項に記載の感光体ドラム。 １０ ポリウレタン発泡体の硬度を、ゴム硬度計
   JIS Ｃタイプで、５度乃至50度に設定した特許請
   求の範囲第９項に記載の感光体ドラム。