JP2000206762A - 帯電ロ―ラ、プロセスカ―トリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

帯電ロ―ラ、プロセスカ―トリッジ、及び画像形成装置

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JP2000206762A
JP2000206762A JP456499A JP456499A JP2000206762A JP 2000206762 A JP2000206762 A JP 2000206762A JP 456499 A JP456499 A JP 456499A JP 456499 A JP456499 A JP 456499A JP 2000206762 A JP2000206762 A JP 2000206762A
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charging
roller
longitudinal direction
image forming
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Kazumi Sekine
一美 関根
Shinichi Kanetani
真一 金谷
Shinichi Sasaki
新一 佐々木
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Canon Inc
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  • Electrostatic Charge, Transfer And Separation In Electrography (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電ローラを電子写真感光体表面に当接して
帯電する際の、帯電音の発生を防止できるようにする。 【解決手段】 帯電ローラ2外周面の感光体表面に対す
る振れを、150μm以下とし、更に、帯電ローラ2の
長手方向の一方の端部側での外径をD1 (μm)、帯電
ローラ2の長手方向の中央部での外径をD2 (μm)、
帯電ローラ2の長手方向の他方の端部側での外径をD3
(μm)とし、帯電ローラ2の長手方向に沿って帯電ロ
ーラ2の外周面から離間して略平行に配置された真直の
測定基準30からの距離を、前記D1 部分でE1 (μ
m)、前記D2 部分でE2 (μm)、前記D3 部分でE
3 (μm)としたとき、D2 −(D1 +D3 )/2≦6
0μmとし、かつ(E1 +E3 )/2−E2 ≧10μm
とする、クラウン形状の帯電ローラ2としたことによ
り、帯電音の発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、像担持体表面に当
接して、該像担持体表面を所定の電位に帯電するための
帯電ローラ、該帯電ローラを具備したプロセスカートリ
ッジ、及び該帯電ローラを具備した画像形成装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電子写真方式を用いる画像形成装置にお
いては、電子写真感光体を帯電処理する帯電手段とし
て、例えば接触帯電式の帯電部材が用いられている。こ
のような接触帯電はコロナ帯電装置に比べて、低い印加
電圧を使用できる、オゾンの発生が極めて少ないなどの
有利点があり、例えば電子写真複写機・レーザービーム
プリンタ・静電記録装置等の画像形成装置において、電
子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体やその他転
写材などの可帯電部材の帯電手段として実用に供されて
いる。
【0003】接触帯電は、例えば図7に示すように、ロ
ーラ体を一般的とする接触帯電部材(以下、帯電ローラ
という)200を、ドラム状の電子写真感光体100に
当接させ、帯電ローラ200にバイアス電源206から
帯電バイアスを印加して、電子写真感光体100表面を
所要の極性・電位に帯電(除電も含む、以下同じ)する
ものである。
【0004】帯電ローラ200は、導電材である金属棒
を芯金201として、その周りに同心にソリッド状の低
抵抗な弾性部材からなる基層ゴムローラ層(導電性ゴム
層)202を形成し、更に該ゴムローラ層202の外周
面に1層あるいは複数層の被膜層として、例えば中抵抗
もしくは高抵抗のゴム材を薄くコートして抵抗層203
を形成している。
【0005】また、帯電ローラ200の芯金201の両
端部をそれぞれ軸受204で回転自由に保持させ、軸受
204を加圧バネ205で電子写真感光体100の方向
に付勢して、帯電ローラ200を電子写真感光体100
に対し所定の押圧力をもって圧接させている。帯電ロー
ラ200は、電子写真感光体100の回転に伴って従動
回転する。バイアス電源206から帯電ローラ200へ
の帯電バイアス印加は、加圧バネ205・軸受204・
芯金201を介してなされる。
【0006】バイアス電源206から帯電ローラ200
への帯電バイアス印加には、直流電圧のみとするDC印
加方式と、直流電圧と交流電圧との重畳などによる振動
電圧(時間とともに電圧値が周期的に変化する電圧)を
印加するAC印加方式がある。
【0007】AC印加方式では、例えば特開昭63−1
49669号公報に記載のように、直流電圧を印加した
時の電子写真感光体100の帯電開始電圧の2倍以上の
ピーク間電圧を有する振動電圧を、帯電ローラ200に
印加して帯電を行うことにより、均一な帯電処理を行う
ことが可能で有効である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したA
C印加方式では、画像形成の能率を上げるために電子写
真感光体100の回転速度を上げても均一な帯電面を得
るためには交流バイアスの周波数を上げる必要がある
が、この周波数がおよそ200Hzを越えると、電子写
真感光体100と帯電ローラ200との振動に起因す
る、いわゆる帯電音が大きくなる。
【0009】即ち、帯電ローラ200に交流電圧が印加
されると、電子写真感光体100と帯電ローラ200と
の間に静電気力が作用するが、交流電圧の最大値と最小
値の近傍では相互に引き合う力が強くなり、その中間の
時にはこの力が弱くなる。
【0010】そして、帯電ローラ200は弾性部材で形
成されているので、上記の引き合う力が強い時には帯電
ローラ200は弾性変形して電子写真感光体100に引
き付けられ、弱い時にはこの変形が回復傾向となって帯
電ローラ200は電子写真感光体100から離れようと
する。従って、両者は印加した交流電圧の2倍の周波数
で振動する。
【0011】さらに、帯電ローラ200は、電子写真感
光体100との間で摩擦しながら回転走行するが、上記
のように帯電ローラ200の振動によって、これと電子
写真感光体100との当接態様が変化するので、これに
応じて両者間の摩擦力に変動が生じ、このためスティッ
クスリップによる振動が発生する。この場合も前記の場
合と同様に、印加交流電圧の2倍の周波数で振動する。
【0012】以上のような原因によって発生する帯電音
は、電子写真感光体100と帯電ローラ200との当接
部位から直接発せられるほか、例えば電子写真感光体1
00とその周辺に配置した現像器、クリーニング装置等
複数の部材を一体に構成した、いわゆるカートリッジ方
式の装置の場合、電子写真感光体100の振動が、これ
を収納するプロセスカートリッジや他の画像形成部材に
伝わって、それらの音に変換される場合もある。
【0013】上記のような帯電音を軽減するために、電
子写真感光体100内部に防振材を設けたり、適宜な部
材を圧入したり、あるいは電子写真感光体100の芯金
であるアルミシリンダの厚みを、通常の1mm厚から3
mm厚程度以上にするなどの手段が提案されている。
【0014】しかしながら、内部に防振部材を設けた
り、適宜な部材を圧入する構成では、電子写真感光体1
00の変形等を招く場合があり、また、電子写真感光体
100の芯金を厚くすると、重量が増し、コストが高く
なる。
【0015】また、電子写真感光体100を樹脂などに
よる中実材で構成して、防振材を装着したのと同様の効
果を有するなどの手段も提案されているが、この場合も
中実にすることによって重量が増し、コストが高くな
る。
【0016】そこで本発明は、帯電ローラを当接させて
電子写真感光体を帯電する際の、帯電音の発生を防止で
きるようにした帯電ローラ、プロセスカートリッジ、及
び画像形成装置を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、像担持体表面に当接して、該像担持体表面を所定の
電位に帯電するための回転自在な帯電ローラにおいて、
前記帯電ローラ外周面の該帯電ローラの軸線方向に対す
る振れを、150μm以下とし、また、前記帯電ローラ
の長手方向の一方の端部側での外径をD1 、前記帯電ロ
ーラの長手方向の中央部での外径をD2 、前記帯電ロー
ラの長手方向の他方の端部側での外径をD3 とし、前記
帯電ローラの長手方向に沿って該帯電ローラ外周面から
離間して略平行に配置された真直の測定基準からの距離
を、前記D1 部分でE1 、前記D2 部分でE2 、前記D
3 部分でE3 としたとき、D2 −(D1 +D3 )/2≦
60(μm)を満足し、かつ(E1 +E3 )/2−E2
≧10(μm)を満足する、クラウン形状であることを
特徴としている。
【0018】また、前記帯電ローラは、回転自在な導電
性の軸部材と、該軸部材の周囲の長手方向に沿って形成
された導電性の弾性層と、該弾性層の周囲の長手方向に
沿って形成された抵抗層とを備え、前記軸部材は金属製
で形成され、前記弾性層は導電性の発泡部材によって形
成されることを特徴としている。
【0019】また、前記帯電ローラへの印加電圧とし
て、直流電圧に交流電圧が重畳された帯電バイアス電圧
を印加することを特徴としている。
【0020】また、少なくとも電子写真感光体と、該電
子写真感光体表面に当接してその表面を所定の電位に帯
電するための帯電ローラとを備え、画像形成装置に着脱
可能なプロセスカートリッジにおいて、前記帯電ローラ
が、請求項1、2又は3記載の帯電ローラであることを
特徴としている。
【0021】また、像担持体と、該像担持体表面に当接
してその表面を所定の電位に帯電するための帯電ローラ
とを備えた画像形成装置において、前記帯電ローラが、
請求項1、2又は3記載の帯電ローラであることを特徴
としている。
【0022】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。
【0023】〈実施の形態1〉図1は、本実施の形態に
係る画像形成装置を示す概略構成図である。本実施の形
態の画像形成装置は、電子写真方式のレーザービームプ
リンターあるいは複写機であり、像担持体の帯電手段と
してローラタイプの接触帯電手段である帯電ローラを用
いている。
【0024】この画像形成装置は、像担持体であるドラ
ム状の電子写真感光体(以下、感光体という)1と、そ
の周囲に接触帯電手段である帯電ローラ2、現像装置
3、転写ローラ4、クリーニング装置5などを備えてい
る。
【0025】感光体1は、本実施の形態では負帯電の有
機感光体で、アルミニウム製のドラム基体上に感光層を
有しており、所定のプロセススピードで矢印a方向に回
転駆動される。
【0026】帯電ローラ2は、感光体1の周面を所定の
極性・電位に一様に帯電処理するための一次帯電手段で
あり、ローラ状の芯金8の両端部をそれぞれ可動の軸受
7で回転自在に保持し、軸受7を加圧バネ9で感光体1
の方向に付勢して、帯電ローラ2を感光体1に対して所
定の押圧力をもって圧接させてあり、帯電ローラ2は感
光体1の回転に伴い矢印c方向に従動回転する(帯電ロ
ーラ2の詳細については後述する)。
【0027】帯電ローラ2には、帯電バイアス電源10
が接続されており、帯電バイアス電源10から帯電ロー
ラ2に対して所定のバイアス電圧(本実施の形態では、
直流電圧に交流電圧を重畳した振動電圧)を印加して、
感光体1を所定の極性、電位に帯電処理する。
【0028】現像装置3は、矢印b方向に回転駆動され
る現像スリーブ11を有しており、現像スリーブ11に
は現像バイアス電源13から所定の現像バイアス電圧が
印加される。また、現像装置3には、現像スリーブ11
上に担持されるトナーのコート厚を規制するための弾性
ブレード12が設けられている。
【0029】転写ローラ5は、感光体1表面に圧接して
回転し、転写バイアス電源14から所定の転写バイアス
電圧が印加される。
【0030】クリーニング装置5は、感光体1表面に残
留した転写残トナーを掻き取る支持部材16に支持され
たクリーニングブレード15と、掻き取った転写残トナ
ー等を補集するためのスクイシート17が設けられてい
る。
【0031】本実施の形態の画像形成装置においては、
感光体1、帯電ローラ2、現像装置3、クリーニング装
置5の4つのプロセス機器を一体にして、画像形成装置
本体(不図示)に対して着脱交換自在のプロセスカート
リッジ19としてある。なお、18は上記4つのプロセ
ス機器(感光体1、帯電ローラ2、現像装置3、クリー
ニング装置5)を所定の配置で組み込んだカートリッジ
ハウジングである。
【0032】このように本実施の形態の画像形成装置で
は、画像形成装置本体に対してプロセスカートリッジ1
9を所定に装着した状態において、プロセスカートリッ
ジ19側と画像形成装置本体側とが機械的・電気的に相
互カップリング状態となり、またプロセスカートリッジ
19側の感光体1の下面が画像形成装置本体側の転写ロ
ーラ10に所定に当接した状態となり、画像形成実行可
能状態となる。
【0033】なお、プロセスカートリッジとは、帯電手
段(帯電ローラ2)、現像手段(現像装置3)、クリー
ニング手段(クリーニング装置5)の少なくとも一つと
電子写真感光体(感光体1)とを一体的にカートリッジ
化して、画像形成装置本体に着脱可能とするものをい
う。
【0034】次に、上記した画像形成装置の画像形成動
作について説明する。
【0035】画像形成時には、感光体1は駆動手段(不
図示)により矢印a方向に所定のプロセススピードで回
転駆動されている。このとき、帯電バイアス電源10か
ら帯電ローラ2に直流電圧に交流電圧を重畳したバイア
ス電圧を印加して感光体1表面を負極性に帯電処理す
る。
【0036】そして、帯電処理された感光体1表面に露
光装置(不図示)からレーザー光による画像露光Lが与
えられ、入力される画像情報に応じて画像部の電荷を除
去した形の静電潜像が形成される。感光体1表面に形成
された静電潜像は現像装置3で反転現像法によって、こ
の静電潜像と同極性の負に帯電されたトナーが現像スリ
ーブ11から付着され、トナー画像として現像される。
【0037】そして、感光体1表面のトナー像が転写ロ
ーラ4と感光体1間の転写ニップ部に到達すると、この
タイミングに合わせて紙などの転写材Pがこの転写ニッ
プ部に搬送され、転写バイアス電源14から転写バイア
ス電圧(直流電圧)が印加された転写ローラ4により転
写材Pの裏側に正極性の電荷が付与されて、表面側に感
光体1表面のトナー像が転写される。トナー像が転写さ
れた転写材Pは定着装置(不図示)に搬送され、定着装
置(不図示)による加圧、加熱によりトナー像が転写材
P上に固着画像として定着され、排出される。
【0038】一方、上記転写後に感光体1上に残留して
いる転写残トナーを、クリーニング装置5のクリーニン
グブレード15で掻き取って清掃し、繰り返して作像に
供される。掻き取った転写残トナー等はスクイシート1
7で補集されて回収される。
【0039】次に、本実施の形態に係る帯電ローラ2の
構成について詳細に説明する。図2は、帯電ローラ2の
縦断面図である。
【0040】本実施の形態の帯電ローラ2の芯金8は、
直径8mm、長さ354mmの鉄製の軸であり、その周
りに同心に発泡された層である導電性スポンジ層21を
形成し、更に該導電性スポンジ層21の外周面に複数層
の抵抗層22、23を構成して、有効長311mm、直
径14mmに形成されている。
【0041】また、上記帯電ローラ2に当接される感光
体1は、長さ357.5mm、内径28.5mm、外径
29.92mmのアルミ中空円筒形のドラム基体外周表
面に感光層を形成し、その両端に円筒を塞ぐようにモー
ルドのギア(不図示)が取り付けられ、その中心部にカ
ートリッジハウジング18に固定される直径7mmの軸
(不図示)が貫通している。そして、少なくとも画像形
成時には感光体1に、帯電ローラ2の軸である芯金8を
加圧バネ9により500〜1000gで押圧して帯電ロ
ーラ2を当接させ、かつ芯金8を介して帯電バイアス電
源10から帯電バイアス電圧を印加して、感光体1を帯
電する。
【0042】帯電ローラ2の導電性スポンジ層21は、
ローラ長手方向中央部より両端部の直径を小さくしたク
ラウン形状に形成されており、クラウン量60μm以
下、ローラ表面の芯金8の長手方向に対する振れを15
0μm以下としている。
【0043】ここで、帯電ローラ2の表面の振れ及びク
ラウン量の測定方法について説明する。
【0044】図3は、帯電ローラ2表面の芯金8の長手
方向に対する振れの測定方法を示した図であり、芯金8
表面の図中のAB面を基準に、帯電ローラ2表面の長手
方向の中央部と、中央部より両端方向に各115mmの
3箇所を測定する。ここで、この3箇所の測定値のうち
の最大値をローラの振れとする。
【0045】図4は、帯電ローラ2のクラウン量の測定
方法を示した図であり、クラウン量Dを、D=(D2
(D1 +D3 )/2)として定義し、かつ帯電ローラ2
と対応させた真直の測定基準30からの距離Eを、E=
(E1 +E3 )/2−E2 として定義した。これらの測
定を図5に示すように、帯電ローラ2の周方向のA〜H
の8箇所について行った。なお、測定基準30は、芯金
8の長手方向に沿って帯電ローラ2の外周面から離間し
て略平行に配置されている。
【0046】図6は、本実施の形態の実施例1〜4と比
較例1〜3における、帯電ローラ2の振れとクラウン量
とをそれぞれ異なるように設定した場合での、帯電音と
聴感判定の評価結果である。
【0047】なお、帯電音の測定は、画像形成装置の駆
動音等の影響を除くため専用の装置で行い、更に帯電ロ
ーラ2と感光体1の接触面より30cmの位置にマイク
ロフォンを設置し行った。なお、この図でいうリップル
とは音圧の振れ幅であり、音圧は帯電音の振れ幅の中心
値である。また、図6において、帯電音の測定値は、帯
電ローラ2の芯金8の両端に各々約600gの押圧力を
加えて測定した時の値であり、聴感判定は、不快感を感
じる音を「×」、不快感を感じない音を「○」とした。
【0048】図6に示す結果から明らかなように、聴感
は、音圧(平均値)の大小よりもむしろリップルの大小
に関係がある。これは、リップルが音のウネリとして不
快感を与えるためであり、更に画像形成装置内で実際に
駆動された時には、他の駆動音から帯電音のウネリが区
別されて帯電音を際立たせる。
【0049】また、比較例2の帯電ローラ2に対して、
芯金8の両端への押圧力を各々800g加えた時、帯電
音のリップルは約4dB、1000gを加えた時、帯電
音のリップルは約3dBに低下し、聴感上の不快感も大
きく低減された。
【0050】しかしながら、比較例1の帯電ローラ2に
対して、芯金8の両端への押圧力を各々1000g加え
た時、帯電音のリップルは約4.5dBであり、不快感
を伴う音であった。
【0051】また、芯金8の両端への押圧力を過大にす
ると、帯電ローラ2の芯金8と、軸受7との摩擦力の増
加によるトルクアップ等の虞れがあり、また軸受7の摩
耗粉の発生も増加し、更なるトルクアップを起こす虞れ
がある。
【0052】また、図中のクラウン量Dを過大にする
と、本来当接すべき長手方向全域を当接させるための押
圧力を大きくする必要があり、前述のようにトルクアッ
プ等を招く虞れがある。また、クラウン量Dが過大であ
ると、長手中央部付近でスティックスリップを生じ易く
なり、帯電音を増大させる原因となる。
【0053】このように、図6の結果から、帯電ローラ
2の外周面の芯金8の長手方向に対する振れを150μ
m以下、好ましくは148μm以下にし、更に、帯電ロ
ーラ2のクラウン形状を、上記したD(=D2 −(D1
+D3 )/2)の値を60μm以下、好ましくは58μ
m以下に設定し、かつ上記したE(=(E1 +E3 )/
2−E2 )の値を10μm以上、好ましくは11μm以
上に設定することにより、帯電ローラ2と感光体1表面
との間の隙間を実質上なくすことにより、帯電音のリッ
プルを小さくして帯電音による不快感をなくすことがで
き、また、画像形成装置に組み込んだ時、帯電音を殆ど
感じなくすることができた。
【0054】上記した実施の形態では、帯電ローラ2の
当接面の長手寸法をA3用紙幅297mmをカバーする
311mmで説明したが、A4用紙用の画像形成装置、
プロセスカートリッジ、帯電ローラにも適用可能であ
る。
【0055】また、長尺の帯電ローラにおいては、その
両端加圧された時の感光体と帯電ローラとの間の当接圧
を長手方向で極力平均化するために特に有効である。
【0056】また、上記した実施の形態では、プロセス
カートリッジ方式の画像形成装置で説明したが、プロセ
スカートリッジ方式にかかわらず、その他の画像形成装
置においても同様に適用できることは勿論である。
【0057】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、像
担持体表面に当接する帯電ローラが、像担持体の長手方
向に対して隙間なく略均一な圧力で当接させること可能
となり、従来の帯電ローラの場合に発生してた帯電音
を、像担持体に特に防振部材を設けることなく防止する
ことができる。
【0058】また、帯電音を防止するための防振部材な
どを設ける必要がないので、プロセスカートリッジ、あ
るいは画像形成装置のコストダウン、及び組立性の向上
を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る帯電ローラを備えた
画像形成装置を示す概略構成図。
【図2】本発明の実施の形態に係る帯電ローラを示す縦
断面図。
【図3】帯電ローラの振れ測定方法を説明するための
図。
【図4】帯電ローラのクラウン量測定方法を説明するた
めの図。
【図5】帯電ローラのクラウン量測定の位置を説明する
ための図。
【図6】帯電ローラの振れとクラウン量とをそれぞれ異
なるように設定した場合での、帯電音と聴感判定の評価
結果を示す図。
【図7】従来例における帯電ローラを示す縦断面図。
【符号の説明】
1 感光体(像担持体) 2 帯電ローラ 3 現像装置 4 転写ローラ 5 クリーニング装置 7 軸受 8 芯金(軸部材) 9 加圧バネ 10 帯電バイアス電源 11 現像スリーブ 12 弾性ブレード 13 現像バイアス電源 14 転写バイアス電源 15 クリーニングブレード 18 カートリッジハウジング 19 プロセスカートリッジ 21 導電性スポンジ層(弾性層) 22、23 抵抗層

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 像担持体表面に当接して、該像担持体表
    面を所定の電位に帯電するための回転自在な帯電ローラ
    において、 前記帯電ローラ外周面の該帯電ローラの軸線方向に対す
    る振れを、150μm以下とし、 また、前記帯電ローラの長手方向の一方の端部側での外
    径をD1 、前記帯電ローラの長手方向の中央部での外径
    をD2 、前記帯電ローラの長手方向の他方の端部側での
    外径をD3 とし、前記帯電ローラの長手方向に沿って該
    帯電ローラ外周面から離間して略平行に配置された真直
    の測定基準からの距離を、前記D1 部分でE1 、前記D
    2 部分でE2 、前記D3 部分でE3 としたとき、 D2 −(D1 +D3 )/2≦60(μm) を満足し、かつ (E1 +E3 )/2−E2 ≧10(μm) を満足する、クラウン形状である、 ことを特徴とする帯電ローラ。
  2. 【請求項2】 前記帯電ローラは、回転自在な導電性の
    軸部材と、該軸部材の周囲の長手方向に沿って形成され
    た導電性の弾性層と、該弾性層の周囲の長手方向に沿っ
    て形成された抵抗層とを備え、 前記軸部材は金属製で形成され、前記弾性層は導電性の
    発泡部材によって形成される、 請求項1記載の帯電ローラ。
  3. 【請求項3】 前記帯電ローラへの印加電圧として、直
    流電圧に交流電圧が重畳された帯電バイアス電圧を印加
    する、 請求項1又は2記載の帯電ローラ。
  4. 【請求項4】 少なくとも電子写真感光体と、該電子写
    真感光体表面に当接してその表面を所定の電位に帯電す
    るための帯電ローラとを備え、画像形成装置に着脱可能
    なプロセスカートリッジにおいて、 前記帯電ローラが、請求項1、2又は3記載の帯電ロー
    ラである、 ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  5. 【請求項5】 像担持体と、該像担持体表面に当接して
    その表面を所定の電位に帯電するための帯電ローラとを
    備えた画像形成装置において、 前記帯電ローラが、請求項1、2又は3記載の帯電ロー
    ラである、ことを特徴とする画像形成装置。
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