JP4010128B2

JP4010128B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4010128B2
Application number: JP2001282738A
Authority: JP
Inventors: 由貴長森; 康夫高山; 康友石井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP2003091139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の移動方向に移動する電荷受容体上に電荷を与えその電荷受容体上の電荷によってトナーの移動を制御するプロセスを含む画像形成プロセスを経て最終的に記録媒体上にトナー像を転写および定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真プロセスを応用した複写機やプリンタなどの画像形成装置では、感光体表面に現像像を得るため、まず、回転する感光体を帯電させる。続いて、帯電された感光体を像露光することにより、その感光体表面に静電潜像を形成し、現像剤の付着によりその静電潜像を可視化して現像像を得る。一方、最終的に画像が形成される記録紙も帯電させ、静電気力によって現像像をその記録紙に転写し、定着することにより記録紙上に画像を形成する。このように、画像形成装置内では様々な帯電が行われている。画像形成装置に採用される帯電方式としては、非接触帯電方式と接触帯電方式とがある。非接触帯電方式は、半導電性を有する導電性部材を電荷受容体表面に近接・隔離させて配置し、その導電性部材に電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより帯電を行うものである。接触帯電方式は、半導電性を有する導電性部材を電荷受容体表面に接触するように配置し、その導電性部材に電圧を印加して接触部近傍の微小空隙で放電を発生させることにより帯電を行うものである。いずれの帯電方式においても、良好な画像を得るためには、電荷受容体表面を均一な電位に帯電することが必要である。
【０００３】
以下、感光体を帯電させる場合を例にあげて説明する。非接触帯電方式では、電圧を印加する導電性部材と感光体表面とが非接触のため、感光体表面を均一な電位に帯電するために、電圧を印加する導電性部材と感光体表面との離間距離を一定に保つことが必要になる。このため、非接触帯電方式では、導電性部材と感光体表面との離間距離を一定に保つための保持機構が必要となる。接触帯電方式では、感光体表面を均一な電位に帯電するために、導電性部材の、感光体との密着性を良好にして安定した微小空隙を形成する必要がある。このため、ロール状の導電性部材を用いる場合には、そのロール状の導電性部材の軸心方向に金属シャフトを貫通させ、その金属シャフトの両端にばねなどで荷重を加えて導電性部材を感光体表面に押し付けることが行われている。
【０００４】
ところで、最近の画像形成装置では小型化、低コスト化が進んでいる。非接触帯電方式では、導電性部材を薄板等の小さな部材にすることができるものの、上述のような保持機構が必要となるため、画像形成装置の大型化につながってしまう。一方、接触帯電方式では、導電性部材を電荷受容体に直接接触させるため、非接触帯電方式に必要な保持機構が不要となり、このため、接触帯電方式は、画像形成装置の小型化に適している。
【０００５】
そこで、ロール状の導電性部材を用いる接触帯電方式を採用した画像形成装置のさらなる小型化について検討すると、上記金属シャフトを細くすることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この金属シャフトは、押しつけ力に耐えうるだけの剛性が必要である。また、導電性部材の、感光体との密着性を良好にして安定した微小空隙を形成するために、金属シャフトを回転中心にして導電性部材を回転させ、導電性部材外周面の加工を行い、導電性部材の外形精度を高めることがあるが、導電性部材が弾性体であると、金属シャフトが細くなればなるほど外形精度を上げることが非常に難しくなり、歩留りの低下等といったコストアップにつながってしまう。このため、金属シャフトを細くするには限界がある。このような金属シャフトの小径化の制限は、感光体を帯電する場合に限らず、画像形成装置内において、感光体以外の電荷受容体を帯電（電荷付与）する場合にも同様である。そのため、金属シャフトを細くするという観点から、画像形成装置を低コストで小型化することはさほど望めない。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、低コストで小型化することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の第１の画像形成装置は、所定の移動方向に移動する電荷受容体上に電荷を与えその電荷受容体上の電荷によってトナーの移動を制御するプロセスを含む画像形成プロセスを経て最終的に記録媒体上にトナー像を転写および定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
電圧が印加され上記電荷受容体に接触した状態で回転することによってその電荷受容体に電荷を与える帯電ロールと、
上記帯電ロールの両端部外周を回転自在に保持する保持部材とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の第２の画像形成装置は、所定の移動方向に移動する電荷受容体上に電荷を与えその電荷受容体上の電荷によってトナーの移動を制御するプロセスを含む画像形成プロセスを経て最終的に記録媒体上にトナー像を転写および定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
電圧が印加され上記電荷受容体に接触した状態で回転することによってその電荷受容体に電荷を与える帯電ロールと、
上記帯電ロールの両端部それぞれに独立に固定された該帯電ロールを支持する一対の支持部材と、
上記一対の支持部材を回転自在に保持する保持部材とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の画像形成装置において、上記帯電ロールが、
その帯電ロール外周を形成する、可撓性のある円筒形の薄肉状部材と、
上記薄肉状部材の円筒形内部に充填された弾性体層と、
上記薄肉状部材に給電する電極とを備えたものであることが好ましく、さらに、
上記薄肉状部材は、上記帯電ロールの軸心方向の長さに関し上記弾性体層よりも長く、両端部それぞれがその弾性体層から突出するようにその弾性体層を取り巻くものであって、
上記薄肉状部材の、上記弾性体層から突出した両端部それぞれの内部に、その薄肉状部材を補強する補強部材が配備されていることがより好ましい。
【００１１】
また、本発明の第２の画像形成装置においては、上記帯電ロールが、
その帯電ロール外周を形成する、可撓性のある円筒形の薄肉状部材と、
上記薄肉状部材の円筒形内部の、その薄肉状部材両端部を除く部分に充填された、その薄肉状部材との間が周方向に回動自在な弾性体層とを備え、
上記一対の支持部材が、上記薄肉状部材の両端部内周に摺動自在に接触してその薄肉状部材に給電するものであるとともに、上記保持部材に保持され所定の回転駆動機構からの回転駆動力をその弾性体層に伝達するものであって、
上記薄肉状部材の、上記支持部材との接触領域に、その薄肉状部材とその支持部材との間の摺動時の摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減手段を有するものであることが好ましく、さらに、
上記薄肉状部材の回転を補助する回転補助部材を備えたことがより好ましい。
【００１２】
また、本発明の画像形成装置において、上記帯電ロールは、上記電荷受容体に対し、その帯電ロールの少なくとも一部分がその電荷受容体から離れる方向に自重が加わる位置に配備されたものであって、
上記帯電ロールを、上記電荷受容体に接触した状態に保持するロール保持部材を備えたことであってもよい。
【００１３】
また、本発明の画像形成装置において、上記電荷受容体が、上記帯電ロールにより電荷が与えられた後にトナー像を担持して所定の方向に移動する像担持体であってもよく、さらに、
上記電荷受容体は、上記帯電ロールにより電荷が付与される前に電荷が付与された状態にあるものであって、上記帯電ロールは、上記電荷受容体に、その電荷受容体に付与されている電荷を除去する電荷を与えるものであってもよい。
【００１４】
また、本発明の画像形成装置において、上記電荷受容体が、上記記録媒体であってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
まず、図１を用いて、本発明の第２の画像形成装置の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第２の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１８】
図１に示す画像形成装置１は、回転軸１１１を中心にして矢印Ｒ１方向に回転する感光体（電荷受容体）１１を備え、この感光体１１の周囲には、感光体１１の表面を帯電させる帯電装置２１が備えられているほか、露光装置３１、現像装置４１、転写装置５１、クリーニング装置６１、および除電ランプ７１も備えられている。さらに、この画像形成装置１内には、用紙Ｐを収納する用紙カセット８１とトナー像を定着する定着装置９１も備えられている。
【００１９】
このような画像形成装置１では、帯電装置２１により感光体１１が所定の電位に帯電された後、露光装置３１によって画像情報に対応したレーザー光が照射され、感光体１１の表面に静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置４１によって現像され、感光体１１へのトナーの付着による可視像が形成される。さらに、用紙カセット８１から、用紙Ｐが、ペーパーガイド８２に沿って感光体１１と転写装置５１との間に搬送され、転写装置５１により感光体１１上のトナー像が用紙Ｐ上に転写される。転写されたトナー像は、定着装置９１で定着され、用紙Ｐ上にプリント像が形成される。一方、転写工程後、感光体１１の回転に伴い、感光体１１上に残留した転写残トナーは、クリーニング装置６１により清掃され、除電ランプ７１により感光体１１表面が除電された後、再び帯電装置２１による帯電工程にはいる。
【００２０】
続いて、図１とともに図２を用いて、この画像形成装置１が備えている帯電装置２１について詳述する。
【００２１】
図２は、帯電装置が備えている帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【００２２】
図１に示す帯電装置２１は、接触帯電方式を採用したものであって、感光体１１の上方に配備されている。このような帯電装置２１は、帯電ロール２１１と、一対の支持部材２１２と、電源２１３とを備えている。帯電ロール２１１は、感光体１１の表面に接触した状態で矢印Ｒ２方向に回転するものである。なお、図１に示す点Ａは、紙面に対して垂直な方向に延びる、帯電ロール２１１の回転中心軸を表したものであり、支持部材２１２の軸は、この帯電ロール２１１の回転中心軸Ａに重なっている。帯電ロール２１１には、支持部材２１２を介して電源２１３から所定の電圧が印加される。
【００２３】
帯電ロール２１１は、図２に示すように、帯電電極２１１１と、形状規定部材２１１２と、シール部材２１１３とを有する。
【００２４】
帯電電極２１１１は、帯電ロール２１１の外周を形成する円筒形のものであって、厚さが１０μｍ〜１ｍｍ程度の可撓性を有する半導電性の材料からなるものである。したがって、帯電電極２１１１は、本発明にいう薄肉状部材に相当する。この帯電電極２１１１の材料としては、たとえば、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリイミド、ＰＥＮ、ＰＥＫ、ＰＥＳ、ＰＰＳ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＣＴＦＥ等の樹脂、もしくはシリコンゴム、ＥＰＤＭ、エチレンプロピレンゴム、ブチルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム等の合成ゴムに、カーボンブラックや金属粉末、金属酸化物等の導電性の粉末や４級アンモニウム塩などのイオン導電材を混入したものを用いることができる。樹脂もしくは合成ゴムへのこれらの導電性粒子の混入にあたっては、帯電電極２１１１の体積抵抗率が好ましい値となるように、導電性粒子の混入量を調整する必要がある。帯電電極２１１１の体積抵抗率が、１０²Ω・ｃｍ以下では火花放電が発生しやすく、１０¹¹Ω・ｃｍ以上ではドット状の帯電不良を起こしやすいため、１０³Ω・ｃｍ〜１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲となるように導電性粒子の混入量を調整する。特に、１０⁴Ω・ｃｍ〜１０⁷Ω・ｃｍ範囲となるように導電性粒子の混入量を調整すると、帯電器に印加する帯電電圧を比較的低く設定することが可能であるうえ、プロセススピードが１５０ｍｍ／ｓｅｃ以上の高速機で使用する場合には、電位変動を小さく抑えることが可能になる。また、帯電電極２１１１には、導電性粒子を混入させた、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭゴム等の有極性ゴムや、酸化チタン、アモルファスシリコン等の半導電性の無機材料を絶縁体の基体上に薄膜もしくは厚膜蒸着して形成したものを用いてもよい。ただし、有極性ゴムなどは付着力が高いため、低付着材料等で表面をコーティングするといった工夫が必要である。また、薄膜もしくは厚膜蒸着した場合は、表面硬度が大きいため、ベルトやフィルムなどの薄肉状の部材上に形成することが好ましい。また、この帯電電極２１１１は、感光体１１に対して柔らかく当たる方が好ましいため、これらの材料の好適な厚さは一般的には薄い程よいといえる。しかし、あまり薄すぎると耐久性が低下してしまうため、厚さのおおよその目安としては、ヤング率を指標にして決定することができる。好適なヤング率の目安としては、５００［ｋｇ／ｃｍ²］〜３００００［ｋｇ／ｃｍ²］である。特に感光体に対して低ストレスで接触することを要求されている帯電電極２１１１の場合には、２３０００［ｋｇ／ｃｍ²］以下が望ましい。ただし、ヤング率は、同じ材料の場合、厚さを変えても一定の物理量であるが、実際の硬度という観点では、同じ材料の場合、薄いほど柔らかくなる。したがって、上記の目安を参考に、ヤング率が大きい場合には薄くすることによって柔軟性を引き出すことができ、ヤング率が小さい場合には、厚くすることによって耐久性を向上させることができる。図３に示す帯電電極２１１１は、厚さ５０μｍのＰＶｄＦを外径８ｍｍ（内径７．９ｍｍ）の円筒形にしたものであって、体積抵抗率は１０⁵Ω・ｃｍである。また、帯電電極２１１１は、図２に示すように、感光体１１の表面に接触するものであり、帯電電極２１１１の引張弾性率は１０〜２８０ｋｇ／ｍｍ²程度に設定されている。
【００２５】
形状規定部材２１１２は、帯電電極２１１１の内部の、帯電電極２１１１の両端部を除く部分に充填されたものであって、帯電ロール２１１の周方向の形状を規定する。図３に示す形状規定部材２１１２は、弾性を有する導電性のスポンジからなる、外径８ｍｍの円柱状のものである。したがって、形状規定部材２１１２の径は、帯電電極２１１１の内径よりも僅かに大きいが、形状規定部材２１１２が弾性を有するものであるため、その弾性を利用して帯電電極２１１１内に充填されている。この結果、形状規定部材２１１２と帯電電極２１１１との接触は均一になる。このような形状規定部材２１１２は、本発明にいう弾性体層に相当する。本実施形態では、帯電電極２１１１の内周面と形状規定部材２１１２の外周面とは非接着であるが、導電性の接着剤を用いて両者を接着することも可能である。なお、このような形状規定部材２１１２は弾性を有するものであればどのようなものでも良く、形状規定部材２１１２には、ゴム、ブラシ、フェルト、粉末、液体、ゲルなども用いることができる。また、図３に示すように形状規定部材２１１２が円柱状の場合、その外径は帯電電極２１１１の内径よりも小さくてもよい。ただし、あまりに小さすぎると、帯電ロール２１１の回転に伴って、帯電電極２１１１の中で形状規定部材２１１２がばたついてしまい、感光体の帯電電位が不均一になってしまう恐れがあるため、注意が必要である。
【００２６】
シール部材２１１３は、帯電電極２１１１内部の形状規制部材２１１２の両端部に接して、帯電電極２１１１内における形状規制部材２１１２の位置を規定するものである。このシール部材２１１３の材料としては、帯電電極２１１１の説明で例示した各種材料を用いることができる。本実施形態のシール部材２１１３には、帯電電極２１１１と同素材のＰＶｄＦを１００μｍ厚の円盤状に成形したものを用いている。なお、シール部材２１１３は、絶縁性の材料からなるものであってもよい。また、液体や粉末の場合は、形状規定部材２１１２が帯電電極２１１１の両端から漏れて画像形成装置１内を汚染する恐れがあるため、シール部材のシール性を向上させることが必須になる。また、帯電電極２１１１の内周面と形状規定部材２１１２の外周面とを接着した場合には、帯電電極２１１１内での形状規制部材２１１２の位置が固定されるため、このシール部材２１１３は不要になる。
【００２７】
図２に示す支持部材２１２は、帯電ロール２１１の一端側に設けられ導電性を有するＳＵＳ３０３からなるものであるが、本実施形態の画像形成装置１では、支持部材２１２は、帯電ロール２１１の両端側それぞれに独立に固定されている。このような一対の支持部材２１２それぞれは、帯電ロール２１１を支持するものであって、帯電電極２１１１の両端部内周面に接して、帯電電極２１１１を径方向に軽く押し拡げるように配置されている。このように配置された支持部材２１２により、帯電電極２１１１はやや撓んだ状態になるとともに、支持部材２１２と帯電電極２１１１との摺動は防止される。また、支持部材２１２は、シール部材２１１３にも接触している。本実施形態においては、支持部材２１２は、帯電ロール２１１に電源２１３の電圧を印加する役割を担っている。図２に示す、帯電電極２１１１と形状規定部材２１１２とシール部材２１１３は電気的に接続されており、形状規定部材２１１２とシール部材２１１３はともに導電性部材であるため、一対の支持部材２１２が帯電電極２１１１の両端部内周面とシール部材２１１３との双方に接触していることで、帯電電極２１１１は、内周面の広範囲にわたる領域から給電される。帯電ロール２１１の両端側それぞれに配備された支持部材２１２は、帯電ロール２１１の両端面２１１’から、帯電ロール２１１と同軸（図１に示す点Ａ参照）に突出している（図２参照）。また、この支持部材２１２の外径形状は、帯電ロール２１１の太さよりも細い、コの字状であるが、特に、コの字状に限られるものではない。なお、支持部材が帯電ロール２１１に電源２１３の電圧を印加する役割を担っていなければ、支持部材には絶縁性の材料を用いてもよい。
【００２８】
また、この帯電装置２１は、図１では図示省略したが、帯電ロール２１１の両端それぞれに、図２に示す保持部材２１４を備えている。保持部材２１４は、図１に示す感光体の回転軸１１１と支持部材２１２の軸（点Ａ参照）との軸間距離を一定に保って、支持部材２１２を回転自在に保持するものであって、外筒部２１４１と内筒部２１４２とを有する。外筒部２１４１は、この画像形成装置１の内部に固定されたものである。内筒部２１４２は、支持部材２１２と係合して外筒部２１４１内で回転する。なお、本実施形態では、内筒部２１４２は、絶縁性を有するものである。
【００２９】
図１に示す感光体の回転軸１１１と支持部材２１２の軸（点Ａ参照）との軸間距離は、支持部材２１２の硬度やヤング率によって決定される。この軸間距離が長すぎると、帯電ロール２１１と感光体１１の表面との接触が不均一となり、部分的に非接触になる領域が発生して帯電ムラの原因になってしまう。反対に、軸間距離が短すぎると、帯電ロール２１１と感光体１１との接触部での線圧が大きくなってしまい、感光体１１に傷ができてしまったり、帯電電極２１１に異物が付着するなどの二次的な障害が発生してしまう。本実施形態では、帯電ロール２１１が感光体１１の表面に均一に安定して接触するように、この離間距離を、電圧無印加の帯電ロール２１１が感光体１１の表面によって０．２ｍｍ押しつぶされる長さに設定してある。なお、帯電ロール２１１の、感光体１１の表面への均一な接触を、より確実に維持するために、バネ等の押圧手段によって支持部材２１２に荷重をかけて、帯電ロール２１１を感光体１に向けて押圧させてもよい。
【００３０】
電源２１３は、約−９００Ｖの直流電源である。
【００３１】
なお、この帯電装置２１においては、帯電電極２１１１に電源２１３からの電圧を供給する給電電極として、支持部材２１１２、シール部材２１１３、および形状規定部材２１１２を併せたものが用いられているが、これに限らず、帯電電極２１１の外周面に接触するような専用の給電電極を設けてもよい。また、このような専用の給電電極の形状は、帯電電極２１１１の表面もしくは裏面に接触する場合は、帯電電極２１１１に接触することが可能であればどのような形状でもよく、たとえば、スポンジ、繊維、フェルト、ゴム、不織布、フォーム、ブラシ、ウエブ、ブレード、パドル、ゲル、樹脂、金属などからなるブロック体やロール等の回転体、もしくは往復運動をする刷毛状の部材などであってもよい。ただし、帯電ロールの形状によっては、給電電極と帯電電極との接触圧力が小さいほうが望ましい場合があり、この場合には、ブラシ、フェルト、不織布、スポンジ、ロールなどが好適である。また、給電電極の抵抗値としては、基本的には帯電電極２１１１の抵抗値よりも小さければ十分にその機能を果たすことができるが、環境変化や経時変化による抵抗値の変動を考慮すると抵抗値はできるだけ小さいほう（例えば、１０³Ω・ｃｍ以下）が、より安定した給電を行うことができ好ましい。
【００３２】
続いて、以上のような構成の帯電装置２１による、図１に示す感光体１１の表面の帯電について説明する。
【００３３】
図１に示す感光体１１は、導体基板１１２上に光導電層１１３が積層された構成のものであり、導体基板１１２は電気的に接地されている。このような感光体１１の上方に位置する帯電ロール２１１は、電圧が無印加の時には、自重によって感光体１１に接触している。帯電ロール２１１に電源２１３からの電圧が印加されると、帯電電極２１１１と感光体１１の表面との接触部近傍に形成される微小な空隙では空気のイオン化が発生する。帯電電極２１１１には、約−９００Ｖの直流電圧が印加されているため、−のイオンまたは電子が感光体１１側へ流れて感光体１１表面は帯電され、＋のイオンは帯電電極２１１１側へ到達して中和される。また、帯電ロール２１１は、電圧が印加されたことによって感光体１１との間に働く静電吸引力により感光体１１側に引っ張られ、感光体１１表面に密着し、感光体１１の回転に伴って、その回転方向にやや引っ張られるような撓んだ形状になる。さらに感光体１１が矢印Ｒ１方向に回転すると、帯電ロール２１１は静電吸引力によって矢印Ｒ２方向に回転し始め、帯電電極２１１１と感光体１１の表面との接触が安定になる。帯電ロール２１１の回転は、帯電ロール２１１と、保持部材２１４に保持された支持部材２１２とが一体となって回転する。また、帯電電極２１１１は抵抗が十分大きいため、放電は安定し、火花放電に至ることは防止される。さらに、帯電電極２１１１に半導電性抵抗体を用いたことにより、接触部近傍に形成される微小空隙のどの部分にも過大な電流が流れることが防止され、感光体１１の表面は約−３５０Ｖに一様に帯電される。なお、帯電ロールに印加する電圧は、直流電圧に帯電開始電圧の２倍以上の交流電圧を重畳した電圧（例えば、−３５０Ｖの直流成分にピーク間電圧１５００Ｖの交流成分を重畳した電圧）であってもよいが、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧では、感光体表面および帯電電極表面の表面エネルギーを上昇させ、さらには感光体に対して悪影響を及ぼすことから、直流電圧を用いることが望ましい。
【００３４】
続いて、図３を用いて、このような帯電装置２１の帯電テストに用いられる帯電試験装置について説明する。
【００３５】
図３は、帯電試験装置の概略構成図である。
【００３６】
図３に示す帯電試験装置９は、矢印Ｒ１方向に回転する感光体１１を備えた図１に示す画像形成装置１に組み込まれたものである。帯電装置２１の下流側、かつ除電ランプ７１の上流側には、この帯電試験装置９が有する表面電位センサー９１が配備されている。この表面電位センサー９１は、この感光体１１の表面電位を検知するものであって、表面電位計９２に接続されている。また、帯電装置２１が有する図１に示す電源２１３は、出力電圧を任意に変えることができる直流電源９３に変更されている。この帯電試験装置９を用いた帯電テストは、帯電ロール２１１への印加電圧を変化させることで、印加電圧の増減にともなって変化する感光体１１の表面電位を、表面電位計９２で測定することにより行われる。
【００３７】
図４は、図３に示す帯電試験装置を用いた帯電テストの結果を示すグラフである。
【００３８】
図４に示すグラフの縦軸は、表面電位計９２で測定された、感光体１１の表面電位（−Ｖ）を表し、横軸は、帯電ロール２１１への印加電圧（−Ｖ）を表す。帯電ロール２２１に、直流電源９３から０Ｖ〜−２０００Ｖの直流電圧を印加した時の感光体１１の表面電位を測定したところ、図４のグラフに示されるように、感光体１１の表面電位は約−５５０Ｖの印加電圧から急激に上昇しはじめ、−２０００Ｖの印加電圧で約−１４５０Ｖに達することが確認された。この間、帯電装置２１による異常放電の発生は見られなかった。なお、帯電電極２２の材料や膜厚や抵抗を変えた帯電装置を用いて実験した結果も、同様に良好な結果となった。
【００３９】
また、一様な電圧を帯電ロールに印加したときの、感光体１１の表面電位の変動は、１０Ｖ以下となり良好な結果となった。
【００４０】
次に、本実施形態の画像形成装置１を用いてプリント像を形成する、図１に示す帯電装置２１の信頼性テストを行った結果、感光体１１は、常に一定の電位に帯電され、プリントサンプルに、かぶりや濃度低下と言った画像欠陥は発生しなかった。本実施形態の画像形成装置１が備える帯電装置２１の帯電ロール２１１には、金属シャフトが貫通されていないため外径８ｍｍという非常に細い径に抑えられているが、軸方向全域にわたって感光体１１にほぼ均一に接触しており、ロールピッチの帯電不良や画像ムラ等も未発生であった。また、耐久性試験として環境を適宜変化させながら、Ａ４を横送りで５０００枚プリントしたが、初期サンプルから最終サンプルまでほぼ一定した画質を得ることができた。以上のことから、本実施形態による帯電装置の保持方法が非常に有効であり、装置の小型化と信頼性の両立を達成していることが実証された。
【００４１】
このように、本実施形態の画像形成装置１では、帯電ロール２１１を貫通するシャフトを用いずに、帯電電極２１１１と感光体１１の表面との密着性を良好にして安定した微小空隙を確保し、感光体１１の表面を均一な電位に帯電することができる。
【００４２】
なお、この帯電装置２１は、図１に示すようなクリーニング装置６１を具備していないクリーナレス画像形成装置に適用することもできる。このクリーナレス画像形成装置のプロセスは、図１に示す画像形成装置１におけるプロセスとほとんど同じであるが、感光体上に残留した転写残トナーはそのまま帯電装置を通過し、現像装置で回収されたり、次回の転写で転写されたりする。クリーナレス画像形成装置では、感光体上に残留するトナーや紙粉、放電生成物などによって帯電装置２１の帯電電極２１１１が汚れやすくなる傾向がある。したがって、このような場合には、特に帯電電極２１１１の硬度や、感光体の回転軸と支持部材２１２の軸との軸間距離、形状規定部材２１１２の弾性率などの選択が重要になる。この場合、形状規定部材２１１２については、スポンジやフェルト、ブラシ、フォーム、不織布等の硬度が低い弾性材料からなるものが好適に用いられる。また、帯電電極２１１１の硬度はあまり柔らかすぎるとトナーなどの異物が埋まり込んで異常放電を誘発したり、異物の固着などが生じてしまうので、帯電電極２１１１には、なるべく低付着性である程度硬度の高い材料を採用することが望ましい。ただし、硬度が高すぎると感光体との摺擦によって感光体に傷や摩耗などが発生してしまうので注意が必要である。
【００４３】
次に、図５を用いて、本発明の第１の画像形成装置の一実施形態について説明する。
【００４４】
図５は、本発明の第１の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００４５】
図５に示す画像形成装置２は、カラーのタンデム型画像形成装置であり、４台の画像形成ユニット２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有する。これらの画像形成ユニット２ａ〜２ｄそれぞれの構成は、図１に示す画像形成装置１内の構成とほぼ同じであるが、各現像装置４２にはイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４色のトナーが入っている。また、この画像形成装置２には被転写体として、ロール３ａに張架された中間転写ベルト３が備えられており、この中間転写ベルト３は、各画像形成ユニット２ａ〜２ｄにまたがって延在し、循環移動するように駆動される。各画像形成各ユニット２ａ〜２ｄから中間転写ベルト３に転写する際には、一次転写装置５２に転写用の電圧が印加される。さらに、４台の画像形成ユニット２ａ〜２ｄの感光体１２には、それぞれ帯電装置２２が設けられている。
【００４６】
この画像形成装置２では、矢印Ｂ方向に移動する中間転写ベルト３上に、各色のトナーが順次重ね合わさるように一次転写され、その中間転写ベルト３から、二次転写装置４によって用紙Ｐ上に一括して二次転写される。用紙Ｐは、破線で示される用紙パス８３に沿って移動し、定着装置９２で定着され、プリント像が完成する。一方、トナーを転写した後の感光体１２は、不図示のクリーニング装置によって残留トナーが除去される。そして、感光体除電装置７２によって、残留電荷が除電され、帯電装置２２への侵入電位は０Ｖに均一化される。感光体除電装置７２には、図示しない電源から＋２００Ｖ〜＋６００Ｖ程度の電圧が印加される。また、二次転写後の中間転写ベルト３は、最も上流側の画像形成ユニット２ｄに侵入する前にベルト除電装置５によって残留電荷が除電される。ベルト除電装置５には、図示しない交流電源から、ピーク間電圧が約２．２ｋＶ程度のＡＣ電圧が印加される。
【００４７】
中間転写ベルト３は、ポリイミド、ポリカーボネート、ＰＶｄＦ等の高分子フィルムや、シリコンゴム、フッ素ゴム等の合成ゴムにカーボンブラック等の導電性フィラーを添加して導電化したもの等が用いられる。
【００４８】
一次転写装置５２には、図示しない電源から＋０．５〜１．５ｋＶ程度の電圧が印加され、トナー像が感光体１２から中間転写ベルト３に静電気力で転写される。この一次転写装置５２は、シリコンゴム、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等の合成ゴムにカーボンブラック等の導電性フィラーを添加して導電化したロールを備えており、そのロールの直径は１０〜３０ｍｍ程度である。一方、用紙Ｐへ転写する二次転写装置４には、図示しない電源から＋１．５〜３．０ｋＶ程度の電圧が印加され、中間転写ベルト３から多重のトナー像が、静電気力で用紙Ｐ上に一括して転写される。
【００４９】
このような構成の画像形成装置２に採用されている、一次転写装置５２、二次転写装置４、感光体除電装置７２、およびベルト除電装置５は、帯電装置２２と同じく電荷受容体に電荷を付与する装置であり、以下、これらの装置２２，５２，４，７２，５を総称して電荷付与装置と称する。この電荷付与装置は、図１および図２に示す帯電装置と同じく、帯電ロールと、電源と、一対の保持部材とを備えているが、一対の支持部材は備えていない。以下、この電荷付与装置の特徴的な部分について説明し、図１および図２に示す帯電装置の構成と同じ構成については、説明を省略する。
【００５０】
図６は、本実施形態の画像形成装置に備えられている電荷付与装置の帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【００５１】
電荷付与装置２２，５２，４，７２，５が備える帯電ロール２２１の形状規定部材２２１２は、円柱状のスポンジであり、帯電ロールの軸方向の長さに関し、帯電電極２２１１と形状規定部材２２１２とは同じ長さである。帯電電極２２１１と形状規定部材２２１２は接着されており、形状規定部材２２１２の両端には図２に示すようなシール部材２１１３は配備されていない。また、電荷付与装置２２，５２，４，７２，５は、図２に示すような支持部材２１２を備えておらず、帯電ロール２２１の両端それぞれには、図６に示す保持部材２２４が配備されている。この保持部材２２４は、帯電ロール２２１の端部を回転自在に保持するものである。また、保持部材２２４は、帯電ロール２２１の外周、すなわち帯電電極２２１１の周面と、形状規定部材２２１２の端面との双方に接し、帯電ロール２２１に電源電圧を印加する役割も担っている。
【００５２】
このような構成の電荷付与装置の一つである感光体除電装置７２を備えた、画像形成装置２のうちの一つの画像形成ユニットを用いて、図３に示す帯電試験装置９による帯電テストを行ったところ、帯電装置２２への侵入電位がほぼ均一に０Ｖとなり、このような構成の電荷付与装置が、感光体除電装置７２に適していることが確認された。
【００５３】
また、図５の画像形成装置２を用いてカラー画像のプリントテストを行ったところ、かぶりなどの画質欠陥のない良好なカラー画像が得られることが確認された。
【００５４】
一般に、画像形成装置の帯電装置に直流電圧が印加されている場合、侵入電位のパターンによって、感光体の帯電電位が変動しやすくなり、ゴーストというディフェクトが発生しやすくなるという欠点がある。また、中間転写ベルトは、絶縁性もしくは高抵抗の材料によって形成されているため、何回も転写を繰り返すうちに残留電位が大きくなり、転写不良が発生しやすいという欠点がある。本実施形態の画像形成装置２では、上述した構成の電荷付与装置を、感光体除電装置７２やベルト除電装置５として採用しているため、簡単な構成で効率的に除電することが可能になる。また、このような構成の電荷付与装置を、一次転写装置５２として用いることにより、一次転写装置５２が小型化され、画像形成装置２内で中間転写ベルト３が占める容積を小さく設計することが可能になり、装置全体のさらなる小型化が実現できる。なお、図１および図２を用いて説明した帯電装置２１も、図５にそれぞれ示す、一次転写装置５２、二次転写装置４、感光体除電装置７２、およびベルト除電装置５に適用することができる。
【００５５】
なお、この電荷付与装置も、クリーニング装置を用いないクリーナレス画像形成装置に適用することが可能である。
【００５６】
以上述べたように、図１に示す画像形成装置１、および図５に示す画像形成装置２それぞれでは、帯電ロール２１１，２２１の自重と静電吸引力に着目し、これらの相互作用を利用して帯電ロール２１１，２２１を感光体に均一に接触させている。そのため、帯電ロールを感光体に均一に接触させるために採用されている、帯電ロールを貫通するシャフトが不要になり、帯電ロールを簡単に小径化することができる。また、帯電ロール２１１，２２１の外形は形状規定部材２１１２，２２１２によって規定されるため、帯電ロール２１１，２２１の外形精度を高めるための帯電ロール外周面の加工は不要となる。さらに、帯電ロールの保持機構は、簡単な構造の安価なもので足りる。そのため、画像形成装置を低コストで小型化することができる。また、これらの画像形成装置１では、電荷受容体に対する帯電ロールの接触圧力を極力小さくなるように構成することができるため、電荷受容体に傷を付けたりすることがなく、また現像剤などの付着による異常放電なども低減することができる。
【００５７】
続いて、図１に示す画像形成装置１の別の構成を４つ説明する。ただし各構成の説明では、画像形成装置全体についての図示及び説明は省略し、各構成に特徴的な部分についてのみ図示及び説明を行う。また、これらの構成はいずれも帯電装置に特徴を有する例であり、図１および図２に示す帯電装置と同一の部材には同一の符号を付して説明する。
【００５８】
図７は、両端部それぞれに特徴がある帯電ロールをその軸心方向から見たときの図である。
【００５９】
この構成では、支持部材２１２の、帯電ロール２１１の径方向の大きさが、帯電電極２１１１を径方向に軽く押し拡げるほど大きくなく、静電吸引力によって帯電ロール２１１が回転し始めると、支持部材２１２と帯電電極２１１１の内周面との間に摺動が生じる。そのため、この構成では、摺動時の摩擦抵抗を低減するために、帯電電極２１１１の両端部内周面にフッ素系の潤滑剤２１１４が塗布されている。この結果、静電吸引力による帯電電極２１１１の回転は阻害されず安定したものとなり、また、支持部材２１２との摩擦による帯電電極２１１１の端部の折れや破れを防止することができる。
【００６０】
図８は、両端部それぞれに、図７に示す帯電ロールとは異なる特徴がある帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【００６１】
図８に示す帯電ロール２１１は、帯電電極２１１１を、帯電電極２１１１の内側から補強する円筒状の補強部材２１１５を備えている。この補強部材２１１５は、帯電電極２１１１の両端部それぞれの内周面に接着されており、支持部材２１２は、この補強部材２１１５の内周面に接触している。補強部材２１１５は、剛性が高く、耐摩耗性に優れた高分子材料などからなるものであり、好適な材料として、フッ素系の樹脂やＰＥＴ、アクリルなどがあげられる。特にフッ素系は前述の潤滑効果も有するので特に良い。このような補強部材２１１５は、帯電電極２１１１が薄膜の場合などに特に効果がある。また、上記構成で説明したように、支持部材２１２と帯電電極２１１１との間に摺動が生じる場合には、帯電電極２１１１の端部は、この補強部材によって保護される。
【００６２】
この図８を用いて説明した構成における帯電電極の耐久性を確認するため、補強部材を備えていない３０μｍの薄膜からなる帯電電極を有する帯電ロールと、その帯電電極に、補強部材として５０μｍのＥＴＦＥ薄膜を設けた帯電ロールの耐久性試験を行った。その結果、補強部材がない帯電電極では１０００枚程度で帯電電極の端部にわずかではあるがしわが発生したのに対し、補強部材がある帯電電極では１０００枚プリント後も外形上の欠陥が発生せず、補強部材の有効性が確認できた。
【００６３】
図９は、帯電ロールの一端に固定された支持部材を示す斜視図である。
【００６４】
この構成では、帯電ロール２１１の形状規定部材２１１２は、円柱状のスポンジであり、帯電ロール２１１の軸方向の長さに関し、帯電電極２１１１と形状規定部材２１１２とは同じ長さである。帯電電極２１１１と形状規定部材２１１２は接着されており、形状規定部材２１１２の両端には図２に示すようなシール部材２１１３は配備されていない。また、帯電電極２１１１は図２に示す帯電電極と同様の材料を用いることができるが、この構成の帯電電極２１１１には、エピクロルヒドリンゴムにイオン導電材を含有させて体積抵抗率が１０⁷Ω・ｃｍになるように成形されたゴムロールを用いている。一対の支持部材２１２それぞれは、導電性材料からなる棒状部材であって、形状規定部材２１１２の両端部に、一端が埋め込まれた状態で独立に固定されている。なお、一対の支持部材２１２それぞれは、不図示の保持部材によって回転自在に保持されるが、この保持部材は、図２に示す保持部材２１４とは形状が異なる、一般的な軸受である。
【００６５】
図１０は、帯感光体の真下に配備された帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【００６６】
図１０に示すように、この構成における帯電ロール２１１は、感光体の真下に配備されているため、帯電ロール２１１の自重は、帯電ロール２１１の少なくとも一部分が感光体から離れる方向に加わる。このため、この構成では、帯電ロール２１１を感光体に均一に接触させるために、帯電装置２１は、帯電ロール２１１を感光体に接触した状態に保持するロール保持部材２１５を備えている。このロール保持部材２１５は、帯電ロール２１１の軸心方向のほぼ中央の位置で、下方から帯電ロール２１１を保持する。また、このロール保持部材２１５は、回転自在の球体であって、図示しない駆動源に接続されており、回転する帯電電極２１１１とほぼ同速で回転駆動する。画像形成装置で用紙づまりが生じると、大量の未転写トナーが感光体によって、感光体と帯電ロールとの接触部に運ばれてくる。静電吸引力により引っ張られて回転している帯電ロール２１１は、この未転写トナーによってスリップしてしまうが、このようなロール保持部材２１５が設けられていると、ロール保持部材２１５によって帯電ロール２１１に回転力が付与されてスリップが防止される。
【００６７】
このような未転写トナーによる帯電ロールのスリップ防止という効果を確認するために、この構成は、帯電ロールが感光体の真下に配備されている例であるが、帯電ロールが感光体の真上に配備されている、図１に示す画像形成装置１からクリーニング装置６１を除去した画像形成装置を用いて、転写残トナーが非常にたくさん来る条件でプリントテストを行った。その結果、帯電ロールがスリップして回転が部分的に停止して不均一帯電になることはなく、この効果が確認できた。
【００６８】
なお、このプリントテストの結果からわかるように、帯電ロールの配備位置がどのような位置であっても、画像形成装置にロール保持部材２１５を採用するとより安定した帯電電位を得ることができる。また、帯電ロール２１１の回転を補助するには、図２に示す保持部材２１４の内筒部２１４２に回転駆動力を伝達し、帯電ロール２１１を感光体の回転速度と同じ速度で回転させてもよい。
【００６９】
これら４つの構成の帯電装置それぞれを用いて図２に示す帯電試験装置で帯電テストを行ったところ、図１に示す画像形成装置の帯電装置と同様に良好な結果が得られた。また、プリント試験を行ったところ、かぶりや帯電ムラ、帯電不良などの画質欠陥のない良好な画像を得ることができた。なお、これら４つの構成の画像形成装置に備えられている帯電装置それぞれは、クリーナレス画像形成装置にも適用することが可能である。
【００７０】
以上説明した、図１に示す画像形成装置１、その画像形成装置の４つの構成、および図５に示す画像形成装置２それぞれに配備される帯電ロール２１１，２２１は、シャフトが貫通するものではないが、これらの帯電ロール２１１，２２１に、電化受容体に対する帯電電極２１１１，２２１１の配置位置を規定する目的以外、例えば給電や補強などを目的として、貫通するシャフトを設けてもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、低コストで小型化することのできる画像形成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第２の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】帯電装置が備えている帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【図３】帯電試験装置の概略構成図である。
【図４】図３に示す帯電試験装置を用いた帯電テストの結果を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本実施形態の画像形成装置に備えられている電荷付与装置の帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【図７】両端部それぞれに特徴がある帯電ロールをその軸心方向から見たときの図である。
【図８】両端部それぞれに、図７に示す帯電ロールとは異なる特徴がある帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【図９】帯電ロールの一端に固定された支持部材を示す斜視図である。
【図１０】帯感光体の真下に配備された帯電ロールの一端側を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２画像形成装置
１１感光体
２１，２２帯電装置
２１１，２２１帯電ロール
２１１１，２２１１帯電電極
２１１２，２２１２形状規定部材
２１１３シール部材
２１１４潤滑剤
２１１５補強部材
２１２支持部材
２１３電源
２１４，２２４保持部材
２１５ロール保持部材
４二次転写装置
５ベルト除電装置
５２一次転写装置
７２感光体除電装置

Claims

所定の移動方向に移動する電荷受容体上に電荷を与え該電荷受容体上の電荷によってトナーの移動を制御するプロセスを含む画像形成プロセスを経て最終的に記録媒体上にトナー像を転写および定着することにより該記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成し、
電圧が印加され前記電荷受容体に接触した状態で回転することによって該電荷受容体に電荷を与える帯電ロールと、前記帯電ロールを回転可能に保持する保持部材とを備える画像形成装置であって、
前記帯電ロールは、
該帯電ロール外周を形成する、可撓性のある円筒形の薄肉状部材と、
前記薄肉状部材の円筒形内部に配設された、弾性を有する形状規定部材と、
前記帯電ロールの各一方の端部にそれぞれ固定され前記保持部材に係合する一対の支持部材とからなり、
前記薄肉状部材は、前記帯電ロールの軸心方向の長さに関し前記形状規定部材よりも長く、両端部それぞれが該形状規定部材から突出し、該両端部内部に空間部を有するように該形状規定部材を取り巻くものであって、
前記支持部材は、前記空間部の一部のみを占める形状を有し、前記薄肉状部材の前記形状規定部材から突出した両端部それぞれの内部で、前記形状規定部材に固定されていることを特徴とする画像形成装置。
前記形状規定部材は、弾性体層と、該弾性体層端部に配設されたシール部材とからなることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記支持部材は、前記薄肉状部材の内周に接触する接触部を有し、該接触部を通して前記電荷受容体に電荷を与えるための電圧が該薄肉状部材に印加されることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記帯電ロールは、前記電荷受容体に対し、該帯電ロールの少なくとも一部分が該電荷受容体から離れる方向に自重が加わる位置に配備されたものであって、
前記帯電ロールを、前記電荷受容体に接触した状態に保持するロール保持部材を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
前記電荷受容体が、前記帯電ロールにより電荷が与えられた後にトナー像を担持して所定の方向に移動する像担持体であることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。
前記電荷受容体は、前記帯電ロールにより電荷が付与される前に電荷が付与された状態にあるものであって、前記帯電ロールは、前記電荷受容体に、該電荷受容体に付与されている電荷を除去する電荷を与えるものであることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
前記電荷受容体が、前記記録媒体であることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項記載の画像形成装置。