JP4649049B2

JP4649049B2 - Image forming apparatus and process cartridge

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Publication number: JP4649049B2
Application number: JP2001063997A
Authority: JP
Inventors: 信郎古宮; 辰一月田
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Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2011-03-09
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Also published as: JP2002268326A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式などを利用して画像形成を行う複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、及び像担持体と接触帯電ローラとを少なくとも備え、画像形成装置に対して着脱自在に装着されるプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【０００３】
この画像形成装置は、感光ドラム１００を矢印方向（時計方向）に回転駆動し、その表面を帯電バイアスが印加された帯電ローラ１０１で均一に帯電した後、露光装置（不図示）によって入力画像信号に応じた画像露光Ｌを行い、静電潜像を形成する。この静電潜像は、トナーを表面に薄層担持した現像装置１０２の現像スリーブ１０２ａによりトナー像として現像される。感光ドラム１００上に形成されたトナー像は、感光ドラム１００と転写ローラ１０３間の転写ニップ部Ｎに搬送される用紙などの転写材Ｐに、転写バイアスが印加された転写ローラ１０３によって転写される。
【０００４】
即ち、転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１００に接する転写ローラ１０３には、トナーと逆極性の転写バイアスが印加され、転写材Ｐのトナー像が形成されていない背面側からトナーと逆極性の電荷が付与されることにより、感光ドラム１００上のトナー像が転写材Ｐ表面に転写される。
【０００５】
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、この定着装置でトナー像を転写材Ｐ表面に熱定着した後、外部に排出される。また、上記転写後に感光ドラム１００上に残留している転写残トナーは、クリーニングブレード１０４で除去されて回収される。
【０００６】
上記したように感光ドラム１００の帯電部材として、接触帯電方式としての帯電ローラ１０１が帯電の安定性という観点から近年広く用いられている。即ち、帯電ローラ１０１を用いた接触帯電方式（ローラ帯電方式）は、ワイヤに高電圧をかけてコロナ放電を発生させそのコロナに感光ドラムをさらす、いわゆるコロナ帯電方式に比べ感光ドラム表面が所望の電位を得るのに必要な印加電圧の低電圧化が図れ、また、帯電過程で発生するオゾン量が少ないといった長所を有しているためである。
【０００７】
ところで、上記した帯電ローラ１０１は、感光ドラム１００に所定の加圧力をもって当接し、感光ドラム１００の駆動回転によって従動回転する。
【０００８】
このため、図１３に示すように、帯電ローラ１０１の回転軸線ｐと感光ドラム１００の回転軸線ｑとの間に交差角を設けていない構成、即ち、帯電ローラ１０１の回転軸線ｐと感光ドラム１００の回転軸線ｑの方向が一致している構成では、帯電ローラ１０１はその回転軸線ｐ方向に対して力が作用していない。
【０００９】
よって、帯電ローラ１０１の芯金１０５が軸受け１０６ａ、１０６ｂに回転自在に支持する組立て時などにおいて、帯電ローラ１０１が例えば軸受け１０６ａ側に寄って支持されると、その状態で帯電ローラ１０１が感光ドラム１００に当接することになるので、感光ドラム１００の長手方向における軸受け１０６ｂで帯電不良領域が生じるおそれがあり、帯電ローラ１０１の長手寸法を組立て誤差等を考慮して十分に取る必要がある。
【００１０】
感光ドラム１００の回転駆動によって従動回転する帯電ローラ１０１の長手位置におけるガタなどの公差の影響を考慮して、十分に帯電ローラ１０１の長手寸法を取る必要がある。
【００１１】
このため、図１４に示すように、上記の画像形成装置において感光ドラム１００の回転軸線ｑと帯電ローラ１０１の回転軸線ｐとが所定の公差角θをもつようにして、帯電ローラ１０１を感光ドラム１００に当接させるタイプがある。なお、帯電ローラ１０１の芯金１０５はその両端側が軸受け１０６ａ、１０６ｂによって回転自在に支持されている。
【００１２】
このように、帯電ローラ１０１の回転軸線ｐと感光ドラム１００の回転軸線ｑとの間に交差角θを設けると、従動回転する帯電ローラ１０１はその回転軸線ｐに沿って一定方向に寄る。例えば、図１４において、感光ドラム１を矢印方向に駆動回転させると、その逆方向に従動回転する帯電ローラ１０１には矢印Ａ方向（回転軸線ｐ方向）への寄り力が働き、数秒程度で一方の軸受け１０６ａ側に寄る。
【００１３】
これは、図１４に示すように、交差角θで接している感光ドラム１００を駆動回転して帯電ローラ１０１を従動回転させるため、帯電ローラ１０１は回転推進力Ｆｄｒを受ける。この際、帯電ローラ１０１はその回転軸線ｐを中心に回転するために、帯電ローラ１０１には回転力Ｆｃｒが作用しているので、帯電ローラ１０１は矢印Ａ方向にも力を受けることになる。従って、帯電ローラ１０１はその回転軸線ｐ方向に沿って矢印Ａ方向への寄り力が働くことになる。
【００１４】
この矢印Ａ方向への寄り力によって、帯電ローラ１０１が所定の位置に移動して感光ドラム１００に当接することが可能となる。従って、帯電ローラ１０１の長手寸法を組立て誤差等の影響を最小限に抑えて設定することができるので、上記の交差角を設けていない場合に比べて、帯電ローラ１０１の長手寸法を短くすることができ、かつ安定した帯電領域を保持することができる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように感光ドラム１００の回転軸線ｑと帯電ローラ１０１の回転軸線ｐとの間に交差角θを設けた構成では、この交差角θが小さすぎれば帯電ローラ１０１に作用する寄り力（矢印Ａ方向の移動力）が不十分で、矢印Ａ方向に帯電ローラ１０１が所望の位置に移動せず、逆に前記交差角θが大きすぎれば帯電ローラ１０１に作用する寄り力（矢印Ａ方向の移動力）が大きすぎて、帯電ローラ１０１の芯金１０５が軸受け１０６ａに大きな力で当接して軸受け１０６ａが破損したり、帯電ローラ１０１表面が必要以上に感光ドラム１００と摺擦して破損するおそれがあった。
【００１６】
帯電ローラ１０１が所望の位置に移動しなかった場合には、帯電ローラ１０１の長手位置が所望の位置から外れるために、転写材Ｐの印字部に対応する感光ドラム上の長手端部に帯電ローラ１０１が接触せず、その部分で帯電不良が発生して画像不良が発生する。
【００１７】
また、帯電ローラ１０１の矢印Ａ方向の寄り力が強すぎ、帯電ローラ１０１表面が感光ドラム１００との摺擦によって破損した場合、破損部で十分な帯電が行われず帯電不良が発生して画像不良が発生する。特に、帯電ローラ１０１の表層がその下層と接着されておらず、下層表面に被覆されている構成のものでは、矢印Ａ方向の移動力が大きすぎると帯電ローラ１０１表面が撚れてしまったり、破損しやすくなる。
【００１８】
そこで本発明は、感光ドラムの回転軸線と帯電ローラの回転軸線の間に交差角を設けた構成において、帯電ローラに作用する寄り力を適正にし、帯電ローラが所望の位置に移動できるようにして良好な帯電を行うことができる画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、回転自在な像担持体と、加圧手段により前記像担持体に所定の加圧力で当接され帯電バイアスの印加により前記像担持体を帯電する回転自在な接触帯電ローラとを備え、前記像担持体の回転軸線に対して前記接触帯電ローラの回転軸線が所定の交差角をもって当接するとともに、前記接触帯電ローラは前記像担持体の回転駆動によって従動回転し、回転時において前記交差角によって発生する力により、前記接触帯電ローラをその回転軸線の一方向への寄り力を作用させた状態で前記像担持体に当接させる画像形成装置において、前記接触帯電ローラは、導電性の支持体の表面に導電性の弾性層を有し、更にその外周面に薄層の抵抗層が接着部材を介さずに被覆されており、前記交差角をθ（°）、前記加圧手段による前記接触帯電ローラの前記像担持体への加圧力をＳ（Ｎ）、前記接触帯電ローラの硬度をＲ（°）、前記接触帯電ローラの表面滑り係数をＨとしたとき、Ｆ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×Ｈで表される前記接触帯電ローラの寄り力指数Ｆが０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定されることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項３記載の発明は、回転自在な像担持体と、加圧手段により前記像担持体に所定の加圧力で当接され帯電バイアスの印加により前記像担持体を帯電する回転自在な接触帯電ローラとを少なくとも備え、画像形成装置に対して着脱可能であり、前記像担持体の回転軸線に対して前記接触帯電ローラの回転軸線が所定の交差角をもって当接するとともに、前記接触帯電ローラは前記像担持体の回転駆動によって従動回転し、回転時において前記交差角によって発生する力により、前記接触帯電ローラをその回転軸線の一方向への寄り力を作用させた状態で前記像担持体に当接させるプロセスカートリッジにおいて、前記接触帯電ローラは、導電性の支持体の表面に導電性の弾性層を有し、更にその外周面に薄層の抵抗層が接着部材を介さずに被覆されており、前記交差角をθ（°）、前記加圧手段による前記接触帯電ローラの前記像担持体への加圧力をＳ（Ｎ）、前記接触帯電ローラの硬度をＲ（°）、前記接触帯電ローラの表面滑り係数をＨとしたとき、Ｆ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×Ｈで表される前記接触帯電ローラの寄り力指数Ｆが０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定されることを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２２】
〈実施の形態１〉
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置（本実施の形態では、電子写真方式のレーザプリンタなどの画像形成装置）を示す概略構成図である。
【００２３】
本画像形成装置２０は、像担持体としての感光ドラム１を備えている。感光ドラム１の周囲には感光ドラム１の回転方向に沿って順に、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が配設されており、帯電ローラ２と現像装置３間の上方には露光装置６が配設されている。また、感光ドラム１と転写ローラ４間に形成される転写ニップＮの転写材搬送方向の下流側には、搬送ガイド７と定着装置８が配設されている。
【００２４】
感光ドラム１は、本実施の形態では負帯電の有機感光ドラムで、アルミニウム製のドラム基体上にＯＰＣ感光層を有しており、駆動手段（不図示）により所定の周速（プロセススピード）で矢印方向（時計方向）に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ２により負極性の一様な帯電を受ける。
【００２５】
接触帯電ローラとしての帯電ローラ２は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で当接して従動回転し、帯電バイアス電源９から印加される帯電バイアスによって感光ドラム１を所定の極性、電位に均一に帯電する（本発明の特徴である帯電ローラ２の詳細については後述する）。
【００２６】
現像装置３は、現像容器１０の開口部に感光ドラム１表面と略当接する回転自在な現像スリーブ１１を備えており、現像部にて感光ドラム１上の静電潜像にトナーｔを付着させてトナー像として顕像化する。
【００２７】
転写手段としての転写ローラ４は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成し、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、感光ドラム１と転写ローラ４間の転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１表面のトナー像を用紙などの転写材Ｐに転写する。
【００２８】
露光装置６は、パーソナルコンピュータ（不図示）などから入力される画像情報の時系列電気デジタル画像信号に対応して変調されたレーザ光（露光ビーム）をレーザ出力部（不図示）から出力し、帯電された感光ドラム２表面を反射ミラー１２を介して走査露光Ｌすることにより、画像情報に対応した静電潜像を形成する。
【００２９】
定着装置８は、内部にハロゲンヒータ（不図示）を備えた加熱ローラ８ａと加圧ローラ８ｂを有しており、定着ローラ８ａと加圧ローラ８ｂ間の定着ニップにて転写材Ｐを挟持搬送しながら、転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱、加圧して熱定着させる。
【００３０】
次に、上記した画像形成装置２０による画像形成動作について説明する。
【００３１】
画像形成時には、感光ドラム１は駆動手段（不図示）により矢印方向（時計方向）に所定の周速で回転駆動され、帯電バイアス電源９から帯電バイアスが印加された帯電ローラ２により一様に負極性の所定電位に帯電される。そして、帯電された感光ドラム１上に露光装置６から反射ミラー１２を介してレーザ光による走査露光Ｌが与えられることにより、感光ドラム１上の電位は走査露光Ｌされた部分の電位が低下して、パーソナルコンピュータ（不図示）などから入力される画像情報に応じた静電潜像が形成される。
【００３２】
そして、現像部にて感光ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置３の現像スリーブ１１により、感光ドラム１上に形成された静電潜像にトナーｔを付着させて、反転現像によりトナー像として顕像化する。
【００３３】
一方、カセット１３内の用紙などの転写材Ｐは、ピックアップローラ１４により給紙され、感光ドラム１上でのトナー像の形成と同期してレジストローラ対（不図示）まで搬送される。そして、感光ドラム１上のトナー像が感光ドラム１と転写ローラ４間の転写ニップ部Ｎに到達すると、このタイミングに合わせて転写材Ｐがレジストローラ対（不図示）によって転写ニップ部Ｎに搬送される。
【００３４】
そして、前記トナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ４により、転写ニップ部Ｎに搬送された転写材Ｐに感光ドラム１と転写ローラ４間に発生する静電力によって、感光ドラム１上のトナー像が転写される。そして、トナー像が転写された転写材Ｐは、搬送ガイド７を介して定着装置８に搬送され、加熱ローラ８ａと加圧ローラ８ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱、加圧して熱定着する。トナー像が定着された転写材Ｐは、排紙ローラ対１５を介して画像形成装置本体３０の外に排紙され、一連の画像形成動作を終了する。
【００３５】
また、上記転写後に感光ドラム１に残留している転写残トナーは、クリーニング装置５のクリーニングブレード５ａによって除去されて回収される。
【００３６】
次に、上記の帯電ローラ２について詳細に説明する。
【００３７】
図２に示すように、帯電ローラ２が挿着されている芯金２１の両端部はそれぞれ軸受け２２ａ、２２ｂによって回転自在に支持されている。軸受け２２ａ、２２ｂは加圧ばね２３ａ、２３ｂによって感光ドラム１側へ所定のばね加圧力（３．５〜９．５Ｎ）Ｓで付勢されており、このばね加圧力Ｓで帯電ローラ２が感光ドラム１に当接して、感光ドラム１の駆動回転にともない従動回転する。
【００３８】
帯電ローラ２は、芯金２１上に導電性の弾性層を有し、更にその表面に薄層の抵抗層が接着部材を介さずに被覆されて、外径１２ｍｍ、長手方向の長さ２５０ｍｍのローラ形状に形成されている。
【００３９】
芯金２１は、直径約５ｍｍのＳＵＳ棒にニッケルメッキなどを施したものが用いられる。また、軸受け２２ａ、２２ｂは、ＰＯＭなどの部材で形成されており、一方の軸受け２２ａは、帯電バイアス電源９から帯電ローラ２への帯電バイアスの給電経路となっているため、カーボンなどの導電性フィラーを均一分散させて、その抵抗を１０^１〜１０^３Ωに保っている。
【００４０】
帯電バイアス電源９は、帯電バイアスとして直流電圧Ｖｄｃと交流電圧Ｖａｃを重畳した振動電圧（Ｖｄｃ＋Ｖａｃ）を、加圧ばね２３ａ、軸受け２２ａ、芯金２１を介して帯電ローラ２に印加する。この振動電圧を帯電ローラ２に印加することにより、当接している感光ドラム１の周面が振動電圧の振動中心電圧（＝直流電圧Ｖｄｃ）に帯電処理される。
【００４１】
そして、本実施の形態では図３に示すように、感光ドラム１の回転軸線ｑと帯電ローラ２の回転軸線ｐとが所定の交差角θを有して当接するように帯電ローラ２が設置されている。これにより、“従来の技術”で述べたように、感光ドラム１が矢印方向に駆動回転することで帯電ローラ２がその逆方向に従動回転すると、前記交差角θによって帯電ローラ２はその回転軸線ｐ方向に沿って矢印Ａ方向への寄り力（移動力）が作用する。上記の交差角θは、０＜θ＜５°の範囲に設定される。
【００４２】
この際、感光ドラム１の回転軸線ｑと帯電ローラ２の回転軸線ｐとの交差角をθ（°）、加圧ばね２３ａ、２３ｂの軸受け２２ａ、２２ｂへのばね加圧力をＳ（Ｎ）、帯電ローラ２の硬度をＲ（°）、帯電ローラ２の表面滑り係数をＨとすると、上記した帯電ローラ２の矢印Ａ方向への寄り力指数Ｆは、
Ｆ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×Ｈ…（１）
で表すことができる。
【００４３】
本発明者は、以下に述べる実験結果による検討により、帯電ローラ２の寄り力指数Ｆを所定範囲（以下に述べるように０．８＜Ｆ＜９．４）に設定することによって帯電ローラ２に対する矢印Ａ方向への寄り力を適正にできることを見出した。以下、本実施の形態における寄り力指数Ｆの所定範囲の値を設定するための実験について説明する。
【００４４】
図４に示すように、帯電ローラ２を各加圧ばね２３ａ、２３ｂで感光ドラム１に所定のばね加圧力Ｓで加圧する。そして、感光ドラム１の回転軸線ｑと帯電ローラ２の回転軸線ｐとの間に所定の交差角θを設け、感光ドラム１を矢印方向に駆動回転させることで帯電ローラ２が矢印方向に従動回転し、この交差角θによって帯電ローラ２に矢印Ａ方向の寄り力が働く。このときに発生する寄り力を、交差角θ及び加圧ばね２３ａ、２３ｂのばね加圧力Ｓを変えながら圧力測定計２４で測定した。
【００４５】
この実験で用いた感光ドラム１は、直径２４ｍｍのアルミシリンダ周面に感光層を塗布して構成されており、感光層は電荷発生層及びその表面に電荷輸送層を形成した２層構造をなしている。感光層は通常絶縁体であるが、特定波長の光を吸収すると導電体となる特性を有している。本実施の形態では、電荷輸送層にフッ素樹脂粒子を分散してあるものを使用した。
【００４６】
また、この実験で用いた帯電ローラ２は、直径６ｍｍの芯金２１周面に厚さ３ｍｍのウレタンゴム、ＥＰＤＭ等に導電性のカーボンを分散させた弾性層を有し、その表面に接着部材を介さずに１００〜５００μｍのエピクロルヒドリンゴム等の高抵抗の表層を被覆して構成されている。ローラ硬度は、４０〜６０°（アスカーＣ硬度計を用い４．５Ｎ荷重時の値）のものを使用した。
【００４７】
また、帯電ローラ２の表面滑り係数Ｈは、以下のようにして測定した。即ち、図５に示したように、帯電ローラ２の一端側を測定台２５上に固定し、帯電ローラ２表面に厚さ２ｍｍのウレタンゴム２６を荷重Ｍ＝０．２９Ｎで押し当てる。このときの帯電ローラ２の表面とウレタンゴム２６の角度α＝２０°とする。この状態で帯電ローラ２を固定した測定台２５を矢印Ｂ方向に５０ｍｍ／分の速度で移動させ、そのときにウレタンゴム２６にかかる力を引張力測定器２７で測定する。
【００４８】
そして、帯電ローラ２と同径のローラ表面にマイラーテープを貼ったものを標準試料とし、上記の測定を、この標準試料の場合と帯電ローラ２の場合とで行う。この測定で得られた標準試料の測定値Ｈ_０と帯電ローラ２の測定値Ｈ_１との比Ｈ（＝Ｈ_１／Ｈ_０）が、帯電ローラ２の表面滑り係数Ｈである。この表面滑り係数Ｈの値が大きいほど帯電ローラ２の表面が滑りにくいことを意味している。
【００４９】
この実験において、同じ材料で構成されて物性値（硬度、表面滑り係数）のみが異なる図６に示す各帯電ローラ（帯電ローラＡ、Ｂ、Ｃ）を用い、図４に示した構成によって各帯電ローラ（帯電ローラＡ、Ｂ、Ｃ）に作用する寄り力を測定した。この測定結果を図７に示す。図７において、横軸に帯電ローラの寄り力指数Ｆ、縦軸に寄り力をプロットした。なお、帯電ローラＡ、Ｂ、Ｃは、上記したように全て弾性層の表面に接着部材を介さずに表層を被覆した構成のものを用いた。
【００５０】
帯電ローラに作用する寄り力は、その硬度Ｒ及び表面滑り係数Ｈが大きいほど大きくなる。これは硬度が高く表面が滑り難いほど、感光ドラムから受ける力を減衰させることなく伝えるためである。また、後述するように上記交差角θが大きいほど、そして帯電ローラ２に対する加圧ばね２３ａ、２３ｂのばね加圧力Ｓが大きいほど、寄り力も大きくなることが分かった。
【００５１】
よって、図７に示したように、帯電ローラの寄り力指数Ｆを、上記した式（１）で示したようにＦ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×Ｈと表すことで、寄り力は寄り力指数Ｆに比例し、直線で近似できる。
【００５２】
次に、上記の各帯電ローラ（帯電ローラＡ、Ｂ、Ｃ）を用いて、以下に述べるような耐久試験を行った。
【００５３】
（実験１）
この実験では、図１に示した画像形成装置を用いて、温度２５℃、湿度４０％の常温常湿環境下で、Ａ４サイズの紙（転写材）で５０００枚の連続耐久試験を行った。図８に、この結果を示す。そして、この実験では上記の帯電ローラＡを用いて、感光ドラム１の回転軸線と帯電ローラＡの回転軸線との交差角θと、加圧ばね２３ａ、２３ｂのばね加圧力Ｓを変化させたときに、帯電ローラＡの軸受け（図３、図４に示す寄り力が作用する一方の軸受け２２ａ）が破損したかどうかを、○×で評価した。
【００５４】
この試験結果から明らかなように、感光ドラム１の回転軸線と帯電ローラＡの回転軸線との交差角θが大きいほど寄り力指数Ｆは大きくなり、また、加圧ばね２３ａ、２３ｂのばね加圧力Ｓが大きいほど寄り力指数Ｆは大きくなる。
【００５５】
この耐久試験から明らかなように、交差角θ＝０．５０°、ばね加圧力Ｓ＝８．０Ｎのとき、寄り力指数Ｆ＝１０．９で軸受け（図３、図４に示す寄り力が作用する一方の軸受け２２ａ）が破損した。これは、帯電ローラＡの寄り力が大きすぎるために、この軸受け２２ａに摩擦耐久度を越える力がかかり、耐久によって破損したと考えられる。軸受け２２ａが破損したため、帯電ローラＡが所定の幅を超えて寄り力を受ける方向に移動し、その反対側に帯電不良部分ができ、その部分で画像不良が発生した。
【００５６】
また、この実験１において、帯電ローラＡの硬度Ｒや表面滑り係数Ｈを変えて帯電ローラＡの軸受けの破損が発生しないための最大の寄り力指数Ｆを検討したところ、寄り力指数Ｆ＝９．４であった。
【００５７】
（実験２）
この実験では、図１に示した画像形成装置を用いて、温度２５℃、湿度４０％の常温常湿環境下で、Ａ４サイズの紙（転写材）で５０００枚の連続耐久試験を行った。図９に、この結果を示す。そして、この実験では上記の帯電ローラＢを用いて、感光ドラム１の回転軸線と帯電ローラＢの回転軸線との交差角θと、加圧ばね２３ａ、２３ｂのばね加圧力Ｓを変化させたときに、帯電ローラＢ表面が感光ドラム１との間で摺擦破損したかどうかを、○×で評価した。
【００５８】
この耐久試験から明らかなように、交差角θ＝０．５０°、ばね加圧力Ｓ＝９．５Ｎのとき、寄り力指数Ｆ＝９．７４で帯電ローラＢ表面が摺擦破損した。これは、帯電ローラＢの寄り力が大きすぎるために、帯電ローラＢ表面に摩擦耐久度を越える力がかかり、感光ドラム１と摺擦し縒れて帯電ローラＢ表面の表層が耐久によって破損したと考えられる。
【００５９】
帯電ローラＢ表面の表層の破損した部分は目視で確認できるような傷となっており、その部分で帯電不良を起こし、画像に黒スジとなって表れる。
【００６０】
また、この実験２において、帯電ローラＢの硬度Ｒや表面滑り係数Ｈを変えて帯電ローラＢ表面の破損が発生しないための最大の寄り力指数Ｆを検討したところ、寄り力指数Ｆ＝９．４であった。
【００６１】
（実験３）
この実験では、図１に示した画像形成装置を用いて、温度２５℃、湿度４０％の常温常湿環境下で、Ａ４サイズの紙（転写材）で５０００枚の連続耐久試験を行った。図１０に、この結果を示す。そして、この実験では上記の帯電ローラＣを用いて、感光ドラム１の回転軸線と帯電ローラＣの回転軸線との交差角θと、加圧ばね２３ａ、２３ｂのばね加圧力Ｓを変化させたときに、帯電ローラＣに寄り力が働いて所望の位置に帯電ローラＣが移動したかどうかを、○×で評価した。
【００６２】
この耐久試験から明らかなように、交差角θ＝０．１０°で、ばね加圧力Ｓ＝３．５Ｎ及び５．０Ｎのとき、寄り力指数Ｆ＝０．４６及び０．６６で帯電ローラＢが所望の位置に移動しなかった。これは、帯電ローラＣの寄り力が小さすぎることに起因している。
【００６３】
このように、帯電ローラＣの寄り力指数Ｆが、この値（０．６６）以下では帯電ローラＣは所望の位置に移動しなかった。
【００６４】
また、この実験３において、帯電ローラＣの硬度Ｒや表面滑り係数Ｈを変えて帯電ローラＣが所望の位置に移動するための最小の寄り力指数Ｆを検討したところ、寄り力指数Ｆ＝０．８であった。
【００６５】
以上の実験結果から、本実施の形態では帯電ローラ２の寄り力指数Ｆを０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定することによって、上記した寄り力に起因する問題を防止して、図３に示した帯電ローラ２に対する矢印Ａ方向への寄り力を適正にすることができた。
【００６６】
このように本実施の形態では、帯電ローラ２の寄り力指数Ｆを０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定することにより、帯電ローラ２に適正な寄り力を作用させることができるので、帯電ローラ２の軸受け（図３、図４に示した寄り力が作用する一方の軸受け２２ａ）の破損、帯電ローラ２の感光ドラム１との摺擦による破損、帯電ローラ２の移動不良を防止して、帯電ローラ２を所望の位置に移動させることが可能となる。
【００６７】
よって、帯電ローラ２と感光ドラムとが当接する帯電領域において、長期にわたって安定した帯電幅を保持して良好な画像形成を行うことができる。
【００６８】
〈実施の形態２〉
本実施の形態では、図１１に示すように、実施の形態１における感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、及びクリーニング装置５を一体的にカートリッジ化してプロセスカートリッジ３１を形成し、図１に示した画像形成装置本体３０に着脱自在に装着可能とした。本実施の形態においても、実施の形態１で述べたように、帯電ローラ２の寄り力指数Ｆを０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定している。他の構成及び画像動作は実施の形態１と同様であり、本実施の形態ではそれらの説明は省略する。
【００６９】
このように本実施の形態では、実施の形態１で得られる効果に加えて、プロセスカートリッジ３１の着脱により感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、及びクリーニング装置５の交換を一体で容易に行うことができるので、画像形成装置のメンテナンス性が格段に向上し、更に、プロセスカートリッジ３１を交換することにより感光ドラム１、帯電ローラ２、現像装置３、及びクリーニング装置５を一体で新品に交換できるので、常に安定して良好な画像形成を行うことができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、像担持体の回転軸線と接触帯電ローラの回転軸線が所定の交差角をθ（°）、加圧手段による接触帯電ローラの像担持体への加圧力をＳ（Ｎ）、接触帯電部材の硬度をＲ（°）、接触帯電ローラの表面滑り係数をＨとしたとき、Ｆ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×Ｈで表される接触帯電ローラの寄り力指数Ｆを０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定することにより、接触帯電ローラに適正な寄り力が作用して、接触帯電ローラが所望の位置に移動して像担持体に当接することによって、接触帯電ローラと像担持体とが当接する帯電領域において、長期にわたって安定した帯電幅を保持して良好な画像形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図２】実施の形態１における画像形成装置の感光ドラムと帯電ローラを示す概略図。
【図３】実施の形態１における画像形成装置の交差角を有する感光ドラムと帯電ローラを示す概略図。
【図４】実施の形態１における画像形成装置の交差角を有する感光ドラムと帯電ローラの帯電ローラ寄り力の測定を示す概略図。
【図５】実施の形態１における画像形成装置の交差角を有する感光ドラムと帯電ローラの帯電ローラ表面滑り係数の測定を示す概略図。
【図６】実施の形態１における実験で用いた帯電ローラの硬度と表面滑り性係数を示す図。
【図７】実施の形態１における帯電ローラ寄り力指数と帯電ローラの寄り力との関係を示す図。
【図８】実施の形態１における実験１の耐久試験の結果を示す図。
【図９】実施の形態１における実験２の耐久試験の結果を示す図。
【図１０】実施の形態１における実験３の耐久試験の結果を示す図。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図。
【図１２】従来例における画像形成装置を示す概略構成図。
【図１３】従来例における画像形成装置の交差角を有していない感光ドラムと帯電ローラを示す概略図。
【図１４】従来例における画像形成装置の交差角を有する感光ドラムと帯電ローラを示す概略図。
【符号の説明】
１感光ドラム（像担持体）
２帯電ローラ（接触帯電ローラ）
３現像装置
４転写ローラ
５クリーニング装置
６露光装置
８定着装置
９帯電バイアス電源
１１現像スリーブ
２０画像形成装置
２１芯金
２２ａ、２２ｂ軸受け
２３ａ、２３ｂ加圧ばね（加圧手段）
２４圧力測定計
２７引張力測定器
３０画像形成装置本体
３１プロセスカートリッジ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, a facsimile, or the like that forms an image using an electrophotographic system or an electrostatic recording system, and the like. An image carrier and a contact charging roller at least Prepared, The present invention relates to a process cartridge that is detachably attached to an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an image forming apparatus such as a copying machine, a printer, and a facsimile using a conventional electrophotographic system.
[0003]
In this image forming apparatus, the photosensitive drum 100 is rotationally driven in the direction of an arrow (clockwise), and the surface thereof is uniformly charged by a charging roller 101 to which a charging bias is applied, and then an input image signal is output by an exposure device (not shown). An image exposure L corresponding to is performed to form an electrostatic latent image. This electrostatic latent image is developed as a toner image by the developing sleeve 102a of the developing device 102 carrying a thin layer of toner on the surface. The toner image formed on the photosensitive drum 100 is transferred by a transfer roller 103 to which a transfer bias is applied to a transfer material P such as a sheet conveyed to a transfer nip N between the photosensitive drum 100 and the transfer roller 103. .
[0004]
That is, a transfer bias having a polarity opposite to that of the toner is applied to the transfer roller 103 in contact with the photosensitive drum 100 at the transfer nip portion N, and a charge having a polarity opposite to that of the toner from the back side where the toner image of the transfer material P is not formed. As a result, the toner image on the photosensitive drum 100 is transferred to the surface of the transfer material P.
[0005]
The transfer material P onto which the toner image has been transferred is conveyed to a fixing device (not shown). After the toner image is thermally fixed on the surface of the transfer material P by the fixing device, the transfer material P is discharged to the outside. Further, the transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 100 after the transfer is removed by the cleaning blade 104 and collected.
[0006]
As described above, charging of the photosensitive drum 100 Element In recent years, the charging roller 101 as a contact charging method has been widely used from the viewpoint of charging stability. That is, the contact charging method (roller charging method) using the charging roller 101 generates a corona discharge by applying a high voltage to the wire to expose the photosensitive drum to the corona, so that the surface of the photosensitive drum is desired. This is because the applied voltage necessary for obtaining the potential can be reduced, and the amount of ozone generated in the charging process is small.
[0007]
By the way, the above-described charging roller 101 is brought into contact with the photosensitive drum 100 with a predetermined pressure, and is driven to rotate by driving rotation of the photosensitive drum 100.
[0008]
For this reason, as shown in FIG. 13, the crossing angle is not provided between the rotation axis p of the charging roller 101 and the rotation axis q of the photosensitive drum 100, that is, the rotation axis p of the charging roller 101 and the photosensitive drum 100. In the configuration in which the directions of the rotation axes q coincide with each other, no force is applied to the charging roller 101 in the direction of the rotation axis p.
[0009]
Therefore, when the charging roller 101 is supported near the bearing 106a, for example, when the core 105 of the charging roller 101 is rotatably supported by the bearings 106a and 106b, the charging roller 101 is moved to the photosensitive drum in that state. 100, there is a possibility that a poorly charged region may occur in the bearing 106b in the longitudinal direction of the photosensitive drum 100, and it is necessary to sufficiently take the longitudinal dimension of the charging roller 101 in consideration of assembly errors and the like.
[0010]
Considering the influence of tolerance such as play at the longitudinal position of the charging roller 101 that is driven to rotate by the rotation of the photosensitive drum 100, it is necessary to sufficiently take the longitudinal dimension of the charging roller 101.
[0011]
For this reason, as shown in FIG. 14, in the image forming apparatus described above, the charging roller 101 is moved to the photosensitive drum 101 such that the rotation axis q of the photosensitive drum 100 and the rotation axis p of the charging roller 101 have a predetermined tolerance angle θ. There is a type that contacts 100. Note that both ends of the core metal 105 of the charging roller 101 are rotatably supported by bearings 106a and 106b.
[0012]
As described above, when the crossing angle θ is provided between the rotation axis p of the charging roller 101 and the rotation axis q of the photosensitive drum 100, the charging roller 101 that is driven to rotate moves in a certain direction along the rotation axis p. For example, in FIG. 14, when the photosensitive drum 1 is driven and rotated in the direction of the arrow, a biasing force in the direction of the arrow A (the direction of the rotation axis p) acts on the charging roller 101 driven to rotate in the opposite direction. Close to the bearing 106a side.
[0013]
As shown in FIG. 14, the charging roller 101 receives the rotational driving force Fdr because the photosensitive drum 100 in contact with the intersecting angle θ is driven to rotate and the charging roller 101 is driven to rotate. At this time, since the charging roller 101 rotates about its rotation axis p, a rotational force Fcr is applied to the charging roller 101, so that the charging roller 101 receives a force also in the direction of arrow A. Therefore, the charging roller 101 exerts an offset force in the direction of arrow A along the rotation axis p direction.
[0014]
This charging force in the direction of arrow A enables the charging roller 101 to move to a predetermined position and come into contact with the photosensitive drum 100. Therefore, the longitudinal dimension of the charging roller 101 can be set with the influence of the assembly error or the like being minimized, so that the longitudinal dimension of the charging roller 101 can be shortened compared to the case where the crossing angle is not provided. And a stable charged region can be maintained.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the configuration in which the intersection angle θ is provided between the rotation axis q of the photosensitive drum 100 and the rotation axis p of the charging roller 101 as described above, the offset force acting on the charging roller 101 if the intersection angle θ is too small. If the (rolling force in the direction of arrow A) is insufficient, the charging roller 101 does not move to the desired position in the direction of arrow A, and conversely, if the crossing angle θ is too large, the offset force (arrow A) acting on the charging roller 101 The moving force in the direction) is too large, and the core metal 105 of the charging roller 101 contacts the bearing 106a with a large force and the bearing 106a is damaged, or the surface of the charging roller 101 is rubbed with the photosensitive drum 100 more than necessary. There was a risk of damage.
[0016]
When the charging roller 101 does not move to the desired position, the charging roller 101 moves out of the desired position. Therefore, the charging roller 101 is placed at the longitudinal end on the photosensitive drum corresponding to the printing portion of the transfer material P. 101 does not contact, and a charging failure occurs at that portion, resulting in an image failure.
[0017]
Further, when the biasing force of the charging roller 101 in the direction of arrow A is too strong and the surface of the charging roller 101 is damaged by rubbing against the photosensitive drum 100, sufficient charging is not performed at the damaged portion, resulting in defective charging and image failure. Will occur. In particular, in the structure in which the surface layer of the charging roller 101 is not bonded to the lower layer and the lower layer surface is coated, the surface of the charging roller 101 may be twisted if the moving force in the direction of arrow A is too large. It becomes easy to break.
[0018]
In view of this, the present invention provides a configuration in which a crossing angle is provided between the rotation axis of the photosensitive drum and the rotation axis of the charging roller so that the offset force acting on the charging roller is appropriate and the charging roller can be moved to a desired position. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of performing good charging.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is characterized in that a rotatable image carrier and the image carrier are brought into contact with the image carrier by a pressurizing means and applied with a predetermined pressure. Freely rotating contact charging roller The contact charging with respect to the rotation axis of the image carrier roller The rotation axis of the contact with a predetermined crossing angle and the contact charging roller Is driven and rotated by the rotation of the image carrier, and the contact charging is performed by the force generated by the crossing angle during rotation. roller In an image forming apparatus that abuts on the image carrier in a state in which an offset force in one direction of the rotation axis is applied, The contact charging roller has a conductive elastic layer on the surface of a conductive support, and a thin resistance layer is coated on the outer peripheral surface without an adhesive member, The crossing angle is θ (°), and the contact charging by the pressing means roller The pressure applied to the image carrier is S (N), and the contact charging roller R (°) hardness of the contact charging roller When the surface slip coefficient of H is H, the contact charging represented by F = tan θ × S × R × H roller The offset force index F is set in the range of 0.8 <F <9.4.
[0020]
Claims 3 The invention described in claim 1 is a rotatable image carrier, and a rotatable contact charge that abuts the image carrier with a predetermined pressure by a pressing means and charges the image carrier by applying a charging bias. roller And is detachable from the image forming apparatus, and the contact charging with respect to the rotation axis of the image carrier roller The rotation axis of the contact with a predetermined crossing angle and the contact charging roller Is driven and rotated by the rotation of the image carrier, and the contact charging is performed by the force generated by the crossing angle during rotation. roller In a process cartridge that abuts on the image carrier in a state in which an offset force in one direction of the rotation axis is applied, The contact charging roller has a conductive elastic layer on the surface of a conductive support, and a thin resistance layer is coated on the outer peripheral surface without an adhesive member, The crossing angle is θ (°), and the contact charging by the pressing means roller The pressure applied to the image carrier is S (N), and the contact charging roller R (°) hardness of the contact charging roller When the surface slip coefficient of H is H, the contact charging represented by F = tan θ × S × R × H roller The offset force index F is set in the range of 0.8 <F <9.4.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments.
[0022]
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus according to Embodiment 1 of the present invention (in this embodiment, an image forming apparatus such as an electrophotographic laser printer).
[0023]
The image forming apparatus 20 includes a photosensitive drum 1 as an image carrier. Around the photosensitive drum 1, a charging roller 2, a developing device 3, a transfer roller 4, and a cleaning device 5 are disposed in this order along the rotation direction of the photosensitive drum 1, and above the charging roller 2 and the developing device 3. Is provided with an exposure device 6. Further, a conveyance guide 7 and a fixing device 8 are disposed downstream of the transfer nip N formed between the photosensitive drum 1 and the transfer roller 4 in the transfer material conveyance direction.
[0024]
In this embodiment, the photosensitive drum 1 is a negatively charged organic photosensitive drum, and has an OPC photosensitive layer on an aluminum drum base, and is driven at a predetermined peripheral speed (process speed) by a driving means (not shown). It is rotated in the direction of the arrow (clockwise), and is charged uniformly with negative polarity by the charging roller 2 that contacts in the rotation process.
[0025]
Contact charging roller The charging roller 2 is in contact with the surface of the photosensitive drum 1 with a predetermined pressing force and is driven to rotate, and uniformly charges the photosensitive drum 1 to a predetermined polarity and potential by a charging bias applied from a charging bias power source 9 ( Details of the charging roller 2 which is a feature of the present invention will be described later).
[0026]
The developing device 3 includes a rotatable developing sleeve 11 that is substantially in contact with the surface of the photosensitive drum 1 at the opening of the developing container 10, and causes the toner t to adhere to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 1 at the developing unit. To visualize it as a toner image.
[0027]
The transfer roller 4 serving as a transfer unit is brought into contact with the surface of the photosensitive drum 1 with a predetermined pressing force to form a transfer nip portion N, and is transferred to the photosensitive drum 1 by a transfer bias applied from a transfer bias power source (not shown). The toner image on the surface of the photosensitive drum 1 is transferred to a transfer material P such as paper at the transfer nip N between the rollers 4.
[0028]
The exposure apparatus 6 outputs a laser beam (exposure beam) modulated in response to a time-series electrical digital image signal of image information input from a personal computer (not shown) or the like from a laser output unit (not shown), By scanning and exposing the surface of the charged photosensitive drum 2 through the reflection mirror 12, an electrostatic latent image corresponding to the image information is formed.
[0029]
The fixing device 8 includes a heating roller 8a having a halogen heater (not shown) and a pressure roller 8b inside, and the transfer material P is nipped and conveyed at a fixing nip between the fixing roller 8a and the pressure roller 8b. Meanwhile, the toner image transferred to the surface of the transfer material P is heated and pressurized to be thermally fixed.
[0030]
Next, an image forming operation by the image forming apparatus 20 will be described.
[0031]
At the time of image formation, the photosensitive drum 1 is rotationally driven at a predetermined peripheral speed in a direction indicated by an arrow (clockwise) by a driving unit (not shown), and is uniformly negatively charged by a charging roller 2 to which a charging bias is applied from a charging bias power source 9. Charged to a predetermined potential. Then, when the scanning exposure L by the laser beam is given from the exposure device 6 to the charged photosensitive drum 1 through the reflection mirror 12, the potential on the photosensitive drum 1 is lowered at the portion exposed to the scanning exposure L. Thus, an electrostatic latent image corresponding to image information input from a personal computer (not shown) or the like is formed.
[0032]
Then, the toner t is formed on the electrostatic latent image formed on the photosensitive drum 1 by the developing sleeve 11 of the developing device 3 to which a developing bias having the same polarity as the charging polarity (negative polarity) of the photosensitive drum 1 is applied in the developing unit. And is developed as a toner image by reversal development.
[0033]
On the other hand, the transfer material P such as paper in the cassette 13 is fed by the pickup roller 14 and conveyed to a registration roller pair (not shown) in synchronization with the formation of the toner image on the photosensitive drum 1. When the toner image on the photosensitive drum 1 reaches the transfer nip N between the photosensitive drum 1 and the transfer roller 4, the transfer material P is conveyed to the transfer nip N by a pair of registration rollers (not shown) in accordance with this timing. Is done.
[0034]
Then, due to the electrostatic force generated between the photosensitive drum 1 and the transfer roller 4 on the transfer material P conveyed to the transfer nip portion N by the transfer roller 4 to which a transfer bias having a reverse polarity (positive polarity) to the toner is applied. The toner image on the photosensitive drum 1 is transferred. Then, the transfer material P onto which the toner image has been transferred is conveyed to the fixing device 8 via the conveyance guide 7, and the toner image is heated and applied to the transfer material P at the fixing nip between the heating roller 8a and the pressure roller 8b. Press to fix heat. The transfer material P on which the toner image has been fixed is discharged out of the image forming apparatus main body 30 via the discharge roller pair 15 and the series of image forming operations is completed.
[0035]
Further, the transfer residual toner remaining on the photosensitive drum 1 after the transfer is removed and collected by the cleaning blade 5a of the cleaning device 5.
[0036]
Next, the charging roller 2 will be described in detail.
[0037]
As shown in FIG. 2, both ends of the cored bar 21 to which the charging roller 2 is inserted are rotatably supported by bearings 22a and 22b, respectively. The bearings 22a and 22b are urged to the photosensitive drum 1 side by a predetermined spring pressure (3.5 to 9.5 N) S by pressure springs 23a and 23b, and the charging roller 2 is photosensitive by the spring pressure S. Abutting on the drum 1, it is driven to rotate as the photosensitive drum 1 is driven to rotate.
[0038]
The charging roller 2 has a conductive elastic layer on the cored bar 21, and a thin resistance layer is covered on the surface without an adhesive member, and has an outer diameter of 12 mm and a longitudinal length of 250 mm. It is formed in a roller shape.
[0039]
The cored bar 21 is a SUS rod having a diameter of about 5 mm and nickel-plated. The bearings 22a and 22b are formed of a member such as POM, and one of the bearings 22a serves as a charging bias power supply path from the charging bias power source 9 to the charging roller 2, and therefore has a conductive property such as carbon. Disperse the filler uniformly to reduce its resistance to 10 ¹ -10 ³ It is kept at Ω.
[0040]
The charging bias power source 9 applies an oscillating voltage (Vdc + Vac) obtained by superimposing the DC voltage Vdc and the AC voltage Vac as a charging bias to the charging roller 2 through the pressure spring 23a, the bearing 22a, and the cored bar 21. By applying this vibration voltage to the charging roller 2, the peripheral surface of the photosensitive drum 1 in contact with the charging roller 2 is charged to the vibration center voltage (= DC voltage Vdc) of the vibration voltage.
[0041]
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the charging roller 2 is installed so that the rotation axis q of the photosensitive drum 1 and the rotation axis p of the charging roller 2 come into contact with each other with a predetermined crossing angle θ. ing. Thus, as described in “Prior Art”, when the photosensitive drum 1 is driven and rotated in the direction of the arrow, the charging roller 2 is driven and rotated in the opposite direction, the charging roller 2 is rotated by the crossing angle θ. A shifting force (moving force) in the direction of arrow A acts along the p direction. The intersection angle θ is set in a range of 0 <θ <5 °.
[0042]
At this time, the crossing angle between the rotation axis q of the photosensitive drum 1 and the rotation axis p of the charging roller 2 is θ (°), and the spring pressure applied to the bearings 22a and 22b of the pressure springs 23a and 23b is S (N), Assuming that the hardness of the charging roller 2 is R (°) and the surface slip coefficient of the charging roller 2 is H, the offset force index F of the charging roller 2 in the direction of arrow A is
F = tan θ × S × R × H (1)
Can be expressed as
[0043]
The present inventor sets the offset force index F of the charging roller 2 within a predetermined range (0.8 <F <9.4 as described below) by examining the experimental results described below. It has been found that the shifting force in the direction of arrow A can be made appropriate. Hereinafter, an experiment for setting a value in a predetermined range of the offset force index F in the present embodiment will be described.
[0044]
As shown in FIG. 4, the charging roller 2 is pressed against the photosensitive drum 1 with a predetermined spring pressure S by the pressure springs 23a and 23b. A predetermined crossing angle θ is provided between the rotation axis q of the photosensitive drum 1 and the rotation axis p of the charging roller 2, and the charging roller 2 is driven to rotate in the arrow direction by driving and rotating the photosensitive drum 1 in the arrow direction. The crossing angle θ causes a biasing force in the direction of arrow A to act on the charging roller 2. The shifting force generated at this time was measured by the pressure meter 24 while changing the crossing angle θ and the spring pressure S of the pressure springs 23a and 23b.
[0045]
The photosensitive drum 1 used in this experiment is configured by coating a photosensitive layer on a circumferential surface of an aluminum cylinder having a diameter of 24 mm, and the photosensitive layer has a two-layer structure in which a charge generation layer and a charge transport layer are formed on the surface. ing. The photosensitive layer is usually an insulator, but has a property of becoming a conductor when absorbing light of a specific wavelength. In the present embodiment, a material in which fluororesin particles are dispersed in the charge transport layer is used.
[0046]
The charging roller 2 used in this experiment has an elastic layer in which conductive carbon is dispersed in urethane rubber, EPDM or the like on a peripheral surface of a core metal 21 having a diameter of 6 mm, and an adhesive member on the surface thereof. And a high resistance surface layer such as epichlorohydrin rubber having a thickness of 100 to 500 μm is coated. The roller hardness was 40 to 60 ° (value at 4.5N load using Asker C hardness meter).
[0047]
Further, the surface slip coefficient H of the charging roller 2 was measured as follows. That is, as shown in FIG. 5, one end side of the charging roller 2 is fixed on the measuring table 25, and a 2 mm thick urethane rubber 26 is pressed against the surface of the charging roller 2 with a load M = 0.29N. At this time, the angle α between the surface of the charging roller 2 and the urethane rubber 26 is set to 20 °. In this state, the measuring table 25 to which the charging roller 2 is fixed is moved in the direction of arrow B at a speed of 50 mm / min, and the force applied to the urethane rubber 26 at that time is measured by a tensile force measuring device 27.
[0048]
Then, the surface of the roller having the same diameter as that of the charging roller 2 is applied with a mylar tape as a standard sample, and the above measurement is performed for the standard sample and the charging roller 2. Measurement value H of the standard sample obtained by this measurement ₀ And measured value H of charging roller 2 ₁ And ratio H (= H ₁ / H ₀ ) Is the surface slip coefficient H of the charging roller 2. A larger value of the surface slip coefficient H means that the surface of the charging roller 2 is less slippery.
[0049]
In this experiment, the charging rollers (charging rollers A, B, and C) shown in FIG. 6 which are made of the same material and differ only in physical property values (hardness and surface slip coefficient) are used. The offset force acting on the rollers (charging rollers A, B, C) was measured. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 7, the lateral force index F of the charging roller is plotted on the horizontal axis, and the lateral force is plotted on the vertical axis. As described above, the charging rollers A, B, and C were all configured such that the surface of the elastic layer was covered with an adhesive member without using an adhesive member.
[0050]
The shifting force acting on the charging roller increases as the hardness R and the surface slip coefficient H increase. This is because the harder the surface is, the harder it is to slip, the force received from the photosensitive drum is transmitted without being attenuated. As will be described later, it has been found that the greater the crossing angle θ and the greater the spring pressure S of the pressure springs 23a, 23b against the charging roller 2, the greater the shifting force.
[0051]
Therefore, as shown in FIG. 7, the shifting force index F of the charging roller is expressed as F = tan θ × S × R × H as shown in the above equation (1), so that the shifting force is the shifting force index. It is proportional to F and can be approximated by a straight line.
[0052]
Next, the durability test described below was performed using each of the charging rollers (charging rollers A, B, and C).
[0053]
(Experiment 1)
In this experiment, using the image forming apparatus shown in FIG. 1, a continuous durability test of 5000 sheets of A4 size paper (transfer material) was performed in a normal temperature and normal humidity environment at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 40%. FIG. 8 shows the result. In this experiment, when the charging roller A is used and the crossing angle θ between the rotation axis of the photosensitive drum 1 and the rotation axis of the charging roller A and the spring pressure S of the pressure springs 23a and 23b are changed. In addition, it was evaluated by ○ × whether or not the bearing of the charging roller A (one bearing 22a on which the offset force shown in FIGS. 3 and 4 acts) was damaged.
[0054]
As is clear from the test results, the larger the crossing angle θ between the rotation axis of the photosensitive drum 1 and the rotation axis of the charging roller A, the larger the shift force index F, and the spring pressure of the pressure springs 23a and 23b. The greater the S, the greater the offset force index F.
[0055]
As is clear from this durability test, when the crossing angle θ = 0.50 ° and the spring pressure S = 8.0 N, the bearing (with the shifting force shown in FIGS. 3 and 4 has a shifting force index F = 10.9). One working bearing 22a) was damaged. This is presumably because the biasing force of the charging roller A is too large, a force exceeding the friction durability is applied to the bearing 22a, and the bearing 22a is damaged due to durability. Since the bearing 22a was damaged, the charging roller A moved beyond the predetermined width in a direction to receive the shifting force, and a charging failure portion was formed on the opposite side, and an image failure occurred at that portion.
[0056]
Further, in Experiment 1, when the hardness R and surface slip coefficient H of the charging roller A were changed to examine the maximum shifting force index F for preventing the bearing of the charging roller A from being damaged, the shifting force index F = 9. .4.
[0057]
(Experiment 2)
In this experiment, using the image forming apparatus shown in FIG. 1, a continuous durability test of 5000 sheets of A4 size paper (transfer material) was performed in a normal temperature and normal humidity environment at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 40%. FIG. 9 shows the result. In this experiment, when the charging roller B is used and the crossing angle θ between the rotation axis of the photosensitive drum 1 and the rotation axis of the charging roller B and the spring pressure S of the pressure springs 23a and 23b are changed. In addition, it was evaluated by ○ × whether or not the surface of the charging roller B was damaged by rubbing with the photosensitive drum 1.
[0058]
As is apparent from this durability test, the surface of the charging roller B was rubbed and damaged with the offset force index F = 9.74 when the crossing angle θ = 0.50 ° and the spring pressure S = 9.5 N. This is because the biasing force of the charging roller B is too large, a force exceeding the friction durability is applied to the surface of the charging roller B, and the surface layer on the surface of the charging roller B is damaged due to durability by rubbing against the photosensitive drum 1. it is conceivable that.
[0059]
The damaged part of the surface layer on the surface of the charging roller B is a scratch that can be visually confirmed, and the charging defect occurs at that part, and appears as a black streak in the image.
[0060]
In Experiment 2, when the hardness R and the surface slip coefficient H of the charging roller B were changed to examine the maximum shifting force index F for preventing the charging roller B surface from being damaged, the shifting force index F = 9. 4.
[0061]
(Experiment 3)
In this experiment, using the image forming apparatus shown in FIG. 1, a continuous durability test of 5000 sheets of A4 size paper (transfer material) was performed in a normal temperature and normal humidity environment at a temperature of 25 ° C. and a humidity of 40%. FIG. 10 shows the result. In this experiment, when the charging roller C is used and the crossing angle θ between the rotation axis of the photosensitive drum 1 and the rotation axis of the charging roller C and the spring pressure S of the pressure springs 23a and 23b are changed. In addition, it was evaluated by ○ × whether or not the charging roller C moved to a desired position due to a biasing force acting on the charging roller C.
[0062]
As is apparent from this durability test, when the crossing angle θ = 0.10 ° and the spring pressure S = 3.5 N and 5.0 N, the charging roller B with the offset force index F = 0.46 and 0.66 is obtained. Did not move to the desired position. This is due to the fact that the biasing force of the charging roller C is too small.
[0063]
Thus, when the offset force index F of the charging roller C is equal to or less than this value (0.66), the charging roller C did not move to a desired position.
[0064]
Further, in Experiment 3, when the hardness R and the surface slip coefficient H of the charging roller C were changed and the minimum shifting force index F for moving the charging roller C to a desired position was examined, the shifting force index F = 0. .8.
[0065]
From the above experimental results, in the present embodiment, by setting the offset force index F of the charging roller 2 in the range of 0.8 <F <9.4, the above-described problems caused by the offset force are prevented, The shifting force in the direction of arrow A with respect to the charging roller 2 shown in FIG. 3 could be made appropriate.
[0066]
Thus, in this embodiment, by setting the offset force index F of the charging roller 2 in the range of 0.8 <F <9.4, an appropriate offset force can be applied to the charging roller 2. , Damage to the bearing of the charging roller 2 (one bearing 22a to which the offset force shown in FIGS. 3 and 4 acts), damage to the charging roller 2 due to friction with the photosensitive drum 1, and movement failure of the charging roller 2 are prevented. Thus, the charging roller 2 can be moved to a desired position.
[0067]
Therefore, in the charging region where the charging roller 2 and the photosensitive drum are in contact with each other, it is possible to form a good image while maintaining a stable charging width over a long period of time.
[0068]
<Embodiment 2>
In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the photosensitive drum 1, the charging roller 2, the developing device 3, and the cleaning device 5 in the first embodiment are integrally formed into a cartridge to form a process cartridge 31. The image forming apparatus main body 30 shown in FIG. Also in the present embodiment, as described in the first embodiment, the offset force index F of the charging roller 2 is set in the range of 0.8 <F <9.4. Other configurations and image operations are the same as those in the first embodiment, and description thereof is omitted in this embodiment.
[0069]
As described above, in the present embodiment, in addition to the effects obtained in the first embodiment, the photosensitive drum 1, the charging roller 2, the developing device 3, and the cleaning device 5 can be easily and integrally replaced by detaching the process cartridge 31. Therefore, the maintainability of the image forming apparatus is remarkably improved. Further, by replacing the process cartridge 31, the photosensitive drum 1, the charging roller 2, the developing device 3, and the cleaning device 5 are integrally replaced with new ones. Therefore, good and stable image formation can always be performed.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the rotation axis of the image carrier and the contact charging roller Rotation axis of the specified crossing angle is θ (°), contact charging by pressure means roller The pressure applied to the image carrier is S (N), the hardness of the contact charging member is R (°), and contact charging roller Contact charge represented by F = tan θ × S × R × H where H is the surface slip coefficient roller Contact force index F is set in the range of 0.8 <F <9.4. roller The proper offset force acts on the roller Contact charging by moving to the desired position and contacting the image carrier roller In the charging region where the image carrier and the image carrier are in contact with each other, a stable charge width can be maintained over a long period of time, and good image formation can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an image forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a photosensitive drum and a charging roller of the image forming apparatus according to Embodiment 1. FIG.
3 is a schematic diagram showing a photosensitive drum and a charging roller having an intersection angle of the image forming apparatus in Embodiment 1. FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating measurement of a charging roller offset force between a photosensitive drum having a crossing angle and a charging roller of the image forming apparatus according to the first embodiment.
5 is a schematic diagram illustrating measurement of a charging roller surface slip coefficient of a photosensitive drum having a crossing angle and a charging roller of the image forming apparatus in Embodiment 1. FIG.
6 is a diagram showing the hardness and surface slip coefficient of the charging roller used in the experiment in Embodiment 1. FIG.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a charging roller offset force index and a charging roller offset force in the first embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing a result of an endurance test in Experiment 1 in the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a result of an endurance test in Experiment 2 in the first embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a result of an endurance test in Experiment 3 in the first embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a process cartridge according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an image forming apparatus in a conventional example.
FIG. 13 is a schematic diagram showing a photosensitive drum and a charging roller that do not have an intersection angle in a conventional image forming apparatus.
FIG. 14 is a schematic view showing a photosensitive drum and a charging roller having an intersection angle of an image forming apparatus in a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Photosensitive drum (image carrier)
2 Charging roller (contact charging roller )
3 Development device
4 Transfer roller
5 Cleaning device
6 Exposure equipment
8 Fixing device
9 Charging bias power supply
11 Development sleeve
20 Image forming apparatus
21 Core
22a, 22b Bearing
23a, 23b Pressurizing spring (pressurizing means)
24 Pressure gauge
27 Tensile force measuring instrument
30 Image forming apparatus main body
31 Process cartridge

Claims

回転自在な像担持体と、加圧手段により前記像担持体に所定の加圧力で当接され帯電バイアスの印加により前記像担持体を帯電する回転自在な接触帯電ローラとを備え、前記像担持体の回転軸線に対して前記接触帯電ローラの回転軸線が所定の交差角をもって当接するとともに、前記接触帯電ローラは前記像担持体の回転駆動によって従動回転し、回転時において前記交差角によって発生する力により、前記接触帯電ローラをその回転軸線の一方向への寄り力を作用させた状態で前記像担持体に当接させる画像形成装置において、
前記接触帯電ローラは、導電性の支持体の表面に導電性の弾性層を有し、更にその外周面に薄層の抵抗層が接着部材を介さずに被覆されており、
前記交差角をθ（°）、前記加圧手段による前記接触帯電ローラの前記像担持体への加圧力をＳ（Ｎ）、前記接触帯電ローラの硬度をＲ（°）、前記接触帯電ローラの表面滑り係数をＨとしたとき、
Ｆ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×Ｈ
で表される前記接触帯電ローラの寄り力指数Ｆが０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定される、
ことを特徴とする画像形成装置。A rotatable image bearing member; and a rotatable contact charging roller that is brought into contact with the image bearing member with a predetermined pressure by a pressing means and charges the image bearing member by applying a charging bias. The rotation axis of the contact charging roller abuts the rotation axis of the body with a predetermined crossing angle, and the contact charging roller is driven to rotate by the rotation of the image carrier and is generated by the crossing angle during rotation. In the image forming apparatus in which the contact charging roller is brought into contact with the image carrier in a state in which a biasing force in one direction of the rotation axis is applied by force,
The contact charging roller has a conductive elastic layer on the surface of a conductive support, and a thin resistance layer is coated on the outer peripheral surface without an adhesive member,
The crossing angle is θ (°), the pressure applied to the image bearing member of the contact charging roller by the pressure unit is S (N), the hardness of the contact charging roller is R (°), and the contact charging roller When the surface slip coefficient is H,
F = tan θ × S × R × H
The offset force index F of the contact charging roller represented by: is set in a range of 0.8 <F <9.4.
An image forming apparatus.

前記交差角θは、０＜θ＜５°の範囲に設定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。 The intersection angle θ is set in a range of 0 <θ <5 °.
The image forming apparatus according to claim 1.

回転自在な像担持体と、加圧手段により前記像担持体に所定の加圧力で当接され帯電バイアスの印加により前記像担持体を帯電する回転自在な接触帯電ローラとを少なくとも備え、画像形成装置に対して着脱可能であり、前記像担持体の回転軸線に対して前記接触帯電ローラの回転軸線が所定の交差角をもって当接するとともに、前記接触帯電ローラは前記像担持体の回転駆動によって従動回転し、回転時において前記交差角によって発生する力により、前記接触帯電ローラをその回転軸線の一方向への寄り力を作用させた状態で前記像担持体に当接させるプロセスカートリッジにおいて、At least an image forming body comprising a rotatable image bearing member and a rotatable contact charging roller that is brought into contact with the image bearing member with a predetermined pressure by a pressurizing unit and charges the image bearing member by applying a charging bias. The rotation axis of the contact charging roller abuts the rotation axis of the image carrier with a predetermined crossing angle, and the contact charging roller is driven by the rotation of the image carrier. A process cartridge that rotates and abuts the contact charging roller against the image carrier in a state in which a biasing force in one direction of the rotation axis is applied by a force generated by the crossing angle at the time of rotation;
前記接触帯電ローラは、導電性の支持体の表面に導電性の弾性層を有し、更にその外周面に薄層の抵抗層が接着部材を介さずに被覆されており、The contact charging roller has a conductive elastic layer on the surface of a conductive support, and a thin resistance layer is coated on the outer peripheral surface without an adhesive member,
前記交差角をθ（°）、前記加圧手段による前記接触帯電ローラの前記像担持体への加圧力をＳ（Ｎ）、前記接触帯電ローラの硬度をＲ（°）、前記接触帯電ローラの表面滑り係数をＨとしたとき、The crossing angle is θ (°), the pressure applied to the image carrier of the contact charging roller by the pressing means is S (N), the hardness of the contact charging roller is R (°), and the contact charging roller When the surface slip coefficient is H,
Ｆ＝ｔａｎθ×Ｓ×Ｒ×ＨF = tan θ × S × R × H
で表される前記接触帯電ローラの寄り力指数Ｆが０．８＜Ｆ＜９．４の範囲に設定される、The offset force index F of the contact charging roller represented by: is set in a range of 0.8 <F <9.4.
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 A process cartridge characterized by that.

前記交差角θは、０＜θ＜５°の範囲に設定される、
ことを特徴とする請求項３に記載のプロセスカートリッジ。 The intersection angle θ is set in a range of 0 <θ <5 °.
The process cartridge according to claim 3 .