JP5072276B2 - 帯電部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式において、像担持体に対して近接配置される帯電部材、前記帯電部材を有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
特に複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリなどの電子写真方式を採用した画像形成装置に使用する帯電部材、前記帯電部材を有するプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

従来より、複写機、レーザービームプリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式には、像担持体（感光体）に対して帯電処理を行う帯電部材や、感光体上のトナーに対して転写処理を行う転写部材として、導電性部材が用いられている。
帯電ローラを用いた帯電方式として、帯電ローラの経時性能を良好に保つために、非接触方式が開示されている（特許文献１、特許文献２）。帯電ローラと感光体との最近接距離（空隙）が５０〜２００μｍになるように対向させ、帯電ローラに電圧を印加することにより、感光体の帯電を行うものである。この近接帯電方式では、帯電装置と感光体が接触していないために、接触帯電方式で問題となる「帯電ローラを構成している物質の感光体への付着」、「感光体を長期停止したときに生ずる、永久変形」は問題とならない。
また、「感光体上のトナー等が帯電ローラに付着することによる帯電性能の低下」に関しても、帯電ローラに付着するトナーが少なくなるため、近接帯電方式が優れている。
しかしながら、近接帯電方式は接触帯電方式に比べ前述の利点があるが、以下の２つの問題があり、実用化が難しい。
（ｉ）帯電部材と感光体との空隙の均一性確保
（ｉｉ）帯電部材と感光体との空隙が変動することによる帯電むら
帯電部材と感光体との最近接部での距離の均一性確保については、近接帯電装置で感光体の帯電を行う場合、画像を形成したときに帯電むらによる画像不良が発生しないためには、帯電部材と感光体との最近接部での距離のばらつきを小さく（望むべくは２０μｍ程度に）抑える必要がある。

特許文献１及び特許文献２では、帯電ローラと感光体間の空隙を保持する手段として、ローラ両端部に空隙保持部材であるスペーサリングを設ける方法が開示されている。しかしながら、これらの公報には空隙を精密に設定する具体的な手段の開示が無く、帯電ローラおよびスペーサリングの寸法精度がばらつくことによって空隙が変動してしまうという問題点があった。
特許文献３では、帯電ローラに用いられている弾性ゴムを用い、所定の厚みを持ったテープ状の空隙保持部材により、初期的にはこれらの不具合を解決している。しかしながら、前記方法で帯電ローラに用いられている弾性ゴムは経時での寸法変化が発生しやすく、長期間の使用において、感光体と帯電ローラ間の空隙を維持できないという問題点がある。また、テープ状部材の磨耗、帯電ローラとテープ状部材間へのトナーの進入、固着等により、長期間の使用において、感光体と帯電ローラ間の空隙を維持できないという問題点がある。
そこで、以上の問題点を解消する構成として、帯電ローラの両端部に空隙保持部材を設けた、特許文献４が提案されている（図９参照）。ローラの電気抵抗調整層と空隙保持部材の構成は、電気抵抗調整層の端部に空隙保持部材が形成され、空隙保持部材は、電気抵抗調整層の端面及び導電性支持体と接している。これにより、テープ状の空隙保持部材より長期の信頼性が向上した。

また特許文献５では、空隙保持部材と電気抵抗調整層を同時加工（除去加工）を行うことにより、空隙を精密に制御することが可能となった。しかしながら、電気抵抗調整層と空隙保持部材とを別材料で形成する場合、吸水率の違いから、環境変動時の寸法変化量が異なるために、空隙量が変化してしまうという不具合がある。また、空隙保持部材と電気抵抗調整層はトナー固着性を考慮して異なった材質で形成するが、電気抵抗調整層の抵抗調整剤として、イオン導電剤が使用されているため、吸水性が高く、高温高湿時には、電気抵抗調整層が吸湿して寸法変動が発生する。空隙保持部材は、絶縁性及び、耐トナー固着性よりオレフィン系材料が望ましく、低吸水材料であるため、電気抵抗調整層に比べ高温高湿時の寸法変動量が小さく、環境変動で高精度に形成された空隙（段差）が変動してしまう。空隙保持部材は、帯電ローラに対して、外側から嵌め込み配置するよう構成するが、感光体ドラム表層との望ましい空隙は２０μｍ〜１００μｍ程度と非常に小さいため、通常空隙部材は薄くしなければならず、強度を維持できる体積を持たせられない。その場合、帯電ローラの端部に補強部を設けることが簡易で良い。しかしながら、経時において、帯電ローラの内側の電気抵抗層が上述のように膨張すると、補強部は変形せずに、感光体への突き当て部のみが持ち上げられ、空隙が変化するといった不具合が発生している。

特開平３−２４００７６号公報 特開平４−３５８１７５号公報 特開２００１−２９６７２３号公報 特開２００４−３５４４７７号公報 特開２００５−９１８１８号公報

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、初期及び、長期にわたって使用されても、像担持体との間に安定した空隙を維持できる、耐久性の高い帯電部材、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である。
また、空隙量の精密制御による異常放電の発生を防止し、環境変動時の空隙隙保持部と電気抵抗調整層部の空隙量変化の防止する帯電部材、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である。

前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の帯電部材は、長尺状の導電性支持体と、前記導電性支持体上の外周面にイオン導電剤を有する電気抵抗調整層と、を有し、前記導電性支持体と像担持体とを一定の距離をおいて近接させる空隙保持部材を前記電気抵抗調整層の両端部夫々に別体で設けた帯電部材において、前記空隙保持部材は、前記導電性支持体の長手方向両端面に設けられた補強部を有し、且つ外径が端部側から内側に向けて減少する形状であり、該空隙保持部材の外径の最大突出部が前記補強部の外周面を含んでおり、該最大突出部を、前記電気抵抗調整層の外側であり、且つ前記像担持体表面の画像形成領域外の領域に当接するように配置したことを特徴とする。
本発明の帯電部材は、さらに、前記空隙保持部材の外径が端部側から内側に向けて減少する範囲が、前記電気抵抗調整層の範囲内であることを特徴とする。
本発明のプロセスカートリッジは、前記帯電部材が、像担持体上に近接配置されていることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記帯電部材を有することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、前記プロセスカートリッジを有することを特徴とする。

本発明は、前記解決するための手段によって、初期及び、長期にわたって使用されても、像担持体との間に安定した空隙を維持できる、耐久性の高い帯電部材、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が可能となった。
また、空隙量の精密制御による異常放電の発生を防止し、環境変動時の空隙隙保持部と電気抵抗調整層部の空隙量変化の防止する帯電部材、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が可能となった。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

図１、図２は、画像形成装置の帯電ローラとして使用される導電性部材の構成を示した断面図である。説明は一般的な例として、帯電部材１０２を帯電ローラとしているが、例えば、空隙保持部材２０３を摺動性の高い材質にすることや、空隙保持部材２０３だけを像担持体である感光体１０１と従動回転できれば、帯電部材１０２はローラ（回転体）で無くとも、同様の効果は得られる。
帯電ローラ１０２は、近接帯電方式であって、導電性支持体２０１と、電気抵抗調整層２０２と、空隙保持部材２０３とを備えている。導電性支持体２０１は、長尺の円柱形状を呈しており、この端部には、帯電ローラ１０２に電圧を印加するためのパワーパック１０５（電圧印加電源）が接続される。
電気抵抗調整層２０２は、導電性支持体２０１を中心軸として周面部に設置された円筒状である。
空隙保持部材２０３は、電気抵抗調整層２０２の両端外周面に設置された円筒状を呈している。

帯電ローラ１０２は、感光体ドラム１０１に対して加圧され、両端の空隙保持部材２０３が当接されて配置される。この帯電ローラ１０１は近接帯電方式となっており、電気抵抗調整層２０２の外径が空隙保持部材２０３の外径に対して僅かに小径に形成されることで、電気抵抗調整層２０２の外表面と感光体ドラム１０１の外表面との間には空隙が形成されている。
さらに、帯電ローラ１０２は、空隙保持部材２０３が感光体ドラムの画像形成領域外の領域（非画像形成領域）に当接するようにして設置されている。この状態で帯電ローラ１０２に電圧を印加することにより、感光体ドラム１０１の画像形成領域を帯電させることが可能である。

帯電ローラ１０２と感光体ドラム１０１は互いに対向する面を持ちながら、回転駆動させている。互いに回転することで、同一面の通電ストレスを順次散らして寿命を延ばすことが可能となる。
また、感光体ドラム１０１と帯電ローラ１０２とは互いに円筒形状を呈している必要は必ずしもなく、楕円筒状であってもよい。これは、感光体ドラム１０１の外周表層と、帯電ローラ１０２の電気抵抗層２０２の空隙が同一であることを前提とし、例えば、帯電ローラ１０２の電気抵抗層２０２と空隙保持部材２０３の突出量略一定であるような形状が望ましい。

近接帯電方式における帯電ローラ１０２は、空隙の間隔を所定間隔にかつ均一に保つ必要がある。空隙が大きくなると、帯電ローラ１０２に対する電圧引加条件を高くする必要があり、感光体ドラムの電気的劣化や異常放電が発生しやすくなるためであり、好ましくは１００μｍ以下である。

以下、空隙保持部材２０３の詳細形状を示す。
空隙保持部材２０３は、帯電ローラ１０２の両端部に補強部を設けて、外側から嵌め込むように構成している。突き当て部は、この補強部の外周面を含んで構成している。補強部の外周と、幅において必ずしも一致しなくても、補強部を含んでいれば、強度も確保でき、また経時で電気抵抗層２０２が膨張しても影響を受け難くなり、好ましい。
空隙保持部材２０３の外径は、帯電ローラの端部から、画像領域内へ向かい、順次小さく構成する。外径を小さくする手段としては、テーパ−状の形状（図３参照）、面取り（図４参照）、Ｒ形状（図５参照）等のどれでも効果は同じである。外径の変化の開始点は、任意でも良いが、帯電ローラの電気抵抗層２０２の範囲内において行うことで、経時に電気抵抗層２０２の膨張が大きいことによる空隙保持安定としては効果が大きい。電気抵抗層２０２が膨張して、外径が大きくなることで、空隙保持部材２０３の電気抵抗層とオーバーラップした部分が押し広げられたことにより、外径が大きくなるが、その分、テーパ−などで外径を減らして、感光体ドラムとの接触を軽減できる（図６参照）。

図７は、電子写真方式の画像形成装置の概略図である。１０１は静電潜像が形成される感光体ドラム、１０２はドラム状の感光体１０１に接触あるいは近接配置されて帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ、１０３はレーザー光あるいは原稿の反射光等の露光、１０４は感光体１０１の静電潜像にトナーを付着させる現像ローラ、１０５は帯電部材１０２に電圧を印加するための電圧印加電源、１０６は感光体１０１上のトナー像を記録紙１０７に転写処理する転写ローラ、１０７は給紙部から搬送されてきた記録紙、１０８は転写処理後の感光体１０１をクリーニングするためのクリーニング装置、１０９は感光体１０１の表面電位を測定する表面電位計である。
また、図８に示すように、感光体ドラム１０１、帯電ローラ１０２、現像ローラ１０４、クリーニング装置１０８を包括するプロセスカートリッジが画像形成装置内に設置される場合もある。
そして、画像形成装置では次のような手段で、画像の形成を行う。
（１）帯電ローラ１０２が、感光体ドラム１０１の表面を所望の電位に帯電する。
（２）露光装置が、感光体ドラム１０１に画像光を投射して、所望の画像に対応する静電潜像を、感光体ドラム１０１上に形成する。
（３）現像ローラ１０４が、静電潜像をトナーによって現像し、感光体ドラム１０１上にトナー像（顕像）を形成する。
（４）転写ローラ１０６が、感光体ドラム１０１上のトナー像を、記録紙１０７に転写する。
（５）クリーニング装置１０８が、転写されず感光体ドラム１０１上に残留したトナーを清掃する。
（６）転写ローラ１０６によって、トナー像を転写された記録紙１０７は、不図示の定着装置へと搬送される。定着装置は、トナーを加熱及び加圧して記録紙１０７上に定着する。
上記の（１）から（６）の手順を繰り返すことによって、記録紙１０７上に所望の画像が形成されていく。

以上のように本発明では、導電性支持体２０１上の周面、両端近傍に設置された空隙保持部材２０３を電気抵抗調整層２０２からの突出量を帯電範囲に向けて減じていく構成としたことで、経時に渡って、帯電部材１０２が寸法変動しても、安定した距離を維持できる。
また、帯電部材１０２の最も経時寸法変動が大きい電気抵抗調整層２０２の範囲において、空隙部材の突出量を減じているため、経時寸法変動の影響を受け難くできる。
さらに、空隙保持部材２０３の最大外径部を寸法変化の最も少ない電気抵抗調整層２０２の外側に設けることで、初期・経時に渡って、帯電部材１０２と像担持体１０１の距離を一定に維持できる。
また、帯電部材１０２をプロセスカートリッジに組み込むことで、交換容易なカートリッジを提供でき、プロセスカートリッジを電子写真画像形成装置に搭載することで、高画質を得ることができると共に、長期に渡って安定した画像を得ることができる。

画像形成装置の帯電ローラとして使用される導電性部材の構成を示した断面図である。 画像形成装置の帯電ローラとして使用される導電性部材の構成を示した断面図である。 テーパ−状の形状を示す図である。 面取りを示す図である。 Ｒ形状を示す図である。 電気抵抗層が膨張した図である。 電子写真方式の画像形成装置の概略図である。 電子写真方式の画像形成装置の概略図である。 従来の導電性部材の構成を示した断面図である。

符号の説明

１０１ 感光体ドラム（像担持体）
１０２ 帯電ローラ（帯電部材）
１０３ 露光
１０４ 現像ローラ
１０５ パワーパック（電圧印加電源）
１０６ 転写ローラ
１０７ 記録紙
１０８ クリーニング装置
１０９ 表面電位計
２０１ 導電性支持体
２０２ 電気抵抗調整層
２０３ 空隙保持部材

Claims (5)

1. 長尺状の導電性支持体と、
   前記導電性支持体上の外周面にイオン導電剤を有する電気抵抗調整層と、
   を有し、
   前記導電性支持体と像担持体とを一定の距離をおいて近接させる空隙保持部材を前記電気抵抗調整層の両端部夫々に別体で設けた
   帯電部材において、
   前記空隙保持部材は、前記導電性支持体の長手方向両端面に設けられた補強部を有し、且つ外径が端部側から内側に向けて減少する形状であり、
   該空隙保持部材の外径の最大突出部が前記補強部の外周面を含んでおり、
   該最大突出部を、前記電気抵抗調整層の外側であり、且つ前記像担持体表面の画像形成領域外の領域に当接するように配置した
   ことを特徴とする帯電部材。
2. 請求項１に記載の帯電部材において、
   前記空隙保持部材の外径が端部側から内側に向けて減少する範囲が、前記電気抵抗調整層の範囲内である
   ことを特徴とする帯電部材。
3. 請求項１又は２に記載の帯電部材が、像担持体上に近接配置されている
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
4. 請求項１又は２に記載の帯電部材を有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項３に記載のプロセスカートリッジを有する
   ことを特徴とする画像形成装置。

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