KR100787549B1

KR100787549B1 - 화상 형성 장치, 대전 장치 및 클리닝 장치

Info

Publication number: KR100787549B1
Application number: KR1020060088895A
Authority: KR
Inventors: 미츠히로 마츠모토; 오사무 한다
Original assignee: 후지제롯쿠스 가부시끼가이샤
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2007-12-21
Also published as: CN1967399A; US20070116490A1; JP2007140167A; US7454154B2; KR20070053096A; CN100480877C

Abstract

화상 형성 장치는 상담지체를 대전시키는 대전 롤러와 대전 롤러에 맞닿아 대전 롤러를 클리닝하는 클리닝 롤러를 갖는다. 클리닝 롤러는 샤프트 둘레에 형성된 다공질 탄성층을 포함한다. 화상 형성 장치는 대전 롤러용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 거리를 L[㎜], 대전 롤러의 반경을 R1[㎜], 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 클리닝 롤러의 반경을 R2[㎜], 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때, T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시킨다.

클리닝 롤러, 대전 롤러, 샤프트, 다공질 탄성층

Description

화상 형성 장치, 대전 장치 및 클리닝 장치{IMAGE FORMING DEVICE, CHARGING DEVICE AND CLEANING DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치의 개략 구성을 나타낸 구성도.

도 2는 도 1의 화상 형성 장치에 탑재된 감광체 드럼, 대전 롤러, 및 클리닝 롤러의 구성을 나타낸 확대도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치의 감광체 드럼, 대전 롤러 및 클리닝 롤러의 부착 구조의 구성을 나타낸 부분 단면 측면도.

도 4의 (a)는 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치를 구성하는 대전 롤러 및 클리닝 롤러가 베어링 부재에 축지지된 상태를 나타낸 사시도, 도 4의 (b)는 그 측면도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치를 구성하는 대전 롤러와 클리닝 롤러의 축지지 상태를 나타낸 설명도.

도 6은 도 5의 확대도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치를 구성하는 클리닝 롤러에 사용되는 다공질 탄성체의 응력-휨 곡선을 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치를 구성하는 클리닝 롤러의 스펀지층 중앙부의 식입량과 단부의 식입량을 비교하는 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 화상 형성 장치 12: 감광체 드럼

14: 대전 롤러 16: 노광 장치

18: 회전식 현상기 20: 중간 전사 벨트

22, 26: 전사 롤러 24: 기록 용지

28: 급지 카세트 30: 픽업 롤러

32: 공급 롤러 34: 지연 롤러(retard roller)

36: 레지스트 롤러(regist roller) 38: 랩인 롤러(wrap-in roller)

40: 랩아웃 롤러(wrap-out roller) 42: 백업 롤러(back-up roller)

44, 78: 클리닝 장치 46: 제 1 클리닝 백업 롤러

48: 제 2 클리닝 백업 롤러 52: 화상 형성 유닛

64: 정착 장치 66: 배출 롤러

68: 배출 트레이 70: 용지 반송로

72, 73: 반송 롤러 74: 수동 트레이

76: 급지 롤러

본 발명은 전자 사진 방식을 채용한 복사기나 프린터 등의 화상 형성 장치, 구체적으로는 화상 형성 장치에 사용되는 대전 장치 및 클리닝 장치에 관한 것이다.

종래 전자 사진 방식을 채용한 복사기나 프린터 등의 화상 형성 장치의 대전 장치로서, 스코로트론(scorotron) 대전기와 같은 코로나(corona) 방전 현상을 이용한 것이 다용(多用)되어 왔지만, 코로나 방전 현상을 이용한 대전 장치의 경우에는, 인체나 지구 환경에 악영향이 있는 오존이나 질소 산화물의 발생이 문제시되고 있다. 이것에 대하여, 도전성 대전 롤러를 상담지체(像擔持體)에 직접 접촉시켜 상담지체의 대전을 행하는 접촉 대전 방식은 오존이나 질소 산화물의 발생이 매우 적고, 전원 효율도 양호하기 때문에, 최근에는 주류를 이루고 있다.

이러한 접촉 대전 방식의 대전 장치에서는, 대전 시에 상담지체 위에 있는 각종 부착물을 흡착(吸着)하게 되어 오염되기 쉽다는 결점이 있었다. 이것에 대하여, 대전 롤러에 스펀지층으로 형성한 클리닝 롤러를 맞닿게 하여 식입시키고, 종동(從動)시킴으로써 대전 롤러의 파괴나 표면 필리밍(filming)을 억제하여 장기간에 걸쳐 대전 롤러 표면의 이물(異物)을 제거할 수 있도록 한 기술이 제안되어 있다.

그러나, 화상 형성 장치의 사이즈 제약이나 비용의 관점에서, 클리닝 롤러에 작은 직경의 금속 샤프트가 사용되는 경우가 있다. 이 경우, 특히 현저하게 나타나는 것이, 클리닝 롤러의 샤프트의 휨량이 커진다는 현상이다.

클리닝 롤러가 양단(兩端)에서 지지되어 대전 롤러를 가압할 경우, 클리닝 롤러의 스펀지층이 대전 롤러로부터 받는 반발력에 의해 클리닝 롤러의 샤프트가 휘어지고, 대전 롤러 중앙부에서의 식입량이 저하된다. 대전 롤러 중앙부에서의 식입량이 감소하면, 중앙부에서의 클리닝 성능이 저하된다는 결점이 발생한다.

한편, 대전 롤러 중앙부의 클리닝성을 확보하기 위해, 클리닝 롤러의 식입을 충분히 확보한 상태에서는 대전 롤러 양단부에서의 식입이 매우 많아지고, 대전 롤러 양단부에서의 저항 상승이 발생하여, 프린트 샘플 상에서 스트라이프(stripe)가 발생하는 등의 트러블이 생기고, 또한 대전 롤러의 수명이 짧아진다는 문제가 생긴다.

본 발명은 상기 사실을 고려하여 안출된 것으로서, 대전 롤러에 의한 상담지체로의 양호한 대전성과, 클리닝 롤러에 의한 대전 롤러의 양호한 클리닝 성능을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태는, 구동력을 받아 회전하는 상담지체(像擔持體)와, 상기 상담지체에 맞닿아 회전하고, 상기 상담지체를 대전(帶電)시키는 대전 롤러와, 상기 대전 롤러에 맞닿아 종동(從動) 회전하고, 상기 대전 롤러를 클리닝하는 클리닝 롤러를 갖는 화상 형성 장치로서, 상기 클리닝 롤러는, 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 상기 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 설치된 다공질 탄성층을 포함하여 구성되며, 상기 대전 롤러를 회전 가능하게 축지지하는 대전 롤러용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간(離間) 거리를 L[㎜], 상기 대전 롤러의 반경(半徑)을 R1[㎜], 상기 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 상기 클리닝 롤 러의 반경을 R2[㎜], 상기 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때, T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시킨다.

여기서, 최대 허용 압축률 α[%]는, 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 있어서, 다공질 탄성층의 압축률이 10%∼40%로 되는 응력의 평균값을 평균 응력 P[㎪]로 할 때, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200%의 응력을 부여했을 때의 다공질 탄성층의 최대 압축률이다.

본 발명의 상기 형태에서는, 구동력을 받아 회전하는 상담지체에 대전 롤러가 맞닿아 회전한다. 이 대전 롤러에 클리닝 롤러를 맞닿게 하여 종동 회전시켜 대전 롤러의 표면을 클리닝하고 있다.

여기서, 클리닝 롤러는 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 설치된 다공질 탄성층을 포함하여 구성되어 있으며, 대전 롤러를 회전 가능하게 축지지하는 대전 롤러용 샤프트와 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간 거리를 L로 하고, 대전 롤러의 반경을 R1, 클리닝 롤러의 반경을 R2로 하면, 다공질 탄성층 양단부의 대전 롤러로의 식입량은 (R1+R2)-L로 된다.

또한, 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B로 하면, 다공질 탄성층 중앙부의 대전 롤러로의 식입량은 (R1+R2)-L로 되고, 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향에 따른 각 단면(斷面)에서 본 경우의 최소값으로 된다.

또한, 접촉 대전 방식에서는 클리닝 롤러가 축방향 전역(全域)에 걸쳐 대전 롤러의 표면에 맞닿아 식입되고 있다는 것이 필수이기 때문에, (R1+R2)-L-B>0으로 되고, (R1+R2)-L>B의 관계가 얻어진다. 또한, 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량 B는 B>0이기 때문에, (R1+R2)-L>B>0으로 된다.

한편, 다공질 탄성층의 압축률이 10%∼4O%로 되는 평균 응력 P[㎪](이하, 단순히 「평균 응력 P」라고 하는 경우도 있음)의 200%에 상당하는 응력을 부여했을 때의 다공질 탄성층의 압축률, 즉, 최대 허용 압축률 α에서는, 다공질 탄성층의 셀이 압축되어 거의 찌부러진 상태로 된다.

그리고, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200% 이상에 상당하는 응력에서는 압축 영구 변형이 발생하고, 다공질 탄성층의 셀 내부에서 대전 롤러 상의 외첨제(外添劑)나 토너를 응집(凝集)시켜 대전 롤러, 상담지체로 되돌린다는 다공질 탄성층을 사용한 경우의 클리닝 기능이 발현되지 않게 된다. 따라서, 최대 허용 압축률 α를 구할 때, 다공질 탄성층에 부여하는 한계 응력을 평균 응력 P의 200%에 상당하는 응력으로 하고 있다.

여기서, 클리닝 롤러의 다공질 탄성층의 압축률이 최대 허용 압축률 α를 초과하거나, 다공질 탄성층의 식입량이 지나치게 많을 경우, 외첨제나 토너의 필리밍이 발생하고, 대전 롤러의 부피 저항이 상승하여 특히 전면(全面) 균일 화상 등에서는 현저한 스트라이프가 발생하는 등의 트러블이 생기고, 또한 대전 롤러의 수명이 짧아진다는 문제가 생긴다.

따라서, 다공질 탄성층 양단부의 대전 롤러로의 식입량((R1+R2)-L)을 최대 허용 압축률 α에 의거하여 얻어진 다공질 탄성층의 식입량(T×α/100; T는 다공질 탄성층의 두께)보다도 작게 할 필요가 있으며, T×α/100>(R1+R2)-L로 된다.

이상에 의해, T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계가 얻어지고, 이 조건을 충족시킴으로써, 대전 롤러에 의한 상담지체로의 양호한 대전성과, 클리닝 롤러에 의한 대전 롤러의 양호한 클리닝 성능을 얻을 수 있다. 또한, 클리닝 롤러용 샤프트가 작은 직경인 경우에도, 클리닝 성능의 저하나 대전 롤러의 저항 상승이나 출력 화상의 스트라이프 발생 등의 문제가 생기지 않는 화상 형성 장치를 제공하는 것이 가능해지고, 소형이며 비용이 저렴한 화상 형성 장치를 얻을 수 있다.

또한, 다른 형태가 대전 장치로서 제공되며, 대전 장치는, 토너 화상이 형성되는 상담지체에 맞닿고, 상기 상담지체를 대전하는 대전 롤러와, 상기 대전 롤러에 맞닿음으로써 종동 회전하고, 상기 대전 롤러를 클리닝하는 클리닝 롤러를 구비하는 대전 장치로서, 상기 클리닝 롤러는 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 상기 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 형성된 다공질 탄성층을 포함하여 구성된다.

상기 대전 롤러를 회전 가능하게 축지지하는 대전 롤러용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간 거리를 L[㎜], 상기 대전 롤러의 반경을 R1[㎜], 상기 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 상기 클리닝 롤러의 반경을 R2[㎜], 상기 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때, 대전 장치는 T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시킨다.

여기서, 최대 허용 압축률 α[%]는, 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력- 휨 곡선에 있어서, 다공질 탄성층의 압축률이 1O%∼4O%로 되는 응력의 평균값을 평균 응력 P[㎪]로 할 때, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200%의 응력을 상기 다공질 탄성층에 부여했을 때의 다공질 탄성층의 최대 압축률이다.

또한, 또 다른 형태가 클리닝 장치로서 제공되며, 회전 가능하게 축지지되는 샤프트를 갖는 회전체를 청소하는 클리닝 장치는, 상기 회전체에 맞닿아 상기 회전체를 청소하는 클리닝 롤러를 구비하고, 상기 클리닝 롤러는 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 상기 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 형성된 다공질 탄성층을 포함하여 구성되며, 상기 회전체를 회전 가능하게 축지지하는 회전체용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간 거리를 L[㎜], 상기 회전체의 반경을 R1[㎜], 상기 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 상기 클리닝 롤러의 반경을 R2[㎜], 상기 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때, T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시킨다.

여기서, 최대 허용 압축률 α[%]는, 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 있어서, 다공질 탄성층의 압축률이 10%∼40%로 되는 응력의 평균값을 평균 응력 P[㎪]로 할 때, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200%의 응력을 상기 다공질 탄성층에 부여했을 때의 다공질 탄성층의 최대 압축률이다.

본 발명은 상기 구성으로 했기 때문에, 대전 롤러에 의한 상담지체로의 양호한 대전성과, 클리닝 롤러에 의한 대전 롤러의 양호한 클리닝 성능을 얻을 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 화상 형성 장치에 대해서 설명한다.

도 1에 나타낸 본 실시예의 화상 형성 장치(10)는 4사이클 방식의 풀 컬러(full-color) 레이저 프린터이며, 도시한 바와 같이, 장치 내에는 중앙보다도 약간 우측 상부에 감광체 드럼(12)(상담지체)이 회전 가능하게 배열 설치되어 있다. 이 감광체 드럼(12)으로서는, 예를 들어 표면에 OPC 등으로 이루어지는 감광체층이 피복(被覆)된 직경이 약 47㎜인 도전성 원통체로 이루어지는 것이 사용되고, 모터(도시 생략)에 의해 화살표 방향을 따라 약 150㎜/sec의 프로세스 속도로 회전 구동된다.

감광체 드럼(12)의 표면은, 감광체 드럼(12)의 대략 바로 아래에 배치된 대전 롤러(14)에 의해 소정의 전위로 대전된 후, 대전 롤러(14)의 하방(下方)에 배치된 노광 장치(16)에 의해 레이저 빔(LB)에 의한 화상 노광이 실시되고, 화상 정보에 따른 정전 잠상(潛像)이 형성된다.

이 감광체 드럼(12) 상에 형성된 정전 잠상은 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색 현상기(18Y, 18M, 18C, 18K)가 둘레 방향을 따라 배치된 회전식 현상기(18)에 의해 현상되어 소정 색의 토너상으로 된다.

이 때, 감광체 드럼(12)의 표면에는, 형성하는 화상의 색에 따라, 대전·노광·현상의 각 공정이 소정 횟수만큼 반복된다. 현상 공정에서는 회전식 현상기(18)가 회전하여, 대응하는 색의 현상기(18Y, 18M, 18C, 18K)가 감광체 드럼(12)과 대향하는 현상 위치에 이동한다.

예를 들어 풀 컬러 화상을 형성할 경우, 감광체 드럼(12)의 표면에는 대전·노광·현상의 각 공정이 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색에 대응하여 4회 반복되고, 감광체 드럼(12)의 표면에는 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색에 대응한 토너상이 차례로 형성된다. 토너상이 형성될 때, 감광체 드럼(12)이 회전하는 횟수는 화상의 사이즈에 따라 상이하지만, 예를 들어 A4 사이즈이면, 감광체 드럼(12)이 3회전함으로써, 1개의 화상이 형성된다. 즉, 감광체 드럼(12)의 표면에는 감광체 드럼(12)이 3회전할 때마다 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색에 대응한 토너상이 형성된다.

감광체 드럼(12) 상에 차례로 형성되는 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 각색 토너상은 감광체 드럼(12)의 외주(外周)에 중간 전사 벨트(20)가 감겨진 1차 전사 위치에서 중간 전사 벨트(20) 상에 서로 중첩시킨 상태로 1차 전사 롤러(22)에 의해 전사된다.

이 중간 전사 벨트(20) 상에 다중(多重)으로 전사된 황색(Y), 자홍색(M), 청록색(C), 흑색(K)의 토너상은 소정 타이밍으로 급지(給紙)되는 기록 용지(24) 상에 2차 전사 롤러(26)에 의해 일괄적으로 전사된다.

한편, 기록 용지(24)는 화상 형성 장치(10) 하부에 배치된 급지 카세트(28)로부터 픽업 롤러(30)에 의해 송출되는 동시에, 공급 롤러(32) 및 지연 롤러(retard roller)(34)에 의해 1매씩 분류된 상태로 급지되고, 레지스트 롤러(36)에 의해 중간 전사 벨트(20) 상에 전사된 토너상과 동기(同期)한 상태로 중간 전사 벨트(20)의 2차 전사 위치에 반송된다.

중간 전사 벨트(20)는 감광체 드럼(12)에서의 회동(回動) 방향의 상류(上流) 측에서 중간 전사 벨트(20)의 랩핑(wrapping) 위치를 특정하는 랩인 롤러(wrap-in roller)(38)와, 감광체 드럼(12) 상에 형성된 토너상을 중간 전사 벨트(20) 상에 전사하는 1차 전사 롤러(22)와, 랩핑 위치의 하류(下流) 측에서 중간 전사 벨트(20)의 랩핑 위치를 특정하는 랩아웃 롤러(wrap-out roller)(40)와, 2차 전사 롤러(26)에 중간 전사 벨트(20)를 통하여 맞닿는 백업 롤러(back-up roller)(42)와, 중간 전사 벨트(20)의 클리닝 장치(44)에 대향하는 제 1 클리닝 백업 롤러(46)와, 제 2 클리닝 백업 롤러(48)에 의해 소정의 장력(張力)으로 걸쳐져 있고, 소정의 프로세스 속도(약 150㎜/sec)로 순환 이동하도록 예를 들어 감광체 드럼(12)의 회전에 따라 종동(從動)된다.

여기서, 중간 전사 벨트(20)는, 화상 형성 장치(10)의 소형화를 도모하기 위해, 중간 전사 벨트(20)가 걸쳐지는 단면(斷面) 형상이 편평하며 가늘고 긴 대략 사다리꼴 형상으로 되도록 구성되어 있다.

중간 전사 벨트(20)는 감광체 드럼(12)과, 대전 롤러(14)와, 중간 전사 벨트(20)를 걸치는 복수의 롤러(22, 38, 40, 42, 46, 48)와, 중간 전사 벨트(20)용 클리닝 장치(44)와, 후술하는 감광체 드럼(12)용 클리닝 장치(78)에 의해 일체적으로 화상 형성 유닛(52)을 구성하고 있다. 따라서, 화상 형성 장치(10)의 상부 커버(54)를 개방하여 화상 형성 유닛(52) 상부에 설치된 손잡이(도시 생략)를 손으로 들어올림으로써, 화상 형성 유닛(52) 전체를 화상 형성 장치(10)로부터 제거할 수 있게 되어 있다.

한편, 중간 전사 벨트(20)의 클리닝 장치(44)는, 제 1 클리닝 백업 롤러(46)에 의해 걸쳐진 중간 전사 벨트(20)의 표면에 맞닿도록 배치된 스크레이퍼(scraper)(58)와, 제 2 클리닝 백업 롤러(48)에 의해 걸쳐진 중간 전사 벨트(20)의 표면에 압접(壓接)하도록 배치된 클리닝 브러시(60)를 구비하고, 이들 스크레이퍼(58)나 클리닝 브러시(60)에 의해 제거된 잔류(殘留) 토너나 종이가루 등은 클리닝 장치(44)의 내부에 회수되게 되어 있다.

또한, 클리닝 장치(44)는 요동축(搖動軸)(62)을 중심으로 하여 도면 중의 반시계 방향으로 요동 가능하게 배치되어 있고, 최종색 토너상의 2차 전사가 종료될 때까지는 중간 전사 벨트(20)의 표면으로부터 이간된 위치에 퇴피(退避)하는 동시에, 최종색 토너상의 2차 전사가 종료되면, 중간 전사 벨트(20)의 표면에 맞닿도록 구성되어 있다.

또한, 중간 전사 벨트(20)로부터 토너상이 전사된 기록 용지(24)는 정착 장치(64)에 반송되고, 이 정착 장치(64)에 의해 가열 및 가압되어 토너상이 기록 용지(24) 상에 정착된다. 그 후, 편면(片面) 프린트의 경우에는, 토너상이 정착된 기록 용지(24)는 배출 롤러(66)에 의해 화상 형성 장치(10)의 상부에 설치된 배출 트레이(68) 상에 그대로 배출된다.

한편, 양면 프린트의 경우에는, 정착 장치(64)에 의해 제 1 면(표면)에 토너상이 정착된 기록 용지(24)를 배출 롤러(66)에 의해 배출 트레이(68) 상에 그대로 배출하지 않고, 배출 롤러(66)에 의해 기록 용지(24)의 후단부를 끼운 상태에서 배출 롤러(66)를 역전시키는 동시에, 기록 용지(24)의 반송 경로를 양면용 용지 반송 로(70)로 전환하고, 이 양면용 용지 반송로(70)에 배열 설치된 반송 롤러(72)에 의해, 기록 용지(24)의 표리(表裏)를 반전시킨 상태에서 다시 중간 전사 벨트(20)의 2차 전사 위치로 반송하여 기록 용지(24)의 제 2 면(이면(裏面))에 토너상을 전사한다. 그리고, 기록 용지(24)의 제 2 면(이면)의 토너상을 정착 장치(64)에 의해 정착시키고, 기록 용지(24)를 배출 트레이(68) 상에 배출한다.

또한, 화상 형성 장치(10)에는, 옵션에 의해, 화상 형성 장치(10)의 측면에 수동 트레이(74)를 개폐 가능하게 장착할 수 있게 되어 있다. 이 수동 트레이(74) 상에 탑재 배치된 임의의 사이즈 및 종류의 기록 용지(24)는 급지 롤러(76)에 의해 급지되고, 반송 롤러(73) 및 레지스트 롤러(36)를 통하여 중간 전사 벨트(20)의 2차 전사 위치에 반송됨으로써, 임의의 사이즈 및 종류의 기록 용지(24)에도 화상을 형성할 수 있게 되어 있다.

또한, 토너상의 전사 공정이 종료된 후의 감광체 드럼(12) 표면은, 감광체 드럼(12)이 1회전할 때마다, 감광체 드럼(12)의 경사 하방(下方)에 배치된 클리닝 장치(78)의 클리닝 블레이드(cleaning blade)(80)에 의해 잔류 토너나 종이가루 등이 제거되어, 다음 화상 형성 공정에 대비하게 되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 감광체 드럼(12)의 하방부에는 감광체 드럼(12)과 접촉하도록 대전 롤러(14)가 배치되어 있다. 이 대전 롤러(14)는 도전성 샤프트(14A) 주위에 대전층(14B)이 형성된 것이며, 샤프트(14A)가 회전 가능하게 지지되어 있다. 대전 롤러(14)의 감광체 드럼(12)과 반대측의 하방부에는 대전 롤러(14) 표면에 접촉하는 롤러 형상의 클리닝 롤러(100)가 설치되어 있다. 이 클리 닝 롤러(100)는 샤프트(100A) 주위에 스펀지층(100B)(다공질 탄성층)이 형성된 것이며, 샤프트(100A)가 회전 가능하게 지지되어 있다.

클리닝 롤러(100)는 대전 롤러(14)에 소정의 하중으로 가압되고, 스펀지층(100B)이 대전 롤러(14)의 둘레면을 따라 탄성 변형되어 닙부(nip portion)(101)를 형성하고 있다. 감광체 드럼(12)은 모터(도시 생략)에 의해 도 2 중의 시계 방향(화살표(2) 방향)으로 회전 구동되고, 감광체 드럼(12)의 회전에 의해 대전 롤러(14)가 화살표(4) 방향으로 종동 회전한다. 또한, 대전 롤러(14)의 회전에 의해 롤러 형상의 클리닝 롤러(100)가 화살표(6) 방향으로 종동 회전한다.

또한, 대전 롤러(14)에는 대전용 전원이 접속되어 있으며, 직류에 교류를 중첩시킨 바이어스(bias) 또는 직류 바이어스만이 인가되고 있다. 한편, 클리닝 롤러(100)로의 바이어스 인가에 대해서는 특별히 규정하지 않지만, 본 발명에서는 대전 롤러(14)의 샤프트(14A) 및 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)는 동일한 베어링에서 회전 가능하게 축지지되어 있고(후술함), 클리닝 롤러(100)는 대전 롤러(14)와 동일한 전위로 되어 있다.

그리고, 클리닝 롤러(100)가 종동 회전함으로써, 대전 롤러(14) 표면에 부착된 토너나 외첨제 등의 오염(이물)이 클리닝 롤러(100)에 의해 클리닝된다. 그리고, 이 이물이 클리닝 롤러(100)의 발포체(發泡體)의 셀 내에 수용되고, 셀 내에 회수(回收)된 이물이 응집되어 적당한 크기로 되면, 클리닝 롤러(100)로부터 대전 롤러(14)를 통하여 감광체 드럼(12)에 되돌려지고, 감광체 드럼(12)을 클리닝하는 클리닝 장치(78)에 회수됨으로써, 클리닝 성능의 유지 계속이 실행되고 있다고 생 각된다.

이러한 클리닝 롤러(100)에 대해서, 샤프트(100A)의 재질(材質)로서는, 쾌삭강(快削鋼), 스테인리스강 등이 사용되고 있으며, 슬라이딩성 등의 용도에 따라 재질 및 표면 처리 방법이 적시(適時) 선택된다. 또한, 도전성을 갖지 않는 재질에 대해서는 도금 처리 등 일반적인 처리에 의해 가공되어 도전화 처리가 실행될 수도 있고, 물론 그대로 사용할 수도 있다. 또한, 클리닝 롤러(100)는 스펀지층(100B)을 통하여 대전 롤러(14)와 적당한 닙 압력으로 접촉하기 때문에, 닙핑(nipping) 시의 휨이 적은 강도를 가진 재질 또는 샤프트 길이에 대하여 충분한 강성(剛性)을 가진 샤프트 직경이 선택된다.

스펀지층(100B)은 다공질의 3차원 구조를 갖는 발포체로 이루어진다. 이 스펀지층(100B)은 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리아미드 또는 폴리프로필렌 등의 발포성 수지 또는 고무를 재질로 한 것에서 선택된다. 스펀지층(100B)은 대전 롤러(14)와의 종동 접찰(摺擦)에 의해 외첨제 등의 이물을 효율적으로 클리닝하는 동시에, 대전 롤러(14)의 표면에 스펀지층(100B)의 마찰에 의한 손상을 입지 않기 위해, 또한 장기(長期)에 걸쳐 찢어짐이나 파손(破損)이 생기지 않도록 하기 위해, 인열(引裂) 강도, 인장 강도 등에 강한 폴리우레탄이 특히 바람직하게 사용된다.

또한, 대전 롤러(14)는 도전성 샤프트(14A) 상에 대전층(14B)으로서 도전성 탄성층, 표면층이 차례로 형성된 것이다.

샤프트(14A)의 재질로서는, 쾌삭강, 스테인리스강 등이 사용되며, 슬라이딩성 등의 용도에 따라 재질 및 표면 처리 방법은 적시 선택되고, 도전성을 갖지 않 는 재질에 대해서는 도금 처리 등 일반적인 처리에 의해 가공되어 도전화 처리가 실행되어 있을 수도 있다.

대전 롤러(14)의 대전층(14B)을 구성하는 상기 도전성 탄성층은 예를 들어 탄성을 갖는 고무 등의 탄성재, 도전성 탄성층의 저항을 조정하는 카본블랙이나 이온 도전재 등의 도전재, 필요에 따라, 연화제, 가소제(可塑劑), 경화제, 가황제, 가황촉진제, 노화방지제, 실리카 및 탄산칼슘 등의 충전제 등 통상 고무에 첨가될 수 있는 재료를 첨가할 수도 있다. 통상 고무에 첨가되는 재료를 첨가한 혼합물을 도전성 샤프트(14A)의 둘레면에 피복함으로써 형성된다. 저항값의 조정을 목적으로 한 도전제로서, 매트릭스재에 배합되는 카본블랙이나 이온 도전제와 같은, 전자 및/또는 이온을 전하 캐리어로 하여 전기 전도하는 재료를 분산시킨 것 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 탄성재는 발포체일 수도 있다.

대전층(14B)을 구성하는 상기 표면층은 토너 등의 이물에 의한 오염 방지 등을 위해 형성하고 있는 것이며, 표면층의 재료로서는, 수지, 고무 등의 어떤 것을 사용하여도 상관없기 때문에 특별히 한정되지는 않는다. 폴리에스테르, 폴리이미드, 공중합 나일론, 실리콘 수지, 아크릴 수지, 폴리비닐부티랄, 에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체, 멜라민 수지, 불소 고무, 에폭시 수지, 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 셀룰로오스, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체 등을 들 수 있다.

또한, 상기 표면층에는 도전성 재료를 함유시켜 저항값을 조정할 수 있다. 상기 도전성 재료로서는, 입경이 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 저항값의 조정을 목적으로 한 도전제로서, 매트릭스재에 배합되는 카본블랙이나 도전성 금속 산화물 입자, 또는 이온 도전제와 같은, 전자 및/또는 이온을 전하 캐리어로 하여 전기 전도하는 재료를 분산시킨 것 등을 사용할 수 있다.

상기 저항값을 조정하기 위한 도전성 입자인 도전성 금속 산화물 입자는 산화주석, 안티몬이 도핑된 산화주석, 산화아연, 아나타제형 산화티타늄, ITO 등의 도전성을 가진 입자이며, 전자를 전하 캐리어로 하는 도전제이면 어떤 것을 사용하여도 상관없기 때문에 특별히 한정되지는 않는다. 이들은 단독으로 사용하여도 2종류 이상을 병용(倂用)할 수 있다. 또한, 본 발명을 저해하지 않는 한, 어떤 입경이어도 상관없지만, 저항값 조정 및 강도 면에서, 바람직하게는 산화주석, 안티몬이 도핑된 산화주석, 아나타제형 산화티타늄이며, 산화주석, 안티몬이 도핑된 산화주석이 더 바람직하다.

이러한 도전성 재료에 의해 저항 제어를 행함으로써, 표면층의 저항값은 환경 조건에 따라 변화되지 않고, 안정된 특성이 얻어진다.

또한, 상기 표면층에는 불소계 또는 실리콘계 수지가 사용되고 있다. 특히 불소 변성 아크릴레이트 폴리머로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 표면층 중에 미립자를 첨가할 수도 있다. 이것에 의해, 표면층이 소수성(疏水性)으로 되어 대전 롤러(14)로의 이물 부착이 방지되도록 작용한다. 또한, 알루미나나 실리카와 같은 절연성 입자를 첨가하여 대전 롤러(14)의 표면에 요철(凹凸)을 부여하고, 감광체 드럼(12)과의 접찰 시의 부담을 작게 하여 대전 롤러(14)와 감광체 드럼(12) 상호의 내(耐)마모성을 향상시킬 수도 있다.

다음으로, 대전 롤러(14) 및 클리닝 롤러(100)의 부착 구조에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 대전 롤러(14)와 클리닝 롤러(100)가 한 쌍의 베어링 부재(110)를 통하여 단일 프레임(120)에 조립되어 프레임(120) 내에 수용되어 있고, 또한 감광체 드럼(12)도 이 프레임(120)에 조립되어 그들이 유닛화되어 있다.

도 4의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 1개의 베어링 부재(110)는 편평한 직육면체 형상(블록(block) 형상)으로 형성되어 단일 구성으로 되어 있다. 이 베어링 부재(110)는 높은 강성, 높은 슬라이딩성을 가지며 내마모성이 우수한 폴리아세탈이나 폴리카보네이트 등의 합성수지 재료로 형성되어 있다. 또한, 내마모성을 더 높이기 위해, 상기 합성수지 재료에 유리 섬유나 카본 섬유 등을 함유시키도록 할 수도 있다.

베어링 부재(110)에는 길이 방향(도 4의 상하 방향)을 따라 소정의 간격으로 배치된 2개의 베어링 구멍(112, 114)이 형성되어 있다. 한쪽 베어링 구멍(112)에는 대전 롤러(14)의 샤프트(14A) 단부(端部)에 설치된 지지부(14a)가 회전 가능하게 삽입되고, 다른쪽 베어링 구멍(114)에는 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A) 단부에 설치된 지지부(100a)가 회전 가능하게 삽입된다. 또한, 도시한 바와 같이, 베어링 구멍(114)의 내경(內徑)은 샤프트(100A)(지지부(100a))의 축 직경보다도 크게 되어 있다.

이 한 쌍의 베어링 부재(110)에 샤프트(14A) 양단의 지지부(14a)가 축지지된 대전 롤러(14)와, 샤프트(100A) 양단의 지지부(100a)가 축지지된 클리닝 롤러(100)는, 클리닝 롤러(100)가 대전 롤러(14)에 소정의 하중으로 가압됨으로써, 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)의 지지부(100a)가 베어링 구멍(114)에서의 대전 롤러(14)와는 반대측의 내주면부(114A)에 맞닿아 지지되어 상대 위치가 대략 일정하게 유지되어 있으며, 상술한 바와 같이, 스펀지층(100B)이 대전 롤러(14)의 둘레면을 따라 탄성 변형되어 닙부(101)를 형성하고 있다(도 2 참조). 또한, 이와 같이 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)의 지지부(100a)를 맞닿아 지지한 베어링 구멍(114)은, 샤프트(100A)의 지지부(100a)에 대하여 대전 롤러(14)로의 압접 방향(화살표(8) 방향)으로 자유도를 부여하는 형상으로 되어 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 프레임(120)은, 본체부(122)에서의 대전 롤러(14) 및 클리닝 롤러(100)의 축방향에 따른 양단부(도 3의 좌우 측단부)에 상기 한 쌍의 베어링 부재(110)가 부착되는 한 쌍의 부착부(124)가 일체적으로 설치되어 있다.

부착부(124)에는 부착부(124)의 연장 방향에 따른 가이드 홈(126)이 형성되어 있다. 베어링 부재(110)는 이 가이드 홈(126)에 끼워 넣어져 그 선단(先端) 측에 배치되어 있으며, 가이드 홈(126)에 의해 가이드되어 부착부(124)의 연장 방향(감광체 드럼(12)에 대하여 접리(接離)하는 방향)을 따라 슬라이딩할 수 있게 되어 있다.

한 쌍의 부착부(124)의 외측면 측은 두껍게 되어 선단 측이 연장 돌출되어 있고, 그 선단부에 감광체 드럼(12)을 축지지하는 한 쌍의 베어링부(132)가 설치되어 있다. 이 한 쌍의 베어링부(132)에는 베어링 구멍(134)이 동축적으로 형성되어 있고, 감광체 드럼(12)은 샤프트(12A)의 단부에 설치된 지지부(12a)가 각 베어링 구멍(134)에 회전 가능하게 삽입되어, 대전 롤러(14) 및 클리닝 롤러(100)와 함께 프레임(120)에 조립되어 있다.

또한, 가이드 홈(126) 내의 기단(基端) 측에는 베어링 부재(110)를 감광체 드럼(12) 측으로 밀어붙이는 압축 코일 스프링(128)이 설치되어 있다. 이 압축 코일 스프링(128)의 탄성력에 의해 베어링 부재(110)가 감광체 드럼(12) 측으로 밀어붙여지고(화살표(8)의 방향), 대전 롤러(14)는 감광체 드럼(12)에 압접된다. 이것에 의해, 감광체 드럼(12)이 회전하면, 감광체 드럼(12)의 회전에 따라 대전 롤러(14)가 종동 회전하여 감광체 드럼(12)을 대전시키고, 또한 대전 롤러(14)의 회전에 따라 클리닝 롤러(100)가 종동 회전하여 대전 롤러(14)를 클리닝한다.

다음으로, 본 실시예의 작용에 대해서 설명한다.

도 5 및 도 6(또한, 도 6은 도 5의 확대도)에 나타낸 바와 같이, 클리닝 롤러(100)를 대전 롤러(14)에 압접시키기 때문에, 상기 압접력에 의해 클리닝 롤러(100)에는 휨이 발생하게 된다.

여기서, 도 7에는 클리닝 롤러(100)의 스펀지층(100B)으로서 사용되는 다공질 탄성체의 응력-휨 곡선이 도시되어 있으며, 50×380×380㎜의 벌크(bulk) 형상의 다공질 탄성체(RR80(Inoac Corporation 제조) 사용)에 φ50㎜의 금속성 원반을 식입시키고, 이 식입량에 대응하는 응력을 계측(計測)하여 상기 응력과 휨률(압축률이라고도 함)의 관계를 구한 것이다.

이 응력-휨 곡선에서는, 다공질 탄성체의 식입량을 증가시켜 가는 방향(가 중(加重) 방향; 휨률이 상승하는 방향)과 식입량을 감소시켜 가는 방향(발중(拔重) 방향; 휨률이 감소하는 방향)에서는 히스테리시스(hysteresis)가 있고, 가중 방향이 휨률에 대하여 응력값이 더 크기 때문에, 최대 허용 압축률 α의 계산에는 가중 시의 곡선을 사용한다.

여기서, 다공질 탄성체의 휨률이 1O∼40%인 범위에서는, 피(被)측정체인 다공질 탄성체가 소위 스펀지로서의 기계적 특성(즉, 식입량이 증가하여도 응력값이 증가하지 않음)을 나타내고 있다.

따라서, 다공질 탄성체의 휨률이 10%∼40%로 되는 평균 응력 P[㎪](이하, 단순히 「평균 응력 P」라고 하는 경우도 있음)의 200%에 상당하는 응력을 부여했을 때의 다공질 탄성체의 압축률에서는, 다공질 탄성체의 셀이 압축되어 거의 찌부러진 상태로 된다.

그리고, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200% 이상에 상당하는 응력에서는 압축 영구 변형이 발생하고, 다공질 탄성체의 셀 내부에 외첨제를 수용할 수 없게 되며, 다공질 탄성체의 셀 내부에서 대전 롤러 상의 외첨제나 토너를 응집시켜 대전 롤러, 감광체 드럼으로 되돌린다는 클리닝 기능이 발현되지 않게 된다. 따라서, 최대 허용 압축률 α를 구할 때, 다공질 탄성체에 부여하는 한계 응력을 평균 응력 P의 200%에 상당하는 응력으로 하고 있다.

구체적으로는, 다공질 탄성체의 휨률 10%∼40% 범위의 응력값의 평균값으로부터 평균 응력 P=11.8[㎪]이 구해진다. 이 평균 응력 P[㎪]의 200% 시의 응력 P'는 P×200[%]/100=23.6[㎪]으로 되고, P'에 상당하는 압축률, 즉, 최대 허용 압축 률 α는 56%로 된다.

여기서, 스펀지층(100B)의 식입량이 지나치게 크면, 대전 롤러(14)의 저항 상승이 발생하여, 프린트 샘플 상에서 스트라이프가 발생하는 등의 트러블이 생기고, 또한 대전 롤러(14)의 수명이 짧아진다는 문제가 생긴다.

따라서, 스펀지층(100B)의 대전 롤러(14)로의 식입량((R1+R2)-L)은 최대 허용 압축률 α에 의거하여 얻어진 식입량(T×α/100; T는 스펀지층(100B)의 두께)보다도 작게 할 필요가 있다. 즉, T×α/100>(R1+R2)-L로 된다.

표 1은, 각 실시예 (1) 내지 (5)에 있어서, 클리닝 롤러(100)의 외경 등의 치수를 변경하고, 각 조건에서의 대전 롤러(14)의 축방향에서 클리닝 성능에 대해서 나타내고 있다.

[표 1]

본 실험에서는 대전 롤러(14)의 외경을 φ14, 대전 롤러(14) 샤프트(14A)의 외경을 φ8로 하고, 클리닝 롤러(100)의 외경은 φ10, φ9, φ8로 했다. 또한, 클리닝 롤러(100)의 스펀지층(100B)의 두께 T는 2㎜, 3㎜, 재질은 RR80, 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)의 외경은 클리닝 롤러(100)의 외경에 대응하여 φ6, φ5, φ4로 했다.

이들 클리닝 롤러(100)를 후지제록스사(Fuji Xerox Co., Ltd.) 제조의 화상 형성 장치에 장착하고, 고온·고습(28℃, 85%) 환경에서 50,000매 인자(印字)를 행한 후, 저온·저습(10℃, 15%) 환경에서 인자 테스트를 행하였다. 화질 평가는 50,000매 주행 후의 저온·저습 환경에 대해서 하프톤 화상 중에서의 색 스트라이프 유무에 따라 이하의 기준으로 판정했다.

○: 색 스트라이프 등의 결함 없음.

△: 매우 경미한 색 스트라이프 발생.

×: 색 스트라이프 발생.

또한, 대전 롤러(14)의 오염 평가는 50,000매 주행 후의 대전 롤러에 대해서 이하의 기준으로 목시(目視) 평가했다.

○: 이물 부착 거의 없음.

△: 부분적으로 경미한 이물 부착(롤러 상, 백색부와 흑색부가 희미하게 보임).

×: 이물의 부분적인 고착(固着)(롤러 상, 백색부와 흑색부가 명확히 보임).

여기서, 각 평가에서의 △는 문제가 거의 없는 레벨이지만, ○로 되어 있는 것이 보다 바람직하다.

표 1에 있어서, 도트가 형성되어 있는 영역의 조건, 즉, 스펀지층(100B)의 최대 압축률 α가 56% 미만(최대 식입량이 0.56T 미만)이며, 스펀지층(100B) 중앙부의 압축률이 6% 이상인 경우, 대전 롤러(14)의 축방향 전역에 걸쳐 색 스트라이프 및 오염은 발생하지 않았다.

여기서, 스펀지층(100B)의 두께가 3㎜인 경우는, 스펀지층(100B)의 두께가 2㎜인 경우와 비교하여, 스펀지층의 두께가 큰 만큼 압축률이 작아지기 때문에, T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 조건을 충족시키는 범위가 2㎜의 경우보다도 넓어진다. 이하, 스펀지층(100B)의 두께가 2㎜인 경우에 대해서 설명한다.

스펀지층(100B)의 두께가 2㎜인 경우, 스펀지층(100B)의 최대 식입량은 T×α/100=2×0.56/100=1.12㎜로 된다. 따라서, 표 1에 있어서, 스펀지층(100B)의 식입량이 1㎜, 1.12㎜, 1.25㎜인 경우를 살펴보면, 식입량이 1.12㎜, 1.25㎜인 경우에는, 대전 롤러(14)의 단부에서 외첨제나 토너의 필리밍이 발생하고, 대전 롤러(14)의 부피 저항이 상승하여 특히 전면 균일 화상 등에서는 현저한 색 스트라이프가 발생했다. 즉, T×α/100>(R1+R2)-L을 입증하는 결과를 얻을 수 있었다.

한편, 스펀지층(100B) 중앙부의 압축률이 5% 이하인 경우, 대전 롤러(14)의 중앙부에서 하프톤 화상 중의 색 스트라이프 발생이 나타나고, 또한 대전 롤러(14) 중앙부에서 오염이 발생했다.

도 8에는 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)의 외경이 φ6, φ5, φ4일 때의 스펀지층(100B) 중앙부의 식입량과 단부의 식입량을 비교한 결과가 도시되어 있다.

이것에 의하면, 스펀지층(100B) 중앙부의 식입량은 단부의 식입량보다도 작고, 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)의 외경이 작아질수록 중앙부의 식입량과 단부의 식입량 비율은 커지고 있음을 알 수 있다. 즉, 샤프트(100A) 직경이 작아질수록 샤프트(100A)의 휨량이 커지고, 스펀지층(100B) 중앙부의 압축률이 작아지게 된다.

그런데, 스펀지층(100B)의 외경 치수에는 공차(公差)가 있으며, 특히 작은 직경의 클리닝 롤러(100)(φ5∼φ15)를 사용할 경우, 스펀지층(100B)의 두께가 1㎜∼4㎜ 정도이면, 공차는 0.05㎜∼0.1㎜이다.

이 공차 때문에, 스펀지층(100B)의 두께에 대한 압축률을 환산하면, 압축률에서는 3%∼5%의 편차가 생기게 된다. 특히 압축률이 작을 경우에는, 상기 공차에 의한 영향을 받게 된다.

따라서, 표 1에 있어서, 스펀지층(100B) 중앙부의 압축률이 5% 이하인 경우, 실질적으로, 스펀지층(100B)의 식입이 둘레 방향에서 0으로 되는(스펀지층(100B)이 대전 롤러(14)에 식입되지 않은) 부분이 생기고 있을 가능성도 있다. 이와 같이, 스펀지층(100B)의 식입이 둘레 방향에서 0으로 된 경우, 대전 롤러(14)의 클리닝 성능이 저하되어 클리닝이 양호하게 실행되지 않고, 대전 롤러(14)의 오염이 발생한다.

따라서, 스펀지층(100B)의 외경 치수의 공차를 고려하면, 스펀지층(100B) 중앙부의 압축률은 6%보다도 큰 것이 필요하게 된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 대전 롤러(14)의 샤프트(14A)와 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)의 양단부 축심의 이간 거리를 L로 하고, 대전 롤러(14)의 반경을 R1, 클리닝 롤러(100)의 반경을 R2로 하면, 스펀지층(100B) 양단부의 대전 롤러(14)로의 식입량은 (R1+R2)-L로 된다.

그리고, 샤프트(100A)의 축방향 중앙부의 휨량을 B로 하면, 스펀지층(100B) 중앙부의 대전 롤러(14)로의 식입량은 (R1+R2)-L-B로 되고, 샤프트(100A)의 축방향 에 따른 각 단면에서 본 경우의 최소값으로 된다.

이 식입이 0보다 큰 것이 필요하기 때문에, (R1+R2)-L-B>0으로 되고, (R1+R2)-L>B의 관계가 얻어진다. 또한, 샤프트(100A)의 축방향 중앙부의 휨량 B는 B>0이기 때문에, (R1+R2)-L>B>0으로 된다.

이상에 의해, T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계가 얻어지고, 이 조건을 충족시킴으로써, 대전 롤러(14)에 의한 감광체 드럼(12)으로의 양호한 대전성과, 클리닝 롤러(100)에 의한 대전 롤러(14)의 양호한 클리닝 성능을 얻을 수 있다.

또한, 클리닝 롤러(100)의 샤프트(100A)가 작은 직경인 경우에도, 클리닝 성능의 저하나 대전 롤러(14)의 저항 상승이나 출력 화상의 스트라이프 발생 등의 문제가 생기지 않는 화상 형성 장치(10)를 제공하는 것이 가능해지고, 소형이며 비용이 저렴한 화상 형성 장치(10)를 얻을 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 의해 상세하게 설명했지만, 본 발명이 이들에 한정되지는 않아, 본 발명의 범위 내에서 다른 다양한 형태를 실시할 수 있다.

예를 들어 감광체 드럼(12)의 하방부에 대전 롤러(14)를 접촉시키고, 그 대전 롤러(14)의 하방부에 클리닝 롤러(100)를 접촉시키는 구성으로 하고 있지만, 감광체 드럼(12), 대전 롤러(14), 및 클리닝 롤러(100)의 위치 관계가 이것에 한정되지는 않는다. 예를 들어 감광체 드럼의 상방부에 대전 롤러를 접촉시키고, 그 대전 롤러의 상방부에 클리닝 롤러를 접촉시키는 구성 등에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 화상 형성 장치의 소형화 관점에서, 상기 실시예에서는 대전 롤러가 감광체에 의해 종동 회전되는 예를 설명했지만, 대전 롤러가 전용 구동 장치에 의해 회전 구동되는 것일 수도 있다.

또한, 본 발명을 적용하는 화상 형성 장치에 대해서는, 상술한 실시예와 같이, 회전식 현상기(18)를 사용하여 감광체 드럼(12)으로의 토너상 형성을 4회 반복적으로 행하는 4사이클 방식의 구성에 한정되지는 않는다. 예를 들어 중간 전사 벨트의 이동 방향을 따라 황색, 자홍색, 청록색, 흑색의 화상 형성 유닛을 병설(竝設)하는 구성일지라도, 각 화상 형성 유닛의 감광체 드럼, 대전 롤러, 및 클리닝 롤러에 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 상술한 구성의 클리닝 롤러는 대전 롤러를 청소하는 것에 한정되지 않는다. 샤프트 둘레를 회전하는 임의의 회전체 표면을 청소하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 대전 롤러에 의한 상담지체로의 양호한 대전성과, 클리닝 롤러에 의한 대전 롤러의 양호한 클리닝 성능을 얻을 수 있다.

Claims

구동력을 받아 회전하는 상담지체(像擔持體)와, 상기 상담지체에 맞닿아 상기 상담지체를 대전(帶電)시키는 대전 롤러와, 상기 대전 롤러에 맞닿아 종동(從動) 회전하고, 상기 대전 롤러를 클리닝하는 클리닝 롤러를 갖는 화상 형성 장치로서,

상기 클리닝 롤러가, 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 상기 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 설치된 다공질 탄성층을 포함하여 구성되며,

상기 대전 롤러를 회전 가능하게 축지지하는 대전 롤러용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간(離間) 거리를 L[㎜], 상기 대전 롤러의 반경(半徑)을 R1[㎜], 상기 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 상기 클리닝 롤러의 반경을 R2[㎜], 상기 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때,

T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시키는 화상 형성 장치.

(여기서, 최대 허용 압축률 α[%]는, 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 있어서, 다공질 탄성층의 압축률이 10%∼40%로 되는 응력의 평균값을 평균 응력 P[㎪]로 할 때, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200%의 응력을 상기 다공질 탄성층에 부여했을 때의 다공질 탄성층의 최대 압축률임.)
제 1 항에 있어서,

상기 다공질 탄성층이 우레탄계 수지 또는 고무 재료의 발포체(發泡體)로 형성되는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 다공질 탄성층이 폴리우레탄을 함유하는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 클리닝 롤러용 샤프트가 쾌삭강(快削鋼) 또는 스테인리스강을 포함하여 형성되는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대전 롤러가 표면층을 갖고, 상기 표면층이 불소계 또는 실리콘계 수지로 형성되는 화상 형성 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 표면층이 불소 변성 아크릴레이트 폴리머를 함유하는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대전 롤러가 상기 상담지체에 의해 회전되는 화상 형성 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대전 롤러가 구동 기구에 의해 회전 구동되는 화상 형성 장치.
토너 화상이 형성되는 상담지체에 맞닿고, 상기 상담지체를 대전하는 대전 롤러와, 상기 대전 롤러에 맞닿음으로써 종동 회전하고, 상기 대전 롤러를 클리닝하는 클리닝 롤러를 구비하는 대전 장치로서,

상기 클리닝 롤러는 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 상기 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 형성된 다공질 탄성층을 포함하여 구성되며,

상기 대전 롤러를 회전 가능하게 축지지하는 대전 롤러용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간 거리를 L[㎜], 상기 대전 롤러의 반경을 R1[㎜], 상기 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 상기 클리닝 롤러의 반경을 R2[㎜], 상기 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때,

T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시키는 대전 장치.

(여기서, 최대 허용 압축률 α[%]는, 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 있어서, 다공질 탄성층의 압축률이 1O%∼4O%로 되는 응력의 평균값을 평균 응력 P[㎪]로 할 때, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200%의 응력을 상기 다공질 탄성층에 부여했을 때의 다공질 탄성층의 최대 압축률임.)
제 9 항에 있어서,

상기 다공질 탄성층이 우레탄계 수지 또는 고무 재료의 발포체로 형성되는 대전 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 다공질 탄성층이 폴리우레탄을 함유하는 대전 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 클리닝 롤러용 샤프트가 쾌삭강 또는 스테인리스강을 포함하여 형성되는 대전 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 대전 롤러가 표면층을 갖고, 상기 표면층이 불소계 또는 실리콘계 수지로 형성되는 대전 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 표면층이 불소 변성 아크릴레이트 폴리머를 함유하는 대전 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 대전 롤러가 상기 상담지체에 의해 회전되는 대전 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 대전 롤러가 구동 기구에 의해 회전 구동되는 대전 장치.
회전 가능하게 축지지되는 샤프트를 갖는 회전체를 청소하는 클리닝 장치로서,

상기 클리닝 장치는,

상기 회전체에 맞닿아 상기 회전체를 청소하는 클리닝 롤러를 구비하고, 상기 클리닝 롤러는 회전 가능하게 축지지된 클리닝 롤러용 샤프트와, 상기 클리닝 롤러용 샤프트 둘레에 형성된 다공질 탄성층을 포함하여 구성되며,

상기 회전체를 회전 가능하게 축지지하는 회전체용 샤프트 및 클리닝 롤러용 샤프트의 양단부 축심의 이간 거리를 L[㎜], 상기 회전체의 반경을 R1[㎜], 상기 다공질 탄성층의 두께를 T[㎜], 상기 클리닝 롤러의 반경을 R2[㎜], 상기 클리닝 롤러용 샤프트의 축방향 중앙부의 휨량을 B[㎜], 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 의한 최대 허용 압축률을 α[%]로 했을 때,

T×α/100>(R1+R2)-L>B>0의 관계를 충족시키는 클리닝 장치.

(여기서, 최대 허용 압축률 α[%]는, 상기 다공질 탄성층의 압축 시의 응력-휨 곡선에 있어서, 다공질 탄성층의 압축률이 10%∼40%로 되는 응력의 평균값을 평균 응력 P[㎪]로 할 때, 상기 평균 응력 P[㎪]의 200%의 응력을 상기 다공질 탄성층에 부여했을 때의 다공질 탄성층의 최대 압축률임.)
제 17 항에 있어서,

상기 다공질 탄성층이 우레탄계 수지 또는 고무 재료의 발포체로 형성되는 클리닝 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 다공질 탄성층이 폴리우레탄을 함유하는 클리닝 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 클리닝 롤러용 샤프트가 쾌삭강 또는 스테인리스강을 포함하여 형성되는 클리닝 장치.