JP2004258064A - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度に加工でき、両端で発生する放電を防止することができる帯電装置を提供する。
【解決手段】感光体（像担持体）１４の画像形成領域外Ａ２に当接することにより画像形成領域内Ａ１にて帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐを形成するギャップ保持部材６３を備えた帯電ローラ（帯電装置）４５において、帯電部材本体６２がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、ギャップ保持部材６３が帯電部材本体６２より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さｔ２が１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、帯電部材本体６２の両端に段差６４を形成し、その段差６４の深さｄを調整してギャップＧｐの最大値が１００μｍ以下となるようにギャップ保持部材６３を設ける。
【選択図】 図３
【解決手段】感光体（像担持体）１４の画像形成領域外Ａ２に当接することにより画像形成領域内Ａ１にて帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐを形成するギャップ保持部材６３を備えた帯電ローラ（帯電装置）４５において、帯電部材本体６２がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、ギャップ保持部材６３が帯電部材本体６２より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さｔ２が１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、帯電部材本体６２の両端に段差６４を形成し、その段差６４の深さｄを調整してギャップＧｐの最大値が１００μｍ以下となるようにギャップ保持部材６３を設ける。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ギャップ保持部材を像担持体の画像形成領域外に当接することにより画像形成領域内にて帯電部材本体と像担持体との間にギャップを形成して、像担持体を帯電する帯電装置、及びその帯電装置を備える、プリンタ、ファクシミリ、複写機、またはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の帯電装置は、従来、スコロトロン等のチャージャ方式が主流であったが、オゾン等の放電生成物が大量に発生するという問題があり、近年、ローラやブラシ等の帯電部材本体を備えた帯電装置を感光体に直接接触させる接触式が広く使用されるようになった。
【０００３】
この接触式の帯電装置では、接触により帯電部材本体の表面に感光体の表面のトナーが付着して汚れ、感光体への帯電ムラをおこしてしまうという問題があった。また、帯電部材本体が感光体ユニットとして、感光体とユニット化されている場合が多く、帯電部材本体を交換するには、感光体ユニット全体を交換しなければならず、帯電装置の寿命を低下させる大きな要因となっている。この帯電部材本体に付着するトナーを低減するための技術として、帯電部材本体と感光体との間に微小のギャップを設ける方法がある。
【０００４】
その１つとして、例えば、画像形成領域外である帯電部材本体の両端の周上にフィルム状のギャップ保持部材を取り付けて、外径が他の部分よりも大きくなった帯電装置の両端を感光体に当接して、感光体と帯電装置との間に微少なギャップを形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１等）。
【０００５】
しかし、帯電装置がゴム製の帯電ローラの場合、（１）切削加工で帯電ローラの外径寸法などを高精度に加工することが難しい、（２）帯電ローラの熱による膨張率が大きいので、周囲の温度によって帯電ローラと感光体とのギャップが大きく変動してしまい、ギャップを正確に保つことが困難であるといった問題があった。
一方、帯電装置が樹脂製の帯電ローラ（例えば、特許文献２等）の場合、切削加工が容易であるため帯電ローラの外径寸法などを高精度に加工することが可能である。しかし、ゴム製に比べて高硬度であるため、ギャップ保持部材としてフィルムを使用すると、帯電ローラと感光体との間でフィルムが摩耗してしまうという問題があった。
【０００６】
加えて、感光体として有機感光体を使用した場合には、有機感光体上のフィルムが当接する部分が損傷するという問題もある。
さらに、単にフィルムを取り付けただけでは長期間使用した場合に、フィルムが帯電ローラから剥がれる恐れがあり、帯電ローラとフィルムを接着剤で接着すると、接着剤の塗布ムラが感光体と帯電ローラとの間の数十μｍの微少なギャップの形成に影響を与え、好ましくない。
【０００７】
そこで、帯電ローラの両端に段差や溝を設け、その段差や溝に円環状のギャップ保持部材を嵌め付けて固定し、外径が他の部分よりも大きくなった帯電ローラの両端を感光体に当接して、ギャップを形成する方法が開示されている（例えば、特許文献３等）。
【０００８】
しかし、このような方法では、ギャップ保持部材を取り付けた外側においても、ギャップ保持部材を取り付けた内側と同等に帯電ローラから感光体への放電が発生するため、放電の影響により感光体が局部的に摩耗してしまう恐れがある。すると、その感光体と帯電ローラとの間に帯電バイアスのリークが発生したり、クリーニング不良によるトナー固着が発生して帯電ギャップが広がり異常放電による帯電ムラが発生しやすくなる等の課題があった。
【０００９】
このため、帯電ローラの両端の周上に体積抵抗値の高いギャップ保持部材を設け、両端における放電を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献４、特許文献５等）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１９４８６８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３７５１５号公報
【特許文献３】
特開２００２−５５５０８号公報
【特許文献４】
特開平７−１０４５５７号公報
【特許文献５】
特開平７−１９９５９９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法では、帯電ローラと感光体との間の微小なギャップを形成するにあたり、ギャップ保持部材の厚さをあまり厚くすることができない。そのため、体積抵抗値の高い材料を使用していながら十分な放電防止の効果がえられないという問題があった。
そこで、この発明の第１の目的は、高精度に加工でき、両端で発生する放電を防止することができる帯電装置を提供することにある。
【００１２】
この発明の第２の目的は、耐久性のある帯電装置を提供することにある。
【００１３】
この発明の第３の目的は、帯電ムラを防止するとともに、帯電部材と像担持体との間で過剰な放電を防止することにある。
【００１４】
この発明の第４の目的は、上記それぞれの目的を達成する画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
この発明の第５の目的は、部品交換が容易な画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明は、像担持体の画像形成領域外に当接することにより画像形成領域内にて帯電部材本体と前記像担持体との間にギャップを形成するギャップ保持部材を備えた帯電装置において、
前記帯電部材本体がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、
前記ギャップ保持部材が前記帯電部材本体より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さ１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、
前記帯電部材本体の両端に段差を形成し、該段差に前記ギャップの最大値が１００μｍ以下となるように前記ギャップ保持部材を設けることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の帯電装置において、前記ギャップ保持部材が、前記帯電部材本体の両端の側面を被覆することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の帯電装置において、前記帯電部材本体を導電性の芯金を覆って略円筒状に形成し、前記帯電部材本体の両端に延出する前記芯金を軸受に回転自在に取り付けたとき、前記ギャップ保持部材が前記軸受に接触しないように前記芯金に段部を設けて前記軸受に取り付けることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記帯電部材本体にＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスのピーク間電圧が前記帯電部材本体と前記像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上であり、前記ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］が前記像坦持体の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］との間に
７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電装置。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、画像形成装置において、請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像形成装置において、前記像坦持体と前記帯電装置とを一体に着脱可能に備えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。は、この発明による画像形成装置の一例としての小型カラープリンタの全体概略構成図である。図中符号Ａは、プリンタの装置本体である。装置本体Ａ内には、図中右下から左上へと斜めに転写材搬送路Ｐを設ける。転写材搬送路Ｐ上には、その搬送路Ｐに沿って右下から左上へと、イエロ・マゼンタ・シアン・ブラックの４つの単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂを順に並べてタンデム型に備える。
【００２３】
各単色作像手段１０は、感光体ユニット１２Ｙ・１２Ｍ・１２Ｃ・１２Ｂと現像ユニット１３Ｙ・１３Ｍ・１３Ｃ・１３Ｂとで構成し、各々装置本体Ａに対して着脱自在とする。そして、各感光体ユニット１２Ｙ・１２Ｍ・１２Ｃ・１２Ｂには、それぞれドラム状の感光体（像担持体）１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂを備える。
【００２４】
感光体１４Ｂ，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃは、導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とが、積層形成されている。
導電性支持体は、体積抵抗値が１０４Ωｃｍ以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの、等が用いられる。
【００２５】
下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤を用いて塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ、等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。この下引き層は、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、０〜５μｍが適当である。
【００２６】
電荷発生層は、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層の膜厚は、通常は０．０１〜５μｍである。
【００２７】
電荷輸送層は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン、１，３，７−トリニトロジベンゾチオフェン−５，５−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。電荷輸送材料と共に電荷輸送層に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００２８】
電荷輸送層の厚さは、５〜３０μｍの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。また、感光体には、表層として感光層の保護及び耐久性の向上を目的に保護層を形成しても良い。
【００２９】
現像ユニット１３Ｙ・１３Ｍ・１３Ｃ・１３Ｂは、同一の構成であり、使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式である。すなわち、現像ユニット１３Ｙはイエロー色のトナーを使用し、現像ユニット１３Ｍはマゼンタ色のトナーを使用し、現像ユニット１３Ｃはシアン色のトナーを使用し、現像ユニット１３Ｂはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像ユニット内には、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が収容されている。
【００３０】
現像ユニット１３Ｙ・１３Ｍ・１３Ｃ・１３Ｂは、それぞれ感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂに対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等を備える。現像ローラは、回転自在のスリーブの内側に固定された磁石を備えてなる。そして、トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。
【００３１】
トナーは、結着樹脂、着色剤、電荷制御剤を主成分とし、必要に応じて、他の添加剤が加えられて構成されている。結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂、等を用いることができる。トナーに使用される着色材（例えばイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）としては、トナー用として公知のものが使用できる。着色材の量は結着樹脂１００重量部に対して０．１から１５重量部が適当である。
【００３２】
電荷制御剤の具体例としては、ニグロシン染料、含クロム錯体、第４級アンモニウム塩などが用いられ、これらはトナー粒子の極性により使い分けされる。荷電制御剤量は、結着樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部である。
トナー粒子には、流動性付与剤を添加しておくのが有利である。流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子、などが用いられる。これら流動性付与剤の粒径は０．０１〜３μｍの範囲のものが使用される。これら流動性付与剤の添加量は、トナー粒子１００重量部に対して０．１〜７．０重量部の範囲が好ましい。
【００３３】
本発明に係わる二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知の方法、またはそれらを組み合わせた方法により製造することができる。例えば、混練粉砕法では、結着樹脂とカーボンブラックなどの着色材及び必要とされる添加剤を乾式混合し、エクストルーダー又は二本ロール、三本ロール等にて加熱溶融混練し、冷却固化後、ジェットミルなどの粉砕機にて粉砕し、気流分級機により分級してトナーが得られる。また、懸濁重合法や非水分散重合法により、モノマーと着色材、添加剤から直接トナーを製造することも可能である。
【００３４】
キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトである。この芯物質の粒径は２０〜６０μｍ程度が適当である。
【００３５】
キャリア被覆層形成に使用される材料としては、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルケトンがある。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
【００３６】
そのような単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂ上には、それら単色作像手段１０に沿って、書込みユニット１６を斜めに設ける。書込みユニット１６は、各色毎に用意されたレーザダイオード（ＬＤ）方式の４つの光源と、６面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される１組のポリゴンスキャナと、各光源の航路に配置されたｆθレンズ、長尺ＷＴＬ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体上に照射される。
【００３７】
他方、単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂの下には、転写材搬送路Ｐを挟んで、無端ベルト状の転写ベルト１８を張り渡す。転写ベルト１８は、図示例では、４つの支持ローラ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄに掛け回し、感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂに接触して一部を転写材搬送路Ｐに沿って設け、不図示の駆動装置により図中反時計まわりに回転搬送可能とする。
【００３８】
転写ベルト１８の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
【００３９】
転写ベルト１８の内側には、各感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂごとに対応して、それぞれバックアップローラ２０Ｙ・２０Ｍ・２０Ｃ・２０Ｂと転写ブラシ２１Ｙ・２１Ｍ・２１Ｃ・２１Ｂを配置する。バックアップローラ２０Ｙ・２０Ｍ・２０Ｃ・２０Ｂは、転写ベルト１８および転写紙を各感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂに密着する。また、転写ブラシ２１Ｙ・２１Ｍ・２１Ｃ・２１Ｂには、不図示の電源より転写バイアスを供給する。図示例では、転写ブラシであるが、非接触のチャージャとしてもよい。
【００４０】
転写材搬送路Ｐに沿って、転写ベルト１８の上流位置にはレジストローラ対２３を、下流位置には定着ユニット２４を設ける。定着ユニット２４は、無端ベルトである定着ベルト２５に加圧ローラ２６を押し当て、出口に排出ローラ対２７を備えて構成する。
定着ユニット２４の下流には、装置本体Ａに取り付けて反転ユニット２９を設ける。反転ユニット２９は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラと、対をなす複数の搬送ガイド板とからなり、転写紙をそのまま排出したり、反転して排出したり、再び装置本体Ａに戻したりする。
また、定着ユニット２４の別の下流には、転写材搬送路Ｐから分岐して反転排紙路Ｐ１を形成し、その先に、装置本体Ａ上の排紙スタック部３０へと転写紙を排出する排出ローラ対３１を設ける。
【００４１】
一方、転写ベルト１８の下には、その張り渡し方向に沿って、反転ユニット２９で反転した転写紙を、一対のガイド板３２間で案内して再給紙する両面ユニット３３を斜めに配置する。
両面ユニット３３は、対をなす搬送ガイド板と、それぞれ対をなす４組の搬送ローラとからなり、転写紙の両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニット２９に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙を受け入れて、それを分離給紙部３５に向けて搬送する。
【００４２】
両面ユニット３３の下には、給紙カセット３４を上下２段に備える。給紙カセット３４には、各々サイズの異なる、用紙やＯＨＰフィルム等の転写紙を積載して収納する。そして、各々その転写紙を１枚ずつ分離して給紙する分離給紙部３５を設ける。
【００４３】
分離給紙部３５の図中右側には、分離給紙部３５から給紙する転写紙、および両面ユニット３３を通して再給紙する転写紙を、転写材搬送路Ｐのレジストローラ対２３へと導く給紙路Ｐ２を備える。
また、装置本体Ａの図中右側には、手差し部を設け、そこに開閉自在に手差しトレイ３６を取り付ける。手差し部には、手差しトレイ３６上の転写紙を１枚ずつ分離して給紙する給紙部３７を設け、その給紙部３７から給紙した転写紙をレジストローラ対２３へと導く手差し給紙路Ｐ３を備える。
【００４４】
このカラープリンタを用いて転写紙にカラー画像を形成するときは、例えばパーソナルコンピュータからの信号に基づき分離給紙部３５を選択的に駆動し、１の給紙カセット３４内の転写紙を１枚ずつ分離して繰り出し、給紙路Ｐ２に入れてレジストローラ対２３に突き当てて止める。または、手差し給紙部３７を駆動し、手差しトレイ３６上の転写紙を１枚ずつ分離して繰り出し、手差し給紙路Ｐ３に入れてレジストローラ対２３に突き当てて止める。
【００４５】
一方、各単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂでは、個々の感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂを回転して各感光体上にそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの単色トナー画像を形成する。同時に、不図示の駆動モータで支持ローラ１９Ａを回転駆動して他の支持ローラ１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを従動回転し、転写ベルト１８を回転搬送する。
【００４６】
そして、感光体の回転にタイミングを合わせてレジストローラ対２３を回転し、転写紙を転写材搬送路Ｐに入れて、単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂと転写ベルト１８との間に送り込み、転写ベルト１８の回転搬送によりその転写紙を搬送する。このとき転写紙は、転写ベルト１８の入口付近に配設している支持ローラ１９Ｂにより帯電され、それにより転写ベルト１８の表面に静電的に吸着される。その搬送とともに、個々の感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂ上の単色トナー画像を転写ブラシ２１Ｙ・２１Ｍ・２１Ｃ・２１Ｂで転写し、該転写紙上に合成フルカラー画像を形成する。
【００４７】
画像転写後の転写紙は、定着ユニット２４へと送り込み、転写画像を定着して後、排出ローラ対２７で排出する。そして、フェイスダウン状態で排出するときは、不図示の切換爪で切り換えて反転排紙路Ｐ１へと導き、排出ローラ対３１で排出して排紙スタック部３０上に頁順にスタックする。フェイスアップ状態で排出するときは、不図示の切換爪で切り換えて反転ユニット２９へと導き、そのままストレートに排出する。
【００４８】
片面記録済み転写紙の裏面にも記録を行うときは、同様に不図示の切換爪で切り換えて反転ユニット２９へと導き、その反転ユニット２９で反転して後、両面ユニット３３へと導き、再び給紙路Ｐ２に入れてレジストローラ対２３に突き当てて止める。そして、再度、転写材搬送路Ｐに入れて、単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂと転写ベルト１８との間に送り込み、裏面にも合成フルカラー画像を形成した後、定着ユニット２４で定着し、例えば反転排紙路Ｐ１を通して排出ローラ対３１で排出して排紙スタック部３０上にスタックする。
【００４９】
次に、このカラープリンタを用いて転写紙に白黒画像を形成する動作を説明する。このカラープリンタが、例えばパーソナルコンピュータからの信号に基づき白黒の画像データを受け取ると、転写ベルト１８が駆動ローラ１９Ａを中心として、図１において時計回りに回動し、マゼンタ、シアン、イエローの感光体１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙから離間する。ブラックの感光体１４Ｂが時計回り方向に回転し、感光体１４Ｂの表面が帯電ローラにより一様に帯電される。そして、さらに感光体ユニット１２Ｂの感光体１４Ｂには、ブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像ユニット１３Ｂの位置に達すると、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。この際、ブラック以外の３色の画像形成部は停止しており、不要な消耗を防止する。
【００５０】
一方、給紙カセット３４から転写紙が分離給紙部３５により給紙され、それが転写ベルト１８の直前に設けられているレジストローラ対２３により、ブラックの感光体１４Ｂ上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙は、転写ベルト１８の入口付近に配設している支持ローラ１９Ｂにより帯電され、それにより転写ベルト１８の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙は、転写ベルト１８に吸着した状態で搬送されるので、転写ベルト１８がマゼンタ、シアン、イエローの感光体１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙから離間していてもブラックの感光体１４Ｂまで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。その転写紙は、フルカラー画像の場合と同様に定着ユニット２４で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以後、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
【００５１】
なお、転写紙を安定して静電吸着搬送するために転写ベルト１８は少なくとも表層が高い電気抵抗値を有する材料で構成する必要がある。転写ベルト１８の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
【００５２】
次に、感光体ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂについて詳細に説明する。この例の感光体ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂは、トナーの色が異なる以外は、全て同一の構成、作用であるので、以下では、便宜上、感光体ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂを感光体ユニット１２と代表して称し、感光体１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂを感光体１４と代表して称して説明する。
【００５３】
感光体ユニット１２には、図２に示すように、矢印Ｃ方向に線速１２５ｍｍ／ｓｅｃで回転する外径３０ｍｍの感光体１４に接触して、帯電ローラ（帯電装置）４５、ブラシローラ４６、クリーニングブレード４７をそのＣ方向に沿って備える。ブラシローラ４６は、感光体１４の回転に同期して時計方向に回転する。また、帯電ローラ４５の感光体１４と接触する位置と略反対側には、クリーニングブラシ４９を帯電ローラ４５に接触して備える。さらに、ブラシローラ４６の感光体１４と接触する位置と略反対側には、トナー搬送オーガ４８を備える。
【００５４】
ブラシローラ４６は、感光体１４の表面に付着したトナーなどをクリーニングするものであり、クリーニングブレード４７は、同じく感光体１４の表面に付着したトナーなどを掻き取るためのものである。また、帯電ローラ４５は、感光体１４の表面を帯電させるためのものである。
【００５５】
さらに、クリーニングブラシ４９は、その帯電ローラ４５の表面に付着したトナーなどをクリーニングするためのものである。このクリーニングブラシ４９は、直径６ｍｍの金属芯に毛足０．５ｍｍの導電性繊維を静電植毛してある。クリーニングブラシ４９は、自重のみで帯電ローラ４５に回動自在に当接しており、帯電ローラ４５の回転に連れまわりしながら、帯電ローラ４５の表面を清掃する。スプリング等の加圧手段を使用せずに自重のみで当接しているので、金属芯の径が細くてもたわみは問題とならない。
【００５６】
そして、トナー搬送オーガ４８は、クリーニングブレード４７で掻き落とした廃トナーを、ブラシローラ４６を介して回収し、図１に示した廃トナー収納部３８に搬送するためのものである。
【００５７】
また、感光体ユニット１２には、画像形成装置本体Ａに対して着脱する際の基準として、位置決め主基準部５１を設けると共に、手前側位置決め従基準部５２と奥側位置決め従基準部５３とをブラケット５０にそれぞれ一体に設け、その感光体ユニット１２を装置本体Ａに装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット１２を所定の装着位置に確実に位置決めできるようにしている。
【００５８】
この例では、感光体１４と帯電ローラ４５をそれぞれの感光体ユニット１２内に一体に配置しているので、感光体ユニット１２を交換する際に感光体１４と帯電ローラ４５とのギャップの調整を行う必要がなく、ユーザでも感光体ユニット１２の交換が容易である。なお、この例では、感光体１４、帯電ローラ４５、ブラシローラ４６、クリーニングブレード４７、トナー搬送オーガ４８などが一体となった感光体ユニットについて説明したが、ブラシローラ４６、クリーニングブレード４７、トナー搬送オーガ４８などの感光体１４のクリーニング装置は、別のユニットとして構成してもよい。また、現像ユニット１３を感光体１４や帯電ローラ４５と一体のユニットとしてもよい。
【００５９】
この例の帯電ローラ４５は、詳しくは図３のようになっている。すなわち、帯電ローラ４５は、外径６〜１０ｍｍの円柱状で導電性の芯金６１と、両端からその芯金６１が延出するように覆って厚さｔ１が１〜３ｍｍの円筒状に形成した帯電部材本体６２と、その帯電部材本体６２の両端に形成された段差６４に設ける厚さｔ２が１００〜５００μｍのギャップ保持部材６３とを備えてなる。
【００６０】
芯金６１は、ステンレス等の金属からなる。芯金６１は、細すぎると切削時や感光体に加圧されたときのたわみの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい一方、太すぎると帯電ローラ４５が大型化したり、帯電ローラ４５の重量が重くなったりするので、外径６〜１０ｍｍの円筒形状でステンレス等の金属からなることが好ましい。
【００６１】
また、帯電部材本体６２は、１０６〜１０９Ωｃｍの中程度の体積抵抗値を持つ材料が好ましい。体積抵抗値が低すぎると感光体１４にピンホール等の欠陥があった場合に帯電バイアスのリークが発生しやすく、体積抵抗値が高すぎると放電が十分に発生せず均一な帯電電位を得ることができない。この帯電部材本体６２を形成するにあたり、基材となる樹脂に導電性材料を配合することで所望の体積抵抗値を得ることができる。
【００６２】
なお、基材となる樹脂は、成形性が良く成形加工が容易であることから、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン，ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）、ポリカーボネート、等の樹脂を用いるとよい。
【００６３】
また、導電性材料としては、四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物のようなイオン導電性材料が好ましい。
四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物としては、四級アンモニウム塩基を有するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソプレン、エチレンーエチルアクリレート共重合、エチレンーメチルアクリレート共重合、エチレンー酢酸サンビニル共重合、エチレンープロピレン共重合、エチレンーヘキセン共重合等のポリオレフィンが挙げられる。なお、四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物は、上記ポリオレフィン以外の高分子化合物であってもかまわない。
【００６４】
イオン導電性材料は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより、上述の基材樹脂に均一に配合される。配合された材料を芯金６１に射出成形、あるいは押出成形にすることにより、容易に円筒形状に成型することができる。イオン導電性材料と基材樹脂の配合量は、基材樹脂１００重量部に対して３０〜８０重量部が望ましい。
【００６５】
なお、円筒状の帯電部材本体６２の厚さｔ１が薄すぎると、成型が困難で、強度も弱い。厚さｔ１が厚すぎると、帯電ローラ４５が大型化するとともに、帯電部材本体６２の体積抵抗値が大きくなるため帯電効率が低下する。また、帯電部材本体６２には、コーティングなどによりトナー等が付着しにくい保護層を数十μｍの厚さで形成してもよい。段差６４は、加工成形において、帯電部材本体６２を切削して外径を整える際に、帯電部材本体６２の両端に形成するとよい。
【００６６】
ギャップ保持部材６３は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等からなる絶縁性のフッ素系樹脂材料の熱収縮性チューブである。なお、ギャップ保持部材６３の厚さは、薄すぎると感光体１４との摩擦によって延びて帯電部材本体６２から外れてしまうため、１００〜５００μｍとすることが好ましい。また、ギャップ保持部材６３の硬度は、帯電部材本体６２よりも低くする。
【００６７】
このような構成の帯電部材本体６２は離型性に優れるため、帯電部材本体６２の表面に接着剤を塗布することは困難であるので、ギャップ保持部材６３は、帯電部材本体６２を熱収縮させて、段差６４に取り付ける。したがって、接着剤を用いずに取り付けることができ、接着剤の厚みを考慮せずにギャップ保持部材６３を設けることができる。
【００６８】
ギャップ保持部材６３を取り付けた箇所の帯電ローラ４５の外径φａは、ギャップ保持部材６３を取り付けない箇所、すなわち、帯電部材本体６２が露出する箇所の帯電ローラ４５の外径φｂよりも大きくなるように、段差６４の深さｄとギャップ保持部材６３の厚さｔ２を調整する。
【００６９】
そして、帯電ローラ４５の芯金６１の端部に不図示のギヤを取り付け、感光体１４のフランジに形成されたギヤと噛み合わせるとともに、感光体ユニット１２の不図示の軸受に回転自在に取り付けてなる。すると、感光体１４の画像形成領域外Ａ２にギャップ保持部材６３が当接し、画像形成領域内Ａ１において帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐが形成される。
【００７０】
ここで、帯電ローラ４５と感光体１４とのギャップＧｐが広すぎると、異常放電が発生し、感光体１４の表面が均一に帯電できなくなるため、ギャップＧｐの最大値が１００μｍ以下となるように、φａ，φｂを設定する必要がある。この設定は、ギャップ保持部材６３の厚さｔ２と段差６４の深さｄとを適宜調整することによって行う。このように、感光体１４、帯電ローラ４５とも高精度な寸法が求められるので、それぞれの真直度を２０μｍ以下にする必要がある。
【００７１】
このように構成された帯電ローラ４５を用いて、感光体１４の表面を帯電するには、駆動モータで感光体１４を回転すると、感光体１４のフランジに形成されたギヤと、芯金６１の端部に取り付けたギヤを介して、帯電ローラ４５が感光体１４とほぼ同期して回転する。そして、不図示の電源から供給された帯電バイアスを帯電部材本体６２に印加する。すると、ギャップＧｐを隔てて設けられた帯電部材本体６２の表面と感光体１４の表面との間で放電が生じる。このとき、帯電ローラ４５の両端には、絶縁性のギャップ保持部材６３が設けられているので、帯電ローラ４５の両端で集中的に放電が生じることがなく、感光体１４の表面は一様に帯電される。そして、書込みユニット１６から静電潜像を書き込まれた後、現像ユニットで現像される。
【００７２】
ところで、ギャップ保持部材６３は、感光体１４の画像形成領域外Ａ２にて感光体１４に当接して帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐを形成しているので、感光体１４の表面を傷つけて、画像形成に影響を与えることがない。加えて帯電部材本体６２より硬度の低い材料で構成されているので、帯電部材本体６２を硬質の樹脂材料で形成し、感光体１４として有機感光体を使用した場合であっても、感光体１４の表面に傷が付くことはない。
【００７３】
このように、ギャップ保持部材６３の厚さｔ２と段差６４の深さｄとを適宜調整して、ギャップＧｐの最大値が１００μｍ以下となるようにφａ，φｂを設定するので、厚さｔ２が１００〜５００μｍのギャップ保持部材６３を帯電部材本体６２に設ける際に、段差６４の深さｄを調整すればよい。
【００７４】
なお、この例の帯電ローラ４５は、感光体１４とのギャップＧｐを、ギャップ保持部材６３を感光体１４の画像形成領域外Ａ２に当接することにより形成するので、画像形成時に帯電ローラ４５と感光体１４とが同期回転し、ギャップ保持部材６３と感光体１４との間に摩擦熱を生じる。しかし、ギャップ保持部材６３の厚さｔ２が１００〜５００μｍであるので、摩擦熱によってギャップ保持部材６３が延びたり変形しにくく、常に安定したギャップＧｐを保持することができる。
【００７５】
また、クリーニングブラシ４９の回転軸方向の長さを、帯電ローラ４５の回転軸方向の長さより長くすることで、ギャップ保持部材６３の表面も同時にクリーニングすることができる。帯電ローラ４５の画像領域である帯電部材本体６２の部分の外径φｂと、熱収縮チューブの被覆部であるギャップ保持部材６３の部分の外径φａとは、数１０〜１００μｍ程度異なるが、クリーニングブラシ４９の毛足の長さに比べ十分小さいので、画像形成領域内Ａ１にある帯電部材本体６２の表面のクリーニング性が低下するようなことはない。
【００７６】
なお、図４に示すように、帯電ローラ５５のギャップ保持部材６５を帯電部材本体６２の両端の側面６２ｓの一部まで被覆するようにしてもよい。
このようにすると、帯電ローラ５５の両端からの放電をより一層確実に防止することができる。また、ギャップ保持部材６５が熱収縮性を持っているので、特別な工程を必要とせずに容易に帯電部材本体６２の側面６２ｓまで被覆することができる。
【００７７】
ところで、帯電ローラ５５は、詳しくは、帯電ローラ５５の両端に延出する芯金６１を感光体ユニット１２の不図示の軸受に回転自在に取り付けてなる。そして、その軸受をスプリングで加圧して帯電ローラ５５のギャップ保持部材６５を感光体１４の画像形成領域外Ａ２に当て、帯電ローラ５５の帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐを形成する。このような構成の帯電ローラ５５では、軸受とスプリングを導電性とし、軸受を介して帯電ローラ５５にバイアスを印加することも可能である。また、軸受を介してバイアスを印加する必要がない場合には絶縁性の軸受でもよい。
【００７８】
帯電ローラ５５は、芯金６１の端部に不図示のギヤを取り付け、感光体１４のフランジに形成されたギヤと噛み合わせて、感光体１４の駆動モータにより感光体１４を回転させると、帯電ローラ５５が感光体１４とほぼ等速で回転する。この際、帯電部材本体６２の側面６２ｓに張り出して設けられたギャップ保持部材６５が軸受と接触するとギャップ保持部材６５が劣化、変形、または破損して、帯電ローラ５５と感光体１４とのギャップが不安定になってしまう恐れがある。そこで、図５に示すように、芯金６６に段部６７を設ける。
この段部６７の形成にあたっては、帯電部材本体６２の側面６２ｓに張り出して設けられたギャップ保持部材６５の厚みＡよりも大きい幅Ｂとする。これにより、ギャップ保持部材６５が軸受に接触しない構成となり、帯電ローラ５５の耐久性を向上させることができる。
【００７９】
感光体１４と帯電ローラ４５との間のギャップＧｐは、一般に、感光体１４と帯電ローラ４５の回転に伴い、一定範囲内で微小に変動する。このような状況で感光体１４を均一に帯電するには、帯電ローラ４５に印加するＤＣ電圧の帯電バイアスに加えて、帯電ローラ４５と感光体１４との間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有するＡＣバイアスを重畳することが有効である。
【００８０】
ここで、印加するＡＣバイアスの周波数が低いと、感光体１４の表面にストライプ状の帯電ムラが目立つため、ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］は、少なくとも感光体１４の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］の７倍以上に設定することが望ましい。また、印加するＡＣバイアスの周波数が高すぎると、過剰な放電が発生して、感光体１４の摩耗量を増大させたり、感光体１４にトナーやトナー外添剤のフィルミングが発生しやすくなるため、感光体１４の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］の１２倍以下の周波数ｆ［Ｈｚ］に設定することが望ましい。
【００８１】
なお、上述の例では、画像形成装置の一例としての小型カラープリンタについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、ファクシミリ、複写機、またはプリンタ、ファクシミリ、複写機の複合機などのあらゆる電子写真式の画像形成装置に適用することができる。
【００８２】
また、上述の例では、感光体１４と帯電ローラ４５とを感光体ユニット１２に一体に設け、感光体ユニット１２をカラープリンタに着脱可能に備えたが、この発明はこれに限定されるものではなく、感光体１４と帯電ローラ４５とを別体に設けてもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、帯電部材本体がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなるので、切削加工が容易であるため高精度に加工しやすい。また、ギャップ保持部材が帯電部材本体より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さ１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、帯電部材本体の両端に段差を形成し、該段差にギャップの最大値が１００μｍ以下となるようにギャップ保持部材を設けるので、帯電部材本体の両端で発生する集中的な放電を防止できる。
したがって、加工しやすく、両端で発生する集中的な放電を防止できる帯電装置を提供することができる。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、ギャップ保持部材が、帯電部材本体の両端の側面を被覆するので、一層、帯電部材本体の両端で発生する集中的な放電を防止できる。
【００８５】
請求項３に記載の発明によれば、帯電部材本体を導電性の芯金を覆って略円筒状に形成し、帯電部材本体の両端に延出する芯金を軸受に回転自在に取り付けたとき、ギャップ保持部材が軸受に接触しないように前記芯金に段部を設けて軸受に取り付けるので、ギャップ保持部材が軸受に接触して摩耗することがなく、耐久性のある帯電装置を提供することができる。
【００８６】
請求項４に記載の発明によれば、帯電部材本体にＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスのピーク間電圧が帯電部材本体と像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上であり、前記ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］が像坦持体の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］との間に７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖの関係を満たすので、帯電ムラを防止するとともに、帯電部材と像担持体との間で過剰な放電を防止することができる。
【００８７】
請求項５に記載の発明によれば、画像形成装置が、請求項１ないし４のずれかに記載の帯電装置を備えるので、上記それぞれの効果を奏する画像形成装置を提供することができる。
【００８８】
請求項６に記載の発明によれば、画像形成装置が、像坦持体と帯電装置とを一体に着脱可能に備えるので、部品交換が容易な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】本発明の一例としての画像形成装置の断面図である。
【図２】本発明で用いられる感光体ユニットの概略断面図である。
【図３】本発明で用いられる帯電ローラの一部断面図である。
【図４】本発明で用いられる別の例としての帯電ローラの一部断面図である。
【図５】本発明で用いられるさらに別の例としての帯電ローラの一部断面図である。
【符号の説明】
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂ 作像手段
１２，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂ 感光体ユニット
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂ 現像ユニット
１４，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂ 感光体（像担持体）
１８ 転写ベルト
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ 支持ローラ
４５ 帯電ローラ（帯電装置）
４６ ブラシローラ
４７ クリーニングブレード
４８ トナー搬送オーガ
４９ クリーニングブラシ
５０ ブラケット
５１ 位置決め主基準部
５２ 手前側位置決め従基準部
５３ 奥側位置決め従基準部
６１，６６ 芯金
６２ 帯電部材本体
６２ｓ 側面
６３，６５ ギャップ保持部材
６４ 段差
６７ 段部
Ａ１ 画像形成領域内
Ａ２ 画像形成領域外
ｄ 深さ
Ｇｐ ギャップ
ｔ１，ｔ２ 厚さ
【発明の属する技術分野】
この発明は、ギャップ保持部材を像担持体の画像形成領域外に当接することにより画像形成領域内にて帯電部材本体と像担持体との間にギャップを形成して、像担持体を帯電する帯電装置、及びその帯電装置を備える、プリンタ、ファクシミリ、複写機、またはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の帯電装置は、従来、スコロトロン等のチャージャ方式が主流であったが、オゾン等の放電生成物が大量に発生するという問題があり、近年、ローラやブラシ等の帯電部材本体を備えた帯電装置を感光体に直接接触させる接触式が広く使用されるようになった。
【０００３】
この接触式の帯電装置では、接触により帯電部材本体の表面に感光体の表面のトナーが付着して汚れ、感光体への帯電ムラをおこしてしまうという問題があった。また、帯電部材本体が感光体ユニットとして、感光体とユニット化されている場合が多く、帯電部材本体を交換するには、感光体ユニット全体を交換しなければならず、帯電装置の寿命を低下させる大きな要因となっている。この帯電部材本体に付着するトナーを低減するための技術として、帯電部材本体と感光体との間に微小のギャップを設ける方法がある。
【０００４】
その１つとして、例えば、画像形成領域外である帯電部材本体の両端の周上にフィルム状のギャップ保持部材を取り付けて、外径が他の部分よりも大きくなった帯電装置の両端を感光体に当接して、感光体と帯電装置との間に微少なギャップを形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１等）。
【０００５】
しかし、帯電装置がゴム製の帯電ローラの場合、（１）切削加工で帯電ローラの外径寸法などを高精度に加工することが難しい、（２）帯電ローラの熱による膨張率が大きいので、周囲の温度によって帯電ローラと感光体とのギャップが大きく変動してしまい、ギャップを正確に保つことが困難であるといった問題があった。
一方、帯電装置が樹脂製の帯電ローラ（例えば、特許文献２等）の場合、切削加工が容易であるため帯電ローラの外径寸法などを高精度に加工することが可能である。しかし、ゴム製に比べて高硬度であるため、ギャップ保持部材としてフィルムを使用すると、帯電ローラと感光体との間でフィルムが摩耗してしまうという問題があった。
【０００６】
加えて、感光体として有機感光体を使用した場合には、有機感光体上のフィルムが当接する部分が損傷するという問題もある。
さらに、単にフィルムを取り付けただけでは長期間使用した場合に、フィルムが帯電ローラから剥がれる恐れがあり、帯電ローラとフィルムを接着剤で接着すると、接着剤の塗布ムラが感光体と帯電ローラとの間の数十μｍの微少なギャップの形成に影響を与え、好ましくない。
【０００７】
そこで、帯電ローラの両端に段差や溝を設け、その段差や溝に円環状のギャップ保持部材を嵌め付けて固定し、外径が他の部分よりも大きくなった帯電ローラの両端を感光体に当接して、ギャップを形成する方法が開示されている（例えば、特許文献３等）。
【０００８】
しかし、このような方法では、ギャップ保持部材を取り付けた外側においても、ギャップ保持部材を取り付けた内側と同等に帯電ローラから感光体への放電が発生するため、放電の影響により感光体が局部的に摩耗してしまう恐れがある。すると、その感光体と帯電ローラとの間に帯電バイアスのリークが発生したり、クリーニング不良によるトナー固着が発生して帯電ギャップが広がり異常放電による帯電ムラが発生しやすくなる等の課題があった。
【０００９】
このため、帯電ローラの両端の周上に体積抵抗値の高いギャップ保持部材を設け、両端における放電を防止する技術が開示されている（例えば、特許文献４、特許文献５等）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１９４８６８号公報
【特許文献２】
特開２００１−３３７５１５号公報
【特許文献３】
特開２００２−５５５０８号公報
【特許文献４】
特開平７−１０４５５７号公報
【特許文献５】
特開平７−１９９５９９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような方法では、帯電ローラと感光体との間の微小なギャップを形成するにあたり、ギャップ保持部材の厚さをあまり厚くすることができない。そのため、体積抵抗値の高い材料を使用していながら十分な放電防止の効果がえられないという問題があった。
そこで、この発明の第１の目的は、高精度に加工でき、両端で発生する放電を防止することができる帯電装置を提供することにある。
【００１２】
この発明の第２の目的は、耐久性のある帯電装置を提供することにある。
【００１３】
この発明の第３の目的は、帯電ムラを防止するとともに、帯電部材と像担持体との間で過剰な放電を防止することにある。
【００１４】
この発明の第４の目的は、上記それぞれの目的を達成する画像形成装置を提供することにある。
【００１５】
この発明の第５の目的は、部品交換が容易な画像形成装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明は、像担持体の画像形成領域外に当接することにより画像形成領域内にて帯電部材本体と前記像担持体との間にギャップを形成するギャップ保持部材を備えた帯電装置において、
前記帯電部材本体がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、
前記ギャップ保持部材が前記帯電部材本体より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さ１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、
前記帯電部材本体の両端に段差を形成し、該段差に前記ギャップの最大値が１００μｍ以下となるように前記ギャップ保持部材を設けることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の帯電装置において、前記ギャップ保持部材が、前記帯電部材本体の両端の側面を被覆することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の帯電装置において、前記帯電部材本体を導電性の芯金を覆って略円筒状に形成し、前記帯電部材本体の両端に延出する前記芯金を軸受に回転自在に取り付けたとき、前記ギャップ保持部材が前記軸受に接触しないように前記芯金に段部を設けて前記軸受に取り付けることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記帯電部材本体にＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスのピーク間電圧が前記帯電部材本体と前記像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上であり、前記ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］が前記像坦持体の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］との間に
７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電装置。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、画像形成装置において、請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像形成装置において、前記像坦持体と前記帯電装置とを一体に着脱可能に備えることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、この発明の実施の形態につき説明する。は、この発明による画像形成装置の一例としての小型カラープリンタの全体概略構成図である。図中符号Ａは、プリンタの装置本体である。装置本体Ａ内には、図中右下から左上へと斜めに転写材搬送路Ｐを設ける。転写材搬送路Ｐ上には、その搬送路Ｐに沿って右下から左上へと、イエロ・マゼンタ・シアン・ブラックの４つの単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂを順に並べてタンデム型に備える。
【００２３】
各単色作像手段１０は、感光体ユニット１２Ｙ・１２Ｍ・１２Ｃ・１２Ｂと現像ユニット１３Ｙ・１３Ｍ・１３Ｃ・１３Ｂとで構成し、各々装置本体Ａに対して着脱自在とする。そして、各感光体ユニット１２Ｙ・１２Ｍ・１２Ｃ・１２Ｂには、それぞれドラム状の感光体（像担持体）１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂを備える。
【００２４】
感光体１４Ｂ，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃは、導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とが、積層形成されている。
導電性支持体は、体積抵抗値が１０４Ωｃｍ以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの、等が用いられる。
【００２５】
下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤を用いて塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ、等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。この下引き層は、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、０〜５μｍが適当である。
【００２６】
電荷発生層は、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層の膜厚は、通常は０．０１〜５μｍである。
【００２７】
電荷輸送層は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン、１，３，７−トリニトロジベンゾチオフェン−５，５−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。電荷輸送材料と共に電荷輸送層に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。
【００２８】
電荷輸送層の厚さは、５〜３０μｍの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。また、感光体には、表層として感光層の保護及び耐久性の向上を目的に保護層を形成しても良い。
【００２９】
現像ユニット１３Ｙ・１３Ｍ・１３Ｃ・１３Ｂは、同一の構成であり、使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式である。すなわち、現像ユニット１３Ｙはイエロー色のトナーを使用し、現像ユニット１３Ｍはマゼンタ色のトナーを使用し、現像ユニット１３Ｃはシアン色のトナーを使用し、現像ユニット１３Ｂはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像ユニット内には、トナーとキャリアからなる２成分現像剤が収容されている。
【００３０】
現像ユニット１３Ｙ・１３Ｍ・１３Ｃ・１３Ｂは、それぞれ感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂに対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等を備える。現像ローラは、回転自在のスリーブの内側に固定された磁石を備えてなる。そして、トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。
【００３１】
トナーは、結着樹脂、着色剤、電荷制御剤を主成分とし、必要に応じて、他の添加剤が加えられて構成されている。結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂、等を用いることができる。トナーに使用される着色材（例えばイエロー、マゼンタ、シアン及びブラック）としては、トナー用として公知のものが使用できる。着色材の量は結着樹脂１００重量部に対して０．１から１５重量部が適当である。
【００３２】
電荷制御剤の具体例としては、ニグロシン染料、含クロム錯体、第４級アンモニウム塩などが用いられ、これらはトナー粒子の極性により使い分けされる。荷電制御剤量は、結着樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部である。
トナー粒子には、流動性付与剤を添加しておくのが有利である。流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子、などが用いられる。これら流動性付与剤の粒径は０．０１〜３μｍの範囲のものが使用される。これら流動性付与剤の添加量は、トナー粒子１００重量部に対して０．１〜７．０重量部の範囲が好ましい。
【００３３】
本発明に係わる二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知の方法、またはそれらを組み合わせた方法により製造することができる。例えば、混練粉砕法では、結着樹脂とカーボンブラックなどの着色材及び必要とされる添加剤を乾式混合し、エクストルーダー又は二本ロール、三本ロール等にて加熱溶融混練し、冷却固化後、ジェットミルなどの粉砕機にて粉砕し、気流分級機により分級してトナーが得られる。また、懸濁重合法や非水分散重合法により、モノマーと着色材、添加剤から直接トナーを製造することも可能である。
【００３４】
キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトである。この芯物質の粒径は２０〜６０μｍ程度が適当である。
【００３５】
キャリア被覆層形成に使用される材料としては、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルケトンがある。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
【００３６】
そのような単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂ上には、それら単色作像手段１０に沿って、書込みユニット１６を斜めに設ける。書込みユニット１６は、各色毎に用意されたレーザダイオード（ＬＤ）方式の４つの光源と、６面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される１組のポリゴンスキャナと、各光源の航路に配置されたｆθレンズ、長尺ＷＴＬ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体上に照射される。
【００３７】
他方、単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂの下には、転写材搬送路Ｐを挟んで、無端ベルト状の転写ベルト１８を張り渡す。転写ベルト１８は、図示例では、４つの支持ローラ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄに掛け回し、感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂに接触して一部を転写材搬送路Ｐに沿って設け、不図示の駆動装置により図中反時計まわりに回転搬送可能とする。
【００３８】
転写ベルト１８の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
【００３９】
転写ベルト１８の内側には、各感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂごとに対応して、それぞれバックアップローラ２０Ｙ・２０Ｍ・２０Ｃ・２０Ｂと転写ブラシ２１Ｙ・２１Ｍ・２１Ｃ・２１Ｂを配置する。バックアップローラ２０Ｙ・２０Ｍ・２０Ｃ・２０Ｂは、転写ベルト１８および転写紙を各感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂに密着する。また、転写ブラシ２１Ｙ・２１Ｍ・２１Ｃ・２１Ｂには、不図示の電源より転写バイアスを供給する。図示例では、転写ブラシであるが、非接触のチャージャとしてもよい。
【００４０】
転写材搬送路Ｐに沿って、転写ベルト１８の上流位置にはレジストローラ対２３を、下流位置には定着ユニット２４を設ける。定着ユニット２４は、無端ベルトである定着ベルト２５に加圧ローラ２６を押し当て、出口に排出ローラ対２７を備えて構成する。
定着ユニット２４の下流には、装置本体Ａに取り付けて反転ユニット２９を設ける。反転ユニット２９は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラと、対をなす複数の搬送ガイド板とからなり、転写紙をそのまま排出したり、反転して排出したり、再び装置本体Ａに戻したりする。
また、定着ユニット２４の別の下流には、転写材搬送路Ｐから分岐して反転排紙路Ｐ１を形成し、その先に、装置本体Ａ上の排紙スタック部３０へと転写紙を排出する排出ローラ対３１を設ける。
【００４１】
一方、転写ベルト１８の下には、その張り渡し方向に沿って、反転ユニット２９で反転した転写紙を、一対のガイド板３２間で案内して再給紙する両面ユニット３３を斜めに配置する。
両面ユニット３３は、対をなす搬送ガイド板と、それぞれ対をなす４組の搬送ローラとからなり、転写紙の両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニット２９に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙を受け入れて、それを分離給紙部３５に向けて搬送する。
【００４２】
両面ユニット３３の下には、給紙カセット３４を上下２段に備える。給紙カセット３４には、各々サイズの異なる、用紙やＯＨＰフィルム等の転写紙を積載して収納する。そして、各々その転写紙を１枚ずつ分離して給紙する分離給紙部３５を設ける。
【００４３】
分離給紙部３５の図中右側には、分離給紙部３５から給紙する転写紙、および両面ユニット３３を通して再給紙する転写紙を、転写材搬送路Ｐのレジストローラ対２３へと導く給紙路Ｐ２を備える。
また、装置本体Ａの図中右側には、手差し部を設け、そこに開閉自在に手差しトレイ３６を取り付ける。手差し部には、手差しトレイ３６上の転写紙を１枚ずつ分離して給紙する給紙部３７を設け、その給紙部３７から給紙した転写紙をレジストローラ対２３へと導く手差し給紙路Ｐ３を備える。
【００４４】
このカラープリンタを用いて転写紙にカラー画像を形成するときは、例えばパーソナルコンピュータからの信号に基づき分離給紙部３５を選択的に駆動し、１の給紙カセット３４内の転写紙を１枚ずつ分離して繰り出し、給紙路Ｐ２に入れてレジストローラ対２３に突き当てて止める。または、手差し給紙部３７を駆動し、手差しトレイ３６上の転写紙を１枚ずつ分離して繰り出し、手差し給紙路Ｐ３に入れてレジストローラ対２３に突き当てて止める。
【００４５】
一方、各単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂでは、個々の感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂを回転して各感光体上にそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの単色トナー画像を形成する。同時に、不図示の駆動モータで支持ローラ１９Ａを回転駆動して他の支持ローラ１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを従動回転し、転写ベルト１８を回転搬送する。
【００４６】
そして、感光体の回転にタイミングを合わせてレジストローラ対２３を回転し、転写紙を転写材搬送路Ｐに入れて、単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂと転写ベルト１８との間に送り込み、転写ベルト１８の回転搬送によりその転写紙を搬送する。このとき転写紙は、転写ベルト１８の入口付近に配設している支持ローラ１９Ｂにより帯電され、それにより転写ベルト１８の表面に静電的に吸着される。その搬送とともに、個々の感光体１４Ｙ・１４Ｍ・１４Ｃ・１４Ｂ上の単色トナー画像を転写ブラシ２１Ｙ・２１Ｍ・２１Ｃ・２１Ｂで転写し、該転写紙上に合成フルカラー画像を形成する。
【００４７】
画像転写後の転写紙は、定着ユニット２４へと送り込み、転写画像を定着して後、排出ローラ対２７で排出する。そして、フェイスダウン状態で排出するときは、不図示の切換爪で切り換えて反転排紙路Ｐ１へと導き、排出ローラ対３１で排出して排紙スタック部３０上に頁順にスタックする。フェイスアップ状態で排出するときは、不図示の切換爪で切り換えて反転ユニット２９へと導き、そのままストレートに排出する。
【００４８】
片面記録済み転写紙の裏面にも記録を行うときは、同様に不図示の切換爪で切り換えて反転ユニット２９へと導き、その反転ユニット２９で反転して後、両面ユニット３３へと導き、再び給紙路Ｐ２に入れてレジストローラ対２３に突き当てて止める。そして、再度、転写材搬送路Ｐに入れて、単色作像手段１０Ｙ・１０Ｍ・１０Ｃ・１０Ｂと転写ベルト１８との間に送り込み、裏面にも合成フルカラー画像を形成した後、定着ユニット２４で定着し、例えば反転排紙路Ｐ１を通して排出ローラ対３１で排出して排紙スタック部３０上にスタックする。
【００４９】
次に、このカラープリンタを用いて転写紙に白黒画像を形成する動作を説明する。このカラープリンタが、例えばパーソナルコンピュータからの信号に基づき白黒の画像データを受け取ると、転写ベルト１８が駆動ローラ１９Ａを中心として、図１において時計回りに回動し、マゼンタ、シアン、イエローの感光体１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙから離間する。ブラックの感光体１４Ｂが時計回り方向に回転し、感光体１４Ｂの表面が帯電ローラにより一様に帯電される。そして、さらに感光体ユニット１２Ｂの感光体１４Ｂには、ブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像ユニット１３Ｂの位置に達すると、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。この際、ブラック以外の３色の画像形成部は停止しており、不要な消耗を防止する。
【００５０】
一方、給紙カセット３４から転写紙が分離給紙部３５により給紙され、それが転写ベルト１８の直前に設けられているレジストローラ対２３により、ブラックの感光体１４Ｂ上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙は、転写ベルト１８の入口付近に配設している支持ローラ１９Ｂにより帯電され、それにより転写ベルト１８の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙は、転写ベルト１８に吸着した状態で搬送されるので、転写ベルト１８がマゼンタ、シアン、イエローの感光体１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙから離間していてもブラックの感光体１４Ｂまで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。その転写紙は、フルカラー画像の場合と同様に定着ユニット２４で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以後、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
【００５１】
なお、転写紙を安定して静電吸着搬送するために転写ベルト１８は少なくとも表層が高い電気抵抗値を有する材料で構成する必要がある。転写ベルト１８の材質としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
【００５２】
次に、感光体ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂについて詳細に説明する。この例の感光体ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂは、トナーの色が異なる以外は、全て同一の構成、作用であるので、以下では、便宜上、感光体ユニット１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂを感光体ユニット１２と代表して称し、感光体１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂを感光体１４と代表して称して説明する。
【００５３】
感光体ユニット１２には、図２に示すように、矢印Ｃ方向に線速１２５ｍｍ／ｓｅｃで回転する外径３０ｍｍの感光体１４に接触して、帯電ローラ（帯電装置）４５、ブラシローラ４６、クリーニングブレード４７をそのＣ方向に沿って備える。ブラシローラ４６は、感光体１４の回転に同期して時計方向に回転する。また、帯電ローラ４５の感光体１４と接触する位置と略反対側には、クリーニングブラシ４９を帯電ローラ４５に接触して備える。さらに、ブラシローラ４６の感光体１４と接触する位置と略反対側には、トナー搬送オーガ４８を備える。
【００５４】
ブラシローラ４６は、感光体１４の表面に付着したトナーなどをクリーニングするものであり、クリーニングブレード４７は、同じく感光体１４の表面に付着したトナーなどを掻き取るためのものである。また、帯電ローラ４５は、感光体１４の表面を帯電させるためのものである。
【００５５】
さらに、クリーニングブラシ４９は、その帯電ローラ４５の表面に付着したトナーなどをクリーニングするためのものである。このクリーニングブラシ４９は、直径６ｍｍの金属芯に毛足０．５ｍｍの導電性繊維を静電植毛してある。クリーニングブラシ４９は、自重のみで帯電ローラ４５に回動自在に当接しており、帯電ローラ４５の回転に連れまわりしながら、帯電ローラ４５の表面を清掃する。スプリング等の加圧手段を使用せずに自重のみで当接しているので、金属芯の径が細くてもたわみは問題とならない。
【００５６】
そして、トナー搬送オーガ４８は、クリーニングブレード４７で掻き落とした廃トナーを、ブラシローラ４６を介して回収し、図１に示した廃トナー収納部３８に搬送するためのものである。
【００５７】
また、感光体ユニット１２には、画像形成装置本体Ａに対して着脱する際の基準として、位置決め主基準部５１を設けると共に、手前側位置決め従基準部５２と奥側位置決め従基準部５３とをブラケット５０にそれぞれ一体に設け、その感光体ユニット１２を装置本体Ａに装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット１２を所定の装着位置に確実に位置決めできるようにしている。
【００５８】
この例では、感光体１４と帯電ローラ４５をそれぞれの感光体ユニット１２内に一体に配置しているので、感光体ユニット１２を交換する際に感光体１４と帯電ローラ４５とのギャップの調整を行う必要がなく、ユーザでも感光体ユニット１２の交換が容易である。なお、この例では、感光体１４、帯電ローラ４５、ブラシローラ４６、クリーニングブレード４７、トナー搬送オーガ４８などが一体となった感光体ユニットについて説明したが、ブラシローラ４６、クリーニングブレード４７、トナー搬送オーガ４８などの感光体１４のクリーニング装置は、別のユニットとして構成してもよい。また、現像ユニット１３を感光体１４や帯電ローラ４５と一体のユニットとしてもよい。
【００５９】
この例の帯電ローラ４５は、詳しくは図３のようになっている。すなわち、帯電ローラ４５は、外径６〜１０ｍｍの円柱状で導電性の芯金６１と、両端からその芯金６１が延出するように覆って厚さｔ１が１〜３ｍｍの円筒状に形成した帯電部材本体６２と、その帯電部材本体６２の両端に形成された段差６４に設ける厚さｔ２が１００〜５００μｍのギャップ保持部材６３とを備えてなる。
【００６０】
芯金６１は、ステンレス等の金属からなる。芯金６１は、細すぎると切削時や感光体に加圧されたときのたわみの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい一方、太すぎると帯電ローラ４５が大型化したり、帯電ローラ４５の重量が重くなったりするので、外径６〜１０ｍｍの円筒形状でステンレス等の金属からなることが好ましい。
【００６１】
また、帯電部材本体６２は、１０６〜１０９Ωｃｍの中程度の体積抵抗値を持つ材料が好ましい。体積抵抗値が低すぎると感光体１４にピンホール等の欠陥があった場合に帯電バイアスのリークが発生しやすく、体積抵抗値が高すぎると放電が十分に発生せず均一な帯電電位を得ることができない。この帯電部材本体６２を形成するにあたり、基材となる樹脂に導電性材料を配合することで所望の体積抵抗値を得ることができる。
【００６２】
なお、基材となる樹脂は、成形性が良く成形加工が容易であることから、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン，ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）、ポリカーボネート、等の樹脂を用いるとよい。
【００６３】
また、導電性材料としては、四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物のようなイオン導電性材料が好ましい。
四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物としては、四級アンモニウム塩基を有するポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソプレン、エチレンーエチルアクリレート共重合、エチレンーメチルアクリレート共重合、エチレンー酢酸サンビニル共重合、エチレンープロピレン共重合、エチレンーヘキセン共重合等のポリオレフィンが挙げられる。なお、四級アンモニウム塩基を有する高分子化合物は、上記ポリオレフィン以外の高分子化合物であってもかまわない。
【００６４】
イオン導電性材料は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより、上述の基材樹脂に均一に配合される。配合された材料を芯金６１に射出成形、あるいは押出成形にすることにより、容易に円筒形状に成型することができる。イオン導電性材料と基材樹脂の配合量は、基材樹脂１００重量部に対して３０〜８０重量部が望ましい。
【００６５】
なお、円筒状の帯電部材本体６２の厚さｔ１が薄すぎると、成型が困難で、強度も弱い。厚さｔ１が厚すぎると、帯電ローラ４５が大型化するとともに、帯電部材本体６２の体積抵抗値が大きくなるため帯電効率が低下する。また、帯電部材本体６２には、コーティングなどによりトナー等が付着しにくい保護層を数十μｍの厚さで形成してもよい。段差６４は、加工成形において、帯電部材本体６２を切削して外径を整える際に、帯電部材本体６２の両端に形成するとよい。
【００６６】
ギャップ保持部材６３は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等からなる絶縁性のフッ素系樹脂材料の熱収縮性チューブである。なお、ギャップ保持部材６３の厚さは、薄すぎると感光体１４との摩擦によって延びて帯電部材本体６２から外れてしまうため、１００〜５００μｍとすることが好ましい。また、ギャップ保持部材６３の硬度は、帯電部材本体６２よりも低くする。
【００６７】
このような構成の帯電部材本体６２は離型性に優れるため、帯電部材本体６２の表面に接着剤を塗布することは困難であるので、ギャップ保持部材６３は、帯電部材本体６２を熱収縮させて、段差６４に取り付ける。したがって、接着剤を用いずに取り付けることができ、接着剤の厚みを考慮せずにギャップ保持部材６３を設けることができる。
【００６８】
ギャップ保持部材６３を取り付けた箇所の帯電ローラ４５の外径φａは、ギャップ保持部材６３を取り付けない箇所、すなわち、帯電部材本体６２が露出する箇所の帯電ローラ４５の外径φｂよりも大きくなるように、段差６４の深さｄとギャップ保持部材６３の厚さｔ２を調整する。
【００６９】
そして、帯電ローラ４５の芯金６１の端部に不図示のギヤを取り付け、感光体１４のフランジに形成されたギヤと噛み合わせるとともに、感光体ユニット１２の不図示の軸受に回転自在に取り付けてなる。すると、感光体１４の画像形成領域外Ａ２にギャップ保持部材６３が当接し、画像形成領域内Ａ１において帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐが形成される。
【００７０】
ここで、帯電ローラ４５と感光体１４とのギャップＧｐが広すぎると、異常放電が発生し、感光体１４の表面が均一に帯電できなくなるため、ギャップＧｐの最大値が１００μｍ以下となるように、φａ，φｂを設定する必要がある。この設定は、ギャップ保持部材６３の厚さｔ２と段差６４の深さｄとを適宜調整することによって行う。このように、感光体１４、帯電ローラ４５とも高精度な寸法が求められるので、それぞれの真直度を２０μｍ以下にする必要がある。
【００７１】
このように構成された帯電ローラ４５を用いて、感光体１４の表面を帯電するには、駆動モータで感光体１４を回転すると、感光体１４のフランジに形成されたギヤと、芯金６１の端部に取り付けたギヤを介して、帯電ローラ４５が感光体１４とほぼ同期して回転する。そして、不図示の電源から供給された帯電バイアスを帯電部材本体６２に印加する。すると、ギャップＧｐを隔てて設けられた帯電部材本体６２の表面と感光体１４の表面との間で放電が生じる。このとき、帯電ローラ４５の両端には、絶縁性のギャップ保持部材６３が設けられているので、帯電ローラ４５の両端で集中的に放電が生じることがなく、感光体１４の表面は一様に帯電される。そして、書込みユニット１６から静電潜像を書き込まれた後、現像ユニットで現像される。
【００７２】
ところで、ギャップ保持部材６３は、感光体１４の画像形成領域外Ａ２にて感光体１４に当接して帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐを形成しているので、感光体１４の表面を傷つけて、画像形成に影響を与えることがない。加えて帯電部材本体６２より硬度の低い材料で構成されているので、帯電部材本体６２を硬質の樹脂材料で形成し、感光体１４として有機感光体を使用した場合であっても、感光体１４の表面に傷が付くことはない。
【００７３】
このように、ギャップ保持部材６３の厚さｔ２と段差６４の深さｄとを適宜調整して、ギャップＧｐの最大値が１００μｍ以下となるようにφａ，φｂを設定するので、厚さｔ２が１００〜５００μｍのギャップ保持部材６３を帯電部材本体６２に設ける際に、段差６４の深さｄを調整すればよい。
【００７４】
なお、この例の帯電ローラ４５は、感光体１４とのギャップＧｐを、ギャップ保持部材６３を感光体１４の画像形成領域外Ａ２に当接することにより形成するので、画像形成時に帯電ローラ４５と感光体１４とが同期回転し、ギャップ保持部材６３と感光体１４との間に摩擦熱を生じる。しかし、ギャップ保持部材６３の厚さｔ２が１００〜５００μｍであるので、摩擦熱によってギャップ保持部材６３が延びたり変形しにくく、常に安定したギャップＧｐを保持することができる。
【００７５】
また、クリーニングブラシ４９の回転軸方向の長さを、帯電ローラ４５の回転軸方向の長さより長くすることで、ギャップ保持部材６３の表面も同時にクリーニングすることができる。帯電ローラ４５の画像領域である帯電部材本体６２の部分の外径φｂと、熱収縮チューブの被覆部であるギャップ保持部材６３の部分の外径φａとは、数１０〜１００μｍ程度異なるが、クリーニングブラシ４９の毛足の長さに比べ十分小さいので、画像形成領域内Ａ１にある帯電部材本体６２の表面のクリーニング性が低下するようなことはない。
【００７６】
なお、図４に示すように、帯電ローラ５５のギャップ保持部材６５を帯電部材本体６２の両端の側面６２ｓの一部まで被覆するようにしてもよい。
このようにすると、帯電ローラ５５の両端からの放電をより一層確実に防止することができる。また、ギャップ保持部材６５が熱収縮性を持っているので、特別な工程を必要とせずに容易に帯電部材本体６２の側面６２ｓまで被覆することができる。
【００７７】
ところで、帯電ローラ５５は、詳しくは、帯電ローラ５５の両端に延出する芯金６１を感光体ユニット１２の不図示の軸受に回転自在に取り付けてなる。そして、その軸受をスプリングで加圧して帯電ローラ５５のギャップ保持部材６５を感光体１４の画像形成領域外Ａ２に当て、帯電ローラ５５の帯電部材本体６２と感光体１４との間にギャップＧｐを形成する。このような構成の帯電ローラ５５では、軸受とスプリングを導電性とし、軸受を介して帯電ローラ５５にバイアスを印加することも可能である。また、軸受を介してバイアスを印加する必要がない場合には絶縁性の軸受でもよい。
【００７８】
帯電ローラ５５は、芯金６１の端部に不図示のギヤを取り付け、感光体１４のフランジに形成されたギヤと噛み合わせて、感光体１４の駆動モータにより感光体１４を回転させると、帯電ローラ５５が感光体１４とほぼ等速で回転する。この際、帯電部材本体６２の側面６２ｓに張り出して設けられたギャップ保持部材６５が軸受と接触するとギャップ保持部材６５が劣化、変形、または破損して、帯電ローラ５５と感光体１４とのギャップが不安定になってしまう恐れがある。そこで、図５に示すように、芯金６６に段部６７を設ける。
この段部６７の形成にあたっては、帯電部材本体６２の側面６２ｓに張り出して設けられたギャップ保持部材６５の厚みＡよりも大きい幅Ｂとする。これにより、ギャップ保持部材６５が軸受に接触しない構成となり、帯電ローラ５５の耐久性を向上させることができる。
【００７９】
感光体１４と帯電ローラ４５との間のギャップＧｐは、一般に、感光体１４と帯電ローラ４５の回転に伴い、一定範囲内で微小に変動する。このような状況で感光体１４を均一に帯電するには、帯電ローラ４５に印加するＤＣ電圧の帯電バイアスに加えて、帯電ローラ４５と感光体１４との間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有するＡＣバイアスを重畳することが有効である。
【００８０】
ここで、印加するＡＣバイアスの周波数が低いと、感光体１４の表面にストライプ状の帯電ムラが目立つため、ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］は、少なくとも感光体１４の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］の７倍以上に設定することが望ましい。また、印加するＡＣバイアスの周波数が高すぎると、過剰な放電が発生して、感光体１４の摩耗量を増大させたり、感光体１４にトナーやトナー外添剤のフィルミングが発生しやすくなるため、感光体１４の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］の１２倍以下の周波数ｆ［Ｈｚ］に設定することが望ましい。
【００８１】
なお、上述の例では、画像形成装置の一例としての小型カラープリンタについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、ファクシミリ、複写機、またはプリンタ、ファクシミリ、複写機の複合機などのあらゆる電子写真式の画像形成装置に適用することができる。
【００８２】
また、上述の例では、感光体１４と帯電ローラ４５とを感光体ユニット１２に一体に設け、感光体ユニット１２をカラープリンタに着脱可能に備えたが、この発明はこれに限定されるものではなく、感光体１４と帯電ローラ４５とを別体に設けてもよい。
【００８３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項１に記載の発明によれば、帯電部材本体がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなるので、切削加工が容易であるため高精度に加工しやすい。また、ギャップ保持部材が帯電部材本体より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さ１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、帯電部材本体の両端に段差を形成し、該段差にギャップの最大値が１００μｍ以下となるようにギャップ保持部材を設けるので、帯電部材本体の両端で発生する集中的な放電を防止できる。
したがって、加工しやすく、両端で発生する集中的な放電を防止できる帯電装置を提供することができる。
【００８４】
請求項２に記載の発明によれば、ギャップ保持部材が、帯電部材本体の両端の側面を被覆するので、一層、帯電部材本体の両端で発生する集中的な放電を防止できる。
【００８５】
請求項３に記載の発明によれば、帯電部材本体を導電性の芯金を覆って略円筒状に形成し、帯電部材本体の両端に延出する芯金を軸受に回転自在に取り付けたとき、ギャップ保持部材が軸受に接触しないように前記芯金に段部を設けて軸受に取り付けるので、ギャップ保持部材が軸受に接触して摩耗することがなく、耐久性のある帯電装置を提供することができる。
【００８６】
請求項４に記載の発明によれば、帯電部材本体にＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスのピーク間電圧が帯電部材本体と像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上であり、前記ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］が像坦持体の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］との間に７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖの関係を満たすので、帯電ムラを防止するとともに、帯電部材と像担持体との間で過剰な放電を防止することができる。
【００８７】
請求項５に記載の発明によれば、画像形成装置が、請求項１ないし４のずれかに記載の帯電装置を備えるので、上記それぞれの効果を奏する画像形成装置を提供することができる。
【００８８】
請求項６に記載の発明によれば、画像形成装置が、像坦持体と帯電装置とを一体に着脱可能に備えるので、部品交換が容易な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】本発明の一例としての画像形成装置の断面図である。
【図２】本発明で用いられる感光体ユニットの概略断面図である。
【図３】本発明で用いられる帯電ローラの一部断面図である。
【図４】本発明で用いられる別の例としての帯電ローラの一部断面図である。
【図５】本発明で用いられるさらに別の例としての帯電ローラの一部断面図である。
【符号の説明】
１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｂ 作像手段
１２，１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｂ 感光体ユニット
１３Ｙ，１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｂ 現像ユニット
１４，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｂ 感光体（像担持体）
１８ 転写ベルト
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ 支持ローラ
４５ 帯電ローラ（帯電装置）
４６ ブラシローラ
４７ クリーニングブレード
４８ トナー搬送オーガ
４９ クリーニングブラシ
５０ ブラケット
５１ 位置決め主基準部
５２ 手前側位置決め従基準部
５３ 奥側位置決め従基準部
６１，６６ 芯金
６２ 帯電部材本体
６２ｓ 側面
６３，６５ ギャップ保持部材
６４ 段差
６７ 段部
Ａ１ 画像形成領域内
Ａ２ 画像形成領域外
ｄ 深さ
Ｇｐ ギャップ
ｔ１，ｔ２ 厚さ
Claims (6)
- 像担持体の画像形成領域外に当接することにより画像形成領域内にて帯電部材本体と前記像担持体との間にギャップを形成するギャップ保持部材を備えた帯電装置において、
前記帯電部材本体がイオン導電性材料を含有する樹脂材料からなり、
前記ギャップ保持部材が前記帯電部材本体より硬度が低く、熱収縮性を有する厚さ１００〜５００μｍの絶縁性の樹脂材料からなり、
前記帯電部材本体の両端に段差を形成し、該段差に前記ギャップの最大値が１００μｍ以下となるように前記ギャップ保持部材を設けることを特徴とする帯電装置。 - 前記ギャップ保持部材が、前記帯電部材本体の両端の側面を被覆することを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
- 前記帯電部材本体を導電性の芯金を覆って略円筒状に形成し、前記帯電部材本体の両端に延出する前記芯金を軸受に回転自在に取り付けたとき、前記ギャップ保持部材が前記軸受に接触しないように前記芯金に段部を設けて前記軸受に取り付けることを特徴とする請求項２に記載の帯電装置。
- 前記帯電部材本体にＡＣバイアスを重畳し、該ＡＣバイアスのピーク間電圧が前記帯電部材本体と前記像担持体との間の放電開始電圧の２倍以上であり、前記ＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］が前記像坦持体の線速ｖ［ｍｍ／ｓ］との間に
７×ｖ＜ｆ＜１２×ｖ
の関係を満たすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の帯電装置。 - 請求項１ないし４のいずれかに記載の帯電装置を備えることを特徴とする画像形成装置。
- 前記像坦持体と前記帯電装置とを一体に着脱可能に備えることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
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|---|---|---|---|
| JP2003045466A JP2004258064A (ja) | 2003-02-24 | 2003-02-24 | 帯電装置及び画像形成装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006243443A (ja) * | 2005-03-04 | 2006-09-14 | Fuji Xerox Co Ltd | 現像カートリッジ及び画像形成装置 |
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2003
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