JP2007199264A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニップ幅変動が少なく長期に渡って安定した帯電性を実現する帯電装置を備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】図５（ｃ）のように、清掃ロール２２の形状を長手方向中央部の外径を端部よりも大きくした、いわゆるクラウン形状にすることで、帯電ロール１２に対する清掃ロール２２の押圧力を長手方向に対して均一にし、帯電ニップを補正する。図５（ｄ）のようにクラウン形状の清掃ロール２２で帯電ロール１２を感光体ドラム１１に向けて付勢する構成とすることで、長手方向にわたって均一な押圧力分布とすることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は画像形成装置に関し、特に放電を帯電原理とする接触帯電方式を用いた画像形成装置に関する。

従来、電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置の帯電装置として、スコロトロン帯電器のようなコロナ放電現象を利用したものが多用されてきたが、コロナ放電現象を利用した帯電装置の場合には、人体や地球環境に悪影響のあるオゾンや窒素酸化物の発生が問題となっている。これに対して、導電性の帯電ロールを感光体に直接接触させて感光体の帯電を行う接触帯電方式はオゾンや窒素酸化物の発生が大幅に少なく、電源効率も良いことから、最近では主流となっている。

このような接触帯電方式の帯電装置では、帯電ロールが感光体に常時接触しているため、帯電ロール表面に異物の付着による汚れが発生しやすいという問題がある。画像形成動作を繰り返し行う感光体の表面は、転写工程の下流側において、転写後の残留トナー等の異物除去を行うクリーニング工程を経た後、帯電工程のエリアへと進入してくるが、クリーニング工程を経てもトナーの一部やトナーの外添剤など、トナーよりも微小な粒子がクリーニングされずに感光体上に残留し、帯電ロールの表面へと付着してしまう。帯電ロールの表面に付着した異物は、帯電ロールの表面抵抗値にムラを生じさせ、異常放電や不安定な放電となり帯電均一性を悪化させてしまう。

このような問題を改善させるための技術として、帯電ロールの表面に板状のブラシやスポンジを当接させ、帯電ロールの表面汚れを掻き落とすようなクリーニング方式が提案されている。しかし、このようなクリーニング方式は、帯電ロールと板状のブラシやスポンジとの間に異物が堆積し、目詰まりによってクリーニング性能が低下してしまうという欠点がある。

このため、帯電ロールの表面に回転可能なロール状のクリーニング部材を当接させ、クリーニング部材の回転により帯電ロールの表面汚れを清掃するクリーニング方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしクリーニング部材を常時接触させる場合、以下に述べるように、感光体と帯電ロールの接触部である帯電ニップおよび、帯電ロールとクリーニング部材の接触部である清掃ニップを安定維持させるのが難しいという課題がある。

すなわち、従来は帯電ロールを感光体に押し付ける際、シャフトの撓みによって長さ方向中央部の接触圧力が端部の圧力よりも下がるので、帯電ロール中央部の外径を端部よりも大きくした、いわゆるクラウン形状にすることで帯電ニップを補正している。

この場合、あまりクラウン量を大きくすると、帯電ロール押し付け部材の弾性が経時変化で低下した場合などに、端部の圧接荷重が弱くなってニップが不均一になるため、帯電ロールのゴム硬度に合わせて、想定される荷重の範囲でニップが略均一になるように、適切なクラウン量、たとえば50μm〜500μmに設定する。

しかしながら、クリーニング部材を有する画像形成装置の場合、クリーニング部材が帯電ロールに対して接触ないし食い込むようにして設置されるため、帯電ロールはクリーニング部材からも荷重を受けることになる。

したがって、ある食い込み量あるいは押し付け荷重の状態で、均一ニップが得られるように設定したとしても、クリーニング部材の取り付け公差や、外径ばらつき、あるいは経時による外径変化などにより食い込み量が変化すると、均一な帯電ニップが形成できなくなるという課題があった。

本発明は上記事実を考慮し、帯電器へのトナーや外添剤、異物の付着といった汚染を防止しながら、長期に渡って安定した帯電性を実現する帯電装置を備えた画像形成装置を得ることを目的としている。
特開平５−２９７６９０号公報

本発明は帯電器の汚染を防止し、長期に渡って安定した帯電性を実現する帯電装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の画像形成装置は、表面に画像を形成する像担持体と、前記像担持体に従動回転する帯電ロールと、前記帯電ロールの表面に接触して清掃し、前記帯電ロールを前記像担持体へ押圧する清掃ロールと、を有する画像形成装置であって、 前記清掃ロールは長さ方向中央部分と両端部分の径が異なる形状のロール部材であることを特徴とする。

上記構成の発明では、清掃ロールの径を場所によって変えることで、帯電ロールと感光体との押圧力分布を制御することができる。

請求項２に記載の画像形成装置は、前記清掃ロールの前記帯電ロールへの押圧力分布は、前記帯電ロールと前記像担持体とのニップ幅が長さ方向について略一定となるように規定されていることを特徴とする。

上記構成の発明では、清掃ロールの径を場所によって変えることで、帯電ロールと感光体との押圧力分布を一定とすることができる。

請求項３に記載の画像形成装置は、前記清掃ロールと前記帯電ロールとが軸間距離一定となるように一対の軸受け部材に支持され、前記清掃ロールと前記帯電ロールとが一体となって前記像担持体に圧接されることを特徴とする。

上記構成の発明では、清掃ロールと帯電ロールとを一体に支持することで安定した押圧力を得ることができる。

請求項４に記載の画像形成装置は、前記清掃ロールを略一定の荷重で前記帯電ロールに押圧する第一の押圧手段と、前記第一の押圧手段よりも小さい略一定の荷重で、前記帯電ロールを前記像担持体に押圧する第二の押圧手段と、を有することを特徴とする。

上記構成の発明では、帯電ロールを感光体に押圧する力よりも強い力で清掃ロールを帯電ロールに押圧することで、帯電ロールを感光体に均一に押圧することができる。

請求項５に記載の画像形成装置は、表面に画像を形成する像担持体と、前記像担持体に従動回転する帯電ロールと、前記帯電ロールに接触し表面を清掃する清掃ロールと、前記清掃ロールの表面に接触し、前記帯電ロールと前記清掃ロールを前記像担持体ドラムへ押圧する清掃ロール押圧部材と、を有し、前記清掃ロール押圧部材は長さ方向中央部が両端部よりも太いクラウン形状のロール部材であることを特徴とする。

上記構成の発明では、中央が太いクラウン形状の清掃ロールを帯電ロールに押圧することで、感光体への帯電ロールの押圧力分布を均一なものとすることができる。

本発明は上記構成としたので、ニップ幅変動が少なく長期に渡って安定した帯電性を実現する帯電装置を備えた画像形成装置とすることができた。

＜基本構成＞
図１〜３には、本発明に係る画像形成装置の基本構成が示されている。

図１には本発明に係るドラム式４色カラー画像形成装置の例が示されている。

１１は感光体ドラムであり、図中に矢印で示した方向へ１６５mm/secのスピードで回転する。この感光体ドラム１１の表面には、上流側から順に、帯電器１２、露光器１３、黒トナー及びカラートナー現像器１４a〜１４d、中間体ベルト１５、感光体クリーナ１６、除電ランプ１７が取り付けられており、周知の電子写真プロセスによって白黒又はカラーのトナー像が形成されるようになっている。

５０は一次転写位置において感光体ドラム１１の表面に当接するように配置された中間体ベルト１５で、感光体ドラム１１と略同速で回転する。一次転写手段５１の作用により中間体ベルト１５に転写されたトナー像は、二次転写部５０へ進み、トナーと逆極性のバイアスを印加された二次転写ロール５２と二次転写用対向ロール５３により形成される電界の作用を受け、フィードロール８１、レジストロール８２により二次転写位置に送り出された転写材１９に転写される。

トナー像が転写された転写材１９は、搬送ベルト８３により定着器２０に送られ定着がおこなわれるとともに、中間体ベルト１５上に残留したトナーは、中間体クリーナ５４より回収されて、次の画像形成の準備が整えられる。

一方、感光体ドラム１１上に残ったトナーは、感光体クリーナ１６に運ばれ、クリーニングブラシ６１によってかき乱され感光体との付着力を軽減された後、クリーニングブレード６２の摺動による機械的な掻き取り力を受けて、感光体ドラム１１の表面より除去される。

また、上記の例以外にも現像器を直線上に並べた所謂タンデム式の画像形成装置であってもよい。

すなわち図２に示すように感光体ドラム以下、画像形成に必要な機器を色数だけ並べた構成であり、感光体ドラム１１の表面には、回転上流側から順に、帯電器１２、露光器１３、トナー現像器１４、感光体クリーナ１６、図示しない除電ランプが取り付けられており、周知の電子写真プロセスによって白黒又はカラーのトナー像が形成されるようになっている点は図１と同様である。

感光体ドラム１の表面に当接するように配置された中間体ベルト１５は感光体ドラム１１と略同速で回転し、感光体ドラム１１の表面に形成されたトナー像を順次、中間体ベルト１５上に転写する。

中間体ベルト１５の搬送経路に沿って感光体ドラム１１、帯電器１２、露光器１３、トナー現像器１４、感光体クリーナ１６、図示しない除電ランプが色トナーの数だけ並んで配列されている。すなわち４色カラー画像形成装置であれば上記の機器が４セット並ぶ。

中間体ベルト１５に転写されたトナー像は、二次転写部５０へ進み、トナーと逆極性のバイアスを印加された二次転写ロール５２と二次転写用対向ロール５３により形成される電界の作用を受け、フィードロール８１、レジストロール８２により二次転写位置に送り出された転写材１９に転写される。

トナー像が転写された転写材１９は定着器２０に送られ定着がおこなわれるとともに、中間体ベルト１５上に残留したトナーは、中間体クリーナ５４より回収されて、次の画像形成の準備が整えられる。 一方、感光体ドラム１１上に残ったトナーは、感光体クリーナ１６に運ばれ、感光体ドラム１１の表面より除去される。

あるいは、カラー画像形成装置に換えて単色の画像を形成するモノクロ画像形成装置であってもよい。

すなわち図３に示すように感光体ドラム１１の表面には、回転上流側から順に、帯電器１２、露光器１３、トナー現像器１４、感光体クリーナ１６、図示しない除電ランプが取り付けられており、周知の電子写真プロセスによって白黒又はカラーのトナー像が形成されるようになっている点は図２のタンデム式カラー画像形成装置と同様である。

モノクロ画像形成装置１０ｃには感光体ドラム１１、帯電器１２、露光器１３、トナー現像器１４、感光体クリーナ１６、図示しない除電ランプが設けられ、１色のトナーで単色画像を感光体１１上に形成する
中間体ベルト５に転写されたトナー像は、二次転写部５０へ進み、トナーと逆極性のバイアスを印加された二次転写ロール５２と二次転写用対向ロール５３により形成される電界の作用を受け、フィードロール８１により二次転写位置に送り出された転写材１９に転写される。

トナー像が転写された転写材１９は定着器２０に送られ定着がおこなわれるとともに、感光体ドラム１１上に残ったトナーは、感光体クリーナ１６に運ばれ、感光体ドラム１１の表面より除去される。
＜帯電器・清掃ロール＞
次に本発明に係る帯電器および帯電器を清掃する清掃ロールについて説明する。

図４（ａ）には本発明に係る帯電器の断面が示されている。

帯電器１２は、感光体１１の表面に接触して配設され、直流電圧あるいは直流電圧に交流電圧を印加されて、感光体表面を帯電させる。

また、その形状としては、芯材の周囲に抵抗弾性層を設けたロール形状であり、抵抗弾性層を、外側から抵抗層とそれらを支持する弾性層の順に分割した構成とすることも可能である。さらに帯電器の耐久性や耐汚染性の付与のために、必要に応じて抵抗層の外側に保護層を設けることができる。

すなわち、本発明では図４（ａ）に示すように芯材１２ａの周囲に導電性弾性層１２ｂ、抵抗層１２ｃを設け、外周を保護層１２ｄで覆う構成とする。以下、芯材１２ａの上に導電性弾性層１２ｂ、抵抗層１２ｃ、保護層１２ｄを設けた場合について、より詳細に説明を行う。

芯材１２ａの材質としては導電性を有するもので、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。また、金属以外の材料でも、導電性と適度の剛性を有する材料であれば用いることができ、例えば導電性粒子等を分散した樹脂成形品や、セラミックス等を用いることもできる。また、ロール形状のほか、中空のパイプ形状とすることも可能である。

導電性弾性層１２ｂの材質としては導電性あるいは半導電性を有するもので、一般には樹脂材あるいはゴム材に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散したものである。樹脂材料としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂等の合成樹脂などが用いられ、ゴム材料としてはエチレン−プロピレンゴム、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、クロロプレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンオキシドゴムなど、または、それらを発泡させた発泡材が用いられる。

導電性粒子あるいは半導電性粒子としてはカーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ZnO-Al２O３、SnO２-Sb２O３、In２O３-SnO２、ZnO-TiO２、MgO-Al２O３、FeO-TiO２、TiO２、SnO２、Sb２O３、In２O３、ZnO、MgO等の金属酸化物や、第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等を用いることができ、これらの材料を単独あるいは２種以上混合して用いても良い。更に必要に応じてタルク、アルミナ、シリカ等の無機充填材、フッ素樹脂やシリコンゴムの微粉等、有機充填材の１種または２種以上を混合しても良い。

抵抗層１２ｃおよび保護層１２ｄの材質としては結着樹脂に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散し、その抵抗を制御したもので、抵抗率としては１０＾３〜１０＾１４Ωcm、好ましくは１０＾５〜１０＾１２Ωcm、さらに好ましくは１０＾７〜１０＾１２Ωcmがよい。また膜厚としては０．０１〜１０００μm、好ましくは０．１〜５００μm、さらに好ましくは０．５〜１００μmがよい。結着樹脂としてはアクリル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリチオフェン樹脂、PFA、FEP、PET等のポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂等が用いられる。

導電性粒子あるいは半導電性粒子としては弾性層と同様のカーボンブラック、金属、金属酸化物や、イオン導電性を発現する第４級アンモニウム塩等のイオン性化合物等の１種または２種以上が混合される。また必要に応じてヒンダードフェノール、ヒンダードアミン等の酸化防止剤、クレー、カオリン、タルク、シリカ、アルミナ等の無機充填剤や、フッ素樹脂やシリコン樹脂の微粉等の有機充填材や、シリコーンオイル等の潤滑剤などの、１種または２種以上を添加することができる。また更に界面活性剤や帯電制御剤等が必要に応じて添加される。

また、これらの層を形成する手段としてはブレードコーティング法、マイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等を用いることができる。

次いで清掃ロールについて説明する。

図４（ｂ）、（ｃ）には本発明に係る清掃ロール２２の構造が示されている。

清掃ロール２２は、芯材２２ａと、この芯材２２ａの周面に形成される多孔質弾性層２２ｂから形成され、感光体ドラム１１に接触配置される帯電ロール１２に接触配置されている。

芯材２２ａの材質としては、多孔質弾性層２２ｂを支持し、帯電ロール１２へ適度の圧接力で以って接触状態を維持できる程度の剛性を有するものが用いられ、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等などの金属の他、樹脂成形品、セラミックス等や、これらに導電性粒子等を分散させたものや、無機フィラーを分散させたものを用いることができる。また、ロール形状のほか、中空のパイプ形状とすることも可能である。

多孔質弾性層２２ｂは、所定のセル密度で形成されたロール状のスポンジであり、例えばエーテル系ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、ポリオレフィンフォーム、メラミンフォーム、マイクロポリマー等を用いることができる。

ポリウレタンフォームを例にとり、製造方法について簡単に説明すると、ポリオール、イソシアネート、水、触媒（アミン触媒、金属触媒など）および整泡剤（界面活性剤）を用いて製造され、また、用途によっては顔料などの添加剤が用いられる。そして、これら原料を混合・攪拌すると化学反応が起き、ウレタン樹脂の発泡体を得ることができる。

以下に本発明に用いた清掃ロール２２について説明する。本発明で用いた清掃ロール２２としては、図４（ｂ）に示すように、金属性の芯材２２ａの周囲に、ポリウレタンフォームからなるを多孔質弾性層２２ｂ被覆したロールを使用した。

金属製の芯材２２ａに用いられる材料としては、Φ６ｍｍのSUS ３０３ ステンレス合金を用いた。またポリウレタンフォームとしては、厚さ２mmで、セル密度が４０〜５０個／２５ｍｍであり、Φ５０の円盤状部材を０．５ｍｍ押し込むのに必要な荷重が８０〜１５０g程度になるように硬度を調整した、エーテル系ポリウレタンを用いた。

また、本発明の実施例で用いた清掃ロール２２は、図４（ｃ）に示すように、軸の長手方向に関して外径が変化している。すなわち、清掃ロール２２は、その中央部分（中間部分、中間部）が両端部に比べて太くなっているクラウン形状に形成されている。言い換えると、清掃ロール２２は、両端部から中央部分に行くに従って拡径していくクラウン形状に形成されている。

より具体的に説明すると、清掃ロール２２の中央部分の外径が両端部の外径に比べて ｄ１だけ大きくなっている。清掃ロールの両端部の外径がＤ１のときは、中央部分の外径がＤ１＋ ｄ１である。すなわち、ここでいうｄ１がクラウン量である。
＜帯電ロールの押圧力均一化＞
次に本発明に係る、帯電ロールと感光体ドラムとの押圧力均一化について説明する。

従来、図５（ａ）に示すように帯電ロール１２が感光体ドラム１１を押圧しながら回転するとき、シャフトの撓みによって長さ方向中央部の接触圧力が端部の圧力よりも下がるので、帯電ロール１２の長手方向中央部の外径を端部よりも大きくした、いわゆるクラウン形状にすることで帯電ニップを補正する構成が考えられている。

前述のように、あまりクラウン量を大きくすると帯電ロール１２を感光体ドラム１１に押し付ける押し付け部材の弾性が経時変化で低下した場合などに、端部の圧接荷重が弱くなってニップが不均一になるため、帯電ロールのゴム硬度に合わせて、想定される荷重の範囲でニップが略均一になるように、適切なクラウン量、たとえば50μm〜500μmに設定する。

しかしながら、清掃ロール２２を有する画像形成装置の場合、クリーニング部材が帯電ロールに対して接触ないし食い込むようにして設置されるため、帯電ロール１２は清掃ロール２２からも荷重を受けることになる。つまり図５（ｂ）に示すように清掃ロール２２が帯電ロール１２を押圧しているが、この押圧力もまた上記のようにシャフトの撓みによって長さ方向中央部の接触圧力が端部の圧力よりも下がるので、均一なものとはならない。したがって、均一な帯電ニップが形成できなくなるという課題があった。

そこで本発明では図５（ｃ）のように、清掃ロール２２の形状もまた長手方向中央部の外径を端部よりも大きくした、いわゆるクラウン形状にすることで、帯電ロール１２に対する清掃ロール２２の押圧力を長手方向に対して均一にし、帯電ニップを補正する。

つまり図５（ｄ）のようにクラウン形状の清掃ロール２２で帯電ロール１２を感光体ドラム１１に向けて付勢する構成とすることで、長手方向にわたって均一な押圧力分布とすることができる。この内容を以下に数式で説明する。
＜押圧力の釣り合い＞
図６には本発明の第１実施形態に係る感光体ドラム、帯電ロール、清掃ロールにかかる力の釣り合いが示されている。

図６および図１０に示すように、帯電ロール１２と清掃ロール２２とは軸受け３２で支持され、バネ部材３４により力ｆで感光体ドラム１１に向け押圧されている。

この例においては、帯電ロール１２と清掃ロール２２は、軸受け３２に設けられた軸受け部(貫通孔)に取り付けられ、両者の軸間距離が一定になるように規制されている。軸受け３２の一部に押圧部材としてバネ部材３４が取り付けられており、帯電ロール１２と清掃ロール２２とを一体として感光体ドラム１１へ付勢するように構成している。

バネ部材３４の荷重は、帯電ロール１２が感光体ドラム１１へ適度な圧接力で接触するように調整されており、例えば片側あたり２５０gf〜６００gfの荷重を付与できるように選択されている。

ここで、まず軸受け３２が帯電ロール１２を押す力をＦｂ、清掃ロール２２を押す力をＦｃ、帯電ロール１２に働く重力をＭｇ、清掃ロール２２に働く重力をｍｇ、帯電ロール１２が感光体ドラム１１から受ける反力をＮｂ、帯電ロール１２が清掃ロール２２を押す力（清掃ロール２２から受ける反力）をＮｃとする。

このとき帯電ロール１２に働く力は
２Ｆｂ＋Ｎｃ＝Ｎｂ＋Ｍｇ
であり、清掃ロール２２については
２Ｆｃ＝Ｎｃ＋ｍｇ
軸受け３２と帯電ロール１２、清掃ロール２２は
２Ｆ＝Ｎｂ＋Ｍｇ＋ｍｇ＝Ｎｂ＋（Ｍ＋ｍ）ｇ
であることから、上記３つの力の釣り合いは
２Ｆｂ＝Ｎｂ−Ｎｃ＋Ｍｇ
＝（２Ｆ−（Ｍ＋ｍ）ｇ）−（２Ｆｃ−ｍｇ）＋Ｍｇ
＝２Ｆ−（Ｍ＋ｍ）ｇ−２Ｆｃ＋（Ｍ＋ｍ）ｇ
となる。これにより
Ｆｂ＝Ｆ−Ｆｃ
であることがわかる。

すなわち、これら３つの釣り合いの式より、帯電ロール１２と清掃ロール２２の軸受け３２、３６にかかる荷重をそれぞれ求めると、清掃ロール１２の軸受け穴は、清掃ロール２２と帯電ロール１２のニップ荷重がそのまま掛かるのに対して、帯電ロール１２の軸受け穴には、感光体ドラム１１と帯電ロール１２のニップ荷重と、清掃ロール２２と帯電ロール１２のニップ荷重の差分しか掛からないことがわかる。

したがって、清掃ロール２２が存在する場合、帯電ロール１２に掛かる荷重の大分部を清掃ロール２２と感光体ドラム１１より受けることになり、荷重の付与が略等分布荷重になる。そのため、軸受け部への集中荷重を受ける清掃ロール２２がない場合と異なり、帯電ロール１２のシャフト撓みは自重分程度と小さくなるので、クラウン量が少ない又はない形状にしても、略均一なニップを形成することが可能になる。

一方、感光体ドラム１１と帯電ロール１２、および帯電ロール１２と清掃ロール２２の間の接触状態を、良好かつ均一ニップに保つためには、両ロールとも、ある程度の厚み、例えば２〜３mm程度の弾性層が必要になる。

外径≦Φ１２程度の小径とするためには、芯材の径としては、Φ４〜６程度以下のものを使用しなければならないが、このような細い芯材、例えばΦ４程度の芯材で、軸方向長さが３００ｍｍ程度の場合、１kg程度の荷重で圧接すると、ＳＵＳ３０３のようなステンレス合金を用いて強度を確保しても清掃ロール２２側は中央部で０．５mm程度撓みを生じることもある。

このように芯材が撓んでしまうと、中央部と端部で清掃ロール２２の圧接状態が変わってしまい、著しい場合には、中央部が浮いてしまうこともある。この場合、清掃ロール２２が帯電ロール１２を圧接する力は、等分布荷重よりも端部集中荷重に近くなるため、上述したような帯電ロール１２と感光体ドラム１１の均一ニップが形成しがたくなる。

これに対して、清掃ロール２２に該シャフトの撓みに応じたクラウンを与えることで、帯電ロール１２と清掃ロール２２のニップ状態を略均一にすることが可能となり、上述したように感光体ドラム１１と帯電ロール２２のニップも略均一とすることができる。
＜押圧力の釣り合い２＞
図７には本発明の第２実施形態に係る感光体ドラム、帯電ロール、清掃ロールにかかる力の釣り合いが示されている。

この構成においては、清掃ロール２２と帯電ロール１２がそれぞれ別の軸受け部材に保持され、かつ別々のバネ部材で押圧されている。

帯電ロール１２と清掃ロール２２はそれぞれ別体の軸受け３３、３６によって保持されている。それぞれの軸受けには、押圧部材としてバネ部材３５、３７が取り付けられており、帯電ロール１２と清掃ロール２２とを感光体ドラム１１へ付勢するように構成している。

また、帯電ロール１２の軸受け３３には、その移動方向を規制するガイド部３１Ａがあり、筐体３９に設けられた規制部３１Ｂによって、プロセス方向や、帯電ロール軸長手方向へ軸受け３３が傾くのを防止している。さらに、清掃ロール２２の軸受け部材には、帯電ロール１２の芯材１２ａよりも十分大きな貫通孔３６ａが設けられており、芯材１２ａが貫通するように構成されている。これにより、清掃ロール２２の軸受け３６がプロセス方向や、帯電ロール軸長手方向へ大きく傾くことを防止している。

また、清掃ロール２２を押圧するバネ部材３７は、清掃ロール２２により良好な帯電ロール清掃性が得られるような荷重、例えば片側１００gf〜６００gf、望ましくは片側２５０gf〜５００gf、さらに望ましくは３５０gf〜５００gfが付与できるように選択されている。

さらに、帯電ロール１２を押圧するバネ部材３５には、上記清掃ロール２２押圧用のバネ部材３７の作用による、帯電ロール１２の感光体ドラム１１への圧接だけでは不足する分を補うよう、清掃ロール２２押圧用のバネ部材３７よりも弱い範囲で片側５０gf〜３００gfの荷重が加えられるよう選択されている。

以下の実施例では、清掃ロール押圧用圧縮バネ手段として片側４００gf、帯電ロール押圧用圧縮バネとして片側７０gfのものを用いた。

上記の構成においては、帯電ロール１２と感光体ドラム１１のニップ荷重は図７に示すように、清掃ロール２２の反力＋帯電ロール押圧部材−帯電ロール１２自重となる。したがって、必要なニップ荷重を清掃ロール２２押圧部材と帯電ロール１２押圧部材の二つに振り分けることができる。

図７および図１１に示すように、帯電ロール１２と清掃ロール２２とは軸受け３３、３６で支持されている。ここで、まず軸受け３３がバネ部材３５で帯電ロール１２を押す力をＦｂ、軸受け３６がバネ部材３７で清掃ロール２２を押す力をＦｃ、帯電ロール１２に働く重力をＭｇ、清掃ロール２２に働く重力をｍｇ、帯電ロール１２が感光体ドラム１１から受ける反力をＮｂ、帯電ロール１２が清掃ロール２２を押す力（清掃ロール２２から受ける反力）をＮｃとする。

このとき帯電ロール１２に働く力は
２Ｆｂ＋Ｎｃ＝Ｎｂ＋Ｍｇ
なので、
Ｎｂ＝２Ｆｂ＋Ｎｃ−Ｍｇ
である。清掃ロール２２については
２Ｆｃ＝Ｎｃ＋ｍｇ
よって、帯電ロール１２と清掃ロール２２の力の釣り合いは
２Ｆｂ＋２Ｆｃ＝Ｎｂ＋（Ｍ＋ｍ）ｇ
となる。

ここで、帯電ロール１２を押圧するバネ部材３５による荷重が端部集中荷重として作用するのに対して、清掃ロール２２を押圧するバネ部材３７による荷重は清掃ロール２２の反力として帯電ロール１２に作用するので、略等分布荷重として加わることになる。

したがって、両押圧部材の荷重配分を、バネ部材３７≫バネ部材３５とすることで、帯電ロール１２の撓みを抑制することができ、帯電ロール１２に極小か、または０のクラウン量をつけるだけで、略均一な帯電ニップを形成することが可能である。

一方、清掃ロール２２は端部支持となるため、シャフトの撓みが大きくなるが、撓みの量に応じたクラウン量を設けられているので、略均一な清掃ニップを実現することが可能である。
＜押圧力の釣り合い３＞
図８には本発明の第３実施形態に係る感光体ドラム、帯電ロール、清掃ロールおよび補助ロールにかかる力の釣り合いが示されている。

この例においては、帯電ロール１２と清掃ロール２２に加え、清掃ロール２２を押圧する部材として押圧ロール４０が設けられている。

押圧ロール４０としては、鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等が用いられる。また、金属以外の材料でも、適度の剛性を有する材料であれば用いることができ、例えばガラス粒子、カーボンファイバーなどのフィラー等を分散した樹脂成形品や、セラミックス等を用いることもできる。

また、その外径は、図４（ｃ）に示した清掃ロール２２と同様、軸の長手方向に関して外径が変化している。すなわち、押圧ロール４０は、その中央部分（中間部分、中間部）が両端部に比べて太くなっているクラウン形状に形成されており、中央部分の外径が両端部の外径に比べてｄ１だけ大きくなっている。

すなわち、両端部の外径がＤ１のときは、中央部分の外径がＤ１＋ｄ１となっている。本発明では、中央部外径が６mmで、端部外径D１が５．５mmのSUS３０３合金からなる押圧ロール４０を用いた。

また、軸受け３８に設けられた各ロールの軸受け穴(貫通孔)３８ａ、３８ｂ、３８ｃとして、帯電ロール１２と押圧ロール４０用の軸受け孔３８ａ、３８ｃは、それぞれの芯材の外径より０〜０．１ｍｍ程度大きな内径を有した円形状であり、清掃ロール２２用の軸受け穴３４ｂは長穴形状となっている。

これに加えて清掃ロール２２の外径バラツキを考慮して、清掃ロール２２が所定の外径よりも０．５mm程度小さくても帯電ロール１２／押圧ロール４０から離間することがないように、（清掃ロール２２外径＋帯電ロール１２半径＋押圧ロール４０) −（３４ａ／３４ｃの中心間距離）を１〜２mmにしてある。

軸受け３８の一部に、押圧部材としてバネ部材３４が取り付けられており、帯電ロール１２、清掃ロール２２および押圧ロール４０を一体として感光体ドラム１１へ付勢するように構成している。バネ部材３４の荷重は、帯電ロール１２が感光体ドラム１１へ適度な圧接力で接触するように調整されており、例えば片側あたり３００gf〜７００gfの荷重を付与できるように選択されている。

ここで、まず軸受け３８がバネ部材３４で帯電ロール１２を押す力をＦｂ、軸受け３８が清掃ロール２２を押す力をＦｃ、軸受け３８が押圧ロール４０を押す力をＦａ、帯電ロール１２に働く重力をＭｇ、清掃ロール２２に働く重力をｍｇ、押圧ロール４０に働く重力をμｇ、帯電ロール１２が感光体ドラム１１から受ける反力をＮｂ、帯電ロール１２が清掃ロール２２を押す力（清掃ロール２２から受ける反力）をＮｃ、押圧ロール４０が清掃ロール２２を押す力（清掃ロール２２が押圧ロール４０から受ける反力）をＮａとする。

このとき帯電ロール１２に働く力は
２Ｆｂ＋Ｎｃ＝Ｎｂ＋Ｍｇ
であり、清掃ロール２２については
２Ｆｃ＋Ｎａ＝Ｎｃ＋ｍｇ
であり、押圧ロール４０については
２Ｆａ＝Ｎａ＋μｇ
である。軸受け３２と帯電ロール１２、清掃ロール２２、補助ロールは
２Ｆ＝Ｎｂ＋（Ｍ＋ｍ＋μ）ｇ
であることから、上記３つの力の釣り合いは
２Ｆｃ＝Ｎｃ−Ｎａ＋ｍｇ
＝（Ｎｂ＋Ｍｇ−２Ｆｂ）−（２Ｆａ−μｇ）＋ｍｇ
＝（２Ｆ−（Ｍ＋ｍ＋μ）ｇ＋Ｍｇ−２Ｆｂ）−２Ｆａ＋（Ｍ＋ｍ）ｇ
となる。これにより
Ｆｂ＝Ｆ−Ｆａ−Ｆｃ
≒Ｆ−Ｆａ
であることがわかる。

前述のように清掃ロール２２の軸受け部は長穴形状となっているため、清掃ロール２２が軸受け部材３８から受ける力Ｆｃは略０であり、帯電ロール１２と押圧ロール２２から面荷重を受けることになる。

一方、押圧ロール４０は端部支持となるため、シャフトの撓みが大きくなるが、撓みの量に応じたクラウン量を設けられているので、略均一なニップを実現することが可能である。したがって、押圧ロール４０が清掃ロール２２に及ぼす面荷重を略等分布とすることが可能になる。これにより、清掃ロール２２にクラウン量を設けなくとも略均一なニップを形成することが可能であり、さらには帯電ロール１２に極小さいまたは０のクラウン量をつけるだけで、略均一な帯電ニップを形成することが可能である。
＜ニップ幅評価方法＞
次に、帯電ロールと感光体ドラムとのニップ幅の評価方法について説明する。

図９に示すように、ニップ幅評価装置４３はφ３０の感光体ドラム１１と、図４に記載の帯電ロール１２と、清掃ロール２２とが配置されている。清掃ロール２２と帯電ロール１２とは軸受け３２により固定されている。この軸受け３２は、バネ部材３４により感光体ドラム１１方向へ付勢されており、これによって帯電ロール１２は感光体ドラム１１へ押し付けられる。

また、ニップ幅評価装置４３においては感光体ドラム１１、帯電ロール１２、清掃ロール２２の位置関係(特に上下方向)は、実際の画像形成装置に使用される状態とほぼ同じ状態となっている。さらに、第３実施形態に関しては押圧ロール４０を設けている。

また、電気的な状態としては、感光体ドラム１１の基材が接地されており、帯電ロール１２には高圧電源３１からACバイアス(peak to peak電圧が低温低湿環境では２．５kV、高温高湿環境では１．８ｋV)を重畳したDCバイアス(−７００V)を印加できるようになっている。ここでは、清掃ロール２２を電気的にフロート状態としているが、帯電ロール１２と同バイアスを印加しても良い。なお、測定環境としては、１０℃、１５%RHの低温低湿環境と、３０℃、９０％RHの高温高湿環境で評価を行った。

ここで、軸受け３２とその構成について説明する。軸受け３２の材料としては、処理鋼板やステンレス合金の他、ポリカーボネート、アクリル、ナイロン(PA)、ポリフェニレンオキサイド、ポリエチレン(PE)、ポリアセタール(POM)、などの樹脂部材を用いることができる。ただし、少なくとも直接帯電ロール１２や清掃ロール２２と接触する軸受け穴３２ａ、３２ｂについては、摺動性の良好な部材、例えばナイロン、高摺動性ポリアセタール、高密度ポリエチレンなどを用いるか、あるいはボールベアリングを用いるのが望ましい。また、導電性高摺動樹脂や、導電性グリースを有したボールベアリングを用いることで、軸受け３２を介して帯電ロール１２に給電を行うこともできる。本発明においては、導電性高摺動樹脂である旭化成工業(株)製テナック-C TFC６４を用いた。

上記の構成、条件において、以下のようにしてニップ幅の測定を行った。まず、清掃ロール２２と帯電ロール１２の食い込み量が所定の値となるように樹脂ベアリングを選択し、所定の荷重が掛かるようなバネ部材３４を用いて、帯電ロール１２を感光体ドラム１１に押し付けた。この状態で、高圧電源３１の出力を開始し、１５分経過したところで高圧電源３１の出力を停止する。

感光体ドラムを装置から取りはずし、帯電ロール１２と接触していた部分に生じている放電痕の幅を、端部から４０mm毎にノギスで測定することで、ニップ幅分布を測定した。

本評価実験では、端部外径Ｄ１が１０mmの清掃ロール２２を用いた。 このとき例えばクラウン量 ｄ１として、０．５ｍｍの寸法を採用することができる。すなわち、清掃ロール２２の中央部分が両端部よりも０．５ｍｍ太い１０．５ｍｍとなっている形状である。また第３実施形態および従来例では、端部外径D１が１０mmで、クラウン量ｄ１が略０の清掃ロール２２を用いた。

加えて第３実施形態では、中央部外径が６mmで、端部外径D１が５．５mmのSUS３０３合金からなる押圧ロール４０を用いた。

また実験は高温高湿環境（３０℃／９０％）と低温低湿環境（１０℃／１０％）でテストを実施した。また、清掃ロール２２の外径バラツキの影響を比較するために，平均外径( =（両端部＋中央部)／3）が10.3mm／10.0mm／9.7mmとなる3種類の外径の清掃ロール２２を用意し、比較実験を行った。

図１３には従来の方式、図１４には第１実施形態、図１５には第２実施形態、図１６には第３実施形態の実験結果を示す。

図１３〜図１６に示すように、上記の条件にてニップ幅測定を行った結果、第１〜第３実施形態ともに従来例に比較して環境条件によるニップ幅の変動、および清掃ロール２２の外径バラツキによるニップ幅の変動が少ないことがわかった。また、環境条件によるニップ幅の変動は第３実施形態が最も優れていることもわかった。
＜その他＞
尚、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では液滴吐出ヘッドの製造方法だが、これに限らずテーパ角度のついた微小な穴を加工する必要のある工程であれば他の形式の製品への応用であってもよい。

本発明に係る画像形成装置を示す模式図である。 本発明に係る画像形成装置を示す模式図である。 本発明に係る画像形成装置を示す模式図である。 本発明に係る帯電ロールおよび清掃ロールを示す図である。 本発明に係る清掃ロールと帯電ロールの押圧力を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る各ロールの力バランスを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る各ロールの力バランスを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る各ロールの力バランスを示す図である。 本発明に係る帯電ロールのニップ幅評価装置を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る各ロールの軸受け部分を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る各ロールの軸受け部分を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る各ロールの軸受け部分を示す図である。 従来の帯電ロールと感光体ドラムのニップ幅を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る帯電ロールと感光体ドラムのニップ幅を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る帯電ロールと感光体ドラムのニップ幅を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る帯電ロールと感光体ドラムのニップ幅を示す図である。

符号の説明

１１ 感光体ドラム
１２ 帯電ロール
２２ 清掃ロール
３２ 軸受け
３４ バネ部材
４０ 押圧ロール

Claims (5)

1. 表面に画像を形成する像担持体と、
   前記像担持体に従動回転する帯電ロールと、
   前記帯電ロールの表面に接触して清掃し、前記帯電ロールを前記像担持体へ押圧する清掃ロールと、
   を有する画像形成装置であって、 前記清掃ロールは長さ方向中央部分と両端部分の径が異なる形状のロール部材であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記清掃ロールの前記帯電ロールへの押圧力分布は、前記帯電ロールと前記像担持体とのニップ幅が長さ方向について略一定となるように規定されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記清掃ロールと前記帯電ロールとが軸間距離一定となるように一対の軸受け部材に支持され、前記清掃ロールと前記帯電ロールとが一体となって前記像担持体に圧接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。
4. 前記清掃ロールを略一定の荷重で前記帯電ロールに押圧する第一の押圧手段と、
   前記第一の押圧手段よりも小さい略一定の荷重で、前記帯電ロールを前記像担持体に押圧する第二の押圧手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 表面に画像を形成する像担持体と、
   前記像担持体に従動回転する帯電ロールと、
   前記帯電ロールに接触し表面を清掃する清掃ロールと、
   前記清掃ロールの表面に接触し、前記帯電ロールと前記清掃ロールを前記像担持体ドラムへ押圧する清掃ロール押圧部材と、
   を有し、前記清掃ロール押圧部材は長さ方向中央部が両端部よりも太いクラウン形状のロール部材であることを特徴とする画像形成装置。

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