JP3517439B2 - 帯電部材、帯電装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、帯電部材、帯電装置、
画像形成装置、及びプロセスカートリッジに関する。よ
り詳しくは、 ａ．帯電部材を被帯電体に当接させて帯電を行う接触帯
電装置の接触帯電部材、 ｂ．帯電部材を被帯電体に当接させて帯電を行う接触帯
電装置、 ｃ．像担持体の帯電手段として、帯電部材を像担持体に
当接させて帯電を行う接触帯電装置を用いた画像形成装
置、 ｄ．少なくとも、像担持体と、該像担持体の帯電手段を
包含し、画像形成装置に対して着脱されるプロセスカー
トリッジ、 に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、電子写真プロセス・静電
記録プロセスなど、感光体・誘電体等の像担持体に該像
担持体を帯電処理する工程を含む画像形成プロセスを適
用して画像形成を実行する、複写機・レーザービームプ
リンター・静電記録装置等の画像形成装置においては、
被帯電体としての像担持体を帯電処理（除電処理も含
む）する手段機器としてコロナ放電により像担持体をコ
ロナ帯電させる、非接触式であるコロトロンやスコロト
ロン等のコロナ放電装置が広く利用されていた。

【０００３】近時は接触式の帯電装置の利用が進められ
ている。接触帯電は電圧を印加した帯電部材を被帯電体
に当接させて被帯電体に電荷を直接的に転移させ被帯電
体面を所用の電位に帯電するもので、コロナ放電装置に
比べて、被帯電体面に所望の電位を得るのに必要とされ
る印加電圧の低電圧化がはかれること、帯電過程で発生
するオゾン量がごく微量でありオゾン除去フィルターの
必要性がなくなること、そのため装置の排気系の構成が
簡略化されること、メンテナンスフリーであること、構
成が簡単であること、等の長所を有している。

【０００４】そこで、例えば電子写真装置・静電記録装
置等の画像形成装置において、感光体、誘電体等の像担
持体、その他の被帯電体を帯電処理する手段としてコロ
ナ放電装置に変わるものとして注目され実用化もされて
いる。

【０００５】図６に接触帯電装置を像担持体の一次帯電
装置として用いた画像形成装置の一例の概略構成を示し
た。

【０００６】１は像担持体としての例えば電子写真感光
ドラムであり、矢印Ａの時計方向に所定の周速度（プロ
セススピード）をもって回転駆動される。

【０００７】２０は接触帯電部材としての導電性ローラ
（帯電ローラ）である。２ａはローラ芯金棒、２ｂはこ
の芯金棒の外周に同心一体にローラ状に設けた導電性弾
性層である。この帯電ローラ２０は芯金棒２ａの両端部
にそれぞれ作用させた押し圧バネ３の押し圧力で感光ド
ラム１面に対して所定の押し圧力をもって圧接してお
り、感光ドラム１の回転に伴い従動回転する。

【０００８】４は帯電ローラ２０に対する電圧印加電源
であり、この電源４により帯電ローラ２０の芯金棒２ａ
に接触させた接点板ばね４ａを介して感光ドラム１の帯
電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧Ｖｐｐを有する振
動電圧（時間と共に電圧値が周期的に変化する電圧）Ｖ
ａｃと所定の直流電圧Ｖｄｃとを重畳した電圧（Ｖａｃ
＋Ｖｄｃ）が帯電ローラ２０に印加されて、回転駆動さ
れている感光ドラム１の外周面が均一に所定の極性・電
位に帯電される。

【０００９】その感光ドラム１の帯電処理面に対して不
図示の露光装置（原稿画像投影露光装置・レーザースキ
ャナ等）により目的の画像情報の露光５（画像情報の書
き込み）がなされて、感光ドラム１面に目的の画像情報
に対応した静電潜像が形成され、該潜像が現像装置６に
よりトナー画像として現像される。

【００１０】そのトナー画像が感光ドラム１と該感光ド
ラム１に当接させた転写ローラ８との圧接ニップ部であ
る転写部位Ｎにおいて、該転写部位Ｎに不図示の給紙部
から所定のタイミングで給送された転写材７に対して順
次に転写されていく。

【００１１】転写部位Ｎにてトナー画像の転写を受けた
転写材７は感光ドラム１面から分離されて不図示の定着
装置へ搬送されてトナー画像の定着処理を受け画像形成
物（コピー・プリント）として出力される。

【００１２】また転写材７へのトナー画像転写後の感光
ドラム１面はクリーニング装置９により転写残りトナー
等の残留付着物の除去を受けて清浄面化され、繰り返し
て作像に供される。

【００１３】接触帯電部材としての帯電ローラ２０に対
する電圧印加は、直流電圧のみを印加する方式（ＤＣ印
加方式）と、上記例のように振動電圧を印加する（ＡＣ
印加方式、特開昭６３−１４９６６９号公報等）があ
る。後者のＡＣ印加方式の方が均一帯電処理性がよい。

【００１４】しかしＡＣ印加方式においては問題点とし
て、振動電圧に起因する「帯電音」と呼ばれる振動騒音
の発生がある。この帯電音を軽減させる対策として、こ
れまで硬めのソリッドであった帯電部材の弾性層２ｂを
非常に柔軟な発泡部材等の層とすることで、帯電部材２
０と感光ドラム１との振動を抑えることができ、帯電音
も気にならないレベルまで軽減することが可能である。

【００１５】しかしながら、発泡部材は非常に柔軟なた
め発泡部材の材質、又は環境によって帯電部材が外部か
ら受ける力により永久変形をし、画像上に帯電不良等が
現れる可能性がある。これを防止する対策として、発泡
部材の外周面に抵抗層であり発泡部材に対し硬度が高い
チューブで覆う方法が考えられている。これにより発泡
部材に受ける力は小さくなり、帯電音も大きくなること
はない。更に発泡部材は表面性に難があったため、表面
性がよいチューブで覆うことで画像ムラ等の問題もなく
なる。

【００１６】図７にそのような発泡部材層・チューブ層
を有する帯電ローラ２０の層構成例を示す横断面模型図
を示した。帯電ローラ２０は芯金棒２ａと、その外周に
形成したカーボン等の導電性粉体を分散させたポリウレ
タン等の発泡部材２ｂとチューブ２ｃ、更にその外周に
形成した導電層２ｄ、中抵抗層２ｅ、保護層２ｆからな
る。２ｂ₁ は発泡部材２ｂの気泡部である。

【００１７】このような帯電ローラ２０は、図８のよう
に、先に原料を発泡させた発泡部材２ｂを作成し、それ
に芯金２ａとチューブ２ｃを挿入させて作製する方法
や、図９のように、チューブ２ｃの内側に芯金２ａを立
て、発泡部材の原料２ｂ₂ を芯金２ａに差し込み固定さ
せた状態で該原料２ｂ₂ を発泡ａさせることで芯金棒２
ａとチューブ２ｃとの間に発泡部材２ｂを形成させて作
製する方法などがある。表面性、精度、コストの面を考
慮すると、後者の方法が優れている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかし上述図９の後者
の方法においては次のような問題が起きた。即ち発泡部
材の原料２ｂ₂ を発泡ａさせて芯金棒２ａとチューブ２
ｃの間に発泡部材２ｂを形成させた場合、チューブ２ｃ
と発泡した発泡部材２ｂとの界面において空気の逃げ道
がないため、空気がそのまま溜まり大きな気泡として残
ってしまう。この状態は一見表面性が良いように見える
が、この帯電部材２０が感光ドラム１と当接し、感光ド
ラム１が回転した場合、クリーニング装置９をすり抜け
てきた廃トナーが帯電部材２０と感光ドラム１間に入り
込み、帯電部材２０のチューブ２ｃの内側の界面が気泡
である部分にこの廃トナーが溜まり易くなり、画像上に
帯電不良となって黒い斑点のようなものが現れてしま
う。

【００１９】本発明はこの問題を解消するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は下記の構成を特
徴とする、帯電部材、帯電装置、画像形成装置、及びプ
ロセスカートリッジである。

【００２１】（１）支持部材と、支持部材上に設けられ
た発泡体層と、発泡体層上に設けられたチューブと、を
有する帯電部材において、直径が２００μｍ以下の微小
な穴を有するチューブ内に支持部材を固定した状態で発
泡原料を発泡させて発泡体層を形成し、前記チューブの
外側に表面保護層を有することを特徴とする帯電部材。

【００２２】（２）支持部材と、支持部材上に設けられ
た発泡体層と、発泡体層上に設けられたチューブと、を
有する帯電部材を被帯電体に当接させて帯電を行う帯電
装置において、帯電部材は、直径が２００μｍ以下の微
小な穴を有するチューブ内に支持部材を固定した状態で
発泡原料を発泡させて発泡体層を形成し、前記チューブ
の外側に表面保護層を有することを特徴とする帯電装
置。

【００２３】（３）像担持体の帯電手段として、支持部
材と、支持部材上に設けられた発泡体層と、発泡体層上
に設けられたチューブと、を有する帯電部材を像担持体
に当接させて帯電を行う帯電装置を用いた画像形成装置
において、帯電部材は、直径が２００μｍ以下の微小な
穴を有するチューブ内に支持部材を固定した状態で発泡
原料を発泡させて発泡体層を形成し、前記チューブの外
側に表面保護層を有することを特徴とする画像形成装
置。

【００２４】（４）少なくとも、像担持体と、該像担持
体の帯電手段を包含し、画像形成装置に対して着脱され
るプロセスカートリッジにおいて、帯電手段が、支持部
材と、支持部材上に設けられた発泡体層と、発泡体層上
に設けられたチューブと、を有する帯電部材を像担持体
に当接させて帯電を行う帯電装置であり、帯電部材は、
直径が２００μｍ以下の微小な穴を有するチューブ内に
支持部材を固定した状態で発泡原料を発泡させて発泡体
層を形成し、前記チューブの外側に表面保護層を有する
たことを特徴とするプロセスカートリッジ。

【００２５】

【作用】チューブの内側に芯金を立て、発泡体層の原料
を芯金に差し込み固定させた状態で該原料を発泡させる
ことで芯金とチューブとの間に発泡体層を形成させて発
泡体層・チューブ層を有する帯電部材を構成した場合で
も、チューブと発泡した発泡部材との界面の空気はチュ
ーブに存在させた、直径が２００μｍ以下の微小な穴が
空気抜けとなって該穴から抜け出ることで溜まりを生ぜ
ず、チューブと発泡体層との界面に空気溜まりによる気
泡を生じない。穴は直径２００μｍ以下であってチュー
ブの外側に表面保護層を有することにより、穴によって
表面にへこみが生じることなく帯電ムラを防止できる。

【００２６】従って、接触帯電部材を構成する発泡体層
とチューブとの界面に空気溜まりが生じることがなくな
り、該空気溜まりの存在に起因する帯電不良の発生が防
止される。そして画像形成装置やプロセスカートリッジ
にあっては該帯電不良による画像不良の発生を防ぐこと
が可能となり常に安定した均一な画像が得られる。チュ
ーブに形成する穴は大きくなると、その部分でローラ面
にへこみが生じ、チューブの外周面を導電層、中抵抗
層、保護層で覆ったとしても、そのへこみは消えないた
め帯電ムラとなってしまう。そのためチューブに形成す
る穴は２００μｍ以下の微少な穴にする。

【００２７】

【実施例】図１は本発明に従う接触帯電部材もしくは接
触帯電装置の一実施例の横断面模型図、図２はその接触
帯電部材の部分的な縦断面模型図である。

【００２８】図１において、１は被帯電体としての帯電
極性がマイナス又はプラスの回転感光ドラムとする。２
は接触帯電部材としての帯電ローラである。この帯電ロ
ーラ２は支持部材としてのステンレス等でできた金属芯
金２ａと、この芯金２ａの外周に同心一体にローラ状に
形成した発泡部材（発泡体層）２ｂと、この発泡部材２
ｂの外周面をチューブ２ｃで覆い、チューブ２ｃに導電
層２ｄを介して中抵抗層２ｅを形成し、更にその外周面
に保護層２ｆを設けたものである。

【００２９】発泡部材２ｂはポリスチレン・ポリオレフ
ィン・ポリエステル・ポリウレタン・ポリアミド系等の
発泡部材や、ＥＰＤＭやウレタンを発泡させた柔軟な部
材に、カーボン・酸化錫等の導電性粉体を分散させて体
積抵抗率を低くした部材である。

【００３０】チューブ２ｃはウレタン、スチレンゴム、
ハイパロン等の熱可塑性エラストマーを用いており、帯
電ローラの全体の抵抗が適当な値になるように、チュー
ブ２ｃの抵抗値を定めれば良い。

【００３１】本実施例では発泡させたポリウレタンにカ
ーボンを分散させている。２ｂ₁ は発泡部材２ｂの気泡
部（空気・窒素・アルゴンガス等の封入気泡）である。

【００３２】本実施例における帯電ローラ２の具体的な
仕様は下記の通りである。

【００３３】芯金２ａ ；直径６ｍｍ、長さ２６０ｍ
ｍのステンレス丸棒 発泡部材２ｂ；カーボン分散の発泡エピクロルヒドリン
ゴム 体積抵抗値１０² Ωｃｍ〜１０⁵ Ωｃｍ 層厚２．６ｍｍ、長さ２３０ｍｍ チューブ２ｃ；ポリウレタン熱可塑性エラストマー 体積抵抗値１０⁴ Ωｃｍ〜１０⁸ Ωｃｍ 層厚２５０μｍ 導電層２ｄ ；EPDMやウレタンに多量のカーボン・酸化
錫等の導電性粉体を分散させたもの 体積抵抗値１０² Ωｃｍ〜１０⁵ Ωｃｍ 層厚１０μｍ 中抵抗層２ｅ；エピクロルヒドリンゴム 体積抵抗値１０⁷ Ωｃｍ〜１０¹⁰ Ωｃｍ 層厚１８０μｍ 保護層２ｆ ；Ｎ−メトキシメチル化ナイロン 体積抵抗値１０⁷ Ωｃｍ〜１０¹¹ Ωｃｍ 層厚５μｍ 帯電ローラ２の重量７０ｇ、硬度４０度〜５０度(ASKER
-C) 感光ドラム１に対する押圧力 総圧１０００ｇ 上記帯電ローラ２において、芯金２ａからチューブ２ｃ
へ電荷が一様に供給できずにチューブ２ｃ表面上での電
荷量が不均一になるのを防止するため、チューブ２ｃの
外周面に体積抵抗値の低い導電層２ｄを設けてある。

【００３４】また中抵抗層２ｅの外周面に設けた保護層
２ｆは感光ドラム１の表層に対し相性の良い材料を使用
することで、感光ドラム１、帯電ローラ２の表層の汚染
を防ぐことができる。

【００３５】チューブ２ｃの表面には、図３のように、
長手方向に１５個、周方向に６ヶ所の微少な穴２ｇを開
けてある。穴２ｇの大きさは直径２０μｍである。

【００３６】而して、前述図９と同じ要領でチューブ２
ｇの内側に芯金２ａを立て、発泡部材２ｂの原料（２ｂ
₂ ）を芯金２ａに差し込み固定させた状態で該原料を発
泡ａさせることで芯金２ａとチューブ２ｃとの間に発泡
部材２ｂを形成させた。

【００３７】この場合、チューブ２ｃと発泡した発泡部
材２ｂとの界面の空気はチューブ２ｃに開けてある上述
の穴２ｇから抜け出ることで溜まりを生ぜず、チューブ
２ｃと発泡部材２ｂとの界面に空気溜まりによる気泡を
生じない。

【００３８】次いで、チューブ２ｃの外周面に導電層２
ｄ、中抵抗層２ｅ、保護層２ｆを順次に形成処置して帯
電ローラ２を作製した。この帯電ローラ２はチューブ２
ｃと発泡部材２ｂとの界面に空気溜まりによる気泡がな
く、そのような気泡の存在に起因する帯電ムラがなく、
安定した画像が得られるようになった。

【００３９】チューブ２ｃに形成する穴２ｇは大きくな
ると、その部分でローラ面にへこみが生じ、チューブ２
ｃの外周面を導電層２ｄ、中抵抗層２ｅ、保護層２ｆで
覆ったとしても、そのへこみは消えないため帯電ムラと
なってしまう。そのため２００μｍ以下の微少な穴であ
ることが望ましい。

【００４０】またチューブ２ｃの長手方向、周方向上の
穴の数が異常に多い場合、穴と穴との間隔が狭くなり、
２つの穴の間でへこみとなってしまうため、上記と同様
な帯電ムラとなってしまう。逆に穴の数が少ないと、空
気が抜ける量が少なくなってしまい、気泡ができ易い。
故に、穴の数はへこみとならない程度に多くすることが
大切である。

【００４１】図４の（ａ）〜（ｃ）はそれぞれチューブ
２ｃに対する穴２ｇの他の形成形態例を示した。

【００４２】（ａ）は穴２ｇの位置をチューブ２ｃの長
手方向に螺旋状にしたものである。

【００４３】（ｂ）はチューブ２ｃの表面上にランダム
に穴２ｇを開けたものである。

【００４４】（ｃ）は帯電ローラ２の長手方向の両端部
から中心部に向かい穴２ｇの数を多くしたものである。
これは発泡部材２ｂの原料（２ｂ₂ ）を発泡させた場
合、帯電ローラ２の長手方向の中心部の発泡部材２ｂと
チューブ２ｃの界面で気泡ができ易いため、それを防止
するためである。

【００４５】帯電部材２は実施例のローラタイプに限ら
ず、ブレード形・パッド形など他の形状形態のものであ
ってもよく、この場合も弾性層を発泡部材とし、その表
面をチューブで覆わせた構成のものとした場合に本発明
を適用できる。

【００４６】図５は前述図１・２の接触帯電部材もしく
は接触帯電装置を像担持体の一次帯電手段として用いた
画像形成装置もしくはプロセスカートリッジの一例の概
略構成図を示すものである。

【００４７】本例の画像形成装置は転写式電子写真プロ
セスの利用のプロセスカートリッジ着脱式のレーザービ
ームプリンターである。前述図６の装置と共通する構成
部材・機器には同一の符号を付して再度の説明を省略す
る。

【００４８】像担持体としての感光ドラム１はその回転
過程で前述図１・２の帯電部材としての帯電ローラ２に
より一次帯電処理を受け、レーザースキャナ５Ａから出
力される、目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信
号に対応して変調されたレーザービームによる走査露光
を受けることで、回転ドラム周面に目的の画像情報に対
応した静電潜像が形成されていく。

【００４９】その静電潜像が現像装置６によりトナー画
像として現像されて転写部位Ｎにて転写材７に転写され
る。８Ａは転写ローラ８に対する電圧印加電源である。

【００５０】トナー画像の転写を受けた転写材７は搬送
装置２４で定着装置２５へ導入されてトナー画像の定着
処理を受け、機外の排紙トレイ２６へ排出される。

【００５１】２１は転写材７を積載収納させた、プリン
ター本体に対して着脱自在の給紙カセットであり、給紙
ローラ２２と不図示の分離手段により上のものから１枚
宛繰り出され、レジストローラ対２３でタイミングどり
されて転写部位Ｎへ導入される。

【００５２】転写後の感光ドラム１面はクリーニング装
置９で清掃されて繰り返して作像に供される。

【００５３】本例装置においては、感光ドラム１、帯電
ローラ２、現像装置６、クリーニング装置９の４つのプ
ロセス機器を共通のハウジング３１に組み込んで一括し
てプリンター本体に対して着脱交換自在のプロセスカー
トリッジ３０としてある。

【００５４】このプロセスカートリッジ３０は、プリン
ター本体の上側筐体を開いてプリンター内を開放して、
或いはプリンター本体の正面扉板を開いて装置内を開放
し、或いはその他の手段構成にてプリンター内の所定の
位置に着脱操作される。

【００５５】プロセスカートリッジ３０がプリンター内
に所定に装着されることで、プリンター本体側とプロセ
スカートリッジ３０側とが機械的・電気的にカップリン
グしてプリント実行可能な状態となる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接触帯電
部材を構成する発泡体層とチューブとの界面に空気溜ま
りが生じることがなくなり、該空気溜まりの存在に起因
する帯電不良の発生が防止される。そして画像形成装置
やプロセスカートリッジにあっては該帯電不良による画
像不良の発生を防ぐことが可能となり常に安定した均一
な画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 一実施例の接触帯電ローラの層構成を示す横
断面模型図

【図２】 一部の縦断面模型図

【図３】 空気抜き穴を具備させたチューブの斜視図

【図４】 （ａ）・（ｂ）・（ｃ）はそれぞれ空気抜き
穴の他の形成形態例を示したチューブの斜視図

【図５】 画像形成装置の一例の概略構成図

【図６】 従来例としての画像形成装置の一例の概略構
成図

【図７】 接触帯電ローラの層構成を示す横断面模型図

【図８】 該帯電ローラの作製要領説明図（その１）

【図９】 該帯電ローラの作製要領説明図（その２）

【符号の説明】

１ 被帯電体としての感光ドラム ２ 帯電部材としての帯電ローラ ２ａ 芯金棒 ２ｂ 弾性導電層としての発泡部材 ２ｃ チューブ ２ｇ 空気抜き穴 ２ｄ 導電層 ２ｅ 中抵抗層 ２ｆ 保護層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−191880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−6668（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−248426（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110045（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−40068（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持部材と、支持部材上に設けられた発
   泡体層と、発泡体層上に設けられたチューブと、を有す
   る帯電部材において、 直径が２００μｍ以下の微小な穴を有するチューブ内に
   支持部材を固定した状態で発泡原料を発泡させて発泡体
   層を形成し、前記チューブの外側に表面保護層を有する
   ことを特徴とする帯電部材。
2. 【請求項２】 支持部材と、支持部材上に設けられた発
   泡体層と、発泡体層上に設けられたチューブと、を有す
   る帯電部材を被帯電体に当接させて帯電を行う帯電装置
   において、 帯電部材は、直径が２００μｍ以下の微小な穴を有する
   チューブ内に支持部材を固定した状態で発泡原料を発泡
   させて発泡体層を形成し、前記チューブの外側に表面保
   護層を有することを特徴とする帯電装置。
3. 【請求項３】 像担持体の帯電手段として、支持部材
   と、支持部材上に設けられた発泡体層と、発泡体層上に
   設けられたチューブと、を有する帯電部材を像担持体に
   当接させて帯電を行う帯電装置を用いた画像形成装置に
   おいて、 帯電部材は、直径が２００μｍ以下の微小な穴を有する
   チューブ内に支持部材を固定した状態で発泡原料を発泡
   させて発泡体層を形成し、前記チューブの外側に表面保
   護層を有することを特徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 少なくとも、像担持体と、該像担持体の
   帯電手段を包含し、画像形成装置に対して着脱されるプ
   ロセスカートリッジにおいて、 帯電手段が、支持部材と、支持部材上に設けられた発泡
   体層と、発泡体層上に設けられたチューブと、を有する
   帯電部材を像担持体に当接させて帯電を行う帯電装置で
   あり、帯電部材は、直径が２００μｍ以下の微小な穴を
   有するチューブ内に支持部材を固定した状態で発泡原料
   を発泡させて発泡体層を形成し、前記チューブの外側に
   表面保護層を有することを特徴とするプロセスカートリ
   ッジ。