JP3305180B2 - 帯電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真方式を利
用したレーザプリンタや複写機などの画像形成装置に用
いられる帯電装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に画像形成装置は、被帯電体である
感光体、感光体を所定の電位に帯電させる帯電装置、感
光体に静電潜像を形成する露光装置、静電潜像を現像剤
（以下「トナー」という）により顕像化する現像装置、
感光体上の顕像化されたトナー画像を転写紙（記録媒
体）上に転写する転写装置、トナーを転写紙上に定着さ
せる定着装置および転写後に感光体上に残ったトナーを
除去するクリーニング装置などを備えており、感光体の
回転に伴ってトナー画像が形成され、そのトナー画像を
転写紙に転写し、次いで転写紙上のトナーを定着する。

【０００３】従来の上記帯電装置には、コロナ帯電器が
広く使用されているが、コロナ帯電器は、感光体の表面
を所定の電位に均一、かつ一様に帯電処理できるという
長所を有する一方、高電圧を必要とするために高圧電源
が必要であり、またコロナ放電の際にオゾンの発生量が
多いなどの短所がある。

【０００４】そのため、コロナ帯電器に代わって、電源
の低電圧化が図れ、オゾンの発生量が少ないなどの長所
を有している接触式帯電装置が実用化に向けて研究開発
され、一部は実用化されている。

【０００５】上記接触帯電装置は、電圧を印加した導電
性の帯電部材を感光体の表面に接触させて帯電処理する
もので、帯電部材としては一般的には帯電ローラが使用
されている。

【０００６】帯電ローラは、電圧が供給される芯金の外
周に、２層以上の層を囲繞させて構成されており、その
基層が、大きくはソリッドゴムで構成されたものと、ス
ポンジで構成されたものとの２種類に分かれる。

【０００７】上記帯電ローラを使用した帯電処理方法
は、直流電圧成分のみの電圧を帯電ローラに印加する方
法と、直流電圧成分に交流電圧成分を重畳させた重畳電
圧を帯電ローラに印加する方法とがある。前者の場合で
は、帯電ローラ内の抵抗むらや帯電ローラの表面上に付
着したトナーなどによる抵抗の変化が直接感光体の表面
上での電位むらとなって現れるため、帯電ローラ内の抵
抗制御および抵抗の均一性、またローラ形状の精度への
要求が非常に厳しい。その点、後者の重畳電圧による場
合は、交流電圧成分によって、帯電ローラと感光体とが
振動し、いわゆる帯電音が発生するものの、交流電圧成
分に電位むらをならす効果があり、帯電ローラの帯電性
能の許容範囲を広く持つことができる。

【０００８】そのため、交流電圧成分による振動および
帯電音は、基層にソリッドゴムを使用した帯電ローラの
場合に大きくなるものの、スポンジを使用した帯電ロー
ラの場合に軽減されるために、基層にスポンジを使用す
ることが望まれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、重畳電
圧を印加して帯電処理する方法を用いた画像形成装置で
は、基層がスポンジである帯電ローラを使用すると、ク
リーニング装置によって除去しきれなかったトナーに含
有されているシリカが、帯電ローラの表面と感光体の表
面との間の接触ニップ部（以下、単に「ニップ部」とい
う）において、交流電圧成分による帯電ローラの振動お
よび両者の摩擦によって感光体の表面に付着し、埋め込
まれてしまうことがある。その結果、シリカが埋め込ま
れた感光体の箇所の抵抗が上がるため、電位がのらなく
なり、帯電不良が発生し、やがて感光体にトナーが付着
してトナーフィルミングや融着が発生する。

【００１０】また、帯電ローラの基層をソリッドゴムに
よって形成し、芯金の両端部を加圧して感光体の表面に
圧接させた帯電装置では、帯電ローラの硬度が大きいた
め、帯電ローラと感光体とのニップ幅を長手方向に沿っ
てほぼ均一に小さく形成できるのに反し、帯電ローラの
基層をスポンジによって形成し、感光体の表面に圧接さ
せた帯電装置では、帯電ローラの硬度が小さいため、ソ
リッドゴムの場合のようにニップ幅を設定しようとする
と、加圧の掛かっている両端部が広がってしまい、ニッ
プ幅を長手方向に沿って均一に形成することが困難とな
る。

【００１１】すなわち、基層がスポンジの帯電ローラで
は、芯金の両端部を加圧させることによって、帯電ロー
ラと感光体との接触するニップ幅が大きくなり、感光体
の回転に伴う摩擦抵抗が大きくなるので、シリカが感光
体の表面に、より強く埋め込まれ、感光体の表面にトナ
ーフィルミングが生じ、融着のレベルが悪化する。その
ため、感光体の寿命が短くなってしまうという問題点が
あった。

【００１２】そこで、本発明は、上記のような問題点を
解決するためになされたもので、表層の硬度が小さい帯
電部材を使用し、交流成分による振動および帯電音をな
くし、しかも被帯電体へのシリカの埋め込み力を弱める
ようにしてトナーフィルミングや融着を防止するように
した帯電装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
電圧を印加した導電性の帯電部材を被帯電体の表面に加
圧接触させて帯電処理する帯電装置において、前記帯電
部材は、芯金の外周に少なくとも軟質基層および表層を
被覆して形成され、前記表層は、前記芯金の軸に沿った
方向について端部と中央部とで厚さを変えることなく前
記端部と前記中央部とで材料の配合比率を異ならせるこ
とによって、前記中央部に対して前記端部における表層
硬度を小さく形成したことを特徴とする。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】［作用］以上の構成に基づいて、帯電部材
を被帯電体に加圧接触させる。この状態で帯電部材の央
表層部に対して端表層部の表層硬度を小さくさせるため
に、例えば厚み薄くしたり、材料の配合比率を異ならせ
たりする。これにより、帯電部材の端部における被帯電
体へのトナー中のシリカを埋め込む力を弱めるととも
に、被帯電体の両端部に発生するトナーのフィルミング
や融着を防止するようにした。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、まず参考
例について説明し、つづいて本発明の実施の形態を詳細
に説明する。 〈参考例〉 図１は、本発明に係る画像形成装置を示す概略構成断面
図である。

【００１９】同図において、画像形成装置は、被帯電体
としての感光体１を図示矢印Ａ方向に回転させ、感光体
１の回転方向に沿って周囲に帯電部材としての帯電ロー
ラ（詳細は後述する）２、現像部７、転写部材としての
転写ローラ１３およびクリーナ１４を配設するととも
に、記録媒体としての転写紙Ｐの搬送方向下流側に定着
部１５を配設したもので、帯電ローラ２、現像部７およ
びクリーナ１４のプロセス装置はプロセスカートリッジ
４３に一体に組み込まれている。また、画像形成装置に
は、光学系としてレーザスキャナ４、ミラー６などが設
けられている。

【００２０】感光体１は、直径２４mmのドラムによって
形成されて２４mm／sec のプロセススピードで回転駆動
される。

【００２１】次に、画像形成装置の画像形成工程を説明
する。

【００２２】感光体１は、回転過程において帯電ローラ
２により負極性の均一帯電を受け、次いでビデオコント
ローラ（不図示）から送られる画像情報の時系列電気デ
ジタル画像信号に対応したレーザ光５がレーザスキャナ
４より出力され、３００ｄｐｉの解像度をもって走査露
光がなされ、画像形成装置本体に設置されているミラー
６を介して表面に静電潜像が形成される。

【００２３】上記感光体１の静電潜像は、現像部７内の
現像スリーブ１０上に担持されたトナー８により反転現
像され、顕像化され、トナー画像が得られる。そして、
トナー画像は転写ローラ１３の作用によって転写紙Ｐ上
に転写される。トナー画像が転写された転写紙Ｐは、感
光体１から分離されて定着部１５へ搬送され、未定着ト
ナー画像が定着された後、画像形成装置本体から排出さ
れる。

【００２４】また、トナー画像転写後の感光体１の表面
上に残った残留トナーは、次の画像形成プロセスに備え
てクリーナ１４により除去される。

【００２５】帯電ローラ２の芯金は、ＤＣバイアスとＡ
Ｃバイアスとを重畳できる帯電バイアス印加電源１７と
電気的に接続されており、この芯金を介して帯電ローラ
２にバイアスを印加することで感光体１の表面を所定の
電位に帯電処理する。本参考例では、直流電圧成分Ｖｄ
ｃが−７００Ｖ、交流電圧成分Ｖｐｐが１６００Ｖ、周
波数ｆが３００Ｈｚの正弦波バイアスを印加するように
設定した。このように設定して、感光体１の表面電位を
約−６８０Ｖに帯電処理する。

【００２６】現像部７は、非接触現像方式を採用したも
ので、トナー８を担持して感光体１へ搬送するトナー担
持体である現像スリーブ１０とトナー収容室３とを有し
ている。現像スリーブ１０は、素管上に、カーボンを分
散させた塗料をコートしたものである。現像スリーブ１
０は非磁性であって、その素管はアルミニウム、ステン
レス鋼などで形成されている。また、塗料コートによっ
て現像スリーブ１０の表面上の粗さは、通常、平均でＲ
ａ０．４μｍ〜３．５μｍ、Ｒｚ３μｍ〜３０μｍの範
囲に設定されている。本参考例では、平均Ｒａ１．８μ
ｍ、Ｒｚ１５μｍのものを使用した。

【００２７】さらに、現像スリーブ１０は、不図示の軸
受によって回転自在に支持されており、本参考例では直
径１２mm、周速３６mm／sec で図示矢印Ｈ方向に回転し
ている。また、現像スリーブ１０はＤＣバイアスにＡＣ
バイアスが重畳できる電源１２に接続されており、本参
考例では、直流電圧成分Ｖｄｃが−４００Ｖ、交流電圧
成分Ｖｐｐが１３００Ｖ、周波数ｆが１８００Ｈｚの矩
形波バイアス電圧を印加する。

【００２８】現像スリーブ１０は、感光体１に対して所
定の現像間隔で対向支持され、現像間隔としては３００
μｍに設定されている。現像スリーブ１０上のトナー８
の層厚を規制するトナー層厚規制部材９は、厚さ１．０
mm、硬度６７度のウレタンゴムを使用しており、摩擦帯
電によりトナー８に適正なトリボを与えている。

【００２９】トナー８は、現像スリーブ１０に電源１２
から現像バイアスが供給されると、感光体１との最接近
位置において飛翔し、感光体１に形成された静電潜像を
現像する。また、トナー８は、磁性一成分ネガトナーで
あり、平均粒径は６．４μｍである。

【００３０】また、現像スリーブ１０の内部にはマグネ
ットローラ１１が固定配設されている。現像スリーブ１
０内のマグネットローラ１１は、例えば４つの磁極を有
し、４つの磁極のうちＳ１極が感光体１に対向してい
る。そして、マグネットローラ１１は、トナー８が感光
体１に形成された静電潜像を現像するために飛翔すると
きに、かぶりの要因となるトナー８を現像スリーブ１０
上に付着させておくために必要である。Ｓ１極の反対側
には、Ｓ２極が配置されており、トナー収容室３のトナ
ー８を現像スリーブ１０に吸着させ、現像スリーブ１０
の回転に伴い、Ｓ２極の近傍でトナー８を循環させる
（図中矢印Ｅ方向）機能がある。この循環はトナー８の
トリボ付与に寄与する。Ｎ１極、Ｎ２極はともに現像ス
リーブ１０上にコートされているトナー８の搬送および
トリボ付与に寄与する。本参考例では、Ｓ１極は７８０
ガウス、Ｓ２極は７００ガウス、Ｎ１極、Ｎ２極はとも
に７２０ガウスのピーク値を有するものを用いた。

【００３１】次に、帯電ローラについて詳述する。

【００３２】図２は、本発明に係る帯電ローラの参考例
を示す断面図である。図２では、帯電ローラ２が芯金２
１の中心線Ｂに対して対称であるため、半分のみを示し
ている。

【００３３】帯電ローラ２は、芯金２１の外周に軟質基
層としてのスポンジ２２を被着し、さらにスポンジ２２
の外周に表層２３を設けた２層構造である。スポンジ２
２はウレタンを型内で発泡させたものであり、平均発泡
径は１２０μｍである。表層２３は、ウレタンとアクリ
ルとのベース溶剤にカーボンを混合した溶液中にスポン
ジ２２をディッピングし、乾燥させて形成されたもの
で、膜厚は帯電ローラ２の長手方向中央部で１１０μｍ
である。また、表層２３は、央表層部（表層の中央部）
２４と端表層部（表層の端部）２５とを有する。なお、
表層２３の材料についてはウレタンに限定されるもので
はなくアクリル、ナイロン系の樹脂でもよい。硬度は芯
金にスポンジが設けられた状態で約４１度、表層２３が
設けられた状態で約４８度である。また、帯電ローラ２
の全長は２４０mmである。

【００３４】また、帯電ローラ２の芯金２１の両端は不
図示の軸受で回転可能に、かつ帯電ローラ２が常時感光
体１に圧接されるように図中矢印Ｃで示す芯金２１の両
端部が加圧されている。この場合の両端部には、３．４
３〜６．８６Ｎの範囲の同一の加圧力を作用させるのが
適当である。すなわち、加圧力が３．４３Ｎ以下である
と、帯電ローラ２と感光体１とのニップ幅を十分に取る
ことができず、良好な帯電処理をすることができない。
また、加圧力が６．８６Ｎ以上であると、帯電ローラ２
と感光体１とのニップ幅が大きいため、感光体１の表面
の全域にフィルミングや融着が発生する。

【００３５】そのため、一般的には帯電ローラ２の両端
部にそれぞれ４．９０Ｎずつの加圧力が掛かるように設
定されている。この場合、帯電ローラ２と感光体１との
ニップ幅は、中央部より両端部の方が大きくなってい
る。また、帯電ローラ２は感光体１に対して従動回転し
ている。

【００３６】ところで、帯電ローラ２の表層硬度は、表
層２３に使用されている材料および表層膜厚により決定
される。また、表層膜厚と表層硬度とは一次直線的に相
関がある。表層膜厚は、５０〜３００μｍ程度が適当で
ある。帯電ローラ２の表層硬度は、全域において８０度
以下にするのが望ましい（表層硬度は高分子計器（株）
製マイクロゴム硬度計ＭＤ−１にて測定する）。この表
層硬度と画像（帯電ローラ２の両端部相当位置の画像は
除く）の関係では、８０度より大きい表層硬度にする
と、シリカが感光体１の表面に強く埋め込まれるため、
画像上にフィルミングや融着が発生する。さらに、７０
度未満の表層硬度にすると、感光体１（帯電ローラ２の
両端部相当位置の感光体は除く）上でフィルミングや融
着の発生を防止できる。しかし、表層硬度を小さくする
とそれに伴い、長期保管によりニップ部において帯電ロ
ーラ２の表層２３に発生する塑性変形であるへたりが悪
化する。

【００３７】これらの点を考慮して、本参考例の表層硬
度は表層２３の央表層部２４で６７度にした。

【００３８】しかしながら、帯電ローラ２の長手方向の
全域で表層硬度を均一にすると、硬度が７０度以下であ
っても、加圧されている帯電ローラ２の両端部Ａでは感
光体１とのニップ幅が大きいため、フィルミングや融着
が発生する。このフィルミングや融着の発生した領域
は、図２に示す帯電ローラ２の両端部Ａ（約３０mmの位
置）に相当しているので、表層２３の両端部である端表
層部２５の膜厚を変えてフィルミングや融着レベルを確
認したところ、表１に示す結果になった。

【００３９】

【表１】 表１より、両端部Ａに相当する端表層部２５の膜厚を９
０μｍ以下にすれば、フィルミングや融着は問題ないも
のの、膜厚小による耐圧低下を考慮して、本参考例で
は、端表層部２５の膜厚を８６μｍ、表層硬度を５３度
とした。

【００４０】本参考例の端表層部２５において、長期保
管によってへたりは悪化するが、悪化する部分は、帯電
ローラ２の端表層部２５であるため、画像形成時、へた
り部の容量変化による電流量超過で感光体１の表面電位
の低下を招くことはない。したがって、へたりが原因と
なる異常画像は発生しない。

【００４１】また、本参考例では同じ材料を用いて帯電
ローラ２の長手方向の表層硬度を変えるので、同種の表
層材料で済むという効果がある。

【００４２】本参考例の帯電装置を画像形成装置に装着
してプロセスカートリッジ４３の寿命である５０００枚
の耐久試験を行ったところ、感光体１上のトナー８によ
るフィルミングや融着は発生しなかった。

【００４３】したがって、帯電ローラ２の端表層部２５
の表層硬度を央表層部２４より膜厚を薄くすることによ
って小さくできるため、フィルミングや融着を防止する
ことができる。 〈第１の実施の形態〉 次に、本発明の第１の実施の形態を図３に基づいて説明
する。

【００４４】図３は、本実施の形態の帯電ローラ３０を
示す断面図である。図３も図２と同様、帯電ローラ３０
が芯金３１の中心線Ｂに対して対称であるため、半分の
みを示す。

【００４５】また、本実施の形態の帯電ローラ３０は、
参考例の形態の帯電ローラ２と同様に、軟質基層である
スポンジ３２と表層３３との２層構成であり、芯金３
１、スポンジ３２および央表層部（表層の中央部）３４
は前記帯電ローラ２の表層２３と同じものを用いた。

【００４６】帯電ローラ３０の端表層部（表層の端部）
３５は、央表層部３４の材料中のウレタンの比率を増し
てウレタンとアクリルとのベース溶剤にカーボンを混合
した溶液中にスポンジ３２をディッピングし、乾燥させ
て形成したもので、央表層部３４より表層硬度が小さく
なっている。端表層部３５の表層膜厚は１１０μｍ、表
層硬度５５度である。

【００４７】したがって、第１の実施の形態の帯電ロー
ラ３０の央表層部３４の表層硬度は前記帯電ローラ２の
央表層部２４の表層硬度とほとんど変わらない。また、
帯電ローラ３０の全長および表層硬度の小さい端表層部
３５の領域も前記帯電ローラ２と同様である。

【００４８】また、第１の実施の形態の帯電ローラ３０
の感光体１への圧接方法および帯電方法は、参考例の帯
電ローラ２を用いた場合と同様である。

【００４９】また、本実施の形態も参考例と同様に帯電
ローラ３０の両端部Ａにおいて、長期保管によってへた
りは悪化するが、悪化する部分は、帯電ローラ３０の端
表層部３５であるため、画像形成時、へたり部の容量変
化による電流量超過で感光体の表面電位の低下を招くこ
とはない。したがって、へたりが原因となる異常画像は
発生しない。

【００５０】本実施の形態では、表層膜厚を変えずに表
層硬度を変えるので、表層膜厚小による耐圧低下を懸念
する必要がない。

【００５１】本実施の形態の帯電装置を画像形成装置に
装着してプロセスカートリッジ４３の寿命である５００
０枚の耐久試験を行ったところ、感光体１上のトナー８
によるフィルミングや融着は発生しなかった。

【００５２】したがって、帯電ローラ２の端表層部３５
の表層硬度を材料を変えることによって央表層部３４よ
り小さくできるため、フィルミングや融着を防止するこ
とができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加圧状態で被帯電体に接触している帯電部材の央表層部
に対して端表層部の表層硬度を小さくしたので、帯電部
材の両端部における被帯電体へのトナー中のシリカを埋
め込む力を弱めることができ、帯電部材の両端部に発生
するトナーのフィルミングや融着を防止できる。また、
表層膜厚を変えずに表層硬度を変えることができるの
で、表層膜厚小による耐圧低下を防止することができ
る。

【００５４】そして、これにより高品位の画像を一貫し
て得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る帯電装置が装着された画像形成装
置を示す概略構成断面図である。

【図２】本発明に係る帯電装置の参考例を示す断面図で
ある。

【図３】本発明に係る帯電装置の第１の実施の形態を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 被帯電体（感光体） ２ 帯電部材（帯電ローラ） ２１ 芯金 ２２ 軟質基層（スポンジ） ２３ 表層 ２４ 央表層部 ２５ 端表層部 ３０ 帯電部材（帯電ローラ） ３１ 芯金 ３３ 表層 ３４ 央表層部 ３５ 端表層部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−295365（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−297681（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−295116（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257362（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−246566（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−102783（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−318497（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/02 G03G 15/16 103

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧を印加した導電性の帯電部材を被帯
   電体の表面に加圧接触させて帯電処理する帯電装置にお
   いて、 前記帯電部材は、芯金の外周に少なくとも軟質基層およ
   び表層を被覆して形成され、前記 表層は、前記芯金の軸に沿った方向について端部と
   中央部とで厚さを変えることなく前記端部と前記中央部
   とで材料の配合比率を異ならせることによって、前記中
   央部に対して前記端部における表層硬度を小さく形成し
   た、 ことを特徴とする帯電装置。