(57)【要約】【課題】  帯電ムラなどの画像弊害が発生しない帯電ブレードを提供すること。【解決手段】  帯電ブレード１ａが、接触部２０１を支持し可撓性を有する支持部材２０２であって、接触部２０１が設けられた一端部２０２ａと、４ｂ固定部に固定される被固定部Ａを有する他端部２０２ｂと、一端部２０２ａと他端部２０２ｂとの間に位置し、接触部２０１が感光体５に当接する当接部Ｂと被固定部Ａを結んだ線分ＡＢに対して、感光体５の表面から外側に離れる側に位置する曲げ部２０２ｃと、を有し、被固定部Ａは当接部Ｂに対して、５感光体の移動方向の下流に設けられ、接触部２０１は一端部２０２ａのみに接触して支持される支持部材２０２と、を有する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に取り付けられる、感光体の表面を帯電するための帯電ブレードにおいて、
前記感光体の移動方向に対してカウンター方向で前記感光体に当接する接触部と、
前記接触部を支持し、可撓性を有する支持部材であって、前記接触部が設けられた一端部と、前記固定部に固定される被固定部を有する他端部と、前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記接触部が前記感光体に当接する当接部と前記被固定部を結んだ線分に対して、前記感光体の表面から外側に離れる側に位置する曲げ部と、を有し、前記被固定部は前記当接部に対して、前記感光体の移動方向の下流に設けられ、前記接触部は前記一端部のみに接触して支持される支持部材と、
を有する帯電ブレード。
【請求項２】
前記一端部は前記接触部から力を受けて、前記他端部を弾性変形させるように構成されている請求項１に記載の帯電ブレード。
【請求項３】
前記感光体が静止した状態から移動する際に、前記曲げ部は前記感光体の表面から離れる方向に移動可能に構成されている請求項１又は２に記載の帯電ブレード。
【請求項４】
前記支持部材は、金属の板ばねである請求項１乃至３のいずれか一項に記載の帯電ブレード。
【請求項５】
画像形成装置に用いられる帯電装置であって、枠体に設けられた前記固定部と、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の帯電ブレードを有する帯電装置。
【請求項６】
前記感光体は、感光体ドラムである請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】
前記帯電ブレードは、感光体ドラムの表面から現像剤を除去するクリーニングブレードとしての機能も有する請求項６に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項８】
記録媒体に画像を形成する画像形成装置において、前記感光体と、前記固定部と、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の帯電ブレードと、を有する画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式或いは静電記録方式を用いた複写機、プリンタ、ファクシミリ装置などの画像形成装置、及びこの画像形成装置にて用いられる帯電ブレード、帯電装置、プロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真画像形成装置においては、感光体ドラムに静電潜像を形成するために、感光体ドラムの表面を帯電装置で帯電する必要がある。近年、帯電装置は半導電性のゴムや樹脂からなる帯電部材を感光体ドラムに接触させる接触型帯電方式が主流となっている。帯電部材の形状としてはベルト形状、ロール形状、ブラシ形状、あるいはブレード形状、フィルム形状が用いられている。
【０００３】
接触型帯電方式は従来から広く使用されていたコロナ帯電方式に比べてオゾン発生量が微量である。そのためオゾン除去フィルターなどの必要性がなくなること、感光体ドラム表面を所定電位にするために必要とする印加電圧の低電圧化が図れることから装置の小型化、低コスト化が可能になるという利点がある。
【０００４】
接触帯電方式による感光体ドラム表面の帯電メカニズムは、微小空隙におけるパッシェンの法則に従った放電であることが知られている。これは以下のように説明される。図２（ａ）は導電性のドラム基体の外周面に被帯電体としての感光層を形成してなる感光体ドラムに帯電部材（ここでは、帯電ローラ）を加圧当接させた状態の、該当接部分の拡大模型図である。Ｅは帯電バイアス印加電源である。帯電ローラと感光体ドラム間の放電に関与する微小ギャップの空気層と感光体ドラムを電気的な等価回路に表現すると図２（ｂ）のように示される。帯電ローラの示すインピーダンスは感光体ドラム、空気層のそれに比べて小さく無視できるためここでは扱わない。このため、帯電機構は単に２つのコンデンサーＣ１、Ｃ２で表現できる。この等価回路に直流電圧を印加すると、電圧はそれぞれのコンデンサーのインピーダンスに比例配分され、空気層に印加される電圧Ｖａｉｒは、
Ｖａｉｒ＝Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）    ・・・    （１）式
になる。空気層にはパッシェンの法則に従う絶縁破壊電圧があり、空気層の厚みをｇ［μｍ］とすると、Ｖａｉｒが
３１２＋６．２ｇ［Ｖ］    ・・・    （２）式
を越えると放電が起き、帯電が行われる。
【０００５】
はじめて放電が起きる電圧は（１）式と（２）式が等しくなった場合のｇに関する二次方程式が重解を持つときであるので（Ｃ１もｇの関数）、このときの直流電圧値が放電開始電圧Ｖｔｈに相当する。このようにして求められた理論値のＶｔｈは実験値と非常に近い値を取る。
【０００６】
次に、ブレード形状の帯電方式について説明する。ロール形状の接触帯電方式ではロールの支持部材などが必要になり、装置の構造が複雑になりやすい。また、ブラシ形状の接触帯電方式では、ブラシの作製に手間がかかるうえ、ブラシの跡が帯電ムラになりやすい。一方、ブレード形状の接触帯電方式は帯電ブレードなどを感光体ドラムに接触させてブレードと感光体ドラムとの間に形成されるくさび型の微小空隙領域で放電を行うものである。そして、ロール形状などの帯電方式で必要な回転支持部材などが不要なため構成が簡単かつ安価であるという特徴がある。しかし、ブレード形状の帯電方式はブレードの一部が常に感光体ドラムと接触し、その摩擦変動や感光体ドラムの偏心により、放電の起こる微小空隙領域が変化しやすい。放電領域が広いと、所望の電位が感光体ドラム表面にのり易いのに対し、放電領域が狭いと、所望の電位がのり難い。したがって、摩擦変動や感光体ドラムの偏心などで微小空隙領域が変化すると、放電領域が変わり、電位ののり易さが変わってしまう。結果、ドラム回転方向の電位ムラが生じやすい。
【０００７】
これらの課題に対して、特許文献１では、板状の絶縁性弾性部材からなるブレードと、このブレードの感光体ドラムと対向する面に設けられた帯電電極層を有する構成が提案されている。これにより、放電領域が変わったとしても、所望の電位を感光体ドラム表面にのせることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−６２９３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記の従来例においては次のような課題が生じる。帯電電極層を施すと、そのエッジの精度を確保するのが難しく、個体間ばらつきが生じる。また、コストアップも避けられない。
【００１０】
そこで、本発明は上記従来例の課題を解決するためになされたものである。即ち、帯電ブレードと感光体ドラムとの当接角を安定に維持することで帯電ムラなどの画像弊害を防止する帯電ブレードを備えた帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本出願にかかる発明は、固定部に取り付けられる、感光体の表面を帯電するための帯電ブレードにおいて、前記感光体の移動方向に対してカウンター方向で前記感光体に当接する接触部と、前記接触部を支持し、可撓性を有する支持部材であって、前記接触部が設けられた一端部と、前記固定部に固定される被固定部を有する他端部と、前記一端部と前記他端部との間に位置し、前記接触部が前記感光体に当接する当接部と前記被固定部を結んだ線分に対して、前記感光体の表面から外側に離れる側に位置する曲げ部と、を有し、前記被固定部は前記当接部に対して、前記感光体の移動方向の下流に設けられ、前記接触部は前記一端部のみに接触して支持される支持部材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
感光体ドラムの偏心や感光体ドラムと帯電ブレードと間の摩擦係数の変動が生じても、帯電ブレードと感光体ドラムとの当接角を安定させることができる。そして、ドラム回転方向の電位ムラを生じることなく、帯電ムラなどの画像弊害を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】画像形成装置断面図
【図２】帯電メカニズムを示す図
【図３】帯電ブレードを用いた画像形成装置模式図
【図４】侵入量δの概念を示す図
【図５】帯電ブレードを示す図
【図６】接触部に働く力を示す図
【図７】摩擦係数と当接圧の関係をシミュレーション計算した結果を示すグラフ
【図８】帯電ブレードの放電状態を示す図
【図９】帯電ブレードに働く力を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施例１）
（１）画像形成装置の構成
以下、本実施例である画像形成装置の一例を示す。なお、図１に示す画像形成装置は、電子写真方式のモノクロレーザービームプリンタの画像形成装置であり、同図はその概略構成図である。
【００１５】
画像形成装置本体１０１には、像担持体（被帯電体）としてのドラム型の感光体ドラム５を有するプロセスカートリッジ２６が配設されている。感光体ドラム１は、アルミニウム等の導電性ドラム基体の外周面にＯＰＣ（有機光半導体）感光層を形成したものである。矢印Ｄ方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。
【００１６】
感光体ドラム１の表面（周面）は、帯電バイアス印加電源８から帯電バイアスが印加される帯電部材としての帯電ブレード１ａにより、所定の極性及び電位に均一（一様）に帯電処理される。帯電後の感光体ドラム１表面は露光手段としてのレーザビームスキャナ３から出力されたレーザビームであって、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ビームの走査露光を受ける。そして、目的の画像情報に対応した静電潜像が形成されていく。この静電潜像に現像装置９の現像スリーブ２によって搬送されたトナー（現像剤）Ｔが付着されてトナー像（現像像）として現像される。
【００１７】
記録媒体７は給紙ローラ１５によって給紙され、感光体ドラム５上に書き込まれたトナー像と同期をとるように感光体ドラム５と転写ローラ３との間の転写ニップ部に送られて記録媒体７の表面にトナー像が転写される。転写ローラ３には転写時に転写バイアス印加電源１１から転写用の転写バイアスが印加される。トナー像の転写を受けた記録媒体７は、感光体ドラム１表面から分離されて定着手段としての定着器１６に搬送され、ここで加熱及び加圧されて表面にトナー像が定着される。
【００１８】
一方、トナー像転写後の感光体ドラム５は、記録媒体７に転写されないで表面に残った残留トナーがクリーニング手段としてのクリーニング部材４によって除去され、次の画像形成に供される。
【００１９】
図３（ａ）は本実施例を適用可能な電子写真プロセス利用のプロセスカートリッジ着脱式の画像形成装置である。
【００２０】
図３（ａ）において、５は感光体ドラムであり、矢印Ｄの時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。
【００２１】
１ａは帯電装置の接触帯電部材としての帯電ブレードであり、感光体ドラムに接触させてある。この帯電ブレードに電源Ｅから所定の電圧が印加されることにより、感光体ドラム表面が帯電ブレードにより非接触式にて所定の極性・電位に一様に帯電処理される。
【００２２】
この帯電ブレードについては後述する。
【００２３】
１０２は像露光手段であり、感光体ドラム面に露光画像の静電潜像を形成する。
９は現像装置であり、感光体ドラム面の静電潜像をトナー像として現像する。３は転写手段としての転写ローラであり、感光体ドラム５上に現像されたトナー像を記録媒体７に転写する。
【００２４】
感光体ドラム５と転写ローラ３との間を通過してトナー像転写を受けた記録媒体７は搬送装置により不図示の定着装置１６へ導入されてトナー像の定着を受けて、画像形成物として排出される。
【００２５】
記録媒体７に対するトナー像転写後の感光体ドラム５は４に示すクリーニングブレードにより残トナー等の付着残留物の除去を受けて洗浄面化されて、繰り返して像形成に供される。
【００２６】
本実施例のプロセスカートリッジ２６は、感光体ドラム５・帯電ブレード１ａ・現像装置９・クリーニングブレード４が互いに所定の位置関係をもって一括して組み込んだものである。そして、このカートリッジ２６は画像形成装置本体内に着脱自在である。
【００２７】
（２）帯電装置
帯電ブレード１ａは、図３（ａ）に示すように被帯電体としての感光体ドラム５の水平方向よりβ°の位置において感光体ドラム５の回転に対してカウンター方向に当接角θ°で当接させている。
【００２８】
また、図４のようにブレード下層の感光体ドラム５に対して侵入（侵入させる量を以後「侵入量δ」と称する）させることにより、実際には感光体ドラム５と帯電ブレード１ａを圧接させて帯電ブレードの挙動を安定させている。また、当接角θ°は、図４に示すように、感光体ドラム当接部Ｂにおける感光体ドラム５の接線５ａと帯電部２０１の内側の面２０１ａとのなす角度である。そして、図５に示すように、２０１は感光体ドラム５の面に接触する帯電部（接触部）、２０２は帯電部を支持する、金属材料からなる支持部材である。支持部材は本実施例では導電性部材で構成してあり、帯電用の印加電圧が支持部材２０２を介して帯電部２０１にかかる。
【００２９】
次に、支持部材について説明する。
支持部材２０２は可撓性を有し、一端部２０２ａ、他端部２０２ｂ、及び一端部２０２ａと他端部２０２ｂの間に位置する曲げ部２０２ｃで構成される。また、一端部２０２ａの先端部には接触部２０１が設けられ、他端部２０２ｂは、カートリッジ２６のクリーニング装置４の枠体に設けられた固定部４ｂに固定される被固定部Ａを有する。すなわち、接触部２０１は一端部２０２ａのみに接触して支持されていることになる。そして、曲げ部２０２ｃは、被固定部Ａと感光体ドラム当接部Ｂを結ぶ線分ＡＢに対して、感光体ドラム５の表面から外側に離れる位置に位置する。更に被固定部Ａは、感光体ドラム５の回転方向（移動方向）Ｄにおいて、当接部Ｂよりも下流側に設けられている。
【００３０】
感光体ドラム５が回転する際に、接触部２０１は、支持部材２０２の当接圧による抗力Ｆ１と感光体ドラム５の表面と接触部２０１の摩擦力Ｆ２の合力である合力Ｆ３の力を受ける。この合力Ｆ３に対して、一端部２０２ａは、合力Ｆ３とのなす角度が小さいので変形自由度が非常に少なく変形し難い（突っ張っている）。一方で、合力Ｆ３の方向に対して、他端部２０２ｂは合力Ｆ３とのなす角度が大きいので、変形自由度が高い。よって、図９に示す破線のような弾性変形が可能となる。即ち、感光体ドラム５が静止した状態から移動する際に、曲げ部２０２ｂは感光体ドラム５の表面から離れる方向に移動可能になっている。そして、図９の矢印Ｃ方向に、他端部２０２ｂが変形できることで、支持部材２０２に支持される接触部２０１が感光体ドラム５に食い込まずに済む。その結果、抗力Ｆ１の上昇は抑えられるのである。このため、感光体ドラム５を駆動させる為の駆動トルクの増加、ブレードの捲れを抑制できるのである。
【００３１】
上記効果の確認として本帯電ブレードに対して変形計算を行い、当接圧を見積もった。計算方法としては、摩擦を想定しブレード先端が感光体ドラム１回転下流方向に押し込まれたときの変形形状とかかる力との関係を計算した。そして、得られた力から図６に示すように、感光体ドラム表面に垂直な成分を垂直抗力Ｎ、平行な成分を摩擦力μＮとし、さらにその比を摩擦係数μとして求めた。
【００３２】
このときの変形計算としてはブレード支持体，ブレードの中立軸を考慮することにより、単純な２次元の片持ちの梁でモデル化し計算を行った。
【００３３】
なお、計算に用いたパラメータとして、
ＳＵＳ板の曲げ剛性Ｄ＝Ｅ／（１−ν）＝１５０ＭＰａ
ウレタンゴムの縦弾性率Ｅ＝６ＭＰａ
を用いた。
【００３４】
図７にその結果を示す。横軸は動摩擦係数μ、縦軸は垂直抗力Ｎを示す。太線は本実施例を、細線は従来例を示し、更に実線は設定角２０度、破線は設定角３０度の場合を示す。このように従来の単純な直線構造のクリーニングブレードと比較すると、垂直抗力Ｎが動摩擦係数μの増加に対して大幅に安定していることが明らかである。
【００３５】
（３）検証実験
次に、図５で示した帯電ブレード１ａの耐久試験を行った。また、比較のために本実施例で用いていない帯電ブレードにおいても同様の耐久試験を行った。なお、画出しの条件は次に示す通りである。
・感光体ドラム                φ２４
・プロセススピード        １５０ｍｍ／ｓｅｃ
・印加バイアス            ＤＣ  −１０００Ｖ
・暗電位                    −５００Ｖ
・明電位                    −１５０Ｖ
・ハーフトーン部電位    −３５０Ｖ
・クリーニングブレード    カウンター当接
結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
2014109643.tif 000003
【００３７】
本実施例の帯電ブレード１ａを用いた画像形成装置では耐久の結果、ドラム回転方向Ｄの電位ムラなどは発生しなかった。一方、本実施例を用いていない帯電ブレードではスジ上の不均一帯電画像やドラム回転方向Ｄの帯電ムラなどが発生した。これは次のように考えられる。帯電ブレードの取り得る姿勢を図８に示す。図８（ａ）は、帯電ブレードが感光体ドラムに対して、当接角θで当接している状態を示しており、微小空隙領域での放電幅が十分に確保でき、安定した帯電が可能である。図８（ｂ）は、帯電ブレードが感光体ドラムに対して、当接角θ’で当接している状態を示しており、微小空隙領域での放電幅が十分に確保できず、安定した帯電が得られにくい。放電領域が広いと、所望の電位が感光体ドラム表面にのり易いのに対し、放電領域が狭いと、所望の電位がのり難い。従って、感光体ドラムのμ変動や偏心などで微小空隙領域が変化すると、放電領域が変わり、電位ののり易さが変わる。従来の帯電ブレードは、感光体ドラムの偏心やμの増大に対して垂直抗力が線形に増大するため、微小空隙領域での変化幅が大きい。従って、図８（ａ）と図８（ｂ）を行き来し、結果として感光体ドラム回転方向（移動方向）の帯電ムラが生じてしまう。
【００３８】
また、図８（ａ）を安定して維持できるのであれば、感光体ドラム回転方向Ｄの電位ムラは発生しないと考えられる。従来のブレードでも当接圧をあげることで図８（ａ）を安定的に維持できるが、感光体ドラムとの摩擦力が増大し、ブレードめくれのリスクが高まってしまうなどの新たな問題点が生じる。一方、本実施例の帯電ブレードは、感光体ドラムの偏心やμの増大に対して垂直抗力が従来ほど増大しにくいため、前述の微小空隙領域の変化幅は小さい。従って、帯電ブレードが図８（ｃ）を維持することができ、感光体ドラム回転方向Ｄの帯電ムラなどの画像弊害を防ぐことができる。また、状態１を安定的に維持するために、必要以上に当接圧をあげることもなく、ブレードめくれのリスクも低い。
【００３９】
従って、実施例１では、感光体ドラムの偏心やμ変動があっても当接角を一定に保つことができ、微小空隙領域が変化しないため、感光体ドラム回転方向の電位ムラを生じることなく、帯電ムラなどの画像弊害を防ぐことができる。
【００４０】
（実施例２）
本実施例の特徴は、前記帯電ブレードが帯電同時クリーニング機能を持つところにある。
【００４１】
（１）画像形成装置の構成
図３（ｂ）は本実施例を適用可能な電子写真プロセス利用のプロセスカートリッジ着脱式の画像形成装置である。図３（ｂ）において、５は感光体ドラムであり、矢印Ａの時計方向に所定の周速度をもって回転駆動される。１ａは帯電装置の接触帯電部材としての帯電ブレードであり、感光体ドラムに接触させてある。この帯電ブレードに電源Ｅから所定の電圧が印加されることにより、感光体ドラム表面を帯電ブレードにより非接触式にて所定の極性・電位に一様帯電処理する。１０２は像露光手段であり、感光体ドラム面に露光画像の静電潜像を形成する。９は現像装置であり、感光体ドラム面の静電潜像をトナー像として現像する。３は転写手段としての転写ローラであり、感光体ドラム５上に現像されたトナー像を記録媒体７に転写する。感光体ドラム５と転写ローラ３との間を通過してトナー像転写を受けた記録媒体７は搬送装置により不図示の定着装置１６へ導入されてトナー像の定着を受けて、画像形成物として排出される。記録媒体７に対するトナー像転写後の感光体ドラム５は前述の帯電ブレード１ａにより残トナー等の付着残留物の除去を受けて洗浄面化されて、繰り返して像形成に供される。本実施例の画像形成装置は、感光体ドラム５・帯電ブレード１ａ・現像装置９が互いに所定の位置関係をもって一括して組み込んだプロセスカートリッジ２６として構成してあり、前記カートリッジ２６は画像形成装置本体内に着脱自在である。
【００４２】
（２）検証実験
ここで、本実施例のクリーニング機能を持つ帯電ブレード１ａを実施例１と同様の条件で耐久試験を行った。本実施例で用いた帯電ブレード１ａは当接角θ＝２０°で感光体ドラムに当接させ、侵入量δ＝０．７０，０．８５，１．０と３点振って耐久試験を行った。以下に結果を示す。
【００４３】
【表２】
2014109643.tif 000004
【００４４】
本実施例の帯電ブレードを用いた画像形成装置では耐久の結果、帯電ブレードの侵入量によらず、トナーのすり抜けなどによるクリーニング不良は生じることなく、良好な画像が得られた。従って、本実施例によって、帯電ブレードの設定にかかわらず、安定して良好な出力画像が得られる。
【符号の説明】
【００４５】
１ａ  帯電ブレード
１ｂ  帯電ローラ
４  クリーニング装置
４ａ  クリーニングブレード
５  感光体ドラム
７  記録媒体
８  電圧付与用電源
１１  電圧付与用電源
１２  電圧付与用電源
２２  ドラムカバー
２３  現像材層厚規制部材
２４  シャッタ板
２５  メモリ
２６  プロセスカートリッジ
Ｔ  トナー
１０１  画像形成装置本体
１０２  露光装置
【図１】
2014109643.tif 000005
【図２】
2014109643.tif 000006
【図３】
2014109643.tif 000007
【図４】
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【図５】
2014109643.tif 000009
【図６】
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【図７】
2014109643.tif 000011
【図８】
2014109643.tif 000012
【図９】
2014109643.tif 000013