(57)【要約】【課題】低コストで、尚且つ長寿命の帯電装置、およびそれを用いた画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体を帯電するための帯電部材１０２を有し、該帯電部材１０２の両端部に段差を設け、その段差部に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１０３を取り付けた構成の帯電装置において、前記ギャップ保持部材１０３を取り付ける段差部１０２ｂを、第一の段差部１０２ｂ−１と、該第一の段差部１０２ｂ−１より外径の小さい第二の段差部１０２ｂ−２とにより構成する。そして第一の段差部１０２ｂ−１は第二の段差部１０２ｂ−２より帯電部材１０２の端部１０２ａに位置するようにし、また、ギャップ保持部材１０３として、熱収縮性を有するチューブ形状の材料を使用する。【選択図】              図４
2004309762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体を帯電するための帯電部材を有し、該帯電部材の両端部に段差を設け、その段差部に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取り付けた構成の帯電装置において、
前記ギャップ保持部材を取り付ける段差は、第一の段差部と、該第一の段差部より外径の小さい第二の段差部から構成され、第一の段差部は第二の段差部より帯電部材の端部に位置し、前記ギャップ保持部材が、熱収縮性を有するチューブ形状であることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
請求項１記載の帯電装置において、
前記ギャップ保持部材が、前記帯電部材の端部側面も被覆していることを特徴とする帯電装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の帯電装置において、
前記第一の段差部は、その端部の外径が、端部以外の部分の外径より小さいことを特徴とする帯電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の帯電装置において、
前記帯電部材はイオン導電性材料を含有する樹脂材料から構成され、前記ギャップ保持部材はフッ素を含む絶縁性樹脂材料から構成されることを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
像担持体を帯電した後、該像担持体に光を露光して潜像を形成し、該潜像を現像剤で現像して顕像化し、該顕像を転写材に転写し、定着して画像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体を帯電する手段として請求項１〜４のいずれか一つに記載の帯電装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項５記載の画像形成装置において、
前記像担持体に前記帯電装置の帯電部材に取り付けたギャップ保持部材を当接させることにより、画像形成領域における像担持体と帯電部材の間にギャップを形成し、その画像形成領域における像担持体と帯電部材のギャップが１００μｍ以下であり、前記帯電装置に、帯電部材と像担持体間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する交互電圧を重畳した帯電バイアスを印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の画像形成装置において、
少なくとも像坦持体と帯電装置が、画像形成装置本体に対して一体で着脱可能に構成されていることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯電装置およびそれを用いた複写機、プリンタ、プロッタ、ファクシミリ、印刷装置等の電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子写真方式の画像形成装置に用いられる帯電手段としては、スコロトロン等のチャージャ方式の帯電装置が主流であったが、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、近年ではローラやブラシ等の接触帯電装置が広く使用されるようになった。このような接触帯電装置ではトナー等の汚れによる帯電ムラの発生が帯電装置の寿命を決定する大きな要因であった。
【０００３】
そこで、帯電ローラの汚れを低減するために、帯電ローラの端部にフィルムを取り付けて、感光体と帯電ローラの間に微小なギャップを形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、フィルム以外によるギャップ保持方法としては、帯電ローラの端部に段差もしくは溝を設け、スペーサ部材を取り付ける方法も提案されている（特許文献２参照）。
また、帯電ローラの材質としてはゴムやスポンジ等の弾性部材を用いるのが一般的であるが、樹脂を用いた帯電部材も知られている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１９４８６８号公報
【特許文献２】
特開２００２−５５５０８号公報
【特許文献３】
特開２００１−３３７５１５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
帯電ローラを構成する帯電部材がゴムの場合、切削加工で高精度に加工することが難しく、また熱膨張が大きいため環境によりギャップが変動しやすいという課題があった。一方、樹脂製の帯電部材は高硬度で切削加工が容易であるため高精度に加工しやすいが、高硬度であるが故に、ギャップ保持部材としてフィルム状の部材を使用した場合には経時でフィルム状部材が摩耗してしまう等の不具合があった。また、感光体として有機感光体を使用した場合にはギャップ保持部材の当接部で感光体が損傷することもあった。
【０００６】
そこで、特許文献２に記載の帯電部材のように、帯電ローラを構成する帯電部材の端部に段差を設け、ギャップ保持部材を弾性体で構成することにより、ギャップ保持部材や、感光体のギャップ保持部材が当接する部分が劣化することを防止できる。しかし、単に段差を設けただけでは、長期間使用した場合にギャップ保持部材が帯電部材の段差からはずれてしまうことがある。また、帯電部材とギャップ保持部材を接着する方法もあるが、数十μｍの微小なギャップを形成する際には接着剤の厚みムラも無視できない影響があるため、接着剤の使用は好ましくない。
【０００７】
また、帯電ローラの端部に凹形状の溝を設けて、その溝にギャップ保持部材を取り付けることにより、ギャップ保持部材がはずれたりすることを防止できる。ただし、この形状ではギャップ保持部材の外側の領域でも、ギャップ保持部材の内側の画像領域と同等に帯電部材から像担持体への放電が発生しているため、放電の影響により像担持体が局所的に摩耗してしまうことがある。そして、この局所的な像坦持体の摩耗に起因して、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。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、従来技術における課題を解決し、低コストで、尚且つ長寿命の帯電装置、およびそれを用いた画像形成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に係る発明では、像担持体を帯電するための帯電部材を有し、該帯電部材の両端部に段差を設け、その段差部に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取り付けた構成の帯電装置において、前記ギャップ保持部材を取り付ける段差を、第一の段差部と、該第一の段差部より外径の小さい第二の段差部とにより構成する。そして、第一の段差部は第二の段差部より帯電部材の端部に位置するようにし、また、第一、第二の段差部に取り付けるギャップ保持部材としては、熱収縮性を有するチューブ形状の材料を使用する。
【００１０】
請求項２に係る発明では、請求項１記載の帯電装置の構成に加えて、前記ギャップ保持部材により、帯電部材の端部側面まで被覆している構成とする。
また、請求項３に係る発明では、請求項１または２記載の帯電装置の構成に加えて、前記第一の段差部の端部の外径を、その第一の段差部の端部以外の部分の外径より小さくなるように構成する。
さらに請求項４に係る発明では、請求項１〜３のいずれか一つに記載の帯電装置の構成に加えて、前記帯電部材をイオン導電性材料を含有する樹脂材料により構成し、前記ギャップ保持部材をフッ素を含む絶縁性樹脂材料により構成する。
【００１１】
請求項５に係る発明では、像担持体を帯電した後、該像担持体に光を露光して潜像を形成し、該潜像を現像剤で現像して顕像化し、該顕像を転写材に転写し、定着して画像を形成する画像形成装置において、前記像担持体を帯電する手段として請求項１〜４のいずれか一つに記載の帯電装置を備えた構成とする。
また、請求項６に係る発明では、請求項５記載の画像形成装置の構成に加えて、前記像担持体に前記帯電装置の帯電部材に取り付けたギャップ保持部材を当接させることにより、画像形成領域における像担持体と帯電部材の間にギャップを形成し、その画像形成領域における像担持体と帯電部材のギャップは１００μｍ以下とし、前記帯電装置に、帯電部材と像担持体間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する交互電圧を重畳した帯電バイアスを印加する。
さらに請求項７に係る発明では、請求項５または６記載の画像形成装置の構成に加えて、少なくとも像坦持体と帯電装置が、画像形成装置本体に対して一体で着脱可能に構成されているユニット構成とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成、動作および作用を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の全体構成図であり、本発明をフルカラープリンタに適用した例を示している。装置本体１内には、４個の像担持体ユニットである感光体ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃ及び２Ｄを、装置本体１に対してそれぞれ着脱可能に装着している。装置本体１の略中央には、転写ベルト３を複数のローラ間に矢示Ａ方向に回動可能に装着した転写ユニットを配置している。転写ベルト３の内側には４つの転写ブラシ５７が４個の感光体５に対応してそれぞれ設けられている。その転写ベルト３の上側の面に、感光体ユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにそれぞれ設けられている感光体５が接触するように配置している。そして、その感光体ユニット２Ａ〜２Ｄに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置１０Ａ〜１０Ｄを配置している。現像装置１０Ａ〜１０Ｄ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の現像装置である。そして、一例として現像装置１０Ａはマゼンタ色のトナーを使用し、現像装置１０Ｂはシアン色のトナーを使用し、現像装置１０Ｃはイエロー色のトナーを使用し、現像装置１０Ｄはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像装置内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
【００１３】
現像装置１０Ａ〜１０Ｄは、感光体５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、トナー補給部と補給装置、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは、外側の回転自在のスリーブと、その内側に固定された磁石から構成されている。また、現像装置には、トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給部から補給装置によりトナーが補給される。
【００１４】
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。
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
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。
【００１８】
また、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの上方には書込みユニット６を、転写ベルト３の下方には両面ユニット７をそれぞれ配置している。このプリンタは、装置本体１の左方に、画像形成後の転写材（例えば転写紙）Ｐを反転させて排出したり、両面ユニットへ搬送したりする反転ユニット８を装着している。
書込みユニット６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、各光源の光路に配置された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。
【００１９】
両面ユニット７は、対をなす搬送ガイド板４５ａ，４５ｂと、対をなす複数（この例では４組）の搬送ローラ４６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８の反転搬送路５４に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Ｐを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
【００２０】
反転ユニット８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、上述したように両面画像形成する際の転写紙Ｐを表裏反転させて両面ユニット７へ搬出したり、画像形成後の転写紙Ｐをそのままの向きで機外に排出したり、表裏を反転させて機外に排出したりする働きをする。
また、給紙カセット１１，１２が設けられている給紙部には、転写紙Ｐを１枚ずつ分離して給紙する分離給紙部５５，５６が、それぞれ設けられている。
【００２１】
転写ベルト３と反転ユニット８との間には、画像が転写された転写紙Ｐの画像を定着する定着装置９が設けられている。その定着装置９の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路２０を分岐させて形成し、そこに搬送した転写紙Ｐを排紙ローラ対２５により排紙トレイ２６上に排出可能にしている。
【００２２】
また、装置本体１の下部には、上下２段にサイズの異なる転写紙Ｐを収納可能な給紙カセット１１と１２を、それぞれ配設している。さらに、装置本体の右側面には、手差しトレイ１３を矢示Ｂ方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ１３を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようにしている。
【００２３】
感光体ユニット２Ａ〜２Ｄは、同一の構成をしたユニットであり、感光体ユニット２Ａはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｂはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｃはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｄはブラック色に対応する画像を形成する。
【００２４】
まず、この画像形成装置のフルカラー画像形成時の動作を説明する。この画像形成装置がフルカラーの画像データを受け取ると、各感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの感光体５が図１で時計回り方向にそれぞれ回転する。そして、その各感光体５の表面が図２に示す帯電ローラ１４により一様に帯電される。そして、感光体ユニット２Ａの感光体には、書込みユニット６によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット２Ｂの感光体にはシアンの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット２Ｃの感光体にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに感光体ユニット２Ｄの感光体にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、感光体が回転することにより現像装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー，ブラックの各トナーにより現像されて、４色のトナー像となる。
【００２５】
一方、給紙カセット１１（または１２）から転写紙Ｐが分離給紙部５５（または５６）により給紙され、それが転写ベルト３の直前に設けられているレジストローラ対５９により、各感光体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Ｐは、転写ベルト３の入口付近に配設している紙吸着ローラ５８によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト３の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Ｐは、転写ベルト３に吸着した状態で搬送されながら、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が順次転写されていき、４色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。
【００２６】
その転写紙Ｐは、定着装置９で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通って、装置本体上部の排紙トレイ２６に反転排紙されたり、定着装置９から直進して反転ユニット８内を通ってストレート排紙されたり、あるいは、両面画像形成モードが選択されているときには、前述した反転ユニット８内の反転搬送路５４に送り込まれた後にスイッチバックされて両面ユニット７に搬送され、そこから再給紙されて感光体ユニット２Ａ〜２Ｄが設けられている作像部で、裏面に画像が形成された後に排出される。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。
【００２７】
次に、この画像形成装置の白黒画像形成時の動作を説明する。この画像形成装置が白黒の画像データを受け取ると、紙吸着ローラ５８に対向して転写ベルト３を支持している従動ローラが下方に移動し、転写ベルト３がマゼンタ、シアン、イエローの感光体から離間する。そして、ブラックの感光体ユニット２Ｄの感光体が図１で時計回り方向に回転し、ブラック感光体の表面が帯電ローラにより一様に帯電される。そして、感光体ユニット２Ｄの感光体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、現像装置１０Ｄ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。
【００２８】
一方、給紙カセット１１（または１２）から転写紙Ｐが分離給紙部５５（または５６）により給紙され、それが転写ベルト３の直前に設けられているレジストローラ対５９により、ブラック感光体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Ｐは、転写ベルト３の入口付近に配設している紙吸着ローラ５８により帯電され、それにより転写ベルト３の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Ｐは、転写ベルト３に吸着した状態で搬送されるので、転写ベルト３がマゼンタ、シアン、イエローの感光体から離間していてもブラックの感光体まで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。転写紙Ｐを安定して静電吸着搬送するために転写ベルト３は少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。その転写紙Ｐは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置９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。
【００２９】
尚、上記の構成の画像形成装置において、転写ベルト３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。
【００３０】
各感光体ユニット２Ａ〜２Ｄは、図２に示すように帯電装置を構成する帯電ローラ１４と、静電潜像が形成される感光体５と、その感光体５の表面をクリーニングするクリーニング装置のブラシローラ１５とクリーニングブレード４７から構成されている。また、帯電ローラ１４にはローラ表面をクリーニングするためのクリーニングブラシ（またはクリーニングローラ）４９が当接している。
【００３１】
クリーニング装置では、クリーニングブレード４７により掻き落としたトナーを、ブラシローラ１５でトナー搬送オーガ４８側に移動させ、そのトナー搬送オーガを回転させることにより回収した廃トナーを、図１に示した廃トナー収納部１８に搬送するように構成されている。この実施の形態では、感光体径は直径φ３０ｍｍであり、各感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの感光体５はそれぞれ矢示Ｃ方向に１２５ｍｍ／ｓｅｃで回転する。ブラシローラ１５は感光体５の回転に同期して時計方向に回転する。
【００３２】
尚、この感光体ユニット２Ａ〜２Ｄには、それを装置本体１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２Ａ〜２Ｄを装置本体１に装着する際に、それらの基準部により、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄ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。
【００３３】
図１，２に示す構成の画像形成装置では、感光体５と帯電装置（帯電ローラ１４及びクリーニングブラシ４９）を一つのユニット内に配置しているので、ユニット内で感光体５と帯電ローラ１４の位置が決まる構成にし、ユニット全体を交換することで、ギャップの調整を行う必要はなくユーザでも交換が容易である。また、ここでは感光体５と帯電装置（帯電ローラ１４及びクリーニングブラシ４９）に加えてクリーニング装置（ブラシローラ１５とクリーニングブレード４７）が一体となったユニットで説明したが、クリーニング装置は別のユニット構成にしてもよいし、さらには現像装置を感光体や帯電装置と一体のユニットとすることもできる。
【００３４】
感光体５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。
また、感光体５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。
導電性支持体は、体積抵抗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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、ジクロルエタン等の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。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。
【００３８】
図３は図１，２に示す構成の画像形成装置に用いられる帯電ローラの構成例を示す概略要部断面図であり、帯電ローラ１４の一端側の断面を示している。帯電ローラ１４は導電性支持体である芯金１０１と、その芯金上に形成される帯電部材としての樹脂層１０２と、ギャップ保持部材１０３から構成される。
芯金１０１はステンレス等の金属が用いられる。芯金１０１が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。また、芯金１０１が太すぎる場合には帯電ローラ１４が大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金１０１の直径としては６〜１０ｍｍ程度が望ましい。
【００３９】
帯電ローラ１４の樹脂層（帯電部材）１０２は１０６〜１０９Ωｃｍの体積抵抗を持つ材料が好ましい。抵抗が低すぎると感光体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、抵抗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。
この樹脂層（帯電部材）１０２は、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を得ることができる。基材樹脂としては、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、等の樹脂を用いることができる。これらの基材樹脂は、成形性が良いので容易に成形加工することができる。
【００４０】
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ポリオレフィンの例としては、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である。本実施の形態においては、四級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンについて例示したが、本発明の目的に反しない限り、四級アンモニウム塩基を有する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。
【００４１】
前記の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、前記の基材樹脂に均一に配合される。配合された材料を芯金に射出成形、あるいは押出成形にすることにより、容易にローラ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。帯電ローラ１４の樹脂層１０２の厚さとしては１〜３ｍｍが望ましい。樹脂層１０２が薄すぎると成型が困難である上に強度の面でも問題がある。樹脂層１０２が厚すぎると帯電ローラ１４が大型化するうえに樹脂層１０２の実際の抵抗が大きくなるため帯電効率が低下する。また、樹脂層１０２にはコーティング等により、トナー等が付着しにくい保護層を数十μｍの厚さで形成することもできる。
【００４２】
樹脂層１０２を切削して外径を整える際に、樹脂層１０２の端部１０２ａ側にギャップ保持部材１０３を取り付けるための段差１０２ｂを形成しておく。ギャップ保持部材１０３としては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）等のフッ素系樹脂材料の熱収縮チューブを用いることができる。これらの樹脂は離型性に優れるので、トナー固着が発生しにくい。さらに、絶縁性のフッ素系樹脂を使用することで、ギャップ保持部材の位置で放電が発生することがないので、感光体表面に放電生成物が蓄積することで感光体の摩擦係数が上昇し、クリーニングブレードの巻き込みが発生することも防止できる。これらのフッ素系樹脂材料は離型性に優れるので樹脂に接着するのは困難であるが、熱収縮させて取り付けることで、接着剤を用いなくてもローラに固定することができる。
【００４３】
ギャップ保持部材１０３を感光体５の画像領域外に付き当てることで、帯電ローラ１４の樹脂層１０２と感光体５との間にギャップを形成する。帯電ローラ１４は芯金１０１の端部に取り付けられたギヤ（図示せず）が感光体フランジに形成されたギヤ（図示せず）とかみ合っており、感光体駆動モータにより感光体５が回転すると帯電ローラ１４も感光体５とほぼ等速で回転する。帯電ローラ１４の両端部にはギャップ保持部材１０３が設けられており、樹脂層１０２と感光体５が接触することがないので、帯電ローラ１４として硬い樹脂材料と有機感光体を使用した場合でも感光体５に傷が付いたりすることはない。また、ギャップが広がりすぎると異常放電が発生し均一に帯電できなくなるため、最大ギャップは１００μｍ以下に抑える必要がある。そのため、感光体５、帯電ローラ１４とも高精度が必要であり、真直度を２０μｍ以下にする必要がある。
【００４４】
図３に示す構成の帯電ローラ１４では、ギャップ保持部材１０３により帯電ローラ１４と感光体５との間にギャップを設けているので、帯電ローラ１４の回転に伴う負荷はギャップ保持部材１０３に集中するため、ギャップ保持部材１０３には高い耐久性が要求される。ギャップ保持部材１０３として熱収縮チューブを使用する場合、熱収縮チューブの厚さを厚くすることで耐久性は確保することができる。
【００４５】
しかしながら、一般的な熱収縮チューブでは厚さの±１０％程度の肉厚偏差があるため、厚さが厚くなると熱収縮チューブに起因するギャップ変動が大きくなってしまうので、ギャップ精度の点からは熱収縮チューブの厚さは薄いほど好ましい。薄手の熱収縮チューブを使用する場合に取り付ける段差部が図３の構成例のように直線状であると、長期間使用して熱収縮チューブがわずかに伸びてしまった場合に、熱収縮チューブの端部が内側の段差に乗り上げてしまうことでギャップが広がり異常放電が発生したり、熱収縮チューブが段差から外側にはずれてしまうことがあった。
【００４６】
そこで本発明では、上記の問題を解決するための手段として、図４に示す帯電ローラの構成例のように、帯電ローラ１４の帯電部材１０２の両端部に２段の段差部を設ける。すなわち、本発明では、帯電ローラ１４の帯電部材（樹脂層）１０２に設ける段差部１０２ｂの形状を、図４に示すように端部側が浅く中央側が深い２段構成にする。より具体的には、帯電部材１０２の端部１０２ａ側に第一の段差部１０２ｂ−１を設けるとともに、その第一の段差部１０２ｂ−１の中央部よりの端部に、第一の段差部１０２ｂ−１より外径の小さい溝状の第二の段差部１０２ｂ−２を設け、熱収縮性のギャップ保持部材１０３を第一の段差部１０２ｂ−１から第二の段差部１０２ｂ−２にかけて取り付ける。このようにすることで、外径の小さい第二の段差部１０２ｂ−２側の熱収縮チューブには大きな力がかかることはないので、長期間使用した場合でも端部が伸びて内側の段差に乗り上げたり、外側にはずれてしまうような不具合が発生しにくい。また、第一の段差部１０２ｂ−１で熱収縮チューブがわずかに伸びたとしても、帯電ローラ１４を感光体５に対してスプリング等で加圧する構成としておけばギャップに対する影響はほとんどない。
【００４７】
次に図５は本発明に係る帯電ローラの別の構成例を示している。この構成例では、帯電部材１０２の段差部１０２ｂの形状は図４と同様であるが、図５に示すように、熱収縮チューブからなるギャップ保持部材１０３を帯電部材１０２の端部側面まで被覆するように取り付けている。このようにすることで、より熱収縮チューブが内側の段差に乗り上げにくくなる。さらに、絶縁性の熱収縮チューブで帯電部材１０２の端部側面まで被覆することで画像領域外で発生する不必要な放電を防止することができ、この位置で感光体が摩耗してしまうことに起因して、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りギャップが広がりすぎ異常放電が発生したりすることを防止することができる。
【００４８】
また、図６は本発明に係る帯電ローラのさらに別の構成例を示している。図５のように帯電ローラ１４の第一の段差部１０２ｂ−１の端部が尖っていると、この部分で熱収縮チューブが破損する場合があるが、図６に示すように第一の段差部１０２ｂ−１の端部の角１０２ｃを削る等の処理をして、第一の段差部１０２ｂ−１の端部の外径をそれ以外の部分よりも小さくしておくことにより、この部分で熱収縮チューブが破損することが防止され、熱収縮チューブの耐久性が一層向上する。
【００４９】
帯電ローラ１４を図４〜６のいずれかの構成とし、帯電ローラ１４と感光体５の間にギャップを形成した場合、感光体５と帯電ローラ１４の回転に伴いギャップは一定範囲の中で常に変動する。このような状況下で感光体５を均一に帯電するには、帯電ローラ１４に印加する帯電バイアスとして、直流（ＤＣ）電圧に加え、帯電部材と感光体間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する交互（ＡＣ）電圧を重畳することが有効である。この場合、印加するＡＣ電圧の周波数が低いとＡＣ電圧の周波数に対応したストライプ状の帯電ムラが画像上でも目立ってしまうため、感光体線速［ｍｍ／ｓ］の７倍以上の周波数［Ｈｚ］に設定することが望ましい。
【００５０】
帯電ローラ１４をクリーニングする部材として、図２に示すように帯電ローラ１４の上方にクリーニングブラシ４９が配置されている。このクリーニングブラシ４９は直径６ｍｍのローラ状の芯金に毛足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１４に回動自由に当接しており、帯電ローラ１４の回転に伴い連れまわり方向に回転しながら、帯電ローラ表面を清掃する。この場合、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、芯金の径が細くてもたわみは問題とならない。ここで、クリーニングブラシ４９の長さを、ギャップ保持部材１０３を構成する熱収縮チューブに被覆された部分を含む帯電ローラ１４の長さより長くすることで、熱収縮チューブの表面も同時にクリーニングすることができる。画像形成領域と熱収縮チューブの被覆部では帯電ローラ１４の外径に差はあるが、わずかに数十μｍ程度、最大でも１００μｍ以下であり、クリーニングブラシ４９の毛足に比べ十分小さいので、画像形成領域のクリーニング性が低下するようなことはない。
【００５１】
【実施例】
次に本発明の具体的な実施例と比較例について説明する。
【００５２】
（実施例）
本実施例では、以下のようにして帯電ローラ１４を作製した。まず、ステンレスからなる直径８ｍｍの芯金１０１に、帯電部材（樹脂層）１０２として、ＡＢＳ樹脂１００重量部にイオン導電剤６０重量部を配合して得た樹脂組成物（体積抵抗率１０６Ωｃｍ）を射出成形により成形した後、表面を切削加工し直径１２ｍｍとした。ここで、図５または図６に示すように、樹脂層１０２の両端に幅８ｍｍの２段構成の段差部１０２ｂを形成した。この段差部は第一の段差部１０２ｂ−１と第二の段差部１０２ｂ−２からなり、段差部の深さは、端部から中央部に向けて幅約６．５ｍｍの第一の段差部１０２ｂ−１の部分を深さ５０μｍとし、第一の段差部の中央側端部からさらに中央部に向けて幅１．５ｍｍの部分は第二の段差部１０２ｂ−２として深さ１５０μｍとし、この第一、第二の段差部に、ギャップ保持部材１０３として、厚さ１００μｍの熱収縮チューブ（ここではＰＦＡチューブ）を長さ１０ｍｍに切って取り付けた。このチューブの収縮は１２０℃の雰囲気中で２０分間加熱して行なった。本実施例では、段差部よりも熱収縮チューブの長さが長いため、図５または図６のように収縮後のチューブは帯電部材１０２の側面１０２ａまで被覆していた。
【００５３】
この帯電ローラ１４を、図１に示すような構成のリコー製カラープリンタ（イプシオカラー８０００）の感光体ユニットにセットし、感光体線速１２５ｍｍ／ｓで通紙試験を行った。帯電バイアスはＤＣ成分を−７００Ｖ、ＡＣ成分をピーク間電圧２．２ｋＶ、周波数９００Ｈｚの正弦波とした。
上記の条件で５万枚の通紙試験を行ったところ、試験を通して画像は良好であり、５万枚後の熱収縮チューブの状態は中央部でわずかに膨らみが見られたが、両端部はしっかりとしており異常画像の発生もなかった。
【００５４】
（比較例）
次に比較例として、図３に示すように熱収縮チューブ１０３を取り付ける樹脂層１０２の段差部１０２ｂの全体を深さ５０μｍとし、取り付ける熱収縮チューブの長さを８ｍｍとした以外は上記実施例と同様の帯電ローラを作製した。
実施例と同等の条件で５万枚の通紙試験を行ったところ、初期画像は良好であったが、４万枚を過ぎた辺りから画像の一部に細かい点状の汚れが発生するようになった。そこで感光体ユニットを確認したところ、上記の不具合は熱収縮チューブが伸びたためであり、熱収縮チューブが段差部からはみ出して帯電ローラ内側の段差に乗り上げてしまい、ギャップが広くなりすぎたために異常放電が発生したためであった。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の帯電装置では、ギャップ保持部材を取り付ける段差を、第一の段差部と、該第一の段差部より外径の小さい第二の段差部とにより構成し、第一の段差部は第二の段差部より帯電部材の端部に位置するようにし、さらに熱収縮性のギャップ保持部材を使用することにより、外径の小さい第二の段差部にもギャップ保持部材が入り込んで固定されるので、接着剤を使用せずに長期間使用した場合でも、ギャップ保持部材が段差部からはずれるのを防止することができ、低コストで、尚且つ長寿命の帯電装置を実現することができる。
また、請求項２記載の帯電装置では、請求項１の構成および構成に加え、ギャップ保持部材で帯電部材の端部側面まで被覆するので、画像形成領域外での不要な放電を防止し、画像形成領域外での感光体の摩耗やトナー固着の発生を防止することができる。また、側面まで被覆することでギャップ保持部材が帯電部材内側の帯電領域側にずれてしまうことを防止することができる。
【００５６】
請求項３記載の帯電装置では、請求項１または２の構成および構成に加え、ギャップ保持部材の取り付け部分の端部形状を、その他の部分よりも外径が小さくなるように処理することで、端部に力が集中してギャップ保持部材が破損するのを防止することができ、ギャップ保持部材の耐久性を、より向上することができる。
請求項４記載の帯電装置では、請求項１，２または３の構成および構成に加え、帯電部材を樹脂材料で構成することにより、加工が容易で精度を出しやすい。また、帯電部材の樹脂材料に含有されるイオン導電性材料は電子伝導性の材料よりギャップがある場合に異常放電が発生しにくい。さらに、ギャップ保持部材を構成するフッ素系樹脂は離型性に優れているので、ギャップ保持部材にトナー等が固着しにくい。また、絶縁性のフッ素樹脂とすることで、ギャップ保持部分で放電が発生しないので、この位置で像担持体に付着する放電生成物の量を低減でき、像担持体の摩擦係数の増加によるクリーニングブレードの巻き込み等が発生しにくい。
【００５７】
請求項５，６記載の画像形成装置では、像坦持体と帯電部材との間にギャップを形成することで、帯電部材がトナー等で汚れにくくなる。また、ギャップの最大値を１００μｍ以下にすることで異常放電が発生しにくく、均一な帯電が得られる。さらに、帯電バイアスに像担持体と帯電部材の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有する交互電圧を重畳することで、ギャップが変動した場合の帯電電位の均一性や、環境変動に対する安定性が向上する。
また、請求項７記載の画像形成装置では、像坦持体と帯電装置が画像形成装置本体から一体で着脱可能なユニット構成とすることで、高精度のギャップを必要とする場合でも調整が不要であり、ユーザーでも容易に交換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す画像形成装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の感光体ユニットの構成例を示す概略断面図である。
【図３】帯電ローラの従来の構成例を示す概略要部断面図である。
【図４】本発明に係る帯電ローラの構成例を示す概略要部断面図である。
【図５】本発明に係る帯電ローラの別の構成例を示す概略要部断面図である。
【図６】本発明に係る帯電ローラのさらに別の構成例を示す概略要部断面図である。
【符号の説明】
１：画像形成装置本体
２Ａ〜２Ｄ：感光体ユニット
３：転写ベルト
５：感光体（像担持体）
６：書込みユニット
９：定着装置
１０Ａ〜１０Ｄ：現像装置
１４：帯電ローラ（帯電装置）
１５：ブラシローラ
４７：クリーニングブレード
４９：クリーニングローラ
１０１：芯金
１０２：樹脂層（帯電部材）
１０２ａ：帯電部材端部
１０２ｂ：段差部
１０２ｂ−１：第一の段差部
１０２ｂ−２：第二の段差部
１０３：ギャップ保持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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