(57)【要約】【課題】  ニップ面積を安定的に大きくとることができ、且つ、小型化を図ることができる帯電ローラーを備えた画像形成装置を提供する。【解決手段】  画像形成装置１は、レーザー露光ユニット７、作像部２、給紙搬送部、転写搬送ユニット４、および定着部を備えている。作像部２は、感光体ドラム５の外周に沿って、現像ユニット３、帯電ローラー１０、感光体ドラムクリーニングユニット６が配置されてなるものである。帯電ローラー１０は、画像形成時に感光体ドラム５の表面電位を所定電位とするためのもので、円筒状のスリーブと、スリーブ内にあってスリーブの内径よりも小さな外径を有する円柱状の弾性体と、弾性体の中心軸を挿通する回転軸とを備えている。【選択図】      図１
2005128168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体ドラムに当接する導電性または半導電性の円筒状のスリーブと、
当該スリーブ内にあって当該スリーブの内径よりも小さな外径を有する導電性または半導電性の円柱状の弾性体と、
当該弾性体の中心軸を挿通する導電性の回転軸とを有する帯電ローラーを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電ローラーと前記感光体ドラム間の電気抵抗値は５００ｋΩ以上５ＭΩ以下であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記スリーブの外表面をクリーニングする、導電性または半導電性のクリーニングブラシ、あるいは、導電性または半導電性の第１クリーニングローラーが、前記スリーブの外表面に当接されていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記感光体ドラム上で、前記スリーブの上流側にあって、前記スリーブの外表面および前記感光体ドラムに当接し、前記スリーブの外表面および前記感光体ドラムの表面をクリーニングする、導電性または半導電性の第２クリーニングローラーが備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式による画像形成装置に関し、特に、感光体ドラム上を帯電させるためのローラー帯電方式によるローラーを備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザープリンターやレーザーファックスあるいはデジタル複写機などの電子写真方式による画像形成装置では、感光体ドラム上をほぼ一様に帯電させ、当該感光体ドラムを露光して画像信号に応じた静電潜像を形成後、現像器により帯電されたトナーを前記感光体ドラム上に供給して顕像化し、そのトナー像を転写紙などの記録媒体に転写した後、定着器により定着して画像を形成している。
従来から、このような画像形成装置では、感光体ドラム上をほぼ一様に帯電させるために、ローラー帯電方式によるローラー（以下、帯電ローラーと呼ぶ。）が用いられている。例えば、特許文献１には、柔軟性を有する樹脂と耐熱性を有する樹脂とを樹脂ブレンドしたシームレスチューブ内に、弾性体からなる支持部材を挿入して嵌合（挿入して接着してもよい）した帯電ローラーの発明が開示されている。
【特許文献１】特開平８−３２８３５８号公報  （第３−６頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の画像形成装置において小型化を図ろうとして、感光体ドラムおよび帯電ローラーの外径を小さくすると、帯電ローラーが押圧により撓んでしまい、帯電ローラーと感光体ドラムとの当接（以下、ニップと呼ぶ。）が不安定となる問題が生ずる。
帯電ローラーの外径が小さくなるにつれて、ニップ面積は減少する。これに伴い、帯電ローラーと感光体ドラム間の放電により、帯電ローラーから感光体ドラムへ電荷が移動できる時間が減少する。即ち、帯電ローラーおよび感光体ドラムの外径が小さくなる程、また、帯電ローラーおよび感光体ドラムの回転速度が速くなる程、感光体ドラムの表面電位は低下する。そこで、帯電ローラーを構成する弾性体の硬度を下げるとともに、押圧を上昇させ、ニップ面積を大きくしようとすると、帯電ローラーの回転軸が撓んでしまい、帯電ローラーの中央部が感光体ドラムに当接しなくなるという問題が生じる。そのため、帯電ローラーの外径寸法には、自ずと下限が存在していた。
また、特許文献１に記載された帯電ローラーは、支持部材の外周面とシームレスチューブの内周面とが密着しているため、加工に手間を要し、量産できず、コストが高くなるという問題があった。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ニップ面積を安定的に大きくとることができ、且つ、小型化を図ることができる帯電ローラーを備えた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】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係る画像形成装置では、感光体ドラムに当接する導電性または半導電性の円筒状のスリーブと、当該スリーブ内にあって当該スリーブの内径よりも小さな外径を有する導電性または半導電性の円柱状の弾性体と、当該弾性体の中心軸を挿通する導電性の回転軸とを有する帯電ローラーを備えることを特徴とする。
ここで、前記弾性体としてはゴム材料が望ましく、特に、硬度が低く柔軟である発泡弾性体、例えば、発泡ウレタンゴムなどが好適である。また、前記スリーブとしては、ある程度の硬さを有し、形状を維持できるものであればよく、例えば、ナイロン樹脂やフッ素樹脂などが挙げられる。
前記スリーブの厚さは、屈曲性や柔軟性を失うことのない様に、凡そ０．５ｍｍ以下である。また、前記スリーブの内径は、前記弾性体の外径よりも凡そ０．５ｍｍ以上大きく、好ましくは、１ｍｍ程度大きく設定される。
本発明では、柔軟な円筒状のスリーブ内に、当該スリーブの内径よりも小さな外径を有し、硬度が低く柔軟な円柱状の弾性体を配した帯電ローラーを実現した。これにより、感光体ドラムへの当接圧力が低くても、スリーブおよび弾性体が潰れることにより、ニップ面積を安定的に大きくすることが可能となる。加えて、感光体ドラムへの当接圧力が低くてもよいため、帯電ローラーを小型化することができる。
また、本発明では、スリーブの内径よりも弾性体の外径のほうが小さいため、帯電ローラー製造時に、従来のように弾性体をスリーブ内に圧入したり、接着したりする必要もなく、安価で量産性に優れた帯電ローラーを実現することができる。
【０００５】
また、本発明に係る画像形成装置では、前記帯電ローラーと前記感光体ドラム間の電気抵抗値は５００ｋΩ以上５ＭΩ以下であることが好ましい。
なぜならば、前記帯電ローラーと前記感光体ドラム間の電気抵抗値が５００ｋΩ以下になると、前記帯電ローラーと前記感光体ドラム間で安定的に放電を行うことができず、また、前記帯電ローラーと前記感光体ドラム間の電気抵抗値が５ＭΩ以上になると、給電が追いつかなくなるからである。
【０００６】
また、本発明に係る画像形成装置では、前記スリーブの外表面をクリーニングする、導電性または半導電性のクリーニングブラシ、あるいは、導電性または半導電性の第１クリーニングローラーが、前記スリーブの外表面に当接されていてもよい。
従来、クリーニングブラシあるいはクリーニングローラーを当接する際の押圧を管理するため、クリーニングブラシあるいはクリーニングローラーの支持部材（軸受け）をバネで懸架しなければならず、また、当接部の摩擦力のため、感光体ドラムの駆動トルクも上昇していた。
本発明では、前記スリーブの弾性により、従来のバネによる懸架によることなく、バネの押圧よりも低い圧力で、均一且つ安定な接触状態を実現できる。このことにより、クリーニングブラシあるいはクリーニングローラーの支持部材（軸受け）を固定化した簡単な機構を実現するとともに、感光体ドラムの駆動トルクの低減が可能となる。
加えて、本発明では、クリーニングブラシまたは第１クリーニングローラーを前記スリーブ外表面の任意の位置に当接させることができるため、前記スリーブに付着するトナーを除去することができるとともに、画像形成装置を小型化するうえで最適となる位置にクリーニングブラシまたは第１クリーニングローラーを設置することができる。
【０００７】
また、本発明に係る画像形成装置では、前記感光体ドラム上で、前記スリーブの上流側にあって、前記スリーブの外表面および前記感光体ドラムに当接し、前記スリーブの外表面および前記感光体ドラムの表面をクリーニングする、導電性または半導電性の第２クリーニングローラーが備えられていてもよい。
ここで、前記感光体ドラムの反回転方向側を上流側、回転方向側を下流側とする。
本発明では、第２クリーニングローラーを前記スリーブの外表面および前記感光体ドラムに当接させることにより、帯電ローラーのクリーニングと感光体ドラムのクリーニングを１台のクリーニングローラーで処理することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ニップ面積を安定的に大きくとることができ、且つ、小型化を図ることができる帯電ローラーを備えた画像形成装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る画像形成装置の実施形態について、図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係る画像形成装置の実施形態の主要部の概略構成を示す模式図である。また、図２は、本発明に係る画像形成装置の第一の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
本実施形態による画像形成装置１は、画像信号に応じて変調されたレーザービームを走査露光して、乾式電子写真方式により紙やプラスチックシートなどの印字媒体へ印字を行うことができるもので、レーザープリンター、レーザーファクス、デジタル複写機など、あるいはその一部として用いることができるものである。
図１に示すように、画像形成装置１は、レーザー露光ユニット７、作像部２、給紙搬送部（図示省略）、転写搬送ユニット４、および定着部（図示省略）を備えている。
【００１０】
レーザー露光ユニット７は、微小スポットに結像されたレーザービーム７ａを、感光体ドラム５上の露光位置Ｂにおいて、感光体ドラム５の回転軸に平行な直線上を一定方向に走査するものである。
【００１１】
作像部２は、図１の矢印の方向に回転する感光体ドラム５の外周に沿って、現像ユニット３、感光体ドラムクリーニングユニット６、および帯電ローラー１０が配置されてなるものである。
以下、感光体ドラム５上の相対位置を表現する際、回転方向側を下流側、反回転方向側を上流側と称する。
【００１２】
現像ユニット３は、所定の色を有する粉体のトナーＴを摩擦帯電させて、負電荷を帯びさせ、露光により非露光部分に対して相対的に正電位とされた感光体ドラム５の露光部分にトナーＴを供給して、トナーＴを感光体ドラム５に付着させるものである。
現像ユニット３内には、トナーＴと、トナーＴを攪拌して帯電させる攪拌翼３ｄと、帯電したトナーＴを現像ローラー３ａ側に搬送する供給ローラー３ｂと、供給ローラー３ｂで供給されたトナーＴをその帯電電化によるクーロン力で表面に付着させ、感光体ドラム５近傍に搬送する現像ローラー３ａと、現像ローラー３ａ上でトナーＴの層厚を一定厚さに規制するための現像ブレード３ｃとが設けられている。攪拌翼３ｄ、供給ローラー３ｂ、現像ローラー３ａは、それぞれ図１の矢印方向に回転する。
【００１３】
転写搬送ユニット４は、内周部に配置された複数のローラー（図示省略）により一方向に回転駆動可能とされた転写ベルト９と、転写ベルト９を感光体ドラム５に転写位置Ｄで当接させるように保持する転写ローラー８と、転写ベルト９にクリーニングブレード１１ａを当接して転写ベルト９表面の付着物をかき落とし、かき落した付着物を回収するスペースを備える転写ベルトクリーニングユニット１１とを備える。
転写ベルト９の材質は、印字媒体１２を挟んで感光体ドラム５と対向したとき、裏面に当接する転写ローラー８に印加された転写電圧により感光体ドラム５上のトナーＴを吸引できるようにした誘電体シートとされる。
転写ローラー８は、例えば、金属製の回転軸に導電性または半導電性の合成ゴムなどでローラー部が形成されてなり、回転軸には転写用高圧電源（図示省略）が接続され、ローラー部の表面電位を制御できるようになっている。
【００１４】
感光体ドラムクリーニングユニット６は、感光体ドラム５にクリーニングブレード６ａを当接して感光体ドラム５表面のトナーＴをかき落とすとともに、かき落したトナーＴを回収するスペースを備えたものである。
【００１５】
帯電ローラー１０は、画像形成時に感光体ドラム５の表面電位を所定電位とするためのもので、円筒状のスリーブ１０ｂと、スリーブ１０ｂ内にあってスリーブ１０ｂの内径よりも小さな外径を有する円柱状の弾性体１０ａと、弾性体１０ａの中心軸を挿通する回転軸１０ｃとを備えている。
スリーブ１０ｂは、導電性または半導電性を付与したナイロン樹脂で形成されており、スリーブ１０ｂの内径は９ｍｍ、厚さは０．５ｍｍ程である。
弾性体１０ａは、導電性または半導電性を付与した発泡ウレタンゴムで形成されており、セル径は約０．１ｍｍ、見かけの硬度は２０〜３０程度である。また、弾性体１０ａの外径は８ｍｍである。
回転軸１０ｃは、外径５ｍｍの導電性を有する金属からなり、その両端を後述する軸受け部１３により軸支されている。
スリーブ１０ｂは、軸受け部１３に作用する押圧力により、弾性体１０ａと感光体ドラム５間で押圧されて変形し、感光体ドラム５表面の位置Ａを挟む所定のニップ幅で、感光体ドラム５に当接している。弾性体１０ａも押圧力により変形し、当接位置Ａを挟む所定のニップ幅でスリーブ１０ｂに内接している。また、帯電ローラー１０と感光体ドラム５間の電気抵抗値は５００ｋΩ以上５ＭΩ以下に設定される。
【００１６】
図３は、帯電ローラー軸受け部の部分断面図である。
帯電ローラー１０の回転軸１０ｃの両端１０ｄは、中間部に比べて外径が小さくなっており、軸受け部１３に設けられた孔１３ｂにより軸支されている。
軸受け部１３には、スプリング（図示省略）により、感光体ドラム５の中心方向に約２５０ｇの押圧力が作用している。また、軸受け部１３には、帯電ローラー１０と感光体ドラム５との当接位置Ａで放電するように直流電圧が印加されている。
弾性体１０の端部は、スリーブ１０ｂの端部より２．５ｍｍ程内側で収まる構造となっている。一方、軸受け部１３のスリーブ１０ｂ側には、孔１３ｂの周囲に凸部１３ａが形成されている。スリーブ１０ｂの端部と凸部１３ａとのクリアランスは０．２ｍｍ程であって、スリーブ１０ｂの端部と凸部１３ａとが摺動し、スリーブ１０ｂの水平方向の蛇行を防止している。
【００１７】
次に、本実施形態による画像形成装置１の動作について説明する。
画像形成装置１の全般的な動作は、周知のプリンターなどの動作と共通なので適宜説明を省略し、感光体ドラム５の回転に伴う動作を中心に説明する。
感光体ドラム５が、駆動手段（図示省略）により、図１の矢印で示した方向に回転駆動すると、感光体ドラム５に位置Ａで当接する帯電ローラー１０は、図２の矢印で示した方向に従動回転する。この間、帯電ローラー１０と感光体ドラム５間の放電により、感光体ドラム５表面の位置Ａの近傍は、ほぼ一様に負帯電する。
感光体ドラム５が当接位置Ａから露光位置Ｂまで回転すると、レーザー露光ユニット７により、印字画像領域を露光され、当該露光部分は、電荷の放電によりその表面電位を失う。このことにより、感光体ドラム５表面には、露光部と非露光部による表面電位差が記録され、いわゆる静電潜像が形成される。
感光体ドラム５が露光位置Ｂから現像位置Ｃまで回転すると、感光体ドラム５表面上に形成された静電潜像に基づいて、現像ローラー３ａから感光体ドラム５へトナーＴが選択的に移動し、感光体ドラム５表面上に、トナーＴによる可視像が形成される。
さらに、感光体ドラム５が回転し、転写位置Ｄに移動すると同時に、印字媒体１２が転写ベルト９上を搬送され、感光体ドラム５表面上に形成されたトナーＴによる可視像は印字媒体１２に転写される。印字媒体１２上に転写されたトナーＴによる可視像は、定着器（図示省略）により、印字媒体１２上に溶融、定着されて、一連の印字動作が終了する。
転写されずに感光体ドラム５上に残留したトナーＴは、感光体ドラム５上の位置Ｅにおいて、感光体ドラムクリーニングユニット６によって除去され、帯電ローラー１０によって再び帯電される前に清浄化される。
【００１８】
本実施形態による画像形成装置１では、柔軟な円筒状のスリーブ１０ｂ内に、スリーブ１０ｂの内径よりも小さな外径を有し、硬度が低く柔軟な円柱状の弾性体１０ａを配した帯電ローラー１０を実現した。これにより、感光体ドラム５への当接圧力が低くても、スリーブ１０ｂおよび弾性体１０ａが潰れることにより、ニップ面積を安定的に大きくすることが可能となる。加えて、感光体ドラム５への当接圧力が低くてもよいため、帯電ローラー１０を小型化することができる。
また、本実施形態による画像形成装置１では、スリーブ１０ｂの内径よりも弾性体１０ａの外径のほうが小さいため、帯電ローラー１０製造時に、弾性体１０ａをスリーブ１０ｂ内に圧入したり、接着したりする必要もなく、安価で量産性に優れた帯電ローラー１０を実現することができる。
【００１９】
図４は、本発明に係る画像形成装置の第二の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
図４に示すように、本発明に係る画像形成装置１の第二の実施形態では、帯電ローラー２０のスリーブ２０ｂの外周面の位置Ｆにおいて、第１クリーニングローラー２１が当接している。
第１クリーニングローラー２１は、導電性または半導電性を有し、その表面および内部にトナーＴを保持するための空隙が形成される材質で構成される。具体的な材質としては、導電性または半導電性を有するナイロン繊維、あるいは、導電性または半導電性の合成繊維からなる多孔質発泡体などが好適である。
本実施形態による画像形成装置１では、スリーブ２０ｂの弾性により、第１クリーニングローラー２１の図示していない支持部材（軸受け）をバネで懸架する必要がなく、バネの押圧よりも低い圧力で、均一且つ安定な接触状態を実現できる。このことにより、第１クリーニングローラー２１の支持部材（軸受け）を固定化した簡単な機構を実現するとともに、感光体ドラム５の駆動トルクの低減が可能となる。
加えて、本実施形態による画像形成装置１では、第１クリーニングローラー２１をスリーブ２０ｂ外表面の任意の位置に当接させることができるため、スリーブ２０ｂに付着するトナーＴを除去することができるとともに、画像形成装置１を小型化するうえで最適となる位置に第１クリーニングローラー２１を設置することができる。
【００２０】
図５は、本発明に係る画像形成装置の第三の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
図５に示すように、本発明に係る画像形成装置１の第三の実施形態では、帯電ローラー３０のスリーブ３０ｂの外周面の位置Ｇにおいて、クリーニングブラシ３１が当接している。
クリーニングブラシ３１は、導電性または半導電性を有し、その表面および内部にトナーＴを保持するための空隙が形成される材質で構成される。具体的な材質としては、カーボン微粒子を分散、含有するナイロン繊維が好適であり、当該ナイロン繊維をベルベット状に織ったり、あるいは植毛したりしてブラシとして使用する。
そして、本実施形態による画像形成装置１も、第二の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００２１】
図６は、本発明に係る画像形成装置の第四の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
図６に示すように、本発明に係る画像形成装置１の第四の実施形態では、帯電ローラー４０と感光体ドラム５が当接する位置Ａの上流側に、第２クリーニングローラー４１が設置され、帯電ローラー４０のスリーブ４０ｂの外周面に位置Ｈで当接するとともに、感光体ドラム５表面に位置Ｉで当接している。
第２クリーニングローラー４１は、導電性または半導電性を有し、その表面および内部にトナーＴを保持するための空隙が形成される材質で構成される。具体的な材質は、第１クリーニングローラー２１と同様である。
本実施形態による画像形成装置１では、第２クリーニングローラー４１をスリーブ４０ｂの外表面および感光体ドラム５に当接させることにより、帯電ローラー４０のクリーニングと感光体ドラム５のクリーニングを１台のクリーニングローラーで処理することができる。
【００２２】
以上、本発明に係る画像形成装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、トナーを負帯電させて感光体ドラムの露光部分に付着して現像する例で説明したが、正帯電トナーで露光部を現像する方式であってもよいことは言うまでもない。また、上記の実施形態では、単色プリンターの例で説明したが、カラー画像形成装置にも同様に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る画像形成装置の実施形態の主要部の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る画像形成装置の第一の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
【図３】帯電ローラー軸受け部の部分断面図である。
【図４】本発明に係る画像形成装置の第二の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
【図５】本発明に係る画像形成装置の第三の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
【図６】本発明に係る画像形成装置の第四の実施形態を説明するための帯電ローラーと感光体ドラムの部分拡大模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  画像形成装置
２  作像部
３  現像ユニット
４  転写搬送ユニット
５  感光体ドラム
６  感光体ドラムクリーニングユニット
７  レーザー露光ユニット
８  転写ローラー
９  転写ベルト
１０、２０、３０、４０  帯電ローラー
１１  転写ベルトクリーニングユニット
１２  印字媒体
２１  第１クリーニングローラー
３１  クリーニングブラシ
４１  第２クリーニングローラー
Ｔ  トナー
【図１】
2005128168.tif 000003
【図２】
2005128168.tif 000004
【図３】
2005128168.tif 000005
【図４】
2005128168.tif 000006
【図５】
2005128168.tif 000007
【図６】
2005128168.tif 000008