(57)【要約】【課題】  帯電音の発生が抑制された画像形成装置を提供する。【解決手段】  本発明に係る画像形成装置の帯電部材３０は、被帯電体１２に当接して該被帯電体１２を帯電する帯電部材であって、被帯電体１２と当接する帯電層４４と、帯電層４４を保持する中間層４８と、中間層４８を支持する支持部材４６とを有し、中間層４８が、支持部材４６の近傍部の剛性に比べて帯電層４４の近傍部の剛性が大きくなるように構成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2007279410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体に当接して該被帯電体を帯電する帯電部材であって、
被帯電体と当接する帯電層と、
帯電層を保持する中間層と、
中間層を支持する支持部材とを有し、
中間層が、支持部材の近傍部の剛性に比べて帯電層の近傍部の剛性が大きくなるように構成されていることを特徴とする帯電部材。
【請求項２】
中間層は、支持部材から帯電層に向かって積層する少なくとも２つの層から構成され、
帯電層に対して近い層が遠い層に比べて大きい剛性を有することを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
【請求項３】
上記少なくとも２つの層は、同一の材料によって形成され、
帯電層に対して近い層が遠い層に比べて高密度に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の帯電部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの帯電部材を用いて被帯電体を帯電することを特徴とする帯電装置。
【請求項５】
請求項４の帯電装置を用いて像担持体を帯電することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被帯電体を帯電する帯電部材、帯電部材を有する帯電装置、および帯電装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像形成装置として、像担持体（被帯電体）に帯電部材を当接させて該像担持体を帯電する、いわゆる接触帯電方式の帯電装置を有するものがある。接触帯電方式の帯電装置は像担持体に当接する帯電部材に交流電圧を印加して該像担持体を帯電するものが多く、直流電圧を帯電部材に印加する場合に比べて、像担持体の被帯電部分をより均一に帯電できる。
【０００３】
ところが、帯電部材に交流電圧が印加されることにより、帯電音と呼ばれる騒音が発生する。帯電音は、帯電部材に交流電圧が印加されることによって帯電部材と像担持体との間に引き合う引力が発生し、この引力の強さが交流電圧の周波数と対応して周期的に変化し、それにより帯電部材または像担持体の少なくとも一方が振動して発生する振動音の一種である。
【０００４】
この帯電音の発生を抑制する画像形成装置として、特許文献１に記載のものがある。この画像形成装置の帯電部材は、支持部材である芯金と、芯金に支持される弾性層と、弾性層の周りに形成されて像担持体と当接する帯電層とから構成され、帯電層の厚さを適当に設定することで帯電音の発生を抑制している。
【特許文献１】特開平５−２１０２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、帯電音の発生を抑制する機能（帯電音抑制機能）を持たせて帯電部材の帯電層を形成するのは困難である。具体的に言うと、帯電部材の帯電層は、像担持体を均一に安定して帯電するための帯電機能（帯電機能）、像担持体との当接による永久的な圧縮変形を抑制する機能（圧縮変形抑制機能）、像担持体と帯電部材の間においてリークの発生を防止する機能（リーク防止機能）を有する必要があり、これらの当然必要な機能に加えて帯電音抑制機能を帯電層に持たせるのは設計上または製造上非常に困難である（全ての機能を満足するものにするのは困難である。）。
【０００６】
そこで、本発明は、簡単に製造できて帯電音の発生を抑制することができる帯電部材、その帯電部材を有する帯電装置、およびその帯電装置を有する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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の帯電部材は、
被帯電体に当接して該被帯電体を帯電する帯電部材であって、
被帯電体と当接する帯電層と、
帯電層を保持する中間層と、
中間層を支持する支持部材とを有し、
中間層が、支持部材の近傍部の剛性に比べて帯電層の近傍部の剛性が大きくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被帯電体と当接する帯電層に帯電音の発生を抑制する機能を持たせるのでなく、帯電層と支持部材の間の中間層を支持部材から帯電層に向かって剛性が大きくなるように構成することにより、中間層に帯電音の発生を抑制する機能を持たせている。中間層に帯電音の発生を抑制する機能を持たせ、帯電層に帯電機能、圧縮変形抑制機能、リーク防止機能を持たせることにより、帯電層に４つの機能を持たせる場合に比べて、帯電部材の設計や製造が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置の構成を概略的に示している。図に符号１０で示す画像形成装置は、モノクロ画像をシート状の記録材（以下、「記録シート」と称する。）Ｓに形成する画像形成装置である。
【００１０】
画像形成装置１０は、像担持体である感光体１２と、感光体１２の外周面を帯電する帯電装置１４と、感光体１２の外周面に静電潜像を形成する露光装置１６と、感光体１２の外周面上の静電潜像を現像する現像装置１８と、現像画像を記録シートＳに転写する転写ローラ２０と、現像画像を記録シートＳに定着させる定着器２２を有する。
【００１１】
感光体１２は、円筒状であって、その外周面に静電潜像が形成されるように構成されている。また、感光体１２は、モータなどの回転駆動手段（図示せず）によって一定の回転速度で回転されている。なお、感光体は、円筒状でなくてもよく、例えばベルト形状などでもよい。
【００１２】
帯電装置１４は、感光体１２の外周面を接触帯電方式で帯電する装置であって、感光体１２の外周面と当接する帯電部材３０と、帯電部材３０に交流電圧と直流電圧を重畳した電圧を印加する電圧印加装置３２から構成される。帯電部材３０の詳細は後述する。
【００１３】
露光装置１６は、感光体１２の回転方向に関して帯電装置１４の下流側の感光体１２の外周面と対向する位置に配置され、感光体１２との間に露光領域を形成し、感光体１２の回転により露光領域に搬送される帯電された外周面を露光して静電潜像を形成するように構成されている。
【００１４】
現像装置１８は、感光体１２の回転方向に関して露光領域の下流側の感光体１２の外周面と対向する位置に配置され、感光体１２との間に現像領域を形成している。現像装置１８は、感光体１２の回転により現像領域に搬送される静電潜像をトナーで現像するようにしてある。
【００１５】
転写ローラ２０は、感光体１２の回転方向に関して現像領域の下流側の感光体１２の外周面と対向する位置に配置され、感光体１２との間に転写領域を形成し、シート搬送手段（図示せず）によって転写領域に搬送される記録シートＳに感光体１２の外周面上の現像画像を接触圧や熱によって転写するように構成されている。なお、転写ローラの代わりとして、転写チャージャや転写ベルトを転写手段として使用してもよい。
【００１６】
定着器２２は、対向し合う１対の定着ローラを有し、その対向領域で記録シートＳに転写された現像画像を該記録シートＳに接触圧や熱によって定着させるように構成されている。
【００１７】
このような画像形成装置によれば、感光体１２の外周面が帯電部材によって一様に帯電され、帯電された外周面上に露光装置１６によって静電潜像が形成される。形成された静電潜像は、現像装置１８によって現像され、その現像画像は転写ローラ２０によって記録シートＳに転写される。
【００１８】
ここからは、帯電部材３０について説明する。図２は、感光体１２の外周面と当接している帯電部材３０の断面を示している。帯電部材３０は、円筒形状であって、感光体１２の回転中心線と平行な回転中心線を有し、その外周面４０で感光体１２の外周面４２に当接している。帯電部材３０は、感光体１２の外周面４２と当接する帯電層４４と、電圧印加装置３２に所定の電圧が印加される金属の芯金（請求の範囲の支持部材に対応。）４６と、帯電層４４と芯金４６との間に形成された中間層４８から構成される。
【００１９】
帯電層４４は、感光体１２の外周面４２と当接して該外周面４２を所定の電位に帯電する層で、少なくとも１つの層から構成される。帯電層４４を構成する少なくとも１つの層には、例えば、ウレタンにカーボンなどの導電性粉体を分散させて構成される導電層、感光体１２の外周面４２との摩擦を低減して帯電部材３０の摩耗を防ぐナイロンなどの保護層、感光体１２と芯金４６の間で電気抵抗として機能することにより該感光体１２と帯電部材３０の間にリークが発生することを防止するゴムなどの抵抗層などが選択的に含まれる。また、帯電層４４は、感光体１２の外周面４２を所定の電位で帯電するために、感光体１２の外周面４２との当接面積が所定の大きさになるように変形可能であるとともに永久的に圧縮変形しない（言い換えると、圧縮状態から解放されると元に戻る）固さ（層厚）を有する。これらの特徴により、帯電層４４は、帯電機能、圧縮変形抑制機能、リーク防止機能を有する。
【００２０】
芯金４６は、感光体１２の外周面４２と帯電層４４が当接する位置で軸受け（図示せず）によって支持されている。また、芯金４６は、帯電部材３０が感光体１２の外周面４２を所定の電位に帯電するために、電圧印加装置３２によって所定の交流電圧と所定の直流電圧を重畳した電圧が印加されている。
【００２１】
中間層４８は、帯電層４４と隣接する第１の層（外側層）５０と芯金４６と隣接する第２の層（内側層）５２から構成され、２つの層は、同一の材料、例えばポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエステル系の発泡部材やウレタンなどの材料から選択される同一の材料を用いて作製される。
【００２２】
また、中間層４８を構成する第１層５０と第２層５２は、第１層５２が第２層５０に比べて剛性が大きくなるように形成されている。このように中間層４８を構成する理由を説明する。ここで、剛性は一般的な引張り試験機により測定できる値である。
【００２３】
まず、発明者は、交流電圧が帯電部材３０に印加されることにより帯電音が発生することを抑制する方法として、帯電層４４ではなく中間層４８に帯電音抑制機能を持たせることを考えた。さらに、中間層４８に対して、帯電部材３０と感光体１２の接触面積が大きくなるような変形のし易さと、帯電音の発生を抑制するために交流電圧が印加されたときに生じる帯電部材３０と感光体１２の振動の振幅が小さくなるような変形のし難さと言う相反する特性を持たせることを考えた。すなわち、中間層４８を、静的な剛性は小さく、且つ動的な剛性は大きくなるように形成することを考えた。
【００２４】
このことを、帯電部材の振動特性の観点から説明する。図３は、帯電部材の振動特性を示すものである。図中、中間層の剛性が小さい帯電部材の振動特性は点線で示し、中間層の剛性が大きい帯電部材の振動特性は二点鎖線で示し、本発明が得ようとする理想的な帯電部材（静的な剛性が小さく動的な剛性が大きい帯電部材）の振動特性を実線で示している。図に示すように、理想的な振動特性は、実際に帯電部材に印加される交流電圧の周波数近傍の高周波数側においては剛性が大きい中間層を有する帯電部材の振動特性と類似し、低周波数側では剛性が小さい中間層を有する帯電部材の振動特性と類似する。
【００２５】
発明者は、静的な剛性が小さく動的な剛性が大きい帯電部材を実現する具体的な方法として、中間層４８を構成する第１層５０の剛性を第２層５２の剛性に比べて大きくすることをＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析を用いた２つの実験により見出した。以下、実験の内容と実験結果について説明する。
【００２６】
（実験１）
本実験において、帯電層と芯金の間の中間層が単層で構成される従来の帯電部材と、中間層が２層で構成されて帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて小さい比較のための帯電部材と、中間層が２層で構成されて帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて大きい本発明に係る帯電部材それぞれの振幅拡大率を比較した。
【００２７】
図４は従来の帯電部材と、比較のための帯電部材と、本発明に係る帯電部材の断面形状を示し、図５は各帯電部材の構成の詳細を示すものである。
【００２８】
各帯電部材において、芯金の外径、帯電層の剛性、帯電層の厚さは同一である。従来の帯電部材として、中間層の剛性がそれぞれ異なる従来例１、従来例２のものを使用した。比較のための帯電部材として、帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて小さく、第１層の剛性や層厚と第２層の剛性や層厚とが異なる比較例１、比較例２、比較例３のものを使用した。帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて大きい本発明に係る帯電部材として、実施例１のものを使用した。
【００２９】
振幅拡大率は、帯電部材の外周面を所定の周波数で加振し、その加振振幅と加振点における応答振幅から求めた。振幅拡大率が小さい帯電部材ほど、交流電圧が印加されることにより発生する帯電音が小さい、すなわち、優れた帯電音抑制機能を有する。なお、各帯電部材の振幅拡大率は、適正に比較するために、静的な剛性が同一になるように、言い換えると感光体の外周面と当接したときの帯電部材の変形量が同一になるように振幅の大きさを正規化して求めている。
【００３０】
実験の結果を示すグラフを図６に示す。図６は、各帯電部材に対する振幅拡大率を示している。図に示すように、本実施形態の帯電部材、すなわち中間層を２つの第１層と第２層で構成して帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて大きい帯電部材が、最も小さい振幅拡大率、言い換えると最も優れた帯電音抑制機能を有することがわかる。
【００３１】
また、従来例１の帯電部材と実施例１の帯電部材の振動特性を図７に示す。図７に示す振動特性は、静的な剛性が同一になるように振幅の大きさを正規化して求めたものである。図に示すように、一般的に帯電部材に印加される交流電圧の周波数以上、すなわち１０００ｋＨｚ以上（例えば、２０００ｋＨｚ）の領域においては実施例１の帯電部材の振幅が、従来例１の帯電部材の振幅より小さいことがわかる。
【００３２】
さらに、別の観点から見た場合、従来例１の帯電部材の中間層はその密度が芯金から帯電層に向かって均一な単層とすると、実施例１の帯電部材の中間層は、中間層を構成する第１層と第２層が同一材料からなるため、芯金側より帯電層側の方が高い密度である単層とみなすことができる。したがって、中間層を単層で構成する場合、均一な密度で構成するよりは、芯金側より帯電層側の方が高い密度になるように構成する方が帯電音の抑制効果が大きいことがわかる。
【００３３】
なお、実験１において、剛性１００ｋＰａの第１層または第２層の材料としてＪＩＳ-Ａ硬度８°のエチレンプロピレンゴム、剛性５００ｋＰａの第１層または第２層の材料としてＪＩＳ-Ａ硬度３０°のエチレンプロピレンゴム、剛性１０００ｋＰａの第２層の材料としてＪＩＳ-Ａ硬度５５°のエチレンプロピレンゴムを用いて、図５にそれぞれ示す構成の帯電部材を作製した。また、実験１は、直径３０ｍｍの感光体に対して帯電部材を０．５ｍｍの押込み量で当接させ、感光体の駆動に従動して帯電部材を周速度１２０ｍｍ／ｓで回転させるようにした実験機を用いて行った。
【００３４】
（実験２）
本実験は、実験１の帯電部材の帯電層より厚い帯電層を有する帯電部材を使用して、実験１と同一内容のことを行った。使用した帯電部材は、帯電層と芯金の間の中間層が単層で構成される従来の帯電部材と、中間層が２層で構成されて帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて小さい比較のための帯電部材と、中間層が２層で構成されて帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて大きい本発明に係る帯電部材と、中間層が３層で構成されて芯金から帯電層に向かって各層の剛性が大きくなる本発明に係る帯電部材である。
【００３５】
図８は従来の帯電部材と、比較のための帯電部材と、本発明に係る帯電部材の断面形状を示し、図９は各帯電部材の構成の詳細を示すものである。
【００３６】
各帯電部材において、芯金の外径、帯電層の剛性、帯電層の厚さは同一である。従来の帯電部材として、中間層の剛性が異なる従来例３のものを使用した。比較のための帯電部材として、帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２層の剛性に比べて小さく、第１層の剛性や層厚と第２層の剛性や層厚とが異なる比較例４、比較例５のものを使用した。中間層が２層で構成されて帯電層に近い側の第１層の剛性が遠い側の第２の剛性に比べて大きい本発明に係る帯電部材として、実施例２、実施例３のものを使用した。また、中間層が３層で構成されて芯金から帯電層に向かって各層の剛性が大きくなる本発明に係る帯電部材として、実施例４のものを使用した。
【００３７】
実験の結果を示すグラフを図１０に示す。図に示すように、中間層の構成にかかわらず、各帯電部材において振幅拡大率は、実験１のものより小さくなっている（帯電層の厚さが異なるのみの従来例１と従来例３の帯電部材の振幅拡大率を比較参照。）。これは、帯電層の厚さが大きくなったことによる。更にその上で、本発明に係る実施例２〜４の帯電部材が、他の帯電部材に比べて振幅拡大率が小さいことがわかる。
【００３８】
加えて、本発明に係る実施例２〜４の帯電部材において、中間層を３層で構成して芯金から帯電層に向かって各層の剛性が大きくなる実施例４の帯電部材が、中間層を２層で構成して帯電層に対して近い第１層の剛性が遠い第２層の剛性に比べて大きい実施例２、３の帯電部材に比べて、振幅拡大率が小さいことがわかる。したがって、中間層の剛性は、芯金から帯電層に向かって段階的に大きくする方が、振幅拡大率が小さくなる、すなわち帯電音を抑制する効果がより大きいことがわかる。
【００３９】
なお、実験２において、剛性１００ｋＰａの第１層、第２層または第３層の材料としてＪＩＳ-Ａ硬度８°のエチレンプロピレンゴム、剛性５００ｋＰａの第１層または第２層の材料としてＪＩＳ-Ａ硬度３０°のエチレンプロピレンゴム、剛性１０００ｋＰａの第１層または第２層の材料としてＪＩＳ-Ａ硬度５５°のエチレンプロピレンゴムを用いて、図９にそれぞれ示す構成の帯電部材を作製した。また、実験２も、実験１と同様、直径３０ｍｍの感光体に対して帯電部材を０．５ｍｍの押込み量で当接させ、感光体の駆動に従動して帯電部材を周速度１２０ｍｍ／ｓで回転させるようにした実験機を用いて行った。
【００４０】
以上の２つの実験の実験結果より、芯金の近傍部の剛性に比べて帯電層の近傍部の剛性が大きくなるように帯電層と芯金の間の中間層を構成すれば、帯電層の厚さに関係なく、帯電部材は優れた帯電音抑制機能を有することできることがわかる。さらに、中間層の剛性を芯金から帯電層に向かって段階的に大きくすることにより、帯電部材はさらに優れた帯電音抑制機能を有することがわかる。
【００４１】
本実施形態によれば、感光体１２の外周面４２と当接する帯電層４４に帯電音の発生を抑制する機能を持たせるのでなく、帯電層４４と芯金４６の間の中間層４８を芯金４６から帯電層４４に向かって剛性が大きくなるように構成することにより、中間層４８に帯電音の発生を抑制する機能を持たせている。中間層４８に帯電音の発生を抑制する機能を持たせ、帯電層４４に帯電機能、圧縮変形抑制機能、リーク防止機能を持たせることにより、帯電層４４に４つの機能を持たせる場合に比べて、帯電部材３０の設計や製造が容易になる。
【００４２】
以上、一実施形態を上げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００４３】
上述の実施形態はモノクロ画像を形成する画像形成装置であるが、当然ながら、本発明は、各色において感光体を有し、フルカラー画像を形成することができるタンデム方式の画像形成装置にも実施可能である。タンデム方式の画像形成装置は、使用する色の数だけ帯電部材と感光体を有するため、すなわち帯電音の発生源が多いため、モノクロ画像用の画像形成装置に比べて、より本発明による帯電音の抑制効果がより大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る一実施形態の画像形成装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】感光体と当接する帯電部材を示す図である。
【図３】本発明が理想とする帯電部材の振動特性を示す図である。
【図４】実験１に使用した複数の帯電部材の断面形状を示す図である。
【図５】実験１に使用した複数の帯電部材の構成の詳細を示す図である。
【図６】実験１の実験結果である各帯電部材の振幅拡大率を示す図である。
【図７】従来例１の帯電部材と実施例１の帯電部材の振動特性を示す図である。
【図８】実験２に使用した複数の帯電部材の断面形状を示す図である。
【図９】実験２に使用した複数の帯電部材の構成の詳細を示す図である。
【図１０】実験２の実験結果である各帯電部材の振幅拡大率を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１２：被帯電体（感光体）
３０：帯電部材
４４：帯電層
４６：支持部材（芯金）
４８：中間層
【図１】
2007279410.tif 000003
【図２】
2007279410.tif 000004
【図３】
2007279410.tif 000005
【図４】
2007279410.tif 000006
【図５】
2007279410.tif 000007
【図６】
2007279410.tif 000008
【図７】
2007279410.tif 000009
【図８】
2007279410.tif 000010
【図９】
2007279410.tif 000011
【図１０】
2007279410.tif 000012