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JP2006162646A - 画像形成装置及び帯電方法 - Google Patents

画像形成装置及び帯電方法 Download PDF

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JP2006162646A
JP2006162646A JP2004349478A JP2004349478A JP2006162646A JP 2006162646 A JP2006162646 A JP 2006162646A JP 2004349478 A JP2004349478 A JP 2004349478A JP 2004349478 A JP2004349478 A JP 2004349478A JP 2006162646 A JP2006162646 A JP 2006162646A
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Tomomasa Higaki
智将 檜垣
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Abstract

【課題】 良好な帯電性能を維持し、高画質及び高耐久性を実現する非接触帯電方式を用いた画像形成装置を提供する。
【解決手段】 静電像を形成するための像担持体である感光ドラム2と、感光ドラム2に対向して配置され、感光ドラム2を帯電させる帯電部材である帯電ローラ1と、帯電ローラ1に感光ドラム2へ向けて加圧力を付与する加圧手段であるスプリング23と、帯電ローラ1の両側に取り付けられ、感光ドラム2の表面に当接して感光ドラム2と帯電ローラ1との間隙を保持する間隙保持部材であるスペーサ部材3とを備える画像形成装置において、感光ドラム2とスペーサ部材3との間で生じる摩擦力により帯電ローラ1を感光ドラム2に対し同一周速で従動回転させるために、スプリング23の加圧力及び感光ドラム2とスペーサ部材3との間の摩擦係数を設定することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、非接触配置された帯電部材により静電像の担持体を帯電させる帯電方法及びその帯電方法により帯電が実施される画像形成装置に関する。
従来の画像形成装置には、帯電部材である帯電ローラを像担持体である感光ドラムの表面に近接させて配置し、帯電ローラと感光ドラムとの間に電圧を印加して感光ドラムの表面を帯電させる非接触帯電方式を用いているものがある。この非接触帯電方式では、帯電ローラと感光ドラムとの間隙を微小且つ一定に保ちながら、帯電ローラと感光ドラムとを同一の周速で回転させなければならない。
図9は、特許文献1に開示されている非接触帯電装置の概略図である。この帯電装置では、非接触配置された帯電ローラ1と感光ドラム2との間隙を、スペーサ部材3が形成している。即ち、帯電ローラ1は芯金1bの外周に抵抗層1aを設け、該抵抗層1aの軸方向両端部にスペーサ部材3を周方向に巻き付けている。スペーサ部材3は、ポリエステル又はポリエチレンテレフタレート等からなる片面が粘着面に形成された厚み20〜200μmの粘着シートであり、該粘着面を内側にして巻き付けられている。
帯電ローラ1の芯金1bの両端部には軸受け24が設けられ、スプリング23が軸受け24を介して帯電ローラ1を感光ドラム2側に一定の加圧力で加圧している。これにより、スペーサ部材3が感光ドラム2の表面に当接して、帯電ローラ1と感光ドラム2との間隙を一定に保持している。
感光ドラム2の一端には、感光ドラム2を駆動する感光ドラム駆動用ギア22が設けられ、図示しない駆動モータにより駆動されて回転する。帯電ローラ1の芯金1bの一端には、帯電ローラ1を駆動させる帯電ローラ駆動用ギア21が固定されていて、感光ドラム駆動用ギア22により駆動されて回転する。これにより、帯電ローラ1と感光ドラム2とは、同一の周速の回転を得る。
特開2001−350321号公報
しかしながら、帯電ローラ駆動用ギア21により帯電ローラ1を回転させる場合、帯電ローラ1が振動してしまい、それにより帯電ローラ1と感光ドラム2との間隙が安定せず、感光ドラム2に帯電斑が発生するという問題があった。
そこで本発明は、上記の従来技術の持つ問題点を解消し、良好な帯電性能を維持し、高画質及び高耐久性を実現する非接触帯電方式を用いた画像形成装置及び帯電方法を提供することを目的とする。
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
本発明は、静電像を形成するための像担持体と、像担持体に対向して配置され、像担持体を帯電させる帯電部材と、帯電部材に像担持体へ向けて加圧力を付与する加圧手段と、帯電部材の両側に取り付けられ、像担持体の表面に当接して像担持体と帯電部材との間隙を保持する間隙保持部材とを備える画像形成装置において、像担持体と間隙保持部材との間で生じる摩擦力により帯電部材を像担持体に対し従動回転させることを特徴とする。
上記画像形成装置において、帯電部材は帯電ローラであり、像担持体は感光ドラムであり、間隙保持部材は帯電ローラの両端周面にそれぞれ巻き付けられて固定されていることを特徴とする。
上記感光ドラムと間隙保持部材との間で生じる帯電ローラの軸方向の単位長あたりの摩擦力は、10gf/mm以上25gf/mm以下であることを特徴とする。
上記画像形成装置において、間隙保持部材は、帯電ローラに巻き付く第1層と、第1層の外周に巻き付き且つ感光ドラムと当接する第2層とからなり、第1層の帯電ローラの軸方向の幅寸法は第2層の帯電ローラの軸方向の幅寸法より大きいことを特徴とする。
上記間隙保持部材の第1層の体積固有抵抗値は1010Ω・cm以上であり、第1層及び第2層の厚みはいずれも10μm以上であることを特徴とする。
上記感光ドラムと間隙保持部材との間で生じる帯電ローラの軸方向の単位長あたりの摩擦力は、10gf/mm以上であることを特徴とする。
帯電部材の両端部にそれぞれ取り付けた間隙保持部材を像担持体周面に加圧手段を介して加圧して帯電部材と像担持体との間隙を保持し、帯電部材により像担持体を帯電させる帯電方法において、加圧手段の加圧力と、像担持体と間隙保持部材との間の摩擦係数とを所定値に設定し、帯電部材を像担持体と間隙保持部材との間で生じる摩擦力により従動回転させて像担持体を帯電させることを特徴とする。
本発明の画像形成装置によれば、帯電部材に駆動用ギアを設けず、像担持体と間隙保持部材との間で生じる摩擦力により帯電部材を回転させるため、ギア駆動により生じる帯電部材の振動がなくなり、安定した帯電が可能となる。
以下、本発明の実施形態を図を用いて詳細に説明する。
まず、本発明に係る画像形成装置の基本的な構成について説明する。
図2は、本発明に係る画像形成装置の構成を示すブロック図である。印刷制御部56は、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、入出力ポート、タイマ等により構成され、図示されない上位装置からI/F制御部51を介して印刷データ及び制御コマンドを受信して、画像形成装置全体のシーケンスを制御し、印刷動作を行う。
受信メモリ52は、上位装置からI/F制御部51を介して入力された印刷データを一時的に格納する。受信メモリ52に格納された印刷データは、印刷制御部56により編集処理され、画像データとして画像データメモリ53に格納される。
操作部54は、画像形成装置の状態を表示するためのLED、及び、画像形成装置に操作者からの指示を与えるためのスイッチ等を備えている。センサ群55は、画像形成装置の動作状態を監視するための各種センサ、例えば用紙位置検出センサ、温湿度センサ、濃度センサ等から構成される。
帯電ローラ用電源57は、印刷制御部56の制御により、感光ドラム2の表面を帯電させるために、帯電ローラ1に所定の電圧を印加する。現像ローラ用電源58は、感光ドラム2の表面の静電潜像にトナー8(図3参照)を付着させるために、現像ローラ9に所定の電圧を印加する。供給ローラ用電源59は、現像ローラ9にトナー8を供給するために、トナー供給ローラ11に所定の電圧を印加する。転写ローラ用電源60は、感光ドラム2の表面に形成されたトナー像を記録媒体12(図3参照)に転写するために、転写ローラ6に所定の電圧を印加する。なお、帯電ローラ用電源57、現像ローラ用電源58及び供給ローラ用電源59は、印刷制御部56の制御により電圧を変更することが可能である。
ヘッド駆動制御部61は、画像データメモリ53に格納された画像データをLEDヘッド4に送信するとともに、LEDヘッド4を駆動する。
定着制御部62は、記録媒体12に転写されたトナー像を定着させるために、定着器13に電圧を印加する。定着器13は、記録媒体12上のトナー像を構成するトナーを溶融するためのヒータ、及び、温度を検出するための温度センサ等を備えており、定着制御部62が温度センサのセンサ出力を読み込み、センサ出力に基づいてヒータを通電させ、定着器13が一定の温度になるように制御を行う。
搬送モータ制御部63は、記録媒体12を搬送するための用紙搬送モータ65の制御を行い、印刷制御部56の制御により、所定のタイミングで記録媒体12を搬送したり停止させたりする。駆動制御部64は、感光ドラム2を回転させるための駆動モータ66を駆動する。
図3は、本発明に係る画像形成装置の主要部の構成を示す模式図である。この画像形成装置は、表面に静電潜像が形成され、この静電潜像を現像することによりトナー像が形成される像担持体である回転ドラム型の感光ドラム2を有している。感光ドラム2は、導電性素管の表面に光導電材からなる膜を形成することにより構成されている。
感光ドラム2の周りには、感光ドラム2の表面を帯電させる帯電ローラ1、帯電した感光ドラム2の表面に光を照射して露光させることにより、帯電電荷による静電潜像を形成するLEDヘッド4、感光ドラム2の表面の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像器5、感光ドラム2の表面のトナー像を記録媒体12に転写させる転写ローラ6、及び、転写されずに感光ドラム2の表面に残ったトナー8を掻き落とすクリーニングブレード7が、感光ドラム2が回転駆動される方向に順に配置されている。
現像装置5は、感光ドラム2の表面の静電潜像にトナー8を付着させてトナー像を形成する現像ローラ9、その現像ローラ9の表面にトナー8の層を形成するトナー層厚抑制部材である現像ブレード10、現像ローラ9にトナー8を供給するトナー供給ローラ11とを備える。
次に、実施例1の画像形成装置の要部構成について説明する。図1は、実施例1の画像形成装置に備わる帯電ローラ1と感光ドラム2の概略図であり、図4は、帯電ローラ1と感光ドラム2を図1の矢印Aで示された方向から見た側面図である。
帯電ローラ1は、円柱形状に形成した導電性の芯金1bと、芯金1bの両端部を除く外周面に形成された抵抗層1aとを有している。例として、芯金1bにはSUSにニッケルメッキをした金属軸を用い、抵抗層1aはエピクロヒドリンゴムから成り、体積固有抵抗値が10〜10Ω・cm、ゴム硬度がデュロメータAで約60度の弾性層から形成されている。
帯電ローラ1は、抵抗層1aの軸方向両端部にスペーサ部材3が周方向に巻き付けられている。また、帯電ローラ1は芯金1bの両端部に軸受け24が設けられ、一対のスプリング23の一端が軸受け24を介して帯電ローラ1を感光ドラム2側に左右同一の加圧力で加圧している。これにより、スペーサ部材3が感光ドラム2の表面に当接して、帯電ローラ1と感光ドラム2との間隙を一定に保持する。スプリング23の他端は、感光ドラム2の中心軸との距離が一定に保たれたシャーシ壁面に固定されている。
感光ドラム2は、本実施例では外径φ30mmであり、最表面層にポリカーボネートを含んでいる。帯電ローラ1は、芯金1bがφ6.0mm、抵抗層1aがφ12.0mmであり、重量は85gで、感光ドラム2に対して仰角45°に位置する。帯電ローラ1の軸受け24の材質はポリアセタールで、芯金1bとの間の摩擦係数は約0.13である。スペーサ部材3は厚み50μmで、帯電ローラ1の軸方向の幅寸法を10mmとして、左右同じものを用いる。スペーサ部材3の材質はPETであり、表面状態を変化させることで摩擦係数を変化させる。
感光ドラム2の一端には、感光ドラム2を駆動する感光ドラム駆動用ギア22が設けられ、駆動モータ66により駆動されて回転する。帯電ローラ1には駆動用ギアを設けず、スペーサ部材3と感光ドラムとの間に生じる摩擦力により、帯電ローラ1を回転する。
次に、本発明の画像形成装置における動作の概略について説明する。図2で示された印刷制御部56の制御により、駆動制御部64が駆動モータ66を駆動すると、感光ドラム2が図3の矢印方向に回転するとともに、現像ローラ9、トナー供給ローラ11及び転写ローラ6が、矢印方向にそれぞれ回転する。感光ドラム2の印字時の回転速度は120rpmである。
帯電ローラ1は、感光ドラム2が回転することによりスペーサ部材3と感光ドラム2との間に生じる摩擦力を受けて、図3の矢印方向に回転し、感光ドラム2の表面を帯電させる。帯電ローラ1が感光ドラム2と同一の周速の回転を得るためには、スペーサ部材3と感光ドラム2との間にスリップが発生しないように、摩擦力を調整する必要がある。
スペーサ部材3と感光ドラム2との間の摩擦係数をμ、帯電ローラ1の感光ドラム2の断面の半径方向に掛かる力をN、スペーサ部材3と感光ドラム2との間に生じる摩擦力をFとすると、F=μである。同様に、軸受け24と芯金1bとの間の摩擦係数をμ、スプリング23により帯電ローラの感光ドラム2の断面の半径方向に掛かる加圧力をNとすると、軸受け24と芯金1bとの間に生じる摩擦力Fは、F=μとなる。また、帯電ローラ1の自重により感光ドラム2に掛かる力をNとすると、力Nは、N=N+Nである。
スペーサ部材3の周面の外径をr、芯金1bの半径をrとすると、帯電ローラ1が回転するためには、
>F
の条件を満たさなければならない。即ち、
μ>μ(r/r)N/(N+N
でなければならない。
スペーサ部材3の外径rがφ12.0mmで、芯金1bの半径rがφ6.0mm、軸受け24と芯金1bとの間の摩擦係数μが0.13である時、帯電ローラ1と感光ドラム2との軸が水平で、感光ドラム2の回転速度が200rpm以下ならば、摩擦係数μが0.065より大きければ帯電ローラ1は回転する。
実際には、印字を繰り返すことでスペーサ部材3にトナー8が付着したりするため、スペーサ部材3と感光ドラム2との間はスリップが生じやすくなる。また、スペーサ部材3が感光ドラム2の表面を傷つけ、その傷が深くなることにより、リーク電流が発生することがある。ハーフトーンを印字すると、スリップによって起こる印字不良では、濃度が濃く幅の広い横スジがスリップ時に出現し、リーク電流による印字不良では、濃度が濃い横スジが感光ドラムの回転周期毎に出現する。
そこで、異なる摩擦係数を持つスペーサ部材3及び異なる加圧力のスプリング23を用いて、評価を行った。評価方法は、連続印字を行い、感光ドラム2が10万回転するまで印字して、印字画像を確認した。印字画像は、30%濃度のハーフトーンを使用した。
スペーサ部材3は、表面状態を変化させることで摩擦係数を変化させてあり、ここでは感光ドラム2の表面に対する摩擦係数が約0.2、0.3、0.4の3種類を用いる。また、スプリング23は、片側150gf、300gf、450gf、600gf、900gfの加圧力に設定されたもの5種類を用い、帯電ローラ1の両端に同じ加圧力を付与する。
この評価による合否判定を図5に、判定結果の分布を図6に示す。連続印字試験の結果、感光ドラム2が5万回転するまでに問題が発生したものを「×」、5〜10万回転のうちに問題が発生したものを「△」、10万回転までに問題が発生しなかったものを「○」と表す。また、摩擦係数及びスプリング23の加圧力から求めたスペーサ部材3と感光ドラム2との間に生じる帯電ローラ1の軸方向の単位長あたりの摩擦力を、図5に示した。
図5、6から、スリップが発生する境界は7〜10gf/mmにあり、感光ドラム2の傷によるリーク電流が発生する境界は25〜28gf/mmにあることがわかる。これにより、スペーサ部材3と感光ドラム2との間に生じる帯電ローラ1の軸方向の単位長あたりの摩擦力を10gf/mm以上25gf/mm以下になるように設定すれば、帯電ローラ1と感光ドラム2との間にスリップが発生することなく、且つ、感光ドラム2の磨耗による帯電異常は発生しない。
実施例1の画像形成装置によれば、帯電ローラ1に駆動用ギアを設けず、スペーサ部材3と感光ドラム2との間に生じる摩擦力により帯電ローラ1を回転させることにより、ギア駆動により生じる帯電ローラ1の振動がなくなるため、安定した帯電が可能となる。また、スペーサ部材3と感光ドラム2との間に生じる帯電ローラ1の軸方向の単位長あたりの摩擦力を、10gf/mmから25gf/mmにすることにより、帯電ローラ1と感光ドラム2との間にスリップが発生することなく、且つ、感光ドラム2の磨耗による帯電異常が発生せず、良好な帯電性能を維持することが可能となり、高画質を実現できる。
また、帯電ローラ1に駆動用ギアを取り付ける必要がないため、Dカットやローレットの必要がなくなり、コスト低減を図ることが可能となる。
実施例2では、帯電ローラ1と感光ドラム2との間隙を保持するスペーサ部材3を2層とする構成が、実施例1とは異なる。
図7は、実施例2に係る画像形成装置に備わる帯電ローラ1と感光ドラム2の概略図であり、図8は、図7の帯電ローラ1と感光ドラム2との当接部の断面図である。スペーサ部材3は、帯電ローラ1の抵抗層1aに巻き付く第1層3aと、第1層3aに巻き付き感光ドラム2と当接する第2層3bとを有する。
スペーサ部材3の第1層3aと第2層3bとは、同一の材質又は異なる材質のいずれでも良い。また、第1層3aは1010Ω・cm以上の体積固有抵抗値を持ち、第2層3bは導電性・絶縁性のいずれでも良い。第1層3aと第2層3bとはそれぞれ厚み10μm以上であり、両者の厚みの和は200μm以下である。第2層3bと感光ドラム2との間の摩擦係数は、帯電ローラ1の軸受け24と芯金1bとの間の摩擦係数より大きい。そして、帯電ローラ1の軸方向において、第1層3aと帯電ローラ1との当接部の幅寸法は、第2層3bと感光ドラム2との当接部の幅寸法より大きい。
印字を繰り返し行うことにより、スペーサ部材3の第2層3bは、感光ドラム2の表面を傷つけてしまう。しかし本実施例では、スペーサ部材3の第1層3aは体積固有抵抗値が1010Ω・cm以上の高抵抗層であるため、スペーサ部材3を貫通するリーク電流は発生しない。また、第1層3aは第2層3bよりも帯電ローラ1の軸方向の幅寸法が大きいため、感光ドラム2の表面の傷が拡大した場合や、第2層3bの端部で感光ドラム2に傷が生じた場合も、リーク電流を防ぐことが可能になる。よって、感光ドラム2の磨耗により発生する問題がなくなるため、感光ドラム2とスペーサ部材3の第2層3bとの間に生じる摩擦力が大きくても良くなり、上限がなくなる。
スペーサ部材3の第1層3aを体積固有抵抗値1010Ω・cmの高抵抗層として、実施例1と同様の連続印字試験を行った。この結果、図5で示されたスペーサ部材3の摩擦係数0.3、単位長摩擦力28gf/mmの場合、及び、摩擦係数0.4、単位長摩擦力37gf/mmの場合のいずれにおいても、感光ドラム2の傷によるリーク電流の発生はみられなかった。
実施例2の画像形成装置によれば、スペーサ部材3を2層とする構成をとり、帯電ローラ1に巻き付く第1層3aを高抵抗層とし、第1層3aの帯電ローラ1の軸方向の幅寸法を、感光ドラム2に当接する第2層3bの帯電ローラ1の軸方向の幅寸法より大きくすることにより、スペーサ部材3と感光ドラム2との摩擦により感光ドラム2の表面に傷が生じても、リーク電流の発生を防ぐことができ、感光ドラム2とスペーサ部材3との間に生じる摩擦力を大きくすることが可能となる。また、感光ドラム2の高耐久性を実現できる。
本発明の実施例1の画像形成装置が備える帯電ローラ及び感光ドラムの概略図。 本発明に係る画像形成装置の構成を示すブロック図。 本発明に係る画像形成装置の主要部の構成を示す模式図。 実施例1の帯電ローラ及び感光ドラムの側面図。 連続印字試験の結果を示す図。 スプリングの片側加重を変化させた時の単位長摩擦力の変化を示す図。 実施例2の画像形成装置が備える帯電ローラ及び感光ドラムの概略図。 実施例2の帯電ローラが有するスペーサ部材の断面概略図。 従来の画像形成装置が備える帯電ローラ及び感光ドラムの一例を示す概略図。
符号の説明
1 帯電ローラ
1a 帯電ローラ抵抗層
1b 帯電ローラ芯金
2 感光ドラム
3 スペーサ部材
3a スペーサ部材第1層
3b スペーサ部材第2層
4 LEDヘッド
5 現像装置
6 転写ローラ
7 クリーニングブレード
8 トナー
9 現像ローラ
10 現像ブレード
11 供給ローラ
12 記録媒体
13 定着器
21 帯電ローラ駆動用ギア
22 感光ドラム駆動用ギア
23 スプリング
24 軸受け
51 I/F制御部
52 受信メモリ
53 画像データメモリ
54 操作部
55 センサ群
56 印刷制御部
57 帯電ローラ用電源
58 現像ローラ用電源
59 供給ローラ用電源
60 転写ローラ用電源
61 ヘッド駆動制御部
62 定着制御部
63 搬送モータ制御部
64 駆動制御部
65 用紙搬送モータ
66 駆動モータ

Claims (7)

  1. 静電像を形成するための像担持体と、前記像担持体に対向して配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材と、前記帯電部材に前記像担持体へ向けて加圧力を付与する加圧手段と、前記帯電部材の両側に取り付けられ、前記像担持体の表面に当接して前記像担持体と前記帯電部材との間隙を保持する間隙保持部材とを備える画像形成装置において、
    前記像担持体と前記間隙保持部材との間で生じる摩擦力により前記帯電部材を前記像担持体に対し従動回転させることを特徴とする画像形成装置。
  2. 前記帯電部材は帯電ローラであり、前記像担持体は感光ドラムであり、前記間隙保持部材は前記帯電ローラの両端周面にそれぞれ巻き付けられて固定されていることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
  3. 前記感光ドラムと前記間隙保持部材との間で生じる前記帯電ローラの軸方向の単位長あたりの摩擦力は、10gf/mm以上25gf/mm以下であることを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
  4. 前記間隙保持部材は、前記帯電ローラに巻き付く第1層と、前記第1層の外周に巻き付き且つ前記感光ドラムと当接する第2層とからなり、前記第1層の前記帯電ローラの軸方向の幅寸法は前記第2層の前記帯電ローラの軸方向の幅寸法より大きいことを特徴とする請求項2記載の画像形成装置。
  5. 前記間隙保持部材の第1層の体積固有抵抗値は1010Ω・cm以上であり、前記第1層及び前記第2層の厚みはいずれも10μm以上であることを特徴とする請求項4記載の画像形成装置。
  6. 前記感光ドラムと前記間隙保持部材との間で生じる前記帯電ローラの軸方向の単位長あたりの摩擦力は、10gf/mm以上であることを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。
  7. 帯電部材の両端部にそれぞれ取り付けた間隙保持部材を像担持体周面に加圧手段を介して加圧して前記帯電部材と前記像担持体との間隙を保持し、前記帯電部材により前記像担持体を帯電させる帯電方法において、
    前記加圧手段の加圧力と、前記像担持体と前記間隙保持部材との間の摩擦係数とを所定値に設定し、前記帯電部材を前記像担持体と前記間隙保持部材との間で生じる摩擦力により従動回転させて前記像担持体を帯電させることを特徴とする帯電方法。
JP2004349478A 2004-12-02 2004-12-02 画像形成装置及び帯電方法 Pending JP2006162646A (ja)

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