帯電装置及び画像形成装置
【課題】帯電ローラーの荷重を軸方向の全域で均一に加える。
【解決手段】本発明に係る帯電ローラー１５は、被帯電体である感光ドラム１４に接触し、感光ドラム１４の回動に伴って回動可能とされるロール状の感光ドラム１４であって、中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロール１００を備え、中空ロール１００は、感光ドラム１４との接触部で変形するとともに、感光ドラム１４との非接触部で元の状態に復元しながら、感光ドラム１４とともに回動する。
【解決手段】本発明に係る帯電ローラー１５は、被帯電体である感光ドラム１４に接触し、感光ドラム１４の回動に伴って回動可能とされるロール状の感光ドラム１４であって、中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロール１００を備え、中空ロール１００は、感光ドラム１４との接触部で変形するとともに、感光ドラム１４との非接触部で元の状態に復元しながら、感光ドラム１４とともに回動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナーを用いたプリンター等の機器では、帯電用の電圧を印加したロール状、ブラシ状又はブレード状の帯電部材を感光体に一定の荷重をかけながら接触させた状態で配設し、その帯電部材と像担持体との接触部付近における微小空隙で放電を発生させることにより感光体の帯電を行う方式が利用されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、帯電部材を、内部の導電性ローラーと、それに一部外接して回転可能に設けられたチューブローラからなる構造とし、チューブを内部ローラーで感光体に押し付けて帯電を行う技術が記載されている。また、特許文献２には、チューブに相当する部材硬度を上げる構成が記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、導電性帯電フィルムの内部に、フィルムを支持すると共に感光体に対する押し付け位置（NIP位置）を規制する規制ローラーを複数本設ける構成が記載されている。
【０００５】
また、特許文献４には、シャフトレスの中空のローラーを、外部のケーシングで位置規制しつつ感光体に接触させる構成が記載されている。
【０００６】
また、特許文献５には、中空のチューブローラの端部と、チューブと直接接しないフランジを、フランジ周りに設置されたゴムリングにより固定する構成が記載されている。この構成では、フランジは貫通シャフトで連結されており、給電はシャフトからフランジを介して行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２６８５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−５５５１０号公報
【特許文献３】特開平１１−３５２７４８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２５８１号公報
【特許文献５】特開平８−１４６７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、均一帯電を行うために荷重をかけ、部材を密着させて回転させる方式では、全体を均一に押し付けるために荷重は高くなり、その結果、帯電ローラー表面の磨耗が促進されやすくなる。特に中空ではない（中実の）ローラーを用いる場合、軸方向の中央部付近での押し付け圧力が低下するため、荷重を高くすることが不可欠となり、帯電ローラーの磨耗、表面の損傷が生じ易くなる。また、微小ギャップ領域での放電に依存するため、放電ストレスによる部材劣化が進行しやすい。また、押し付け荷重が高いと、押し付け部にキャリアなどの異物が挟まりこむことにより、感光体の表面に傷が生じる問題がある。また、放電生成物や外添剤による表面フィルミング等により画像が劣化する問題がある。更には、高い荷重に起因して、輸送時や保管時に帯電ローラーの押し付け部位が変形したり、歪みなどが発生し、ローラー表面の一部のみが局所的に変形することによって、感光体への均一な帯電が困難となり、画質が劣化する問題がある。
【０００９】
また、均一帯電を行うためには、帯電ローラーが感光体に対して均一な速度で従動、もしくは駆動される必要がある。しなしながら、押し付けの荷重が高くなると、帯電ローラーが滑らかに従動することが困難となり、回転と停止を微小時間に繰り返すステップ的な動きが生じてしまう。このため、感光体に所望の帯電を行うことが困難となり、画質の劣化が生じてしまう。また、特許文献１に記載された技術では、内部の摩擦抵抗等により、内部ローラー（導電ワイヤ２ａ）を回しても外側のチューブ部材（チューブ状抵抗層部材２ｂ）が均一駆動されず、やはり均一な速度で従動できない問題がある。また、特許文献２のように、チューブに相当する部材の硬度を上げる方式も提案されているが、押し付け部に相当する微小エリアでの硬度が上がってしまうため、感光体に対する傷の発生を抑えることができない。また、硬度を高くすることによって、感光体との接触幅が小さくなり、帯電幅が小さくなるため、安定した帯電が困難となる。
【００１０】
また、特許文献３に記載された技術では、チューブ状帯電フィルム２の内部にフィルム規制ロール４を内在させる構成のため、特許文献１と同様に、均一な従動が困難であると同時に、押し付け位置（NIP位置）でのフィルムの押し付け圧がフィルム自体の硬度に依存することになるため、押し付け圧が不安定になる問題がある。
【００１１】
また、特許文献４に記載された技術では、帯電ローラー４をケーシング（規制部材５）によって保持しているが、帯電ローラー４がケーシングの内部で位置を変えてしまうため、複雑な位置制御を行う必要がある。また、帯電ローラー４をケーシングに常に接触させる必要があるため、ケーシングによる帯電ローラー４の磨耗、及びローラー表面の汚染の問題が生じてしまう。
【００１２】
また、特許文献５に記載された技術では、導電性チューブ２の軸方向の両端部と中央部とで押し付けの圧力が変動してしまう問題がある。特に、中央部では圧力が不足するため、帯電ローラーの軸方向に沿って均一に帯電することは困難である。また、この構成では、感光体に対し荷重をかけた場合、内部のゴムリング５が変形し、元々弱いニップバランスが崩れやすくなる問題も生じる。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、帯電ローラーの荷重を軸方向の全域で均一に加えることが可能な、新規かつ改良された帯電装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被帯電体である像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動可能とされるロール状の帯電装置であって、中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動する帯電装置が提供される。上記構成によれば、中空ロールは、像担持体との接触部で変形するとともに、像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、像担持体とともに回動するため、像担持体に対する押し付け力を最小限に抑えるとともに、軸方向に均一にすることが可能となる。
【００１５】
また、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有する。この構成によれば、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができ、像担持体に対する押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【００１６】
また、回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備える。この構成によれば、像担持体に接触した際にフランジ部が変形して中空ロールの中央部に像担持体に向かって撓む力が生じるため、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができる。
【００１７】
また、前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有する。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを介して像担持体に所定の電圧を印加することができる。
【００１８】
また、前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動する。この構成によれば、像担持体に従動して回転しながら像担持体を帯電させることができる。
【００１９】
また、前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧される。この構成によれば、フランジ部によって中空ロールの両端を像担持体に押し付けるとともに、フランジ部の変形によって中空ロールの中央に撓み力を生じさせることができ、この撓み力によって中空ロールの中央を像担持体に押し付けることができる。
【００２０】
また、前記フランジ部と前記中空ロールが接着されている。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを確実に固定することができる。
【００２１】
また、前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されている。この構成によれば、中空ロールの強度をリブによって確保することができるため、中空ロールの厚さをより薄くして押し付け圧力を低下させることが可能となる。
【００２２】
また、前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなる。この構成によれば、中央部の撓み力を両端部よりも大きくすることができ、押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、静電潜像に応じて供給されたトナーを転写して媒体上に画像形成を行う像担持体と、前記像担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動し、前記像担持体を帯電する帯電ローラーと、を備え、前記帯電ローラーは、中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動する画像形成装置が提供される。上記構成によれば、中空ロールは、像担持体との接触部で変形するとともに、像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、像担持体とともに回動するため、像担持体に対する押し付け力を最小限に抑えるとともに、軸方向に均一にすることが可能となる。
【００２４】
また、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有する。この構成によれば、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができ、像担持体に対する押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【００２５】
また、回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備える。この構成によれば、像担持体に接触した際にフランジ部が変形して中空ロールの中央部に像担持体に向かって撓む力が生じるため、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができる。
【００２６】
また、前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有する。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを介して像担持体に所定の電圧を印加することができる。
【００２７】
また、前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動する。この構成によれば、像担持体に従動して回転しながら像担持体を帯電させることができる。
【００２８】
また、前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧される。この構成によれば、フランジ部によって中空ロールの両端を像担持体に押し付けるとともに、フランジ部の変形によって中空ロールの中央に撓み力を生じさせることができ、この撓み力によって中空ロールの中央を像担持体に押し付けることができる。
【００２９】
また、前記フランジ部と前記中空ロールが接着されている。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを確実に固定することができる。
【００３０】
また、前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されている。この構成によれば、中空ロールの強度をリブによって確保することができるため、中空ロールの厚さをより薄くして押し付け圧力を低下させることが可能となる。
【００３１】
また、前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなる。この構成によれば、中央部の撓み力を両端部よりも大きくすることができ、押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、帯電ローラーの荷重を軸方向の全域で均一に加えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図２】帯電ローラーの構成を示す断面図である。
【図３】帯電ローラーが感光体ドラムに押し付けられた状態を示す模式図である。
【図４】感光体ドラムに押し付けられた場合の中空ロールの挙動を説明するための模式図である。
【図５】比較例として、従来の帯電ローラーが感光体ドラムに押し付けられた状態を示す模式図である。
【図６】図５の比較例において、感光体ドラムの表面での圧力分布を示す特性図である。
【図７】本実施形態の帯電ローラーを用いた場合に、感光体ドラムの表面での圧力分布（実線）を示す特性図である。
【図８】回転に伴い、中空ロールの感光体ドラムとの接触部が感光体ドラムの表面に倣って変形する様子を示す模式図である。
【図９】中空ロールを軸方向から見た状態を示す模式図である。
【図１０】中空ロールの内径に軸方向に延在するを設けた例を示す模式図である。
【図１１】中空ロールの肉厚を軸方向に沿って変化させた例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態の画像形成装置１０の構成を示す模式図である。本実施形態による画像形成装置１０は、画像信号に応じて変調されたレーザービーム１２を感光体ドラム１４へ走査露光して、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２６へ印字等を行うものである。画像形成装置１０は、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として、あるいはその一部として用いることができる。
【００３６】
画像形成装置１０は、レーザービーム１２を射出するレーザー露光ユニット（図示省略）を備えている。レーザー露光ユニットは、微小スポットに結像されたレーザービーム１２を、感光体ドラム（静電潜像担持体）１４上の露光位置Ａにおいて、感光体ドラム１４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。感光体ドラム１４の表面にレーザービーム１２が走査されると、感光体ドラム１４の露光部分が非露光部分に対して相対的に正電位となる。なお、以下の説明において、感光体ドラム１４、現像ローラー２０などの回転体上の相対位置を表現する際には、回転方向側を下流側、反回転方向側を上流側と称する。
【００３７】
感光体ドラム１４は、図１中に示す矢印方向に回転する。感光体ドラム１４上の露光位置Ａの上流側には、感光体ドラムクリーニングユニット１３、および帯電ローラー１５が配置されている。感光体ドラムクリーニングユニット１３は、感光体ドラム１４に残留するトナーを除去し、感光体ドラム１４をクリーニングする機能を有している。また、帯電ローラー１５は、感光体ドラム１４を所定の電位に帯電させる機能を有している。
【００３８】
感光体ドラム１４上の露光位置Ａの下流側には、現像ユニット１８が配置されている。現像ユニット１８内には、所定の色を有する粉体の現像剤Ｔ（トナー）が貯留されている。トナーは、直径７〜８μｍ程度のポリエステル粒子に、顔料、ＣＣＡ、ＰＭＭＡなどが含まれたものである。現像ユニット１８は、現像剤Ｔを摩擦帯電させて負電荷を帯びさせ、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１４の露光部分に現像剤Ｔを供給する。これにより、現像剤Ｔが感光体ドラム１４表面の露光部分に付着する。
【００３９】
現像ユニット１８内には、帯電した現像剤Ｔを感光体ドラム１４上に供給する現像ローラー（現像剤担持体）２０が設けられている。現像ローラー２０は、感光体ドラム１４表面に対して接触又は非接触となるように配置され、図１中の矢印方向（感光体ドラム１４の回転方向に対して反対方向）に回転する。
【００４０】
また、現像ユニット１８内には、現像剤Ｔを攪拌して負電荷に帯電させる攪拌器２２と、現像剤Ｔを現像ローラー２０に供給する供給ローラー２４が設けられている。供給ローラー２４は、シリコンゴム、ウレタンゴムなどの発泡体からなり、図１中の矢印方向に回転し、攪拌器２２で攪拌されて帯電したトナーを現像ローラー１８の表面に供給する。現像ローラー２０に供給された現像剤Ｔは、その帯電電化によるクーロン力で現像ローラー２０の表面に付着する。
【００４１】
感光体ドラム１４と対向して、搬送ローラー２６が設けられている。現像剤Ｔにより印字が行われた印字媒体１６は、感光体ドラム１４と搬送ローラー２６との間に挟まれて搬送され、現像剤Ｔは定着ユニット（不図示）により定着される。
【００４２】
現像ローラー２０の表面には、現像ローラー２０の回転軸に沿って板状の層規制部材２８が当接している。層規制部材２８は、現像ローラー１１上に付着した現像剤Ｔの層厚を一定厚さに規制するとともに、現像ローラー２０と層規制部材２８の間に現像剤Ｔを通過させることで、現像剤Ｔに負電荷を帯びさせる機能を備えている。
【００４３】
現像ローラー２０に付着したトナーが、現像ローラー２０の表面と層規制部材２８との間を通過すると、−２５〜−１５［μＣ／ｇ］程度の負電荷を帯びる。また、トナーが現像ローラー２０の表面と層規制部材２８との間を通過すると、直径７〜８μｍ程度の粒子からなるトナーが、現像ローラー２０の表面で３〜４層程度の厚さに均一化される。
【００４４】
上述したように、レーザービーム１２による感光体ドラム１４の露光部分は、非露光部分に対して相対的に正電位とされる。現像ローラー２０の回転により、負電荷に帯電した現像剤Ｔが感光体ドラム１４の表面近傍に搬送されると、現像剤Ｔは感光体ドラム１４の露光部分に付着する。露光部分に付着した現像剤Ｔは、感光体ドラム１４の回転によって印字媒体１６上に供給される。これにより、レーザービーム１２による露光部分に応じて、現像剤Ｔにより印字媒体１６上に印字が行われる。
【００４５】
図２は、帯電ローラー１５の構成を示す断面図である。図２に示すように、帯電ローラー１５は、中空の中空ロール１００と、フランジ１０２と、回転軸１０４から構成されている。中空ロール１００は、導電性を有するゴムなどの弾性部材によって構成され、中空のパイプ状に形成されている。中空ロール１００の両端には、円錐状の側面を有するフランジ１０２が挿入されており、これによって、中空ロール１００の両端部が拡げられている。
【００４６】
フランジ１０２は、ゴムなどの弾性部材によって構成されている。２つのフランジ１０２のそれぞれには、回転軸１０４が挿入されている。２つのフランジ１０２の少なくとも一方は、導電性を有する材料から構成されている。このため、導電性を有するフランジ１０２に電圧を印加することにより、導電性を有する中空ロール１００を介して感光体ドラム１４を帯電することができる。
【００４７】
図３は、帯電ローラー１５が感光体ドラム１４に押し付けられた状態を示す模式図である。図３に示すように、圧縮スプリングなどの弾性部材によって、帯電ローラーの回転軸１０４が感光体ドラム１４に押し付けられる。このとき、スプリングの押し付け力により、弾性部材から構成されるフランジ１０２が変形する。これにより、図３に示すように、フランジ１０２の感光体ドラム１４と接触する部位が、感光体ドラム１４の表面に倣って変形する。そして、中空ロール１００が感光体ドラム１４の表面に押し付けられた状態となる。
【００４８】
図３に示す状態では、中空ロール１００の中央部が下向きに変形しており、中空ロール１００の中央部に下向きの力が生じている。一方、中空ロール１００の両端では、フランジ１０２に加わる圧縮スプリングによる荷重によって、中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられている。従って、軸方向の全域に渡って均一な力で帯電ローラー１５を感光体ドラム１００に押し付けることが可能である。
【００４９】
図４は、感光体ドラム１４に押し付けられた場合の中空ロール１００の挙動を説明するための模式図である。ここで、図４（Ａ）は、帯電ローラー１５の単体の状態を示している。図４（Ｂ）は、帯電ローラー１５の端部のフランジ１０２のみが感光体ドラム１４に押し付けられ状態を仮定して示す模式図である。図４（Ｂ）に示すように、フランジ１０２が押し付けられると、帯電ローラー１５の両端部において、フランジ１０２及び中空ロール１００が矢印Ａ１方向に変形する。このため、中空ロール１５の中央部が矢印Ａ２方向に変形し、中空ロール１００が矢印Ａ２方向に撓んだ状態が発生する。
【００５０】
図４（Ｃ）は、実際に帯電ローラー１５が感光体ドラム１４に押し付けられた状態を示す模式図である。図４（Ｂ）に示したように、中空ロール１５の中央には矢印Ａ２方向の撓みが生じているため、中空ロール１００を感光体ドラム１４に押し付けた状態では、中空ロール１００の中央が矢印Ａ３方向に弾性変形する。この弾性変形によって、帯電ローラー１５の軸方向の中央部では、中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられる。一方、帯電ローラー１５の両端部では、スプリングの付勢力により、中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられる。従って、帯電ローラー１５の両端部ではスプリングの付勢力により中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられ、帯電ローラー１５の中央部では中空ロール１００の弾性変形によって中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられる。これにより、中空ロール１００の中央においても押し付け力を確保することができ、帯電ローラー１５の軸方向に沿って、全域で均一な押し付け力を生じさせることができる。
【００５１】
図５は、比較例として、従来の帯電ローラー２００が感光体ドラム１４に押し付けられた状態を示している。この場合、帯電ローラー２００に荷重をかけると、帯電ローラー２００の中央部に浮き上がりが生じてしまい、中央部における押し付けの圧力が低下してしまう。
【００５２】
図６は、図５の比較例において、帯電ローラー２００の押し付けによる感光体ドラム１４表面での圧力分布を示す特性図である。図６において、横軸は帯電ローラー２００の軸方向に沿った位置を示しており、縦軸は圧力を示している。図６に示すように、帯電ローラー２００の中央部では浮き上がりが生じてしまうため、圧力が低下してしまう。このため、軸方向に沿って均一な圧力を生じさせることができないため、感光体ドラム１４への帯電が不均一となり、感光体ドラム１４の表面に所望の帯電状態を生じさせることができなくなる。この結果、感光体ドラム１４にトナーを所望の状態に付着させることができず、画質の劣化が生じてしまう。
【００５３】
図７は、本実施形態の帯電ローラー１５を用いた場合に、感光体ドラム１４の表面での圧力分布（実線）を示す特性図である。図７においても、図６と同様に、横軸は帯電ローラー１５の軸方向に沿った位置を示しており、縦軸は圧力を示している。また、図７に示す破線の特性は、図６に示した比較例における圧力分布を示している。
【００５４】
図７に示すように、帯電ローラー１５の両端部での圧力は、図６の比較例と同様である。一方、帯電ローラー１５の中央部においては、図４（Ｂ）で説明した撓んだ状態の中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられて、感光体ドラム１４の表面に倣って弾性変形するため、中央部での圧力が比較例の圧力（図７中に破線で示す）よりも高くなる。従って、帯電ローラー１５の中央部の圧力が高められることによって、軸方向の全域に渡って均一な圧力を得ることができる。
【００５５】
また、以上のような構成によれば、帯電ローラー１５は、中空のローラーから構成されるため、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力（NIP圧力）を十分に小さくすることができ、従来の中空ではないゴムローラと比較すると、感光体ドラム１４との接触部でのトラブルを確実に抑止することができる。
【００５６】
また、回転軸１０４を有するフランジ１０２を感光体ドラム１４に圧接させて従動する方式であるため、感光体ドラム１４に対する従動性を確実に確保することができる。また、中空ロール１００の内側で、中空ロール１００を拡げているフランジ部１０２は、押圧により感光体ドラム１４側のみが変形し、中空ロール１００に中央部に向かう撓み力が生じる。また、中心に向けた圧力を加えることで、この撓み力を安定させることができる。この撓み力により、帯電ローラー１５の軸方向中央部の押し付け圧力が高くなり、押し付け圧力の均一性を確保することができる。
【００５７】
更に、図８に示すように、中空ロール１００は、回転に伴い、感光体ドラム１４との接触部が感光体ドラム１４の表面に倣って矢印Ａ４方向に変形するため、感光体ドラム４の周方向に所定の幅ｄで感光体ドラム１４表面と接触する。これにより、従来の帯電ローラー２００に比べてより広い接触幅ｄを確保することができ、押し付け力を低下させたこととの相乗効果により、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力を大幅に低減させることができる。従って、感光体ドラム１４に対するストレスを抑えることができ、感光体ドラム１４に損傷を与えることを確実に抑止可能である。
【００５８】
更に、図８に示すように、回転に伴い、中空ロール１００の感光体ドラム１４との接触部が感光体ドラム１４の表面に倣って変形することにより、接触部の両側の微小ギャップでの放電による感光体ドラム１４への帯電と、接触部での電荷注入による帯電の双方により、感光体ドラム１４への帯電を行うことができる。従って、帯電ローラの電位が極めて低い状態であっても、電位に応じた帯電を感光体ドラム１４の表面に生じさせることが可能である。図５の比較例に示した帯電ローラー２００のような中実のローラーの場合、またはローラーの硬度が高い場合は、感光体ドラムとの接触部の幅が微小であるため、電荷注入による帯電を行うことができず、帯電ローラーの電位を十分に高くして微小ギャップにおける放電を生じさせる必要がある。この場合、感光体ドラム１４の表面に損傷が生じ易くなる。
【００５９】
従って、本実施形態によれば、帯電ローラー１５を低い押し付け圧力（低ＮＩＰ圧）で感光体ドラム１４に押し付けることができるとともに、広い接触幅（広ＮＩＰ幅）を得ることができる。この特性により、低ストレス、且つ省電力な帯電装置及びこれを用いた画像形成装置を実現することが可能となる。また、帯電ローラー１５を使用した際に、感光体ドラム１４に対する従動性と、軸方向の帯電均一性を、簡素な構成で実現することができる。
【００６０】
次に、中空ロール１００の形状について詳細に説明する。図９は、中空ロール１００を軸方向から見た状態を示す模式図である。上述したように、中空ロール１００は、円筒状、パイプ状に構成される。図１０は、中空ロール１００を軸方向から見た状態を示す模式図であって、中空ロール１００の内径に軸方向に延在するリブ１００ａを設けた例を示す模式図である。図１０に示す構成によれば、中空ロール１００の強度をリブ１００ａによって確保することができるため、中空ロール１００の厚さをより薄くすることができる。従って、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力を更に低下させることも可能である。なお、中空ロール１００の内径には、螺旋状にリブを設けても良い。また、中空ロール１００の内径の円周方向に延在するようにリブを設けても良い。
【００６１】
また、図１１は、中空ロール１００の肉厚を軸方向に沿って変化させた例を示す模式図である。図１１中に破線で示すように、中空ロール１００の内面１００ｂは、中空ロール１００の軸方向の中央部で最も内径が小さく、中空ロール１００の両端で最も内径が大きくなるように内径の大きさが例えば線形に変化するように構成される。このような構成によれば、図４（Ｂ）で説明した矢印Ａ２方向の撓みを生じさせた場合に、中央部の撓み力をより大きくすることができる。また、中央部から両端部における内径の変化を適宜設定することで、軸方向の全域で最適な押し付け圧力が生じるようすることができる。従って、軸方向の全域において、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力を確実に均一化することが可能である。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 画像形成装置
１４ 感光ドラム
１５ 帯電ローラー
２０ 現像ローラー
１００ 中空ロール
１００ａ リブ
１００ｂ 中空ロールの内面
１０２ フランジ部
１０４ 回転軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電装置及び画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トナーを用いたプリンター等の機器では、帯電用の電圧を印加したロール状、ブラシ状又はブレード状の帯電部材を感光体に一定の荷重をかけながら接触させた状態で配設し、その帯電部材と像担持体との接触部付近における微小空隙で放電を発生させることにより感光体の帯電を行う方式が利用されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、帯電部材を、内部の導電性ローラーと、それに一部外接して回転可能に設けられたチューブローラからなる構造とし、チューブを内部ローラーで感光体に押し付けて帯電を行う技術が記載されている。また、特許文献２には、チューブに相当する部材硬度を上げる構成が記載されている。
【０００４】
また、特許文献３には、導電性帯電フィルムの内部に、フィルムを支持すると共に感光体に対する押し付け位置（NIP位置）を規制する規制ローラーを複数本設ける構成が記載されている。
【０００５】
また、特許文献４には、シャフトレスの中空のローラーを、外部のケーシングで位置規制しつつ感光体に接触させる構成が記載されている。
【０００６】
また、特許文献５には、中空のチューブローラの端部と、チューブと直接接しないフランジを、フランジ周りに設置されたゴムリングにより固定する構成が記載されている。この構成では、フランジは貫通シャフトで連結されており、給電はシャフトからフランジを介して行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２６８５８４号公報
【特許文献２】特開２００２−５５５１０号公報
【特許文献３】特開平１１−３５２７４８号公報
【特許文献４】特開２０１０−２５８１号公報
【特許文献５】特開平８−１４６７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、均一帯電を行うために荷重をかけ、部材を密着させて回転させる方式では、全体を均一に押し付けるために荷重は高くなり、その結果、帯電ローラー表面の磨耗が促進されやすくなる。特に中空ではない（中実の）ローラーを用いる場合、軸方向の中央部付近での押し付け圧力が低下するため、荷重を高くすることが不可欠となり、帯電ローラーの磨耗、表面の損傷が生じ易くなる。また、微小ギャップ領域での放電に依存するため、放電ストレスによる部材劣化が進行しやすい。また、押し付け荷重が高いと、押し付け部にキャリアなどの異物が挟まりこむことにより、感光体の表面に傷が生じる問題がある。また、放電生成物や外添剤による表面フィルミング等により画像が劣化する問題がある。更には、高い荷重に起因して、輸送時や保管時に帯電ローラーの押し付け部位が変形したり、歪みなどが発生し、ローラー表面の一部のみが局所的に変形することによって、感光体への均一な帯電が困難となり、画質が劣化する問題がある。
【０００９】
また、均一帯電を行うためには、帯電ローラーが感光体に対して均一な速度で従動、もしくは駆動される必要がある。しなしながら、押し付けの荷重が高くなると、帯電ローラーが滑らかに従動することが困難となり、回転と停止を微小時間に繰り返すステップ的な動きが生じてしまう。このため、感光体に所望の帯電を行うことが困難となり、画質の劣化が生じてしまう。また、特許文献１に記載された技術では、内部の摩擦抵抗等により、内部ローラー（導電ワイヤ２ａ）を回しても外側のチューブ部材（チューブ状抵抗層部材２ｂ）が均一駆動されず、やはり均一な速度で従動できない問題がある。また、特許文献２のように、チューブに相当する部材の硬度を上げる方式も提案されているが、押し付け部に相当する微小エリアでの硬度が上がってしまうため、感光体に対する傷の発生を抑えることができない。また、硬度を高くすることによって、感光体との接触幅が小さくなり、帯電幅が小さくなるため、安定した帯電が困難となる。
【００１０】
また、特許文献３に記載された技術では、チューブ状帯電フィルム２の内部にフィルム規制ロール４を内在させる構成のため、特許文献１と同様に、均一な従動が困難であると同時に、押し付け位置（NIP位置）でのフィルムの押し付け圧がフィルム自体の硬度に依存することになるため、押し付け圧が不安定になる問題がある。
【００１１】
また、特許文献４に記載された技術では、帯電ローラー４をケーシング（規制部材５）によって保持しているが、帯電ローラー４がケーシングの内部で位置を変えてしまうため、複雑な位置制御を行う必要がある。また、帯電ローラー４をケーシングに常に接触させる必要があるため、ケーシングによる帯電ローラー４の磨耗、及びローラー表面の汚染の問題が生じてしまう。
【００１２】
また、特許文献５に記載された技術では、導電性チューブ２の軸方向の両端部と中央部とで押し付けの圧力が変動してしまう問題がある。特に、中央部では圧力が不足するため、帯電ローラーの軸方向に沿って均一に帯電することは困難である。また、この構成では、感光体に対し荷重をかけた場合、内部のゴムリング５が変形し、元々弱いニップバランスが崩れやすくなる問題も生じる。
【００１３】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、帯電ローラーの荷重を軸方向の全域で均一に加えることが可能な、新規かつ改良された帯電装置及び画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被帯電体である像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動可能とされるロール状の帯電装置であって、中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動する帯電装置が提供される。上記構成によれば、中空ロールは、像担持体との接触部で変形するとともに、像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、像担持体とともに回動するため、像担持体に対する押し付け力を最小限に抑えるとともに、軸方向に均一にすることが可能となる。
【００１５】
また、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有する。この構成によれば、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができ、像担持体に対する押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【００１６】
また、回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備える。この構成によれば、像担持体に接触した際にフランジ部が変形して中空ロールの中央部に像担持体に向かって撓む力が生じるため、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができる。
【００１７】
また、前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有する。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを介して像担持体に所定の電圧を印加することができる。
【００１８】
また、前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動する。この構成によれば、像担持体に従動して回転しながら像担持体を帯電させることができる。
【００１９】
また、前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧される。この構成によれば、フランジ部によって中空ロールの両端を像担持体に押し付けるとともに、フランジ部の変形によって中空ロールの中央に撓み力を生じさせることができ、この撓み力によって中空ロールの中央を像担持体に押し付けることができる。
【００２０】
また、前記フランジ部と前記中空ロールが接着されている。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを確実に固定することができる。
【００２１】
また、前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されている。この構成によれば、中空ロールの強度をリブによって確保することができるため、中空ロールの厚さをより薄くして押し付け圧力を低下させることが可能となる。
【００２２】
また、前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなる。この構成によれば、中央部の撓み力を両端部よりも大きくすることができ、押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【００２３】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、静電潜像に応じて供給されたトナーを転写して媒体上に画像形成を行う像担持体と、前記像担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動し、前記像担持体を帯電する帯電ローラーと、を備え、前記帯電ローラーは、中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動する画像形成装置が提供される。上記構成によれば、中空ロールは、像担持体との接触部で変形するとともに、像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、像担持体とともに回動するため、像担持体に対する押し付け力を最小限に抑えるとともに、軸方向に均一にすることが可能となる。
【００２４】
また、前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有する。この構成によれば、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができ、像担持体に対する押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【００２５】
また、回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備える。この構成によれば、像担持体に接触した際にフランジ部が変形して中空ロールの中央部に像担持体に向かって撓む力が生じるため、軸方向の中心部における押し付け圧力を確保することができる。
【００２６】
また、前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有する。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを介して像担持体に所定の電圧を印加することができる。
【００２７】
また、前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動する。この構成によれば、像担持体に従動して回転しながら像担持体を帯電させることができる。
【００２８】
また、前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧される。この構成によれば、フランジ部によって中空ロールの両端を像担持体に押し付けるとともに、フランジ部の変形によって中空ロールの中央に撓み力を生じさせることができ、この撓み力によって中空ロールの中央を像担持体に押し付けることができる。
【００２９】
また、前記フランジ部と前記中空ロールが接着されている。この構成によれば、フランジ部と中空ロールを確実に固定することができる。
【００３０】
また、前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されている。この構成によれば、中空ロールの強度をリブによって確保することができるため、中空ロールの厚さをより薄くして押し付け圧力を低下させることが可能となる。
【００３１】
また、前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなる。この構成によれば、中央部の撓み力を両端部よりも大きくすることができ、押し付け力を軸方向で均一にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、帯電ローラーの荷重を軸方向の全域で均一に加えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置の構成を示す模式図である。
【図２】帯電ローラーの構成を示す断面図である。
【図３】帯電ローラーが感光体ドラムに押し付けられた状態を示す模式図である。
【図４】感光体ドラムに押し付けられた場合の中空ロールの挙動を説明するための模式図である。
【図５】比較例として、従来の帯電ローラーが感光体ドラムに押し付けられた状態を示す模式図である。
【図６】図５の比較例において、感光体ドラムの表面での圧力分布を示す特性図である。
【図７】本実施形態の帯電ローラーを用いた場合に、感光体ドラムの表面での圧力分布（実線）を示す特性図である。
【図８】回転に伴い、中空ロールの感光体ドラムとの接触部が感光体ドラムの表面に倣って変形する様子を示す模式図である。
【図９】中空ロールを軸方向から見た状態を示す模式図である。
【図１０】中空ロールの内径に軸方向に延在するを設けた例を示す模式図である。
【図１１】中空ロールの肉厚を軸方向に沿って変化させた例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態の画像形成装置１０の構成を示す模式図である。本実施形態による画像形成装置１０は、画像信号に応じて変調されたレーザービーム１２を感光体ドラム１４へ走査露光して、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２６へ印字等を行うものである。画像形成装置１０は、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として、あるいはその一部として用いることができる。
【００３６】
画像形成装置１０は、レーザービーム１２を射出するレーザー露光ユニット（図示省略）を備えている。レーザー露光ユニットは、微小スポットに結像されたレーザービーム１２を、感光体ドラム（静電潜像担持体）１４上の露光位置Ａにおいて、感光体ドラム１４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。感光体ドラム１４の表面にレーザービーム１２が走査されると、感光体ドラム１４の露光部分が非露光部分に対して相対的に正電位となる。なお、以下の説明において、感光体ドラム１４、現像ローラー２０などの回転体上の相対位置を表現する際には、回転方向側を下流側、反回転方向側を上流側と称する。
【００３７】
感光体ドラム１４は、図１中に示す矢印方向に回転する。感光体ドラム１４上の露光位置Ａの上流側には、感光体ドラムクリーニングユニット１３、および帯電ローラー１５が配置されている。感光体ドラムクリーニングユニット１３は、感光体ドラム１４に残留するトナーを除去し、感光体ドラム１４をクリーニングする機能を有している。また、帯電ローラー１５は、感光体ドラム１４を所定の電位に帯電させる機能を有している。
【００３８】
感光体ドラム１４上の露光位置Ａの下流側には、現像ユニット１８が配置されている。現像ユニット１８内には、所定の色を有する粉体の現像剤Ｔ（トナー）が貯留されている。トナーは、直径７〜８μｍ程度のポリエステル粒子に、顔料、ＣＣＡ、ＰＭＭＡなどが含まれたものである。現像ユニット１８は、現像剤Ｔを摩擦帯電させて負電荷を帯びさせ、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１４の露光部分に現像剤Ｔを供給する。これにより、現像剤Ｔが感光体ドラム１４表面の露光部分に付着する。
【００３９】
現像ユニット１８内には、帯電した現像剤Ｔを感光体ドラム１４上に供給する現像ローラー（現像剤担持体）２０が設けられている。現像ローラー２０は、感光体ドラム１４表面に対して接触又は非接触となるように配置され、図１中の矢印方向（感光体ドラム１４の回転方向に対して反対方向）に回転する。
【００４０】
また、現像ユニット１８内には、現像剤Ｔを攪拌して負電荷に帯電させる攪拌器２２と、現像剤Ｔを現像ローラー２０に供給する供給ローラー２４が設けられている。供給ローラー２４は、シリコンゴム、ウレタンゴムなどの発泡体からなり、図１中の矢印方向に回転し、攪拌器２２で攪拌されて帯電したトナーを現像ローラー１８の表面に供給する。現像ローラー２０に供給された現像剤Ｔは、その帯電電化によるクーロン力で現像ローラー２０の表面に付着する。
【００４１】
感光体ドラム１４と対向して、搬送ローラー２６が設けられている。現像剤Ｔにより印字が行われた印字媒体１６は、感光体ドラム１４と搬送ローラー２６との間に挟まれて搬送され、現像剤Ｔは定着ユニット（不図示）により定着される。
【００４２】
現像ローラー２０の表面には、現像ローラー２０の回転軸に沿って板状の層規制部材２８が当接している。層規制部材２８は、現像ローラー１１上に付着した現像剤Ｔの層厚を一定厚さに規制するとともに、現像ローラー２０と層規制部材２８の間に現像剤Ｔを通過させることで、現像剤Ｔに負電荷を帯びさせる機能を備えている。
【００４３】
現像ローラー２０に付着したトナーが、現像ローラー２０の表面と層規制部材２８との間を通過すると、−２５〜−１５［μＣ／ｇ］程度の負電荷を帯びる。また、トナーが現像ローラー２０の表面と層規制部材２８との間を通過すると、直径７〜８μｍ程度の粒子からなるトナーが、現像ローラー２０の表面で３〜４層程度の厚さに均一化される。
【００４４】
上述したように、レーザービーム１２による感光体ドラム１４の露光部分は、非露光部分に対して相対的に正電位とされる。現像ローラー２０の回転により、負電荷に帯電した現像剤Ｔが感光体ドラム１４の表面近傍に搬送されると、現像剤Ｔは感光体ドラム１４の露光部分に付着する。露光部分に付着した現像剤Ｔは、感光体ドラム１４の回転によって印字媒体１６上に供給される。これにより、レーザービーム１２による露光部分に応じて、現像剤Ｔにより印字媒体１６上に印字が行われる。
【００４５】
図２は、帯電ローラー１５の構成を示す断面図である。図２に示すように、帯電ローラー１５は、中空の中空ロール１００と、フランジ１０２と、回転軸１０４から構成されている。中空ロール１００は、導電性を有するゴムなどの弾性部材によって構成され、中空のパイプ状に形成されている。中空ロール１００の両端には、円錐状の側面を有するフランジ１０２が挿入されており、これによって、中空ロール１００の両端部が拡げられている。
【００４６】
フランジ１０２は、ゴムなどの弾性部材によって構成されている。２つのフランジ１０２のそれぞれには、回転軸１０４が挿入されている。２つのフランジ１０２の少なくとも一方は、導電性を有する材料から構成されている。このため、導電性を有するフランジ１０２に電圧を印加することにより、導電性を有する中空ロール１００を介して感光体ドラム１４を帯電することができる。
【００４７】
図３は、帯電ローラー１５が感光体ドラム１４に押し付けられた状態を示す模式図である。図３に示すように、圧縮スプリングなどの弾性部材によって、帯電ローラーの回転軸１０４が感光体ドラム１４に押し付けられる。このとき、スプリングの押し付け力により、弾性部材から構成されるフランジ１０２が変形する。これにより、図３に示すように、フランジ１０２の感光体ドラム１４と接触する部位が、感光体ドラム１４の表面に倣って変形する。そして、中空ロール１００が感光体ドラム１４の表面に押し付けられた状態となる。
【００４８】
図３に示す状態では、中空ロール１００の中央部が下向きに変形しており、中空ロール１００の中央部に下向きの力が生じている。一方、中空ロール１００の両端では、フランジ１０２に加わる圧縮スプリングによる荷重によって、中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられている。従って、軸方向の全域に渡って均一な力で帯電ローラー１５を感光体ドラム１００に押し付けることが可能である。
【００４９】
図４は、感光体ドラム１４に押し付けられた場合の中空ロール１００の挙動を説明するための模式図である。ここで、図４（Ａ）は、帯電ローラー１５の単体の状態を示している。図４（Ｂ）は、帯電ローラー１５の端部のフランジ１０２のみが感光体ドラム１４に押し付けられ状態を仮定して示す模式図である。図４（Ｂ）に示すように、フランジ１０２が押し付けられると、帯電ローラー１５の両端部において、フランジ１０２及び中空ロール１００が矢印Ａ１方向に変形する。このため、中空ロール１５の中央部が矢印Ａ２方向に変形し、中空ロール１００が矢印Ａ２方向に撓んだ状態が発生する。
【００５０】
図４（Ｃ）は、実際に帯電ローラー１５が感光体ドラム１４に押し付けられた状態を示す模式図である。図４（Ｂ）に示したように、中空ロール１５の中央には矢印Ａ２方向の撓みが生じているため、中空ロール１００を感光体ドラム１４に押し付けた状態では、中空ロール１００の中央が矢印Ａ３方向に弾性変形する。この弾性変形によって、帯電ローラー１５の軸方向の中央部では、中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられる。一方、帯電ローラー１５の両端部では、スプリングの付勢力により、中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられる。従って、帯電ローラー１５の両端部ではスプリングの付勢力により中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられ、帯電ローラー１５の中央部では中空ロール１００の弾性変形によって中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられる。これにより、中空ロール１００の中央においても押し付け力を確保することができ、帯電ローラー１５の軸方向に沿って、全域で均一な押し付け力を生じさせることができる。
【００５１】
図５は、比較例として、従来の帯電ローラー２００が感光体ドラム１４に押し付けられた状態を示している。この場合、帯電ローラー２００に荷重をかけると、帯電ローラー２００の中央部に浮き上がりが生じてしまい、中央部における押し付けの圧力が低下してしまう。
【００５２】
図６は、図５の比較例において、帯電ローラー２００の押し付けによる感光体ドラム１４表面での圧力分布を示す特性図である。図６において、横軸は帯電ローラー２００の軸方向に沿った位置を示しており、縦軸は圧力を示している。図６に示すように、帯電ローラー２００の中央部では浮き上がりが生じてしまうため、圧力が低下してしまう。このため、軸方向に沿って均一な圧力を生じさせることができないため、感光体ドラム１４への帯電が不均一となり、感光体ドラム１４の表面に所望の帯電状態を生じさせることができなくなる。この結果、感光体ドラム１４にトナーを所望の状態に付着させることができず、画質の劣化が生じてしまう。
【００５３】
図７は、本実施形態の帯電ローラー１５を用いた場合に、感光体ドラム１４の表面での圧力分布（実線）を示す特性図である。図７においても、図６と同様に、横軸は帯電ローラー１５の軸方向に沿った位置を示しており、縦軸は圧力を示している。また、図７に示す破線の特性は、図６に示した比較例における圧力分布を示している。
【００５４】
図７に示すように、帯電ローラー１５の両端部での圧力は、図６の比較例と同様である。一方、帯電ローラー１５の中央部においては、図４（Ｂ）で説明した撓んだ状態の中空ロール１００が感光体ドラム１４に押し付けられて、感光体ドラム１４の表面に倣って弾性変形するため、中央部での圧力が比較例の圧力（図７中に破線で示す）よりも高くなる。従って、帯電ローラー１５の中央部の圧力が高められることによって、軸方向の全域に渡って均一な圧力を得ることができる。
【００５５】
また、以上のような構成によれば、帯電ローラー１５は、中空のローラーから構成されるため、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力（NIP圧力）を十分に小さくすることができ、従来の中空ではないゴムローラと比較すると、感光体ドラム１４との接触部でのトラブルを確実に抑止することができる。
【００５６】
また、回転軸１０４を有するフランジ１０２を感光体ドラム１４に圧接させて従動する方式であるため、感光体ドラム１４に対する従動性を確実に確保することができる。また、中空ロール１００の内側で、中空ロール１００を拡げているフランジ部１０２は、押圧により感光体ドラム１４側のみが変形し、中空ロール１００に中央部に向かう撓み力が生じる。また、中心に向けた圧力を加えることで、この撓み力を安定させることができる。この撓み力により、帯電ローラー１５の軸方向中央部の押し付け圧力が高くなり、押し付け圧力の均一性を確保することができる。
【００５７】
更に、図８に示すように、中空ロール１００は、回転に伴い、感光体ドラム１４との接触部が感光体ドラム１４の表面に倣って矢印Ａ４方向に変形するため、感光体ドラム４の周方向に所定の幅ｄで感光体ドラム１４表面と接触する。これにより、従来の帯電ローラー２００に比べてより広い接触幅ｄを確保することができ、押し付け力を低下させたこととの相乗効果により、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力を大幅に低減させることができる。従って、感光体ドラム１４に対するストレスを抑えることができ、感光体ドラム１４に損傷を与えることを確実に抑止可能である。
【００５８】
更に、図８に示すように、回転に伴い、中空ロール１００の感光体ドラム１４との接触部が感光体ドラム１４の表面に倣って変形することにより、接触部の両側の微小ギャップでの放電による感光体ドラム１４への帯電と、接触部での電荷注入による帯電の双方により、感光体ドラム１４への帯電を行うことができる。従って、帯電ローラの電位が極めて低い状態であっても、電位に応じた帯電を感光体ドラム１４の表面に生じさせることが可能である。図５の比較例に示した帯電ローラー２００のような中実のローラーの場合、またはローラーの硬度が高い場合は、感光体ドラムとの接触部の幅が微小であるため、電荷注入による帯電を行うことができず、帯電ローラーの電位を十分に高くして微小ギャップにおける放電を生じさせる必要がある。この場合、感光体ドラム１４の表面に損傷が生じ易くなる。
【００５９】
従って、本実施形態によれば、帯電ローラー１５を低い押し付け圧力（低ＮＩＰ圧）で感光体ドラム１４に押し付けることができるとともに、広い接触幅（広ＮＩＰ幅）を得ることができる。この特性により、低ストレス、且つ省電力な帯電装置及びこれを用いた画像形成装置を実現することが可能となる。また、帯電ローラー１５を使用した際に、感光体ドラム１４に対する従動性と、軸方向の帯電均一性を、簡素な構成で実現することができる。
【００６０】
次に、中空ロール１００の形状について詳細に説明する。図９は、中空ロール１００を軸方向から見た状態を示す模式図である。上述したように、中空ロール１００は、円筒状、パイプ状に構成される。図１０は、中空ロール１００を軸方向から見た状態を示す模式図であって、中空ロール１００の内径に軸方向に延在するリブ１００ａを設けた例を示す模式図である。図１０に示す構成によれば、中空ロール１００の強度をリブ１００ａによって確保することができるため、中空ロール１００の厚さをより薄くすることができる。従って、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力を更に低下させることも可能である。なお、中空ロール１００の内径には、螺旋状にリブを設けても良い。また、中空ロール１００の内径の円周方向に延在するようにリブを設けても良い。
【００６１】
また、図１１は、中空ロール１００の肉厚を軸方向に沿って変化させた例を示す模式図である。図１１中に破線で示すように、中空ロール１００の内面１００ｂは、中空ロール１００の軸方向の中央部で最も内径が小さく、中空ロール１００の両端で最も内径が大きくなるように内径の大きさが例えば線形に変化するように構成される。このような構成によれば、図４（Ｂ）で説明した矢印Ａ２方向の撓みを生じさせた場合に、中央部の撓み力をより大きくすることができる。また、中央部から両端部における内径の変化を適宜設定することで、軸方向の全域で最適な押し付け圧力が生じるようすることができる。従って、軸方向の全域において、感光体ドラム１４に対する押し付け圧力を確実に均一化することが可能である。
【００６２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 画像形成装置
１４ 感光ドラム
１５ 帯電ローラー
２０ 現像ローラー
１００ 中空ロール
１００ａ リブ
１００ｂ 中空ロールの内面
１０２ フランジ部
１０４ 回転軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体である像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動可能とされるロール状の帯電装置であって、
中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動することを特徴とする、帯電装置。
【請求項２】
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有することを特徴とする、請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有することを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動することを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項６】
前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧されることを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項７】
前記フランジ部と前記中空ロールが接着されていることを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項８】
前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項９】
前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなることを特徴とする、請求項１に記載の帯電装置。
【請求項１０】
静電潜像に応じて供給されたトナーを転写して媒体上に画像形成を行う像担持体と、
前記像担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、
像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動し、前記像担持体を帯電する帯電ローラーと、を備え、
前記帯電ローラーは、
中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動することを特徴とする、画像形成装置。
【請求項１１】
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有することを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備えることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有することを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動することを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧されることを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記フランジ部と前記中空ロールが接着されていることを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されたことを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１】
被帯電体である像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動可能とされるロール状の帯電装置であって、
中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動することを特徴とする、帯電装置。
【請求項２】
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有することを特徴とする、請求項１に記載の帯電装置。
【請求項３】
回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有することを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項５】
前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動することを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項６】
前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧されることを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項７】
前記フランジ部と前記中空ロールが接着されていることを特徴とする、請求項３に記載の帯電装置。
【請求項８】
前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
【請求項９】
前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなることを特徴とする、請求項１に記載の帯電装置。
【請求項１０】
静電潜像に応じて供給されたトナーを転写して媒体上に画像形成を行う像担持体と、
前記像担持体にトナーを供給する現像剤担持体と、
像担持体に接触し、前記像担持体の回動に伴って回動し、前記像担持体を帯電する帯電ローラーと、を備え、
前記帯電ローラーは、
中空の弾性部材から構成される円筒状の中空ロールを備え、
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部で変形するとともに、前記像担持体との非接触部で元の状態に復元しながら、前記像担持体とともに回動することを特徴とする、画像形成装置。
【請求項１１】
前記中空ロールは、前記像担持体との接触部における変形により、前記像担持体との当接部において、軸方向の中心部に向かって高くなる圧力勾配を有することを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１２】
回転軸を有し、前記中空ロールの両端部に前記中空ロールの内径を拡げるようにして挿入され、弾性部材から構成されるフランジ部を更に備えることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記中空ロールと、前記フランジ部の少なくとも一方は、導電性を有することを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記フランジ部は、前記中空ロールを介して前記像担持体に接触し、前記像担持体の回転に伴って従動することを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記フランジ部の前記回転軸が前記像担持体に押圧されることを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記フランジ部と前記中空ロールが接着されていることを特徴とする、請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記中空ロールの内径には、所定形状のリブが形成されたことを特徴とする請求項１０記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記中空ロールの内径は、軸方向の中央部で最も小さく、両端部に向かって大きくなることを特徴とする、請求項１０に記載の画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１２８２７４（Ｐ２０１２−１２８２７４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８０９３５（Ｐ２０１０−２８０９３５）
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【出願人】（５９８０４５０５８）株式会社サムスン横浜研究所 (294)
【Ｆターム（参考）】
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