JP2008015323A - 帯電装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被帯電体を接触帯電させる帯電部材の表面に異物が付着することを低減する。
【解決手段】感光体ドラム１２の表面に接触し、感光体ドラム１２を帯電される帯電ロール４３と、帯電ロール４３の表面と接触するクリーニングロール５０とが設けられている。帯電ロール４３は、金属製のシャフト４３Ａの周面に帯電層４３Ｂを備えている。帯電層４３Ｂの表面は微小な凹凸が形成されており、凹凸間距離ＲＳｍは、３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍに設定され、かつ、表面の十点平均表面粗さＲｚは、１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍに設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、被帯電体に接触して被帯電体の表面を帯電させる帯電装置、及びこの帯電装置を備えた電子写真方式の画像形成装置に関するものである。

従来、電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置の帯電装置として、スコロトロン帯電器のようなコロナ放電現象を利用したものが多用されてきたが、コロナ放電現象を利用した帯電装置の場合には、オゾンや窒素酸化物の発生が問題となっている。これに対して、導電性の帯電部材を像担持体に直接接触させて像担持体の帯電を行う接触帯電方式はオゾンや窒素酸化物の発生が大幅に少なく、電源効率も良いことから、最近では主流となっている。

このような接触帯電方式の帯電装置では、帯電部材が像担持体に常時接触しているため、帯電部材の表面にトナーや外添剤などの異物が付着してしまい画像欠陥を引き起こす。

このため、例えば、トナー及び外添剤の付着を和らげる手段として、帯電部材の表面の硬度と粗さパラメータＲｚを規定することが開示されている（例えば、特許文献１参照)。
特開平８−１６０７１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の上記パラメータを規定するだけでは、異物に対する耐汚染性を向上させるには不十分である。すなわち、表面硬度と表面粗さパラメータのＲｚを規定するだけでは、帯電部材への異物の付着を十分に低減することができない。異物が付着するのは主に帯電部材と像担持体との接触面で起こるが、その際、帯電部材の最表面での凹凸部の硬さ、凹凸の高低差を規定することは、言うまでもなく従来の表面硬度と表面粗さＲｚにおける規定がこれに該当する。

しかし、本発明者らが検討したところ、異物の付着力は、像担持体と帯電部材との間の押し付け圧力に依存しており、帯電部材の最表面での凹凸部の硬さ、凹凸の高低差を規定するだけでは、押し付け圧力が強い部分で異物の付着が発生してしまうことが分かった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、帯電部材の表面への異物の付着を低減し、異物に対する耐汚染性を向上できる帯電装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、被帯電体に接触させ、前記被帯電体との間に電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させる帯電部材を備えた帯電装置であって、前記帯電部材は、金属芯金上に半導電性層と、前記半導電性層上に少なくとも１層以上の上層と、を備えたロール形状であり、前記帯電部材の表面の凹凸間距離をＲＳｍとしたとき、３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍであり、かつ、前記帯電部材の表面の十点平均表面粗さをＲｚとしたとき、１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍであることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、帯電部材は、金属芯金上に半導電性層とその上に少なくとも１層以上の上層とを備えたロール形状であり、帯電部材が被帯電体に接触して被帯電体との間に電圧を印加することにより、被帯電体が帯電される。その際、帯電部材の表面の凹凸間距離ＲＳｍは、３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍであるので、凹凸間距離ＲＳｍが３２０μｍより大きい場合と比べて、帯電部材表面の各々の凸部と被帯電体との圧力が小さくなる。このため、帯電部材に異物が付着しにくくなる。さらに、帯電部材の表面の十点平均表面粗さＲｚが、１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍであるので、帯電部材表面の凹部と被帯電体との間でトナーが受ける圧力が小さくなる。このため、帯電部材に異物が付着しにくくなる。これによって、帯電部材の表面への異物の付着が抑制され、異物に対する耐汚染性が向上する。

一方、凹凸間距離ＲＳｍが３２０μｍより大きいと、帯電部材の一つの凸部と被帯電体との間の圧力が大きくなり、異物が付着しやすい。ＲＳｍが３０μｍより小さいと、Ｒｚを上記範囲に収めることが製造上困難となる。すなわち、ＲＳｍが小さすぎるとＲｚの制御が困難となる。また、Ｒｚが１．１μｍより小さいと、帯電部材表面の凹部と被帯電体との間でトナーが受ける圧力が大きくなり、トナーが潰されるほどに圧力を受け、帯電部材表面への異物の付着力が大きくなる。また、Ｒｚが５μｍより大きいと、帯電部材の凹凸の高低差が大きいことによって、局所的な異常放電が発生し、均一な帯電が妨げられる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の帯電装置において、前記帯電部材の表面のマイクロ硬度Ｍが３０°≦Ｍ≦７０°であることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、帯電部材の表面のマイクロ硬度Ｍが３０°≦Ｍ≦７０°であるので、マイクロ硬度が高い場合に比べて被帯電体との圧力が小さく、異物が付着しにくくなる。一方、マイクロ硬度が７０°より大きくなると、帯電部材と被帯電体との圧力が高くなるために、異物の付着力が大きくなる。また、マイクロ硬度が３０°より小さいと、柔らかすぎることによって成型加工性が落ち、不均一な形状のロールが出来やすくなり歩留が落ちる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の帯電装置において、前記帯電部材の軸方向の前記マイクロ硬度の分布が、最大値−最小値＝１０°以内に含まれることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、帯電部材の軸方向のマイクロ硬度の分布の最大値と最小値の差が小さいので、異物の付着量の差が生じにくい。このため、均一な帯電が可能となり、画像の濃度ムラの発生が抑制される。一方、最大値と最小値との差が１０°より大きいと、長期にわたって使用した場合には、硬い部分と柔らかい部分とで異物の付着力に差があるため、帯電部材表面の局所的な異物の付着量に差が出てくる。そのため、均一な帯電が出来なくなり、画像の濃度ムラ等を引き起こす。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯電装置において、前記帯電部材の周方向の前記マイクロ硬度の分布が、最大値−最小値＝１０°以内に含まれることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、帯電部材の周方向のマイクロ硬度の分布の最大値と最小値の差が小さいので、異物の付着量の差が生じにくい。このため、均一な帯電が可能となり、画像の濃度ムラ等の発生が抑制される。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の帯電装置において、前記帯電ロールに接触して前記帯電部材の表面を清掃するクリーナー部材を備えることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、帯電部材にクリーナー部材が接触しており、帯電部材の表面がクリーナー部材によって清掃される。これにより、帯電部材の表面への異物の付着がよりいっそう低減される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の帯電装置において、前記クリーナー部材は、ロール形状の発泡部材からなることを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、ロール形状の発泡部材からなるクリーナー部材が帯電部材に接触しており、異物がクリーナー部材の発泡セル中に入り込むことで、帯電部材の表面の異物が除去される。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の帯電装置において、前記クリーナー部材は、ブラシからなることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、ブラシからなるクリーナー部材が帯電部材に接触しており、異物がブラシに付着することで、帯電部材の表面の異物が除去される。

請求項８に記載の発明に係る画像形成装置は、回転駆動されるロール状の被帯電体と、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の帯電装置と、を有することを特徴としている。

請求項８に記載の発明によれば、帯電部材の表面の凹凸間距離ＲＳｍを規定することで、帯電部材表面の各々の凸部と被帯電体との圧力が小さくなり、帯電部材に異物が付着しにくくなる。さらに、帯電部材の表面の１０点平均粗さＲｚを規定することで、帯電部材表面の凹部と被帯電体との間でトナーが受ける圧力が小さくなり、帯電部材に異物が付着しにくくなる。従って、長期にわたり帯電部材の異物に対する耐汚染性が向上する。

本発明によれば、帯電部材の表面への異物の付着を低減し、耐汚染性を向上することができ、長期にわたり均一な帯電を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明の第１実施形態に係る帯電装置を備えた画像形成装置１００が示されている。

この画像形成装置１００は、図示しないパーソナルコンピュータ等の画像データ入力装置から送られてくるカラー画像情報に基づいて画像処理を行い、電子写真方式によって記録用紙Ｐにカラー画像を形成するものである。

画像形成装置１００には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の各色のトナー像を形成する画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋを備えている。なお、以降、ＹＭＣＫを区別する必要がある場合は、符号の後にＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋの何れかを付して説明し、ＹＭＣＫを区別する必要が無い場合は、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを省略する。

画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋは、バックアップロール３４と複数の張架ロール３２によって張架された無端状の中間転写ベルト３０の進行方向に対して、画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの順番で直列に配列されている。また、中間転写ベルト３０は、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの感光体ドラム１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋと、それぞれ対向して配設される一次転写ロール１６Ｙ、１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｋとの間を挿通している。

つぎに、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの構成と画像形成の動作とを、イエロートナー画像を形成する画像形成ユニット１０Ｙを代表して説明する。

感光体ドラム１２Ｙの表面は、帯電ロール４３Ｙにより一様に帯電される。つぎに、露光装置１４Ｙによりイエロー画像に対応する像露光がなされ、感光体ドラム１２Ｙの表面にイエロー画像に対応する静電潜像が形成される。

イエロー画像に対応する静電潜像は、現像装置１５Ｙの現像バイアスが印加された現像ロール１８Ｙに担持されたトナーによって現像され、イエロートナー画像となる。イエロートナー画像は、一次転写ロール１６Ｙの圧接力と、一次転写ロール１６Ｙに印加された転写バイアスによる静電吸引力と、によって、中間転写ベルト３０上に一次転写される。

この一次転写では、イエロートナー画像は全て中間転写ベルト３０に転写されず、一部が転写残留イエロートナーとして、感光体ドラム１２Ｙに残留する。また、感光体ドラム１２Ｙの表面には、トナーの外添剤なども付着している。一次転写後の感光体ドラム１２Ｙは、クリーニング装置２０Ｙとの対向位置を通過し、感光体ドラム１２Ｙの表面の転写残留トナーなどが除去される。その後、感光体ドラム１２Ｙの表面は、つぎの画像形成サイクルの為、帯電ロール４３Ｙで再び帯電される。

図１に示すように、画像形成装置１００では、各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋの相対的な位置の違いを考慮したタイミングで、上記と同様の画像形成工程が各画像形成ユニット１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋにおいて行われ、中間転写ベルト３０上に、順次、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの各色トナー像が重ねられ、多重トナー像が形成される。

そして、所定のタイミングで二次転写ロール３６と中間転写ベルト３０とが対向する二次転写位置へと搬送されてきた記録用紙Ｐに、転写バイアスが印加された二次転写ロール３６の静電吸引力によって、中間転写ベルト３０から多重トナー像が一括して記録用紙Ｐに転写される。

多重トナー像が転写された記録用紙Ｐは、中間転写ベルト３０から分離された後、定着装置３１へと搬送され、熱と圧力とにより記録用紙Ｐに定着されてフルカラー画像が形成される。

記録用紙Ｐに転写されなかった中間転写ベルト３０上の転写残留トナーは、中間転写ベルト用クリーナー３３で回収される。

図２に示すように、感光体ドラム１２の上方部には、感光体ドラム１２の表面を帯電させる帯電装置４０が配設されている。帯電装置４０には、感光体ドラム１２と接触する帯電ロール４３が設けられている。さらに、帯電ロール４３の感光体ドラム１２と反対側の上方部には、帯電ロール４３の表面に接触するクリーナー部材としてのクリーニングロール５０が設けられている。

帯電ロール４３は、導電性のシャフト４３Ａの周囲に帯電層４３Ｂが形成されたものであり、シャフト４３Ａが回転可能に支持されている。クリーニングロール５０は、シャフト５０Ａの周囲にスポンジ層５０Ｂが形成されたものであり、シャフト５０Ａが回転可能に支持されている。

クリーニングロール５０はシャフト５０Ａの両端部に配置された図示しないスプリングによって帯電ロール４３に所定の圧力で押圧され、スポンジ層５０Ｂが帯電ロール４３の周面に沿って弾性変形してニップ部を形成している。

感光体ドラム１２の支軸には図示しないモータが連結されており、感光体ドラム１２が図２中の時計回り（矢印２の方向）に回転駆動される。また、感光体ドラム１２の回転に従動して帯電ロール４３が矢印４の方向に回転する。また、帯電ロール４３の回転に従動してクリーニングロール５０が矢印６の方向に回転する。なお、帯電ロール４３又はクリーニングロール５０は、モータを連結して独自に回転駆動するように構成してもよい。

クリーニングロール５０が従動回転することにより、帯電ロール４３の表面のトナーや外添剤などの異物がクリーニングされる。

なお、クリーニングロール５０のスポンジ層５０Ｂは、多孔質の３次元構造を有する発泡体からなり、内部や表面に空洞や凹凸部（以下、セルという。）が存在し、弾性を有している。このクリーニングロール５０は、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、オレフィン、メラミン又はポリプロピレン、ＮＢＲ、ＥＰＤＭ、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴム、クロロプレン、シリコーン、ニトリル、等の発泡性の樹脂又はゴムを材質としたものより選択される。これにより、多数のセルを有するクリーニングロール５０を安価に製造できる。クリーニングロール５０は、帯電ロール４３との従動摺擦により外添剤などの異物を効率的にクリーニングすると同時に、帯電ロール４３の表面にクリーニングロール５０の擦れによるキズをつけないために、また、長期にわたり千切れや破損が生じないようにするために、引き裂き、引っ張り強さなどに強いポリウレタンが特に好ましく用いられる。

ポリウレタンとして特に限定するものではなく、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリールなどのポリオールと、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートや４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートなどのイソシアネートの反応を伴っていれば良く、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど鎖延長剤が混合されていることが好ましい。また、水やアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ化合物などの発泡剤を用いて発泡させるのが一般的である。さらに必要に応じて発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えればよい。

次に、帯電ロール４３の詳細について説明する。

この帯電ロール４３は、導電性の金属製のシャフト４３Ａの周面上に、帯電層４３Ｂとして半導電性弾性層、表面層が順次形成されたものである。半導電性弾性層の抵抗値の常用対数値は４〜７ｌｏｇΩ程度であり、最表面層は帯電ロール全体の抵抗値の常用対数値が６．５〜８．５ｌｏｇΩ程度になるように設定されている。本実施形態では、帯電ロール４３の表面層の膜厚は１μｍ〜２０μｍである。

帯電ロール４３の帯電層４３Ｂの表面には、微小な凹凸が形成されている（粗面化処理されている）。帯電ロール４３の帯電層４３Ｂの表面の凹凸間距離ＲＳｍは、３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍの範囲に設定されており、かつ、帯電層４３Ｂの十点平均表面粗さＲｚは、１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍの範囲に設定されている。

凹凸間距離ＲＳｍ、及び十点平均表面粗さＲｚは、例えば、サンドブラストといったブラスト処理等の機械加工処理や、化学処理によって制御することができる。その際、下地である半導電性弾性層（ゴム層など）の粗さを機械加工処理によって規定することで、その半導電性弾性層上にコーティングする表面層の表面粗さを制御することができる。また、凹凸間距離ＲＳｍ、及び十点平均表面粗さＲｚは、表面層に添加する微粒子（導電粉など）の形状や添加量などを調整することによって制御することができる。

ここで、凹凸間距離ＲＳｍは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、光干渉式粗さ計、触針式粗さ計などにより測定することができる。特に、走査長が長く、かつ深さ方向のダイナミックレンジが大きいことから触針式粗さ計が好適である。本実施形態では、触針式粗さ計として、Ｖｅｅｃｏ社製ＤｅｋＴａｋ ＩＩＡを用いて特定した。図８に示すように、基準長さＬを抜き取り、帯電ロール表面の一つの山及びそれに隣り合った谷の平均長さを算出し、その平均を取ってＲＳｍの測定結果とした。

また、十点平均表面粗さＲｚとは、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４）に規定された表面粗さのことである。なお、十点平均表面粗さＲｚは、表面粗さ測定器等を用いて測定することができるが、本発明においては、２３℃・５５ＲＨ％の環境下において、接触式表面粗さ測定装置（サーフコム５７０Ａ、東京精密社製）を用いた。帯電ロール４３の帯電層４３Ｂ表面の測定に際しては、測定距離を２．５ｍｍとし、接触針としてはその先端がダイヤモンド（５μｍＲ、９０°円錐）のものを用い、場所を変えて３回繰り返し測定した際の平均値を十点平均表面粗さＲｚとして求めた。

帯電層４３Ｂの十点平均表面粗さＲｚが１．１μｍ≦Ｒｚの範囲に含まれる帯電ロール４３では、異物が付着しにくく、耐汚染性が高い。これは十点平均表面粗さＲｚの値が表面の凹凸の高低差を表しており、図４に示すように、現在の電子写真技術で用いられるトナー６０などの異物（およそ５〜１０μｍ）が帯電ロール４３と感光体ドラム１２との間に挟まれた際、帯電層４３Ｂの表面の凹み部分で両者からトナー６０が受ける圧力がＲｚの値によって変わる。図３の実験結果が示しているように、Ｒｚが１．１μｍより小さくなると、トナー６０が潰されるほどに圧力を受け、帯電ロール４３の汚染性が高くなってしまう。すなわち、図５に示すように、Ｒｚが１．１μｍより小さくなると、帯電ロール２１３と感光体ドラム１２との間に挟まれた際、帯電層２１３Ｂの表面の凹み部分で両者からトナー６０が大きな圧力を受けて潰され、トナー６０が帯電ロール２１３に付着してしまう。そのため、１．１μｍ≦Ｒｚが好ましい。なお、図３に示す実験条件については後に詳述する。

また、帯電層４３Ｂの十点平均表面粗さＲｚが５μｍより大きくなると、凹凸の高低差が大きいことによって局所的に異常放電が発生し、均一帯電が妨げられ、細かい白抜けのような画像欠陥が起こる。このため、Ｒｚ≦５μｍの範囲に抑えなくてはならない。従って、１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍの範囲に設定することが好ましい。また、１．３μｍ≦Ｒｚ≦２．９μｍであれば更に好ましい。

さらに、図３の実験結果が示しているように、帯電層４３Ｂの表面の凹凸間距離ＲＳｍが、ＲＳｍ≦３２０μｍの場合には、異物が付着しにくく耐汚染性が非常に高い。このメカニズムを図６及び図７に示す。これらの図に示すように、凹凸間距離ＲＳｍが大きい帯電ロール２１３と比較して、凹凸間距離ＲＳｍが小さい帯電ロール４３では、一つの凸部にかかる帯電ロール４３と感光体ドラム１２との間の圧力は小さくなる。そのため、ＲＳｍの値が小さくなると、トナーや外添剤などの異物の付着力は弱まり、耐汚染性が向上する。従って、図３の実験結果が示しているように、ＲＳｍ≦３２０μｍに設定することが好ましい。

また、ＲＳｍは、３０μｍより小さくなると、Ｒｚを上記範囲に収めることが製造上困難となる。すなわち、ＲＳｍが小さすぎるとＲｚの制御が困難となる。このため、３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍの範囲が好ましい。また、ＲＳｍが１７０μｍ以上であることが更に好ましい。

また、帯電ロール４３の帯電層４３Ｂの表面近傍のマイクロ硬度Ｍは、３０°≦Ｍ≦７０°が好ましく、５０°≦Ｍ≦６５°がより好ましい。

なお、本発明における「マイクロ硬度」とは、測定対象となる試料（帯電ロール）を切り出してサンプルを作製し、当該サンプルの厚み方向における硬度について、マイクロゴム硬度計（高分子計器社製、ＭＤ−１）を用いて測定される値をいう。

具体的な測定法について述べれば、上記マイクロ硬度は、原理的にはＪＩＳ Ｋ６２５３に記載のタイプＡデュロメータに準じたものであり、押針をスプリングの力で試料の表面に押しつけて変形を与え、試料の抵抗力とスプリングの力とがバランスした状態での押針の押し込み深さを基に測定することができるものである。

より詳細には、上記押針の径は０．１６ｍｍであり、非測定時すなわち押針の変位が０ｍｍの状態での加圧面からの突き出し量を０．５ｍｍとし、押針はスプリングにより２２ｍＮの力で押されている。この時のマイクロ硬度を０°とする。そして、押針の押し込み深さが０ｍｍ（変位０．５ｍｍ）の時、スプリングにより押針は３３０ｍＮの力で押されている。この時のマイクロ硬度を１００°としてこの間を等間隔で目盛り、マイクロ硬度の測定スケールとする。加圧面は外径４ｍｍで、中心に前記押針を通す直径１．５ｍｍの孔が設けてある。

以上のような構成の測定機により、試料に押針を押し当て、前記バランスした状態での値を読み取りマイクロ硬度とした。

なお、マイクロ硬度Ｈｍ（°）と押針先端荷重Ｆ（ｍＮ）との関係は下記式（１）の関係となる。

Ｆ＝２２＋３．１Ｈｍ ・・・ 式（１）
帯電ロール４３の表面のマイクロ硬度が高い場合、感光体ドラム１２との圧力が高くなるため、異物の付着力が大きくなる。このため、耐汚染性に対してはマイクロ硬度が７０°以下であることが必要である。また、マイクロ硬度が３０°より小さいと、柔らかすぎることによって成型加工性が落ち、不均一な形状のロールが出来やすくなり歩留が落ちる。

また、帯電ロール４３の軸方向又は周方向のマイクロ硬度の分布は、最大値と最小値との差が１０°以内に含まれることが好ましい。帯電ロール４３の軸方向又は周方向のマイクロ硬度の分布のムラが１０°より大きい場合、長期にわたって使用すると、硬い部分と柔らかい部分とで異物の付着力に差があるため、帯電ロール４３表面の局所的な異物の付着量に差が出てくる。そのため、均一帯電が出来なくなり、画像の濃度ムラ等を引き起こしてしまう。従って、軸方向又は周方向のマイクロ硬度の最大値と最小値との差を１０°以内とすることで、異物の付着量の差が少なく、均一帯電が可能となり、画像の濃度ムラの発生を抑制できる。

また、帯電ロール４３の径はφ７ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ８ｍｍからφ１４ｍｍで、帯電層４３Ｂの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であると周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、また放電回数が減るので、汚れや帯電性能に対する長期安定性には優れるものの小型化の観点から不利である。直径が７ｍｍ以下であると画像形成装置１００を小型化できるので優位であるが、周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が増え、また放電回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。

この帯電ロール４３であるが、所定の帯電性能を有するものであれば以下の構成に限定されるものでないことは言うまでもない。

シャフト４３Ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用され、摺動性などの用途に応じ材質および表面処理方法は適時選択され、導電性を有さない材質についてはメッキ処理など一般的な処理により加工され導電化処理が行われていてもよい。

帯電ロール４３の帯電層４３Ｂを構成する上記半導電性弾性層は、例えば、弾性を有するゴム等の弾性材、弾性層の抵抗を調整するカーボンブラックやイオン導電材等の導電材、必要に応じて軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、シリカおよび炭酸カルシウム等の充填剤等、通常ゴムに添加され得る材料を加えてもよい。通常ゴムに添加される材料を添加した混合物を、導電性のシャフト４３Ａの周面に被覆することにより形成される。抵抗値の調整を目的とした導電剤として、マトリックス材に配合されるカーボンブラックやイオン導電剤のような、電子及び／又はイオンを電荷キャリアとして電気伝導する材料を分散したもの等を用いることができる。また、上記弾性材は発泡体であってもかまわない。

上記半導電性弾性層を構成する弾性材としては、例えばゴム材中に導電剤を分散させることによって形成される。ゴム材としては、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、天然ゴム等、及びこれらのブレンドゴムが挙げられる。中でも、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムおよびこれらのブレンドゴムが好ましく用いられる。これらのゴム材は発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。

導電剤としては、電子導電剤やイオン導電剤が用いられる。電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物；絶縁物質の表面を導電化処理したもの；などの微粉末を挙げることができる。また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等；リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等；を挙げることができる。

帯電層４３Ｂを構成する上記表面層は、トナー等の異物による汚染の防止のためなどに形成しているものであり、表面層の材料としては、樹脂、ゴム等の何れを用いてもよく特に限定するものではない。ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロン、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、メラミン樹脂、フッ素ゴム、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等を挙げることができる。このうち外添剤汚れの観点から、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロンが好ましく用いられる。

また上記表面層には導電性材料を含有させ、抵抗値を調整することができる。該導電性材料としては、粒径が３μｍ以下であるものが望ましい。また、抵抗値の調整を目的とした導電剤として、マトリックス材に配合されるカーボンブラックや導電性金属酸化物粒子、あるいはイオン導電剤のような、電子及び／又はイオンを電荷キャリアとして電気伝導する材料を分散したもの等を用いることができる。

また、上記表面層には、フッ素系あるいはシリコーン系の樹脂が好ましく用いられる。特に、フッ素変性アクリレートポリマーで構成されることが好ましい。また、表面層の中に微粒子を添加してもよい。これにより、表面層が疎水性となって帯電ロール４３への異物の付着が防止されるように作用する。また、アルミナやシリカのような絶縁性の粒子を添加して、帯電ロール４３の表面に凹凸を付与し、感光体ドラム１２との摺擦時の負担を小さくして帯電ロール４３と感光体ドラム１２相互の耐磨耗性を向上させることも可能である。

次に、画像形成装置１００の作用について説明する。

図１に示すように、クリーニング装置２０を通過した後に感光体ドラム１２の表面に残留しているトナーや外添剤（Ｓｉ，Ｔｉなど）などの異物は、帯電ロール４３との接触部に搬送される。帯電ロール４３は、十点平均表面粗さＲｚと凹凸間距離ＲＳｍを所定の範囲に規定しているので、耐汚染性に優れており、異物が帯電ロール４３の表面に付着しにくい。

また、帯電ロール４３に異物が付着しても、帯電ロール４３の表面に付着した異物は、帯電ロール４３とクリーニングロール５０とのニップ部でスポンジ層５０Ｂのセル内に取り込まれる。スポンジ層５０Ｂのセル内や表面では、ニップ部での圧縮膨張運動により異物を掻き取りながら凝集させる現象が起こる。そして、異物がある大きさ以上に凝集すると、その凝集物がクリーニングロール５０のセル内から帯電ロール４３に戻され、さらに帯電ロール４３の表面から感光体ドラム１２へ戻される。その後、感光体ドラム１２表面の凝集物はクリーニング装置２０や現像装置１５などに回収される。この一連の動作が繰り返されることによって、クリーニング性能が維持される。

以上のような画像形成装置１００では、帯電ロール４３への異物の付着が低減されるので、均一な帯電が可能となり、画像の濃度ムラなどの画質劣化の発生を抑制することができる。

次に、画像形成装置１００の帯電ロール４３の異物に対する耐汚染性を評価する実験について説明する。

本実施例では、次のような帯電ロール４３を使用した。φ８の金属製のシャフト４３Ａ上に、帯電層４３Ｂとして、厚さ２ｍｍのゴム層を積層し、さらにゴム層上にフッ素アクリルレート樹脂からなる表面層を形成した。ゴム層の抵抗値の常用対数値は６．８ｌｏｇΩに設定され、表面層は帯電ロール全体の抵抗値の常用対数値として７．５ｌｏｇΩ近傍となるように設定されている。

また、帯電ロール４３の軸方向にクリーニングロール５０を接触させた。クリーニングロール５０はφ５の金属製のシャフト５０Ａ上に厚さ２．５ｍｍの発泡ウレタンからなるスポンジ層５０Ｂを形成したものを使用し、帯電ロール４３に対して０．７５ｍｍ食い込ませて帯電ロール４３の回転に従動させた。

帯電ロール４３の耐汚染性を評価するために、図３に示すように、十点平均表面粗さＲｚ、凹凸間距離ＲＳｍ、及びマイクロ硬度をそれぞれ変えた帯電ロールを作成してクリーニング性能を調べる実験を行った。

この実験では、帯電ロール４３の耐汚染性を比較するために、まずクリーニングロール５０がない状態で、同条件にて強制的に異物で汚染させ、その後、クリーニングロール５０を装着して表面の汚れを一定時間掻き取り、その後の軸方向抵抗分布から求めた偏差Δσを指標とした。帯電ロール４３が汚れていると抵抗分布にばらつきが生じ、帯電ロール４３の汚れが少ないと抵抗分布が均一となり、均一帯電が可能となる。このため、偏差Δσによってクリーニング性能を評価することができる。

図３にクリーニング性能を評価した結果を示す。この実験では、偏差Δσが０．２以下のときはクリーニング性能が○、偏差Δσが０．２〜０．５のときはクリーニング性能が△、偏差Δσが０．５以上のときはクリーニング性能が×として表示した。

図３に示すように、四角（想像線）で囲んだ部分の水準は、マイクロ硬度（ＭＤ１硬度）が７０°以下で、十点平均表面粗さＲｚが１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍで、凹凸間距離ＲＳｍが３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍの範囲の帯電ロール４３であり、これらの水準では、クリーニング性能が良好で、異物の付着力が小さいことがわかる。

また、図３に示すように、クリーニング性能の偏差Δσを精度よく抑えるためには、１．３μｍ≦Ｒｚ≦２．９μｍであれば更に好ましい。また、同様にＲＳｍが１７０μｍ以上であることが更に好ましい。

一方、四角で囲んだ部分の水準以外の帯電ロールの場合、すなわちマイクロ硬度が７０°より大きいものや、十点平均表面粗さＲｚが１．１μｍより小さいもの、さらには凹凸間距離ＲＳｍが３２０μｍより大きいものなどでは、クリーニング不良を起こした。

以上の結果より、帯電ロール４３の表面の十点平均表面粗さＲｚが１．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍで、凹凸間距離ＲＳｍが３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍの範囲が好ましく、さらに、マイクロ硬度（ＭＤ１硬度）は７０°以下が好ましいことが分かった。

なお、本実施形態では、感光体ドラム１２の上方部に帯電ロール４３を接触させ、この帯電ロール４３の上方部にクリーニングロール５０を接触させる構成であるが、この構成に限定するものではない。例えば、感光体ドラムの下方部に帯電ロールを接触させ、この帯電ロールの下方部にクリーニングロールを接触させる構成でも本発明を適用することが可能である。

なお、本実施形態では、帯電ロール４３のクリーナー部材として、クリーニングロール５０が用いられているが、この構成に限定するものではない。例えば、ブラシなどからなるクリーナー部材を帯電ロール４３に接触させる構成でも良く、帯電ロール４３に付着した異物をブラシで掻き取ることが可能である。

なお、本実施形態の画像形成装置１００は、中間転写ベルトの移動方向に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成ユニットを並設する構成であったが、この構成に限定するものではない。例えば、４色の現像器を配置した回転式現像器を用いて感光体ドラムへのトナー像の形成を４サイクル繰り返して行う画像形成装置であっても、本発明の帯電装置を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る帯電装置を備えた画像形成装置を示す概略構成図である。 図１に示す画像形成装置に用いられる帯電ロールとクリーニングロールの構成を示す拡大図である。 帯電ロールの異物に対する耐汚染性の評価した結果を示すグラフである。 帯電ロールの表面の十点平均表面粗さＲｚが大きいときのトナーの付着力を示す構成図である。 帯電ロールの表面の十点平均表面粗さＲｚが小さいときのトナーの付着力を示す構成図である。 帯電ロールの表面の凹凸間距離ＲＳｍが小さいときのトナーの付着力を示す構成図である。 帯電ロールの表面の凹凸間距離ＲＳｍが大きいときのトナーの付着力を示す構成図である。 帯電ロールの表面の凹凸間距離ＲＳｍの測定方法を示す図である。

符号の説明

１０Ｙ，１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｋ 画像形成ユニット
１２Ｙ，１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｋ 感光体ドラム（被帯電体）
４０ 帯電装置
４３ 帯電ロール（帯電部材）
４３Ａ シャフト（金属芯金）
４３Ｂ 帯電層（上層）
５０ クリーニングロール（クリーナー部材）
５０Ａ シャフト
５０Ｂ スポンジ層（発泡部材）
６０ トナー
１００ 画像形成装置

Claims (8)

1. 被帯電体に接触させ、前記被帯電体との間に電圧を印加することにより、前記被帯電体を帯電させる帯電部材を備えた帯電装置であって、
   前記帯電部材は、金属芯金上に半導電性層と、前記半導電性層上に少なくとも１層以上の上層と、を備えたロール形状であり、
   前記帯電部材の表面の凹凸間距離をＲＳｍとしたとき、
   ３０μｍ≦ＲＳｍ≦３２０μｍ
   であり、かつ、前記帯電部材の表面の十点平均表面粗さをＲｚとしたとき、
   １．１μｍ≦Ｒｚ≦５μｍ
   であることを特徴とする帯電装置。
2. 前記帯電部材の表面のマイクロ硬度Ｍが３０°≦Ｍ≦７０°であることを特徴とする請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記帯電部材の軸方向の前記マイクロ硬度の分布が、
   最大値−最小値＝１０°以内に含まれることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電装置。
4. 前記帯電部材の周方向の前記マイクロ硬度の分布が、
   最大値−最小値＝１０°以内に含まれることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の帯電装置。
5. 前記帯電部材に接触して前記帯電部材の表面を清掃するクリーナー部材を有することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の帯電装置。
6. 前記クリーナー部材は、ロール形状の発泡部材からなることを特徴とする請求項５に記載の帯電装置。
7. 前記クリーナー部材は、ブラシからなることを特徴とする請求項５に記載の帯電装置。
8. 回転駆動されるロール状の被帯電体と、
   請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の帯電装置と、
   を有することを特徴とする画像形成装置。

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