JP2007121543A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ロールの表面に部分的に汚れが付着することを防止し、長期にわたり均一な帯電を行う。
【解決手段】感光体ドラム１２の下方部に帯電ロール１４が接触し、感光体ドラム１２の回転により帯電ロール１４が従動回転する。帯電ロール１４の下方部にクリーニングロール１００が接触し、帯電ロール１４の回転によりクリーニングロール１００が従動回転する。帯電ロール１４の外周長はクリーニングロール１００の外周長より大きく設定されている。帯電ロール１４のトナーや外添剤はスポンジ層１００Ｂのセル内に取り込まれて凝集し、その凝集物はある大きさになるとクリーニングロール１００から帯電ロール１４に戻り、さらに感光体ドラム１２に戻ってクリーニング装置７８に回収される。
【選択図】図２

Description

本発明は、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に関し、特に、回転駆動される感光体に接触して回転しつつ、感光体の表面を帯電させる接触帯電方式の帯電ロールと、この帯電ロールのクリーニング部材とを有する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、人体や地球環境に悪影響のある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、導電性の帯電ロールを感光体に直接接触させて感光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、帯電ロールが感光体に常時接触しているため、帯電ロール表面に異物の付着による汚れが発生しやすいという問題がある。画像形成動作を繰り返し行う感光体の表面は、転写工程の下流側において、転写後の残留トナー等の異物除去を行うクリーニング工程を経た後、帯電工程のエリアへと進入してくるが、クリーニング工程を経てもトナーの一部やトナーの外添剤など、トナーよりも微小な粒子がクリーニングされずに感光体上に残留し、帯電ロールの表面へと付着してしまう。帯電ロールの表面に付着した異物は、帯電ロールの表面抵抗値にムラを生じさせ、異常放電や不安定な放電となり帯電均一性を悪化させてしまう。

このような問題を改善させるための技術として、帯電ロールの表面に板状のブラシやスポンジを当接させ、帯電ロールの表面汚れを掻き落とすようなクリーニング方式が提案されている。しかし、このようなクリーニング方式は、帯電ロールと板状のブラシやスポンジとの間に異物が堆積し、目詰まりによってクリーニング性能が低下してしまうという欠点がある。

このため、帯電ロールの表面に回転可能なロール状のクリーニング部材を当接させ、クリーニング部材の回転により帯電ロールの表面汚れを清掃するクリーニング方式が提案されている（例えば、特許文献１参照)。

しかし、このクリーニング方式は、回転する帯電ロールにクリーニング部材が接触して回転することにより清掃するので、クリーニング部材の表面に部分的にトナーや外添剤、放電生成物などの汚れが付着し、クリーニングしやすい領域とクリーニングしにくい領域が発生する。帯電ロールの外周長とクリーニングロールの外周長が同じであると、クリーニングしやすい領域とクリーニングしにくい領域が常に同期してしまうので、長期のクリーニング動作中にクリーニング不良が発生してしまう。クリーニング不良によって帯電ロールに表面汚れが発生すると、帯電ロールの帯電性が部分的に低下するため、帯電ムラにより画質上に濃度ムラ、黒線、及び点汚れなどが発生しやすくなる。
特開平８−６２９４８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、クリーニング不良により帯電ロールに部分的な表面汚れが発生することを防止し、長期にわたって均一な帯電を行うことができる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に記載の発明に係る画像形成装置は、感光体と、前記感光体の表面に接触して回転し、前記感光体を帯電させる帯電ロールと、前記帯電ロールの表面に接触して回転し、前記帯電ロールの表面をクリーニングするクリーニングロールと、前記クリーニングロールでクリーニングした付着物を前記帯電ロールに戻し、前記帯電ロールの付着物を前記感光体に戻して回収する画像形成装置であって、前記帯電ロールの外周長と前記クリーニングロールの外周長が異な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、帯電ロールの表面にクリーニングロールが接触しながら回転し、帯電ロールの表面汚れがクリーニングロールによって清掃される。その際、クリーニングロールに部分的にトナーや外添剤、放電生成物などの汚れが付着しても、帯電ロールの外周長とクリーニングロールの外周長が異なるため、両者が１回転したときにクリーニングロールの汚れが帯電ロール表面の同じ部分に接触することがない。このため、クリーニングロールでクリーニングした付着物を帯電ロールに戻すクリーニング過程で、クリーニングロールの付着物が帯電ロール表面の異なる部分と接触するため、帯電ロール表面の同じ部分に付着物が残留しにくい。従って、長期のクリーニング動作中にクリーニング不良によって帯電ロールの表面に部分的な表面汚れが発生することが抑制される。このため、長期にわたって均一な帯電を行うことが可能となり、帯電ロールの帯電性が部分的に低下することによる濃度ムラ、黒線、及び点汚れなどの画質劣化が防止される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記帯電ロールの外周長は、前記クリーニングロールの外周長の非整数倍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、帯電ロールの外周長はクリーニングロールの外周長の非整数倍であるので、帯電ロールが回転したときにクリーニングロールの同じ部分と再度接触しにくい。このため、クリーニング不良によって帯電ロールの表面に部分的な表面汚れが発生することが抑制される。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、前記感光体の回転により前記帯電ロールが従動回転す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、感光体の回転により帯電ロールを従動回転させるので、帯電ロールを回転させる特別な駆動装置が不要となり、低コスト化が可能となる。

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項に記載の画像形成装置において、前記帯電ロールに対して前記クリーニングロールは周速差を持つことを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、帯電ロールに対してクリーニングロールに周速差を持たせることで、クリーニングロールの汚れが帯電ロール表面の同じ部分に接触することがよりいっそう減少し、クリーニングロールによる帯電ロール表面の清掃能力が向上する。

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項に記載の画像形成装置において、前記帯電ロールの表面の硬度に比べ、前記クリーニングロールの表面の硬度が小さいことを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、帯電ロールよりも表面の硬度が小さいクリーニングロールが帯電ロールに接触するため、帯電ロールの表面が偏磨耗などにより劣化しにくい。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記クリーニングロールが弾性体で構成されてい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、クリーニングロールが帯電ロールに接触したときにクリーニングロールの弾性体がつぶれるため、帯電ロール表面の劣化がよりいっそう抑制される。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記帯電ロールの外周長より前記クリーニングロールの外周長が小さいことを特徴としている。

帯電ロールを小型化することは技術的に難しいが、請求項７に記載の発明では、帯電ロールの外周長よりクリーニングロールの外周長が小さいので、クリーニングロールを小型化でき、省スペース化や装置全体の小型化が可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記クリーニングロールの表面に凹凸部が複数存在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、クリーニングロールの表面に凹凸部が複数存在するため、帯電ロール表面の汚れが凹部に保持され、汚れが効率的にクリーニングされる。また、樹脂やゴムの発泡体など凹凸部で構成することにより、安価に製造することが可能である。

請求項９に記載の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の画像形成装置において、前記帯電ロールの外径は、前記クリーニングロールの外径の非整数倍であることを特徴としている。

請求項９に記載の発明によれば、帯電ロールの外径は、クリーニングロールの外径の非整数倍であるので、帯電ロールが回転したときにクリーニングロールの同じ部分と再度接触しにくい。このため、クリーニング不良によって帯電ロールの表面に部分的な表面汚れが発生することが抑制される。

本発明によれば、クリーニング不良により帯電ロールに部分的な表面汚れが発生することを抑制でき、長期にわたって均一な帯電を行うことができる。このため、帯電ロールの帯電性が部分的に低下することによる濃度ムラ、黒線、及び点汚れなどの画質劣化を防止できる。

以下、本発明の画像形成装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、第１実施形態に係る４サイクル方式のフルカラーの画像形成装置１０が示されている。この画像形成装置１０の内部には、中央よりもやや右上部に、感光体ドラム１２が回転可能に配設されている。この感光体ドラム１２としては、例えば、表面にＯＰＣ等よりなる感光体層が被覆された直径が約４７ｍｍの導電性円筒体からなるものが用いられ、図示しないモータにより、矢印方向に沿って約１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで回転駆動される。

感光体ドラム１２の表面は、感光体ドラム１２の略真下に配置された帯電ロール１４によって所定の電位に帯電された後、帯電ロール１４の下方に配置された露光装置１６によって、レーザービームＬＢによる画像露光が施され、画像情報に応じた静電潜像が形成される。

この感光体ドラム１２上に形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の現像器１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが周方向に沿って配置された回転式現像器１８によって現像され、所定の色のトナー像となる。

このとき、感光体ドラム１２の表面には、形成する画像の色に応じて、帯電・露光・現像の各工程が、所定回数だけ繰り返される。現像工程では回転式現像器１８が回転し、対応する色の現像器１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが、感光体ドラム１２と対向する現像位置に移動する。

例えば、フルカラーの画像を形成する場合、感光体ドラム１２の表面には、帯電・露光・現像の各工程が、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応して４回繰り返され、感光体ドラム１２の表面には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応したトナー像が順次形成される。トナー像が形成されるにあたって、感光体ドラム１２が回転する回数は、画像のサイズに応じて異なるが、例えば、Ａ４サイズであれば、感光体ドラム１２が３回転することによって、１つの画像が形成される。つまり、感光体ドラム１２の表面には、感光体ドラム１２が３回転するごとに、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応したトナー像が形成される。

感光体ドラム１２上に順次形成されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、感光体ドラム１２の外周に中間転写ベルト２０が巻き付けられた一次転写位置において、中間転写ベルト２０上に互いに重ね合わせた状態で一次転写ロール２２によって転写される。

この中間転写ベルト２０上に多重に転写されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像は、所定のタイミングで給紙される記録用紙２４上に、二次転写ロール２６によって一括して転写される。

一方、記録用紙２４は、画像形成装置１０の下部に配置された給紙カセット２８から、ピックアップロール３０によって送り出されるとともに、フィードロール３２及びリタードロール３４によって１枚ずつ捌かれた状態で給紙され、レジストロール３６によって中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像と同期した状態で、中間転写ベルト２０の二次転写位置へと搬送される。

中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１２における回動方向の上流側にて中間転写ベルト２０のラップ位置を特定するラップインロール３８と、感光体ドラム１２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写する一次転写ロール２２と、ラップ位置の下流側にて中間転写ベルト２０のラップ位置を特定するラップアウトロール４０と、二次転写ロール２６に中間転写ベルト２０を介して当接するバックアップロール４２と、中間転写ベルト２０のクリーニング装置４４に対向する第１のクリーニングバックアップロール４６と、第２のクリーニングバックアップロール４８と、によって所定の張力で張架されており、所定のプロセススピード（約１５０ｍｍ／ｓｅｃ）で循環移動するように、例えば、感光体ドラム１２の回転に伴って従動される。

ここで、中間転写ベルト２０は、画像形成装置１０の小型化を図るため、中間転写ベルト２０が張架される断面形状が、偏平な細長い略台形状となるように構成されている。

中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１２と、帯電ロール１４と、中間転写ベルト２０と、中間転写ベルト２０を張架する複数のロール２２、３８、４０、４２、４６、４８と、中間転写ベルト２０用のクリーニング装置４４と、後述する感光体ドラム１２用のクリーニング装置７８と、で一体的に像形成ユニット５２を構成している。このため、画像形成装置１０の上部カバー５４を開き、像形成ユニット５２の上部に設けられた把手（図示省略）を手で持ち上げることにより、像形成ユニット５２全体を画像形成装置１０から取り外し可能となっている。

一方、中間転写ベルト２０のクリーニング装置４４は、第１のクリーニングバックアップロール４６によって張架された中間転写ベルト２０の表面に当接するように配置されたスクレーパ５８と、第２のクリーニングバックアップロール４８によって張架された中間転写ベルト２０の表面に圧接するように配置されたクリーニングブラシ６０とを備え、これらのスクレーパ５８やクリーニングブラシ６０によって除去された残留トナーや紙粉などは、クリーニング装置４４の内部に回収されるようになっている。

なお、クリーニング装置４４は、揺動軸６２を中心にして、図中反時計周り方向に揺動可能に配置されており、最終色のトナー像の二次転写が終了するまでは、中間転写ベルト２０の表面から離間した位置に退避するとともに、最終色のトナー像の二次転写が終了すると、中間転写ベルト２０の表面に当接するように構成されている。

さらに、中間転写ベルト２０からトナー像が転写された記録用紙２４は、定着装置６４へと搬送され、この定着装置６４によって加熱及び加圧されてトナー像が記録用紙２４上に定着される。その後、片面プリントの場合には、トナー像が定着された記録用紙２４は、排出ロール６６によって画像形成装置１０の上部に設けられた排出トレイ６８上にそのまま排出される。

―方、両面プリントの場合には、定着装置６４により第一面（表面）にトナー像が定着された記録用紙２４を、排出ロール６６によって排出トレイ６８上にそのまま排出せずに、排出ロール６６によって記録用紙２４の後端部を狭持した状態で、排出ロール６６を逆転させるとともに、記録用紙２４の搬送径路を両面用の用紙搬送路７０に切り替え、この両面用の用紙搬送路７０に配設された搬送ロール７２によって、記録用紙２４の表裏を反転した状態で、再度、中間転写ベルト２０の二次転写位置へ搬送して、記録用紙２４の第二面（裏面）にトナー像を転写する。そして、記録用紙２４の第二面（裏面）のトナー像を定着装置６４によって定着させ、記録用紙２４を排出トレイ６８上に排出する。

さらに、画像形成装置１０には、オプションによって、画像形成装置１０の側面に手差しトレイ７４が開閉自在に装着可能となっている。この手差しトレイ７４上に載置された任意のサイズ及び種類の記録用紙２４は、給紙ロール７６によって給紙され、搬送ロール７３及びレジストロール３６を介して、中間転写ベルト２０の二次転写位置へ搬送されることにより、任意のサイズ及び種類の記録用紙２４にも画像を形成することが可能となっている。

なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム１２の表面は、感光体ドラム１２が１回転する毎に、感光体ドラム１２の斜め下方に配置されたクリーニング装置７８のクリーニングブレード８０によって、残留トナーや紙粉などが除去され、次の画像形成工程に備えるようになっている。

図２に示すように、感光体ドラム１２の下方部には、感光体ドラム１２と接触するように帯電ロール１４が配置されている。この帯電ロール１４は、導電性のシャフト１４Ａの周囲に帯電層１４Ｂが形成されたものであり、シャフト１４Ａが回転可能に支持されている。帯電ロール１４の感光体ドラム１２と反対側の下方部には、帯電ロール１４の表面に接触するクリーニングロール１００が設けられている。このクリーニングロール１００は、シャフト１００Ａの周囲にスポンジ層１００Ｂが形成されたものであり、シャフト１００Ａが回転可能に支持されている。また、帯電ロール１４の径はクリーニングロール１００の径よりも大きく、帯電ロール１４の外周長はクリーニングロール１００の外周長よりも大きく設定されている。その際、帯電ロール１４の外周長はクリーニングロール１００の外周長の非整数倍（整数倍とならないように）に設定されている。また、帯電ロール１４の外径をクリーニングロール１００の外径の非整数倍に設定してもよい。

クリーニングロール１００は帯電ロール１４に所定の荷重で押圧され、スポンジ層１００Ｂが帯電ロール１４の周面に沿って弾性変形してニップ部１０１を形成している。感光体ドラム１２の支軸１２Ａにはモータ１０４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。そして、感光体ドラム１２の回転により帯電ロール１４が矢印４の方向に従動回転し、帯電ロール１４の回転によりクリーニングロール１００が矢印６の方向に従動回転する。

次に、クリーニングロール１００について説明する。

クリーニングロール１００のシャフト１００Ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用されており、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もよく、もちろんそのまま使用してもよい。また、クリーニングロール１００は、スポンジ層１００Ｂを介して帯電ロール１４と適度なニップ圧力で接触するため、ニップ時に撓みのない強度を持った材質またはシャフト長に対して十分剛性をもったシャフト径が選択される。

スポンジ層１００Ｂ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。このスポンジ層１００Ｂ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スポンジ層１００Ｂを安価に製造できる。スポンジ層１００Ｂは、帯電ロール１４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１４の表面にスポンジ層１００Ｂ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。

クリーニングロール１００のセル数は４０〜８０個／２５ｍｍであることが好ましく、４５〜７５個／２５ｍｍであることがより好ましい。このようなセル数に設定することで、セルの中にトナー２００や外添剤２０２などの異物を取り込みやすく、かつ取り込んだ外添剤などの異物を帯電ロール１４、感光体ドラム１２へ転移しやすくなる（この現象については後述する）。セル数が８０個／２５ｍｍより多いとセル径が小さい為に外添剤の取り込み性が低下し、逆にセル数が４０個／２５ｍｍより少ないとセル径が大きくなりすぎ、取り込んだ外添剤を帯電ロール１４へ転移させる適度な大きさまで固めることが困難となる。

また、クリーニングロール１００の径はφ７ｍｍからφ１４ｍｍ、より好ましくはφ８ｍｍからφ１３ｍｍで、スポンジ層１００Ｂの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１４ｍｍ以上であるとクリーニングロール１００の周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、またクリーニング回数が減るので、クリーニング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、またクリーニング回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。

次に、帯電ロール１４について説明する。

この帯電ロール１４は、導電性のシャフト１４Ａ上に帯電層１４Ｂとして導電性弾性層、表面層が順次形成されたものである。

帯電ロール１４の径はφ８ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍからφ１４ｍｍで、帯電層１４Ｂ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８ｍｍ以下であると画像形成装置１０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１４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１４Ａ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１４の帯電層１４Ｂを構成する上記導電性弾性層は、例えば、弾性を有するゴム等の弾性材、導電性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１４Ａ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。

これらの導電剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、上記電子導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、１〜６０質量部の範囲であることが好ましく、一方、上記イオン導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部の範囲であることが好ましい。

帯電層１４Ｂ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。共重合ナイロンは、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、の内のいずれか１種または複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、６ナイロン、６６ナイロン等が挙げられる。ここで、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロンよりなる重合単位が共重合体中に含まれる割合は、重量比で合わせて１０％以上であるのが好ましい。上記重合単位が１０％以上の場合は、調液性および表面層塗布時における成膜性に優れるとともに、特に繰り返し使用時における樹脂層の磨耗や樹脂層への異物付着が少なく、ロールの耐久性が優れ、環境による特性の変化も少なくなる。

上記高分子材料は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、当該高分子材料の数平均分子量は、１，０００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、１０，０００〜５０，０００の範囲であることがより好ましい。

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。

導電剤のカーボンブラックとして、具体的には、デグサ社製の「スペシャルブラック３５０」、同「スペシャルブラック１００」、同「スペシャルブラック２５０」、同「スペシャルブラック５」、同「スペシャルブラック４」、同「スペシャルブラック４Ａ」、同「スペシャルブラック５５０」、同「スペシャルブラック６」、同「カラーブラックＦＷ２００」、同「カラーブラックＦＷ２」、同「カラーブラックＦＷ２Ｖ」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１０００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１３００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１４００」、同「ＭＯＧＵＬ−Ｌ」、同「ＲＥＧＡＬ４００Ｒ」等が挙げられる。

上記カーボンブラックはｐＨ４．０以下であり、一般的なカーボンブラックに比べ、表面に存在する酸素含有官能基の効果により、樹脂組成物中への分散性がよく、前記ｐＨ４．０以下のカーボンブラックを配合することにより、帯電均一性をよくすることができ、さらに抵抗値の変動を小さくすることができる。

上記抵抗値を調整するための導電性粒子である導電性金属酸化物粒子は、酸化錫、アンチモンがドープされた酸化錫、酸化亜鉛、アナターゼ型酸化チタン、ＩＴＯ等の導電性を有した粒子で、電子を電荷キャリアとする導電剤あれば何れも用いることができ、特に限定されるものではない。これらは、単独で用いても２種類以上を併用することができる。また、本発明を阻害しない限り、何れの粒径であってもよいが、抵抗値調整および強度の点より、好ましくは酸化錫、アンチモンドープがされた酸化錫、アナターゼ型酸化チタンであり、更に、酸化錫、アンチモンドープがされた酸化錫が好ましい。

このような導電性材料によって抵抗制御を行うことにより、表面層の抵抗値は環境条件によって変化せず、安定な特性が得られる。

さらに、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用いられている。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１４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１４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１４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。

また、帯電ロール１４の表面の硬度は、クリーニングロール１００の表面の硬度よりも大きく設定されている。帯電ロール１４の帯電層１４Ｂの硬度を大きくすることで、クリーニングロール１００との摺擦により帯電ロール１４の表面が偏磨耗などにより劣化することがない。

次に、画像形成装置１０の作用について説明する。

図２に示すように、クリーニング装置７８を通過後に感光体ドラム１２の表面に付着しているトナー２００や外添剤（Ｓｉ，Ｔｉなど）２０２（図３参照）などは、帯電ロール１４の表面に付着する。図３（Ａ）に示すように、帯電ロール１４の表面に付着したトナー２００や外添剤２０２は、帯電ロール１４とクリーニングロール１００とのニップ部１０１でスポンジ層１００ＢのセルＣ内に取り込まれる。図３（Ｂ）に示すように、ニップ部１０１では、スポンジ層１００ＢのセルＣ内や表面で矢印方向に圧縮膨張運動が起こり、トナー２００や外添剤２０２を掻き取りながら凝集させる現象が起こる。図３（Ｃ）に示すように、トナー２００や外添剤２０２が凝集してある大きさ以上になると、その凝集物がクリーニングロール１００のセルＣ内から帯電ロール１４側に戻される。さらに、その凝集物は帯電ロール１４の表面から感光体ドラム１２へ戻され、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７８や回転式現像器１８の現像ロールなどに回収される。また、感光体ドラム１２から中間転写ベルト２０に転移した凝集物は中間転写ベルト２０のクリーニング装置４４によって回収される。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。

このような画像形成装置１０では、クリーニングロール１００の表面に部分的にトナー２００や外添剤２０２などの汚れが付着しても、帯電ロール１４の外周長がクリーニングロール１００の外周長より大きいため、帯電ロール１４とクリーニングロール１００が１回転したときにクリーニングロール１００の汚れが帯電ロール１４表面の同じ部分に接触することがない。スポンジ層１００ＢのセルＣ内に取り込まれたトナー２００や外添剤２０２が凝集してある大きさになると、その凝集物が帯電ロール１４に戻され、さらに感光体ドラム１２に戻されるが、このクリーニング過程で帯電ロール１４及びクリーニングロール１００の回転時にクリーニングロール１００の汚れが帯電ロール１４表面の異なる部分と接触する。このため、長期のクリーニング動作中にクリーニング不良が発生しにくく、帯電ロールの表面に部分的な表面汚れが発生することを抑制できる。従って、長期にわたって均一な帯電を行うことができ、帯電ロール１４の帯電性が部分的に低下することによる濃度ムラ、黒線、及び点汚れなどの画質劣化を防止できる。

また、帯電ロール１４の径よりクリーニングロール１００の径を小さくすることで、省スペース化が可能となり、装置全体を小型化できる。

また、感光体ドラム１２の回転駆動により、帯電ロール１４を従動回転し、さらにクリーニングロール１００を従動回転するので、帯電ロール１４とクリーニングロール１００を回転させる別の駆動源が必要でなく、コストを削減できる。

次に、本発明の第２実施形態の画像形成装置について説明する。

なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図４に示すように、この画像形成装置では、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａにモータ１０６が連結されており、クリーニングロール１００が独自に回転駆動されている。帯電ロール１４は感光体ドラム１２と等速で回転しており、帯電ロール１４に対してクリーニングロール１００は周速差を持っている。これにより、クリーニングロール１００と帯電ロール１４の回転時にクリーニングロール１００の表面汚れが帯電ロール１４の同じ部分に接触することがよりいっそう低減され、クリーニングロール１００による清掃能力がさらに向上する。

次に、本発明の第３実施形態の画像形成装置について説明する。

なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図５に示すように、この画像形成装置では、帯電ロール１２０の径よりもクリーニングロール１２２の径が大きく、帯電ロール１２０の外周長よりクリーニングロール１２２の外周長が大きく設定されている。また、クリーニングロール１２２の外周長は、帯電ロール１２０の外周長の非整数倍（整数倍とならないように）に設定されている。また、クリーニングロール１２２の外径を、帯電ロール１２０の外径の非整数倍に設定してもよい。帯電ロール１２０は、シャフト１２０Ａの周囲に帯電層１２０Ｂを備えている。クリーニングロール１００はシャフト１２２Ａの周囲にスポンジ層１２２Ｂを備えており、スポンジ層１２２Ｂが帯電層１２０Ｂに押圧されてニップ部１２３を形成している。

この構成では、クリーニングロール１２２が１回転したときにクリーニングロール１２２の表面汚れが帯電ロール１２０の同じ部分に接触しない。このため、帯電ロール１２０の表面に部分的な表面汚れが発生することが抑制され、長期にわたって均一な帯電を行うことができる。

なお、上記実施形態では、感光体ドラム１２の下方部に帯電ロール１４を接触させ、この帯電ロール１４の下方部にクリーニングロール１００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、感光体ドラムの上方部に帯電ロールを接触させ、この帯電ロールの上方部にスポンジ部材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、上記実施形態の画像形成装置１０は、回転式現像器１８を用いて感光体ドラム１２へのトナー像の形成を４サイクル繰り返したが、この構成に限定するものではない。例えば、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ても、各画像形成ユニットの感光体ドラム、帯電ロール及びロール状スポンジ部材に本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る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付近を示す構成図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、帯電ロールのトナーや外添剤がクリーニングロールのセル内に取り込まれて凝集する過程を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る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付近を示す構成図である。 本発明の第３実施形態に係る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を示す構成図である。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
１２Ａ 支軸
１４ 帯電ロール
１４Ａ シャフト
１４Ｂ 帯電層
７８ クリーニング装置
８０ クリーニングブレード
１００ クリーニングロール
１００Ａ シャフト
１００Ｂ スポンジ層
１０１ ニップ部
１０４ モータ
１０６ モータ
１２０ 帯電ロール
１２０Ａ シャフト
１２０Ｂ 帯電層
１２２ クリーニングロール
１２２Ａ シャフト
１２２Ｂ スポンジ層
１２３ ニップ部
２００ トナー
２０２ 外添剤

Claims (9)

1. 感光体と、
   前記感光体の表面に接触して回転し、前記感光体を帯電させる帯電ロールと、
   前記帯電ロールの表面に接触して回転し、前記帯電ロールの表面をクリーニングするクリーニングロールと、
   前記クリーニングロールでクリーニングした付着物を前記帯電ロールに戻し、前記帯電ロールの付着物を前記感光体に戻して回収する画像形成装置であって、
   前記帯電ロールの外周長と前記クリーニングロールの外周長が異なることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電ロールの外周長は、前記クリーニングロールの外周長の非整数倍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。
3. 前記感光体の回転により前記帯電ロールが従動回転することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記帯電ロールに対して前記クリーニングロールは周速差を持つ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項に記載の画像形成装置。
5. 前記帯電ロールの表面の硬度に比べ、前記クリーニングロールの表面の硬度が小さい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項に記載の画像形成装置。
6. 前記クリーニングロールが弾性体で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記帯電ロールの外周長より前記クリーニングロールの外周長が小さいことを特徴する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記クリーニングロールの表面に凹凸部が複数存在することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の画像形成装置。
9. 前記帯電ロールの外径は、前記クリーニングロールの外径の非整数倍であることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の画像形成装置。

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